JP5698929B2 - Positive electrode active material, positive electrode and non-aqueous secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material, positive electrode and non-aqueous secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、正極活物質、正極及び非水二次電池に関する。更に詳しくは、本発明は、サイクル特性に優れた非水二次電池を与えうる正極活物質、それを用いた正極及び非水二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material, a positive electrode, and a non-aqueous secondary battery. More specifically, the present invention relates to a positive electrode active material capable of providing a non-aqueous secondary battery having excellent cycle characteristics, and a positive electrode and a non-aqueous secondary battery using the same.

非水二次電池として、リチウム二次電池が実用化されており、広く普及している。更に近年、リチウム二次電池は、ポータブル電子機器用の小型のものだけでなく、車載用や電力貯蔵用等の大容量のデバイスとしても注目されている。そのため、安全性やコスト、寿命等の要求がより高くなっている。
リチウム二次電池は、その主たる構成要素として正極、負極、電解液、セパレータ、及び外装材を有する。また、上記正極は、正極活物質、導電材、集電体及びバインダー(結着剤)により構成される。
As a non-aqueous secondary battery, a lithium secondary battery has been put into practical use and widely used. Further, in recent years, lithium secondary batteries are attracting attention not only as small-sized batteries for portable electronic devices but also as large-capacity devices for on-vehicle use and power storage. Therefore, demands for safety, cost, life, etc. are higher.
The lithium secondary battery has a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, a separator, and an exterior material as main components. The positive electrode includes a positive electrode active material, a conductive material, a current collector, and a binder (binder).

一般に、正極活物質としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)に代表される層状遷移金属酸化物が用いられている。しかしながら、層状遷移金属酸化物は、満充電状態において、150℃前後の比較的低温で酸素脱離を起こし易く、酸素脱離により電池の熱暴走反応が起こり得る。従って、このような正極活物質を有する電池をポータブル電子機器に用いる場合、電池の発熱、発火等の事故が発生する恐れがある。
このため、構造が安定し異常時に酸素を放出せず、LiCoO2より安全なオリビン型構造を有するリチウム含有複合酸化物、例えばリン酸鉄リチウム(LiFePO4)が期待されている。リン酸鉄リチウムは、地殻存在度が低いコバルトを含まないため、比較的安価であるという利点もある。また、リン酸鉄リチウムは、層状遷移金属酸化物よりも、構造的に安定であるという利点もある。
In general, a layered transition metal oxide typified by lithium cobaltate (LiCoO 2 ) is used as the positive electrode active material. However, the layered transition metal oxide tends to cause oxygen desorption at a relatively low temperature of about 150 ° C. in a fully charged state, and a thermal runaway reaction of the battery can occur due to oxygen desorption. Therefore, when a battery having such a positive electrode active material is used for a portable electronic device, there is a risk that an accident such as heat generation or ignition of the battery may occur.
For this reason, a lithium-containing composite oxide, such as lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), which has an olivine structure that is more stable than LiCoO 2 and has a stable structure and does not release oxygen when abnormal, is expected. Since lithium iron phosphate does not contain cobalt having a low crustal abundance, there is also an advantage that it is relatively inexpensive. In addition, lithium iron phosphate has an advantage that it is structurally more stable than the layered transition metal oxide.

しかしながら、リン酸鉄リチウムは電気抵抗が大きいため、十分な放電容量が得られないという問題がある。これに対し、リン酸鉄リチウムに金属元素及びハロゲン元素を含有させることによりリン酸鉄リチウムの導電性を向上させる(電気抵抗を低減させる)方法が提案されている(例えば、特許文献1)。   However, since lithium iron phosphate has a large electric resistance, there is a problem that a sufficient discharge capacity cannot be obtained. On the other hand, a method for improving the conductivity (reducing electrical resistance) of lithium iron phosphate by incorporating a metal element and a halogen element into lithium iron phosphate has been proposed (for example, Patent Document 1).

WO2005/041327WO2005 / 041327

しかしながら、特許文献1の方法では、十分なサイクル特性が得られていなかった。そのため、充放電における平均電位を低下させることなく、サイクル特性に優れた正極活物質を提供することが望まれていた。   However, in the method of Patent Document 1, sufficient cycle characteristics have not been obtained. Therefore, it has been desired to provide a positive electrode active material having excellent cycle characteristics without reducing the average potential in charge and discharge.

かくして本発明によれば、下記一般式(1)
Lixy1-zSiz4 …(1)
(ここで、Mは、Fe及びMnのいずれか一方又は両方と、Co、Ni、Zr、Sn、Al及びYからなる群から選択される少なくとも1種の元素との組み合わせ又はFeとMnとの組み合わせ、0≦x≦2、0.8≦y≦1.2、0<z≦1)
で表される主成分としての粒子状のリチウム含有金属酸化物と、前記粒子状のリチウム含有金属酸化物の粒子表面に主に存在するハロゲン元素とを含み、
前記リチウム含有金属酸化物が、粒子の形状を備え、前記ハロゲン原子が、前記粒子の表面に主に存在することを特徴とする正極活物質が提供される。
Thus, according to the present invention, the following general formula (1)
Li x M y P 1-z Si z O 4 ... (1)
(Here, M is a combination of one or both of Fe and Mn and at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Zr, Sn, Al and Y, or Fe and Mn. Combination, 0 ≦ x ≦ 2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 1)
A particulate lithium-containing metal oxide as the main component represented in mainly seen containing a halogen element present on the particle surfaces of the particulate lithium-containing metal oxide,
A positive electrode active material is provided in which the lithium-containing metal oxide has a particle shape, and the halogen atom is mainly present on the surface of the particle .

また、本発明によれば、上記正極活物質と、導電材と、バインダーとを含むことを特徴とする正極が提供される。
更に、本発明によれば、上記正極と、負極と、電解質と、セパレータとを有することを特徴とする非水電解質二次電池が提供される。
Moreover, according to this invention, the positive electrode characterized by including the said positive electrode active material, a electrically conductive material, and a binder is provided.
Furthermore, according to the present invention, there is provided a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the positive electrode, the negative electrode, an electrolyte, and a separator.

本発明によれば、リン酸鉄リチウムに金属元素及びSiを含有させたリチウム含有金属酸化物と、ハロゲン元素とを含む正極活物質により、導電性を向上でき、充放電に伴う体積変化を抑制できるため、サイクル特性が改善した正極及び非水二次電池を提供できる。また、充放電に伴う体積変化の抑制と充放電の平均電位の低下の抑制を両立できる。
また、ハロゲン元素が、正極活物質中、0.1〜10atm%含まれている場合、サイクル特性が改善され、充放電に伴う体積変化が抑制され、充放電の平均電位の低下が抑制された正極及び非水二次電池を提供できる。
According to the present invention, the positive electrode active material containing a lithium-containing metal oxide in which lithium iron phosphate contains a metal element and Si and a halogen element can improve conductivity and suppress volume change associated with charge and discharge. Therefore, a positive electrode and a non-aqueous secondary battery with improved cycle characteristics can be provided. Moreover, suppression of the volume change accompanying charging / discharging and suppression of the fall of the average potential of charging / discharging can be made compatible.
Moreover, when the halogen element is contained in the positive electrode active material in an amount of 0.1 to 10 atm%, the cycle characteristics are improved, the volume change associated with charge / discharge is suppressed, and the decrease in the average potential of charge / discharge is suppressed. A positive electrode and a nonaqueous secondary battery can be provided.

更に、ハロゲン元素が、一般式(1)中のSiのモル数に対して5〜40モル%含まれている場合、サイクル特性が改善され、充放電に伴う体積変化が抑制され、充放電の平均電位の低下が抑制された正極及び非水二次電池を提供できる。
また、zが、0.001〜0.05の範囲である場合、サイクル特性が改善され、充放電に伴う体積変化が抑制され、充放電の平均電位の低下が抑制された正極及び非水二次電池を提供できる。
更に、Mが、主成分としてFeを含むである場合、サイクル特性が改善され、充放電に伴う体積変化が抑制され、充放電の平均電位の低下が抑制された正極及び非水二次電池を提供できる。
また、Mが、主成分としてのFeと、1atm%以上のFe以外の他の元素とを含む場合、サイクル特性が改善され、充放電に伴う体積変化が抑制され、充放電の平均電位の低下が抑制された正極及び非水二次電池を提供できる。
Furthermore, when the halogen element is contained in an amount of 5 to 40 mol% with respect to the number of moles of Si in the general formula (1), the cycle characteristics are improved, the volume change associated with charge / discharge is suppressed, and charge / discharge is suppressed. A positive electrode and a non-aqueous secondary battery in which a decrease in average potential is suppressed can be provided.
Further, when z is in the range of 0.001 to 0.05, the cycle characteristics are improved, the volume change associated with charge / discharge is suppressed, and the decrease in the average potential of charge / discharge is suppressed, and the non-aqueous two Next battery can be provided.
Further, when M contains Fe as a main component, a positive electrode and a non-aqueous secondary battery in which cycle characteristics are improved, volume change due to charge / discharge is suppressed, and a decrease in average potential of charge / discharge is suppressed. Can be provided.
Moreover, when M contains Fe as a main component and other elements other than Fe of 1 atm% or more, cycle characteristics are improved, volume change accompanying charge / discharge is suppressed, and the average potential of charge / discharge is lowered. It is possible to provide a positive electrode and a non-aqueous secondary battery in which is suppressed.

二次電池の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of a secondary battery.

