JP5403337B2 - Method for producing positive electrode active material - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム二次電池の正極活物質を製造する方法に関する。詳しくは、オリビン型のリン酸リチウム化合物からなる正極活物質の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material of a lithium secondary battery. In detail, it is related with the manufacturing method of the positive electrode active material which consists of an olivine type lithium phosphate compound.

近年、リチウム二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、あるいはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウム二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。   In recent years, lithium secondary batteries, nickel metal hydride batteries, and other secondary batteries have become increasingly important as power sources for mounting on vehicles or as power sources for personal computers and portable terminals. In particular, a lithium secondary battery that is lightweight and has a high energy density is expected to be preferably used as a high-output power source for mounting on a vehicle.

リチウム二次電池は、電荷担体となるリチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出し得る材料(電極活物質)が導電性部材(電極集電体)に保持された構成の電極を備え、さらなる高エネルギー密度化および高出力化を実現し得るため、上記電極活物質材料の検討が行われている。例えば、正極に用いられる正極活物質としては、NiCo系、NiCoMn系等の層状岩塩型の結晶構造を有する材料や、あるいはLiMn等のスピネル型の結晶構造を備える材料が一般的に知られるが、理論容量が高く低コストで安全性に優れる正極活物質として、一般式がLiMPO(MはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種以上の元素;例えばLiFePO、LiMnPO)で表記されるオリビン型の結晶構造を備えるリチウム含有リン酸化合物(以下、単にオリビン型リン酸化合物ということもある。)が提案されている。 A lithium secondary battery includes an electrode having a configuration in which a material (electrode active material) capable of reversibly occluding and releasing lithium ions serving as a charge carrier is held in a conductive member (electrode current collector), and further increases energy. In order to achieve higher density and higher output, studies have been made on the electrode active material. For example, as a positive electrode active material used for a positive electrode, a material having a layered rock salt type crystal structure such as NiCo-type or NiCoMn-type, or a material having a spinel type crystal structure such as LiMn 2 O 4 is generally known. However, as a positive electrode active material having a high theoretical capacity, low cost and excellent safety, the general formula is LiMPO 4 (M is at least one element of Co, Ni, Mn, and Fe; for example, LiFePO 4 , LiMnPO 4 ). A lithium-containing phosphate compound having an olivine-type crystal structure represented by (hereinafter, sometimes simply referred to as an olivine-type phosphate compound) has been proposed.

オリビン型リン酸化合物の合成方法として、一般に、原料となる粉末状の化合物を所定の組成となるように秤量して混合した後、熱処理(焼成)を行って合成する固相合成法や、各原料を均一に液相中で混合した後に、焼成する液相法などが用いられる。また、かかる合成工程中、あるいは合成後の正極活物質に導電性原料として炭素粉末を添加することにより、正極活物質たるオリビン型リン酸化合物の導電性を高める試みが行われている。例えば、特許文献1および特許文献2では、正極材料の原料を300〜450℃で焼成する際、所定の段階で炭素粉末を添加することより正極材料を合成している。また、特許文献3の技術では、予め炭素粉末を正極材料と均一に混合し、300〜600℃で焼成したものにさらに炭素粉末を添加し焼成することにより正極材料を合成している。   As a synthesis method of the olivine-type phosphate compound, in general, a powdery compound as a raw material is weighed and mixed so as to have a predetermined composition, and then subjected to heat treatment (firing) to synthesize, A liquid phase method in which the raw materials are uniformly mixed in the liquid phase and then fired is used. In addition, attempts have been made to increase the conductivity of the olivine-type phosphoric acid compound, which is a positive electrode active material, by adding carbon powder as a conductive raw material to the positive electrode active material during or after the synthesis process. For example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, when the raw material of the positive electrode material is fired at 300 to 450 ° C., the positive electrode material is synthesized by adding carbon powder at a predetermined stage. In the technique of Patent Document 3, carbon powder is uniformly mixed with a positive electrode material in advance, and the positive electrode material is synthesized by further adding and baking the carbon powder to one fired at 300 to 600 ° C.

特開2004−63386号公報JP 2004-63386 A 特開2004−303496号公報JP 2004-303496 A 特開2002−260659号公報JP 2002-260659 A

特許文献1〜3に記載の技術によると、炭素粉末等の添加によりオリビン型リン酸化合物の導電性は高められるが、いずれも300℃以上の温度で正極材料を焼成するため、かかる温度の焼成によりリン酸化合物の一部が結晶化している。そこに炭素粉末が添加され混合されると、該リン酸化合物の粒子が砕かれ結晶構造が破壊される虞がある。その結果、正極活物質たるオリビン型リン酸化合物の結晶性が低下し、所望の電池特性を得ることが困難となる。   According to the techniques described in Patent Documents 1 to 3, the conductivity of the olivine-type phosphoric acid compound is enhanced by adding carbon powder or the like. As a result, a part of the phosphoric acid compound is crystallized. If carbon powder is added and mixed there, the particles of the phosphoric acid compound may be crushed and the crystal structure may be destroyed. As a result, the crystallinity of the olivine-type phosphoric acid compound, which is the positive electrode active material, decreases, making it difficult to obtain desired battery characteristics.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、結晶性が高く、高導電性を有するオリビン型リン酸化合物からなる正極活物質を製造する方法を提供することである。また、ここで開示される方法により製造された正極活物質を正極に備えるリチウム二次電池の提供を他の目的とする。   This invention is made | formed in view of this point, The main objective is to provide the method of manufacturing the positive electrode active material which consists of an olivine type | mold phosphate compound with high crystallinity and high electroconductivity. . Another object is to provide a lithium secondary battery including a positive electrode active material manufactured by the method disclosed herein for a positive electrode.

上記目的を実現するべく本発明により、一般式LiMPO(式中のMは、Co、Ni、FeおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種以上の元素であり、0<x≦1の条件を満たす。)で表されるオリビン型リチウム含有リン酸化合物からなる正極活物質を製造する方法を提供する。
本発明に係る正極活物質製造方法は、(1)リチウム源、リン酸源およびM元素源を包含する上記正極活物質を構成するための出発原料を水系溶媒中で混合してゲル状の原料混合物を調製する工程、(2)上記出発原料が結晶化しない所定の温度域で、上記原料混合物を加熱して仮焼成する工程、および、(3)上記仮焼成工程で得た仮焼成物に導電性粉末を添加し混合して焼成する工程、を包含する。
In order to achieve the above object, according to the present invention, the general formula Li x MPO 4 (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Fe and Mn, and 0 <x ≦ The method of manufacturing the positive electrode active material which consists of the olivine type lithium containing phosphate compound represented by 1) is provided.
In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, (1) a gel raw material obtained by mixing starting materials for constituting the positive electrode active material including a lithium source, a phosphoric acid source and an M element source in an aqueous solvent. A step of preparing a mixture, (2) a step of heating and calcining the raw material mixture in a predetermined temperature range where the starting material does not crystallize, and (3) a calcined product obtained in the calcining step. A step of adding conductive powder, mixing and firing.

なお、本明細書において「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間のリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。一般にリチウムイオン電池と称される二次電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。
なお、本明細書において「正極活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種(例えばリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および脱離)可能な正極側の活物質をいう。
In the present specification, the “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged / discharged by transfer of electric charges associated with lithium ions between the positive and negative electrodes. A secondary battery generally referred to as a lithium ion battery is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification.
In the present specification, the “positive electrode active material” means a positive electrode side capable of reversibly occluding and releasing (typically inserting and desorbing) chemical species (for example, lithium ions) serving as charge carriers in the secondary battery. The active material.

本発明によって提供される正極活物質製造方法は、ゾルゲル法を用いてオリビン型リチウム含有リン酸化合物からなる正極活物質を製造する方法である。
ここで用語「ゾルゲル法」は、溶液から出発して種々の固体材料を作製する方法として当該分野において当業者に把握されているゾルゲル法を意味し、特別な定義を要しない。即ち、所定の原料を溶媒に混合させた溶液から粒子分散状態のゾルを作成し、このゾルを流動性のないゲルに変えて熱処理を施すことにより所望の材料を合成する方法のことをいう。
The method for producing a positive electrode active material provided by the present invention is a method for producing a positive electrode active material comprising an olivine type lithium-containing phosphate compound using a sol-gel method.
Here, the term “sol-gel method” means a sol-gel method known to those skilled in the art as a method for producing various solid materials starting from a solution, and does not require any special definition. That is, it refers to a method of synthesizing a desired material by preparing a sol in a particle dispersed state from a solution in which a predetermined raw material is mixed with a solvent, and changing the sol to a non-flowable gel and performing heat treatment.

本発明の製造方法によれば、一般式LiMPO(式中のMは、Co、Ni、FeおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種以上の元素であり、0<x≦1の条件を満たす。)で表されるオリビン型リチウム含有リン酸化合物を提供することができる。かかる化合物は理論容量が高い反面、導電性が低いため、所望の電池特性を得るためには導電性を付与するか、あるいは結晶性の高い化合物を得ることが重要である。導電性を付与する手段として、該化合物に導電性粉末を添加する方法が用いられているが、導電性を補うために該化合物に導電性粉末を添加して混合(攪拌)すると、混合装置あるいは攪拌装置の機械的エネルギーによって該リチウム含有リン酸化合物の結晶構造が粉砕されて破壊されるため、結晶性の高いオリビン型リチウム含有リン酸化合物を得るのが困難である。しかし、本発明によって提供される正極活物質の製造方法によると、該リチウム源、リン酸源およびM元素源を包含する出発原料を水系溶媒中で混合し調製したゲル状の原料混合物(ゾル、コロイド液、分散液、懸濁液と呼ばれるものを包含する。以下同じ。)を、結晶化しない所定の温度域で加熱して仮焼成し、該仮焼成物に導電性粉末を添加する。結晶化しない低温の温度域では、結晶の成長が抑制され、ゲル状の原料混合物の各成分(典型的にはLi、PO 3−などの各種イオン)が均一に拡散されるため、化学量論組成に近い比率で混ざり合う。そのため、該仮焼成物に導電性粉末を添加し混合しても、結晶構造を壊してしまう虞もなく、また機械的エネルギーで該化合物の結晶成長を阻害してしまう虞もない。従って、その後の焼成工程において、化学量論組成に近いリチウム含有リン酸化合物の結晶が安定して成長し、結晶化度の高く、導電性に優れた正極活物質を提供することができる。 According to the production method of the present invention, the general formula Li x MPO 4 (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Fe and Mn, and 0 <x ≦ 1 The olivine-type lithium-containing phosphate compound represented by the above can be provided. Although such a compound has a high theoretical capacity, it has a low conductivity. Therefore, in order to obtain desired battery characteristics, it is important to provide conductivity or to obtain a compound with high crystallinity. As a means for imparting conductivity, a method of adding a conductive powder to the compound is used, but in order to supplement the conductivity, the conductive powder is added to the compound and mixed (stirred). Since the crystal structure of the lithium-containing phosphate compound is crushed and destroyed by the mechanical energy of the stirring device, it is difficult to obtain an olivine-type lithium-containing phosphate compound having high crystallinity. However, according to the method for producing a positive electrode active material provided by the present invention, a gel raw material mixture (sol, sol) prepared by mixing starting materials including the lithium source, phosphoric acid source and M element source in an aqueous solvent. (Including colloidal liquids, dispersions, and suspensions, the same applies hereinafter) is calcined by heating in a predetermined temperature range that does not crystallize, and conductive powder is added to the calcined product. In a low temperature range where crystallization does not occur, crystal growth is suppressed, and each component of the gel-like raw material mixture (typically, various ions such as Li + and PO 4 3− ) is uniformly diffused. Mix at a ratio close to the stoichiometric composition. Therefore, even if conductive powder is added to and mixed with the calcined product, there is no possibility that the crystal structure will be broken, and there is no possibility that the crystal growth of the compound will be hindered by mechanical energy. Therefore, in the subsequent firing step, a crystal of a lithium-containing phosphoric acid compound close to the stoichiometric composition can be stably grown, and a positive electrode active material having high crystallinity and excellent conductivity can be provided.

また、仮焼成工程において、調製した出発原料が結晶化しない所定の温度域として、80〜150℃で加熱するのが好ましい。かかる低温の温度域で加熱あるいは保持されることにより、原料混合液から水系溶媒の一部がゆっくり時間をかけて揮発するため、結晶の成長を抑制しながら、ゲル状の原料混合物の各成分(Li、Mn2+、PO 3−などの各種イオン)が均一に拡散される。均一に原料混合物の各成分が拡散されると、化学量論組成に近い比率で混ざり合い、結晶化度の高い正極活物質を得ることができる。 Moreover, it is preferable to heat at 80-150 degreeC as a predetermined temperature range in which the prepared starting material does not crystallize in a temporary baking process. By heating or holding in such a low temperature range, a part of the aqueous solvent volatilizes slowly from the raw material mixture over time, so that each component of the gel-like raw material mixture ( (Various ions such as Li + , Mn 2+ and PO 4 3− ) are uniformly diffused. When the components of the raw material mixture are uniformly diffused, they are mixed at a ratio close to the stoichiometric composition, and a positive electrode active material having a high degree of crystallinity can be obtained.

ここに開示される方法の好ましい一態様では、上記原料混合物の調製工程において、有機酸を添加する。リチウム源、リン酸源およびM元素源を包含する出発原料に有機酸を添加することにより、仮焼成工程において結晶成長が抑制された状態の微小粒のリチウム含有リン酸化合物に有機酸による被膜を形成することができる。かかる有機酸による被膜は、その後の焼成工程で加熱され炭化し、該化合物の表面に均一にコーティングされた炭素膜となり得る。その結果、高導電性の炭素膜を有する正極活物質を提供することができる。
また、好ましい一態様では、有機酸の添加量は、上記原料混合物100質量%に対してその10質量%以下に相当する量に設定される。オリビン型リチウム含有リン酸化合物からなる正極活物質は電子導電性が低いため、所望の電池特性を得るためには、導電性を付与するか、あるいは結晶性の高い化合物を得ることが重要になる。従って、有機酸を上記添加量に設定することにより、より導電性の高いリチウム含有リン酸化合物を製造することができる。
In a preferred embodiment of the method disclosed herein, an organic acid is added in the step of preparing the raw material mixture. By adding an organic acid to a starting material including a lithium source, a phosphoric acid source, and an M element source, a coating of the organic acid is formed on the fine lithium-containing phosphoric acid compound in a state where crystal growth is suppressed in the pre-baking step. Can be formed. Such a film made of an organic acid can be heated and carbonized in a subsequent firing step to form a carbon film uniformly coated on the surface of the compound. As a result, a positive electrode active material having a highly conductive carbon film can be provided.
In a preferred embodiment, the addition amount of the organic acid is set to an amount corresponding to 10% by mass or less with respect to 100% by mass of the raw material mixture. Since the positive electrode active material made of an olivine-type lithium-containing phosphate compound has low electronic conductivity, it is important to provide conductivity or obtain a compound with high crystallinity in order to obtain desired battery characteristics. . Therefore, a lithium-containing phosphoric acid compound having higher conductivity can be produced by setting the organic acid to the above-mentioned addition amount.

また、本発明によって提供される製造方法の好ましい一態様では、上記焼成工程において、上記仮焼成物に上記導電性粉末を添加し混合して、350℃を上回らない温度で焼成する第一焼成工程、および、上記第一焼成工程で得た焼成物に、さらに導電性粉末を添加し混合して600℃又はそれ以上の温度で焼成する第二焼成工程、を包含する。
焼成工程において、急激な高温焼成する前に、まず、350℃を上回らない温度で第一焼成することにより、リチウム含有リン酸化合物の結晶を段階的に成長させることができる。また、第一焼成工程で得た焼成物に、さらに導電性粉末を添加し混合することによって、結晶が析出しつつある化合物の表面を導電性粉末で被膜(コーティング)するため、混合(あるいは攪拌)等の装置による機械的ダメージを受けにくくなり、該化合物の結晶構造が壊れ難くなる。そして、さらに高温域の600℃又はそれ以上の温度で焼成することにより、結晶性が高く、電池特性(特に電池容量、充放電サイクル特性またはハイレート特性)に優れたリチウム二次電池を構築し得る正極活物質を製造することができる。
Moreover, in one preferable aspect of the production method provided by the present invention, in the firing step, the conductive powder is added to and mixed with the temporarily fired product and fired at a temperature not exceeding 350 ° C. And a second firing step in which conductive powder is further added to and mixed with the fired product obtained in the first firing step and fired at a temperature of 600 ° C. or higher.
In the baking step, before the rapid high-temperature baking, first, the first baking is performed at a temperature not exceeding 350 ° C., whereby crystals of the lithium-containing phosphate compound can be grown stepwise. In addition, by adding conductive powder to the fired product obtained in the first firing step and mixing it, the surface of the compound on which crystals are being deposited is coated (coated) with the conductive powder. ) Or the like, and the crystal structure of the compound is hardly broken. Further, by firing at a higher temperature of 600 ° C. or higher, a lithium secondary battery having high crystallinity and excellent battery characteristics (particularly battery capacity, charge / discharge cycle characteristics or high rate characteristics) can be constructed. A positive electrode active material can be manufactured.

さらに、好ましい他の一態様では、上記オリビン型リチウム含有リン酸化合物は、上記M元素としてMnを含むLiMnPOである。あるいは、LiMnM’PO(式中のM’は、Co、NiおよびFeを主構成元素とし不純物成分の存在を許容し得る、0<x≦1、0<y<1の条件を満たす。)で表わされるリン酸マンガンリチウムである。かかるリン酸マンガンリチウムは、他のオリビン型リン酸化合物(例えばLiFePO)に比べて、イオン導電性および電子導電性が低い。特にハイレートでの充放電においては抵抗が大きくなる。しかしながら、ここに開示される製造方法によると、結晶構造が密で微細粒のリン酸マンガンリチウムを製造することができる。従って、かかるリン酸マンガンリチウムを用いて構築されたリチウム二次電池は、優れた電池性能(例えば電池容量、充放電サイクル特性またはハイレート特性)を有する。 Furthermore, in another preferable embodiment, the olivine-type lithium-containing phosphate compound is LiMnPO 4 containing Mn as the M element. Alternatively, Li x Mn y M′PO 4 (wherein M ′ is a condition of 0 <x ≦ 1, 0 <y <1 which can allow the presence of impurity components with Co, Ni and Fe as main constituent elements) Lithium manganese phosphate represented by: Such lithium manganese phosphate has lower ionic conductivity and electronic conductivity than other olivine-type phosphate compounds (for example, LiFePO 4 ). In particular, the resistance increases during charge / discharge at a high rate. However, according to the production method disclosed herein, it is possible to produce lithium manganese phosphate having a dense crystal structure and fine grains. Therefore, the lithium secondary battery constructed using such lithium manganese phosphate has excellent battery performance (for example, battery capacity, charge / discharge cycle characteristics or high rate characteristics).

また、本発明は、他の側面として、リチウム二次電池を提供する。すなわち、ここに開示されるいずれかの製造方法により製造された正極活物質を正極に備えるリチウム二次電池である。かかる正極を備えるリチウム二次電池は、導電性に優れ、ハイレート充放電に対しても内部抵抗の上昇が抑制された電池となり得る。
さらに、本発明によると、ここに開示されるリチウム二次電池を備える車両を提供する。本発明によって提供されるリチウム二次電池は、特に車両に搭載される電池の電源として適した品質(例えば内部短絡の防止)および性能(例えば高出力)を示すものであり得る。したがって、ここに開示されるリチウム二次電池は、ハイブリッド自動車、電気自動車のような電動機を備える自動車等の車両に搭載されるモーター(電動機)用の電源として好適に使用され得る。
Moreover, this invention provides a lithium secondary battery as another aspect. That is, it is a lithium secondary battery provided with a positive electrode active material manufactured by any one of the manufacturing methods disclosed herein. A lithium secondary battery including such a positive electrode is excellent in conductivity and can be a battery in which an increase in internal resistance is suppressed even with respect to high rate charge / discharge.
Furthermore, according to this invention, the vehicle provided with the lithium secondary battery disclosed here is provided. The lithium secondary battery provided by the present invention may exhibit quality (for example, prevention of internal short circuit) and performance (for example, high output) suitable as a power source for a battery mounted on a vehicle. Therefore, the lithium secondary battery disclosed herein can be suitably used as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile equipped with an electric motor such as a hybrid vehicle or an electric vehicle.

