JP5516926B2 - Monoclinic Lithium Manganese Composite Oxide with Regular Structure and Method for Producing the Same - Google Patents

Monoclinic Lithium Manganese Composite Oxide with Regular Structure and Method for Producing the Same Download PDF

Info

Publication number
JP5516926B2
JP5516926B2 JP2008018492A JP2008018492A JP5516926B2 JP 5516926 B2 JP5516926 B2 JP 5516926B2 JP 2008018492 A JP2008018492 A JP 2008018492A JP 2008018492 A JP2008018492 A JP 2008018492A JP 5516926 B2 JP5516926 B2 JP 5516926B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
composite oxide
lithium manganese
transition metal
mno
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.)
Active
Application number
JP2008018492A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009179501A (en
Inventor
国昭 辰巳
友成 竹内
洋子 鍋島
光春 田渕
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2008018492A priority Critical patent/JP5516926B2/en
Publication of JP2009179501A publication Critical patent/JP2009179501A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5516926B2 publication Critical patent/JP5516926B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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

Description

本発明は、次世代低コストリチウムイオン二次電池の正極材料として有用なリチウムマンガン系複合酸化物およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a lithium manganese composite oxide useful as a positive electrode material for a next-generation low-cost lithium ion secondary battery and a method for producing the same.

現在、我が国において、携帯電話、ノートパソコンなどのポータブル機器に搭載されている二次電池のほとんどは、リチウムイオン二次電池である。また、リチウムイオン二次電池は、今後、電気自動車、電力負荷平準化システムなどの大型電池としても実用化されるものと予想されており、その重要性はますます高まっている。   Currently, in Japan, most of secondary batteries installed in portable devices such as mobile phones and notebook computers are lithium ion secondary batteries. In addition, lithium ion secondary batteries are expected to be put into practical use as large batteries for electric vehicles, power load leveling systems, and the like, and their importance is increasing.

現在、リチウムイオン二次電池においては、正極材料としては主にリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)材料が使用され、負極材料としては黒鉛などの炭素材料が使用されている。 Currently, in lithium ion secondary batteries, a lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) material is mainly used as a positive electrode material, and a carbon material such as graphite is used as a negative electrode material.

この様なリチウムイオン二次電池では、正極材料において可逆的に脱離(充電に相当)、挿入(放電に相当)するリチウムイオン量が電池の容量を決定づけ、脱離・挿入時の電圧が電池の作動電圧を決定づけるために、正極材料であるLiCoO2は、電池性能に関連する重要な電池構成材料である。このため、今後のリチウムイオン二次電池の用途拡大・大型化に伴い、リチウムコバルト酸化物は、一層の需要増加が予想されている。 In such a lithium ion secondary battery, the amount of lithium ions reversibly desorbed (equivalent to charging) and inserted (equivalent to discharging) in the positive electrode material determines the capacity of the battery, and the voltage at the time of desorption / insertion is the battery. LiCoO 2 as a positive electrode material is an important battery constituent material related to battery performance. For this reason, the demand for lithium cobalt oxide is expected to increase further with the future expansion and enlargement of lithium ion secondary batteries.

しかしながら、リチウムコバルト酸化物は、希少金属であるコバルトを多量に含むために、リチウムイオン二次電池の素材コスト高の要因の一つとなっている。さらに、現在コバルト資源の約20%が電池産業に用いられていることを考慮すれば、LiCoO2からなる正極材料のみでは今後の需要拡大に対応することは困難と考えられる。 However, since lithium cobalt oxide contains a large amount of rare metal cobalt, it is one of the causes of high material costs of lithium ion secondary batteries. Furthermore, considering that about 20% of cobalt resources are currently used in the battery industry, it is considered difficult to meet future demand growth with only the cathode material made of LiCoO 2 .

現在、より安価で資源的に制約の少ない正極材料として、リチウムニッケル酸化物(LiNiO2)、リチウムマンガン酸化物(LiMn2O4)等が報告されており、一部代替材料として実用
化されている。しかしながらリチウムニッケル酸化物には充電時に電池の安全性を低下させるという問題があり、リチウムマンガン酸化物には高温(約60℃)充放電時に3価のマン
ガンが電解液中に溶出し、それが電池性能を著しく劣化させるという問題があり、これらの材料への代替はあまり進んでいない。またリチウムマンガン酸化物のなかでLiMnO2という正極材料も提案されているが、この材料も充放電に伴ってもとの構造から徐々にスピネル型の結晶構造に変化し、充放電曲線の形状が充放電サイクルの進行に伴い大きく変化することから実用化には至っていない。
Currently, lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) and lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) have been reported as cheaper and less resource-constrained positive electrode materials, and some have been put into practical use as alternative materials. Yes. However, lithium nickel oxide has the problem of reducing the safety of the battery during charging, and lithium manganese oxide elutes trivalent manganese into the electrolyte during charge and discharge at high temperatures (about 60 ° C). There is a problem that the battery performance is significantly deteriorated, and the substitution to these materials is not so advanced. Among the lithium manganese oxides, a positive electrode material called LiMnO 2 has also been proposed, but this material also gradually changes from its original structure to the spinel crystal structure with charge and discharge, and the shape of the charge / discharge curve changes. Since it changes greatly with the progress of the charge / discharge cycle, it has not been put into practical use.

また、マンガンおよびニッケルに比べて、資源的により一層豊富であり、毒性が低く、安価な鉄を含むリチウムフェライト(LiFeO2)について、電極材料としての可能性が検討されている。しかしながら、通常の製造法、すなわち鉄源とリチウム源とを混合し高温焼成することによって得られるリチウムフェライトは、ほとんど充放電しないので、リチウムイオン二次電池正極材料として用いることはできない。 Further, lithium ferrite (LiFeO 2 ) containing iron, which is more abundant in resources, less toxic, and cheaper than manganese and nickel, has been studied as a potential electrode material. However, since lithium ferrite obtained by a normal manufacturing method, that is, by mixing an iron source and a lithium source and firing at high temperature, hardly charges or discharges, it cannot be used as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery.

一方、イオン交換法により得られるLiFeO2が充放電可能であることが報告されているが(下記特許文献1および2参照)、これらの材料の平均放電電圧は2.5V以下でありLiCoO2の値(約3.7V)に比べて著しく低いため、LiCoO2の代替とすることは困難である。 On the other hand, LiFeO 2 obtained by the ion exchange method has been reported to be chargeable / dischargeable (see Patent Documents 1 and 2 below), but the average discharge voltage of these materials is 2.5 V or less and the value of LiCoO 2 Since it is significantly lower than (approximately 3.7V), it is difficult to replace LiCoO 2 .

本発明者らは、すでに、鉄に次いで安価かつ資源的に豊富なリチウムマンガン酸化物(Li2MnO3)とリチウムフェライトとからなる層状岩塩型構造の固溶体(Li1+x(FeyMn1-y)1-xO
2、(0<x<1/3, 0<y<1)、以下「鉄含有Li2MnO3」という)が、室温での充放電試験においてはリチウムコバルト酸化物並の4V近い平均放電電圧を有することを見出している(下記特
許文献3および4参照)。
The present inventors have already described a layered rock salt type solid solution (Li 1 + x (Fe y Mn 1 ) composed of lithium manganese oxide (Li 2 MnO 3 ) and lithium ferrite, which are cheaper and resource-rich after iron. -y ) 1-x O
2 , (0 <x <1/3, 0 <y <1), hereinafter referred to as “iron-containing Li 2 MnO 3 ”, is an average discharge voltage close to 4 V, comparable to lithium cobalt oxide, in charge and discharge tests at room temperature (See Patent Documents 3 and 4 below).

更に、本発明者らは、特定の条件を満足するリチウム−鉄−マンガン複合酸化物が、高温サイクル試験時にLiMn2O4より高容量(150mAh/g)かつ安定した充放電サイクル特性を示
すことを見出している(下記特許文献5参照)。
Furthermore, the present inventors show that a lithium-iron-manganese composite oxide satisfying specific conditions exhibits a higher capacity (150 mAh / g) and stable charge / discharge cycle characteristics than LiMn 2 O 4 during a high-temperature cycle test. (See Patent Document 5 below).

以上の通り、リチウムコバルト系正極材料に代わり得るリチウムマンガン系正極材料について種々の報告がなされているが、より一層の充放電特性改善のためには、正極材料の化学組成や製造条件についての最適化が望まれている。
特開平10-120421号公報 特開平8-295518号公報 特開2002-68748号公報 特開2002-121026号公報 特開2005-154256号公報
As described above, various reports have been made on lithium manganese-based positive electrode materials that can replace lithium cobalt-based positive electrode materials. However, in order to further improve the charge / discharge characteristics, the optimum chemical composition and manufacturing conditions of the positive electrode materials are required. Is desired.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-120421 JP-A-8-295518 JP 2002-68748 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-121026 JP 2005-154256 A

本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、長期間の充放電サイクルにおいて3V以上の平均放電電圧を保持でき、且つリチウムコバルト酸化物系正極材料と同等若しくはそれ以上の放電容量を有することのできる材料であって、資源的な制約が少なく且つ安価な原料を使用して得ることができ、更に、公知の低価格の正極材料と比較して、より優れた充放電特性を発揮できる新規な材料を提供することである。
The present invention has been made in view of the current state of the prior art described above, and its main object is to maintain an average discharge voltage of 3 V or more in a long-term charge / discharge cycle and to provide a lithium cobalt oxide-based positive electrode material. The material can have a discharge capacity equivalent to or higher than that, can be obtained by using an inexpensive raw material with less resource restrictions, and compared with a known low-cost positive electrode material. An object of the present invention is to provide a novel material that can exhibit better charge / discharge characteristics.

本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果リチウムマンガン酸化物(Li2MnO3)、または該リチウムマンガン酸化物にFe及び/またはTiを固溶さ
せたリチウムマンガン系酸化物において、Mn、Fe及びTiからなる遷移金属イオンが、公知のリチウムマンガン酸化物とは異なる特有な分布状態である新規な複合酸化物が、上記した目的を達成し得る優れた性能を有することを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
The present inventor has intensively studied to achieve the above-described object. As a result, in lithium manganese oxide (Li 2 MnO 3 ) or lithium manganese oxide in which Fe and / or Ti are dissolved in the lithium manganese oxide, transition metal ions composed of Mn, Fe and Ti are known. The present inventors have found that a novel composite oxide having a unique distribution state different from that of lithium manganese oxide has excellent performance capable of achieving the above-described object, and has completed the present invention.

即ち、本発明は、下記のリチウムマンガン系複合酸化物、その製造方法、リチウムマンガン系複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池正極材料及びリチウムイオン二次電池を提供するものである。
1. 組成式:Li1+x(Mn1-m-nFemTin)1-xO2(0<x<1/3, 0≦m≦0.60, 0≦n≦0.60, 0≦m+n
≦0.60) で表され、単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造を有する結晶相を含むリチウムマン
ガン系複合酸化物であって、
該単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相の遷移金属含有層内の六角網目規則構造にお
いて、六角網目中心位置の遷移金属占有率が、六角網目格子構成位置の遷移金属占有率より大きいことを特徴とするリチウムマンガン系複合酸化物。
2. 単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相の単相、又は単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相と立方晶岩塩型構造の結晶相の混合相からなる上記項1に記載のリチウムマンガン系複合酸化物。
3. 組成式:Li1+x(Mn1-m-nFemTin)1-xO2において、0.20≦m+n≦0.60である上記項1又は2に記載のリチウムマンガン系複合酸化物。
4. マンガン化合物と、必要に応じて、チタン化合物及び鉄化合物を含む水溶液をアルカリ性として沈殿物を形成し、得られた沈殿物を酸化剤および水溶性リチウム化合物と共にpH11以上のアルカリ性条件下で水熱処理し、次いで、水熱処理後の生成物をリチウム化合物の存在下で焼成することを特徴とする、上記項1に記載のリチウムマンガン系複合酸化物の製造方法。
5. 組成式:Li1+x(Mn1-m-nFemTin)1-xO2(0<x<1/3, 0≦m≦0.60, 0≦n≦0.60, 0≦m+n
≦0.60)で表され、単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造を有する結晶相を含むリチウムマンガ
ン系複合酸化物であって、
該単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相の遷移金属含有層内の六角網目規則構造にお
いて、六角網目中心位置の遷移金属占有率が、六角網目格子構成位置の遷移金属占有率より大きいリチウムマンガン系複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池正極材料。
6. 組成式:Li1+x(Mn1-m-nFemTin)1-xO2(0<x<1/3, 0≦m≦0.60, 0≦n≦0.60, 0≦m+n
≦0.60)で表され、単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造を有する結晶相を含むリチウムマンガン系複合酸化物であって、
該単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相の遷移金属含有層内の六角網目規則構造にお
いて、六角網目中心位置の遷移金属占有率が、六角網目格子構成位置の遷移金属占有率より大きいリチウムマンガン系複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池正極材料を構成要素とするリチウムイオン二次電池。
That is, the present invention provides the following lithium manganese composite oxide, a production method thereof, a lithium ion secondary battery positive electrode material and a lithium ion secondary battery comprising the lithium manganese composite oxide.
1. Composition formula: Li 1 + x (Mn 1-mn Fe m Ti n ) 1-x O 2 (0 <x <1/3, 0 ≦ m ≦ 0.60, 0 ≦ n ≦ 0.60, 0 ≦ m + n
≦ 0.60), and a monolithic Li 2 MnO 3 type lamellar rock salt structure containing a crystalline phase comprising a lithium manganese based composite oxide,
In the hexagonal network regular structure in the transition metal-containing layer of the crystal phase of the monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure, the transition metal occupancy at the hexagonal network center position is the transition metal occupancy at the hexagonal network configuration position Lithium manganese complex oxide characterized by being larger.
2. Crystalline single phase of monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock-salt structure, or monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock-salt type structure crystalline phase and the cubic of crystalline phase mixed phase of the rock salt structure above Item 2. The lithium manganese composite oxide according to Item 1.
3. The lithium manganese-based composite oxide according to Item 1 or 2, wherein in the composition formula: Li 1 + x (Mn 1-mn Fe m Ti n ) 1-x O 2 , 0.20 ≦ m + n ≦ 0.60.
4). An aqueous solution containing a manganese compound and, if necessary, an aqueous solution containing a titanium compound and an iron compound is made alkaline to form a precipitate, and the obtained precipitate is hydrothermally treated with an oxidizing agent and a water-soluble lithium compound under alkaline conditions of pH 11 or higher. Then, the product after hydrothermal treatment is fired in the presence of a lithium compound, The method for producing a lithium manganese composite oxide according to Item 1 above.
5. Composition formula: Li 1 + x (Mn 1-mn Fe m Ti n ) 1-x O 2 (0 <x <1/3, 0 ≦ m ≦ 0.60, 0 ≦ n ≦ 0.60, 0 ≦ m + n
≦ 0.60), a lithium manganese based composite oxide containing a monoclinic Li 2 MnO 3 type lamellar rock salt type crystal phase,
In the hexagonal network regular structure in the transition metal-containing layer of the crystal phase of the monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure, the transition metal occupancy at the hexagonal network center position is the transition metal occupancy at the hexagonal network configuration position A positive electrode material for a lithium ion secondary battery comprising a larger lithium manganese composite oxide.
6). Composition formula: Li 1 + x (Mn 1-mn Fe m Ti n ) 1-x O 2 (0 <x <1/3, 0 ≦ m ≦ 0.60, 0 ≦ n ≦ 0.60, 0 ≦ m + n
≦ 0.60), a lithium manganese based composite oxide containing a monoclinic Li 2 MnO 3 type lamellar rock salt type crystal phase,
In the hexagonal network regular structure in the transition metal-containing layer of the crystal phase of the monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure, the transition metal occupancy at the hexagonal network center position is the transition metal occupancy at the hexagonal network configuration position A lithium ion secondary battery comprising a lithium ion secondary battery positive electrode material made of a larger lithium manganese composite oxide as a constituent element.

本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、組成式:Li1+x(Mn1-m-nFemTin)1-xO2 (0<x<1/3, 0≦m≦0.60, 0≦n≦0.60, 0≦m+n≦0.60)で表される酸化物であって、酸化物の一般的な結晶構造である岩塩型構造を基本とするものであり、公知物質であるLi2MnO3(P. Strobel and B. Lanbert-Andron, Journal of Solid State Chemistry,75, 90-98 (1988).以下、「参考文献」という)と同じ空間群 Lithium manganese composite oxide of the present invention, the composition formula: Li 1 + x (Mn 1 -mn Fe m Ti n) 1-x O 2 (0 <x <1/3, 0 ≦ m ≦ 0.60, 0 ≦ n ≦ 0.60, 0 ≦ m + n ≦ 0.60), which is based on a rock salt structure that is a general crystal structure of the oxide, and is a known substance, Li 2 MnO 3 (P. Strobel and B. Lanbert-Andron, Journal of Solid State Chemistry, 75, 90-98 (1988); hereinafter referred to as `` references '')

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相を含むものである。但し、本発明のリ
チウムマンガン系複合酸化物は、後述する様に、上記した単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構
造内において、Mn、Fe及びTiからなる遷移金属イオンが、公知物質(Li2MnO3)とは異な
る特有の分布状態となっている。
It contains a crystal phase of monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure with However, in the lithium manganese based composite oxide of the present invention, as will be described later, in the above monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure, transition metal ions composed of Mn, Fe and Ti are known substances ( It has a unique distribution state different from Li 2 MnO 3 ).

また、その結晶構造および陽イオン分布は、LiCoO2、LiNiO2、LiNi0.5Mn0.5O2等に代表される空間群 In addition, the crystal structure and cation distribution of the space group represented by LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 etc.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する六方晶層状岩塩型構造とも異なっている。 It is also different from the hexagonal layered rock-salt type structure.

本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、上記した特有な陽イオン分布を有する単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相を含んでいればよく、陽イオン分布の異なる他の岩
塩型構造(例えば立方晶岩塩型構造など)の結晶相を含む混合相であっても良い。
The lithium manganese-based composite oxide of the present invention only needs to include a monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure crystal phase having the above-mentioned specific cation distribution, and other rock salts having different cation distributions. A mixed phase including a crystal phase of a mold structure (such as a cubic rock salt structure) may be used.

例えば、上記した特有の陽イオン分布を有する単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の単相
であってもよく、或いは、この様な単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相の他に、α-LiFeO2に類似する立方晶岩塩型構造の結晶相を含む混合相であってもよい。
For example, it may be a single phase of monoclinic Li 2 MnO 3 type lamellar rock salt structure having the above-mentioned specific cation distribution, or such monoclinic Li 2 MnO 3 type lamellar rock salt type structure. In addition to the crystal phase, a mixed phase including a crystal phase having a cubic rock salt structure similar to α-LiFeO 2 may be used.

この場合、単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相と立方晶岩塩型構造の結晶相の割
合は、通常、単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造結晶相:立方晶岩塩型構造結晶相(重量比
)=100:0〜10:90程度の範囲であればよい。
In this case, the ratio of the crystal phase of the monoclinic Li 2 MnO 3 layered rock salt structure and the crystal phase of the cubic rock salt structure is usually the monoclinic Li 2 MnO 3 layered rock salt structure crystal phase: cubic The rock salt structure crystal phase (weight ratio) may be in the range of about 100: 0 to 10:90.

