JP5207589B2 - Method for producing negative electrode active material for lithium secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム2次電池用負極活物質の製造方法に関し、特に、湿式混合方式を用いるリチウム2次電池用負極活物質の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery, and more particularly to a method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery using a wet mixing method.

携帯電子機器の駆動用電源として小型軽量で環境負荷の少ない高エネルギー密度を有するリチウム(Li)2次電池が開発されている。このリチウム2次電池において、正極活物質と負極活物質とが電解液を有するセパレータを挟んだ構造をしており、リチウムイオン(Li)が負極活物質にインターカレート(層間挿入)されると充電し、負極活物質からデインターカレート(層間脱離)されると放電し、この充放電を繰り返すことにより再利用が可能となる。 2. Description of the Related Art Lithium (Li) secondary batteries having a high energy density that is small and light and has a low environmental impact have been developed as power sources for driving portable electronic devices. This lithium secondary battery has a structure in which a positive electrode active material and a negative electrode active material sandwich a separator having an electrolytic solution, and lithium ions (Li + ) are intercalated (intercalated) into the negative electrode active material. It is discharged when it is deintercalated (interlayer desorption) from the negative electrode active material, and can be reused by repeating this charge / discharge.

しかし、充放電サイクルが増加すると、負極活物質の表面に針状のリチウム(Li)結晶(デンドライト)が析出したり、このデンドライトが集電体から剥がれセパレータを貫通し電池内部で短絡が生じ、電池の寿命を短くしたりサイクル特性が劣化するという問題が発生することがある。
このため、実用電池には上記のような問題のない炭素材料が負極活物質として使用されている。このうちで代表的なものには、黒鉛系の炭素材料があるが、体積あたりの容量は小さいため、特に携帯電子機器として性能を向上させることは困難である。
However, when the charge / discharge cycle is increased, acicular lithium (Li) crystals (dendrites) are deposited on the surface of the negative electrode active material, or the dendrites are peeled off from the current collector to cause a short circuit inside the battery, There may be a problem that the life of the battery is shortened or the cycle characteristics are deteriorated.
For this reason, the carbon material which does not have the above problems is used as a negative electrode active material in a practical battery. Among these, a typical one is a graphite-based carbon material, but since the capacity per volume is small, it is difficult to improve the performance particularly as a portable electronic device.

また、シリコン(Si)やスズ(Sn)などの合金系も検討されているが、充電時の膨張が大きく、且つサイクル劣化が大きいという問題がある。また、この合金系の負極活物質はLi対比の電位がカーボンに比べて高く、電池として高容量化及び高電圧化し難い場合がある。   Further, although alloy systems such as silicon (Si) and tin (Sn) have been studied, there are problems that expansion during charging is large and cycle deterioration is large. In addition, this alloy-based negative electrode active material has a higher potential compared to Li than carbon, and as a battery, it may be difficult to increase the capacity and voltage.

また、これらとは異なる負極活物質として酸化物原料で合成されるLiが報告されているが、サイクル特性及びレート特性等に問題がある。 In addition, Li X V Y O 2 synthesized from an oxide raw material as a negative electrode active material different from these has been reported, but there are problems in cycle characteristics, rate characteristics, and the like.

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、組成がより均一なリチウム2次電池用負極活物質の製造方法を提供することにある。   This invention is made | formed based on recognition of this subject, The objective is to provide the manufacturing method of the negative electrode active material for lithium secondary batteries with a more uniform composition.

本発明の一態様によれば、Li,V,Me(MeはV以外の遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属のいすれかひとつあるいは混合されたもの)のそれぞれの有機塩をa:b:cのモル比で有機酸塩混合物を形成する工程と、前記有機酸塩混合物に還元剤を添加した混合水溶液を形成する工程と前記混合水溶液を乾燥して有機酸塩前駆体を形成する工程と、前記有機酸塩前駆体を窒素または不活性ガス雰囲気中において焼成することによりLiMe(1.0≦a≦1.25,0.75≦b≦1,0≦c≦0.1)なる組成式で表される複合酸化物を形成する工程と、を備えたことを特徴とするリチウムイオン2次電池用負極活物質の製造方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, each organic salt of Li, V, and Me (Me is one of transition metals other than V, alkali metal, alkaline earth metal, or a mixture thereof) is added to a: b. A step of forming an organic acid salt mixture at a molar ratio of: c, a step of forming a mixed aqueous solution in which a reducing agent is added to the organic acid salt mixture, and a step of drying the mixed aqueous solution to form an organic acid salt precursor And Li a V b Me C O 2 (1.0 ≦ a ≦ 1.25, 0.75 ≦ b ≦ 1,0 ≦) by firing the organic acid salt precursor in a nitrogen or inert gas atmosphere. and a step of forming a composite oxide represented by the composition formula c ≦ 0.1). A method for producing a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery is provided.

本発明においては、Li,V,Meのそれぞれの有機酸塩をa:b:cのモル比で有機酸塩混合物を形成する工程と、前記有機酸塩混合物に還元剤を添加した混合水溶液を形成する工程と前記混合水溶液を乾燥して有機酸塩前駆体を形成する工程と、を行うことで均一な混合が可能となり、均一組成からなる混合粉末が調製でき、前記有機酸塩前駆体を窒素または不活性ガス雰囲気中において焼成することによりLiMe(1.0≦a≦1.25,0.75≦b≦1,0≦c≦0.1)なる組成式で表される複合酸化物を形成する工程とを行うことで、均質化した2次電池用負極活物質を製造する方法が得られる。 In the present invention, a step of forming an organic acid salt mixture of each organic acid salt of Li, V, and Me at a molar ratio of a: b: c, and a mixed aqueous solution in which a reducing agent is added to the organic acid salt mixture. The step of forming and the step of drying the mixed aqueous solution to form the organic acid salt precursor enable uniform mixing, and a mixed powder having a uniform composition can be prepared. Li a V b Me c O 2 (1.0 ≦ a ≦ 1.25, 0.75 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 0.1) by firing in a nitrogen or inert gas atmosphere The method of manufacturing the homogenized negative electrode active material for secondary batteries is obtained by performing the process of forming complex oxide represented by these.

本発明によれば、有機酸を用いた湿式混合方式により組成がより均一なリチウム2次電池用負極活物質の製造方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the negative electrode active material for lithium secondary batteries with a more uniform composition by the wet mixing system using an organic acid is provided.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係るリチウム2次電池の負極活物質の製造方法を表すフローチャートである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a negative electrode active material of a lithium secondary battery according to this embodiment.

また、図2は、図1の本実施形態の製造方法により得られる負極活物質を用いたリチウム2次電池5の要部を例示する一部断面図である。
まず、図2を参照しつつ、本実施形態により得られる負極活物質を用いたリチウム2次電池について説明する。リチウム2次電池5はスパイラル式円筒型であり、正極集電体25が2層の正極活物質20で挟まれた正極26と、負極集電体15が2層の負極活物質10で挟まれた負極16と、の間に薄膜状のセパレータ30が挟まれてなる積層体がセンターピン7に多重に巻かれた円筒状構造の積層体が形成されている。そして、この積層体の上下には、それぞれ絶縁板13a、13bが設けられている。この円筒状の積層体は、一端に底部が形成された中空円柱状からなる正極端子28の中に収納されている。積層体の正極集電体25は、絶縁板13aを貫通して正極リード27により正極端子28に接続されている。また、この底部に対向する開口側の絶縁板13b上には、絶縁板13b方向に凸形状を有する安全弁31と、この安全弁31とは反対方向に凸形状を有するキャップ状の負極端子18と、がこの順で形成されている。この安全弁31と負極端子18の縁面は、ガスケット32によりシールされ、正極端子28から離間している。また、積層体の負極集電体15は、絶縁板13bを貫通して負極リード17により負極端子18に接続されている。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating the main part of the lithium secondary battery 5 using the negative electrode active material obtained by the manufacturing method of the present embodiment of FIG.
First, a lithium secondary battery using the negative electrode active material obtained by the present embodiment will be described with reference to FIG. The lithium secondary battery 5 has a spiral cylindrical shape, and a positive electrode 26 in which a positive electrode current collector 25 is sandwiched between two layers of a positive electrode active material 20 and a negative electrode current collector 15 is sandwiched between two layers of a negative electrode active material 10. A laminate having a cylindrical structure in which a laminate in which a thin film separator 30 is sandwiched between the negative electrode 16 and a center pin 7 is wound in multiple layers is formed. Insulating plates 13a and 13b are provided above and below the laminate, respectively. This cylindrical laminated body is housed in a positive electrode terminal 28 having a hollow cylindrical shape with a bottom formed at one end. The positive electrode current collector 25 of the laminate passes through the insulating plate 13 a and is connected to the positive electrode terminal 28 by the positive electrode lead 27. Further, on the insulating plate 13b on the opening side facing the bottom, a safety valve 31 having a convex shape in the direction of the insulating plate 13b, and a cap-shaped negative electrode terminal 18 having a convex shape in the opposite direction to the safety valve 31, Are formed in this order. The edge surfaces of the safety valve 31 and the negative electrode terminal 18 are sealed by the gasket 32 and are separated from the positive electrode terminal 28. Further, the negative electrode current collector 15 of the laminate passes through the insulating plate 13 b and is connected to the negative electrode terminal 18 by the negative electrode lead 17.

