JP5450284B2 - Lithium titanate particles and manufacturing method thereof, negative electrode for lithium ion battery, and lithium battery - Google Patents

Lithium titanate particles and manufacturing method thereof, negative electrode for lithium ion battery, and lithium battery Download PDF

Info

Publication number
JP5450284B2
JP5450284B2 JP2010146924A JP2010146924A JP5450284B2 JP 5450284 B2 JP5450284 B2 JP 5450284B2 JP 2010146924 A JP2010146924 A JP 2010146924A JP 2010146924 A JP2010146924 A JP 2010146924A JP 5450284 B2 JP5450284 B2 JP 5450284B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
lithium titanate
primary particle
lithium ion
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010146924A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012006816A (en
Inventor
陽 安田
明博 織田
康一 武井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2010146924A priority Critical patent/JP5450284B2/en
Publication of JP2012006816A publication Critical patent/JP2012006816A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5450284B2 publication Critical patent/JP5450284B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、チタン酸リチウム粒子およびその製造方法、リチウムイオン電池用負極、ならびにリチウム電池に関する。   The present invention relates to lithium titanate particles and a method for producing the same, a negative electrode for a lithium ion battery, and a lithium battery.

近年多く用いられるようになったリチウムイオン一次電池や、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスにおいては、リチウムイオンが移動することにより放電や充電が行われる。   In a power storage device such as a lithium ion primary battery and a lithium ion secondary battery that have been widely used in recent years, discharging and charging are performed by movement of lithium ions.

現在、リチウムイオン二次電池用の正極活物質としては数多くのものが提案されているが、最も一般的に知られているのは、4V(vs.Li/Li)付近で作動するコバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、スピネル構造を持つマンガン酸リチウム(LiMn)等を基本構成とするリチウム含有遷移金属酸化物である。これらは充放電特性とエネルギー密度に優れることから正極活物質として広く採用されている。
一方、負極活物質としては、ハードカーボン、ソフトカーボン、及び黒鉛などの炭素材料が広く用いられている。また電解液にはLiPFを環状または鎖状のカーボネート化合物に溶解したものが用いられている。
Currently, many positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries have been proposed, but the most commonly known one is cobalt acid that operates near 4 V (vs. Li / Li + ). It is a lithium-containing transition metal oxide based on lithium (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate having a spinel structure (LiMn 2 O 4 ), or the like. These are widely employed as positive electrode active materials because of their excellent charge / discharge characteristics and energy density.
On the other hand, carbon materials such as hard carbon, soft carbon, and graphite are widely used as the negative electrode active material. In addition, an electrolytic solution in which LiPF 6 is dissolved in a cyclic or chain carbonate compound is used.

しかしながら、今後大きな需要が見込まれるHEV(Hybrid Electric Vehicle;ハイブリッドカー)への搭載を考えた場合、上記のような現在の小型のリチウムイオン二次電池に採用されている仕様では、HEV用途で要求される安全性及び入出力特性を満足することができない場合がある。   However, when considering installation in HEV (Hybrid Electric Vehicle), which is expected to have a large demand in the future, the specifications adopted for the current small lithium-ion secondary batteries as described above are required for HEV applications. May fail to satisfy the safety and input / output characteristics.

チタン酸化物系活物質は、対極にリチウム金属を使用した場合、約1〜2V程度の電圧を示すことから、リチウムイオン電池の負極用材料として、様々な結晶構造、或いは粒子形状を有する材料について、電極活物質としての可能性が検討されている。   Titanium oxide-based active materials exhibit a voltage of about 1 to 2 V when lithium metal is used for the counter electrode. Therefore, as materials for negative electrodes of lithium ion batteries, materials having various crystal structures or particle shapes. The possibility as an electrode active material has been studied.

中でもLi4+xTi12(0≦x≦3)で表されるスピネル型チタン酸リチウムは、リチウム基準で1.5Vの電圧を有し、さらに充放電に伴う結晶構造の変化はほとんど見られないことから、安全性、寿命に優れた電極材料として着目されている。 Among them, the spinel type lithium titanate represented by Li 4 + x Ti 5 O 12 (0 ≦ x ≦ 3) has a voltage of 1.5 V on the basis of lithium, and changes in crystal structure accompanying charging / discharging are hardly seen. Therefore, it has been attracting attention as an electrode material with excellent safety and longevity.

例えば、結晶子サイズが70nm〜80nmであり、結晶性の高いチタン酸リチウムを用いて作製したリチウムイオン電池は、高い初期放電容量を示すことが報告されている(例えば、特許文献1参照)。   For example, it has been reported that a lithium ion battery having a crystallite size of 70 nm to 80 nm and using a highly crystalline lithium titanate exhibits a high initial discharge capacity (see, for example, Patent Document 1).

また、結晶子サイズが小さく、不純物相の少ないチタン酸リチウムを用いることによって、リチウムイオンの拡散速度を向上できることが報告され、また、結晶子サイズが小さく、不純物相の少ないチタン酸リチウムの製造方法として、NaやKを添加して合成することで、結晶成長を抑制する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。   Further, it has been reported that the lithium ion diffusion rate can be improved by using lithium titanate having a small crystallite size and a small impurity phase, and a method for producing lithium titanate having a small crystallite size and a small impurity phase. As described above, a method of suppressing crystal growth by adding Na or K and synthesizing is disclosed (for example, see Patent Document 2).

さらに、一次粒子径が1.0μm以下で、かつ、ルチル化率が15〜100%である酸化チタンを原料として合成したチタン酸リチウムについて、充放電容量が一層高く、クーロン効率も高く、サイクル寿命に優れることが報告されている(例えば、特許文献3参照)。   Furthermore, lithium titanate synthesized using titanium oxide having a primary particle size of 1.0 μm or less and a rutile ratio of 15 to 100% as a raw material has higher charge / discharge capacity, higher coulomb efficiency, and cycle life. Have been reported to be excellent (see, for example, Patent Document 3).

特開2001−240498号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-240498 特開2006−318797号公報JP 2006-318797 A 特開2002−289194号公報JP 2002-289194 A

しかしながら、自動車等に利用されるリチウムイオン二次電池の電極活物質は、幅広い温度領域での良好な特性が求められる。これに対して従来知られているチタン酸リチウムでは、特に低温環境下での放電容量を満足するには不十分であった。   However, an electrode active material for a lithium ion secondary battery used in an automobile or the like is required to have good characteristics in a wide temperature range. On the other hand, the conventionally known lithium titanate is insufficient to satisfy the discharge capacity particularly in a low temperature environment.

本発明は、低温環境下における放電容量に優れるリチウムイオン二次電池を構成可能な電極活物質としてのチタン酸リチウム粒子およびその製造方法、リチウムイオン二次電池用負極、ならびに、リチウムイオン二次電池を提供することを課題とする。   The present invention relates to lithium titanate particles as an electrode active material capable of constituting a lithium ion secondary battery excellent in discharge capacity in a low temperature environment, a method for producing the same, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery It is an issue to provide.

本発明者等は上記課題を解決する為に鋭意検討を行った結果、チタン酸リチウム粒子について結晶子サイズが同程度であっても、その平均一次粒子径や一次粒子径の分布を適切に制御することで、低温での放電容量が向上することを見出し、本発明を完成した。
すなわち、前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 平均一次粒子径が0.1μm〜1.0μmであり、結晶子サイズが10nm〜60nmであり、かつ下記式(I)で示されるSD値が0.80μm以下であるチタン酸リチウム粒子である。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have appropriately controlled the average primary particle size and the distribution of the primary particle size even if the crystallite size is about the same for lithium titanate particles. As a result, it was found that the discharge capacity at low temperature was improved, and the present invention was completed.
That is, specific means for solving the above-described problems are as follows.
<1> Lithium titanate particles having an average primary particle size of 0.1 μm to 1.0 μm, a crystallite size of 10 nm to 60 nm , and an SD value represented by the following formula (I) of 0.80 μm or less It is.

(式(I)中、D90%は一次粒子径の体積累積分布における累積90%に対応する一次粒子径を示し、D10%は一次粒子径の体積累積分布における累積10%に対応する一次粒子径を示す) (In the formula (I), D90% indicates a primary particle diameter corresponding to 90% accumulation in the volume cumulative distribution of primary particle diameters, and D10% is a primary particle diameter corresponding to 10% accumulation in the volume cumulative distribution of primary particle diameters. Indicate)

> BET比表面積が1.5m/g〜100m/gである前記<1>に記載のチタン酸リチウム粒子である。
> 体積平均二次粒子径が1μm〜30μmである前記<1>又は<2>に記載のチタン酸リチウム粒子である。
> リチウムイオン電池用の電極活物質である前記<1>〜<>のいずれか1項に記載のチタン酸リチウム粒子である。
<2> The lithium titanate particles according to the BET specific surface area of 1.5m 2 / g~100m 2 / g < 1>.
< 3 > The lithium titanate particles according to <1> or <2>, wherein the volume average secondary particle diameter is 1 μm to 30 μm.
< 4 > The lithium titanate particle according to any one of <1> to < 3 >, which is an electrode active material for a lithium ion battery.

> 前記<1>〜<>のいずれか1項に記載のチタン酸リチウム粒子を含むリチウムイオン二次電池用負極である。
> 前記<>に記載のリチウムイオン二次電池用負極を備えるリチウムイオン二次電池である。
> チタン化合物及びリチウム化合物を混合して原料混合物を得る工程と、前記原料混合物を熱処理してチタン酸リチウムを得る工程と、前記チタン酸リチウムを粉砕して粉砕物を得る工程と、前記粉砕物を造粒して造粒物を得る工程と、前記造粒物を熱処理する工程と、を含む、前記<1>〜<>のいずれか1項に記載のチタン酸リチウム粒子の製造方法である。
< 5 > A negative electrode for a lithium ion secondary battery comprising the lithium titanate particles according to any one of <1> to < 4 >.
< 6 > A lithium ion secondary battery comprising the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to < 5 >.
< 7 > A step of mixing a titanium compound and a lithium compound to obtain a raw material mixture, a step of heat-treating the raw material mixture to obtain lithium titanate, a step of pulverizing the lithium titanate to obtain a pulverized product, The production of lithium titanate particles according to any one of <1> to < 4 >, comprising a step of granulating a pulverized product to obtain a granulated product, and a step of heat-treating the granulated product. Is the method.