図1及び図2は、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物の結晶構造を上記参考文献のLi2MnO3を例にして模式的に表す図面であり、図1は、層状岩塩型構造に特徴的なLi単独
層とMn-Li層の積層状態を示す図面であり、図2は、図1を90°回転させて得られるMn-Li層内のLi,Mn配列を示した図面である。
FIG. 1 and FIG. 2 are drawings schematically showing the crystal structure of the lithium manganese composite oxide of the present invention, taking Li 2 MnO 3 of the above-mentioned reference as an example, and FIG. 1 is characterized by a layered rock salt structure. FIG. 2 is a diagram showing a stacked state of a typical Li single layer and an Mn—Li layer, and FIG. 2 is a diagram showing an arrangement of Li and Mn in an Mn—Li layer obtained by rotating FIG. 1 by 90 °.

以下、組成式:Li1+x(Mn1-m-nFemTin)1-xO2で表される本発明の複合酸化物において、
m=0、n=0の場合、即ち、遷移金属としてMnのみを含む場合を例として、本発明の複合酸化物における陽イオン分布を説明する。
Hereinafter, composition formula: In the composite oxide of the present invention represented by Li 1 + x (Mn 1- mn Fe m Ti n) 1-x O 2,
The cation distribution in the composite oxide of the present invention will be described by taking as an example the case of m = 0 and n = 0, that is, the case of containing only Mn as a transition metal.

まず、図1においては、2種の結晶学的位置を有する酸化物イオン単独層を介して、そ
れぞれ2種の異なった結晶学的位置を有するLi層とMn-Li層が交互に積層されていることがわかり、典型的な六方晶層状岩塩型構造を有するLiCoO2の結晶構造におけるLi層とCo層との積層の仕方と同様である。LiCoO2の場合は各層内の格子点位置は1種類である点で本発明複合酸化物とは異なっている。
First, in FIG. 1, two Li crystal layers having different crystallographic positions and Mn-Li layers are alternately stacked through oxide oxide single layers having two crystallographic positions. It can be seen that this is similar to the method of stacking the Li layer and the Co layer in the crystal structure of LiCoO 2 having a typical hexagonal layered rock salt structure. LiCoO 2 is different from the composite oxide of the present invention in that there is one kind of lattice point position in each layer.

図2においては格子点4g位置に相当するMnイオンは六角網目格子を形成し、Liイオンは六角網目格子の中心位置(2b位置)を占めている。   In FIG. 2, Mn ions corresponding to the position of the lattice point 4g form a hexagonal mesh lattice, and Li ions occupy the center position (2b position) of the hexagonal mesh lattice.

公知物質であるLi2MnO3においてMnイオンが理想配列状態である場合には、4g位置にMn
が100%占有し、Li位置である2b、4h、2c位置にはMnイオンが存在しないはずである。実際にはMnイオンは100%4g位置に存在するのではなく、上記参考文献においては4g位置には88%のみMnが占有し、残り12%のMnイオンは上記3つのLi位置(2b、4h、2c位置)のいずれか
に存在していると報告されている。仮に12%Mnがすべて六角網目中心位置(2b位置)に存在
していたとしても、4g位置のMn占有率(g4g、88%)の方が2b位置のMn占有率(g2b、12%)に比べて高いことになる。この差(g4g−g2b=76%)が六角網目規則配列度(S)として定義さ
れる。この値が正(S>0)のものはLi2MnO3と同様に公知物質と考えられる。
In Li 2 MnO 3 which is a known substance, when Mn ions are in an ideal arrangement state, Mn is located at the 4 g position.
Occupy 100% and there should be no Mn ions at the Li positions 2b, 4h, 2c. Actually, the Mn ions are not 100% at the 4g position. In the above reference, only 88% of the Mn occupies the 4g position, and the remaining 12% of the Mn ions are in the three Li positions (2b, 4h). , 2c position). Even if all 12% Mn is present at the hexagonal mesh center position (2b position), the Mn occupancy at the 4g position (g 4g , 88%) is the Mn occupancy at the 2b position (g 2b , 12%). ) Will be higher than. This difference (g 4g −g 2b = 76%) is defined as the degree of hexagonal mesh regular arrangement (S). Those having a positive value (S> 0) are considered to be known substances like Li 2 MnO 3 .

一方LiCoO2、LiNiO2、LiNi0.5Mn0.5O2等に代表される空間群 On the other hand, space groups represented by LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 etc.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する六方晶層状岩塩型構造においては、1種の格子点位置(3a位置または3b位置のいずれか)しかないので、六角網目規則配列度は0%(S=0)となる。 In the hexagonal layered rock-salt structure having, since there is only one kind of lattice point position (either 3a position or 3b position), the degree of hexagonal network regular arrangement is 0% (S = 0).

これに対して、本発明の複合酸化物は、単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相にお
いて、遷移金属含有層内の六角網目規則構造における2b位置、即ち、六角網目中心位置の遷移金属(Mn,Fe,Ti)占有率が、4g位置、即ち、六角網目格子構成位置における遷移金
属占有率より大きく、六角網目規則配列度(g4g−g2b)が負(S<0)となる複合酸化物で
ある。この様な遷移金属イオン分布を有する酸化物は、これまで報告の無い新規化合物である。本発明の複合酸化物によれば、この様な特有な陽イオン分布を有することによって、充放電特性改善、放電曲線の平滑化、放電曲線のサイクル時の形状変化抑制等の効果が発揮され、リチウムイオン電池用正極材料として優れた性能を有するものとなる。
On the other hand, the composite oxide of the present invention has a monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure crystalline phase, the 2b position in the hexagonal network regular structure in the transition metal-containing layer, that is, the hexagonal network center position. Transition metal (Mn, Fe, Ti) occupancy is larger than the transition metal occupancy at the 4g position, that is, at the hexagonal mesh configuration position, and the hexagonal network regularity (g 4g -g 2b ) is negative (S <0 ). The oxide having such a transition metal ion distribution is a novel compound that has not been reported so far. According to the composite oxide of the present invention, by having such a unique cation distribution, effects such as charge / discharge characteristics improvement, smoothing of the discharge curve, suppression of shape change during the cycle of the discharge curve, etc. are exhibited, It has excellent performance as a positive electrode material for a lithium ion battery.

以下、六角網目規則配列度が0又は正の値の場合(S≧0)について六角網目構造と記
載し、六角網目規則配列度が負の値の場合(S<0)について逆六角網目構造と記載する。
Hereinafter, when the hexagonal mesh regular arrangement degree is 0 or a positive value (S ≧ 0), it is described as a hexagonal network structure, and when the hexagonal mesh regular arrangement degree is a negative value (S <0), Describe.

上記した逆六角網目構造の単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相を有する本発明の
複合酸化物は、例えば、後述する水熱法を利用して上記した特定の組成式で表される酸化物を製造することによって得ることができる。この場合、特に、上記組成式において、Fe及びTiは、逆六角網目構造の遷移金属イオン分布の安定性に寄与するものと思われる。従って、逆六角網目構造の複合酸化物を安定して得るには、FeイオンとTiイオンの合計量は、前記組成式において0.2≦m+n<0.6程度であることが好ましい。
The composite oxide of the present invention having a crystal phase of a monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure having the above reverse hexagonal network structure has, for example, the above specific composition formula using a hydrothermal method. It can be obtained by producing the oxide represented. In this case, in particular, in the above composition formula, Fe and Ti are considered to contribute to the stability of the transition metal ion distribution of the inverted hexagonal network structure. Therefore, in order to stably obtain a composite oxide having an inverted hexagonal network structure, the total amount of Fe ions and Ti ions is preferably about 0.2 ≦ m + n <0.6 in the composition formula.

また、FeイオンとTiイオンの固溶量が少ない場合、例えば、m+nの合計量が0.2を下回る場合には、逆六角網目構造が形成され難くなる。この場合には、マンガン源となるマンガン化合物として、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸塩を用いることが好ましい。これにより、形成される沈殿が微細化して、FeイオンとTiイオンの含有量が少ない場合であっても、逆六角網目構造の単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相を有する複合
酸化物が形成され易くなる。
Further, when the amount of Fe ions and Ti ions is small, for example, when the total amount of m + n is less than 0.2, it is difficult to form an inverted hexagonal network structure. In this case, it is preferable to use a permanganate such as potassium permanganate as the manganese compound that serves as the manganese source. Due to this, even if the precipitate formed is finer and the content of Fe ions and Ti ions is small, it has a crystal phase of a monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure with an inverted hexagonal network structure A complex oxide is easily formed.

本発明のリチウムマンガン系複合酸化物では、固溶させるFeイオン量(m値:Fe/(Fe+Mn+Ti))は、Liイオン以外の金属イオン量の60%以下であることが望ましい。Feイオンの固溶
量が過剰となる場合には、上記層状岩塩型結晶相の存在量が著しく低下するので、電池特性上好ましくない。本発明のリチウムマンガン系複合酸化物では、固溶させるTiイオン量(n値:Ti/(Fe+Mn+Ti))は、Liイオン以外の金属イオン量の60%以下であることが望ましい
。Tiイオンの固溶量が過剰となる場合にも、上記層状岩塩型結晶相の存在量が著しく低下するので、電池特性上好ましくない。本発明リチウムマンガン系複合酸化物に固溶させるFeイオンとTiイオンの合計量は、前記組成式において0≦m+n<0.6程度の範囲である。
In the lithium manganese composite oxide of the present invention, the amount of Fe ions to be dissolved (m value: Fe / (Fe + Mn + Ti)) is desirably 60% or less of the amount of metal ions other than Li ions. When the amount of Fe ion solid solution is excessive, the abundance of the layered rock salt type crystal phase is remarkably lowered, which is not preferable in terms of battery characteristics. In the lithium manganese composite oxide of the present invention, the amount of Ti ions to be dissolved (n value: Ti / (Fe + Mn + Ti)) is preferably 60% or less of the amount of metal ions other than Li ions. Even when the amount of Ti ion solid solution is excessive, the abundance of the layered rock salt type crystal phase is remarkably reduced, which is not preferable in terms of battery characteristics. The total amount of Fe ions and Ti ions dissolved in the lithium manganese composite oxide of the present invention is in the range of about 0 ≦ m + n <0.6 in the composition formula.

また、本発明リチウムマンガン系複合酸化物において、上記した結晶構造を保つことができる限り、Li1+x(Mn1-m-nFemTin)1-xO2のxは、遷移金属イオンの平均価数によって0と1/3の間の値をとることができる。好ましくは0.05〜0.30の範囲である。 Further, in the lithium manganese composite oxide of the present invention, as long as the above-described crystal structure can be maintained, x of Li 1 + x (Mn 1-mn Fe m Ti n ) 1-x O 2 is a transition metal ion. Depending on the average valence, it can take values between 0 and 1/3. Preferably it is the range of 0.05-0.30.

さらに、本発明複合酸化物は、充放電特性に重大な影響を及ぼさない範囲(最大10モル%程度)の水酸化リチウム、炭酸リチウム、チタン化合物、鉄化合物、マンガン化合物(それらの水和物も含む)などの不純物相を含んでいても良い。   Further, the composite oxide of the present invention is a lithium hydroxide, lithium carbonate, titanium compound, iron compound, manganese compound (including hydrates thereof) in a range that does not significantly affect the charge / discharge characteristics (up to about 10 mol%). An impurity phase).

以下、本発明の複合酸化物の製造方法として、水熱反応を使用した製造方法を示す。低温合成法である水熱法を適用することにより、上記逆六角網目構造が安定化されやすくなる。   Hereinafter, the manufacturing method using a hydrothermal reaction is shown as a manufacturing method of the complex oxide of this invention. By applying the hydrothermal method, which is a low-temperature synthesis method, the inverted hexagonal network structure is easily stabilized.

まず、マンガンイオンの生成源となる金属化合物と、必要に応じて、鉄イオン及びチタンイオンの生成源となる金属化合物を水、水/アルコール混合物などに溶解させた混合溶
液をアルカリ性として沈殿物を形成する。次いで、これに酸化剤と水溶性リチウム化合物を添加してアルカリ性条件下で水熱処理を行うことによって目的とするリチウムマンガン系複合酸化物を得ることができる。次いで、得られたリチウムマンガン系複合酸化物にリチウム化合物を添加して焼成する。この際、リチウム化合物の添加量や焼成条件を調整することによって、粒径などの粉体特性やLi含有量等を制御して目的とするリチウムマンガン系複合酸化物を得ることができる。以下、この製造方法について、具体的に説明する。
First, a mixed solution in which a metal compound that is a source of manganese ions and, if necessary, a metal compound that is a source of iron ions and titanium ions is dissolved in water, a water / alcohol mixture, or the like, is made alkaline to form a precipitate. Form. Subsequently, the target lithium manganese composite oxide can be obtained by adding an oxidizing agent and a water-soluble lithium compound thereto and performing hydrothermal treatment under alkaline conditions. Next, a lithium compound is added to the obtained lithium manganese composite oxide and fired. At this time, by adjusting the addition amount of the lithium compound and the firing conditions, the target lithium manganese-based composite oxide can be obtained by controlling the powder characteristics such as the particle size, the Li content, and the like. Hereinafter, this manufacturing method will be specifically described.

鉄化合物、マンガン化合物及びチタン化合物としては、これらの化合物を含む混合水溶液を形成できる成分であれば特に限定なく使用できる。通常、水溶性の化合物を用いればよい。この様な水溶性化合物の具体例としては、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩、
酢酸塩などの水溶性塩、水酸化物などを挙げることができる。これらの水溶性化合物は、無水物および水和物のいずれであってもよい。また、酸化物などの非水溶性化合物であっても、例えば、塩酸などの酸を用いて溶解させて水溶液として用いることが可能である。これらの各原料化合物は、各金属源について、それぞれ単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
As an iron compound, a manganese compound, and a titanium compound, if it is a component which can form the mixed aqueous solution containing these compounds, it can be used without limitation. Usually, a water-soluble compound may be used. Specific examples of such water-soluble compounds include chloride, nitrate, sulfate, oxalate,
Examples thereof include water-soluble salts such as acetates and hydroxides. These water-soluble compounds may be either anhydrides or hydrates. Further, even a water-insoluble compound such as an oxide can be used as an aqueous solution after being dissolved using an acid such as hydrochloric acid. Each of these raw material compounds may be used alone or in combination of two or more for each metal source.

特に、マンガン化合物としては、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸塩を用いることが好ましい。これにより、本発明の特有な構造を有する複合酸化物が安定に形成されやすくなる。   In particular, as the manganese compound, it is preferable to use a permanganate such as potassium permanganate. Thereby, the complex oxide having the unique structure of the present invention is easily formed stably.

該混合水溶液における鉄化合物、マンガン化合物及びチタン化合物の混合割合は、目的とする複合酸化物における各元素比と同様の元素比となるようにすればよい。   The mixing ratio of the iron compound, manganese compound, and titanium compound in the mixed aqueous solution may be set to the same element ratio as each element ratio in the target composite oxide.

混合水溶液中の各化合物の濃度については、特に限定的ではなく、均一な混合水溶液を形成でき、且つ円滑に共沈物を形成できるように適宜決めればよい。通常、鉄化合物、マンガン化合物及びチタン化合物の合計濃度を、0.01〜5mol/l程度、好ましくは0.1〜2mol/l程度とすればよい。   The concentration of each compound in the mixed aqueous solution is not particularly limited, and may be determined as appropriate so that a uniform mixed aqueous solution can be formed and a coprecipitate can be smoothly formed. Usually, the total concentration of the iron compound, manganese compound and titanium compound may be about 0.01 to 5 mol / l, preferably about 0.1 to 2 mol / l.

該混合水溶液の溶媒としては、水を単独で用いる他、メタノール、エタノールなどの水溶性アルコールを含む水−アルコール混合溶媒を用いても良い。水−アルコール混合溶媒を用いることにより、0℃を下回る温度での沈殿生成が可能となる。アルコールの使用量は、目的とする沈殿生成温度などに応じて適宜決めればよいが、通常、水100重量部に対して、50重量部程度以下の使用量とすることが適当である。   As a solvent for the mixed aqueous solution, water may be used alone, or a water-alcohol mixed solvent containing a water-soluble alcohol such as methanol or ethanol may be used. By using a water-alcohol mixed solvent, a precipitate can be formed at a temperature lower than 0 ° C. The amount of alcohol used may be appropriately determined according to the target precipitation temperature, but it is usually appropriate to use about 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of water.

該混合水溶液から沈殿物(共沈物)を生成させるには、該混合水溶液をアルカリ性とすればよい。良好な沈殿物を形成する条件は、混合水溶液に含まれる各化合物の種類、濃度などによって異なるので一概に規定出来ないが、通常、pH8程度以上とすることが好ましく、pH11程度以上とすることがより好ましい。   In order to generate a precipitate (coprecipitate) from the mixed aqueous solution, the mixed aqueous solution may be made alkaline. Conditions for forming a good precipitate vary depending on the type and concentration of each compound contained in the mixed aqueous solution, and thus cannot be defined unconditionally. However, it is usually preferable to set the pH to about 8 or more, and to about pH 11 or more. More preferred.

該混合水溶液をアルカリ性にする方法については、特に限定はなく、通常は、該混合水溶液にアルカリ又はアルカリを含む水溶液を添加すればよい。また、アルカリを含む水溶液に該混合水溶液を添加する方法によっても共沈物を形成することができる。   The method for making the mixed aqueous solution alkaline is not particularly limited, and usually an alkali or an aqueous solution containing an alkali may be added to the mixed aqueous solution. Moreover, a coprecipitate can be formed also by the method of adding this mixed aqueous solution to the aqueous solution containing an alkali.

該混合水溶液をアルカリ性にするために用いるアルカリとしては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物、アンモニアなどを用いることができる。これらのアルカリを水溶液として用いる場合には、例えば、0.1
〜20mol/l程度、好ましくは0.3〜10mol/l程度の濃度の水溶液として用いることができる
Examples of the alkali used to make the mixed aqueous solution alkaline include alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, and lithium hydroxide, ammonia, and the like. When these alkalis are used as an aqueous solution, for example, 0.1
It can be used as an aqueous solution having a concentration of about ˜20 mol / l, preferably about 0.3 to 10 mol / l.

また、アルカリは、上記した金属化合物の混合水溶液と同様に、水溶性アルコールを含む水−アルコール混合溶媒に溶解しても良い。   Further, the alkali may be dissolved in a water-alcohol mixed solvent containing a water-soluble alcohol, similarly to the mixed aqueous solution of the metal compound described above.

沈殿生成の際には、混合水溶液の温度を-50℃から+15℃程度、好ましくは-40℃から+10℃程度にすることにより、反応時の中和熱発生に伴うスピネルフェライトの生成が抑制され均質な共沈物が形成されやすくなる。   During precipitation, the temperature of the mixed aqueous solution is set to about -50 ° C to + 15 ° C, preferably about -40 ° C to + 10 ° C, so that spinel ferrite is generated due to the generation of heat of neutralization during the reaction. Suppressed and homogeneous coprecipitate is likely to be formed.

該混合水溶液をアルカリ性とした後、更に、0〜150℃程度(好ましくは10〜100℃程度
)で、1〜7日間程度(好ましくは2〜4日間程度)にわたり、反応溶液に空気を吹き込みながら、沈殿物の酸化・熟成処理を行うことが好ましい。
After making the mixed aqueous solution alkaline, the reaction solution is further blown with air at about 0 to 150 ° C. (preferably about 10 to 100 ° C.) for about 1 to 7 days (preferably about 2 to 4 days). In addition, it is preferable to oxidize and age the precipitate.