負極活物質10及び正極活物質20は、リチウムイオンをインターカレートあるいはデインターカレートできる格子間距離を有する結晶構造を有する。また、負極集電体15及び正極集電体25は、リチウムイオンの移動により生じた起電力を取り出す役割を果たす。セパレータ30は、負極16と正極26との短絡を防ぐ役割を果たし、且つ、電解液を保持してリチウムイオンを両極間に移動させる役割も有する。このセパレータ30は、多孔質状であり、その表面には細孔が形成されている。   The negative electrode active material 10 and the positive electrode active material 20 have a crystal structure having an interstitial distance capable of intercalating or deintercalating lithium ions. Further, the negative electrode current collector 15 and the positive electrode current collector 25 play a role of extracting an electromotive force generated by the movement of lithium ions. The separator 30 plays the role which prevents the short circuit with the negative electrode 16 and the positive electrode 26, and also has a role which hold | maintains electrolyte solution and moves lithium ion between both electrodes. The separator 30 is porous and has pores formed on its surface.

ここで、本実施形態によれば、負極活物質10として、LiMe(1.0≦a≦1.25、0.75≦b≦1.0、0≦c≦0.10)を用いることができる。このMeは、例えば、遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属からなる1種類あるいは複数種類の元素であり、例えば、遷移金属としては、Vを除いたSc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cdであり、アルカリ金属としてはLi、Na、K、Rb、Cs、Frであり、アルカリ土類金属としてMg、Ca、Sr、Ba、Raを挙げることができ、イオン状態ではMeX+(Xは価数)となる。このようにMeを添加すると負極活物質の結晶構造が安定するので、所望の電池特性が得られる。また、このような化合物は充放電を繰り返しても可逆性を維持し、長寿命の電極である点も有利である。 Here, according to the present embodiment, Li a V b Me c O 2 (1.0 ≦ a ≦ 1.25, 0.75 ≦ b ≦ 1.0, 0 ≦ c ≦ 0) is used as the negative electrode active material 10. .10) can be used. This Me is, for example, one or more kinds of elements composed of transition metals, alkali metals, and alkaline earth metals. For example, as transition metals, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co excluding V , Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, alkali metals are Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, alkaline earths Examples of the metal include Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra, and in the ionic state, MeX + (X is a valence). When Me is added in this manner, the crystal structure of the negative electrode active material is stabilized, so that desired battery characteristics can be obtained. Further, such a compound is advantageous in that it retains reversibility even after repeated charge and discharge and is a long-life electrode.

一方、正極活物質20には、例えばLiCoO、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)等を用いることができる。負極集電体15及び正極集電体25には、例えば、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等の高い電気伝導性を有する金属を用いることができる。またセパレータに保持させる電解液の導電率は、1×10−3S/センチメータ以上であると好適である。 On the other hand, for the positive electrode active material 20, for example, LiCoO 2 , lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), or the like can be used. For the negative electrode current collector 15 and the positive electrode current collector 25, for example, a metal having high electrical conductivity such as copper (Cu) or aluminum (Al) can be used. Moreover, it is suitable that the electrical conductivity of the electrolytic solution held in the separator is 1 × 10 −3 S / centimeter or more.

次に、本実施形態に用いることができるリチウム2次電池5の充放電動作について説明する。充電する場合、電池外部からの電圧の印加により正極活物質20の結晶格子から放出されたリチウムイオンは、電解質を保持するセパレータ30を介して、負極活物質10の結晶格子に侵入固溶して、負極活物質10に蓄えられる。放電する場合は、負極活物質10に蓄えられたリチウムイオンが、セパレータ30を介して正極活物質20内の結晶格子格子に侵入固溶して、正極活物質20に蓄えられる。   Next, the charge / discharge operation of the lithium secondary battery 5 that can be used in this embodiment will be described. When charging, the lithium ions released from the crystal lattice of the positive electrode active material 20 by applying a voltage from the outside of the battery penetrate into the crystal lattice of the negative electrode active material 10 via the separator 30 holding the electrolyte and are dissolved. And stored in the negative electrode active material 10. In the case of discharging, the lithium ions stored in the negative electrode active material 10 penetrate into the crystal lattice lattice in the positive electrode active material 20 through the separator 30 and are dissolved and stored in the positive electrode active material 20.

ここで、この負極活物質10の組成が不均一であると、その表面の均質性も損なわれるため、充放電サイクル頻度の増加に伴い負極活物質10の表面に局所的にデンドライトが析出やすく電池容量のバラツキが大きくなるという問題が生じる。   Here, if the composition of the negative electrode active material 10 is not uniform, the uniformity of the surface is also impaired. Therefore, as the charge / discharge cycle frequency increases, the dendrite tends to be locally deposited on the surface of the negative electrode active material 10. There arises a problem that the variation in capacity increases.

これに対して、本実施形態の製造方法によれば、有機酸を用いて湿式混合することで、組成がより均一な負極活物質10が得られる。これにより、電池特性を向上させることが可能となる。   On the other hand, according to the manufacturing method of this embodiment, the negative electrode active material 10 with a more uniform composition is obtained by wet-mixing using an organic acid. Thereby, battery characteristics can be improved.

以下、比較例を参照しつつ、本実施形態に係るリチウム2次電池5の製造方法について説明する。
図3は、本実施形態の比較とする製造方法を表すフローチャートである。
Hereinafter, a method for manufacturing the lithium secondary battery 5 according to the present embodiment will be described with reference to a comparative example.
FIG. 3 is a flowchart showing a manufacturing method for comparison with the present embodiment.

まず、比較の製造方法について説明する。
図3に表すように、炭酸リチウム粉末(LiCO)と、酸化バナジウム粉末と、Me粉末と、をリチウムとバナジウムとMeのモル比でa:b:c(1.0≦a≦1.25、0.75≦b≦1.0、0≦c≦0.10)となるように調製する(ステップS200)。そして、これらの原料をして乾式混合して原料混合物を調製する(ステップS210)。乾式混合法は、例えば、ボールミルなどを用いて実施できる。その後、このようにして得られた調製粉末を窒素または不活性ガス雰囲気中で焼成してLiMe(1.0≦a≦1.25,0.75≦b≦1,0≦c≦0.1)を形成する(ステップS220)。
First, a comparative manufacturing method will be described.
As shown in FIG. 3, lithium carbonate powder (Li 2 CO 3 ), vanadium oxide powder, and Me powder are a: b: c (1.0 ≦ a ≦ 1) in a molar ratio of lithium, vanadium, and Me. .25, 0.75 ≦ b ≦ 1.0, 0 ≦ c ≦ 0.10) (step S200). And these raw materials are dry-mixed and a raw material mixture is prepared (step S210). The dry mixing method can be performed using, for example, a ball mill. Thereafter, the prepared powder thus obtained was calcined in a nitrogen or inert gas atmosphere and Li a V b Me C O 2 (1.0 ≦ a ≦ 1.25, 0.75 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 0.1) is formed (step S220).

このように乾式混合を用いて調製した原料混合物は、後に実施例を参照しつつ説明するように、不均一な粒度分布を有し不均質な混合状態である。このため、この原料混合物を焼成した負極活物質10は、偏析した組成が形成されるため、電池容量のバラツキが大きくなる。   Thus, the raw material mixture prepared using dry mixing has a non-uniform particle size distribution and is in a non-uniform mixed state, as will be described later with reference to examples. For this reason, since the segregated composition is formed in the negative electrode active material 10 obtained by firing this raw material mixture, the battery capacity varies greatly.

これに対して、本実施形態の製造方法においては、図1に表したように、リチウムとバナジウムとMeとをそれぞれを含む各有機酸塩からなる原料をa:b:c(1.0≦a≦1.25,0.75≦b≦1,0≦c≦0.1)のモル比で調製する(ステップS100)。ここで、各原料は、例えば、リチウムを含む原料がLiCOであり、バナジウムを含む原料がVやVやVなどであり、Meを含む原料が有機酸Tiなどを用いることができる。 In contrast, in the manufacturing method of the present embodiment, as shown in FIG. 1, a raw material made of each organic acid salt containing lithium, vanadium, and Me is used as a: b: c (1.0 ≦ a ≦ 1.25, 0.75 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 0.1) (step S100). Here, as for each raw material, for example, the raw material containing lithium is Li 2 CO 3 , the raw material containing vanadium is V 2 O 5 , V 2 O 4 , V 2 O 3, etc., and the raw material containing Me is organic Acid Ti or the like can be used.

