JP4411157B2 - Lithium manganese nickel composite oxide, method for producing the same, and lithium secondary battery using the same - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法に関する。本発明の製造方法により得られるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物は、リチウム二次電池の正極活物質として特に有用である。   The present invention relates to a method for producing a lithium manganese nickel-based composite oxide. The lithium manganese nickel-based composite oxide obtained by the production method of the present invention is particularly useful as a positive electrode active material for a lithium secondary battery.

本出願人は先に、リチウム二次電池の正極活物質として有用なリチウムマンガン複合酸化物の製造方法を提案した(特許文献1及び2参照)。この製造方法により得られるリチウムマンガン複合酸化物は、非水電解液と接触してもマンガンイオンの溶出量が少ないために、リチウム二次電池の保存容量特性が向上するという利点がある。しかし、上記リチウムマンガン複合酸化物を正極活物質として用いるリチウム二次電池では、4.3Vを超えるような電圧で充電して放電容量を高めようとすると、充放電サイクル特性が大きく低下するという問題があった。
そこで、充放電サイクル特性の向上を目的として、リチウムマンガン複合酸化物におけるマンガンの一部をニッケルなどの他の遷移金属元素で置換したリチウムマンガンニッケル複合酸化物が提案されている(特許文献3〜5参照)。そして、これらリチウムマンガンニッケル複合酸化物の中でも、Li[Mn3/2Ni1/2]Oの組成を有するものを正極活物質として用いたリチウム二次電池は、充放電サイクル特性に優れること、高い電圧を発生できることなどの利点がある。
The present applicant has previously proposed a method for producing a lithium manganese composite oxide useful as a positive electrode active material of a lithium secondary battery (see Patent Documents 1 and 2). The lithium manganese composite oxide obtained by this production method has an advantage that the storage capacity characteristics of the lithium secondary battery are improved because the elution amount of manganese ions is small even when contacting with the non-aqueous electrolyte. However, in a lithium secondary battery using the lithium manganese composite oxide as a positive electrode active material, charging and discharging cycle characteristics are greatly deteriorated when charging is performed at a voltage exceeding 4.3 V to increase the discharge capacity. was there.
Therefore, for the purpose of improving charge / discharge cycle characteristics, a lithium manganese nickel composite oxide in which a part of manganese in the lithium manganese composite oxide is replaced with another transition metal element such as nickel has been proposed (Patent Documents 3 to 3). 5). Among these lithium manganese nickel composite oxides, a lithium secondary battery using a Li [Mn 3/2 Ni 1/2 ] O 4 composition as a positive electrode active material has excellent charge / discharge cycle characteristics. There are advantages such as being able to generate a high voltage.

特開2001−122626号公報JP 2001-122626 A 特開2002−226213号公報JP 2002-226213 A 特開2001−185148号公報JP 2001-185148 A 特開2002−158007号公報JP 2002-158007 A 特開2003−81637号公報JP 2003-81637 A

しかしながら、従来のリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を正極活物質として用いるリチウム二次電池では、クーロン効率、放電容量維持率および5V放電容量領域/(5V放電容量領域+4V放電容量領域)の比率が低く、期待される程の電池性能を得ることができなかった。
従って、本発明の目的は、リチウム二次電池の正極活物質として用いたときに、充放電サイクル特性に優れ、且つクーロン効率、放電容量維持率および5V放電容量領域/(5V放電容量領域+4V放電容量領域)の比率が高いリチウム二次電池とすることのできるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物、その製造方法およびそれを用いたリチウム二次電池を提供することにある。
However, in a lithium secondary battery using a conventional lithium manganese nickel-based composite oxide as a positive electrode active material, the coulomb efficiency, the discharge capacity retention ratio, and the ratio of 5 V discharge capacity region / (5 V discharge capacity region + 4 V discharge capacity region) are low. The battery performance as expected was not obtained.
Accordingly, an object of the present invention is to provide excellent charge / discharge cycle characteristics when used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, and to provide Coulomb efficiency, discharge capacity retention ratio, and 5V discharge capacity region / (5V discharge capacity region + 4V discharge). An object of the present invention is to provide a lithium manganese nickel-based composite oxide that can be a lithium secondary battery having a high capacity region ratio, a method for producing the same, and a lithium secondary battery using the same.

そこで、本発明者らは、出発原料および反応温度などを変えて得られる複合酸化物について鋭意研究を重ねた結果、特定の金属元素を含む混合物を特定の温度範囲で2回焼成して得られるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物をリチウム二次電池の正極活物質として用いることで、充放電サイクル特性に優れ、且つクーロン効率、放電容量維持率、5V放電容量領域/(5V放電容量領域+4V放電容量領域)の比率を向上させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、下記一般式(1)で表わされるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法であって、
LiMn1.5−yNi0.5−zy+z4−w (1)
(式中、0.9<x<1.1、y>0、z>0、0<y+z<0.1、0≦w<2であり、Mは、マグネシウム、アルミニウム、チタン及びジルコニウムから選ばれる少なくとも1種の金属元素を示す。)
リチウム、マンガン、ニッケル及びMを含む混合物を950〜1050℃で焼成し、冷却して前駆体を得た後、該前駆体を550〜650℃で再焼成することを特徴とする前記リチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法である。
Therefore, as a result of intensive studies on composite oxides obtained by changing starting materials and reaction temperatures, the present inventors have obtained a mixture containing a specific metal element by firing twice in a specific temperature range. By using lithium manganese nickel-based composite oxide as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, it has excellent charge / discharge cycle characteristics, coulomb efficiency, discharge capacity retention ratio, 5V discharge capacity region / (5V discharge capacity region + 4V discharge capacity The present inventors have found that the ratio of (region) can be improved and have completed the present invention.
That is, the present invention is a method for producing a lithium manganese nickel-based composite oxide represented by the following general formula (1):
Li x Mn 1.5-y Ni 0.5-z My + z O 4-w (1)
(Wherein 0.9 <x <1.1, y> 0, z> 0, 0 <y + z <0.1, 0 ≦ w <2, M is selected from magnesium, aluminum, titanium and zirconium) Represents at least one metal element.)
The lithium manganese nickel characterized by firing a mixture containing lithium, manganese, nickel and M at 950 to 1050 ° C., cooling to obtain a precursor, and then re-firing the precursor at 550 to 650 ° C. It is a manufacturing method of a system complex oxide.

また、本発明は、上記リチウム、マンガン、ニッケル及びMを含む混合物が、リチウム化合物、マンガンとニッケルとの複合化合物及びMを含む化合物からなることを特徴とするリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法である。
また、本発明は、上記前駆体のBET比表面積が0.2〜0.6m/gであることを特徴とするリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法である。
また、本発明は、上記前駆体の平均粒径が5〜15μmであることを特徴とするリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法である。
また、本発明は、上記Mがマグネシウム又はチタンであることを特徴とするリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法である。
The present invention also provides a lithium manganese nickel-based composite oxide characterized in that the mixture containing lithium, manganese, nickel and M comprises a lithium compound, a composite compound of manganese and nickel, and a compound containing M. Is the method.
The present invention also provides a method for producing a lithium manganese nickel-based composite oxide, wherein the precursor has a BET specific surface area of 0.2 to 0.6 m 2 / g.
Moreover, this invention is a manufacturing method of the lithium manganese nickel type complex oxide characterized by the average particle diameter of the said precursor being 5-15 micrometers.
The present invention also provides the method for producing a lithium manganese nickel-based composite oxide, wherein M is magnesium or titanium.

また、本発明は、上記方法によって製造されることを特徴とするリチウムマンガンニッケル系複合酸化物である。   Moreover, this invention is a lithium manganese nickel type complex oxide manufactured by the said method.

また、本発明は、上記リチウムマンガンニッケル系複合酸化物を含む正極を備えたリチウム二次電池である。   Moreover, this invention is a lithium secondary battery provided with the positive electrode containing the said lithium manganese nickel type complex oxide.

なお、本発明において、前記リチウムマンガンニッケル複合酸化物の式中のMnのモル比1.5は±0.05の誤差範囲を含み、Niのモル比0.5は±0.05の誤差範囲を含むものである。   In the present invention, the molar ratio 1.5 of Mn in the formula of the lithium manganese nickel composite oxide includes an error range of ± 0.05, and the molar ratio 0.5 of Ni is an error range of ± 0.05. Is included.

本発明によれば、充放電サイクル特性に優れ、且つクーロン効率、放電容量維持率および5V放電容量領域/(5V放電容量領域+4V放電容量領域)の比率が高いリチウム二次電池とすることのできるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can be set as the lithium secondary battery which is excellent in charging / discharging cycling characteristics, and whose ratio of Coulomb efficiency, discharge capacity maintenance factor, and 5V discharge capacity area / (5V discharge capacity area + 4V discharge capacity area) is high. A lithium manganese nickel composite oxide can be provided.

以下、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明する。
本発明により製造されるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物は以下の一般式(1)で表わされるスピネル型の酸化物である。
LiMn1.5−yNi0.5−zy+z4−w (1)
(式中、0.9<x<1.1、y>0、z>0、0<y+z<0.1、0≦w<2であり、Mは、マグネシウム、アルミニウム、チタン及びジルコニウムから選ばれる少なくとも1種の金属元素を示す。)
Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments thereof.
The lithium manganese nickel composite oxide produced according to the present invention is a spinel type oxide represented by the following general formula (1).
Li x Mn 1.5-y Ni 0.5-z My + z O 4-w (1)
(Wherein 0.9 <x <1.1, y> 0, z> 0, 0 <y + z <0.1, 0 ≦ w <2, M is selected from magnesium, aluminum, titanium and zirconium) Represents at least one metal element.)

このリチウムマンガンニッケル系複合酸化物は、リチウム、マンガン、ニッケル及びMを含む混合物を950〜1050℃で焼成し、冷却して前駆体を得る工程(以下、第一焼成工程ということがある)、第一焼成工程で得られた前駆体を550〜650℃で再焼成する工程(以下、第二焼成工程ということがある)を含む方法により製造することができる。   This lithium manganese nickel-based composite oxide is a step of firing a mixture containing lithium, manganese, nickel and M at 950 to 1050 ° C. and cooling to obtain a precursor (hereinafter sometimes referred to as a first firing step), The precursor obtained in the first firing step can be produced by a method including a step of re-baking at 550 to 650 ° C. (hereinafter sometimes referred to as a second firing step).

本発明で用いる出発原料は、リチウム、マンガン、ニッケル及びMを含む混合物である。この出発原料としての混合物は、次のようなものが挙げられ、任意に選択することができる。
(イ)マンガンとニッケルとの複合化合物、リチウム化合物及びMを含む化合物からなる混合物。
(ロ)マンガン化合物、ニッケル化合物、リチウム化合物及びMを含む化合物からなる混合物。
上記(イ)におけるマンガンとニッケルとの複合化合物としては、例えば、マンガンとニッケルとの複合水酸化物、複合オキシ水酸化物、複合炭酸塩、複合酸化物を挙げることができ、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。より具体的には、上記複合水酸化物と複合オキシ水酸化物とを組み合わせて用いることができる。これら複合化合物のうち、特に副生物を抑制する観点から、複合水酸化物又は複合オキシ水酸化物を用いることが好ましい。また、これら複合化合物において、マンガンとニッケルとの原子比がMn:Ni=72.5:27.5〜77.5:22.5であることが好ましく、Mn:Ni=75:25であることがより好ましい。マンガンの割合が少な過ぎる場合には、正極活物質の単位重量当たりの放電容量が減少し、ニッケルの割合が少な過ぎる場合には、4V放電容量領域(望ましくない放電)が増加するからである。
The starting material used in the present invention is a mixture containing lithium, manganese, nickel and M. Examples of the mixture as the starting material include the following, and can be arbitrarily selected.
(A) A mixture comprising a complex compound of manganese and nickel, a lithium compound and a compound containing M.
(B) A mixture comprising a compound containing a manganese compound, a nickel compound, a lithium compound and M.
Examples of the composite compound of manganese and nickel in the above (a) include a composite hydroxide of manganese and nickel, a composite oxyhydroxide, a composite carbonate, and a composite oxide. Alternatively, two or more kinds can be used in combination. More specifically, the composite hydroxide and the composite oxyhydroxide can be used in combination. Among these complex compounds, it is preferable to use a complex hydroxide or a complex oxyhydroxide from the viewpoint of suppressing by-products. In these composite compounds, the atomic ratio of manganese to nickel is preferably Mn: Ni = 72.5: 27.5 to 77.5: 22.5, and Mn: Ni = 75: 25 Is more preferable. This is because, when the proportion of manganese is too small, the discharge capacity per unit weight of the positive electrode active material decreases, and when the proportion of nickel is too small, the 4V discharge capacity region (undesirable discharge) increases.

前記の複合化合物は、例えば、共沈法によって調製することができる。より具体的には、複合水酸化物は、マンガン化合物及びニッケル化合物を含む混合水溶液と、錯化剤の水溶液と、アルカリの水溶液とを混合することで、複合水酸化物を共沈させて調製することができる。その際、混合水溶液におけるマンガン化合物とニッケル化合物との混合割合は、得られる複合水酸化物中におけるマンガンとニッケルとの原子比が好ましくはMn:Ni=72.5:27.5〜77.5:22.5、より好ましくはMn:Ni=75:25となるようにする。
ここで用いるマンガン化合物としては、例えば、硫酸マンガン、硝酸マンガン、塩化マンガン等のマンガンの水溶性塩が挙げられる。ニッケル化合物としては、例えば、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル等のニッケルの水溶性塩が挙げられる。
錯化剤としては、マンガン及びニッケルと錯体の形成が可能なものが用いられる。例えば、アンモニウムイオン源(アンモニア、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、フッ化アンモニウム)、ヒドラジン、エチレンジアミン四酢酸塩、グリシン等が挙げられる。
共沈操作中、反応液のpHは9〜13程度の範囲に維持される。pHの維持には、例えば、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリの水溶液を添加して行うことができる。
The complex compound can be prepared, for example, by a coprecipitation method. More specifically, the composite hydroxide is prepared by coprecipitation of the composite hydroxide by mixing a mixed aqueous solution containing a manganese compound and a nickel compound, a complexing agent aqueous solution, and an alkaline aqueous solution. can do. At that time, the mixing ratio of the manganese compound and the nickel compound in the mixed aqueous solution is preferably the atomic ratio of manganese and nickel in the obtained composite hydroxide, preferably Mn: Ni = 72.5: 27.5-77.5. : 22.5, more preferably Mn: Ni = 75: 25.
Examples of the manganese compound used here include water-soluble salts of manganese such as manganese sulfate, manganese nitrate, and manganese chloride. Examples of the nickel compound include water-soluble salts of nickel such as nickel sulfate, nickel nitrate, and nickel chloride.
As the complexing agent, those capable of forming a complex with manganese and nickel are used. For example, ammonium ion sources (ammonia, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride), hydrazine, ethylenediaminetetraacetate, glycine and the like can be mentioned.
During the coprecipitation operation, the pH of the reaction solution is maintained in the range of about 9-13. The pH can be maintained, for example, by adding an aqueous alkali solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide.

また、複合水酸化物を調製する他の方法としては、例えば、特開2002−201028号公報に記載される方法を用いることもできる。より具体的には、反応槽に十分な攪拌をしつつ、不活性ガス雰囲気中または還元剤の存在下、コバルト塩(コバルト(II)イオン)およびマンガン塩(マンガン(II)イオン)含むニッケル塩水溶液と、錯化剤並びにアルカリ金属水酸化物とを連続的に供給し、連続結晶成長させ、得られた沈殿物を連続に取り出すことにより調製することができる。
反応槽内の塩濃度を50〜200mS/cmの範囲で±5mS/cm内に保持し、アンモニウムイオン濃度を1〜10g/Lの範囲で±0.5g/L内に保持することが好ましい。また、反応pHを11.0〜13.0の範囲で±0.05内に保持し、反応温度を25〜80℃の範囲で±0.5℃内に保持することが好ましい。塩濃度の調節剤としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、塩酸アンモニウム、硫酸アンモニウムなどが挙げられる。カルシウム塩としては、硝酸塩や酢酸塩やシュウ酸塩などが挙げられる。
Moreover, as another method for preparing the composite hydroxide, for example, a method described in JP-A-2002-201028 can be used. More specifically, a nickel salt containing a cobalt salt (cobalt (II) ion) and a manganese salt (manganese (II) ion) in an inert gas atmosphere or in the presence of a reducing agent while sufficiently stirring the reaction vessel. It can be prepared by continuously supplying an aqueous solution, a complexing agent and an alkali metal hydroxide, continuously growing crystals, and continuously taking out the resulting precipitate.
It is preferable to keep the salt concentration in the reaction vessel within ± 5 mS / cm in the range of 50 to 200 mS / cm and the ammonium ion concentration within ± 0.5 g / L in the range of 1 to 10 g / L. Further, it is preferable that the reaction pH is maintained within ± 0.05 in the range of 11.0 to 13.0, and the reaction temperature is maintained within ± 0.5 ° C within the range of 25 to 80 ° C. Examples of the salt concentration regulator include sodium chloride, potassium chloride, sodium sulfate, potassium sulfate, ammonium hydrochloride, and ammonium sulfate. Examples of calcium salts include nitrates, acetates and oxalates.

また、複合オキシ水酸化物は、上述の方法に従って複合水酸化物の沈殿を得た後、反応液中に空気を吹き込み、複合水酸化物を酸化させることにより調製することができる。   The composite oxyhydroxide can be prepared by obtaining a composite hydroxide precipitate according to the above-described method, and then blowing air into the reaction solution to oxidize the composite hydroxide.

複合酸化物は、上述の方法に従って複合水酸化物の沈殿を得た後、これを例えば200〜500℃で加熱処理することにより調製することができる。   The composite oxide can be prepared by obtaining a precipitate of the composite hydroxide according to the above-described method and then heat-treating the precipitate at, for example, 200 to 500 ° C.

複合炭酸塩は、マンガン化合物及びニッケル化合物を含む混合水溶液と、錯化剤の水溶液と、炭酸アルカリ又は炭酸水素アルカリの水溶液とを混合することで、複合炭酸塩を共沈させることにより調製することができる。また、前記混合水溶液に炭酸ガスを導入することによっても複合炭酸塩を調製することができる。その際、混合水溶液におけるマンガン化合物とニッケル化合物との混合割合は、得られる複合炭酸塩中におけるマンガンとニッケルとの原子比が好ましくはMn:Ni=72.5:27.5〜77.5:22.5、より好ましくはMn:Ni=75:25となるようにする。ここで用いる炭酸アルカリ又は炭酸水素アルカリとしては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウムなどが挙げられる。   The composite carbonate is prepared by coprecipitation of the composite carbonate by mixing a mixed aqueous solution containing a manganese compound and a nickel compound, an aqueous solution of a complexing agent, and an aqueous solution of an alkali carbonate or hydrogen carbonate. Can do. The composite carbonate can also be prepared by introducing carbon dioxide into the mixed aqueous solution. At that time, the mixing ratio of the manganese compound and the nickel compound in the mixed aqueous solution is preferably the atomic ratio of manganese and nickel in the obtained composite carbonate, preferably Mn: Ni = 72.5: 27.5-77.5: 22.5, more preferably Mn: Ni = 75: 25. Examples of the alkali carbonate or hydrogen carbonate alkali used here include sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate and the like.

一方、上記(ロ)におけるマンガン化合物としては、例えば、マンガンの酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、炭酸塩を挙げることができ、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。ニッケル化合物としては、例えば、ニッケルの酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、炭酸塩を挙げることができ、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。ただし、マンガン化合物とニッケル化合物とは同種のものを用いることが好ましい。例えば、マンガン化合物として酸化物を用いる場合には、ニッケル化合物としても酸化物を用いることが好ましい。特に好ましい組み合わせは二酸化マンガンと酸化ニッケルとの組み合わせである。   On the other hand, examples of the manganese compound in (b) include manganese oxides, hydroxides, oxyhydroxides, and carbonates, and these may be used alone or in combination of two or more. it can. Examples of nickel compounds include nickel oxides, hydroxides, oxyhydroxides, and carbonates, and these can be used alone or in combination of two or more. However, it is preferable to use the same type of manganese compound and nickel compound. For example, when an oxide is used as the manganese compound, it is preferable to use an oxide as the nickel compound. A particularly preferred combination is a combination of manganese dioxide and nickel oxide.

(イ)及び(ロ)で用いるリチウム化合物としては、例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、酸化リチウムを挙げることができ、これらの中でも、工業的に入手しやすく、また安価であることから炭酸リチウムが好ましい。   Examples of the lithium compound used in (a) and (b) include lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, and lithium oxide. Among these, industrially easily available and inexpensive. To lithium carbonate is preferred.

また、(イ)及び(ロ)で用いるMを含む化合物とは、マグネシウム、アルミニウム、チタン及びジルコニウムから選ばれる金属元素を少なくとも1種含む化合物であり、具体的なMを含む化合物は、Mの酸化物、炭酸塩、有機酸塩等が挙げられ、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。   Further, the compound containing M used in (A) and (B) is a compound containing at least one metal element selected from magnesium, aluminum, titanium and zirconium, and a specific compound containing M is M An oxide, carbonate, organic acid salt, etc. are mentioned, These can be used individually or in combination of 2 or more types.

これらの化合物は、いずれも製造履歴は問わないが、高純度リチウムマンガンニッケル系複合酸化物を製造するために、不純物含有量が少ないものであることが好ましい。また、反応性を向上させるために、化合物は微細なものを用いることが好ましく、多くの場合、レーザー法粒度分布測定法から求められる平均粒径が5〜15μmであり、8〜12μmであることが好ましい。化合物の平均粒径が前記範囲内であれば、化合物が均一に分散した混合物が得られ、それによりX線回折的に単相のリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を得ることができるため好ましい。   Any of these compounds may have any production history, but it is preferable that the content of impurities is small in order to produce a high-purity lithium manganese nickel-based composite oxide. In order to improve the reactivity, it is preferable to use a fine compound. In many cases, the average particle size obtained from the laser particle size distribution measurement method is 5 to 15 μm, and 8 to 12 μm. Is preferred. If the average particle diameter of the compound is within the above range, a mixture in which the compound is uniformly dispersed can be obtained, whereby a single-phase lithium manganese nickel-based composite oxide can be obtained by X-ray diffraction, which is preferable.

本発明による製造方法においては、出発原料として(イ)の混合物を用いることが、リチウムマンガンニッケル系複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池において、より高い放電容量や良好な充放電サイクル特性を得ることができるため好ましい。   In the production method according to the present invention, it is possible to use a mixture of (a) as a starting material in a lithium secondary battery using a lithium manganese nickel-based composite oxide as a positive electrode active material. It is preferable because cycle characteristics can be obtained.

本発明による製造方法においては、まず、(イ)マンガンとニッケルとの複合化合物、リチウム化合物及びMを含む化合物、又は(ロ)マンガン化合物、ニッケル化合物、リチウム化合物及びMを含む化合物を混合し、これらの化合物が均一に分散した混合物を得る。この混合は、乾式又は湿式のいずれの方法でもよいが、製造が容易であるため乾式が好ましい。
上記混合物における各化合物の配合割合は、Li/(Mn+Ni+M)のモル比が0.45〜0.55、好ましくは0.495〜0.505であり、スピネル構造を取る量論比0.5にできる限り近い値とすることが特に好ましい。また、M/(Mn+Ni)のモル比が0.0005〜0.05、好ましくは0.001〜0.025である。この理由は0.0005より小さくなるとMを含む化合物の添加効果が小さくなり、一方、0.05を越えるとMを含む化合物の添加効果が飽和するばかりでなく、放電容量が減少する傾向にあるからである。
In the production method according to the present invention, first, (b) a compound containing manganese and nickel, a compound containing lithium compound and M, or (b) a compound containing manganese compound, nickel compound, lithium compound and M is mixed, A mixture in which these compounds are uniformly dispersed is obtained. This mixing may be either a dry method or a wet method, but a dry method is preferred because it is easy to produce.
The compounding ratio of each compound in the mixture is such that the molar ratio of Li / (Mn + Ni + M) is 0.45 to 0.55, preferably 0.495 to 0.505, and the stoichiometric ratio is 0.5. It is particularly preferable to set the values as close as possible. Further, the molar ratio of M / (Mn + Ni) is 0.0005 to 0.05, preferably 0.001 to 0.025. The reason for this is that when the ratio is less than 0.0005, the effect of adding a compound containing M is reduced. On the other hand, when the ratio exceeds 0.05, the effect of adding a compound containing M is not only saturated but also the discharge capacity tends to decrease. Because.

次に、第一焼成工程について説明する。
第一焼成工程において、リチウム、マンガン、ニッケル及びMを含む混合物は、950〜1050℃、好ましくは975〜1025℃、更に好ましくは975〜1000℃で焼成される。第一焼成工程は、一般に大気中で行われる。そして、この焼成によって該混合物は前駆体になる。この前駆体は、その組成が一般式(1)で表わされるスピネル型のリチウムマンガンニッケル系複合酸化物と同じであるが、本発明においては、この第一焼成工程で得られるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を前駆体と呼び、後述する第二焼成工程で得られるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物と区別する。
この第一焼成工程において焼成温度を前記範囲とする理由は、950℃未満では、充放電サイクル特性は良好なものの、マンガンの溶出量が急激に多くなり、一方、1050℃を超えると、充放電サイクル特性が低下するためである。また、第一焼成工程における昇温速度及び降温速度は、30℃/h〜300℃/hが好ましい。昇温速度及び降温速度が、30℃/h未満では製造効率が低下する恐れがあり、300℃/hを超えると所望の電池性能が得られ難くなるばかりか、焼成鉢(炉)の割れ等が生じ易くなる。
Next, the first firing step will be described.
In the first firing step, the mixture containing lithium, manganese, nickel and M is fired at 950 to 1050 ° C, preferably 975 to 1025 ° C, more preferably 975 to 1000 ° C. The first firing step is generally performed in the atmosphere. And this mixture turns into a precursor by this baking. This precursor has the same composition as the spinel type lithium manganese nickel composite oxide represented by the general formula (1). In the present invention, the lithium manganese nickel composite obtained in the first firing step is used. The oxide is called a precursor, and is distinguished from a lithium manganese nickel-based composite oxide obtained in the second firing step described later.
The reason why the firing temperature in the first firing step is within the above range is that if the temperature is less than 950 ° C., the charge / discharge cycle characteristics are good, but the amount of manganese elution increases rapidly, while if the temperature exceeds 1050 ° C., the charge / discharge This is because the cycle characteristics deteriorate. In addition, the temperature increase rate and the temperature decrease rate in the first firing step are preferably 30 ° C./h to 300 ° C./h. If the rate of temperature increase and the rate of temperature decrease is less than 30 ° C./h, the production efficiency may be reduced. If the rate exceeds 300 ° C./h, not only the desired battery performance will be difficult to obtain, but also cracks in the firing pot (furnace) Is likely to occur.

第一焼成工程においては、得られる前駆体の比表面積をコントロールすることが、マンガン溶出量の少ないリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を得る上で有利である。具体的には、出発原料、即ち、リチウム、マンガン、ニッケル及びMを含む混合物のBET比表面積は一般に10〜15m/gであり、これを前記温度範囲で焼成することで、前駆体のBET比表面積を0.2〜0.6m/gとすることが好ましく、0.2〜0.4m/gとすることがより好ましい。このような範囲のBET比表面積を有する前駆体を得るには、前記範囲内の温度で焼成時間を適切に調整すればよく、より具体的には8〜30時間、特に12〜20時間であることが好ましい。 In the first firing step, controlling the specific surface area of the obtained precursor is advantageous in obtaining a lithium manganese nickel-based composite oxide with a small amount of manganese elution. Specifically, the BET specific surface area of the starting material, that is, a mixture containing lithium, manganese, nickel and M is generally 10 to 15 m 2 / g, and this is calcined in the above temperature range, whereby the precursor BET it is preferable that the specific surface area and 0.2~0.6m 2 / g, and more preferably set to 0.2-0.4 m 2 / g. In order to obtain a precursor having a BET specific surface area in such a range, the firing time may be appropriately adjusted at a temperature within the above range, more specifically 8 to 30 hours, particularly 12 to 20 hours. It is preferable.

更に、前記前駆体はBET比表面積に加え、レーザー法粒度分布測定法により求められる平均粒径が5〜15μmであることが好ましく、8〜12μmであることがより好ましい。前駆体の平均粒径が前記範囲内であれば、好適な電極密度、TAP密度及び比表面積の範囲に入り、さらに充放電サイクル特性等の電池性能が向上することから特に好ましい。このような範囲の平均粒径を有する前駆体を得るには、前記平均粒径の範囲内の出発原料を用い、前記焼成温度及び焼成時間で反応を行えばよい。
ここで得られた前駆体は一旦冷却される。冷却温度は50℃以下とし、簡便には室温まで冷却する。
Furthermore, in addition to the BET specific surface area, the precursor preferably has an average particle size determined by a laser particle size distribution measurement method of 5 to 15 μm, more preferably 8 to 12 μm. If the average particle diameter of the precursor is within the above range, it is particularly preferable since it falls within the range of suitable electrode density, TAP density and specific surface area, and further battery performance such as charge / discharge cycle characteristics is improved. In order to obtain a precursor having an average particle size in such a range, a starting material within the range of the average particle size may be used and the reaction may be performed at the baking temperature and baking time.
The precursor obtained here is once cooled. Cooling temperature shall be 50 degrees C or less, and it cools to room temperature simply.

次に、第二焼成工程について説明する。
第二焼成工程において、第一焼成工程で得られた前駆体は、550〜650℃、好ましくは600〜650℃で焼成される。この焼成により第一焼成工程で得られる前駆体に比べて、マンガンの溶出量が低減され、また、得られるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池において5V放電容量領域/(5V放電容量領域+4V放電容量領域)の比率を向上させることができる。この理由は、スピネル中の酸素欠損の構造が補修され、溶出の原因と考えられる三価のマンガンが、溶出し難いと考えられる四価のマンガンに変化するためと考えられる。また、三価のマンガンが四価のマンガンに変化することで、クーロン効率が向上する。即ち不可逆容量が小さくなるものと考えられる。
この第二焼成工程において焼成温度を前記範囲とする理由は、550℃未満、或いは650℃を越えると、4V放電領域を形成する三価のマンガンが5V放電領域を形成する四価のマンガンに変化し難くなり、4V放電領域の存在割合が大きくなるためである。また、第二焼成工程における昇温速度及び降温速度は、30℃/h〜300℃/hが好ましい。昇温速度及び降温速度が、30℃/h未満では製造効率が低下する恐れがあり、300℃/hを超えると所望の電池性能が得られ難くなるばかりか、焼成炉(鉢)の割れ等が生じ易くなる。
Next, a 2nd baking process is demonstrated.
In the second firing step, the precursor obtained in the first firing step is fired at 550 to 650 ° C, preferably 600 to 650 ° C. Compared with the precursor obtained in the first firing step by this firing, the elution amount of manganese is reduced, and 5 V discharge capacity in a lithium secondary battery using the obtained lithium manganese nickel-based composite oxide as a positive electrode active material The ratio of region / (5V discharge capacity region + 4V discharge capacity region) can be improved. This is probably because the structure of oxygen deficiency in the spinel is repaired, and trivalent manganese, which is considered to be the cause of elution, is changed to tetravalent manganese, which is considered to be difficult to elute. Moreover, the coulomb efficiency improves by changing trivalent manganese into tetravalent manganese. That is, it is considered that the irreversible capacity is reduced.
The reason for setting the firing temperature in the second firing step to be in the above range is that if the temperature is less than 550 ° C. or exceeds 650 ° C., the trivalent manganese that forms the 4V discharge region changes to the tetravalent manganese that forms the 5V discharge region. This is because the existence ratio of the 4V discharge region is increased. Moreover, as for the temperature increase rate and temperature decrease rate in a 2nd baking process, 30 to 300 degreeC / h is preferable. If the rate of temperature increase and the rate of temperature decrease is less than 30 ° C./h, the production efficiency may decrease. If the rate exceeds 300 ° C./h, not only the desired battery performance will be difficult to obtain, but also the firing furnace (pot) cracks, etc. Is likely to occur.

この第二焼成工程は、一般に大気中、または酸素濃度が20wt%以上の酸素雰囲気に中おいて行われる。焼成時間は、スピネル中の酸素欠損の構造が十分に補修される時間とし、長ければ長いほど有効であるが、酸素欠損の構造補修と製造効率とのバランスを考慮すると、10〜100時間であることが好ましく、15〜50時間であることがより好ましい。
焼成終了後、冷却し、必要により粉砕、分級を行って目的物である一般式(1)で表わされるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物が得られる。
This second firing step is generally performed in the air or in an oxygen atmosphere having an oxygen concentration of 20 wt% or more. The firing time is a time for sufficiently repairing the structure of oxygen vacancies in the spinel. The longer the time, the more effective, but considering the balance between the structure repair of oxygen vacancies and the production efficiency, it is 10 to 100 hours. It is preferably 15 to 50 hours.
After completion of the firing, the mixture is cooled and, if necessary, pulverized and classified to obtain the lithium manganese nickel-based composite oxide represented by the general formula (1), which is the target product.

このリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の好ましい物性は、BET比表面積が0.2〜0.6m/g、特に0.2〜0.4m/gであることがマンガン溶出量の低減の観点から特に好ましい。また、リチウムマンガンニッケル系複合酸化物は、電極密度およびTAP密度、さらには電池性能の観点から、そのレーザー法粒度分布測定法から求められる平均粒径が5〜15μm、特に8〜12μmであることが好ましい。 A preferable physical property of the lithium manganese nickel-based composite oxide is that the BET specific surface area is 0.2 to 0.6 m 2 / g, particularly 0.2 to 0.4 m 2 / g, from the viewpoint of reducing the manganese elution amount. Is particularly preferred. In addition, the lithium manganese nickel-based composite oxide has an average particle size of 5 to 15 μm, particularly 8 to 12 μm, determined from the laser particle size distribution measurement method from the viewpoint of electrode density and TAP density, and further battery performance. Is preferred.

こうして得られるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物は、マンガンの溶出量が低減されたものであり、リチウム二次電池における正極活物質として特に有用である。そのため、このリチウムマンガンニッケル系複合酸化物をリチウム二次電池の正極活物質として用いた場合、充放電サイクル特性に優れ、且つクーロン効率、放電容量維持率および5V放電容量領域/(5V放電容量領域+4V放電容量領域)の比率が高いリチウム二次電池を提供することができる。特に、一般式(1)におけるMとしてマグネシウムを用いると、上述の効果がより高くなるので好ましい。   The lithium manganese nickel-based composite oxide thus obtained has reduced manganese elution and is particularly useful as a positive electrode active material in a lithium secondary battery. Therefore, when this lithium manganese nickel-based composite oxide is used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, it has excellent charge / discharge cycle characteristics, and has a Coulomb efficiency, a discharge capacity retention ratio, and a 5V discharge capacity region / (5V discharge capacity region). A lithium secondary battery having a high ratio of (+4 V discharge capacity region) can be provided. In particular, it is preferable to use magnesium as M in the general formula (1) because the above-described effect becomes higher.

リチウム二次電池は、正極、負極、セパレータ及びリチウム塩を含有する非水電解液を有している。正極は、例えば、正極集電体上に正極合剤を塗布乾燥して形成されるものである。正極合剤は、本発明の製造方法により得られるリチウムマンガンニッケル複合酸化物からなる正極活物質、導電剤、結着剤及び必要により添加されるフィラー等を含むものである。   The lithium secondary battery has a non-aqueous electrolyte containing a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a lithium salt. The positive electrode is formed, for example, by applying and drying a positive electrode mixture on a positive electrode current collector. The positive electrode mixture includes a positive electrode active material composed of a lithium manganese nickel composite oxide obtained by the production method of the present invention, a conductive agent, a binder, and a filler added as necessary.

正極集電体としては、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれは特に制限されるものでないが、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたもの等が挙げられる。   The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it is an electronic conductor that does not cause a chemical change in a configured battery. For example, stainless steel, nickel, aluminum, titanium, calcined carbon, aluminum or stainless steel Examples of the surface include carbon, nickel, titanium, and silver surface-treated.

導電剤としては、例えば、天然黒鉛及び人工黒鉛等の黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、炭素繊維や金属、ニッケル粉等の導電性材料が挙げられ、天然黒鉛としては、例えば、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛及び土状黒鉛等が挙げられ、これらを単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。導電剤の配合比率は、正極合剤中、1〜50重量%、好ましくは2〜30重量%である。   Examples of the conductive agent include graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon black, acetylene black, conductive materials such as carbon fiber, metal, and nickel powder. Examples of natural graphite include scaly graphite and scaly graphite. Examples thereof include graphite and earthy graphite, and these can be used alone or in combination of two or more. The blending ratio of the conductive agent is 1 to 50% by weight, preferably 2 to 30% by weight in the positive electrode mixture.

結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルピロリドン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマー等が挙げられ、これらは1種または2種以上組み合わせて用いることができる。結着剤の配合比率は、正極合剤中、2〜30重量%、好ましくは5〜15重量%である。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, Polysaccharides such as fluororubber and polyethylene oxide, thermoplastic resins, polymers having rubber elasticity, and the like can be mentioned, and these can be used alone or in combination of two or more. The blending ratio of the binder is 2 to 30% by weight, preferably 5 to 15% by weight in the positive electrode mixture.

フィラーは、正極合剤において正極の体積膨張等を抑制するものであり、必要により添加される。フィラーとしては、構成された電池において化学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いることができるが、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素等の繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、正極合剤中、0〜30重量%が好ましい。   The filler suppresses the volume expansion of the positive electrode in the positive electrode mixture, and is added as necessary. As the filler, any fibrous material can be used as long as it does not cause a chemical change in the constructed battery. For example, olefinic polymers such as polypropylene and polyethylene, and fibers such as glass and carbon are used. Although the addition amount of a filler is not specifically limited, 0-30 weight% is preferable in a positive mix.

負極は、例えば、負極集電体上に負極材料を塗布乾燥して形成される。負極集電体としては、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれは特に制限されるものでないが、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、焼成炭素、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたもの、及びアルミニウム−カドミウム合金等が挙げられる。   The negative electrode is formed by applying and drying a negative electrode material on a negative electrode current collector, for example. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it is an electronic conductor that does not cause a chemical change in the constructed battery. For example, stainless steel, nickel, copper, titanium, aluminum, calcined carbon, copper or stainless steel Examples of the steel surface include carbon, nickel, titanium, silver surface-treated, and an aluminum-cadmium alloy.

負極材料としては、特に制限されるものではないが、例えば、炭素質材料や金属複合酸化物、リチウム金属、リチウム合金等が挙げられる。炭素質材料としては、例えば、難黒鉛化炭素材料、黒鉛系炭素材料等が挙げられる。金属複合酸化物としては、例えば、Sn 1−p (式中、Mは、Mn、Fe、Pb及びGeから選ばれる1種以上の元素を示し、MはAl、B、P、Si、周期律表第1族、第2族、第3族及びハロゲン元素から選ばれる1種以上の元素を示し、0<p≦1、1≦q≦3、1≦r≦8を示す)等の化合物が挙げられる。 Although it does not restrict | limit especially as a negative electrode material, For example, a carbonaceous material, a metal complex oxide, lithium metal, a lithium alloy etc. are mentioned. Examples of the carbonaceous material include non-graphitizable carbon materials and graphite-based carbon materials. Examples of the metal composite oxide include Sn p M 1 1-p M 2 q O r (wherein M 1 represents one or more elements selected from Mn, Fe, Pb and Ge, and M 2 represents 1 or more elements selected from Al, B, P, Si, Periodic Table Group 1, Group 2, Group 3 and halogen elements, 0 <p ≦ 1, 1 ≦ q ≦ 3, 1 ≦ a compound such as r ≦ 8).

セパレータとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持った絶縁性の薄膜が用いられる。耐有機溶剤性と疎水性からポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマーあるいはガラス繊維あるいはポリエチレンなどからつくられたシートや不織布が用いられる。セパレータの孔径としては、一般的に電池用として有用な範囲であればよく、例えば、0.01〜10μmである。セパレータの厚みとしては、一般的な電池用の範囲であればよく、例えば5〜300μmである。なお、後述する電解質としてポリマーなどの固体電解質が用いられる場合には、固体電解質がセパレータを兼ねるようであってもよい。また、放電や充放電特性を改良する目的で、ピリジン、トリエチルフォスファイト、トリエタノールアミン等の化合物を電解質に添加してもよい。   As the separator, an insulating thin film having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength is used. Sheets and non-woven fabrics made of olefin polymers such as polypropylene, glass fibers or polyethylene are used because of their organic solvent resistance and hydrophobicity. The pore diameter of the separator may be in a range generally useful for batteries, for example, 0.01 to 10 μm. The thickness of the separator may be in a general battery range, and is, for example, 5 to 300 μm. In the case where a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte described later, the solid electrolyte may also serve as a separator. In addition, for the purpose of improving discharge and charge / discharge characteristics, a compound such as pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine or the like may be added to the electrolyte.

リチウム塩を含有する非水電解質は、非水電解質とリチウム塩とからなるものである。非水電解質としては、非水電解液又は有機固体電解質が用いられる。非水電解液としては、例えば、N−メチル−2−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブ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、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトン等の非プロトン性有機溶媒の1種または2種以上を混合した溶媒が挙げられる。   The non-aqueous electrolyte containing a lithium salt is composed of a non-aqueous electrolyte and a lithium salt. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte or an organic solid electrolyte is used. Examples of the non-aqueous electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, and 2-methyl. Tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, 3-methyl-2- One or more aprotic organic solvents such as oxazodinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, diethyl ether, 1,3-propane sultone Mixed solvents thereof.

有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体又はこれを含むポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体又はこれを含むポリマー、リン酸エステルポリマー等が挙げられる。リチウム塩としては、上記非水電解質に溶解するものが用いられ、例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、LiAlCl、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、四フェニルホウ酸リチウム等の1種または2種以上を混合した塩が挙げられる。 Examples of the organic solid electrolyte include a polyethylene derivative or a polymer containing the same, a polypropylene oxide derivative or a polymer containing the same, and a phosphate ester polymer. The lithium salt, which is soluble in the non-aqueous electrolyte is used, for example, LiClO 4, LiBF 4, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiB 10 Cl 10, LiAlCl 4 , salts obtained by mixing one or more of chloroborane lithium, lower aliphatic lithium carboxylate, lithium tetraphenylborate and the like.

電池の形状はボタン、シート、シリンダー、角等いずれにも適用できる。本発明に係るリチウム二次電池の用途は、特に限定されないが、例えば、ノートパソコン、ラップトップパソコン、ポケットワープロ、携帯電話、コードレス子機、ポータブルCDプレーヤー、ラジオ等の電子機器、自動車、電動車両、ゲーム機器等の民生用電子機器が挙げられる。   The battery shape can be applied to any of buttons, sheets, cylinders, corners, and the like. The use of the lithium secondary battery according to the present invention is not particularly limited. For example, the electronic device such as a notebook computer, a laptop computer, a pocket word processor, a mobile phone, a cordless cordless handset, a portable CD player, a radio, an automobile, and an electric vehicle. And consumer electronic devices such as game machines.

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

〔マンガンとニッケルとの複合酸化物の調製〕
0.4mol/LのNiSO・6HO及び1.2mol/LのMnSO・5HOの混合塩水溶液(容量比1:1)300mLを用意した。これとは別に、錯化剤として1.5mol/Lのアンモニア水溶液100mL及び6mol/LのNaOH水溶液200mLを用意した。これら三つの水溶液を、200mLの水を入れた1L容量のビーカーに同時に滴下した。滴下中、反応液のpHが11になるように各水溶液の滴下速度を調整した。滴下速度は、混合塩水溶液が60mL/min、アンモニア水溶液が20mL/min、NaOH水溶液が40mL/minであった。反応液の温度は50℃に保った。これによってMn及びNiの水酸化物を共沈させた。共沈物を9時間撹拌し熟成させた。この間、オーバーフロー方式で反応系内の液量を制御し、3時間毎にオーバーフローした液を交換した。濾過後に沈殿生成した水酸化物をリパルプ洗浄した。電導度計によって洗浄効果を判断しながら十分に洗浄を行った。乾燥後、X線回折法により沈殿生成物の分析を行った。その結果、沈殿生成物は非晶質ではなく、MnとNiとが相互に固溶したMnとNiとの共晶体で、組成はMn0.75Ni0.25(OH)でほぼ表されることが確認された。この沈殿生成物のBET比表面積は12.2m/gであり、レーザー法粒度分布測定法から求めた平均粒径は9.7μmであった。
[Preparation of complex oxide of manganese and nickel]
300 mL of a mixed salt aqueous solution (volume ratio 1: 1) of 0.4 mol / L NiSO 4 .6H 2 O and 1.2 mol / L MnSO 4 .5H 2 O was prepared. Separately, 100 mL of a 1.5 mol / L aqueous ammonia solution and 200 mL of a 6 mol / L aqueous NaOH solution were prepared as complexing agents. These three aqueous solutions were simultaneously added dropwise to a 1 L capacity beaker containing 200 mL of water. During the dropping, the dropping rate of each aqueous solution was adjusted so that the pH of the reaction solution was 11. The dropping speed was 60 mL / min for the mixed salt aqueous solution, 20 mL / min for the ammonia aqueous solution, and 40 mL / min for the NaOH aqueous solution. The temperature of the reaction solution was kept at 50 ° C. As a result, Mn and Ni hydroxides were coprecipitated. The coprecipitate was aged by stirring for 9 hours. During this time, the amount of liquid in the reaction system was controlled by the overflow method, and the overflowed liquid was replaced every 3 hours. The hydroxide produced by precipitation after filtration was repulped and washed. Washing was performed thoroughly while judging the cleaning effect with a conductivity meter. After drying, the precipitated product was analyzed by X-ray diffraction. As a result, the precipitated product is not amorphous, but is a eutectic of Mn and Ni in which Mn and Ni are solid-solved with each other, and the composition is almost represented by Mn 0.75 Ni 0.25 (OH) 2. It was confirmed that The precipitated product had a BET specific surface area of 12.2 m 2 / g, and the average particle size determined from the laser particle size distribution measurement method was 9.7 μm.

