JP2023162559A - Lithium composite oxide and method for producing the same - Google Patents

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直明 藪内
Naoaki Yabuuchi
拡嗣 高田
Hiroshi Takada
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Tosoh Corp
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Yokohama National University NUC
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Abstract

To provide a lithium composite oxide for meeting the demand for improved cycle stability and obtaining a positive electrode active material for a lithium-ion battery excellent in electrochemical characteristics, and to provide a method for producing the same.SOLUTION: A lithium composite oxide having a composition formula LixPyMezMn1-zO2 (where 0<x≤1.3, 0<y≤0.1, 0<z≤0.2), where Me is one or more metallic elements selected from the group consisting of Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Zn, and Zr, and having a rectangular zigzag layered structure as a base structure, a domain of monoclinic or rhombohedral α-NaFeO2 type layered structure, an intensity ratio (A/B) of a diffraction peak integrated intensity (A) observed at 15.3±1.0° to a diffraction peak integrated intensity (B) observed at 18.2±1.0° in powder X-ray diffraction that is 0.5 or more, and a BET specific surface area of 3.5 to 15 m2/g, and a method for producing the same, are provided.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウム複合酸化物及びその製造方法に関するものであり、より詳しくは、出力特性を向上した異種金属を置換されたリチウム複合酸化物及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a lithium composite oxide and a method for producing the same, and more particularly to a lithium composite oxide substituted with a different metal that has improved output characteristics and a method for producing the same.

リチウムイオン電池用正極活物質は一般的にリチウム複合酸化物が使用されている。リチウム複合酸化物、具体的にはコバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)等は全世界に流通されているリチウムイオン電池の正極活物質として多く使用されている。このようなリチウム複合酸化物は特性改善(高容量化、高出力化、サイクル安定化)や安全性改善に活発な研究が行われている。 Lithium composite oxide is generally used as a positive electrode active material for lithium ion batteries. Lithium composite oxides, specifically lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), etc., are the positive electrode active materials of lithium ion batteries that are distributed all over the world. It is often used as Active research is being conducted to improve the characteristics (higher capacity, higher output, cycle stability) and safety of such lithium composite oxides.

これらの目標に適するリチウムイオン電池用正極活物質として、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)及び酸素(O)からなるLiNi1-y-zCoMn(NCM)、Li、Ni、Co、アルミニウム(Al)及びOからなるLixNi1-y-zCoAl(NCA)が使用されている。これらの材料は既存リチウム複合酸化物よりCoの使用量を減らして安全性を高めて、より安価な金属を使用し、放電容量もNCMが165mAh/g程度、NCAが200mAh/g程度でLiCoOより高容量を実現した。 Li x Ni 1-y-z Co y consisting of lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) and oxygen (O) is suitable as a positive electrode active material for lithium-ion batteries suitable for these goals. LixNi 1-yz Co y Al z O 2 (NCA) consisting of Mn z O 2 (NCM), Li , Ni, Co, aluminum (Al) and O is used. These materials use less Co than existing lithium composite oxides to improve safety, use cheaper metals, and have discharge capacities of approximately 165 mAh/g for NCM and 200 mAh/g for NCA, compared to LiCoO 2 Achieved higher capacity.

このようなリチウムイオン電池の性能向上については特に高容量化が注目されており、LiMnOで表され、結晶構造がジグザグ層状構造を母構造とし、α-NaFeO型層状構造のドメインを有するリチウム複合酸化物が高容量材料として公開された(特許文献1参照)。 In order to improve the performance of such lithium ion batteries, increased capacity is attracting particular attention, and lithium is expressed by LiMnO 2 and has a crystal structure with a zigzag layered structure as a mother structure and domains with an α-NaFeO 2 type layered structure. A composite oxide has been disclosed as a high capacity material (see Patent Document 1).

直方晶及び単斜晶のうちの1種以上からなることを特徴とするLiMnOが公開され、放電容量は170mAh/g程度で低容量であったが、特許文献1では、メカニカルミリング後熱処理する工程により結晶構造が変型し、260mAh/gである高い放電容量を持つ正極活物質としてさらに改良された。このようなLiMnOは高容量でありながら安価であるリチウムイオン二次電池用正極活物質を見出したが、出力特性が低い課題があった。 LiMnO 2 characterized by being composed of one or more of rectangular crystals and monoclinic crystals has been disclosed, and its discharge capacity was low at about 170 mAh/g. The crystal structure was modified through the process, and the material was further improved as a positive electrode active material with a high discharge capacity of 260 mAh/g. Although such LiMnO 2 has been found to be a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries that has a high capacity and is inexpensive, it has a problem of low output characteristics.

出力特性が低いとの課題に鑑みて、マンガン化合物に異種金属元素を置換された金属複合酸化物を製造し、リチウム化合物と混合して焼結し、既存LiMnOより結晶構造を変化させ、出力特性が改善されたリチウム複合酸化物が公開された(特許文献2参照)。しかし、この異種金属置換リチウム複合酸化物はサイクル安定性が低い課題があった。 In view of the problem of low output characteristics, we produced a metal composite oxide in which a different metal element was substituted for a manganese compound, mixed it with a lithium compound and sintered it, and changed the crystal structure from the existing LiMnO 2 to improve output. A lithium composite oxide with improved properties has been disclosed (see Patent Document 2). However, this dissimilar metal-substituted lithium composite oxide has a problem of low cycle stability.

本発明はサイクル安定性が低い課題に鑑みて、リチウム複合酸化物にリン酸リチウムを添加、混合して複合化し、既存の異種金属置換リチウム複合酸化物よりサイクル安定性を改善するリチウム複合酸化物及びその製造方法である。 In view of the problem of low cycle stability, the present invention creates a lithium composite oxide that improves cycle stability compared to existing dissimilar metal-substituted lithium composite oxides by adding and mixing lithium phosphate to a lithium composite oxide. and its manufacturing method.

特開2019-153564号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-153564 特開2021―183555号公報JP 2021-183555 Publication

リチウムイオン電池は最近電子機器が小型、軽量化されるに伴って、ますます高容量、高電圧、高出力などの電気化学的特性に優れた電池を開発するための研究が進められている。特に、背景技術に記載されているようにリチウムイオン電池用正極材の実用化に活物質のサイクル安定性向上は必須で要求される。 As electronic devices have recently become smaller and lighter, research into lithium-ion batteries has been progressing to develop batteries with superior electrochemical properties such as higher capacity, higher voltage, and higher output. In particular, as described in the Background Art section, improving the cycle stability of active materials is essential for practical use of positive electrode materials for lithium ion batteries.

本発明は、サイクル安定性向上の要求を解決することを目的とし、電気化学的特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極活物質を得るためのリチウム複合酸化物及びその製造方法を提供することにある。 The present invention aims to solve the demand for improved cycle stability, and provides a lithium composite oxide and a method for producing the same for obtaining a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries with excellent electrochemical properties. It is in.

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。 The present inventors have completed the present invention as a result of intensive studies to solve the above problems. That is, the gist of the present invention is as follows.

(1)組成式LiMeMn1-z(但し、0<x≦1.3、0<y≦0.1、0<z≦0.2である)で示され、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属元素であり、直方晶系ジグザグ層状構造を母構造とし、単斜晶又は菱面体晶α-NaFeO型層状構造のドメインを有し、粉体X線回折で15.3±1.0°に観測される回折ピーク積分強度(A)と18.2±1.0°に観測される回折ピーク積分強度(B)との強度比(A/B)が0.5以上であり、BET比表面積が3.5~15m/gであるリチウム複合酸化物。 (1) Represented by the compositional formula Li x P y Me z Mn 1-z O 2 (0<x≦1.3, 0<y≦0.1, 0<z≦0.2), Me is one or more metal elements selected from the group consisting of Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Zn, and Zr, and has a rectangular system. The integrated intensity of the diffraction peak observed at 15.3 ± 1.0° in powder X-ray diffraction, which has a zigzag layered structure as a parent structure and domains of monoclinic or rhombohedral α-NaFeO 2 type layered structure. The intensity ratio (A/B) between (A) and the integrated intensity of the diffraction peak observed at 18.2±1.0° (B) is 0.5 or more, and the BET specific surface area is 3.5 to 15 m 2 /g of lithium composite oxide.

(2)カーボン対極セルを組んで25℃、2.0―4.4V(vsカーボン極)、電流密度66mA/gで100サイクル充放電試験を行った後のカーボン負極を取り出して酸に溶解させICP法で測定したときのMn析出量が正極活物質中のMn重量に対して1.0wt%以下である上記(1)に記載のリチウム複合酸化物。 (2) After assembling a carbon counter electrode cell and conducting a 100 cycle charge/discharge test at 25°C, 2.0-4.4V (vs. carbon electrode), and current density of 66 mA/g, the carbon negative electrode was taken out and dissolved in acid. The lithium composite oxide according to (1) above, wherein the amount of Mn precipitated when measured by an ICP method is 1.0 wt% or less based on the weight of Mn in the positive electrode active material.

(3)組成式(MeMn1-y(但し、1.3<a/b<1.6であり、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属)で示され、金属イオンの平均酸化数が2.6以上3.3以下であるマンガン化合物とリチウム化合物を混合して焼結し、主相がジグザグ層状構造を有するLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物を合成し、得られたLiMeMn1-yにリン酸リチウムを添加し、メカニカルミリングを施し、次いで不活性ガス中で熱処理する上記(1)又は(2)に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 (3) Compositional formula (Me y Mn 1-y ) a O b (However, 1.3<a/b<1.6, 0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr , Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Zn, and Zr), and the average oxidation number of the metal ion is 2. A lithium composite oxide whose main phase is represented by Li x Me y Mn 1-y O 2 having a zigzag layered structure is synthesized by mixing and sintering a manganese compound and a lithium compound with a molecular weight of 6 or more and 3.3 or less. , the lithium composite oxide according to (1) or (2) above, in which lithium phosphate is added to the obtained Li x Me y Mn 1-y O 2 , subjected to mechanical milling, and then heat treated in an inert gas. manufacturing method.

(4)組成式(MeMn1-y(但し、1.3<a/b<1.6であり、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属)で示され、金属イオンの平均酸化数が2.6以上3.3以下であるマンガン化合物とリチウム化合物を混合して焼結し、主相がジグザグ層状構造を有するLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物を合成し、得られたLiMeMn1-yにメカニカルミリングを施し、次いで不活性ガス中で熱処理した後、リン酸リチウムを添加、混合し、次いで不活性ガス中で再度熱処理する上記(1)又は(2)に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 (4) Composition formula (Me y Mn 1-y ) a O b (However, 1.3<a/b<1.6, 0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr , Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Zn, and Zr), and the average oxidation number of the metal ion is 2. A lithium composite oxide whose main phase is represented by Li x Me y Mn 1-y O 2 having a zigzag layered structure is synthesized by mixing and sintering a manganese compound and a lithium compound with a molecular weight of 6 or more and 3.3 or less. , the obtained Li x Me y Mn 1-y O 2 is mechanically milled, then heat treated in an inert gas, lithium phosphate is added and mixed, and then heat treated again in an inert gas. The method for producing a lithium composite oxide according to 1) or (2).

(5)金属組成がMeMn1-y(但し、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属である)で示されるマンガン化合物とリチウム化合物との混合物をアルカリ性水溶液中で水熱処理し、得られたLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物にリン酸リチウムを添加、混合し、次いで不活性ガス中で熱処理する上記(1)又は(2)に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 (5) The metal composition is Me y Mn 1-y (0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V , W, Zn, and Zr) and a lithium compound are hydrothermally treated in an alkaline aqueous solution, resulting in Li x Me y Mn 1 The method for producing a lithium composite oxide according to (1) or (2) above, which comprises adding and mixing lithium phosphate to the lithium composite oxide represented by -y O 2 and then heat-treating in an inert gas.

(6)金属組成がMeMn1-y(但し、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属である)で示されるマンガン化合物とリチウム化合物とリン酸をアルカリ性水溶液中で水熱処理する上記(1)又は(2)に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 (6) The metal composition is Me y Mn 1-y (0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V , W, Zn, and Zr), a manganese compound, a lithium compound, and phosphoric acid are hydrothermally treated in an alkaline aqueous solution as described in (1) or (2) above. A method for producing lithium composite oxide.

(7)金属組成がMeMn1-y(但し、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属である)で示されるマンガン化合物MeMn1-yOOHを水酸化リチウムと混合、焼成することで得られるLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物に対して、リン酸リチウムを添加、混合し、次いで不活性ガス中で熱処理する上記(1)又は(2)に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 (7) The metal composition is Me y Mn 1-y (0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V Li x Me y obtained by mixing a manganese compound Me y Mn 1-y OOH (one or more metals selected from the group consisting of , W, Zn, and Zr) with lithium hydroxide and firing it. The lithium composite oxide according to (1) or (2) above, in which lithium phosphate is added to and mixed with the lithium composite oxide represented by Mn 1-y O 2 and then heat-treated in an inert gas. manufacturing method.

(8)金属組成がMeMn1-y(但し、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属である)で示されるマンガン化合物MeMn1-yOOHとリン酸リチウムと水酸化リチウムを混合、焼成する上記(1)又は(2)に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 (8) The metal composition is Me y Mn 1-y (0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V , W, Zn, and Zr) is mixed with the manganese compound Me y Mn 1-y OOH, lithium phosphate, and lithium hydroxide, and fired. Or the method for producing a lithium composite oxide according to (2).

(9)上記(1)又は(2)に記載のリチウム複合酸化物を含む電極。 (9) An electrode containing the lithium composite oxide according to (1) or (2) above.

(10)上記(9)に記載の電極を正極に使用したリチウムイオン二次電池。 (10) A lithium ion secondary battery using the electrode described in (9) above as a positive electrode.

本発明のリチウム複合酸化物を用いた正極活物質はBET比表面積を制御することにより、二次電池に適用することで、高容量および高出力が期待される。また、リンの複合化によりサイクル安定性が向上するという顕著な効果を奏する。 By controlling the BET specific surface area, the positive electrode active material using the lithium composite oxide of the present invention is expected to have high capacity and high output when applied to secondary batteries. Furthermore, the compositing of phosphorus has the remarkable effect of improving cycle stability.

このような正極活物質を二次電池に適用することで、高容量及び高出力でありながらサイクル安定性の高いリチウムイオン二次電池を提供できる効果が期待される。 By applying such a positive electrode active material to a secondary battery, it is expected that a lithium ion secondary battery with high capacity and output and high cycle stability can be provided.

直方晶系ジグザグ層状構造を示した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a rectangular zigzag layered structure. 層状構造(2a)及び岩塩型構造(2b)を示した模式図である。It is a schematic diagram showing a layered structure (2a) and a rock salt type structure (2b). 実施例1~3及び比較例1~2のリチウム複合酸化物のXRDパターンを示した図である。3 is a diagram showing XRD patterns of lithium composite oxides of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.

以下、本発明を詳細に説明する。 The present invention will be explained in detail below.

本発明のリチウム複合酸化物は、組成式LiMeMn1-z(但し、0<x≦1.3、0<y≦0.1、0<z≦0.2である)で示され、マンガンに異種金属が置換され、かつリンが複合化されたものである。 The lithium composite oxide of the present invention has a composition formula Li x P y Me z Mn 1-z O 2 (where 0<x≦1.3, 0<y≦0.1, 0<z≦0.2). ), in which manganese is substituted with a different metal and phosphorus is compounded.

異種金属Meは、Al、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属であり、その内Al、Co、Fe、Mg、Nb、Ni、Ti、及びZnからなる群より選ばれる1種以上の金属であることが好ましい。異種金属の置換量は、特に限定するものではないが、マンガンの20.0モル%以下であることが好ましく、1.0~10.0モル%であることがより好ましい。 The dissimilar metal Me is one or more metals selected from the group consisting of Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Zn, and Zr; Among them, it is preferably one or more metals selected from the group consisting of Al, Co, Fe, Mg, Nb, Ni, Ti, and Zn. The amount of substitution of different metals is not particularly limited, but is preferably 20.0 mol% or less, more preferably 1.0 to 10.0 mol% of manganese.

本発明のリチウム複合酸化物は、直方晶系ジグザグ層状構造を母構造とし、単斜晶又は菱面体晶α-NaFeO型層状構造のドメインを有するものである。直方晶系ジグザグ層状構造を母構造とし、単斜晶又は菱面体晶α-NaFeO型層状構造のドメインを有することで、初期活性充放電サイクルが必要なく、初期サイクルから高容量を発現することが可能であるので、数十サイクル程度充放電を行うことで活性化して高容量を発現する直方晶LiMnOに対して有利である。 The lithium composite oxide of the present invention has a parent structure having a rectangular zigzag layered structure and domains having a monoclinic or rhombohedral α-NaFeO 2 type layered structure. By having a rectangular zigzag layered structure as the parent structure and domains of monoclinic or rhombohedral α-NaFeO 2 type layered structure, no initial activation charge/discharge cycle is required and high capacity can be developed from the initial cycle. This is advantageous compared to rectangular LiMnO 2 , which is activated and develops high capacity by charging and discharging several tens of cycles.

ここに、直方晶系ジグザグ層状構造とは、空間群(Space group)Pmnmに帰属することをいう。直方晶系ジグザグ層状構造の模式図を図1に示す。また、直方晶系ジグザグ層状構造とは異なる、層状構造及び岩塩型構造の模式図を、それぞれ、図2の(2a)、(2b)に示す。図1及び図2からわかるように、直方晶系ジグザグ層状構造は、α-NaFeO型層状構造における層が上下に交互に規則的に成長し、ジグザグ型の層状となっている結晶構造である。 Here, the rectangular zigzag layered structure refers to belonging to the space group Pmnm. A schematic diagram of the rectangular zigzag layered structure is shown in FIG. Further, schematic diagrams of a layered structure and a rock salt structure, which are different from the rectangular zigzag layered structure, are shown in FIGS. 2(2a) and 2(2b), respectively. As can be seen from Figures 1 and 2, the rectangular zigzag layered structure is a crystal structure in which the layers in the α-NaFeO 2 type layered structure grow vertically and regularly, forming a zigzag layered structure. .

単斜晶又は菱面体晶α-NaFeO型層状構造のドメインとは、空間群C2/m、R-3m又はFm-3mに帰属することをいい、単斜晶又は菱面体晶α-NaFeO型層状構造のドメインであることにより、直方晶と単斜晶又は菱面体晶が積層欠陥で連晶体構造になっているものである。 A domain with a monoclinic or rhombohedral α-NaFeO 2 type layered structure refers to a domain belonging to a space group C2/m, R-3m or Fm-3m, and a monoclinic or rhombohedral α-NaFeO 2 Since the domain has a type layered structure, the rectangular crystal and the monoclinic crystal or the rhombohedral crystal form an intergrowth structure due to stacking faults.

本発明のリチウム複合酸化物は、以下の測定条件での粉体X線回折で15.3±1.0°に観測される回折ピーク積分強度(A)と18.2±1.0°に観測される回折ピーク積分強度(B)との強度比(A/B)が0.5以上であることを特徴とするものである。 The lithium composite oxide of the present invention has a diffraction peak integrated intensity (A) observed at 15.3±1.0° in powder X-ray diffraction under the following measurement conditions, and 18.2±1.0°. It is characterized in that the intensity ratio (A/B) to the observed diffraction peak integrated intensity (B) is 0.5 or more.

[測定条件]
・X線源:CuKα線=1.5418Å
・発散スリット:1°
・発散縦制限スリット:10mm
・散乱スリット:解放
・受光スリット:解放
・ステップ幅:0.04°
・スキャンスピード:4°/min
[Measurement condition]
・X-ray source: CuKα ray = 1.5418 Å
・Divergence slit: 1°
・Divergence vertical restriction slit: 10mm
・Scattering slit: Open ・Light receiving slit: Open ・Step width: 0.04°
・Scan speed: 4°/min

当該強度比(A/B)が0.5未満であると、主相が単斜晶又は菱面体晶α-NaFeO型層状構造で、直方晶系ジグザグ層状構造のドメインを有するリチウム複合酸化物となり、サイクル劣化が大きくなる可能性がある。当該強度比(A/B)は、1.0~146.0が好ましく、2.6~33.6がより好ましい。 When the intensity ratio (A/B) is less than 0.5, the main phase is a monoclinic or rhombohedral α-NaFeO 2 type layered structure, and the lithium composite oxide has a domain of a rectangular zigzag layered structure. Therefore, cycle deterioration may become large. The intensity ratio (A/B) is preferably 1.0 to 146.0, more preferably 2.6 to 33.6.

本発明のリチウム複合酸化物のBET比表面積は、特に限定するものではないが、2.0m/g以上が好ましく、2.0~20.0m/gがより好ましい。リチウム複合酸化物のBET比表面積は物理ガス吸着から求めた吸着等温線をBETプロットに変換し、BET等温式を基づいて単分子層のガス吸着量Vmを求め、物理吸着に使用したガスの分子大きさを基に比表面積を計算する、いわゆるBET法により求めることができる。 The BET specific surface area of the lithium composite oxide of the present invention is not particularly limited, but is preferably 2.0 m 2 /g or more, more preferably 2.0 to 20.0 m 2 /g. The BET specific surface area of lithium composite oxide is determined by converting the adsorption isotherm obtained from physical gas adsorption into a BET plot, determining the amount of gas adsorption Vm in a monomolecular layer based on the BET isotherm equation, and calculating the amount of gas adsorption Vm in the monomolecular layer based on the BET isotherm formula. It can be determined by the so-called BET method, which calculates the specific surface area based on the size.

本発明のリチウム複合酸化物は、組成式(MeMn1-y(但し、1.3<a/b<1.6であり、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属である)で示され、金属イオンの平均酸化数が2.6以上3.3以下であるマンガン化合物とリチウム化合物を混合して焼結し、主相がジグザグ層状構造を有するLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物を合成し、得られたLiMeMn1-yにリン酸リチウムを添加し、メカニカルミリングを施し、次いで不活性ガス中で熱処理することで製造することができる。 The lithium composite oxide of the present invention has a compositional formula (Me y Mn 1-y ) a O b (where 1.3<a/b<1.6, 0<y≦0.2, and Me is one or more metals selected from the group consisting of Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Zn, and Zr), and the metal A manganese compound and a lithium compound whose average oxidation number of ions is 2.6 or more and 3.3 or less are mixed and sintered, and the main phase is represented by Li x Me y Mn 1-y O 2 having a zigzag layered structure. It can be produced by synthesizing a lithium composite oxide, adding lithium phosphate to the obtained Li x Me y Mn 1-y O 2 , subjecting it to mechanical milling, and then heat-treating it in an inert gas. .

または、得られた主相がジグザグ層状構造を有するLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物にメカニカルミリングを施し、次いで不活性ガス中で熱処理した後、リン酸リチウムを添加、混合し、次いで不活性ガス中で再度熱処理することにより製造することも可能である。 Alternatively, the obtained lithium composite oxide represented by Li x Me y Mn 1-y O 2 whose main phase has a zigzag layered structure is subjected to mechanical milling, then heat treated in an inert gas, and then lithium phosphate It is also possible to produce by adding and mixing, and then heat-treating again in an inert gas.

製造で使用する金属の原料に特に制限はない。例えば、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、塩化塩、水酸化塩、酸化塩等が例示されるが、これに制限はない。 There are no particular restrictions on the metal raw materials used in manufacturing. Examples include sulfates, carbonates, nitrates, acetates, chlorides, hydroxides, oxidized salts, etc., but there is no limitation thereto.

本発明のリチウム複合酸化物の製造において、マンガン化合物は、組成式(MeMn1-y(但し、1.3<a/b<1.6、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属である)で示され、金属イオンの平均酸化数が2.6以上3.3以下であり、好ましいMe/Mnモル比になるように置換元素とマンガンの金属塩水溶液を予め調製したものである。例えば、本発明において好ましいMe/Mnモル比に成るように予め調製した硫化物[(Me・Mn)(SO]、水酸化物[(Me・Mn)(OH)]、オキシ水酸化物[(Me・Mn)(OOH)]、酸化物[(Me・Mn)O]などが例示されるが、これらに制限はない。式中、a、b、c、dは原子価を満足する数値である。 In the production of the lithium composite oxide of the present invention, the manganese compound has the composition formula (Me y Mn 1-y ) a O b (where 1.3<a/b<1.6, 0<y≦0.2 and Me is one or more metals selected from the group consisting of Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Zn, and Zr). An aqueous solution of a metal salt of a substituent element and manganese is prepared in advance so that the average oxidation number of the metal ion is 2.6 or more and 3.3 or less, and a preferable Me/Mn molar ratio is obtained. For example, in the present invention, sulfide [(Me・Mn)(SO 4 ) a ], hydroxide [(Me・Mn)(OH) b ], oxywater prepared in advance to have a preferable Me/Mn molar ratio Examples include oxides [(Me·Mn)(OOH) c ] and oxides [(Me·Mn)O d ], but there is no limitation to these. In the formula, a, b, c, and d are numerical values that satisfy the valence.

製造で使用される金属の原料に特に制限はなく、例えば、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、塩化塩、水酸化塩、酸化塩等が例示されるが、これらに制限はない。 There are no particular restrictions on the metal raw materials used in the production, and examples include sulfates, carbonates, nitrates, acetates, chlorides, hydroxides, oxides, etc., but there are no limitations to these.

上記のマンガン化合物は、600~900℃で12~24時間、空気中で焼結することでマンガン酸化物になる。 The above manganese compound becomes manganese oxide by sintering in air at 600 to 900°C for 12 to 24 hours.

マンガン化合物の金属イオンの平均酸化数が2.6未満の場合は、空気中で焼結することでMn帰属組成(MnMe1-yになり、さらに、3.3を超える場合は、MnO帰属組成MnMe1-yになる。これらのマンガン化合物とリチウム化合物を混合して焼結すると主相がジグザグ層状構造を有するLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物は得られるものの、単斜晶又は菱面体晶α-NaFeO型層状構造のドメインを有しない。好ましいMe/Mnモル比になるように置換元素とマンガンの金属塩水溶液を予め調製するとは、仕込み組成通りのMe/Mnモル比でマンガン化合物を製造することをいう。 If the average oxidation number of the metal ions in the manganese compound is less than 2.6, sintering in air will result in a Mn 3 O 4 attributed composition (Mn y Me 1-y ) 3 O 4 , and 3. If it exceeds 3, the MnO 2 attributed composition becomes Mn y Me 1-y O 2 . When these manganese compounds and lithium compounds are mixed and sintered, a lithium composite oxide whose main phase is represented by Li x Me y Mn 1-y O 2 having a zigzag layered structure can be obtained, but it has a monoclinic or rhombic crystal structure. It does not have a domain with a hedral α-NaFeO 2 type layered structure. Preparing in advance a metal salt aqueous solution of a substituent element and manganese so as to have a preferable Me/Mn molar ratio means to produce a manganese compound at a Me/Mn molar ratio according to the charged composition.

本発明のリチウム複合酸化物の製造において、マンガン化合物と混合するリチウム化合物は特に制限はないが、例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、塩化リチウム、ヨウ化リチウム、蓚酸リチウム、硫酸リチウム、酸化リチウム等が例示されるが、これらに制限はない。 In the production of the lithium composite oxide of the present invention, the lithium compound to be mixed with the manganese compound is not particularly limited, but examples include lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium acetate, lithium chloride, lithium iodide, lithium oxalate, Examples include lithium sulfate and lithium oxide, but there is no limitation to these.

上記のマンガン化合物とリチウム化合物の焼結は、特に限定するものではないが、例えば、700~1000℃で6~24時間、不活性ガス中で行うことが好ましく、メカニカルミリングは、例えば、300~800rpmで6~72時間とすることが好ましい。 Sintering of the above-mentioned manganese compound and lithium compound is not particularly limited, but is preferably carried out at 700 to 1000°C for 6 to 24 hours in an inert gas, and mechanical milling is carried out, for example, at 300 to Preferably, the heating time is 800 rpm for 6 to 72 hours.

上記のメカニカルミリングは、密閉容器に入れ、容器と同じ材質のボールを使用し、不活性ガス中で行うことが好ましい。密閉容器とボールの材質は特に限定するものではないが、例えば、窒化ケイ素、ジルコニア、ステンレス、タングステンカーバイド、シンタードアルミナ等が例示されるが、これらに制限はない。 The above-mentioned mechanical milling is preferably carried out in an inert gas in a sealed container using a ball made of the same material as the container. The materials of the closed container and the ball are not particularly limited, and examples thereof include silicon nitride, zirconia, stainless steel, tungsten carbide, sintered alumina, etc., but there are no limitations to these materials.

メカニカルミリングに次いで行う熱処理は、不活性雰囲気で行う。時間や温度は特に限定するものではないが、例えば、500~900℃で1~24時間が好ましく、500~750℃で1~12時間がより好ましい。 The heat treatment subsequent to mechanical milling is performed in an inert atmosphere. Although the time and temperature are not particularly limited, for example, it is preferably 500 to 900°C for 1 to 24 hours, and more preferably 500 to 750°C for 1 to 12 hours.

本発明のリチウム複合酸化物は、金属組成がMeMn1-y(但し、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属である)で示されるマンガン化合物と上記リチウム化合物を混合し、アルカリ性水溶液中で水熱処理することにより得られた、LiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物にリン酸リチウムを添加、混合し、次いで不活性ガス中で熱処理することで製造することができる。または、金属組成がMeMn1-yで示されるマンガン化合物とリチウム化合物とリン酸をアルカリ性水溶液中で水熱処理することで製造することができる。 The lithium composite oxide of the present invention has a metal composition of Me y Mn 1-y (where 0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni , Si, Ti, V, W, Zn, and Zr) and the above lithium compound are mixed and hydrothermally treated in an alkaline aqueous solution. It can be produced by adding and mixing lithium phosphate to the lithium composite oxide represented by Li x Me y Mn 1-y O 2 and then heat-treating it in an inert gas. Alternatively, it can be produced by hydrothermally treating a manganese compound whose metal composition is Me y Mn 1-y , a lithium compound, and phosphoric acid in an alkaline aqueous solution.

上記の水熱処理が行われるアルカリ性水溶液中とは、例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウムの混合液をいう。アルカリ性水溶液のpHは、例えば、11.0~14.0とすることが好ましい。
上記の水熱処理の温度は、特に限定するものではないが、例えば、140℃以上で1時間以上が好ましく、180~240℃で4~24時間がより好ましい。
The alkaline aqueous solution in which the above hydrothermal treatment is performed refers to, for example, a mixed solution of lithium hydroxide and potassium hydroxide. The pH of the alkaline aqueous solution is preferably 11.0 to 14.0, for example.
The temperature of the above hydrothermal treatment is not particularly limited, but is preferably 140° C. or higher for 1 hour or more, and more preferably 180 to 240° C. for 4 to 24 hours.

上記の水熱処理は、マンガン化合物とリチウム化合物の混合比(Li/Mn+Me)を特に限定するものではないが、1.5以上が好ましく、2.0~8.0がより好ましい。
本発明のリチウム複合酸化物は、金属組成がMeMn1-y(但し、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属)で示されるマンガン化合物MeMn1-yOOHを水酸化リチウムと混合、焼成することで得られることを特徴とするLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物に対して、リン酸リチウムを添加、混合し、次いで不活性ガス中で熱処理することにより製造することができる。または、金属組成がMeMn1-yで示されるマンガン化合物MeMn1-yOOHとリン酸リチウムと水酸化リチウムを混合、焼成することで製造することができる。
In the above hydrothermal treatment, the mixing ratio of the manganese compound and the lithium compound (Li/Mn+Me) is not particularly limited, but it is preferably 1.5 or more, and more preferably 2.0 to 8.0.
The lithium composite oxide of the present invention has a metal composition of Me y Mn 1-y (where 0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni , Si, Ti, V, W, Zn, and Zr) obtained by mixing a manganese compound Me y Mn 1-y OOH with lithium hydroxide and firing it. It can be produced by adding and mixing lithium phosphate to a lithium composite oxide represented by Li x Me y Mn 1-y O 2 characterized by the following, and then heat-treating it in an inert gas. can. Alternatively, it can be produced by mixing a manganese compound Me y Mn 1- y OOH whose metal composition is represented by Me y Mn 1-y, lithium phosphate, and lithium hydroxide, and firing the mixture.

本発明の電極は、本発明のリチウム複合酸化物を含むことを特徴とし、当該リチウム複合酸化物のほかに、導電材及びバインダを含むことが好ましい。 The electrode of the present invention is characterized by containing the lithium composite oxide of the present invention, and preferably contains a conductive material and a binder in addition to the lithium composite oxide.

上記の導電材とは電極の導電性を向上されるために添加するものである。導電材としては、特に限定するものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック系が挙げられる。導電材が正極活物質の周辺に均一分布させて、電子が流れるネットワークを形成させることが、電池の出力特性向上の点で好ましい。 The above-mentioned conductive material is added to improve the conductivity of the electrode. The conductive material is not particularly limited, and examples thereof include carbon blacks such as acetylene black and Ketjen black. From the viewpoint of improving the output characteristics of the battery, it is preferable to uniformly distribute the conductive material around the positive electrode active material to form a network through which electrons flow.

本発明の電極のリチウム複合酸化物に対する導電材の含有量は、特に限定するものではないが、1~10重量%であることが好ましい。 The content of the conductive material in the lithium composite oxide of the electrode of the present invention is not particularly limited, but is preferably 1 to 10% by weight.

上記のバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリ塩化ビニル(PVC)カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)等が例示されるが、特に制限はない。 Examples of the above binders include polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), polyvinyl chloride (PVC), carboxymethylcellulose (CMC), styrene-butadiene rubber (SBR), etc. is exemplified, but there is no particular restriction.

本発明の電極におけるバインダの含有量は、特に限定するものではないが、例えば、1~10重量%であることが好ましい。 The binder content in the electrode of the present invention is not particularly limited, but is preferably, for example, 1 to 10% by weight.

正極以外のリチウムイオン二次電池の構成としては、次のようなものを挙げることができるが、特に制限はない。 Examples of the structure of the lithium ion secondary battery other than the positive electrode include the following, but there are no particular limitations.

負極には、Liを可逆に吸蔵放出する材料、例えば、炭素系材料、酸化錫系材料、酸化ケイ素系材料、LiTi12、Liと合金を形成する材料などが例示される。 Examples of the negative electrode include materials that reversibly intercalate and release Li, such as carbon-based materials, tin oxide-based materials, silicon oxide-based materials, Li 4 Ti 5 O 12 , and materials that form alloys with Li.

電解質には、例えば、有機溶媒にLi塩や各種添加剤を溶解した有機電解液や、イオン液体、Liイオン伝導性の固体電解質、これらを組み合わせたものなどが例示される。当該電解液の有機溶媒としては、特に限定するものではないが、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)が例示され、電解質塩としては、テトラフルオロボレート(BF4-)、ヘキサフルオロホスファート(PF6-)、フルオロメタンスルホニルイミド(FSI)、トリフルオロメタンスルホニルイミド(TFSI)、トリフルオロメタンスルホナート(CFSO3-)等が例示されるが、特に制限はない。 Examples of the electrolyte include an organic electrolyte in which Li salt and various additives are dissolved in an organic solvent, an ionic liquid, a solid electrolyte that conducts Li ions, and a combination thereof. The organic solvent of the electrolyte is not particularly limited, but examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC), and examples of the electrolyte salt include , tetrafluoroborate (BF 4- ), hexafluorophosphate (PF 6- ), fluoromethanesulfonylimide (FSI - ), trifluoromethanesulfonylimide (TFSI - ), trifluoromethanesulfonate (CF 3 SO 3- ), etc. is exemplified, but there is no particular restriction.

以下に、本発明の実施例を挙げてより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されて解釈されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention should not be construed as being limited to these Examples.

<結晶構造の確認>
リチウム複合酸化物の結晶構造の同定について粉末XRD(商品名:UltimaIV、Rigaku社製)を用いて行った。
計測条件は以下の通りとした。
・ターゲット:Cu/Kα
・出力:1.6kW(40mA-40kV)
・データ間隔:0.04°(2θ/θ)
・測定範囲:10~90°(4°/min)
<Confirmation of crystal structure>
The crystal structure of the lithium composite oxide was identified using powder XRD (trade name: Ultima IV, manufactured by Rigaku).
The measurement conditions were as follows.
・Target: Cu/Kα
・Output: 1.6kW (40mA-40kV)
・Data interval: 0.04° (2θ/θ)
・Measurement range: 10~90° (4°/min)

<BET比表面積の測定>
試料0.2gをBET比表面積測定用のガラス製セルに入れ、窒素気流化で150℃、30分間脱水処理を行い、粉体粒子に付着した水分の除去を行った。処理後の試料を、BET測定装置(商品名:MiCROMETRICS DesorbIII、島津製作所製)で、吸着ガスとして、窒素30%-ヘリウム70%の混合ガスを用いて、1点法でBET比表面積を測定した。
<Measurement of BET specific surface area>
0.2 g of the sample was placed in a glass cell for BET specific surface area measurement, and subjected to dehydration treatment at 150° C. for 30 minutes under nitrogen aeration to remove water adhering to the powder particles. The BET specific surface area of the treated sample was measured using a BET measurement device (trade name: MiCROMETRICS Desorb III, manufactured by Shimadzu Corporation) using a 1-point method using a mixed gas of 30% nitrogen and 70% helium as the adsorption gas. .

<Li対極電池の作製>
実施例、比較例で得られたリチウム複合酸化物と導電材(Denka black)とバインダ(10wt%PvdF/N-Methyl-2-Pyrrolidone溶液)を重量比80:10:10で混合器(AR-100、Thinky社製)を用いて混合均一化して、正極材インクを作製した。得られた正極材インクはアルミニウム箔に125μmの厚さで塗布し、80℃で30分乾燥及び150℃で1時間以上減圧乾燥後、直径15.956mmの円形に切った。切った電極は3ton/cmで一軸プレスし、150℃で2時間減圧乾燥して正極とした。
<Preparation of Li counter electrode battery>
The lithium composite oxide obtained in Examples and Comparative Examples, a conductive material (Denka black), and a binder (10 wt% PvdF/N-Methyl-2-Pyrrolidone solution) were mixed in a mixer (AR- 100 (manufactured by Thinky) to make the mixture uniform, thereby producing a positive electrode material ink. The obtained positive electrode material ink was applied to an aluminum foil to a thickness of 125 μm, dried at 80° C. for 30 minutes, dried under reduced pressure at 150° C. for more than 1 hour, and then cut into a circle with a diameter of 15.956 mm. The cut electrode was uniaxially pressed at 3 tons/cm 2 and dried under reduced pressure at 150° C. for 2 hours to obtain a positive electrode.

上記の正極以外の電池の構成には、電解液としてECとDMCを1:2の容積比で混合した溶液中にLiPF6を1.0Mの濃度となる溶液を、セパレータとしてセルガード2400(直径19mm、セルガード社製)を用いた。 The configuration of the battery other than the above positive electrode includes a solution containing LiPF6 at a concentration of 1.0M in a solution of EC and DMC mixed at a volume ratio of 1:2 as an electrolyte, and Celgard 2400 (diameter 19 mm, (manufactured by Celgard) was used.

負極として、リチウム箔(直径16.16mm、厚さ200μm、本城金属社製)を用いた。
セルにはCR2032型コインセルを使用した。
As a negative electrode, lithium foil (diameter 16.16 mm, thickness 200 μm, manufactured by Honjo Metal Co., Ltd.) was used.
A CR2032 type coin cell was used as the cell.

<C対極電池の作製>
負極として、球晶黒鉛をバインダと重量比90:10で混合し、負極インクを作製した後、銅箔に塗布し、直径16.16mmφに打ち抜いた後、3ton/cmで一軸プレスしたものを使用し、負極/正極容量比が1.3となるように塗布の厚さを変えて、負極活物質重量を調整した。
<Preparation of C counter electrode battery>
As a negative electrode, a negative electrode ink was prepared by mixing spherulite graphite with a binder at a weight ratio of 90:10, then applied to copper foil, punched out to a diameter of 16.16 mmφ, and uniaxially pressed at 3 ton/cm 2 . The weight of the negative electrode active material was adjusted by changing the coating thickness so that the negative electrode/positive electrode capacity ratio was 1.3.

対極をリチウムからカーボンに変えたこと以外の電池の作製方法は<Li対極電池の作製>と同様である。 The method of manufacturing the battery was the same as <Manufacture of Li counter electrode battery> except that the counter electrode was changed from lithium to carbon.

<Li対極充放電試験>
Li対極電池の性能評価は充放電評価装置(商品名:BTS2004W、NAGANO社製)を用いて25℃で、測定は2.0V-4.5V(vsリチウム極)の電圧範囲で行った。最初に2サイクル0.03Cの電流密度で充放電試験を行い、次いで0.3Cの電流密度で初期容量評価を行った。CレートはLi対極セルにおいて0.03Cの電流密度で充放電したときの放電容量を実用放電容量(220mA/g)とし、0.3C(66mA/g)を算出した。
<Li counter electrode charge/discharge test>
The performance of the Li counter electrode battery was evaluated using a charge/discharge evaluation device (trade name: BTS2004W, manufactured by NAGANO) at 25° C. and measurements were performed in a voltage range of 2.0 V to 4.5 V (vs. lithium electrode). First, a charge/discharge test was performed at a current density of 0.03C for two cycles, and then an initial capacity evaluation was performed at a current density of 0.3C. The C rate was calculated as 0.3 C (66 mA/g), with the discharge capacity when charging and discharging at a current density of 0.03 C in a Li counter electrode cell being taken as the practical discharge capacity (220 mA/g).

<C対極25℃充放電サイクル試験>
C対極電池の性能評価は充放電評価装置(商品名:BTS2004W、NAGANO社製)を用いて25℃で、測定は2.0V-4.4V(vsカーボン極)の電圧範囲で行った。充電終了条件は4.4Vを保持したときの電流値が充電の電流値の1/10以下になったときとした。最初に2サイクル0.03Cの電流密度で充放電試験を行い、次いで0.3Cの電流密度で100サイクル充放電試験を行った。Cレートは0.03Cの電流密度で充放電したときの放電容量を実用放電容量(220mA/g)とし、0.3C(66mA/g)を算出した。
<C counter electrode 25°C charge/discharge cycle test>
The performance of the C counter electrode battery was evaluated using a charge/discharge evaluation device (trade name: BTS2004W, manufactured by NAGANO) at 25° C. and measurements were performed in a voltage range of 2.0 V to 4.4 V (vs. carbon electrode). The charging termination condition was when the current value when 4.4V was maintained became 1/10 or less of the charging current value. First, a charge/discharge test was conducted for two cycles at a current density of 0.03C, and then a charge/discharge test was conducted for 100 cycles at a current density of 0.3C. The C rate was calculated as 0.3C (66mA/g), with the discharge capacity when charging and discharging at a current density of 0.03C being the practical discharge capacity (220mA/g).

サイクル安定性は、容量維持率で評価した。容量維持率は0.3C充放電の1サイクル目の放電容量(A)に対する0.3C充放電の100サイクル目の放電容量(B)の割合(B/A)で算出した。 Cycle stability was evaluated by capacity retention rate. The capacity retention rate was calculated as the ratio (B/A) of the discharge capacity (B) at the 100th cycle of 0.3C charging and discharging to the discharge capacity (A) at the 1st cycle of 0.3C charging and discharging.

<C対極45℃充放電サイクル試験>
評価温度を45℃として、充放電サイクル試験を行った。最初の2サイクル0.03Cの充放電試験は25℃で行い、サイクル試験評価を45℃で50サイクル行った。評価温度、サイクル数以外の実験条件、容量維持率の算出方法はC対極45℃充放電サイクル試験と同様である。
<C counter electrode 45°C charge/discharge cycle test>
A charge/discharge cycle test was conducted at an evaluation temperature of 45°C. The first two cycles of charge/discharge test at 0.03C were performed at 25°C, and the cycle test evaluation was performed at 45°C for 50 cycles. The evaluation temperature, experimental conditions other than the number of cycles, and the method for calculating the capacity retention rate are the same as the C counter electrode 45° C. charge/discharge cycle test.

<Mn析出量の算出>
サイクル試験を行った後のコインセルから取り出したカーボン負極をジメチルカーボネートで洗浄後、硫酸5%―過酸化水素3%混合溶液10mLに溶解させた後、純水を加えて100mLの水溶液としたのち、ICPAES(商品名:Optima5300DV、PerkinElmer社製)で分析した。
<Calculation of Mn precipitation amount>
After performing the cycle test, the carbon negative electrode taken out from the coin cell was washed with dimethyl carbonate, dissolved in 10 mL of a mixed solution of 5% sulfuric acid and 3% hydrogen peroxide, and then pure water was added to make a 100 mL aqueous solution. Analysis was performed using ICPAES (trade name: Optima 5300DV, manufactured by PerkinElmer).

カーボン負極上のMn析出量は、ICP測定結果のMn濃度(A[ppm])からカーボン極上に析出したMn重量を算出し、正極活物質中のMn重量(B[mg])との比率で表す。Bは活物質重量ではなく、活物質の組成から算出されるMnのみの重量とする。このとき、Mn析出量は以下の式で表される。
Mn析出量[wt%]=A/(10・B)
The amount of Mn precipitated on the carbon negative electrode is determined by calculating the weight of Mn precipitated on the carbon electrode from the Mn concentration (A [ppm]) of the ICP measurement result, and calculating the amount of Mn precipitated on the carbon electrode as a ratio to the weight of Mn in the positive electrode active material (B [mg]). represent. B is not the weight of the active material, but only the weight of Mn calculated from the composition of the active material. At this time, the amount of Mn precipitation is expressed by the following formula.
Mn precipitation amount [wt%] = A/(10・B)

実施例1
金属塩水溶液の成分が、0.025mol/Lの硫酸ニッケル(NiSO)、0.025mol/Lの硫酸チタニル(TiOSO)及び1.95mol/Lの硫酸マンガン(MnSO)を含む水溶液を用いた。なお金属塩水溶液中の全金属の合計濃度は2.0mol/Lであった。
Example 1
The metal salt aqueous solution contains an aqueous solution containing 0.025 mol/L nickel sulfate (NiSO 4 ), 0.025 mol/L titanyl sulfate (TiOSO 4 ), and 1.95 mol/L manganese sulfate (MnSO 4 ). there was. Note that the total concentration of all metals in the metal salt aqueous solution was 2.0 mol/L.

1.0Lの反応容器に200gの純水を入れた後、60℃で昇温、撹拌した。上記金属塩水溶液を、供給速度0.75g/minで反応容器に添加した。また、上記の供給操作中、酸化剤として空気を供給速度1.0L/minで反応容器中にバブリングし続けた。さらに、混合液がpH8.5となるように、2.0mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を断続的に添加して混合した。反応によって得られた沈殿したスラリーをろ過、洗浄後、120℃で12時間乾燥することで、Mn、NiとTiを含むマンガン酸化物(理論組成(Ni0.025Ti0.025Mn0.95)を得た。 After putting 200 g of pure water into a 1.0 L reaction vessel, the temperature was raised to 60° C. and the mixture was stirred. The metal salt aqueous solution was added to the reaction vessel at a feed rate of 0.75 g/min. Furthermore, during the above supply operation, air was continued to be bubbled into the reaction vessel as an oxidizing agent at a supply rate of 1.0 L/min. Further, a 2.0 mol/L aqueous sodium hydroxide solution was intermittently added and mixed so that the pH of the mixed solution was 8.5. The precipitated slurry obtained by the reaction was filtered, washed, and dried at 120°C for 12 hours to obtain manganese oxide containing Mn, Ni and Ti (theoretical composition (Ni 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 ) 3 O 4 ) was obtained.

上記で得られたマンガン酸化物は700℃で12時間、空気中で焼成し、理論組成(Ni0.025Ti0.025Mn0.95を作製した。ICPから求めた金属組成の重量比から、Li/(Ni+Ti+Mn)モル比が1.0になるようにマンガン酸化物と市販の炭酸リチウムを乳鉢で20分間乾式混合した。得られた混合粉を焼成皿に入れて、900℃で12時間、Nガス中で加熱を行い、室温まで冷却して主相がジグザグ層状構造を有するLiNi0.025Ti0.025Mn0.95を得た。昇温速度と降温速度は10℃/minとした。 The manganese oxide obtained above was fired in air at 700° C. for 12 hours to produce a theoretical composition (Ni 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 ) 2 O 3 . Manganese oxide and commercially available lithium carbonate were dry mixed in a mortar for 20 minutes so that the Li/(Ni+Ti+Mn) molar ratio was 1.0 based on the weight ratio of the metal composition determined from ICP. The obtained mixed powder was placed in a baking dish, heated at 900°C for 12 hours in N2 gas, and cooled to room temperature to form LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0 whose main phase has a zigzag layered structure. Obtained .95 O2 . The temperature increase rate and temperature decrease rate were 10° C./min.

得られた主相がジグザグ層状構造を有するLiNi0.025Ti0.025Mn0.95にリン酸リチウムLiPOを添加し、Ar雰囲気の密閉容器中600rpmで36時間メカニカルミリングを行い、岩塩型Li1.020.02Ni0.025Ti0.025Mn0.95を得た。メカニカルミリングにはジルコニア製の容器、ボールを使用し、リチウム複合酸化物試料1.5g、リン酸リチウム0.037g(リチウム複合酸化物に対して2mol%相当)に直径10mmボールを3個、直径5mmボールを10個及び直径1mmボールを2g入れて行った。 Lithium phosphate Li 3 PO 4 was added to LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 whose main phase had a zigzag layered structure, and mechanical milling was performed at 600 rpm for 36 hours in a closed container in an Ar atmosphere. A rock salt type Li 1.02 P 0.02 Ni 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 was obtained. For mechanical milling, a zirconia container and balls are used, and three balls with a diameter of 10 mm are placed in 1.5 g of a lithium composite oxide sample, 0.037 g of lithium phosphate (equivalent to 2 mol% relative to the lithium composite oxide), and Ten 5 mm balls and 2 g of 1 mm diameter balls were used.

次に、岩塩型構造Li1.020.02Ni0.025Ti0.025Mn0.95を600℃で12時間、Nガス中で熱処理を行い、ジグザグ層状構造を母構造とし、α-NaFeO型層状構造のドメインを有するLi1.020.02Ni0.025Ti0.025Mn0.95のリチウム複合酸化物を得た。 Next, the rock salt-type structure Li 1.02 P 0.02 Ni 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 was heat-treated at 600°C for 12 hours in N 2 gas to transform the zigzag layered structure into a matrix structure. A lithium composite oxide of Li 1.02 P 0.02 Ni 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O x having a domain with an α-NaFeO 2 type layered structure was obtained.

得られたリチウム複合酸化物を用い、上記の<Li対極電池の作製>、<C対極電池の作製>に従ってリチウムイオン二次電池を作製した。 Using the obtained lithium composite oxide, a lithium ion secondary battery was produced according to the above <Preparation of Li counter electrode battery> and <Preparation of C counter electrode battery>.

実施例2
実施例1と同様の方法で得られた主相がジグザグ層状構造を有するLiNi0.025Ti0.025Mn0.95に、リン酸リチウムを添加しない以外は実施例1と同様の方法でメカニカルミリングを行い、岩塩型LiNi0.025Ti0.025Mn0.95を得た。
Example 2
The same method as in Example 1 except that lithium phosphate was not added to LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 whose main phase had a zigzag layered structure obtained by the same method as in Example 1. Mechanical milling was performed to obtain rock salt type LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 .

次に、岩塩型構造LiNi0.025Ti0.025Mn0.95を600℃で12時間、Arガス中で熱処理を行い、ジグザグ層状構造を母構造とし、α-NaFeO型層状構造のドメインを有するLiNi0.025Ti0.025Mn0.95のリチウム複合酸化物を得た。 Next, the rock salt-type structure LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 was heat-treated at 600 °C for 12 hours in Ar gas to create a zigzag layered structure as a matrix structure and an α-NaFeO 2- type layered structure. A lithium composite oxide of LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O x having the following domains was obtained.

さらに、ジグザグ層状構造を母構造とし、α-NaFeO型層状構造のドメインを有するリチウム複合酸化物LiNi0.025Ti0.025Mn0.95にリン酸リチウムを添加し、ボールミルを用いて混合した。ボールミル混合は空気雰囲気中100rpmで12時間行った。混合物をNガス中、600℃、12時間熱処理を行うことで、ジグザグ層状構造を母構造とし、α-NaFeO型層状構造のドメインを有するLi1.020.02Ni0.025Ti0.025Mn0.95のリチウム複合酸化物を得た。 Furthermore, lithium phosphate was added to a lithium composite oxide LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O x which had a zigzag layered structure as a mother structure and domains of an α-NaFeO 2 type layered structure, and was processed using a ball mill. and mixed. Ball mill mixing was performed in an air atmosphere at 100 rpm for 12 hours. By heat-treating the mixture in N 2 gas at 600°C for 12 hours, Li 1.02 P 0.02 Ni 0.025 Ti which has a zigzag layered structure as a matrix structure and a domain of α-NaFeO 2 type layered structure A lithium composite oxide of 0.025 Mn 0.95 O x was obtained.

得られたリチウム複合酸化物を用い、上記の<Li対極電池の作製>、<C対極電池の作製>に従ってリチウムイオン二次電池を作製した。 Using the obtained lithium composite oxide, a lithium ion secondary battery was produced according to the above <Preparation of Li counter electrode battery> and <Preparation of C counter electrode battery>.

実施例3
メカニカルミリングに使用したリン酸リチウム0.037g(リチウム複合酸化物に対して2mol%相当)をリン酸リチウム0.056g(リチウム複合酸化物に対して3mol%相当)に変更し、Nガス中での熱処理温度600℃を700℃に変更した以外は実施例1と同様の方法で、ジグザグ層状構造を母構造とし、α-NaFeO型層状構造のドメインを有するLi1.030.03Ni0.025Ti0.025Mn0.95のリチウム複合酸化物を得た。
Example 3
The 0.037 g of lithium phosphate (equivalent to 2 mol% relative to the lithium composite oxide) used in mechanical milling was changed to 0.056 g of lithium phosphate (equivalent to 3 mol% relative to the lithium composite oxide), and Li 1.03 P 0.03 having a zigzag layered structure as a parent structure and a domain of α-NaFeO 2 type layered structure was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was changed from 600°C to 700°C. A lithium composite oxide of Ni 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O x was obtained.

得られたリチウム複合酸化物を用い、上記の<Li対極電池の作製>、<C対極電池の作製>に従ってリチウムイオン二次電池を作製した。 Using the obtained lithium composite oxide, a lithium ion secondary battery was produced according to the above <Preparation of Li counter electrode battery> and <Preparation of C counter electrode battery>.

比較例1
実施例1と同様の方法で得られた主相がジグザグ層状構造を有するLiNi0.025Ti0.025Mn0.95に、リン酸リチウムを添加しなかった以外は実施例1と同様の方法でメカニカルミリングを行い、岩塩型LiNi0.025Ti0.025Mn0.95を得た。
Comparative example 1
Same as Example 1 except that lithium phosphate was not added to LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 whose main phase had a zigzag layered structure obtained by the same method as Example 1. Mechanical milling was performed using the method described above to obtain rock salt type LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 .

次に、岩塩型構造LiNi0.025Ti0.025Mn0.95を600℃で12時間、Arガス中で熱処理を行い、ジグザグ層状構造を母構造とし、α-NaFeO型層状構造のドメインを有するLiNi0.025Ti0.025Mn0.95のリチウム複合酸化物を得た。 Next, the rock salt-type structure LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 was heat-treated at 600 °C for 12 hours in Ar gas to create a zigzag layered structure as a matrix structure and an α-NaFeO 2- type layered structure. A lithium composite oxide of LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O x having the following domains was obtained.

得られたリチウム複合酸化物を用い、上記の<Li対極電池の作製>、<C対極電池の作製>に従ってリチウムイオン二次電池を作製した。 Using the obtained lithium composite oxide, a lithium ion secondary battery was produced according to the above <Preparation of Li counter electrode battery> and <Preparation of C counter electrode battery>.

比較例2
実施例1と同様の方法で得られた主相がジグザグ層状構造を有するLiNi0.025Ti0.025Mn0.95に、リン酸リチウムを添加しなかった以外は実施例1と同様の方法でメカニカルミリングを行い、岩塩型LiNi0.025Ti0.025Mn0.95を得た。
Comparative example 2
Same as Example 1 except that lithium phosphate was not added to LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 whose main phase had a zigzag layered structure obtained by the same method as Example 1. Mechanical milling was performed using the method described above to obtain rock salt type LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 .

次に、岩塩型構造LiNi0.025Ti0.025Mn0.95を700℃で12時間、Arガス中で熱処理を行い、ジグザグ層状構造を母構造とし、α-NaFeO型層状構造のドメインを有するLiNi0.025Ti0.025Mn0.95のリチウム複合酸化物を得た。 Next, the rock salt-type structure LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O 2 was heat-treated at 700°C for 12 hours in Ar gas to form a zigzag layered structure as a matrix structure and an α-NaFeO 2- type layered structure. A lithium composite oxide of LiNi 0.025 Ti 0.025 Mn 0.95 O x having the following domains was obtained.

得られたリチウム複合酸化物を用い、上記の<Li対極電池の作製>、<C対極電池の作製>に従ってリチウムイオン二次電池を作製した。 Using the obtained lithium composite oxide, a lithium ion secondary battery was produced according to the above <Preparation of Li counter electrode battery> and <Preparation of C counter electrode battery>.

実施例1~3及び比較例1~2のリチウム複合酸化物に対して10~90°のXRDパターンを確認し、その結果を図3に示した。本発明で作製したリチウム複合酸化物は、直方晶系(010)面、(011)面、(200)面、(021)面に強いピークと単斜晶系(001)面に弱いピークを有していることが分かった。また、本発明で作製したリチウム複合酸化物は15.3±1.0°(A)に示される直方晶系(010)面と18.2±1.0°(B)に示される単斜晶系(001)面のピークが確認できた。すなわち、直方晶系ジグザグ層状構造を母構造とし、α-NaFeO型層状構造のドメインを有するリチウム複合酸化物になっていることが分かった。さらに、本発明で作製したリチウム複合酸化物は、リン複合化からなる結晶構造は変化させていないことが確認できた。さらに(A/B)ピーク積算強度比の算出を行い、その結果を表1に示した。 The 10 to 90° XRD patterns of the lithium composite oxides of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 were confirmed, and the results are shown in FIG. The lithium composite oxide produced in the present invention has strong peaks on the rectangular (010), (011), (200), and (021) planes and weak peaks on the monoclinic (001) plane. I found out that it was. In addition, the lithium composite oxide produced in the present invention has a rectangular (010) plane shown at 15.3±1.0° (A) and a monoclinic plane shown at 18.2±1.0° (B). A peak of the crystal system (001) plane was confirmed. That is, it was found that the lithium composite oxide had a rectangular zigzag layered structure as a parent structure and domains of an α-NaFeO 2 type layered structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the lithium composite oxide produced by the present invention, which is composed of phosphorus composites, was not changed. Furthermore, the (A/B) peak integrated intensity ratio was calculated, and the results are shown in Table 1.

Figure 2023162559000001
Figure 2023162559000001

実施例1~3及び比較例1~2のリチウム複合酸化物に対してBET比表面積を測定し、その結果を表1に示した。
実施例1~3及び比較例1~2のリチウム複合酸化物に対して<Li対極電池の作製>および<Li対極充放電試験>に従ってLi対極初期容量を測定し、その結果を表1に示した。
BET specific surface areas were measured for the lithium composite oxides of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2, and the results are shown in Table 1.
The initial capacity of the Li counter electrode was measured for the lithium composite oxides of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 according to <Preparation of Li counter electrode battery> and <Li counter electrode charge/discharge test>, and the results are shown in Table 1. Ta.

比較例2のBET比表面積が3.3m/gはLi対極初期容量が小さく、高容量を発現しないことから、BET比表面積は3.5m/g以上が必要である。 When the BET specific surface area of Comparative Example 2 is 3.3 m 2 /g, the initial capacity of the Li counter electrode is small and high capacity is not developed. Therefore, the BET specific surface area is required to be 3.5 m 2 /g or more.

実施例1~2及び比較例1で製造されたリチウム複合酸化物に対して<C対極電池の作製>および<C対極25℃充放電試験>に従ってC対極25℃初期容量を測定、容量維持率を算出した結果を表2に示した。サイクル試験後の電池から取り出したカーボン負極を用いて<Mn析出量の測定>に従って、算出したMn析出量を表2に示した。 The initial capacity of the C counter electrode at 25°C was measured for the lithium composite oxides produced in Examples 1 to 2 and Comparative Example 1 according to <Preparation of C counter electrode battery> and <C counter electrode charge/discharge test at 25°C>, and the capacity retention rate was determined. The results of the calculation are shown in Table 2. Table 2 shows the amount of Mn precipitation calculated according to <Measurement of Mn precipitation amount> using the carbon negative electrode taken out from the battery after the cycle test.

Figure 2023162559000002
Figure 2023162559000002

表2で示された0.3Cのサイクル安定性試験の結果から、実施例1、2はリン複合化をされなく製造された比較例1より充放電サイクル安定性の改良性が示された。 From the results of the 0.3C cycle stability test shown in Table 2, Examples 1 and 2 showed improved charge-discharge cycle stability compared to Comparative Example 1, which was produced without phosphorus compounding.

表2で示された実施例1、2で製造された電池から取り出して測定されたMn析出量も比較例1を下回って、正極からのMn溶出を抑制したことが示された。高容量、高出力かつサイクル安定性の高いリチウムイオン二次電池を達成した。 The amount of Mn precipitation taken out and measured from the batteries manufactured in Examples 1 and 2 shown in Table 2 was also lower than Comparative Example 1, indicating that Mn elution from the positive electrode was suppressed. We have achieved a lithium-ion secondary battery with high capacity, high output, and high cycle stability.

実施例3及び比較例1~2で製造されたリチウム複合酸化物に対して<C対極電池の作製>および<C対極45℃充放電試験>に従ってC対極45℃初期容量を測定、容量維持率を算出した結果を表3に示した。サイクル試験後の電池から取り出したカーボン負極を用いて<Mn析出量の測定>に従って、算出したMn析出量を表3に示した。 For the lithium composite oxides produced in Example 3 and Comparative Examples 1 and 2, the initial capacity of the C counter electrode at 45°C was measured according to <Preparation of C counter electrode battery> and <C counter electrode charge/discharge test at 45°C>, and the capacity retention rate was determined. The results of the calculation are shown in Table 3. Table 3 shows the amount of Mn precipitation calculated according to <Measurement of Mn precipitation amount> using the carbon negative electrode taken out from the battery after the cycle test.

Figure 2023162559000003
Figure 2023162559000003

表3で示された0.3Cのサイクル安定性試験の結果から、実施例3はリン複合化をされなく製造された比較例1、2より充放電サイクル安定性の改良性が示された。 From the results of the 0.3C cycle stability test shown in Table 3, Example 3 showed improved charge-discharge cycle stability compared to Comparative Examples 1 and 2, which were manufactured without phosphorus compounding.

表3で示された実施例3で製造された電池から取り出して測定されたMn析出量も比較例1、2を下回って、正極からのMn溶出を抑制したことが示された。高容量、高出力かつサイクル安定性の高いリチウムイオン二次電池を達成した。 The amount of Mn precipitation taken out and measured from the battery manufactured in Example 3 shown in Table 3 was also lower than Comparative Examples 1 and 2, indicating that Mn elution from the positive electrode was suppressed. We have achieved a lithium-ion secondary battery with high capacity, high output, and high cycle stability.

本発明のリチウム複合酸化物は、安価な高容量・高出力であり、かつサイクル安定性の高い正極活物質として、リチウムイオン二次電池用正極活物質の分野で使用が期待される。 The lithium composite oxide of the present invention is expected to be used in the field of positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries as a positive electrode active material that is inexpensive, has high capacity, high output, and has high cycle stability.

Claims (10)

組成式LiMeMn1-z(但し、0<x≦1.3、0<y≦0.1、0<z≦0.2である)で示され、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属元素であり、直方晶系ジグザグ層状構造を母構造とし、単斜晶又は菱面体晶α-NaFeO型層状構造のドメインを有し、粉体X線回折で15.3±1.0°に観測される回折ピーク積分強度(A)と18.2±1.0°に観測される回折ピーク積分強度(B)との強度比(A/B)が0.5以上であり、BET比表面積が3.5~15m/gであるリチウム複合酸化物。 It is represented by the compositional formula Li x P y Me z Mn 1-z O 2 (0<x≦1.3, 0<y≦0.1, 0<z≦0.2), and Me is Al , Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Zn, and Zr, and has a rectangular zigzag layered structure. The integrated intensity of the diffraction peak observed at 15.3 ± 1.0° in powder X-ray diffraction (A), which has a monoclinic or rhombohedral α-NaFeO 2 type layered structure domain, has a parent structure of and the diffraction peak integrated intensity (B) observed at 18.2±1.0°, the intensity ratio (A/B) is 0.5 or more, and the BET specific surface area is 3.5 to 15 m 2 /g. A certain lithium composite oxide. カーボン対極セルを組んで25℃、2.0―4.4V(vsカーボン極)、電流密度66mA/gで100サイクル充放電試験を行った後のカーボン負極を取り出して酸に溶解させICP法で測定したときのMn析出量が正極活物質中のMn重量に対して1.0wt%以下である請求項1に記載のリチウム複合酸化物。 After assembling a carbon counter electrode cell and performing a 100 cycle charge/discharge test at 25°C, 2.0-4.4V (vs. carbon electrode), and current density of 66 mA/g, the carbon negative electrode was taken out, dissolved in acid, and subjected to ICP method. The lithium composite oxide according to claim 1, wherein the amount of Mn precipitated when measured is 1.0 wt% or less based on the weight of Mn in the positive electrode active material. 組成式(MeMn1-y(但し、1.3<a/b<1.6であり、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属)で示され、金属イオンの平均酸化数が2.6以上3.3以下であるマンガン化合物とリチウム化合物を混合して焼結し、主相がジグザグ層状構造を有するLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物を合成し、得られたLiMeMn1-yにリン酸リチウムを添加し、メカニカルミリングを施し、次いで不活性ガス中で熱処理する請求項1又は請求項2に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 Composition formula (Me y Mn 1-y ) a O b (However, 1.3<a/b<1.6, 0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, one or more metals selected from the group consisting of Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Zn, and Zr), and the average oxidation number of the metal ions is 2.6 or more and 3 A lithium composite oxide whose main phase has a zigzag layered structure and is represented by Li x Me y Mn 1-y O 2 is synthesized by mixing and sintering a manganese compound and a lithium compound that are less than .3. The method for producing a lithium composite oxide according to claim 1 or 2, wherein lithium phosphate is added to the Li x Me y Mn 1-y O 2 , which is subjected to mechanical milling, and then heat treated in an inert gas. 組成式(MeMn1-y(但し、1.3<a/b<1.6であり、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属)で示され、金属イオンの平均酸化数が2.6以上3.3以下であるマンガン化合物とリチウム化合物を混合して焼結し、主相がジグザグ層状構造を有するLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物を合成し、得られたLiMeMn1-yにメカニカルミリングを施し、次いで不活性ガス中で熱処理した後、リン酸リチウムを添加、混合し、次いで不活性ガス中で再度熱処理する請求項1又は請求項2に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 Composition formula (Me y Mn 1-y ) a O b (However, 1.3<a/b<1.6, 0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, one or more metals selected from the group consisting of Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Zn, and Zr), and the average oxidation number of the metal ions is 2.6 or more and 3 A lithium composite oxide whose main phase has a zigzag layered structure and is represented by Li x Me y Mn 1-y O 2 is synthesized by mixing and sintering a manganese compound and a lithium compound that are less than .3. Li x Me y Mn 1-y O 2 is mechanically milled, then heat treated in an inert gas, lithium phosphate is added and mixed, and then heat treated again in an inert gas. Item 2. The method for producing a lithium composite oxide according to item 2. 金属組成がMeMn1-y(但し、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属である)で示されるマンガン化合物とリチウム化合物との混合物をアルカリ性水溶液中で水熱処理し、得られたLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物にリン酸リチウムを添加、混合し、次いで不活性ガス中で熱処理する請求項1又は請求項2に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 The metal composition is Me y Mn 1-y (however, 0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Li x Me y Mn 1-y O obtained by hydrothermally treating a mixture of a manganese compound (one or more metals selected from the group consisting of Zn and Zr) and a lithium compound in an alkaline aqueous solution. 3. The method for producing a lithium composite oxide according to claim 1, wherein lithium phosphate is added to and mixed with the lithium composite oxide represented by 2, and then heat treated in an inert gas. 金属組成がMeMn1-y(但し、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属である)で示されるマンガン化合物とリチウム化合物とリン酸をアルカリ性水溶液中で水熱処理し、次いで不活性ガス中で熱処理する請求項1又は請求項2に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 The metal composition is Me y Mn 1-y (however, 0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, A manganese compound (which is one or more metals selected from the group consisting of Zn and Zr), a lithium compound, and phosphoric acid are hydrothermally treated in an alkaline aqueous solution, and then heat-treated in an inert gas. The method for producing a lithium composite oxide according to claim 2. 金属組成がMeMn1-y(但し、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属である)で示されるマンガン化合物MeMn1-yOOHを水酸化リチウムと混合、焼成することで得られるLiMeMn1-yで表されるリチウム複合酸化物に対して、リン酸リチウムを添加、混合し、次いで不活性ガス中で熱処理する請求項1又は請求項2に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 The metal composition is Me y Mn 1-y (however, 0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, Li x Me y Mn 1- obtained by mixing a manganese compound Me y Mn 1-y OOH (which is one or more metals selected from the group consisting of Zn and Zr) with lithium hydroxide and firing it. The method for producing a lithium composite oxide according to claim 1 or 2 , wherein lithium phosphate is added to and mixed with the lithium composite oxide represented by yO2, and then heat-treated in an inert gas. 金属組成がMeMn1-y(但し、0<y≦0.2であり、MeがAl、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Nb、Ni、Si、Ti、V、W、Zn、及びZrからなる群より選ばれる1種以上の金属である)で示されるマンガン化合物MeMn1-yOOHとリン酸リチウムと水酸化リチウムを混合、焼成し、次いで不活性ガス中で熱処理する請求項1又は請求項2に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。 The metal composition is Me y Mn 1-y (however, 0<y≦0.2, and Me is Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Nb, Ni, Si, Ti, V, W, One or more metals selected from the group consisting of Zn and Zr), a manganese compound Me y Mn 1-y OOH, lithium phosphate, and lithium hydroxide are mixed, fired, and then heated in an inert gas. The method for producing a lithium composite oxide according to claim 1 or 2, wherein the lithium composite oxide is heat-treated. 請求項1又は請求項2に記載のリチウム複合酸化物を含む電極。 An electrode comprising the lithium composite oxide according to claim 1 or 2. 請求項9に記載の電極を正極に使用したリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery using the electrode according to claim 9 as a positive electrode.
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