以下、本発明について詳しく説明する。   The present invention will be described in detail below.

(I)正極活物質
正極活物質は、リチウム含有金属酸化物と、ハロゲン元素とを含む。
(1)リチウム含有複合酸化物
リチウム含有複合酸化物は、下記一般式(1)で表される。
Lixy1-zSiz4 …(1)
式中、Mは、Fe及びMnのいずれか一方又は両方と、Co、Ni、Zr、Sn、Al及びYからなる群から選択される少なくとも1種の元素との組み合わせ又はFeとMnとの組み合わせである。これらの組み合わせからMを選択することで、充放電の繰り返し(Liの挿入脱離)に伴うリチウム含有複合酸化物の物理的なストレス(体積収縮膨張)を防止できるので、より寿命の長い正極活物質を提供できる。
(I) Positive electrode active material The positive electrode active material contains a lithium-containing metal oxide and a halogen element.
(1) Lithium-containing composite oxide The lithium-containing composite oxide is represented by the following general formula (1).
Li x M y P 1-z Si z O 4 ... (1)
In the formula, M is a combination of one or both of Fe and Mn and at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Zr, Sn, Al, and Y, or a combination of Fe and Mn. It is. By selecting M from these combinations, physical stress (volume shrinkage expansion) of the lithium-containing composite oxide accompanying repeated charge / discharge (Li insertion / desorption) can be prevented, so that the positive electrode active life with a longer lifetime can be prevented. Can provide material.

また、Mの価数は、特に限定されない。具体的には、Mnは2〜7価を、Feは2〜4価及び6価を、コバルト及びニッケルは1〜4価を、Zr及びTiは2〜4価を、Snは2価及び4価を、Al及びYは3価を、Nb及びVは2〜5価を取り得る。Mは、単一の価数の元素を使用することもでき、複数の価数の元素の混合物も使用できる。Sn及びZrについては、リチウム含有金属酸化物の製造時及び充放電時に価数の変化が少ないという観点から、4価のものを使用することが好ましい。Y及びAlは3価のもののみであるので、これらを使用すれば、リチウム含有金属酸化物の製造時及び充放電時に価数の変化を少なくすることができる。Feについては、Liの挿入及び脱離性を向上させる観点から、2価のものを使用することが好ましい。なお、混合物を使用する場合、便宜上一般式(1)中のyを規定するための価数は、平均値を意味する。   Further, the valence of M is not particularly limited. Specifically, Mn has a valence of 2 to 7, Fe has a valence of 2 to 4 and 6, a cobalt and nickel have a valence of 1 to 4, Zr and Ti have a valence of 2 to 4, and Sn has a valence of 2 and 4. Al, Y can be trivalent, and Nb and V can be 2-5. M may be a single valence element or a mixture of a plurality of valence elements. About Sn and Zr, it is preferable to use a tetravalent thing from a viewpoint that there is little change in a valence at the time of manufacture of a lithium containing metal oxide, and charging / discharging. Since Y and Al are only trivalent, if these are used, the change in valence can be reduced during the production of the lithium-containing metal oxide and during charge and discharge. About Fe, it is preferable to use a bivalent thing from a viewpoint of improving the insertion and detachment | desorption property of Li. In addition, when using a mixture, the valence for prescribing y in General formula (1) means an average value for convenience.

更に、MにはFe及び/又はMnが主成分として含まれていることが好ましい。Fe及び/又はMnを含むことで、リチウム含有複合酸化物の製造に、より安価な原料を使用できる。なお、主成分とは50atm%以上を意味する。
また、xは0≦x≦2の範囲である。また、xは、リチウム含有複合酸化物を構成するLi以外の元素の種類や、充電や放電により増減する。好ましくは、xの範囲は0.8≦x≦1.2である。
また、yは0.8≦y≦1.2の範囲である。この範囲であれば充放電が可能なオリビン構造を有するリチウム含有複合酸化物を提供できる。好ましくは、yの範囲は0.9≦y≦1.1である。
また、zは0<z≦1の範囲である。この範囲であれば、充放電が可能なオリビン構造を有するリチウム含有複合酸化物を提供できる。好ましくは、zの範囲は0.1≦z≦0.5である。
Furthermore, it is preferable that M contains Fe and / or Mn as main components. By including Fe and / or Mn, a cheaper raw material can be used for the production of the lithium-containing composite oxide. The main component means 50 atm% or more.
X is in the range of 0 ≦ x ≦ 2. Moreover, x increases / decreases with the kind of elements other than Li which comprise a lithium containing complex oxide, charge, or discharge. Preferably, the range of x is 0.8 ≦ x ≦ 1.2.
Moreover, y is in the range of 0.8 ≦ y ≦ 1.2. If it is this range, the lithium containing complex oxide which has the olivine structure which can be charged / discharged can be provided. Preferably, the range of y is 0.9 ≦ y ≦ 1.1.
Z is in the range of 0 <z ≦ 1. If it is this range, the lithium containing complex oxide which has the olivine structure which can be charged / discharged can be provided. Preferably, the range of z is 0.1 ≦ z ≦ 0.5.

リチウム含有複合酸化物の具体例としては、
Lix(Fe,Ni)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,Mn)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,Zr)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,Sn)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,Y)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,Ti)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,Nb)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,V)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Mn,Ni)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Mn,Zr)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Mn,Sn)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Mn,Y)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Mn,Ti)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Mn,Nb)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Mn,V)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
等を挙げることができる。Mが複数の元素から構成されている場合、それぞれの原子%の値は、M全量に対して、0原子%より多く、100原子%未満の範囲のいずれの値をも取り得る。
As a specific example of the lithium-containing composite oxide,
Li x (Fe, Ni) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, Mn) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, Zr) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, Sn) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, Y) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, Ti) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, Nb) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, V) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Mn, Ni) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Mn, Zr) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Mn, Sn) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Mn, Y) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Mn, Ti) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Mn, Nb) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Mn, V) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Etc. When M is composed of a plurality of elements, the value of each atomic% can take any value in the range of more than 0 atomic% and less than 100 atomic% with respect to the total amount of M.

正極活物質として使用する観点から、特に好ましいリチウム含有複合酸化物は、
Lix(Fe,Zr)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,Sn)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,Y)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,Ti)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,Nb)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
Lix(Fe,V)y1-zSiz4
(0.8≦x≦1.2、0.8≦y≦1.2、0<z≦0.5)、
である。なお、上記具体例において、Mを構成するFe及び/又はMnの割合は、全Mの0.75〜0.99atm%であることが好ましく、0.85〜0.95atm%であることがより好ましい。
From the viewpoint of use as a positive electrode active material, a particularly preferred lithium-containing composite oxide is
Li x (Fe, Zr) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, Sn) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, Y) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, Ti) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, Nb) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
Li x (Fe, V) y P 1-z Si z O 4
(0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 0.5),
It is. In the above specific example, the ratio of Fe and / or Mn constituting M is preferably 0.75 to 0.99 atm% of the total M, and more preferably 0.85 to 0.95 atm%. preferable.

リチウム含有複合酸化物は、通常粒子の形状で使用される。一次粒子の粒径は、リチウムイオンの挿入脱離の効率を高めるために、好ましくは1μm以下、より好ましくは10nm〜1μmである。一次粒子の粒径の下限は、10nm程度が挿入脱離の効率と製造コストとの兼ね合いから現実的である。なお、一次粒子の粒径は、SEMによる直接観察及びレーザー回折・散乱法による粒度分布測定装置により測定できる。
二次粒子の粒径は、リチウムイオンの挿入脱離の効率を高めるために、好ましくは100μm以下、より好ましくは10nm〜100μmである。なお、二次粒子の粒径は、SEMによる直接観察及びレーザー回折・散乱法による粒度分布測定装置により測定できる。
The lithium-containing composite oxide is usually used in the form of particles. The particle size of the primary particles is preferably 1 μm or less, more preferably 10 nm to 1 μm, in order to increase the efficiency of lithium ion insertion / extraction. The lower limit of the primary particle size is about 10 nm, which is realistic in view of the efficiency of insertion / desorption and the manufacturing cost. The particle size of the primary particles can be measured by direct observation using SEM and a particle size distribution measuring device using laser diffraction / scattering method.
The particle size of the secondary particles is preferably 100 μm or less, and more preferably 10 nm to 100 μm, in order to increase the efficiency of lithium ion insertion / extraction. The particle size of the secondary particles can be measured by direct observation with an SEM and a particle size distribution measuring device by a laser diffraction / scattering method.

(2)ハロゲン元素
正極活物質は、ハロゲン元素を含有していることにより、充放電における平均電位を低下させることなく、サイクル特性を向上できる。
ここで、ハロゲン元素は、リチウム含有金属酸化物の粒子表面に主に存在していると発明者等は推測している。そのため、粒子表面の被覆されている炭素中にもハロゲン元素が含有されていると推測している。このことにより、粒子表面を被覆している炭素の結晶性を向上させるような触媒作用をハロゲン元素が付与していると推測している。
(2) Halogen element Since the positive electrode active material contains a halogen element, cycle characteristics can be improved without lowering the average potential in charge and discharge.
Here, the inventors presume that the halogen element is mainly present on the particle surface of the lithium-containing metal oxide. For this reason, it is presumed that halogen elements are also contained in the carbon coated on the particle surface. This presumes that the halogen element imparts a catalytic action that improves the crystallinity of the carbon covering the particle surface.

ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が挙げられる。この内、焼成後に含有するハロゲン元素量の制御が行いやすいこと、および前駆体作製時の安定性の観点から塩素が好ましい。
ハロゲン元素は、正極活物質中、0.1〜10atm%含まれていることが好ましい。ハロゲン元素の正極活物質中の割合は、蛍光X線により検出できる。本発明の正極活物質は、ハロゲン元素の有無によるリチウム含有金属酸化物の構造変化は確認されていない。なお、構造変化は、X線回折装置による構造解析により観察できる。ハロゲン元素の割合の上限は、リチウム含有金属酸化物の構造変化を抑制する観点から、正極活物質中、リチウム含有金属酸化物が主成分となる量であることが好ましい。ここで、主成分とは、例えば、50重量%以上を意味する。ハロゲン元素が正極活物質中に含まれている割合は、0.1〜5atm%の範囲であることがより好ましい。
Examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine and the like. Among these, chlorine is preferable from the viewpoint of easy control of the amount of halogen element to be contained after firing and stability during preparation of the precursor.
The halogen element is preferably contained in the positive electrode active material in an amount of 0.1 to 10 atm%. The proportion of the halogen element in the positive electrode active material can be detected by fluorescent X-rays. In the positive electrode active material of the present invention, the structural change of the lithium-containing metal oxide due to the presence or absence of a halogen element has not been confirmed. The structural change can be observed by structural analysis using an X-ray diffractometer. The upper limit of the proportion of the halogen element is preferably an amount in which the lithium-containing metal oxide is a main component in the positive electrode active material from the viewpoint of suppressing the structural change of the lithium-containing metal oxide. Here, the main component means, for example, 50% by weight or more. The proportion of the halogen element contained in the positive electrode active material is more preferably in the range of 0.1 to 5 atm%.

また、ハロゲン元素は、一般式(1)中に含有するSiのモル数に対して5〜40モル%の割合で正極活物質中に含まれていることが好ましい。ハロゲン元素の含有割合の上限は、リチウム含有金属酸化物が正極活物質中に主成分となりうる値である。5モル%以上の場合、充放電の平均電位の低下を抑制できる。より好ましい割合は、10モル%以上である。更に、リチウム含有金属酸化物の構造変化を抑制する観点から、ハロゲン元素の割合は、20モル%以下がより好ましい。   Moreover, it is preferable that the halogen element is contained in the positive electrode active material in a proportion of 5 to 40 mol% with respect to the number of moles of Si contained in the general formula (1). The upper limit of the halogen element content is a value at which the lithium-containing metal oxide can be a main component in the positive electrode active material. In the case of 5 mol% or more, the fall of the average potential of charging / discharging can be suppressed. A more desirable ratio is 10 mol% or more. Furthermore, from the viewpoint of suppressing the structural change of the lithium-containing metal oxide, the proportion of the halogen element is more preferably 20 mol% or less.

(3)正極活物質の製造方法
正極活物質は、例えば、原料を溶媒に溶解させる工程(以下、溶解工程という)、得られた溶液をゲル化させる工程(以下、ゲル化工程という)、得られたゲルを焼成する工程(以下、焼成工程という)を少なくとも含む。なお、必要に応じて、溶液に導電性炭素粒子を添加する工程(以下、導電性炭素粒子添加工程という)、ゲル化工程で得られたゲルから溶媒を除去する工程(以下、乾燥工程という)や、焼成前のゲルを粉砕する工程(以下、粉砕工程という)や、焼成前のゲルに炭素源となる物質を混合する工程(以下、炭素源混合工程という)を設けることもできる。以下では、Lix(Fe,Zr)y1-zSiz4を例にして説明するが、Mが他の元素でも製法は同様である。
(3) Method for Producing Positive Electrode Active Material The positive electrode active material is obtained, for example, by a step of dissolving a raw material in a solvent (hereinafter referred to as a dissolution step), a step of gelling the obtained solution (hereinafter referred to as a gelation step), At least a step of firing the obtained gel (hereinafter referred to as a firing step). If necessary, a step of adding conductive carbon particles to the solution (hereinafter referred to as conductive carbon particle addition step), a step of removing the solvent from the gel obtained in the gelation step (hereinafter referred to as drying step). Alternatively, a step of pulverizing the gel before firing (hereinafter referred to as a pulverizing step) and a step of mixing a substance that becomes a carbon source into the gel before firing (hereinafter referred to as a carbon source mixing step) may be provided. In the following, Li x (Fe, Zr) y P 1-z Si z O 4 and will be described as an example, M can process in other elements are the same.

(i)溶解工程
原料であるリチウム源、M源、リン源及びSi源は、溶媒に溶解しうる物質であれば特に限定されない。これらの物質は、100gの溶媒に10mmol以上溶解する物質であることが好ましい。ここで、ハロゲン元素は、これら原料から由来してもよく、別途添加されるハロゲン化物に由来してもよい。この内、原料から由来することが簡便である。
(I) Dissolution Step The lithium source, M source, phosphorus source, and Si source as raw materials are not particularly limited as long as they are substances that can be dissolved in a solvent. These substances are preferably substances that can dissolve 10 mmol or more in 100 g of a solvent. Here, the halogen element may be derived from these raw materials or may be derived from a separately added halide. Of these, it is easy to derive from the raw material.

(リチウム源)
リチウム源には、リチウムの無機塩、水酸化物、有機酸塩、金属アルコキシド及びこれら塩の水和物を用いることができる。具体的には、無機塩としては、弱酸との塩(以下、弱酸塩という。)である炭酸リチウム(Li2CO3)、強酸との塩(以下、強酸塩という。)である硝酸リチウム(LiNO3)、塩化リチウム(LiCl)を挙げることができる。また、有機塩としては、弱酸塩である、酢酸リチウム(LiCH3COO)、シュウ酸リチウム(COOLi)2を挙げることができる。また、金属アルコキシドとしては、リチウムメトキシド(LiOCH3)、リチウムエトキシド(LiOC25)、リチウム−n−プロポキシド(LiO−n−C37)、リチウム−i−プロポキシド(LiO−i−C37)、リチウム−n−ブトキシド(LiO−n−C49)、リチウム−t−ブトキシド(LiO−t−C49)、リチウム−sec−ブトキシド(LiO−sec−C49)等を挙げることができる。無機塩及び有機塩については、水和物であってもよい。これらの中でも、大気雰囲気下で均一な溶液を作製しやすい、安価であるという観点から弱酸塩又は強酸塩が好ましく、その中でも酢酸リチウム又は硝酸リチウムが好ましい。なお、本発明において「均一な溶液」とは、目視観察により目視観察により沈殿物の生成が認められず、2相以上に分離していない状態をいう。
(Lithium source)
As the lithium source, inorganic salts, hydroxides, organic acid salts, metal alkoxides and hydrates of these salts can be used. Specifically, as the inorganic salt, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) which is a salt with a weak acid (hereinafter referred to as a weak acid salt), lithium nitrate (hereinafter referred to as a strong acid salt) with a strong acid. LiNO 3 ) and lithium chloride (LiCl) can be mentioned. Examples of organic salts include weak acetates such as lithium acetate (LiCH 3 COO) and lithium oxalate (COOLi) 2 . Examples of the metal alkoxide include lithium methoxide (LiOCH 3 ), lithium ethoxide (LiOC 2 H 5 ), lithium-n-propoxide (LiO-n—C 3 H 7 ), lithium-i-propoxide (LiO). -i-C 3 H 7), lithium -n- butoxide (LiO-n-C 4 H 9), lithium -t- butoxide (LiO-t-C 4 H 9), lithium -sec- butoxide (LiO-sec -C 4 H 9), and the like. Hydrate may be sufficient about an inorganic salt and organic salt. Among these, a weak acid salt or a strong acid salt is preferable from the viewpoint of being easy to produce a uniform solution in an air atmosphere and being inexpensive, and among them, lithium acetate or lithium nitrate is preferable. In the present invention, the “homogeneous solution” refers to a state where no precipitate is observed by visual observation and the phase is not separated into two or more phases.

以下、溶媒にエタノールを用いた場合について説明する。
リチウム源として、弱酸塩の無水物を用いる場合は、エタノールへの溶解性が低いため、M源を溶解した後に溶解させることが好ましい。M源を加える前に溶解させる場合は、予め水に溶解させておくことが好ましい。あるいは、弱酸塩の無水物が溶解するのに必要な量の水をエタノールへ添加しておいてもよい。弱酸塩の無水物を溶解させる水の量としては、Liのモル数の1〜100倍の水が好ましく、より好ましくは4〜20倍である。
Hereinafter, the case where ethanol is used as a solvent will be described.
When a weak acid salt anhydride is used as the lithium source, it is preferably dissolved after dissolving the M source because of its low solubility in ethanol. When dissolving before adding the M source, it is preferable to dissolve in advance in water. Alternatively, an amount of water required to dissolve the weak acid salt anhydride may be added to ethanol. The amount of water in which the anhydride of the weak acid salt is dissolved is preferably 1 to 100 times the number of moles of Li, more preferably 4 to 20 times.

また、弱酸塩の無水物は、M源、シリコン源との任意の組合せにおいて、任意の順番で溶解させても均一な溶液を得ることができる。得られた均一な溶液を予め反応させた後に、残りの原料を加えてもよい。弱酸塩の無水物はM源と予め反応させておくことが好ましい。弱酸塩の無水物とM源を予め反応させることにより、リン酸を加えた際に沈殿物ができるのを抑制できる。   Moreover, even when the anhydride of weak acid salt is dissolved in any order in any combination with the M source and the silicon source, a uniform solution can be obtained. After the obtained uniform solution is reacted in advance, the remaining raw materials may be added. It is preferable to react the weak acid salt anhydride with the M source in advance. By reacting the weak acid salt anhydride with the M source in advance, it is possible to suppress the formation of a precipitate when phosphoric acid is added.

