JP5110565B2 - Lithium secondary battery, method for producing positive electrode active material coating particles, and method for producing lithium secondary battery - Google Patents

Lithium secondary battery, method for producing positive electrode active material coating particles, and method for producing lithium secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、正極活物質、固体電解質および電解質分解抑制剤を含有する正極層と、有機電解質とを有するリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium secondary battery having a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a solid electrolyte and an electrolyte decomposition inhibitor, and an organic electrolyte.

従来、有機電解質を用いたリチウム二次電池において、正極活物質としては主にLiCoO2などが用いられている。このような正極活物質では、リチウムイオンの可逆的な挿入/脱離反応によって、正極活物質の容量と安定性が決められる。
正極活物質からのLi脱離量を増やすと、容量が増加する。Liを多く引き抜くことは、充電電圧を上昇させることにもつながる。しかしながら、正極活物質からのLi脱離量を増やすと、正極活物質の結晶構造の破壊や、充電電圧の上昇による有機電解質の酸化分解が起こるおそれがある。その結果、サイクル特性の低下が懸念される。
Conventionally, in a lithium secondary battery using an organic electrolyte, LiCoO 2 or the like is mainly used as a positive electrode active material. In such a positive electrode active material, the capacity and stability of the positive electrode active material are determined by a reversible insertion / extraction reaction of lithium ions.
Increasing the amount of Li desorption from the positive electrode active material increases the capacity. Extracting a large amount of Li also leads to an increase in the charging voltage. However, when the amount of Li desorption from the positive electrode active material is increased, the crystal structure of the positive electrode active material may be destroyed or the organic electrolyte may be oxidatively decomposed due to an increase in charging voltage. As a result, there is a concern about deterioration of cycle characteristics.

近年、サイクル特性を改善するために、Al23、ZrO2、TiO2、SiO2、AlPO4等の酸化物で正極活物質を被覆する方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。しかしながら、これらの酸化物は絶縁物のため、特に急速充放電時にリチウムイオンの伝導経路および電子伝達経路が阻害され、電極反応抵抗の増大を招いて、電池容量が低下するという問題がある。 In recent years, in order to improve cycle characteristics, a method of coating a positive electrode active material with an oxide such as Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 , AlPO 4 has been proposed (see, for example, Patent Document 1). . However, since these oxides are insulators, there is a problem that the lithium ion conduction path and the electron transfer path are hindered particularly during rapid charge and discharge, leading to an increase in electrode reaction resistance and a decrease in battery capacity.

一方、全固体リチウム二次電池においては、固体電解質を用いるため、高電圧でも充電時に固体電解質が酸化分解することはなく、上記の有機電解質を用いたリチウム二次電池のような問題は生じない。しかしながら、全固体リチウム二次電池では、電極活物質および固体電解質がいずれも固体であるため、電極活物質および固体電解質の接触が絶たれやすく、リチウムイオン伝導経路が阻害されてしまう。そのため、全固体リチウム二次電池では、優れた急速充放電特性を達成するのが困難である。
そこで最近、全固体リチウム二次電池において、リチウムイオン伝導経路を確保するために、正極活物質を導電剤およびリチウムイオン伝導性固体電解質で被覆する方法が提案されている(例えば特許文献2参照)。
On the other hand, in an all-solid lithium secondary battery, since a solid electrolyte is used, the solid electrolyte is not oxidatively decomposed at the time of charging even at a high voltage, and there is no problem like the lithium secondary battery using the above organic electrolyte. . However, in the all solid lithium secondary battery, since the electrode active material and the solid electrolyte are both solid, the electrode active material and the solid electrolyte are easily disconnected from each other, and the lithium ion conduction path is hindered. Therefore, it is difficult to achieve excellent rapid charge / discharge characteristics in an all-solid lithium secondary battery.
Therefore, recently, in an all solid lithium secondary battery, a method of coating a positive electrode active material with a conductive agent and a lithium ion conductive solid electrolyte has been proposed in order to secure a lithium ion conduction path (see, for example, Patent Document 2). .

特開2003−7299号公報JP 2003-7299 A 特開2003−59492号公報JP 2003-59492 A

有機電解質を用いたリチウム二次電池において、サイクル特性を改善しつつ、リチウムイオン伝導経路を確保するためには、正極活物質を固体電解質および酸化物で被覆すればよいと思料される。さらには、効果的に、高放電レート容量を維持し、かつ、サイクル容量の低下を抑制するには、正極活物質と固体電解質と酸化物との混合状態が重要であると思料される。   In a lithium secondary battery using an organic electrolyte, it is considered that the positive electrode active material may be coated with a solid electrolyte and an oxide in order to ensure a lithium ion conduction path while improving cycle characteristics. Furthermore, it is considered that the mixed state of the positive electrode active material, the solid electrolyte, and the oxide is important for effectively maintaining the high discharge rate capacity and suppressing the decrease in the cycle capacity.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、正極活物質とリチウムイオン伝導性固体電解質と電解質分解抑制剤とを含有する正極層を有するリチウム二次電池であって、高放電レート容量を維持し、かつ、サイクル容量の低下を抑制することが可能なリチウム二次電池、さらには正極活物質被覆用粒子の製造方法およびリチウム二次電池の製造方法を提供することを主目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a lithium secondary battery having a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a lithium ion conductive solid electrolyte, and an electrolyte decomposition inhibitor, and has a high discharge rate capacity. And a method for manufacturing a positive electrode active material coating particle and a method for manufacturing a lithium secondary battery are provided. .

上記目的を達成するために、本発明は、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子を含有する固体粉末を表面に有する正極活物質を含有する正極層と、負極層と、上記固体粉末を表面に有する正極活物質に接触するように配置された有機電解質とを有することを特徴とするリチウム二次電池を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention provides a positive electrode active material having a solid powder containing primary particles containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor on the surface. Provided is a lithium secondary battery comprising a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an organic electrolyte disposed so as to be in contact with a positive electrode active material having the solid powder on the surface thereof.

本発明によれば、正極活物質の表面に、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子が付着し、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤がミクロ相分離状態で存在しているので、高電圧充電時のサイクル容量の低下および急速充放電時の容量の低下を同時に改善することが可能である。   According to the present invention, primary particles containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor adhere to the surface of the positive electrode active material, and crystalline or amorphous lithium Since the ion-conducting solid electrolyte and the crystalline electrolyte decomposition inhibitor are present in a microphase-separated state, it is possible to simultaneously improve cycle capacity reduction during high-voltage charging and capacity reduction during rapid charge / discharge. It is.

上記発明においては、上記結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質が、一般式Li1+xAlx2-x(PO4)3(MはTi、GeおよびZrからなる群から選択される少なくとも1種であり、0≦x≦1)で表されるナシコン型リン酸化合物であることが好ましい。例えば、ナシコン型リン酸化合物の原料混合物を機械的に混合・摩砕して非晶質化させて非晶質体を形成した後、この非晶質体を熱処理して結晶化させた場合には、結晶性または非晶質のナシコン型リン酸化合物(結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質)と結晶性金属酸化物(結晶性の電解質分解抑制剤)とがミクロ相分離状態になっている一次粒子を得ることができる。また、ナシコン型リン酸化合物は、空気中での安定性が良好であるという利点を有する。 In the above invention, the crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte is represented by the general formula Li 1 + x Al x M 2-x (PO 4 ) 3 (M is a group consisting of Ti, Ge and Zr). It is preferably at least one selected and a NASICON type phosphoric acid compound represented by 0 ≦ x ≦ 1). For example, when a raw material mixture of a NASICON type phosphoric acid compound is mechanically mixed and ground to be amorphous to form an amorphous body, and then the amorphous body is heat-treated to be crystallized. Is a microphase-separated state of crystalline or amorphous NASICON-type phosphate compound (crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte) and crystalline metal oxide (crystalline electrolyte decomposition inhibitor) Primary particles can be obtained. Moreover, a NASICON type | mold phosphate compound has the advantage that stability in air is favorable.

また本発明においては、上記結晶性の電解質分解抑制剤が、AlPO4、TiP27、Li3PO4、Al23およびTiO2からなる群から選択される少なくとも一種の結晶性金属酸化物であることが好ましく、AlPO4であることがより好ましい。リチウムイオン伝導性固体電解質が、上記のナシコン型リン酸化合物であり、電解質分解抑制剤が、AlPO4である場合には、特に高電圧充電時の有機電解質の酸化分解を抑制し、かつ、急速充放電時の電極反応抵抗を低減することができるからである。 In the present invention, the crystalline electrolyte decomposition inhibitor is at least one crystalline metal oxide selected from the group consisting of AlPO 4 , TiP 2 O 7 , Li 3 PO 4 , Al 2 O 3 and TiO 2. in is preferably ones, and more preferably AlPO 4. When the lithium ion conductive solid electrolyte is the above-mentioned NASICON type phosphoric acid compound and the electrolyte decomposition inhibitor is AlPO 4 , it suppresses the oxidative decomposition of the organic electrolyte particularly during high voltage charging, and rapidly This is because the electrode reaction resistance during charge / discharge can be reduced.

さらに本発明は、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含有する正極活物質被覆用粒子の製造方法であって、上記リチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素を含む原料混合物を機械的に混合・摩砕して非晶質化させ、非晶質体を形成する非晶質化工程と、上記非晶質体を加熱して結晶化させ、上記結晶性の電解質分解抑制剤を形成する結晶化工程とを有することを特徴とする正極活物質被覆用粒子の製造方法を提供する。   Furthermore, the present invention is a method for producing particles for coating a positive electrode active material containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor, wherein the lithium ion conductive solid electrolyte The raw material mixture containing the constituent elements is mechanically mixed and ground to make it amorphous, and the amorphous body forming the amorphous body, and the amorphous body is heated to crystallize, And a crystallization step of forming a crystalline electrolyte decomposition inhibitor. A method for producing particles for coating a positive electrode active material is provided.

本発明によれば、固相反応法やゾル−ゲル法によりリチウムイオン伝導性固体電解質を作製する場合と比較して、リチウムイオン導電率の高いリチウムイオン伝導性固体電解質を得ることができる。また本発明によれば、容易に正極活物質被覆用粒子を作製することが可能である。   According to the present invention, a lithium ion conductive solid electrolyte having a high lithium ion conductivity can be obtained as compared with the case of producing a lithium ion conductive solid electrolyte by a solid phase reaction method or a sol-gel method. Further, according to the present invention, it is possible to easily produce particles for coating a positive electrode active material.

上記発明においては、上記リチウムイオン伝導性固体電解質が、一般式Li1+xAlx2-x(PO4)3(MはTi、GeおよびZrからなる群から選択される少なくとも1種であり、0≦x≦1)で表されるナシコン型リン酸化合物であることが好ましい。この場合には、上述したように、結晶性または非晶質のナシコン型リン酸化合物(結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質)と、結晶性金属酸化物(結晶性の電解質分解抑制剤)とがミクロ相分離状態になっている粒子を得ることができる。 In the above invention, the lithium ion conductive solid electrolyte is a general formula Li 1 + x Al x M 2-x (PO 4 ) 3 (M is at least one selected from the group consisting of Ti, Ge and Zr). Yes, it is preferably a NASICON type phosphoric acid compound represented by 0 ≦ x ≦ 1). In this case, as described above, a crystalline or amorphous NASICON type phosphoric acid compound (crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte) and a crystalline metal oxide (crystalline electrolyte decomposition) It is possible to obtain particles that are in a microphase-separated state.

また本発明においては、上記結晶性の電解質分解抑制剤が、AlPO4、TiP27、Li3PO4、Al23およびTiO2からなる群から選択される少なくとも一種の結晶性金属酸化物であることが好ましい。リチウムイオン伝導性固体電解質が、上記のナシコン型リン酸化合物であり、電解質分解抑制剤が、上記の結晶性金属酸化物である場合には、効果的に、高電圧充電時の有機電解質の酸化分解を抑制し、かつ、急速充放電時の電極反応抵抗を低減することができるからである。 In the present invention, the crystalline electrolyte decomposition inhibitor is at least one crystalline metal oxide selected from the group consisting of AlPO 4 , TiP 2 O 7 , Li 3 PO 4 , Al 2 O 3 and TiO 2. It is preferable that it is a thing. When the lithium ion conductive solid electrolyte is the above-mentioned NASICON type phosphoric acid compound and the electrolyte decomposition inhibitor is the above-mentioned crystalline metal oxide, it is possible to effectively oxidize the organic electrolyte during high voltage charging. This is because decomposition can be suppressed and electrode reaction resistance during rapid charge / discharge can be reduced.

さらに本発明においては、上記原料混合物が、Li2Oと、Al23と、TiO2、GeO2およびZrO2からなる群から選択される少なくとも1種と、P25との混合物であることが好ましい。このような原料混合物を用いた場合には、電解質分解抑制剤としてAlPO4を形成することができるからである。電解質分解抑制剤がAlPO4である場合には、特に高電圧充電時の有機電解質の酸化分解を抑制し、かつ、急速充放電時の電極反応抵抗を低減することができる。 Furthermore, in the present invention, the raw material mixture is a mixture of Li 2 O, Al 2 O 3 , at least one selected from the group consisting of TiO 2 , GeO 2 and ZrO 2 and P 2 O 5. Preferably there is. This is because when such a raw material mixture is used, AlPO 4 can be formed as an electrolyte decomposition inhibitor. When the electrolyte decomposition inhibitor is AlPO 4, it is possible to suppress oxidative decomposition of the organic electrolyte particularly during high voltage charging and to reduce electrode reaction resistance during rapid charge / discharge.

また本発明においては、上記機械的に混合・摩砕する方法がメカニカルミリング法であることが好ましい。メカニカルミリング法では、原料混合物を適宜選択することにより、複数の結晶相を生成させることができ、複数種の電解質分解抑制剤を形成することができる。また、原料混合物を適宜選択し、電解質分解抑制作用を有する原料を未反応で一部残存させることにより、有機電解質の酸化分解を効果的に抑制することができる。さらに、メカニカルミリング法により得られる非晶質体の結晶化温度は、溶融急冷法やゾル−ゲル法により得られる非晶質体の結晶化温度よりも低くなるので、結晶化工程での加熱温度を低くすることができる。   In the present invention, the mechanical mixing / grinding method is preferably a mechanical milling method. In the mechanical milling method, a plurality of crystal phases can be generated by appropriately selecting a raw material mixture, and a plurality of types of electrolyte decomposition inhibitors can be formed. Moreover, the oxidative decomposition of the organic electrolyte can be effectively suppressed by appropriately selecting a raw material mixture and leaving a part of the raw material having an electrolyte decomposition inhibiting action unreacted. Furthermore, since the crystallization temperature of the amorphous material obtained by the mechanical milling method is lower than the crystallization temperature of the amorphous material obtained by the melt quenching method or the sol-gel method, the heating temperature in the crystallization process Can be lowered.

本発明は、また、正極層と、負極層と、有機電解質とを有するリチウム二次電池の製造方法であって、上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法により得られる正極活物質被覆用粒子と、正極活物質とを混合して、上記正極活物質被覆用粒子を表面に有する上記正極活物質を調製する正極活物質調製工程を有することを特徴とするリチウム二次電池の製造方法を提供する。   The present invention also relates to a method for manufacturing a lithium secondary battery having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an organic electrolyte, the positive electrode active material coating particles obtained by the above-described manufacturing method of the positive electrode active material coating particles And a positive electrode active material preparation step of preparing the positive electrode active material having the positive electrode active material coating particles on the surface thereof by mixing with the positive electrode active material. To do.

本発明によれば、上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法により得られる正極活物質被覆用粒子を用いるので、高放電レート容量を維持でき、かつ、サイクル容量低下の抑制が可能なリチウム二次電池を得ることが可能である。   According to the present invention, since the positive electrode active material coating particles obtained by the above-described method for manufacturing the positive electrode active material coating particles are used, it is possible to maintain a high discharge rate capacity and to suppress reduction in cycle capacity. It is possible to obtain a secondary battery.

さらに本発明は、正極層と、負極層と、有機電解質とを有するリチウム二次電池の製造方法であって、上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法の非晶質化工程にて得られる非晶質体と、正極活物質とを機械的に混合した後、上記非晶質体および上記正極活物質の混合物を加熱して上記非晶質体を結晶化させ、結晶性の電解質分解抑制剤を形成し、上記正極活物質被覆用粒子を表面に有する上記正極活物質を調製する正極活物質調製工程を有することを特徴とするリチウム二次電池の製造方法を提供する。   Furthermore, the present invention is a method for producing a lithium secondary battery having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an organic electrolyte, which is obtained in the amorphization step of the above-described method for producing positive electrode active material coating particles. After the amorphous body and the positive electrode active material are mechanically mixed, the amorphous body and the positive electrode active material mixture are heated to crystallize the amorphous body, thereby suppressing crystalline electrolyte decomposition. There is provided a method for producing a lithium secondary battery, comprising a positive electrode active material preparation step of forming an agent and preparing the positive electrode active material having the positive electrode active material coating particles on the surface thereof.