得られた沈殿を蒸留水等で洗浄して、過剰のアルカリ成分、残留原料等を除去し、濾別することによって、沈殿を精製することができる。   The precipitate can be purified by washing the resulting precipitate with distilled water or the like to remove excess alkali components, residual raw materials, and the like, followed by filtration.

次いで、上記した方法で得られた沈殿物を、酸化剤および水溶性リチウム化合物とともにアルカリ性条件下で水熱処理に供する。水熱処理は、該沈殿物、酸化剤及び水溶性リチウム化合物を含む水溶液をアルカリ性条件下で加熱することによって行うことができる。加熱は、通常、密閉容器中で行えばよい。   Next, the precipitate obtained by the above method is subjected to hydrothermal treatment under alkaline conditions together with an oxidizing agent and a water-soluble lithium compound. Hydrothermal treatment can be performed by heating an aqueous solution containing the precipitate, the oxidizing agent, and the water-soluble lithium compound under alkaline conditions. Heating is usually performed in a sealed container.

水熱反応に用いる水溶液では、鉄、マンガン及びチタンを含む沈殿物の含有量は、水1
リットルあたり1〜100g程度とすることが好ましく、10〜80g程度とすることがより好ましい。
In the aqueous solution used for the hydrothermal reaction, the content of precipitates containing iron, manganese and titanium is water 1
It is preferable to set it as about 1-100g per liter, and it is more preferable to set it as about 10-80g.

水溶性リチウム化合物としては、例えば、塩化リチウム、酢酸リチウム、硝酸リチウム等の水溶性リチウム塩、水酸化リチウム等を用いることができる。これらの水溶性リチウム化合物は、一種単独又は二種以上混合して用いることができ、無水物および水和物の何れを用いても良い。   As the water-soluble lithium compound, for example, water-soluble lithium salts such as lithium chloride, lithium acetate and lithium nitrate, lithium hydroxide and the like can be used. These water-soluble lithium compounds can be used singly or in combination of two or more, and any of anhydrides and hydrates may be used.

水溶性リチウム化合物の使用量は、沈殿生成物中のFe、Mn及びTiの合計モル数に対するリチウム元素モル比として、Li/(Fe+Mn+Ti)=1〜10程度とすることが好ましく
、3〜7程度とすることがより好ましい。
The amount of the water-soluble lithium compound used is preferably about Li / (Fe + Mn + Ti) = 1 to 10 as a molar ratio of lithium element to the total number of moles of Fe, Mn and Ti in the precipitation product, More preferably, it is about 3-7.

水溶性リチウム化合物の濃度は、0.1〜10mol/l程度とすることが好ましく、1〜8mol/l
程度とすることがより好ましい。
The concentration of the water-soluble lithium compound is preferably about 0.1 to 10 mol / l, 1 to 8 mol / l
More preferably, it is about.

酸化剤としては、水熱反応時に分解して酸素発生するものであれば、特に限定無く使用でき、具体例として、塩素酸カリウム、塩素酸リチウム、塩素酸ナトリウム、過酸化水素水等を挙げることができる。   The oxidizing agent can be used without particular limitation as long as it decomposes during the hydrothermal reaction to generate oxygen, and specific examples include potassium chlorate, lithium chlorate, sodium chlorate, hydrogen peroxide water, and the like. Can do.

酸化剤の濃度は、0.1〜10mol/l程度とすることが好ましく、0.5〜5mol/l程度とするこ
とがより好ましい。
The concentration of the oxidizing agent is preferably about 0.1 to 10 mol / l, and more preferably about 0.5 to 5 mol / l.

水熱反応を行う際の水溶液のpHについては、通常、pH8程度以上とすることが好ましく、pH11程度以上とすることがより好ましい。   About pH of the aqueous solution at the time of performing a hydrothermal reaction, it is usually preferable to set it as about pH8 or more, and it is more preferable to set it as about pH11 or more.

沈殿物、酸化剤及び水溶液リチウム化合物を含む水溶液がアルカリ性条件下にある場合には、そのまま加熱すればよいが、pH値が低い場合には、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物、アンモニアなどを添加してpH値を上げればよい。   When the aqueous solution containing the precipitate, the oxidizing agent and the aqueous lithium compound is under alkaline conditions, it may be heated as it is, but when the pH value is low, for example, an alkali metal such as potassium hydroxide or sodium hydroxide. The pH value may be increased by adding hydroxide, ammonia or the like.

水熱反応は、通常の水熱反応装置(例えば、市販のオートクレーブ)を用いて行うことができる。   Hydrothermal reaction can be performed using a normal hydrothermal reaction apparatus (for example, a commercially available autoclave).

水熱反応条件は、特に限定されるものではないが、通常100〜300℃程度で0.1〜150時間程度とすればよく、好ましくは150〜250℃程度で1〜100時間程度とすればよい。   Hydrothermal reaction conditions are not particularly limited, but may be usually about 100 to 300 ° C. and about 0.1 to 150 hours, preferably about 150 to 250 ° C. and about 1 to 100 hours.

水熱反応終了後、通常、残存するリチウム化合物などの残存物を除去するために、反応生成物を洗浄する。洗浄には、例えば、水、水-アルコール、アセトンなどを用いること
ができる。次いで、生成物を濾過し、例えば、80℃以上の温度(通常は100℃程度)で乾燥
することにより、リチウムマンガン系複合酸化物を得ることができる。
After completion of the hydrothermal reaction, the reaction product is usually washed in order to remove the remaining lithium compound and the like. For example, water, water-alcohol, acetone or the like can be used for washing. Next, the product is filtered and dried, for example, at a temperature of 80 ° C. or higher (usually about 100 ° C.) to obtain a lithium manganese composite oxide.

本発明においては、上記で得られたリチウムマンガン系複合酸化物をリチウム化合物とともに焼成することによって、Li含有量および粉体特性を制御することができる。   In the present invention, the Li content and powder characteristics can be controlled by firing the lithium manganese-based composite oxide obtained above together with a lithium compound.

リチウム化合物としては、リチウム元素を含む化合物であれば特に限定なく使用でき、具体例として、塩化リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム等のリチウム塩、水酸化リチウム、これらの水和物等を挙げることができる。リチウム化合物の使用量は、水熱法で得られたリチウムマンガン系複合酸化物1モルに対して0.01〜2モル程度とすればよい。   The lithium compound can be used without particular limitation as long as it contains a lithium element. Specific examples include lithium salts such as lithium chloride, lithium nitrate, and lithium acetate, lithium hydroxide, and hydrates thereof. it can. The usage-amount of a lithium compound should just be about 0.01-2 mol with respect to 1 mol of lithium manganese complex oxide obtained by the hydrothermal method.

通常、反応性を向上させるために、水熱法で得られたリチウムマンガン系複合酸化物にリチウム化合物を加えて粉砕混合した後、焼成することが好ましい。粉砕の程度については、粗大粒子が含まれず、混合物が均一な色調となっていればよい。   Usually, in order to improve the reactivity, it is preferable to add a lithium compound to the lithium manganese based composite oxide obtained by the hydrothermal method, pulverize and mix, and then fire. As for the degree of pulverization, it is sufficient that coarse particles are not included and the mixture has a uniform color tone.

リチウム化合物は、粉末形態、水溶液形態等として用いることができるが、反応の均一性を確保するために、水溶液の形態で使用することが好ましい。この場合、水溶液の濃度については、通常、0.1〜10mol/l程度とすればよい。   The lithium compound can be used in the form of a powder, an aqueous solution or the like, but is preferably used in the form of an aqueous solution in order to ensure the uniformity of the reaction. In this case, the concentration of the aqueous solution is usually about 0.1 to 10 mol / l.

焼成雰囲気については、特に限定はなく、大気中、酸化性雰囲気中、不活性雰囲気中、還元雰囲気中等任意の雰囲気を選択できる。焼成温度は、200〜1000℃程度とすることが
好ましく、300〜800℃程度とすることがより好ましい。焼成時間は、焼成温度まで達する時間を含めて0.1〜100時間程度とすることが好ましく、0.5〜60時間程度とすることがよ
り好ましい。
The firing atmosphere is not particularly limited, and any atmosphere such as the air, an oxidizing atmosphere, an inert atmosphere, or a reducing atmosphere can be selected. The firing temperature is preferably about 200 to 1000 ° C, more preferably about 300 to 800 ° C. The firing time is preferably about 0.1 to 100 hours including the time to reach the firing temperature, and more preferably about 0.5 to 60 hours.

尚、目的とする複合酸化物が、Ti及び/又はFeの固溶量が少ない酸化物の場合、例えば、前記組成式においてm+nが0.2を下回る場合には、逆六角網目構造の安定性が劣るた
めに、上記した焼成処理において六角網目構造に変化することがある。従って、この様な複合酸化物については、上記した焼成処理を行わないか、或いは、500℃程度以下の温度
で焼成処理を行うことが好ましい。
In addition, when the target composite oxide is an oxide with a small amount of Ti and / or Fe, for example, when m + n is less than 0.2 in the composition formula, the stability of the inverted hexagonal network structure is poor. For this reason, it may change to a hexagonal network structure in the above baking process. Therefore, it is preferable that such a complex oxide is not subjected to the above-described firing treatment or is subjected to a firing treatment at a temperature of about 500 ° C. or lower.

焼成終了後、通常、過剰のリチウム化合物を除去するために、焼成物を水洗処理、溶媒洗浄処理等に供する。その後、濾過を行い、例えば、80℃以上の温度、好ましくは100〜400℃程度の温度で加熱乾燥してもよい。   After completion of the firing, the fired product is usually subjected to a water washing treatment, a solvent washing treatment or the like in order to remove excess lithium compound. Thereafter, filtration is performed, and for example, heat drying may be performed at a temperature of 80 ° C. or higher, preferably about 100 to 400 ° C.

更に、必要に応じて、この加熱乾燥物を粉砕し、リチウム化合物を加えて、焼成し、洗浄し、乾燥するという一連の操作を繰り返し行うことにより、リチウムマンガン系複合酸化物の優れた特性(リチウムイオン二次電池用正極材料としての作動電圧領域における安
定的な充放電特性、高容量など)をより一層改善することができる。
Furthermore, if necessary, the heat-dried product is pulverized, a lithium compound is added, calcined, washed, and dried, and a series of operations are repeated. Stable charge / discharge characteristics, high capacity, etc. in the operating voltage region as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery can be further improved.

本発明によるリチウムマンガン系複合酸化物を用いるリチウムイオン二次電池は、公知の手法により製造することができる。すなわち、正極材料として、本発明による新規な複合酸化物を使用し、負極材料として、公知の金属リチウム、炭素系材料(活性炭、黒鉛)などを使用し、電解液として、公知のエチレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの溶媒に過塩素酸リチウム、LiPF6などのリチウム塩を溶解させた溶液を使用し、さらにそ
の他の公知の電池構成要素を使用して、常法に従って、リチウムイオン二次電池を組立てればよい。
The lithium ion secondary battery using the lithium manganese composite oxide according to the present invention can be manufactured by a known method. That is, the novel composite oxide according to the present invention is used as the positive electrode material, the known metal lithium, carbon-based material (activated carbon, graphite), etc. are used as the negative electrode material, and the known ethylene carbonate and dimethyl are used as the electrolyte. A lithium ion secondary battery can be assembled according to a conventional method using a solution in which a lithium salt such as lithium perchlorate or LiPF 6 is dissolved in a solvent such as carbonate, and using other known battery components. That's fine.

本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、安価な原料及び元素を使用して得られる材料であって、公知の酸化物とは異なる特有の陽イオン分布を有するものである。該複合酸化物は、平均放電電圧3V以上を保持でき、且つリチウムコバルト酸化物系正極材料と同等
またはそれ以上の放電容量(250mAh/g以上)および放電重量エネルギー密度(700mWh/g以上)を有し、かつ充放電サイクル時の曲線形状変化が少ない、正極材料として有用な物質である。
The lithium manganese composite oxide of the present invention is a material obtained by using inexpensive raw materials and elements, and has a unique cation distribution different from known oxides. The composite oxide can maintain an average discharge voltage of 3 V or more, and has a discharge capacity (250 mAh / g or more) and a discharge weight energy density (700 mWh / g or more) equivalent to or higher than that of a lithium cobalt oxide-based positive electrode material. In addition, it is a substance useful as a positive electrode material with little change in curve shape during charge / discharge cycles.

本発明のリチウムマンガン系複合酸化物がこのような大容量を有するのは、従来の正極材料とは異なり、放電曲線が放電終止電圧(2.0Vまたは1.5V)に向かって緩やかに低下していく形状であることによるものであり、放電終止電圧を2.0V程度又は1.5V程度まで下げることによって、容易に大容量化を実現することができる。   Unlike the conventional positive electrode material, the lithium manganese composite oxide of the present invention has such a large capacity, and the discharge curve gradually decreases toward the end-of-discharge voltage (2.0 V or 1.5 V). This is because of the shape, and the capacity can be easily increased by lowering the discharge end voltage to about 2.0 V or about 1.5 V.

また、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は30℃で200mAh/g以上、0℃で150mAh/g
以上、-20℃においても100mAh/g以上の大きな放電容量を有していることから、低温環境
下においても優れた性能を発揮できる。更に1275mA/g(10C相当)の高電流密度でも約100mAh/g以上の放電容量を有しており、小型民生用のみならず車載用などの大型リチウムイ
オン二次電池用正極材料としてきわめて有用である。
Further, the lithium manganese composite oxide of the present invention is 200 mAh / g or more at 30 ° C., 150 mAh / g at 0 ° C.
As described above, since it has a large discharge capacity of 100 mAh / g or more even at −20 ° C., it can exhibit excellent performance even in a low temperature environment. Furthermore, it has a discharge capacity of about 100 mAh / g or higher even at a high current density of 1275 mA / g (equivalent to 10 C), and is extremely useful as a positive electrode material for large-sized lithium ion secondary batteries not only for small-sized consumers but also for vehicles. is there.

本発明によるリチウムマンガン系複合酸化物は、上記の優れた性能を有するものであり、高容量、長寿命で、かつ低コストのリチウムイオン二次電池用正極材料として、極めて有用である。   The lithium manganese composite oxide according to the present invention has the above-described excellent performance, and is extremely useful as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery having a high capacity, a long life, and a low cost.

以下、実施例および比較例を示し、本発明の特徴とするところを一層明確にするが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, examples and comparative examples will be shown to further clarify the features of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.

実施例1
硝酸鉄(III)9水和物40.40gと塩化マンガン(II)4水和物29.69g (全量0.25mol、Fe:Mnモル
比=4:6)を500mlの蒸留水に加え、完全に溶解させた。別のビーカーに水酸化リチウム水溶液(蒸留水500mlに水酸化リチウム1水和物50gを溶解させた溶液)を作製した。この水酸化
リチウム水溶液をチタン製ビーカーに入れ、エタノール150mlを加えて攪拌後、恒温漕内
に静置し、恒温漕内を-10℃に保った。次いで、この水酸化リチウム水溶液に上記金属塩
水溶液を2〜3時間かけて徐々に滴下して、Fe-Mn沈殿物を形成させた。反応液が完全にア
ルカリ性(pH11以上)になっていることを確認し、攪拌下に共沈物を含む反応液に室温で12時間以上空気を吹き込んで酸化処理して、沈殿を熟成させた。
Example 1
Add 40.40 g of iron (III) nitrate nonahydrate and 29.69 g of manganese (II) chloride tetrahydrate (total amount 0.25 mol, Fe: Mn molar ratio = 4: 6) to 500 ml of distilled water and dissolve completely. It was. An aqueous lithium hydroxide solution (a solution in which 50 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 500 ml of distilled water) was prepared in another beaker. This lithium hydroxide aqueous solution was put into a titanium beaker, 150 ml of ethanol was added and stirred, and then allowed to stand in a thermostatic bath, and the thermostatic bath was kept at −10 ° C. Next, the metal salt aqueous solution was gradually dropped into the lithium hydroxide aqueous solution over 2 to 3 hours to form an Fe-Mn precipitate. After confirming that the reaction solution was completely alkaline (pH 11 or more), air was blown into the reaction solution containing the coprecipitate with stirring at room temperature for 12 hours or more to ripen the precipitate.

得られた沈殿を蒸留水で洗浄して濾別し、この沈殿生成物を水酸化リチウム1水和物50g、塩素酸カリウム50g、水酸化カリウム309g及び蒸留水600mlとともにポリテトラフルオロエチレンビーカー中に入れ、よく攪拌した。この水溶液のpHは11以上であった。その後、水熱反応炉(オートクレーブ)内に設置し、220℃で8時間水熱処理した。 水熱処理終了後、反応炉を室温付近まで冷却し、水熱処理反応液を含むビーカーをオートクレーブ外に取り出し、生成している沈殿物を蒸留水で洗浄して、過剰に存在する水酸化リチウムなどの塩類を除去し、濾過することにより、粉末状生成物(リチウムマンガン系複合酸化物)を得た。   The resulting precipitate was washed with distilled water and filtered, and the precipitated product was placed in a polytetrafluoroethylene beaker together with 50 g of lithium hydroxide monohydrate, 50 g of potassium chlorate, 309 g of potassium hydroxide and 600 ml of distilled water. And stirred well. The pH of this aqueous solution was 11 or more. Thereafter, it was placed in a hydrothermal reactor (autoclave) and hydrothermally treated at 220 ° C. for 8 hours. After the hydrothermal treatment is completed, the reaction furnace is cooled to near room temperature, the beaker containing the hydrothermal treatment reaction solution is taken out of the autoclave, and the generated precipitate is washed with distilled water to remove excess lithium hydroxide and the like. Salts were removed and filtered to obtain a powdery product (lithium manganese composite oxide).

濾過して得た粉末を、水酸化リチウム1水和物5.25gを蒸留水100mlに溶解させた水酸化
リチウム水溶液と混合し、攪拌後、100℃において一晩乾燥し、粉砕して粉末を作製した
。 次いで、得られた粉末を大気中で1時間かけて750℃まで昇温し、その温度で1分間
焼成後、炉中で室温付近まで冷却し、過剰のリチウム塩を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、300℃、10時間大気中乾燥して、目的物であるリチウムマンガン系
複合酸化物を粉末状生成物として得た。
The powder obtained by filtration was mixed with lithium hydroxide aqueous solution in which 5.25 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 100 ml of distilled water, stirred, dried overnight at 100 ° C, and pulverized to produce powder did. Next, the obtained powder was heated to 750 ° C. in the air over 1 hour, fired at that temperature for 1 minute, then cooled to near room temperature in the furnace, and the fired product was removed in order to remove excess lithium salt. Was washed with distilled water, filtered, and dried in the atmosphere at 300 ° C. for 10 hours to obtain the target lithium manganese composite oxide as a powdery product.

この最終生成物のX線回折パターンを図3に示す。リートベルト解析結果(プログラムは
RIETAN-2000を使用)より、すべてのピークは上記参考文献に記載されている単斜晶層状岩塩型のLi2MnO3の単位胞
The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. Rietveld analysis results (program is
From RIETAN-2000, all peaks are monoclinic layered rock salt type Li 2 MnO 3 unit cells described in the above reference

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=4.9793(9)Å, b=8.6537(12)Å、c=5.0419(6)Å。β=109.252(14)°)のみで指数付けできた。 It was possible to index only with a crystal phase having a (a = 4.9793 (9) Å, b = 8.6537 (12) Å, c = 5.0419 (6) Å, β = 109.252 (14) °).