また、弱酸塩の無水物はテトラメトキシシランもしくはテトラエトキシシランと予め反応させておくことが好ましく、特にテトラメトキシシランと反応させることが好ましい。このときの混合の手順としては、弱酸塩の無水物を水に溶解させた後、エタノールを加え、テトラメトキシシランもしくはテトラエトキシシランを加えることが好ましい。これらを混合した後に30℃から60℃に加熱することで、より反応を促進できる。加熱の時間は特に限定されないが、30分から12時間程度が適当である。弱酸塩の無水物とシリコン源を予め反応させることにより、焼成後の不純物の発生やリチウム複合酸化物におけるLiサイトへのFeの置換を抑制できる。   The anhydride of the weak acid salt is preferably reacted in advance with tetramethoxysilane or tetraethoxysilane, and particularly preferably reacted with tetramethoxysilane. As a mixing procedure at this time, it is preferable to dissolve the anhydride of the weak acid salt in water, add ethanol, and then add tetramethoxysilane or tetraethoxysilane. The reaction can be further promoted by heating from 30 ° C. to 60 ° C. after mixing them. The heating time is not particularly limited, but about 30 minutes to 12 hours is appropriate. By reacting the weak acid salt anhydride with the silicon source in advance, generation of impurities after firing and substitution of Fe into Li sites in the lithium composite oxide can be suppressed.

(M源)
M源となる物質には、Mの無機塩、水酸化物、有機酸塩、金属アルコキシド及びこれら塩の水和物を用いることができる。以下では、M源としての鉄源及びジルコニウム源を詳説する。
(a)鉄源
鉄源としては、無機塩として、弱酸塩である炭酸鉄(II)(Fe(CO3))、強酸塩である硝酸鉄(II)(Fe(NO3)2)、硝酸鉄(III)(Fe(NO3)3)、塩化鉄(II)(FeCl2)及び塩化鉄(III)(FeCl3)を挙げることができる。また、有機塩としては、弱酸塩である、シュウ酸鉄(II)(FeC24)、シュウ酸鉄(III)(Fe2(C24)3)、酢酸鉄(II)(Fe(CH3COO)2)及び酢酸鉄(III)(Fe(CH3COO)3)を挙げることができる。好ましくは強酸塩の水和物、より好ましくは硝酸鉄(III)の9水和物である。
(M source)
As the M source, inorganic salts, hydroxides, organic acid salts, metal alkoxides, and hydrates of these salts can be used. Hereinafter, an iron source and a zirconium source as the M source will be described in detail.
(A) Iron source As an iron source, as an inorganic salt, iron (II) carbonate (Fe (CO 3 )) which is a weak acid salt, iron nitrate (II) (Fe (NO 3 ) 2 ) which is a strong acid salt, nitric acid Mention may be made of iron (III) (Fe (NO 3 ) 3 ), iron (II) chloride (FeCl 2 ) and iron (III) chloride (FeCl 3 ). Moreover, as an organic salt, iron (II) oxalate (FeC 2 O 4 ), iron (III) oxalate (Fe 2 (C 2 O 4 ) 3 ), iron (II) acetate (Fe) which are weak acid salts. (CH 3 COO) 2 ) and iron (III) acetate (Fe (CH 3 COO) 3 ). A strong acid salt hydrate is preferable, and iron (III) nitrate nonahydrate is more preferable.

以下、溶媒にエタノールを用いた場合について説明する。
強酸塩の水和物は、リチウム源、ジルコニウム源、シリコン源との任意の組合せにおいて、任意の順番に溶解させても均一な溶液を得ることができる。得られた均一な溶液を予め反応させた後に、残りの原料を加えてもよい。強酸塩の水和物はリン酸よりも先に溶媒に加えることが好ましい。強酸塩の水和物のみを予め反応させることにより、焼成後の不純物の生成を抑制できるので、強酸塩の水和物は、強酸塩の水和物のみをエタノール中に溶解させた後に、沈殿物が生じない程度に熱をかけることにより予め反応させてもよい。
Hereinafter, the case where ethanol is used as a solvent will be described.
Even if the strong acid salt hydrate is dissolved in any order in any combination of a lithium source, a zirconium source and a silicon source, a uniform solution can be obtained. After the obtained uniform solution is reacted in advance, the remaining raw materials may be added. It is preferable to add the strong acid salt hydrate to the solvent prior to phosphoric acid. Since the formation of impurities after calcination can be suppressed by reacting only the strong acid salt hydrate in advance, the strong acid salt hydrate is precipitated after dissolving only the strong acid salt hydrate in ethanol. You may make it react previously by applying heat to such an extent that a thing does not arise.

(b)ジルコニウム源
ジルコニウム源となる物質には、ジルコニウムの無機塩、有機酸塩、金属アルコキシド及びこれら塩の水和物を用いることができる。ジルコニウム源としては、無機塩として、ジルコニウムハロゲン化物である塩化ジルコニウム(ZrCl4)、臭化ジルコニウム(ZrBr4)、ヨウ化ジルコニウム(ZrI4)、オキシジルコニウム塩である、オキシ塩化ジルコニウム(ZrOCl2)、オキシ硝酸ジルコニウム(ZrO(NO3)2)を挙げることができる。また、金属アルコキシドとしては、ジルコニウムメトキシド(Zr(OCH34)、ジルコニウムエトキシド(Zr(OC254)、ジルコニウム−n−プロポキシド(Zr(O−n−C374)、ジルコニウム−i−プロポキシド(Zr(O−i−C374)、ジルコニウム−n−ブトキシド(Zr(O−n−C484)、ジルコニウム−t−ブトキシド(Zr(O−t−C484)、ジルコニウム−sec−ブトキシド(Zr(O−t−C484)等を挙げることができる。好ましくはジルコニウムハロゲン化物、その中でも塩化ジルコニウムが好ましい。
(B) Zirconium source As the zirconium source, inorganic zirconium salts, organic acid salts, metal alkoxides, and hydrates of these salts can be used. The zirconium source, inorganic salts, zirconium chloride (ZrCl 4) zirconium halide, bromide zirconium (ZrBr 4), zirconium iodide (ZrI 4), an oxy zirconium salts, zirconium oxychloride (ZrOCl 2) And zirconium oxynitrate (ZrO (NO 3 ) 2 ). Examples of the metal alkoxide include zirconium methoxide (Zr (OCH 3 ) 4 ), zirconium ethoxide (Zr (OC 2 H 5 ) 4 ), zirconium-n-propoxide (Zr (On-C 3 H 7). ) 4), zirconium -i- propoxide (Zr (O-i-C 3 H 7) 4), zirconium -n- butoxide (Zr (O-n-C 4 H 8) 4), zirconium -t- butoxide (Zr (O-t-C 4 H 8) 4), zirconium -sec- butoxide (Zr (O-t-C 4 H 8) 4) , and the like. Zirconium halides are preferable, and among them, zirconium chloride is preferable.

ジルコニウムハロゲン化物は、リチウム源、鉄源、シリコン源との任意の組合せにおいて、任意の順番に溶解させても均一な溶液を得ることができる。ジルコニウムハロゲン化物を、強酸塩の水和物からなる鉄源と予め反応させておくことが好ましい。ジルコニウムハロゲン化物を強酸塩の水和物からなる鉄源と予め反応させることにより、焼成後にジルコニアやリン酸ジルコニウム等の不純物が形成するのを抑制できる。また、ジルコニウムハロゲン化物はテトラメトキシシランもしくはテトラエトキシシランと予め反応させておくことが好ましく、特にテトラメトキシシランと反応させることが好ましい。ジルコニウムハロゲン化物とシリコン源を予め反応させることにより、焼成後の不純物の発生やリチウム複合酸化物におけるLiサイトへのFeの置換を抑制できる。   Zirconium halide can obtain a uniform solution even if it is dissolved in any order in any combination of a lithium source, an iron source, and a silicon source. Zirconium halide is preferably reacted in advance with an iron source comprising a strong acid salt hydrate. By previously reacting zirconium halide with an iron source composed of a strong acid salt hydrate, it is possible to suppress the formation of impurities such as zirconia and zirconium phosphate after firing. The zirconium halide is preferably reacted in advance with tetramethoxysilane or tetraethoxysilane, particularly preferably with tetramethoxysilane. By reacting the zirconium halide with the silicon source in advance, generation of impurities after firing and substitution of Fe with Li sites in the lithium composite oxide can be suppressed.

(リン源)
リン源となる物質には、リン酸(H3PO4)、リン酸水素アンモニウム((NH4)2HPO4)、リン酸二水素アンモニウム(NH42PO4)等を挙げることができる。これらの中でも、リン酸が好ましい。
(Phosphorus source)
Examples of the phosphorus source substance include phosphoric acid (H 3 PO 4 ), ammonium hydrogen phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), and the like. . Among these, phosphoric acid is preferable.