本発明によれば、固相反応法やゾル−ゲル法によりリチウムイオン伝導性固体電解質を作製する場合と比較して、リチウムイオン導電率の高いリチウムイオン伝導性固体電解質を得ることができる。また、容易に正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質を作製することが可能である。さらに、上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法の非晶質化工程にて得られる非晶質体および正極活物質を用いて正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質を作製するので、高放電レート容量を維持でき、かつ、サイクル容量低下の抑制が可能なリチウム二次電池を得ることが可能である。   According to the present invention, a lithium ion conductive solid electrolyte having a high lithium ion conductivity can be obtained as compared with the case of producing a lithium ion conductive solid electrolyte by a solid phase reaction method or a sol-gel method. Further, it is possible to easily produce a positive electrode active material having particles for coating the positive electrode active material on the surface. Further, a positive electrode active material having positive electrode active material coating particles on its surface is produced using the amorphous body and positive electrode active material obtained in the amorphization step of the method for producing positive electrode active material coating particles described above. Therefore, it is possible to obtain a lithium secondary battery that can maintain a high discharge rate capacity and can suppress a decrease in cycle capacity.

上記発明においては、上記機械的に混合する方法がメカニカルミリング法であることが好ましい。メカニカルミリング法では、原料混合物を適宜選択することにより、複数の結晶相を生成させることができ、複数種の電解質分解抑制剤を形成することができる。また、原料混合物を適宜選択し、電解質分解抑制作用を有する原料を未反応で一部残存させることにより、有機電解質の酸化分解を効果的に抑制することができる。さらに、メカニカルミリング法により得られる非晶質体の結晶化温度は、溶融急冷法やゾル−ゲル法により得られる非晶質体の結晶化温度よりも低くなるので、結晶化工程での加熱温度を低くすることができる。   In the above invention, the mechanical mixing method is preferably a mechanical milling method. In the mechanical milling method, a plurality of crystal phases can be generated by appropriately selecting a raw material mixture, and a plurality of types of electrolyte decomposition inhibitors can be formed. Moreover, the oxidative decomposition of the organic electrolyte can be effectively suppressed by appropriately selecting a raw material mixture and leaving a part of the raw material having an electrolyte decomposition inhibiting action unreacted. Furthermore, since the crystallization temperature of the amorphous material obtained by the mechanical milling method is lower than the crystallization temperature of the amorphous material obtained by the melt quenching method or the sol-gel method, the heating temperature in the crystallization process Can be lowered.

本発明においては、正極活物質の表面に、非晶質体から形成された結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む粒子が付着し、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤がミクロ相分離状態で存在しているので、高電圧充電時のサイクル容量の低下および急速充放電時の容量の低下を同時に改善することができるという効果を奏する。   In the present invention, particles containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte formed from an amorphous material and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor are attached to the surface of the positive electrode active material, and the crystalline Alternatively, the amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and the crystalline electrolyte decomposition inhibitor are present in the microphase separation state, reducing the cycle capacity during high-voltage charging and the capacity during rapid charge / discharge. There is an effect that it can be improved at the same time.

以下、本発明のリチウム二次電池、正極活物質被覆用粒子の製造方法、およびリチウム二次電池の製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the lithium secondary battery, the method for producing the positive electrode active material coating particles, and the method for producing the lithium secondary battery of the present invention will be described in detail.

A.リチウム二次電池
本発明のリチウム二次電池は、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子を含有する固体粉末を表面に有する正極活物質を含有する正極層と、負極層と、上記固体粉末を表面に有する正極活物質に接触するように配置された有機電解質とを有することを特徴とするものである。
A. Lithium secondary battery The lithium secondary battery of the present invention is a positive electrode active material having a solid powder containing primary particles containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor on the surface. A positive electrode layer, a negative electrode layer, and an organic electrolyte disposed so as to be in contact with a positive electrode active material having the solid powder on the surface thereof.

図1は、本発明のリチウム二次電池の一例を示す概略断面図である。図1に例示するリチウム二次電池は、正極集電体1と、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子2を含有する固体粉末(図示せず)を表面に有する正極活物質3を含有する正極層4と、負極集電体5と、負極活物質6を含有する負極層7と、正極層4および負極層7の間に配置されたセパレータ8と、固体粉末を表面に有する正極活物質3および負極活物質6に接触するように配置された有機電解質(図示せず)とを有している。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the lithium secondary battery of the present invention. A lithium secondary battery illustrated in FIG. 1 includes a positive electrode current collector 1 and a solid powder containing primary particles 2 containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor ( Between the positive electrode layer 4 containing the positive electrode active material 3 having a surface thereof, a negative electrode current collector 5, a negative electrode layer 7 containing the negative electrode active material 6, and the positive electrode layer 4 and the negative electrode layer 7. And an organic electrolyte (not shown) disposed so as to contact the positive electrode active material 3 and the negative electrode active material 6 having a solid powder on the surface.

本発明によれば、正極活物質が、その表面に、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子を含有する固体粉末を有するので、結晶性の電解質分解抑制剤によって有機電解質の酸化分解を抑制するとともに、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質によってリチウムイオンの伝導経路を形成することができる。したがって、高電圧充電時のサイクル容量の低下および急速充放電時の容量の低下を同時に改善することができる。   According to the present invention, since the positive electrode active material has a solid powder containing primary particles containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor on its surface, The oxidative decomposition of the organic electrolyte can be suppressed by the conductive electrolyte decomposition inhibitor, and the lithium ion conductive path can be formed by the crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte. Therefore, it is possible to simultaneously improve the decrease in cycle capacity during high voltage charging and the decrease in capacity during rapid charge / discharge.

結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質は、室温で比較的高いリチウムイオン導電率(例えば10-4S/cm〜10-3S/cm)を示し、またシングルイオン伝導性(リチウムイオンのみを伝導する性質)を示す。本発明によれば、正極活物質がその表面に結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質を含む一次粒子を含有する固体粉末を有するので、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質によってリチウムイオンの伝導経路を形成することができる。結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質は、上述したようにリチウムイオンのみを選択的に伝導することができるので、例えば正極活物質としてLiCoO2を用いた場合には、LiCoO2中のCoの溶出を防止しつつ、リチウムイオンのみの伝導経路を形成することができる。
また、有機電解質が、固体粉末を表面に有する正極活物質に接触するように配置されているので、有機電解質を介してリチウムイオンの輸送経路を容易に確保することができる。
Crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolytes exhibit relatively high lithium ion conductivity (eg 10 -4 S / cm to 10 -3 S / cm) at room temperature, and single ion conductivity (lithium The property of conducting only ions). According to the present invention, since the positive electrode active material has a solid powder containing primary particles containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte on its surface, the crystalline or amorphous lithium ion conductive A lithium ion conduction path can be formed by the solid electrolyte. Since the crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte can selectively conduct only lithium ions as described above, when LiCoO 2 is used as the positive electrode active material, for example, in LiCoO 2 It is possible to form a conduction path of only lithium ions while preventing elution of Co.
In addition, since the organic electrolyte is disposed so as to contact the positive electrode active material having the solid powder on the surface, a lithium ion transport route can be easily secured through the organic electrolyte.

さらに、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質は、アレニウス型の温度依存性を示す。結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質の導電率の温度依存性はアレニウスの式に従うので、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質の導電率は、比較的高い温度では有機電解質に匹敵するか、有機電解質の導電率を上回る。   Furthermore, crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolytes exhibit Arrhenius-type temperature dependence. Since the temperature dependence of the conductivity of crystalline or amorphous lithium ion conducting solid electrolytes follows the Arrhenius equation, the conductivity of crystalline or amorphous lithium ion conducting solid electrolytes at relatively high temperatures It is comparable to or exceeds the conductivity of organic electrolytes.

また、リチウムイオン伝導性固体電解質では、非晶質体から結晶性のリチウムイオン伝導性固体電解質を作製すると、高イオン伝導性の結晶が析出するという利点を有する。例えば、リチウムイオン伝導性固体電解質の原料混合物を機械的に混合・摩粉して非晶質化させて非晶質体を形成した後に、この非晶質体を熱処理して結晶化させて結晶性のリチウムイオン伝導性固体電解質を作製した場合、固相反応法やゾル−ゲル法等により結晶性のリチウムイオン伝導性固体電解質を作製した場合よりも、高いリチウムイオン導電率を示す結晶性のリチウムイオン伝導性固体電解質が得られる傾向がある。   In addition, the lithium ion conductive solid electrolyte has an advantage that when a crystalline lithium ion conductive solid electrolyte is produced from an amorphous body, high ion conductive crystals are precipitated. For example, a raw material mixture of lithium ion conductive solid electrolyte is mechanically mixed and powdered to make it amorphous to form an amorphous body, and then the amorphous body is heat treated to crystallize and crystallize. When a crystalline lithium ion conductive solid electrolyte is produced, the crystalline lithium ion conductivity is higher than when a crystalline lithium ion conductive solid electrolyte is produced by a solid phase reaction method or a sol-gel method. There is a tendency to obtain a lithium ion conductive solid electrolyte.

さらに、リチウムイオン伝導性固体電解質では、結晶性のリチウムイオン伝導性固体電解質が析出する際に、準安定結晶が析出するという利点を有する。例えば、リチウムイオン伝導性固体電解質の原料混合物を機械的に混合・摩粉して非晶質化させて非晶質体を形成した後に、この非晶質体を熱処理して結晶化させた場合、混合相が得られやすい。具体的には、上記の方法でLi1+xAlxTi2-x(PO4)3(0≦x≦1)(以下、LATPと略す場合がある。)を作製する場合、第一相のLATPと、第二相のAlPO4等とが同時に生成することがある。また、LATPの原料として所定の粒径を有するAl23を用いると、TiP27が生成することがある。また、LATPの原料として所定の化合物を用いると、Li3PO4が生成することがある。これらのAlPO4、TiP27、Li3PO4等は、耐酸化性が高く、電解質分解抑制剤として機能する。 Further, the lithium ion conductive solid electrolyte has an advantage that a metastable crystal is deposited when the crystalline lithium ion conductive solid electrolyte is deposited. For example, when a raw material mixture of lithium ion conductive solid electrolyte is mechanically mixed and powdered to make it amorphous to form an amorphous body, and then this amorphous body is heat treated to crystallize It is easy to obtain a mixed phase. Specifically, when Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 1) (hereinafter sometimes abbreviated as LATP) by the above method, the first phase LATP and second-phase AlPO 4 may be formed at the same time. Further, when Al 2 O 3 having a predetermined particle size is used as a raw material for LATP, TiP 2 O 7 may be generated. Further, when a predetermined compound is used as a raw material for LATP, Li 3 PO 4 may be generated. These AlPO 4 , TiP 2 O 7 , Li 3 PO 4 and the like have high oxidation resistance and function as an electrolyte decomposition inhibitor.

したがって、リチウムイオン伝導性固体電解質の原料混合物を機械的に混合・摩粉して非晶質化させて非晶質体を形成した後に、この非晶質体を熱処理して結晶化させることで、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子を得ることができる。   Therefore, after mixing the raw material mixture of the lithium ion conductive solid electrolyte mechanically and making it amorphous to form an amorphous body, the amorphous body is heat-treated and crystallized. Primary particles containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor can be obtained.

このような結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子では、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質と結晶性の電解質分解抑制剤とがミクロ相分離状態になっている。上記の例では、LATPとAlPO4とがミクロ相分離状態になっていたり、LATPとAlPO4とTiP27とがミクロ相分離状態になっていたり、LATPとAlPO4とLi3PO4とがミクロ相分離状態になっていたりする。 In primary particles containing such crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and crystalline electrolyte decomposition inhibitor, crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and crystalline electrolyte decomposition inhibition The agent is in a microphase separation state. In the above example, LATP and AlPO 4 are in a microphase separation state, LATP, AlPO 4 and TiP 2 O 7 are in a microphase separation state, LATP, AlPO 4 and Li 3 PO 4 and Is in a microphase separation state.

本発明によれば、正極活物質は、その表面に、この結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子を含有する固体粉末を有する。正極活物質の表面には、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質からなる粒子と結晶性の電解質分解抑制剤からなる粒子とが別個に存在しているのではなく、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子が存在している。すなわち、上述したように、正極活物質の表面には、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤がミクロ相分離状態で存在している。これにより本発明においては、結晶性の電解質分解抑制剤による有機電解質の酸化分解の抑制作用と、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質によるリチウムイオンの伝導経路の形成とが同時に達成され、高電圧充電時のサイクル容量の低下および急速充放電時の容量の低下を同時に改善することができるものと思料される。特に、電解質分解抑制剤は結晶性であるので、電解質分解抑制剤そのものの特性、すなわち有機電解質の酸化分解を抑制する性質が充分に発揮されているものと思料される。
以下、本発明のリチウム二次電池について、構成ごとに説明する。
According to the present invention, the positive electrode active material has, on the surface thereof, a solid powder containing primary particles containing the crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and the crystalline electrolyte decomposition inhibitor. On the surface of the positive electrode active material, particles made of a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and particles made of a crystalline electrolyte decomposition inhibitor are not separately present, but crystalline or There are primary particles comprising an amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte degradation inhibitor. That is, as described above, a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor are present in a microphase-separated state on the surface of the positive electrode active material. As a result, in the present invention, the action of suppressing the oxidative decomposition of the organic electrolyte by the crystalline electrolyte decomposition inhibitor and the formation of the lithium ion conduction path by the crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte are simultaneously achieved. Therefore, it is considered that a reduction in cycle capacity during high-voltage charging and a reduction in capacity during rapid charge / discharge can be simultaneously improved. In particular, since the electrolyte decomposition inhibitor is crystalline, it is considered that the characteristics of the electrolyte decomposition inhibitor itself, that is, the property of suppressing the oxidative decomposition of the organic electrolyte is sufficiently exhibited.
Hereinafter, the lithium secondary battery of this invention is demonstrated for every structure.

1.正極層
本発明における正極層は、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子を含有する固体粉末を表面に有する正極活物質を含有するものである。以下、正極層の各構成について説明する。
1. Positive electrode layer The positive electrode layer in the present invention contains a positive electrode active material having on its surface solid powder containing primary particles containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor It is. Hereinafter, each structure of the positive electrode layer will be described.

(1)固体粉末
本発明に用いられる固体粉末は、正極活物質の表面に付着し、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質と結晶性の電解質分解抑制剤とを含む一次粒子を含有するものである。
(1) Solid powder The solid powder used in the present invention comprises primary particles that adhere to the surface of the positive electrode active material and contain a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor. It contains.

固体粉末の平均粒径としては、正極活物質の平均粒径よりも小さければよいが、中でも、正極活物質が充填されている隙間に入り込むことが可能な大きさであることが好ましい。具体的には、固体粉末の平均粒径は、正極活物質の平均粒径に対して1/100倍〜1/2倍程度であることが好ましい。さらに具体的には、固体粉末の平均粒径は、0.1μm〜10μm程度あることが好ましく、より好ましくは0.1μm〜5μmの範囲内、さらに好ましくは0.1μm〜0.5μmの範囲内である。固体粉末の平均粒径が上記範囲であれば、正極活物質の表面に付着しやすくなるからである。また、固体粉末の平均粒径が小さすぎると、取り扱い性が悪くなる可能性があり、固体粉末の平均粒径が大きすぎると、正極活物質の表面に付着することが困難となる場合があるからである。   The average particle size of the solid powder may be smaller than the average particle size of the positive electrode active material, but it is particularly preferable that the solid powder has a size that can enter the gap filled with the positive electrode active material. Specifically, the average particle size of the solid powder is preferably about 1/100 to 1/2 times the average particle size of the positive electrode active material. More specifically, the average particle size of the solid powder is preferably about 0.1 μm to 10 μm, more preferably in the range of 0.1 μm to 5 μm, and still more preferably in the range of 0.1 μm to 0.5 μm. It is. This is because if the average particle size of the solid powder is within the above range, the solid powder easily adheres to the surface of the positive electrode active material. Further, if the average particle size of the solid powder is too small, the handleability may be deteriorated, and if the average particle size of the solid powder is too large, it may be difficult to adhere to the surface of the positive electrode active material. Because.

なお、固体粉末の平均粒径が、正極活物質の平均粒径よりも小さいことは、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)によって、正極層における正極活物質および固体粉末の粒径を観察することにより、確認することができる。また、固体粉末の平均粒径は、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)により観察される固体粉末の粒径を測定して、平均することにより求めることができる。   The average particle size of the solid powder is smaller than the average particle size of the positive electrode active material by, for example, observing the particle size of the positive electrode active material and the solid powder in the positive electrode layer with a scanning electron microscope (SEM). Can be confirmed. Moreover, the average particle diameter of solid powder can be calculated | required by measuring and averaging the particle diameter of the solid powder observed, for example with a scanning electron microscope (SEM).

正極層に含まれる固体粉末の含有量としては、固体粉末に含まれる一次粒子を構成する結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤の種類や、固体粉末に含有される他の化合物の種類によっても異なるが、具体的には正極活物質100重量部に対して0.1重量部〜30重量部程度であることが好ましく、より好ましくは0.5重量部〜20重量部の範囲内、さらに好ましくは1重量部〜7重量部の範囲内である。固体粉末の含有量が多すぎると、相対的に正極活物質の含有量が少なくなるので、電池容量が低下する可能性があり、また固体粉末の含有量が少なすぎると、リチウムイオン伝導性を向上させ、有機電解質の酸化分解を抑制させる効果が充分に得られない可能性があるからである。   The content of the solid powder contained in the positive electrode layer includes the types of crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and crystalline electrolyte decomposition inhibitor constituting the primary particles contained in the solid powder, solid powder Although it varies depending on the type of other compounds contained in the catalyst, specifically, it is preferably about 0.1 to 30 parts by weight, more preferably 0.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. Part to 20 parts by weight, more preferably 1 part to 7 parts by weight. If the content of the solid powder is too large, the content of the positive electrode active material is relatively reduced, so that the battery capacity may be reduced. If the content of the solid powder is too small, the lithium ion conductivity is reduced. This is because there is a possibility that the effect of improving and suppressing the oxidative decomposition of the organic electrolyte cannot be sufficiently obtained.