本発明によれば、低温環境下における放電容量に優れるリチウムイオン二次電池を構成可能な電極活物質としてのチタン酸リチウム粒子およびその製造方法、リチウムイオン二次電池用負極、ならびに、リチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the present invention, lithium titanate particles as an electrode active material capable of constituting a lithium ion secondary battery excellent in discharge capacity under a low temperature environment, a method for producing the same, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery A secondary battery can be provided.

本発明の実施例にかかるチタン酸リチウム粒子の走査型電子顕微鏡写真の一例である。It is an example of the scanning electron micrograph of the lithium titanate particle concerning the Example of this invention. 本発明の実施例にかかるチタン酸リチウム粒子の一次粒子径分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the primary particle diameter distribution of the lithium titanate particle concerning the Example of this invention.

本発明において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値および最大値として含む範囲を示す。
In the present invention, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in the term if the intended action of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes.
In the present specification, numerical ranges indicated using “to” indicate ranges including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.

<チタン酸リチウム粒子>
本発明のチタン酸リチウム粒子(以下、単に「チタン酸リチウム」ということがある)は、平均一次粒子径が0.1μm〜1.0μmであり、結晶子サイズが10nm〜60nmであり、かつ、下記式(I)で示されるSD値が0.80μm以下であることを特徴とする。
このような平均一次粒子径が小さく、かつ、SD値が小さい、すなわち一次粒子径分布が狭いチタン酸リチウム粒子を電極活物質としてリチウムイオン電池用電極(好ましくは負極)を構成することで、低温環境下における放電容量に優れるリチウムイオン二次電池を構成することができる。
<Lithium titanate particles>
The lithium titanate particles of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “lithium titanate”) have an average primary particle size of 0.1 μm to 1.0 μm, a crystallite size of 10 nm to 60 nm , and The SD value represented by the following formula (I) is 0.80 μm or less.
By constructing a lithium ion battery electrode (preferably a negative electrode) using lithium titanate particles having such a small average primary particle size and a small SD value, that is, a narrow primary particle size distribution, as an electrode active material, a low temperature A lithium ion secondary battery excellent in discharge capacity under the environment can be configured.

式(I)中、D90%は、チタン酸リチウム粒子の一次粒子径について、小粒径側から体積累積分布曲線を描いた場合の累積90%に対応する一次粒子径を示し、D10%は、チタン酸リチウム粒子の一次粒子径について、小粒径側から体積累積分布曲線を描いた場合の累積10%に対応する一次粒子径を示す。   In the formula (I), D90% represents the primary particle diameter corresponding to 90% cumulative when the volume cumulative distribution curve is drawn from the small particle diameter side with respect to the primary particle diameter of the lithium titanate particles, About the primary particle diameter of lithium titanate particle | grains, the primary particle diameter corresponding to 10% of accumulation when a volume cumulative distribution curve is drawn from the small particle diameter side is shown.

本発明におけるチタン酸リチウムは、基本的には一般式LiTi12で表わされ、Li/Ti原子比は0.68〜0.82、Xは3〜5、Yは4〜6の範囲にある化合物である。具体的には例えば、LiTi12で表されるスピネル型の結晶構造を有する単相のチタン酸リチウムを主成分とするものであることが好ましい。尚、本発明のチタン酸リチウムにおいては、本発明の効果を阻害しない限り、部分的にLiTiOやTiOが混在していても構わない。 The lithium titanate in the present invention is basically represented by the general formula Li X Ti Y O 12 , the Li / Ti atomic ratio is 0.68 to 0.82, X is 3 to 5, and Y is 4 to 6 It is a compound in the range of. Specifically, for example, the main component is preferably a single-phase lithium titanate having a spinel type crystal structure represented by Li 4 Ti 5 O 12 . In the lithium titanate of the present invention, as long as it does not inhibit the effect of the present invention, partially Li 2 TiO 3 and TiO 2 is may coexist.

本発明のチタン酸リチウム粒子は、平均一次粒子径が0.1μm〜1.0μmであるが、低温環境下における放電容量の観点から、0.1μm〜0.8μmであることが好ましく、0.1μm〜0.5μmであることがより好ましい。
平均一次粒子径が1.0μmを超えるとチタン酸リチウム粒子内のリチウムイオンの拡散距離が延び、低温環境下で良好な放電容量を得られにくい傾向がある。また0.1μm未満では、粉砕後のチタン酸リチウムに熱処理工程を行ったとしても、結晶の歪みが残存しやすく、低温環境下での放電容量を充分に発揮し難くなる傾向がある。
The lithium titanate particles of the present invention have an average primary particle size of 0.1 μm to 1.0 μm, and preferably 0.1 μm to 0.8 μm from the viewpoint of discharge capacity in a low temperature environment. More preferably, it is 1 μm to 0.5 μm.
When the average primary particle diameter exceeds 1.0 μm, the diffusion distance of lithium ions in the lithium titanate particles is extended, and it tends to be difficult to obtain a good discharge capacity in a low temperature environment. If the thickness is less than 0.1 μm, even if a heat treatment step is performed on the pulverized lithium titanate, crystal distortion tends to remain, and the discharge capacity in a low-temperature environment tends to be insufficient.

本発明における平均一次粒子径とは、走査型電子顕微鏡(倍率10,000×)を用いて、無作為に選んだ100個の一次粒子の長径を測定し、その算術平均として得られるものである。尚、ここでいう一次粒子とは、二次粒子を構成し得る個々の粒子であって、互いに結合している場合であっても、個々の粒子として識別できる最小単位の粒子を意味する。   The average primary particle diameter in the present invention is obtained as an arithmetic average by measuring the long diameter of 100 randomly selected primary particles using a scanning electron microscope (magnification 10,000 ×). . The primary particles referred to here are individual particles that can form secondary particles, and mean the smallest unit particles that can be identified as individual particles even when they are bonded to each other.

また本発明のチタン酸リチウムは、前記式(I)で示されるSD値が0.80μm以下であるが、低温環境下における放電容量の観点から、0.60μm以下であることが好ましく、0.40μm以下であることがより好ましい。
SD値が0.80μmを超えると、電極とした時に低温環境下で良好な充放電特性を示すことができない場合がある。
またSD値の下限値については特に制限されないが、製造上の観点から、SD値が0.10μm以上であることが好ましい。
The lithium titanate of the present invention has an SD value represented by the above formula (I) of 0.80 μm or less, preferably from 0.60 μm or less from the viewpoint of discharge capacity in a low temperature environment. More preferably, it is 40 μm or less.
If the SD value exceeds 0.80 μm, good charge / discharge characteristics may not be exhibited in a low temperature environment when used as an electrode.
The lower limit of the SD value is not particularly limited, but from the viewpoint of production, the SD value is preferably 0.10 μm or more.

前記SD値は、D90%とD10%の値から算出される一次粒子径分布の広狭に関する指標であり、SD値が小さいことは一次粒子径分布が狭いことを意味する。
またD90%およびD10%は具体的には以下のようにして求められる。チタン酸リチウムを水に分散した状態でレーザー回折・散乱法により測定される体積基準の一次粒子径分布において、小粒径側から体積累積分布曲線を描いた場合に、累積90%に相当する粒子径としてD90%が、また累積10%に相当する粒子径としてD10%がそれぞれ求められる。
The SD value is an index relating to the width of the primary particle size distribution calculated from the values of D90% and D10%, and a small SD value means a narrow primary particle size distribution.
D90% and D10% are specifically determined as follows. In a volume-based primary particle size distribution measured by a laser diffraction / scattering method in a state where lithium titanate is dispersed in water, a particle corresponding to 90% cumulative when a volume cumulative distribution curve is drawn from the small particle size side D90% is obtained as the diameter, and D10% is obtained as the particle diameter corresponding to a cumulative 10%.

本発明において、D90%およびD10%を測定するチタン酸リチウムの水分散物は、超音波分散機を用いて1時間以上分散して得られるものである。超音波分散する際の最大振幅は20μm以上とする。最大振幅が20μm未満であると、一次粒子の凝集が十分に解れないために、適切な一次粒子径分布を調べることができない場合がある。
また超音波分散機の出力は、調製する測定用サンプル量等に応じて適宜選択され、例えば、100W以上である。さらに、チタン酸リチウムの水分散物におけるチタン酸リチウムの含有率は、粒子径分布を測定する装置に応じて適宜選択され、例えば、1〜5質量%である。
In the present invention, an aqueous dispersion of lithium titanate for measuring D90% and D10% is obtained by dispersing for 1 hour or more using an ultrasonic disperser. The maximum amplitude for ultrasonic dispersion is 20 μm or more. If the maximum amplitude is less than 20 μm, the aggregation of primary particles cannot be sufficiently solved, so that an appropriate primary particle size distribution may not be examined.
The output of the ultrasonic disperser is appropriately selected according to the amount of measurement sample to be prepared, and is, for example, 100 W or more. Furthermore, the content rate of lithium titanate in the aqueous dispersion of lithium titanate is appropriately selected according to the apparatus for measuring the particle size distribution, and is, for example, 1 to 5% by mass.

本発明において、前記平均一次粒子径およびSD値を前記範囲とする方法としては、例えば、原料として用いる二酸化チタンの一次粒子径を選択する方法、後述するチタン酸リチウムの製造方法において焼成処理後の粉砕条件を調節する方法、造粒処理後の熱処理条件を調節する方法等を適宜採用することができる。   In the present invention, the method for setting the average primary particle size and the SD value in the above ranges is, for example, a method for selecting a primary particle size of titanium dioxide used as a raw material, a method for producing lithium titanate described later, and a method after firing treatment. A method for adjusting the pulverization conditions, a method for adjusting the heat treatment conditions after the granulation treatment, and the like can be appropriately employed.

本発明のチタン酸リチウムにおける結晶子サイズは、リチウムイオン電池を構成した場合の出力特性の観点から、10nm〜60nmであることが好ましく、30nm〜50nmであることがより好ましい。結晶子サイズが10nm以上60nm以下であることで、リチウムイオンの結晶子内拡散をスムーズに進行させることが可能となり、出力特性がより向上する。 The crystallite size in the lithium titanate of the present invention is preferably 10 nm to 60 nm, and more preferably 30 nm to 50 nm, from the viewpoint of output characteristics when a lithium ion battery is configured. When the crystallite size is 10 nm or more and 60 nm or less, it is possible to smoothly diffuse lithium ions in the crystallite, and the output characteristics are further improved.