以下、リン源の溶解方法について、溶媒にエタノールを用いた場合について説明する。
リン酸は、少なくともリチウム源、鉄源及びジルコニウム源を溶解させた後で、投入する必要がある。リン酸をリチウムの弱酸塩無水物やジルコニウムハロゲン化物と混合すると、沈殿物が生成するからである。リン酸を加える際は、過剰にリン酸を加えてもよい。リン酸を過剰に加えることにより、焼成後の不純物の発生やリチウム複合酸化物におけるLiサイトへのFeの置換を抑制できる。過剰にリン酸を加える場合、化学量論比のリン酸に対して5〜20重量%の範囲で、より好ましくは5〜15重量%の範囲で過剰に加えることができる。
Hereinafter, a method for dissolving a phosphorus source will be described in the case where ethanol is used as a solvent.
Phosphoric acid needs to be added after at least a lithium source, an iron source and a zirconium source are dissolved. This is because when phosphoric acid is mixed with lithium weak acid anhydride or zirconium halide, a precipitate is formed. When adding phosphoric acid, phosphoric acid may be added in excess. By adding phosphoric acid in excess, generation of impurities after firing and substitution of Fe with Li sites in the lithium composite oxide can be suppressed. When phosphoric acid is added excessively, it can be added excessively in the range of 5 to 20% by weight, more preferably in the range of 5 to 15% by weight with respect to the stoichiometric ratio of phosphoric acid.

(シリコン源)
シリコン源となる物質には、シリコンの金属アルコキシドを用いることができる。具体例としては、テトラエトキシシラン(Si(OC25)4)、テトラメトキシシラン(Si(OCH3)4)、メチルトリエトキシシラン(CH3Si(OC25)3)、メチルトリメトキシシラン(CH3Si(OCH3)3)、エチルメトキシシラン(C25Si(OCH3)3)、エチルトリエトキシシラン(C25Si(OC25)3)等の種々のシリコンアルコキシドを挙げることができる。好ましくは、テトラエトキシシランあるいはテトラメトキシシランである。
(Silicon source)
As the silicon source material, silicon metal alkoxide can be used. Specific examples include tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ), tetramethoxysilane (Si (OCH 3 ) 4 ), methyltriethoxysilane (CH 3 Si (OC 2 H 5 ) 3 ), methyltri Various types such as methoxysilane (CH 3 Si (OCH 3 ) 3 ), ethyl methoxysilane (C 2 H 5 Si (OCH 3 ) 3 ), ethyltriethoxysilane (C 2 H 5 Si (OC 2 H 5 ) 3 ), etc. The silicon alkoxide can be mentioned. Tetraethoxysilane or tetramethoxysilane is preferable.

以下、シリコン源の溶解方法について、溶媒にエタノールを用いた場合について説明する。
シリコンアルコキシドは、リチウム源、鉄源、ジルコニウム源との任意の組合せにおいて、任意の順番に溶解させても均一な溶液を得ることができる。シリコンアルコキシドの反応を促進するため、水を加えてもよい。加える水の量としては、好ましくはシリコンのモル数の1〜100倍、より好ましくは2〜20倍である。水を加えることにより加水分解が進み、反応を促進できる。シリコンアルコキシドをリン酸と予め反応させることもできる。テトラエトキシシランを用いる場合は、40〜80℃で反応をさせることが好ましく、50〜80℃で反応させることがより好ましい。テトラメトキシシランを用いる場合は、20〜60℃で反応させることが好ましい。テトラメトキシシランと、リチウム源となる弱酸塩の無水物を反応させる場合、(リチウム源のLiのモル数/シリコン源のSiのモル数)≧2であることが好ましい。
Hereinafter, a method for dissolving a silicon source will be described in the case where ethanol is used as a solvent.
Silicon alkoxide can obtain a uniform solution even if it is dissolved in an arbitrary order in any combination of a lithium source, an iron source and a zirconium source. Water may be added to promote the reaction of silicon alkoxide. The amount of water to be added is preferably 1 to 100 times, more preferably 2 to 20 times the number of moles of silicon. By adding water, hydrolysis proceeds and the reaction can be accelerated. Silicon alkoxide can be pre-reacted with phosphoric acid. When using tetraethoxysilane, it is preferable to make it react at 40-80 degreeC, and it is more preferable to make it react at 50-80 degreeC. When using tetramethoxysilane, it is preferable to make it react at 20-60 degreeC. When tetramethoxysilane is reacted with an anhydride of a weak acid salt serving as a lithium source, it is preferable that (number of moles of Li as a lithium source / number of moles of Si as a silicon source) ≧ 2.

溶媒には、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール及びn−ブタノールからなる群から選択された少なくとも1種のアルコールを用いることができる。好ましくは、エタノールである。なお、アルコールへの溶解性が低い原料を溶解させるために、必要に応じて水との混合溶媒としてもよい。溶媒の量は、全原料を溶解できれば特に限定されない。但し、溶媒の回収コストを考慮すると、溶媒の量は、全原料の総モルに対して、1〜100倍のモル比の範囲、より好ましくは、2〜15倍のモル比の範囲である。   As the solvent, at least one alcohol selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and n-butanol can be used. Ethanol is preferable. In addition, in order to dissolve the raw material with low solubility in alcohol, a mixed solvent with water may be used as necessary. The amount of the solvent is not particularly limited as long as all raw materials can be dissolved. However, in consideration of the solvent recovery cost, the amount of the solvent is in the range of 1 to 100 times the molar ratio, more preferably in the range of 2 to 15 times the molar ratio with respect to the total moles of all raw materials.

(溶解方法)
溶解工程においては、原料を溶解させる順番によっては沈殿物が生成して均一な溶液ができない場合がある。そのため、原料を溶解させる順番を適宜調整することが好ましい。例えば、リン酸をジルコニウム源と混合すると沈殿物が生成するが、鉄イオンが存在するとジルコニウムイオンは安定化され沈殿物の生成が抑制される。そのため、少なくとも鉄源及びジルコニウム源を溶解させた溶媒にリン源を溶解させることが好ましい。シリコン源は、リン源を溶解させる前に溶解させてもよく、あるいはリン源を溶解させた後に溶解させてもよい。
なお、原料を溶解させる順番とは、溶媒に順次原料を投入する場合には、投入する原料の順番をいうが、予め複数の原料を溶媒に溶解させた溶液を準備し、その溶液を混合する場合には、その混合する順番をいう。
(Dissolution method)
In the dissolving step, a precipitate may be generated depending on the order of dissolving the raw materials, and a uniform solution may not be obtained. Therefore, it is preferable to appropriately adjust the order in which the raw materials are dissolved. For example, when phosphoric acid is mixed with a zirconium source, a precipitate is generated, but when iron ions are present, the zirconium ions are stabilized and the formation of the precipitate is suppressed. Therefore, it is preferable to dissolve the phosphorus source in a solvent in which at least the iron source and the zirconium source are dissolved. The silicon source may be dissolved before the phosphorus source is dissolved, or may be dissolved after the phosphorus source is dissolved.
The order in which the raw materials are dissolved refers to the order of the raw materials to be charged when the raw materials are sequentially added to the solvent. A solution in which a plurality of raw materials are dissolved in a solvent is prepared in advance and the solutions are mixed. In some cases, it refers to the order of mixing.

鉄源及びジルコニウム源を溶解させた溶媒を調製する順番としては、ジルコニウムイオンを鉄イオンにより安定化できれば特に限定されない。ジルコニウムイオンを鉄イオンにより安定化させる方法としては、溶媒中に鉄の強酸塩水和物を溶解させた後に、ジルコニウムハロゲン化物を溶解させる方法や、溶媒中にジルコニウムハロゲン化物を溶解させた後に、鉄の強酸塩水和物を溶解させる方法や、溶媒中に鉄の強酸塩水和物とジルコニウムハロゲン化物を同時に溶解させる方法を挙げることができる。なお、鉄源とジルコニウム源の溶解の順番は特に限定されず、いずれが一方を先に溶解させても、あるいは両者を同時に溶解させてもよい。   The order of preparing the solvent in which the iron source and the zirconium source are dissolved is not particularly limited as long as the zirconium ions can be stabilized by the iron ions. As a method of stabilizing zirconium ions with iron ions, after dissolving a strong acid salt hydrate of iron in a solvent, a method of dissolving a zirconium halide, or after dissolving a zirconium halide in a solvent, And a method of dissolving an iron strong acid salt hydrate and a zirconium halide simultaneously in a solvent. In addition, the order of melt | dissolution of an iron source and a zirconium source is not specifically limited, Either may melt | dissolve first or may melt | dissolve both simultaneously.

また、リチウム源に塩無水物、例えば酢酸リチウムを用いると、溶媒中に水が含まれていないと溶解しない。そのため、リチウム源に無水塩を用いる場合には、鉄の塩の水和物とジルコニウムの塩の水和物を溶媒に溶解させた後に投入して、溶解させることが好ましい。
原料を溶媒に溶解させる際、室温以上となるように加熱してもよい。加熱温度としては、室温から使用する溶媒の沸点の範囲、好ましくは30〜80℃、より好ましくは30〜60℃である。なお、本発明では、室温とは20±10℃の範囲をいう。
なお、上記の溶解工程の説明では、元素Mに鉄とジルコニウムを用いた例について説明したが、上記一般式(1)に含まれる元素Mであって、全原料を溶媒に均一に溶解できる組合せであれば特に限定されない。
In addition, when a salt anhydride such as lithium acetate is used as the lithium source, it does not dissolve unless water is contained in the solvent. Therefore, when an anhydrous salt is used as the lithium source, it is preferable to dissolve the iron salt hydrate and zirconium salt hydrate after dissolving them in a solvent.
When dissolving a raw material in a solvent, you may heat so that it may become room temperature or more. As heating temperature, it is the range of the boiling point of the solvent to be used from room temperature, Preferably it is 30-80 degreeC, More preferably, it is 30-60 degreeC. In the present invention, room temperature means a range of 20 ± 10 ° C.
In the above description of the dissolution step, an example in which iron and zirconium are used as the element M has been described. However, the element M is included in the general formula (1), and all the raw materials can be uniformly dissolved in the solvent. If it is, it will not specifically limit.

(ii)導電性炭素粒子添加工程
本工程では、溶解工程で調製した溶液に、導電性炭素粒子を添加して分散させてもよい。溶液中に分散させることにより、導電性炭素粒子がゲル中に均一に分散して、リチウム含有複合酸化物の導電性を向上させる。
導電性炭素粒子としては、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックや、天然黒鉛、人造黒鉛、ニードルコークス、炭素繊維、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナンファイバー等を用いることができる。アセチレンブラックや気相成長炭素繊維が好ましい。これらの導電性炭素粒子を2種以上用いてもよい。導電性炭素粒子の添加量は、予測される生成物に対し、1〜40重量%である。この範囲内であれば、十分な導電性と容量を確保できる。また、導電性炭素粒子の平均粒径は、50nm〜100μmである。
(Ii) Conductive carbon particle addition step In this step, the conductive carbon particles may be added and dispersed in the solution prepared in the dissolution step. By dispersing in the solution, the conductive carbon particles are uniformly dispersed in the gel, and the conductivity of the lithium-containing composite oxide is improved.
Use carbon black such as acetylene black, channel black, ketjen black, natural graphite, artificial graphite, needle coke, carbon fiber, vapor grown carbon fiber, carbon nanotube, carbon nan fiber, etc. as conductive carbon particles Can do. Acetylene black and vapor grown carbon fiber are preferred. Two or more of these conductive carbon particles may be used. The addition amount of the conductive carbon particles is 1 to 40% by weight with respect to the predicted product. If it is in this range, sufficient conductivity and capacity can be secured. The average particle size of the conductive carbon particles is 50 nm to 100 μm.

(iii)ゲル化工程
本工程では、溶解工程により得られた溶液をゲル化させる。ゲル化は、原料元素、例えばLi、Fe、Zr、P及びSiが酸素原子を介して結合する一群の集合体となり、この集合体がゲル中で数nmから数十nmの粒径の微粒子として析出することで溶液の粘度が上昇することにより行われると発明者等は考えている。
ゲル化は、溶液を静置した状態、あるいは溶液を攪拌した状態で行ってもよい。また、ゲル化を促進させるため、室温以上の温度に加熱してもよい。加熱温度は、室温から使用する溶媒の沸点の範囲であり、好ましくは30℃〜80℃、より好ましくは40℃〜60℃である。また、加熱時間は、好ましくは10分〜48時間、より好ましくは30分〜24時間である。
(Iii) Gelation step In this step, the solution obtained in the dissolution step is gelled. Gelation is a group of aggregates in which raw material elements such as Li, Fe, Zr, P and Si are bonded through oxygen atoms, and these aggregates are formed as fine particles having a particle diameter of several to several tens of nm in the gel. The inventors believe that the precipitation is carried out by increasing the viscosity of the solution.
Gelation may be performed in a state where the solution is left standing or in a state where the solution is stirred. Moreover, in order to accelerate | stimulate gelatinization, you may heat to the temperature more than room temperature. The heating temperature is in the range from room temperature to the boiling point of the solvent used, preferably 30 ° C to 80 ° C, more preferably 40 ° C to 60 ° C. The heating time is preferably 10 minutes to 48 hours, more preferably 30 minutes to 24 hours.

(iv)乾燥工程
本工程では、ゲルから残留する溶媒を除去する。溶媒の除去方法としては、室温で静置する方法や、30〜80℃に加熱して溶媒を除去する方法や、ロータリーポンプ等用いたチャンバー内にゲルを設置し、減圧して溶媒を除去する方法等を用いることができる。また、溶液調製時に使用した溶媒よりも揮発性の高い溶媒や表面張力の異なる溶媒と溶媒交換を行った後に前述と同じ方法で溶媒を除去してもよい。溶媒交換に用いる溶媒としてはトルエン、ベンゼン、ヘキサン、テトラヒドロフラン、イソプロパノール及びこれらの混合溶媒を挙げることができる。また、本工程で得られたゲルを超臨界状態の二酸化炭素に浸して溶媒を抽出することで溶媒を除去することもできる。これらの除去した溶媒は工業的観点から回収して再利用することが好ましい。
(Iv) Drying step In this step, the remaining solvent is removed from the gel. As a method for removing the solvent, a method of standing at room temperature, a method of removing the solvent by heating to 30 to 80 ° C., a gel is placed in a chamber using a rotary pump, etc., and the solvent is removed by reducing the pressure. A method or the like can be used. Alternatively, the solvent may be removed by the same method as described above after performing solvent exchange with a solvent having higher volatility than the solvent used at the time of preparing the solution or a solvent having a different surface tension. Examples of the solvent used for solvent exchange include toluene, benzene, hexane, tetrahydrofuran, isopropanol, and mixed solvents thereof. The solvent can also be removed by immersing the gel obtained in this step in carbon dioxide in a supercritical state and extracting the solvent. These removed solvents are preferably recovered and reused from an industrial viewpoint.

(v)粉砕工程
得られたゲルを機械的に粉砕することで二次粒子のサイズを制御してもよい。粉砕方法は特に限定されず、必要に応じて加温、冷却及び雰囲気制御をする方法を挙げることができる。
粉砕方法としては、遊星式ボールミル、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、ピンミル、アトマイザー、ホモジナイザー、ローターミル、ローラーミル、ハンマーミル、ジェットミル等を挙げることができるが、これらに限定されない。
なお、本工程において、導電性炭素粒子を更に添加して粉砕してもよい。一次粒子の凝集を抑制して二次粒子の粗大化を抑制させる効果を更に向上できる。
(V) Grinding step The size of the secondary particles may be controlled by mechanically grinding the obtained gel. The pulverization method is not particularly limited, and examples thereof include a method of heating, cooling and controlling the atmosphere as necessary.
Examples of the pulverization method include, but are not limited to, a planetary ball mill, a ball mill, a bead mill, a vibration mill, a pin mill, an atomizer, a homogenizer, a rotor mill, a roller mill, a hammer mill, and a jet mill.
In this step, conductive carbon particles may be further added and pulverized. The effect of suppressing the aggregation of the primary particles and suppressing the coarsening of the secondary particles can be further improved.

(vi)炭素源混合工程
糖類、油脂類や合成樹脂材料を、粉砕したゲルと混合してもよい。これら化合物は、焼成時に炭化することにより正極材料の表面に炭素被覆を形成し、正極材料の導電性を向上できる。糖類としては、スクロース、フルクトース等を用いることができる。また、合成樹脂材料としては、ポリエーテル類としてはポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等のポリエーテル類や、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルロース、ポリ酢酸ビニル等を用いることができる。
(Vi) Carbon source mixing step Sugars, fats and synthetic resin materials may be mixed with the crushed gel. These compounds are carbonized during firing, thereby forming a carbon coating on the surface of the positive electrode material, and improving the conductivity of the positive electrode material. As the saccharide, sucrose, fructose and the like can be used. As the synthetic resin material, polyethers such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, carboxymethyl cellulose, polyvinyl acetate, and the like can be used as the polyether.

(vii)焼成工程
本工程では、得られたゲルを焼成することでリチウム含有複合酸化物を得る。焼成は、好ましくは400〜700℃、より好ましくは400〜600℃の温度範囲で、例えば1〜24時間をかけて行う。焼成時の雰囲気は、不活性雰囲気(アルゴン、窒素、真空等の雰囲気)又は還元性雰囲気(水素含有不活性ガス、一酸化炭素等の雰囲気)を用いることができる。均一に焼成を行うため、ゲルを攪拌してもよく、焼成時にNOxやSOx、塩素等の有毒なガスが発生する場合は、除去装置を設けてもよい。
(Vii) Firing step In this step, the obtained gel is fired to obtain a lithium-containing composite oxide. Firing is preferably performed in a temperature range of 400 to 700 ° C., more preferably 400 to 600 ° C., for example, for 1 to 24 hours. As an atmosphere during firing, an inert atmosphere (an atmosphere such as argon, nitrogen, or vacuum) or a reducing atmosphere (an atmosphere such as a hydrogen-containing inert gas or carbon monoxide) can be used. In order to perform uniform firing, the gel may be stirred, and if a toxic gas such as NO x , SO x , or chlorine is generated during firing, a removal device may be provided.

(vii)その他の工程
得られたリチウム含有複合酸化物は、必要に応じて、粉砕工程及び/又は分級工程に付すことで、所望の粒径に調製してもよい。
ハロゲン元素の含有量は、前駆体の作製に用いる材料を変更することで変更可能となる。フッ化物、塩化物、臭化物等の化合物を原料として、合成することにより、ハロゲンの含有量を増加させることが可能である。また、焼成時の雰囲気として、ハロゲンガスを含有する雰囲気に制御することにより、含有量を調整することも可能である。
(Vii) Other steps The obtained lithium-containing composite oxide may be adjusted to a desired particle size by subjecting it to a pulverization step and / or a classification step, if necessary.
The content of the halogen element can be changed by changing the material used for producing the precursor. By synthesizing compounds such as fluoride, chloride and bromide as raw materials, the halogen content can be increased. In addition, the content can be adjusted by controlling the atmosphere during firing to an atmosphere containing a halogen gas.