得られた4g位置の遷移金属占有率(g4g)は、60.0(6)%であるのに対して2b位置の遷移金
属占有率(g2b)は73.1(9)%であり、その差で定義される六角網目規則度Sは-13.1(9)%であ
り負の値であった。この結果から、実施例1で得られたリチウムマンガン系複合酸化物は
、いわゆる逆六角網目構造を有することがわかる。
The obtained transition metal occupancy (g 4g ) at the 4g position is 60.0 (6)%, whereas the transition metal occupancy (g 2b ) at the 2b position is 73.1 (9)%, The defined hexagonal mesh regularity S was -13.1 (9)%, which was a negative value. From this result, it can be seen that the lithium manganese composite oxide obtained in Example 1 has a so-called inverted hexagonal network structure.

化学分析(下記表1)により、Feが仕込量(40mol%)に近い40モル%(m値)含まれていること、Li/(Mn+Fe+Ti)値より計算されるx値が0.22であることから、実施例1において、目的組成のリチウムマンガン系複合酸化物(Li1.22(Fe0.40Mn0.60)0.78O2)が得られたことが確認できた。 According to chemical analysis (Table 1 below), Fe contained 40 mol% (m value) close to the charged amount (40 mol%), and x value calculated from Li / (Mn + Fe + Ti) value was 0.22 Therefore, in Example 1, it was confirmed that the lithium manganese composite oxide (Li 1.22 (Fe 0.40 Mn 0.60 ) 0.78 O 2 ) having the target composition was obtained.

実施例2
硝酸鉄(III)9水和物30.30gと塩化マンガン(II)4水和物34.63g (全量0.25mol、Fe:Mnモ
ル比=3:7)を用いる他は、実施例1と同様にして、沈殿作製・熟成・水熱処理・水酸化リ
チウム添加までを実施した。次いで、得られた粉末を大気中で1時間かけて850℃まで昇
温し、その温度で1分間焼成した。その後、炉中で室温付近まで冷却し、過剰のリチウム塩を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、300℃で10時間大気中乾燥して
、目的物であるリチウムマンガン系複合酸化物を粉末状生成物として得た。
Example 2
Except for using 30.30 g of iron (III) nitrate nonahydrate and 34.63 g of manganese (II) chloride tetrahydrate (total amount 0.25 mol, Fe: Mn molar ratio = 3: 7), the same as in Example 1 Then, precipitation preparation, aging, hydrothermal treatment, and lithium hydroxide addition were performed. Next, the obtained powder was heated to 850 ° C. in the air over 1 hour and baked at that temperature for 1 minute. Then, in order to remove the excess lithium salt in the furnace, the fired product is washed with distilled water, filtered, dried in the atmosphere at 300 ° C. for 10 hours, and the target lithium manganese System complex oxide was obtained as a powdery product.

この最終生成物のX線回折パターンを図4に示す。リートベルト解析結果(プログラムはRIETAN-2000を使用)より、すべてのピークは上記参考文献に記載されている単斜晶層状岩塩型のLi2MnO3の単位胞 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. From the results of Rietveld analysis (the program uses RIETAN-2000), all peaks are unit cells of monoclinic layered rock salt type Li 2 MnO 3 described in the above references.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=4.9493(8)Å, b=8.6124(10)Å、c=5.0283(6)Å。β=109.111(9)°)
のみで指数付けできた。得られた4g位置の遷移金属占有率(g4g)は、60.4(4)%であるのに
対して2b位置の遷移金属占有率(g2b)は74.1(8)%であり、その差で定義される六角網目規
則度Sは-13.7(8)%であり負の値であった。この結果から、実施例2で得られたリチウムマ
ンガン系複合酸化物も逆六角網目構造を有することがわかる。
(A = 4.9493 (8) Å, b = 8.6124 (10) Å, c = 5.0283 (6) Å. Β = 109.111 (9) °)
Could index only. The resulting transition metal occupancy (g 4g ) at the 4g position is 60.4 (4)%, whereas the transition metal occupancy (g 2b ) at the 2b position is 74.1 (8)%, The defined hexagon mesh regularity S was -13.7 (8)%, which was a negative value. From this result, it can be seen that the lithium manganese composite oxide obtained in Example 2 also has an inverted hexagonal network structure.

化学分析(下記表1)により、Feが仕込量(30mol%)に近い29モル%(m値)含まれていること、Li/(Mn+Fe)値より計算されるx値が0.26であることから、実施例2において、目的組成
のリチウムマンガン系複合酸化物(Li1.26(Fe0.29Mn0.71)0.74O2)が得られたことが確認できた。
According to chemical analysis (Table 1 below), Fe is 29 mol% (m value) close to the charged amount (30 mol%), and x value calculated from Li / (Mn + Fe) value is 0.26. Thus, in Example 2, it was confirmed that a lithium manganese composite oxide (Li 1.26 (Fe 0.29 Mn 0.71 ) 0.74 O 2 ) having the target composition was obtained.

比較例1
硝酸鉄(III)9水和物10.10gと塩化マンガン(II)4水和物44.53g (全量0.25mol、Fe:Mnモ
ル比=1:9)を用いる他は、実施例1と同様に試料作製を行い、目的物であるリチウムマン
ガン系複合酸化物を粉末状生成物として得た。
Comparative Example 1
Sample as in Example 1, except that 10.10 g of iron (III) nitrate nonahydrate and 44.53 g of manganese (II) chloride tetrahydrate (total amount 0.25 mol, Fe: Mn molar ratio = 1: 9) were used. Fabrication was performed, and the target lithium manganese composite oxide was obtained as a powdery product.

この最終生成物のX線回折パターンを図5に示す。リートベルト解析結果(プログラムはRIETAN-2000を使用)より、すべてのピークは前記参考文献に記載されている単斜晶層状岩塩型のLi2MnO3の単位胞 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. From the results of Rietveld analysis (the program uses RIETAN-2000), all peaks are monoclinic layered rock salt-type Li 2 MnO 3 unit cells described in the above reference

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=4.9389(13)Å, b=8.5602(17)Å、c=5.0207(8)Å。β=109.15(2)°)
のみで指数付けできた。
(A = 4.9389 (13) Å, b = 8.5602 (17) Å, c = 5.0207 (8) Å. Β = 109.15 (2) °)
Could index only.

得られた4g位置の遷移金属占有率(g4g)は、64.5(4)%であるのに対して2b位置の遷移金
属占有率(g2b)は60.6(7)%であり、その差で定義される六角網目規則度Sは+3.9(7)%であり正の値を取ることから、比較例1で得られたリチウムマンガン系複合酸化物は実施例1及
び2とは異なる六角網目構造を有することがわかる。比較例1の複合酸化物では、Feの含有量が少なく、また、マンガン源として塩化カリウムを用いたことにより、逆六角網目構造が形成されなかったと思われる。
The obtained transition metal occupancy (g 4g ) at the 4g position is 64.5 (4)%, whereas the transition metal occupancy (g 2b ) at the 2b position is 60.6 (7)%, Since the defined hexagonal network regularity S is +3.9 (7)% and takes a positive value, the lithium manganese composite oxide obtained in Comparative Example 1 has a hexagonal network structure different from those in Examples 1 and 2. It can be seen that In the composite oxide of Comparative Example 1, it is considered that the reverse hexagonal network structure was not formed because Fe content was small and potassium chloride was used as the manganese source.

化学分析(下記表1)により、Feが仕込量(10mol%)に近い10モル%(m値)含まれていること、Li/(Mn+Fe)値より計算されるx値が0.29であることから、比較例1において、目的組成
のリチウムマンガン系複合酸化物(Li1.29(Fe0.10Mn0.90)0.71O2)が得られたことが確認できた。
According to chemical analysis (Table 1 below), Fe contained 10 mol% (m value) close to the charged amount (10 mol%), and x value calculated from Li / (Mn + Fe) value was 0.29. Thus, in Comparative Example 1, it was confirmed that a lithium manganese composite oxide (Li 1.29 (Fe 0.10 Mn 0.90 ) 0.71 O 2 ) having the target composition was obtained.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

充放電試験
上記実施例1および比較例1で得た各複合酸化物20mgに対し、アセチレンブラック5mg
、PTFE粉末0.5mgを乾式混合したものを正極材料とし、Li金属を負極材料として用い、エ
チレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に支持塩であるLiPF6を溶解さ
せた1M溶液を電解液としてコイン型リチウム電池を作成した。このリチウム電池の充放電特性を30℃において(電位範囲2.0-4.8V(1サイクル目)、2.0-4.6V(2サイクル目以降)、
電流密度42.5mA/g)充電開始にて検討した。
Charge / Discharge Test For each composite oxide 20 mg obtained in Example 1 and Comparative Example 1, acetylene black 5 mg
, PTFE powder 0.5 mg dry mixed as positive electrode material, Li metal as negative electrode material, 1M solution in which LiPF 6 as supporting salt is dissolved in mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate, and coin as electrolyte Type lithium battery was created. The charge / discharge characteristics of this lithium battery at 30 ° C (potential range 2.0-4.8V (first cycle), 2.0-4.6V (second cycle and later),
The current density was 42.5 mA / g).

実施例1(図中の実線)と比較例1(図中の破線)の各正極材料を用いたリチウム電池
について、充放電特性を図6のグラフに示す。図6において、右上がりの曲線は充電曲線に対応し、右下がりの曲線は放電曲線に対応する。図7は各電池の放電容量の充放電サイクル依存性を示す。下記表2に上記試験で得られた初期充放電データおよび20サイクル後の放電容量を示す。
FIG. 6 shows the charge / discharge characteristics of the lithium batteries using the positive electrode materials of Example 1 (solid line in the figure) and Comparative Example 1 (dashed line in the figure). In FIG. 6, the upward curve corresponds to the charge curve, and the downward curve corresponds to the discharge curve. FIG. 7 shows the charge / discharge cycle dependency of the discharge capacity of each battery. Table 2 below shows the initial charge / discharge data obtained in the above test and the discharge capacity after 20 cycles.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

図6および表2から、実施例1で得られた正極材料は、充電容量のみ比較例1の試料に劣るものの、放電容量、放電平均電圧、充放電効率、放電エネルギー密度に関して優れていることがわかる。また図7および表2から8サイクル以降実施例1の正極の方が放電容量が大きくなっていることがわかる。これらの結果より逆六角網目構造の単斜晶層状岩塩型結晶相を含む実施例1の試料の方が、六角網目構造を有する比較例1の試料よりも、充放電特性に優れたものであることは明らかである。 From FIG. 6 and Table 2, the positive electrode material obtained in Example 1 is superior in terms of discharge capacity, discharge average voltage, charge / discharge efficiency, and discharge energy density, although only the charge capacity is inferior to the sample of Comparative Example 1. Recognize. Further, it can be seen from FIG. 7 and Table 2 that the positive electrode of Example 1 has a larger discharge capacity after 8 cycles. From these results, the sample of Example 1 containing a monoclinic layered rock salt type crystal phase having an inverted hexagonal network structure has better charge / discharge characteristics than the sample of Comparative Example 1 having a hexagonal network structure. It is clear.

さらに上記実施例2および比較例1で得た各複合酸化物5mgに対し、アセチレンブラッ
ク5mg、PTFE粉末0.5mgを乾式混合したものを正極材料とし、Li金属を負極材料として用い、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に支持塩であるLiPF6を溶
解させた1M溶液を電解液としてコイン型リチウム電池を作成した。このリチウム電池の放電レート特性を30℃において充電開始にて検討した。電位範囲2.0-4.6Vであり、充電時の電流密度42.5mA/g(1/3C)に固定し、放電時の電流密度を1/3C(42.5mA/g)から5C(212.5mA/g)、10C(425mA/g)、30C(1275mA/g)、60C(2550mA/g)の順に変化させて放電曲線を取得
した。
Further, 5 mg of each composite oxide obtained in Example 2 and Comparative Example 1 above was prepared by dry mixing acetylene black 5 mg and PTFE powder 0.5 mg as a positive electrode material, using Li metal as a negative electrode material, ethylene carbonate and diethyl A coin-type lithium battery was prepared using a 1M solution in which LiPF 6 as a supporting salt was dissolved in a mixed solvent with carbonate as an electrolyte. The discharge rate characteristics of this lithium battery were examined at the start of charging at 30 ° C. The electric potential range is 2.0-4.6V, the current density during charging is fixed at 42.5mA / g (1 / 3C), and the current density during discharging is from 1 / 3C (42.5mA / g) to 5C (212.5mA / g) , 10C (425 mA / g), 30 C (1275 mA / g), and 60 C (2550 mA / g) in this order to obtain a discharge curve.

得られた放電曲線を図8に示す。実線が実施例2、破線が比較例1である。得られた放電容量を表3に示す。   The obtained discharge curve is shown in FIG. The solid line is Example 2, and the broken line is Comparative Example 1. The obtained discharge capacity is shown in Table 3.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

図8と表3から実施例2で得られた正極材料の方が、比較例1のそれよりも5C以上の高
電流密度放電時の電圧低下が抑制され、かつ放電容量が大きいことが明らかである。これらの結果より、逆六角網目構造の単斜晶層状岩塩型結晶相を含む実施例2試料の方が、六角網目構造を有する比較例1の試料よりも、高電流密度時の放電特性に優れたものであることは明らかである。
From FIG. 8 and Table 3, it is clear that the positive electrode material obtained in Example 2 suppresses the voltage drop at the time of high current density discharge of 5 C or more and has a larger discharge capacity than that of Comparative Example 1. is there. From these results, the sample of Example 2 containing a monoclinic layered rock salt type crystal phase having an inverted hexagonal network structure is superior in discharge characteristics at a high current density than the sample of Comparative Example 1 having a hexagonal network structure. It is clear that

実施例3
硝酸鉄(III)9水和物30.30gと過マンガン酸カリウム27.66g (全量0.25mol、Fe:Mnモル比=3:7)を用いる他は、実施例1と同様に試料作製を行い、目的物であるリチウムマンガン系複合酸化物を粉末状生成物として得た。
Example 3
Sample preparation was carried out in the same manner as in Example 1 except that 30.30 g of iron (III) nitrate nonahydrate and 27.66 g of potassium permanganate (total amount 0.25 mol, Fe: Mn molar ratio = 3: 7) were used. A lithium manganese composite oxide as a product was obtained as a powder product.

この最終生成物のX線回折パターンを図9に示す。リートベルト解析結果(プログラムはRIETAN-2000を使用)より、すべてのピークは上記参考文献に記載されている単斜晶層状岩塩型のLi2MnO3の単位胞 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. From the results of Rietveld analysis (the program uses RIETAN-2000), all peaks are unit cells of monoclinic layered rock salt type Li 2 MnO 3 described in the above references.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=4.961(2)Å, b=8.631(3)Å、c=5.0338(17)Å、β=109.24(4)°)とα-LiFeO2に代表される And a crystalline phase (a = 4.961 (2) Å, b = 8.631 (3) Å, c = 5.0338 (17) Å, β = 109.24 (4) °) and α-LiFeO 2

Figure 0005516926
Figure 0005516926

の単位胞(立方晶岩塩型構造)を有する結晶相(a=4.0793(4) Å)で指数付けできた。単斜晶層状岩塩型結晶相と立方晶岩塩型結晶相の割合は61:39であった。 It was possible to index with a crystal phase (a = 4.0793 (4) Å) having a unit cell (cubic rock salt structure). The ratio of monoclinic layered rock salt type crystal phase and cubic rock salt type crystal phase was 61:39.

単斜晶層状岩塩型結晶相において、得られた4g位置の遷移金属占有率(g4g)は、68.4(14)%であるのに対して2b位置の遷移金属占有率(g2b)は87(2)%であり、その差で定義される
六角網目規則度Sは-19(2)%であり、負の値であることから、実施例3で得られたリチウムマンガン系複合酸化物は逆六角網目構造を有することがわかる。
In the monoclinic layered rock salt type crystal phase, the obtained transition metal occupancy (g 4g ) at the 4g position is 68.4 (14)%, whereas the transition metal occupancy (g 2b ) at the 2b position is 87. Since the hexagonal network regularity S defined by the difference is -19 (2)%, which is a negative value, the lithium manganese composite oxide obtained in Example 3 is It can be seen that it has an inverted hexagonal network structure.

化学分析(下記表4)により、Feが仕込量(30mol%)に近い30モル%(m値)含まれていること、Li/(Mn+Fe)値より計算されるx値が0.23であることから、実施例3において、目的組成
のリチウムマンガン系複合酸化物(Li1.23(Fe0.30Mn0.70)0.77O2)が得られたことが確認できた。
According to chemical analysis (Table 4 below), Fe contained 30 mol% (m value) close to the charged amount (30 mol%), and the x value calculated from the Li / (Mn + Fe) value was 0.23. Thus, it was confirmed in Example 3 that a lithium manganese composite oxide (Li 1.23 (Fe 0.30 Mn 0.70 ) 0.77 O 2 ) having the target composition was obtained.

比較例2
硝酸鉄(III)9水和物10.10gと過マンガン酸カリウム35.56g (全量0.25mol、Fe:Mnモル比=1:9)を用いる他は、実施例1と同様に試料作製を行い、目的物であるリチウムマンガン系複合酸化物を粉末状生成物として得た。
Comparative Example 2
Sample preparation was carried out in the same manner as in Example 1 except that 10.10 g of iron (III) nitrate nonahydrate and 35.56 g of potassium permanganate (total amount 0.25 mol, Fe: Mn molar ratio = 1: 9) were used. A lithium manganese composite oxide as a product was obtained as a powder product.

この最終生成物のX線回折パターンを図10に示す。リートベルト解析結果(プログラムはRIETAN-2000を使用)より、すべてのピークは上記参考文献に記載されている単斜晶層状岩塩型のLi2MnO3の単位胞 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. From the results of Rietveld analysis (the program uses RIETAN-2000), all peaks are unit cells of monoclinic layered rock salt type Li 2 MnO 3 described in the above references.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=4.9404(13)Å, b=8.5641(15)Å、c=5.0234(8)Å、β=109.22(2)°)
のみで指数付けできた。得られた4g位置の遷移金属占有率(g4g)は、66.6(5)%であるのに
対して2b位置の遷移金属占有率(g2b)は54.1(7)%であり、その差で定義される六角網目規
則度Sは+12.5(7)%であり正の値を取ることから、比較例2で得られたリチウムマンガン系
複合酸化物は六角網目構造を有することがわかる。過マンガン酸カリウムを用いることで、逆六角網目構造が安定化されやすいが、高温熱処理により、六角網目構造になったものと思われる。
(A = 4.9404 (13) Å, b = 8.5641 (15) Å, c = 5.0234 (8) Å, β = 109.22 (2) °)
Could index only. The obtained transition metal occupancy (g 4g ) at the 4g position was 66.6 (5)%, whereas the transition metal occupancy (g 2b ) at the 2b position was 54.1 (7)%, The defined hexagonal network regularity S is +12.5 (7)%, which is a positive value. Thus, it can be seen that the lithium manganese composite oxide obtained in Comparative Example 2 has a hexagonal network structure. By using potassium permanganate, the inverted hexagonal network structure can be easily stabilized, but it seems that the hexagonal network structure is obtained by high-temperature heat treatment.