前記結晶子サイズは常法により測定することができる。例えば、X線回折ピークの半値幅にScherrerの式を適用することで結晶子サイズを算出することができる。
また、前記結晶子サイズを前記範囲に調節する方法としては、例えば、原料として用いる二酸化チタンを選択する方法、焼成処理後の粉砕条件を調節する方法、造粒処理後の熱処理条件を調節する方法等を適宜採用することができる。
The crystallite size can be measured by a conventional method. For example, the crystallite size can be calculated by applying the Scherrer equation to the half-width of the X-ray diffraction peak.
The method for adjusting the crystallite size to the above range includes, for example, a method of selecting titanium dioxide used as a raw material, a method of adjusting pulverization conditions after baking treatment, and a method of adjusting heat treatment conditions after granulation treatment Etc. can be adopted as appropriate.

また本発明のチタン酸リチウムにおけるBET比表面積は特に制限されないが、出力特性とリチウムイオン電池を構成した場合のエネルギー密度の観点から、1.5m/g〜100m/gであることが好ましく、2m/g〜100m/gであることがより好ましく、3m/g〜80m/gであることがさらに好ましい。
BET比表面積が、1.5m/g以上であると電極反応に寄与する電解液がチタン酸リチウムに対して充分に接触することができ、出力特性がより向上する。また100m/g以下であると電極活物質として電極を作製する際に必要となるバインダー等を減らすことができ、電池のエネルギー密度がより向上する。
The BET specific surface area in the lithium titanate of the present invention is not particularly limited, it is preferable from the viewpoint of the energy density in the case of forming the output characteristics and lithium ion batteries, which is 1.5m 2 / g~100m 2 / g , more preferably 2m 2 / g~100m 2 / g, further preferably 3m 2 / g~80m 2 / g.
When the BET specific surface area is 1.5 m 2 / g or more, the electrolytic solution contributing to the electrode reaction can sufficiently come into contact with lithium titanate, and the output characteristics are further improved. Moreover, the binder etc. which are required when producing an electrode as an electrode active material as it is 100 m < 2 > / g or less can be reduced, and the energy density of a battery improves more.

前記BET比表面積は常法により測定することができる。例えば、−196℃における窒素の吸着等温線から算出することができる。
また、前記BET比表面積を前記範囲に調節する方法としては、例えば、原料として用いる二酸化チタンを選択する方法、焼成処理後の粉砕条件を調節する方法、造粒処理後の熱処理条件を調節する方法等を適宜採用することができる。
The BET specific surface area can be measured by a conventional method. For example, it can be calculated from an adsorption isotherm of nitrogen at −196 ° C.
The method for adjusting the BET specific surface area to the above range includes, for example, a method of selecting titanium dioxide used as a raw material, a method of adjusting pulverization conditions after baking treatment, and a method of adjusting heat treatment conditions after granulation treatment Etc. can be adopted as appropriate.

さらに本発明のチタン酸リチウムにおける体積平均二次粒子径は特に制限されないが、出力特性と電極密度の観点から、1μm〜30μmであることが好ましく、3μm〜25μmであることがより好ましく、4μm〜15μmであることがさらに好ましい。
体積平均二次粒子径が1μm以上であることで電極活物質として電極を構成した場合に電極密度をより向上させることができる。また30μm以下であると得られるチタン酸リチウムのBET比表面積が1.5m/gよりも大きくなりやすく、出力特性がより向上する。
Furthermore, the volume average secondary particle diameter in the lithium titanate of the present invention is not particularly limited, but is preferably 1 μm to 30 μm, more preferably 3 μm to 25 μm, more preferably 4 μm to 4 μm from the viewpoint of output characteristics and electrode density. More preferably, it is 15 μm.
When the volume average secondary particle diameter is 1 μm or more, an electrode density can be further improved when an electrode is configured as an electrode active material. Moreover, the BET specific surface area of the lithium titanate obtained as it is 30 micrometers or less tends to become larger than 1.5 m < 2 > / g, and an output characteristic improves more.

前記体積平均二次粒子径は常法により測定することができる。例えば、レーザー回折・散乱法により測定することができる。
また、前記体積平均二次粒子径を前記範囲に調節する方法としては、例えば、焼成処理後の粉砕条件を調節する方法、造粒処理条件を調節する方法、造粒処理後の熱処理条件を調節する方法等を適宜採用することができる。
The volume average secondary particle diameter can be measured by a conventional method. For example, it can be measured by a laser diffraction / scattering method.
Examples of a method for adjusting the volume average secondary particle diameter to the above range include, for example, a method for adjusting the pulverization conditions after the baking treatment, a method for adjusting the granulation treatment conditions, and a heat treatment condition after the granulation treatment. The method of performing etc. can be employ | adopted suitably.

本発明のチタン酸リチウムは、必要に応じて炭素質物質によって被覆されていてもよく、また炭素質物質との複合化物であってもよい。
炭素被覆または複合化の方法としては、例えば、原料であるチタン化合物(好ましくは酸化チタン)、リチウム化合物、及び炭素質物質の前駆体を混合後、熱処理することによって、炭素被覆されたチタン酸リチウムまたはチタン酸リチウムと炭素質物質とが複合化した物質を得ることができる。上記熱処理を行う際の雰囲気は真空雰囲気または不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
The lithium titanate of the present invention may be coated with a carbonaceous material as necessary, or may be a composite with a carbonaceous material.
Examples of the carbon coating or composite method include, for example, mixing a titanium compound (preferably titanium oxide) that is a raw material, a lithium compound, and a precursor of a carbonaceous material, followed by heat treatment, thereby carbon-coated lithium titanate. Alternatively, a material in which lithium titanate and a carbonaceous material are combined can be obtained. The atmosphere for performing the heat treatment is preferably a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere.

また、チタン酸リチウムと炭素質物質の前駆体を混合後、熱処理することによってもチタン酸リチウムと炭素質物質が複合化した物質を得ることができる。熱処理を行う際の雰囲気は真空雰囲気または不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。   In addition, a material in which lithium titanate and a carbonaceous material are combined can also be obtained by heat treatment after mixing lithium titanate and a carbonaceous material precursor. The atmosphere for the heat treatment is preferably a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere.

上記炭素質物質の前躯体としては、例えば、石炭系ピッチ材料、石油系ピッチ材料、合成ピッチ、タール系材料、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられる。   Examples of the precursor of the carbonaceous material include coal-based pitch materials, petroleum-based pitch materials, synthetic pitches, tar-based materials, thermoplastic resins, thermosetting resins, vinyl-based resins, cellulose-based resins, and phenol-based resins. Is mentioned.

チタン酸リチウムと炭素質物質の重量比には特に制限はないが、99.9/0.1〜90/10(チタン酸リチウム/炭素質物質)が好ましく、特に99.5/0.5〜93/7が好ましい。
炭素質物質が多いほど電子伝導性が向上するものの、放電容量が低下する傾向がある。
The weight ratio of the lithium titanate and the carbonaceous material is not particularly limited, but is preferably 99.9 / 0.1 to 90/10 (lithium titanate / carbonaceous material), particularly 99.5 / 0.5 to 93/7 is preferred.
Although the electron conductivity improves as the carbonaceous material increases, the discharge capacity tends to decrease.

上記熱処理温度は400〜1000℃が好ましく、特に450〜950℃、さらに好ましくは450〜900℃であることが好ましい。
熱処理温度が400℃以上であることで、炭素質物質の前駆体の炭素化が十分に行なわれ、導電性がより向上する。一方、熱処理温度が1000℃以下であることで、チタン酸リチウムの焼結を抑制し、該チタン酸リチウムの結晶サイズ及び一次粒子径が大きくなることを抑制できる。
The heat treatment temperature is preferably 400 to 1000 ° C, particularly 450 to 950 ° C, and more preferably 450 to 900 ° C.
When the heat treatment temperature is 400 ° C. or higher, the carbonaceous material precursor is sufficiently carbonized and the conductivity is further improved. On the other hand, when the heat treatment temperature is 1000 ° C. or lower, the sintering of lithium titanate can be suppressed, and the crystal size and primary particle diameter of the lithium titanate can be suppressed from increasing.

本発明のチタン酸リチウムにおいては、本発明の効果を損なわない限り、Li(リチウム原子)、Ti(チタン原子)、及びO(酸素原子)のいずれかが、別の原子で一部置換されていてもよい。   In the lithium titanate of the present invention, any of Li (lithium atom), Ti (titanium atom), and O (oxygen atom) is partially substituted with another atom unless the effects of the present invention are impaired. May be.

Li原子と置換可能な原子としては、例えば、H(水素原子)、Na(ナトリウム原子)、K(カリウム原子)、Rb(ルビジウム原子)、Cs(セシウム原子)などが挙げられる。
上記Li原子の一部を水素原子などで置換されたチタン酸リチウムは、例えば、イオン交換法によって得ることができる。
Examples of atoms that can be substituted for the Li atom include H (hydrogen atom), Na (sodium atom), K (potassium atom), Rb (rubidium atom), Cs (cesium atom), and the like.
The lithium titanate in which a part of the Li atom is substituted with a hydrogen atom or the like can be obtained, for example, by an ion exchange method.

Ti原子と置換可能な原子としては、Sc(スカンジウム原子)、V(バナジム原子)、Cr(クロム原子)、Mn(マンガン原子)、Fe(鉄原子)、Co(コバルト原子)、Ni(ニッケル原子)、Cu(銅原子)、Zn(亜鉛原子)、Al(アルミニウム原子)、Si(ケイ素原子)、Ga(ガリウム原子)、Ge(ゲルマニウム原子)、Y(イットリウム原子)、Zr(ジルコニウム原子)、Nb(ニオブ原子)、Mo(モリブデン原子)、Sn(スズ原子)、Ce(セリウム原子)、Eu(ユウロピウム原子)、La(ランタン原子)、W(タングステン原子)などが挙げられる。
Ti原子の一部を置換する方法としては、例えば、チタン化合物(好ましくは酸化チタン)とリチウム化合物を混合する際に、上記に例示した金属、またはその金属塩を同時に混合し、焼成する方法を挙げることができる。
As atoms that can be substituted for Ti atoms, Sc (scandium atoms), V (vanadium atoms), Cr (chromium atoms), Mn (manganese atoms), Fe (iron atoms), Co (cobalt atoms), Ni (nickel atoms) ), Cu (copper atom), Zn (zinc atom), Al (aluminum atom), Si (silicon atom), Ga (gallium atom), Ge (germanium atom), Y (yttrium atom), Zr (zirconium atom), Nb (niobium atom), Mo (molybdenum atom), Sn (tin atom), Ce (cerium atom), Eu (europium atom), La (lanthanum atom), W (tungsten atom), etc. are mentioned.
As a method for substituting a part of Ti atoms, for example, when a titanium compound (preferably titanium oxide) and a lithium compound are mixed, a metal exemplified above or a metal salt thereof is simultaneously mixed and fired. Can be mentioned.