一実施形態に係るオリビン型リチウム含有リン酸化合物の製造プロセスを示す工程フロー図である。It is a process flow figure showing a manufacturing process of an olivine type lithium content phosphate compound concerning one embodiment. 一実施形態に係るリチウム二次電池を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment. 図2におけるIII−III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line in FIG. 実施例1〜6および比較例に係る試験用電池の比容量を示したグラフである。It is the graph which showed the specific capacity of the test battery which concerns on Examples 1-6 and a comparative example. 実施例3および比較例に係るLiMnPOの結晶構造のX線回折パターンを測定したグラフである。It is a graph of X-ray diffraction pattern of the crystal structure of LiMnPO 4 according to Example 3 and Comparative Example. 実施例3、7〜9および比較例に係る試験用電池の比容量を示したグラフである。It is the graph which showed the specific capacity of the test battery which concerns on Example 3, 7-9, and a comparative example. 一実施形態に係るリチウム二次電池を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図である。It is a side view showing typically a vehicle (automobile) provided with a lithium secondary battery concerning one embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

ここに開示されるオリビン型リチウム含有リン酸化合物からなる正極活物質を製造する方法の好適な実施形態の一つとして、一般式LiMPO(式中のMは、Co、Ni、FeおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種以上の元素であり、0<x≦1の条件を満たす。)で表されるリチウム含有リン酸化合物のうち、M元素としてMnを含むリン酸マンガンリチウムLiMnPOからなる正極活物質を製造する場合を例として、本実施形態に係る正極活物質の製造方法について説明するが、本発明の適用対象をかかる正極活物質の製造方法に限定する意図ではない。以下の説明の「マンガン源」は、他のM元素(Co、Ni、Fe)源と読み替えることができる。
なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、正極および負極を備えた電極体の構成および製法、セパレータや電解質の構成および製法、リチウム二次電池その他の電池の構築に係る一般的技術等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。
As one preferred embodiment of a method for producing a positive electrode active material comprising an olivine-type lithium-containing phosphate compound disclosed herein, a general formula Li x MPO 4 (wherein M is Co, Ni, Fe and Lithium manganese phosphate containing at least one element selected from the group consisting of Mn and satisfying the condition of 0 <x ≦ 1. The method for producing a positive electrode active material according to the present embodiment will be described by taking as an example a case of producing a positive electrode active material made of LiMnPO 4. . “Manganese source” in the following description can be read as other M element (Co, Ni, Fe) sources.
In addition, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the member and site | part which show | plays the same effect | action, and the overlapping description may be abbreviate | omitted or simplified. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships. Further, matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and matters necessary for carrying out the present invention (for example, the configuration and manufacturing method of an electrode body including a positive electrode and a negative electrode, the configuration and manufacturing method of a separator and an electrolyte, General techniques relating to the construction of lithium secondary batteries and other batteries, etc.) can be understood as design matters for those skilled in the art based on the prior art in this field.

本実施形態に係るリン酸マンガンリチウムLiMnPOの製造方法は、図1に示すように、大まかにいって、原料混合物調製工程(S10)と、仮焼成工程(S20)と、焼成工程(S30)とを有する。以下、各ステップについて詳細に説明する。 As shown in FIG. 1, the method for producing lithium manganese phosphate LiMnPO 4 according to the present embodiment is roughly divided into a raw material mixture preparation step (S10), a temporary firing step (S20), and a firing step (S30). And have. Hereinafter, each step will be described in detail.

<原料混合物調製工程>
まず、原料混合物調製工程(S10)について説明する。原料混合物調製工程(S10)では、リチウム源、M元素源(本実施形態ではマンガン源)、およびリン酸源を包含する正極活物質を構成するための出発原料を所定の配合比となるように秤量し、これらを水系溶媒中で混合して溶解または分散し、ゲル状の原料混合物を調製する。出発原料を溶媒に混合するときは、必要に応じて攪拌を行ってもよい。攪拌により溶解を短時間で安定して行うことができる。
<Raw material mixture preparation process>
First, the raw material mixture preparation step (S10) will be described. In the raw material mixture preparation step (S10), the starting raw materials for constituting the positive electrode active material including the lithium source, the M element source (manganese source in the present embodiment), and the phosphoric acid source are set to have a predetermined mixing ratio. These are weighed, mixed in an aqueous solvent and dissolved or dispersed to prepare a gel-like raw material mixture. When mixing a starting material with a solvent, you may stir as needed. Dissolution can be stably performed in a short time by stirring.

上記出発原料としては、少なくともリチウム源、マンガン源およびリン酸源を包含する一種または二種以上の化合物を適宜選択して用いることができる。
まず、リチウム源を包含する化合物としては、上記水系溶媒に溶解または均一に分散し得るものであれば特に限定されず、各種のリチウム化合物を用いることができる。例えば、酢酸リチウム、シュウ酸リチウムなどのリチウム有機酸化合物や、炭酸リチウム、水酸化リチウム、リン酸リチウムなどのリチウム無機酸化合物を用いるとよい。特に好ましい例として、水系溶媒に溶けやすい酢酸リチウム・二水和物〔Li(CHCOO)・2HO〕が挙げられる。
As the starting material, one or more compounds including at least a lithium source, a manganese source and a phosphate source can be appropriately selected and used.
First, the compound including the lithium source is not particularly limited as long as it can be dissolved or uniformly dispersed in the aqueous solvent, and various lithium compounds can be used. For example, lithium organic acid compounds such as lithium acetate and lithium oxalate, and lithium inorganic acid compounds such as lithium carbonate, lithium hydroxide, and lithium phosphate may be used. As a particularly preferred example, lithium acetate dihydrate [Li (CH 3 COO) · 2H 2 O] which is easily soluble in an aqueous solvent can be mentioned.

M元素源を包含する化合物としては、上記水系溶媒に溶解または均一に分散し得るものであれば特に限定されず、Co、Ni、FeおよびMnの有機酸塩を用いることができる。例えば、酢酸塩、シュウ酸塩が挙げられる。また、M元素がMnである場合のマンガン源としては、酢酸マンガン、シュウ酸マンガンなどのマンガン有機酸化合物を用いることができる。特に好ましい例として、水系溶媒に溶けやすい酢酸マンガン(II)・四水和物〔Mn(CHCOO)・4HO〕が挙げられる。 The compound including the M element source is not particularly limited as long as it can be dissolved or uniformly dispersed in the aqueous solvent, and organic acid salts of Co, Ni, Fe and Mn can be used. For example, acetate and oxalate are mentioned. Further, as the manganese source when the M element is Mn, manganese organic acid compounds such as manganese acetate and manganese oxalate can be used. As a particularly preferable example, manganese acetate (II) tetrahydrate [Mn (CH 3 COO) 2 .4H 2 O] which is easily soluble in an aqueous solvent can be mentioned.

リン酸源を包含する化合物としては、上記水系溶媒に溶解または均一に分散し得るものであれば特に限定されず、各種のリン酸化合物を用いることができる。例えば、リン酸二水素アンモニウム〔NHPO〕やリン酸水素二アンモニウムなどのリン酸水素アンモニウムを用いることができる。あるいは、リン酸またはリン酸を含む溶液をリン酸源として使用してもよい。 The compound including the phosphoric acid source is not particularly limited as long as it can be dissolved or uniformly dispersed in the aqueous solvent, and various phosphoric acid compounds can be used. For example, ammonium hydrogen phosphate such as ammonium dihydrogen phosphate [NH 4 H 2 PO 4 ] or diammonium hydrogen phosphate can be used. Alternatively, phosphoric acid or a solution containing phosphoric acid may be used as the phosphoric acid source.

また、上記原料混合物調製工程(S10)においてリチウム源、マンガン源およびリン酸源を包含する出発原料に、さらに有機酸を添加するのが好ましい。有機酸を添加することにより、後述する仮焼成工程(S20)において、低温の温度域で有機酸化が添加された原料混合物が加熱されることにより、結晶成長が抑制された微小粒のリン酸マンガンリチウムの表面に有機酸による被膜を均一に形成することができる。かかる有機酸による被膜は、その後の焼成工程(S30)で加熱されて炭化し、該化合物の表面にコーティングされるため、高導電性の炭素膜となり得る。   In the raw material mixture preparation step (S10), it is preferable to further add an organic acid to the starting raw material including the lithium source, the manganese source, and the phosphoric acid source. By adding an organic acid, in the pre-baking step (S20), which will be described later, the raw material mixture to which organic oxidation has been added is heated in a low temperature range, so that the fine grain manganese phosphate in which crystal growth is suppressed A film made of an organic acid can be uniformly formed on the surface of lithium. Such a film made of an organic acid is heated and carbonized in the subsequent baking step (S30), and is coated on the surface of the compound, so that it can be a highly conductive carbon film.

ここで添加される有機酸としては、特に限定するものではないが、水系溶媒に溶解または均一に分散し得るものを用いることができ、例えば、糖類、脂肪酸、これらの塩を好適に用いることができる。糖類としては、単糖類、二糖類および多糖類ならびにそれらの誘導体を挙げることができる。例えば、単糖類としては、グルコース、マンノース、ガラクトース、アロース、タロース、リボース、アラビノース、エリトロース、トレオースなどのアルドース、フルクトース、タガトース、ソルボースリブロース、キシルロース、エリトルトース等のケトース又はこれらの環状構造体であるピラノース、フラノース類が挙げられる。また、二糖類としては、スクロース、ラクトース、マルトース等、多糖類としては、デンプン、セルロースなどを挙げることができる。また、脂肪酸としては、酢酸、ブチル酸等の飽和脂肪酸や、オレイン酸、リノール酸、アラキドン酸等の不飽和脂肪酸、あるいは、フタル酸、クエン酸、イソクエン酸、リンゴ酸、酒石酸、乳酸、シュウ酸、コハク酸等のその他の脂肪酸が挙げられる。特にスクロース等の糖類を好適に使用することができる。   Although it does not specifically limit as an organic acid added here, What can melt | dissolve or disperse | distribute uniformly to an aqueous solvent can be used, For example, saccharides, a fatty acid, and these salts are used suitably. it can. Examples of sugars include monosaccharides, disaccharides and polysaccharides, and derivatives thereof. For example, as monosaccharide, aldose such as glucose, mannose, galactose, allose, talose, ribose, arabinose, erythrose, threose, ketose such as fructose, tagatose, sorbose ribulose, xylulose, erythrose or pyranose which is a cyclic structure thereof. And furanose. Examples of the disaccharide include sucrose, lactose, and maltose. Examples of the polysaccharide include starch and cellulose. The fatty acids include saturated fatty acids such as acetic acid and butyric acid, unsaturated fatty acids such as oleic acid, linoleic acid, and arachidonic acid, or phthalic acid, citric acid, isocitric acid, malic acid, tartaric acid, lactic acid, and oxalic acid. And other fatty acids such as succinic acid. In particular, saccharides such as sucrose can be preferably used.

上記有機酸の添加量としては、上記リチウム源、マンガン源およびリン酸源を包含する出発原料の混合物100質量%に対し、有機酸の添加量は10質量%以下に相当する量が添加されるのが好ましい。より好ましくは5質量%以下であり、例えば3〜4質量%の有機酸を添加することができる。   As the addition amount of the organic acid, the addition amount of the organic acid is an amount corresponding to 10% by mass or less with respect to 100% by mass of the mixture of the starting materials including the lithium source, the manganese source and the phosphoric acid source. Is preferred. More preferably, it is 5 mass% or less, for example, 3-4 mass% organic acid can be added.

上記出発原料を混合する水系溶媒は、典型には水であるが、全体として水性を示すものであればよく、例えば低級アルコール(メタノール、エタノール等)を含む水溶液が好ましい。すなわち、水または水を主体とする混合溶媒を好ましく用いることができる。該混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶剤(低級アルコール、低級ケトン等)の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。例えば、水系溶媒の凡そ80質量%以上(より好ましくは凡そ90質量%以上、さらに好ましくは凡そ95質量%以上)が水である溶媒の使用が好ましい。特に好ましい例として、実質的に水からなる溶媒が挙げられる。   The aqueous solvent in which the starting material is mixed is typically water, but may be any water-based solvent as a whole. For example, an aqueous solution containing a lower alcohol (methanol, ethanol, etc.) is preferable. That is, water or a mixed solvent mainly composed of water can be preferably used. As the solvent other than water constituting the mixed solvent, one or more organic solvents (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used. For example, it is preferable to use a solvent in which about 80% by mass or more (more preferably about 90% by mass or more, more preferably about 95% by mass or more) of the aqueous solvent is water. A particularly preferred example is a solvent consisting essentially of water.

上記各出発原料を水系溶媒中で溶解あるいは均一に分散し、ゲル状の原料混合物を調製する。ゲル化の方法は特に限定されないが、ゲル化を促進するために、原料混合物にゲル化剤を添加してもよい。ゲル化剤としては、例えばグリコール酸〔C〕を好ましく用いることができる。ゲル化剤の添加量は特に限定されず、所望のゲル状を呈するように適宜調整するとよい。また、室温以上(例えば25〜50℃程度)に原料混合物を加温してもよい。加温することによりゲル化が促進され、粒子分散状態のゾル状態から流動性のないゲル状態に変化させることができる。こうして調製されるゲル状の原料混合物は、水系溶媒を保持したまま流動性を失った状態を構成する。なお、後述する仮焼成工程(S20)において原料混合物を所定の温度域で加熱するため、本工程(S10)におけるゲル化促進のための加熱は省略してもよい。従って、一部流動性を保持したままの状態の原料混合物を次工程(S20)の処理に供することができる。 The above starting materials are dissolved or uniformly dispersed in an aqueous solvent to prepare a gel-like raw material mixture. The method of gelation is not particularly limited, but a gelling agent may be added to the raw material mixture in order to promote gelation. As the gelling agent, for example, glycolic acid [C 2 H 4 O 3 ] can be preferably used. The addition amount of a gelling agent is not specifically limited, It is good to adjust suitably so that a desired gel form may be exhibited. Moreover, you may heat a raw material mixture above room temperature (for example, about 25-50 degreeC). By heating, gelation is promoted, and the sol state in a particle dispersed state can be changed to a gel state having no fluidity. The gel-like raw material mixture thus prepared constitutes a state in which the fluidity is lost while retaining the aqueous solvent. In addition, in order to heat a raw material mixture in a predetermined temperature range in the temporary baking process (S20) mentioned later, the heating for the gelatinization in this process (S10) may be abbreviate | omitted. Therefore, the raw material mixture in a state where a part of the fluidity is maintained can be used for the next step (S20).

<仮焼成工程>
次いで、仮焼成工程(S20)について説明する。仮焼成工程(S20)では、上記調製した出発原料が結晶化しない所定の温度域で、原料混合物を加熱して仮焼成する。結晶化しない所定の温度域としては、80〜350℃で加熱することができ、好ましい温度域は80〜150℃であり、特に好ましくは100〜150℃であり、例えば120℃程度で加熱することができる。
かかる低温の温度域で加熱あるいは保持されることにより、原料混合物から水系溶媒の一部がゆっくり時間をかけて揮発するため、結晶の成長を抑制しながら、ゲル状の原料混合物の各成分(Li、Mn2+、PO 3−などの各種イオン)が均一に拡散される。均一に原料混合物の各成分が拡散されると、化学量論組成に近い比率で混ざり合い、後述する焼成工程(S30)でさらに加熱することにより、化学量論組成もしくはそれに近いリン酸マンガンリチウムの微小粒の結晶が安定して成長する。その結果、結晶化度の高い所望の正極活物質を得ることができる。
<Temporary firing process>
Next, the temporary firing step (S20) will be described. In the pre-baking step (S20), the raw material mixture is heated and pre-baked in a predetermined temperature range where the prepared starting material does not crystallize. As a predetermined temperature range which does not crystallize, it can heat at 80-350 degreeC, A preferable temperature range is 80-150 degreeC, Most preferably, it is 100-150 degreeC, for example, heating at about 120 degreeC Can do.
By heating or holding in such a low temperature range, a part of the aqueous solvent volatilizes slowly from the raw material mixture over time, so that each component of the gel-like raw material mixture (Li + , Various ions such as Mn 2+ and PO 4 3− are diffused uniformly. When the components of the raw material mixture are uniformly diffused, they are mixed at a ratio close to the stoichiometric composition, and further heated in the firing step (S30) described later, so that the stoichiometric composition or the lithium manganese phosphate close thereto is obtained. Fine-grained crystals grow stably. As a result, a desired positive electrode active material having a high degree of crystallinity can be obtained.

なお、仮焼成工程(S20)における加熱保持時間としては、特に限定するものではないが、化学量論的に近い値に達するように、加熱する時間は長く保持し各種イオンの拡散を十分に進行させた方がよい。しかしながら、溶媒が全て揮発し乾燥すると、仮焼成物が固化しゾルゲル法によるメリットを享受できなくなるため、溶媒の乾燥状態を確認し適宜保持時間を調整することが好ましい。また、保持雰囲気は、ゲル状態を安定に保つことができる雰囲気であればよく、使用した溶媒や出発原料の種類により必要に応じて、大気雰囲気中の他、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下、あるいは密閉容器内に入れて保持することができる。   The heating and holding time in the pre-baking step (S20) is not particularly limited, but the heating time is kept long to sufficiently reach the stoichiometric value and the diffusion of various ions proceeds sufficiently. It is better to let them. However, when all the solvent is volatilized and dried, the temporarily fired product is solidified and cannot enjoy the merit of the sol-gel method. Therefore, it is preferable to confirm the drying state of the solvent and appropriately adjust the holding time. In addition, the holding atmosphere may be an atmosphere that can keep the gel state stable, and depending on the type of solvent and starting material used, if necessary, in an air atmosphere or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas. Alternatively, it can be held in a sealed container.

<焼成工程>
次いで、焼成工程(S30)について説明する。焼成工程(S30)では、上記仮焼成した仮焼成物に導電性粉末を添加し混合して焼成する。上述の仮焼成工程(S20)において、各種イオンが化学量論組成に近い比率で混ざり合っているため、さらなる加熱によりリン酸マンガンリチウムの微小粒子結晶が化学量論組成もしくはそれに近い組成比で成長する。これにより、結晶化度の高い正極活物質を得ることができる。
<Baking process>
Next, the firing step (S30) will be described. In the firing step (S30), conductive powder is added to the temporarily fired calcined product, mixed and fired. In the above-mentioned pre-baking step (S20), various ions are mixed at a ratio close to the stoichiometric composition, so that the fine particle crystal of lithium manganese phosphate grows at a stoichiometric composition or a composition ratio close thereto by further heating. To do. Thereby, a positive electrode active material with high crystallinity can be obtained.

ここで、仮焼成工程(S20)を経て、各種イオンが化学量論組成に近い比率で混ざり合った仮焼成物に、導電性粉末を添加する。
オリビン型の正極活物質、例えばリン酸マンガンリチウムは、理論容量が高い反面、導電性が低いため、所望の電池特性を得るためには導電性を付与するか、あるいは結晶性の高い化合物を得ることが重要であるが、導電性を付与する手段として、該化合物に導電性粉末を添加して混合(攪拌)することができる。混合装置等を用いて導電性粉末を混合すると、装置の機械的エネルギーによって結晶構造が粉砕されて破壊されるため、結晶性の高いオリビン型リチウム含有リン酸化合物を得るのが困難である。しかしながら、ここに開示される製造方法によると、仮焼成工程(S20)においてリン酸マンガンリチウムの結晶成長が抑制されているため、導電性粉末を添加し混合しても、結晶構造を壊してしまう虞もなく、また機械的エネルギーで該化合物の結晶成長を阻害してしまう虞もない。従って、結晶が成長する前段階(焼成工程前)において、導電性粉末を添加することにより、仮焼成物に対して導電性粉末を均一に拡散させることができ、リン酸マンガンリチウムの導電性を高めることができる。
Here, the conductive powder is added to the calcined product in which various ions are mixed at a ratio close to the stoichiometric composition through the calcining step (S20).
An olivine-type positive electrode active material, such as lithium manganese phosphate, has high theoretical capacity but low conductivity. Therefore, in order to obtain desired battery characteristics, it is necessary to impart conductivity or obtain a compound with high crystallinity. However, as a means for imparting conductivity, a conductive powder can be added to the compound and mixed (stirred). When the conductive powder is mixed using a mixing device or the like, the crystal structure is crushed and destroyed by the mechanical energy of the device, so it is difficult to obtain an olivine-type lithium-containing phosphate compound having high crystallinity. However, according to the manufacturing method disclosed herein, the crystal growth of lithium manganese phosphate is suppressed in the pre-baking step (S20), so even if conductive powder is added and mixed, the crystal structure is broken. There is no fear, and there is no possibility that the crystal growth of the compound is inhibited by mechanical energy. Therefore, by adding conductive powder in the previous stage of crystal growth (before the firing step), the conductive powder can be uniformly diffused into the temporarily fired product, and the conductivity of lithium manganese phosphate can be increased. Can be increased.

上記添加する導電性粉末としては、炭素粉末(カーボン粉末)を用いることが好ましい。例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック等の種々のカーボンブラック、あるいは黒鉛等のカーボン粉末を好適に使用することができる。また、これらのうち一種又は二種以上を併用して用いてもよい。
また、混合(攪拌、粉砕を含む)に用いる上記装置としては特に限定するものではないが、例えば、プラネタリーミキサー、遊星式撹拌装置、デスパー、ボールミル、ニーダ、ミキサー等を使用することにより、導電性粉末および仮焼成物を好適に混合することができる。なお、混合時間は、仮焼成物に対して導電性粉末を均一に拡散される限りにおいて特に限定するものではないが、凡そ20時間混合することにより、好適な混合状態を形成することができる。
As the conductive powder to be added, carbon powder (carbon powder) is preferably used. For example, various carbon blacks such as acetylene black, furnace black, and ketjen black, or carbon powders such as graphite can be suitably used. Moreover, you may use 1 type or 2 types or more together among these.
Further, the above-mentioned apparatus used for mixing (including stirring and pulverization) is not particularly limited, but for example, by using a planetary mixer, a planetary stirring apparatus, a desper, a ball mill, a kneader, a mixer, etc. Powder and pre-baked product can be suitably mixed. The mixing time is not particularly limited as long as the conductive powder is uniformly diffused with respect to the temporarily fired product, but a suitable mixed state can be formed by mixing for about 20 hours.

また、焼成温度は所望の化合物(ここではリン酸マンガンリチウム)を合成し得る温度であれば特に制限されないが、600℃またはそれ以上の温度、例えば600℃で焼成することができる。ここに開示される製造方法によると、結晶性の高いオリビン型正極活物質、例えばリン酸マンガンリチウムが得られるため、一般の焼成温度のように高温域(例えば900℃を超える温度)で加熱しなくてもよい。むしろ、焼成温度が高すぎると、粗結晶の粒子が成長し、不純物が増大する虞がある。また、焼成雰囲気は特に限定されず、例えば、大気雰囲気中で焼成してもよく、必要に応じて窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で焼成してもよい。   The firing temperature is not particularly limited as long as it is a temperature capable of synthesizing a desired compound (here, lithium manganese phosphate), but can be fired at a temperature of 600 ° C. or higher, for example, 600 ° C. According to the production method disclosed herein, since an olivine-type positive electrode active material having high crystallinity, for example, lithium manganese phosphate, is obtained, it is heated in a high temperature range (for example, a temperature exceeding 900 ° C.) like a general firing temperature. It does not have to be. Rather, if the firing temperature is too high, coarse crystal particles grow and impurities may increase. Further, the firing atmosphere is not particularly limited, and for example, firing may be performed in an air atmosphere, or may be performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas as necessary.

また、焼成工程(S30)においては、上記仮焼成物に導電性粉末を添加し混合した後、350℃を上回らない温度で焼成する第一焼成工程(S310)、および、第一焼成工程で得た焼成物に、さらに導電性粉末を添加し混合して600℃又はそれ以上の温度で焼成する第二焼成工程(S320)を行うことができる。
焼成工程(S30)において、急激な高温焼成する前に、まず、350℃を上回らない温度で第一焼成することにより、リン酸マンガンリチウムの結晶を段階的に成長させることができる。また、第一焼成工程(S310)で得た焼成物に、さらに導電性粉末を添加し混合することによって、結晶が析出しつつある化合物の表面を段階的に導電性粉末で被膜(コーティング)するため、混合(あるいは攪拌)等の装置による機械的ダメージを受けにくくなり、該化合物の結晶構造が壊れ難くなる。このように段階的に導電性粉末を添加し、さらに高温域の600℃又はそれ以上の温度で焼成することにより、結晶度が高く、導電性に優れた正極活物質を好適に製造することができる。
Moreover, in a baking process (S30), after adding and mixing electroconductive powder to the said temporary baked material, it baked at the temperature which does not exceed 350 degreeC (S310), and obtained by a 1st baking process. A second firing step (S320) in which conductive powder is further added to the fired product and mixed and fired at a temperature of 600 ° C. or higher can be performed.
In the firing step (S30), before the rapid high-temperature firing, first, the first firing is performed at a temperature not exceeding 350 ° C., whereby crystals of lithium manganese phosphate can be grown stepwise. Further, conductive powder is further added to and mixed with the fired product obtained in the first firing step (S310), whereby the surface of the compound on which crystals are precipitated is coated (coated) stepwise with the conductive powder. Therefore, it becomes difficult to receive mechanical damage by an apparatus such as mixing (or stirring), and the crystal structure of the compound is hardly broken. Thus, by adding conductive powder stepwise and firing at a temperature of 600 ° C. or higher in the high temperature region, a positive electrode active material having high crystallinity and excellent conductivity can be suitably produced. it can.

上述した例では、基本組成がLiMnPOで表わされるリン酸マンガンリチウムを合成する場合を例示したが、これに限らない。例えば、オリビン型の結晶構造を維持したまま、リチウム、マンガン、リン酸の組成比を変えた、LiMnM’PO(式中のM’は、Co、NiおよびFeを主構成元素とし不純物成分の存在を許容し得る、0<x≦1、0<y<1の条件を満たす。)で表わされるリン酸マンガンリチウムを合成することもできる。その場合、原料混合物調製工程(S10)において、リチウム源、マンガン源、リン酸源およびM’元素源を包含する出発原料の配合比を、所望の組成化合物が得られるように適宜変更すればよい。また、リン酸マンガンリチウム以外のオリビン型リチウム含有リン酸化合物である、LiCoPO、LiNiPOおよびLiFePOについても同様に、出発原料の配合比を所望の組成化合物が得られるように適宜変更することにより、製造することができる。 In the example described above, the case of synthesizing lithium manganese phosphate whose basic composition is represented by LiMnPO 4 is illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, Li x Mn y M′PO 4 (M ′ in the formula is composed of Co, Ni and Fe as main constituent elements while changing the composition ratio of lithium, manganese and phosphoric acid while maintaining the olivine type crystal structure. And the condition that 0 <x ≦ 1 and 0 <y <1 are satisfied, which can allow the presence of impurity components). In that case, in the raw material mixture preparation step (S10), the blending ratio of the starting materials including the lithium source, manganese source, phosphate source and M ′ element source may be appropriately changed so as to obtain a desired composition compound. . Similarly for LiCoPO 4 , LiNiPO 4 and LiFePO 4 , which are olivine-type lithium-containing phosphate compounds other than lithium manganese phosphate, the mixing ratio of starting materials should be appropriately changed so that a desired composition compound can be obtained. Can be manufactured.

以上のように、本実施形態の製造方法により得られたオリビン型リチウム含有リン酸化合物は、結晶性が高いことから、種々の形態のリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)の構成要素または該リチウム二次電池に内蔵される正極の構成要素(正極活物質)として好ましく利用され得る。
このようにして作製されたオリビン型リチウム含有リン酸化合物からなる正極活物質と、必要に応じて使用される他の正極材料成分(例えば結着剤等)とを混合したものを正極集電体上に層状に保持させることにより、正極を作製することができる。
As described above, since the olivine-type lithium-containing phosphate compound obtained by the manufacturing method of the present embodiment has high crystallinity, the configuration of various forms of lithium secondary batteries (typically lithium ion batteries) It can be preferably used as an element or a constituent element (positive electrode active material) of a positive electrode incorporated in the lithium secondary battery.
A positive electrode current collector obtained by mixing the positive electrode active material made of the olivine-type lithium-containing phosphate compound thus produced and other positive electrode material components (for example, a binder) used as necessary A positive electrode can be produced by holding it in layers.

正極を形成する工程は、正極活物質として本実施形態の方法により得られたオリビン型リチウム含有リン酸化合物を用いる点以外は、従来の一般的なリチウム二次電池用正極を作製する場合と同様にして行うことができる。例えば、上述した正極活物質と、必要に応じて使用される他の正極材料成分(例えば結着剤等)とを適当な分散媒体に分散させて混練したペースト状組成物を調製し、これを正極集電体上に塗布して乾燥することにより、正極を作製すればよい。   The step of forming the positive electrode is the same as that for producing a conventional positive electrode for a lithium secondary battery, except that the olivine type lithium-containing phosphate compound obtained by the method of the present embodiment is used as the positive electrode active material. Can be done. For example, a paste-like composition in which the above-described positive electrode active material and other positive electrode material components (for example, a binder) used as necessary are dispersed in a suitable dispersion medium and kneaded is prepared. What is necessary is just to produce a positive electrode by apply | coating on a positive electrode electrical power collector, and drying.

以下、ここに開示される製造方法により得られた正極活物質を用いて構築されるリチウム二次電池の一実施形態につき、図2および図3に示す模式図を参照しつつ説明する。   Hereinafter, an embodiment of a lithium secondary battery constructed using a positive electrode active material obtained by the manufacturing method disclosed herein will be described with reference to schematic diagrams shown in FIGS.

図2は、一実施形態に係る角型形状のリチウム二次電池を模式的に示す斜視図であり、図3は、図2中のIII−III線断面図である。図2および図3に示されるように、本実施形態に係るリチウム二次電池100は、直方体形状の角型の電池ケース10と、該ケース10の開口部12を塞ぐ蓋体14とを備える。この開口部12より電池ケース10内部に扁平形状の電極体(捲回電極体20)及び電解質を収容することができる。また、蓋体14には、外部接続用の正極端子38と負極端子48とが設けられており、それら端子38,48の一部は蓋体14の表面側に突出している。   2 is a perspective view schematically showing a rectangular lithium secondary battery according to an embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the lithium secondary battery 100 according to the present embodiment includes a rectangular parallelepiped battery case 10 and a lid 14 that closes the opening 12 of the case 10. A flat electrode body (wound electrode body 20) and an electrolyte can be accommodated in the battery case 10 through the opening 12. The lid 14 is provided with a positive terminal 38 and a negative terminal 48 for external connection, and a part of the terminals 38 and 48 protrudes to the surface side of the lid 14.

図3に示されるように、本実施形態では該ケース10内に捲回電極体20が収容されている。該電極体20は、長尺シート状の正極集電体32の表面に正極活物質層34が形成された正極シート30、長尺シート状の負極集電体42の表面に負極活物質層44が形成された負極シート40、および長尺シート状のセパレータ50からなる。そして、正極シート30及び負極シート40を2枚のセパレータ50と共に重ね合わせて捲回し、得られた捲回電極体20を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平形状に成形されている。   As shown in FIG. 3, in this embodiment, the wound electrode body 20 is accommodated in the case 10. The electrode body 20 includes a positive electrode sheet 30 in which a positive electrode active material layer 34 is formed on the surface of a long sheet-like positive electrode current collector 32, and a negative electrode active material layer 44 on the surface of a long sheet-like negative electrode current collector 42. Are formed of a negative electrode sheet 40 on which is formed, and a long sheet-like separator 50. Then, the positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40 are overlapped and wound together with the two separators 50, and the obtained wound electrode body 20 is formed into a flat shape by crushing and ablating from the side surface direction.

また、捲回される正極シート30において、その長手方向に沿う一方の端部には正極活物質層34が形成されずに正極集電体32が露出しており、一方、捲回される負極シート40においても、その長手方向に沿う一方の端部は負極活物質層44が形成されずに負極集電体42が露出している。そして、正極集電体32の該露出端部に正極端子38が、負極集電体42の該露出端部には負極端子48がそれぞれ接合され、上記扁平形状に形成された捲回電極体20の正極シート30または負極シート40と電気的に接続されている。正負極端子38,48と正負極集電体32,42とは、例えば超音波溶接、抵抗溶接等によりそれぞれ接合され得る。   In the wound positive electrode sheet 30, the positive electrode current collector 32 is exposed without forming the positive electrode active material layer 34 at one end portion along the longitudinal direction, while the negative electrode is wound. Also in the sheet 40, the negative electrode current collector 42 is exposed at one end portion along the longitudinal direction without forming the negative electrode active material layer 44. Then, the positive electrode terminal 38 is joined to the exposed end portion of the positive electrode current collector 32, and the negative electrode terminal 48 is joined to the exposed end portion of the negative electrode current collector 42, respectively. The positive electrode sheet 30 or the negative electrode sheet 40 is electrically connected. The positive and negative terminals 38 and 48 and the positive and negative current collectors 32 and 42 can be joined by, for example, ultrasonic welding, resistance welding, or the like.

正極シート30は、長尺状の正極集電体の上に正極活物質が付与されて形成され得る。正極集電体にはアルミニウム箔その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は、ここに開示されるいずれかの方法を適用して製造されたオリビン型リチウム含有リン酸化合物からなる正極活物質を使用することができる。   The positive electrode sheet 30 may be formed by applying a positive electrode active material on a long positive electrode current collector. As the positive electrode current collector, an aluminum foil or other metal foil suitable for the positive electrode is preferably used. As the positive electrode active material, a positive electrode active material made of an olivine-type lithium-containing phosphate compound manufactured by applying any of the methods disclosed herein can be used.

一方、負極シート40は長尺状の負極集電体の上にリチウム二次電池用負極活物質層が付与されて形成され得る。負極集電体には銅箔(本実施形態)その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。   On the other hand, the negative electrode sheet 40 may be formed by applying a negative electrode active material layer for a lithium secondary battery on a long negative electrode current collector. For the negative electrode current collector, a copper foil (this embodiment) or other metal foil suitable for the negative electrode is preferably used. As the negative electrode active material, one or more of materials conventionally used in lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. Preferable examples include carbon-based materials such as graphite carbon and amorphous carbon, lithium-containing transition metal oxides and transition metal nitrides.

また、正負極シート30、40間に使用される好適なセパレータシート50としては、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、合成樹脂製(例えばポリエチレン等のポリオレフィン製)多孔質セパレータシートが好適に使用し得る。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合(即ちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。)があり得る。   Moreover, as a suitable separator sheet 50 used between the positive / negative electrode sheets 30 and 40, what was comprised with porous polyolefin resin is mentioned. For example, a porous separator sheet made of synthetic resin (for example, made of polyolefin such as polyethylene) can be suitably used. When a solid electrolyte or a gel electrolyte is used as the electrolyte, there may be a case where a separator is unnecessary (that is, in this case, the electrolyte itself can function as a separator).

また、一実施形態に係るリチウム二次電池100の構築について大まかな手順を説明する。上記作製した正極シート30及び負極シート40を2枚のセパレータ50と共に積重ね合わせて捲回し、積層方向から押しつぶして拉げさせることによって電極体を扁平形状に成形し、電池ケース10に収容して電解質を注入後、該ケース開口部12に蓋体14を装着し、封止することによって、本実施形態のリチウム二次電池100を構築することができる。なお、上記電池ケース10の構造、大きさ、材料(例えば金属製またはラミネートフィルム製であり得る)等について特に制限はない。   In addition, a rough procedure for constructing the lithium secondary battery 100 according to an embodiment will be described. The produced positive electrode sheet 30 and negative electrode sheet 40 are stacked and wound together with two separators 50, and are crushed from the stacking direction to be crushed to form an electrode body into a flat shape, accommodated in a battery case 10 and accommodated in an electrolyte. After injecting the lithium secondary battery 100 of this embodiment, the lid 14 is attached to the case opening 12 and sealed. There is no particular limitation on the structure, size, material (for example, metal or laminate film) of the battery case 10 and the like.

このようにして構築されたリチウム二次電池は、上述したように、結晶度が高く、導電性に優れたオリビン型リチウム含有リン酸化合物からなる正極活物質を用いて構築されているため、優れた電池性能を示す(特に電池容量、充放電サイクル特性またはハイレート特性)ものであり得る。   Since the lithium secondary battery constructed in this way is constructed using a positive electrode active material composed of an olivine-type lithium-containing phosphate compound having high crystallinity and excellent conductivity as described above, it is excellent. The battery performance (particularly battery capacity, charge / discharge cycle characteristics or high rate characteristics).

以下、本発明に関する試験例につき説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。   Hereinafter, although the test example regarding this invention is demonstrated, it is not intending to limit this invention to what is shown to this specific example.

ここに開示される正極活物質製造方法により得られるオリビン型リチウム含有リン酸化合物からなる正極活物質を用いてリチウム二次電池を構築し、該電池の電池性能について評価した。   A lithium secondary battery was constructed using a positive electrode active material comprising an olivine-type lithium-containing phosphate compound obtained by the positive electrode active material manufacturing method disclosed herein, and the battery performance of the battery was evaluated.

<実施例1:LiMnPOの合成(1)>
本実施例では、酢酸リチウム・二水和物〔Li(CHCOO)・2HO〕と、酢酸マンガン(II)・四水和物〔Mn(CHCOO)・4HO〕と、リン酸二水素アンモニウム〔NHPO〕とを、モル比で1:1:1となるように秤量し、これを溶媒としてのイオン交換水に溶かし、原料混合物を調製した。次いで、得られた原料混合物を80℃に加熱し、仮焼成した。溶媒が適度に蒸発したところで、仮焼成物に導電性粉末として炭素粉末を添加し、ボールミル装置を用いて20時間混合(攪拌)した。そして、350℃で焼成し、さらに炭素粉末を添加し、ボールミル装置を用いて混合した。さらに、600℃で焼成することにより、実施例1に係るLiMnPOを合成した。
<Example 1: Synthesis of LiMnPO 4 (1)>
In this example, lithium acetate dihydrate [Li (CH 3 COO) · 2H 2 O], manganese acetate (II) tetrahydrate [Mn (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O] and , Ammonium dihydrogen phosphate [NH 4 H 2 PO 4 ] was weighed so as to have a molar ratio of 1: 1: 1, and dissolved in ion-exchanged water as a solvent to prepare a raw material mixture. Next, the obtained raw material mixture was heated to 80 ° C. and calcined. When the solvent was appropriately evaporated, carbon powder was added as a conductive powder to the temporarily fired product and mixed (stirred) for 20 hours using a ball mill apparatus. And it baked at 350 degreeC, and also carbon powder was added, and it mixed using the ball mill apparatus. Furthermore, LiMnPO 4 according to Example 1 was synthesized by firing at 600 ° C.

<実施例2:LiMnPOの合成(2)>
本実施例では、仮焼成の加熱温度を100℃に設定した以外は、上記実施例1と同様の手順により、実施例2に係るLiMnPOを合成した。
<Example 2: Synthesis of LiMnPO 4 (2)>
In this example, LiMnPO 4 according to Example 2 was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the heating temperature for pre-baking was set to 100 ° C.

<実施例3:LiMnPOの合成(3)>
本実施例では、仮焼成の加熱温度を120℃に設定した以外は、上記実施例1と同様の手順により、実施例3に係るLiMnPOを合成した。
<Example 3: Synthesis of LiMnPO 4 (3)>
In this example, LiMnPO 4 according to Example 3 was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the heating temperature for pre-baking was set to 120 ° C.

<実施例4:LiMnPOの合成(4)>
本実施例では、仮焼成の加熱温度を150℃に設定した以外は、上記実施例1と同様の手順により、実施例4に係るLiMnPOを合成した。
<Example 4: Synthesis of LiMnPO 4 (4)>
In this example, LiMnPO 4 according to Example 4 was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the heating temperature for pre-baking was set to 150 ° C.

<実施例5:LiMnPOの合成(5)>
本実施例では、仮焼成の加熱温度を200℃に設定した以外は、上記実施例1と同様の手順により、実施例5に係るLiMnPOを合成した。
<Example 5: Synthesis of LiMnPO 4 (5)>
In this example, LiMnPO 4 according to Example 5 was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the heating temperature for pre-baking was set to 200 ° C.

<実施例6:LiMnPOの合成(6)>
本実施例では、仮焼成の加熱温度を350℃に設定した以外は、上記実施例1と同様の手順により、実施例6に係るLiMnPOを合成した。
<Example 6: Synthesis of LiMnPO 4 (6)>
In this example, LiMnPO 4 according to Example 6 was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the heating temperature for pre-baking was set to 350 ° C.

<実施例7:LiMnPOの合成(7)>
本実施例では、原料混合物に有機酸としてスクロースをさらに添加した以外は、上記実施例1と同様の手順により、実施例7に係るLiMnPOを合成した。
具体的には、酢酸リチウム・二水和物〔Li(CHCOO)・2HO〕と、酢酸マンガン(II)・四水和物〔Mn(CHCOO)・4HO〕と、リン酸二水素アンモニウム〔NHPO〕とを、モル比で1:1:1となるように秤量し、秤量した各原料の混合物100質量%に対し、有機酸としてのスクロース3質量%を加えて、これをイオン交換水に溶かし、原料混合物を調製した。次いで、得られた原料混合物を80℃に加熱し、仮焼成した。溶媒が適度に蒸発したところで、仮焼成物に導電性粉末として炭素粉末を添加し、ボールミル装置を用いて20時間混合(攪拌)した。そして、350℃で焼成し、さらに炭素粉末を添加し、ボールミル装置を用いて混合した。さらに、600℃で焼成することにより、実施例7に係るLiMnPOを合成した。
<Example 7: Synthesis of LiMnPO 4 (7)>
In this example, LiMnPO 4 according to Example 7 was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that sucrose was further added as an organic acid to the raw material mixture.
Specifically, lithium acetate dihydrate [Li (CH 3 COO) · 2H 2 O], manganese acetate (II) tetrahydrate [Mn (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O] and , Ammonium dihydrogen phosphate [NH 4 H 2 PO 4 ] was weighed so as to have a molar ratio of 1: 1: 1, and sucrose 3 as an organic acid with respect to 100% by weight of the mixture of the weighed raw materials. Mass% was added and dissolved in ion exchange water to prepare a raw material mixture. Next, the obtained raw material mixture was heated to 80 ° C. and calcined. When the solvent was appropriately evaporated, carbon powder was added as a conductive powder to the temporarily fired product and mixed (stirred) for 20 hours using a ball mill apparatus. And it baked at 350 degreeC, and also carbon powder was added, and it mixed using the ball mill apparatus. Furthermore, LiMnPO 4 according to Example 7 was synthesized by baking at 600 ° C.

<実施例8:LiMnPOの合成(8)>
本実施例では、仮焼成の加熱温度を120℃に設定した以外は、上記実施例7と同様の手順により、実施例8に係るLiMnPOを合成した。
<Example 8: Synthesis of LiMnPO 4 (8)>
In this example, LiMnPO 4 according to Example 8 was synthesized by the same procedure as in Example 7 except that the heating temperature for pre-baking was set to 120 ° C.

<実施例9:LiMnPOの合成(9)>
本実施例では、仮焼成の加熱温度を150℃に設定した以外は、上記実施例7と同様の手順により、実施例9に係るLiMnPOを合成した。
<Example 9: Synthesis of LiMnPO 4 (9)>
In this example, LiMnPO 4 according to Example 9 was synthesized by the same procedure as in Example 7 except that the heating temperature for pre-baking was set to 150 ° C.

<比較例:LiMnPOの合成(10)>
本比較例では、上記実施例1における原料混合物を80℃で加熱する仮焼成工程を省略し、比較例に係るLiMnPOを合成した。
具体的には、酢酸リチウム・二水和物〔Li(CHCOO)・2HO〕と、酢酸マンガン(II)・四水和物〔Mn(CHCOO)・4HO〕と、リン酸二水素アンモニウム〔NHPO〕とを、モル比で1:1:1となるように秤量し、これを溶媒としてのイオン交換水に溶解し、原料混合物を調製した。次いで、得られた原料混合物を350℃で焼成し、炭素粉末を添加し、ボールミル装置を用いて混合した。さらに、600℃で焼成することにより、比較例に係るLiMnPOを合成した。なお、炭素粉末は、実施例1における焼成工程で添加した2回分の添加量と同量を使用した。
<Comparative Example: Synthesis of LiMnPO 4 (10)>
In this comparative example, the preliminary baking step of heating the raw material mixture in Example 1 at 80 ° C. was omitted, and LiMnPO 4 according to the comparative example was synthesized.
Specifically, lithium acetate dihydrate [Li (CH 3 COO) · 2H 2 O], manganese acetate (II) tetrahydrate [Mn (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O] and , Ammonium dihydrogen phosphate [NH 4 H 2 PO 4 ] was weighed so as to have a molar ratio of 1: 1: 1, and dissolved in ion-exchanged water as a solvent to prepare a raw material mixture. Next, the obtained raw material mixture was fired at 350 ° C., carbon powder was added, and mixing was performed using a ball mill apparatus. Furthermore, LiMnPO 4 according to the comparative example was synthesized by firing at 600 ° C. In addition, the carbon powder used the same amount as the addition amount for 2 times added in the baking process in Example 1.

<正極の作製>
上記合成した実施例1〜9および比較例に係るLiMnPOを用いて、各々正極を作製した。すなわち、結着材としてのポリビニリデンフロライド(PVDF)5質量部をN−メチルピロリドン(NMP)で溶解し、上記合成した正極活物質としてのLiMnPO75質量部と、導電助剤としてのカーボンブラック(CB)20質量部とを添加し、均一に混合するまで混練することにより、ペースト状の正極活物質層形成用組成物を調製した。かかるペースト状組成物を正極集電体(厚さ15μmのアルミニウム箔)の片面に塗布して溶媒を揮発させ、乾燥させて正極活物質層を形成した。その後、プレス機にてシート状に引き伸ばし、直径16mmのポンチで円形状に打ち抜き、正極を作製した。
<Preparation of positive electrode>
Using the synthesized Examples 1 to 9 and LiMnPO 4 according to the comparative example, positive electrodes were produced. That is, 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder was dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP), 75 parts by mass of LiMnPO 4 as the synthesized positive electrode active material, and carbon as a conductive additive. A paste-like composition for forming a positive electrode active material layer was prepared by adding 20 parts by mass of black (CB) and kneading until uniform mixing. Such a paste-like composition was applied to one surface of a positive electrode current collector (aluminum foil having a thickness of 15 μm), the solvent was volatilized and dried to form a positive electrode active material layer. Thereafter, the sheet was stretched into a sheet shape by a press machine and punched into a circular shape with a punch having a diameter of 16 mm to produce a positive electrode.

<リチウム二次電池の構築>
実施例1〜9および比較例に係るLiMnPOを用いて作製した正極を用いて試験用リチウム二次電池を構築した。上記作製した正極と、金属リチウムからなる負極(直径19mm)とを、ポリプロピレン製多孔質セパレータを介して対向するように配置し、これを電解液とともにコイン型ケース(CR2032型セル)に収容した。電解液としては、エチレンカーボネイト(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒に支持塩として約1mol/LのLiPFを溶解させたものを用いた。このようにして、実施例1〜9および比較例に係るLiMnPOを用いて構築したリチウム二次電池を、それぞれ実施例1〜9および比較例に係る試験用電池とした。
<Construction of lithium secondary battery>
Test lithium secondary batteries were constructed using positive electrodes produced using LiMnPO 4 according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples. The prepared positive electrode and a negative electrode (19 mm in diameter) made of metallic lithium were arranged so as to face each other with a polypropylene porous separator interposed therebetween, and this was accommodated in a coin-type case (CR 2032 type cell) together with an electrolytic solution. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving about 1 mol / L LiPF 6 as a supporting salt in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) was used. In this way, a lithium secondary battery was constructed using LiMnPO 4 according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples was a test cell according to each of Examples 1 to 9 and Comparative Examples.

<充放電試験>
上記構築した試験用電池を用いて以下の試験を行った。すなわち、仮焼成を行って合成したLiMnPOを用いた実施例1〜6に係る試験用電池、および仮焼成工程を省略して合成したLiMnPOを用いた比較例に係る試験用電池に対して、充放電試験を実施し、レート特性を評価した。充放電試験は、測定温度25℃で、定電流−定電圧方式により上限電圧4.8Vまで充電を行い、その後、下限電圧2.0Vまで、5Cの電流密度で定電流放電を行い比容量を測定した。測定結果を図4に示す。なお、1Cは、理論容量150mAh/gを1時間で放電する電流値を表す。
<Charge / discharge test>
The following tests were conducted using the test battery constructed as described above. That is, for the test batteries according to Examples 1 to 6 using LiMnPO 4 synthesized by pre-baking and the test batteries according to comparative examples using LiMnPO 4 synthesized by omitting the pre-baking step The charge / discharge test was conducted to evaluate the rate characteristics. The charge / discharge test is performed at a measurement temperature of 25 ° C. and charged to an upper limit voltage of 4.8 V by a constant current-constant voltage method. It was measured. The measurement results are shown in FIG. 1C represents a current value for discharging a theoretical capacity of 150 mAh / g in 1 hour.

図4に示されるように、仮焼成を行って合成したLiMnPOを用いた実施例1〜6に係る試験用電池は、仮焼成工程を省略して合成したLiMnPOを用いた比較例に係る試験用電池に比べて、比容量が大きく、優れたレート特性を示した。特に、加熱温度80〜150℃で仮焼成を行った実施例1〜4に係る試験用電池の比容量が大きく、最も比容量が大きかったのは、120℃の仮焼成を行った実施例3係る試験用電池であった。
このことから、仮焼成を行うことによりレート特性を向上させることが確認された。また、仮焼成は80〜150℃の温度域で加熱することにより、より顕著に効果を発揮することが確認できた。
As shown in FIG. 4, the test batteries according to Examples 1 to 6 using LiMnPO 4 synthesized by pre-baking are related to a comparative example using LiMnPO 4 synthesized without the pre-baking step. Compared with the test battery, the specific capacity was large and excellent rate characteristics were exhibited. In particular, the specific capacity of the test batteries according to Examples 1 to 4 that were pre-fired at a heating temperature of 80 to 150 ° C. was large, and the specific capacity was the largest when Example 3 was pre-baked at 120 ° C. This was a test battery.
From this, it was confirmed that the rate characteristics were improved by performing preliminary firing. In addition, it was confirmed that the pre-baking was more effective when heated in a temperature range of 80 to 150 ° C.

<XRD解析>
X線回折装置を用いて、120℃の加熱で仮焼成を行って合成した実施例3に係るLiMnPO、および仮焼成工程を省略して合成した比較例に係るLiMnPOの結晶構造を解析した。図5は、それぞれの回折パターンを測定した結果を示す図である。上から順に、実施例3、比較例に係るLiMnPOの回折パターンを示している。
<XRD analysis>
Using an X-ray diffractometer, the crystal structure of LiMnPO 4 according to Example 3 synthesized by performing preliminary calcination by heating at 120 ° C. and LiMnPO 4 according to a comparative example synthesized by omitting the calcination step was analyzed. . FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring each diffraction pattern. The diffraction patterns of LiMnPO 4 according to Example 3 and the comparative example are shown in order from the top.

図5によると、実施例3に係るLiMnPOの回折パターンは、いずれのピークもシャープであった。他方、比較例に係るLiMnPOの回折パターンは、全体的にシャープなピークが少なく、2θ=約20〜40°のピークが実施例3の同位置のピークに比べてブロード状になって観察された。このことから、120℃の加熱で仮焼成を行って合成した実施例3に係るLiMnPOは、比較例に比べて結晶化度が高いことが確認された。 According to FIG. 5, the diffraction pattern of LiMnPO 4 according to Example 3 was sharp in all peaks. On the other hand, the diffraction pattern of LiMnPO 4 according to the comparative example has few sharp peaks as a whole, and the peak at 2θ = about 20-40 ° is observed to be broader than the peak at the same position in Example 3. It was. From this, it was confirmed that LiMnPO 4 according to Example 3 synthesized by performing preliminary calcination by heating at 120 ° C. has a higher crystallinity than the comparative example.

<充放電試験>
さらに、原料混合物にスクロースを添加し仮焼成を行って合成したLiMnPOを用いた実施7〜9に係る試験用電池に対して、上述と同様に充放電試験を行った。そして、上記120℃の仮焼成を行って合成したLiMnPOを用いた実施例3係る試験用電池、および上記比較例に係る試験用電池の結果ととともに、レート特性を評価した。測定結果を図6に示す。
<Charge / discharge test>
Furthermore, the charge / discharge test was performed in the same manner as described above on the test batteries according to Examples 7 to 9 using LiMnPO 4 synthesized by adding sucrose to the raw material mixture and performing preliminary firing. The rate characteristics were evaluated together with the results of the test battery according to Example 3 using LiMnPO 4 synthesized by performing pre-baking at 120 ° C. and the test battery according to the comparative example. The measurement results are shown in FIG.

図6に示されるように、原料混合物にスクロースを添加し仮焼成を行って合成したLiMnPOを用いた実施7〜9に係る試験用電池は、仮焼成工程を省略して合成したLiMnPOを用いた比較例に係る試験用電池に比べて、比容量が大きく優れたレート特性を示した。また、実施例8に係る試験用電池は、原料混合物にスクロースを添加し、120℃の仮焼成を行って合成したLiMnPOを用いて構築したものであるが、同じく、スクロースを添加せず120℃の仮焼成を行って合成したLiMnPOを用いて構築した実施例3係る試験用電池よりも比容量が大きかった。このことから、原料混合物に有機酸としてスクロースを添加し、且つ仮焼成を行うことにより、レート特性を最も向上させることが確認された。 As shown in FIG. 6, the test cell according to an 7-9 that addition of sucrose to the raw material mixture was used LiMnPO 4 synthesized by performing the calcination, the LiMnPO 4 synthesized by omitting the pre-baking step Compared with the test battery according to the comparative example used, the specific capacity was large and the rate characteristics were excellent. Further, the test battery according to Example 8 was constructed using LiMnPO 4 synthesized by adding sucrose to a raw material mixture and pre-baking at 120 ° C., but also without adding sucrose. The specific capacity was larger than that of the test battery according to Example 3, which was constructed using LiMnPO 4 synthesized by performing preliminary firing at ° C. From this, it was confirmed that the rate characteristics were most improved by adding sucrose as an organic acid to the raw material mixture and performing pre-baking.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池であってもよい。また、該電池の大きさおよびその他の構成についても、用途(典型的には車載用)によって適切に変更することができる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment and Example are only illustrations and what changed and changed the above-mentioned specific example is contained in the invention disclosed here. For example, the battery of the various content from which an electrode body structural material and electrolyte differ may be sufficient. Further, the size and other configurations of the battery can be appropriately changed depending on the application (typically for in-vehicle use).

本発明の方法により得られた正極活物質を用いたリチウム二次電池は、上述したように電池特性に優れているため、特に自動車等の車両に搭載されるモーター(電動機)用電源として好適に使用し得る。したがって本発明は、図7に模式的に示すように、かかるリチウム二次電池(典型的には複数直列接続してなる組電池)100を電源として備える車両(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車)1を提供する。   Since the lithium secondary battery using the positive electrode active material obtained by the method of the present invention is excellent in battery characteristics as described above, it is particularly suitable as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile. Can be used. Therefore, as schematically shown in FIG. 7, the present invention provides a vehicle (typically an automobile, particularly a hybrid automobile) provided with such a lithium secondary battery (typically, a battery pack formed by connecting a plurality of series batteries) 100 as a power source. , An automobile equipped with an electric motor such as an electric vehicle and a fuel cell vehicle.

S10 原料混合物調製工程
S20 仮焼成工程
S30 焼成工程
S310 第一焼成工程
S320 第二焼成工程
1 車両
10 電池ケース
12 開口部
14 蓋体
20 捲回電極体
30 正極シート(正極)
32 正極集電体
34 正極活物質層
38 正極端子
40 負極シート(負極)
42 負極集電体
44 負極活物質層
48 負極端子
50 セパレータ
100 リチウム二次電池
S10 Raw material mixture preparation step S20 Temporary firing step S30 Firing step S310 First firing step S320 Second firing step 1 Vehicle 10 Battery case 12 Opening portion 14 Lid 20 Winding electrode body 30 Positive electrode sheet (positive electrode)
32 Positive electrode current collector 34 Positive electrode active material layer 38 Positive electrode terminal 40 Negative electrode sheet (negative electrode)
42 Negative electrode current collector 44 Negative electrode active material layer 48 Negative electrode terminal 50 Separator 100 Lithium secondary battery

Claims (8)

一般式LiMPO(式中のMは、Co、Ni、FeおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種以上の元素であり、0<x≦1の条件を満たす。)で表されるオリビン型リチウム含有リン酸化合物からなる正極活物質を製造する方法であって、以下の工程:
リチウム源、リン酸源およびM元素源を包含する前記正極活物質を構成するための出発原料を水系溶媒中で混合してゲル状の原料混合物を調製する工程;
記原料混合物を80〜150℃の温度域まで加熱して仮焼成する工程;および、
前記仮焼成工程で前記温度域まで加熱して得た仮焼成物に導電性粉末を添加し混合して焼成する工程;
を包含する、正極活物質製造方法。
It is represented by the general formula Li x MPO 4 (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Fe and Mn, and satisfies the condition of 0 <x ≦ 1). A method for producing a positive electrode active material comprising an olivine-type lithium-containing phosphate compound, comprising the following steps:
Mixing a starting material for constituting the positive electrode active material including a lithium source, a phosphoric acid source and an M element source in an aqueous solvent to prepare a gel-like raw material mixture;
Step temporarily baked by heating the pre-Symbol raw material mixture to a temperature range of 80 to 150 ° C.; and,
A step of adding conductive powder to the pre-baked product obtained by heating to the temperature range in the pre-baking step, mixing and baking;
A method for producing a positive electrode active material.
前記原料混合物の調製工程において、有機酸を添加する、請求項1に記載の正極活物質製造方法。   The positive electrode active material manufacturing method according to claim 1, wherein an organic acid is added in the preparation step of the raw material mixture. 前記有機酸の添加量は、前記原料混合物100質量%に対してその10質量%以下に相当する量に設定される、請求項1または2に記載の正極活物質製造方法。   The method for producing a positive electrode active material according to claim 1 or 2, wherein the addition amount of the organic acid is set to an amount corresponding to 10% by mass or less with respect to 100% by mass of the raw material mixture. 前記焼成工程において、前記仮焼成物に前記導電性粉末を添加し混合して、350℃を上回らない温度で焼成する第一焼成工程;および、
前記第一焼成工程で得た焼成物に、さらに導電性粉末を添加し混合して600℃又はそれ以上の温度で焼成する第二焼成工程;
を包含する、請求項1〜のいずれかに記載の正極活物質製造方法。
In the firing step, the conductive powder is added to the calcined product, mixed, and fired at a temperature not exceeding 350 ° C .; and
A second baking step in which conductive powder is further added to and mixed with the fired product obtained in the first baking step and fired at a temperature of 600 ° C. or higher;
Encompassing, positive electrode active material manufacturing method according to any one of claims 1-3.
前記オリビン型リチウム含有リン酸化合物は、前記M元素としてMnを含む、請求項1〜のいずれかに記載の正極活物質製造方法。 The olivine-type lithium-containing phosphate compound, containing Mn as the element M, the positive electrode active material manufacturing method according to any one of claims 1-4. 前記導電性粉末は、炭素粉末である、請求項1〜のいずれかに記載の正極活物質製造方法。 Wherein the conductive powder is carbon powder, the positive electrode active material manufacturing method according to any one of claims 1-5. 請求項1〜のいずれかに記載の方法により得られた正極活物質を正極に備えるリチウム二次電池。 Lithium secondary battery comprising the positive electrode active material obtained in the cathode by the method of any of claims 1-6. 請求項に記載のリチウム二次電池を備える車両。
A vehicle comprising the lithium secondary battery according to claim 7 .
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