固体粉末は、正極活物質の表面に付着していればよいが、中でも、正極活物質の表面に均一に付着していることが好ましい。また、固体粉末は、正極活物質の表面に密に付着していてもよく疎に付着していてもよい。   The solid powder may be attached to the surface of the positive electrode active material, but among them, it is preferable that the solid powder is uniformly attached to the surface of the positive electrode active material. Further, the solid powder may be densely attached to the surface of the positive electrode active material or may be loosely attached.

なお、固体粉末の作製方法については、後述の「B.正極活物質被覆用粒子の製造方法」にて詳しく記載するので、ここでの説明は省略する。   The method for producing the solid powder is described in detail in “B. Method for producing particles for coating positive electrode active material”, which will be described later.

固体粉末は、少なくとも、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質と結晶性の電解質分解抑制剤とを含む一次粒子を含有するものである。以下、固体粉末の各構成について説明する。   The solid powder contains primary particles including at least a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor. Hereinafter, each configuration of the solid powder will be described.

(i)一次粒子
本発明における一次粒子は、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質と、結晶性の電解質分解抑制剤とを含むものである。
(I) Primary particles The primary particles in the present invention contain a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor.

一次粒子の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、球状、楕円球等を挙げることができる。   The shape of the primary particle is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape and an elliptical sphere.

この一次粒子の平均粒径としては、正極活物質の平均粒径よりも小さければよいが、中でも、正極活物質が充填されている隙間に入り込むことが可能な大きさであることが好ましい。具体的には、一次粒子の平均粒径は、正極活物質の平均粒径に対して1/500倍〜1/4倍程度であることが好ましい。さらに具体的には、一次粒子の平均粒径は、0.05μm〜5μm程度あることが好ましく、より好ましくは0.05μm〜1μmの範囲内、さらに好ましくは0.05μm〜0.1μmの範囲内である。一次粒子の平均粒径が上記範囲であれば、正極活物質の表面に付着しやすくなるからである。また、一次粒子の平均粒径が小さすぎると、取り扱い性が悪くなる可能性があり、一次粒子の平均粒径が大きすぎると、正極活物質の表面に付着することが困難となったりする場合があるからである。   The average particle size of the primary particles may be smaller than the average particle size of the positive electrode active material, but it is preferable that the primary particle has a size that can enter the gap filled with the positive electrode active material. Specifically, the average particle size of the primary particles is preferably about 1/500 to 1/4 times the average particle size of the positive electrode active material. More specifically, the average particle diameter of the primary particles is preferably about 0.05 μm to 5 μm, more preferably in the range of 0.05 μm to 1 μm, and still more preferably in the range of 0.05 μm to 0.1 μm. It is. This is because when the average particle diameter of the primary particles is within the above range, the primary particles easily adhere to the surface of the positive electrode active material. In addition, when the average particle size of the primary particles is too small, the handleability may be deteriorated, and when the average particle size of the primary particles is too large, it may be difficult to adhere to the surface of the positive electrode active material. Because there is.

なお、一次粒子の平均粒径が、正極活物質の平均粒径よりも小さいことは、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)によって、正極層における正極活物質および一次粒子の粒径を観察することにより、確認することができる。また、一次粒子の平均粒径は、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)により観察される一次粒子の粒径を測定して、平均することにより求めることができる。   Note that the average particle size of the primary particles is smaller than the average particle size of the positive electrode active material by, for example, observing the particle size of the positive electrode active material and the primary particles in the positive electrode layer with a scanning electron microscope (SEM). Can be confirmed. Moreover, the average particle diameter of primary particles can be calculated | required by measuring the particle diameter of the primary particle observed, for example with a scanning electron microscope (SEM), and averaging.

一次粒子は、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質と、結晶性の電解質分解抑制剤とを含むものである。以下、一次粒子の構成成分について説明する。   The primary particles contain a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor. Hereinafter, constituent components of the primary particles will be described.

(結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質)
本発明に用いられる結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質であれば特に限定されるものではないが、後述の「B.正極活物質被覆用粒子の製造方法」に記載の方法により製造可能なものであることが好ましい。
(Crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte)
The crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte used in the present invention is not particularly limited as long as it is a solid electrolyte having lithium ion conductivity. It is preferable that it can be produced by the method described in “Production method for particles”.

このようなリチウムイオン伝導性固体電解質としては、一般式Li1+xAlx2-x(PO4)3(MはTi、GeおよびZrからなる群から選択される少なくとも1種であり、0≦x≦1)で表されるナシコン型リン酸化合物が好ましく用いられる。ナシコン型リン酸化合物は、上述したリチウムイオン伝導性固体電解質の利点に加えて、空気中での安定性が良好であり、取り扱い易いという利点を有する。また上述したように、例えば、ナシコン型リン酸化合物の一つであるLi1+xAlxTi2-x(PO4)3(0≦x≦1)(LATP)の原料混合物を機械的に混合・摩砕して非晶質化させて非晶質体を形成した後、この非晶質体を熱処理して結晶化させた場合には、混合相を得ることができる。例えば、LATPとAlPO4とが同時に生成したり、LATPとAlPO4とTiP27とが同時に生成したり、LATPとAlPO4とLi3PO4とが同時に生成したりすることがある。これにより、結晶性または非晶質のナシコン型リン酸化合物(結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質)と結晶性金属酸化物(結晶性の電解質分解抑制剤)とがミクロ相分離状態となっている一次粒子を得ることができる。 As such a lithium ion conductive solid electrolyte, the general formula Li 1 + x Al x M 2-x (PO 4 ) 3 (M is at least one selected from the group consisting of Ti, Ge and Zr, A NASICON type phosphoric acid compound represented by 0 ≦ x ≦ 1) is preferably used. In addition to the above-described advantages of the lithium ion conductive solid electrolyte, the NASICON type phosphoric acid compound has an advantage that it is stable in air and easy to handle. As described above, for example, a raw material mixture of Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 1) (LATP), which is one of NASICON type phosphoric acid compounds, is mechanically used. When the amorphous body is formed by mixing and grinding to form an amorphous body, and then the amorphous body is heat-treated to crystallize, a mixed phase can be obtained. For example, LATP and AlPO 4 may be produced simultaneously, LATP, AlPO 4 and TiP 2 O 7 may be produced simultaneously, or LATP, AlPO 4 and Li 3 PO 4 may be produced simultaneously. As a result, microphase separation of crystalline or amorphous NASICON type phosphoric acid compound (crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte) and crystalline metal oxide (crystalline electrolyte decomposition inhibitor) Primary particles in a state can be obtained.

リチウムイオン伝導性固体電解質は、結晶または非晶質のいずれであってもよいが、結晶であることが好ましい。リチウムイオン伝導性固体電解質が結晶であれば、リチウムイオン伝導性固体電解質そのものの特性、すなわちリチウムイオン伝導性が充分に発揮されるからである。また、結晶性のリチウムイオン伝導性固体電解質と非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質とが混在していてもよい。   The lithium ion conductive solid electrolyte may be either crystalline or amorphous, but is preferably crystalline. This is because if the lithium ion conductive solid electrolyte is a crystal, the characteristics of the lithium ion conductive solid electrolyte itself, that is, lithium ion conductivity is sufficiently exhibited. A crystalline lithium ion conductive solid electrolyte and an amorphous lithium ion conductive solid electrolyte may be mixed.

リチウムイオン伝導性固体電解質が結晶である場合は、X線回折測定(XRD)、電子回折(ED)により同定することができる。一方、リチウムイオン伝導性固体電解質が非晶質である場合は、X線回折測定(XRD)、電子回折(ED)、示差熱分析(DTA)、示差走査熱量測定(DSC)により同定することができる。   When the lithium ion conductive solid electrolyte is a crystal, it can be identified by X-ray diffraction measurement (XRD) and electron diffraction (ED). On the other hand, when the lithium ion conductive solid electrolyte is amorphous, it can be identified by X-ray diffraction measurement (XRD), electron diffraction (ED), differential thermal analysis (DTA), and differential scanning calorimetry (DSC). it can.

(結晶性の電解質分解抑制剤)
本発明に用いられる結晶性の電解質分解抑制剤としては、結晶性を有し、有機電解質の酸化分解を抑制する電解質分解抑制作用を有するものであれば特に限定されるものではないが、リチウムイオン伝導性固体電解質の原料混合物を機械的に混合・摩砕して非晶質化させて非晶質体を形成した後、この非晶質体を加熱して結晶化させた際に形成されるリチウムイオン伝導性固体電解質以外の結晶相であることが好ましい。すなわち、電解質分解抑制剤は、リチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素の一部または全部を含む化合物であることが好ましい。
(Crystalline electrolyte decomposition inhibitor)
The crystalline electrolyte decomposition inhibitor used in the present invention is not particularly limited as long as it has crystallinity and has an electrolyte decomposition inhibitory action that suppresses oxidative decomposition of the organic electrolyte. It is formed when the raw material mixture of conductive solid electrolyte is mechanically mixed and ground to make it amorphous to form an amorphous body, and then the amorphous body is heated to crystallize. A crystalline phase other than the lithium ion conductive solid electrolyte is preferable. That is, the electrolyte decomposition inhibitor is preferably a compound containing a part or all of the constituent elements of the lithium ion conductive solid electrolyte.

このような結晶性の電解質分解抑制剤としては、リチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素の一部または全部を含む結晶性金属酸化物を挙げることができる。   Examples of such a crystalline electrolyte decomposition inhibitor include a crystalline metal oxide containing a part or all of constituent elements of a lithium ion conductive solid electrolyte.

上記結晶性金属酸化物としては、リチウムイオン伝導性固体電解質の種類によって異なるものであるが、例えばリチウムイオン伝導性固体電解質が上記ナシコン型リン酸化合物である場合、AlPO4、TiP27、Li3PO4、Al23、TiO2、GeO2、ZrO2等を例示することができる。中でも、AlPO4、TiP27、Li3PO4、Al23およびTiO2からなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましく、特にAlPO4であることが好ましい。リチウムイオン伝導性固体電解質が上記ナシコン型リン酸化合物であり、電解質分解抑制剤がAlPO4である場合に、特に高電圧充電時の有機電解質の酸化分解を抑制し、かつ、急速充放電時の電極反応抵抗を低減することができるからである。 The crystalline metal oxide varies depending on the type of the lithium ion conductive solid electrolyte. For example, when the lithium ion conductive solid electrolyte is the NASICON phosphoric acid compound, AlPO 4 , TiP 2 O 7 , Examples include Li 3 PO 4 , Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 , and ZrO 2 . Among these, at least one selected from the group consisting of AlPO 4 , TiP 2 O 7 , Li 3 PO 4 , Al 2 O 3 and TiO 2 is preferable, and AlPO 4 is particularly preferable. When the lithium ion conductive solid electrolyte is the above-mentioned NASICON phosphoric acid compound and the electrolyte decomposition inhibitor is AlPO 4 , it suppresses the oxidative decomposition of the organic electrolyte particularly during high voltage charging, and at the time of rapid charge / discharge This is because the electrode reaction resistance can be reduced.

結晶性の電解質分解抑制剤は、X線回折測定(XRD)、電子回折(ED)により同定することができる。   The crystalline electrolyte decomposition inhibitor can be identified by X-ray diffraction measurement (XRD) and electron diffraction (ED).

(ii)その他の成分
固体粉末は、上記の一次粒子を含有するものであればよいが、さらにリチウムイオン伝導性固体電解質の原料を含有していてもよい。すなわち、固体粉末は、リチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素の一部または全部を含む化合物をさらに含有していてもよい。リチウムイオン伝導性固体電解質を作製する際に、リチウムイオン伝導性固体電解質の原料が一部残存する場合があるからである。
(Ii) Other components Although the solid powder should just contain the said primary particle, it may contain the raw material of lithium ion conductive solid electrolyte further. That is, the solid powder may further contain a compound containing part or all of the constituent elements of the lithium ion conductive solid electrolyte. This is because a part of the raw material for the lithium ion conductive solid electrolyte may remain when the lithium ion conductive solid electrolyte is produced.

上記のリチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素の一部または全部を含む化合物としては、リチウムイオン伝導性固体電解質の種類によって異なるものであるが、例えばリチウムイオン伝導性固体電解質が上記ナシコン型リン酸化合物である場合、Al23、TiO2、GeO2、ZrO2等を例示することができる。 The compound containing part or all of the constituent elements of the lithium ion conductive solid electrolyte varies depending on the type of the lithium ion conductive solid electrolyte. For example, the lithium ion conductive solid electrolyte is the NASICON phosphoric acid. In the case of a compound, Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 , ZrO 2 and the like can be exemplified.

中でも、上記のリチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素の一部または全部を含む化合物は、酸化物であることが好ましい。酸化物は、耐酸化性が高く、電解質分解抑制作用を有するからである。この場合、有機電解質の酸化分解を効果的に抑制することができる。
このような酸化物としては、Al23、TiO2、GeO2、ZrO2等が挙げられる。すなわち、固体粉末は、Al23、TiO2、GeO2およびZrO2からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を含有していてもよいのである。
Especially, it is preferable that the compound containing a part or all of the constituent elements of the lithium ion conductive solid electrolyte is an oxide. This is because the oxide has high oxidation resistance and has an electrolyte decomposition inhibiting action. In this case, oxidative decomposition of the organic electrolyte can be effectively suppressed.
Examples of such an oxide include Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 , and ZrO 2 . That is, the solid powder may contain at least one oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 and ZrO 2 .

(2)正極活物質
本発明に用いられる正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、LiCoO2、LiCoPO4、LiMn24、LiNiO2、LiFePO4、LiCo1/3Ni1/3Mn1/32、LiMnPO4、LiNi0.5Mn1.54等を挙げることができる。中でも、LiCoO2が好ましい。
(2) Cathode Active Material The cathode active material used in the present invention is not particularly limited as long as it can occlude / release lithium ions. For example, LiCoO 2 , LiCoPO 4 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiFePO 4 , LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMnPO 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and the like. Of these, LiCoO 2 is preferable.

正極活物質の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、粒状、板状、針状等を挙げることができる。中でも、正極活物質の形状は粒状であることが好ましい。球状の正極活物質の形状としては、例えば、球状、楕円球等を挙げることができる。   The shape of the positive electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include a granular shape, a plate shape, and a needle shape. Especially, it is preferable that the shape of a positive electrode active material is granular. Examples of the shape of the spherical positive electrode active material include a spherical shape and an elliptical sphere.

正極活物質の平均粒径としては、上記固体粉末の平均粒径よりも大きければよく、具体的には、1μm〜50μm程度あることが好ましく、より好ましくは10μm〜20μmの範囲内、さらに好ましくは3μm〜5μmの範囲内である。正極活物質の平均粒径が小さすぎると、取り扱い性が悪くなる可能性があり、正極活物質の平均粒径が大きすぎると、平坦な正極層を得るのが困難になる場合があるからである。   The average particle size of the positive electrode active material only needs to be larger than the average particle size of the solid powder. Specifically, it is preferably about 1 μm to 50 μm, more preferably in the range of 10 μm to 20 μm, and still more preferably It is in the range of 3 μm to 5 μm. If the average particle size of the positive electrode active material is too small, the handleability may be deteriorated, and if the average particle size of the positive electrode active material is too large, it may be difficult to obtain a flat positive electrode layer. is there.

なお、正極活物質の平均粒径が、固体粉末の平均粒径よりも大きいことは、上述したように、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)によって、正極層における正極活物質および固体粉末の粒径を観察することにより、確認することができる。また、正極活物質の平均粒径は、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)により観察される正極活物質の粒径を測定して、平均することにより求めることができる。   Note that the average particle size of the positive electrode active material is larger than the average particle size of the solid powder, as described above, for example, by the scanning electron microscope (SEM), the particle size of the positive electrode active material and the solid powder in the positive electrode layer. This can be confirmed by observing. Moreover, the average particle diameter of a positive electrode active material can be calculated | required by measuring and averaging the particle diameter of the positive electrode active material observed, for example with a scanning electron microscope (SEM).

正極層に含まれる正極活物質の含有量としては、正極活物質の種類によっても異なるが、具体的には60重量%〜97重量%程度であることが好ましく、より好ましくは75重量%〜97重量%の範囲内、さらに好ましくは90重量%〜97重量%の範囲内である。   The content of the positive electrode active material contained in the positive electrode layer varies depending on the type of the positive electrode active material, but is specifically preferably about 60 wt% to 97 wt%, more preferably 75 wt% to 97 wt%. It is in the range of wt%, more preferably in the range of 90 wt% to 97 wt%.

(3)その他
本発明に用いられる正極層は、さらに導電剤および結着剤(バインダ)を含有していてもよい。
結着剤としては、例えば、ポリビニリデンフロライド(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を挙げることができる。
また、導電剤としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックなどを挙げることができる。
(3) Others The positive electrode layer used in the present invention may further contain a conductive agent and a binder (binder).
Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE).
Examples of the conductive agent include carbon black such as acetylene black and ketjen black.