酸素原子と置換可能な原子としてN(窒素原子)、F(フッ素原子)が挙げられる。
上記酸素原子の一部がフッ素原子で置換されたチタン酸リチウムは、例えば、チタン化合物(好ましくは酸化チタン)とリチウム化合物とフッ化リチウムとを混合し、焼成することにより製造できる。
また上記酸素原子の一部が窒素原子で置換されたチタン酸リチウムは、例えば、チタン化合物(好ましくは酸化チタン)及びリチウム化合物の混合物を焼成する際に、アンモニア雰囲気下で焼成することで製造可能である。
N (nitrogen atom) and F (fluorine atom) are mentioned as an atom which can be substituted with an oxygen atom.
The lithium titanate in which a part of the oxygen atom is substituted with a fluorine atom can be produced, for example, by mixing a titanium compound (preferably titanium oxide), a lithium compound, and lithium fluoride and baking.
The lithium titanate in which part of the oxygen atoms is substituted with nitrogen atoms can be produced by, for example, firing in a ammonia atmosphere when firing a mixture of a titanium compound (preferably titanium oxide) and a lithium compound. It is.

本発明のチタン酸リチウムは、リチウムイオン電池の電極活物質として好適に用いることができる。前記チタン酸リチウムは、リチウムイオン電池の正極活物質および負極活物質のいずれにも使用可能であるが、負極活物質として用いることが好ましい。   The lithium titanate of this invention can be used suitably as an electrode active material of a lithium ion battery. The lithium titanate can be used as either a positive electrode active material or a negative electrode active material of a lithium ion battery, but is preferably used as a negative electrode active material.

また本発明のチタン酸リチウムは、リチウム一次電池の正極活物質として用いることも可能である。
さらに本発明のチタン酸リチウムは、正負極の一方を電気二重層キャパシタで用いられる分極性電極とし、もう一方をリチウムイオン二次電池で用いられるリチウムイオンを挿入・脱離可能な物質を活物質とする電極としたハイブリッド型の蓄電デバイスの活物質材料にも応用することができる。
The lithium titanate of the present invention can also be used as a positive electrode active material for a lithium primary battery.
Furthermore, the lithium titanate of the present invention has a positive electrode and a negative electrode as a polarizable electrode used in an electric double layer capacitor, and the other as a material capable of inserting / extracting lithium ions used in a lithium ion secondary battery. The present invention can also be applied to an active material for a hybrid type electricity storage device.

<チタン酸リチウム粒子の製造方法>
本発明のチタン酸リチウム粒子の製造方法は、既述の特定構成を有するチタン酸リチウム粒子の製造方法であって、チタン化合物及びリチウム化合物を混合して原料混合物を得る工程と、前記原料混合物を熱処理してチタン酸リチウムを得る工程と、前記チタン酸リチウムを粉砕処理して粉砕物を得る工程と、前記粉砕物を造粒処理して造粒物を得る工程と、前記造粒物を熱処理する工程と、を含む。
かかる態様であることで、所望の特性を有するチタン酸リチウム粒子を効率よく製造することができる。
<Method for producing lithium titanate particles>
The method for producing lithium titanate particles of the present invention is a method for producing lithium titanate particles having the specific structure described above, and a step of obtaining a raw material mixture by mixing a titanium compound and a lithium compound; A step of obtaining a lithium titanate by heat treatment, a step of pulverizing the lithium titanate to obtain a pulverized product, a step of granulating the pulverized product to obtain a granulated product, and a heat treatment of the granulated product And a step of performing.
By being this aspect, lithium titanate particles having desired characteristics can be produced efficiently.

本発明における原料混合物を得る工程においては、酸化チタン等のチタン化合物とリチウム化合物とを混合する。
前記リチウム化合物としてはリチウムを含む化合物であれば特に制限はなく、リチウム塩、リチウム酸化物、リチウム水酸化物のいずれであってもよい。具体的には例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、酸化リチウム、蓚酸リチウム、酢酸リチウム、フッ化リチウム等が挙げられ、これらから選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。
またリチウム化合物は1種単独でも2種以上の混合物として用いてもよい。
In the step of obtaining the raw material mixture in the present invention, a titanium compound such as titanium oxide and a lithium compound are mixed.
The lithium compound is not particularly limited as long as it is a compound containing lithium, and may be any of lithium salt, lithium oxide, and lithium hydroxide. Specific examples include lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium oxide, lithium oxalate, lithium acetate, and lithium fluoride, and it is preferable to use at least one selected from these.
Further, the lithium compounds may be used alone or as a mixture of two or more.

原料として用いるこれらのリチウム化合物の純度は特に制限はされないが、高純度であることが好ましく、通常純度99.0質量%以上であることがより好ましい。具体的には例えば、リチウム化合物として炭酸リチウムを用いる場合には、LiCOの含有率が99.0質量%以上であることが好ましく、より好ましくは99.5質量%以上である。また、水分については十分除去したものが望ましく、その含有率はリチウム化合物に対して1質量%以下であること好ましい。
さらにリチウム化合物の平均粒子径は特に制限されないが、製造効率の観点から、0.01μm〜100μmであることが好ましい。但し、平均粒子径が100μm以上のリチウム化合物を原料として用いる場合には、例えば、あらかじめ粉砕して使用するか、酸化チタンと混合する際に、粉砕処理を同時に行ってもよい。
The purity of these lithium compounds used as a raw material is not particularly limited, but is preferably high purity, and more preferably 99.0% by mass or more. Specifically, for example, when lithium carbonate is used as the lithium compound, the content of Li 2 CO 3 is preferably 99.0% by mass or more, more preferably 99.5% by mass or more. Further, it is desirable that the moisture is sufficiently removed, and the content is preferably 1% by mass or less with respect to the lithium compound.
Further, the average particle size of the lithium compound is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm to 100 μm from the viewpoint of production efficiency. However, when a lithium compound having an average particle diameter of 100 μm or more is used as a raw material, for example, the pulverization treatment may be performed at the same time as pulverization or mixing with titanium oxide.

前記チタン化合物としては、酸化チタンを好ましく用いることができる。酸化チタンの結晶相は特に制限されず、ルチル型、アナターゼ型、ブルッカイト型のいずれであってもよい。また、非晶質の酸化チタンであってもよい。製造コストの点から、ルチル型およびアナターゼ型の少なくとも一方を用いることが好ましい。
またチタン化合物として、酸化チタンの代わりに、オルトチタン酸、メタチタン酸などの含水酸化チタンを用いてもよい。
さらに結晶相の異なる酸化チタンや含水酸化チタンを混合して使用してもよい。
As the titanium compound, titanium oxide can be preferably used. The crystal phase of titanium oxide is not particularly limited, and may be any of rutile type, anatase type, and brookite type. Further, amorphous titanium oxide may be used. From the viewpoint of production cost, it is preferable to use at least one of a rutile type and an anatase type.
As the titanium compound, hydrous titanium oxide such as orthotitanic acid or metatitanic acid may be used instead of titanium oxide.
Further, titanium oxide or hydrous titanium oxide having different crystal phases may be mixed and used.

チタン酸リチウム化合物の製造に当たっては、上記リチウム化合物とチタン化合物とを、目的とするチタン酸リチウムにおけるLi/Ti比(原子比)の目標値、例えば0.68〜0.82の範囲から選択される値に合わせて、リチウム化合物とチタン化合物とを計量して混合する。   In the production of the lithium titanate compound, the lithium compound and the titanium compound are selected from the target value of the Li / Ti ratio (atomic ratio) in the target lithium titanate, for example, in the range of 0.68 to 0.82. The lithium compound and the titanium compound are weighed and mixed in accordance with the value to be determined.

混合する方法は均一な混合物が得られる限り特に制限されず、粉体のまま混合する方法であっても、溶媒を用いる方法であってもよいが、溶媒を用いて原料混合物を得る方法であることが好ましい。   The method of mixing is not particularly limited as long as a uniform mixture is obtained, and may be a method of mixing in powder form or a method using a solvent, but it is a method of obtaining a raw material mixture using a solvent. It is preferable.

粉体のまま混合する方法には、公知の混合手段が特に制限なく適用できる。また振動ミル、ボールミル等の公知の混合・粉砕手段を適宜使用することもできる。   Known mixing means can be applied without particular limitation to the method of mixing the powder as it is. In addition, known mixing and pulverizing means such as a vibration mill and a ball mill can be appropriately used.

また別の混合手段として、リチウム化合物およびチタン化合物(例えば、酸化チタン)に溶媒を加えてスラリーにして十分撹拌した後、加熱乾燥あるいは噴霧乾燥によって、スラリーを乾燥させて原料混合物を得てもよい。
攪拌手段は特に制限されず、通常用いられる単純な攪拌手段であっても、ボールミル、ビーズミル等を用いた混合・粉砕手段であってもよい。
Further, as another mixing means, a raw material mixture may be obtained by adding a solvent to a lithium compound and a titanium compound (for example, titanium oxide) and stirring sufficiently, and then drying the slurry by heat drying or spray drying. .
The stirring means is not particularly limited, and may be a simple stirring means that is usually used, or a mixing / pulverizing means using a ball mill, a bead mill, or the like.

混合に用いる溶媒としては特に制限はなく、水や有機溶媒を挙げることができるが、取扱い性の簡便性から、水、アルコール類であることが好ましい。またスラリーの濃度は特に限定されず、例えば10〜50質量%とすることができる。   There is no restriction | limiting in particular as a solvent used for mixing, Although water and an organic solvent can be mentioned, From the ease of handleability, it is preferable that they are water and alcohol. Moreover, the density | concentration of a slurry is not specifically limited, For example, it can be 10-50 mass%.

あるいは、前記リチウム化合物が水に溶解しやすいリチウム化合物である場合には、リチウム化合物を水溶液にしてこれをチタン化合物(例えば、酸化チタン)に含浸させた後、乾燥して原料混合物を得てもよい。   Or when the said lithium compound is a lithium compound which is easy to melt | dissolve in water, after making a lithium compound into aqueous solution and impregnating this with a titanium compound (for example, titanium oxide), it can dry and obtain a raw material mixture Good.