化学分析(下記表4)により、Feが仕込量(10mol%)に近い10モル%(m値)含まれていること、Li/(Mn+Fe)値より計算されるx値が0.30であることから、比較例2において、目的組成のリチウムマンガン系複合酸化物(Li1.30(Fe0.10Mn0.90)0.70O2)が得られたことが確認できた。 According to chemical analysis (Table 4 below), Fe is contained in an amount of 10 mol% (m value) close to the charged amount (10 mol%), and the x value calculated from the Li / (Mn + Fe) value is 0.30. From this, it was confirmed that in Comparative Example 2, a lithium manganese composite oxide (Li 1.30 (Fe 0.10 Mn 0.90 ) 0.70 O 2 ) having the target composition was obtained.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

充放電試験
上記実施例3および比較例2で得た各複合酸化物5mgに対し、アセチレンブラック5mg、PTFE粉末0.5mgを乾式混合したものを正極材料とし、Li金属を負極材料として用い、エチ
レンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に支持塩であるLiPF6を溶解させ
た1M溶液を電解液としてコイン型リチウム電池を作成した。このリチウム電池の充放電特性を30℃において(電位範囲2.0-5.5V(1サイクル目、500mAh/gの容量規制充電)、2.0-4.8V(2サイクル目以降)、電流密度40mA/g)充電開始にて検討した。
Charging / discharging test 5 mg of each composite oxide obtained in Example 3 and Comparative Example 2 above was obtained by dry mixing acetylene black 5 mg and PTFE powder 0.5 mg as a positive electrode material, and using Li metal as a negative electrode material. A coin-type lithium battery was prepared using a 1M solution in which LiPF 6 as a supporting salt was dissolved in a mixed solvent of sodium carbonate and diethyl carbonate as an electrolyte. Charge and discharge characteristics of this lithium battery at 30 ° C (potential range 2.0-5.5V (capacity regulated charge of the first cycle, 500mAh / g), 2.0-4.8V (second cycle and later), current density 40mA / g) Considered at the beginning.

実施例3(図中の実線)と比較例2(図中の破線)の各正極材料を用いたリチウム電池について、充放電特性を図11のグラフに示す。図11において、右上がりの曲線は充電曲線に対応し、右下がりの曲線は放電曲線に対応する。図12は各電池の放電容量の充放電サイクル依存性を示す。下記表5に上記試験で得られた初期充放電データおよび20サイ
クル後の放電容量を示す。
The charge / discharge characteristics of the lithium batteries using the positive electrode materials of Example 3 (solid line in the figure) and Comparative Example 2 (dashed line in the figure) are shown in the graph of FIG. In FIG. 11, the upward curve corresponds to the charging curve, and the downward curve corresponds to the discharge curve. FIG. 12 shows the charge / discharge cycle dependency of the discharge capacity of each battery. Table 5 below shows the initial charge / discharge data obtained in the above test and the discharge capacity after 20 cycles.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

図11および表5から、実施例3で得られた正極材料は、比較例2の試料に対して放電容量
、放電平均電圧、充放電効率、放電エネルギー密度に関して優れていることがわかる。また図12および表5から、20サイクルまで実施例3の正極の方が放電容量が大きくなって
いることがわかる。これらの結果より逆六角網目構造の単斜晶層状岩塩型結晶相を含む実施例3の試料の方が、六角網目構造を有する比較例2の試料よりも、充放電特性に優れたものであることは明らかである。
From FIG. 11 and Table 5, it can be seen that the positive electrode material obtained in Example 3 is superior to the sample of Comparative Example 2 in terms of discharge capacity, discharge average voltage, charge / discharge efficiency, and discharge energy density. Further, from FIG. 12 and Table 5, it can be seen that the discharge capacity of the positive electrode of Example 3 is larger up to 20 cycles. From these results, the sample of Example 3 containing a monoclinic layered rock salt type crystal phase having an inverted hexagonal network structure has better charge / discharge characteristics than the sample of Comparative Example 2 having a hexagonal network structure. It is clear.

また図13は、実施例3および比較例2の10サイクル目および20サイクル目の充放電曲線を示しており、容量の大きい方が10サイクル目、小さい方が20サイクル目に対応し、充電曲線が右上がりの曲線、放電曲線が右下がりの曲線にそれぞれ対応する。実施例3の試料
は比較例2の試料に対して特に放電時に3V以下の領域での曲線の折れ曲がりが小さく、充
放電曲線は一次直線で近似可能なことがわかる。これは、特に複数の電池を接続した組み電池で要求される、各電池の容量把握が電池電圧から容易に行えることを示しており、実用上重要な特性である。
FIG. 13 shows the charge / discharge curves of Example 3 and Comparative Example 2 at the 10th and 20th cycles, with the larger capacity corresponding to the 10th cycle and the smaller capacity corresponding to the 20th cycle. Corresponds to an upward curve and a discharge curve corresponds to a downward curve. It can be seen that the sample of Example 3 is less bent than the sample of Comparative Example 2 particularly in the region of 3 V or less during discharge, and the charge / discharge curve can be approximated by a linear line. This indicates that the capacity of each battery can be easily grasped from the battery voltage, which is required particularly in an assembled battery in which a plurality of batteries are connected, and is an important characteristic in practical use.

上記事実を明確化するために、図13中の充放電曲線に対してy=ax+bの直線回帰分析を行い、相関係数r値とa、b値とその誤差を求めた。その結果を下記表6に示す。表6から、
実施例3の試料の方が相関係数rが1に近く、a、b値の誤差も小さいことから、より充放電曲線の直線性に優れ、電池電圧からの電池容量確認が容易であることが明らかである。
In order to clarify the above fact, a linear regression analysis of y = ax + b was performed on the charge / discharge curve in FIG. 13 to obtain the correlation coefficient r value, a, b value and its error. The results are shown in Table 6 below. From Table 6,
Since the sample of Example 3 has a correlation coefficient r closer to 1 and smaller errors in the a and b values, the linearity of the charge / discharge curve is better and the battery capacity can be easily confirmed from the battery voltage. Is clear.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

さらに上記実施例3および比較例2で得た各複合酸化物5mgに対し、アセチレンブラッ
ク5mg、PTFE粉末0.5mgを乾式混合したものを正極材料とし、Li金属を負極材料として用い、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に支持塩であるLiPF6を溶
解させた1M溶液を電解液としてコイン型リチウム電池を作成した。このリチウム電池の放電レート特性を30℃において充電開始にて検討した。電位範囲2.0-4.6Vであり、充電時の電流密度42.5mA/g(1/3C)に固定し、放電時の電流密度を1/3C(42.5mA/g)から5C(212.5mA/g)、10C(425mA/g)、30C(1275mA/g)、60C(2550mA/g)の順に変化させて放電曲線を取得
した。得られた放電曲線を図14に示す。実線が実施例3、破線が比較例2である。得られた放電容量を表7に示す。
Further, 5 mg of each composite oxide obtained in Example 3 and Comparative Example 2 above was dry mixed with 5 mg of acetylene black and 0.5 mg of PTFE powder as a positive electrode material, and Li metal was used as a negative electrode material. Ethylene carbonate and diethyl A coin-type lithium battery was prepared using a 1M solution in which LiPF 6 as a supporting salt was dissolved in a mixed solvent with carbonate as an electrolyte. The discharge rate characteristics of this lithium battery were examined at the start of charging at 30 ° C. The electric potential range is 2.0-4.6V, the current density during charging is fixed at 42.5mA / g (1 / 3C), and the current density during discharging is from 1 / 3C (42.5mA / g) to 5C (212.5mA / g) , 10C (425 mA / g), 30 C (1275 mA / g), and 60 C (2550 mA / g) in this order to obtain a discharge curve. The obtained discharge curve is shown in FIG. The solid line is Example 3 and the broken line is Comparative Example 2. Table 7 shows the obtained discharge capacity.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

図14と表7から実施例3で得られた正極材料の方が、比較例2のそれよりも5C以上の高電流密度放電時の電圧低下が抑制され、かつ放電容量が大きいことが明らかである。これらの結果より逆六角網目構造の単斜晶層状岩塩型結晶相を含む実施例3の試料の方が、六角網目構造を有する比較例2の試料よりも、高電流密度時の放電特性に優れたものであることは明らかである。   From FIG. 14 and Table 7, it is clear that the positive electrode material obtained in Example 3 suppresses the voltage drop at the time of high current density discharge of 5 C or more and has a larger discharge capacity than that of Comparative Example 2. is there. From these results, the sample of Example 3 containing a monoclinic layered rock salt type crystal phase having an inverted hexagonal network structure is superior in discharge characteristics at a high current density than the sample of Comparative Example 2 having a hexagonal network structure. It is clear that

さらに上記実施例3および比較例2で得た各複合酸化物5mgに対し、アセチレンブラッ
ク5mg、PTFE粉末0.5mgを乾式混合したものを正極材料とし、Li金属を負極材料として用い、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に支持塩であるLiPF6を溶
解させた1M溶液を電解液としてコイン型リチウム電池を作成した。このリチウム電池の低温放電特性を30℃において充電開始にて検討した。電位範囲2.0-4.6Vであり、充放電時の電流密度を42.5mA/g(1/3C)に固定し、放電時の環境温度を30℃から0℃、-20℃の順に変化させて放電曲線を取得した。得られた放電曲線を図15に示す。実線が実施例3、破線が比較例2である。得られた放電容量を表8に示す。
Further, 5 mg of each composite oxide obtained in Example 3 and Comparative Example 2 above was dry mixed with 5 mg of acetylene black and 0.5 mg of PTFE powder as a positive electrode material, and Li metal was used as a negative electrode material. Ethylene carbonate and diethyl A coin-type lithium battery was prepared using a 1M solution in which LiPF 6 as a supporting salt was dissolved in a mixed solvent with carbonate as an electrolyte. The low-temperature discharge characteristics of this lithium battery were examined at the start of charging at 30 ° C. The electric potential range is 2.0-4.6V, the current density during charging / discharging is fixed at 42.5mA / g (1 / 3C), and the environmental temperature during discharging is changed in the order of 30 ° C to 0 ° C and -20 ° C. A curve was acquired. The obtained discharge curve is shown in FIG. The solid line is Example 3 and the broken line is Comparative Example 2. Table 8 shows the obtained discharge capacity.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

図15と表8から実施例3で得られた正極材料の方が、比較例2のそれよりも30℃以下
から-20℃までの電圧低下が抑制され、かつ放電容量が大きいことが明らかである。これ
らの結果より逆六角網目構造の単斜晶層状岩塩型結晶相を含む実施例3の試料の方が、六角網目構造を有する比較例2の試料よりも、低温放電特性に優れたものであることは明らかである。
From FIG. 15 and Table 8, it is clear that the positive electrode material obtained in Example 3 has a lower voltage drop from 30 ° C. to −20 ° C. and a larger discharge capacity than that of Comparative Example 2. is there. From these results, the sample of Example 3 containing a monoclinic layered rock salt type crystal phase having an inverted hexagonal network structure is superior to the sample of Comparative Example 2 having a hexagonal network structure in low temperature discharge characteristics. It is clear.

以上の結果から、逆六角網目構造を有するFeイオンを含むリチウムマンガン系複合酸化物は、室温の充放電初期特性、サイクル特性が優れているのみならず、充放電曲線形状の直線性、高電流密度放電特性、低温放電特性に優れた正極材料であることが明らかである。   From the above results, the lithium manganese composite oxide containing Fe ions having an inverted hexagonal network structure has excellent charge / discharge initial characteristics and cycle characteristics at room temperature, linearity of charge / discharge curve shape, high current It is clear that the positive electrode material is excellent in density discharge characteristics and low temperature discharge characteristics.

実施例4
30重量%硫酸チタン水溶液40.00gと塩化マンガン(II)4水和物39.58g (全量0.25mol、Ti:Mnモル比=2:8)を500mlの蒸留水に加え、完全に溶解させた。別のビーカーに水酸化リチウ
ム水溶液(蒸留水500mlに水酸化リチウム1水和物50gを溶解させた溶液)を作製した。この
水酸化リチウム水溶液をチタン製ビーカーに入れ、エタノール150mlを加えて攪拌後、恒
温漕内に静置し、恒温漕内を-10℃に保った。次いで、この水酸化リチウム水溶液に上記
金属塩水溶液を2〜3時間かけて徐々に滴下して、Ti-Mn沈殿物を形成させた。反応液が完
全にアルカリ性(pH11以上)になっていることを確認し、攪拌下に共沈物を含む反応液に室温で12時間以上空気を吹き込んで酸化処理して、沈殿を熟成させた。
Example 4
40.00 g of 30 wt% titanium sulfate aqueous solution and 39.58 g of manganese (II) chloride tetrahydrate (total amount 0.25 mol, Ti: Mn molar ratio = 2: 8) were added to 500 ml of distilled water and completely dissolved. An aqueous lithium hydroxide solution (a solution in which 50 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 500 ml of distilled water) was prepared in another beaker. This lithium hydroxide aqueous solution was put into a titanium beaker, 150 ml of ethanol was added and stirred, and then allowed to stand in a thermostatic bath, and the thermostatic bath was kept at −10 ° C. Next, the metal salt aqueous solution was gradually dropped into the lithium hydroxide aqueous solution over 2 to 3 hours to form a Ti-Mn precipitate. After confirming that the reaction solution was completely alkaline (pH 11 or more), air was blown into the reaction solution containing the coprecipitate with stirring at room temperature for 12 hours or more to ripen the precipitate.

得られた沈殿を蒸留水で洗浄して濾別し、この沈殿生成物を水酸化リチウム1水和物50g、塩素酸カリウム50g、水酸化カリウム309g及び蒸留水600mlとともにポリテトラフルオロエチレンビーカー中に入れ、よく攪拌した。この水溶液のpHは11以上であった。その後、水熱反応炉(オートクレーブ)内に設置し、220℃で8時間水熱処理した。 水熱処理終了後、反応炉を室温付近まで冷却し、水熱処理反応液を含むビーカーをオートクレーブ外に取り出し、生成している沈殿物を蒸留水で洗浄して、過剰に存在する水酸化リチウムなどの塩類を除去し、濾過することにより、粉末状生成物(リチウムマンガン系複合酸化物)を得た。
濾過して得た粉末を、水酸化リチウム1水和物5.25gを蒸留水100mlに溶解させた水酸化
リチウム水溶液と混合し、攪拌後、100℃において一晩乾燥し、粉砕して粉末を作製した

次いで、得られた粉末を大気中で1時間かけて650℃まで昇温し、その温度で1分間焼
成後、炉中で室温付近まで冷却し、過剰のリチウム塩を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、300℃、10時間大気中乾燥して、目的物であるリチウムマンガン系複
合酸化物を粉末状生成物として得た。
The resulting precipitate was washed with distilled water and filtered, and the precipitated product was placed in a polytetrafluoroethylene beaker together with 50 g of lithium hydroxide monohydrate, 50 g of potassium chlorate, 309 g of potassium hydroxide and 600 ml of distilled water. And stirred well. The pH of this aqueous solution was 11 or more. Thereafter, it was placed in a hydrothermal reactor (autoclave) and hydrothermally treated at 220 ° C. for 8 hours. After the hydrothermal treatment is completed, the reaction furnace is cooled to near room temperature, the beaker containing the hydrothermal treatment reaction solution is taken out of the autoclave, and the generated precipitate is washed with distilled water to remove excess lithium hydroxide and the like. Salts were removed and filtered to obtain a powdery product (lithium manganese composite oxide).
The powder obtained by filtration was mixed with lithium hydroxide aqueous solution in which 5.25 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 100 ml of distilled water, stirred, dried overnight at 100 ° C, and pulverized to produce powder did.
Next, the obtained powder was heated to 650 ° C. in the air for 1 hour, fired at that temperature for 1 minute, then cooled to near room temperature in the furnace, and the calcined product was removed in order to remove excess lithium salt. Was washed with distilled water, filtered, and dried in the atmosphere at 300 ° C. for 10 hours to obtain the target lithium manganese composite oxide as a powdery product.

この最終生成物のX線回折パターンを図16に示す。リートベルト解析結果(プログラムはRIETAN-2000を使用)より、すべてのピークは上記参考文献に記載されている単斜晶層状岩塩型のLi2MnO3の単位胞 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. From the results of Rietveld analysis (the program uses RIETAN-2000), all peaks are unit cells of monoclinic layered rock salt type Li 2 MnO 3 described in the above references.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=4.9517(14)Å, b=8.5668(18)Å、c=5.0294(8)Å。β=109.17(2)°)
のみで指数付けできた。
(A = 4.9517 (14) Å, b = 8.5668 (18) Å, c = 5.0294 (8) Å. Β = 109.17 (2) °)
Could index only.

得られた4g位置の遷移金属占有率(g4g)は、56.1(4)%であるのに対して2b位置の遷移金
属占有率(g2b)は69.2(6)%であり、その差で定義される六角網目規則度Sは-13.1(6)%であ
り負の値を取ることから、実施例4で得られたリチウムマンガン系複合酸化物は逆六角網
目構造を有することがわかる。
The resulting transition metal occupancy (g 4g ) at the 4g position is 56.1 (4)%, whereas the transition metal occupancy (g 2b ) at the 2b position is 69.2 (6)%, The defined hexagonal network regularity S is −13.1 (6)%, which is a negative value. Thus, it can be understood that the lithium manganese composite oxide obtained in Example 4 has an inverted hexagonal network structure.

化学分析(下記表9)により、Tiが仕込量(20mol%)に近い20モル%(n値)含まれていること
、Li/(Mn+Ti)値より計算されるx値が0.32であることから、実施例4において、目的組成のリチウムマンガン系複合酸化物(Li1.32(Ti0.20Mn0.80)0.68O2)が得られたことが確認できた。
According to chemical analysis (Table 9 below), 20 mol% (n value) close to the charged amount (20 mol%) is included, and the x value calculated from the Li / (Mn + Ti) value is 0.32. From this, it was confirmed that in Example 4, a lithium manganese composite oxide (Li 1.32 (Ti 0.20 Mn 0.80 ) 0.68 O 2 ) having the target composition was obtained.

比較例3
30重量%硫酸チタン水溶液30.00g及び塩化マンガン(II)4水和物44.53g (全量0.25mol、Ti:Mnモル比=1:9)を用いる他は実施例4と同様の方法で試料作製を行い、目的物であるリチウムマンガン系複合酸化物を粉末状生成物として得た。
Comparative Example 3
A sample was prepared in the same manner as in Example 4 except that 30.00 g of 30 wt% aqueous titanium sulfate solution and 44.53 g of manganese (II) chloride tetrahydrate (total amount: 0.25 mol, Ti: Mn molar ratio = 1: 9) were used. The target product, lithium manganese composite oxide, was obtained as a powdered product.

この最終生成物のX線回折パターンを図17に示す。リートベルト解析結果(プログラムはRIETAN-2000を使用)より、すべてのピークは上記参考文献に記載されている単斜晶層状岩塩型のLi2MnO3の単位胞 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. From the results of Rietveld analysis (the program uses RIETAN-2000), all peaks are unit cells of monoclinic layered rock salt type Li 2 MnO 3 described in the above references.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=4.9419(10)Å, b=8.5467(13)Å、c=5.0255(6)Å。β=109.211(14)°
)のみで指数付けできた。
(A = 4.9419 (10) Å, b = 8.5467 (13) Å, c = 5.0255 (6) Å. Β = 109.211 (14) °
) Was able to index.