そして、これらの原料を有機酸に添加して有機酸塩混合物を形成し、この有機酸塩混合物を湿式混合方式により混合して混合水溶液を形成する(ステップS110)。有機酸としては、還元作用を有するものが望ましく、例えば、COOH基を1〜4個有するものや、OH基を1〜3個有するもの、N(窒素)元素を1〜4個有するものを挙げることができる。これは、酸化物などの形態で供給される原料を還元し、リチウムとバナジウムとMeとの化合物を安定的に形成する作用が得られる。   Then, these raw materials are added to an organic acid to form an organic acid salt mixture, and this organic acid salt mixture is mixed by a wet mixing method to form a mixed aqueous solution (step S110). As the organic acid, those having a reducing action are desirable, and examples thereof include those having 1 to 4 COOH groups, those having 1 to 3 OH groups, and those having 1 to 4 N (nitrogen) elements. be able to. This can reduce the raw material supplied in the form of an oxide or the like and can stably form a compound of lithium, vanadium, and Me.

また、この湿式混合方式に際して、有機酸塩の各金属に対する有機酸の割合を1〜6倍当量程度とし、混合水溶液中のLiMe濃度を0.1〜2モル/リットルにするとよい。これにより、混合水溶液中では、例えば、化1に表すような反応が生じる。

このように、有機酸を用いて湿式混合を行うと、それぞれの元素が溶解してイオン状態で混合され、極めて均一に混合させることができる。ここで、仮に、有機酸の代わりに無機酸を用いると、各原料が十分に溶解されず、所望の混合水溶液が得られないことがある。続いて、この混合水溶液を60℃〜150℃で乾燥して、粉末状の有機酸塩前駆体を形成する(ステップS120)。
In this wet mixing method, the ratio of the organic acid to each metal of the organic acid salt is about 1 to 6 times equivalent, and the Li a V b Me c O 2 concentration in the mixed aqueous solution is 0.1 to 2 mol / liter. It is good to. Thereby, in the mixed aqueous solution, for example, a reaction represented by Chemical Formula 1 occurs.

Thus, when wet mixing is performed using an organic acid, each element is dissolved and mixed in an ionic state, and can be mixed extremely uniformly. Here, if an inorganic acid is used instead of an organic acid, each raw material may not be sufficiently dissolved, and a desired mixed aqueous solution may not be obtained. Subsequently, this mixed aqueous solution is dried at 60 ° C. to 150 ° C. to form a powdery organic acid salt precursor (step S120).

そして、有機酸塩前駆体を窒素またはその他の不活性ガス雰囲気中で焼成して、LiMe(1.25≧a≧1.0、1.0≧b≧0.75、0.1≧c≧0)を形成する(ステップS130)。ここで、焼成を2段階に分けて実施することもできる。すなわち、有機酸塩前駆体を例えば、600℃以下の温度で、窒素ガスまたは不活性ガス雰囲気下で「仮焼成」した後、さらに、600〜1300℃の温度で、同雰囲気下で「本焼成」することができる。仮焼成することで、有機酸塩前駆体中の有機酸成分が熱分解によりガス化され除去され高純度化できる。また、本焼成により高純度化した有機酸塩前駆体を粒成長させ結晶化させることができる。 Then, the organic acid salt precursor is calcined in a nitrogen or other inert gas atmosphere to obtain Li a V b Me c O 2 (1.25 ≧ a ≧ 1.0, 1.0 ≧ b ≧ 0.75). , 0.1 ≧ c ≧ 0) (step S130). Here, the firing can be carried out in two stages. That is, for example, after “pre-baking” the organic acid salt precursor in a nitrogen gas or inert gas atmosphere at a temperature of 600 ° C. or lower, the “main baking” is further performed in the same atmosphere at a temperature of 600 to 1300 ° C. "can do. By pre-baking, the organic acid component in the organic acid salt precursor is gasified and removed by thermal decomposition and can be highly purified. Moreover, the organic acid salt precursor highly purified by the main firing can be grown and crystallized.

このようにして得られたLiMeは、1次粒子の平均粒径が0.01〜20マイクロメータ、2次粒子の平均粒径が0.5〜30.0マイクロメータであり、窒素吸着法による比表面積が、例えば、0.2〜2.0平方メータ/グラムである。その粒子の形状は、丸みを帯びた形状あるいは等方的多面体に近く、比較的均一な微細粒が得られる。この1次粒子とは、例えば、SEM(Scanning Electron Microscopy)等の電子顕微鏡を用いて観察したLiの微構造であり、この平均粒径は、微構造観察により得られた2次元的な粒径を3次元的な粒径と見なして算出したときの粒径である。2次粒子とは、例えば、レーザ回折式粒度分布測定などの粒度測定機器により得られた粒径を意味する。また、本実施形態の製造方法においては、有機酸の添加量や焼成条件を制御することにより、所望な粒径や形状や粒度分布が得られる。 The Li a Vb Me c O 2 thus obtained has an average primary particle size of 0.01 to 20 micrometers and an average secondary particle size of 0.5 to 30.0 micrometers. The specific surface area according to the nitrogen adsorption method is, for example, 0.2 to 2.0 square meters / gram. The shape of the particles is close to a rounded shape or isotropic polyhedron, and relatively uniform fine particles can be obtained. The primary particles are, for example, the microstructure of Li a V b Me O 2 observed using an electron microscope such as SEM (Scanning Electron Microscopy), and the average particle diameter is obtained by microstructure observation. It is a particle size when the two-dimensional particle size is calculated as a three-dimensional particle size. Secondary particles mean, for example, a particle size obtained by a particle size measuring instrument such as laser diffraction particle size distribution measurement. In the production method of the present embodiment, a desired particle size, shape, and particle size distribution can be obtained by controlling the amount of organic acid added and the firing conditions.

そして、本実施形態の製造方法によれば、有機酸を用いて湿式混合することで均一な混合状態を有する有機酸塩前駆体が形成され、焼成することで組成がより均一なリチウム2次電池用負極活物質10が得られる。すなわち、リチウムとバナジウムとMeとが理想的な格子位置に配位した負極活物質10が得られる。また、リチウム2次イオン電池用負極活物質10に微量のMeを含有すると、このMeがバナジウムの格子位置に置換して、さらに結晶構造が安定化し、さらに電池特性が良好になる。
しかし、図3の比較とする乾式混合法を用いた場合には、不均一な混合状態になるため、添加元素であるMeがバナジウムの格子位置に置換せず、リチウムとバナジウムとからなる化合物の表面に偏析してしまうことが多かく、結晶構造が安定化せず電池容量のバラツキが大きかった。
次に、負極電極を構成する原料粉末の焼結性について説明する。
And according to the manufacturing method of this embodiment, the organic acid salt precursor which has a uniform mixed state is formed by wet-mixing using an organic acid, and a lithium secondary battery with a more uniform composition by baking. Negative electrode active material 10 for use is obtained. That is, the negative electrode active material 10 in which lithium, vanadium, and Me are coordinated at ideal lattice positions is obtained. Further, when a small amount of Me is contained in the negative electrode active material 10 for a lithium secondary ion battery, this Me is substituted by the lattice position of vanadium, the crystal structure is further stabilized, and the battery characteristics are further improved.
However, in the case of using the dry mixing method as a comparison in FIG. 3, since the mixed state becomes inhomogeneous, the additive element Me does not substitute for the lattice position of vanadium, and the compound of lithium and vanadium is not replaced. The surface often segregated, and the crystal structure was not stabilized, resulting in large variations in battery capacity.
Next, the sinterability of the raw material powder constituting the negative electrode will be described.