リチウム化合物とチタン化合物を混合して得られる原料混合物は、バルク状のまま、あるいは0.5t/cm程度の圧力で圧縮して得られる成形体として次の工程に供することができる。 The raw material mixture obtained by mixing the lithium compound and the titanium compound can be used in the next step as a molded body obtained in a bulk state or compressed at a pressure of about 0.5 t / cm 2 .

上記のようにして得られた原料混合物を、熱処理してチタン酸リチウムを得る。熱処理(焼成)条件は特に制限されないが、600℃以上1200℃以下で1時間以上24時間以下程度行えばよい。好ましくは、700℃以上1000℃以下で5時間以上20時間以下である。   The raw material mixture obtained as described above is heat-treated to obtain lithium titanate. The heat treatment (firing) conditions are not particularly limited, but may be performed at 600 ° C. to 1200 ° C. for about 1 hour to 24 hours. Preferably, they are 700 degreeC or more and 1000 degrees C or less for 5 hours or more and 20 hours or less.

600℃以上で焼成することで、チタン化合物(好ましくは酸化チタン)とリチウム化合物の反応が十分に行なわれ、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、LiTiOなどの不純物相が増大することを抑制し、電気容量が減少することを抑制できる。また1200℃以下で焼成することで、スピネル型チタン酸リチウムの酸化チタンなどへ転移を抑制することができる。 By baking at 600 ° C. or higher, the reaction between the titanium compound (preferably titanium oxide) and the lithium compound is sufficiently performed, and an impurity phase such as anatase type titanium oxide, rutile type titanium oxide, Li 2 TiO 3 increases. It is possible to suppress the decrease in electric capacity. Further, by firing at 1200 ° C. or lower, the transition of spinel type lithium titanate to titanium oxide or the like can be suppressed.

また、焼成は、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下、酸素雰囲気下、及び空気雰囲気下のいずれであってもよい。
このようにして得られたチタン酸リチウムは、焼成炉から取り出し、冷却後、必要に応じて解砕し、さらに必要に応じてもう1回以上焼成してもよい。焼成を2回以上行う場合、それぞれの熱処理条件は同一であっても異なっていてもよい。本発明においては、焼成を少なくとも2回行なうことが好ましく、1回目の焼成温度よりも高い焼成温度で2回目の焼成を行うことがより好ましい。かかる方法で焼成を行なうことにより、不純物相の少ないチタン酸リチウムを合成することが可能となり、より高い充放電容量を示すという効果が得られる。
The firing may be performed under an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, an oxygen atmosphere, or an air atmosphere.
The lithium titanate thus obtained may be taken out of the firing furnace, cooled, crushed as necessary, and further fired once or more as necessary. When baking is performed twice or more, each heat treatment condition may be the same or different. In the present invention, firing is preferably performed at least twice, and it is more preferable to perform the second firing at a firing temperature higher than the first firing temperature. By firing by such a method, it becomes possible to synthesize lithium titanate having a small impurity phase, and an effect of exhibiting a higher charge / discharge capacity can be obtained.

本発明においては、熱処理によって得られたチタン酸リチウムを粉砕処理して粉砕物を得るが、必要に応じて予め解砕処理を行ってもよい。
粉砕処理することで、所望の平均一次粒子径およびSD値を有するチタン酸リチウム粒子を得ることができる。
In the present invention, the lithium titanate obtained by the heat treatment is pulverized to obtain a pulverized product. However, if necessary, pulverization may be performed in advance.
By performing the pulverization treatment, lithium titanate particles having a desired average primary particle size and SD value can be obtained.

粉砕処理には、ジェットミル、振動ミル、ボールミル、ビーズミル等が採用できる。これらの中でも、ビーズミルを用いて粉砕処理することが好ましく、ビーズミルを用いて湿式粉砕することがより好ましい。ビーズミルで粉砕することで、一次粒子径が小さく、一次粒子径分布が狭いチタン酸リチウムを得ることができる。   For the pulverization treatment, a jet mill, a vibration mill, a ball mill, a bead mill or the like can be employed. Among these, it is preferable to pulverize using a bead mill, and wet pulverization using a bead mill is more preferable. By grinding with a bead mill, lithium titanate having a small primary particle size and a narrow primary particle size distribution can be obtained.

粉砕処理に用いる粉砕容器、ビーズ、ボール等の材質は充放電反応への影響の少ない材質を選択することが好ましい。具体的には例えば、アルミナ、部分安定化ジルコニア等を使用することができる。   As materials for the pulverization container, beads, balls and the like used for the pulverization treatment, it is preferable to select materials having little influence on the charge / discharge reaction. Specifically, for example, alumina, partially stabilized zirconia, or the like can be used.

本発明において湿式粉砕する際に用いる溶媒は特に限定されず、水や有機溶剤を挙げることができる。具体的には例えば、水、エタノール、エチレングリコール、ベンゼン、ヘキサンなどを挙げることができる。必要に応じてポリオールなどの粉砕助剤(分散剤)等をさらに用いてもよい。   In the present invention, the solvent used for wet pulverization is not particularly limited, and examples thereof include water and organic solvents. Specific examples include water, ethanol, ethylene glycol, benzene, hexane, and the like. A grinding aid (dispersant) such as polyol may be further used as necessary.

また粉砕処理の処理条件は、所望の平均一次粒子径とSD値となるように、粉砕方法に応じて適宜選択することができる。   The processing conditions for the pulverization treatment can be appropriately selected according to the pulverization method so that the desired average primary particle diameter and SD value are obtained.

本発明においては、粉砕処理によって得られた粉砕物を造粒処理して造粒物を得る。造粒処理の方法は特に制限されず、公知の造粒方法を適宜選択することができる。中でも製造効率と体積累積分布の狭いチタン酸リチウムを合成することが可能となる観点から、噴霧乾燥法による造粒処理を行なうことが好ましい。
具体的には、チタン酸リチウム粉砕物と溶媒を含むスラリーを調製し、これを噴霧乾燥して、所望の大粒子、すなわち0.5μm〜100μm程度の二次粒子に造粒することができる。
In the present invention, the pulverized product obtained by the pulverization treatment is granulated to obtain the granulated product. The method for the granulation treatment is not particularly limited, and a known granulation method can be appropriately selected. Among these, it is preferable to perform granulation treatment by a spray drying method from the viewpoint that it is possible to synthesize lithium titanate having a narrow production efficiency and volume cumulative distribution.
Specifically, a slurry containing a pulverized lithium titanate and a solvent can be prepared, spray-dried, and granulated into desired large particles, that is, secondary particles of about 0.5 μm to 100 μm.

噴霧乾燥に用いる噴霧乾燥機は特に制限されず、例えば、ディスク式、圧力ノズル式、二流体ノズル式などから、スラリーの性状や処理能力に応じて適宜選択することができる。
二次粒子径の制御は、例えば上記のディスク式ならディスクの回転数を、圧力ノズル式や二流体ノズル式などならば噴霧圧やノズル径を調整して、噴霧される液滴の大きさを制御することにより行うことができる。また用いるスラリーの濃度、粘度等の性状は、噴霧乾燥機の能力に応じて適宜設定できる。
The spray dryer used for spray drying is not particularly limited, and can be appropriately selected from, for example, a disk type, a pressure nozzle type, a two-fluid nozzle type, and the like according to the properties of the slurry and the processing capacity.
The control of the secondary particle size is, for example, by adjusting the number of rotations of the disk in the case of the above-mentioned disk type, and adjusting the spray pressure and the nozzle diameter in the case of a pressure nozzle type or a two-fluid nozzle type, etc. This can be done by controlling. The properties such as the concentration and viscosity of the slurry to be used can be appropriately set according to the ability of the spray dryer.

スラリーの粘度が低く造粒し難い場合や、より粒子径を制御し易くするために、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ゼラチンなどのバインダーや、カチオン系、ノニオン系、アニオン系、両性などの界面活性剤など各種の添加剤を用いても良い。これら添加剤は有機物系で金属成分を含有しないものであれば、後の熱処理工程で分解、揮散するので望ましい。   When the viscosity of the slurry is low and granulation is difficult, or to make it easier to control the particle size, binders such as polyvinyl alcohol, methyl cellulose, gelatin, and surfactants such as cationic, nonionic, anionic, and amphoteric surfactants Various additives may be used. These additives are desirable if they are organic and do not contain a metal component, because they are decomposed and volatilized in a later heat treatment step.

乾燥温度としては入り口温度が180℃〜400℃、出口温度が70℃〜120℃が好ましい。また、噴霧圧力としては、例えば0.1MPa〜1.5MPaとすることができ、試料供給速度としては、例えば1.0kg/h〜5.0kg/hとすることができる。   As the drying temperature, the inlet temperature is preferably 180 ° C to 400 ° C, and the outlet temperature is preferably 70 ° C to 120 ° C. The spray pressure can be set to, for example, 0.1 MPa to 1.5 MPa, and the sample supply rate can be set to, for example, 1.0 kg / h to 5.0 kg / h.

本発明の製造方法は、上述のようにして造粒したチタン酸リチウムを熱処理する工程を含む。熱処理条件としては、例えば、250℃以上900℃以下で1分以上10時間以下の焼成を施すことが好ましい。
熱処理温度が250℃以上であることで、結晶子の歪が効果的に緩和され、電池として使用したときに容量が低下することを抑制できる。また900℃以下であることで、粒子が成長して一次粒子径が大きくなることを抑制できる。
また、熱処理は、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下、酸素雰囲気下、及び空気雰囲気下のいずれであってもよい。
The manufacturing method of this invention includes the process of heat-processing the lithium titanate granulated as mentioned above. As the heat treatment conditions, for example, baking is preferably performed at 250 ° C. or higher and 900 ° C. or lower for 1 minute or longer and 10 hours or shorter.
When the heat treatment temperature is 250 ° C. or more, the distortion of the crystallite is effectively relieved, and it is possible to suppress a decrease in capacity when used as a battery. Moreover, it can suppress that a particle | grain grows and a primary particle diameter becomes large because it is 900 degrees C or less.
The heat treatment may be performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, an oxygen atmosphere, or an air atmosphere.

