JP5598726B2 - Lithium secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム遷移金属酸化物を正極活物質に用いたリチウム二次電池および該電池用の正極活物質に関する。   The present invention relates to a lithium secondary battery using a lithium transition metal oxide as a positive electrode active material and a positive electrode active material for the battery.

リチウム二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として、その重要性がますます高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好適なものとして期待されている。リチウム二次電池に用いられる正極活物質の代表例として、リチウム(Li)と少なくとも一種の遷移金属元素とを含む複合酸化物(以下、リチウム遷移金属酸化物ともいう。)が挙げられる。リチウム二次電池に関する技術文献として特許文献1が挙げられる。   Lithium secondary batteries are becoming increasingly important as on-vehicle power supplies or personal computers and portable terminals. In particular, a lithium ion secondary battery that is lightweight and obtains a high energy density is expected to be suitable as a high-output power source mounted on a vehicle. As a typical example of a positive electrode active material used for a lithium secondary battery, a composite oxide containing lithium (Li) and at least one transition metal element (hereinafter also referred to as lithium transition metal oxide) can be given. Patent document 1 is mentioned as a technical document regarding a lithium secondary battery.

特開2006−310181号公報JP 2006-310181 A

リチウム二次電池を広いSOC(充電状態;State of charge)幅で使用すると、該電池の単位体積または単位質量から取り出して有効に利用し得るエネルギー量はより多くなり得る。このことは、例えば、高出力および高エネルギー密度が求められる車両搭載用電池(例えば車両駆動電源)において特に有意義である。しかしながら、一般にリチウム二次電池はSOCが低くなると出力(例えば低温における出力)が小さくなるため、単純にSOC幅を広くするだけでは該SOC幅の全体に亘って確保し得る出力値が小さくなってしまう。また、より広いSOC幅で電池を使用すると、充放電サイクルによる劣化(例えば容量の低下)が大きくなる傾向にある。特に、車両駆動電源において要求されるような高温かつ大電流での充放電サイクルでは電池が劣化しやすかった。   When a lithium secondary battery is used in a wide SOC (state of charge) width, the amount of energy that can be effectively utilized by taking out the unit volume or unit mass of the battery can be increased. This is particularly significant in, for example, a vehicle-mounted battery (for example, a vehicle drive power source) that requires high output and high energy density. However, since the output (for example, output at a low temperature) of a lithium secondary battery generally decreases as the SOC decreases, the output value that can be secured over the entire SOC width is reduced simply by widening the SOC width. End up. Further, when a battery is used with a wider SOC width, deterioration due to charge / discharge cycles (for example, reduction in capacity) tends to increase. In particular, the battery is likely to deteriorate in a charge / discharge cycle at a high temperature and a large current as required in a vehicle drive power supply.

本発明の一つの目的は、低SOC領域における出力に優れ、かつ充放電サイクルによる劣化が抑制されたリチウム二次電池を提供することである。関連する他の目的は、かかるリチウム二次電池用の正極活物質を製造する方法を提供することである。   One object of the present invention is to provide a lithium secondary battery that is excellent in output in a low SOC region and in which deterioration due to charge / discharge cycles is suppressed. Another related object is to provide a method for producing such a positive electrode active material for a lithium secondary battery.

本発明によると、正極と負極とを備えたリチウム二次電池が提供される。前記正極は、正極活物質を有する。その正極活物質は、層状構造を有するリチウム遷移金属酸化物の一次粒子が集まった二次粒子の形態を呈する。前記正極活物質は、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)のうち少なくとも一種を含む。該正極活物質は、さらにタングステン(W)、カルシウム(Ca)およびマグネシウム(Mg)を含む。前記正極活物質に含まれるWは、前記一次粒子の表面(粒界としても把握され得る。)に偏って存在している。前記正極活物質は、該正極活物質に含まれるNi、CoおよびMnの総量を100モル%として、該正極活物質に含まれるWのモル数m(モル%)、Caのモル数mCa(モル%)、およびMgのモル数mMg(モル%)の関係が以下の式を満たす。
2≦(m/mCa)≦50
(m+mCa)≧0.26
(mMg/mCa)≧1.5
かかる正極活物質を備えるリチウム二次電池は、低SOCにおける出力の向上(換言すれば、所望の出力が得られるSOC幅の拡大)と、充放電サイクル(特に、高温での充放電サイクル)に対する耐久性の向上とを同時に実現するものとなり得る。したがって、当該リチウム二次電池をより広いSOC幅で適切に使用することができる。
According to the present invention, a lithium secondary battery including a positive electrode and a negative electrode is provided. The positive electrode has a positive electrode active material. The positive electrode active material takes the form of secondary particles in which primary particles of a lithium transition metal oxide having a layered structure are collected. The positive electrode active material includes at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn). The positive electrode active material further contains tungsten (W), calcium (Ca), and magnesium (Mg). W contained in the positive electrode active material is biased to the surface of the primary particles (which can also be grasped as a grain boundary). In the positive electrode active material, the total amount of Ni, Co, and Mn contained in the positive electrode active material is 100 mol%, the number of moles of W m contained in the positive electrode active material m W (mol%), the number of moles of Ca m Ca (Mol%) and the number of moles of Mg m Mg (mol%) satisfy the following formula.
2 ≦ (m W / m Ca ) ≦ 50
( M W + m Ca ) ≧ 0.26
(M Mg / m Ca ) ≧ 1.5
A lithium secondary battery including such a positive electrode active material has an improvement in output at a low SOC (in other words, an increase in SOC width at which a desired output is obtained) and a charge / discharge cycle (particularly, a charge / discharge cycle at a high temperature). It is possible to realize improvement of durability at the same time. Therefore, the lithium secondary battery can be appropriately used with a wider SOC width.

なお、本明細書において「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。一般にリチウムイオン二次電池と称される電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。また、本明細書において「活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種(すなわち、ここではリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および脱離)可能な物質をいう。また、本明細書において「SOC」とは、特記しない場合、当該電池が通常使用される電圧範囲を基準とする、該電池の充電状態をいうものとする。例えば、層状構造のリチウム遷移金属酸化物を備えたリチウムイオン二次電池では、端子間電圧4.1V(上限電圧)〜3.0V(下限電圧)の条件で測定される定格容量(典型的には、後述する評価試験用電池の定格容量測定と同様の条件で特定される定格容量)を基準とする充電状態をいうものとする。   In the present specification, the “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged / discharged by the movement of charges accompanying the lithium ions between the positive and negative electrodes. A battery generally called a lithium ion secondary battery is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification. Further, in this specification, the “active material” can reversibly occlude and release (typically insertion and desorption) chemical species (that is, lithium ions here) that serve as charge carriers in the secondary battery. A substance. Further, in this specification, “SOC” refers to a state of charge of a battery based on a voltage range in which the battery is normally used unless otherwise specified. For example, in a lithium ion secondary battery including a lithium transition metal oxide having a layered structure, a rated capacity (typically measured under conditions of a terminal voltage of 4.1 V (upper limit voltage) to 3.0 V (lower limit voltage)) Refers to the state of charge based on the rated capacity specified under the same conditions as the rated capacity measurement of the evaluation test battery described later.

好ましい一態様では、前記正極活物質に含まれるCaが、前記一次粒子の表面に偏って存在している。このようにWおよびCaのいずれもが一次粒子の表面に偏って存在(分布)する態様によると、WとCaとの相互作用によって粒界強度を効果的に向上させることができるので、充放電サイクルによる劣化をよりよく抑制することができる。   In a preferred embodiment, Ca contained in the positive electrode active material is biased to the surface of the primary particles. Thus, according to the aspect in which both W and Ca are present (distributed) biased to the surface of the primary particles, the grain boundary strength can be effectively improved by the interaction between W and Ca. It is possible to better suppress deterioration due to cycles.

好ましい他の一態様では、前記正極活物質に含まれるMgが、前記一次粒子の内部全体に存在している。かかる態様によると、正極活物質の一次粒子の表面に偏って存在するWと、該一次粒子の内部全体に存在するMgとの相乗効果により、充放電サイクルによる劣化抑制に加えて、より低SOC領域における出力に優れた電池が実現され得る。   In another preferred embodiment, Mg contained in the positive electrode active material is present in the entire interior of the primary particles. According to such an embodiment, the synergistic effect of W present on the surface of the primary particles of the positive electrode active material and Mg present in the entire interior of the primary particles allows for lower SOC in addition to suppressing deterioration due to the charge / discharge cycle. A battery excellent in output in the region can be realized.

正極活物質に含まれるWのモル数m(モル%)は、該正極活物質に含まれるNi、CoおよびMnの総量を100モル%として、0.05≦m≦1.0であることが好ましい。このことによって、低SOC領域における出力向上と充放電サイクルによる劣化の抑制とを、より高度なレベルで両立させることができる。 The number m W (mol%) of W contained in the positive electrode active material is 0.05 ≦ m W ≦ 1.0, where the total amount of Ni, Co and Mn contained in the positive electrode active material is 100 mol%. It is preferable. As a result, it is possible to achieve both an improvement in output in the low SOC region and suppression of deterioration due to charge / discharge cycles at a higher level.

好ましい一態様では、前記正極活物質に含まれるWおよびCaがリチウム遷移金属酸化物と化合物化している。かかる態様によると、上記WおよびCaを利用して粒界強度をより効果的に向上させることができるので、充放電サイクルによる劣化をよりよく抑制することができる。WおよびCaのいずれもが一次粒子の表面に偏って存在する態様によると、WおよびCaの化合物化による上記の効果が特によく発揮され得る。   In a preferred embodiment, W and Ca contained in the positive electrode active material are compounded with a lithium transition metal oxide. According to this aspect, since the grain boundary strength can be more effectively improved using the W and Ca, deterioration due to the charge / discharge cycle can be more effectively suppressed. According to the embodiment in which both W and Ca are present on the surface of the primary particles in a biased manner, the above-described effect due to the compounding of W and Ca can be exhibited particularly well.

ここに開示される技術の好ましい一態様では、前記リチウム遷移金属酸化物が、その構成金属元素として少なくともNiを含有する酸化物である。例えば、Ni、CoおよびMnの全てを構成金属元素として含むリチウム遷移金属酸化物(以下、「LiNiCoMn酸化物」ともいう。)が好ましい。かかる組成の正極活物質によると、より高性能のリチウム二次電池が実現され得る。   In a preferred aspect of the technology disclosed herein, the lithium transition metal oxide is an oxide containing at least Ni as a constituent metal element. For example, a lithium transition metal oxide containing all of Ni, Co, and Mn as constituent metal elements (hereinafter also referred to as “LiNiCoMn oxide”) is preferable. According to the positive electrode active material having such a composition, a higher performance lithium secondary battery can be realized.

本発明によると、また、リチウム二次電池用の正極活物質であって、層状構造を有するリチウム遷移金属酸化物の一次粒子が集まった二次粒子の形態をなし、Ni、CoおよびMnのうち少なくとも一種を含み、さらにW、CaおよびMgを含む正極活物質を製造する方法が提供される。その方法は、前記Ni、CoおよびMnの少なくとも一種とMgとCaとを含む水溶液(典型的には酸性の水溶液)Aqを準備することを含む。また、Wを含む水溶液Aqを準備することを含む。そして、前記水溶液Aqと前記水溶液Aqとをアルカリ性条件下で混合して、前記Ni、CoおよびMnの少なくとも一種と、Mgと、Caと、Wと、を含む水酸化物を析出させることを含む。この方法は、典型的には、さらに前記水酸化物とリチウム化合物とを混合することを含む。また、前記混合物を焼成して前記リチウム遷移金属酸化物を生成させることを含み得る。 According to the present invention, the positive electrode active material for a lithium secondary battery is in the form of secondary particles in which primary particles of a lithium transition metal oxide having a layered structure are gathered, and among Ni, Co, and Mn A method for producing a positive electrode active material containing at least one kind and further containing W, Ca, and Mg is provided. The method includes preparing an aqueous solution (typically an acidic aqueous solution) Aq A containing at least one of Ni, Co, and Mn and Mg and Ca. In addition, the method includes preparing an aqueous solution Aq C containing W. Then, the aqueous solution Aq A and the aqueous solution Aq C are mixed under alkaline conditions to precipitate a hydroxide containing at least one of the Ni, Co, and Mn, Mg, Ca, and W. including. This method typically further comprises mixing the hydroxide and a lithium compound. In addition, the method may include firing the mixture to form the lithium transition metal oxide.

このように、ここに開示される正極活物質製造方法では、Ni、CoおよびMnのうち少なくとも一種とMgとCaとを含む水溶液Aqと、Wを含む水溶液Aqとを、別々の水溶液として準備し、かつ、水溶液Aqと水溶液Aqとをアルカリ性条件下(すなわち、pHが7を超える条件下)で混合して、Ni、CoおよびMnの少なくとも一種とMgとCaとWとを含む水酸化物(以下、「前駆体水酸化物」ともいう。)を析出させる。そして、この前駆体水酸化物をリチウム化合物(Li源)と混合して焼成する。かかる方法は、リチウム遷移金属酸化物の一次粒子が集まった二次粒子の形態をなし、該一次粒子の表面に偏ってWが存在する正極活物質を製造する方法として好適である。したがって、上記方法は、ここに開示されるいずれかの正極活物質の製造、該正極活物質を備えたリチウム二次電池用正極の製造、該正極活物質を備えたリチウム二次電池の製造等に、好ましく適用され得る。 Thus, in the positive electrode active material manufacturing method disclosed herein, an aqueous solution Aq A containing at least one of Ni, Co, and Mn, Mg and Ca, and an aqueous solution Aq C containing W are separated into separate aqueous solutions. Preparing and mixing the aqueous solution Aq A and the aqueous solution Aq C under alkaline conditions (that is, under conditions where the pH exceeds 7), and containing at least one of Ni, Co and Mn, Mg, Ca and W A hydroxide (hereinafter also referred to as “precursor hydroxide”) is precipitated. Then, this precursor hydroxide is mixed with a lithium compound (Li source) and fired. Such a method is suitable as a method for producing a positive electrode active material which is in the form of secondary particles in which primary particles of lithium transition metal oxide are gathered and W is present on the surface of the primary particles. Therefore, the above method includes the production of any positive electrode active material disclosed herein, the production of a positive electrode for a lithium secondary battery provided with the positive electrode active material, the production of a lithium secondary battery provided with the positive electrode active material, etc. It can be preferably applied.

前記前駆体水酸化物の析出は、pHを11〜14(例えばpH11.5〜12.5、典型的にはpH12前後)に維持しつつ行うことが好ましい。かかる前駆体水酸化物を用いて得られた正極活物質によると、より高性能な(例えば、低SOC領域における出力および充放電サイクルに対する耐久性の少なくとも一方により優れた)リチウム二次電池が実現され得る。なお、本明細書中におけるpH値は、特記しない場合、液温25℃を基準とするpH値をいうものとする。   The precursor hydroxide is preferably precipitated while maintaining the pH at 11 to 14 (for example, pH 11.5 to 12.5, typically around pH 12). According to the positive electrode active material obtained using such a precursor hydroxide, a lithium secondary battery with higher performance (for example, superior in output in the low SOC region and / or durability against charge / discharge cycles) is realized. Can be done. The pH value in this specification refers to a pH value based on a liquid temperature of 25 ° C. unless otherwise specified.

前記アルカリ性条件下での混合を実施するにあたっては、前記水溶液Aq、前記水溶液Aqとは別に、アルカリ性水溶液を用意し、該アルカリ性水溶液を用いて前記アルカリ性条件を維持(例えば、pHを11〜14に維持)するとよい。前記アルカリ性水溶液としては、少なくともアンモニアを含む水溶液を好ましく使用することができる。ここに開示される技術の好ましい一態様として、上記アルカリ性水溶液としてアンモニア水と水酸化ナトリウム水溶液との混合溶液を使用する態様が挙げられる。好ましい他の一態様として、二種類以上のアルカリ性水溶液(例えば、アンモニア水と水酸化ナトリウム水溶液)を別々に使用する(例えば、各アルカリ性水溶液をそれぞれ独立して反応槽に供給する)態様が挙げられる。これらの態様を組み合わせてもよい。 In carrying out the mixing under the alkaline condition, an alkaline aqueous solution is prepared separately from the aqueous solution Aq A and the aqueous solution Aq C , and the alkaline condition is maintained using the alkaline aqueous solution (for example, the pH is set to 11 to 11). 14). As the alkaline aqueous solution, an aqueous solution containing at least ammonia can be preferably used. As a preferable aspect of the technology disclosed herein, an aspect in which a mixed solution of ammonia water and sodium hydroxide aqueous solution is used as the alkaline aqueous solution. Another preferred embodiment is a mode in which two or more types of alkaline aqueous solutions (for example, aqueous ammonia and aqueous sodium hydroxide) are used separately (for example, each alkaline aqueous solution is supplied to the reaction tank independently). . You may combine these aspects.

本発明によると、ここに開示されるいずれかの方法により製造された正極活物質が提供される。また、本発明によると、ここに開示される正極活物質(ここに開示されるいずれかの方法により製造された正極活物質であり得る。)を備えたリチウム二次電池用正極が提供される。さらに、かかる正極を備えるリチウム二次電池が提供される。   According to the present invention, a positive electrode active material produced by any of the methods disclosed herein is provided. Further, according to the present invention, there is provided a positive electrode for a lithium secondary battery provided with the positive electrode active material disclosed herein (which can be a positive electrode active material produced by any of the methods disclosed herein). . Furthermore, a lithium secondary battery including such a positive electrode is provided.

上述のように、ここに開示されるリチウム二次電池(典型的には、リチウムイオン二次電池)は、低SOC領域においても良好な出力が得られ、しかも充放電サイクルに対する耐久性に優れるので、より広いSOC範囲において、動力源等として好適に利用することができる。したがって、本発明の他の側面として、例えば図13に示すように、ここに開示されるいずれかのリチウム二次電池100(複数個の電池が典型的には直列に接続された組電池の形態であり得る。)を備えた車両1が提供される。特に、かかるリチウム二次電池を動力源(典型的には、ハイブリッド車両または電気車両の動力源)として備える車両(例えば自動車)が好ましい。また、本発明によると、車両駆動電源用のリチウム二次電池100が提供される。   As described above, the lithium secondary battery disclosed herein (typically, a lithium ion secondary battery) can obtain a good output even in a low SOC region and has excellent durability against charge / discharge cycles. In a wider SOC range, it can be suitably used as a power source or the like. Therefore, as another aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 13, any of the lithium secondary batteries 100 disclosed herein (a form of a battery pack in which a plurality of batteries are typically connected in series) There is provided a vehicle 1 provided with In particular, a vehicle (for example, an automobile) including such a lithium secondary battery as a power source (typically, a power source of a hybrid vehicle or an electric vehicle) is preferable. In addition, according to the present invention, a lithium secondary battery 100 for a vehicle driving power source is provided.

一実施形態に係る正極活物質製造方法の概略を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline of the positive electrode active material manufacturing method which concerns on one Embodiment. リチウム二次電池の一構成例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically one structural example of a lithium secondary battery. 図2のIII−III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. 一実施形態に係る正極活物質のTEM像である。It is a TEM image of the positive electrode active material which concerns on one Embodiment. 図4に示す正極活物質におけるWの分布を示す像である。It is an image which shows distribution of W in the positive electrode active material shown in FIG. 図4に示す正極活物質におけるCaの分布を示す像である。It is an image which shows distribution of Ca in the positive electrode active material shown in FIG. 図4に示す正極活物質におけるMgの分布を示す像である。It is an image which shows distribution of Mg in the positive electrode active material shown in FIG. サンプル1のTOF−SIMS(飛行時間型二次イオン質量分析)正スペクトルの一部分である。It is a part of TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry) positive spectrum of Sample 1. サンプル1のTOF−SIMS正スペクトルの一部分である。It is a part of TOF-SIMS positive spectrum of Sample 1. サンプル1のTOF−SIMS正スペクトルの一部分である。It is a part of TOF-SIMS positive spectrum of Sample 1. サンプル1のTOF−SIMS負スペクトルの一部分である。It is a part of TOF-SIMS negative spectrum of sample 1. サンプル1のTOF−SIMS負スペクトルの一部分である。It is a part of TOF-SIMS negative spectrum of sample 1. リチウム二次電池を搭載した車両(自動車)を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the vehicle (automobile) carrying a lithium secondary battery.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. Further, in the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals, and overlapping descriptions may be omitted or simplified.

≪正極活物質≫
ここに開示される技術における正極活物質は、リチウム遷移金属酸化物の一次粒子が集まった二次粒子の形態をなす。上記リチウム遷移金属酸化物は、典型的には層状(典型的には岩塩型)の結晶構造を有するリチウム酸化物であって、Ni、CoおよびMnのうち少なくとも一種を含む。ここに開示される技術は、かかる正極活物質を備えたリチウム二次電池用正極、および、該正極を構成要素とする種々のリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)に適用され得る。
≪Positive electrode active material≫
The positive electrode active material in the technology disclosed herein is in the form of secondary particles in which primary particles of lithium transition metal oxide are collected. The lithium transition metal oxide is typically a lithium oxide having a layered (typically rock salt) crystal structure, and includes at least one of Ni, Co, and Mn. The technology disclosed herein is applied to a positive electrode for a lithium secondary battery provided with such a positive electrode active material, and various lithium secondary batteries (typically lithium ion secondary batteries) having the positive electrode as a constituent element. Can be done.

上記正極活物質におけるNi、CoおよびMnの合計含有量は、該正極活物質に含まれるリチウム以外の金属元素の総量を100モル%として、そのうち例えば85モル%以上(好ましくは90モル%以上、典型的には95モル%以上)であり得る。少なくともNiを含む正極活物質が好ましく、例えば、該正極活物質に含まれるリチウム以外の金属元素の総量を100モル%として、Niを10モル%以上(より好ましくは25モル%以上)含有する正極活物質が好ましい。   The total content of Ni, Co, and Mn in the positive electrode active material is, for example, 85 mol% or more (preferably 90 mol% or more, preferably 100 mol%), with the total amount of metal elements other than lithium contained in the positive electrode active material being 100 mol%. Typically 95 mol% or more). A positive electrode active material containing at least Ni is preferable. For example, a positive electrode containing 10 mol% or more (more preferably 25 mol% or more) of Ni with the total amount of metal elements other than lithium contained in the positive electrode active material being 100 mol%. An active material is preferred.

ここに開示される技術におけるリチウム遷移金属酸化物の一好適例として、少なくともLi、Ni、CoおよびMnを含むリチウム酸化物(すなわち、LiNiCoMn酸化物)が挙げられる。例えば、Ni、CoおよびMnの合計量(原子数基準)を1として、Ni、CoおよびMnの量がいずれも0を超えて0.7以下(例えば、0.1を超えて0.6以下、典型的には0.3を超えて0.5以下)であるLiNiCoMn酸化物を好ましく採用し得る。Ni、Co、Mnのうちの第一元素(原子数基準で最も多く含まれる元素)は、Ni、CoおよびMnのいずれであってもよい。好ましい一態様では、上記第一元素がNiである。好ましい他の一態様では、Ni、CoおよびMnの量(原子数基準)が概ね同程度である。かかる三元系のリチウム遷移金属酸化物は、正極活物質として優れた熱安定性を示すので好ましい。   As a preferable example of the lithium transition metal oxide in the technology disclosed herein, a lithium oxide containing at least Li, Ni, Co, and Mn (that is, LiNiCoMn oxide) can be given. For example, assuming that the total amount (based on the number of atoms) of Ni, Co and Mn is 1, the amounts of Ni, Co and Mn all exceed 0 and not more than 0.7 (for example, more than 0.1 and not more than 0.6) LiNiCoMn oxide that is typically more than 0.3 and 0.5 or less can be preferably used. The first element of Ni, Co, and Mn (the element that is contained most on the basis of the number of atoms) may be any of Ni, Co, and Mn. In a preferred embodiment, the first element is Ni. In another preferred embodiment, the amounts of Ni, Co and Mn (based on the number of atoms) are approximately the same. Such a ternary lithium transition metal oxide is preferable because it exhibits excellent thermal stability as a positive electrode active material.

≪Wの分布≫
上記正極活物質は、Ni、CoおよびMnのうち少なくとも一種を含有するほか、さらにW、MgおよびCaを含有する。ここに開示される技術の一つの特徴は、上記正極活物質において、Wが一次粒子の表面に偏って存在する点にある。このことによって、低SOC領域における出力(特に低温出力)を効果的に向上させ、かつ充放電サイクルに対する耐久性に優れたリチウム二次電池を実現することができる。
≪W distribution≫
The positive electrode active material contains at least one of Ni, Co, and Mn, and further contains W, Mg, and Ca. One feature of the technology disclosed herein is that W exists in a biased manner on the surface of the primary particles in the positive electrode active material. As a result, it is possible to effectively improve the output (particularly low temperature output) in the low SOC region and realize a lithium secondary battery excellent in durability against charge / discharge cycles.

ここで、Wが「一次粒子の表面に偏って存在する」とは、一次粒子の内部に比べて、一次粒子の表面(粒界)に集中してWが存在(分布)していることを意味する。したがって、Wが粒界のみに存在する(換言すれば、一次粒子の内部には全く存在しない)態様のみを意味するものではない。Wが一次粒子の表面に偏って存在していることは、例えば、活物質粒子(二次粒子)についてエネルギー分散型X線分光法(EDX;Energy Dispersive X−ray Spectroscopy)を用いてWの分布をマッピングし、そのマッピング結果においてWが粒界に集中して存在する(一次粒子の内部に比べて粒界では面積当たりのW存在量が多い)様子が認められることにより把握することができる(図5参照)。上記粒界(一次粒子の表面)の位置は、例えば、上記断面の透過型電子顕微鏡(TEM)観察により把握することができる。EDXを備えたTEMを好ましく使用し得る。   Here, W is “biased on the surface of the primary particles” means that W is present (distributed) concentrated on the surface (grain boundaries) of the primary particles compared to the inside of the primary particles. means. Therefore, it does not mean only an aspect in which W exists only at the grain boundary (in other words, does not exist at all inside the primary particle). The presence of W on the surface of primary particles is, for example, the distribution of W using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) for active material particles (secondary particles). In the mapping result, it can be understood that W is concentrated on the grain boundary (the amount of W present per area at the grain boundary is larger than that in the primary particle). (See FIG. 5). The position of the grain boundary (primary particle surface) can be grasped by, for example, observation of the cross section with a transmission electron microscope (TEM). A TEM with EDX may be preferably used.

≪Caの分布≫
ここに開示される技術において、正極活物質に含まれるCaは、Wと同様、一次粒子の表面に偏って存在(分布)することが好ましい。このことによって、より充放電サイクルに対する耐久性に優れたリチウム二次電池を実現することができる。Caが一次粒子の表面に偏って存在していることは、例えば、Wと同様にEDXを用いてCaの分布をマッピングすることにより把握することができる(図6参照)。一次粒子表面へのCaの偏りの程度は、Wと同程度であってもよく、異なってもよい。
≪Ca distribution≫
In the technique disclosed herein, Ca contained in the positive electrode active material is preferably present (distributed) on the surface of the primary particles in the same manner as W. This makes it possible to realize a lithium secondary battery that is more excellent in durability against charge / discharge cycles. The fact that Ca is biased to the surface of the primary particles can be grasped, for example, by mapping Ca distribution using EDX in the same manner as W (see FIG. 6). The degree of bias of Ca to the primary particle surface may be the same as or different from W.

≪Mgの分布≫
ここに開示される技術において、正極活物質に含まれるMgは、一次粒子の内部全体に存在することが好ましい。ここで、Mgが「一次粒子の内部全体に存在する」とは、Mgが正極活物質の全体に、目立った偏りを示すことなく(好ましくは略均一に)存在(分布)していることを意味する。したがって、Wの分布とは対照的に、Mgでは一次粒子表面への偏りはみられない。Mgの分布に偏りのないことは、例えば、活物質粒子(二次粒子)をEDXにてライン分析し、粒界に対応する位置への濃縮がないことを通じて把握することができる。また、Wの場合と同様にMgの分布をマッピングし、粒界への集中が見られないことによっても把握され得る(図7参照)。好ましい一態様では、上記ライン分析の結果が、一次粒子の内部全体を通じて(例えば、活物質粒子の全体を通じて)略均一である。
≪Mg distribution≫
In the technology disclosed herein, Mg contained in the positive electrode active material is preferably present in the entire interior of the primary particles. Here, “Mg is present in the entire interior of the primary particle” means that Mg is present (distributed) in the whole positive electrode active material without showing a noticeable bias (preferably substantially uniformly). means. Therefore, in contrast to the W distribution, there is no bias toward the primary particle surface in Mg. The fact that there is no bias in the distribution of Mg can be recognized, for example, by analyzing the line of active material particles (secondary particles) with EDX and not concentrating them at positions corresponding to the grain boundaries. It can also be grasped by mapping the Mg distribution in the same manner as in the case of W and no concentration at the grain boundary is observed (see FIG. 7). In a preferred embodiment, the result of the line analysis is substantially uniform throughout the interior of the primary particles (eg, throughout the active material particles).

なお、上記正極活物質は、Ni、CoおよびMnの少なくとも一種を含む(典型的には、リチウム遷移金属酸化物の構成金属元素として含む)ところ、これらの元素は、一次粒子の内部全体に(好ましくは略均一に)存在していることが好ましい。   The positive electrode active material contains at least one of Ni, Co, and Mn (typically, it is included as a constituent metal element of the lithium transition metal oxide). Preferably, it is present substantially uniformly).

ここに開示される技術における正極活物質において、WおよびCaの少なくとも一方(好ましくは両方)は、その少なくとも一部が、該正極活物質中のリチウム遷移金属酸化物と化合物化した状態(すなわち、リチウム遷移金属酸化物と単に混在しているのではなく、実際にリチウム化合物を形成している状態)で含まれることが好ましい。かかる化合物化により、充放電サイクルに対する耐久性をより向上させることができる。上記化合物化は、例えば、正極活物質のTOF−SIMSスペクトルを通じて確認することができる。WおよびCaが十分に化合物化している場合、典型的には、上記TOF−SIMSスペクトルにおいて、LiCaWO ,LiCaW,CaWO ,LiCaW 等に対応するピークが認められる。その他のピークとして、例えば、LiCaOに対応するピーク等が特に顕著であることによっても上記化合物化を確認し得る。WおよびCaがいずれも粒界に偏って分布し、かつ、いずれもその少なくとも一部が遷移金属酸化物と化合物化している正極活物質が好ましい。 In the positive electrode active material in the technology disclosed herein, at least one (preferably both) of W and Ca is in a state where at least a part thereof is compounded with the lithium transition metal oxide in the positive electrode active material (that is, It is preferable that it is contained not in a mixture with lithium transition metal oxides but in a state in which a lithium compound is actually formed. By such compounding, durability against charge / discharge cycles can be further improved. The compounding can be confirmed through, for example, the TOF-SIMS spectrum of the positive electrode active material. When W and Ca are sufficiently compounded, they typically correspond to LiCaWO 4 + , Li 3 CaW 2 O 8 O + , CaWO 4 , LiCaW 2 O 8 − and the like in the TOF-SIMS spectrum. A peak is observed. As other peaks, for example, the above-mentioned compounding can be confirmed also by the fact that a peak corresponding to LiCaO + is particularly remarkable. A positive electrode active material in which W and Ca are both distributed to grain boundaries and at least a part of them is compounded with a transition metal oxide is preferable.

上記正極活物質は、上述した金属元素(すなわち、Ni、CoおよびMnのうち少なくとも一種、Li、W、CaおよびMg)に加えて、他の一種または二種以上の金属元素を含むことができる。かかる金属元素は、例えば、Al、Cr、Fe、V、Nb、Mo、Ti、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、CeおよびNaから選択される一種または二種以上の元素であり得る。このような任意金属元素の各々の分布は特に限定されない。例えば、一次粒子の表面に偏って存在してもよく、一次粒子の内部全体に存在してもよい。かかる任意金属元素は、例えば、電池の反応抵抗を低下させる効果をもたらし得る。任意金属元素の含有量(二種以上を含む場合、各々の含有量)は、例えば、各任意金属元素の含有量を、Li以外の全金属元素の合計量の1モル%以下(典型的には1モル%未満)とすることができ、通常は0.1モル%以下(典型的には0.1モル%未満)とすることが好ましい。二種以上の任意金属元素を含む場合には、それらの任意金属元素の合計量を、Li以外の全金属元素の合計量の2モル%以下(典型的には2モル%未満)とすることができ、通常は0.2モル%以下(典型的には0.2モル%未満)とすることが好ましい。あるいは、Li、Ni、Co、Mn、W、Ca、Mg以外の金属元素を実質的に含有しない(かかる任意金属元素を少なくとも意図的には含ませないことをいい、該任意金属元素が非意図的又は不可避的に含まれることは許容され得る。)リチウム遷移金属酸化物であってもよい。   The positive electrode active material can contain one or more metal elements in addition to the metal elements described above (that is, at least one of Ni, Co, and Mn, Li, W, Ca, and Mg). . Such a metal element can be, for example, one or more elements selected from Al, Cr, Fe, V, Nb, Mo, Ti, Cu, Zn, Ga, In, Sn, La, Ce, and Na. . Each distribution of such an arbitrary metal element is not particularly limited. For example, it may be present on the surface of the primary particle in a biased manner, or may exist in the entire interior of the primary particle. Such an arbitrary metal element can bring about an effect of reducing the reaction resistance of the battery, for example. The content of each arbitrary metal element (in the case where two or more kinds are included, each content) is, for example, the content of each arbitrary metal element is 1 mol% or less of the total amount of all metal elements other than Li (typically May be less than 1 mol%), and is usually preferably 0.1 mol% or less (typically less than 0.1 mol%). When two or more kinds of optional metal elements are included, the total amount of these optional metal elements should be 2 mol% or less (typically less than 2 mol%) of the total amount of all metal elements other than Li. Usually, it is preferably 0.2 mol% or less (typically less than 0.2 mol%). Alternatively, it does not substantially contain any metal element other than Li, Ni, Co, Mn, W, Ca, and Mg. (This means that such an optional metal element is at least not intentionally included. It may be allowed to be included inevitably or unavoidably.) Lithium transition metal oxides may also be used.

上記正極活物質は、例えば、W、MgおよびCaを除く組成(該正極活物質全体の平均組成をいう。)が以下の式(I)で表される材料であり得る。
Li1+mNipCoqMnr s2 (I)
上記式(I)において、mは、0≦m≦0.2(例えば0.05≦x≦0.2)であり得る。上記式中のpは、0.1<p≦1(例えば0.3<p<0.9、好ましくは0.3<p<0.6)であり得る。qは、0≦q≦0.5(例えば0.1<q<0.4、好ましくは0.3<q<0.6)であり得る。rは、0≦r≦0.5(例えば0.1<r<0.4、好ましくは0.3<r<0.6)であり得る。ただし、p+q+r≦1(典型的には0.8≦p+q+r≦1、例えば0.9≦p+q+r≦1である。Mは、Al、Cr、Fe、V、Ti、Mo、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、CeおよびNaから選択される一種または二種以上であり得る。sは、0≦s≦0.05であり得る。sが実質的に0(すなわち、Mを実質的に含有しない酸化物)であってもよい。
The positive electrode active material may be, for example, a material whose composition excluding W, Mg, and Ca (referred to as an average composition of the entire positive electrode active material) is represented by the following formula (I).
Li 1 + m Ni p Co q Mn r M 1 s O 2 (I)
In the above formula (I), m may be 0 ≦ m ≦ 0.2 (for example, 0.05 ≦ x ≦ 0.2). P in the above formula may be 0.1 <p ≦ 1 (for example, 0.3 <p <0.9, preferably 0.3 <p <0.6). q may be 0 ≦ q ≦ 0.5 (for example, 0.1 <q <0.4, preferably 0.3 <q <0.6). r may be 0 ≦ r ≦ 0.5 (eg, 0.1 <r <0.4, preferably 0.3 <r <0.6). However, p + q + r ≦ 1 (typically 0.8 ≦ p + q + r ≦ 1, for example 0.9 ≦ p + q + r ≦ 1, M 1 is Al, Cr, Fe, V, Ti, Mo, Cu, Zn, Ga , In, Sn, La, Ce and Na may be one or two or more selected from s, 0 may satisfy ≦ s ≦ 0.05, and s may be substantially 0 (that is, M 1 substantially Oxide which does not contain in particular.

上記式(I)で表される組成に、所定量のW、CaおよびMgが添加された平均組成を有する正極活物質が好ましい。なお、上記式(I)は、電池構築時における正極活物質の組成(換言すれば、電池の製造に用いる正極活物質の組成)からW、CaおよびMgを除いた組成を指す。この組成は、通常、該電池の完全放電時の組成と概ね同じである。   A positive electrode active material having an average composition in which predetermined amounts of W, Ca, and Mg are added to the composition represented by the above formula (I) is preferable. In addition, the said Formula (I) points out the composition remove | excluding W, Ca, and Mg from the composition of the positive electrode active material at the time of battery construction (in other words, composition of the positive electrode active material used for manufacture of a battery). This composition is generally the same as the composition at the time of complete discharge of the battery.

ここに開示される技術における正極活物質は、前記正極活物質に含まれるNi、CoおよびMnの総量を100モル%として、該正極活物質に含まれるWのモル数m(モル%)、Caのモル数mCa(モル%)、およびMgのモル数mMg(モル%)の関係が以下の式(III)〜(V)を満たすことが好ましい。
2≦(m/mCa)≦50 (III)
(m+mCa)≧0.26 (IV)
(mMg/mCa)≧1.5 (V)
In the technology disclosed herein, the positive electrode active material has a total amount of Ni, Co and Mn contained in the positive electrode active material of 100 mol%, and the number of moles W of W contained in the positive electrode active material m W (mol%), It is preferable that the relationship between the number of moles of Ca m Ca (mol%) and the number of moles of Mg m Mg (mol%) satisfy the following formulas (III) to (V).
2 ≦ (m W / m Ca ) ≦ 50 (III)
( M W + m Ca ) ≧ 0.26 (IV)
(M Mg / m Ca ) ≧ 1.5 (V)

/mCaが2よりも小さすぎると、低SOCにおける出力(例えば、後述する低SOC−30℃出力のように、低温における低SOC出力)が低くなりがちである。m/mCaが50よりも大きすぎると、充放電サイクルに対する耐久性(例えば、後述する4C−CC容量維持率のように高温かつ大電流での充放電サイクルに対する耐久性)が低下しやすい。好ましい一態様では、m/mCaが2〜40(例えば2〜35)である。 When m W / m Ca is less than 2, the output at low SOC (for example, low SOC output at low temperature as in the low SOC-30 ° C. output described later) tends to be low. When m W / m Ca is too larger than 50, durability against charge / discharge cycles (for example, durability against charge / discharge cycles at a high temperature and a large current as in the 4C-CC capacity retention rate described later) tends to decrease. . In a preferred embodiment, m W / m Ca is 2 to 40 (for example, 2 to 35).

+mCaが0.26モル%を下回ると、充放電サイクルに対する耐久性(例えば容量維持率)が低下しやすくなる。特に、後述する4C−CC容量維持率のように高温かつ大電流での充放電サイクルに対する劣化が大きくなりがちである。m+mCaの上限は特に限定されないが、初期容量やコスト等の観点から、通常はm+mCaを凡そ3.0モル%以下(典型的には2.0モル%以下、例えば1.5モル%以下)とすることが適当である。例えば、0.28モル%≦(m+mCa)≦1.20モル%を満たす正極活物質が好ましい。 When m W + m Ca is less than 0.26 mol%, durability (for example, capacity retention rate) with respect to the charge / discharge cycle tends to decrease. In particular, the deterioration with respect to the charge / discharge cycle at a high temperature and a large current tends to be large like a 4C-CC capacity retention rate described later. Although the upper limit of m W + m Ca is not particularly limited, m W + m Ca is usually about 3.0 mol% or less (typically 2.0 mol% or less, for example, 1. 5 mol% or less) is appropriate. For example, a positive electrode active material satisfying 0.28 mol% ≦ (m W + m Ca ) ≦ 1.20 mol% is preferable.

Mg/mCaが1.5よりも小さすぎると、低SOCにおける出力(例えば、−30℃程度の低温における低SOC出力)が低くなりがちである。mMg/mCaの上限は特に限定されないが、m/mCaやm+mCaとの兼ね合いおよび初期容量やコスト等を考慮すると、通常はmMg/mCaを凡そ50以下(典型的には20以下、例えば10以下)とすることが適当である。 If m Mg / m Ca is too smaller than 1.5, the output at low SOC (for example, low SOC output at a low temperature of about −30 ° C.) tends to be low. The upper limit of m Mg / m Ca is not particularly limited, but considering the balance with m W / m Ca and m W + m Ca and the initial capacity and cost, m Mg / m Ca is usually about 50 or less (typical Is suitably 20 or less, for example 10 or less.

ここに開示される技術において、正極活物質におけるWの含有量は、該正極活物質に含まれるNi、CoおよびMnの総量を100モル%として、例えば、0モル%よりも多く3モル%以下(典型的には0.01モル%以上3モル%以下)とすることができる。Wの含有量が少なすぎると、Wを含まない組成の正極活物質に対する電池性能向上効果(例えば、低SOC領域における出力を向上させる効果、反応抵抗を低減する効果等)が十分に発揮され難くなる場合があり得る。また、Wの量が多すぎる場合にも、Wを含まない組成に対する電池性能向上効果が十分に発揮され難くなったり、あるいは却って電池性能が低下したりすることがあり得る。好ましい一態様では、上記Wの含有量が0.05モル%以上2.0モル%以下(例えば0.1モル%以上1.0モル%以下)である。ここに開示される技術では、Wが、所望の機能を発揮するのに適した位置(具体的には、一次粒子の表面)に集中して存在しているので、より少量のWによっても十分な性能向上効果が発揮され得る。したがって、Wの使用に伴って生じ得る弊害(背反)がよりよく抑制され得る。また、電池材料の資源リスク低減の観点からも有利である。なお、Wの含有量は、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析法により、JIS K 0116に準拠して測定することができる。   In the technology disclosed herein, the content of W in the positive electrode active material is, for example, more than 0 mol% and not more than 3 mol%, where the total amount of Ni, Co and Mn contained in the positive electrode active material is 100 mol%. (Typically 0.01 mol% or more and 3 mol% or less). If the W content is too small, the battery performance improvement effect (for example, the effect of improving the output in the low SOC region, the effect of reducing the reaction resistance, etc.) with respect to the positive electrode active material having a composition not containing W is hardly exhibited. It can be. In addition, when the amount of W is too large, the effect of improving the battery performance with respect to the composition containing no W may not be sufficiently exhibited, or the battery performance may be deteriorated. In a preferred embodiment, the W content is 0.05 mol% or more and 2.0 mol% or less (for example, 0.1 mol% or more and 1.0 mol% or less). In the technique disclosed here, W is concentrated at a position suitable for performing a desired function (specifically, the surface of the primary particle), so even a smaller amount of W is sufficient. A significant performance improvement effect can be exhibited. Therefore, adverse effects (traversal) that can occur with the use of W can be better suppressed. It is also advantageous from the viewpoint of reducing the resource risk of battery materials. The content of W can be measured according to JIS K 0116, for example, by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis.

正極活物質におけるCaの含有量は、該正極活物質に含まれるNi、CoおよびMnの総量を100モル%として、例えば、0モル%よりも多く3モル%以下(典型的には0.005モル%以上2モル%以下)とすることができる。Caの含有量が少なすぎると、充放電サイクルに対する耐久性を向上させる効果が十分に発揮され難くなる場合があり得る。Caの量が多すぎると、初期容量が低下傾向となる場合があり得る。好ましい一態様では、上記Ca含有量が0.01モル%以上1.0モル%以下(例えば0.01モル%以上0.5モル%以下、典型的には0.01モル%以上0.25モル%以下)である。Caが粒界(一次粒子の表面)に集中して存在する態様によると、より少量のCaによっても十分な性能向上効果が発揮され得るので好ましい。なお、Caの含有量は、例えば、ICP発光分析法により測定することができる。   The content of Ca in the positive electrode active material is, for example, more than 0 mol% and not more than 3 mol% (typically 0.005) with the total amount of Ni, Co, and Mn contained in the positive electrode active material being 100 mol%. Mol% or more and 2 mol% or less). When there is too little content of Ca, the effect which improves the durability with respect to a charging / discharging cycle may become difficult to fully exhibit. If the amount of Ca is too large, the initial capacity may tend to decrease. In a preferred embodiment, the Ca content is 0.01 mol% or more and 1.0 mol% or less (eg, 0.01 mol% or more and 0.5 mol% or less, typically 0.01 mol% or more and 0.25 mol or less). Mol% or less). According to an embodiment in which Ca is concentrated on the grain boundary (the surface of the primary particles), a sufficient performance improvement effect can be exhibited even with a smaller amount of Ca, which is preferable. The Ca content can be measured by, for example, ICP emission analysis.

正極活物質におけるMgの含有量は、該正極活物質に含まれるNi、CoおよびMnの総量を100モル%として、例えば、0モル%よりも多く3モル%以下(典型的には0.005モル%以上2モル%以下)とすることができる。Mgの含有量が少なすぎると、Mgを含まない組成の正極活物質に対する電池性能向上効果(例えば、低SOC領域における出力を向上させる効果)が十分に発揮され難くなる場合があり得る。Mgの含有量が多すぎると、初期容量が低下傾向となる場合があり得る。好ましい一態様では、上記Mg含有量が0.05モル%以上2.0モル%以下(例えば0.05モル%以上1.0モル%以下)である。なお、Mgの含有量は、例えば、ICP発光分析法により測定することができる。   The content of Mg in the positive electrode active material is, for example, more than 0 mol% and not more than 3 mol% (typically 0.005), with the total amount of Ni, Co, and Mn contained in the positive electrode active material being 100 mol%. Mol% or more and 2 mol% or less). If the content of Mg is too small, the battery performance improvement effect (for example, the effect of improving the output in the low SOC region) with respect to the positive electrode active material having a composition not containing Mg may not be sufficiently exhibited. If the Mg content is too high, the initial capacity may tend to decrease. In a preferred embodiment, the Mg content is 0.05 mol% or more and 2.0 mol% or less (for example, 0.05 mol% or more and 1.0 mol% or less). The Mg content can be measured by, for example, ICP emission analysis.

ここに開示される技術を実施するにあたり、上記構成の正極活物質の使用した電池によると低SOC領域における出力および充放電サイクルに対する耐久性が共に向上する理由を明らかにする必要はないが、例えば以下のような推察が可能である。すなわち、低SOC領域での出力を向上させる一つの手法として、該低SOC領域における正極の放電深度を浅くすることが考えられる。正極の放電深度が浅いとは、電池のSOCを基準として、所定のSOCにおいて正極活物質が受け入れ可能なLiイオンの量が多い(Liイオンを受け入れる余裕が大きい)ことを意味する。受け入れ可能なLiイオン量が多くなると、正極活物質の固体内におけるLiの移動性(拡散性)は高くなる傾向にある。したがって、低SOC領域における正極の放電深度を浅くすることにより、低SOC領域における出力(特に、Liの拡散性の影響を受けやすい低温出力)が向上し得るものと期待される。   In carrying out the technology disclosed herein, it is not necessary to clarify the reason why both the output in the low SOC region and the durability against the charge / discharge cycle are improved according to the battery using the positive electrode active material having the above configuration, for example, The following inferences are possible. That is, as one method for improving the output in the low SOC region, it is conceivable to reduce the discharge depth of the positive electrode in the low SOC region. The shallow depth of discharge of the positive electrode means that the amount of Li ions that can be accepted by the positive electrode active material in a predetermined SOC is large with respect to the SOC of the battery (a large margin for accepting Li ions). When the amount of Li ions that can be accepted increases, the mobility (diffusibility) of Li in the solid of the positive electrode active material tends to increase. Therefore, it is expected that the output in the low SOC region (particularly, the low temperature output that is easily affected by the diffusibility of Li) can be improved by reducing the discharge depth of the positive electrode in the low SOC region.

低SOC領域における正極の放電深度を浅くするには、正極の初回充放電効率を高める(換言すれば、不可逆容量を減らす)ことが有効である。ここに開示される正極活物質において、一次粒子の表面(粒子界面)に存在するWは、例えば、自身の価数変化によって電池の充放電に寄与することにより、初期充放電効率の向上に役立ち得る。これにより低SOC領域における出力が向上するものと考えられる。上記Wは、正極活物質の反応抵抗を低下させる効果をも発揮し得る。正極活物質に含まれるMgは、充放電による結晶構造変化を安定化することにより、初期充放電効率の向上に役立ち得る。Mgが一次粒子の内部全体に存在(典型的には、略均一に分布)している正極活物質では、上記安定化の効果がよりよく発揮され得る。このように、正極活物質のなかでWおよびMgが各々適した位置に配置されていることにより、該正極活物質を用いた電池において、低SOC領域における出力が効果的に改善されるものと考えられる。   In order to reduce the depth of discharge of the positive electrode in the low SOC region, it is effective to increase the initial charge / discharge efficiency of the positive electrode (in other words, reduce the irreversible capacity). In the positive electrode active material disclosed herein, W present on the surface (particle interface) of the primary particles helps to improve the initial charge / discharge efficiency by, for example, contributing to charge / discharge of the battery due to its own valence change. obtain. This is considered to improve the output in the low SOC region. The W can also exert an effect of reducing the reaction resistance of the positive electrode active material. Mg contained in the positive electrode active material can help improve the initial charge / discharge efficiency by stabilizing the crystal structure change due to charge / discharge. In the positive electrode active material in which Mg is present in the entire interior of the primary particles (typically substantially uniformly distributed), the above-described stabilization effect can be exhibited better. Thus, by arranging W and Mg in suitable positions in the positive electrode active material, the output in the low SOC region is effectively improved in the battery using the positive electrode active material. Conceivable.

一次粒子の表面に存在するWは、粒界強度の向上にも役立ち得る。Wがリチウム遷移金属酸化物と化合物化している場合には、上記粒界強度の向上効果が特によく発揮され得る。粒界強度が高くなると、二次粒子(正極活物質)の強度が向上し、これにより充放電サイクルに伴う正極活物質の劣化が抑制される(例えば、充放電に伴う膨張収縮に耐えて初期の粒子構造がよりよく保たれる)ものと推察される。正極活物質に含まれるCaもまた、正極活物質の粒界強度の向上を通じて電池性能の向上に寄与し得る。Caがリチウム遷移金属酸化物と化合物化している場合には、上記粒界強度向上効果がよりよく発揮され得る。Caが一次粒子の表面に偏って存在すると、より少量のCaによって高い粒界強度向上効果が発揮され得るので好ましい。   W present on the surface of the primary particles can also help improve the grain boundary strength. In the case where W is compounded with a lithium transition metal oxide, the effect of improving the grain boundary strength can be exhibited particularly well. When the grain boundary strength increases, the strength of the secondary particles (positive electrode active material) is improved, thereby suppressing the deterioration of the positive electrode active material associated with the charge / discharge cycle (for example, withstanding the expansion and contraction associated with charge / discharge and the initial It is presumed that the particle structure of the Ca contained in the positive electrode active material can also contribute to an improvement in battery performance through an improvement in the grain boundary strength of the positive electrode active material. In the case where Ca is compounded with a lithium transition metal oxide, the effect of improving the grain boundary strength can be better exhibited. It is preferable that Ca is present on the surface of the primary particles so that a high grain boundary strength improving effect can be exhibited by a smaller amount of Ca.

≪正極活物質の製造方法≫
このような正極活物質を製造する方法としては、該活物質を最終生成物として調製可能な方法を適宜採用することができる。以下、主に上記リチウム遷移金属酸化物がNi、CoおよびMnの全てを含む層状構造の酸化物(LiNiCoMn酸化物)である正極活物質を例として、該正極活物質の好ましい製造方法の一実施態様をより詳しく説明するが、ここに開示される技術の適用対象をかかる正極活物質に限定する意図ではない。
≪Method for producing positive electrode active material≫
As a method for producing such a positive electrode active material, a method capable of preparing the active material as a final product can be appropriately employed. Hereinafter, an example of a positive electrode active material in which the lithium transition metal oxide is mainly a layered structure oxide (LiNiCoMn oxide) containing all of Ni, Co and Mn will be described. Although the embodiment will be described in more detail, it is not intended to limit the application target of the technology disclosed herein to such a positive electrode active material.

図1に示すように、本実施態様に係る正極活物質製造方法は、Ni、Co、Mn、CaおよびMgを含む水溶液(典型的には酸性、すなわちpH7未満の水溶液)Aqを準備することを含む(ステップS110)。この水溶液Aqは、典型的には、Wを実質的に含有しない組成物である。上記水溶液Aqに含まれる各金属元素の量比は、目的物たる正極活物質の組成に応じて適宜設定することができる。例えば、Ni、CoおよびMnのモル比を、上記正極活物質におけるこれらの元素のモル比と概ね同程度とすることができる。また、水溶液Aqに含まれるNi、CoおよびMnの総質量とCaおよびMgの各々の質量との比は、上記正極活物質におけるこれらの質量比と概ね同程度とすることができる。なお、水溶液Aqは、Ni、Co、Mn、CaおよびMgの全てを含む一種類の水溶液であってもよく、組成の異なる二種類以上の水溶液であってもよい。例えば、金属元素としてNi、Co、MnおよびCaのみを含む水溶液AqA1と、金属元素としてMgのみを含む水溶液AqA2との二種類を、上記Aqとして使用してもよい。通常は、製造装置の複雑化を避ける、製造条件の制御が容易である等の観点から、Ni、Co、Mn、CaおよびMgの全てを含む一種類の水溶液Aqを用いる態様を好ましく採用し得る。 As shown in FIG. 1, the positive electrode active material manufacturing method according to the present embodiment prepares an aqueous solution (typically acidic, that is, an aqueous solution having a pH of less than 7) Aq A containing Ni, Co, Mn, Ca and Mg. (Step S110). This aqueous solution Aq A is typically a composition that is substantially free of W. The amount ratio of each metal element contained in the aqueous solution Aq A can be appropriately set according to the composition of the positive electrode active material that is the object. For example, the molar ratio of Ni, Co, and Mn can be approximately the same as the molar ratio of these elements in the positive electrode active material. The ratio of the total mass of Ni, Co, and Mn contained in the aqueous solution Aq A to the mass of each of Ca and Mg can be approximately the same as the mass ratio of the positive electrode active material. The aqueous solution Aq A may be one type of aqueous solution containing all of Ni, Co, Mn, Ca, and Mg, or may be two or more types of aqueous solutions having different compositions. For example, two types of aqueous solutions Aq A1 containing only Ni, Co, Mn and Ca as metal elements and aqueous solutions Aq A2 containing only Mg as metal elements may be used as the Aq A. Usually, from the viewpoint of avoiding complication of the manufacturing apparatus and easy control of the manufacturing conditions, an embodiment using one kind of aqueous solution Aq A containing all of Ni, Co, Mn, Ca and Mg is preferably adopted. obtain.

≪水溶液Aq
上記水溶液Aqは、例えば、適当なNi化合物、Co化合物、Mn化合物、Ca化合物およびMg化合物のそれぞれ所定量を水性溶媒に溶解させて調製することができる。これらの金属化合物としては、各金属の塩(すなわち、Ni塩、Co塩、Mn塩、Ca塩およびMg塩)を好ましく使用することができる。これらの金属塩を水性溶媒に添加する順序は特に制限されない。また、各塩の水溶液を混合して調製してもよい。あるいは、Ni塩、Co塩、Mn塩を含む水溶液に、Ca塩およびMg塩の水溶液を混合してもよい。これらの金属塩(Ni塩、Co塩、Mn塩、Ca塩、Mg塩)におけるアニオンは、それぞれ、該塩が所望の水溶性となるように選択すればよい。例えば、硫酸イオン、硝酸イオン、塩化物イオン、炭酸イオン、水酸化物イオン等であり得る。すなわち、上記金属塩は、それぞれ、Ni、Co、Mn、Ca、Mgの硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩、炭酸塩、水酸化物等であり得る。これら金属塩のアニオンは、全てまたは一部が同じであってもよく、互いに異なってもよい。これらの塩は、それぞれ、水和物等の溶媒和物であってもよい。図1には、各金属の硫酸塩を用いる例を示している。水溶液Aqの濃度は、全遷移金属(Ni、Co、Mn)の合計が1.0〜2.2mol/L程度となる濃度であることが好ましい。
≪Aqueous solution Aq A
The aqueous solution Aq A can be prepared, for example, by dissolving a predetermined amount of each of an appropriate Ni compound, Co compound, Mn compound, Ca compound, and Mg compound in an aqueous solvent. As these metal compounds, salts of each metal (namely, Ni salt, Co salt, Mn salt, Ca salt and Mg salt) can be preferably used. The order in which these metal salts are added to the aqueous solvent is not particularly limited. Moreover, you may prepare by mixing the aqueous solution of each salt. Or you may mix the aqueous solution of Ca salt and Mg salt with the aqueous solution containing Ni salt, Co salt, and Mn salt. The anions in these metal salts (Ni salt, Co salt, Mn salt, Ca salt, Mg salt) may be selected so that the salt has a desired water solubility. For example, it may be sulfate ion, nitrate ion, chloride ion, carbonate ion, hydroxide ion, and the like. That is, the metal salt may be Ni, Co, Mn, Ca, Mg sulfate, nitrate, hydrochloride, carbonate, hydroxide, and the like. All or part of these metal salt anions may be the same or different from each other. Each of these salts may be a solvate such as a hydrate. FIG. 1 shows an example in which sulfates of respective metals are used. The concentration of the aqueous solution Aq A is preferably such that the total of all transition metals (Ni, Co, Mn) is about 1.0 to 2.2 mol / L.

≪水溶液Aq(W水溶液)≫
本態様に係る正極活物質製造方法は、また、Wを含む水溶液Aq(以下、「W水溶液」ということもある。)を準備することを含む(ステップS120)。このW水溶液は、典型的には、Ni、Co、Mn、CaおよびMgを実質的に含有しない(これらの金属元素を少なくとも意図的には含有させないことをいい、不可避的不純物等として混入することは許容され得る。)組成物である。例えば、金属元素として実質的にWのみを含むW水溶液を好ましく使用し得る。上記W水溶液は、上述した水溶液Aqと同様に、所定量のW化合物を水性溶媒に溶解させて調製することができる。かかるW化合物としては、例えば、各種のW塩を用いることができる。好ましい一態様では、タングステン酸(Wを中心元素とするオキソ酸)の塩を用いる。上記W塩におけるカチオンは、該塩が水溶性となるように選択することができ、例えばアンモニウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等であり得る。好ましく使用し得るW塩の一例として、パラタングステン酸アンモニウム(5(NHO・12WO)が挙げられる(図1)。上記W塩は、水和物等の溶媒和物であってもよい。W水溶液の濃度は、W元素基準で0.01〜1mol/L程度であることが好ましい。
≪Aqueous solution Aq C (W aqueous solution) ≫
The positive electrode active material manufacturing method according to this embodiment also includes preparing an aqueous solution Aq C containing W (hereinafter also referred to as “W aqueous solution”) (step S120). This W aqueous solution typically does not substantially contain Ni, Co, Mn, Ca and Mg (which means that these metal elements are at least not intentionally contained and mixed as an inevitable impurity). Is acceptable.) A composition. For example, a W aqueous solution containing substantially only W as a metal element can be preferably used. The aqueous W solution can be prepared by dissolving a predetermined amount of a W compound in an aqueous solvent, similar to the aqueous solution Aq A described above. As such a W compound, for example, various W salts can be used. In a preferred embodiment, a salt of tungstic acid (an oxo acid having W as a central element) is used. The cation in the W salt can be selected so that the salt is water-soluble, and may be, for example, ammonium ion, sodium ion, potassium ion, or the like. An example of a W salt that can be preferably used is ammonium paratungstate (5 (NH 4 ) 2 O · 12WO 3 ) (FIG. 1). The W salt may be a solvate such as a hydrate. The concentration of the aqueous W solution is preferably about 0.01 to 1 mol / L based on the W element.

上記水溶液Aqおよび上記W水溶液の調製に用いる水性溶媒は、典型的には水である。使用する各塩金属化合物の溶解性によっては溶解性を向上させる試薬(酸、塩基等)を含む水を用いてもよい。 The aqueous solvent used for the preparation of the aqueous solution Aq A and the aqueous W solution is typically water. Depending on the solubility of each salt metal compound used, water containing a reagent (acid, base, etc.) that improves solubility may be used.

≪アルカリ性水溶液≫
本態様に係る方法は、さらに、アルカリ性水溶液を準備することを含み得る(ステップS130)。このアルカリ性水溶液は、水性溶媒にアルカリ剤(液性をアルカリ側に傾ける作用のある化合物)が溶解した水溶液である。上記アルカリ剤としては、強塩基(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物)および弱塩基(アンモニア、アミン等)のいずれも使用可能である。少なくともアンモニアを含むアルカリ性水溶液Aqが好ましい。ここに開示される技術の好ましい一態様では、弱塩基および強塩基の両方を含むアルカリ性水溶液を使用する。例えば、アンモニアと水酸化ナトリウムとを含むアルカリ性水溶液を好ましく使用し得る。組成の異なる複数のアルカリ性水溶液(例えば、アンモニア水と水酸化ナトリウム水溶液)を使用してもよい。典型的には、Ni、Co、Mn、Ca、MgおよびWを実質的に含有しない(これらの金属元素を少なくとも意図的には含有させないことをいい、不可避的不純物等として混入することは許容され得る。)組成物である。
≪Alkaline aqueous solution≫
The method according to this aspect may further include providing an alkaline aqueous solution (step S130). This alkaline aqueous solution is an aqueous solution in which an alkaline agent (a compound having an action of tilting the liquid property toward the alkali side) is dissolved in an aqueous solvent. As the alkali agent, any of strong bases (for example, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide) and weak bases (ammonia, amine, etc.) can be used. Alkaline aqueous solution Aq B containing at least ammonia is preferred. In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, an alkaline aqueous solution containing both a weak base and a strong base is used. For example, an alkaline aqueous solution containing ammonia and sodium hydroxide can be preferably used. A plurality of alkaline aqueous solutions having different compositions (for example, aqueous ammonia and aqueous sodium hydroxide solution) may be used. Typically, Ni, Co, Mn, Ca, Mg and W are not substantially contained. (It means that these metal elements are not at least intentionally contained, and it is allowed to be mixed as an inevitable impurity etc.) It is a composition.

≪前駆体水酸化物の晶析≫
そして、水溶液AqとW水溶液とを、アルカリ性の(好ましくはpH11〜14の)条件下で混合することにより、Ni、Co、Mn、Ca、MgおよびWを含む前駆体水酸化物を析出(晶析)させる(ステップS140)。したがって、上記水溶液Aqは、中和された後にWと混合される。例えば、初期pHが11〜14(典型的には11.5〜12.5、例えば12.0程度)のアルカリ性水溶液を反応槽内に用意し(ステップS142)、この初期pHを維持しつつ、該反応槽に水溶液AqおよびW水溶液Aqを適切な速度で供給して撹拌混合する。このとき、上記初期pHを維持するために、必要に応じて上記反応槽にアルカリ性水溶液を追加供給するとよい(ステップS144)。析出した前駆体水酸化物は、晶析終了後、水洗・濾過して乾燥させ、所望の粒径を有する粒子状に調製するとよい(ステップS150)。
≪Crystal crystallization of precursor hydroxide≫
A precursor hydroxide containing Ni, Co, Mn, Ca, Mg and W is precipitated by mixing the aqueous solution Aq A and the aqueous W solution under alkaline (preferably pH 11 to 14) conditions ( Crystallization) (step S140). Therefore, the aqueous solution Aq A is mixed with W after being neutralized. For example, an alkaline aqueous solution having an initial pH of 11 to 14 (typically 11.5 to 12.5, for example, about 12.0) is prepared in the reaction tank (step S142), while maintaining the initial pH, Aqueous solution Aq A and aqueous W solution Aq C are supplied to the reaction vessel at an appropriate rate and mixed with stirring. At this time, in order to maintain the initial pH, an alkaline aqueous solution may be additionally supplied to the reaction vessel as necessary (step S144). The precipitated precursor hydroxide is preferably washed and filtered, dried after crystallization, and prepared into particles having a desired particle size (step S150).

このように、Ni、Co、Mn、CaおよびMgと、Wとを、別々の水溶液中に準備し、これらをアルカリ性条件下(典型的には、pH11以上の条件下)で混合することにより、一次粒子の表面に偏ってWが存在する正極活物質(典型的には、該一次粒子の内部全体にMgが存在する正極活物質)の製造に適した前駆体水酸化物(典型的には粒子状)が生成し得る。これは、上記のようにNi、Co、Mn、CaおよびMgを含む水溶液Aqが中和された後にWと混合されることにより、まずNi、Co、Mn、CaおよびMgを含む水酸化物が析出し始め、その析出物に接触することでWが析出しやすくなるためと考えられる。 Thus, by preparing Ni, Co, Mn, Ca and Mg, and W in separate aqueous solutions and mixing them under alkaline conditions (typically under pH 11 or higher), Precursor hydroxide (typically suitable for the production of a positive electrode active material in which W is present on the surface of primary particles (typically, a positive electrode active material in which Mg is present throughout the primary particles) Particulate) can be produced. As described above, the aqueous solution Aq A containing Ni, Co, Mn, Ca and Mg is neutralized and then mixed with W, so that the hydroxide containing Ni, Co, Mn, Ca and Mg is first used. It is thought that W starts to precipitate and W easily precipitates by contacting the precipitate.

上記前駆体水酸化物の析出反応(該水酸化物の生成反応)を進行させる間、その反応液の温度は、20℃〜60℃(例えば30℃〜50℃)の範囲に制御することが好ましい。また、反応液のpHを11〜14(典型的には11.5〜12.5、例えば12.0程度)に調整することが好ましい。アンモニアを含むアルカリ性水溶液を用いる態様では、反応液中のアンモニア濃度を3〜25g/Lに調整することが好ましい。上記前駆体水酸化物の析出反応を継続する時間は、目的とする正極活物質の粒子径(典型的には平均粒子径)に応じて適宜設定することができる。傾向としては、より粒子径の大きな正極活物質を得るためには、より反応時間を長くするとよい。   While the precipitation reaction of the precursor hydroxide (the formation reaction of the hydroxide) proceeds, the temperature of the reaction solution can be controlled in the range of 20 ° C. to 60 ° C. (for example, 30 ° C. to 50 ° C.). preferable. Moreover, it is preferable to adjust the pH of the reaction solution to 11 to 14 (typically 11.5 to 12.5, for example, about 12.0). In the embodiment using an alkaline aqueous solution containing ammonia, it is preferable to adjust the ammonia concentration in the reaction solution to 3 to 25 g / L. The time for continuing the precipitation reaction of the precursor hydroxide can be appropriately set according to the particle diameter (typically average particle diameter) of the target positive electrode active material. As a tendency, in order to obtain a positive electrode active material having a larger particle diameter, it is preferable to increase the reaction time.

本態様に係る正極活物質製造方法は、上記前駆体水酸化物とLi化合物とを混合することを含み得る(ステップS160)。上記Li化合物としては、Liを含む酸化物を用いてもよく、加熱により酸化物となり得る化合物(Liの炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩、水酸化物、アンモニウム塩、ナトリウム塩等)を用いてもよい。好ましいLi化合物として、炭酸リチウム、水酸化リチウム等を例示することができる。かかるLi化合物は、一種のみを単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。上記前駆体水酸化物とLi化合物との混合は、湿式混合および乾式混合のいずれの態様で行ってもよい。簡便性およびコスト性の観点からは乾式混合が好ましい。上記前駆体水酸化物と上記Li化合物との混合比は、目的とする正極活物質におけるLiとNi、CoおよびMnとのモル比が実現されるように決定することができる。例えば、LiとNi、CoおよびMnとのモル比が上記正極活物質におけるモル比と同程度となるように、上記前駆体水酸化物とLi化合物とを混合するとよい。   The positive electrode active material manufacturing method according to this aspect may include mixing the precursor hydroxide and the Li compound (step S160). As the Li compound, an oxide containing Li may be used, and a compound that can be converted into an oxide by heating (Li carbonate, nitrate, sulfate, oxalate, hydroxide, ammonium salt, sodium salt, etc.) May be used. Examples of preferred Li compounds include lithium carbonate and lithium hydroxide. Such Li compounds can be used alone or in combination of two or more. Mixing of the precursor hydroxide and the Li compound may be performed by either wet mixing or dry mixing. From the viewpoint of simplicity and cost, dry mixing is preferred. The mixing ratio of the precursor hydroxide and the Li compound can be determined such that the molar ratio of Li to Ni, Co, and Mn in the target positive electrode active material is realized. For example, the precursor hydroxide and the Li compound may be mixed so that the molar ratio of Li to Ni, Co, and Mn is approximately the same as the molar ratio in the positive electrode active material.

そして、上記混合物を焼成してリチウム遷移金属酸化物を生成させる(ステップS170)。焼成温度は、凡そ700〜1000℃の範囲とすることが好ましい。焼成は、同じ温度で一度に行ってもよく、異なる温度で段階的に行ってもよい。焼成時間は、適宜選択することができる。例えば、800〜1000℃程度で2〜24時間程度焼成してもよく、あるいは、700〜800℃程度で1〜12時間程度焼成した後、800〜1000℃程度で2〜24時間程度焼成してもよい。より高い出力を得るためには、焼成温度を850℃〜980℃(より好ましくは850℃〜950℃)の範囲とすることが好適である。かかる焼成条件は、例えばハイブリッド自動車のように、出力性能を高めることが重視される用途向けのリチウム二次電池に用いられる正極活物質の製造において好ましく採用され得る。また、所望の出力を発揮し得るSOCの範囲をより広くするためには、焼成温度を900℃〜1000℃の範囲とすることが好適である。かかる焼成条件は、例えば電気自動車のように、取り出し得る電気量を多くすることが重視される用途向けのリチウム二次電池に用いられる正極活物質の製造において好ましく採用され得る。   Then, the mixture is fired to produce a lithium transition metal oxide (step S170). The firing temperature is preferably in the range of about 700 to 1000 ° C. Firing may be performed at the same temperature at a time, or may be performed stepwise at different temperatures. The firing time can be appropriately selected. For example, it may be baked at about 800 to 1000 ° C. for about 2 to 24 hours, or after baking at about 700 to 800 ° C. for about 1 to 12 hours and then at about 800 to 1000 ° C. for about 2 to 24 hours. Also good. In order to obtain a higher output, it is preferable to set the firing temperature in the range of 850 ° C. to 980 ° C. (more preferably 850 ° C. to 950 ° C.). Such firing conditions can be preferably employed in the production of a positive electrode active material used in a lithium secondary battery for applications where emphasis is placed on enhancing output performance, such as a hybrid vehicle. Moreover, in order to make the range of SOC that can exhibit a desired output wider, it is preferable that the firing temperature is in the range of 900 ° C to 1000 ° C. Such firing conditions can be preferably employed in the production of a positive electrode active material used for a lithium secondary battery for applications in which it is important to increase the amount of electricity that can be taken out, such as an electric vehicle.

好ましくは、かかる焼成工程後に焼成物を解砕し、必要に応じて篩分けを行なって正極活物質の粒径を調整する。このようにして、リチウム遷移金属酸化物の一次粒子が集まった二次粒子の形態をなし、該一次粒子の表面に偏ってWが存在する正極活物質を得ることができる。好ましい一態様では、上記正極活物質に含まれるCaもまた、一次粒子の表面(粒界)に偏って存在している。一方、上記正極活物質に含まれるMgは上記一次粒子の内部全体に、好ましくは略均一に存在している。かかる製造方法によると、典型的には、後述するサンプル1のTOF−SIMSスペクトルにみられるように、Wの一部およびCaの少なくとも一部がともにLiと化合物化した状態で含まれる正極活物質が得られる。上記製造方法によってWおよびCaがいずれも粒界に偏って分布した正極活物質が得られる理由の一つとして、かかる化合物化(すなわち、Li、WおよびCaを含む化合物の形成)の寄与があるものと推察される。   Preferably, after the firing step, the fired product is crushed and sieved as necessary to adjust the particle size of the positive electrode active material. In this way, it is possible to obtain a positive electrode active material that is in the form of secondary particles in which primary particles of lithium transition metal oxide are gathered and W is present on the surface of the primary particles. In a preferred embodiment, Ca contained in the positive electrode active material is also present on the surface (grain boundary) of the primary particles. On the other hand, Mg contained in the positive electrode active material is preferably present substantially uniformly throughout the interior of the primary particles. According to such a manufacturing method, typically, as seen in a TOF-SIMS spectrum of Sample 1 described later, a positive electrode active material containing a part of W and at least a part of Ca in a compounded state with Li. Is obtained. One of the reasons why a positive electrode active material in which W and Ca are both distributed to grain boundaries is obtained by the above production method is the contribution of such compounding (that is, formation of a compound containing Li, W and Ca). Inferred.

ここに開示される技術における正極活物質は、上記二次粒子の平均粒径が1μm〜50μm程度のものであり得る。通常は、上記平均粒径が2μm〜20μm程度(典型的には3μm〜10μm、例えば3μm〜8μm程度)である正極活物質が好ましい。なお、本明細書中において「平均粒径」とは、特記しない場合、レーザ散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置に基づいて測定した粒度分布から導き出せるメジアン径(50%体積平均粒子径;以下「D50」と表記することもある。)をいう。上記正極活物質の比表面積は、概ね0.5〜1.9m/gの範囲にあることが好ましい。 The positive electrode active material in the technology disclosed herein may have an average particle size of the secondary particles of about 1 μm to 50 μm. Usually, a positive electrode active material having an average particle size of about 2 μm to 20 μm (typically 3 μm to 10 μm, for example, about 3 μm to 8 μm) is preferable. In the present specification, the “average particle diameter” means a median diameter (50% volume average particle diameter; below), which can be derived from a particle size distribution measured based on a particle size distribution measuring apparatus based on a laser scattering / diffraction method, unless otherwise specified. "D50"). The specific surface area of the positive electrode active material is preferably in the range of approximately 0.5 to 1.9 m 2 / g.

上記正極活物質を構成する一次粒子の平均粒径は、電子顕微鏡(透過型(TEM)および走査型(SEM)のいずれも使用可能である。)を用いて、少なくとも5個(例えば5個〜10個程度)の一次粒子について一定方向に対する直径(最長の差渡し長さ)を測定し、それらを算術平均することにより把握することができる。通常は、上記一次粒子の平均粒径が0.1μm〜1.0μm(例えば0.2μm〜0.7μm)である正極活物質が好ましい。   The average particle diameter of the primary particles constituting the positive electrode active material is at least 5 (for example, 5 to 5) using an electron microscope (both transmission type (TEM) and scanning type (SEM) can be used). It can be grasped by measuring the diameter (longest difference length) with respect to a certain direction of primary particles (about 10) and averaging them. Usually, a positive electrode active material in which the average particle diameter of the primary particles is 0.1 μm to 1.0 μm (for example, 0.2 μm to 0.7 μm) is preferable.

本発明によると、ここに開示されるいずれかの正極活物質を有する正極が提供される。また、上記正極を備えたリチウムイオン二次電池が提供される。かかるリチウムイオン二次電池の一実施形態について、捲回型の電極体と非水電解液とを扁平な角型形状の電池ケースに収容した構成のリチウムイオン二次電池を例にして詳細に説明するが、ここに開示される技術の実施形態を限定する意図ではない。   According to the present invention, a positive electrode having any of the positive electrode active materials disclosed herein is provided. Moreover, the lithium ion secondary battery provided with the said positive electrode is provided. An embodiment of such a lithium ion secondary battery will be described in detail by taking as an example a lithium ion secondary battery having a configuration in which a wound electrode body and a non-aqueous electrolyte are accommodated in a flat rectangular battery case. However, it is not intended to limit the embodiments of the technology disclosed herein.

≪リチウムイオン二次電池≫
ここに開示される技術の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、例えば図2および図3に示されるように、捲回電極体20が、非水電解液90とともに、該電極体20の形状に対応した扁平な箱状の電池ケース10に収容された構成を有する。ケース10の開口部12は蓋体14により塞がれている。蓋体14には、外部接続用の正極端子38および負極端子48が、それら端子の一部が蓋体14から電池の外方に突出するように設けられている。かかる構成のリチウムイオン二次電池100は、例えば、ケース10の開口部12から電極体20を内部に収容し、該ケース10の開口部12に蓋体14を取り付けた後、蓋体14に設けられた電解液注入孔(図示せず)から電解液90を注入し、次いで上記注入孔を塞ぐことによって構築することができる。
≪Lithium ion secondary battery≫
In the lithium ion secondary battery according to an embodiment of the technology disclosed herein, for example, as shown in FIGS. 2 and 3, the wound electrode body 20 includes the non-aqueous electrolyte 90 and the electrode body 20. It has the structure accommodated in the flat box-shaped battery case 10 corresponding to a shape. The opening 12 of the case 10 is closed with a lid 14. The lid body 14 is provided with a positive terminal 38 and a negative terminal 48 for external connection so that a part of the terminals protrudes outward from the lid body 14. The lithium ion secondary battery 100 having such a configuration is provided in the lid body 14 after the electrode body 20 is accommodated inside the opening portion 12 of the case 10 and the lid body 14 is attached to the opening portion 12 of the case 10, for example. It can be constructed by injecting an electrolytic solution 90 from a prepared electrolytic solution injection hole (not shown) and then closing the injection hole.

電極体20は、正極活物質を含む正極合剤層34が長尺シート状の正極集電体32に保持された正極シート30と、負極活物質を含む負極合剤層44が長尺シート状の負極集電体42に保持された負極シート40とを重ね合わせて捲回し、得られた捲回体を側面方向から押圧して拉げさせることによって扁平形状に成形されている。典型的には、正極合剤層34と負極合剤層44との間は、両者の直接接触を防ぐ絶縁層が配置されている。好ましい一態様では、上記絶縁層として2枚の長尺シート状のセパレータ50を使用する。例えば、これらのセパレータ50を正極シート30および負極シート40とともに捲回して電極体20が構成される。上記絶縁層は、また、正極合剤層34および負極合剤層44の一方または両方の表面にコートされていてもよい。   The electrode body 20 has a positive electrode sheet 30 in which a positive electrode mixture layer 34 containing a positive electrode active material is held by a long sheet-like positive electrode current collector 32 and a negative electrode mixture layer 44 containing a negative electrode active material in a long sheet form. The negative electrode sheet 40 held on the negative electrode current collector 42 is overlapped and wound, and the obtained wound body is pressed from the side surface direction and flared to form a flat shape. Typically, an insulating layer that prevents direct contact between the positive electrode mixture layer 34 and the negative electrode mixture layer 44 is disposed between the positive electrode mixture layer 34 and the negative electrode mixture layer 44. In a preferred embodiment, two long sheet-like separators 50 are used as the insulating layer. For example, the electrode body 20 is configured by winding these separators 50 together with the positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40. The insulating layer may be coated on one or both surfaces of the positive electrode mixture layer 34 and the negative electrode mixture layer 44.

正極シート30は、その長手方向に沿う一方の端部において、正極合剤層34が設けられておらず正極集電体32が露出するように形成されている。同様に、負極シート40は、その長手方向に沿う一方の端部において、負極合剤層44が設けられておらず負極集電体42が露出するように形成されている。そして、正極集電体32の上記露出端部に正極端子38が、負極集電体42の上記露出端部には負極端子48がそれぞれ接合されている。正負極端子38、48と正負極集電体32、42との接合は、例えば、超音波溶接、抵抗溶接等により行うことができる。   The positive electrode sheet 30 is formed such that the positive electrode mixture layer 34 is not provided at one end along the longitudinal direction, and the positive electrode current collector 32 is exposed. Similarly, the negative electrode sheet 40 is formed so that the negative electrode mixture layer 44 is not provided at one end along the longitudinal direction, and the negative electrode current collector 42 is exposed. A positive electrode terminal 38 is joined to the exposed end portion of the positive electrode current collector 32, and a negative electrode terminal 48 is joined to the exposed end portion of the negative electrode current collector 42. The positive and negative electrode terminals 38 and 48 and the positive and negative electrode current collectors 32 and 42 can be joined by, for example, ultrasonic welding, resistance welding, or the like.

正極シート30は、ここに開示されるいずれかの正極活物質を、必要に応じて用いられる導電材、バインダ(結着剤)等とともに適当な溶媒に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物(正極合剤組成物)を正極集電体32に付与し、該組成物を乾燥させることにより好ましく作製することができる。上記溶媒としては、水性溶媒および有機溶媒のいずれも使用可能である。正極活物質に含まれるWが上記溶媒に溶出する事態をより高度に防止するという観点からは、上記溶媒として有機溶媒(例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP))を用いることが好ましい。   The positive electrode sheet 30 is a paste-like or slurry-like composition in which any of the positive electrode active materials disclosed herein is dispersed in an appropriate solvent together with a conductive material, a binder (binder) and the like used as necessary. The positive electrode mixture composition can be preferably prepared by applying the positive electrode current collector composition 32 to the positive electrode current collector 32 and drying the composition. As the solvent, any of an aqueous solvent and an organic solvent can be used. From the viewpoint of highly preventing the W contained in the positive electrode active material from eluting into the solvent, it is preferable to use an organic solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)) as the solvent.

導電材としては、カーボン粉末やカーボンファイバー等の導電性粉末材料が好ましく用いられる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、グラファイト粉末等が好ましい。導電材は、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。   As the conductive material, a conductive powder material such as carbon powder or carbon fiber is preferably used. As the carbon powder, various carbon blacks such as acetylene black, furnace black, ketjen black, and graphite powder are preferable. A conductive material can be used alone or in combination of two or more.

上記バインダの例としては、カルボキシメチルセルロース(CMC;典型的にはナトリウム塩)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等が挙げられる。このようなバインダは、一種を単独で、または二種以上を適宜組み合わせて用いることができる。かかるバインダは、正極合剤組成物の増粘剤としても機能し得る。   Examples of the binder include carboxymethyl cellulose (CMC; typically sodium salt), polyvinyl alcohol (PVA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), and the like. It is done. Such a binder can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types as appropriate. Such a binder can also function as a thickener for the positive electrode mixture composition.

正極合剤層全体に占める正極活物質の割合は、凡そ50質量%以上(典型的には50〜95質量%)とすることが適当であり、通常は凡そ70〜95質量%であることが好ましい。導電材を使用する場合、正極合剤層全体に占める導電材の割合は、例えば凡そ2〜20質量%とすることができ、通常は凡そ2〜15質量%とすることが好ましい。バインダを使用する場合には、正極合剤層全体に占めるバインダの割合を例えば凡そ0.5〜10質量%とすることができ、通常は凡そ1〜5質量%とすることが適当である。   The proportion of the positive electrode active material in the entire positive electrode mixture layer is suitably about 50% by mass or more (typically 50 to 95% by mass), and usually about 70 to 95% by mass. preferable. When the conductive material is used, the ratio of the conductive material in the entire positive electrode mixture layer can be, for example, about 2 to 20% by mass, and is usually preferably about 2 to 15% by mass. When using a binder, the ratio of the binder to the whole positive electrode mixture layer can be, for example, about 0.5 to 10% by mass, and usually about 1 to 5% by mass is appropriate.

正極集電体32としては、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を用いることができる。正極集電体32の形状は、リチウムイオン二次電池の形状等に応じて異なり得るため、特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。本実施形態のように捲回電極体20を備えるリチウムイオン二次電池100では、厚み10μm〜30μm程度のアルミニウムシート(アルミニウム箔)を正極集電体32として好ましく使用し得る。   As the positive electrode current collector 32, a conductive member made of a highly conductive metal is preferably used. For example, aluminum or an alloy containing aluminum as a main component can be used. The shape of the positive electrode current collector 32 may vary depending on the shape of the lithium ion secondary battery, and is not particularly limited, and may be various forms such as a rod shape, a plate shape, a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape. . In the lithium ion secondary battery 100 including the wound electrode body 20 as in the present embodiment, an aluminum sheet (aluminum foil) having a thickness of about 10 μm to 30 μm can be preferably used as the positive electrode current collector 32.

正極集電体32に付与した正極合剤組成物の乾燥は、必要に応じて加熱下で行うことができる。乾燥後、必要に応じて全体をプレスしてもよい。正極集電体32の単位面積当たりに設けられる正極合剤層34の質量(正極集電体32の両面に正極合剤層34を有する構成では両面の合計質量)は、例えば5〜40mg/cm(典型的には5〜20mg/cm)程度とすることが適当である。正極合剤層34の密度は、例えば1.0〜3.0g/cm(典型的には1.5〜3.0g/cm)程度とすることができる。 The positive electrode mixture composition applied to the positive electrode current collector 32 can be dried under heating as necessary. After drying, the whole may be pressed as necessary. The mass of the positive electrode mixture layer 34 provided per unit area of the positive electrode current collector 32 (the total mass on both sides in the configuration having the positive electrode mixture layer 34 on both surfaces of the positive electrode current collector 32) is, for example, 5 to 40 mg / cm. 2 (typically 5 to 20 mg / cm 2 ) is appropriate. The density of the positive electrode mixture layer 34 can be, for example, about 1.0 to 3.0 g / cm 3 (typically 1.5 to 3.0 g / cm 3 ).

負極シート40は、例えば、負極活物質を、必要に応じて用いられるバインダ等とともに適当な溶媒に分散させたペーストまたはスラリー状の組成物(負極合剤組成物)を負極集電体42に付与し、該組成物を乾燥させることにより好ましく作製することができる。   The negative electrode sheet 40 provides, for example, a negative electrode current collector 42 with a paste or slurry-like composition (negative electrode mixture composition) in which a negative electrode active material is dispersed in an appropriate solvent together with a binder used as necessary. And it can produce preferably by drying this composition.

負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる材料の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適な負極活物質として炭素材料が挙げられる。少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を有する粒子状の炭素材料(カーボン粒子)が好ましい。いわゆる黒鉛質のもの(グラファイト)、難黒鉛化炭素質のもの(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質のもの(ソフトカーボン)、これらを組み合わせた構造を有するもののいずれの炭素材料も好適に使用され得る。なかでも特に、天然黒鉛等のグラファイト粒子を好ましく使用することができる。グラファイトの表面に非晶質(アモルファス)カーボンが付与されたカーボン粒子等であってもよい。負極合剤層全体に占める負極活物質の割合は特に限定されないが、通常は凡そ50質量%以上とすることが適当であり、好ましくは凡そ90〜99質量%(例えば凡そ95〜99質量%)である。   As the negative electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used for lithium ion secondary batteries can be used without any particular limitation. A carbon material is mentioned as a suitable negative electrode active material. Particulate carbon materials (carbon particles) having a graphite structure (layered structure) at least partially are preferable. Any carbon material of a so-called graphitic material (graphite), non-graphitizable carbon material (hard carbon), easily graphitized carbon material (soft carbon), or a combination of these materials is preferably used. obtain. Among these, graphite particles such as natural graphite can be preferably used. Carbon particles in which amorphous (amorphous) carbon is added to the surface of graphite may be used. The ratio of the negative electrode active material in the entire negative electrode mixture layer is not particularly limited, but it is usually appropriately about 50% by mass or more, preferably about 90 to 99% by mass (for example, about 95 to 99% by mass). It is.

バインダとしては、上述した正極と同様のものを、単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。バインダの添加量は、負極活物質の種類や量に応じて適宜選択すればよく、例えば、負極合剤層全体の1〜5質量%程度とすることができる。   As a binder, the thing similar to the positive electrode mentioned above can be used individually or in combination of 2 or more types. What is necessary is just to select the addition amount of a binder suitably according to the kind and quantity of a negative electrode active material, for example, can be about 1-5 mass% of the whole negative mix layer.

負極集電体42としては、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、銅または銅を主成分とする合金を用いることができる。また、負極集電体42の形状は、正極集電体32と同様に、種々の形態であり得る。本実施形態のように捲回電極体20を備えるリチウムイオン二次電池100では、厚み5μm〜30μm程度の銅製シート(銅箔)を、負極集電体42として好ましく使用し得る。   As the negative electrode current collector 42, a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used. For example, copper or an alloy containing copper as a main component can be used. Further, the shape of the negative electrode current collector 42 can be in various forms like the positive electrode current collector 32. In the lithium ion secondary battery 100 including the wound electrode body 20 as in the present embodiment, a copper sheet (copper foil) having a thickness of about 5 μm to 30 μm can be preferably used as the negative electrode current collector 42.

負極集電体42に付与した正極合剤組成物の乾燥は、必要に応じて加熱下で行うことができる。乾燥後、必要に応じて全体をプレスしてもよい。負極集電体42の単位面積当たりに設けられる負極合剤層44の質量(両面の合計質量)は、例えば3〜30mg/cm(典型的には3〜15mg/cm)程度とすることが適当である。負極合剤層44の密度は、例えば0.8〜2.0g/cm(典型的には1.0〜2.0g/cm)程度とすることができる。 Drying of the positive electrode mixture composition applied to the negative electrode current collector 42 can be performed under heating as necessary. After drying, the whole may be pressed as necessary. The mass (total mass of both surfaces) of the negative electrode mixture layer 44 provided per unit area of the negative electrode current collector 42 is, for example, about 3 to 30 mg / cm 2 (typically 3 to 15 mg / cm 2 ). Is appropriate. The density of the negative electrode mixture layer 44 can be, for example, about 0.8 to 2.0 g / cm 3 (typically 1.0 to 2.0 g / cm 3 ).

正極シート30と負極シート40との間に介在されるセパレータ50としては、当該分野において一般的なセパレータと同様のものを特に限定なく用いることができる。例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂からなる多孔質シート、不織布等を用いることができる。好適例として、一種または二種以上のポリオレフィン樹脂を主体に構成された単層または多層構造の多孔性シート(微多孔質樹脂シート)が挙げられる。例えば、PEシート、PPシート、PE層の両側にPP層が積層された三層構造(PP/PE/PP構造)のシート等を好適に使用し得る。セパレータの厚みは、例えば、凡そ10μm〜40μmの範囲内で設定することが好ましい。ここに開示される技術におけるセパレータは、上記多孔質シート、不織布等の片面または両面(典型的には片面)に、多孔質の耐熱層を備える構成のものであってもよい。かかる多孔質耐熱層は、例えば、無機材料(アルミナ粒子等の無機フィラー類を好ましく採用し得る。)とバインダとを含む層であり得る。   As the separator 50 interposed between the positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40, the same separator as a general separator in the field can be used without particular limitation. For example, a porous sheet made of a resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, or polyamide, a nonwoven fabric, or the like can be used. Preferable examples include a single layer or multilayer structure porous sheet (microporous resin sheet) mainly composed of one or more kinds of polyolefin resins. For example, a PE sheet, a PP sheet, a sheet having a three-layer structure (PP / PE / PP structure) in which PP layers are laminated on both sides of the PE layer, and the like can be suitably used. The thickness of the separator is preferably set within a range of approximately 10 μm to 40 μm, for example. The separator in the technique disclosed herein may have a configuration in which a porous heat-resistant layer is provided on one side or both sides (typically, one side) of the porous sheet or the nonwoven fabric. Such a porous heat-resistant layer can be, for example, a layer containing an inorganic material (inorganic fillers such as alumina particles can be preferably employed) and a binder.

非水電解液90としては、非水溶媒(有機溶媒)中に電解質(支持塩)を含むものが用いられる。上記非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池の電解液に用いられる有機溶媒の一種または二種以上を適宜選択して使用することができる。特に好ましい非水溶媒として、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ビニレンカーボネート(VC)、プロピレンカーボネート(PC)等のカーボネート類が例示される。例えば、ECとEMCとDMCとを3:3:4の体積比で含む混合溶媒を好ましく用いることができる。   As the nonaqueous electrolyte solution 90, a solution containing an electrolyte (supporting salt) in a nonaqueous solvent (organic solvent) is used. As said non-aqueous solvent, the organic solvent used for the electrolyte solution of a general lithium ion secondary battery can be used, selecting suitably 1 type, or 2 or more types. Examples of particularly preferred non-aqueous solvents include carbonates such as ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), vinylene carbonate (VC), and propylene carbonate (PC). The For example, a mixed solvent containing EC, EMC, and DMC at a volume ratio of 3: 3: 4 can be preferably used.

上記電解質としては、一般的なリチウムイオン二次電池において電解質として用いられるリチウム塩の一種または二種以上を、適宜選択して使用することができる。かかるリチウム塩として、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、Li(CFSON、LiCFSO等が例示される。特に好ましい例として、LiPFが挙げられる。非水電解液90は、例えば、電解質濃度が0.7〜1.3mol/L(典型的には1.0〜1.2mol/L)の範囲内となるように調製することが好ましい。 As the electrolyte, one or more lithium salts used as an electrolyte in a general lithium ion secondary battery can be appropriately selected and used. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiCF 3 SO 3 and the like. A particularly preferred example is LiPF 6 . The nonaqueous electrolytic solution 90 is preferably prepared so that, for example, the electrolyte concentration is within a range of 0.7 to 1.3 mol / L (typically 1.0 to 1.2 mol / L).

非水電解液90は、本発明の目的を大きく損なわない限度で、必要に応じて任意の添加剤を含んでもよい。かかる添加剤は、例えば、電池100の出力性能の向上、保存性の向上(保存中における容量低下の抑制等)、サイクル特性の向上、初期充放電効率の向上、等の一または二以上の目的で使用され得る。好ましい添加剤の例として、フルオロリン酸塩(好ましくはジフルオロリン酸塩。例えば、LiPOで表されるジフルオロリン酸リチウム)、リチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)等が挙げられる。非水電解液90における各添加剤の濃度は、通常、0.20mol/L以下(典型的には0.005〜0.20mol/L)とすることが適当であり、例えば0.10mol/L以下(典型的には0.01〜0.10mol/L)とすることができる。好ましい一態様として、LiPOおよびLiBOBの両方を、それぞれ0.01〜0.05mol/L(例えば、それぞれ0.025mol/L)の濃度で含む非水電解液90が挙げられる。 The nonaqueous electrolytic solution 90 may contain an optional additive as necessary as long as the object of the present invention is not significantly impaired. Such additives include one or more purposes such as, for example, improvement in output performance of the battery 100, improvement in storage stability (suppression of capacity reduction during storage, etc.), improvement in cycle characteristics, improvement in initial charge / discharge efficiency, and the like. Can be used in Examples of preferable additives include fluorophosphate (preferably difluorophosphate, for example, lithium difluorophosphate represented by LiPO 2 F 2 ), lithium bisoxalate borate (LiBOB), and the like. The concentration of each additive in the nonaqueous electrolytic solution 90 is usually suitably 0.20 mol / L or less (typically 0.005 to 0.20 mol / L), for example, 0.10 mol / L. Or less (typically 0.01 to 0.10 mol / L). As a preferable embodiment, a nonaqueous electrolytic solution 90 containing both LiPO 2 F 2 and LiBOB at a concentration of 0.01 to 0.05 mol / L (for example, 0.025 mol / L, respectively) can be given.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。   Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to the specific examples.

≪正極活物質サンプルの作製≫
(サンプル1)
攪拌装置および窒素導入管を備えた反応槽に、その容量の半分程度の水を入れ、攪拌しながら40℃に加熱した。該反応槽を窒素置換した後、窒素気流下、反応槽内の空間を酸素濃度2.0%程度の非酸化性雰囲気に維持しつつ、25%(質量基準)水酸化ナトリウム水溶液と、25%(質量基準)アンモニア水とを、それぞれ適量加えて、液温25℃を基準とするpHが12.0であり、液相のアンモニア濃度が15g/Lであるアルカリ性水溶液(NH・NaOH水溶液)を調製した。
≪Preparation of positive electrode active material sample≫
(Sample 1)
About half the volume of water was placed in a reaction vessel equipped with a stirrer and a nitrogen introduction tube, and heated to 40 ° C. with stirring. After replacing the reaction tank with nitrogen, a 25% (mass basis) aqueous sodium hydroxide solution and 25% while maintaining the space in the reaction tank in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of about 2.0% under a nitrogen stream (Mass basis) Aqueous aqueous solution (NH 3 · NaOH aqueous solution) having a pH of 12.0 based on a liquid temperature of 25 ° C. and an ammonia concentration of 15 g / L based on a liquid temperature of 25 ° C. by adding appropriate amounts of ammonia water. Was prepared.

硫酸ニッケル(NiSO)、硫酸コバルト(CoSO)および硫酸マンガン(MnSO)を、金属元素のモル比(Ni:Co:Mn)が0.34:0.33:0.33となり、これら金属の合計濃度が1.8mol/Lとなるように水に溶解させた。この水溶液に、さらに硫酸カルシウム(CaSO)および硫酸マグネシウム(MgSO)を混合して、Ni、Co、Mn、CaおよびMgを含む水溶液Aqを調製した。 Nickel sulfate (NiSO 4 ), cobalt sulfate (CoSO 4 ), and manganese sulfate (MnSO 4 ) have a metal element molar ratio (Ni: Co: Mn) of 0.34: 0.33: 0.33, and these metals The total concentration of was dissolved in water so that it would be 1.8 mol / L. This aqueous solution was further mixed with calcium sulfate (CaSO 4 ) and magnesium sulfate (MgSO 4 ) to prepare an aqueous solution Aq A containing Ni, Co, Mn, Ca and Mg.

パラタングステン酸アンモニウム(5(NHO・12WO)を水に溶解させて、タングステン(W)濃度が0.05mol/Lの水溶液Aq(W水溶液)を調製した。 Ammonium paratungstate (5 (NH 4 ) 2 O · 12WO 3 ) was dissolved in water to prepare an aqueous solution Aq C (W aqueous solution) having a tungsten (W) concentration of 0.05 mol / L.

上記反応槽中のアルカリ性水溶液に、上記で得られた水溶液Aqと、水溶液Aqと、25%水酸化ナトリウム水溶液と、25%アンモニア水とを、反応液のpHが12.0に維持され、かつ液相のアンモニア濃度が15g/Lに維持されるようにしながら添加・混合した。pHおよびアンモニア濃度の調節は、各液の反応槽への供給速度を調整することにより行った。 The aqueous solution Aq A obtained above, the aqueous solution Aq C , the 25% aqueous sodium hydroxide solution, and the 25% aqueous ammonia were added to the alkaline aqueous solution in the reaction vessel, and the pH of the reaction solution was maintained at 12.0. The mixture was added and mixed while maintaining the ammonia concentration in the liquid phase at 15 g / L. The pH and ammonia concentration were adjusted by adjusting the supply rate of each solution to the reaction tank.

析出した生成物を分離し、水洗し、乾燥して、Ni:Co:Mn:W:Ca:Mgのモル比が34:33:33:0.5:0.213:0.326である前駆体水酸化物を得た。この水酸化物(水酸化物粒子)の平均組成は、Ni0.34Co0.33Mn0.330.005Ca0.00213Mg0.00326(OH)2+α(0≦α≦0.5である。)で表される。上記水酸化物を、温度150℃の大気雰囲気中に12時間保持した。 The precipitated product is separated, washed with water and dried, and a precursor having a molar ratio of Ni: Co: Mn: W: Ca: Mg of 34: 33: 33: 0.5: 0.213: 0.326 Body hydroxide was obtained. The average composition of this hydroxide (hydroxide particles) is Ni 0.34 Co 0.33 Mn 0.33 W 0.005 Ca 0.00213 Mg 0.00326 (OH) 2 + α (0 ≦ α ≦ 0. 5). The hydroxide was held in an air atmosphere at a temperature of 150 ° C. for 12 hours.

次いで、上記水酸化物に含まれるNi、CoおよびMnのモル数の合計をMとして、該Mに対するリチウムのモル比(Li/M)が1.15となるように炭酸リチウムを秤量し、上記水酸化物と混合した。得られた混合物を、酸素(O)濃度21体積%の空気中にて800℃〜950℃で5〜20時間焼成した。この焼成物を粉砕し、篩い分けして、平均組成がLi1.15Ni0.34Co0.33Mn0.330.005Ca0.00213Mg0.00326で表される正極活物質サンプル1を得た。なお、CaおよびMgの含有量は、ICP発光分光分析法により測定した。 Next, lithium carbonate is weighed so that the total molar number of Ni, Co and Mn contained in the hydroxide is M T , and the molar ratio of lithium to M T (Li / M T ) is 1.15. And mixed with the hydroxide. The obtained mixture was fired at 800 ° C. to 950 ° C. for 5 to 20 hours in air having an oxygen (O 2 ) concentration of 21 vol%. The fired product is pulverized and sieved, and a positive electrode whose average composition is represented by Li 1.15 Ni 0.34 Co 0.33 Mn 0.33 W 0.005 Ca 0.00213 Mg 0.00326 O 2 An active material sample 1 was obtained. The Ca and Mg contents were measured by ICP emission spectroscopic analysis.

(サンプル2〜21)
水溶液AqにおけるCaおよびMgの濃度、ならびにW水溶液におけるWの濃度を、Ca、MgおよびWの含有量(m、mCa、mMg)がそれぞれ表1、2に示す値となるように調節した。その他の点については正極活物質サンプル1の作製と同様にして、正極活物質サンプル2〜21を作製した。
これら正極活物質サンプル1〜21は、いずれも、平均粒径(D50)が3μm〜8μmの範囲にあり、比表面積が0.5〜1.9m/gの範囲となるように調整した。
(Samples 2 to 21)
The concentration of Ca and Mg in the aqueous solution Aq A and the concentration of W in the aqueous W solution are set so that the contents of Ca, Mg and W (m W , m Ca and m Mg ) are the values shown in Tables 1 and 2, respectively Adjusted. About other points, it carried out similarly to preparation of the positive electrode active material sample 1, and produced the positive electrode active material samples 2-21.
Each of these positive electrode active material samples 1 to 21 was adjusted so that the average particle diameter (D50) was in the range of 3 μm to 8 μm and the specific surface area was in the range of 0.5 to 1.9 m 2 / g.

≪TEM観察≫
上記で得られた正極活物質サンプル1〜21をTEMで観察したところ、いずれも、複数の一次粒子が集まった二次粒子の形態であることが確認された。TEM像から求めた一次粒子の平均粒径は、いずれも、約0.1μm〜0.6μmの範囲にあった。上記一次粒子の平均粒径は、約10個の一次粒子について、一定方向に対する直径(最長の差渡し長さ)を測定し、それらを算術平均して求めた。サンプル1のTEM像の一つを図4に示す。このTEM像は、日本電子株式会社製の透過型電子顕微鏡、型式「JEM−2100F」を用いて、加速電圧200kVの条件で得られたものである。図中の白線は、図を見やすくするために画像上で加えたものであって、粒界(一次粒子同士の境界)にあたる位置を示している。
≪TEM observation≫
When the positive electrode active material samples 1 to 21 obtained above were observed with a TEM, it was confirmed that all of them were in the form of secondary particles in which a plurality of primary particles were collected. The average particle diameter of the primary particles obtained from the TEM image was in the range of about 0.1 μm to 0.6 μm. The average particle diameter of the primary particles was obtained by measuring the diameter (longest difference length) in a certain direction for about 10 primary particles and arithmetically averaging them. One of the TEM images of Sample 1 is shown in FIG. This TEM image was obtained under the conditions of an acceleration voltage of 200 kV using a transmission electron microscope manufactured by JEOL Ltd., model “JEM-2100F”. A white line in the figure is added on the image to make the figure easy to see, and indicates a position corresponding to a grain boundary (boundary between primary particles).

≪WおよびMgの分布≫
正極活物質サンプル1について、図4と同一の視野にてEDX分析を行い、Wの分布をマッピングした。その結果を図5に示す。この図5では、Wが多く検出された箇所ほど明るく表示されている。図5において明るく表示された箇所と、図4に示される粒界の位置とを見比べることにより明らかなように、このサンプル1ではWが粒界に偏って存在ししている。サンプル2〜16およびサンプル18〜21についても同様にWの分布をマッピングしたところ、Wの含有量(m)によって明るさの程度に差はあるものの、いずれも、Wが粒界に偏って存在していることが確認された。
≪W and Mg distribution≫
The positive electrode active material sample 1 was subjected to EDX analysis in the same field of view as in FIG. 4, and the distribution of W was mapped. The result is shown in FIG. In FIG. 5, the portion where a larger amount of W is detected is displayed brighter. As is clear by comparing the brightly displayed portion in FIG. 5 with the position of the grain boundary shown in FIG. 4, W is present in the sample 1 with a bias toward the grain boundary. When the distribution of W was similarly mapped for Samples 2 to 16 and Samples 21 to 21, although there was a difference in the degree of brightness depending on the W content (m W ), W was biased toward the grain boundaries. It was confirmed that it existed.

また、正極活物質サンプル1について、図4と同一の視野にてEDX分析を行い、Caの分布をマッピングした。その結果を図6に示す。Caが多く検出された箇所ほど明るく表示されている。図6と図4とを見比べることにより明らかなように、Caが粒界に偏って存在していることが確認された。サンプル2〜21についても同様にCaの分布をマッピングしたところ、Caの含有量(mCa)によって明るさの程度に差はあるものの、いずれも、Caが粒界に偏って存在していることが確認された。 Further, the positive electrode active material sample 1 was subjected to EDX analysis in the same field of view as in FIG. 4 to map the Ca distribution. The result is shown in FIG. A portion where a large amount of Ca is detected is displayed brighter. As is clear by comparing FIG. 6 and FIG. 4, it was confirmed that Ca is present at a grain boundary. Similarly, the Ca distribution of Samples 2 to 21 is mapped, and although there is a difference in brightness depending on the Ca content (m Ca ), Ca is present in a biased manner at the grain boundaries. Was confirmed.

また、正極活物質サンプル1について、図4と同一の視野にてEDX分析を行い、Mgの分布をマッピングした。その結果を図7に示す。Mgが多く検出された箇所ほど明るく表示されている。図7と図4とを見比べることにより明らかなように、Mgがサンプル1中に略均一に存在している(明るさに偏りが見られない)ことが確認された。サンプル2〜21についても同様にMgの分布をマッピングしたところ、いずれも、Mgが偏りなく存在していることが確認された。   Further, the positive electrode active material sample 1 was subjected to EDX analysis in the same field of view as in FIG. 4 to map the Mg distribution. The result is shown in FIG. A portion where a large amount of Mg is detected is displayed brighter. As is clear by comparing FIG. 7 and FIG. 4, it was confirmed that Mg was present substantially uniformly in sample 1 (the brightness was not biased). When the distribution of Mg was similarly mapped for samples 2 to 21, it was confirmed that Mg was present without any bias.

≪TOF−SIMS分析≫
正極活物質サンプル1〜16およびサンプル18〜21について、TOF−SIMS装置(ION−TOF社製、型式「TOF.SIMS 5」)を用いて、飛行時間型一次イオン質量分析を行ってスペクトルを得た。各スペクトルにおいて、LiCaO,LiCaWO ,LiCaW,CaWO ,およびLiCaW のピークの有無を確認した。これらスペクトルのうち、サンプル1に係る正負スペクトルの一部を図8〜12に示す。なお、TOF−SIMSの測定条件は次のとおりとした。
一次イオン: Bi 2+
一次イオンエネルギー: 25kV
パルス幅: 5.1ns
パンチング: あり
帯電中和: なし
測定真空度: 4×10−7Pa(3×10−9Torr)
二次イオン極性: 正,負
質量範囲(m/z): 0〜1500μ
クラスターサイズ: 200μm
スキャン数: 16
ピクセル数: 256ピクセル
後段加速: 10kV
≪TOF-SIMS analysis≫
About positive electrode active material samples 1-16 and samples 18-21, using a TOF-SIMS device (manufactured by ION-TOF, model “TOF.SIMS 5”), time-of-flight primary ion mass spectrometry is performed to obtain a spectrum. It was. In each spectrum, the presence or absence of peaks of LiCaO + , LiCaWO 4 + , Li 3 CaW 2 O 8 O + , CaWO 4 , and LiCaW 2 O 8 was confirmed. Among these spectra, some of the positive and negative spectra according to Sample 1 are shown in FIGS. The measurement conditions for TOF-SIMS were as follows.
Primary ion: Bi 3 2+
Primary ion energy: 25 kV
Pulse width: 5.1 ns
Punching: Yes Charge neutralization: No Measurement vacuum: 4 × 10 −7 Pa (3 × 10 −9 Torr)
Secondary ion polarity: positive, negative Mass range (m / z): 0-1500μ
Cluster size: 200μm
Number of scans: 16
Number of pixels: 256 pixels Post acceleration: 10 kV

≪評価用電池の作製≫
上記正極活物質サンプル1〜21をそれぞれ使用して、概略図2、図3に示す構造のリチウムイオン二次電池(評価用電池)100を作製した。以下、これらの電池を、使用した正極活物質サンプル1〜21に対応づけて、電池1〜21ということがある。
≪Production of evaluation battery≫
Using each of the positive electrode active material samples 1 to 21, a lithium ion secondary battery (evaluation battery) 100 having a structure shown in FIGS. 2 and 3 was produced. Hereinafter, these batteries may be referred to as batteries 1 to 21 in association with the positive electrode active material samples 1 to 21 used.

上記正極活物質サンプルと、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、結着剤としてのPVDFとを、これらの質量比が90:8:2となるようにNMPと混合して、スラリー状の組成物を調製した。この組成物を、厚さ15μmのアルミニウム箔(正極集電体)32の両面に、乾燥後の質量(目付量)が両面の合計で11.8mg/cmとなるように塗布した。乾燥後、圧延プレス機によりプレスして、正極合剤層34の密度を2.1g/cmに調整した。このようにして正極シート30を作製した。 The positive electrode active material sample, acetylene black (AB) as a conductive material, and PVDF as a binder are mixed with NMP so that the mass ratio thereof is 90: 8: 2, A composition was prepared. This composition was applied to both surfaces of an aluminum foil (positive electrode current collector) 32 having a thickness of 15 μm so that the mass (weight per unit area) after drying was 11.8 mg / cm 2 in total on both surfaces. After drying, the density of the positive electrode mixture layer 34 was adjusted to 2.1 g / cm 3 by pressing with a rolling press. Thus, the positive electrode sheet 30 was produced.

負極活物質としては、グラファイト粒子の表面にアモルファスカーボンがコートされた構造のカーボン粒子を使用した。より具体的には、天然黒鉛粉末とピッチとを混合して該黒鉛粉末の表面にピッチを付着させ(天然黒鉛粉末:ピッチの質量比は96:4とした。)、不活性雰囲気下において1000℃〜1300℃で10時間焼成した後、篩いにかけて、平均粒子径(D50)8〜11μm、比表面積3.5〜5.5m/gの負極活物質を得た。この負極活物質とCMCとSBRとを、これらの質量比が98.6:0.7:0.7となるようにイオン交換水と混合して、スラリー状の組成物を調製した。この組成物を、厚さ10μmの銅箔(負極集電体)42の両面に、乾燥後の質量(目付量)が両面の合計で7.5mg/cmとなるように塗布した。乾燥後、圧延プレス機によりプレスして、負極合剤層44の密度を1.0〜1.2g/cmに調整した。このようにして負極シート40を作製した。 As the negative electrode active material, carbon particles having a structure in which amorphous carbon was coated on the surface of graphite particles were used. More specifically, natural graphite powder and pitch are mixed and the pitch is adhered to the surface of the graphite powder (the mass ratio of natural graphite powder: pitch is 96: 4), and 1000 under an inert atmosphere. After baking for 10 hours at a temperature of 1 ° C. to 1300 ° C., it was sieved to obtain a negative electrode active material having an average particle size (D50) of 8 to 11 μm and a specific surface area of 3.5 to 5.5 m 2 / g. This negative electrode active material, CMC, and SBR were mixed with ion-exchanged water so that the mass ratio thereof was 98.6: 0.7: 0.7 to prepare a slurry composition. This composition was applied to both surfaces of a copper foil (negative electrode current collector) 42 having a thickness of 10 μm so that the total mass (weight per unit area) after drying was 7.5 mg / cm 2 . After drying, the density of the negative electrode mixture layer 44 was adjusted to 1.0 to 1.2 g / cm 3 by pressing with a rolling press. Thus, the negative electrode sheet 40 was produced.

正極シート30と負極シート40とを、2枚の多孔質ポリエチレンシート50(厚さ20μm)とともに捲回し、扁平形状に成形して電極体20を作製した。正極端子38および負極端子48を蓋体14に取り付け、これらの端子38、48を電極体20端部において露出した正極集電体32および負極集電体42にそれぞれ溶接した。このようにして蓋体14と連結された電極体20を、ケース10の開口部12からその内部に収容し、該ケース10の開口部12に蓋体14をレーザ溶接した。   The positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40 were wound together with two porous polyethylene sheets 50 (thickness 20 μm), and formed into a flat shape to produce an electrode body 20. The positive electrode terminal 38 and the negative electrode terminal 48 were attached to the lid body 14, and these terminals 38 and 48 were welded to the positive electrode current collector 32 and the negative electrode current collector 42 exposed at the end of the electrode body 20, respectively. The electrode body 20 thus connected to the lid body 14 was accommodated in the opening 10 of the case 10 and the lid body 14 was laser welded to the opening 12 of the case 10.

蓋体14に設けられた電解液注入孔(図示せず)から非水電解液90を注入した。非水電解液90としては、ECとEMCとDMCとの体積比3:3:4の混合溶媒中に、支持塩としてのLiPFを1.1mol/L(1.1M)の濃度で含むものを使用した。その後、上記注入孔を塞いで、評価用のリチウムイオン二次電池100を構築した。この電池100は、正極の充電容量と負極の充電容量とから算出される対向容量比が1.5〜1.9に調整されている。電池100の容量は概ね4Ahである。 A nonaqueous electrolytic solution 90 was injected from an electrolytic solution injection hole (not shown) provided in the lid 14. As the non-aqueous electrolyte 90, a solution containing LiPF 6 as a supporting salt at a concentration of 1.1 mol / L (1.1 M) in a mixed solvent of EC, EMC, and DMC in a volume ratio of 3: 3: 4. It was used. Then, the said injection hole was plugged and the lithium ion secondary battery 100 for evaluation was constructed | assembled. In this battery 100, the facing capacity ratio calculated from the charge capacity of the positive electrode and the charge capacity of the negative electrode is adjusted to 1.5 to 1.9. The capacity of the battery 100 is approximately 4 Ah.

次に、上記のように構築した評価試験用の電池について行われるコンディショニング工程および定格容量の測定につき説明する。   Next, a description will be given of the conditioning process and rated capacity measurement performed for the evaluation test battery constructed as described above.

≪コンディショニング≫
コンディショニング工程は、次の手順1〜2によって行った。
[手順1]1Cの定電流(1Cは、満充電状態の電池を1時間で放電終止電圧まで放電させる電流値を意味する。放電時間率と称されることもある。)にて端子間電圧が4.1Vに到達するまで充電(CC充電)した後、5分間休止する。
[手順2]手順1の後、定電圧で1.5時間充電(CV充電)し、5分間休止する。
<< conditioning >>
The conditioning process was performed according to the following procedures 1-2.
[Procedure 1] Voltage between terminals at a constant current of 1 C (1 C means a current value that discharges a fully charged battery to a discharge end voltage in 1 hour, sometimes referred to as a discharge time rate). Is charged (CC charge) until it reaches 4.1V, and then rests for 5 minutes.
[Procedure 2] After Procedure 1, charge at a constant voltage for 1.5 hours (CV charge) and rest for 5 minutes.

≪定格容量の測定≫
評価試験用電池の定格容量は、上記コンディショニング工程後の評価試験用電池について、温度25℃において、3.0Vから4.1Vの電圧範囲で、次の手順1〜3に従って測定した。
[手順1]1Cの定電流放電によって3.0Vに到達後、定電圧にて2時間放電し、その後、10秒間休止する。
[手順2]1Cの定電流充電によって4.1Vに到達後、定電圧充電にて2.5時間充電し、その後、10秒間休止する。
[手順3]0.5Cの定電流放電によって3.0Vに到達後、定電圧放電にて2時間放電し、その後、10秒間停止する。
上記手順3における、定電流放電から定電圧放電に至る放電における放電容量(CCCV放電容量)を、定格容量とする。
≪Measurement of rated capacity≫
The rated capacity of the evaluation test battery was measured according to the following procedures 1 to 3 in the voltage range of 3.0 V to 4.1 V at a temperature of 25 ° C. for the evaluation test battery after the conditioning step.
[Procedure 1] After reaching 3.0 V by 1 C constant current discharge, discharge at a constant voltage for 2 hours, and then rest for 10 seconds.
[Procedure 2] After reaching 4.1 V by constant current charging at 1 C, charging is performed for 2.5 hours by constant voltage charging, and then paused for 10 seconds.
[Procedure 3] After reaching 3.0 V by constant current discharge of 0.5 C, discharge at constant voltage discharge for 2 hours, and then stop for 10 seconds.
The discharge capacity (CCCV discharge capacity) in the discharge from the constant current discharge to the constant voltage discharge in the procedure 3 is defined as the rated capacity.

≪低SOC、−30℃における出力の測定≫
以下の手順1〜5により、低SOCに調整された評価用電池の−30℃における出力を測定した。
[手順1;SOC調整]上記コンディショニング工程および定格容量測定後の電池を、常温(ここでは25℃)の温度環境にて、1Cの定電流で3VからSOC25%まで充電(CC充電)し、次いで定電圧で2.5時間充電(CV充電)した。
[手順2;−30℃に保持]手順1後の電池を、−30℃の恒温槽内に6時間保持した。
[手順3;定ワット放電]手順2後の電池を、−30℃の温度環境において定ワット(W)にて放電し、放電開始から電圧が2.0V(放電カット電圧)になるまでの秒数を測定する。
[手順4;繰り返し]:手順3の定ワット放電における放電出力(定ワット放電の放電電力量)を80W〜200Wの間で異ならせて、上記手順1〜3を繰り返す。より具体的には、手順3の定ワット放電における放電出力を、1回目80W、2回目90W、3回目100W・・・と10Wづつ上げながら、該ワット数が200Wになるまで上記手順1〜3を繰り返す。
[手順5;出力値の算出]:手順4において各定ワット放電において測定された電圧2.0Vまでの秒数を横軸にとり、そのときの定ワット放電出力を縦軸にとったプロットの近似曲線から、電圧2.0Vまでの秒数が2秒となるときの出力値(低SOC・−30℃出力)を求める。
≪Measurement of output at low SOC and -30 ℃ ≫
The output at −30 ° C. of the evaluation battery adjusted to low SOC was measured by the following procedures 1 to 5.
[Procedure 1; SOC adjustment] The battery after the conditioning process and the rated capacity measurement is charged from 3 V to SOC 25% (CC charge) at a constant current of 1 C in a temperature environment of normal temperature (here, 25 ° C.), and then The battery was charged at a constant voltage for 2.5 hours (CV charge).
[Procedure 2; Hold at −30 ° C.] The battery after Procedure 1 was held in a thermostatic bath at −30 ° C. for 6 hours.
[Procedure 3; constant watt discharge] The battery after the procedure 2 is discharged at a constant watt (W) in a temperature environment of −30 ° C., and the time from the start of discharge until the voltage becomes 2.0 V (discharge cut voltage). Measure the number.
[Procedure 4; Repetition]: The above procedure 1 to 3 is repeated with the discharge output (constant watt discharge electric energy) in the constant watt discharge of procedure 3 varied between 80 W and 200 W. More specifically, while increasing the discharge output in the constant watt discharge of the procedure 3 by 10 W, the first 80 W, the second 90 W, the third 100 W,... Until the wattage reaches 200 W. repeat.
[Procedure 5: Calculation of output value]: Approximation of a plot in which the horizontal axis represents the number of seconds up to a voltage of 2.0 V measured in each constant watt discharge in procedure 4, and the vertical axis represents the constant watt discharge output at that time From the curve, an output value (low SOC · −30 ° C. output) when the number of seconds to the voltage of 2.0 V is 2 seconds is obtained.

なお、ここでは手順4において定ワット放電出力を80Wから200Wまで10Wづつ上げていきながら手順1〜3を繰り返したが、低SOC・−30℃出力の測定条件はこれに限られず、例えば、定ワット放電出力を80Wから上記とは異なる一定のワット数づつ(例えば、5Wづつ、あるいは15Wづつ)上げていってもよいし、200Wから一定のワット数づつ(例えば、5Wづつ、10Wづつ、あるいは15Wづつ)下げていってもよい。   Here, steps 1 to 3 were repeated while increasing the constant watt discharge output from 80 W to 200 W in step 4 in step 4, but the measurement conditions for the low SOC · −30 ° C. output are not limited to this. The watt discharge output may be increased from 80 W by a certain wattage different from the above (for example, 5 W or 15 W), or from 200 W by a certain wattage (for example, 5 W, 10 W, or It may be lowered by 15W).

上記低SOC・−30℃出力は、低SOCで、しかも−30℃という極めて低い温度環境に所定時間放置された場合にも、評価用電池が発揮し得る出力を示している。この出力値(ワット数)が高いほど、評価用電池が、かかる厳しい使用条件においても高い出力を発揮し得ることを示している。   The low SOC · −30 ° C. output indicates an output that can be exhibited by the evaluation battery even when left at a very low temperature environment of −30 ° C. for a predetermined time. It shows that the higher the output value (wattage), the higher the output of the evaluation battery can be under such severe use conditions.

≪2C−CCCV容量維持率≫
上記コンディショニング工程および定格容量測定後の電池をSOC100%に調整し、温度25℃にて、1Cのレートで両端子間電圧が3VとなるまでCC放電させ、次いで同電圧で2時間定電圧(CV)放電させた。10分休止後、1Cのレートで両端子間電圧が4.1VとなるまでCC充電し、次いで同電圧で2.5時間CV充電した。10分休止後、0.2Cのレートで両端子間の電圧が3VとなるまでCC放電させ、次いで同電圧で2時間CV放電させ、このCCCV放電時に測定された総放電容量を初期2C−CCCV容量とした。
初期2C−CCCV容量測定後の電池をSOC100%に調整し、温度60℃において、SOC0%〜100%の間で1000サイクルの充放電に供した。1サイクルは、2Cのレートで電圧が3VとなるまでCC放電させる操作と、次いで2Cのレートで電圧が4.1VとなるまでCC充電する操作とした。1000サイクル完了後の電池につき、上記初期放電容量測定と同様にして放電容量(耐久後2C−CCCV容量)を測定した。
上記初期2C−CCCV容量に対する耐久後2C−CCCV容量の百分率(すなわち、(耐久後2C−CCCV容量)/(初期2C−CCCV容量)×100(%))を、2C−CCCV容量維持率として求めた。
≪2C-CCCV capacity maintenance ratio≫
The battery after the conditioning process and the rated capacity measurement was adjusted to SOC 100%, and CC discharge was performed at a temperature of 25 ° C. until the voltage between both terminals reached 3 V at a rate of 1 C. ) Discharged. After a 10-minute pause, CC charging was performed at a rate of 1 C until the voltage between both terminals reached 4.1 V, and then CV charging was performed for 2.5 hours at the same voltage. After 10 minutes rest, CC discharge is performed at a rate of 0.2 C until the voltage between both terminals becomes 3 V, then CV discharge is performed at the same voltage for 2 hours, and the total discharge capacity measured at the time of this CCCV discharge is the initial 2C-CCCV The capacity.
The battery after the initial 2C-CCCV capacity measurement was adjusted to 100% SOC, and subjected to charge and discharge of 1000 cycles between 0% and 100% SOC at a temperature of 60 ° C. One cycle was an operation of performing CC discharge until the voltage reached 3V at a rate of 2C, and then an operation of performing CC charge until the voltage reached 4.1V at a rate of 2C. With respect to the battery after completion of 1000 cycles, the discharge capacity (2C-CCCV capacity after endurance) was measured in the same manner as in the initial discharge capacity measurement.
The percentage of 2C-CCCV capacity after endurance with respect to the initial 2C-CCCV capacity (that is, (2C-CCCV capacity after endurance) / (initial 2C-CCCV capacity) × 100 (%)) is obtained as the 2C-CCCV capacity maintenance rate. It was.

≪4C−CC容量維持率≫
上記コンディショニング工程および定格容量測定後の電池をSOC100%に調整し、温度60℃にて、1000サイクルの充放電に供した。1サイクルは、4Cのレートで電圧が3VとなるまでCC放電させる操作と、次いで4Cのレートで電圧が4.1VとなるまでCC充電する操作とした。1000サイクル完了時点において、4Cのレートで電圧が3VとなるまでCC放電させ、このときの放電容量を測定した。1サイクル目の4C−CC放電容量(初期4C−CC容量)に対するサイクル終了後の放電容量(耐久後4C−CC容量)の百分率を、4C−CC容量維持率として求めた。
≪4C-CC capacity maintenance rate≫
The battery after the conditioning process and the rated capacity measurement was adjusted to SOC 100% and subjected to charge / discharge of 1000 cycles at a temperature of 60 ° C. One cycle was an operation of performing CC discharge until the voltage reached 3 V at a rate of 4 C, and then an operation of performing CC charging until the voltage reached 4.1 V at a rate of 4 C. When 1000 cycles were completed, CC discharge was performed until the voltage became 3 V at a rate of 4 C, and the discharge capacity at this time was measured. The percentage of the discharge capacity (4C-CC capacity after endurance) after the end of the cycle with respect to the 4C-CC discharge capacity (initial 4C-CC capacity) of the first cycle was determined as the 4C-CC capacity maintenance rate.

上記で求めた低SOC・−30℃出力、2C−CCCV容量維持率および4C−CC容量維持率の値を表1および表2に示す。これらの表には、各例に係る電池の有する正極活物質サンプルにおけるW、CaおよびMgの含有量を合わせて示している。   Tables 1 and 2 show the values of the low SOC · −30 ° C. output, the 2C-CCCV capacity retention rate, and the 4C-CC capacity retention rate obtained above. In these tables, the contents of W, Ca, and Mg in the positive electrode active material sample of the battery according to each example are shown together.

これらの表に示されるように、Wが一次粒子の表面に偏って存在し、mが0.05モル%以上1.0モル%以下であり、m/mCaが2以上50以下であり、m+mCaが0.26モル%以上(より詳しくは、0.26モル%以上1.5モル%以下)であり、かつmMg/mCaが1.5以上(より詳しくは、1.5以上10以下)であるサンプル1〜12に係る電池は、いずれも、低温における低SOC出力が高く、2C−CCCV容量維持率のみならず4C−CC容量維持率(すなわち、高温かつ大電流での充放電サイクルに対する容量維持率)にも優れていた。 As shown in these tables, W is unevenly present on the surface of the primary particles, m W is 0.05 mol% or more and 1.0 mol% or less, and m W / m Ca is 2 or more and 50 or less. M W + m Ca is 0.26 mol% or more (more specifically, 0.26 mol% or more and 1.5 mol% or less), and m Mg / m Ca is 1.5 or more (more specifically, The batteries according to Samples 1 to 12 that are 1.5 or more and 10 or less have a high low SOC output at low temperatures, and not only the 2C-CCCV capacity maintenance ratio but also the 4C-CC capacity maintenance ratio (that is, high temperature and large capacity). The capacity retention rate with respect to charge / discharge cycles with current was also excellent.

これらサンプル1〜12に係る電池に比べて、Wを含まないサンプル17に係る電池は、低SOC・−30℃出力および4C−CC容量維持率が明らかに低かった。Wの含有量が少ない(mが0.05モル%に満たない)サンプル18に係る電池では、サンプル17に比べて低SOC・−30℃出力は向上したものの、サンプル1〜12には及ばず、4C−CC容量維持率も低かった。m/mCaが小さすぎるサンプル13〜16およびm/mCaが小さすぎるサンプル19に係る電池の低SOC・−30℃出力は、サンプル17よりは高いものの、サンプル1〜12に比べて明らかに低かった。m/mCaが大きすぎるサンプル20およびm+mCaが小さすぎるサンプル21に係る電池では、4C−CC容量維持率が大幅に低下した。 Compared with the batteries according to Samples 1 to 12, the battery according to Sample 17 containing no W clearly had a low SOC · −30 ° C. output and a 4C-CC capacity retention rate. In the battery according to sample 18 having a low W content (m W is less than 0.05 mol%), the low SOC · −30 ° C. output is improved as compared with sample 17, but it reaches the range of samples 1-12. In addition, the 4C-CC capacity maintenance rate was also low. m W / m Ca is low SOC · -30 ° C. output of a battery according to excessively samples 13-16 and m W / m Ca is too small sample 19 small, although higher than the sample 17, as compared with the samples 1-12 Obviously it was low. In the battery according to the sample 20 in which m W / m Ca is too large and the sample 21 in which m W + m Ca is too small, the 4C-CC capacity retention rate is significantly reduced.

加えて、図8〜12に示されるとおり、サンプル1に係るTOF−SIMSスペクトルには、LiCaO,LiCaWO ,LiCaW,CaWO ,およびLiCaW に対応する分子量の位置にピーク(各図中の破線で囲まれた部分)が確認された。これらの結果から、サンプル1に含まれるCaおよびWがリチウム遷移金属酸化物と化合物化していることが確認された。 In addition, as shown in FIGS. 8 to 12, the TOF-SIMS spectrum according to Sample 1 includes LiCaO + , LiCaWO 4 + , Li 3 CaW 2 O 8 O + , CaWO 4 , and LiCaW 2 O 8 . A peak (portion surrounded by a broken line in each figure) was confirmed at the position of the corresponding molecular weight. From these results, it was confirmed that Ca and W contained in Sample 1 were compounded with the lithium transition metal oxide.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment is only an illustration and what changed and modified the above-mentioned specific example is included in the invention disclosed here.

1 車両
10 電池ケース
12 開口部
14 蓋体
20 捲回電極体
30 正極シート(正極)
32 正極集電体
34 正極合剤層
38 正極端子
40 負極シート(負極)
42 負極集電体
44 負極合剤層
48 負極端子
50 セパレータ
90 非水電解液
100 リチウムイオン二次電池(リチウム二次電池)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 10 Battery case 12 Opening part 14 Cover body 20 Winding electrode body 30 Positive electrode sheet (positive electrode)
32 Positive electrode current collector 34 Positive electrode mixture layer 38 Positive electrode terminal 40 Negative electrode sheet (negative electrode)
42 Negative electrode current collector 44 Negative electrode mixture layer 48 Negative electrode terminal 50 Separator 90 Non-aqueous electrolyte 100 Lithium ion secondary battery (lithium secondary battery)

Claims (11)

正極および負極を備えたリチウム二次電池であって、
前記正極は、層状構造を有するリチウム遷移金属酸化物の一次粒子が集まった二次粒子の形態をなす正極活物質を有し、
前記正極活物質は、Ni、CoおよびMnのうち少なくとも一種を含み、さらにW、CaおよびMgを含み、
該正極活物質に含まれるWは、前記一次粒子の表面に偏って存在しており、
前記正極活物質に含まれるNi、CoおよびMnの総量を100モル%として、該正極活物質に含まれるWのモル数m(モル%)、Caのモル数mCa(モル%)、およびMgのモル数mMg(モル%)の関係が、以下の式:
2≦(m/mCa)≦50;
(m+mCa)≧0.26;および
(mMg/mCa)≧1.5;
を満たす、リチウム二次電池。
A lithium secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode,
The positive electrode has a positive electrode active material in the form of secondary particles in which primary particles of a lithium transition metal oxide having a layered structure are collected,
The positive electrode active material includes at least one of Ni, Co, and Mn, and further includes W, Ca, and Mg,
W contained in the positive electrode active material is biased to the surface of the primary particles,
When the total amount of Ni, Co and Mn contained in the positive electrode active material is 100 mol%, the number of moles W of W contained in the positive electrode active material m W (mol%), the number of moles of Ca m Ca (mol%), and The relationship between the number of moles of Mg m Mg (mol%) is given by the following formula:
2 ≦ (m W / m Ca ) ≦ 50;
( M W + m Ca ) ≧ 0.26; and (m Mg / m Ca ) ≧ 1.5;
Satisfying the lithium secondary battery.
前記正極活物質に含まれるCaは、前記一次粒子の表面に偏って存在している、請求項1に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 1, wherein Ca contained in the positive electrode active material is biased to a surface of the primary particles. 前記正極活物質に含まれるMgは、前記一次粒子の内部全体に存在している、請求項1または2に記載のリチウム二次電池。   3. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein Mg contained in the positive electrode active material is present in the entire interior of the primary particles. 前記正極活物質に含まれるNi、CoおよびMnの総量を100モル%として、該正極活物質に含まれるWのモル数m(モル%)が0.05≦m≦1.0である、請求項1から3のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。 When the total amount of Ni, Co and Mn contained in the positive electrode active material is 100 mol%, the number of moles m W (mol%) of W contained in the positive electrode active material is 0.05 ≦ m W ≦ 1.0. The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3. 前記正極活物質に含まれるWおよびCaがリチウム遷移金属酸化物と化合物化している、請求項1から4のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein W and Ca contained in the positive electrode active material are compounded with a lithium transition metal oxide. 前記リチウム遷移金属酸化物は、Ni、CoおよびMnの全てを含む酸化物である、請求項1から5のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the lithium transition metal oxide is an oxide containing all of Ni, Co, and Mn. 車両の駆動電源として用いられる、請求項1から6のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 6, which is used as a drive power source for a vehicle. 請求項1に記載の正極活物質を製造する方法であって:
前記Ni、CoおよびMnの少なくとも一種とMgとCaとを含む水溶液Aqを準備すること;
Wを含む水溶液Aqを準備すること;
前記水溶液Aqと前記水溶液Aqとをアルカリ性条件下で混合して、前記Ni、CoおよびMnの少なくとも一種とMgとCaとWとを含む水酸化物を析出させること;
前記水酸化物とリチウム化合物とを混合すること;および、
前記混合物を焼成して前記リチウム遷移金属酸化物を生成させること;
を包含する、正極活物質製造方法。
A method for producing a positive electrode active material according to claim 1, comprising :
Preparing an aqueous solution Aq A containing at least one of Ni, Co and Mn and Mg and Ca;
Preparing an aqueous solution Aq C containing W;
Mixing the aqueous solution Aq A and the aqueous solution Aq C under alkaline conditions to precipitate a hydroxide containing at least one of the Ni, Co and Mn, Mg, Ca and W;
Mixing the hydroxide and lithium compound; and
Firing the mixture to produce the lithium transition metal oxide;
A method for producing a positive electrode active material.
前記水酸化物の析出は、pHを11〜14に維持しつつ行われる、請求項8に記載の方法。   The method according to claim 8, wherein the precipitation of the hydroxide is performed while maintaining the pH at 11 to 14. 前記水酸化物の析出は、少なくともアンモニアを含むアルカリ性水溶液を用いて前記アルカリ性条件を維持しつつ行われる、請求項8または9に記載の方法。   10. The method according to claim 8, wherein the hydroxide is deposited while maintaining the alkaline condition using an alkaline aqueous solution containing at least ammonia. 請求項8から10のいずれか一項に記載の方法により製造された正極活物質を備える、リチウム二次電池。   A lithium secondary battery provided with the positive electrode active material manufactured by the method as described in any one of Claims 8 to 10.
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