図4は、図1の本実施形態による2次電池用負極活物質10の製造方法により調製したLiMeO(C)からなる有機酸塩前駆体の高温挙動である。
また、図5は、図3の比較の製造方法により得られた原料混合物の高温挙動を表したグラフ図であり、(a)線がLiCOと3酸化2バナジウム(V)との原料混合物であり、(b)線がLiCOと4酸化2バナジウム(V)との原料混合物であり、(c)線がLiCOと5酸化2バナジウム(V)との原料混合物である。
ここで、図4及び図5において横軸が温度(℃)であり、縦軸は重量変化率(パーセント)である。各測定条件は、窒素雰囲気中で室温から1200℃まで2.5℃毎分で昇温させた。重量変化率が最大になる温度は、反応が開始する温度であり、この温度が低い程、反応性が高いことを意味している。
FIG. 4 is a high-temperature behavior of an organic acid salt precursor composed of Li a V b Me c O (C 2 O 4 ) prepared by the method for manufacturing the negative electrode active material 10 for a secondary battery according to the present embodiment of FIG. .
FIG. 5 is a graph showing the high-temperature behavior of the raw material mixture obtained by the comparative manufacturing method of FIG. 3, and (a) the lines are Li 2 CO 3 and trioxide 2 vanadium (V 2 O 3 ). (B) Line is a raw material mixture of Li 2 CO 3 and tetroxide 2 vanadium (V 2 O 4 ), and (c) Line is Li 2 CO 3 and pentoxide 2 vanadium (V 2 O 5 ).
Here, in FIG.4 and FIG.5, a horizontal axis is temperature (degreeC) and a vertical axis | shaft is a weight change rate (percent). Each measurement condition was raised from room temperature to 1200 ° C. in a nitrogen atmosphere at 2.5 ° C. per minute. The temperature at which the rate of weight change is maximum is the temperature at which the reaction starts, and the lower the temperature, the higher the reactivity.

まず、比較の図5について説明する。
図5に表すように、図3の粉末の製造方法により得られた原料混合物は、バナジウム酸化物の組成によらず、約700℃のときに重量変化率が最大になることが分かる。また、各原料混合物の種類に対する反応性に差異は見られないことが分かる。
First, FIG. 5 for comparison will be described.
As shown in FIG. 5, it can be seen that the raw material mixture obtained by the powder manufacturing method of FIG. 3 has the maximum weight change rate at about 700 ° C. regardless of the composition of the vanadium oxide. Moreover, it turns out that a difference is not looked at by the reactivity with respect to the kind of each raw material mixture.

これに対して、図4に表すように、図1の本実施形態の製造方法による有機酸塩前駆体は、約400℃で重量変化率が最大になり、反応性が向上することが確認できる。このような前駆体を用いることで、低温焼成も可能になり、組成がより均質化した負極活物質10を形成することが可能となる。   On the other hand, as shown in FIG. 4, it can be confirmed that the organic acid salt precursor according to the manufacturing method of FIG. 1 has the maximum weight change rate at about 400 ° C. and the reactivity is improved. . By using such a precursor, low-temperature firing can be performed, and the negative electrode active material 10 having a more uniform composition can be formed.

次に、本発明者が実施した実施形態及びその比較の製造方法を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。   Next, the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the embodiment performed by the present inventor and the comparative manufacturing method.

表1は、実施例1〜9と比較例1〜3の実験結果を表す一覧表である。

評価項目としては、初期容量(mAh/g)と、効率(パーセント)と、35サイクル維持率(パーセント)と、を採用した。ここで、初期容量(mAh/g)は、例えば、260(mAh/g)以上であれば、良好といえる。一方、効率とは充電効率であり、例えば、80(パーセント)以上であれば、良好といえる。また、35サイクル維持率(パーセント)とは、充放電を35回繰り返した後の容量の維持率を表し、例えば、80(パーセント)以上であれば良好といえる。
ここで、実施例及び比較例は、以下の機器を用いて評価を行うことができる。焼成して得られた負極活物質成分の均一性は、X線回折分析により評価することができる。X線回折分析は、例えば、リガク(株)社製のMULTIFLEX分析装置を用いて以下の条件で行うった。X線線元がCu、出力が40キロボルト×40ミリアンペアであり、光学系では発散スリットが1°、散乱スリットが1°、受光スリットが0.15ミリメータ、モノクロ受光スリットが0.8ミリメータであり、SCANスピードが4.000°/分、サンプリング幅が0.020°、走査範囲が10°から80°である。
Table 1 is a list showing the experimental results of Examples 1-9 and Comparative Examples 1-3.

As the evaluation items, initial capacity (mAh / g), efficiency (percent), and 35 cycle maintenance ratio (percent) were adopted. Here, if the initial capacity (mAh / g) is, for example, 260 (mAh / g) or more, it can be said that it is satisfactory. On the other hand, the efficiency is the charging efficiency. For example, if it is 80 (percent) or more, it can be said that the efficiency is good. The 35 cycle maintenance rate (percentage) represents the capacity maintenance rate after 35 charge / discharge cycles. For example, it can be said to be good if it is 80 (percent) or more.
Here, an Example and a comparative example can be evaluated using the following apparatuses. The uniformity of the negative electrode active material component obtained by firing can be evaluated by X-ray diffraction analysis. X-ray diffraction analysis was performed under the following conditions using, for example, a MULTIFLEX analyzer manufactured by Rigaku Corporation. The X-ray source is Cu, the output is 40 kilovolts x 40 milliamps, and in the optical system, the divergence slit is 1 °, the scattering slit is 1 °, the light receiving slit is 0.15 millimeters, and the monochrome light receiving slit is 0.8 millimeters The SCAN speed is 4.000 ° / min, the sampling width is 0.020 °, and the scanning range is 10 ° to 80 °.

また、得られた負極活物質10の粒度分布は、例えば、(株)島津製作所製製のレーザ回折式粒度分布測定機(型式SALD−2000J)を用い、屈折率2.40−0.20iの条件で測定した。そして、BET比表面積値は、(株)島津製作所製の比表面積測定機(型式 フローソーブII2300型)で測定することができる。   The obtained negative electrode active material 10 has a particle size distribution of, for example, a refractive index of 2.40-0.20i using a laser diffraction particle size distribution analyzer (model SALD-2000J) manufactured by Shimadzu Corporation. Measured under conditions. The BET specific surface area value can be measured with a specific surface area measuring machine (model Flowsorb II type 2300) manufactured by Shimadzu Corporation.

また、図6は、実施例1〜9及び比較例1〜3により合成した負極活物質10の微構造写真であり、図6(a)〜図6(i)は実施例1〜9のそれぞれに対応しており、図6(j)が比較例1である。   6 is a microstructure photograph of the negative electrode active material 10 synthesized according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3. FIGS. 6 (a) to 6 (i) are examples of Examples 1 to 9, respectively. 6 (j) is Comparative Example 1. FIG.

ここで、微構造観察には、例えば、エリオニクス製走査型電子顕微鏡(型式ERAX−8000S型)を用いて行うことができる。
まず、本実施例及び比較例の製造方法の詳細について説明する。
実施例1〜9は、図1に関して前述した製造方法を用い、比較例1〜3については図3に関して前述した比較の製造方法を用いた。以下にその詳細を説明する。
Here, the microstructure observation can be performed using, for example, an Elionix scanning electron microscope (model ERAX-8000S type).
First, the detail of the manufacturing method of a present Example and a comparative example is demonstrated.
Examples 1 to 9 used the manufacturing method described above with reference to FIG. 1, and Comparative Examples 1 to 3 used the comparative manufacturing method described above with reference to FIG. Details will be described below.

すなわち、実施例1では、炭酸リチウム(LiOとして40.23パーセント)粉末20.8グラムと、五酸化バナジウム(Vとして98.0パーセント)粉末42.5グラムと、シュウ酸2水塩((COOH)・2HO)121.8グラムと、を純水(HO)500グラムに添加し混合して、混合水溶液を調製する。ここで、Li/V/(COOH)・2HOのモル比は、それぞれ1.1/0.9/1.9であり、Li/Vに対する有機酸添加量のモル比は1.9である。この水溶液をフッ素樹脂製バットに入れ120℃で乾燥し、99.8グラムのLi1.10.9シュウ酸塩前駆体を形成する。この前駆体をアルミナ容器に入れて、窒素ガス雰囲気下、700℃を18時間保持して焼成し、43.0グラムのLi1.10.9を形成する。この焼成物を粉砕した後に分級して、リチウムバナジウム複合酸化物の負極活物質10を得る。この粉体特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が11.5マイクロメータであり粒度分布がd10=1.5マイクロメータ、d90=34.1マイクロメータである。BET比表面積値が、5.8平方メータ/グラムであり、X線回折分析から、均質化していることが確認できる。 That is, in Example 1, 20.8 grams of lithium carbonate (40.23 percent as Li 2 O) powder, 42.5 grams of vanadium pentoxide (98.0 percent as V 2 O 5 ) powder, and oxalic acid 2 A mixed aqueous solution is prepared by adding 121.8 grams of water salt ((COOH) 2 · 2H 2 O) to 500 grams of pure water (H 2 O) and mixing them. Here, the molar ratio of Li / V / (COOH) 2 · 2H 2 O is 1.1 / 0.9 / 1.9, respectively, and the molar ratio of the amount of organic acid added to Li / V is 1.9. It is. This aqueous solution is placed in a fluororesin vat and dried at 120 ° C. to form 99.8 grams of Li 1.1 V 0.9 oxalate precursor. This precursor is put in an alumina container and fired by holding at 700 ° C. for 18 hours in a nitrogen gas atmosphere to form 43.0 grams of Li 1.1 V 0.9 O 2 . The fired product is pulverized and then classified to obtain a lithium vanadium composite oxide negative electrode active material 10. This powder characteristic has an average particle size (d 50 ) of secondary particles obtained from a particle size distribution measuring instrument of 11.5 micrometers, a particle size distribution of d 10 = 1.5 micrometers, d 90 = 34. 1 micrometer. The BET specific surface area value is 5.8 square meters / gram, and it can be confirmed from X-ray diffraction analysis that it is homogenized.