(リチウムイオン二次電池)
本発明にかかるリチウムイオン二次電池は、上述したチタン酸リチウムを電極活物質として含む電極を備えて構成されたものである。
リチウムイオン二次電池の基本構造は、セパレーターを介して正極および負極を対向配置し、これに非水電解液を含浸させるものである。本発明においては、正極または負極を構成する電極活物質として、上述した本発明のチタン酸リチウムを用いる。
本発明において、前記チタン酸リチウムは正極または負極を構成する電極活物質として用いられるが、高寿命及び幅広い温度範囲での入出力特性に優れるという観点から、負極を構成する電極活物質として用いられることが好ましい。
(Lithium ion secondary battery)
The lithium ion secondary battery according to the present invention includes an electrode containing the above-described lithium titanate as an electrode active material.
The basic structure of a lithium ion secondary battery is such that a positive electrode and a negative electrode are arranged opposite to each other with a separator interposed between them and impregnated with a non-aqueous electrolyte. In the present invention, the above-described lithium titanate of the present invention is used as the electrode active material constituting the positive electrode or the negative electrode.
In the present invention, the lithium titanate is used as an electrode active material constituting a positive electrode or a negative electrode, but is used as an electrode active material constituting a negative electrode from the viewpoint of excellent long-life and input / output characteristics in a wide temperature range. It is preferable.

本発明のリチウムイオン二次電池において、前記チタン酸リチウムを負極活物質として用いる場合、正極に含まれる正極活物質としては、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、LiNi0.5Mn1.5などのリチウムと遷移金属との複合酸化物、MnO、Vなどの遷移金属酸化物、MoS、TiSなどの遷移金属硫化物、ポリアセチレン、ポリアセン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性高分子化合物、ポリ(2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール)などのジスルフィド化合物などが用いられる。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, when the lithium titanate is used as a negative electrode active material, examples of the positive electrode active material included in the positive electrode include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , and LiNi 0. .5 Composite oxides of lithium and transition metals such as Mn 1.5 O 4 , transition metal oxides such as MnO 2 and V 2 O 5 , transition metal sulfides such as MoS 2 and TiS, polyacetylene, polyacene, polyaniline , Conductive polymer compounds such as polypyrrole and polythiophene, disulfide compounds such as poly (2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole), and the like are used.

前記チタン酸リチウムを電極活物質として含む電極は、電極活物質に加えて導電助剤、バインダー等を含んで構成することができる。
電極活物質を用いて電極を作製する際に用いられる導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、天然黒鉛、熱膨張黒鉛、炭素繊維、酸化ルテニウム、不定比酸化チタン、チタンブラック、アルミニウムやニッケル等が用いられる。
これらの中でも、少量の配合で所望の導電性を確保できるアセチレンブラック、ケッチェンブラックが好ましい。
なお、導電助剤は、電極活物質に対して、通常1〜20質量%程度配合されるが、5〜10質量%配合することがより好ましい。
The electrode containing lithium titanate as an electrode active material can be configured to include a conductive additive, a binder, and the like in addition to the electrode active material.
Examples of the conductive auxiliary used when producing an electrode using an electrode active material include carbon black such as acetylene black and ketjen black, natural graphite, thermally expanded graphite, carbon fiber, ruthenium oxide, non-stoichiometric titanium oxide. Titanium black, aluminum, nickel, etc. are used.
Among these, acetylene black and ketjen black that can ensure desired conductivity with a small amount of blend are preferable.
In addition, although a conductive support agent is normally mix | blended about 1-20 mass% with respect to an electrode active material, it is more preferable to mix | blend 5-10 mass%.

また導電助剤と共に用いられるバインダーとしては、公知の各種バインダーを用いることができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、スチレンーブタジエン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリイミド、フェノール樹脂などが挙げられる。
なお、バインダーは、電極活物質に対して、通常1〜20質量%程度配合されるが、5〜15質量%配合することがより好ましい。
Moreover, as a binder used with a conductive support agent, well-known various binders can be used. For example, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, carboxymethyl cellulose, fluoroolefin copolymer crosslinked polymer, styrene-butadiene copolymer, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyimide, phenol resin and the like can be mentioned.
In addition, although a binder is normally mix | blended about 1-20 mass% with respect to an electrode active material, it is more preferable to mix | blend 5-15 mass%.

本発明のリチウムイオン二次電池に用いられる電解液は、特に制限されず、公知のものを用いることができる。例えば、電解液として、有機溶剤に電解質を溶解させた溶液を用いることにより、非水系リチウムイオン二次電池を製造することができる。   The electrolyte solution used for the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and a known one can be used. For example, a non-aqueous lithium ion secondary battery can be manufactured by using a solution obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent as the electrolytic solution.

前記電解質としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiClF、LiAsF、LiSbF、LiAlO、LiAlCl、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiC(CFSO、LiCl、LiIなどの溶媒和しにくいアニオンを生成するリチウム塩を例示することができる。 As the electrolyte, for example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiClF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlO 4, LiAlCl 4, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2 Examples thereof include lithium salts that generate anions that are difficult to solvate, such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiCl, and LiI.

前記有機溶剤としては、例えば、カーボネート類(プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートなど)、ラクトン類(γ−ブチロラクトンなど)、鎖状エーテル類(1,2−ジメトキシエタン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテルなど)、環状エーテル類(テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、4−メチルジオキソランなど)、スルホラン類(スルホランなど)、スルホキシド類(ジメチルスルホキシドなど)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなど)、アミド類(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなど)、ポリオキシアルキレングリコール類(ジエチレングリコールなど)などの非プロトン性溶媒を例示することができる。
有機溶剤は、単独で用いてもよく2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
Examples of the organic solvent include carbonates (propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, etc.), lactones (γ-butyrolactone, etc.), chain ethers (1,2-dimethoxyethane, dimethyl ether, diethyl ether, etc.), Cyclic ethers (tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, 4-methyldioxolane, etc.), sulfolanes (sulfolane, etc.), sulfoxides (dimethylsulfoxide, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, etc.), amides Aprotic solvents such as polyoxyalkylene glycols (diethylene glycol, etc.), and the like (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.). Can.
An organic solvent may be used independently and may be used as 2 or more types of mixed solvents.

前記電解液における電解質濃度は、例えば、電解液1Lに対して、電解質0.3〜5モル、好ましくは0.5〜3モル、さらに好ましくは0.8〜1.5モル程度である。   The electrolyte concentration in the electrolytic solution is, for example, about 0.3 to 5 mol, preferably 0.5 to 3 mol, and more preferably about 0.8 to 1.5 mol with respect to 1 L of the electrolytic solution.

セパレーターとしても、公知の各種セパレーターを用いることができる。セパレーターの具体例としては、紙製、ポリプロピレン製、ポリエチレン製、ガラス繊維製セパレーターなどが挙げられる。   As the separator, various known separators can be used. Specific examples of the separator include paper, polypropylene, polyethylene, and glass fiber separators.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、「部」及び「%」は質量基準である。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” and “%” are based on mass.

<実施例1>
(チタン酸リチウムの合成)
BET比表面積11m/g,平均粒子径(D50%)0.5μmの酸化チタン(堺化学工業株式会社製「A120」)100gと38.1gの炭酸リチウム(和光純薬工業(株)製、純度99%以上)をボールミルに入れ、純水300g及び10mmのジルコニアボール200gを加え、5時間混合した後、ジルコニアボールを除去して、130℃で乾燥した。これをアルミナ乳鉢で解砕した後、800℃で20時間空気中焼成した。尚、昇温は1.7℃/分の速度で行った。焼成後、放冷してから取り出し、ボールミルで再び混合した後、900℃で20時間焼成した。
<Example 1>
(Synthesis of lithium titanate)
100 g of titanium oxide (“A120” manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) having a BET specific surface area of 11 m 2 / g and an average particle size (D50%) of 0.5 μm and 38.1 g of lithium carbonate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) In a ball mill, 300 g of pure water and 200 g of 10 mm zirconia balls were added and mixed for 5 hours, after which the zirconia balls were removed and dried at 130 ° C. This was crushed in an alumina mortar and then calcined in air at 800 ° C. for 20 hours. The temperature was raised at a rate of 1.7 ° C./min. After firing, the product was allowed to cool and then taken out, mixed again with a ball mill, and then fired at 900 ° C. for 20 hours.

このようにして得た焼成物をアルミナ乳鉢で解砕し、次いで、ビーズミルを用いて粉砕した。ビーズミルはアシザワ・ファインテック株式会社製スターミル「LMZ015」を用い,ビーズには0.3mmの安定化ジルコニアビーズを用いた。また水を溶媒として用い、分散剤としてライオン社製「ポリティA550」をチタン酸リチウムに対して1質量%添加して粉砕処理した。粉砕後のスラリーの粒子径分布を測定したところ、体積平均一次粒子径(D50%)は0.21μmであった。   The fired product thus obtained was pulverized with an alumina mortar and then pulverized using a bead mill. The bead mill used was a star mill “LMZ015” manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd., and 0.3 mm stabilized zirconia beads were used for the beads. Further, using water as a solvent, 1% by mass of “POLYTY A550” manufactured by Lion Corporation as a dispersant was added to the lithium titanate and pulverized. When the particle size distribution of the crushed slurry was measured, the volume average primary particle size (D50%) was 0.21 μm.

このスラリーを大川原化工機株式会社製スプレードライヤー「NL−5」を用い、入口温度200℃、出口温度90℃、噴霧圧力0.2MPa、試料供給速度3.0kg/hの条件にて噴霧乾燥した。このようにして得た造粒粉末を700℃にて5h空気焼成して、目的のチタン酸リチウムを得た。   This slurry was spray-dried using a spray dryer “NL-5” manufactured by Okawahara Koki Co., Ltd. under the conditions of an inlet temperature of 200 ° C., an outlet temperature of 90 ° C., a spray pressure of 0.2 MPa, and a sample supply rate of 3.0 kg / h. . The granulated powder thus obtained was air baked at 700 ° C. for 5 hours to obtain the target lithium titanate.

