JP4876414B2 - Method for producing active material and lithium secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム鉄リン系複合酸化物からなる活物質の製造方法、及び該活物質を用いたリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a method for producing an active material comprising a lithium iron phosphorus-based composite oxide and a lithium secondary battery using the active material.

リチウムイオンの吸蔵及び放出を利用したリチウム二次電池は、高電圧でエネルギー密度が高いことから、パソコン、携帯電話等の携帯情報端末等を中心に情報機器、通信機器の分野で実用が進み、広く一般に普及するに至っている。また他の分野では、環境問題及び資源問題から電気自動車の開発が急がれる中、リチウム二次電池を電気自動車用の電源として用いることが検討されている。   Lithium secondary batteries that use the insertion and extraction of lithium ions are high voltage and have high energy density, so their practical use has advanced in the field of information equipment and communication equipment mainly for personal information terminals such as personal computers and mobile phones. It has become widely popular. In other fields, the use of lithium secondary batteries as a power source for electric vehicles is being studied while the development of electric vehicles is urgent due to environmental issues and resource issues.

リチウム二次電池は、正極活物質を含有する正極と、負極活物質を含有する負極と、これらの正極及び負極間でリチウムイオンを移動させる電解液とを主要な構成要素としている。
正極活物質及び負極活物質等の活物質としては、一般に、例えばコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム等の化合物が用いられている。しかし、このような活物質は、環境負荷の大きいCoやNiを主成分としているため、環境問題上好ましくはなかった。また、環境問題に対応するため、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム等の化合物からなる活物質は、リサイクルにより回収・再利用されていたが、リサイクルを行うことによりコストが増大するという問題を抱えていた。そして、近年の環境問題に対する意識の高まりからこれらに代わる活物質の開発が望まれるようになってきた。
A lithium secondary battery includes, as main components, a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and an electrolyte solution that moves lithium ions between the positive electrode and the negative electrode.
As active materials, such as a positive electrode active material and a negative electrode active material, compounds, such as lithium cobaltate and lithium nickelate, are generally used, for example. However, since such an active material is mainly composed of Co or Ni having a large environmental load, it is not preferable in terms of environmental problems. In addition, in order to cope with environmental problems, active materials made of compounds such as lithium cobaltate and lithium nickelate have been recovered and reused by recycling. However, there is a problem that costs increase due to recycling. It was. In recent years, development of active materials to replace these has been desired due to the growing awareness of environmental problems.

近年、主として正極に用いられる活物質として、オリビン構造のLiFePO4を用いることが検討されている。LiFePO4は、環境負荷の低いFeを主成分とするため、環境に対して安全であるというメリットがある。また、LiFePO4は、3.4Vの高電位を発生し、170mAh/gという大きな理論容量を有する。 In recent years, the use of olivine-structured LiFePO 4 as an active material mainly used for positive electrodes has been studied. LiFePO 4 has a merit that it is safe for the environment because it contains Fe with a low environmental load as a main component. LiFePO 4 generates a high potential of 3.4 V and has a large theoretical capacity of 170 mAh / g.

しかし、LiFePO4は、電子伝導率が低い。そのため、LiFePO4を活物質として用いてリチウム二次電池を構成した場合には、電池の内部抵抗が増大し、その結果電池容量が減少してしまうおそれがあった。
また、LiFePO4中のFeは、2価の状態にあり、非常に酸化されやすい。そのため、合成時には原料を不活性ガス中で加熱する必要がある。しかし、例えば不活性ガス中で加熱しても、酸化されやすい2価のFeの一部が酸化され、部分的に3価のFeが生成してしまうことがあった。この3価のFeが生成するとLiFePO4は、本来の優れた容量を充分に発揮できなくなり、容量が低下してしまうという問題があった。
However, LiFePO 4 has a low electronic conductivity. Therefore, when a lithium secondary battery is configured using LiFePO 4 as an active material, the internal resistance of the battery is increased, and as a result, the battery capacity may be reduced.
Further, Fe in LiFePO 4 is in a divalent state and is very easily oxidized. Therefore, it is necessary to heat the raw material in an inert gas at the time of synthesis. However, for example, even when heated in an inert gas, a portion of divalent Fe that is easily oxidized is oxidized, and trivalent Fe is partially generated. When this trivalent Fe is generated, LiFePO 4 cannot sufficiently exhibit its original excellent capacity, and there is a problem that the capacity is reduced.

そこで、LiFePO4からなる正極活物質を合成する際に、合成原料に炭素材料を添加して加熱反応させ、大気暴露させるときの温度を305℃以下にする方法が開示されている(特許文献1参照)。
しかしながら、上記のように、合成原料に炭素材料を添加する方法においては、合成原料と炭素材料とを均一に混合することが困難であるという問題があった。即ち、合成原料と炭素材料とは、その機械的強度が異なる。そのため、両者をFeの酸化を防止する程充分に均一に混合させることは困難であった。それ故、反応が均一に起こらず、部分的にLiFePO4のFeが酸化され、電池の活物質として用いた際に、容量が低下したり、充放電を繰り返すことにより容量が劣化したりするという問題があった。
また、上記従来の製造方法においては、炭素材料をできるだけ均一に混合する必要があるため、製造工程数が増加し、複雑になってしまうという問題があった。
Therefore, when synthesizing a positive electrode active material made of LiFePO 4 , a method is disclosed in which a carbon material is added to a synthesis raw material to cause a heat reaction, and the temperature when exposed to the atmosphere is 305 ° C. or less (Patent Document 1). reference).
However, as described above, the method of adding a carbon material to a synthetic raw material has a problem that it is difficult to uniformly mix the synthetic raw material and the carbon material. That is, the mechanical strength differs between the synthetic raw material and the carbon material. Therefore, it has been difficult to mix the two sufficiently uniformly so as to prevent oxidation of Fe. Therefore, the reaction does not occur uniformly, the Fe of LiFePO 4 is partially oxidized, and when used as an active material of a battery, the capacity decreases or the capacity deteriorates by repeated charge and discharge. There was a problem.
Moreover, in the said conventional manufacturing method, since it was necessary to mix a carbon material as uniformly as possible, there existed a problem that the number of manufacturing processes increased and it became complicated.

特開2002−110164号公報JP 2002-110164 A

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、高い充放電容量を発揮できると共に、充放電を繰り返し行っても充放電容量がほとんど低下しないリチウム鉄リン系複合酸化物からなる活物質の製造方法、及びリチウム二次電池を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and comprises a lithium iron-phosphorus-based composite oxide that can exhibit high charge / discharge capacity and that does not substantially decrease charge / discharge capacity even when repeated charge / discharge is performed. An object of the present invention is to provide a method for producing an active material and a lithium secondary battery.