実施例2では、実施例1と同一工程により得られたシュウ酸塩前駆体99.8グラムをアルミナ容器に入れて、窒素ガス雰囲気下、900℃を18時間保持して焼成し、42.8グラムのLi1.10.9を形成する。ここで、Li/Vに対する有機酸添加量のモル比は1.9とした。この焼成物を粉砕した後に分級して、リチウムバナジウム複合酸化物の負極活物質10を形成する。この粉体特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が4.1マイクロメータであり粒度分布がd10=1.9マイクロメータ、d90=12.3マイクロメータである。BET比表面積値が、1.4平方メータ/グラムであり、X線回折分析から均質化していることが確認できる。 In Example 2, 99.8 grams of an oxalate precursor obtained by the same process as in Example 1 was placed in an alumina container and calcined by maintaining at 900 ° C. for 18 hours in a nitrogen gas atmosphere. Form grams of Li 1.1 V 0.9 O 2 . Here, the molar ratio of the amount of organic acid added to Li / V was 1.9. The fired product is pulverized and classified to form a negative electrode active material 10 of a lithium vanadium composite oxide. As for the powder characteristics, the average particle size (d 50 ) of secondary particles obtained from the particle size distribution measuring instrument is 4.1 micrometers, the particle size distribution is d 10 = 1.9 micrometers, and d 90 = 12. 3 micrometers. The BET specific surface area value is 1.4 square meters / gram, which can be confirmed to be homogenized by X-ray diffraction analysis.

実施例3では、実施例1と同一工程により得られたシュウ酸塩前駆体99.8グラムをアルミナ容器に入れて、窒素ガス雰囲気下、1100℃を18時間保持して焼成し、42.8グラムのLi1.10.9を形成する。ここで、Li/Vに対する有機酸添加量のモル比は1.9とした。この焼成物を粉砕した後に分級し、リチウムバナジウム複合酸化物の負極活物質10を形成する。この粉体特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が26.2マイクロメータであり粒度分布がd10=12.2マイクロメータ、d90=40.3マイクロメータである。BET比表面積値が、0.2平方メータ/グラムであり、X線回折分析から均質化していることが確認できる。 In Example 3, 99.8 grams of an oxalate precursor obtained by the same process as in Example 1 was placed in an alumina container, and calcined at 1100 ° C. for 18 hours in a nitrogen gas atmosphere. Form grams of Li 1.1 V 0.9 O 2 . Here, the molar ratio of the amount of organic acid added to Li / V was 1.9. The fired product is pulverized and classified to form a negative electrode active material 10 of a lithium vanadium composite oxide. In this powder characteristic, the average particle size (d 50 ) of the secondary particles obtained from the particle size distribution measuring instrument is 26.2 micrometers, the particle size distribution is d 10 = 12.2 micrometers, d 90 = 40. 3 micrometers. The BET specific surface area value is 0.2 square meter / gram, and it can be confirmed from the X-ray diffraction analysis that it is homogenized.

実施例4では、炭酸リチウム粉末(LiOとして40.23パーセント)が20.8グラムと、五酸化バナジウム粉末(Vとして98.0パーセント)が42.5グラムと、シュウ酸2水塩96.2グラムと、を純水500グラムに添加して混合し、混合水溶液を調製する。ここで、各元素のLi/V/(COOH)・2HOのモル比は、それぞれ1.1/0.9/1.5であり、Li/Vに対する有機酸添加量のモル比は1.5である。この水溶液をフッ素樹脂製バットに入れて、120℃で乾燥し、90.2グラムのLi1.10.9シュウ酸塩前駆体を形成する。この前駆体をアルミナ容器に入れて、窒素ガス雰囲気下、700℃を18時間保持して焼成し、42.8グラムのLi1.10.9を形成する。この焼成物を粉砕した後に分級して、リチウムバナジウム複合酸化物の負極活物質10を形成する。この粉体特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が1.9マイクロメータであり、その粒度分布がd10=0.5マイクロメータ、d90=13.4マイクロメータである。BET比表面積値は、3.5平方メータ/グラムあり、X線回折分析から、均質化していることが確認できる。 In Example 4, 20.8 grams of lithium carbonate powder (40.23 percent as Li 2 O), 42.5 grams of vanadium pentoxide powder (98.0 percent as V 2 O 5 ), oxalic acid 2 96.2 grams of water salt and 500 grams of pure water are added and mixed to prepare a mixed aqueous solution. Here, the molar ratio of Li / V / (COOH) 2 · 2H 2 O of each element is 1.1 / 0.9 / 1.5, respectively, and the molar ratio of the amount of organic acid added to Li / V is 1.5. This aqueous solution is placed in a fluororesin vat and dried at 120 ° C. to form 90.2 grams of Li 1.1 V 0.9 oxalate precursor. This precursor is put into an alumina container and calcined at 700 ° C. for 18 hours under a nitrogen gas atmosphere to form 42.8 grams of Li 1.1 V 0.9 O 2 . The fired product is pulverized and classified to form a negative electrode active material 10 of a lithium vanadium composite oxide. As for the powder characteristics, the average particle diameter (d 50 ) of secondary particles obtained from the particle size distribution measuring instrument is 1.9 micrometers, and the particle size distribution is d 10 = 0.5 micrometers, d 90 = 13.4 micrometers. The BET specific surface area value is 3.5 square meters / gram, and it can be confirmed from X-ray diffraction analysis that it is homogenized.

実施例5では、実施例4と同一工程により得られたシュウ酸塩前駆体90.3グラムをアルミナ容器に入れて、窒素ガス雰囲気下、900℃を18時間保持して焼成し、42.9グラムのLi1.10.9を形成する。ここで、Li/Vに対する有機酸添加量のモル比は1.5である。この焼成物を粉砕した後に分級し、リチウムバナジウム複合酸化物の負極活物質10を形成する。この粉末特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が7.8マイクロメータであり粒度分布がd10=3.1マイクロメータ、d90=21.9マイクロメータである。BET比表面積値は、0.2平方メータ/グラムであり、X線回折分析から、均質化していることが確認できる。 In Example 5, 90.3 grams of an oxalate precursor obtained by the same process as in Example 4 was placed in an alumina container, and calcined by maintaining at 900 ° C. for 18 hours in a nitrogen gas atmosphere. Form grams of Li 1.1 V 0.9 O 2 . Here, the molar ratio of the amount of organic acid added to Li / V is 1.5. The fired product is pulverized and classified to form a negative electrode active material 10 of a lithium vanadium composite oxide. In this powder characteristic, the average particle size (d 50 ) of the secondary particles obtained from the particle size distribution analyzer is 7.8 micrometers, the particle size distribution is d 10 = 3.1 micrometers, and d 90 = 21.9. It is a micrometer. The BET specific surface area value is 0.2 square meters / gram, and it can be confirmed from the X-ray diffraction analysis that it is homogenized.

実施例6では、炭酸リチウム粉末(LiOとして40.23パーセント)が20.8グラムと、五酸化バナジウム粉末(Vとして98.0パーセント)が42.5グラムと、シュウ酸2水塩185.9グラムと、を純水500グラムに添加して混合し、混合水溶液を調製する。ここで、各元素のLi/V/(COOH)・2HOのモル比は、それぞれ1.1/0.9/2.85であり、Li/Vに対する有機酸添加量のモル比は2.85である。る。この水溶液をフッ素樹脂製バットに入れて、120℃で乾燥し、145.6グラムのLi1.10.9シュウ酸塩前駆体を形成する。この前駆体をアルミナ容器に入れて、窒素ガス雰囲気下、700℃を18時間保持して焼成し、129.3グラムのLi1.10.9を形成する。この焼成物を粉砕した後に分級し、リチウムバナジウム複合酸化物の負極活物質10を形成する。この粉末特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が14.4マイクロメータであり粒度分布がd10=0.7マイクロメータ、d90=54.8マイクロメータである。BET比表面積値が、1.9平方メータ/グラムであり、X線回折分析から、均質化していることが確認できる。 In Example 6, 20.8 grams of lithium carbonate powder (40.23 percent as LiO 2 ), 42.5 grams of vanadium pentoxide powder (98.0 percent as V 2 O 5 ), 2 water oxalic acid 185.9 grams of salt is added to 500 grams of pure water and mixed to prepare a mixed aqueous solution. Here, the molar ratio of Li / V / (COOH) 2 .2H 2 O of each element is 1.1 / 0.9 / 2.85, respectively, and the molar ratio of the amount of organic acid added to Li / V is 2.85. The This aqueous solution is placed in a fluororesin vat and dried at 120 ° C. to form 145.6 grams of Li 1.1 V 0.9 oxalate precursor. This precursor is put into an alumina container and calcined by holding at 700 ° C. for 18 hours under a nitrogen gas atmosphere to form 129.3 grams of Li 1.1 V 0.9 O 2 . The fired product is pulverized and classified to form a negative electrode active material 10 of a lithium vanadium composite oxide. The powder characteristics are as follows. The average particle size (d 50 ) of secondary particles obtained from the particle size distribution analyzer is 14.4 micrometers, the particle size distribution is d 10 = 0.7 micrometers, and d 90 = 54.8. It is a micrometer. The BET specific surface area value is 1.9 square meters / gram, and it can be confirmed from the X-ray diffraction analysis that it is homogenized.

実施例7では、実施例6と同一工程より得られたシュウ酸塩前駆体129.3グラムをアルミナ容器に入れて、窒素ガス雰囲気下、900℃を18時間保持して焼成し、43.2グラムのLi1.10.9が得られる。ここで、Li/Vに対する有機酸添加量のモル比は2.85である。この焼成物を粉砕した後に分級し、リチウムバナジウム複合酸化物の負極活物質10を形成する。この粉体特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が7.0マイクロメータであり粒度分布がd10=2.6マイクロメータ、d90=18.6マイクロメータである。BET比表面積値が、0.2平方メータ/グラムであり、X線回折分析から、均質化していることが確認できる。 In Example 7, 129.3 grams of the oxalate precursor obtained from the same process as in Example 6 was placed in an alumina container and calcined by holding at 900 ° C. for 18 hours in a nitrogen gas atmosphere. Grams of Li 1.1 V 0.9 O 2 are obtained. Here, the molar ratio of the amount of organic acid added to Li / V is 2.85. The fired product is pulverized and classified to form a negative electrode active material 10 of a lithium vanadium composite oxide. In this powder characteristic, the average particle size (d 50 ) of the secondary particles obtained from the particle size distribution analyzer is 7.0 micrometers, the particle size distribution is d 10 = 2.6 micrometers, d 90 = 18. 6 micrometers. The BET specific surface area value is 0.2 square meter / gram, and it can be confirmed from the X-ray diffraction analysis that it is homogenized.

実施例8では、炭酸リチウム粉末(LiOとして40.23パーセント)が20.8グラムと、五酸化バナジウム粉末(Vとして98.0パーセント)が42.1グラムと、シュウ酸Ti水溶液(TiOとして3.78パーセント)が10.8グラムと、シュウ酸2水塩が121.0グラムと、を純水500グラムに添加して混合し、混合水溶液を調製する。ここで、各元素のLi/V/Ti/(COOH)・2HOのモル比は、それぞれ1.1/0.89/0.01/1.9であり、Li/Vに対する有機酸添加量のモル比は1.9である。この水溶液をフッ素製樹脂に入れて、120℃で乾燥し、99.8グラムのLi1.10.89Ti0.01シュウ酸塩前駆体を形成する。この前駆体をアルミナ容器に入れて、窒素ガス雰囲気下、700℃を18時間保持して焼成し、43.0グラムのLi1.10.89Ti0.01を形成する。この焼成物を粉砕した後に分級し、リチウムバナジウムチタニウム複合酸化物の負極活物質10を形成する。この粉末特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が3.9マイクロメータであり粒度分布がd10=1.7マイクロメータ、d90=11.5マイクロメータである。BET比表面積値が、1.5平方メータ/グラムであり、X線回折分析から、均質化していることが確認できる。 In Example 8, 20.8 grams of lithium carbonate powder (40.23 percent as LiO 2 ), 42.1 grams of vanadium pentoxide powder (98.0 percent as V 2 O 5 ), Ti oxalate aqueous solution (10.8 grams as TiO 2 ) and 121.0 grams of oxalic acid dihydrate are added to 500 grams of pure water and mixed to prepare a mixed aqueous solution. Here, the molar ratio of Li / V / Ti / (COOH) 2 · 2H 2 O of each element is 1.1 / 0.89 / 0.01 / 1.9, respectively, and the organic acid with respect to Li / V The molar ratio of the addition amount is 1.9. This aqueous solution is placed in a fluororesin and dried at 120 ° C. to form 99.8 grams of Li 1.1 V 0.89 Ti 0.01 oxalate precursor. This precursor is put in an alumina container and fired by holding at 700 ° C. for 18 hours in a nitrogen gas atmosphere to form 43.0 grams of Li 1.1 V 0.89 Ti 0.01 O 2 . The fired product is pulverized and classified to form a negative electrode active material 10 of lithium vanadium titanium composite oxide. The powder characteristics are as follows. The average particle size (d 50 ) of secondary particles obtained from the particle size distribution analyzer is 3.9 micrometers, the particle size distribution is d 10 = 1.7 micrometers, and d 90 = 11.5. It is a micrometer. The BET specific surface area value is 1.5 square meters / gram, and it can be confirmed from the X-ray diffraction analysis that it is homogenized.

実施例9では、炭酸リチウム粉末(LiOとして40.23パーセント)が20.9グラムと、五酸化バナジウム粉末(Vとして98.0パーセント)が41.2グラムと、シュウ酸Ti水溶液(TiOとして3.78パーセント)が32.4グラムと、シュウ酸2水塩が119.4グラムと、を純水500グラムに添加して混合し、混合水溶液を調製する。ここで、各元素のLi/V/Ti/(COOH)・2HOのモル比は、それぞれ1.1/0.87/0.03/1.9であり、Li/Vに対する有機酸添加量のモル比は1.9である。この水溶液をフッ素製樹脂バットに入れて、120℃で乾燥し、99.8グラムのLi1.10.87Ti0.03シュウ酸塩前駆体を形成する。この前駆体をアルミナ容器に入れて、窒素ガス雰囲気下、700℃を18時間保持して焼成し、43.0グラムのLi1.10.87Ti0.03を形成する。この焼成物を粉砕した後に分級し、リチウムバナジウムチタニウム複合酸化物の負極活物質10を形成する。この粉末特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が3.8マイクロメータであり粒度分布がd10=1.7マイクロメータ、d90=11.7マイクロメータである。BET比表面積値が、1.4平方メータ/グラムであり、X線回折分析から、均質化していることが確認できる。 In Example 9, 20.9 grams of lithium carbonate powder (40.23 percent as LiO 2 ), 41.2 grams of vanadium pentoxide powder (98.0 percent as V 2 O 5 ), Ti oxalate aqueous solution (3.78 percent as TiO 2 ) 32.4 grams and 119.4 grams of oxalic acid dihydrate are added to and mixed with 500 grams of pure water to prepare a mixed aqueous solution. Here, the molar ratio of Li / V / Ti / (COOH) 2 · 2H 2 O of each element is 1.1 / 0.87 / 0.03 / 1.9, respectively, and the organic acid relative to Li / V The molar ratio of the addition amount is 1.9. This aqueous solution is placed in a fluororesin vat and dried at 120 ° C. to form 99.8 grams of Li 1.1 V 0.87 Ti 0.03 oxalate precursor. This precursor is put in an alumina container and fired by holding at 700 ° C. for 18 hours in a nitrogen gas atmosphere to form 43.0 grams of Li 1.1 V 0.87 Ti 0.03 O 2 . The fired product is pulverized and classified to form a negative electrode active material 10 of lithium vanadium titanium composite oxide. The powder characteristics are as follows. The average particle size (d 50 ) of secondary particles obtained from the particle size distribution analyzer is 3.8 micrometers, the particle size distribution is d 10 = 1.7 micrometers, and d 90 = 11.7. It is a micrometer. The BET specific surface area value is 1.4 square meters / gram, and it can be confirmed from the X-ray diffraction analysis that it is homogenized.

続いて、比較例1乃至3の製造方法について説明する。
比較例1では、炭酸リチウム粉末と、三酸化バナジウム(V)粉末と、を秤量し、アルミナ乳鉢で混合した。この混合物をアルミナ容器に入れ、窒素ガス雰囲気下700℃を18時間保持して焼成し、Li1.10.9を形成する。この焼成物を粉砕した後に分級し、リチウムバナジウム複合酸化物を形成する。この粉体特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が30.5マイクロメータであり粒度分布がd10=3.5マイクロメータ、d90=52.3マイクロメータである。BET比表面積が0.2平方メータ/グラムであり、X線回折分析から、不均質なことが判明した。
Then, the manufacturing method of Comparative Examples 1 thru | or 3 is demonstrated.
In Comparative Example 1, lithium carbonate powder and vanadium trioxide (V 2 O 3 ) powder were weighed and mixed in an alumina mortar. This mixture is put into an alumina container, and calcined at 700 ° C. for 18 hours under a nitrogen gas atmosphere to form Li 1.1 V 0.9 O 2 . The fired product is pulverized and then classified to form a lithium vanadium composite oxide. This powder characteristic has an average particle size (d 50 ) of secondary particles obtained from a particle size distribution measuring instrument of 30.5 micrometers, a particle size distribution of d 10 = 3.5 micrometers, and d 90 = 52. 3 micrometers. The BET specific surface area was 0.2 square meter / gram, and X-ray diffraction analysis revealed that it was inhomogeneous.

比較例2では、比較例1と同一工程で試料を合成し、焼成温度を1100℃としてリチウムバナジウム複合酸化物からなる負極活物質10を形成する。この粉体特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が38.7マイクロメータであり粒度分布がd10=6.7マイクロメータ、d90=61.3マイクロメータである。BET比表面積が、0.15平方メータ/グラムであり、X線回折分析から、不均質していることが判明した。 In Comparative Example 2, a sample is synthesized in the same process as Comparative Example 1, and the negative electrode active material 10 made of a lithium vanadium composite oxide is formed at a firing temperature of 1100 ° C. In this powder characteristic, the average particle size (d 50 ) of the secondary particles obtained from the particle size distribution measuring device is 38.7 micrometers, the particle size distribution is d 10 = 6.7 micrometers, d 90 = 61. 3 micrometers. The BET specific surface area was 0.15 square meter / gram, and X-ray diffraction analysis revealed that it was heterogeneous.

比較例3では、比較例1と同一工程で試料を合成し、焼成温度を1200℃としてリチウムバナジウム複合酸化物からなる負極活物質10を形成する。この粉体特性は、粒度分布測定器から得られた2次粒子の平均粒径(d50)が38.2マイクロメータであり粒度分布がd10=7.1マイクロメータ、d90=65.1マイクロメータである。BET比表面積が、0.12平方メータ/グラムであり、X線回折分析から、不均質していることが判明した。 In Comparative Example 3, a sample is synthesized in the same process as Comparative Example 1, and the negative electrode active material 10 made of a lithium vanadium composite oxide is formed at a firing temperature of 1200 ° C. In this powder characteristic, the average particle diameter (d 50 ) of the secondary particles obtained from the particle size distribution measuring device is 38.2 micrometers, the particle size distribution is d 10 = 7.1 micrometers, d 90 = 65. 1 micrometer. The BET specific surface area was 0.12 square meter / gram, and X-ray diffraction analysis revealed that it was heterogeneous.

次に、このようにして得られたリチウム2次電池用負極活物質10を評価した結果について説明する。
まず、比較例1〜3から説明する。
この結果、焼成温度の増加に伴い、初期容量(mAh/g)と効率(パーセント)と35サイクル維持率(パーセント)は増加する傾向が見られたが、いずれも目標値以下であった。例えば、最も焼成温度が低い比較例1では、初期容量は95(mAh/g)、効率は63(パーセント)、35サイクル維持効率は60(パーセント)であり、最も焼成温度が高い比較例3でも、初期容量は189(mAh/g)、効率は76(パーセント)、35サイクル維持効率は64(パーセント)であることが分かる。
Next, the result of evaluating the negative electrode active material 10 for a lithium secondary battery thus obtained will be described.
First, Comparative Examples 1 to 3 will be described.
As a result, the initial capacity (mAh / g), the efficiency (percent), and the 35 cycle maintenance ratio (percent) tended to increase as the firing temperature increased, but all were below the target values. For example, in Comparative Example 1 with the lowest firing temperature, the initial capacity is 95 (mAh / g), the efficiency is 63 (percent), and the 35 cycle maintenance efficiency is 60 (percent). It can be seen that the initial capacity is 189 (mAh / g), the efficiency is 76 (percent), and the 35 cycle maintenance efficiency is 64 (percent).

また、図6(d)は、比較例1の負極活物質10の組織写真である。原料の混合が不十分なため、2次粒子の平均粒径が30マイクロメータより大きく、粒度や粒子形状が不均一である。
このように、乾式混合方式によれば、いずれの比較例においても、2次粒子の平均粒径が30マイクロメータよりも大きく、原料混合が不十分であるため、均質化した負極活物質10が得られれず、結晶構造が不安定化して電池の特性が不十分になったものと推察される。
FIG. 6D is a structural photograph of the negative electrode active material 10 of Comparative Example 1. Since the mixing of the raw materials is insufficient, the average particle size of the secondary particles is larger than 30 micrometers, and the particle size and particle shape are not uniform.
Thus, according to the dry mixing method, in any of the comparative examples, since the average particle diameter of the secondary particles is larger than 30 micrometers and the raw material mixing is insufficient, the homogenized negative electrode active material 10 is obtained. It cannot be obtained, and it is presumed that the crystal structure becomes unstable and the characteristics of the battery become insufficient.

これに対して、本実施例の製造方法によれば有機酸添加量によらず、2次粒子の粒径を30マイクロメータ以下にすることができ、最も低い焼成温度であっても、目標値を満足することができる。すなわち、有機酸添加量のモル比が1.9である実施例1は、初期容量が262(mAh/g)、効率が80(パーセント)、35サイクル維持効率が84(パーセント)であり、有機酸添加量のモル比が1.5の実施例5では、初期容量が254(mAh/g)、効率が90(パーセント)、35サイクル維持効率が87(パーセント)であり、有機酸添加量のモル比が2.85の実施例7では、初期容量が267(mAh/g)、効率が80(パーセント)、35サイクル維持効率が88(パーセント)である。また、焼成温度の増加に伴い初期容量(mAh/g)と効率(パーセント)と35サイクル維持率(パーセント)とは増加することが確認できる。   On the other hand, according to the production method of this example, the particle size of the secondary particles can be 30 micrometers or less regardless of the amount of organic acid added, and even at the lowest firing temperature, the target value is reached. Can be satisfied. That is, Example 1 in which the molar ratio of the amount of organic acid added is 1.9 has an initial capacity of 262 (mAh / g), an efficiency of 80 (percent), and a 35 cycle maintenance efficiency of 84 (percent). In Example 5 where the molar ratio of the acid addition amount is 1.5, the initial capacity is 254 (mAh / g), the efficiency is 90 (percent), the 35 cycle maintenance efficiency is 87 (percent), and the organic acid addition amount is In Example 7 having a molar ratio of 2.85, the initial capacity is 267 (mAh / g), the efficiency is 80 (percent), and the 35 cycle maintenance efficiency is 88 (percent). In addition, it can be confirmed that the initial capacity (mAh / g), efficiency (percent), and 35 cycle maintenance ratio (percent) increase as the firing temperature increases.

また、焼成温度が700℃であっても、実施例8及び9のように、Meも添加させることで、さらに電池特性が向上することを確認した。例えば、実施例8では、初期容量が285(mAh/g)、効率が94(パーセント)、35サイクル維持率が94(パーセント)であり、実施例9では、初期容量が287(mAh/g)、効率が93(パーセント)、35サイクル維持率が93(パーセント)であり、実施例1〜7よりも優れた電池特性が得られることが分かる。   Further, even when the firing temperature was 700 ° C., it was confirmed that the battery characteristics were further improved by adding Me as in Examples 8 and 9. For example, in Example 8, the initial capacity is 285 (mAh / g), the efficiency is 94 (percent), and the 35 cycle maintenance ratio is 94 (percent). In Example 9, the initial capacity is 287 (mAh / g). The efficiency is 93 (percent) and the 35 cycle maintenance ratio is 93 (percent), and it can be seen that battery characteristics superior to those of Examples 1 to 7 can be obtained.

図6(a)〜図6(i)は、実施例1〜9のそれぞれに対応した組織写真である。焼成温度が700℃である図6(a)の実施例1と図6(d)の実施例4と図6(f)の実施例6とは、やや粒子の形状が不定形で表面の凹凸が見られるが、図6(j)に表した比較例と比べると、粒径ははるかに小さく、均一性が高いことが分かる。そして、焼成温度が700℃よりも高い図6(b)の実施例2と図6(c)の実施例3と図6(e)の実施例5と図6(g)の実施例7と、Meを添加した図6(i)及び図6(j)と、のサンプルにおいては、粒度や粒子形状が非常に均一であり、偏析も見られないことが分かる。   FIGS. 6A to 6I are tissue photographs corresponding to Examples 1 to 9, respectively. In Example 1 in FIG. 6 (a), Example 4 in FIG. 6 (d), and Example 6 in FIG. 6 (f) in which the firing temperature is 700 ° C., the shape of the particles is somewhat irregular and the surface irregularities However, compared with the comparative example shown in FIG. 6J, it can be seen that the particle size is much smaller and the uniformity is higher. Then, Example 2 in FIG. 6 (b), Example 3 in FIG. 6 (c), Example 5 in FIG. 6 (e) and Example 7 in FIG. 6 (i) and FIG. 6 (j) with Me added, the particle size and particle shape are very uniform, and no segregation is observed.

このように、本実施形態の製造方法によれば、有機酸塩を用いて湿式混合方式を行うことにより、組成が均一なリチウム2次電池用負極活物質10が得られる。   Thus, according to the manufacturing method of this embodiment, the negative electrode active material 10 for lithium secondary batteries with a uniform composition is obtained by performing a wet mixing system using an organic acid salt.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
例えば、本実施形態の負極活物質10を用いるリチウム2次電池は、図1に例示したスパイラル式円筒型のリチウム2次電池には限らず、図7に例示したコイン型のリチウム2次電池や図示しない角型のリチウム2次電池においても、本発明の特徴を有する限り同様の効果が得られる。
本実施形態の負極活物質の組成や、それに含まれるMe元素の種類、有機酸の種類、各構成部材の材質、形状、製造工程、製造条件、リチウム2次電池の形状等の構成に関して、当業者が各種の設計変更を加えたものであっても、本発明の特徴を有する限り、本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
For example, the lithium secondary battery using the negative electrode active material 10 of the present embodiment is not limited to the spiral cylindrical lithium secondary battery illustrated in FIG. 1, but the coin-type lithium secondary battery illustrated in FIG. A square lithium secondary battery (not shown) can achieve the same effect as long as it has the features of the present invention.
Regarding the composition of the negative electrode active material of the present embodiment, the type of Me element contained therein, the type of organic acid, the material, shape, manufacturing process, manufacturing conditions, shape of the lithium secondary battery, etc. Even if a trader makes various design changes, as long as it has the characteristics of the present invention, it is included in the scope of the present invention.

本実施形態に係るリチウム2次電池の負極活物質の製造方法を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the manufacturing method of the negative electrode active material of the lithium secondary battery which concerns on this embodiment. 本実施形態の製造方法により得られる負極活物質を用いたリチウム2次電池5の要部を例示する一部断面図である。It is a partial cross section which illustrates the principal part of the lithium secondary battery 5 using the negative electrode active material obtained by the manufacturing method of this embodiment. 本実施形態の比較とする製造方法を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the manufacturing method used as the comparison of this embodiment. 図1の本実施形態による2次電池用負極活物質10の製造方法により調製したLiMeO(C)からなる有機酸塩前駆体の高温挙動である。It is a high temperature behavior of the organic acid salt precursor consisting of Li a V b Me c O prepared (C 2 O 4) by the method of manufacturing a secondary battery negative electrode active material 10 according to the present embodiment of FIG. 図3の比較の製造方法により得られた原料混合物の高温挙動を表したグラフ図であり、(a)線がLiCOと3酸化2バナジウム(V)との原料混合物であり、(b)線がLiCOと4酸化2バナジウム(V)との原料混合物であり、(c)線がLiCOと5酸化2バナジウム(V)との原料混合物である。FIG. 4 is a graph showing high-temperature behavior of a raw material mixture obtained by the comparative manufacturing method of FIG. 3, wherein (a) line is a raw material mixture of Li 2 CO 3 and trioxide 2 vanadium (V 2 O 3 ). , (B) line is a raw material mixture of Li 2 CO 3 and divanadium tetroxide (V 2 O 4 ), and (c) line of Li 2 CO 3 and pentoxide 2 vanadium (V 2 O 5 ) It is a raw material mixture. 実施例1〜9及び比較例1〜3により合成した負極活物質10の微構造写真であり、図6(a)〜図6(i)は実施例1〜9のそれぞれに対応しており、図6(j)が比較例1である。It is a microstructure photograph of negative electrode active material 10 synthesize | combined by Examples 1-9 and Comparative Examples 1-3, FIG.6 (a)-FIG.6 (i) respond | correspond to each of Examples 1-9, FIG. 6 (j) is Comparative Example 1. 本実施形態に係るリチウム2次電池に用いることができるコイン型のリチウム2次電池5の要部を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the principal part of the coin-type lithium secondary battery 5 which can be used for the lithium secondary battery which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

5 リチウム2次電池
7 センターピン
10 負極活性層
15 負極集電体
16 負極
18 負極端子
20 正極活性層
30 セパレータ
35 コイン型リチウム2次電池
5 lithium secondary battery 7 center pin 10 negative electrode active layer 15 negative electrode current collector 16 negative electrode 18 negative electrode terminal 20 positive electrode active layer 30 separator 35 coin-type lithium secondary battery

Claims (7)

Li,V,Me(MeはV以外の遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属のいずれかひとつあるいは混合されたもの)のそれぞれをa:b:cのモル比で調製し、還元作用を有する有機酸を添加して有機酸塩混合物を形成する工程と、
前記有機酸塩混合物を水と混合して混合水溶液を形成する工程と、
前記混合水溶液を乾燥して有機酸塩前駆体を形成する工程と、
前記有機酸塩前駆体を窒素または不活性ガス雰囲気中において焼成することによりLiMe(1.0≦a≦1.25,0.75≦b≦1,0≦c≦0.1)なる組成式で表される複合酸化物を形成する工程と、を備えたことを特徴とするリチウムイオン2次電池用負極活物質の製造方法。
Each of Li, V, and Me (Me is a transition metal other than V, an alkali metal, an alkaline earth metal, or a mixture thereof) is prepared at a molar ratio of a: b: c and has a reducing action. Adding an organic acid to form an organic acid salt mixture;
Mixing the organic acid salt mixture with water to form a mixed aqueous solution;
Drying the mixed aqueous solution to form an organic acid salt precursor;
Li a V b Me c O 2 (1.0 ≦ a ≦ 1.25, 0.75 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦) is obtained by firing the organic acid salt precursor in a nitrogen or inert gas atmosphere. And a step of forming a composite oxide represented by the composition formula: 0.1). A method for producing a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery.
前記有機酸塩混合物の各金属に対する前記有機酸の割合は約1〜6倍当量であり、
前記混合水溶液中のLiMeの濃度は0.1〜2.0モル/リットルであることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン2次電池用負極活物質の製造方法。
The ratio of the organic acid to each metal of the organic acid salt mixture is about 1 to 6 times equivalent,
2. The production of a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the concentration of Li a V b Me c O 2 in the mixed aqueous solution is 0.1 to 2.0 mol / liter. Method.
前記有機酸混合物の形成に使用される有機酸は、少なくとも、COOH基が1〜4個、OH基が1〜3個、N元素が1〜4個のいずれか1つが含まれることを特徴とする請求項1あるいは2のいずれかに記載のリチウムイオン2次電池用負極活物質の製造方法。   The organic acid used to form the organic acid mixture includes at least one of 1 to 4 COOH groups, 1 to 3 OH groups, and 1 to 4 N elements. The manufacturing method of the negative electrode active material for lithium ion secondary batteries in any one of Claim 1 or 2. 前記混合溶液を乾燥する温度は60〜150℃であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン2次電池用負極活物質の製造方法。   The method for producing a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature for drying the mixed solution is 60 to 150 ° C. 前記有機酸塩前駆体の焼成は、第1焼成と第2焼成とからなり、
前記第1焼成の温度は、600℃より小さく、前記第2焼成の温度は600〜1300℃であることを特徴とする請求項1〜4に記載のリチウムイオン2次電池用負極活物質の製造方法。
The firing of the organic acid salt precursor comprises a first firing and a second firing,
5. The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the temperature of the first baking is lower than 600 ° C., and the temperature of the second baking is 600 to 1300 ° C. 6. Method.
前記複合酸化物は、1次粒子の平均粒径が0.01〜20.0マイクロメータであり、2次粒子の平均粒径が0.5〜30.0マイクロメータであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のリチウムイオン2次電池用負極活物質の製造方法。   The composite oxide is characterized in that the average particle diameter of primary particles is 0.01 to 20.0 micrometers and the average particle diameter of secondary particles is 0.5 to 30.0 micrometers. The manufacturing method of the negative electrode active material for lithium ion secondary batteries in any one of Claims 1-5. 前記複合酸化物を窒素吸着法で測定した比表面積は、0.2〜2.0平方メータ/グラムであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のリチウムイオン2次電池用負極活物質の製造方法。   7. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the composite oxide has a specific surface area measured by a nitrogen adsorption method of 0.2 to 2.0 square meters / gram. A method for producing a negative electrode active material.
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