結晶相の同定を(株)リガク製粉末X線回折装置を用いて行ったところ、LiTi12の単一相であり、結晶子サイズは42nmであった。またBET比表面積は5.8m/g、体積平均二次粒子径(D50%)は5.7μmであった。
尚、BET比表面積はQUANTACHROME INSTRUMENTS社製オートソーブ−1を用いて、−196℃における窒素の吸着等温線から算出した。体積平均粒子径は(株)島津製作所製レーザー回折式粒度測定器「SALD3000J」を用いて測定した。
また結晶子サイズはX線回折ピークの半値幅を測定し、Scherrerの式を用いて求めた。この際、内部標準試料として金属シリコン((株)高純度化学研究所製、高純度シリコン、純度:99.999%)を用い、チタン酸リチウムの(111)面及び 金属シリコンの(111)面のピークを用いた。尚、発散スリット、散乱スリットは1/2°、受光スリットは0.15mmとし、0.1°/minの走査速度で測定した。
When the crystal phase was identified using a powder X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Corporation, it was a single phase of Li 4 Ti 5 O 12 and the crystallite size was 42 nm. The BET specific surface area was 5.8 m 2 / g, and the volume average secondary particle size (D50%) was 5.7 μm.
The BET specific surface area was calculated from an adsorption isotherm of nitrogen at −196 ° C. using an autosorb-1 manufactured by QUANTACHROME INSTRUMENTS. The volume average particle size was measured using a laser diffraction particle size analyzer “SALD3000J” manufactured by Shimadzu Corporation.
The crystallite size was determined by measuring the half width of the X-ray diffraction peak and using the Scherrer equation. At this time, metallic silicon (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., high purity silicon, purity: 99.999%) was used as an internal standard sample, and the (111) plane of lithium titanate and the (111) plane of metallic silicon. The peak of was used. The diverging slit and scattering slit were 1/2 °, the light receiving slit was 0.15 mm, and measurement was performed at a scanning speed of 0.1 ° / min.

粒子の形状を観察するために卓上顕微鏡Miniscope(TM−1000、日立ハイテク社製)を用いて倍率10,000×で観察した。観察された粒子形状の一例を図1に示す。観察された一次粒子の長径を100個分測定し、その算術平均として求めた平均一次粒子径は0.2μmであった。   In order to observe the shape of the particles, a desktop microscope, Miniscope (TM-1000, manufactured by Hitachi High-Tech) was used and observed at a magnification of 10,000 ×. An example of the observed particle shape is shown in FIG. The observed primary particles were measured for 100 major axes, and the average primary particle size determined as the arithmetic average was 0.2 μm.

上記で得られたチタン酸リチウム5gを水95gに分散し、これを超音波分散機(株式会社日本精機製ホモミキサー)を用いて、最大振幅25μmで1時間分散処理した。このようにして得たスラリーの一次粒子径分布を(株)島津製作所製レーザー回折式粒度測定器「SALD3000J」を用いて測定したところ、D10%、D50%、D90%の粒子径はそれぞれ0.37μm、0.62μm、1.1μmであった。一次粒子径分布の概略を図2に示した。
またこれらから算出されるSD値は、0.37μmであった。
5 g of the lithium titanate obtained above was dispersed in 95 g of water, and this was subjected to a dispersion treatment for 1 hour at a maximum amplitude of 25 μm using an ultrasonic disperser (Homomixer manufactured by Nippon Seiki Co., Ltd.). When the primary particle size distribution of the slurry thus obtained was measured using a laser diffraction particle size measuring device “SALD3000J” manufactured by Shimadzu Corporation, the particle sizes of D10%, D50%, and D90% were 0.00. They were 37 μm, 0.62 μm, and 1.1 μm. An outline of the primary particle size distribution is shown in FIG.
The SD value calculated from these was 0.37 μm.

(チタン酸リチウム電極の作製)
電極活物質として上記で得られたチタン酸リチウムと、導電助剤としてカーボンブラック(電気化学工業(株)製、商品名:HS−100)と、バインダー樹脂としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)のN−メチルピロリドン(NMP)溶液((株)クレハ製、商品名:KFポリマー#1120、ポリフッ化ビニリデンの含有量:12質量%)を、活物質:導電助剤:PVDF=85:5:10(質量比)の割合で混合してペースト状にし、電極組成物を調製した。このペースト状の電極組成物を、電解銅箔の光沢面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた。次いで120℃にて1時間真空乾燥して電極組成物層を有する電極を得た。
(Production of lithium titanate electrode)
Lithium titanate obtained above as an electrode active material, carbon black (trade name: HS-100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive additive, and N- of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder resin Methylpyrrolidone (NMP) solution (manufactured by Kureha Corporation, trade name: KF polymer # 1120, content of polyvinylidene fluoride: 12% by mass), active material: conductive auxiliary agent: PVDF = 85: 5: 10 (mass) The electrode composition was prepared by mixing at a ratio of (ratio) to a paste. This paste-like electrode composition was applied to the glossy surface of the electrolytic copper foil and dried at 80 ° C. for 1 hour. Subsequently, it vacuum-dried at 120 degreeC for 1 hour, and the electrode which has an electrode composition layer was obtained.

(リチウムイオン二次電池の作製)
上記で得られた電極を負極として、また対極として金属リチウムを用いて以下のようにしてリチウムイオン二次電池を作製した。1Mの濃度でLiPFを溶解したEC(エチレンカーボネート)/PC(プロピレンカーボネート)/GBL(γ―ブチロラクトン)(1/1/1体積比)を電解液とし、セルとして2016型コインセル(宝泉株式会社製)を用いて、定法によりコイン型電池を作製した。
(Production of lithium ion secondary battery)
A lithium ion secondary battery was produced as follows using the electrode obtained above as a negative electrode and metallic lithium as a counter electrode. EC (ethylene carbonate) / PC (propylene carbonate) / GBL (γ-butyrolactone) (1/1/1 volume ratio) in which LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1M is used as an electrolyte, and a 2016 type coin cell (Hosen stock) Coin-type battery was produced by a conventional method.

(評価)
−初期放電容量−
初めに25℃にて電池評価した。対極(リチウム極)に対して0.1Cに相当する電流で1.2Vまで充電した。放電はリチウム極に対して0.1Cに相当する電流で2.5Vまで行い、初期(初回)放電容量を測定した。この時、容量は用いたチタン酸リチウムの重量当たりに換算した。
(Evaluation)
-Initial discharge capacity-
First, the battery was evaluated at 25 ° C. The counter electrode (lithium electrode) was charged to 1.2 V with a current corresponding to 0.1 C. Discharge was performed up to 2.5 V with a current corresponding to 0.1 C with respect to the lithium electrode, and the initial (initial) discharge capacity was measured. At this time, the capacity was converted per weight of the lithium titanate used.

−放電容量維持率−
次いで、リチウム極に対して0.1Cに相当する電流で1.2Vまで充電し、放電をリチウム極に対して10Cに相当する電流で2.5Vまで行い、10Cにおける放電容量を測定し、10Cにおける放電容量の0.1Cにおける放電容量に対する比として放電容量維持率を算出し、レート特性を評価した。
ここでいうxCとは1/x時間で充電または放電が完了する電流値をさす、つまり10Cの放電レートとは(1/10)時間で放電が完了する電流値を意味する。
−Discharge capacity maintenance rate−
Next, the lithium electrode is charged to 1.2 V with a current corresponding to 0.1 C, and discharged to 2.5 V with a current corresponding to 10 C to the lithium electrode, and the discharge capacity at 10 C is measured. The discharge capacity retention ratio was calculated as the ratio of the discharge capacity at 0.1 C to the discharge capacity at 0.1 C, and the rate characteristics were evaluated.
Here, xC refers to a current value at which charging or discharging is completed in 1 / x time, that is, a discharge rate of 10 C means a current value at which discharging is completed in (1/10) time.

−放電容量(−10℃)−
次いで、リチウム極に対して0.2Cに相当する電流で1.2Vまで充電し、放電をリチウム極に対して10Cに相当する電流で2.5Vまで行う試験を−10℃の環境下で行い、−10℃における放電容量を測定した。
結果を表1に示す。
-Discharge capacity (-10 ° C)-
Next, the lithium electrode was charged to 1.2 V with a current corresponding to 0.2 C, and the test was performed in an environment of −10 ° C. for discharging the lithium electrode to 2.5 V with a current corresponding to 10 C. The discharge capacity at −10 ° C. was measured.
The results are shown in Table 1.

<実施例2>
実施例1において、粉砕処理後の熱処理温度を600℃、5時間に変更したこと以外は実施例1と同様にして、チタン酸リチウム粒子を得た。
BET比表面積は17.5m/g、体積平均二次粒子径(D50%)は6.0μm、結晶子サイズは47nmであった。
また平均一次粒子径は0.2μmであった。
超音波分散機にて1時間処理して得たスラリーの、D10%、D50%、D90%に対応する粒子径は、それぞれ0.35μm、0.60μm、1.0μmであった。またSD値は0.33μmであった。
得られたチタン酸リチウム粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、電極およびリチウムイオン二次電池を作製して同様にして評価した。結果を表1に示す。
<Example 2>
In Example 1, lithium titanate particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature after pulverization was changed to 600 ° C. for 5 hours.
The BET specific surface area was 17.5 m 2 / g, the volume average secondary particle diameter (D50%) was 6.0 μm, and the crystallite size was 47 nm.
The average primary particle size was 0.2 μm.
The particle diameters corresponding to D10%, D50%, and D90% of the slurry obtained by treating with an ultrasonic disperser for 1 hour were 0.35 μm, 0.60 μm, and 1.0 μm, respectively. The SD value was 0.33 μm.
An electrode and a lithium ion secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the obtained lithium titanate particles were used. The results are shown in Table 1.

<比較例1>
実施例1において、粉砕処理をビーズミルでの粉砕処理に代えてボールミルでの粉砕処理としたこと以外は実施例1と同様にして、チタン酸リチウム粒子を得た。尚、ボールミルでの粉砕には、5mm及び10mmの安定化ジルコニアボールを用いた。
BET比表面積は2.2m/g、体積平均二次粒子径(D50%)は5.7μm、結晶子サイズは44nmであった。
また平均一次粒子径は1.2μmであった。
超音波分散機にて1時間処理して得たスラリーの、D10%、D50%、D90%に対応する粒子径は、それぞれ0.34μm、1.1μm、2.1μmであった。またSD値は0.88μmであった。また一次粒子径分布の概略を図2に示した
得られたチタン酸リチウム粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、電極およびリチウムイオン二次電池を作製して同様にして評価した。結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
In Example 1, lithium titanate particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the pulverization process was replaced with a pulverization process with a ball mill instead of the pulverization process with a bead mill. Incidentally, 5 mm and 10 mm stabilized zirconia balls were used for pulverization with a ball mill.
The BET specific surface area was 2.2 m 2 / g, the volume average secondary particle diameter (D50%) was 5.7 μm, and the crystallite size was 44 nm.
The average primary particle size was 1.2 μm.
The particle diameters corresponding to D10%, D50%, and D90% of the slurry obtained by treating with an ultrasonic disperser for 1 hour were 0.34 μm, 1.1 μm, and 2.1 μm, respectively. The SD value was 0.88 μm. The outline of the primary particle size distribution is shown in FIG. 2. An electrode and a lithium ion secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the obtained lithium titanate particles were used. . The results are shown in Table 1.