得られた4g位置の遷移金属占有率(g4g)は、66.8(4)%であるのに対して2b位置の遷移金
属占有率(g2b)は51.7(6)%であり、その差で定義される六角網目規則度Sは+15.1(6)%であ
り正の値を取ることから、比較例3で得られたリチウムマンガン系複合酸化物は六角網目
構造を有することがわかる。比較例3の複合酸化物では、Tiの含有量が少なく、また、マンガン源として塩化カリウムを用いたことにより、逆六角網目構造が形成されなかったと思われる。
The resulting transition metal occupancy (g 4g ) at the 4g position is 66.8 (4)%, whereas the transition metal occupancy (g 2b ) at the 2b position is 51.7 (6)%, The defined hexagonal network regularity S is +15.1 (6)%, which is a positive value, indicating that the lithium manganese composite oxide obtained in Comparative Example 3 has a hexagonal network structure. In the composite oxide of Comparative Example 3, it is considered that the reverse hexagonal network structure was not formed due to the low Ti content and the use of potassium chloride as the manganese source.

化学分析(下記表9)により、Tiが仕込量(10mol%)に近い10モル%(n値)含まれていること
、Li/(Mn+Ti)値より計算されるx値が0.33であることから、比較例3において、目的組成
のリチウムマンガン系複合酸化物(Li1.33(Ti0.10Mn0.90)0.67O2)が得られたことが確認できた。
According to chemical analysis (Table 9 below), Ti is 10 mol% (n value) close to the charged amount (10 mol%), x value calculated from Li / (Mn + Ti) value is 0.33 Thus, in Comparative Example 3, it was confirmed that a lithium manganese composite oxide (Li 1.33 (Ti 0.10 Mn 0.90 ) 0.67 O 2 ) having the target composition was obtained.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

充放電試験
上記実施例4および比較例3で得た各複合酸化物5mgに対し、アセチレンブラック5mg、PTFE粉末0.5mgを乾式混合したものを正極材料とし、Li金属を負極材料として用い、エチレ
ンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に支持塩であるLiPF6を溶解させた
1M溶液を電解液としてコイン型リチウム電池を作成した。このリチウム電池の充放電特性を30℃において(電位範囲2.0-4.8V(1サイクル目)、2.0-4.6V(2サイクル目以降)、電流
密度40.0mA/g)充電開始にて検討した。
Charging / discharging test 5 mg of each composite oxide obtained in Example 4 and Comparative Example 3 above, dry mixture of 5 mg of acetylene black and 0.5 mg of PTFE powder was used as a positive electrode material, and Li metal was used as a negative electrode material. A coin-type lithium battery was prepared using a 1M solution in which LiPF 6 as a supporting salt was dissolved in a mixed solvent of sodium carbonate and diethyl carbonate as an electrolyte. The charge / discharge characteristics of this lithium battery were examined at 30 ° C. (potential range 2.0-4.8 V (first cycle), 2.0-4.6 V (second cycle and later), current density 40.0 mA / g) at the start of charging.

実施例4(図中の実線)と比較例3(図中の破線)の各正極材料を用いたリチウム電池について、充放電特性を図18のグラフに示す。図18において、右上がりの曲線は充電曲線に対応し、右下がりの曲線は放電曲線に対応する。図19は各電池の放電容量の充放電サイクル依存性を示す。下記表10に上記試験で得られた初期充放電データおよび20サイクル後の放電容量を示す。   The charge / discharge characteristics of the lithium batteries using the positive electrode materials of Example 4 (solid line in the figure) and Comparative Example 3 (dashed line in the figure) are shown in the graph of FIG. In FIG. 18, the upward curve corresponds to the charging curve, and the downward curve corresponds to the discharge curve. FIG. 19 shows the charge / discharge cycle dependency of the discharge capacity of each battery. Table 10 below shows the initial charge / discharge data obtained in the above test and the discharge capacity after 20 cycles.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

図18および表10から、実施例4で得られた正極材料は、充放電効率、平均放電電圧は
ほぼ同等であるものの放電容量および放電エネルギー密度に関して優れていることがわかる。また図19および表10から実施例4の正極の方が各サイクルにおいて放電容量が大き
くなっていることがわかる。これらの結果より逆六角網目構造の単斜晶層状岩塩型結晶相を含む実施例4の試料の方が、六角網目構造を有する比較例3の試料よりも、充放電特性に優れたものであることは明らかである。
From FIG. 18 and Table 10, it can be seen that the positive electrode material obtained in Example 4 is superior in terms of discharge capacity and discharge energy density although charge / discharge efficiency and average discharge voltage are substantially the same. Further, FIG. 19 and Table 10 show that the positive electrode of Example 4 has a larger discharge capacity in each cycle. From these results, the sample of Example 4 containing a monoclinic layered rock salt type crystal phase having an inverted hexagonal network structure has better charge / discharge characteristics than the sample of Comparative Example 3 having a hexagonal network structure. It is clear.

以上の結果から、逆六角網目構造を有するTiイオンを含むリチウムマンガン系複合酸化物は、室温の充放電初期特性、サイクル特性が優れている正極材料であることが明らかである。   From the above results, it is clear that the lithium manganese-based composite oxide containing Ti ions having an inverted hexagonal network structure is a positive electrode material having excellent room temperature charge / discharge initial characteristics and cycle characteristics.

実施例5
30重量%硫酸チタン水溶液40.00g、過マンガン酸カリウム23.70g 及び硝酸鉄(III)9水和物20.20g(全量0.25mol、Fe:Ti:Mnモル比=2:2:6)を500mlの蒸留水に加え、完全に溶解させた。別のビーカーに水酸化リチウム水溶液(蒸留水500mlに水酸化リチウム1水和物50gを溶解させた溶液)を作製した。この水酸化リチウム水溶液をチタン製ビーカーに入れ、エタノ
ール150mlを加えて攪拌後、恒温漕内に静置し、恒温漕内を-10℃に保った。次いで、この
水酸化リチウム水溶液に上記金属塩水溶液を2〜3時間かけて徐々に滴下して、Fe-Ti-Mn沈殿物を形成させた。反応液が完全にアルカリ性(pH11以上)になっていることを確認し、攪拌下に共沈物を含む反応液に室温で12時間以上空気を吹き込んで酸化処理して、沈殿を熟成させた。
Example 5
Distillation of 40.00 g of 30 wt% titanium sulfate aqueous solution, 23.70 g of potassium permanganate and 20.20 g of iron (III) nitrate nonahydrate (total amount 0.25 mol, Fe: Ti: Mn molar ratio = 2: 2: 6) to 500 ml Added to water and completely dissolved. An aqueous lithium hydroxide solution (a solution in which 50 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 500 ml of distilled water) was prepared in another beaker. This lithium hydroxide aqueous solution was put into a titanium beaker, 150 ml of ethanol was added and stirred, and then allowed to stand in a thermostatic bath, and the thermostatic bath was kept at −10 ° C. Subsequently, the metal salt aqueous solution was gradually dropped into the lithium hydroxide aqueous solution over 2 to 3 hours to form a Fe-Ti-Mn precipitate. After confirming that the reaction solution was completely alkaline (pH 11 or more), air was blown into the reaction solution containing the coprecipitate with stirring at room temperature for 12 hours or more to ripen the precipitate.

得られた沈殿を蒸留水で洗浄して濾別し、この沈殿生成物を水酸化リチウム1水和物50g、塩素酸カリウム50g、水酸化カリウム309g及び蒸留水600mlとともにポリテトラフルオロエチレンビーカー中に入れ、よく攪拌した。この水溶液のpHは11以上であった。その後、水熱反応炉(オートクレーブ)内に設置し、220℃で8時間水熱処理した。 水熱処理終了後、反応炉を室温付近まで冷却し、水熱処理反応液を含むビーカーをオートクレーブ外に取り出し、生成している沈殿物を蒸留水で洗浄して、過剰に存在する水酸化リチウムなどの塩類を除去し、濾過することにより、粉末状生成物(リチウムマンガン系複合酸化物)を得た。   The resulting precipitate was washed with distilled water and filtered, and the precipitated product was placed in a polytetrafluoroethylene beaker together with 50 g of lithium hydroxide monohydrate, 50 g of potassium chlorate, 309 g of potassium hydroxide and 600 ml of distilled water. And stirred well. The pH of this aqueous solution was 11 or more. Thereafter, it was placed in a hydrothermal reactor (autoclave) and hydrothermally treated at 220 ° C. for 8 hours. After the hydrothermal treatment is completed, the reaction furnace is cooled to near room temperature, the beaker containing the hydrothermal treatment reaction solution is taken out of the autoclave, and the generated precipitate is washed with distilled water to remove excess lithium hydroxide and the like. Salts were removed and filtered to obtain a powdery product (lithium manganese composite oxide).

濾過して得た粉末を、水酸化リチウム1水和物5.25gを蒸留水100mlに溶解させた水酸化
リチウム水溶液と混合し、攪拌後、100℃において一晩乾燥し、粉砕して粉末を作製した
。 次いで、得られた粉末を大気中で1時間かけて750℃まで昇温し、その温度で1分間
焼成後、炉中で室温付近まで冷却し、過剰のリチウム塩を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、300℃、10時間大気中乾燥して、目的物であるリチウムマンガン系
複合酸化物を粉末状生成物として得た。
The powder obtained by filtration was mixed with lithium hydroxide aqueous solution in which 5.25 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 100 ml of distilled water, stirred, dried overnight at 100 ° C, and pulverized to produce powder did. Next, the obtained powder was heated to 750 ° C. in the air over 1 hour, fired at that temperature for 1 minute, then cooled to near room temperature in the furnace, and the fired product was removed in order to remove excess lithium salt. Was washed with distilled water, filtered, and dried in the atmosphere at 300 ° C. for 10 hours to obtain the target lithium manganese composite oxide as a powdery product.

この最終生成物のX線回折パターンを図20に示す。リートベルト解析結果(プログラムはRIETAN-2000を使用)より、すべてのピークは上記参考文献に記載されている単斜晶層状岩塩型のLi2MnO3の単位胞 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. From the results of Rietveld analysis (the program uses RIETAN-2000), all peaks are unit cells of monoclinic layered rock salt type Li 2 MnO 3 described in the above references.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=5.017(5)Å, b=8.526(6)Å、c=5.050(4)Å、β=109.64(7)°)と立方晶岩塩型のα-LiFeO2またはLi2TiO3の単位胞 With crystal phase (a = 5.017 (5) Å, b = 8.526 (6) Å, c = 5.050 (4) Å, β = 109.64 (7) °) and cubic rock salt type α-LiFeO 2 or Li 2 TiO 3 unit cell

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=4.0872(2) Å)の二相混合物として指数付けできた。両相の相対比率は、単斜晶相が30%、立方晶相が70%であった。得られた単斜晶層状岩塩型構造中における4g位置の遷移金属占有率(g4g)は、92(2)%であるのに対して2b位置の遷移金属占有率(g2b)は100%(この値を可変パラメータとすると100%を超え、物理的に無意味な値となるので100%に固定)であり、その差で定義される六角網目規則度Sは-8(2)%であり負の値を取るこ
とから、実施例5で得られたリチウムマンガン系複合酸化物は逆六角網目構造を有する結
晶相を含むことがわかる。
It can be indexed as a two-phase mixture of crystalline phases having a (a = 4.0872 (2) Å). The relative proportions of both phases were 30% for the monoclinic phase and 70% for the cubic phase. The transition metal occupancy (g 4g ) at the 4g position in the obtained monoclinic layered rock salt structure is 92 (2)%, whereas the transition metal occupancy (g 2b ) at the 2b position is 100%. (If this value is a variable parameter, it will exceed 100% and will be physically meaningless, so it will be fixed to 100%.) The hexagonal mesh order degree S defined by the difference is -8 (2)%. Since it takes a negative value, it can be seen that the lithium manganese composite oxide obtained in Example 5 includes a crystal phase having an inverted hexagonal network structure.

化学分析(下記表11)により、Fe及びTiがそれぞれ仕込量(20mol%)に近い21モル%(m値)と20モル%(n値)含まれていること、Li/(Mn+Fe+Ti)値より計算されるx値が0.26であることから、実施例5において、目的組成のリチウムマンガン系複合酸化物(Li1.26(Fe0.21Ti0.20Mn0.59)0.74O2)が得られたことが確認できた。 According to chemical analysis (Table 11 below), Fe and Ti contained 21 mol% (m value) and 20 mol% (n value) close to the charged amount (20 mol%), respectively, Li / (Mn + Fe + Since the x value calculated from the (Ti) value is 0.26, in Example 5, the lithium manganese based composite oxide (Li 1.26 (Fe 0.21 Ti 0.20 Mn 0.59 ) 0.74 O 2 ) having the target composition was obtained. Was confirmed.

比較例4
30重量%硫酸チタン水溶液20.00g、塩化マンガン(II)4水和物39.58g 及び硝酸鉄(III)9
水和物10.10g(全量0.25mol、Fe:Ti:Mnモル比=1:1:8)を用いる他は、実施例5と同様に試料作製を行い、目的物であるリチウムマンガン系複合酸化物を粉末状生成物として得た。
Comparative Example 4
30wt% titanium sulfate aqueous solution 20.00g, manganese (II) chloride tetrahydrate 39.58g and iron (III) nitrate 9
Sample preparation was performed in the same manner as in Example 5 except that 10.10 g of hydrate (total amount: 0.25 mol, Fe: Ti: Mn molar ratio = 1: 1: 8) was used, and the target lithium manganese composite oxide Was obtained as a powdery product.

この最終生成物のX線回折パターンを図21に示す。リートベルト解析結果(プログラムはRIETAN-2000を使用)より、すべてのピークは上記参考文献に記載されている単斜晶層状岩塩型のLi2MnO3の単位胞 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. From the results of Rietveld analysis (the program uses RIETAN-2000), all peaks are unit cells of monoclinic layered rock salt type Li 2 MnO 3 described in the above references.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=4.9526(12)Å, b=8.5846(16)Å、c=5.0300(7)Å、β=109.155(17)°
)のみで指数付けできた。得られた4g位置の遷移金属占有率(g4g)は、63.3(5)%であるの
に対して2b位置の遷移金属占有率(g2b)は64.0(8)%であり、その差で定義される六角網目
規則度Sは-0.7(8)%でありほぼ零の値を取ることから、比較例4で得られたリチウムマンガン系複合酸化物は既存の六方晶層状岩塩型構造を有する化合物と同様のイオン分布を有することがわかる。比較例4の複合酸化物では、Fe及びTiの含有量が20mol%未満であり、また、マンガン源として塩化カリウムを用いたことにより、逆六角網目構造が形成されなかったと思われる。
(A = 4.9526 (12) Å, b = 8.5846 (16) Å, c = 5.0300 (7) Å, β = 109.155 (17) °
) Was able to index. The obtained transition metal occupancy (g 4g ) at the 4g position is 63.3 (5)%, whereas the transition metal occupancy (g 2b ) at the 2b position is 64.0 (8)%, Since the defined hexagonal network regularity S is -0.7 (8)% and takes a value of almost zero, the lithium manganese composite oxide obtained in Comparative Example 4 has an existing hexagonal layered rock salt structure It turns out that it has the same ion distribution as a compound. In the composite oxide of Comparative Example 4, the Fe and Ti contents are less than 20 mol%, and it seems that no inverted hexagonal network structure was formed by using potassium chloride as the manganese source.

化学分析(下記表11)により、Fe及びTiが、いずれも仕込量(10mol%)に近い10モル%(m値)と8.5モル%(n値)含まれていること、Li/(Mn+Fe+Ti)値より計算されるx値が0.31であるこ
とから、比較例4において、目的組成のリチウムマンガン系複合酸化物(Li1.31(Fe0.10Ti0.085Mn0.815)0.69O2)が得られたことが確認できた。
According to chemical analysis (Table 11 below), Fe and Ti are both contained 10 mol% (m value) and 8.5 mol% (n value) close to the charged amount (10 mol%), Li / (Mn + Since the x value calculated from the value of (Fe + Ti) is 0.31, in Comparative Example 4, a lithium manganese based composite oxide (Li 1.31 (Fe 0.10 Ti 0.085 Mn 0.815 ) 0.69 O 2 ) of the target composition was obtained. I was able to confirm.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

充放電試験
上記実施例5および比較例4で得た各複合酸化物20mgに対し、アセチレンブラック5mg、PTFE粉末0.5mgを乾式混合したものを正極材料とし、Li金属を負極材料として用い、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に支持塩であるLiPF6を溶解させた
1M溶液を電解液としてコイン型リチウム電池を作成した。このリチウム電池の充放電特性を30℃において(電位範囲2.0-4.8V(1サイクル目)、2.0-4.6V(2サイクル目以降)、電流
密度42.5mA/g)充電開始にて検討した。
Charge / discharge test 20 mg of each composite oxide obtained in Example 5 and Comparative Example 4 above, dry mixture of 5 mg of acetylene black and 0.5 mg of PTFE powder was used as a positive electrode material, and Li metal was used as a negative electrode material. A coin-type lithium battery was prepared using a 1M solution in which LiPF 6 as a supporting salt was dissolved in a mixed solvent of sodium carbonate and diethyl carbonate as an electrolyte. The charge / discharge characteristics of this lithium battery were studied at 30 ° C. (potential range 2.0-4.8 V (first cycle), 2.0-4.6 V (second cycle and later), current density 42.5 mA / g) at the start of charging.

実施例5(図中の実線)と比較例4(図中の破線)の各正極材料を用いたリチウム電池について、充放電特性を図22のグラフに示す。図22において、右上がりの曲線は充電曲線に対応し、右下がりの曲線は放電曲線に対応する。図23は各電池の放電容量の充放電サイクル依存性を示す。下記表12に上記試験で得られた初期充放電データおよび20サイクル後の放電容量を示す。   The charge / discharge characteristics of the lithium batteries using the positive electrode materials of Example 5 (solid line in the figure) and Comparative Example 4 (dashed line in the figure) are shown in the graph of FIG. In FIG. 22, the upward curve corresponds to the charging curve, and the downward curve corresponds to the discharge curve. FIG. 23 shows the charge / discharge cycle dependency of the discharge capacity of each battery. Table 12 below shows the initial charge / discharge data obtained in the above test and the discharge capacity after 20 cycles.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

図22および表12から、実施例5で得られた正極材料は、充電容量、平均放電電圧はほ
ぼ同等であるが、放電容量、充放電効率および放電エネルギー密度に関して優れていることがわかる。また図23および表12から、実施例5の正極の方が6サイクル目以降、放電容量が大きくなっていることがわかる。これらの結果より逆六角網目構造の単斜晶層状岩塩型結晶相を含む実施例5の試料の方が、そのような構造を持たない比較例4の試料よりも、充放電特性に優れたものであることは明らかである。
From FIG. 22 and Table 12, it can be seen that the positive electrode material obtained in Example 5 has substantially the same charge capacity and average discharge voltage, but is excellent in terms of discharge capacity, charge / discharge efficiency, and discharge energy density. Further, from FIG. 23 and Table 12, it can be seen that the positive electrode of Example 5 has a larger discharge capacity after the sixth cycle. From these results, the sample of Example 5 containing a monoclinic layered rock salt type crystal phase having an inverted hexagonal network structure has better charge / discharge characteristics than the sample of Comparative Example 4 having no such structure. Obviously.