第1の発明は、基本式LiFePO4で表されるリチウム鉄リン系複合酸化物からなるリチウム二次電池用の活物質の製造方法であって、
Li源と、Fe源と、P源とを含有する合成原料を準備する原料準備工程と、
上記合成原料を加熱して反応させて上記リチウム鉄リン系複合酸化物を合成する反応工程とを有し、
上記Li源、上記Fe源及び上記P源としては、構成元素からLi、Fe、及びPO4を差し引いた残りの元素から、上記反応工程の温度下においてガス又は蒸気となる元素をさらに差し引いた残りの元素がCとなるような原料を用い、
上記Fe源としてはフマル酸鉄を用い、
上記反応工程における加熱温度を550℃〜850℃にすることを特徴とする活物質の製造方法にある(請求項1)。
The first invention is a method of manufacturing an active material for a lithium secondary battery comprising a lithium-iron-phosphorus compound oxide represented by the basic formula LiFePO 4,
A raw material preparation step of preparing a synthetic raw material containing a Li source, an Fe source, and a P source;
A reaction step of synthesizing the lithium iron phosphorus composite oxide by heating and reacting the synthetic raw material,
The Li source, the Fe source, and the P source are the remainder obtained by further subtracting an element that becomes a gas or vapor at the temperature of the reaction step from the remaining element obtained by subtracting Li, Fe, and PO 4 from the constituent elements. elements have use of the raw materials, such as is the C of,
As the Fe source, iron fumarate is used,
In the method for producing an active material, the heating temperature in the reaction step is set to 550 ° C. to 850 ° C. (Claim 1).

上記第1の発明において最も注目すべき点は、上記Li源、上記Fe源及び上記P源としては、構成元素からLi、Fe、及びPO4を差し引き、その残りの元素から上記反応工程の温度下においてガス又は蒸気となる元素をさらに差し引いた残りの元素が炭素(C)となるような原料を用いることにある。
そのため、上記反応工程においては、LiFePO4の合成に用いられず、かつガス又は蒸気となって放出されない炭素(C)が残存する。それ故、合成時の反応雰囲気が還元雰囲気となり、Feの酸化を防止することができる。そのため、上記反応工程後には、3価のFeをほとんど含有しないリチウム鉄リン系複合酸化物からなる活物質を得ることができる。それ故、該活物質は、例えば理論容量に近いくらいの高い充放電容量を発揮することができると共に、充放電を繰り返すことによって起こりうる充放電容量の低下が抑制され、優れた充放電サイクル特性を示すことができる。
The most notable point in the first invention is that the Li source, the Fe source, and the P source are obtained by subtracting Li, Fe, and PO 4 from constituent elements, and the temperature of the reaction step from the remaining elements. The raw material is to use carbon (C) as the remaining element after further subtracting the element that becomes gas or vapor.
Therefore, in the reaction step, carbon (C) that is not used for the synthesis of LiFePO 4 and is not released as gas or vapor remains. Therefore, the reaction atmosphere at the time of synthesis becomes a reducing atmosphere, and oxidation of Fe can be prevented. Therefore, after the reaction step, an active material composed of a lithium iron-phosphorus composite oxide containing almost no trivalent Fe can be obtained. Therefore, the active material can exhibit, for example, a high charge / discharge capacity close to the theoretical capacity, and a reduction in charge / discharge capacity that may occur by repeated charge / discharge is suppressed, and excellent charge / discharge cycle characteristics. Can be shown.

また、上記のごとく、上記合成原料自体が上記反応工程において生成されるCを含有するため、従来のように合成原料に炭素材料を添加する必要がない。そのため、Feの還元防止のために新たに炭素材料を添加する等という工程を追加する必要がなく、簡単に上記活物質を製造することができる。   Further, as described above, since the synthetic raw material itself contains C generated in the reaction step, it is not necessary to add a carbon material to the synthetic raw material as in the past. Therefore, it is not necessary to add a process of newly adding a carbon material for preventing reduction of Fe, and the active material can be easily manufactured.

以上のように、上記第1の発明によれば、高い充放電容量を発揮できると共に、充放電を繰り返し行っても充放電容量がほとんど低下しないリチウム鉄リン系複合酸化物からなる活物質の製造方法を提供することができる。   As described above, according to the first aspect of the invention, the production of an active material comprising a lithium iron-phosphorus composite oxide that can exhibit a high charge / discharge capacity and whose charge / discharge capacity hardly decreases even when charge / discharge is repeated. A method can be provided.

第2の発明は、上記第1の発明の製造方法によって得られた活物質を正極又は負極に含有することを特徴とするリチウム二次電池にある(請求項)。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery characterized in that the active material obtained by the production method of the first aspect of the invention is contained in a positive electrode or a negative electrode (claim 2 ).

上記第2の発明のリチウム二次電池は、上記のごとく上記第1の発明の製造方法によって得られた活物質を正極又は負極に含有する。そのため、上記リチウム二次電池は、上記第1の発明の活物質の優れた特徴を生かして、高い充放電容量を発揮できると共に、充放電を繰り返し行っても充放電容量がほとんど低下しない。   The lithium secondary battery of the second invention contains, as described above, the active material obtained by the manufacturing method of the first invention in the positive electrode or the negative electrode. Therefore, the lithium secondary battery can exhibit a high charge / discharge capacity by taking advantage of the excellent characteristics of the active material of the first invention, and the charge / discharge capacity hardly decreases even when charge / discharge is repeated.

次に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明において、上記活物質は、基本式LiFePO4で表されるリチウム鉄リン系複合酸化物からなる。
ここで、上記基本式で表されるリチウム鉄リン系複合酸化物は、例えばFeの少なくとも一部がMn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、Mg、B及びNb等から選ばれる1種以上の金属元素で置換された複合酸化物等を含む概念である。また、基本式LiFePO4においてLiのFe(置換元素がある場合には置換元素とFeとの合計)に対するモル比は1以外であってもよい。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
In the present invention, the active material is composed of a lithium iron phosphorus-based composite oxide represented by the basic formula LiFePO 4 .
Here, in the lithium iron phosphorus-based composite oxide represented by the above basic formula, for example, at least part of Fe is Mn, Cr, Co, Cu, Ni, V, Mo, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, It is a concept including a composite oxide substituted with one or more metal elements selected from B and Nb. Further, in the basic formula LiFePO 4 , the molar ratio of Li to Fe (the total of the substitution element and Fe when there is a substitution element) may be other than 1.

したがって、上記リチウム鉄リン系複合酸化物としては、LiFePO4の他に、例えば一般式LixFe1-yyPO4(MはMn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、Mg、B及びNb等から選ばれる1種以上、0.05≦x≦1.2、0≦y<1.0)で表されるオリビン構造の化合物等がある。このように置換型のリチウム鉄リン系複合酸化物は、より優れた放電容量が充放電サイクル特性を発揮することができる。 Therefore, as the lithium iron phosphorus-based composite oxide, in addition to LiFePO 4 , for example, the general formula Li x Fe 1- y My PO 4 (M is Mn, Cr, Co, Cu, Ni, V, Mo, Ti , Zn, Al, Ga, Mg, B, Nb, and the like, and compounds having an olivine structure represented by 0.05 ≦ x ≦ 1.2 and 0 ≦ y <1.0). Thus, the substitution type lithium iron phosphorus-based composite oxide has a more excellent discharge capacity and can exhibit charge / discharge cycle characteristics.