表1に示されるように、実施例のリチウム二次電池は低温での電池特性、特に放電容量に優れることが分かる。   As shown in Table 1, it can be seen that the lithium secondary batteries of the examples are excellent in battery characteristics at a low temperature, particularly in discharge capacity.

Claims (7)

平均一次粒子径が0.1μm〜1.0μmであり、結晶子サイズが10nm〜60nmであり、かつ下記式(I)で示されるSD値が0.80μm以下であるチタン酸リチウム粒子。


(式(I)中、D90%は一次粒子径の体積累積分布における累積90%に対応する一次粒子径を示し、D10%は一次粒子径の体積累積分布における累積10%に対応する一次粒子径を示す)
Lithium titanate particles having an average primary particle diameter of 0.1 μm to 1.0 μm, a crystallite size of 10 nm to 60 nm , and an SD value represented by the following formula (I) of 0.80 μm or less.


(In the formula (I), D90% indicates a primary particle diameter corresponding to 90% accumulation in the volume cumulative distribution of primary particle diameters, and D10% is a primary particle diameter corresponding to 10% accumulation in the volume cumulative distribution of primary particle diameters. Indicate)
BET比表面積が1.5m/g〜100m/gである請求項1に記載のチタン酸リチウム粒子。 Lithium titanate particles according to claim 1 BET specific surface area of 1.5m 2 / g~100m 2 / g. 体積平均二次粒子径が1μm〜30μmである請求項1又は請求項2に記載のチタン酸リチウム粒子。 Lithium titanate particles according to claim 1 or claim 2 volume average secondary particle size of 1 to 30 [mu] m. リチウムイオン電池用の電極活物質である請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のチタン酸リチウム粒子。 It is an electrode active material for lithium ion batteries, The lithium titanate particle of any one of Claims 1-3 . 請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のチタン酸リチウム粒子を含むリチウムイオン二次電池用負極。 The negative electrode for lithium ion secondary batteries containing the lithium titanate particle of any one of Claims 1-4 . 請求項に記載のリチウムイオン二次電池用負極を備えるリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 5 . チタン化合物及びリチウム化合物を混合して原料混合物を得る工程と、
前記原料混合物を熱処理してチタン酸リチウムを得る工程と、
前記チタン酸リチウムを粉砕して粉砕物を得る工程と、
前記粉砕物を造粒して造粒物を得る工程と、
前記造粒物を熱処理する工程と、
を含む、請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のチタン酸リチウム粒子の製造方法。
A step of mixing a titanium compound and a lithium compound to obtain a raw material mixture;
Heat treating the raw material mixture to obtain lithium titanate;
Pulverizing the lithium titanate to obtain a pulverized product;
A step of granulating the pulverized product to obtain a granulated product;
Heat-treating the granulated product,
The manufacturing method of the lithium titanate particle of any one of Claims 1-4 containing this.
JP2010146924A 2010-06-28 2010-06-28 Lithium titanate particles and manufacturing method thereof, negative electrode for lithium ion battery, and lithium battery Expired - Fee Related JP5450284B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010146924A JP5450284B2 (en) 2010-06-28 2010-06-28 Lithium titanate particles and manufacturing method thereof, negative electrode for lithium ion battery, and lithium battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010146924A JP5450284B2 (en) 2010-06-28 2010-06-28 Lithium titanate particles and manufacturing method thereof, negative electrode for lithium ion battery, and lithium battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012006816A JP2012006816A (en) 2012-01-12
JP5450284B2 true JP5450284B2 (en) 2014-03-26

Family

ID=45537812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010146924A Expired - Fee Related JP5450284B2 (en) 2010-06-28 2010-06-28 Lithium titanate particles and manufacturing method thereof, negative electrode for lithium ion battery, and lithium battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5450284B2 (en)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012073642A1 (en) * 2010-12-01 2012-06-07 株式会社 村田製作所 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2013095646A (en) * 2011-11-02 2013-05-20 Taiyo Yuden Co Ltd Lithium-titanium complex oxide, and battery electrode and lithium ion secondary battery using the same
WO2013129423A1 (en) * 2012-02-29 2013-09-06 戸田工業株式会社 Lithium titanate particulate powder, negative electrode active material particulate powder for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP5781219B2 (en) * 2012-03-15 2015-09-16 株式会社東芝 Nonaqueous electrolyte secondary battery and battery pack
WO2013137381A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 テイカ株式会社 Lithium titanate and production method and use for same
JP5968712B2 (en) * 2012-07-27 2016-08-10 東邦チタニウム株式会社 Method for producing lithium titanate powder, lithium ion secondary battery and lithium ion capacitor using the lithium titanate powder
KR101796233B1 (en) * 2013-05-23 2017-12-01 주식회사 포스코 Manufacturing method of lithium-titanium composite doped by different metal, and lithium-titanium composite doped with different metal made by same
JP5979099B2 (en) * 2013-08-13 2016-08-24 トヨタ自動車株式会社 Negative electrode active material for sodium ion battery, sodium ion battery, and method for producing negative electrode active material for sodium ion battery
US9771273B2 (en) 2013-08-30 2017-09-26 Ube Industries, Ltd. Lithium titanate powder, active material, and energy storage device using the same
JP6428628B2 (en) * 2013-09-13 2018-11-28 日本ゼオン株式会社 Method for producing composite particles for electrochemical devices
JP2015125835A (en) * 2013-12-26 2015-07-06 東邦チタニウム株式会社 Powdery lithium titanate, production method therefor, and lithium ion battery using the same
KR101655279B1 (en) * 2014-01-07 2016-09-07 주식회사 엘지화학 A cathode with high rate charge-discharge characteristic and lithium secondary battery including the same
JP5790894B1 (en) * 2014-05-21 2015-10-07 宇部興産株式会社 Lithium titanate powder for electrode of power storage device, active material, and power storage device using the same
EP3236522A4 (en) 2014-12-16 2018-08-29 Otsuka Chemical Co., Ltd. Method for producing composite body of lithium titanate particles and carbonaceous material, and composite body of lithium titanate particles and carbonaceous material
WO2016117950A1 (en) * 2015-01-21 2016-07-28 주식회사 엘지화학 Lithium secondary battery having improved output characteristics
JP6375442B2 (en) * 2015-03-31 2018-08-15 日本ケミコン株式会社 Titanium oxide crystal, electrode for power storage device including titanium oxide crystal
JP6891886B2 (en) * 2016-06-30 2021-06-18 宇部興産株式会社 Lithium titanate powder and active material for electrodes of power storage devices, and electrode sheets and power storage devices using them.
KR101785269B1 (en) 2017-02-10 2017-10-16 삼성에스디아이 주식회사 Composite negative electrode active material, method for preparing the same, and lithium battery including the same
CN112736233B (en) * 2021-01-14 2023-01-24 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所) Lithium ion battery electrode active material, preparation method thereof, electrode and battery

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4768901B2 (en) * 1999-06-03 2011-09-07 チタン工業株式会社 Lithium titanium composite oxide, method for producing the same, and use thereof
JP4623786B2 (en) * 1999-11-10 2011-02-02 住友電気工業株式会社 Non-aqueous secondary battery
JP4435926B2 (en) * 2000-02-25 2010-03-24 チタン工業株式会社 High crystalline lithium titanate
JP4073868B2 (en) * 2001-07-20 2008-04-09 アルテアナノ インコーポレイテッド Method for producing lithium titanate
JP4249727B2 (en) * 2005-05-13 2009-04-08 株式会社東芝 Nonaqueous electrolyte battery and lithium titanium composite oxide
JP2007018883A (en) * 2005-07-07 2007-01-25 Toshiba Corp Negative electrode active material, nonaqueous electrolyte battery and battery pack

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012006816A (en) 2012-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5450284B2 (en) Lithium titanate particles and manufacturing method thereof, negative electrode for lithium ion battery, and lithium battery
JP6462250B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, production method thereof, and positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR101395478B1 (en) Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, method for manufacturing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery using said positive electrode active material
JP5772626B2 (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material
JP5822708B2 (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material
JP6589339B2 (en) Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same
JP6260535B2 (en) Method for producing carbon composite lithium manganese iron phosphate particle powder, and method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery using the particle powder
JP5903956B2 (en) Lithium composite oxide particle powder for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6578634B2 (en) Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same
JP5980472B2 (en) Titanium dioxide, method for producing titanium dioxide, lithium ion battery, and electrode for lithium ion battery
JP2019186221A (en) Method for manufacturing positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same
EP2803639B1 (en) Metal/non-metal co-doped lithium titanate spheres with hierarchical micro/nano architectures for high rate lithium ion batteries
WO2005112152A1 (en) Method for producing lithium-containing complex oxide for positive electrode of lithium secondary battery
JP2012030989A (en) Titanium dioxide, method of manufacturing the same, electrode for lithium ion battery using the same, and lithium ion battery
KR20130052500A (en) Composite, manufacturing method the composite, negative electrode active material including the composite, anode including the anode active material, and lithium secondary battery including the anode
JP6476776B2 (en) Positive electrode active material, positive electrode, and lithium ion secondary battery
JP5671969B2 (en) Lithium titanium compound particles and method for producing the same, electrode material for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery
WO2015076323A1 (en) Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, method for producing same, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2023015188A (en) Method for manufacturing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6493408B2 (en) Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP6098670B2 (en) Method for producing titanium dioxide
CN114175315A (en) Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP4553095B2 (en) Cobalt oxide particle powder and production method thereof, positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, production method thereof, and non-aqueous electrolyte secondary battery
KR102317416B1 (en) A Negative Electrode Active Material With A High Energy Density And A Lithium Ion Secondary Battery Having The Same
WO2022249937A1 (en) Nonaqueous electrolytic solution secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120608

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130730

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130813

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20130909

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20130909

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131011

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131126

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131225

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees