JP5617663B2 - Cathode active material for lithium ion secondary battery and method for producing the same - Google Patents

Cathode active material for lithium ion secondary battery and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用の正極活物質およびその製造方法に関する。また本発明は、該正極活物質を用いた正極および二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery and a method for producing the same. The present invention also relates to a positive electrode and a secondary battery using the positive electrode active material.

リチウムイオン二次電池は、携帯電話やノート型パソコン等の携帯型電子機器に広く用いられている。リチウムイオン二次電池用の正極活物質には、LiCoO、LiNiO、LiNi0.8Co0.2、LiMnO等のリチウムと遷移金属等との複合酸化物が用いられている。 Lithium ion secondary batteries are widely used in portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers. As a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a composite oxide of lithium and a transition metal or the like such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 , LiMnO 4 is used.

近年、携帯型電子機器や車載用のリチウムイオン二次電池として小型化・軽量化が求められ、単位質量あたりの放電容量、サイクル特性、電池としての安定性等の更なる性能向上が望まれている。   In recent years, miniaturization and weight reduction have been demanded for portable electronic devices and in-vehicle lithium ion secondary batteries, and further improvements in performance such as discharge capacity per unit mass, cycle characteristics, and stability of the battery are desired. Yes.

該性能向上を目的としてNi、Co、およびMn等の遷移金属元素に対するLi元素の比率を高くした複合酸化物(以下、「Li−rich系正極材料」という場合がある。)が提案されている。
Li−rich系正極材料の例として、LiMO(MはNi、Co、およびMnから選ばれる少なくとも一種の遷移金属元素。)とLiMnOとの固溶体が提案されている。該固溶体を正極活物質とするリチウムイオン二次電池を、高容量で用いるには、初回充電時に4.5V以上の高電圧で充電する必要がある。
For the purpose of improving the performance, composite oxides (hereinafter sometimes referred to as “Li-rich positive electrode materials”) in which the ratio of the Li element to the transition metal element such as Ni, Co, and Mn is increased have been proposed. .
As an example of the Li-rich positive electrode material, a solid solution of LiMO 2 (M is at least one transition metal element selected from Ni, Co, and Mn) and Li 2 MnO 3 has been proposed. In order to use a lithium ion secondary battery using the solid solution as a positive electrode active material at a high capacity, it is necessary to charge at a high voltage of 4.5 V or more at the first charge.

初回充電時の正極活物質においては、下式(1)に示す反応が進んでいると考えられる。すなわち、LiMnOからLiOが脱離し、さらにLiOが負極上でLiを析出され、正極上でO(酸素ガス)を発生させる。負極上で析出したLiは、放電によっても正極側へ戻ることができず不可逆容量の要因となり、酸素ガスの発生は、電池を破裂させる原因となりうる。
LiMnO→MnO+Li
→LiMnO+Li(不可逆容量)+0.5O (1)
In the positive electrode active material at the time of the first charge, it is considered that the reaction shown in the following formula (1) is progressing. That, Li 2 MnO 3 from Li 2 O are eliminated, is deposited further Li 2 O is Li on the negative electrode, to generate the positive electrode O 2 (oxygen gas). Li deposited on the negative electrode cannot return to the positive electrode side even by discharge, causing irreversible capacity, and the generation of oxygen gas can cause the battery to burst.
Li 2 MnO 3 → MnO 2 + Li 2 O
→ LiMnO 2 + Li (irreversible capacity) + 0.5O 2 (1)

非特許文献1には、0.5LiMnO−0.5LiNi0.4Co0.2Mn0.4を含む正極材料の充電時におけるガス発生を抑制するために、VOxで表面処理する技術が記載されている。
特許文献1の図1には、250℃、350℃のNHで処理されたLiCo1/3Mn1/3Ni1/3等の正極活物質が記載されている。該NHで処理した正極活物質のX線回折のピークに変化は認められない。
Non-Patent Document 1 discloses that surface treatment with VOx is performed to suppress gas generation during charging of a positive electrode material containing 0.5Li 2 MnO 3 —0.5LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2. The technology to do is described.
FIG. 1 of Patent Document 1 describes a positive electrode active material such as LiCo 1/3 Mn 1/3 Ni 1/3 O 2 treated with NH 3 at 250 ° C. and 350 ° C. No change is observed in the peak of the X-ray diffraction of the positive electrode active material treated with NH 3 .

特許文献2には、LiMnOからなる原料リチウム複合金属酸化物をCaH等の水素化物の存在化において、300℃または310℃で熱処理する正極活物質の製造方法が記載されている。 Patent Document 2 describes a method for producing a positive electrode active material in which a raw material lithium composite metal oxide composed of Li 2 MnO 3 is heat-treated at 300 ° C. or 310 ° C. in the presence of a hydride such as CaH 2 .

米国特許第7314682号明細書US Pat. No. 7,314,682 特開2010−198989号公報JP 2010-198989 A

Chemical Communications, 2010, 46, 4090−4092Chemical Communications, 2010, 46, 4090-4092

VOxを用いた表面処理では、VOxのLi化によりLiVが生成する。しかしLiV平均放電電圧は3V以下と低電圧であるため、平均放電電圧が低下する。
初回充電時に発生する酸素ガスを低減させる方法としては、アンモニアを含む雰囲気においてLi−rich系正極材料を加熱処理することが考えられる。しかし、NHの処理では、NHのLi−rich系正極材料に対する還元力が低い。
CaH等の水素化物における処理も、還元力が低く、X線回折図において2θ=42〜44でのピークは観測されない。
In the surface treatment using VOx, LiV 3 O 8 is generated due to Li conversion of VOx. However, since the LiV 3 O 8 average discharge voltage is as low as 3 V or less, the average discharge voltage is lowered.
As a method for reducing the oxygen gas generated during the initial charge, it is conceivable to heat-treat the Li-rich positive electrode material in an atmosphere containing ammonia. However, in the process of the NH 3, the reduction force with respect to low Li-rich based positive electrode material of the NH 3.
The treatment with a hydride such as CaH 2 also has a low reducing power, and no peak at 2θ = 42 to 44 is observed in the X-ray diffraction diagram.

本発明は、放電容量およびサイクル特性に優れ、これを正極として用いた電池内でのガスの発生を抑制できるリチウムイオン二次電池用の正極活物質、正極、リチウムイオン二次電池、およびリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法を提供する。   The present invention provides a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery that is excellent in discharge capacity and cycle characteristics and can suppress gas generation in a battery using the same as a positive electrode, positive electrode, lithium ion secondary battery, and lithium ion A method for producing a positive electrode active material for a secondary battery is provided.

本発明は以下の発明に関する。
[1]Li元素と、Ni、Co、およびMnから選ばれる少なくとも一種の遷移金属元素とを含む(ただし、Li元素のモル量が該遷移金属元素の総モル量に対して1.2倍超である。)リチウム含有複合酸化物と、式MOで表わされる金属酸化物(ただし、Mは前記遷移金属元素に対応する遷移金属元素である。)とを含み、X線回折図における、2θ=42〜43.8°の最大ピーク高さ(H1)と2θ=44〜46°の最大ピーク高さ(H2)との比(H1/H2)が0.03〜0.5であり、2θ=14〜16°の最大ピーク高さ(H3)と2θ=18〜20°の最大ピーク高さ(H4)との比(H3/H4)が0〜0.1であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用の正極活物質。
The present invention relates to the following inventions.
[1] Including Li element and at least one transition metal element selected from Ni, Co, and Mn (provided that the molar amount of Li element is more than 1.2 times the total molar amount of the transition metal element) A lithium-containing composite oxide and a metal oxide represented by the formula MO (where M is a transition metal element corresponding to the transition metal element); The ratio (H1 / H2) between the maximum peak height (H1) of 42 to 43.8 ° and the maximum peak height (H2) of 2θ = 44 to 46 ° is 0.03 to 0.5, and 2θ = Lithium ions characterized in that the ratio (H3 / H4) of the maximum peak height (H3) of 14-16 ° to the maximum peak height (H4) of 2θ = 18-20 ° is 0-0.1 Positive electrode active material for secondary battery.

[2][1]に記載のリチウムイオン二次電池用の正極活物質と導電材とバインダーとを含むリチウムイオン二次電池用の正極。
[3]正極と負極と非水電解質とを含み、前記正極が、[2]に記載の正極であるリチウムイオン二次電池。
[2] A positive electrode for a lithium ion secondary battery comprising the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to [1], a conductive material, and a binder.
[3] A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the positive electrode is the positive electrode according to [2].

[4]Li元素と、Ni、Co、およびMnから選ばれる少なくとも一種の遷移金属元素とを含む(ただし、Li元素のモル量が該遷移金属元素の総モル量に対して1.2倍超である。)リチウム含有複合酸化物を、水素を含む雰囲気で400〜470℃で加熱処理することで、前記リチウム含有複合酸化物および式MOで表わされる金属酸化物(ただし、Mは前記遷移金属元素に対応する遷移金属元素である。)を含むリチウムイオン二次電池用の正極活物質を得ることを特徴とする、リチウムイオン二次電池用の正極活物質の製造方法。
[5]前記正極活物質のX線回折図における2θ=42〜43.8°の最大ピーク高さ(H1)と2θ=44〜46°の最大ピーク高さ(H2)との比(H1/H2)が0.03〜0.5であり、2θ=14〜16°の最大ピーク高さ(H3)と2θ=18〜20°の最大ピーク高さ(H4)との比(H3/H4)が0〜0.1である[4]に記載のリチウムイオン二次電池用の正極活物質の製造方法。
[6]前記加熱処理を行った後に、正極活物質を水または極性有機溶媒で洗浄する、[4]または[5]に記載の正極活物質の製造方法。
[7]水素を含む雰囲気における水素濃度が、0.3〜20質量%である[4]〜[6]のいずれかに記載の製造方法。
[4] Including Li element and at least one transition metal element selected from Ni, Co, and Mn (provided that the molar amount of Li element exceeds 1.2 times the total molar amount of the transition metal element) The lithium-containing composite oxide is heat-treated at 400 to 470 ° C. in an atmosphere containing hydrogen, whereby the lithium-containing composite oxide and the metal oxide represented by the formula MO (where M is the transition metal) A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising obtaining a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery containing a transition metal element corresponding to the element.
[5] Ratio of the maximum peak height (H1) of 2θ = 42 to 43.8 ° and the maximum peak height (H2) of 2θ = 44 to 46 ° in the X-ray diffraction diagram of the positive electrode active material (H1 / H2) is 0.03 to 0.5, and the ratio (H3 / H4) of the maximum peak height (H3) of 2θ = 14 to 16 ° and the maximum peak height (H4) of 2θ = 18 to 20 ° The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries as described in [4] whose is 0-0.1.
[6] The method for producing a positive electrode active material according to [4] or [5], wherein the positive electrode active material is washed with water or a polar organic solvent after the heat treatment.
[7] The production method according to any one of [4] to [6], wherein the hydrogen concentration in an atmosphere containing hydrogen is 0.3 to 20% by mass.

本発明の正極活物質正極を備えるリチウムイオン二次電池は、優れた放電容量を発揮する。   The lithium ion secondary battery provided with the positive electrode active material positive electrode of the present invention exhibits excellent discharge capacity.

しかも、本発明の正極活物質は、X線回折測定における分析結果から金属酸化物(MO)を含み、かつ、層状の結晶構造が崩れていないか、結晶構造が崩れていても、わずかであるものである。したがって、本発明の正極活物質は、これを用いた正極を備えるリチウムイオン二次電池を初回充電することにより、LiMOが生成されるものとなり、放電容量に優れ、初回充電時において、不可逆容量であるLiと酸素ガスの生成が抑制されるものとなる。 In addition, the positive electrode active material of the present invention contains a metal oxide (MO) from the analysis result in the X-ray diffraction measurement, and the layered crystal structure is not broken or even if the crystal structure is broken. Is. Therefore, the positive electrode active material of the present invention is one in which LiMO 2 is generated by first charging a lithium ion secondary battery having a positive electrode using the positive electrode active material, and has excellent discharge capacity. The generation of Li and oxygen gas is suppressed.

また、本発明の正極活物質の製造方法によれば、均一に還元されたリチウム含有複合酸化物が得られ、かつ充分な量の金属酸化物(MO)を生成させることができる。   Further, according to the method for producing a positive electrode active material of the present invention, a uniformly reduced lithium-containing composite oxide can be obtained, and a sufficient amount of metal oxide (MO) can be generated.

図1は、実施例のリチウム含有複合酸化物のHガスを3質量%含むNガス雰囲気でのTG−DTA測定の結果を示したグラフである。FIG. 1 is a graph showing the results of TG-DTA measurement in an N 2 gas atmosphere containing 3% by mass of H 2 gas of the lithium-containing composite oxide of the example. 図2は、実施例および比較例1、比較例2、比較例4の正極活物質のXRD測定の結果を示したグラフである。FIG. 2 is a graph showing the results of XRD measurement of the positive electrode active materials of Examples and Comparative Examples 1, 2, and 4.

<正極活物質>
本発明の正極活物質は、Li元素と、Ni、Co、およびMnから選ばれる少なくとも一種の遷移金属元素とを含む(ただし、Li元素のモル量が該遷移金属元素の総モル量に対して1.2倍超である。)リチウム含有複合酸化物と、金属酸化物(MO)(ただし、Mは前記遷移金属元素に対応する遷移金属元素である。)とを含む。該元素の比率は、後述する初回充電(活性化ともいう)前のリチウム含有複合酸化物における値である。
<Positive electrode active material>
The positive electrode active material of the present invention contains Li element and at least one transition metal element selected from Ni, Co, and Mn (provided that the molar amount of Li element is relative to the total molar amount of the transition metal element). More than 1.2 times.) Lithium-containing composite oxide and metal oxide (MO) (where M is a transition metal element corresponding to the transition metal element). The ratio of the element is a value in the lithium-containing composite oxide before the first charge (also referred to as activation) described later.

リチウム含有複合酸化物のLi元素のモル量が遷移金属元素の総モル量に対して1.2倍超であると、該リチウム含有複合酸化物を用いた正極を備えるリチウムイオン二次電池において、活性化(初回充電)後の単位質量あたりの放電容量を向上させることができる。Li元素の遷移金属元素の総モル量に対するモル量の比率は、リチウムイオン二次電池の単位質量あたりの放電容量をより一層増加させるために1.25〜1.75であることが好ましく、1.25〜1.65であることがより好ましい。   In a lithium ion secondary battery including a positive electrode using the lithium-containing composite oxide, when the molar amount of Li element in the lithium-containing composite oxide is more than 1.2 times the total molar amount of the transition metal element, The discharge capacity per unit mass after activation (first charge) can be improved. The ratio of the molar amount of the Li element to the total molar amount of the transition metal element is preferably 1.25 to 1.75 in order to further increase the discharge capacity per unit mass of the lithium ion secondary battery. More preferably, it is from 25 to 1.65.

遷移金属元素は、Ni、Co、およびMnから選ばれる少なくとも一種の元素を含み、Mnを必須とすることが好ましく、Ni、Co、およびMnを含んでいることが特に好ましい。遷移金属元素は、Ni、Co、およびMnのみからなっていてもよく、必要に応じてNi、Co、およびMn以外の遷移金属元素(以下、他の遷移金属元素という。)を含んでいてもよい。他の遷移金属元素としては、Cr、Fe、Al、Ti、Zr、およびMg等から選ばれる遷移金属元素が好ましい。他の遷移金属元素を含む場合には、遷移金属の総量(モル量)に対して0.001〜0.50倍モルが好ましく、0.003〜0.10倍モルがより好ましく、0.005〜0.05倍モルが特に好ましい。
リチウム含有複合酸化物の好ましい組成については、後述する。
The transition metal element contains at least one element selected from Ni, Co, and Mn, preferably contains Mn, and particularly preferably contains Ni, Co, and Mn. The transition metal element may consist only of Ni, Co, and Mn, and may contain a transition metal element other than Ni, Co, and Mn (hereinafter referred to as other transition metal elements) as necessary. Good. As other transition metal elements, transition metal elements selected from Cr, Fe, Al, Ti, Zr, Mg, and the like are preferable. When other transition metal elements are included, the amount is preferably 0.001 to 0.50 times mole, more preferably 0.003 to 0.10 times mole, and more preferably 0.005 to the total amount (molar amount) of the transition metal. -0.05 times mole is particularly preferable.
A preferred composition of the lithium-containing composite oxide will be described later.

本発明の正極活物質は、X線源としてCuKα線を用いるX線回折(XRD)測定において、2θ=42〜43.8°の最大ピーク高さ(H1)と2θ=44〜46°の最大ピーク高さ(H2)との比(H1/H2)が0.03〜0.5であり、2θ=14〜16°の最大ピーク高さ(H3)と2θ=18〜20°の最大ピーク高さ(H4)との比(H3/H4)が0〜0.1である。H1/H2は、0.04〜0.4がより好ましく、0.05〜0.3が特に好ましい。H3/H4は、0〜0.05が好ましく、0〜0.03が特に好ましい。   The positive electrode active material of the present invention has a maximum peak height (H1) of 2θ = 42 to 43.8 ° and a maximum of 2θ = 44 to 46 ° in X-ray diffraction (XRD) measurement using CuKα rays as an X-ray source. The ratio (H1 / H2) to the peak height (H2) is 0.03 to 0.5, the maximum peak height (H3) of 2θ = 14 to 16 ° and the maximum peak height of 2θ = 18 to 20 ° The ratio (H3 / H4) to (H4) is 0 to 0.1. H1 / H2 is more preferably 0.04 to 0.4, and particularly preferably 0.05 to 0.3. H3 / H4 is preferably 0 to 0.05, particularly preferably 0 to 0.03.

X線回折測定において、前記H1は立方晶(空間群Fm−3m)のCoOまたはNiOの<200>面、H2は層状岩塩型結晶構造(空間群R−3m)の<104>面、H3は斜方晶(空間群Pm2m)のLiMnOの<010>面、H4は層状岩塩型結晶構造(空間群R−3m)の<003>面にそれぞれ帰属されるピークの高さである。
本発明の正極活物質が目的とする性能を発揮するためには、金属酸化物(MO)を十分量含むことを示す指標となるH1/H2は0.03〜0.5、さらに層状の結晶構造を保つことが指標となるH3/H4は0〜0.1とする。すなわち、本発明の正極活物質は、金属酸化物(MO)が含まれ、層状の結晶構造が崩れていないか、結晶構造が崩れていても、わずかであるものである。従来の正極活物質においては、H1/H2が0.00〜0.01であるため、X線回折図における該ピーク比率は本発明の範囲に入らない。
In the X-ray diffraction measurement, the H1 is a cubic (space group Fm-3m) CoO or NiO <200> plane, H2 is a layered rock salt crystal structure (space group R-3m) <104> plane, and H3 is The <010> plane of LiMnO 2 of orthorhombic crystal (space group Pm2m) and H4 are the heights of the peaks attributed to the <003> plane of the layered rock salt type crystal structure (space group R-3m).
In order to exhibit the target performance of the positive electrode active material of the present invention, H1 / H2 serving as an index indicating that a sufficient amount of metal oxide (MO) is contained is 0.03 to 0.5, and further a layered crystal H3 / H4 whose index is maintaining the structure is 0 to 0.1. That is, the positive electrode active material of the present invention contains a metal oxide (MO), and even if the layered crystal structure is not broken or the crystal structure is broken, there is little. In the conventional positive electrode active material, since H1 / H2 is 0.00 to 0.01, the peak ratio in the X-ray diffraction diagram does not fall within the scope of the present invention.

<正極活物質の製造方法>
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、以下の製造方法によって製造できる。すなわち、Li元素と、Ni、Co、およびMnから選ばれる少なくとも一種の遷移金属元素とを含む(ただし、Li元素のモル量が該遷移金属元素の総モル量に対して1.2倍超である。)リチウム含有複合酸化物を、水素を含む雰囲気で400〜470℃で加熱処理することで、リチウム含有複合酸化物および金属酸化物(MO)(ただし、Mは前記遷移金属元素に対応する遷移金属元素である。)を含むものとする方法である。
<Method for producing positive electrode active material>
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention can be produced by the following production method. That is, it contains Li element and at least one transition metal element selected from Ni, Co, and Mn (provided that the molar amount of Li element is more than 1.2 times the total molar amount of the transition metal element). A lithium-containing composite oxide and a metal oxide (MO) (where M corresponds to the transition metal element ) by heat-treating the lithium-containing composite oxide at 400 to 470 ° C. in an atmosphere containing hydrogen. A transition metal element).

リチウム含有複合酸化物としては、Li元素と、Ni、Co、およびMnから選ばれる少なくとも一種の遷移金属元素とを含む(ただし、Li元素のモル量が該遷移金属元素の総モル量に対して1.2倍超である。)ものであればよく、特に限定されないが、下式(3)で表される化合物が好ましい。   The lithium-containing composite oxide includes Li element and at least one transition metal element selected from Ni, Co, and Mn (provided that the molar amount of Li element is relative to the total molar amount of the transition metal element). It is sufficient that it is more than 1.2 times), and is not particularly limited, but a compound represented by the following formula (3) is preferable.

Li(LiMnMe)O(3)
(ただし、Meは、Co、Ni、Cr、Fe、Al、Ti、Zr、Mgから選ばれる少なくとも一種の元素である。xは0.09<x<0.3、yおよびzは正の整数であり、0.4≦y/(y+z)≦0.8、x+y+z=1、1.2<(1+x)/(y+z)、1.9<p<2.1、0≦q≦0.1である。)
Meとしては、Co、Ni、およびCrが好ましく、CoおよびNiが特に好ましい。xは、0.1<x<0.25が好ましく、0.11<x<0.22がより好ましい。yおよびzは、0.5≦y/(y+z)≦0.8が好ましく、0.55≦y/(y+z)≦0.75がより好ましい。
Li (Li x Mn y Me z ) O p F q (3)
(However, Me is at least one element selected from Co, Ni, Cr, Fe, Al, Ti, Zr, and Mg. X is 0.09 <x <0.3, and y and z are positive integers. 0.4 ≦ y / (y + z) ≦ 0.8, x + y + z = 1, 1.2 <(1 + x) / (y + z), 1.9 <p <2.1, 0 ≦ q ≦ 0.1 .)
As Me, Co, Ni, and Cr are preferable, and Co and Ni are particularly preferable. x is preferably 0.1 <x <0.25, and more preferably 0.11 <x <0.22. y and z are preferably 0.5 ≦ y / (y + z) ≦ 0.8, and more preferably 0.55 ≦ y / (y + z) ≦ 0.75.

上式(3)で表される化合物としては、Li(Li0.13Ni0.26Co0.09Mn0.52)O、Li(Li0.13Ni0.22Co0.09Mn0.56)O、Li(Li0.13Ni0.17Co0.17Mn0.53)O、Li(Li0.15Ni0.17Co0.13Mn0.55)O、Li(Li0.16Ni0.17Co0.08Mn0.59)O、Li(Li0.17Ni0.17Co0.17Mn0.49)O、Li(Li0.17Ni0.21Co0.08Mn0.54)O、Li(Li0.17Ni0.14Co0.14Mn0.55)O、Li(Li0.18Ni0.12Co0.12Mn0.58)O、Li(Li0.18Ni0.16Co0.12Mn0.54)O、Li(Li0.20Ni0.12Co0.08Mn0.60)O、Li(Li0.20Ni0.16Co0.08Mn0.56)O、Li(Li0.20Ni0.13Co0.13Mn0.54)O、Li(Li0.22Ni0.12Co0.12Mn0.54)O、Li(Li0.23Ni0.12Co0.08Mn0.57)O、が好ましい。 As a compound represented by the above formula (3), Li (Li 0.13 Ni 0.26 Co 0.09 Mn 0.52 ) O 2 , Li (Li 0.13 Ni 0.22 Co 0.09 Mn 0.56 ) O 2 , Li (Li 0.13 Ni 0.17 Co 0.17 Mn 0.53 ) O 2 , Li (Li 0.15 Ni 0.17 Co 0.13 Mn 0.55 ) O 2 , Li (Li 0.16 Ni 0.17 Co 0.08 Mn 0.59 ) O 2 , Li (Li 0.17 Ni 0.17 Co 0.17 Mn 0.49 ) O 2 , Li (Li 0. 17 Ni 0.21 Co 0.08 Mn 0.54 ) O 2 , Li (Li 0.17 Ni 0.14 Co 0.14 Mn 0.55 ) O 2 , Li (Li 0.18 Ni 0.12 Co 0.12 Mn 0.58 ) O 2 , Li (Li 0 .18 Ni 0.16 Co 0.12 Mn 0.54 ) O 2 , Li (Li 0.20 Ni 0.12 Co 0.08 Mn 0.60 ) O 2 , Li (Li 0.20 Ni 0.16 Co 0.08 Mn 0.56 ) O 2 , Li (Li 0.20 Ni 0.13 Co 0.13 Mn 0.54 ) O 2 , Li (Li 0.22 Ni 0.12 Co 0.12 Mn 0 .54 ) O 2 and Li (Li 0.23 Ni 0.12 Co 0.08 Mn 0.57 ) O 2 are preferred.

さらに、式(3)で表される化合物としては、Li(Li0.16Ni0.17Co0.08Mn0.59)O、Li(Li0.17Ni0.17Co0.17Mn0.49)O、Li(Li0.17Ni0.21Co0.08Mn0.54)O、Li(Li0.17Ni0.14Co0.14Mn0.55)O、Li(Li0.18Ni0.12Co0.12Mn0.58)O、Li(Li0.18Ni0.16Co0.12Mn0.54)O、Li(Li0.20Ni0.12Co0.08Mn0.60)O、Li(Li0.20Ni0.16Co0.08Mn0.56)O、Li(Li0.20Ni0.13Co0.13Mn0.54)O、が特に好ましい。 Further, examples of the compound represented by the formula (3), Li (Li 0.16 Ni 0.17 Co 0.08 Mn 0.59) O 2, Li (Li 0.17 Ni 0.17 Co 0.17 Mn 0.49 ) O 2 , Li (Li 0.17 Ni 0.21 Co 0.08 Mn 0.54 ) O 2 , Li (Li 0.17 Ni 0.14 Co 0.14 Mn 0.55 ) O 2 , Li (Li 0.18 Ni 0.12 Co 0.12 Mn 0.58 ) O 2 , Li (Li 0.18 Ni 0.16 Co 0.12 Mn 0.54 ) O 2 , Li (Li 0 .20 Ni 0.12 Co 0.08 Mn 0.60 ) O 2 , Li (Li 0.20 Ni 0.16 Co 0.08 Mn 0.56 ) O 2 , Li (Li 0.20 Ni 0.13 Co 0.13 Mn 0.54) O 2, are particularly Masui.

例えば、リチウム含有複合酸化物が式(3)で表される化合物である場合、遷移金属元素の総モル量に対するLi元素のモル量の比は、1.2<(1+x)/(y+z)であり、1.25≦(1+x)/(y+z)≦1.75が好ましく、1.25≦(1+x)/(y+z)≦1.65がより好ましい。該組成比が上記の範囲であれば、単位質量あたりの放電容量を増加させることができる。   For example, when the lithium-containing composite oxide is a compound represented by the formula (3), the ratio of the molar amount of the Li element to the total molar amount of the transition metal element is 1.2 <(1 + x) / (y + z). Yes, 1.25 ≦ (1 + x) / (y + z) ≦ 1.75 is preferable, and 1.25 ≦ (1 + x) / (y + z) ≦ 1.65 is more preferable. When the composition ratio is in the above range, the discharge capacity per unit mass can be increased.

リチウム含有複合酸化物は、粒子状であることが好ましく、平均粒子径(D50)は3〜30μmが好ましく、4〜25μmがより好ましく、5〜20μmが特に好ましい。本発明において、平均粒子径(D50)とは、体積基準で粒度分布を求め、全体積を100%とした累積カーブにおいて、その累積カーブが50%となる点の粒子径である、体積基準累積50%径を意味する。
粒度分布は、レーザー散乱粒度分布測定装置で測定した頻度分布および累積体積分布曲線で求められる。粒子径の測定は、粉末を水媒体中に超音波処理などで充分に分散させて粒度分布を測定する(例えば、HORIBA社製レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置Partica LA−950VII、などを用いる)ことで行なわれる。
The lithium-containing composite oxide is preferably particulate, and the average particle diameter (D50) is preferably 3 to 30 μm, more preferably 4 to 25 μm, and particularly preferably 5 to 20 μm. In the present invention, the average particle size (D50) is a volume-based cumulative particle size distribution at which the particle size distribution is obtained on a volume basis and the cumulative curve is 50% in a cumulative curve with the total volume being 100%. 50% diameter is meant.
The particle size distribution is obtained from a frequency distribution and a cumulative volume distribution curve measured with a laser scattering particle size distribution measuring apparatus. The particle size is measured by sufficiently dispersing the powder in an aqueous medium by ultrasonic treatment or the like and measuring the particle size distribution (for example, a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device Partica LA-950VII manufactured by HORIBA, etc.). Used).

リチウム含有複合酸化物の比表面積は、0.3〜10m/gであることが好ましく、0.5〜5m/gが特に好ましい。該比表面積が、0.3〜10m/gであると容量が高く、緻密な正極電極層が形成できる。 The specific surface area of the lithium-containing composite oxide is preferably 0.3~10m 2 / g, 0.5~5m 2 / g is particularly preferred. When the specific surface area is 0.3 to 10 m 2 / g, the capacity is high and a dense positive electrode layer can be formed.

リチウム含有複合酸化物を製造する方法としては、共沈法により得られたリチウム含有複合酸化物の前躯体とリチウム化合物を混合して焼成する方法、水熱合成法、ゾルゲル法、乾式混合法、イオン交換法などが挙げられる。なお、リチウム含有複合酸化物中に遷移金属元素が均一に含有されると放電容量が向上するため、共沈法により得られたリチウム含有複合酸化物の前躯体(共沈組成物)とリチウム化合物とを混合して焼成する方法を用いることが好ましい。   As a method for producing a lithium-containing composite oxide, a method of mixing and baking a precursor of a lithium-containing composite oxide obtained by a coprecipitation method and a lithium compound, a hydrothermal synthesis method, a sol-gel method, a dry mixing method, Examples include ion exchange. In addition, since the discharge capacity is improved when the transition metal element is uniformly contained in the lithium-containing composite oxide, the precursor (co-precipitation composition) of the lithium-containing composite oxide obtained by the coprecipitation method and the lithium compound It is preferable to use a method of mixing and baking.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法においては、上記のリチウム含有複合酸化物を、水素を含む雰囲気で400〜470℃で加熱処理する。
水素を含む雰囲気とは、水素ガスの存在下であることをいい、水素ガスはそのままを用いる、または、不活性ガスで希釈して用いることができ、後者が好ましい。不活性ガスで希釈した水素ガス雰囲気の例としては、Hガスを含むNガス雰囲気や、Hガスを含むArガス雰囲気などが挙げられ、コストの面からHガスを含むNガス雰囲気が好ましい。水素濃度としては、好ましくは0.3〜20質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜5.5質量%、特に好ましくは1〜3.5質量%である。水素濃度を0.3〜20質量%とすることにより、充分な還元反応を実施できる。
In the manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of this invention, said lithium containing complex oxide is heat-processed at 400-470 degreeC in the atmosphere containing hydrogen.
The atmosphere containing hydrogen refers to the presence of hydrogen gas. The hydrogen gas can be used as it is or diluted with an inert gas, the latter being preferred. Examples of the hydrogen gas atmosphere diluted with an inert gas, and N 2 gas atmosphere containing H 2 gas, such as Ar gas atmosphere containing H 2 gas are mentioned, N 2 gas containing H 2 gas in terms of cost An atmosphere is preferred. The hydrogen concentration is preferably 0.3 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 5.5% by mass, and particularly preferably 1 to 3.5% by mass. A sufficient reduction reaction can be carried out by setting the hydrogen concentration to 0.3 to 20% by mass.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法において、上記のリチウム含有複合酸化物を用いる場合には水素を含む雰囲気での加熱処理により、下式(4)および(5)に示す反応が起こると考えられる。
2LiMnO+H→2LiMnO+2LiOH (4)
2LiMO+H→2MO+2LiOH (5)
In the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, when the above lithium-containing composite oxide is used, the following formulas (4) and (5) are obtained by heat treatment in an atmosphere containing hydrogen. A reaction is thought to occur.
2Li 2 MnO 3 + H 2 → 2LiMnO 2 + 2LiOH (4)
2LiMO 2 + H 2 → 2MO + 2LiOH (5)

リチウム含有複合酸化物としてLiMnOとLiMOとで表わされる化合物を用いた場合には、加熱処理によりLiMnOとLiMOとで表わされる化合物と水素との間で上式(4)および(5)に示す反応が進行し、リチウム含有複合酸化物の表面に式MOで表わされる金属酸化物を生成させることができる。ここでHガス量が少なすぎると、金属酸化物(MO)の生成量が少なくなる。また、水素を含む雰囲気に含まれるHガスが上記範囲を超えると、金属酸化物(MO)がさらに水素によって還元されてM(金属)になってしまい、容量低下など電池特性が低下するおそれがある。 When a compound represented by Li 2 MnO 3 and LiMO 2 is used as the lithium-containing composite oxide, the above formula (4) is obtained between the compound represented by Li 2 MnO 3 and LiMO 2 and hydrogen by heat treatment. ) And (5) proceed, and a metal oxide represented by the formula MO can be generated on the surface of the lithium-containing composite oxide. Here, if the amount of H 2 gas is too small, the amount of metal oxide (MO) produced is reduced. Further, if the H 2 gas contained in the atmosphere containing hydrogen exceeds the above range, the metal oxide (MO) is further reduced by hydrogen to M (metal), and battery characteristics such as capacity reduction may be deteriorated. There is.

なお、リチウム含有複合酸化物を金属水素化物などの固体の還元剤の存在下で熱処理した場合には均一な還元反応を行うことは困難であり、生成物において本発明の効果と同等の効果を得ることはできない。一方、本発明の製造方法では、水素を用い、かつ、特定の温度条件で反応を行うことにより、均一に表面が還元されたリチウム含有複合酸化物が得られ、なおかつ均一に充分な量の金属酸化物(MO)を生成させることができると考えられる。   When the lithium-containing composite oxide is heat-treated in the presence of a solid reducing agent such as a metal hydride, it is difficult to perform a uniform reduction reaction, and the product has an effect equivalent to that of the present invention. I can't get it. On the other hand, in the production method of the present invention, by using hydrogen and reacting under specific temperature conditions, a lithium-containing composite oxide whose surface is uniformly reduced can be obtained, and a sufficient amount of metal can be uniformly obtained. It is thought that an oxide (MO) can be generated.

本発明の正極活物質は、X線回折図において特定のパターンを示すものである。すなわち、X線回折測定における2θ=42〜43.8°の最大ピーク高さ(H1)は、金属酸化物(MO)であるNiOやCoOの生成量を示し、2θ=14〜16°の最大ピーク高さ(H3)は、層状の結晶構造が崩れて生成された斜方晶のLiMnOの生成量を示している。
したがって、ピーク高さの比(H1/H2)が0.03〜0.5であり、かつピーク高さの比(H3/H4)が0〜0.1であるリチウム金属複合酸化物は、金属酸化物(MO)が含まれ、かつ、リチウム金属複合酸化物の結晶構造は、層状であるか、層状構造の一部が崩れていても、わずかである構造であることを示す。すなわち、本発明におけるリチウム含有複合酸化物は層状の結晶構造を保っていることから、高い放電容量を維持できる。
The positive electrode active material of the present invention shows a specific pattern in an X-ray diffraction diagram. That is, the maximum peak height (H1) of 2θ = 42 to 43.8 ° in the X-ray diffraction measurement indicates the amount of NiO or CoO that is a metal oxide (MO) generated, and the maximum of 2θ = 14 to 16 °. The peak height (H3) indicates the amount of orthorhombic LiMnO 2 produced by breaking the layered crystal structure.
Therefore, the lithium metal composite oxide having a peak height ratio (H1 / H2) of 0.03 to 0.5 and a peak height ratio (H3 / H4) of 0 to 0.1 is a metal An oxide (MO) is included, and the crystal structure of the lithium metal composite oxide is a layered structure or a slight structure even when a part of the layered structure is broken. That is, since the lithium-containing composite oxide in the present invention maintains a layered crystal structure, a high discharge capacity can be maintained.

水素を含む雰囲気での加熱処理温度は400〜470℃であり、430〜465℃が好ましく、450〜460℃がより好ましい。加熱処理温度を400〜470℃とすることで、充分な量の金属酸化物(MO)を生成させることができる。加熱処理温度が400℃未満である場合、金属酸化物(MO)を生成できず、加熱処理を行うことによる効果が得られない。また、加熱処理温度が470℃を超えると、金属酸化物(MO)が水素によって還元されて、M(金属)になってしまい、充分な量の金属酸化物(MO)が得られないおそれや、層状の結晶構造が崩れるおそれがある。   The heat treatment temperature in an atmosphere containing hydrogen is 400 to 470 ° C, preferably 430 to 465 ° C, and more preferably 450 to 460 ° C. By setting the heat treatment temperature to 400 to 470 ° C., a sufficient amount of metal oxide (MO) can be generated. When the heat treatment temperature is less than 400 ° C., metal oxide (MO) cannot be generated, and the effect of performing the heat treatment cannot be obtained. Further, when the heat treatment temperature exceeds 470 ° C., the metal oxide (MO) is reduced by hydrogen to become M (metal), and a sufficient amount of metal oxide (MO) may not be obtained. The layered crystal structure may collapse.

加熱処理時間は、好ましくは0.1〜10時間であり、より好ましくは、0.5〜5時間、特に好ましくは、1〜3時間である。加熱処理時間を0.1〜10時間の範囲とすることで、効率よく、充分な量の金属酸化物(MO)を生成させることができる。   The heat treatment time is preferably 0.1 to 10 hours, more preferably 0.5 to 5 hours, and particularly preferably 1 to 3 hours. By setting the heat treatment time in the range of 0.1 to 10 hours, a sufficient amount of metal oxide (MO) can be efficiently generated.

本発明の製造方法においては、加熱処理後の生成物を水または極性有機溶媒で洗浄することが好ましい。該極性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、2−プロパノールなどが挙げられる。正極活物質の洗浄は水のみで行うのが好ましい。水での洗浄は、安全面、環境面、取扱い性、コストの点で優れる。   In the production method of the present invention, the product after the heat treatment is preferably washed with water or a polar organic solvent. Examples of the polar organic solvent include methanol, ethanol, 2-propanol and the like. The positive electrode active material is preferably washed only with water. Washing with water is excellent in terms of safety, environment, handling, and cost.

正極活物質を水または極性有機溶媒で洗浄した場合には、生成物中のLiOHを除去できる。
洗浄に用いる水または極性有機溶媒の量は、LiOHを除去できればよく、具体的には、正極活物質の質量に対して0.5〜1000倍が好ましく、5〜100倍がより好ましい。
When the positive electrode active material is washed with water or a polar organic solvent, LiOH in the product can be removed.
The amount of water or the polar organic solvent used for washing is not particularly limited as long as LiOH can be removed. Specifically, it is preferably 0.5 to 1000 times, more preferably 5 to 100 times the mass of the positive electrode active material.

LiOHは、電解液を分解して放電容量を低下させる原因となる。例えば、電解液としてLiPFを溶質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との質量比(EC:DEC=1:1)の混合溶液を用いた場合などに、電解液を分解して放電容量を低下させる原因となる。
また、LiOHは、正極を製造する工程において、正極活物質を含むスラリーを形成する際に、スラリーを凝集しやすくし、正極を製造しにくくする。このため、LiOHは、正極活物質から除去することが好ましい。
LiOH causes the electrolytic solution to decompose and reduce the discharge capacity. For example, when a mixed solution of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a mass ratio (EC: DEC = 1: 1) having LiPF 6 as a solute is used as the electrolytic solution, the electrolytic solution is decomposed. This will cause the discharge capacity to decrease.
In addition, LiOH makes the slurry easy to aggregate when forming the slurry containing the positive electrode active material in the step of manufacturing the positive electrode, and makes it difficult to manufacture the positive electrode. For this reason, it is preferable to remove LiOH from the positive electrode active material.

本発明の製造方法により得られた正極活物質は、リチウム含有複合酸化物の表面に金属酸化物(MO)が生成し、初回充電時時に発生するLiおよび酸素ガスの生成を抑制することができると考えられる。また、リチウム比率の高いリチウム含有複合酸化物を含むことから、これを用いた正極を備えるリチウムイオン二次電池において、高い放電容量を維持できると考えられる。   In the positive electrode active material obtained by the production method of the present invention, a metal oxide (MO) is generated on the surface of the lithium-containing composite oxide, and the generation of Li and oxygen gas generated during the initial charge can be suppressed. it is conceivable that. In addition, since a lithium-containing composite oxide having a high lithium ratio is included, it is considered that a high discharge capacity can be maintained in a lithium ion secondary battery including a positive electrode using the same.

<正極>
本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、上記の正極活物質、導電材、およびバインダーを含む。
リチウムイオン二次電池用正極は、正極集電体上(正極表面)に、本発明の正極活物質を含有する正極活物質層が形成されてなる。リチウムイオン二次電池用正極は、例えば、本発明の正極活物質、導電材およびバインダーを、溶媒に溶解させるか、分散媒に分散させるか、又は溶媒と混練することによって、スラリー又は混錬物を調製し、調製したスラリー又は混錬物を正極集電板に塗布等により担持させることによって、製造できる。
<Positive electrode>
The positive electrode for lithium ion secondary batteries of this invention contains said positive electrode active material, a electrically conductive material, and a binder.
The positive electrode for a lithium ion secondary battery is formed by forming a positive electrode active material layer containing the positive electrode active material of the present invention on a positive electrode current collector (positive electrode surface). The positive electrode for a lithium ion secondary battery is, for example, a slurry or kneaded product by dissolving the positive electrode active material, the conductive material and the binder of the present invention in a solvent, dispersing in a dispersion medium, or kneading with a solvent. And the prepared slurry or kneaded material is supported on the positive electrode current collector plate by coating or the like.

導電材としては、アセチレンブラック、黒鉛、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック等が挙げられる。
バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等の不飽和結合を有する重合体およびその共重合体、アクリル酸共重合体、メタクリル酸共重合体等のアクリル酸系重合体およびその共重合体等が挙げられる。
Examples of the conductive material include carbon black such as acetylene black, graphite, and ketjen black.
As binders, fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polymers having unsaturated bonds such as styrene / butadiene rubber, isoprene rubber and butadiene rubber, and copolymers thereof, Examples thereof include acrylic acid-based polymers such as acrylic acid copolymers and methacrylic acid copolymers, and copolymers thereof.

<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と負極と非水電解質とを含み、活性化前の正極に用いられる正極材料が、上記のリチウム複合金属化合物を含むものである。
負極は、負極集電体上に、負極活物質を含有する負極活物質層が形成されてなる。例えば、負極活物質を有機溶媒と混錬することによってスラリーを調製し、調製したスラリーを負極集電体に塗布、乾燥、プレスすることによって、製造することができる。
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, and a positive electrode material used for the positive electrode before activation includes the above lithium composite metal compound.
The negative electrode is formed by forming a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material on a negative electrode current collector. For example, it can be produced by preparing a slurry by kneading a negative electrode active material with an organic solvent, and applying, drying, and pressing the prepared slurry to a negative electrode current collector.

負極集電板としては、例えばニッケル箔、銅箔等の金属箔を用いることができる。
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料であればよく、例えば、リチウム金属、リチウム合金、リチウム化合物、炭素材料、周期表14、15族の金属を主体とする酸化物、炭素化合物、炭化ケイ素化合物、酸化ケイ素化合物、硫化チタンおよび炭化ホウ素化合物等を用いることができる。
As the negative electrode current collector plate, for example, a metal foil such as a nickel foil or a copper foil can be used.
The negative electrode active material may be any material that can occlude and release lithium ions. For example, lithium metal, lithium alloy, lithium compound, carbon material, periodic table 14 and group 15 metal oxides, carbon Compounds, silicon carbide compounds, silicon oxide compounds, titanium sulfide, boron carbide compounds, and the like can be used.

リチウム合金およびリチウム化合物としては、リチウムと、リチウムと合金あるいは化合物を形成可能な金属とにより構成されるリチウム合金およびリチウム化合物を用いることができる。
炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素類、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等のコークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、フェノール樹脂やフラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック類等を用いることができる。
周期表14族の金属としては、例えば、ケイ素あるいはスズであり、最も好ましくはケイ素である。また、比較的低い電位でリチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料であれば、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等の酸化物およびその他の窒化物等も同様に用いることができる。
As the lithium alloy and the lithium compound, lithium alloys and lithium compounds composed of lithium and a metal capable of forming an alloy or compound with lithium can be used.
Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon, artificial graphite, natural graphite, pyrolytic carbon, pitch coke, needle coke, petroleum coke, and other cokes, graphite, glassy carbon, phenolic resin, and furan resin. An organic polymer compound fired body, carbon fiber, activated carbon, carbon black or the like obtained by firing and carbonizing the above at an appropriate temperature can be used.
The group 14 metal of the periodic table is, for example, silicon or tin, and most preferably silicon. In addition, materials that can occlude and release lithium ions at a relatively low potential include, for example, oxides such as iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide, and tin oxide, and other nitrides. It can be used similarly.

非水電解質としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることが好ましい。
非水電解液としては、有機溶媒と電解質とを適宜組み合わせて調製されたものを用いることができる。有機溶媒としては、この種の電池に用いられるものであればいずれも使用可能であり、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等を用いることができる。特に、電圧安定性の点からは、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類を使用することが好ましい。また、このような有機溶媒は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。
As the nonaqueous electrolyte, it is preferable to use a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent.
As the non-aqueous electrolyte, one prepared by appropriately combining an organic solvent and an electrolyte can be used. Any organic solvent can be used as long as it is used in this type of battery. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxy. Ethane, γ-butyrolactone, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, acetic acid ester, butyric acid ester, propionic acid ester and the like can be used. In particular, from the viewpoint of voltage stability, it is preferable to use cyclic carbonates such as propylene carbonate and chain carbonates such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate. Moreover, such an organic solvent may be used individually by 1 type, and may be used in mixture of 2 or more types.

また、その他、非水電解質として、電解質塩を含有させた固体電解質、高分子電解質、高分子化合物などに電解質を混合または溶解させた固体状もしくはゲル状電解質等を用いることができる。
固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有する材料であればよく、例えば、無機固体電解質および高分子固体電解質のいずれをも用いることができる。
In addition, as the nonaqueous electrolyte, a solid electrolyte containing an electrolyte salt, a polymer electrolyte, a solid or gel electrolyte in which an electrolyte is mixed or dissolved, and the like can be used.
The solid electrolyte may be any material having lithium ion conductivity. For example, any of an inorganic solid electrolyte and a polymer solid electrolyte can be used.

無機固体電解質としては、窒化リチウム、ヨウ化リチウム等を用いることができる。
高分子固体電解質としては、電解質塩と該電解質塩を溶解する高分子化合物を用いることができる。そして、この高分子化合物としては、ポリ(エチレンオキサイド)や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ(メタクリレート)エステル系、アクリレート系等を、単独あるいは分子中に共重合、または混合して用いることができる。
As the inorganic solid electrolyte, lithium nitride, lithium iodide, or the like can be used.
As the polymer solid electrolyte, an electrolyte salt and a polymer compound that dissolves the electrolyte salt can be used. As this polymer compound, an ether polymer such as poly (ethylene oxide) or a crosslinked product thereof, a poly (methacrylate) ester, an acrylate, or the like is used alone or in a molecule, or a mixture thereof is used. be able to.

ゲル状電解質のマトリックスとしては、上記の非水電解液を吸収してゲル化するものであればよく、種々の高分子を用いることができる。また、ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、例えば、ポリ(ビニリデンフルオロライド)、ポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)などのフッ素系高分子等を使用することができる。また、ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、例えば、ポリアクリロニトリルおよびポリアクリロニトリルの共重合体を使用することができる。また、ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、例えば、ポリエチレンオキサイドおよびポリエチレンオキサイドの共重合体、同架橋体などのエーテル系高分子を使用することができる。共重合モノマーとしては、例えば、ポリプロピレンオキサイド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル等を挙げることができる。
また、酸化還元反応に対する安定性の観点により、上記した高分子のうち、特にフッ素系高分子を用いることが好ましい。
The matrix of the gel electrolyte may be any matrix that absorbs the non-aqueous electrolyte and gels, and various polymers can be used. In addition, as the polymer material used for the gel electrolyte, for example, fluorine-based polymers such as poly (vinylidene fluoride) and poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) can be used. Moreover, as a polymer material used for the gel electrolyte, for example, polyacrylonitrile and a copolymer of polyacrylonitrile can be used. Moreover, as a polymer material used for the gel electrolyte, for example, an ether polymer such as polyethylene oxide, a copolymer of polyethylene oxide, and a crosslinked product thereof can be used. Examples of the copolymerization monomer include polypropylene oxide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate, and butyl acrylate.
In addition, from the viewpoint of stability against the redox reaction, it is particularly preferable to use a fluorine-based polymer among the above-described polymers.

電解質塩は、この種の電池に用いられるものであればいずれも使用可能である。電解質塩としては、例えば、LiClO、LiPF、LiBF、CHSOLi、LiCl、LiBr等を用いることができる。
本発明のリチウムイオン二次電池の形状は、コイン型、シート状(フィルム状)、折り畳み状、巻回型有底円筒型、ボタン型等の形状を、用途に応じて適宜選択することができる。
Any electrolyte salt can be used as long as it is used in this type of battery. As the electrolyte salt, for example, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , CH 3 SO 3 Li, LiCl, LiBr, or the like can be used.
The shape of the lithium ion secondary battery of the present invention can be appropriately selected from coin shapes, sheet shapes (film shapes), folded shapes, wound bottomed cylindrical shapes, button shapes, and the like according to applications. .

本発明のリチウムイオン二次電池は、活性化してから用いられる。本発明のリチウムイオン二次電池においては、活性化として初回充電を行うことにより、正極に含まれるLiMnOとMOとが、下式(2)に示す反応を起こして、LiMOを生成させる。生成したLiMOは、活性化前の正極に含まれるLiMOとともに、充電時にLiを放出し、放電時に吸収するため、正極材料として機能する。
LiMnO+MO→MnO+LiO+MO
→LiMnO+LiMO (2)
The lithium ion secondary battery of the present invention is used after being activated. In the lithium ion secondary battery of the present invention, Li 2 MnO 3 and MO contained in the positive electrode undergo a reaction shown in the following formula (2) by performing initial charge as activation to generate LiMO 2 . Let The produced LiMO 2 functions as a positive electrode material because it releases Li during charging and absorbs it during discharging together with LiMO 2 contained in the positive electrode before activation.
Li 2 MnO 3 + MO → MnO 2 + Li 2 O + MO
→ LiMnO 2 + LiMO 2 (2)

本発明のリチウムイオン二次電池では、活性化により生成したLiMOを、活性化前の正極に含まれるLiMOとともに充放電して、正極と負極との間でLiを移動させる。このことにより、本発明のリチウムイオン二次電池は、放電容量およびサイクル特性に優れたものとなる。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, LiMO 2 generated by activation is charged and discharged together with LiMO 2 contained in the positive electrode before activation, and Li is moved between the positive electrode and the negative electrode. Thus, the lithium ion secondary battery of the present invention is excellent in discharge capacity and cycle characteristics.

<リチウム含有複合酸化物の合成>
硫酸ニッケル(II)六水和物(140.6g)、硫酸コバルト(II)七水和物(131.4g)、硫酸マンガン(II)五水和物(482.2g)に蒸留水(1245.9g)を加えて均一に溶解させて原料溶液とした。硫酸アンモニウム(79.2g)に蒸留水(320.8g)を加えて均一に溶解させてアンモニア源溶液とした。硫酸アンモニウム(79.2g)に蒸留水(1920.8g)を加えて均一に溶解させて母液とした。水酸化ナトリウム(400g)に蒸留水(600g)を加えて均一に溶解させてpH調整液とした。
<Synthesis of lithium-containing composite oxide>
Nickel (II) sulfate hexahydrate (140.6 g), cobalt sulfate (II) heptahydrate (131.4 g), manganese (II) sulfate pentahydrate (482.2 g) and distilled water (1245. 9 g) was added and dissolved uniformly to obtain a raw material solution. Distilled water (320.8 g) was added to ammonium sulfate (79.2 g) and dissolved uniformly to obtain an ammonia source solution. Distilled water (1920.8 g) was added to ammonium sulfate (79.2 g) and dissolved uniformly to obtain a mother liquor. Distilled water (600 g) was added to sodium hydroxide (400 g) and dissolved uniformly to obtain a pH adjusting solution.

2Lのバッフル付きガラス製反応槽に母液を入れてマントルヒーターで50℃に加熱し、pHが11.0となるようにpH調整液を加えた。反応槽内の溶液をアンカー型の撹拌翼で撹拌しながら原料溶液を5.0g/分、アンモニア源溶液を1.0g/分の速度で添加し、ニッケル、コバルト、マンガンの複合水酸化物を析出させた。原料溶液を添加している間、反応槽内のpHを11.0に保つようにpH調整溶液を添加した。また、析出した水酸化物が酸化しないように反応槽内に窒素ガスを流量0.5L/分で流した。また、反応槽内の液量が2Lを超えないように連続的に液の抜き出しを行った。   The mother liquor was placed in a 2 L baffled glass reaction vessel, heated to 50 ° C. with a mantle heater, and a pH adjusting solution was added so that the pH was 11.0. While stirring the solution in the reaction vessel with an anchor type stirring blade, the raw material solution was added at a rate of 5.0 g / min, and the ammonia source solution was added at a rate of 1.0 g / min, and a composite hydroxide of nickel, cobalt, and manganese was added. Precipitated. During the addition of the raw material solution, the pH adjusting solution was added so as to keep the pH in the reaction vessel at 11.0. Moreover, nitrogen gas was flowed at a flow rate of 0.5 L / min in the reaction tank so that the precipitated hydroxide was not oxidized. Further, the liquid was continuously extracted so that the amount of the liquid in the reaction tank did not exceed 2 L.

得られたニッケル、コバルト、マンガンの複合水酸化物から不純物イオンを取り除くため、加圧ろ過と蒸留水への分散を繰返して洗浄した。ろ液の電気伝導度が25μS/cmとなった時点で洗浄を終了し、120℃で15時間乾燥させて前駆体とした。
ICP(高周波誘導結合プラズマ)で前駆体のニッケル、コバルト、マンガンの含有量を測定したところ、それぞれ11.6質量%、10.5質量%、42.3質量%であった(モル比でニッケル:コバルト:マンガン=0.172:0.156:0.672)。
In order to remove impurity ions from the obtained composite hydroxide of nickel, cobalt, and manganese, washing was repeated by pressure filtration and dispersion in distilled water. When the electrical conductivity of the filtrate reached 25 μS / cm, the washing was finished and dried at 120 ° C. for 15 hours to obtain a precursor.
When the contents of the precursors nickel, cobalt, and manganese were measured by ICP (high frequency inductively coupled plasma), they were 11.6 mass%, 10.5 mass%, and 42.3 mass%, respectively (molar ratio of nickel). : Cobalt: Manganese = 0.172: 0.156: 0.672).

この前駆体(20g)とリチウム含有量が26.9mol/kgの炭酸リチウム(12.6g)とを混合して、酸素含有雰囲気下800℃で12時間焼成し、実施例のリチウム含有複合酸化物を得た。得られた実施例のリチウム含有複合酸化物の組成はLi(Li0.2Ni0.137Co0.125Mn0.538)Oとなる。実施例のリチウム含有複合酸化物の平均粒子径D50は5.3μmであり、BET(Brunauer,Emmett,Teller)法を用いて測定した比表面積は4.4m/gであった。 The precursor (20 g) and lithium carbonate (12.6 g) having a lithium content of 26.9 mol / kg were mixed and calcined at 800 ° C. for 12 hours in an oxygen-containing atmosphere. Got. The composition of the lithium-containing composite oxide of the obtained example is Li (Li 0.2 Ni 0.137 Co 0.125 Mn 0.538 ) O 2 . The average particle diameter D50 of the lithium-containing composite oxide of the example was 5.3 μm, and the specific surface area measured using the BET (Brunauer, Emmett, Teller) method was 4.4 m 2 / g.

<TG−DTA(熱重量−示差熱分析)測定>
TG−DTA測定装置(商品名:TG−DTA2000SA、Bruker AXS 社製)を用いて、実施例のリチウム含有複合酸化物のTG−DTA測定を行った。なお、TG−DTA測定における雰囲気ガスとしてはHガスを3質量%含むNガスを用いた。また、TG−DTA測定においては、昇温速度5℃/分で室温〜600℃まで昇温して測定した。その結果を図1に示す。
<TG-DTA (thermogravimetric-differential thermal analysis) measurement>
Using a TG-DTA measuring device (trade name: TG-DTA2000SA, manufactured by Bruker AXS), TG-DTA measurement of the lithium-containing composite oxides of the examples was performed. As the atmosphere gas in TG-DTA measurement using a N 2 gas containing H 2 gas 3 wt%. Moreover, in TG-DTA measurement, it heated up from room temperature to 600 degreeC with the temperature increase rate of 5 degree-C / min, and measured. The result is shown in FIG.

図1は、実施例のリチウム含有複合酸化物のTG−DTA測定の結果を示したグラフである。図1に示すように、実施例のリチウム含有複合酸化物では、室温〜350℃の範囲において、温度の上昇に伴ってTGがわずかずつ増加していることが分かる。
これは、リチウム含有複合酸化物がHを吸蔵することにより、あるいは下記式(4)(5)に示すように、金属酸化物(MO)が生成される反応が進むとともに、重量(固体重量)が増加したためと推定される。
2LiMnO+H→2LiMnO+2LiOH (4)
2LiMO+H→2MO+2LiOH (5)
FIG. 1 is a graph showing the results of TG-DTA measurement of the lithium-containing composite oxide of the example. As shown in FIG. 1, in the lithium containing complex oxide of an Example, it turns out that TG increases little by little with temperature rise in the range of room temperature-350 degreeC.
This is because the lithium-containing composite oxide occludes H 2 or, as shown in the following formulas (4) and (5), the reaction for generating the metal oxide (MO) proceeds and the weight (solid weight) ) Is estimated to have increased.
2Li 2 MnO 3 + H 2 → 2LiMnO 2 + 2LiOH (4)
2LiMO 2 + H 2 → 2MO + 2LiOH (5)

また、図1に示すように、450℃程度の温度から温度の上昇に伴って急激にTGが減少していることが分かる。
これは、下記式(6)(7)(8)に示すように、リチウム含有複合酸化物がHによって還元されて、金属と水が生成されるとともに、水が揮発して重量(固体重量)が減少したためと推定される。
LiMnO+2H→Mn+2LiOH+HO (6)
LiMO+1.5H→M+LiOH+HO (7)
MO+H→M+HO (8)
Moreover, as shown in FIG. 1, it turns out that TG is decreasing rapidly with the temperature rise from the temperature of about 450 degreeC.
As shown in the following formulas (6), (7), and (8), the lithium-containing composite oxide is reduced by H 2 to generate metal and water, and the water is volatilized to reduce the weight (solid weight). ) Decreased.
Li 2 MnO 3 + 2H 2 → Mn + 2LiOH + H 2 O (6)
LiMO 2 + 1.5H 2 → M + LiOH + H 2 O (7)
MO + H 2 → M + H 2 O (8)

また、図1に示すDTA測定の結果より、450℃程度の温度から温度の上昇に伴って急激に還元反応が進むことが確認できた。
以上のように、図1に示すTG−DTA測定の結果より、水素を含む雰囲気での加熱処理の温度範囲を400〜470℃とし、Hによる還元反応を制御することで、金属酸化物(MO)を含む正極活物質を生成できると推定される。
Further, from the result of the DTA measurement shown in FIG. 1, it was confirmed that the reduction reaction rapidly progressed as the temperature increased from a temperature of about 450 ° C.
As described above, from the result of the TG-DTA measurement shown in FIG. 1, the temperature range of the heat treatment in the atmosphere containing hydrogen is set to 400 to 470 ° C., and the reduction reaction by H 2 is controlled, whereby the metal oxide ( It is estimated that a positive electrode active material containing MO) can be generated.

<水素処理>
実施例のリチウム含有複合酸化物15gをセラミック製ボートに乗せて、内径φ10cmの環状炉に入れた。Hガスを3質量%含むNガスを流量0.3L/分で流しながら、表1に示す水素処理温度で3時間加熱し、実施例1〜実施例3および比較例2〜比較例4の正極活物質を得た。
また、実施例のリチウム含有複合酸化物に対して水素処理を行わず、比較例1の正極活物質とした。
<Hydrogen treatment>
15 g of the lithium-containing composite oxide of the example was placed on a ceramic boat and placed in an annular furnace having an inner diameter of φ10 cm. While flowing N 2 gas containing 3% by mass of H 2 gas at a flow rate of 0.3 L / min, heating was performed at the hydrogen treatment temperature shown in Table 1 for 3 hours, and Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4 The positive electrode active material was obtained.
Further, the lithium-containing composite oxide of the example was not subjected to hydrogen treatment, and the positive electrode active material of Comparative Example 1 was obtained.

Figure 0005617663
Figure 0005617663

このようにして得られた実施例1〜実施例3および比較例1〜比較例4の正極活物質について、X線源としてCuKα線を用いるXRD測定を行った。XRD測定には、リガク社製の製品名RINT−TTR−IIIを用いた。XRD測定は、電圧50kV、管電流300mA、走査軸2θ/θで、測定範囲2θ=10〜80°、サンプリング幅0.02°、スキャンスピード4°/分で行った。得られたXRDスペクトルから解析ソフトMDI−JADEを用いてバックグラウンド除去を行い、その結果から、2θ=42〜43.8°の最大ピーク高さH1と2θ=44〜46°の最大ピーク高さH2との比H1/H2と、2θ=14〜16°の最大ピーク高さH3と2θ=18〜20°の最大ピーク高さH4との比H3/H4とを算出した。その結果を表1に示す。   With respect to the positive electrode active materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 thus obtained, XRD measurement using CuKα rays as an X-ray source was performed. The product name RINT-TTR-III manufactured by Rigaku Corporation was used for XRD measurement. XRD measurement was performed at a voltage of 50 kV, a tube current of 300 mA, a scanning axis of 2θ / θ, a measurement range of 2θ = 10 to 80 °, a sampling width of 0.02 °, and a scanning speed of 4 ° / min. The background is removed from the obtained XRD spectrum using analysis software MDI-JADE, and the maximum peak height H1 of 2θ = 42 to 43.8 ° and the maximum peak height of 2θ = 44 to 46 ° are obtained from the result. The ratio H1 / H2 with H2, and the ratio H3 / H4 between the maximum peak height H3 of 2θ = 14 to 16 ° and the maximum peak height H4 of 2θ = 18 to 20 ° were calculated. The results are shown in Table 1.

表1に示すように、実施例1〜実施例3の正極活物質では、H1/H2が0.03〜0.5の範囲内となり、H3/H4が0〜0.1の範囲内となった。したがって、実施例の正極活物質は、金属酸化物(MO)が含まれ、リチウムイオン二次電池の放電容量を低下させる斜方晶のLiMnOの生成量が少なく、層状の結晶構造を多く含むものである。 As shown in Table 1, in the positive electrode active materials of Examples 1 to 3, H1 / H2 is in the range of 0.03 to 0.5, and H3 / H4 is in the range of 0 to 0.1. It was. Therefore, the positive electrode active material of the example contains a metal oxide (MO), generates a small amount of orthorhombic LiMnO 2 that lowers the discharge capacity of the lithium ion secondary battery, and contains a large amount of layered crystal structure. It is a waste.

これに対し、水素処理を行わない比較例1および水素処理温度の低い比較例2では、H1/H2が小さいため、金属酸化物(MO)の生成量が不充分である。
また、水素処理温度の高い比較例3および比較例4では、H3/H4が大きいため、斜方晶のLiMOの生成量が多いものである。
On the other hand, in Comparative Example 1 where no hydrogen treatment is performed and Comparative Example 2 where the hydrogen treatment temperature is low, the amount of metal oxide (MO) produced is insufficient because H1 / H2 is small.
In Comparative Example 3 and Comparative Example 4 where the hydrogen treatment temperature is high, the amount of orthorhombic LiMO 2 produced is large because H3 / H4 is large.

また、実施例1および比較例1、比較例2、比較例4の正極活物質のXRD測定の結果を図2に示す。
図2に示すように、実施例1の正極活物質では、2θ=44〜46°に金属酸化物(MO)であるNiOやCoOの生成量に起因するピークが見られる。
これに対し、水素処理を行わない比較例1および水素処理温度の低い比較例2では、2θ=44〜46°に充分な高さのピークは見られない。また、水素処理温度の高い比較例4では、図2に示すように、2θ=14〜16°に斜方晶のLiMnOの生成量に起因するピークが見られる。
Moreover, the result of the XRD measurement of the positive electrode active material of Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 4 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, in the positive electrode active material of Example 1, a peak due to the amount of NiO or CoO that is a metal oxide (MO) is observed at 2θ = 44 to 46 °.
On the other hand, in Comparative Example 1 where no hydrogen treatment is performed and Comparative Example 2 where the hydrogen treatment temperature is low, a peak having a sufficiently high height of 2θ = 44 to 46 ° is not observed. Further, in Comparative Example 4 where the hydrogen treatment temperature is high, as shown in FIG. 2, a peak due to the production amount of orthorhombic LiMnO 2 is observed at 2θ = 14 to 16 °.

次いで、実施例1〜実施例3および比較例1〜比較例4の正極活物質を蒸留水で洗浄し、正極活物質の表面のLiOHを除去した後に、300℃で乾燥させた。   Next, the positive electrode active materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were washed with distilled water to remove LiOH on the surface of the positive electrode active material, and then dried at 300 ° C.

<正極体シートの作製>
正極活物質として、実施例1〜実施例3および比較例1〜比較例4の正極活物質をそれぞれ用い、正極活物質とアセチレンブラック(導電材)とポリフッ化ビニリデン(バインダー)を12.1質量%含むポリフッ化ビニリデン溶液(溶媒N−メチルピロリドン)を混合し、さらにN−メチルピロリドンを添加してスラリーを作製した。正極活物質と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデンは質量比で80/12/8とした。スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔(正極集電体)にドクターブレードを用いて片面塗工した。120℃で乾燥し、ロールプレス圧延を2回行うことによりリチウム電池用の正極となる実施例および比較例1〜比較例4の正極体シートを作製した。
<Preparation of positive electrode sheet>
As the positive electrode active material, the positive electrode active materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were used, respectively, and 12.1 mass of the positive electrode active material, acetylene black (conductive material), and polyvinylidene fluoride (binder). % Polyvinylidene fluoride solution (solvent N-methylpyrrolidone) was mixed, and N-methylpyrrolidone was further added to prepare a slurry. The positive electrode active material, acetylene black, and polyvinylidene fluoride were in a mass ratio of 80/12/8. One side of the slurry was applied to a 20 μm thick aluminum foil (positive electrode current collector) using a doctor blade. It dried at 120 degreeC and produced the positive electrode body sheet | seat of the Example used as a positive electrode for lithium batteries, and Comparative Example 1- Comparative Example 4 by performing roll press rolling twice.

<電池の組み立て>
実施例1〜実施例3および比較例1〜比較例4の正極体シートを打ち抜いたものを正極に用い、厚さ500μmの金属リチウム箔を負極に用い、負極集電体に厚さ1mmのステンレス板を使用し、セパレータには厚さ25μmの多孔質ポリプロピレンを用い、さらに電解液には、濃度1(mol/dm)のLiPF/EC(エチレンカーボネート)+DEC(ジエチルカーボネート)(1:1)溶液(LiPFを溶質とするECとDECとの体積比(EC:DEC=1:1)の混合溶液を意味する。)を用いてステンレス製簡易密閉セル型の実施例および比較例1〜比較例4のリチウム電池をアルゴングローブボックス内で組み立てた。
<Battery assembly>
A punched positive electrode sheet of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 is used as a positive electrode, a metal lithium foil having a thickness of 500 μm is used as a negative electrode, and a stainless steel having a thickness of 1 mm is used as a negative electrode current collector. A plate is used, a porous polypropylene having a thickness of 25 μm is used as a separator, and LiPF 6 / EC (ethylene carbonate) + DEC (diethyl carbonate) (1: 1) having a concentration of 1 (mol / dm 3 ) as an electrolyte. ) Examples of stainless steel simple sealed cell type and Comparative Examples 1 to 3 using a solution (meaning a mixed solution of EC and DEC in a volume ratio of EC and DEC (EC: DEC = 1: 1) having LiPF 6 as a solute) The lithium battery of Comparative Example 4 was assembled in an argon glove box.

<初期容量の評価><初期効率の評価>
このようにして得られた実施例1〜実施例3および比較例1〜比較例4のリチウム電池について、25℃にて電池評価を行った。
正極活物質1gにつき150mAの負荷電流で4.8Vまで充電し、正極活物質1gにつき37.5mAの負荷電流にて2.5Vまで放電した。4.8〜2.5Vにおける正極活物質の放電容量を初期容量とし、放電容量/充電容量を初期効率とする。
<Evaluation of initial capacity><Evaluation of initial efficiency>
The lithium batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 thus obtained were evaluated at 25 ° C.
The positive electrode active material was charged to 4.8 V at a load current of 150 mA per 1 g of the positive electrode active material, and discharged to 2.5 V at a load current of 37.5 mA per 1 g of the positive electrode active material. The discharge capacity of the positive electrode active material at 4.8 to 2.5 V is the initial capacity, and the discharge capacity / charge capacity is the initial efficiency.

実施例1〜実施例3および比較例1〜比較例4のリチウム電池の初期容量および初期効率を表1に示す。
表1に示すように、実施例1〜実施例3のリチウム電池は、初期容量および初期効率に優れていることが確認できた。また、実施例1〜実施例3のリチウム電池は、初期効率が高いことから、酸素発生量も抑制されていると推測される。
これに対し、比較例1〜比較例4のリチウム電池は、初期容量が優れているものでは初期効率が不充分であり、初期効率が優れているものでは初期容量が不充分であり、初期容量と初期効率の両方が優れているものはなかった。
Table 1 shows the initial capacities and the initial efficiencies of the lithium batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4.
As shown in Table 1, it was confirmed that the lithium batteries of Examples 1 to 3 were excellent in initial capacity and initial efficiency. Moreover, since the lithium battery of Example 1- Example 3 has high initial efficiency, it is estimated that the amount of oxygen generation is also suppressed.
On the other hand, the lithium batteries of Comparative Examples 1 to 4 have insufficient initial efficiency when the initial capacity is excellent, and insufficient initial capacity when the initial capacity is excellent. There was no one with both excellent initial efficiency.

本発明によれば、小型・軽量、単位質量あたりの放電容量が高く、初期効率に優れ、電池内でのガスの発生を抑制できるリチウムイオン二次電池用の正極活物質、正極、およびリチウムイオン二次電池を得ることができ、携帯電話等の電子機器、車載用のバッテリー等に利用できる。   According to the present invention, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode, and a lithium ion that are small and light, have a high discharge capacity per unit mass, have excellent initial efficiency, and can suppress the generation of gas in the battery. A secondary battery can be obtained, and can be used for electronic devices such as mobile phones, in-vehicle batteries, and the like.

Claims (7)

Li元素と、Ni、Co、およびMnから選ばれる少なくとも一種の遷移金属元素とを含む(ただし、Li元素のモル量が該遷移金属元素の総モル量に対して1.2倍超である。)リチウム含有複合酸化物と、式MOで表わされる金属酸化物(ただし、Mは前記遷移金属元素に対応する遷移金属元素である。)とを含み、
X線回折図における、2θ=42〜43.8°の最大ピーク高さ(H1)と2θ=44〜46°の最大ピーク高さ(H2)との比(H1/H2)が0.03〜0.5であり、2θ=14〜16°の最大ピーク高さ(H3)と2θ=18〜20°の最大ピーク高さ(H4)との比(H3/H4)が0〜0.1であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用の正極活物質。
Li element and at least one transition metal element selected from Ni, Co, and Mn are included (however, the molar amount of Li element is more than 1.2 times the total molar amount of the transition metal element). ) A lithium-containing composite oxide and a metal oxide represented by the formula MO (where M is a transition metal element corresponding to the transition metal element),
In the X-ray diffraction diagram, the ratio (H1 / H2) of the maximum peak height (H1) of 2θ = 42 to 43.8 ° and the maximum peak height (H2) of 2θ = 44 to 46 ° is 0.03 to 0.03. 0.5, and the ratio (H3 / H4) of the maximum peak height (H3) of 2θ = 14 to 16 ° and the maximum peak height (H4) of 2θ = 18 to 20 ° is 0 to 0.1 A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用の正極活物質と導電材とバインダーとを含むリチウムイオン二次電池用の正極。   The positive electrode for lithium ion secondary batteries containing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of Claim 1, a electrically conductive material, and a binder. 正極と負極と非水電解質とを含み、前記正極が、請求項2に記載の正極であるリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the positive electrode is the positive electrode according to claim 2. Li元素と、Ni、Co、およびMnから選ばれる少なくとも一種の遷移金属元素とを含む(ただし、Li元素のモル量が該遷移金属元素の総モル量に対して1.2倍超である。)リチウム含有複合酸化物を、水素を含む雰囲気で400〜470℃で加熱処理することで、前記リチウム含有複合酸化物および式MOで表わされる金属酸化物(ただし、Mは前記遷移金属元素に対応する遷移金属元素である。)を含むリチウムイオン二次電池用の正極活物質を得ることを特徴とする、リチウムイオン二次電池用の正極活物質の製造方法。 Li element and at least one transition metal element selected from Ni, Co, and Mn are included (however, the molar amount of Li element is more than 1.2 times the total molar amount of the transition metal element). ) By heat-treating the lithium-containing composite oxide at 400 to 470 ° C. in an atmosphere containing hydrogen, the lithium-containing composite oxide and the metal oxide represented by the formula MO (where M corresponds to the transition metal element) A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery comprising a transition metal element). 前記正極活物質のX線回折図における2θ=42〜43.8°の最大ピーク高さ(H1)と2θ=44〜46°の最大ピーク高さ(H2)との比(H1/H2)が0.03〜0.5であり、2θ=14〜16°の最大ピーク高さ(H3)と2θ=18〜20°の最大ピーク高さ(H4)との比(H3/H4)が0〜0.1である請求項4に記載のリチウムイオン二次電池用の正極活物質の製造方法。   The ratio (H1 / H2) between the maximum peak height (H1) of 2θ = 42 to 43.8 ° and the maximum peak height (H2) of 2θ = 44 to 46 ° in the X-ray diffraction pattern of the positive electrode active material is 0.03 to 0.5, and the ratio (H3 / H4) of the maximum peak height (H3) of 2θ = 14 to 16 ° and the maximum peak height (H4) of 2θ = 18 to 20 ° is 0 to The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of Claim 4 which is 0.1. 前記加熱処理を行った後に、正極活物質を水または極性有機溶媒で洗浄する、請求項4または請求項5に記載の正極活物質の製造方法。   The manufacturing method of the positive electrode active material of Claim 4 or Claim 5 which wash | cleans a positive electrode active material with water or a polar organic solvent after performing the said heat processing. 水素を含む雰囲気における水素濃度が、0.3〜20質量%である請求項4〜6のいずれか一項に記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 4 to 6, wherein a hydrogen concentration in an atmosphere containing hydrogen is 0.3 to 20% by mass.
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