(3)用途
得られたリチウム含有複合酸化物は、非水電解質二次電池の正極活物質に使用できる。正極活物質には、上記リチウム含有複合酸化物以外に、LiCoO2、LiNiO2、LiFeO2、LiMnO2、LiMn24、Li2MnO3、LiCoPO4、LiNiPO4、LiMnPO4、LiFePO4等の他の酸化物が含まれていてもよい。
(3) Use The obtained lithium containing complex oxide can be used for the positive electrode active material of a nonaqueous electrolyte secondary battery. The positive electrode active material, in addition to the above-mentioned lithium-containing complex oxide, LiCoO 2, LiNiO 2, LiFeO 2, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, Li 2 MnO 3, LiCoPO 4, LiNiPO 4, LiMnPO 4, LiFePO 4 , etc. Other oxides may be included.

(II)正極
上記正極活物質は、非水二次電池用の正極に使用できる。正極は、上記正極活物質と、導電材と、バインダーとを含む。以下、各構成材料について説明する。
正極は、公知の方法を用いて作製できる。例えば、正極活物質と導電材とバインダーとを有機溶剤を用いて混練分散してペーストを得、ペーストを集電体に塗布することによって作製できる。なお、得られた正極活物質が十分に高い導電性を有する場合には、導電材は必ずしも添加する必要はない。
バインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース、スチレンーブタジエンゴム等を用いることができる。必要に応じてカルボキシメチルセルロース等の増粘材を使用することもできる。
(II) Positive electrode The positive electrode active material can be used for a positive electrode for a non-aqueous secondary battery. The positive electrode includes the positive electrode active material, a conductive material, and a binder. Hereinafter, each constituent material will be described.
The positive electrode can be produced using a known method. For example, a positive electrode active material, a conductive material, and a binder can be kneaded and dispersed using an organic solvent to obtain a paste, and the paste can be applied to a current collector. Note that when the obtained positive electrode active material has sufficiently high conductivity, the conductive material is not necessarily added.
As binders, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, ethylene propylene diene polymer, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, fluororubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose, styrene Butadiene rubber or the like can be used. If necessary, a thickener such as carboxymethylcellulose can also be used.

導電材としては、アセチレンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、ニードルコークス等を用いることができる。
集電体としては、連続孔を持つ発泡(多孔質)金属、ハニカム状に形成された金属、焼結金属、エキスパンドメタル、不織布、板、孔開きの板、箔等を用いることができる。
有機溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、トルエン、シクロヘキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等を用いることができる。バインダーに水溶性のものを使用する場合は溶媒として水を用いることもできる。
正極の厚さは、0.01〜20mm程度が好ましい。厚すぎると導電性が低下し、薄すぎると単位面積当たりの容量が低下するので好ましくない。なお、塗布並びに乾燥によって得られた正極は、活物質の充填密度を高めるためローラープレス等により圧密してもよい。
As the conductive material, acetylene black, natural graphite, artificial graphite, needle coke, or the like can be used.
As the current collector, foamed (porous) metal having continuous pores, metal formed in a honeycomb shape, sintered metal, expanded metal, non-woven fabric, plate, perforated plate, foil, and the like can be used.
As the organic solvent, N-methyl-2-pyrrolidone, toluene, cyclohexane, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran, etc. are used. be able to. When a water-soluble binder is used, water can be used as a solvent.
The thickness of the positive electrode is preferably about 0.01 to 20 mm. If it is too thick, the conductivity is lowered, and if it is too thin, the capacity per unit area is lowered. The positive electrode obtained by coating and drying may be compacted by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.

(III)非水二次電池
非水二次電池は、上記正極と、負極と、電解質と、セパレータとを有する。
(i)負極
負極は公知の方法により作製できる。例えば、負極活物質とバインダーと導電材とを混合し、得られた混合粉末をシート状に成形する。得られた成形体を集電体、例えばステンレス又は銅製のメッシュ状集電体に圧着して作製できる。また、正極の欄で説明したようなペーストを用いる方法を用いて作製できる。その場合、負極活物質と導電材とバインダーとを有機溶剤を用いて混練分散してペーストを得、ペーストを集電体に塗布することによって作製できる。
(III) Non-aqueous secondary battery The non-aqueous secondary battery includes the positive electrode, the negative electrode, the electrolyte, and the separator.
(I) Negative electrode The negative electrode can be produced by a known method. For example, a negative electrode active material, a binder, and a conductive material are mixed, and the obtained mixed powder is formed into a sheet shape. The obtained molded body can be produced by pressure bonding to a current collector, for example, a stainless steel or copper mesh current collector. Moreover, it can produce using the method using the paste which was demonstrated in the column of a positive electrode. In that case, a negative electrode active material, a conductive material, and a binder can be kneaded and dispersed using an organic solvent to obtain a paste, and the paste can be applied to a current collector.

負極活物質としては公知の材料を用いることができる。高エネルギー密度電池を構成するためには、リチウムの挿入/脱離する電位が金属リチウムの析出/溶解電位に近いものが好ましい。その典型例は、粒子状(鱗片状、塊状、繊維状、ウィスカー状、球状、粉砕粒子状等)の天然もしくは人造黒鉛のような炭素材料である。
人造黒鉛としては、メソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ粉末、等方性ピッチ粉末等を黒鉛化して得られる黒鉛を挙げることができる。また、非晶質炭素を表面に付着させた黒鉛粒子も使用できる。これらの中で、天然黒鉛は、安価でかつリチウムの酸化還元電位に近く、高エネルギー密度電池が構成できるため好ましい。
また、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物、遷移金属酸化物、酸化シリコン等も負極活物質として使用可能である。これらの中では、Li4Ti512は電位の平坦性が高く、かつ充放電による体積変化が小さいため好ましい。
A known material can be used as the negative electrode active material. In order to constitute a high energy density battery, it is preferable that the potential at which lithium is inserted / desorbed is close to the deposition / dissolution potential of metallic lithium. A typical example is a carbon material such as natural or artificial graphite in the form of particles (scale-like, lump-like, fibrous, whisker-like, spherical, pulverized particles, etc.).
Examples of the artificial graphite include graphite obtained by graphitizing mesocarbon microbeads, mesophase pitch powder, isotropic pitch powder, and the like. Also, graphite particles having amorphous carbon attached to the surface can be used. Among these, natural graphite is preferable because it is inexpensive and close to the redox potential of lithium and can constitute a high energy density battery.
Further, lithium transition metal oxide, lithium transition metal nitride, transition metal oxide, silicon oxide, and the like can be used as the negative electrode active material. Among these, Li 4 Ti 5 O 12 is preferable because of high potential flatness and small volume change due to charge and discharge.

(ii)電解質
電解質としては、例えば、有機電解液、ゲル状電解質、高分子固体電解質、無機固体電解質、溶融塩等を用いることができる。
有機電解液を構成する有機溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチ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(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン等のラクトン類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のフラン類、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチル等を挙げることができ、これらの1種以上を混合して用いることができる。
また、PC、EC及びブチレンカーボネート等の環状カーボネート類は高沸点溶媒であるため、GBLと混合する溶媒として好適である。
(Ii) Electrolyte As the electrolyte, for example, an organic electrolyte, a gel electrolyte, a polymer solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, a molten salt, or the like can be used.
Examples of the organic solvent constituting the organic electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and butylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate. Chain carbonates such as γ-butyrolactone (GBL), lactones such as γ-valerolactone, furans such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxy Examples include ethers such as ethane, ethoxymethoxyethane, dioxane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, methyl formate, methyl acetate, and the like. Can.
Moreover, since cyclic carbonates such as PC, EC and butylene carbonate are high-boiling solvents, they are suitable as solvents to be mixed with GBL.

有機電解液を構成する電解質塩としては、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、トリフルオロ酢酸リチウム(LiCF3COO)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホン)イミド(LiN(CF3SO22)等のリチウム塩を挙げることができ、これらの1種以上を混合して用いることができる。電解液の塩濃度は、0.5〜3mol/Lが好適である。 Examples of the electrolyte salt constituting the organic electrolyte include lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium trifluoroacetate (LiCF 3 COO) ), Lithium salts such as lithium bis (trifluoromethanesulfone) imide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), and one or more of these can be used in combination. The salt concentration of the electrolytic solution is preferably 0.5 to 3 mol / L.

(iii)セパレータ
セパレータとしては、多孔質材料や不織布等の公知の材料を用いることができる。セパレータの材質としては、電解液中の有機溶媒に対して溶解したり膨潤したりしないものが好ましい。具体的には、ポリエステル系ポリマー、ポリオレフィン系ポリマー(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン)、エーテル系ポリマー、ガラス繊維等を挙げることができる。
(Iii) Separator As the separator, a known material such as a porous material or a nonwoven fabric can be used. As a material for the separator, a material that does not dissolve or swell in the organic solvent in the electrolytic solution is preferable. Specific examples include polyester polymers, polyolefin polymers (for example, polyethylene and polypropylene), ether polymers, and glass fibers.

(iv)他の部材
電池容器のような他の部材についても公知の各種材料を使用でき、特に制限はない。
(Iv) Other members Various other known materials can be used for other members such as a battery container, and there is no particular limitation.