上記原料準備工程においては、Li源と、Fe源と、P源とを含有する合成原料を準備する。
また、上記合成原料においては、Li源、Fe源、及びP源として、それぞれ別々の化合物を用いることができるが、Li、Fe、及びPのうち2種以上を含有する化合物を用いることもできる。例えばLi源及びP源の両方になりうる化合物としては、リン酸二水素リチウム(LiH2PO4)等がある。
また、上記リチウム鉄リン系複合酸化物として、上述のごとく例えば記一般式LixFe1-yyPO4で表される化合物を作製する場合には、上記原料準備工程において、Li源、Fe源、及びP源の他に、M源を含有する合成原料を準備する。
In the raw material preparation step, a synthetic raw material containing a Li source, an Fe source, and a P source is prepared.
In the synthetic raw material, separate compounds can be used as the Li source, the Fe source, and the P source, respectively, but a compound containing two or more of Li, Fe, and P can also be used. . For example, a compound that can be both a Li source and a P source includes lithium dihydrogen phosphate (LiH 2 PO 4 ).
Further, as described above, when preparing the compound represented by the general formula Li x Fe 1- y My PO 4 as the lithium iron phosphorus-based composite oxide, as described above, in the raw material preparation step, In addition to the Fe source and the P source, a synthetic raw material containing an M source is prepared.

また、上記Li源、上記Fe源及び上記P源としては、構成元素からLi、Fe、及びPO4を差し引いた残りの元素から、上記反応工程の温度下においてガス又は蒸気となる元素をさらに差し引いた残りの元素がCとなるような原料を用いる。
一般に、ガス又は蒸気となる元素としては、H、O、C等がある。本発明においては、上記Li源、上記Fe源及び上記P源の構成元素から、上記反応工程後に上記基本式LiFePO4で表されるリチウム鉄リン系複合酸化物を構成するLi、Fe、及びPO4を差し引き、さらに上記反応工程においてガス又は蒸気となる元素を差し引いて残る元素がCとなるように、上記Li源、上記Fe源及び上記P源を選択することができる。
The Li source, the Fe source, and the P source are further subtracted from the remaining elements obtained by subtracting Li, Fe, and PO 4 from the constituent elements from the elements that become gas or vapor at the temperature of the reaction step. A raw material is used in which the remaining element is C.
In general, elements that become gas or vapor include H, O, C, and the like. In the present invention, Li, Fe, and PO constituting the lithium iron phosphorus-based composite oxide represented by the basic formula LiFePO 4 after the reaction step from the constituent elements of the Li source, the Fe source, and the P source. The Li source, the Fe source, and the P source can be selected so that the element remaining after subtracting 4 and further subtracting the element that becomes gas or vapor in the reaction step becomes C.

上記Fe源としては、例えば有機酸鉄等を用いることができる。その中でも、上記Fe源としては、フマル酸鉄又は/及びシュウ酸鉄を用いることが好ましい
上記フマル酸鉄、シュウ酸鉄は、原材料として一般に入手しやすい。
As said Fe source, organic acid iron etc. can be used, for example. Among them, it is preferable to use iron fumarate and / or iron oxalate as the Fe source .
The iron fumarate and iron oxalate are generally easily available as raw materials.

また、上記反応工程においては、上記合成原料を加熱して反応させて上記リチウム鉄リン系複合酸化物を合成する。
上記反応工程における加熱温度は、500℃〜900℃であることが好ましい
加熱温度が500℃未満の場合には、上記反応工程において、上記合成原料の反応が進行し難くなり、上記リチウム鉄リン系複合酸化物が充分に合成されなくなるおそれがある。その結果、上記反応工程後に得られる活物質の放電容量が低下するおそれがある。一方、900℃を越える場合には、上記反応工程において、粒成長が過剰に進行するおそれがある。その結果、上記反応工程後に得られる活物質の充放電容量や充放電サイクル特性が低下するおそれがある。より好ましくは、上記反応工程における加熱温度は、550〜850℃がよく、さらに好ましくは、600〜800℃がよい。
Moreover, in the said reaction process, the said synthetic raw material is heated and made to react, and the said lithium iron phosphorus type complex oxide is synthesize | combined.
The heating temperature in the above reaction step is preferably 500 ° C. to 900 ° C..
When the heating temperature is less than 500 ° C., the reaction of the synthesis raw material becomes difficult to proceed in the reaction step, and the lithium iron phosphorus composite oxide may not be sufficiently synthesized. As a result, the discharge capacity of the active material obtained after the reaction step may be reduced. On the other hand, when it exceeds 900 ° C., there is a possibility that grain growth proceeds excessively in the reaction step. As a result, the charge / discharge capacity and charge / discharge cycle characteristics of the active material obtained after the reaction step may be deteriorated. More preferably, the heating temperature in the said reaction process is 550-850 degreeC, More preferably, 600-800 degreeC is good.

上記第1の発明の製造方法によって得られる上記活物質は、正極活物質又は負極活物質として用いることができる。即ち、上記活物質は、もう一方の活物質を適宜選択することにより正極側、負極側のいずれの活物質としても用いることができる。具体的には、例えばもう一方の活物質として、Li金属や炭素材料を用いた場合には、上記第1の発明の製造方法によって得られる活物質は、正極側の活物質(正極活物質)として用いることができる。また、もう一方の活物質として、LiNiPO4等を用いた場合には、上記第1の発明の製造方法によって得られる活物質は、負極側の活物質(負極活物質)として用いることができる。 The active material obtained by the production method of the first invention can be used as a positive electrode active material or a negative electrode active material. That is, the above active material can be used as either the positive electrode side or negative electrode side active material by appropriately selecting the other active material. Specifically, for example, when Li metal or a carbon material is used as the other active material, the active material obtained by the manufacturing method of the first invention is an active material on the positive electrode side (positive electrode active material). Can be used as When LiNiPO 4 or the like is used as the other active material, the active material obtained by the manufacturing method of the first invention can be used as an active material on the negative electrode side (negative electrode active material).

次に、上記第2の発明において、上記リチウム二次電池は、正極及び負極と、これらの正極と負極との間に狭装されるセパレータと、正極と負極との間でリチウムを移動させる電解液等を主要構成要素として構成することができる。   Next, in the second invention, the lithium secondary battery includes a positive electrode and a negative electrode, a separator that is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolysis that moves lithium between the positive electrode and the negative electrode. A liquid etc. can be comprised as a main component.