さらに上記実施例5で得た各複合酸化物5mgに対し、アセチレンブラック5mg、PTFE粉末0.5mgを乾式混合したものを正極材料とし、Li金属を負極材料として用い、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に支持塩であるLiPF6を溶解させた1M溶液
を電解液としてコイン型リチウム電池を作成した。このリチウム電池の低温放電特性を30℃において充電開始にて検討した。電位範囲2.0-4.6Vであり、充放電時の電流密度を42.5mA/g(1/3C)に固定し、放電時の環境温度を30℃から0℃、-20℃の順に変化させて放電曲線を取得した。得られた放電曲線を図24に示す。実施例5で得られた放電容量を表13に
示す。
Further, 5 mg of each composite oxide obtained in Example 5 above, 5 mg of acetylene black and 0.5 mg of PTFE powder were dry-mixed as a positive electrode material, using Li metal as a negative electrode material, mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate A coin-type lithium battery was prepared using a 1M solution in which LiPF 6 as a supporting salt was dissolved in a solvent as an electrolyte. The low-temperature discharge characteristics of this lithium battery were examined at the start of charging at 30 ° C. The electric potential range is 2.0-4.6V, the current density during charging / discharging is fixed at 42.5mA / g (1 / 3C), and the environmental temperature during discharging is changed in the order of 30 ° C to 0 ° C and -20 ° C. A curve was acquired. The obtained discharge curve is shown in FIG. Table 13 shows the discharge capacity obtained in Example 5.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

図24と表13から実施例3で得られた正極材料は温度低下に伴う容量維持率が、0℃で79%、-20℃で55%であり、温度低下における容量低下が低く抑えられていることがわかる。これらの結果より逆六角網目構造の単斜晶層状岩塩型結晶相を含む実施例5の試料が、低
温放電特性に優れたものであることがわかる。
From FIG. 24 and Table 13, the positive electrode material obtained in Example 3 has a capacity retention rate of 79% at 0 ° C. and 55% at −20 ° C., and the capacity decrease due to the temperature decrease is kept low. I understand that. From these results, it can be seen that the sample of Example 5 containing a monoclinic layered rock salt type crystal phase having an inverted hexagonal network structure has excellent low-temperature discharge characteristics.

以上の結果から、逆六角網目構造を有するFeおよびTiイオンを含むリチウムマンガン系複合酸化物は、室温の充放電初期特性、サイクル特性が優れているのみならず、低温放電特性に優れた正極材料であることが明らかである。   From the above results, the lithium-manganese composite oxide containing Fe and Ti ions having an inverted hexagonal network structure has not only excellent room temperature charge / discharge initial characteristics and cycle characteristics but also excellent low temperature discharge characteristics. It is clear that

実施例6
過マンガン酸カリウム39.51g (全量0.25mol)を800mlの蒸留水に加え、完全に溶解させ
た。別のビーカーに水酸化リチウム水溶液(蒸留水1000mlに水酸化リチウム1水和物100gを溶解させた溶液)を作製した。この水酸化リチウム水溶液をチタン製ビーカーに入れ、エ
タノール300mlを加えて攪拌後、恒温漕内に静置し、恒温漕内を-10℃に保った。次いで、この水酸化リチウム水溶液に上記金属塩水溶液を2〜3時間かけて徐々に滴下して、Mn沈殿物を形成させた。反応液が完全にアルカリ性(pH11以上)になっていることを確認し、攪拌下に共沈物を含む反応液に室温で12時間以上空気を吹き込んで酸化処理して、沈殿を熟成させた。
Example 6
39.51 g (total amount 0.25 mol) of potassium permanganate was added to 800 ml of distilled water and completely dissolved. An aqueous lithium hydroxide solution (a solution in which 100 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 1000 ml of distilled water) was prepared in another beaker. This lithium hydroxide aqueous solution was put into a titanium beaker, 300 ml of ethanol was added and stirred, and then left in a constant temperature bath to keep the constant temperature chamber at -10 ° C. Next, the metal salt aqueous solution was gradually dropped into the lithium hydroxide aqueous solution over 2 to 3 hours to form an Mn precipitate. After confirming that the reaction solution was completely alkaline (pH 11 or more), air was blown into the reaction solution containing the coprecipitate with stirring at room temperature for 12 hours or more to ripen the precipitate.

得られた沈殿を蒸留水で洗浄して濾別し、この沈殿生成物を水酸化リチウム1水和物50g、塩素酸カリウム50g、水酸化カリウム309g及び蒸留水600mlとともにポリテトラフルオロエチレンビーカー中に入れ、よく攪拌した。この水溶液のpHは11以上であった。その後、水熱反応炉(オートクレーブ)内に設置し、220℃で48時間水熱処理した。   The resulting precipitate was washed with distilled water and filtered, and the precipitated product was placed in a polytetrafluoroethylene beaker together with 50 g of lithium hydroxide monohydrate, 50 g of potassium chlorate, 309 g of potassium hydroxide and 600 ml of distilled water. And stirred well. The pH of this aqueous solution was 11 or more. Thereafter, it was placed in a hydrothermal reactor (autoclave) and hydrothermally treated at 220 ° C. for 48 hours.

水熱処理終了後、反応炉を室温付近まで冷却し、水熱処理反応液を含むビーカーをオートクレーブ外に取り出し、生成している沈殿物を蒸留水で洗浄して、過剰に存在する水酸化リチウムなどの塩類を除去し、濾過することにより、粉末状生成物(リチウムマンガン系複合酸化物)を得た。生成物を200℃、10時間大気中乾燥して、目的物であるリチウム
マンガン系複合酸化物を粉末状生成物として得た。
After the hydrothermal treatment is completed, the reaction furnace is cooled to near room temperature, the beaker containing the hydrothermal treatment reaction solution is taken out of the autoclave, and the generated precipitate is washed with distilled water to remove excess lithium hydroxide and the like. Salts were removed and filtered to obtain a powdery product (lithium manganese composite oxide). The product was dried in the atmosphere at 200 ° C. for 10 hours to obtain the target lithium manganese composite oxide as a powder product.

この最終生成物のX線回折パターンを図25に示す。リートベルト解析結果(プログラムはRIETAN-2000を使用)より、すべてのピークは上記参考文献に記載されている単斜晶層状岩塩型のLi2MnO3の単位胞 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. From the results of Rietveld analysis (the program uses RIETAN-2000), all peaks are unit cells of monoclinic layered rock salt type Li 2 MnO 3 described in the above references.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=4.9247(11)Å, b=8.5348(13)Å、c=5.0162(6)Å。β=109.168(18)°
)のみで指数付けできた。
(A = 4.9247 (11) Å, b = 8.5348 (13) Å, c = 5.0162 (6) Å. Β = 109.168 (18) °
) Was able to index.

得られた4g位置の遷移金属占有率(g4g)は、56.3(4)%であるのに対して2b位置の遷移金
属占有率(g2b)は74.8(6)%であり、その差で定義される六角網目規則度Sは-18.5(6)%であ
り負の値を取ることから、実施例6で得られたリチウムマンガン系複合酸化物は逆六角網
目構造を有することがわかる。
The resulting transition metal occupancy (g 4g ) at the 4g position is 56.3 (4)%, whereas the transition metal occupancy (g 2b ) at the 2b position is 74.8 (6)%, The defined hexagonal network regularity S is -18.5 (6)%, which is a negative value. Thus, it can be understood that the lithium manganese composite oxide obtained in Example 6 has an inverted hexagonal network structure.

化学分析(下記表14)により、Li/Mn値より計算されるx値が0.31であることから、実施例6において、目的組成のリチウムマンガン系複合酸化物(Li1.31Mn0.69O2)が得られたこと
が確認できた。
According to chemical analysis (Table 14 below), since the x value calculated from the Li / Mn value is 0.31, in Example 6, a lithium manganese composite oxide (Li 1.31 Mn 0.69 O 2 ) having the target composition was obtained. I was able to confirm.

比較例5
塩化マンガン(II)4水和物49.48g (全量0.25mol)を500mlの蒸留水に加え、完全に溶解させた。別のビーカーに水酸化リチウム水溶液(蒸留水500mlに水酸化リチウム1水和物50gを溶解させた溶液)を作製した。この水酸化リチウム水溶液をチタン製ビーカーに入れ、エタ
ノール150mlを加えて攪拌後、恒温漕内に静置し、恒温漕内を-10℃に保った。次いで、この水酸化リチウム水溶液に上記金属塩水溶液を2〜3時間かけて徐々に滴下して、Mn沈殿物を形成させた。反応液が完全にアルカリ性(pH11以上)になっていることを確認し、攪拌下に共沈物を含む反応液に室温で12時間以上空気を吹き込んで酸化処理して、沈殿を熟成させた。
Comparative Example 5
Manganese (II) chloride tetrahydrate 49.48 g (total amount 0.25 mol) was added to 500 ml of distilled water and completely dissolved. An aqueous lithium hydroxide solution (a solution in which 50 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 500 ml of distilled water) was prepared in another beaker. This lithium hydroxide aqueous solution was put into a titanium beaker, 150 ml of ethanol was added and stirred, and then allowed to stand in a thermostatic bath, and the thermostatic bath was kept at −10 ° C. Next, the metal salt aqueous solution was gradually dropped into the lithium hydroxide aqueous solution over 2 to 3 hours to form an Mn precipitate. After confirming that the reaction solution was completely alkaline (pH 11 or more), air was blown into the reaction solution containing the coprecipitate with stirring at room temperature for 12 hours or more to ripen the precipitate.

得られた沈殿を蒸留水で洗浄して濾別し、この沈殿生成物を水酸化リチウム1水和物50g、塩素酸カリウム50g、水酸化カリウム309g及び蒸留水600mlとともにポリテトラフルオロエチレンビーカー中に入れ、よく攪拌した。この水溶液のpHは11以上であった。その後、水熱反応炉(オートクレーブ)内に設置し、220℃で48時間水熱処理した。   The resulting precipitate was washed with distilled water and filtered, and the precipitated product was placed in a polytetrafluoroethylene beaker together with 50 g of lithium hydroxide monohydrate, 50 g of potassium chlorate, 309 g of potassium hydroxide and 600 ml of distilled water. And stirred well. The pH of this aqueous solution was 11 or more. Thereafter, it was placed in a hydrothermal reactor (autoclave) and hydrothermally treated at 220 ° C. for 48 hours.

水熱処理終了後、反応炉を室温付近まで冷却し、水熱処理反応液を含むビーカーをオートクレーブ外に取り出し、生成している沈殿物を蒸留水で洗浄して、過剰に存在する水酸化リチウムなどの塩類を除去し、濾過することにより、粉末状生成物(リチウムマンガン
系複合酸化物)を得た。
After the hydrothermal treatment is completed, the reaction furnace is cooled to near room temperature, the beaker containing the hydrothermal treatment reaction solution is taken out of the autoclave, and the generated precipitate is washed with distilled water to remove excess lithium hydroxide and the like. Salts were removed and filtered to obtain a powdery product (lithium manganese composite oxide).

濾過して得た粉末を、水酸化リチウム1水和物5.25gを蒸留水100mlに溶解させた水酸化
リチウム水溶液と混合し、攪拌後、100℃において一晩乾燥し、粉砕して粉末を作製した
The powder obtained by filtration was mixed with lithium hydroxide aqueous solution in which 5.25 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 100 ml of distilled water, stirred, dried overnight at 100 ° C, and pulverized to produce powder did.

次いで、得られた粉末を大気中で1時間かけて750℃まで昇温し、その温度で20時間焼
成後、炉中で室温付近まで冷却し、過剰のリチウム塩を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、300℃、10時間大気中乾燥して、目的物であるリチウムマンガン系複
合酸化物を粉末状生成物として得た。
Next, the obtained powder was heated to 750 ° C. in the air over 1 hour, baked at that temperature for 20 hours, cooled to near room temperature in the furnace, and then baked to remove excess lithium salt. Was washed with distilled water, filtered, and dried in the atmosphere at 300 ° C. for 10 hours to obtain the target lithium manganese composite oxide as a powdery product.

この最終生成物のX線回折パターンを図26に示す。リートベルト解析結果(プログラムはRIETAN-2000を使用)より、すべてのピークは上記参考文献に記載されている単斜晶層状岩塩型のLi2MnO3の単位胞 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. From the results of Rietveld analysis (the program uses RIETAN-2000), all peaks are unit cells of monoclinic layered rock salt type Li 2 MnO 3 described in the above references.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

を有する結晶相(a=4.9239(4)Å, b=8.5287(5)Å、c=5.0160(3)Å。β=109.274(3)°)のみで指数付けできた。 It was possible to index only with a crystal phase having (a = 4.9239 (4) Å, b = 8.5287 (5) Å, c = 5.0160 (3) Å, β = 109.274 (3) °).

得られた4g位置の遷移金属占有率(g4g)は、83.3(3)%であるのに対して2b位置の遷移金
属占有率(g2b)は26.0(3)%であり、その差で定義される六角網目規則度Sは+57.3(3)%であ
り正の値を取ることから、比較例5で得られたリチウムマンガン系複合酸化物は実施例6とは異なる六角網目構造を有することがわかる。
The resulting transition metal occupancy (g 4g ) at the 4g position was 83.3 (3)%, whereas the transition metal occupancy (g 2b ) at the 2b position was 26.0 (3)%, Since the defined hexagonal network regularity S is +57.3 (3)% and takes a positive value, the lithium manganese composite oxide obtained in Comparative Example 5 has a hexagonal network structure different from that in Example 6. I understand that.

化学分析(下記表14)により、Li/Mn値より計算されるx値が0.35であることから、比較例5において、目的組成のリチウムマンガン系複合酸化物(Li1.35Mn0.65O2)が得られたこ
とが確認できた。
As a result of chemical analysis (Table 14 below), the x value calculated from the Li / Mn value is 0.35. Therefore, in Comparative Example 5, a lithium manganese composite oxide (Li 1.35 Mn 0.65 O 2 ) having the target composition was obtained. I was able to confirm.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

充放電試験
上記実施例6および比較例5で得た各複合酸化物5mgに対し、アセチレンブラック5mg、PTFE粉末0.5mgを乾式混合したものを正極材料とし、Li金属を負極材料として用い、エチレ
ンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に支持塩であるLiPF6を溶解させた
1M溶液を電解液としてコイン型リチウム電池を作成した。このリチウム電池の充放電特性を30℃において(電位範囲2.0-5.5(初期充電量は500mAh/gの容量規制を実施)、電流密度40.0mA/g)充電開始にて検討した。
Charge / discharge test 5 mg of each composite oxide obtained in Example 6 and Comparative Example 5 above, dry mixture of acetylene black 5 mg and PTFE powder 0.5 mg was used as a positive electrode material, Li metal was used as a negative electrode material, ethylene carbonate A coin-type lithium battery was prepared using a 1M solution in which LiPF 6 as a supporting salt was dissolved in a mixed solvent of sodium carbonate and diethyl carbonate as an electrolyte. The charge / discharge characteristics of this lithium battery were studied at 30 ° C. (potential range 2.0-5.5 (initial charge amount was 500 mAh / g capacity regulation), current density 40.0 mA / g) at the start of charge.

実施例6(図中の実線)と比較例5(図中の破線)の各正極材料を用いたリチウム電池について、充放電特性を図27のグラフに示す。図27において、右上がりの曲線は充電曲
線に対応し、右下がりの曲線は放電曲線に対応する。下記表15に上記試験で得られた初期充放電データを示す。
FIG. 27 is a graph showing charge / discharge characteristics of lithium batteries using the positive electrode materials of Example 6 (solid line in the figure) and Comparative Example 5 (dashed line in the figure). In FIG. 27, the upward curve corresponds to the charge curve, and the downward curve corresponds to the discharge curve. Table 15 below shows the initial charge / discharge data obtained in the above test.

Figure 0005516926
Figure 0005516926

図27および表15から、実施例6で得られた正極材料は、放電平均電圧のみ比較例5
の試料に劣るものの、放電容量、充放電効率、放電エネルギー密度に関して優れていることがわかる。これらの結果より、逆六角網目構造の単斜晶層状岩塩型結晶相を含むリチウムマンガン酸化物である実施例6の試料は、六角網目構造を有する比較例5の試料よりも、充放電特性に優れたものであることが明らかである。
From FIG. 27 and Table 15, the positive electrode material obtained in Example 6 is the same as that in Comparative Example 5 only in the discharge average voltage.
Although it is inferior to this sample, it is understood that the discharge capacity, charge / discharge efficiency, and discharge energy density are excellent. From these results, the sample of Example 6, which is a lithium manganese oxide containing a monoclinic layered rock salt type crystal phase having an inverted hexagonal network structure, has more charge / discharge characteristics than the sample of Comparative Example 5 having a hexagonal network structure. It is clear that it is excellent.

以上の実施例及び比較例の結果から明らかなように、本発明の逆六角網目構造を有する単斜晶層状岩塩型結晶相を含むリチウムマンガン複合酸化物は、室温において優れた放電特性を示すだけでなく、充放電曲線の直線性が高いために、電池容量確認が容易であり、更に、大電流密度下での放電時や-20℃までの低温においても優れた放電特性を示し、小
型民生用のみならず車載用などの大型リチウムイオン二次電池用正極材料として、優れた性能を有することが明らかとなった。
As is clear from the results of the above Examples and Comparative Examples, the lithium manganese composite oxide containing the monoclinic layered rock salt type crystal phase having the inverted hexagonal network structure of the present invention only exhibits excellent discharge characteristics at room temperature. In addition, since the charge / discharge curve has high linearity, it is easy to check the battery capacity.In addition, it has excellent discharge characteristics when discharged under large current densities and at temperatures as low as -20 ° C. As a positive electrode material for large-sized lithium ion secondary batteries not only for use but also for vehicles, it has been revealed that it has excellent performance.