〔実施例1〕
<出発原料の調製>
上記で得られたマンガンとニッケルとの複合酸化物、炭酸リチウム(日本化学工業社製、平均粒径14μm)及びMgO(宇部マテリアルズ社製、平均粒径1μm)を、Li:Mn:Ni:Mgモル比が0.5:0.75:0.25:0.005となるように秤量し、次いでブレンダーにより均一に混合して、出発原料としてのLi、Mn、Ni及びMgを含む混合物を得た。
<第一焼成工程>
次いで、得られた混合物を大気中、1000℃で12時間焼成して前駆体を得た。最高温度帯に達するまでの昇温速度は100℃/hとした。その後、降温速度は100℃/hで室温(20℃)まで自然冷却した。冷却後、家庭用ミキサーを用いて前駆体を軽く粉砕した。前駆体のBET比表面積は0.39m/gで、レーザー法粒度分布測定法から求めた平均粒径は10.5μmであった。
<第二焼成工程>
第一焼成工程で得られた前駆体を大気中、600℃で15時間再焼成した。最高温度帯に達するまでの昇温速度は100℃/hとした。焼成後、降温速度100℃/hで室温(20℃)まで冷却し、次いで粉砕及び分級して、組成式Li1.000Mn1.4925Ni0.4975Mg0.013.9925で表されるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を得た。この複合酸化物のBET比表面積は0.38m/gであり、レーザー法粒度分布測定法により求めた平均粒径は10.6μmであった。
なお、主要な調製条件を表1に示し、得られたリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の諸物性を表2に示した。
[Example 1]
<Preparation of starting materials>
The complex oxide of manganese and nickel obtained above, lithium carbonate (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd., average particle size 14 μm) and MgO (manufactured by Ube Materials Co., Ltd., average particle size 1 μm) were mixed with Li: Mn: Ni: Weigh so that the Mg molar ratio is 0.5: 0.75: 0.25: 0.005, and then uniformly mix with a blender to obtain a mixture containing Li, Mn, Ni and Mg as starting materials. Obtained.
<First firing step>
Next, the obtained mixture was calcined in the atmosphere at 1000 ° C. for 12 hours to obtain a precursor. The rate of temperature increase until reaching the maximum temperature zone was 100 ° C./h. Thereafter, the temperature was lowered naturally to room temperature (20 ° C.) at a rate of 100 ° C./h. After cooling, the precursor was lightly pulverized using a home mixer. The BET specific surface area of the precursor was 0.39 m 2 / g, and the average particle size determined from the laser particle size distribution measurement method was 10.5 μm.
<Second firing step>
The precursor obtained in the first firing step was refired at 600 ° C. for 15 hours in the air. The rate of temperature increase until reaching the maximum temperature zone was 100 ° C./h. After firing, the mixture was cooled to room temperature (20 ° C.) at a temperature drop rate of 100 ° C./h, then pulverized and classified, and represented by the composition formula Li 1.000 Mn 1.4925 Ni 0.4975 Mg 0.01 O 3.9925 . Lithium manganese nickel composite oxide was obtained. The composite oxide had a BET specific surface area of 0.38 m 2 / g, and the average particle size determined by the laser particle size distribution measurement method was 10.6 μm.
Main preparation conditions are shown in Table 1, and various physical properties of the obtained lithium manganese nickel-based composite oxide are shown in Table 2.

〔実施例2〕
第一焼成工程の焼成温度を950℃とする以外は実施例1と同様にして、組成式Li1.000Mn1.4925Ni0.4975Mg0.013.9925で表されるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を得た。この複合酸化物のBET比表面積は0.46m/gであり、レーザー法粒度分布測定法により求めた平均粒径は10.4μmであった。
なお、前駆体のBET比表面積は0.48m/gで、レーザー法粒度分布測定法から求めた平均粒径は10.5μmであった。
また、主要な調製条件を表1に示し、得られたリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の諸物性を表2に示した。
[Example 2]
Lithium manganese represented by the composition formula Li 1.000 Mn 1.4925 Ni 0.4975 Mg 0.01 O 3.9925 in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature in the first firing step was 950 ° C. A nickel-based composite oxide was obtained. The composite oxide had a BET specific surface area of 0.46 m 2 / g and an average particle size determined by the laser particle size distribution measurement method of 10.4 μm.
The BET specific surface area of the precursor was 0.48 m 2 / g, and the average particle size determined from the laser particle size distribution measurement method was 10.5 μm.
Main preparation conditions are shown in Table 1, and various physical properties of the obtained lithium manganese nickel-based composite oxide are shown in Table 2.

〔実施例3〕
MgOに代えてTiO(昭和電工社製、平均粒径0.5μm)を用い、出発原料におけるLi:Mn:Ni:Tiモル比を0.5:0.75:0.25:0.005とする以外は実施例1と同様にして、組成式Li1.000Mn1.4925Ni0.4975Ti0.013.9925で表されるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を得た。この複合酸化物のBET比表面積は0.37m/gであり、レーザー法粒度分布測定法により求めた平均粒径は10.9μmであった。
また、主要な調製条件を表1に示し、得られたリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の諸物性を表2に示した。
Example 3
TiO 2 (manufactured by Showa Denko KK, average particle size 0.5 μm) was used instead of MgO, and the molar ratio of Li: Mn: Ni: Ti in the starting material was 0.5: 0.75: 0.25: 0.005. A lithium manganese nickel-based composite oxide represented by the composition formula Li 1.000 Mn 1.4925 Ni 0.4975 Ti 0.01 O 3.9925 was obtained in the same manner as in Example 1. The composite oxide had a BET specific surface area of 0.37 m 2 / g, and the average particle size determined by the laser particle size distribution measurement method was 10.9 μm.
Main preparation conditions are shown in Table 1, and various physical properties of the obtained lithium manganese nickel-based composite oxide are shown in Table 2.

〔実施例4〕
Li:Mn:Ni:Mgモル比が0.475:0.75:0.25:0.005となるように出発原料を調製した以外は実施例1と同様にして、組成式Li0.95Mn1.4925Ni0.4975Mg0.013.9925で表されるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を得た。この複合酸化物のBET比表面積は0.40m/gであり、レーザー法粒度分布測定法により求めた平均粒径は10.6μmであった。
また、得られたリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の諸物性を表2に示した。
Example 4
In the same manner as in Example 1 except that the starting material was prepared so that the molar ratio of Li: Mn: Ni: Mg was 0.475: 0.75: 0.25: 0.005, the composition formula Li 0.95 A lithium manganese nickel composite oxide represented by Mn 1.4925 Ni 0.4975 Mg 0.01 O 3.9925 was obtained. The composite oxide had a BET specific surface area of 0.40 m 2 / g, and the average particle size determined by the laser particle size distribution measurement method was 10.6 μm.
In addition, Table 2 shows various physical properties of the obtained lithium manganese nickel-based composite oxide.

〔実施例5〕
Li:Mn:Ni:Mgモル比が0.525:0.75:0.25:0.005となるように出発原料を調製した以外は実施例1と同様にして、組成式Li1.05Mn1.4925Ni0.4975Mg0.013.9925で表されるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を得た。この複合酸化物のBET比表面積は0.38m/gであり、レーザー法粒度分布測定法により求めた平均粒径は10.3μmであった。
また、得られたリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の諸物性を表2に示した。
Example 5
The composition formula Li 1.05 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the starting material was prepared so that the molar ratio of Li: Mn: Ni: Mg was 0.525: 0.75: 0.25: 0.005. A lithium manganese nickel composite oxide represented by Mn 1.4925 Ni 0.4975 Mg 0.01 O 3.9925 was obtained. The composite oxide had a BET specific surface area of 0.38 m 2 / g, and the average particle size determined by the laser particle size distribution measurement method was 10.3 μm.
In addition, Table 2 shows various physical properties of the obtained lithium manganese nickel-based composite oxide.

〔実施例6〕
炭酸リチウム(日本化学工業社製、平均粒径14μm)、二酸化マンガン(純正化学社製、平均粒径5μm)、酸化ニッケル(和光純薬社製、平均粒径7μm)及びMgO(宇部マテリアルズ社製、平均粒径1μm)を、Li:Mn:Ni:Mgモル比が0.5:0.75:0.25:0.005となるように秤量し、次いでブレンダーにより均一に混合して、出発原料としてのLi、Mn、Ni及びMgを含む混合物を得た以外は、実施例1と同様にして、組成式Li1.000Mn1.4925Ni0.4975Mg0.013.9925で表されるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を得た。この複合酸化物のBET比表面積は0.48m/gであり、レーザー法粒度分布測定法により求めた平均粒径は8.2μmであった。
また、得られたリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の諸物性を表2に示した。
Example 6
Lithium carbonate (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd., average particle size 14 μm), manganese dioxide (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd., average particle size 5 μm), nickel oxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., average particle size 7 μm) and MgO (Ube Materials Co., Ltd.) Manufactured, average particle diameter 1 μm), Li: Mn: Ni: Mg molar ratio is weighed to be 0.5: 0.75: 0.25: 0.005, and then uniformly mixed by a blender, The composition formula Li 1.000 Mn 1.4925 Ni 0.4975 Mg 0.01 O 3.9925 was obtained in the same manner as in Example 1 except that a mixture containing Li, Mn, Ni and Mg as starting materials was obtained. Lithium manganese nickel-based composite oxide represented by The composite oxide had a BET specific surface area of 0.48 m 2 / g, and the average particle size determined by the laser particle size distribution measurement method was 8.2 μm.
In addition, Table 2 shows various physical properties of the obtained lithium manganese nickel-based composite oxide.

〔比較例1〕
<出発原料の調製>
実施例1で用いたものと同じマンガンとニッケルとの複合酸化物および炭酸リチウム(平均粒径14μm)を、Li:Mn:Niモル比が0.5:0.75:0.25となるように秤量し、次いでブレンダーにより均一に混合して、出発原料としてのLi、Mn及びNiを含む混合物を得た。
<第一焼成工程>
次いで、得られた混合物を大気中、1000℃で12時間焼成して前駆体を得た。最高温度帯に達するまでの昇温速度は100℃/hとした。その後、降温速度は100℃/hで室温(20℃)まで自然冷却した。冷却後、家庭用ミキサーを用いて前駆体を軽く粉砕した。前駆体のBET比表面積は0.41m/gで、レーザー法粒度分布測定法から求めた平均粒径は10.8μmであった。
<第二焼成工程>
第一焼成工程で得られた前駆体を大気中、600℃で15時間焼成した。最高温度帯に達するまでの昇温速度は100℃/hとした。焼成後、降温速度100℃/hで室温(20℃)まで冷却し、粉砕及び分級して、組成式Li1.0Mn1.5Ni0.54.0で表されるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を得た。この複合酸化物のBET比表面積は0.40m/gであり、レーザー法粒度分布測定法により求めた平均粒径は10.7μmであった。
なお、主要な調製条件を表1に示し、得られたリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の諸物性を表2に示した。
[Comparative Example 1]
<Preparation of starting materials>
The same composite oxide of manganese and nickel and lithium carbonate (average particle size: 14 μm) as used in Example 1 is set so that the Li: Mn: Ni molar ratio is 0.5: 0.75: 0.25. And then uniformly mixed with a blender to obtain a mixture containing Li, Mn and Ni as starting materials.
<First firing step>
Next, the obtained mixture was calcined in the atmosphere at 1000 ° C. for 12 hours to obtain a precursor. The rate of temperature increase until reaching the maximum temperature zone was 100 ° C./h. Thereafter, the temperature was lowered naturally to room temperature (20 ° C.) at a rate of 100 ° C./h. After cooling, the precursor was lightly pulverized using a home mixer. The BET specific surface area of the precursor was 0.41 m 2 / g, and the average particle size obtained from the laser particle size distribution measurement method was 10.8 μm.
<Second firing step>
The precursor obtained in the first firing step was fired at 600 ° C. for 15 hours in the air. The rate of temperature increase until reaching the maximum temperature zone was 100 ° C./h. After firing, the mixture is cooled to room temperature (20 ° C.) at a rate of temperature decrease of 100 ° C./h, pulverized and classified, and lithium manganese nickel represented by the composition formula Li 1.0 Mn 1.5 Ni 0.5 O 4.0 A system complex oxide was obtained. The composite oxide had a BET specific surface area of 0.40 m 2 / g, and the average particle size determined by the laser particle size distribution measurement method was 10.7 μm.
Main preparation conditions are shown in Table 1, and various physical properties of the obtained lithium manganese nickel-based composite oxide are shown in Table 2.

Figure 0004411157
Figure 0004411157

Figure 0004411157
Figure 0004411157

〔性能評価〕
実施例及び比較例で得られたリチウムマンガンニッケル複合酸化物のマンガン溶出量、並びにこれらの複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池の初期放電容量、10サイクル目のクーロン効率、20サイクル目のエネルギー維持率、最高平均作動電圧及び4.5〜5.0V/3.0〜5.0Vの放電容量比を以下の方法で測定した。マンガン溶出量の結果を表2に示し、それ以外の結果を表3に示した。
また、実施例1、2、3及び比較例1についての初期放電容量曲線を図1、図2、図3及び図4にそれぞれ示した。
[Performance evaluation]
Manganese elution amount of lithium manganese nickel composite oxide obtained in Examples and Comparative Examples, initial discharge capacity of lithium secondary battery using these composite oxides as positive electrode active material, Coulomb efficiency at 10th cycle, 20 The energy retention rate at the cycle, the maximum average operating voltage, and the discharge capacity ratio of 4.5 to 5.0 V / 3.0 to 5.0 V were measured by the following methods. The results of manganese elution amount are shown in Table 2, and the other results are shown in Table 3.
In addition, initial discharge capacity curves for Examples 1, 2, 3 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 1, 2, 3, and 4, respectively.

<マンガン溶出量>
1gのリチウムマンガンニッケル複合酸化物を密閉可能なテフロン(登録商標)容器に入れた。この容器を120℃に加熱された真空乾燥器に一晩入れて水分を除去した。容器を真空乾燥機から取り出した後、ドライエアー雰囲気下で5gの電解液をテフロン(登録商標)容器内へ入れ容器の蓋をした。電解液はエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの体積比1:2混合液1リットルにLiPF1モルを溶解したものであった。容器を上下に振って複合酸化物と電解液とをしっかり混合させた後、容器を80℃の恒温槽に入れて1週間放置した。この間、2〜3日に1回は容器を振って両者を混合させた。1週間経過後、容器を恒温槽から取り出し、容器内の電解液を0.1μmのフィルターで濾過した。1gの濾液を100mLのメスフラスコに入れ、そのメスフラスコに超純水:エタノール=80:20(重量比)の混合溶媒を加えて希釈し定容した。メスフラスコをよく振った後、原子吸光分析法でマンガンの濃度を定量した。その定量値に基づいて、5gの電解液中にどれだけマンガンが溶解したかを換算してマンガン溶出量を求めた。
<Manganese elution amount>
1 g of lithium manganese nickel composite oxide was put in a sealable Teflon (registered trademark) container. The container was placed in a vacuum dryer heated to 120 ° C. overnight to remove moisture. After the container was taken out from the vacuum dryer, 5 g of the electrolytic solution was put into a Teflon (registered trademark) container in a dry air atmosphere and the container was covered. The electrolytic solution was obtained by dissolving 1 mol of LiPF 6 in 1 liter of a 1: 2 volume ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate. The container was shaken up and down to thoroughly mix the composite oxide and the electrolyte, and then the container was placed in a thermostat at 80 ° C. and left for 1 week. During this time, the container was shaken once every 2-3 days to mix them. After one week, the container was taken out from the thermostat, and the electrolytic solution in the container was filtered with a 0.1 μm filter. 1 g of the filtrate was put into a 100 mL volumetric flask, and a mixed solvent of ultrapure water: ethanol = 80: 20 (weight ratio) was added to the volumetric flask to dilute to constant volume. After shaking the volumetric flask well, the manganese concentration was quantified by atomic absorption spectrometry. Based on the quantitative value, the amount of manganese elution was determined by converting how much manganese was dissolved in 5 g of the electrolyte.

<初期放電容量>
リチウムマンガンニッケル複合酸化物5.7g、導電剤(導電性カーボン、Erachem社製のSuper P)0.15g及び結着剤(ポリフッ化ビニリデン)0.15gを混合した。次いでN−メチルピロリジノンを約5ml添加し、攪拌機にて均一な塗料を作製した。アルミニウム製のシートに塗料を塗布し120℃で2時間乾燥することによって正極シートを得た。塗布厚は120μmとした。正極シートをプレスした後φ15mmの大きさ打ち抜いて正極板を得た。この正極板を用いて、セパレータ、負極、集電板、取り付け金具、外部端子、電解液等の各部材を用いてリチウム二次電池を作製した。負極としては金属リチウム箔、電解液としてはエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積比1:2の混合液1リットルにLiPF1モルを溶解したものを用いた。このリチウム二次電池について、25℃で初期放電容量を測定した。充電は、電流値0.5Cで5.0VまでCCCV(0.05Cの電流値となったら充電終了)で行い、放電は電流値0.2Cで3.0VまでCCで行なった。
<Initial discharge capacity>
5.7 g of lithium manganese nickel composite oxide, 0.15 g of conductive agent (conductive carbon, Super P manufactured by Erachem) and 0.15 g of binder (polyvinylidene fluoride) were mixed. Next, about 5 ml of N-methylpyrrolidinone was added, and a uniform paint was prepared with a stirrer. A positive electrode sheet was obtained by applying a paint to an aluminum sheet and drying at 120 ° C. for 2 hours. The coating thickness was 120 μm. The positive electrode sheet was pressed and then punched out to a size of φ15 mm to obtain a positive electrode plate. Using this positive electrode plate, a lithium secondary battery was produced using each member such as a separator, a negative electrode, a current collector plate, a mounting bracket, an external terminal, and an electrolytic solution. As the negative electrode, a metal lithium foil was used, and as the electrolyte, 1 mol of LiPF 6 was dissolved in 1 liter of a mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1: 2. With respect to this lithium secondary battery, the initial discharge capacity was measured at 25 ° C. Charging was performed at CCCV up to 5.0 V at a current value of 0.5 C (charging was terminated when the current value reached 0.05 C), and discharging was performed at CC up to 3.0 V at a current value of 0.2 C.

<10サイクル目のクーロン効率>
前述の初期放電容量の測定に用いたリチウム二次電池について、10サイクル目の放電容量及び10サイクル目の充電容量を測定し、10サイクル目の放電容量/10サイクル目の充電容量×100から10サイクル目のクーロン効率を算出した。
<10th cycle coulomb efficiency>
For the lithium secondary battery used for the measurement of the initial discharge capacity, the discharge capacity at the 10th cycle and the charge capacity at the 10th cycle were measured, and the discharge capacity at the 10th cycle / the charge capacity at the 10th cycle × 100 to 10 The coulombic efficiency at the cycle was calculated.

<20サイクル目の放電容量維持率>
前述の初期放電容量の測定に用いたリチウム二次電池について、1サイクル目の放電容量及び20サイクル目の充電容量を測定し、20サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量×100から20サイクル目の放電容量維持率を算出した。
<20th cycle discharge capacity maintenance rate>
For the lithium secondary battery used for the measurement of the initial discharge capacity, the discharge capacity at the first cycle and the charge capacity at the 20th cycle are measured, and the discharge capacity at the 20th cycle / the discharge capacity at the first cycle × 100 to 20 The discharge capacity retention rate at the cycle was calculated.

<20サイクル目のエネルギー維持率>
前述の初期放電容量の測定に用いたリチウム二次電池について、1サイクル目のエネルギー密度(放電容量×電圧)及び20サイクル目のエネルギー密度を求め、20サイクル目のエネルギー密度/1サイクル目のエネルギー密度×100から20サイクル目のエネルギー維持率を算出した。
<20th cycle energy maintenance rate>
About the lithium secondary battery used for the measurement of the above-mentioned initial discharge capacity, the energy density of the first cycle (discharge capacity × voltage) and the energy density of the 20th cycle are obtained, and the energy density of the 20th cycle / the energy of the 1st cycle. The energy retention rate at the 20th cycle was calculated from density × 100.

<最高平均作動電圧>
前述の初期放電容量の測定に用いたリチウム二次電池について、測定したサイクルの中で放電時の作動電圧が最も高かった時のサイクルの電圧を最高平均作動電圧とした。
<Maximum average operating voltage>
Regarding the lithium secondary battery used for the measurement of the initial discharge capacity described above, the voltage of the cycle when the operating voltage during discharge was the highest among the measured cycles was defined as the maximum average operating voltage.

<4.5‐5.0V/3.0−5.0Vの放電容量比>
前述の初期放電容量の測定に用いたリチウム二次電池について、5V放電容量領域/(5V放電容領域+4V放電容領域)の比率を確認するため、放電時のCut電圧を4.5Vと3.0Vとして4.5〜5.0Vの放電容量/3.0〜5.0Vの放電容量×100から放電容量比を算出した。
<Discharge capacity ratio of 4.5-5.0V / 3.0-5.0V>
In order to confirm the ratio of 5V discharge capacity region / (5V discharge capacity region + 4V discharge capacity region) for the lithium secondary battery used for the measurement of the initial discharge capacity described above, the cut voltage at the time of discharge was 4.5V. The discharge capacity ratio was calculated from discharge capacity of 4.5 to 5.0 V / discharge capacity of 3.0 to 5.0 V × 100 as 0V.

Figure 0004411157
Figure 0004411157

表3に示す結果から明らかなように、実施例1〜6で得られたリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池は、比較例1のものと比較して、クーロン効率、容量維持率及びエネルギー維持率が高いことが分かる。さらに、表3の放電容量比の結果、並びに図1、図2、図3及び図4から明らかなように、実施例1、2及び3で得られたリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池は、比較例1のものと比較して、4V付近の電圧変化(プラトー)が小さく、5V領域の存在割合が大きくなっていることが分かる。   As is clear from the results shown in Table 3, the lithium secondary battery using the lithium manganese nickel-based composite oxide obtained in Examples 1 to 6 as the positive electrode active material was compared with that of Comparative Example 1, It can be seen that Coulomb efficiency, capacity maintenance rate and energy maintenance rate are high. Further, as is clear from the results of the discharge capacity ratios in Table 3 and FIGS. 1, 2, 3, and 4, the lithium manganese nickel composite oxides obtained in Examples 1, 2, and 3 were used for the positive electrode active. It can be seen that the lithium secondary battery used as the material has a small voltage change (plateau) in the vicinity of 4V and a large proportion of the 5V region compared to that of Comparative Example 1.

実施例1で得られた複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池の初期放電容量曲線を表わす図である。It is a figure showing the initial stage discharge capacity curve of the lithium secondary battery which used the complex oxide obtained in Example 1 as a positive electrode active material. 実施例2で得られた複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池の初期放電容量曲線を表わす図である。It is a figure showing the initial stage discharge capacity curve of the lithium secondary battery which used the complex oxide obtained in Example 2 as a positive electrode active material. 実施例3で得られた複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池の初期放電容量曲線を表わす図である。It is a figure showing the initial stage discharge capacity curve of the lithium secondary battery which used the complex oxide obtained in Example 3 as a positive electrode active material. 比較例1で得られた複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池の初期放電容量曲線を表わす図である。It is a figure showing the initial stage discharge capacity curve of the lithium secondary battery which used the complex oxide obtained by the comparative example 1 as a positive electrode active material.

Claims (7)

下記一般式(1)で表わされるリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法であって、
LiMn1.5−yNi0.5−zy+z4−w (1)
(式中、0.9<x<1.1、y>0、z>0、0<y+z<0.1、0≦w<2であり、Mは、マグネシウム、アルミニウム、チタン及びジルコニウムから選ばれる少なくとも1種の金属元素を示す。)
リチウム、マンガン、ニッケル及びMを含む混合物を950〜1050℃で焼成し、冷却して前駆体を得た後、該前駆体を550〜650℃で再焼成することを特徴とする前記リチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法。
A method for producing a lithium manganese nickel-based composite oxide represented by the following general formula (1):
Li x Mn 1.5-y Ni 0.5-z My + z O 4-w (1)
(Wherein 0.9 <x <1.1, y> 0, z> 0, 0 <y + z <0.1, 0 ≦ w <2, M is selected from magnesium, aluminum, titanium and zirconium) Represents at least one metal element.)
The lithium manganese nickel characterized by firing a mixture containing lithium, manganese, nickel and M at 950 to 1050 ° C., cooling to obtain a precursor, and then re-firing the precursor at 550 to 650 ° C. Method for producing a composite oxide.
前記リチウム、マンガン、ニッケル及びMを含む混合物が、リチウム化合物、マンガンとニッケルとの複合化合物及びMを含む化合物からなることを特徴とする請求項1に記載のリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法。   2. The lithium manganese nickel composite oxide according to claim 1, wherein the mixture containing lithium, manganese, nickel, and M is composed of a lithium compound, a composite compound of manganese and nickel, and a compound containing M. Method. 前記前駆体は、BET比表面積が0.2〜0.6m/gであることを特徴とする請求項1に記載のリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法。 2. The method for producing a lithium manganese nickel-based composite oxide according to claim 1, wherein the precursor has a BET specific surface area of 0.2 to 0.6 m 2 / g. 前記前駆体は、平均粒径が5〜15μmであることを特徴とする請求項3に記載のリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法。   The method for producing a lithium manganese nickel-based composite oxide according to claim 3, wherein the precursor has an average particle size of 5 to 15 μm. 前記Mが、マグネシウム又はチタンであることを特徴とする請求項1に記載のリチウムマンガンニッケル系複合酸化物の製造方法。   The method for producing a lithium manganese nickel-based composite oxide according to claim 1, wherein M is magnesium or titanium. 請求項1に記載の方法によって製造されることを特徴とするリチウムマンガンニッケル系複合酸化物。   A lithium manganese nickel composite oxide produced by the method according to claim 1. 請求項6に記載のリチウムマンガンニッケル系複合酸化物を含む正極を備えたリチウム二次電池。   A lithium secondary battery comprising a positive electrode comprising the lithium manganese nickel-based composite oxide according to claim 6.
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