正極は、例えば正極活物質に導電材及び結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、アルミニウム、ステンレスなどの金属箔性の集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成することができる。また、正極のもう一つの形態としては、例えば上記正極活物質に導電材及び結着材を混合して正極合材としたものをペレットに成形したものを用いることができる。
上記正極活物質としては、例えば上記第1の発明の製造方法によって得られるリチウム鉄リン系複合酸化物からなる活物質を用いることができる。
For example, a positive electrode active material is mixed with a conductive material and a binder, and an appropriate solvent is added to form a paste-like positive electrode mixture on the surface of a metal foil current collector such as aluminum or stainless steel. It can be formed by applying and drying, and compressing to increase the electrode density as necessary. Moreover, as another form of a positive electrode, what mixed the electrically conductive material and the binder with the said positive electrode active material and made it into the positive electrode compound material, for example can be used for a pellet.
As the positive electrode active material, for example, an active material made of a lithium iron phosphorus composite oxide obtained by the production method of the first invention can be used.

また、上記導電材は、正極の電気伝導性を確保するためのものであり、例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類等の炭素物質粉末状体の1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。   Further, the conductive material is for ensuring the electrical conductivity of the positive electrode. For example, one or more carbon powder materials such as carbon black, acetylene black, natural graphite, artificial graphite, and cokes are used. Can be used.

上記結着剤は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴムの水分散体等を用いることもできる。
これら活物質、導電材、結着剤を分散させる溶剤としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
The binder serves to bind the active material particles and the conductive material particles. For example, a fluorine-containing resin such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or fluororubber, or a thermoplastic resin such as polypropylene or polyethylene. Etc. can be used. In addition, an aqueous dispersion of a cellulose-based or styrene-butadiene rubber that is an aqueous binder can also be used.
As a solvent for dispersing these active material, conductive material, and binder, for example, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

次に、負極は、上記第1の発明の製造方法によって得られる活物質、炭素材料等の負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶媒を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、その後にプレスにて形成することができる。また、正極と同様に、負極活物質に混合する結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を、溶剤としてはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。   Next, the negative electrode is obtained by mixing a negative electrode active material such as an active material obtained by the manufacturing method of the first invention, a carbon material or the like with a binder, and adding a suitable solvent to form a paste, It can apply | coat and dry on the surface of metal foil collectors, such as copper, and can form by a press after that. Similarly to the positive electrode, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride can be used as a binder to be mixed with the negative electrode active material, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent.

上記負極活物質として用いることができる炭素材料としては、例えば天然或いは人造の黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維及びその混合材、気相法炭素化繊維、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維等が挙げられる。これらの炭素材料は、1種又は2種以上を混合して用いることができる。   Examples of carbon materials that can be used as the negative electrode active material include natural or artificial graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), mesophase pitch-based carbon fibers and mixtures thereof, vapor-grown carbonized fibers, and phenol resins. Examples include organic compound fired bodies, cokes, carbon black, pyrolytic carbons, and carbon fibers. These carbon materials can be used alone or in combination of two or more.

また、負極のもう一つの形態としては、例えば負極活物質である金属リチウムをシート状に形成するか、あるいはシート状にしたものをニッケル、ステンレス等の集電体網に圧着して形成することができる。このときの負極活物質としては、金属リチウムの代わりにリチウム合金又はLi4TiO12等のリチウム化合物を用いることもできる。 Further, as another form of the negative electrode, for example, metallic lithium, which is a negative electrode active material, is formed into a sheet shape, or formed into a sheet shape by pressure bonding to a current collector network such as nickel or stainless steel. Can do. As the negative electrode active material in this case, it is also possible to use a lithium compound such as lithium alloy or Li 4 TiO 12 instead of metallic lithium.

また、正極及び負極に狭装させるセパレータは、正極と負極とを分離し電解液を保持するものであり、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い微多孔膜等を用いることができる。   In addition, the separator to be narrowly attached to the positive electrode and the negative electrode separates the positive electrode and the negative electrode and holds the electrolytic solution. For example, a thin microporous film such as polyethylene or polypropylene can be used.

次に、電解液としては、電解質を有機溶媒又は水に溶解させたものを用いることができる。上記電解質としては、例えばLiBF4、LiPF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2、LiN(C25SO2)等のリチウム塩が挙げられる。これらのリチウム塩は、それぞれ単独でもよく、又はこれらのうちから2種以上を併用することもできる。 Next, as an electrolytic solution, an electrolyte dissolved in an organic solvent or water can be used. Examples of the electrolyte include lithium salts such as LiBF 4 , LiPF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiN (C 2 F 5 SO 2 ). These lithium salts may be used alone or in combination of two or more thereof.

上記電解質を溶解させる上記有機溶媒としては、非プロトン性の有機溶媒を用いることができる。このような有機溶媒としては、例えば環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状エステル、環状エーテル、鎖状エーテル等から選ばれる1種又は2種以上からなる混合溶媒を用いることができる。   As the organic solvent for dissolving the electrolyte, an aprotic organic solvent can be used. As such an organic solvent, for example, a mixed solvent composed of one or more selected from cyclic carbonate, chain carbonate, cyclic ester, cyclic ether, chain ether, and the like can be used.

ここで、上記環状カーボネートとしては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等がある。上記鎖状カーボネートとしては、例えばジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等がある。上記環状エステルカーボネートとしては、例えばガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン等がある。上記環状エーテルとしては、例えばテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等がある。上記鎖状エーテルとしては、例えばジメトキシエタン、エチレングリコールジメチルエーテル等がある。上記有機溶媒としては、これらのもののうちいずれか1種を単独で用いることもできるし、2種以上を混合させて用いることもできる。   Here, examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate. Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate. Examples of the cyclic ester carbonate include gamma butyrolactone and gamma valerolactone. Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran. Examples of the chain ether include dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether. As the organic solvent, any one of these can be used alone, or two or more kinds can be mixed and used.

また、上記リチウム二次電池の形状としては、例えばコイン型、円筒型、角型等がある。正極、負極、セパレータ及び電解液等を収容する電池ケースとしては、これらの形状に対応したものを用いることができる。   Examples of the shape of the lithium secondary battery include a coin shape, a cylindrical shape, and a square shape. As a battery case that accommodates the positive electrode, the negative electrode, the separator, the electrolytic solution, and the like, those corresponding to these shapes can be used.

(実施例1)
次に、本発明の実施例につき、図1〜図4を用いて説明する。
本例においては、基本式LiFePO4で表されるリチウム鉄リン系複合酸化物からなるリチウム二次電池用の活物質を作製し、該活物質を用いてリチウム二次電池を作製する。
Example 1
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this example, an active material for a lithium secondary battery made of a lithium iron phosphorus composite oxide represented by the basic formula LiFePO 4 is prepared, and a lithium secondary battery is manufactured using the active material.

本例のリチウム二次電池の活物質の製造方法においては、原料準備工程と、反応工程とを行う。原料準備工程においては、Li源と、Fe源と、P源とを含有する合成原料を準備する。また、上記反応工程においては、上記合成原料を加熱して反応させて上記リチウム鉄リン系複合酸化物を合成する。上記Li源、上記Fe源及び上記P源としては、構成元素からLi、Fe、及びPO4を差し引いた残りの元素から、上記反応工程の温度下においてガス又は蒸気となる元素をさらに差し引いた残りの元素がCとなるような原料を用いる。具体的には、本例においては、Li及びP源として、LiとPとを含有するリン酸二水素リチウム(LiH2PO4)を用い、また、Fe源としてフマル酸鉄(FeC424)を用いる。 In the manufacturing method of the active material of the lithium secondary battery of this example, a raw material preparation process and a reaction process are performed. In the raw material preparation step, a synthetic raw material containing a Li source, an Fe source, and a P source is prepared. Moreover, in the said reaction process, the said synthetic raw material is heated and made to react, and the said lithium iron phosphorus type complex oxide is synthesize | combined. The Li source, the Fe source, and the P source are the remainder obtained by further subtracting an element that becomes a gas or vapor at the temperature of the reaction step from the remaining element obtained by subtracting Li, Fe, and PO 4 from the constituent elements. A raw material in which the element is C is used. Specifically, in this example, lithium dihydrogen phosphate (LiH 2 PO 4 ) containing Li and P is used as the Li and P sources, and iron fumarate (FeC 4 H 2 ) is used as the Fe source. O 4) is used.

また、図1に示すごとく、本例のリチウム二次電池1は、正極2と、負極3と、電解液とを有する。正極2は、正極活物質として、上記原料準備工程と上記反応工程とを行って得られるLiFePO4からなる活物質を含有する。負極3は、負極活物質のリチウム金属を含有する。また、本例の電解液としては、有機溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液を用いた。 Moreover, as shown in FIG. 1, the lithium secondary battery 1 of this example has the positive electrode 2, the negative electrode 3, and electrolyte solution. The positive electrode 2 contains, as a positive electrode active material, an active material made of LiFePO 4 obtained by performing the raw material preparation step and the reaction step. The negative electrode 3 contains lithium metal as a negative electrode active material. In addition, as the electrolytic solution of this example, a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent was used.

同図に示すごとく、本例のリチウム二次電池1は、2016型コインセルの電池ケース11内に、正極2と負極3と、これらの間に狭装されたセパレータ4とを有している。また、電池ケース11の端部にはガスケット5を有しており、電池ケース11は、封口板12により密封されている。   As shown in the figure, the lithium secondary battery 1 of the present example has a positive electrode 2 and a negative electrode 3 in a battery case 11 of a 2016 coin cell, and a separator 4 sandwiched between them. The end of the battery case 11 has a gasket 5, and the battery case 11 is sealed with a sealing plate 12.

次に、本例のLiFePO4からなる活物質及びリチウム二次電池の製造方法につき、詳細に説明する。
まず、リン酸二水素リチウム(Li源、P源)とフマル酸鉄(Fe源)を準備し、これらを1:1のモル比で秤量し、エタノール中に分散させてボールミルで10時間混合した。混合後、窒素雰囲気中でエタノールを蒸発させ、粉末状の合成原料を得た。
次いで、合成原料をペレット状に成形し、不活性雰囲気で満たした焼成炉中で、温度700℃で10時間焼成してLiFePO4からなる活物質を得た。これを試料E1とする。
Next, an active material made of LiFePO 4 and a method for manufacturing a lithium secondary battery of this example will be described in detail.
First, lithium dihydrogen phosphate (Li source, P source) and iron fumarate (Fe source) were prepared, weighed at a molar ratio of 1: 1, dispersed in ethanol, and mixed for 10 hours by a ball mill. . After mixing, ethanol was evaporated in a nitrogen atmosphere to obtain a powdery synthetic raw material.
Subsequently, the synthetic raw material was formed into pellets and fired at a temperature of 700 ° C. for 10 hours in a firing furnace filled with an inert atmosphere to obtain an active material made of LiFePO 4 . This is designated as Sample E1.

また、本例においては、試料E1の比較用として、Fe源として硫酸鉄七水和物を用いて活物質を作製した。これを試料C1とする。
試料C1の作製にあたっては、リン酸二水素リチウム(Li源、P源)と硫酸鉄七水和物(Fe源)を準備し、これらを1:1のモル比で秤量し、上記試料E1と同様にエタノール中に分散させてボールミルで10時間混合した。混合後、さらに試料E1と同様にして、エタノールを蒸発させ、ペレット状に成形し、温度700℃で10時間焼成してLiFePO4からなる活物質(試料C1)を得た。
In this example, an active material was prepared using iron sulfate heptahydrate as an Fe source for comparison with Sample E1. This is designated as Sample C1.
In preparing the sample C1, lithium dihydrogen phosphate (Li source, P source) and iron sulfate heptahydrate (Fe source) were prepared and weighed at a molar ratio of 1: 1. Similarly, it was dispersed in ethanol and mixed with a ball mill for 10 hours. After mixing, in the same manner as in sample E1, ethanol was evaporated, formed into a pellet, and fired at 700 ° C. for 10 hours to obtain an active material (sample C1) made of LiFePO 4 .

次に、上記試料E1及び試料C1の活物質について、X線回折(XRD)パターンを測定した。その結果を図2に示す。
図2より知られるごとく、試料E1及び試料C1のXRDパターンにおいては、いずれもがLiFePO4で帰属されるピークのみが観察され、試料E1及び試料C1においては、LiFePO4が単相で合成されていると判断できる。
Next, an X-ray diffraction (XRD) pattern was measured for the active materials of Sample E1 and Sample C1. The result is shown in FIG.
As can be seen from FIG. 2, in the XRD patterns of sample E1 and sample C1, only the peak attributed to LiFePO 4 is observed, and in sample E1 and sample C1, LiFePO 4 is synthesized in a single phase. Can be judged.

なお、本例においては明確に示していないが、試料E1及び試料C1の製造方法において焼成温度を500℃以下にすると、未反応物のピークが観察されるようになることを確認している。即ち、焼成温度500℃以下では反応が充分に進行しないと考えられる。これに対し、550℃以上の焼成温度では、いずれもLiFePO4で帰属されるピークのみが観察され、反応が充分に終了することを確認している。
また、本例においては明確に示していないが、試料E1及び試料C1の活物質についてSEM観察により粒子径を確認したところ、粒子径は1〜2μmであった。そして、試料E1及び試料C1においては、粒径1〜2μmの一次粒子が弱く凝集して二次粒子を構成していた。一方、焼成温度が850℃を越えると粒子径3μm以上の1次粒子の割合が増加することを確認している。
Although not clearly shown in this example, it has been confirmed that when the firing temperature is set to 500 ° C. or lower in the manufacturing methods of Sample E1 and Sample C1, a peak of unreacted material is observed. That is, it is considered that the reaction does not proceed sufficiently at a firing temperature of 500 ° C. or lower. On the other hand, at the firing temperature of 550 ° C. or higher, only the peak attributed to LiFePO 4 was observed, confirming that the reaction was sufficiently completed.
Moreover, although not clearly shown in this example, when the particle diameter was confirmed by SEM observation about the active material of the sample E1 and the sample C1, the particle diameter was 1-2 micrometers. And in the sample E1 and the sample C1, the primary particle of 1-2 micrometers of particle sizes aggregated weakly, and comprised the secondary particle. On the other hand, it has been confirmed that when the firing temperature exceeds 850 ° C., the proportion of primary particles having a particle diameter of 3 μm or more increases.