正極層の形成方法としては、一般的な方法を用いることができる。例えば、上記の固体粉末を表面に有する正極活物質と、結着剤と、導電剤とを含有する正極層形成用ペーストを、正極集電体上に塗布して乾燥させた後に、プレスすることにより正極層を形成することができる。   As a method for forming the positive electrode layer, a general method can be used. For example, a positive electrode layer forming paste containing the positive electrode active material having the above-mentioned solid powder on the surface, a binder, and a conductive agent is applied on a positive electrode current collector and dried, and then pressed. Thus, a positive electrode layer can be formed.

正極層は、正極集電体上に形成されていてもよい。正極集電体の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム、SUS、ニッケル、鉄およびチタン等を挙げることができる。中でも、アルミニウムおよびSUSが好ましく用いられる。   The positive electrode layer may be formed on the positive electrode current collector. The material for the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include aluminum, SUS, nickel, iron, and titanium. Of these, aluminum and SUS are preferably used.

2.有機電解質
本発明に用いられる有機電解質は、上記の固体粉末を表面に有する正極活物質に接触するように配置されたものである。
2. Organic Electrolyte The organic electrolyte used in the present invention is disposed so as to be in contact with the positive electrode active material having the above-mentioned solid powder on the surface.

有機電解質としては、固体粉末を表面に有する正極活物質に接触するように配置することができ、酸化分解され得るものであれば特に限定されるものではなく、例えば、有機電解液、ポリマー電解質、ゲル電解質等を挙げることができる。   The organic electrolyte is not particularly limited as long as it can be disposed so as to be in contact with the positive electrode active material having a solid powder on its surface and can be oxidatively decomposed. For example, an organic electrolyte, a polymer electrolyte, A gel electrolyte etc. can be mentioned.

有機電解液としては、通常、リチウム塩および非水溶媒を含有する非水電解液が使用される。
リチウム塩としては、一般的なリチウム二次電池に用いられるリチウム塩であれば特に限定されるものではなく、例えば、LiPF6、LiBF4、LiN(CF3SO2)2、LiCF3SO3、LiC49SO3、LiC(CF3SO2)3およびLiClO4等を挙げることができる。
また、非水溶媒としては、上記リチウム塩を溶解できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、アセトニトリル、プロピオニトリル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。これらの非水溶媒は、一種のみ用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、非水電解液として、常温溶融塩を用いることもできる。
As the organic electrolyte, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and a non-aqueous solvent is usually used.
The lithium salt is not particularly limited as long as it is a lithium salt used in a general lithium secondary battery. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , Examples thereof include LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 and LiClO 4 .
The non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the lithium salt. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane. 1,2-diethoxyethane, acetonitrile, propionitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone, etc. It is done. These non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more. Moreover, room temperature molten salt can also be used as a non-aqueous electrolyte.

ポリマー電解質は、リチウム塩およびポリマーを含有するものである。
リチウム塩としては、上記有機電解液に用いられるリチウム塩と同様のものを用いることができる。
また、ポリマーとしては、リチウム塩と錯体を形成するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。
The polymer electrolyte contains a lithium salt and a polymer.
As a lithium salt, the thing similar to the lithium salt used for the said organic electrolyte solution can be used.
The polymer is not particularly limited as long as it forms a complex with a lithium salt, and examples thereof include polyethylene oxide.

ゲル電解質は、リチウム塩とポリマーと非水溶媒とを含有するものである。
リチウム塩および非水溶媒としては、上記有機電解液に用いられるリチウム塩および非水溶媒と同様のものを用いることができる。
また、ポリマーとしては、ゲル化が可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロプレンオキシド、ポリアクリルニトリル、ポリビニリデンフロライド(PVDF)、ポリウレタン、ポリアクリレート、セルロース等が挙げられる。
The gel electrolyte contains a lithium salt, a polymer, and a nonaqueous solvent.
As the lithium salt and the non-aqueous solvent, the same lithium salt and non-aqueous solvent as those used in the organic electrolyte can be used.
The polymer is not particularly limited as long as it can be gelled. For example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyurethane, polyacrylate, cellulose Etc.

3.負極層
本発明に用いられる負極層は、少なくとも負極活物質を含有するものであり、必要に応じて、導電剤および結着剤を含有していてもよい。
3. Negative electrode layer The negative electrode layer used in the present invention contains at least a negative electrode active material, and may contain a conductive agent and a binder as necessary.

負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、金属リチウム、リチウム合金、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、およびグラファイト等の炭素材料等を挙げることができる。また、負極活物質は、粉末状であってもよく、薄膜状であってもよい。
なお、負極層に用いられる結着剤および導電剤については、上記正極層に用いられる結着剤および導電剤と同様のものを用いることができる。
また、負極層の形成方法としては、上記正極層の形成方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium ions. For example, metal lithium, lithium alloy, metal oxide, metal sulfide, metal nitride, and graphite And the like. The negative electrode active material may be in the form of a powder or a thin film.
In addition, about the binder and electrically conductive agent used for a negative electrode layer, the thing similar to the binder and electrically conductive agent used for the said positive electrode layer can be used.
Moreover, since the formation method of a negative electrode layer is the same as the formation method of the said positive electrode layer, description here is abbreviate | omitted.

負極層は負極集電体上に形成されていてもよい。負極集電体の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、銅、ステンレス、ニッケル等を挙げることができる。   The negative electrode layer may be formed on the negative electrode current collector. The material of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include copper, stainless steel, and nickel.

4.その他の部材
本発明のリチウム二次電池は、正極層および負極層の間に配置されたセパレータを有していてもよい。本発明に用いられるセパレータとしては、有機電解質を保持する機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜、樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等を挙げることができる。
4). Other Member The lithium secondary battery of the present invention may have a separator disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer. The separator used in the present invention is not particularly limited as long as it has a function of retaining an organic electrolyte. For example, a porous film such as polyethylene and polypropylene, a nonwoven fabric such as a resin nonwoven fabric, and a glass fiber nonwoven fabric can be used. Can be mentioned.

本発明に用いられる電池ケースの形状としては、上述した正極層、負極層、有機電解質、セパレータ、正極集電体および負極集電体等を収納できるものであれば特に限定されるものではないが、具体的には、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等を挙げることができる。また、本発明のリチウム二次電池は、正極層、セパレータおよび負極層から構成される電極体を有する。この電極体の形状としては、特に限定されるものではなく、具体的には、平板型および捲回型等を挙げることができる。   The shape of the battery case used in the present invention is not particularly limited as long as it can accommodate the positive electrode layer, the negative electrode layer, the organic electrolyte, the separator, the positive electrode current collector, the negative electrode current collector, and the like. Specific examples include a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a laminate shape. Moreover, the lithium secondary battery of this invention has an electrode body comprised from a positive electrode layer, a separator, and a negative electrode layer. The shape of the electrode body is not particularly limited, and specific examples include a flat plate type and a wound type.

B.正極活物質被覆用粒子の製造方法
本発明の正極活物質被覆用粒子の製造方法は、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含有する正極活物質被覆用粒子の製造方法であって、上記リチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素を含む原料混合物を機械的に混合・摩砕して非晶質化させ、非晶質体を形成する非晶質化工程と、上記非晶質体を加熱して結晶化させ、上記結晶性の電解質分解抑制剤を形成する結晶化工程とを有することを特徴とするものである。
B. Method for Producing Cathode Active Material Coating Particles The method for producing a positive electrode active material coating particle of the present invention comprises a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor. A method for producing a coating particle, wherein an amorphous material is formed by mechanically mixing and grinding a raw material mixture containing constituent elements of the lithium ion conductive solid electrolyte to form an amorphous body. And a crystallization step of heating and crystallizing the amorphous body to form the crystalline electrolyte decomposition inhibitor.

本発明によれば、非晶質体を結晶化させて結晶性の電解質分解抑制剤を形成するので、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質と結晶性の電解質分解抑制剤とがミクロ相分離状態となっている正極活物質被覆用粒子を得ることができる。このような正極活物質被覆用粒子を正極活物質に混合した場合には、表面に正極活物質被覆用粒子を有する正極活物質を得ることができる。したがって、本発明により得られる正極活物質被覆用粒子を、有機電解質を有するリチウム二次電池に用いた場合には、有機電解質の酸化分解を抑制しつつ、リチウムイオン伝導性を向上させることができる。   According to the present invention, since an amorphous body is crystallized to form a crystalline electrolyte decomposition inhibitor, a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor are provided. The positive electrode active material coating particles in a microphase separation state can be obtained. When such positive electrode active material coating particles are mixed with the positive electrode active material, a positive electrode active material having positive electrode active material coating particles on the surface can be obtained. Therefore, when the positive electrode active material coating particles obtained by the present invention are used in a lithium secondary battery having an organic electrolyte, lithium ion conductivity can be improved while suppressing oxidative decomposition of the organic electrolyte. .

また、固相反応法やゾル−ゲル法によりリチウムイオン伝導性固体電解質を作製する場合と比較して、本発明においてはリチウムイオン導電率の高いリチウムイオン伝導性固体電解質を得ることができる。   Moreover, compared with the case where a lithium ion conductive solid electrolyte is produced by a solid phase reaction method or a sol-gel method, a lithium ion conductive solid electrolyte having a high lithium ion conductivity can be obtained in the present invention.

さらに、リチウムイオン伝導性固体電解質の原料混合物を機械的に混合・摩砕することのみで非晶質体を得ることができ、この非晶質体を所定の温度で加熱することのみで結晶性の電解質分解抑制剤を得ることができるので、容易に正極活物質被覆用粒子を作製することができる。また、リチウムイオン伝導性固体電解質の原料混合物として汎用的な酸化物等の混合物を用いることができるため、正極活物質被覆用粒子を安価に製造することができる。
以下、本発明の正極活物質被覆用粒子の製造方法における各工程について説明する。
Furthermore, an amorphous material can be obtained simply by mechanically mixing and grinding a raw material mixture of a lithium ion conductive solid electrolyte. The amorphous material can be obtained by heating the amorphous material only at a predetermined temperature. Thus, the positive electrode active material coating particles can be easily produced. Moreover, since a mixture of general-purpose oxides or the like can be used as the raw material mixture of the lithium ion conductive solid electrolyte, the positive electrode active material coating particles can be manufactured at low cost.
Hereafter, each process in the manufacturing method of the particle | grains for positive electrode active material coating | coated of this invention is demonstrated.

1.非晶質化工程
本発明における非晶質化工程は、リチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素を含む原料混合物を機械的に混合・摩砕して非晶質化させ、非晶質体を形成する工程である。以下、原料混合物および機械的に混合・摩砕する方法について説明する。
1. Amorphization process The amorphization process according to the present invention mechanically mixes and grinds the raw material mixture containing the constituent elements of the lithium ion conductive solid electrolyte to form an amorphous body. It is a process to do. Hereinafter, the raw material mixture and the method of mechanically mixing and grinding will be described.

(1)原料混合物
本発明に用いられる原料混合物としては、リチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素を含むものであれば特に限定されるものではない。本発明においては、通常、結晶性の電解質分解抑制剤の構成元素は、リチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素と重複するので、リチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素を含む原料混合物が用いられる。
(1) Raw material mixture The raw material mixture used in the present invention is not particularly limited as long as it contains a constituent element of a lithium ion conductive solid electrolyte. In the present invention, since the constituent elements of the crystalline electrolyte decomposition inhibitor usually overlap with the constituent elements of the lithium ion conductive solid electrolyte, a raw material mixture containing the constituent elements of the lithium ion conductive solid electrolyte is used.

原料化合物としては、リチウムイオン伝導性固体電解質の種類によって異なるものであるが、例えばリチウムイオン伝導性固体電解質が一般式Li1+xAlx2-x(PO4)3(MはTi、GeおよびZrからなる群から選択される少なくとも1種であり、0≦x≦1)で表されるナシコン型リン酸化合物である場合、リチウム含有化合物と、アルミニウム含有化合物と、チタン含有化合物、ゲルマニウム含有化合物およびジルコニウム含有化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物と、リン含有化合物との混合物が用いられる。 The raw material compound varies depending on the type of the lithium ion conductive solid electrolyte. For example, the lithium ion conductive solid electrolyte is represented by the general formula Li 1 + x Al x M 2-x (PO 4 ) 3 (M is Ti, A lithium-containing compound, an aluminum-containing compound, a titanium-containing compound, and germanium in the case of a Nasicon type phosphoric acid compound that is at least one selected from the group consisting of Ge and Zr and is represented by 0 ≦ x ≦ 1) A mixture of at least one compound selected from the group consisting of a containing compound and a zirconium-containing compound and a phosphorus-containing compound is used.

リチウム含有化合物としては、リチウム原子を含むものであれば特に限定されるものではなく、例えば、Li2O、LiOH、Li2CO3等を挙げることができる。リチウム含有化合物は、一種類のみ使用してもよく、二種類以上を併用して使用してもよい。 Examples of the lithium-containing compound, is not particularly limited as long as it contains lithium atoms, and examples thereof include Li 2 O, LiOH, a Li 2 CO 3 or the like. Only one type of lithium-containing compound may be used, or two or more types may be used in combination.

アルミニウム含有化合物としては、アルミニウム原子を含むものであれば特に限定されるものではなく、例えば、Al23、Al(OH)3等を挙げることができる。中でも、Al23が好ましく用いられる。Al23は電解質分解抑制作用を有するので、未反応のAl23を一部残存させることにより、正極活物質被覆用粒子をリチウム二次電池に用いた場合に、有機電解質の酸化分解を効果的に抑制することができるからである。アルミニウム含有化合物は、一種類のみ使用してもよく、二種類以上を併用して使用してもよい。
また、Al23を用いる場合、Al23の粒径を適宜調整することにより、結晶化工程にて結晶性の電解質分解抑制剤としてTiP27を形成することができる。具体的には、原料混合物としてLi2O、Al23、TiO2およびP25の混合物を用いた場合、Al23の粒径を適宜調整することにより、TiP27を生成させることができる。この際のAl23の平均粒径としては、0.05μm〜1μm程度であることが好ましく、より好ましくは0.1μm〜0.8μmの範囲内、さらに好ましくは0.3μm〜0.5μmの範囲内である。Al23の平均粒径が上記範囲であれば、TiP27を生成させることが可能である。
The aluminum-containing compound is not particularly limited as long as it contains an aluminum atom, and examples thereof include Al 2 O 3 and Al (OH) 3 . Of these, Al 2 O 3 is preferably used. Since Al 2 O 3 has an electrolyte decomposition inhibiting action, by leaving a part of the unreacted Al 2 O 3 , when the cathode active material coating particles are used in a lithium secondary battery, the oxidative decomposition of the organic electrolyte It is because it can suppress effectively. Only one type of aluminum-containing compound may be used, or two or more types may be used in combination.
When Al 2 O 3 is used, TiP 2 O 7 can be formed as a crystalline electrolyte decomposition inhibitor in the crystallization step by appropriately adjusting the particle size of Al 2 O 3 . Specifically, when a mixture of Li 2 O, Al 2 O 3 , TiO 2 and P 2 O 5 is used as a raw material mixture, TiP 2 O 7 is adjusted by appropriately adjusting the particle size of Al 2 O 3. Can be generated. In this case, the average particle size of Al 2 O 3 is preferably about 0.05 μm to 1 μm, more preferably in the range of 0.1 μm to 0.8 μm, and still more preferably 0.3 μm to 0.5 μm. Is within the range. If the average particle diameter of Al 2 O 3 is in the above range, TiP 2 O 7 can be generated.

チタン含有化合物としては、チタン原子を含むものであれば特に限定されるものではないが、TiO2が好ましく用いられる。Al23と同様に、TiO2は電解質分解抑制作用を有するので、未反応のTiO2を一部残存させることにより、正極活物質被覆用粒子をリチウム二次電池に用いた場合に、有機電解質の酸化分解を効果的に抑制することができるからである。チタン含有化合物は、一種類のみ使用してもよく、二種類以上を併用して使用してもよい。 The titanium-containing compound is not particularly limited as long as it contains a titanium atom, but TiO 2 is preferably used. Similar to Al 2 O 3 , TiO 2 has an electrolyte decomposition inhibiting action, so that a part of the unreacted TiO 2 remains, so that when the positive electrode active material coating particles are used in a lithium secondary battery, This is because the oxidative decomposition of the electrolyte can be effectively suppressed. Only one type of titanium-containing compound may be used, or two or more types may be used in combination.

ゲルマニウム含有化合物としては、ゲルマニウム原子を含むものであれば特に限定されるものではないが、GeO2が好ましく用いられる。Al23と同様に、GeO2は電解質分解抑制作用を有するので、未反応のGeO2を一部残存させることにより、正極活物質被覆用粒子をリチウム二次電池に用いた場合に、有機電解質の酸化分解を効果的に抑制することができるからである。ゲルマニウム含有化合物は、一種類のみ使用してもよく、二種類以上を併用して使用してもよい。 The germanium-containing compound is not particularly limited as long as it contains a germanium atom, but GeO 2 is preferably used. Similar to Al 2 O 3 , GeO 2 has an action of suppressing electrolyte decomposition. Therefore, by leaving a part of unreacted GeO 2 , when the positive electrode active material coating particles are used in a lithium secondary battery, This is because the oxidative decomposition of the electrolyte can be effectively suppressed. Only one type of germanium-containing compound may be used, or two or more types may be used in combination.