本発明のリチウムマンガン系複合酸化物を構成する結晶相の内で、単斜晶層状岩塩型構造の結晶相をLi2MnO3を例に模式的に示す図面であり、Li層とMn-Li層の積層状態を示すものである。FIG. 2 is a drawing schematically showing a monoclinic layered rock salt structure crystal phase of Li 2 MnO 3 as an example, among the crystal phases constituting the lithium manganese composite oxide of the present invention. The Li layer and the Mn-Li It shows the laminated state of the layers. 本発明のリチウムマンガン系複合酸化物を構成する結晶相の内で、単斜晶層状岩塩型構造の結晶相をLi2MnO3を例に模式的に示す図面であり、Mn-Li層内の陽イオン配列を示すものである。FIG. 2 is a drawing schematically showing a monoclinic layered rock-salt structure crystal phase as an example of Li 2 MnO 3 among the crystal phases constituting the lithium-manganese composite oxide of the present invention. It shows a cation array. 実施例1で得られたX線回折パターンを示す図面である。+の記号が実測値、実線が計算曲線である。その残差がパターンの下に同一スケールで示されている。計算曲線を構成する各回折ピーク位置が垂直棒の形でパターン直下に示されている。1 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern obtained in Example 1. The + symbol is the measured value, and the solid line is the calculated curve. The residual is shown on the same scale below the pattern. Each diffraction peak position constituting the calculation curve is shown directly under the pattern in the form of a vertical bar. 実施例2で得られたX線回折パターンを示す図面である。+の記号が実測値、実線が計算曲線である。その残差がパターンの下に同一スケールで示されている。計算曲線を構成する各回折ピーク位置が垂直棒の形でパターン直下に示されている。2 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern obtained in Example 2. The + symbol is the measured value, and the solid line is the calculated curve. The residual is shown on the same scale below the pattern. Each diffraction peak position constituting the calculation curve is shown directly under the pattern in the form of a vertical bar. 比較例1で得られたX線回折パターンを示す図面である。+の記号が実測値、実線が計算曲線である。その残差がパターンの下に同一スケールで示されている。計算曲線を構成する各回折ピーク位置が垂直棒の形でパターン直下に示されている。6 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern obtained in Comparative Example 1. The + symbol is the measured value, and the solid line is the calculated curve. The residual is shown on the same scale below the pattern. Each diffraction peak position constituting the calculation curve is shown directly under the pattern in the form of a vertical bar. 実施例1および比較例1で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における初期充放電特性を示すグラフである。It is a graph which shows the initial stage charging / discharging characteristic in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which used the sample obtained in Example 1 and Comparative Example 1 as a positive electrode material, respectively. 実施例1および比較例1で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における放電容量のサイクル数依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycle number dependence of the discharge capacity in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which each used the sample obtained in Example 1 and Comparative Example 1 as a positive electrode material. 実施例2および比較例1で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における放電曲線の電流密度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the current density dependence of the discharge curve in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which each used the sample obtained in Example 2 and Comparative Example 1 as a positive electrode material. 実施例3で得られたX線回折パターンを示す図面である。+の記号が実測値、実線が計算曲線である。その残差がパターンの下に同一スケールで示されている。計算曲線を構成する各相(単斜晶相と立方晶相)の回折ピーク位置が垂直棒の形でパターン直下に示されている。2 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern obtained in Example 3. The + symbol is the measured value, and the solid line is the calculated curve. The residual is shown on the same scale below the pattern. The diffraction peak position of each phase (monoclinic phase and cubic phase) constituting the calculation curve is shown directly below the pattern in the form of a vertical bar. 比較例2で得られたX線回折パターンを示す図面である。+の記号が実測値、実線が計算曲線である。その残差がパターンの下に同一スケールで示されている。計算曲線を構成する各回折ピーク位置が垂直棒の形でパターン直下に示されている。6 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern obtained in Comparative Example 2. The + symbol is the measured value, and the solid line is the calculated curve. The residual is shown on the same scale below the pattern. Each diffraction peak position constituting the calculation curve is shown directly under the pattern in the form of a vertical bar. 実施例3および比較例2で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における初期充放電特性を示すグラフである。It is a graph which shows the initial stage charge / discharge characteristic in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which used the sample obtained in Example 3 and Comparative Example 2 as a positive electrode material, respectively. 実施例3および比較例2で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における放電容量のサイクル数依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycle number dependence of the discharge capacity in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which each used the sample obtained in Example 3 and Comparative Example 2 as a positive electrode material. 実施例3および比較例2で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における10サイクル目および20サイクル目の充放電特性を示すグラフである。It is a graph which shows the charging / discharging characteristic of the 10th cycle and 30th cycle in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which each used the sample obtained in Example 3 and Comparative Example 2 as a positive electrode material. 実施例3および比較例2で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における放電曲線の電流密度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the current density dependence of the discharge curve in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which each used the sample obtained in Example 3 and Comparative Example 2 as a positive electrode material. 実施例3および比較例2で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の放電曲線の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of the discharge curve of the coin-type lithium battery which used the sample obtained in Example 3 and Comparative Example 2 as a positive electrode material, respectively. 実施例4で得られたX線回折パターンを示す図面である。+の記号が実測値、実線が計算曲線である。その残差がパターンの下に同一スケールで示されている。計算曲線を構成する各回折ピーク位置が垂直棒の形でパターン直下に示されている。6 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern obtained in Example 4. The + symbol is the measured value, and the solid line is the calculated curve. The residual is shown on the same scale below the pattern. Each diffraction peak position constituting the calculation curve is shown directly under the pattern in the form of a vertical bar. 比較例3で得られたX線回折パターンを示す図面である。+の記号が実測値、実線が計算曲線である。その残差がパターンの下に同一スケールで示されている。計算曲線を構成する各回折ピーク位置が垂直棒の形でパターン直下に示されている。6 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern obtained in Comparative Example 3. The + symbol is the measured value, and the solid line is the calculated curve. The residual is shown on the same scale below the pattern. Each diffraction peak position constituting the calculation curve is shown directly under the pattern in the form of a vertical bar. 実施例4および比較例3で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における初期充放電特性を示すグラフである。It is a graph which shows the initial stage charge / discharge characteristic in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which used the sample obtained in Example 4 and Comparative Example 3 as a positive electrode material, respectively. 実施例4および比較例3で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における放電容量のサイクル数依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycle number dependence of the discharge capacity in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which each used the sample obtained in Example 4 and Comparative Example 3 as a positive electrode material. 実施例5で得られたX線回折パターンを示す図面である。+の記号が実測値、実線が計算曲線である。その残差がパターンの下に同一スケールで示されている。計算曲線を構成する各相(単斜晶相と立方晶相)の回折ピーク位置が垂直棒の形でパターン直下に示されている。6 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern obtained in Example 5. The + symbol is the measured value, and the solid line is the calculated curve. The residual is shown on the same scale below the pattern. The diffraction peak position of each phase (monoclinic phase and cubic phase) constituting the calculation curve is shown directly below the pattern in the form of a vertical bar. 比較例4で得られたX線回折パターンを示す図面である。+の記号が実測値、実線が計算曲線である。その残差がパターンの下に同一スケールで示されている。計算曲線を構成する各回折ピーク位置が垂直棒の形でパターン直下に示されている。5 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern obtained in Comparative Example 4. The + symbol is the measured value, and the solid line is the calculated curve. The residual is shown on the same scale below the pattern. Each diffraction peak position constituting the calculation curve is shown directly under the pattern in the form of a vertical bar. 実施例5および比較例4で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における初期充放電特性を示すグラフである。It is a graph which shows the initial stage charge / discharge characteristic in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which used the sample obtained in Example 5 and Comparative Example 4 as a positive electrode material, respectively. 実施例5および比較例4で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における放電容量のサイクル数依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycle number dependence of the discharge capacity in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which used the sample obtained in Example 5 and Comparative Example 4 as a positive electrode material, respectively. 実施例5で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の放電曲線の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of the discharge curve of the coin-type lithium battery which each used the sample obtained in Example 5 as a positive electrode material. 実施例6で得られたX線回折パターンを示す図面である。+の記号が実測値、実線が計算曲線である。その残差がパターンの下に同一スケールで示されている。計算曲線を構成する各回折ピーク位置が垂直棒の形でパターン直下に示されている。6 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern obtained in Example 6. The + symbol is the measured value, and the solid line is the calculated curve. The residual is shown on the same scale below the pattern. Each diffraction peak position constituting the calculation curve is shown directly under the pattern in the form of a vertical bar. 比較例5で得られたX線回折パターンを示す図面である。+の記号が実測値、実線が計算曲線である。その残差がパターンの下に同一スケールで示されている。計算曲線を構成する各回折ピーク位置が垂直棒の形でパターン直下に示されている。6 is a drawing showing an X-ray diffraction pattern obtained in Comparative Example 5. The + symbol is the measured value, and the solid line is the calculated curve. The residual is shown on the same scale below the pattern. Each diffraction peak position constituting the calculation curve is shown directly under the pattern in the form of a vertical bar. 実施例6および比較例5で得られた試料をそれぞれ正極材料として用いたコイン型リチウム電池の30℃における初期充放電特性を示すグラフである。It is a graph which shows the initial stage charge / discharge characteristic in 30 degreeC of the coin-type lithium battery which each used the sample obtained in Example 6 and Comparative Example 5 as a positive electrode material.

Claims (6)

組成式:Li1+x(Mn1-m-nFemTin)1-xO2(0<x<1/3, 0≦m≦0.60, 0≦n≦0.60, 0≦m+n≦0.60)で表され、単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造を有する結晶相を含むリチウムマンガン系複
合酸化物であって、
該単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相の遷移金属含有層内の六角網目規則構造にお
いて、六角網目中心位置の遷移金属占有率が、六角網目格子構成位置の遷移金属占有率より大きいことを特徴とするリチウムマンガン系複合酸化物。
Composition formula: Li 1 + x (Mn 1-mn Fe m Ti n ) 1-x O 2 (0 <x <1/3, 0 ≦ m ≦ 0.60, 0 ≦ n ≦ 0.60, 0 ≦ m + n ≦ 0.60 And a monolithic Li 2 MnO 3 type layered rock salt type structure containing a crystalline phase comprising a lithium manganese-based composite oxide,
In the hexagonal network regular structure in the transition metal-containing layer of the crystal phase of the monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure, the transition metal occupancy at the hexagonal network center position is the transition metal occupancy at the hexagonal network configuration position Lithium manganese complex oxide characterized by being larger.
単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相の単相、又は単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相と立方晶岩塩型構造の結晶相の混合相からなる請求項1に記載のリチウムマンガン系複合酸化物。 Crystalline single phase of monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock-salt structure, or monoclinic Li 2 crystal phase of MnO 3 type layered rock-salt structure and the cubic of crystalline phase mixed phase of the rock-salt type structure according Item 2. The lithium manganese composite oxide according to Item 1. 組成式:Li1+x(Mn1-m-nFemTin)1-xO2において、0.20≦m+n≦0.60である請求項1又は2に記載のリチウムマンガン系複合酸化物。 3. The lithium manganese composite oxide according to claim 1, wherein in the composition formula: Li 1 + x (Mn 1-mn Fe m Ti n ) 1-x O 2 , 0.20 ≦ m + n ≦ 0.60. マンガン化合物と、必要に応じて、チタン化合物及び鉄化合物を含む水溶液をアルカリ性として沈殿物を形成し、得られた沈殿物を酸化剤および水溶性リチウム化合物と共にpH11以上のアルカリ性条件下で水熱処理し、次いで、水熱処理後の生成物をリチウム化合物の存在下で焼成することを特徴とする、請求項1に記載のリチウムマンガン系複合酸化物の製造方法。
An aqueous solution containing a manganese compound and, if necessary, an aqueous solution containing a titanium compound and an iron compound is made alkaline to form a precipitate, and the obtained precipitate is hydrothermally treated with an oxidizing agent and a water-soluble lithium compound under alkaline conditions of pH 11 or higher. Then, the product after hydrothermal treatment is fired in the presence of a lithium compound, The method for producing a lithium manganese composite oxide according to claim 1.
組成式:Li1+x(Mn1-m-nFemTin)1-xO2(0<x<1/3, 0≦m≦0.60, 0≦n≦0.60, 0≦m+n≦0.60)で表され、単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造を有する結晶相を含むリチウムマンガン系複
合酸化物であって、
該単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相の遷移金属含有層内の六角網目規則構造にお
いて、六角網目中心位置の遷移金属占有率が、六角網目格子構成位置の遷移金属占有率より大きいリチウムマンガン系複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池正極材料。
Composition formula: Li 1 + x (Mn 1-mn Fe m Ti n ) 1-x O 2 (0 <x <1/3, 0 ≦ m ≦ 0.60, 0 ≦ n ≦ 0.60, 0 ≦ m + n ≦ 0.60 And a monolithic Li 2 MnO 3 type layered rock salt type structure containing a crystalline phase comprising a lithium manganese-based composite oxide,
In the hexagonal network regular structure in the transition metal-containing layer of the crystal phase of the monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure, the transition metal occupancy at the hexagonal network center position is the transition metal occupancy at the hexagonal network configuration position A positive electrode material for a lithium ion secondary battery comprising a larger lithium manganese composite oxide.
組成式:Li1+x(Mn1-m-nFemTin)1-xO2(0<x<1/3, 0≦m≦0.60, 0≦n≦0.60, 0≦m+n≦0.60)で表され、単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造を有する結晶相を含むリチウムマンガン系複
合酸化物であって、
該単斜晶Li2MnO3型層状岩塩型構造の結晶相の遷移金属含有層内の六角網目規則構造にお
いて、六角網目中心位置の遷移金属占有率が、六角網目格子構成位置の遷移金属占有率より大きいリチウムマンガン系複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池正極材料を構成要素とするリチウムイオン二次電池。
Composition formula: Li 1 + x (Mn 1-mn Fe m Ti n ) 1-x O 2 (0 <x <1/3, 0 ≦ m ≦ 0.60, 0 ≦ n ≦ 0.60, 0 ≦ m + n ≦ 0.60 And a monolithic Li 2 MnO 3 type layered rock salt type structure containing a crystalline phase comprising a lithium manganese-based composite oxide,
In the hexagonal network regular structure in the transition metal-containing layer of the crystal phase of the monoclinic Li 2 MnO 3 type layered rock salt structure, the transition metal occupancy at the hexagonal network center position is the transition metal occupancy at the hexagonal network configuration position A lithium ion secondary battery comprising a lithium ion secondary battery positive electrode material made of a larger lithium manganese composite oxide as a constituent element.
JP2008018492A 2008-01-30 2008-01-30 Monoclinic Lithium Manganese Composite Oxide with Regular Structure and Method for Producing the Same Active JP5516926B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008018492A JP5516926B2 (en) 2008-01-30 2008-01-30 Monoclinic Lithium Manganese Composite Oxide with Regular Structure and Method for Producing the Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008018492A JP5516926B2 (en) 2008-01-30 2008-01-30 Monoclinic Lithium Manganese Composite Oxide with Regular Structure and Method for Producing the Same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009179501A JP2009179501A (en) 2009-08-13
JP5516926B2 true JP5516926B2 (en) 2014-06-11

Family

ID=41033762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008018492A Active JP5516926B2 (en) 2008-01-30 2008-01-30 Monoclinic Lithium Manganese Composite Oxide with Regular Structure and Method for Producing the Same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5516926B2 (en)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5263761B2 (en) * 2008-05-19 2013-08-14 独立行政法人産業技術総合研究所 Monoclinic lithium manganese composite oxide having cation ordered structure and method for producing the same
JP6015886B2 (en) * 2010-07-20 2016-10-26 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Lithium manganese composite oxide and method for producing the same
JP2012142155A (en) 2010-12-28 2012-07-26 Sony Corp Lithium secondary battery, positive electrode active material, positive electrode, power tool, electric vehicle, and power storage system
JP2012142154A (en) 2010-12-28 2012-07-26 Sony Corp Lithium ion secondary battery, power tool, electric vehicle and power storage system
JP5958926B2 (en) * 2011-11-08 2016-08-02 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Lithium manganese composite oxide and method for producing the same
JP6094491B2 (en) * 2012-02-06 2017-03-15 日本電気株式会社 Lithium ion battery and manufacturing method thereof
JP6128303B2 (en) * 2012-04-03 2017-05-17 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Lithium manganese composite oxide and method for producing the same
TWI661600B (en) * 2013-07-15 2019-06-01 日商半導體能源研究所股份有限公司 Lithium-manganese composite oxide, secondary battery, and electric device
KR102353681B1 (en) 2013-11-29 2022-01-19 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Lithium-manganese composite oxide and secondary battery
US10862120B2 (en) 2015-12-07 2020-12-08 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Positive electrode active material for potassium ion secondary cell
DE112017007748B3 (en) 2016-07-05 2022-07-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Lithium ion secondary battery
CN116387603A (en) 2016-10-12 2023-07-04 株式会社半导体能源研究所 Positive electrode active material particle and method for producing positive electrode active material particle
WO2018207049A1 (en) 2017-05-12 2018-11-15 株式会社半導体エネルギー研究所 Positive electrode active material particles
DE202018006852U1 (en) 2017-05-19 2023-10-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Positive electrode active material and secondary battery
KR102588500B1 (en) 2017-06-26 2023-10-11 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Manufacturing method of positive active material and secondary battery
JP7302826B2 (en) * 2018-06-06 2023-07-04 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Lithium-manganese composite oxide and method for producing the same

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3500424B2 (en) * 2000-08-31 2004-02-23 独立行政法人産業技術総合研究所 Single-phase lithium ferrite composite oxide
JP3631150B2 (en) * 2001-02-21 2005-03-23 日本碍子株式会社 Method for selecting lithium manganate and method for producing lithium secondary battery
JP3940788B2 (en) * 2001-08-01 2007-07-04 独立行政法人産業技術総合研究所 Lithium ferrite composite oxide and method for producing the same
JP4189486B2 (en) * 2003-09-22 2008-12-03 独立行政法人産業技術総合研究所 Method for producing lithium-iron-manganese composite oxide
JP4543156B2 (en) * 2005-03-24 2010-09-15 独立行政法人産業技術総合研究所 Lithium ferrite composite oxide and method for producing the same
JP4691711B2 (en) * 2006-03-20 2011-06-01 独立行政法人産業技術総合研究所 Lithium manganese composite oxide and method for producing the same
JP4997609B2 (en) * 2006-08-21 2012-08-08 独立行政法人産業技術総合研究所 Method for producing lithium manganese composite oxide
JP5263761B2 (en) * 2008-05-19 2013-08-14 独立行政法人産業技術総合研究所 Monoclinic lithium manganese composite oxide having cation ordered structure and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009179501A (en) 2009-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5516926B2 (en) Monoclinic Lithium Manganese Composite Oxide with Regular Structure and Method for Producing the Same
JP5263761B2 (en) Monoclinic lithium manganese composite oxide having cation ordered structure and method for producing the same
JP4963059B2 (en) Lithium manganese composite oxide containing titanium and nickel
JP4691711B2 (en) Lithium manganese composite oxide and method for producing the same
JP6119003B2 (en) Lithium manganese composite oxide and method for producing the same
US7678503B2 (en) Surface and bulk modified high capacity layered oxide cathodes with low irreversible capacity loss
JP5798681B2 (en) Positive electrode material having a size-dependent composition
JP5958926B2 (en) Lithium manganese composite oxide and method for producing the same
JP3940788B2 (en) Lithium ferrite composite oxide and method for producing the same
JP4997609B2 (en) Method for producing lithium manganese composite oxide
JP5673932B2 (en) Lithium manganese composite oxide having cubic rock salt structure and method for producing the same
JP6128303B2 (en) Lithium manganese composite oxide and method for producing the same
JP2023523209A (en) Positive electrode active material containing spinel composite solid solution oxide, method for producing same, and lithium secondary battery containing same
JPWO2018169004A1 (en) Nickel-manganese composite oxide and method for producing the same
JP4457213B2 (en) Method for producing lithium ferrite composite oxide
JP4423391B2 (en) Lithium ferrite composite oxide and method for producing the same
JP7048944B2 (en) Titanium and / or germanium-substituted lithium-manganese-based composite oxide and its production method
JP4543156B2 (en) Lithium ferrite composite oxide and method for producing the same
WO2007007581A1 (en) Positive electrode material for lithium secondary battery, process for production of the same, and lithium secondary material manufactured using the same
JP4734672B2 (en) Method for producing lithium-iron-manganese composite oxide
JP3914981B2 (en) Cubic rock salt type lithium ferrite oxide and method for producing the same
JP3968420B2 (en) Cubic rock salt type lithium ferrite complex oxide and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100618

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120207

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121204

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131008

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131031

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: 20140318

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140319

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5516926

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250