次に、上記のようにして作製した2種類の活物質(試料E1及び試料C1)を用いてリチウム二次電池1を作製する(図1参照)。
即ち、まず、試料E1(正極活物質)と、導電材(導電助剤)としてのカーボンブラックと、バインダ(結着材)としてのポリフッ化ビニリデンとを85:10:5の重量比でN−メチル−2−ピロリドンに分散させた。次いで、この分散物をドクターブレードでアルミニウム箔集電体の両面に塗布して、乾燥させた。その後、ロールプレスで高密度化させ、φ15mmに打ち抜いて円盤状の正極2を作製した。
次いで、負極3としてφ16mmに打ち抜いたリチウム金属を準備した。
Next, the lithium secondary battery 1 is manufactured using the two types of active materials (sample E1 and sample C1) manufactured as described above (see FIG. 1).
That is, first, a sample E1 (positive electrode active material), carbon black as a conductive material (conductive aid), and polyvinylidene fluoride as a binder (binder) in a weight ratio of 85: 10: 5 are N- Dispersed in methyl-2-pyrrolidone. Next, this dispersion was applied to both sides of an aluminum foil current collector with a doctor blade and dried. Then, it was densified with a roll press and punched to φ15 mm to produce a disc-shaped positive electrode 2.
Next, lithium metal punched to φ16 mm was prepared as the negative electrode 3.

次に、正極2と負極3とを、ポリプロピレン製のセパレータ4を狭装した状態でCR2016型コインセル用の電池ケース11中に配置した。さらに電池ケース11の端部にガスケット5を配置した。   Next, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 were disposed in a battery case 11 for a CR2016 type coin cell in a state in which a polypropylene separator 4 was sandwiched. Further, a gasket 5 is disposed at the end of the battery case 11.

次に、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比3:7にて混合した混合有機溶媒に、電解質としてのLiPF6を1Mの濃度となるように溶解させた溶液を電解液として準備した。この電解液を電池ケース11内に適量注入して含浸させた。その後、電池ケース11の上部の開口部に封口板12を配置し、電池ケース11の端部をかしめ加工することにより電池ケース11を密閉し、リチウム二次電池1を作製した。これを電池E1とする。 Next, a solution obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte to a concentration of 1M in a mixed organic solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 3: 7 is used as an electrolytic solution. Prepared as. An appropriate amount of this electrolytic solution was injected into the battery case 11 and impregnated. After that, the sealing plate 12 was disposed in the upper opening of the battery case 11, and the battery case 11 was sealed by caulking the end of the battery case 11, whereby the lithium secondary battery 1 was produced. This is referred to as a battery E1.

また、試料E1の代わりに、上記試料C1を正極活物質として用いて、その他は、上記電池E1と同様の方法により、試料C1を正極活物質として含有するリチウム二次電池を作製した。これを電池C1とする。   Further, a lithium secondary battery containing the sample C1 as a positive electrode active material was produced in the same manner as the battery E1 except that the sample C1 was used as the positive electrode active material instead of the sample E1. This is designated as battery C1.

次に、上記のようにして作製した2種類の電池(電池E1及び電池C1)について充放電サイクル試験を行った。
充放電サイクル試験は、各電池を、温度20℃の条件下で、電流密度0.5Cの定電流で上限電圧4.2Vまで充電し、その後、電流密度0.5Cの定電流で下限電圧3.0Vまで放電する充放電を1サイクルとし、このサイクルを100サイクル繰り返すことにより行った。各充放電サイクルにおいては、充電休止時間及び放電休止時間をそれぞれ1分間ずつ設けた。
Next, a charge / discharge cycle test was performed on the two types of batteries (battery E1 and battery C1) produced as described above.
In the charge / discharge cycle test, each battery was charged at a constant current with a current density of 0.5 C to an upper limit voltage of 4.2 V under the condition of a temperature of 20 ° C., and then the lower limit voltage 3 with a constant current of a current density of 0.5 C Charging / discharging to discharge to 0.0 V was taken as one cycle, and this cycle was repeated 100 times. In each charge / discharge cycle, a charge pause time and a discharge pause time were provided for 1 minute each.

このとき、1〜100回の各充放電サイクルにおける各電池の放電容量維持率(%)を算出した。その結果を後述の図3に示す。
放電容量維持率は、充放電サイクル試験前の放電容量及び1〜100回の各充放電サイクルにおける放電容量をそれぞれ測定し、各充放電サイクルにおける放電容量をサイクル試験前の放電容量で除した値を百分率(%)で表したものである。
また、放電容量は、放電電流値(mA)を測定し、この放電電流値に放電に要した時間(hr)を乗じて得られた値を、電池内の正極活物質の重量(g)で除することにより算出した。
また、図3においては、横軸はサイクル数(回)を示し、縦軸は放電容量維持率(%)を示す。同図には、試料E1を正極活物質に用いて構成したリチウム二次電池を電池E1として示し、試料C1を正極活物質に用いて構成したリチウム二次電池を電池C1として示した。
At this time, the discharge capacity maintenance rate (%) of each battery in each charge / discharge cycle of 1 to 100 times was calculated. The result is shown in FIG.
The discharge capacity retention rate is a value obtained by measuring the discharge capacity before the charge / discharge cycle test and the discharge capacity in each charge / discharge cycle of 1 to 100 times, and dividing the discharge capacity in each charge / discharge cycle by the discharge capacity before the cycle test. Is expressed as a percentage (%).
Further, the discharge capacity is obtained by measuring the discharge current value (mA) and multiplying this discharge current value by the time (hr) required for discharge by the weight (g) of the positive electrode active material in the battery. It was calculated by dividing.
In FIG. 3, the horizontal axis represents the number of cycles (times), and the vertical axis represents the discharge capacity retention rate (%). In the drawing, a lithium secondary battery configured using the sample E1 as a positive electrode active material is shown as a battery E1, and a lithium secondary battery configured using the sample C1 as a positive electrode active material is shown as a battery C1.

また、上記充放電サイクル試験においては、2サイクル目の充放電時に、各電池の電池電圧(V)と充放電容量(mAh/g)との関係を調べた。その結果を図4に示す。同図においては、横軸は充放電容量を示し、縦軸は電池電圧を示す。   Moreover, in the said charging / discharging cycle test, the relationship between the battery voltage (V) of each battery and charging / discharging capacity | capacitance (mAh / g) was investigated at the time of charging / discharging of the 2nd cycle. The result is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis indicates the charge / discharge capacity, and the vertical axis indicates the battery voltage.