ジルコニウム含有化合物としては、ジルコニウム原子を含むものであれば特に限定されるものではないが、ZrO2が好ましく用いられる。Al23と同様に、ZrO2は電解質分解抑制作用を有するので、未反応のZrO2を一部残存させることにより、正極活物質被覆用粒子をリチウム二次電池に用いた場合に、有機電解質の酸化分解を効果的に抑制することができるからである。ジルコニウム含有化合物は、一種類のみ使用してもよく、二種類以上を併用して使用してもよい。 The zirconium-containing compound is not particularly limited as long as it contains a zirconium atom, but ZrO 2 is preferably used. Similar to Al 2 O 3 , ZrO 2 has an electrolyte decomposition inhibiting action. Therefore, by leaving a part of unreacted ZrO 2 , when the positive electrode active material coating particles are used in a lithium secondary battery, This is because the oxidative decomposition of the electrolyte can be effectively suppressed. One type of zirconium-containing compound may be used, or two or more types may be used in combination.

これらのチタン含有化合物、ゲルマニウム含有化合物およびジルコニウム含有化合物は、ナシコン型リン酸化合物の組成に応じて適宜選択される。   These titanium-containing compound, germanium-containing compound and zirconium-containing compound are appropriately selected according to the composition of the NASICON type phosphoric acid compound.

リン含有化合物としては、リン原子を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、P25、(NH4)2HPO4、NH42PO4等を挙げることができる。中でも、P25が好ましく用いられる。リン含有化合物は、一種類のみ使用してもよく、二種類以上を併用して使用してもよい。 The phosphorus-containing compound is not particularly limited as long as it has a phosphorus atom, and examples thereof include P 2 O 5 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , and NH 4 H 2 PO 4 . Among these, P 2 O 5 is preferably used. Only one type of phosphorus-containing compound may be used, or two or more types may be used in combination.

原料混合物に用いられる各化合物の組み合わせは、目的とするリチウムイオン伝導性固体電解質および電解質分解抑制剤の種類に応じて適宜選択される。例えば、結晶化工程にて結晶性の電解質分解抑制剤としてTiP27を形成するには、原料混合物としてLi2O、Al23、TiO2およびP25の混合物を用いることが好ましい。また例えば、結晶化工程にて結晶性の電解質分解抑制剤としてLi3PO4を形成するには、原料混合物として、LiO2およびP25を含む混合物を用いることが好ましい。結晶化工程にて結晶性の電解質分解抑制剤としてAlPO4を形成するには、原料混合物として、例えばLi2Oと、Al23と、TiO2、GeO2およびZrO2からなる群から選択される少なくとも1種と、P25との混合物を用いることができる。 The combination of each compound used for a raw material mixture is suitably selected according to the kind of target lithium ion conductive solid electrolyte and electrolyte decomposition inhibitor. For example, in order to form TiP 2 O 7 as a crystalline electrolyte decomposition inhibitor in the crystallization step, it is necessary to use a mixture of Li 2 O, Al 2 O 3 , TiO 2 and P 2 O 5 as a raw material mixture. preferable. For example, in order to form Li 3 PO 4 as a crystalline electrolyte decomposition inhibitor in the crystallization step, it is preferable to use a mixture containing LiO 2 and P 2 O 5 as a raw material mixture. In order to form AlPO 4 as a crystalline electrolyte decomposition inhibitor in the crystallization step, the raw material mixture is selected from the group consisting of, for example, Li 2 O, Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 and ZrO 2 A mixture of at least one of the above and P 2 O 5 can be used.

原料混合物に含まれる、リチウム含有化合物と、アルミニウム含有化合物と、チタン含有化合物、ゲルマニウム含有化合物およびジルコニウム含有化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物と、リン含有化合物との割合としては、目的とするリチウムイオン伝導性固体電解質および電解質分解抑制剤の種類によって異なる。例えばLi1+xAlxTi2-x(PO4)3(0≦x≦1)を作製する場合には、モル基準で、リチウム含有化合物:アルミニウム含有化合物:チタン含有化合物:リン含有化合物が、1.3〜1.5:0.3〜0.5:0.5〜1.5:2.95〜3.05であることが好ましい。 As a ratio of a lithium-containing compound, an aluminum-containing compound, at least one compound selected from the group consisting of a titanium-containing compound, a germanium-containing compound, and a zirconium-containing compound, and a phosphorus-containing compound contained in the raw material mixture, It depends on the type of the intended lithium ion conductive solid electrolyte and electrolyte decomposition inhibitor. For example, when producing Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 1), the lithium-containing compound: aluminum-containing compound: titanium-containing compound: phosphorus-containing compound on a molar basis. 1.3-1.5: 0.3-0.5: 0.5-1.5: 2.95-3.05.

(2)機械的に混合・摩砕する方法
本発明においては、上記原料混合物を機械的に混合・摩砕する。機械的に混合・摩砕する方法としては、非晶質体を得ることができる方法であれば特に限定されるものではないが、中でもメカニカルミリング法であることが好ましい。
(2) Method of mechanically mixing and grinding In the present invention, the raw material mixture is mechanically mixed and ground. The method of mechanically mixing and grinding is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining an amorphous body, but among them, the mechanical milling method is preferable.

メカニカルミリング(以下、MMと略す場合がある。)法は、固体物質に粉砕、衝撃、摩擦等の機械的なエネルギーを加えることにより、物質表面を活性化させて、物質を反応させたり構造変化させたりする(これをメカノケミカル反応ともいう。)ことができる方法である。MM法は、温度条件が室温でよいこと(熱処理が不要であること)、微粒子を作製できること、粒子の表面改質ができること、等の利点を有する。   The mechanical milling (hereinafter sometimes abbreviated as MM) method applies mechanical energy such as crushing, impact, friction, etc. to a solid material to activate the material surface and react the material or change the structure. (This is also called a mechanochemical reaction). The MM method has advantages such as that the temperature condition may be room temperature (no heat treatment is required), fine particles can be produced, and the surface of the particles can be modified.

このようなMM法を用いた場合には、原料混合物をMM法で混合・摩砕することにより一段階で非晶質体を得ることができ、この非晶質体を熱処理することのみにより、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質と結晶性の電解質分解抑制剤とを含む正極活物質被覆用粒子を容易に得ることができる。   When such an MM method is used, an amorphous body can be obtained in one step by mixing and grinding the raw material mixture by the MM method, and only by heat-treating this amorphous body, The positive electrode active material coating particles containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor can be easily obtained.

また、MM法では、原料を適宜選択することにより、第二相(第二成分)のみならず第三相(第三成分)や第四相(第四成分)を生成させる、すなわち3つ以上の相(成分)を生成させることが可能となる。したがって、複数種の電解質分解抑制剤を形成することが可能である。
さらに、MM法では、例えば原料としてAl23、TiO2、GeO2、ZrO2を用いる場合、非晶質体の形成時にAl23、TiO2、GeO2、ZrO2が未反応で一部残存することがある。これらのAl23、TiO2、GeO2、ZrO2は電解質分解抑制作用を有する。したがって、正極活物質被覆用粒子をリチウム二次電池に用いた場合には、MM法を用いることによりAl23、TiO2、GeO2、ZrO2を残存させて、有機電解質の酸化分解を効果的に抑制することができる。
In the MM method, by appropriately selecting raw materials, not only the second phase (second component) but also the third phase (third component) and the fourth phase (fourth component) are generated, that is, three or more. It becomes possible to produce | generate the phase (component) of this. Therefore, it is possible to form multiple types of electrolyte decomposition inhibitors.
Further, in the MM method, for example, when Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 , ZrO 2 is used as a raw material, Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 , ZrO 2 is not reacted during the formation of the amorphous body. Some may remain. These Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 , and ZrO 2 have an action of inhibiting electrolyte decomposition. Therefore, when the positive electrode active material coating particles are used in a lithium secondary battery, Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 , and ZrO 2 are left by using the MM method to oxidize and decompose the organic electrolyte. It can be effectively suppressed.

また、例えば原料混合物として、Li2Oと、Al23と、TiO2、GeO2およびZrO2からなる群から選択される少なくとも1種と、P25との混合物を用いる場合、MM法により得られる非晶質体では、結晶化温度が600℃付近であり、溶融急冷法により得られる非晶質体の結晶化温度(690℃)やゾル−ゲル法により得られる非晶質体の結晶化温度(660℃)よりも低温になる。したがって、MM法を用いることにより、後述の結晶化工程での加熱温度を低くすることができる。 For example, when a mixture of P 2 O 5 and at least one selected from the group consisting of Li 2 O, Al 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 and ZrO 2 is used as the raw material mixture, MM In the amorphous body obtained by the method, the crystallization temperature is around 600 ° C., the crystallization temperature of the amorphous body obtained by the melt quenching method (690 ° C.) and the amorphous body obtained by the sol-gel method Lower than the crystallization temperature (660 ° C.). Therefore, by using the MM method, the heating temperature in the crystallization process described later can be lowered.

さらに、例えば原料混合物として、Li2O、Al23、TiO2およびP25の混合物を用いる場合には、Al23の粒径を適宜調整することにより、結晶化工程にて結晶性の電解質分解抑制剤としてTiP27を生成させることができる。したがって、MM法を用い、Al23の粒径を適宜調整することによって、結晶化工程にて所望の結晶性の電解質分解抑制剤を形成することができる。 Further, for example, when a mixture of Li 2 O, Al 2 O 3 , TiO 2 and P 2 O 5 is used as a raw material mixture, by appropriately adjusting the particle size of Al 2 O 3 , TiP 2 O 7 can be produced as a crystalline electrolyte decomposition inhibitor. Therefore, by using the MM method and appropriately adjusting the particle size of Al 2 O 3, a desired crystalline electrolyte decomposition inhibitor can be formed in the crystallization step.

メカニカルミリング法としては、例えば、ボールミル装置を用いる方法を挙げることができる。ボールミル装置を用いる方法は、汎用的な方法であり、原料混合物を均一に機械的に混合・摩砕することができる。
ボールミル装置としては、例えば、遊星型ボールミル等を用いることができる。
Examples of the mechanical milling method include a method using a ball mill apparatus. The method using a ball mill apparatus is a general-purpose method, and can uniformly mix and grind the raw material mixture.
As the ball mill device, for example, a planetary ball mill or the like can be used.

ボールミル装置を用いる場合、用いられる破砕ボールの直径、材質、および反応容器の材質等は、一般的なボールミル装置と同様であり、特に限定されるものではない。破砕ボールの直径としては、例えば3mm〜20mmの範囲内、中でも5mm〜15mmの範囲内であることが好ましい。また、破砕ボールの材質としては、具体的には酸化ジルコニウム等を挙げることができる。反応容器の材質としては、具体的にはステンレススチール鋼等を挙げることができる。   When using a ball mill apparatus, the diameter and material of the crushing ball used, the material of the reaction vessel, and the like are the same as those of a general ball mill apparatus, and are not particularly limited. The diameter of the crushing ball is, for example, preferably in the range of 3 mm to 20 mm, and more preferably in the range of 5 mm to 15 mm. Specific examples of the material of the crushed ball include zirconium oxide. Specific examples of the material for the reaction vessel include stainless steel.

ボールミル装置を用いて混合・摩砕する際の回転数としては、非晶質体を得ることができれば特に限定されるものではないが、例えば300rpm〜600rpm程度で設定することができ、中でも350rpm〜550rpmの範囲内、特に400rpm〜450rpmの範囲内であることが好ましい。
また、ボールミル装置を用いて混合・摩砕する時間としては、特に限定されるものではないが、例えば5時間〜50時間程度で設定することができ、中でも7時間〜30時間の範囲内、特に10時間〜20時間の範囲内であることが好ましい。
The number of rotations when mixing and grinding using a ball mill device is not particularly limited as long as an amorphous material can be obtained, but can be set at about 300 rpm to 600 rpm, for example, 350 rpm to It is preferable to be within a range of 550 rpm, particularly within a range of 400 rpm to 450 rpm.
In addition, the time for mixing and grinding using a ball mill device is not particularly limited, but can be set, for example, in the range of about 5 hours to 50 hours, and particularly within the range of 7 hours to 30 hours. It is preferably within a range of 10 hours to 20 hours.

原料混合物を機械的に混合・摩砕する際には、不活性化ガス雰囲気下で混合・摩砕することが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、Ar、N2、He等を挙げることができる。 When the raw material mixture is mechanically mixed and ground, it is preferably mixed and ground in an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include Ar, N 2 , and He.

原料混合物は、各原料を同時に添加して混合・摩砕してもよく、各原料を順次添加して混合・摩砕してもよい。   The raw material mixture may be mixed and ground by adding each raw material simultaneously, or may be mixed and ground by sequentially adding each raw material.

本工程において、非晶質体が形成されたことは、X線回折測定(XRD)により確認することができる。   In this step, formation of an amorphous body can be confirmed by X-ray diffraction measurement (XRD).

2.結晶化工程
本発明における結晶化工程は、上記非晶質体を加熱して結晶化させ、上記結晶性の電解質分解抑制剤を形成する工程である。
2. Crystallization Step The crystallization step in the present invention is a step in which the amorphous body is heated and crystallized to form the crystalline electrolyte decomposition inhibitor.

加熱温度としては、結晶性の電解質分解抑制剤の結晶化温度以上であればよく、結晶性の電解質分解抑制剤の種類に応じて適宜選択される。例えば、結晶性の電解質分解抑制剤としてAlPO4を形成する場合には、加熱温度はAlPO4の結晶化温度以上であることが好ましい。
また、非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を形成するには、加熱温度は、結晶性の電解質分解抑制剤の結晶化温度以上、リチウムイオン伝導性固体電解質の結晶化温度未満に設定される。一方、結晶性のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を形成するには、加熱温度は、結晶性の電解質分解抑制剤の結晶化温度以上、かつ、リチウムイオン伝導性固体電解質の結晶化温度以上に設定される。
具体的には、加熱温度は、550℃〜1000℃程度で設定することができ、好ましくは570℃〜900℃の範囲内、より好ましくは600℃〜850℃の範囲内である。加熱温度が低すぎると、結晶性の電解質分解抑制剤が結晶化しにくく、加熱温度が高すぎると、リチウムが蒸発し、リチウムが欠損した組成となるおそれがあるからである。また、加熱温度を高めに設定することによって、リチウムイオン伝導性固体電解質および電解質分解抑制剤の結晶性を向上させることができる。
The heating temperature only needs to be equal to or higher than the crystallization temperature of the crystalline electrolyte decomposition inhibitor, and is appropriately selected according to the type of the crystalline electrolyte decomposition inhibitor. For example, when forming AlPO 4 as a crystalline electrolyte decomposition inhibitor, the heating temperature is preferably equal to or higher than the crystallization temperature of AlPO 4 .
In order to form an amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor, the heating temperature is equal to or higher than the crystallization temperature of the crystalline electrolyte decomposition inhibitor. It is set below the crystallization temperature. On the other hand, in order to form a crystalline lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor, the heating temperature is equal to or higher than the crystallization temperature of the crystalline electrolyte decomposition inhibitor, and the lithium ion conductive solid electrolyte. Or higher than the crystallization temperature.
Specifically, the heating temperature can be set at about 550 ° C to 1000 ° C, preferably in the range of 570 ° C to 900 ° C, more preferably in the range of 600 ° C to 850 ° C. This is because if the heating temperature is too low, the crystalline electrolyte decomposition inhibitor is difficult to crystallize, and if the heating temperature is too high, lithium may evaporate, resulting in a composition lacking lithium. Moreover, the crystallinity of the lithium ion conductive solid electrolyte and the electrolyte decomposition inhibitor can be improved by setting the heating temperature higher.

上記の加熱温度で保持する時間は、その加熱温度等の条件で異なるものとなるが、1時間〜10時間程度で設定することができ、中でも2時間〜5時間の範囲内、特に2時間〜3時間の範囲内であることが好ましい。加熱保持時間が短すぎると、結晶の成長が不充分になる可能性があり、加熱保持時間が長すぎると、リチウムが蒸発し、リチウムが欠損した組成となるおそれがあるからである。   The holding time at the above heating temperature varies depending on the conditions such as the heating temperature, but can be set in the range of about 1 hour to 10 hours, and particularly in the range of 2 hours to 5 hours, especially 2 hours to It is preferably within a range of 3 hours. This is because if the heating and holding time is too short, crystal growth may be insufficient, and if the heating and holding time is too long, lithium may evaporate, resulting in a composition lacking lithium.

加熱装置としては、特に限定されるものではなく、一般的な加熱装置を用いることができる。   The heating device is not particularly limited, and a general heating device can be used.

非晶質体を加熱する際の雰囲気としては、例えば、大気雰囲気であってもよく、不活性ガス雰囲気であってもよい。   The atmosphere for heating the amorphous body may be, for example, an air atmosphere or an inert gas atmosphere.

本工程においては、少なくとも結晶性の電解質分解抑制剤が形成されればよいが、結晶性のリチウムイオン伝導性固体電解質が形成されてもよい。
なお、本工程において、結晶性の電解質分解抑制剤および結晶性のリチウムイオン伝導性固体電解質が形成されたことは、上記「A.リチウム二次電池」に記載した方法により確認することができる。
また、正極活物質被覆用粒子が、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電荷質および結晶性の電解質分解抑制剤を含有することについても、上記「A.リチウム二次電池」に記載した方法により確認することができる。
In this step, at least a crystalline electrolyte decomposition inhibitor may be formed, but a crystalline lithium ion conductive solid electrolyte may be formed.
In this step, the formation of the crystalline electrolyte decomposition inhibitor and the crystalline lithium ion conductive solid electrolyte can be confirmed by the method described in “A. Lithium secondary battery” above.
In addition, the positive electrode active material coating particles also contain a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid charge and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor, as described in "A. Lithium secondary battery" above. The method can be confirmed.

なお、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤の詳細については、上記「A.リチウム二次電池」に記載したので、ここでの説明は省略する。   The details of the crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and the crystalline electrolyte decomposition inhibitor are described in “A. Lithium secondary battery” above, and thus the description thereof is omitted here.

C.リチウム二次電池の製造方法
本発明のリチウム二次電池の製造方法は、2つの実施態様がある。以下、各実施態様に分けて説明する。
C. 2. Manufacturing method of lithium secondary battery The manufacturing method of the lithium secondary battery of this invention has two embodiments. In the following, each embodiment will be described separately.

1.第1実施態様
本発明のリチウム二次電池の製造方法の第1実施態様は、正極層と、負極層と、有機電解質とを有するリチウム二次電池の製造方法であって、上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法により得られる正極活物質被覆用粒子と、正極活物質とを混合して、上記正極活物質被覆用粒子を表面に有する上記正極活物質を調製する正極活物質調製工程を有することを特徴とするものである。
1. 1st embodiment 1st embodiment of the manufacturing method of the lithium secondary battery of this invention is a manufacturing method of the lithium secondary battery which has a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an organic electrolyte, Comprising: Said positive electrode active material A cathode active material preparation step of preparing the cathode active material having the cathode active material coating particles on the surface by mixing the cathode active material coating particles obtained by the coating particle manufacturing method and the cathode active material. It is characterized by having.

本実施態様によれば、上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法により得られる正極活物質被覆用粒子を用いるので、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤がミクロ相分離状態で存在している正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質を得ることができる。このような正極活物質を用いて正極層を形成することにより、高電圧充電時のサイクル容量の低下を抑制し、かつ、急速充放電時の容量の低下を抑制することが可能なリチウム二次電池を得ることができる。   According to this embodiment, since the positive electrode active material coating particles obtained by the above-described method for manufacturing the positive electrode active material coating particles are used, the crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and the crystalline electrolyte decomposition are used. It is possible to obtain a positive electrode active material having positive electrode active material coating particles on the surface of which an inhibitor is present in a microphase separation state. By forming a positive electrode layer using such a positive electrode active material, a lithium secondary capable of suppressing a decrease in cycle capacity during high-voltage charging and suppressing a decrease in capacity during rapid charge / discharge A battery can be obtained.

また、上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法により得られる正極活物質被覆用粒子を用いるので、リチウムイオン導電率の比較的高いリチウムイオン伝導性固体電解質を得ることができ、高いリチウムイオン伝導性を実現することができる。
以下、本実施態様のリチウム二次電池の製造方法における各工程について説明する。
Moreover, since the positive electrode active material coating particles obtained by the above-described method for manufacturing the positive electrode active material coating particles are used, a lithium ion conductive solid electrolyte having a relatively high lithium ion conductivity can be obtained, and high lithium ion conductivity can be obtained. Can be realized.
Hereinafter, each process in the manufacturing method of the lithium secondary battery of this embodiment is demonstrated.

(1)正極活物質調製工程
本実施態様における正極活物質調製工程は、上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法により得られる正極活物質被覆用粒子と、正極活物質とを混合して、上記正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質を調製する工程である。
(1) Positive electrode active material preparation process The positive electrode active material preparation process in this embodiment mixes the positive electrode active material coating particles obtained by the above-described method for producing positive electrode active material coating particles and the positive electrode active material, This is a step of preparing a positive electrode active material having the positive electrode active material coating particles on its surface.

正極活物質被覆用粒子および正極活物質を混合する方法としては、正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質を得ることができる方法であれば特に限定されるものではない。また、混合方法として、メカニカルミリング法を用いてもよい。   The method for mixing the positive electrode active material coating particles and the positive electrode active material is not particularly limited as long as the positive electrode active material having the positive electrode active material coating particles on the surface thereof can be obtained. Further, a mechanical milling method may be used as a mixing method.

正極活物質被覆用粒子および正極活物質を混合する際の雰囲気としては、例えば、大気雰囲気であってもよく、不活性ガス雰囲気であってもよい。   The atmosphere for mixing the positive electrode active material coating particles and the positive electrode active material may be, for example, an air atmosphere or an inert gas atmosphere.

なお、正極活物質については上記「A.リチウム二次電池」に記載し、正極活物質被覆用粒子については上記「B.正極活物質被覆用粒子の製造方法」に記載したので、ここでの説明は省略する。   The positive electrode active material is described in “A. Lithium secondary battery”, and the positive electrode active material coating particles are described in “B. Method for producing positive electrode active material coating particles”. Description is omitted.

(2)その他の工程
本実施態様のリチウム二次電池の製造方法は、少なくとも上記正極活物質調製工程を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、上記正極活物質調製工程にて得られた、正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質を含有する正極層を形成する正極層形成工程、負極層を形成する負極層形成工程、およびリチウム二次電池を組立てる電池組立工程等を有していてもよい。これらの工程については、一般的なリチウム二次電池における工程と同様であるので、ここでの説明は省略する。
また、得られるリチウムイオン電池については、上記「A.リチウム二次電池」に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
(2) Other steps The method for producing a lithium secondary battery of this embodiment is not particularly limited as long as it has at least the positive electrode active material preparation step. For example, in the positive electrode active material preparation step, A positive electrode layer forming step for forming a positive electrode layer containing a positive electrode active material having particles for coating a positive electrode active material on its surface, a negative electrode layer forming step for forming a negative electrode layer, and a battery assembly step for assembling a lithium secondary battery Etc. may be included. Since these steps are the same as those in a general lithium secondary battery, description thereof is omitted here.
Further, the obtained lithium ion battery is the same as that described in the above-mentioned “A. Lithium secondary battery”, and therefore the description thereof is omitted here.

2.第2実施態様
本発明のリチウム二次電池の製造方法の第2実施態様は、正極層と、負極層と、有機電解質とを有するリチウム二次電池の製造方法であって、上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法の非晶質化工程にて得られる非晶質体と、正極活物質とを機械的に混合した後、上記非晶質体および上記正極活物質の混合物を加熱して上記非晶質体を結晶化させ、結晶性の電解質分解抑制剤を形成し、上記正極活物質被覆用粒子を表面に有する上記正極活物質を調製する正極活物質調製工程を有することを特徴とするものである。
2. Second Embodiment A second embodiment of the method for producing a lithium secondary battery according to the present invention is a method for producing a lithium secondary battery having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an organic electrolyte, wherein the positive electrode active material described above is used. After mechanically mixing the amorphous body obtained in the amorphization step of the coating particle manufacturing method and the positive electrode active material, the mixture of the amorphous body and the positive electrode active material is heated. Characterized by having a positive electrode active material preparation step of crystallizing the amorphous body to form a crystalline electrolyte decomposition inhibitor and preparing the positive electrode active material having the positive electrode active material coating particles on its surface. To do.

本実施態様によれば、非晶質体を結晶化させて結晶性の電解質分解抑制剤を形成するので、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質と結晶性の電解質分解抑制剤とがミクロ相分離状態となっている正極活物質被覆用粒子を得ることができる。そして、ミクロ相分離状態で存在している結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質と結晶性の電解質分解抑制剤とを含有する正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質を得ることができる。このような正極活物質を用いて正極層を形成することにより、高電圧充電時のサイクル容量の低下を抑制し、かつ、急速充放電時の容量の低下を抑制することが可能なリチウム二次電池を得ることができる。   According to this embodiment, since the amorphous body is crystallized to form a crystalline electrolyte decomposition inhibitor, a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte, a crystalline electrolyte decomposition inhibitor, It is possible to obtain particles for coating the positive electrode active material in which the microphase separation state is present. And a positive electrode active material having particles on the surface for coating a positive electrode active material containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte present in a microphase-separated state and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor Obtainable. By forming a positive electrode layer using such a positive electrode active material, a lithium secondary capable of suppressing a decrease in cycle capacity during high-voltage charging and suppressing a decrease in capacity during rapid charge / discharge A battery can be obtained.

また、上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法の非晶質化工程にて得られる非晶質体を結晶化させるので、リチウムイオン導電率の比較的高いリチウムイオン伝導性固体電解質を得ることができ、高いリチウムイオン伝導性を実現することができる。   Moreover, since the amorphous body obtained in the amorphization step of the method for producing particles for coating positive electrode active material is crystallized, a lithium ion conductive solid electrolyte having a relatively high lithium ion conductivity can be obtained. And high lithium ion conductivity can be realized.

さらに、正極活物質および非晶質体を機械的に混合し、この正極活物質および非晶質体の混合物を所定の温度で加熱することのみで、ミクロ相分離状態で存在している結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質と結晶性の電解質分解抑制剤とを含有する正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質を得ることができるので、容易に正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質を作製することができる。   Furthermore, the crystallinity existing in the microphase-separated state can be obtained simply by mechanically mixing the positive electrode active material and the amorphous material and heating the mixture of the positive electrode active material and the amorphous material at a predetermined temperature. Alternatively, a positive electrode active material having particles for coating a positive electrode active material containing an amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor can be obtained. A positive electrode active material having particles on the surface can be manufactured.

本実施態様においては、正極活物質と上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法の非晶質化工程にて得られる非晶質体と機械的に混合した後、正極活物質および非晶質体を加熱した際に、まずガラス転移温度付近で非晶質体の軟化がおこり、次いでガラス転移温度より高い結晶化温度で結晶性の電解質分解抑制剤が生成する。その結果、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質と結晶性の電解質分解抑制剤とを含有する正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質を得ることができる。
以下、本実施態様のリチウム二次電池の製造方法における各工程について説明する。
In the present embodiment, the positive electrode active material and the amorphous material obtained in the amorphization step of the above-described method for producing the positive electrode active material coating particles are mechanically mixed, and then the positive electrode active material and the amorphous material are mixed. When the body is heated, the amorphous body is first softened in the vicinity of the glass transition temperature, and then a crystalline electrolyte decomposition inhibitor is generated at a crystallization temperature higher than the glass transition temperature. As a result, a positive electrode active material having positive electrode active material coating particles containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor on the surface can be obtained.
Hereinafter, each process in the manufacturing method of the lithium secondary battery of this embodiment is demonstrated.

(1)正極活物質調製工程
本実施態様における正極活物質調製工程は、上述の正極活物質被覆用粒子の製造方法の非晶質化工程にて得られる非晶質体と、正極活物質とを機械的に混合した後、上記非晶質体および上記正極活物質の混合物を加熱して上記非晶質体を結晶化させ、結晶性の電解質分解抑制剤を形成し、上記正極活物質被覆用粒子を表面に有する上記正極活物質を調製する工程である。
(1) Positive electrode active material preparation step The positive electrode active material preparation step in the present embodiment includes an amorphous body obtained in the amorphization step of the above-described method for producing positive electrode active material coating particles, a positive electrode active material, And then mixing the amorphous body and the positive electrode active material to crystallize the amorphous body to form a crystalline electrolyte decomposition inhibitor, and coating the positive electrode active material. It is the process of preparing the said positive electrode active material which has particle | grains for the surface.

非晶質体と正極活物質とを機械的に混合する方法としては、非晶質体を表面に有する正極活物質を得ることができる方法であれば特に限定されるものではないが、中でもメカニカルミリング法であることが好ましい。   The method of mechanically mixing the amorphous body and the positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining a positive electrode active material having an amorphous body on the surface. The milling method is preferred.

メカニカルミリング法としては、例えば、ボールミル装置を用いる方法を挙げることができる。ボールミル装置を用いる方法は、汎用的な方法であり、非晶質体および正極活物質を均一に機械的に混合することができる。
ボールミル装置としては、例えば、遊星型ボールミル等を用いることができる。
Examples of the mechanical milling method include a method using a ball mill apparatus. A method using a ball mill apparatus is a general-purpose method, and an amorphous body and a positive electrode active material can be uniformly and mechanically mixed.
As the ball mill device, for example, a planetary ball mill or the like can be used.

ボールミル装置を用いる場合、用いられる破砕ボールの直径、材質、および反応容器の材質等は、一般的なボールミル装置と同様であり、特に限定されるものではない。破砕ボールの直径としては、例えば3mm〜20mmの範囲内、中でも5mm〜15mmの範囲内であることが好ましい。また、破砕ボールの材質としては、具体的には酸化ジルコニウム等を挙げることができる。反応容器の材質としては、具体的にはステンレススチール鋼等を挙げることができる。   When using a ball mill apparatus, the diameter and material of the crushing ball used, the material of the reaction vessel, and the like are the same as those of a general ball mill apparatus, and are not particularly limited. The diameter of the crushing ball is, for example, preferably in the range of 3 mm to 20 mm, and more preferably in the range of 5 mm to 15 mm. Specific examples of the material of the crushed ball include zirconium oxide. Specific examples of the material for the reaction vessel include stainless steel.

ボールミル装置を用いて混合する際の回転数としては、非晶質体を表面に有する正極活物質を得ることができれば特に限定されるものではないが、例えば100rpm〜350rpm程度で設定することができ、中でも150rpm〜300rpmの範囲内、特に200rpm〜250rpmの範囲内であることが好ましい。
また、ボールミル装置を用いて混合する時間としては、特に限定されるものではないが、例えば1時間〜10時間程度で設定することができ、中でも1時間〜5時間の範囲内、特に1時間〜2時間の範囲内であることが好ましい。
The number of rotations when mixing using a ball mill device is not particularly limited as long as a positive electrode active material having an amorphous body on the surface can be obtained, but can be set at, for example, about 100 rpm to 350 rpm. In particular, it is preferably within the range of 150 rpm to 300 rpm, particularly within the range of 200 rpm to 250 rpm.
Further, the mixing time using the ball mill device is not particularly limited, but can be set, for example, in the range of 1 hour to 10 hours, and in particular, in the range of 1 hour to 5 hours, particularly 1 hour to It is preferably within a range of 2 hours.

非晶質体および正極活物質を機械的に混合する際の雰囲気としては、例えば、大気雰囲気であってもよく、不活性ガス雰囲気であってもよい。   The atmosphere for mechanically mixing the amorphous body and the positive electrode active material may be, for example, an air atmosphere or an inert gas atmosphere.

なお、非晶質体および正極活物質の混合物の加熱温度、加熱保持時間、加熱雰囲気およびその他の点については、上記「B.正極活物質被覆用粒子の製造方法 2.結晶化工程」の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
また、正極活物質、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質、および結晶性の電解質分解抑制剤の詳細については、上記「A.リチウム二次電池」に記載したので、ここでの説明は省略する。
In addition, about the heating temperature of the mixture of an amorphous body and a positive electrode active material, a heating holding time, a heating atmosphere, and other points, the above-mentioned "B. Method for producing particles for coating positive electrode active material 2. Crystallization step" Since it is the same as that described in the above, description thereof is omitted here.
The details of the positive electrode active material, the crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte, and the crystalline electrolyte decomposition inhibitor are described in “A. Lithium secondary battery” above. Description is omitted.

(2)その他の工程
本実施態様のリチウム二次電池の製造方法は、少なくとも上記正極活物質調製工程を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、上記正極活物質調製工程にて得られた、正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質を含有する正極層を形成する正極層形成工程、負極層を形成する負極層形成工程、およびリチウム二次電池を組立てる電池組立工程等を有していてもよい。これらの工程については、一般的なリチウム二次電池における工程と同様であるので、ここでの説明は省略する。
また、得られるリチウムイオン電池については、上記「A.リチウム二次電池」に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
(2) Other steps The method for producing a lithium secondary battery of this embodiment is not particularly limited as long as it has at least the positive electrode active material preparation step. For example, in the positive electrode active material preparation step, A positive electrode layer forming step for forming a positive electrode layer containing a positive electrode active material having particles for coating a positive electrode active material on its surface, a negative electrode layer forming step for forming a negative electrode layer, and a battery assembly step for assembling a lithium secondary battery Etc. may be included. Since these steps are the same as those in a general lithium secondary battery, description thereof is omitted here.
Further, the obtained lithium ion battery is the same as that described in the above-mentioned “A. Lithium secondary battery”, and therefore the description thereof is omitted here.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

[実施例1]
(正極活物質被覆用粒子の作製)
原料としてLi2CO3、Al23、TiO2および(NH4)2HPO4を用い、これらをLi2O:Al23:TiO2:P25のモル比が14:9:38:39となるように混合した後、空気中700℃で2時間仮焼した。次いで、直径10mmの酸化ジルコニウムの粉砕ボールを用いた遊星型ボールミルにて、室温、アルゴンガス雰囲気下、回転数350rpm、40時間のメカニカルミリング(MM)処理を行い、非晶質化させた。次いで、得られた粉末(非晶質体)を空気中850℃で4時間加熱して結晶化させた。
[Example 1]
(Preparation of positive electrode active material coating particles)
Li 2 CO 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 and (NH 4 ) 2 HPO 4 are used as raw materials, and these have a molar ratio of Li 2 O: Al 2 O 3 : TiO 2 : P 2 O 5 of 14: 9. : After mixing so that it might become 38:39, it calcined at 700 degreeC in the air for 2 hours. Next, in a planetary ball mill using a zirconium oxide pulverized ball having a diameter of 10 mm, mechanical milling (MM) treatment was performed at room temperature in an argon gas atmosphere at a rotational speed of 350 rpm for 40 hours to make it amorphous. Next, the obtained powder (amorphous) was crystallized by heating in air at 850 ° C. for 4 hours.

粉末X線回折測定の結果を図2に示す。図2における(a)〜(c)はそれぞれ、700℃で2時間仮焼後、MM処理後、850℃で4時間加熱後のX線回折パターンである。また、図2におけるI〜Vはそれぞれ、Al23、TiO2、AlPO4、LiTi2(PO4)3のJCPDSのX線回折パターンである。
MM処理後では、未反応のAl23、TiO2の弱いピークが確認されたが、ハローパターンを示し室温で非晶質化することがわかった(図2(b))。850℃で4時間空気中で熱処理すると、主にLiTi2(PO4)3とAlPO4に帰属されるピークが確認された(図2(c))。これにより、Ti4+がAl3+に一部置換固溶されたLi1+xAlxTi2-x(PO4)3とAlPO4とが生成され(組成式にして概ね2[Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3]−AlPO4)、未反応のAl23、TiO2が残存していることがわかった。
The result of the powder X-ray diffraction measurement is shown in FIG. 2A to 2C are X-ray diffraction patterns after calcining at 700 ° C. for 2 hours, MM treatment, and heating at 850 ° C. for 4 hours, respectively. 2 are JCPDS X-ray diffraction patterns of Al 2 O 3 , TiO 2 , AlPO 4 , and LiTi 2 (PO 4 ) 3 , respectively.
After the MM treatment, weak peaks of unreacted Al 2 O 3 and TiO 2 were confirmed, but a halo pattern was shown and it became amorphous at room temperature (FIG. 2 (b)). When heat treatment was performed in air at 850 ° C. for 4 hours, peaks mainly attributed to LiTi 2 (PO 4 ) 3 and AlPO 4 were confirmed (FIG. 2 (c)). As a result, Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 and AlPO 4 in which Ti 4+ is partially substituted and dissolved in Al 3+ are generated (composition formula is approximately 2 [Li 1.3 It was found that Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 ] -AlPO 4 ), unreacted Al 2 O 3 and TiO 2 remained.

(正極層の作製)
LiCoO2と上記の結晶化後の粉末とを95:5(重量比)で混合することにより、正極材料を調製した。次いで、この正極材料に、アセチレンブラック(AB)を混合し、さらにn−メチルピロリドン(NMP)に溶解したポリビニリデンフロライド(PVDF)バインダーを添加し、スラリーを作製した。正極材料とABとPVDFとの混合割合は、85:5:10(重量比)とした。このスラリーをAl集電体に塗布し、プレス、真空乾燥することにより正極層を作製した。
(Preparation of positive electrode layer)
A positive electrode material was prepared by mixing LiCoO 2 and the above crystallized powder in a weight ratio of 95: 5. Subsequently, acetylene black (AB) was mixed with this positive electrode material, and a polyvinylidene fluoride (PVDF) binder dissolved in n-methylpyrrolidone (NMP) was added to prepare a slurry. The mixing ratio of the positive electrode material, AB, and PVDF was 85: 5: 10 (weight ratio). This slurry was applied to an Al current collector, pressed and vacuum dried to produce a positive electrode layer.

(リチウム二次電池の作製)
上記の正極層を用い、負極層に金属Li、電解液に、ECおよびEMCを体積比率3:7で混合した混合溶媒に支持塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を濃度1mol/dm3で溶解したものを用いて、2極式コインセルを作製した。
(Production of lithium secondary battery)
Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a supporting salt is used as a supporting salt in a mixed solvent in which the positive electrode layer is used, metallic Li is used for the negative electrode layer, EC and EMC are mixed in an electrolyte solution, and volume ratio is 3: 7. Using the one dissolved in 3 , a bipolar coin cell was produced.

[実施例2]
(正極活物質被覆用粒子の作製)
原料としてLi2O、Al23、TiO2、P25を用い、これらを14:9:38:39(モル比)で、高純度アルゴンガス(純度99.99%)を充填したグローブボックス中にて混合した後、直径10mmの酸化ジルコニウムの粉砕ボールとともにステンレススチール鋼の完全密閉可能な容器中に投入した。密閉後の容器をグローブボックス内より取り出し、遊星型ボールミル装置に装着し、台盤回転数450rpm、20時間、室温でMM処理して、非晶質化させた。
[Example 2]
(Preparation of positive electrode active material coating particles)
A glove box using Li 2 O, Al 2 O 3 , TiO 2 , and P 2 O 5 as raw materials and filled with high purity argon gas (purity 99.99%) at 14: 9: 38: 39 (molar ratio). After mixing in, it was put together with a 10 mm diameter pulverized ball of zirconium oxide into a completely sealable container of stainless steel. The sealed container was taken out from the glove box, mounted on a planetary ball mill device, and made amorphous by MM treatment at a platform rotation speed of 450 rpm for 20 hours at room temperature.

粉末X線回折測定の結果を図3に示す。図3(a)〜(d)はそれぞれ、MM処理後、700℃で2時間加熱後、800℃で2時間加熱後、850℃で2時間加熱後のX線回折パターンである。また、図3におけるI〜Vはそれぞれ、Al23、TiO2、AlPO4、LiTi2(PO4)3のJCPDSのX線回折パターンである。
回転数450rpm、20時間のMM処理では、未反応のAl23、TiO2の弱いピークが確認されるが、ハローパターンを示し室温で非晶質化することがわかった(図3(a))。
また、MM処理後に得られた粉末(非晶質体)の空気雰囲気中でのTG−DTA測定の結果を図4に示す。図4より、600℃付近に結晶化と思われる発熱ピークが観察された。
The result of the powder X-ray diffraction measurement is shown in FIG. 3A to 3D are X-ray diffraction patterns after MM treatment, after heating at 700 ° C. for 2 hours, after heating at 800 ° C. for 2 hours, and after heating at 850 ° C. for 2 hours, respectively. Further, I to V in FIG. 3 are JCPDS X-ray diffraction patterns of Al 2 O 3 , TiO 2 , AlPO 4 , and LiTi 2 (PO 4 ) 3 , respectively.
In the MM treatment at a rotation speed of 450 rpm for 20 hours, weak peaks of unreacted Al 2 O 3 and TiO 2 were confirmed, but it showed a halo pattern and became amorphous at room temperature (FIG. 3 (a )).
Moreover, the result of the TG-DTA measurement in the air atmosphere of the powder (amorphous body) obtained after MM processing is shown in FIG. From FIG. 4, an exothermic peak considered to be crystallized was observed at around 600 ° C.

そこで、MM処理後の粉末(非晶質体)を700℃、800℃、850℃でそれぞれ2時間、空気中にて熱処理した。その結果、主にLiTi2(PO4)3とAlPO4に帰属されるピークが確認された(図3(b)〜(d))。これにより、Ti4+がAl3+に一部置換固溶されたLi1+xAlxTi2-x(PO4)3とAlPO4とが生成され(組成式にして概ね2[Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3]−AlPO4)、未反応のAl23、TiO2が残存していることがわかった。また、これらのピーク強度は、熱処理温度の上昇とともに強くなり、結晶性の向上が確認された。 Therefore, the powder (amorphous) after MM treatment was heat-treated in air at 700 ° C., 800 ° C., and 850 ° C. for 2 hours. As a result, peaks attributed mainly to LiTi 2 (PO 4 ) 3 and AlPO 4 were confirmed (FIGS. 3B to 3D). As a result, Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 and AlPO 4 in which Ti 4+ is partially substituted and dissolved in Al 3+ are generated (composition formula is approximately 2 [Li 1.3 It was found that Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 ] -AlPO 4 ), unreacted Al 2 O 3 and TiO 2 remained. Moreover, these peak intensities became stronger as the heat treatment temperature increased, and it was confirmed that the crystallinity was improved.

(正極層の作製)
LiCoO2と、上記の結晶化後の各粉末とを、それぞれ95:5(重量比)で混合することにより、正極材料を調製した。その後、この正極材料に、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)を混合し、さらにNMPに溶解したポリビニリデンフロライド(PVDF)バインダーを添加し、スラリーを作製した。正極材料とABとPVDFとの混合割合は、85:5:10(重量比)とした。このスラリーをAl集電体に塗布し、プレス、真空乾燥することにより正極層を作製した。
(Preparation of positive electrode layer)
A positive electrode material was prepared by mixing LiCoO 2 and each of the powders after crystallization at 95: 5 (weight ratio). Thereafter, acetylene black (AB) as a conductive additive was mixed with the positive electrode material, and a polyvinylidene fluoride (PVDF) binder dissolved in NMP was added to prepare a slurry. The mixing ratio of the positive electrode material, AB, and PVDF was 85: 5: 10 (weight ratio). This slurry was applied to an Al current collector, pressed and vacuum dried to produce a positive electrode layer.

(リチウム二次電池の作製)
上記の正極層を用い、負極層に金属Li、電解液に、ECおよびEMCを体積比率3:7で混合した混合溶媒に支持塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を濃度1mol/dm3で溶解したものを用いて、2極式コインセルを作製した。
(Production of lithium secondary battery)
Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a supporting salt is used as a supporting salt in a mixed solvent in which the positive electrode layer is used, metallic Li is used for the negative electrode layer, EC and EMC are mixed in an electrolyte solution, and volume ratio is 3: 7. Using the one dissolved in 3 , a bipolar coin cell was produced.

[実施例3]
(正極活物質被覆用粒子を表面に有する正極活物質の作製)
原料としてLi2O、Al23、TiO2、P25を用い、これらを14:9:38:39(モル比)で、高純度アルゴンガス(純度99.99%)を充填したグローブボックス中にて混合した後、直径10mmの酸化ジルコニウムの粉砕ボールとともにステンレススチール鋼の完全密閉可能な容器中に投入した。密閉後の容器をグローブボックス内より取り出し、遊星型ボールミル装置に装着し、台盤回転数450rpm、20時間、室温でMM処理して、非晶質化させた。次いで、得られた粉末(非晶質体)とLiCoO2を95:5(重量比)で混合し、非晶質体の結晶化温度以上である850℃で2時間熱処理した。
[Example 3]
(Preparation of cathode active material having cathode active material coating particles on its surface)
A glove box using Li 2 O, Al 2 O 3 , TiO 2 , and P 2 O 5 as raw materials and filled with high purity argon gas (purity 99.99%) at 14: 9: 38: 39 (molar ratio). After mixing in, it was put together with a 10 mm diameter pulverized ball of zirconium oxide into a completely sealable container of stainless steel. The sealed container was taken out from the glove box, mounted on a planetary ball mill device, and made amorphous by MM treatment at a platform rotation speed of 450 rpm for 20 hours at room temperature. Next, the obtained powder (amorphous body) and LiCoO 2 were mixed at 95: 5 (weight ratio), and heat-treated at 850 ° C., which is higher than the crystallization temperature of the amorphous body, for 2 hours.

(正極層の作製)
上記の非晶質体およびLiCoO2を熱処理した粉末に、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)を混合し、さらにNMPに溶解したポリビニリデンフロライド(PVDF)バインダーを添加し、スラリーを作製した。正極材料とABとPVDFとの混合割合は、85:5:10(重量比)とした。このスラリーをAl集電体に塗布し、プレス、真空乾燥することにより正極層を作製した。
(Preparation of positive electrode layer)
Acetylene black (AB) as a conductive assistant was mixed with the above-mentioned amorphous and LiCoO 2 heat-treated powder, and a polyvinylidene fluoride (PVDF) binder dissolved in NMP was added to prepare a slurry. The mixing ratio of the positive electrode material, AB, and PVDF was 85: 5: 10 (weight ratio). This slurry was applied to an Al current collector, pressed and vacuum dried to produce a positive electrode layer.

(リチウム二次電池の作製)
上記の正極層を用い、負極層に金属Li、電解液に、ECおよびEMCを体積比率3:7で混合した混合溶媒に支持塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を濃度1mol/dm3で溶解したものを用いて、2極式コインセルを作製した。
(Production of lithium secondary battery)
Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a supporting salt is used as a supporting salt in a mixed solvent in which the positive electrode layer is used, metallic Li is used for the negative electrode layer, EC and EMC are mixed in an electrolyte solution, and volume ratio is 3: 7. Using the one dissolved in 3 , a bipolar coin cell was produced.

[比較例1]
実施例1〜3で用いたLiCoO2と同様のものを用いて正極層を作製した。まず、LiCoO2と導電助剤であるアセチレンブラック(AB)を混合し、NMPに溶解したポリビニリデンフロライド(PVDF)バインダーを添加し、スラリーを作製した。LiCoO2とABとPVDFとの混合割合は、85:5:10(重量比)とした。このスラリーをAl集電体に塗布し、プレス、真空乾燥することにより正極層を作製した。
この正極層を用い、負極層に金属Li、電解液に、ECおよびEMCを体積比率3:7で混合した混合溶媒に支持塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を濃度1mol/dm3で溶解したものを用いて、2極式コインセルを作製した。
[Comparative Example 1]
A positive electrode layer was prepared using the same LiCoO 2 used in Examples 1 to 3. First, LiCoO 2 and acetylene black (AB), which is a conductive additive, were mixed, and a polyvinylidene fluoride (PVDF) binder dissolved in NMP was added to prepare a slurry. The mixing ratio of LiCoO 2 , AB and PVDF was 85: 5: 10 (weight ratio). This slurry was applied to an Al current collector, pressed and vacuum dried to produce a positive electrode layer.
Using this positive electrode layer, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was used as a supporting salt in a mixed solvent prepared by mixing metallic Li in the negative electrode layer, electrolyte, EC and EMC at a volume ratio of 3: 7, and a concentration of 1 mol / dm 3 A bipolar coin cell was prepared using the material dissolved in (1).

[実施例4]
(正極活物質被覆用粒子の作製)
Li2O、Al23、TiO2、P25をそれぞれ14:9:38:39のモル比率で混合し、遊星型ボールミルにて室温、アルゴン雰囲気下、450回転で40時間、メカニカルミリング(MM)処理を行った。次いで、空気中にて800℃で2時間焼成した。
得られた粉末について、粉末X線回折測定を行ったところ、LiTi2(PO4)3とAlPO4に帰属されるピークが確認された。これにより、Ti4+がAl3+に一部置換固溶されたLi1+xAlxTi2-x(PO4)3とAlPO4とが生成されたことがわかった。
[Example 4]
(Preparation of positive electrode active material coating particles)
Li 2 O, Al 2 O 3 , TiO 2 , and P 2 O 5 were mixed at a molar ratio of 14: 9: 38: 39, respectively, in a planetary ball mill at room temperature in an argon atmosphere at 450 rpm for 40 hours. Milling (MM) treatment was performed. Subsequently, it baked at 800 degreeC in the air for 2 hours.
When the obtained powder was subjected to powder X-ray diffraction measurement, peaks attributable to LiTi 2 (PO 4 ) 3 and AlPO 4 were confirmed. Thus, it was found that Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 and AlPO 4 in which Ti 4+ was partially substituted and dissolved in Al 3+ were produced.

(正極層の作製)
結着剤であるポリビニリデンフロライド(PVDF)を5g溶解したn−メチルピロリドン溶液125mL中に、正極活物質であるLiCoO2粉末80.75gと、上記の粉末4.25gと、導電剤であるカーボンブラック10gとを導入し、均一に混合するまで混錬し、ペーストを作製した。
このペーストを厚さ15μmのAl集電体上に片面塗布し、その後乾燥することで、電極を作製した。電極目付量は6mg/cm2とした。この電極をプレスし、ペースト厚さ45μm、ペースト密度2.4g/cm3とした。そして、この電極をφ16mmとなるように切り出した。
(Preparation of positive electrode layer)
In 125 mL of n-methylpyrrolidone solution in which 5 g of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder is dissolved, 80.75 g of LiCoO 2 powder as a positive electrode active material, 4.25 g of the above powder, and carbon black as a conductive agent 10 g was introduced and kneaded until uniformly mixed to prepare a paste.
This paste was applied on one side onto a 15 μm thick Al current collector and then dried to produce an electrode. The electrode basis weight was 6 mg / cm 2 . This electrode was pressed to a paste thickness of 45 μm and a paste density of 2.4 g / cm 3 . Then, this electrode was cut out to have a diameter of 16 mm.

(負極層の作製)
結着剤であるポリビニリデンフロライド(PVDF)を7.5g溶解したn−メチルピロリドン溶液125mL中に、負極活物質であるグラファイト粉末92.5gを導入し、均一に混合するまで混錬し、ペーストを作製した。
このペーストを厚さ15μmのCu集電体上に片面塗布し、その後乾燥することで、電極を作製した。電極目付量は4mg/cm2とした。この電極をプレスし、ペースト厚さ20μm、ペースト密度1.2g/cm3とした。そして、この電極をφ19mmとなるように切り出した。
(Preparation of negative electrode layer)
92.5 g of graphite powder as the negative electrode active material is introduced into 125 mL of n-methylpyrrolidone solution in which 7.5 g of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder is dissolved, and the paste is kneaded until uniformly mixed. Produced.
This paste was applied on one side onto a 15 μm thick Cu current collector and then dried to prepare an electrode. The electrode basis weight was 4 mg / cm 2 . This electrode was pressed to a paste thickness of 20 μm and a paste density of 1.2 g / cm 3 . Then, this electrode was cut out to have a diameter of 19 mm.

(リチウム二次電池の作製)
得られた正極および負極を用いて、CR2032型コインセルを得た。なお、セパレータには、PP製セパレータを用いた。電解液には、エチレンカーボネート(EC)およびジメチルカーボネート(DMC)を体積比率3:7で混合した混合溶媒に、支持塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を濃度1mol/Lで溶解したものを用いた。
(Production of lithium secondary battery)
A CR2032 type coin cell was obtained using the obtained positive electrode and negative electrode. A PP separator was used as the separator. For the electrolyte, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved as a supporting salt in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) mixed at a volume ratio of 3: 7 at a concentration of 1 mol / L. Things were used.

[実施例5]
下記のようにして正極活物質被覆用粒子を作製した以外は、実施例4と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
[Example 5]
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that the positive electrode active material coating particles were produced as follows.

(正極活物質被覆用粒子の作製)
原料としてLi2O、Al23、TiO2、P25を用い、これらを実施例2のモル比に対してAl23とTiO2の割合を増やした12:10:40:38(モル比)で、高純度アルゴンガス(純度99.99%)を充填したグローブボックス中にて混合した後、直径10mmの酸化ジルコニウムの粉砕ボールとともにステンレススチール鋼の完全密閉可能な容器中に投入した。密閉後の容器をグローブボックス内より取り出し、遊星型ボールミル装置に装着し、台盤回転数450rpm、20時間、室温でMM処理して、非晶質化させた。
粉末X線回折測定の結果より、実施例2の結果と比較して未反応のAl23、TiO2のピークが強く確認された。また、ハローパターンを示し室温で非晶質化することがわかった。
(Preparation of positive electrode active material coating particles)
Li 2 O, Al 2 O 3 , TiO 2 , P 2 O 5 were used as raw materials, and these were increased in the ratio of Al 2 O 3 and TiO 2 with respect to the molar ratio of Example 2 12:10:40: After mixing in a glove box filled with high-purity argon gas (purity 99.99%) at 38 (molar ratio), it was put together with a 10 mm diameter zirconium oxide ball into a completely sealable container made of stainless steel. . The sealed container was taken out from the glove box, mounted on a planetary ball mill device, and made amorphous by MM treatment at a platform rotation speed of 450 rpm for 20 hours at room temperature.
From the result of the powder X-ray diffraction measurement, the peaks of unreacted Al 2 O 3 and TiO 2 were strongly confirmed as compared with the result of Example 2. Moreover, it turned out that it shows a halo pattern and becomes amorphous at room temperature.

次いで、得られた粉末を700℃で2時間、空気中にて熱処理した。
粉末X線回折測定の結果より、Al23、TiO2に帰属されるピークに加えて、LiTi2(PO4)3とAlPO4に帰属されるピークが確認された。これにより、Ti4+がAl3+に一部置換固溶されたLi1+xAlxTi2-x(PO4)3とAlPO4とが生成するとともに、未反応のAl23、TiO2が積極的に残存したことがわかった。
Next, the obtained powder was heat-treated in air at 700 ° C. for 2 hours.
From the result of the powder X-ray diffraction measurement, in addition to the peaks attributed to Al 2 O 3 and TiO 2 , peaks attributed to LiTi 2 (PO 4 ) 3 and AlPO 4 were confirmed. As a result, Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 and AlPO 4 in which Ti 4+ is partially substituted and dissolved in Al 3+ are produced, and unreacted Al 2 O 3 , It was found that TiO 2 remained actively.

[実施例6]
下記のようにして正極活物質被覆用粒子を作製した以外は、実施例4と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
[Example 6]
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that the positive electrode active material coating particles were produced as follows.

(正極活物質被覆用粒子の作製)
原料としてLi2O、Al23、TiO2、P25を用いた。このときAl23として実施例2で用いたAl23よりも粒径の小さい粒径0.1μm程度のものを用いた。Li2O、Al23、TiO2、P25を14:9:38:39(モル比)で、高純度アルゴンガス(純度99.99%)を充填したグローブボックス中にて混合した後、直径10mmの酸化ジルコニウムの粉砕ボールとともにステンレススチール鋼の完全密閉可能な容器中に投入した。密閉後の容器をグローブボックス内より取り出し、遊星型ボールミル装置に装着し、台盤回転数450rpm、20時間、室温でMM処理して、非晶質化させた。
粉末X線回折測定の結果より、未反応のAl23、TiO2の弱いピークが確認されたが、ハローパターンを示し室温で非晶質化することがわかった。
(Preparation of positive electrode active material coating particles)
Li 2 O, Al 2 O 3 , TiO 2 and P 2 O 5 were used as raw materials. At this time, Al 2 O 3 having a particle diameter of about 0.1 μm smaller than that of Al 2 O 3 used in Example 2 was used. After mixing Li 2 O, Al 2 O 3 , TiO 2 , and P 2 O 5 in a glove box filled with high purity argon gas (purity 99.99%) at 14: 9: 38: 39 (molar ratio) Then, it was put together with a pulverized ball of zirconium oxide having a diameter of 10 mm into a completely sealable container made of stainless steel. The sealed container was taken out from the glove box, mounted on a planetary ball mill device, and made amorphous by MM treatment at a platform rotation speed of 450 rpm for 20 hours at room temperature.
From the results of powder X-ray diffraction measurement, weak peaks of unreacted Al 2 O 3 and TiO 2 were confirmed, but they showed a halo pattern and became amorphous at room temperature.

次いで、得られた粉末を700℃で2時間、空気中にて熱処理した。
粉末X線回折測定の結果より、LiTi2(PO4)3とAlPO4に帰属されるピークに加えて、TiP27に帰属されるピークが確認された。これにより、Ti4+がAl3+に一部置換固溶されたLi1+xAlxTi2-x(PO4)3とAlPO4とが生成するとともに、TiP27が生成し、未反応のAl23、TiO2が残存したことがわかった。これは、粒径の小さい(例えばサブミクロンオーダー)Al23を用いることで、TiO2とP25の反応性が高まったことによるものと思料される。
Next, the obtained powder was heat-treated in air at 700 ° C. for 2 hours.
From the result of the powder X-ray diffraction measurement, in addition to the peaks attributed to LiTi 2 (PO 4 ) 3 and AlPO 4 , the peak attributed to TiP 2 O 7 was confirmed. As a result, Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 and AlPO 4 in which Ti 4+ is partially substituted and dissolved in Al 3+ are produced, and TiP 2 O 7 is produced. It was found that unreacted Al 2 O 3 and TiO 2 remained. This is thought to be due to the increased reactivity of TiO 2 and P 2 O 5 by using Al 2 O 3 having a small particle size (for example, submicron order).

[比較例2]
実施例4の正極層の作製において、正極活物質被覆用粒子の作製にて得られた粉末の代わりに、AlPO4を用いた以外は、実施例4と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
[Comparative Example 2]
In the production of the positive electrode layer of Example 4, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that AlPO 4 was used instead of the powder obtained in the production of the positive electrode active material coating particles. .

[評価]
実施例1〜6および比較例1,2で得られたコインセルの放電容量比率およびサイクル特性を評価した。なお、実施例2では、850℃で2時間熱処理した粉末を用いて作製したコインセルについて評価を行った。
[Evaluation]
The discharge capacity ratios and cycle characteristics of the coin cells obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated. In Example 2, a coin cell manufactured using a powder heat-treated at 850 ° C. for 2 hours was evaluated.

(放電容量比率)
まず、電流値0.1mA/cm2で3.0〜4.1Vのコンディショニングを行った。その後、電流値1mA/cm2で4.1Vまで2.5時間充電後に、電流値1mA/cm2で3.0Vまで放電し、容量を測定した。さらに、電流値1mA/cm2で4.1Vまで2.5時間充電後に、電流値20mA/cm2で3.0Vまで放電し、容量を測定した。そして、(20mA/cm2での放電容量)/(1mA/cm2での放電容量)を求めた。
(サイクル特性)
放電レート容量測定後、3.0〜4.1V、2C、60℃の500サイクルで放電容量維持率を測定した。
結果を表1に示す。
(Discharge capacity ratio)
First, conditioning of 3.0 to 4.1 V was performed at a current value of 0.1 mA / cm 2 . Thereafter, the battery was charged to 4.1 V at a current value of 1 mA / cm 2 for 2.5 hours, discharged to 3.0 V at a current value of 1 mA / cm 2 , and the capacity was measured. Furthermore, after charging to 4.1 V at a current value of 1 mA / cm 2 for 2.5 hours, the battery was discharged to 3.0 V at a current value of 20 mA / cm 2 and the capacity was measured. Then, (discharge capacity at 20 mA / cm 2 ) / (discharge capacity at 1 mA / cm 2 ) was obtained.
(Cycle characteristics)
After measuring the discharge rate capacity, the discharge capacity retention rate was measured at 500 cycles of 3.0 to 4.1 V, 2 C, 60 ° C.
The results are shown in Table 1.

Figure 0005110565
Figure 0005110565

実施例2では、実施例1と同等の結果が得られた。700℃、800℃でそれぞれ2時間熱処理した粉末を用いて作製したコインセルにおいても、実施例1と同等の結果が得られた。また実施例3では、実施例1,2と同等の効果が得られた。一方、比較例1では、実施例1〜3と比較してサイクル容量の低下が著しかった。また、放電時の過電圧も大きく、急速充放電時の容量低下を引き起こすことも示唆された。   In Example 2, the same result as in Example 1 was obtained. The same results as in Example 1 were also obtained for coin cells prepared using powders heat treated at 700 ° C. and 800 ° C. for 2 hours. In Example 3, the same effect as in Examples 1 and 2 was obtained. On the other hand, in Comparative Example 1, the cycle capacity was significantly reduced as compared with Examples 1 to 3. It was also suggested that the overvoltage at the time of discharge was large, causing a decrease in capacity during rapid charge / discharge.

本発明のリチウム二次電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the lithium secondary battery of this invention. 実施例1の粉末のX線回折パターンを示すグラフである。2 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of the powder of Example 1. 実施例2の粉末のX線回折パターンを示すグラフである。4 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of the powder of Example 2. 実施例2の粉末のTG−DTA曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the TG-DTA curve of the powder of Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 … 正極集電体
2 … 結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子
3 … 正極活物質
4 … 正極層
5 … 負極集電体
6 … 負極活物質
7 … 負極層
8 … セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode collector 2 ... Primary particle | grains containing crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and crystalline electrolyte decomposition inhibitor 3 ... Positive electrode active material 4 ... Positive electrode layer 5 ... Negative electrode collector 6 ... Negative electrode active material 7 ... Negative electrode layer 8 ... Separator

Claims (12)

結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および前記リチウムイオン伝導性固体電解質以外の結晶相である結晶性の電解質分解抑制剤を含み、前記リチウムイオン伝導性固体電解質および前記電解質分解抑制剤がミクロ相分離状態である一次粒子を含有する固体粉末を表面に有する正極活物質を含有する正極層と、
負極層と、
前記固体粉末を表面に有する正極活物質に接触するように配置された有機電解質と
を有することを特徴とするリチウム二次電池。
Crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte, and viewed including the crystalline electrolyte decomposition inhibitor is a crystal phase other than the lithium ion conductive solid electrolyte, the lithium ion conductive solid electrolyte and the electrolyte decomposition A positive electrode layer containing a positive electrode active material having solid powder on the surface containing primary particles in which the inhibitor is in a microphase-separated state ;
A negative electrode layer;
A lithium secondary battery comprising: an organic electrolyte disposed so as to be in contact with a positive electrode active material having the solid powder on a surface thereof.
前記結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質が、一般式Li1+xAlx2-x(PO4)3(MはTi、GeおよびZrからなる群から選択される少なくとも1種であり、0≦x≦1)で表されるナシコン型リン酸化合物であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池。 The crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte has a general formula of Li 1 + x Al x M 2−x (PO 4 ) 3 (M is at least one selected from the group consisting of Ti, Ge and Zr) 2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium secondary battery is a NASICON phosphoric acid compound that is a seed and is represented by 0 ≦ x ≦ 1). 前記結晶性の電解質分解抑制剤が、AlPO4、TiP27、Li3PO4、Al23およびTiO2からなる群から選択される少なくとも一種の結晶性金属酸化物であることを特徴とする請求項2に記載のリチウム二次電池。 The crystalline electrolyte decomposition inhibitor is at least one crystalline metal oxide selected from the group consisting of AlPO 4 , TiP 2 O 7 , Li 3 PO 4 , Al 2 O 3 and TiO 2. The lithium secondary battery according to claim 2. 前記結晶性の電解質分解抑制剤が、AlPO4であることを特徴とする請求項3に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 3, wherein the crystalline electrolyte decomposition inhibitor is AlPO 4 . 結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および前記リチウムイオン伝導性固体電解質以外の結晶相である結晶性の電解質分解抑制剤を含有する正極活物質被覆用粒子の製造方法であって、
前記リチウムイオン伝導性固体電解質の構成元素を含む原料混合物を機械的に混合・摩砕して非晶質化させ、非晶質体を形成する非晶質化工程と、
前記非晶質体を加熱して結晶化させ、前記結晶性の電解質分解抑制剤を形成する結晶化工程と
を有することを特徴とする正極活物質被覆用粒子の製造方法。
Crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte, and a method for producing a positive electrode active material coating particles containing a crystalline electrolyte decomposition inhibitor is a crystal phase other than the lithium ion conductive solid electrolyte ,
An amorphization step of mechanically mixing and grinding the raw material mixture containing the constituent elements of the lithium ion conductive solid electrolyte to form an amorphous body;
A method for producing particles for coating a positive electrode active material, comprising: a crystallization step of crystallizing the amorphous body by heating to form the crystalline electrolyte decomposition inhibitor.
前記結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質が、一般式Li1+xAlx2-x(PO4)3(MはTi、GeおよびZrからなる群から選択される少なくとも1種であり、0≦x≦1)で表されるナシコン型リン酸化合物であることを特徴とする請求項5に記載の正極活物質被覆用粒子の製造方法。 The crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte has a general formula of Li 1 + x Al x M 2−x (PO 4 ) 3 (M is at least one selected from the group consisting of Ti, Ge and Zr) 6. The method for producing particles for coating a positive electrode active material according to claim 5, wherein the phosphoric acid compound is a seed and is a Nasicon type phosphoric acid compound represented by 0 ≦ x ≦ 1). 前記結晶性の電解質分解抑制剤が、AlPO4、TiP27、Li3PO4、Al23およびTiO2からなる群から選択される少なくとも一種の結晶性金属酸化物であることを特徴とする請求項6に記載の正極活物質被覆用粒子の製造方法。 The crystalline electrolyte decomposition inhibitor is at least one crystalline metal oxide selected from the group consisting of AlPO 4 , TiP 2 O 7 , Li 3 PO 4 , Al 2 O 3 and TiO 2. A method for producing particles for coating a positive electrode active material according to claim 6. 前記原料混合物が、Li2Oと、Al23と、TiO2、GeO2およびZrO2からなる群から選択される少なくとも1種と、P25との混合物であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の正極活物質被覆用粒子の製造方法。 The raw material mixture, to a Li 2 O, and Al 2 O 3, at least one member selected from the group consisting of TiO 2, GeO 2 and ZrO 2, characterized in that it is a mixture of P 2 O 5 The manufacturing method of the particle | grains for positive electrode active material coating | coated of Claim 6 or Claim 7. 前記機械的に混合・摩砕する方法がメカニカルミリング法であることを特徴とする請求項5から請求項8までのいずれかに記載の正極活物質被覆用粒子の製造方法。   The method for producing particles for coating a positive electrode active material according to any one of claims 5 to 8, wherein the mechanical mixing and grinding method is a mechanical milling method. 正極層と、負極層と、有機電解質とを有するリチウム二次電池の製造方法であって、
請求項5から請求項9までのいずれかに記載の正極活物質被覆用粒子の製造方法により得られる正極活物質被覆用粒子と、正極活物質とを混合して、前記正極活物質被覆用粒子を表面に有する前記正極活物質を調製する正極活物質調製工程を有することを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。
A method for producing a lithium secondary battery having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an organic electrolyte,
The positive electrode active material coating particles obtained by mixing the positive electrode active material coating particles obtained by the method for producing positive electrode active material coating particles according to any one of claims 5 to 9 and the positive electrode active material, A method for producing a lithium secondary battery, comprising a positive electrode active material preparation step of preparing the positive electrode active material having a surface thereof.
正極層と、負極層と、有機電解質とを有するリチウム二次電池の製造方法であって、
請求項5から請求項9までのいずれかに記載の正極活物質被覆用粒子の製造方法の非晶質化工程にて得られる非晶質体と、正極活物質とを機械的に混合した後、前記非晶質体および前記正極活物質の混合物を加熱して前記非晶質体を結晶化させ、結晶性の電解質分解抑制剤を形成し、前記正極活物質被覆用粒子を表面に有する前記正極活物質を調製する正極活物質調製工程を有することを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。
A method for producing a lithium secondary battery having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an organic electrolyte,
After mechanically mixing the amorphous body obtained in the amorphization step of the method for producing positive electrode active material coating particles according to any one of claims 5 to 9, and the positive electrode active material The amorphous body and the positive electrode active material are heated to crystallize the amorphous body to form a crystalline electrolyte decomposition inhibitor, and the positive electrode active material coating particles are on the surface. A method for producing a lithium secondary battery, comprising a positive electrode active material preparation step of preparing a positive electrode active material.
前記機械的に混合する方法がメカニカルミリング法であることを特徴とする請求項11に記載のリチウム二次電池の製造方法。   The method of manufacturing a lithium secondary battery according to claim 11, wherein the mechanical mixing method is a mechanical milling method.
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