図3より知られるごとく、合成原料のFe源としてフマル酸鉄を用いて作製した活物質(試料E1、LiFePO4)を正極活物質として含有する電池E1は、100サイクルの充放電サイクル試験後においても90%を越える高い放電容量維持率を示した。これに対し、Fe源として硫酸鉄を用いて作製した活物質(試料C1、LiFePO4)を正極活物質として含有する電池C1は、100サイクル後に放電容量が65%程度にまで大きく低下していた。 As known from FIG. 3, the battery E1 containing an active material (sample E1, LiFePO 4 ) produced using iron fumarate as a synthetic raw material Fe source as a positive electrode active material was subjected to a charge / discharge cycle test of 100 cycles. Also showed a high discharge capacity maintenance rate exceeding 90%. On the other hand, in the battery C1 containing an active material (sample C1, LiFePO 4 ) produced using iron sulfate as the Fe source as the positive electrode active material, the discharge capacity was greatly reduced to about 65% after 100 cycles. .

また、図4より知られるごとく、電池E1と電池C1とは、いずれも電池電圧約3.4V程度にプラトー領域を持つLiFePO4特有の充放電曲線を示したが、両者は充放電容量が大きく異なっていた。即ち、電池E1の放電容量は167mAh/g(LiFePO4基準)であるのに対し、電池C1の放電容量は116mAh/gであった。LiFePO4の理論容量は170mAh/gであることから、試料E1を活物質として含有する電池E1は、ほぼ理論容量に近い大きな容量を発揮できることがわかる。 Further, as is known from FIG. 4, both the battery E1 and the battery C1 showed a charge / discharge curve peculiar to LiFePO 4 having a plateau region at a battery voltage of about 3.4V, both of which have a large charge / discharge capacity. It was different. That is, the discharge capacity of the battery E1 was 167 mAh / g (based on LiFePO 4 ), whereas the discharge capacity of the battery C1 was 116 mAh / g. Since the theoretical capacity of LiFePO 4 is 170 mAh / g, it can be seen that the battery E1 containing the sample E1 as an active material can exhibit a large capacity substantially close to the theoretical capacity.

上記のごとく、試料E1がLiFePO4の理論容量にほぼ等しい容量を発揮できる原因としては、次のように考えられる。
即ち、試料E1は、その作製時に、合成原料の構成元素からLi、Fe、及びPO4を差し引いた残りの元素から、上記反応工程の温度下においてガス(CO2)又は蒸気(H2O)となる元素をさらに差し引いた残りの元素がCとなるような原料(リン酸二水素リチウム及びフマル酸鉄)を用いている。そのため、焼成時には、炭素(C)が残存し、このCが焼成雰囲気を還元雰囲気とし、Feが2+から3+に酸化されるのを抑制することができる。また、C以外の元素は、ガス又は蒸気となって反応系から外部へ放出されるため、合成物に悪影響を及ぼすものは残らない。このような理由により、試料E1は理論容量に近い高い容量を発揮できると考えられる。
As described above, the reason why the sample E1 can exhibit a capacity substantially equal to the theoretical capacity of LiFePO 4 is considered as follows.
That is, when the sample E1 was produced, the gas (CO 2 ) or vapor (H 2 O) was used at the temperature of the reaction step from the remaining elements obtained by subtracting Li, Fe, and PO 4 from the constituent elements of the synthetic raw material. A raw material (lithium dihydrogen phosphate and iron fumarate) in which the remaining element obtained by further subtracting the element to be C is used. Therefore, carbon (C) remains at the time of firing, and this C can suppress the firing atmosphere from a reducing atmosphere and prevent Fe from being oxidized from 2+ to 3+. In addition, since elements other than C are released from the reaction system to the outside as gas or vapor, nothing remains that adversely affects the composite. For this reason, it is considered that the sample E1 can exhibit a high capacity close to the theoretical capacity.

これに対し、試料C1の合成においては、Fe源として硫化鉄を用いているため、焼成時に炭素が残存しない。その結果、例えXRDパターンとしてはLiFePO4単相であっても、合成物であるLiFePO4の表面が若干酸化され、この酸化により生成した3価のFeによって容量が低下したと考えられる。 On the other hand, in the synthesis of the sample C1, since iron sulfide is used as the Fe source, no carbon remains during firing. As a result, even if it is a LiFePO 4 single phase as an XRD pattern, it is considered that the surface of the composite LiFePO 4 is slightly oxidized, and the capacity is reduced by the trivalent Fe generated by this oxidation.

以上のように、本例の試料E1及び電池E1は、高い充放電容量を発揮できると共に、充放電を繰り返し行っても充放電容量がほとんど低下しない充放電サイクル特性に優れたものであることがわかる。   As described above, the sample E1 and the battery E1 of this example can exhibit a high charge / discharge capacity and have excellent charge / discharge cycle characteristics in which the charge / discharge capacity hardly decreases even when charge / discharge is repeated. Recognize.

(実施例2)
本例は、焼成温度を変えて複数のLiFePO4からなる活物質を作製し、その放電容量の比較検討を行った例である。
即ち、本例においては、実施例1の試料E1と同様に、Fe源としてフマル酸鉄を用いて合成原料を作製し、この合成原料の焼成温度を500℃〜900℃の範囲内で変えて、6種類のLiFePO4からなる活物質(試料E2〜試料E7)を作製した。また、試料C1と同様に、Fe源として硫酸鉄を用いて合成原料を作製し、該合成原料の焼成温度を500℃〜900℃の範囲内で変えて、6種類のLiFePO4からなる活物質(試料C2〜試料C7)を作製した。
(Example 2)
In this example, an active material composed of a plurality of LiFePO 4 was produced by changing the firing temperature, and the discharge capacity was compared.
That is, in this example, as in the sample E1 of Example 1, a synthetic raw material was prepared using iron fumarate as an Fe source, and the firing temperature of the synthetic raw material was changed within a range of 500 ° C to 900 ° C. Then, active materials (sample E2 to sample E7) made of six types of LiFePO 4 were prepared. Similarly to sample C1, a synthetic raw material is prepared using iron sulfate as an Fe source, and the firing temperature of the synthetic raw material is changed within a range of 500 ° C. to 900 ° C., and an active material composed of six types of LiFePO 4 (Sample C2 to Sample C7) were prepared.

具体的には、試料E2〜E7は、リン酸二水素リチウム(Li源、P源)とフマル酸鉄とを1:1のモル比で秤量して、実施例1の試料E1と同様にして合成原料を作製し、該合成原料をそれぞれ温度500℃(試料E2)、550℃(試料E3)、600℃(試料E4)、800℃(試料E5)、850℃(試料E6)、900℃(試料E7)で10時間焼成して作製したものである。
また、試料C2〜C7は、リン酸二水素リチウム(Li源、P源)と硫酸鉄とを1:1のモル比で秤量して、実施例1の試料C1と同様にして合成原料を作製し、該合成原料をそれぞれ温度500℃(試料C2)、550℃(試料C3)、600℃(試料C4)、800℃(試料C5)、850℃(試料C6)、900℃(試料C7)で10時間焼成して作製したものである。
Specifically, Samples E2 to E7 were prepared by weighing lithium dihydrogen phosphate (Li source, P source) and iron fumarate at a molar ratio of 1: 1 and performing the same as Sample E1 of Example 1. Synthetic raw materials are prepared, and the synthetic raw materials are heated to 500 ° C. (sample E2), 550 ° C. (sample E3), 600 ° C. (sample E4), 800 ° C. (sample E5), 850 ° C. (sample E6), and 900 ° C. ( Sample E7) was fired for 10 hours.
Samples C2 to C7 were prepared by weighing lithium dihydrogen phosphate (Li source, P source) and iron sulfate at a molar ratio of 1: 1, and producing synthetic raw materials in the same manner as Sample C1 of Example 1. The synthetic raw materials were heated at 500 ° C. (sample C2), 550 ° C. (sample C3), 600 ° C. (sample C4), 800 ° C. (sample C5), 850 ° C. (sample C6), and 900 ° C. (sample C7), respectively. It was produced by firing for 10 hours.

次いで、各試料(試料E2〜試料E7及び試料C2〜試料C7)を用いて実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製し、その充放電サイクル試験における2サイクル目の放電容量を実施例1と同様にして測定した。その結果を図5に示す。
図5においては、横軸は焼成温度(℃)を示し、縦軸は放電容量(mAh/g)を示す。また、図5においては、実施例1において焼成温度700℃で作製した試料E1及び試料C1の結果を併記してある。
Next, using each sample (sample E2 to sample E7 and sample C2 to sample C7), a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity at the second cycle in the charge / discharge cycle test was measured as Example Measurement was performed in the same manner as in 1. The result is shown in FIG.
In FIG. 5, the horizontal axis indicates the firing temperature (° C.), and the vertical axis indicates the discharge capacity (mAh / g). In FIG. 5, the results of the sample E1 and the sample C1 produced at the firing temperature of 700 ° C. in Example 1 are also shown.

図5より知られるごとく、試料E1〜試料E7と試料C1〜7とを、それぞれ同じ温度で焼成した試料同士で比較すると、いずれにおいても、Fe源としてフマル酸鉄を用いて作製した試料E1〜試料E7の方が、Fe源として硫酸鉄を用いて作製した試料C1〜試料C7よりも高い放電容量を示すことがわかる。   As is known from FIG. 5, when samples E1 to E7 and samples C1 to C7 are compared with each other at the same temperature, samples E1 to E1 prepared using iron fumarate as the Fe source in any case. It can be seen that Sample E7 exhibits a higher discharge capacity than Samples C1 to C7 produced using iron sulfate as the Fe source.

また、試料C1〜試料C7においては、温度700℃で焼成して作製した試料C1が最も高い放電容量を示したが、その値は約116mAh/g程度であった。
一方、温度550℃〜850℃で焼成して作製した試料E1、試料3〜試料E6は、試料C1〜試料C7の中でも最大の放電容量を示す上記試料C1よりもさらに高い放電容量を示した。よって、焼成温度は、温度550℃〜850℃がより好ましいことがわかる。
In Samples C1 to C7, Sample C1 produced by firing at a temperature of 700 ° C. showed the highest discharge capacity, but the value was about 116 mAh / g.
On the other hand, Sample E1 and Sample 3 to Sample E6 produced by firing at a temperature of 550 ° C. to 850 ° C. exhibited a higher discharge capacity than Sample C1 showing the maximum discharge capacity among Samples C1 to C7. Therefore, it can be seen that the firing temperature is more preferably 550 ° C. to 850 ° C.

また、温度600℃〜800℃で焼成して作製した試料E1、E4、E5は、LiFePO4の理論容量170mAh/gに近い非常に高い放電容量を示した。よって焼成温度は、温度600℃〜800℃がさらにより好ましいことがわかる。 Samples E1, E4, and E5 produced by firing at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. exhibited a very high discharge capacity close to the theoretical capacity of 170 mAh / g of LiFePO 4 . Therefore, it can be seen that the baking temperature is more preferably 600 ° C. to 800 ° C.

実施例1にかかる、リチウム二次電池の構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the structure of the lithium secondary battery concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかる、活物質(試料E1及び試料C1)のX線回折パターンを示す線図。The diagram which shows the X-ray-diffraction pattern of the active material (sample E1 and sample C1) concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかる、リチウム二次電池(電池E1及び電池C1)の充放電サイクル特性を示す線図。The diagram which shows the charging / discharging cycling characteristics of the lithium secondary battery (battery E1 and battery C1) concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかる、リチウム二次電池(電池E1及び電池C1)の充放電容量と電池電池の関係を示す線図。The diagram which shows the relationship between the charging / discharging capacity | capacitance of a lithium secondary battery (battery E1 and battery C1) concerning Example 1, and a battery battery. 実施例1にかかる、活物質の焼成温度と放電容量との関係を示す線図。The diagram which shows the relationship between the calcination temperature of an active material and discharge capacity concerning Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 リチウム二次電池
2 正極
3 負極
4 セパレータ
1 Lithium secondary battery 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Separator

Claims (2)

基本式LiFePO4で表されるリチウム鉄リン系複合酸化物からなるリチウム二次電池用の活物質の製造方法であって、
Li源と、Fe源と、P源とを含有する合成原料を準備する原料準備工程と、
上記合成原料を加熱して反応させて上記リチウム鉄リン系複合酸化物を合成する反応工程とを有し、
上記Li源、上記Fe源及び上記P源としては、構成元素からLi、Fe、及びPO4を差し引いた残りの元素から、上記反応工程の温度下においてガス又は蒸気となる元素をさらに差し引いた残りの元素がCとなるような原料を用い、
上記Fe源としてはフマル酸鉄を用い、
上記反応工程における加熱温度を550℃〜850℃にすることを特徴とする活物質の製造方法。
A method for producing an active material for a lithium secondary battery comprising a lithium iron-phosphorus composite oxide represented by the basic formula LiFePO 4 ,
A raw material preparation step of preparing a synthetic raw material containing a Li source, an Fe source, and a P source;
A reaction step of synthesizing the lithium iron phosphorus composite oxide by heating and reacting the synthetic raw material,
The Li source, the Fe source, and the P source are the remainder obtained by further subtracting an element that becomes a gas or vapor at the temperature of the reaction step from the remaining element obtained by subtracting Li, Fe, and PO 4 from the constituent elements. elements have use of the raw materials, such as is the C of,
As the Fe source, iron fumarate is used,
The manufacturing method of the active material characterized by making heating temperature in the said reaction process into 550 to 850 degreeC .
請求項1に記載の製造方法によって得られた活物質を正極又は負極に含有することを特徴とするリチウム二次電池。 An active material obtained by the manufacturing method according to claim 1 is contained in a positive electrode or a negative electrode, and a lithium secondary battery.
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