(v)二次電池の製造方法
二次電池は、例えば、正極と負極と、それらの間に挟まれたセパレータとからなる積層体を備えている。積層体は、例えば短冊状の平面形状を有していてもよい。また、円筒型や扁平型の電池を作製する場合は、積層体を巻き取って巻回体としてもよい。
積層体は、その1つ又は複数が電池容器の内部に挿入される。通常、正極及び負極は電池の外部導電端子に接続される。その後に、正極、負極及びセパレータを外気より遮断するために電池容器を密閉する。
(V) Manufacturing method of secondary battery The secondary battery includes a laminate including, for example, a positive electrode, a negative electrode, and a separator sandwiched between them. The laminate may have, for example, a strip-like planar shape. In the case of producing a cylindrical or flat battery, the laminate may be wound to form a wound body.
One or more of the laminates are inserted into the battery container. Usually, the positive electrode and the negative electrode are connected to the external conductive terminal of the battery. Thereafter, the battery container is sealed to block the positive electrode, the negative electrode, and the separator from the outside air.

密封の方法は、円筒電池の場合、電池容器の開口部に樹脂製のパッキンを有する蓋をはめ込み、電池容器と蓋とをかしめる方法が一般的である。また、角型電池の場合、金属性の封口板と呼ばれる蓋を開口部に取りつけ、溶接を行う方法を使用できる。これらの方法以外に、結着剤で密封する方法、ガスケットを介してボルトで固定する方法も使用できる。更に、金属箔に熱可塑性樹脂を貼り付けたラミネート膜で密封する方法も使用できる。なお、密封時に電解質注入用の開口部を設けてもよい。有機電解液を用いる場合、その開口部から有機電解液を注入し、その後でその開口部を封止する。封止の前に通電し発生したガスを取り除いてもよい。   In the case of a cylindrical battery, the sealing method is generally a method in which a lid having a resin packing is fitted into the opening of the battery container and the battery container and the lid are caulked. In the case of a square battery, a method of attaching a lid called a metallic sealing plate to the opening and performing welding can be used. In addition to these methods, a method of sealing with a binder and a method of fixing with a bolt via a gasket can also be used. Furthermore, a method of sealing with a laminate film in which a thermoplastic resin is attached to a metal foil can also be used. An opening for electrolyte injection may be provided at the time of sealing. When using an organic electrolyte, the organic electrolyte is injected from the opening, and then the opening is sealed. Gas generated by energization before sealing may be removed.

以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例1
<i.溶解工程>
リチウム源であるLiCH3COOを0.9899gとして、Li:Fe:Zr:P:Si=1:0.85:0.15:0.7:0.3(モル比)、となるように各原料(鉄源、ジルコニウム源、リン源、シリコン源)を秤量した。次に、以下のように、鉄源、リチウム源、ジルコニウム源、シリコン源、リン源の順番で溶媒に溶解させた。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, this invention is not limited to a following example.
Example 1
<I. Dissolution process>
LiCH 3 COO which is a lithium source is 0.9899 g, and Li: Fe: Zr: P: Si = 1: 0.85: 0.15: 0.7: 0.3 (molar ratio). Raw materials (iron source, zirconium source, phosphorus source, silicon source) were weighed. Next, it was dissolved in a solvent in the order of iron source, lithium source, zirconium source, silicon source, and phosphorus source as follows.

Liのモル量に対して30倍のモル量のエタノールに、鉄源としてFe(NO33・9H2Oを完全に溶解するまで撹拌した。完全に溶解したことを確認した後、リチウム源としてLiCH3COO、ジルコニウム源としてZrCl4、シリコン源としてSi(OC254を、順に溶解させていき、均一溶液を調製した。最後にリン源としてH3PO4(85重量%)を均一な溶液になるまで撹拌した。得られた均一な溶液を、室温でスターラーにて2時間攪拌した。 The mixture was stirred until Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O as an iron source was completely dissolved in 30 times the molar amount of ethanol with respect to the molar amount of Li. After confirming complete dissolution, LiCH 3 COO as the lithium source, ZrCl 4 as the zirconium source, and Si (OC 2 H 5 ) 4 as the silicon source were sequentially dissolved to prepare a uniform solution. Finally, H 3 PO 4 (85% by weight) as a phosphorus source was stirred until a homogeneous solution was obtained. The resulting uniform solution was stirred for 2 hours at room temperature with a stirrer.

<ii.ゲル化工程>
室温で1時間攪拌した均一な溶液を60℃の恒温槽にて24時間、保管することにより、ゲル化を行った。ゲル化時には、容器に蓋をして、溶媒の蒸発を抑制した。
<iii.乾燥工程>
ゲル化工程後、容器の蓋を開け、60℃の恒温槽にて12時間放置することにより、ゲルに含まれる溶媒を揮発させて、前駆体を得た。
<iv.粉砕工程>
得られた前駆体を、乳鉢で粉砕した。
<Ii. Gelation process>
The uniform solution stirred at room temperature for 1 hour was stored in a thermostatic bath at 60 ° C. for 24 hours to perform gelation. At the time of gelation, the container was covered to suppress evaporation of the solvent.
<Iii. Drying process>
After the gelation step, the container was opened and left in a constant temperature bath at 60 ° C. for 12 hours to volatilize the solvent contained in the gel to obtain a precursor.
<Iv. Grinding process>
The obtained precursor was pulverized in a mortar.

<v.炭素源混合工程>
粉砕した前駆体に、水に溶かした炭素源を加えた。炭素源としては、スクロースを使用した。加えた量としては、前駆体の重量に対して15重量%とした。スクロースを加えた前駆体を乾燥後、乳鉢で粉砕した。
<vi.焼成工程>
粉砕工程により得られた前駆体を550℃で12時間焼成した。焼成は、まず炉内を真空にした後、窒素をフローし、200℃/hの昇温速度で加熱することにより行った。降温速度は、炉冷とした。得られた試料をA1とする。
<V. Carbon source mixing process>
A carbon source dissolved in water was added to the ground precursor. Sucrose was used as the carbon source. The amount added was 15% by weight based on the weight of the precursor. The precursor to which sucrose was added was dried and pulverized in a mortar.
<Vi. Firing step>
The precursor obtained by the pulverization step was calcined at 550 ° C. for 12 hours. Firing was performed by first evacuating the furnace, then flowing nitrogen, and heating at a heating rate of 200 ° C./h. The cooling rate was furnace cooling. The obtained sample is designated as A1.

実施例2
原料比をLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.875:0.125:0.75:0.25(モル比)としたこと以外、実施例1と同様の手順で試料A2を得た。
実施例3
原料比をLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.9:0.1:0.8:0.2(モル比)としたこと以外、実施例1と同様の手順で試料A3を得た。
実施例4
原料比をLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.925:0.075:0.85:0.15(モル比)としたこと以外、実施例1と同様の手順で試料A4を得た。
実施例5
原料比をLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.95:0.05:0.9:0.1(モル比)としたこと以外、実施例1と同様の手順で試料A5を得た。
Example 2
Sample A2 was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the raw material ratio was Li: Fe: Zr: P: Si = 1: 0.875: 0.125: 0.75: 0.25 (molar ratio). Obtained.
Example 3
Sample A3 was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the raw material ratio was Li: Fe: Zr: P: Si = 1: 0.9: 0.1: 0.8: 0.2 (molar ratio). Obtained.
Example 4
Sample A4 was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the raw material ratio was Li: Fe: Zr: P: Si = 1: 0.925: 0.075: 0.85: 0.15 (molar ratio). Obtained.
Example 5
Sample A5 was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the raw material ratio was Li: Fe: Zr: P: Si = 1: 0.95: 0.05: 0.9: 0.1 (molar ratio). Obtained.

比較例1
原料比をLi:Fe:P=1:1:1(モル比)としたこと以外、実施例1と同様の手順で試料B1を得た。
Comparative Example 1
Sample B1 was obtained in the same procedure as in Example 1 except that the raw material ratio was Li: Fe: P = 1: 1: 1 (molar ratio).

(結果)
(1)組成分析
得られた複合酸化物について、波長分散型の蛍光X線装置(島津製作所社製XRF−1800)を用いて、組成分析を行った。組成分析の定量値を得るためにFP法を用いた。A1〜A5及びB1において得られた結果を表1に示す。
(result)
(1) Composition analysis The obtained composite oxide was subjected to composition analysis using a wavelength dispersion type fluorescent X-ray apparatus (XRF-1800 manufactured by Shimadzu Corporation). The FP method was used to obtain quantitative values for composition analysis. The results obtained for A1 to A5 and B1 are shown in Table 1.

(2)体積変化率の測定
各試料について以下の方法で、電池を作製した。
A1〜A5及びB1をそれぞれ約1g秤量しメノウ乳鉢にて粉砕した。粉砕物に、正極活物質に対して、導電材として約10重量%のアセチレンブラック(商品名:「デンカブラック」、電気化学工業社製)と、バインダーとして約10重量%のポリビニリデンフルオライド樹脂粉末(クレハ社製KFポリマー)とを混合した。混合物を溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリーを得た。スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔の両面にドクターブレード法で塗布した。塗布量としては約5mg/cm2となるようにした。塗膜を乾燥した後に、プレスを行って正極を得た。
(2) Measurement of volume change rate A battery was prepared for each sample by the following method.
About 1 g of each of A1 to A5 and B1 was weighed and ground in an agate mortar. About 10% by weight of acetylene black (trade name: “DENKA BLACK”, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive material, and about 10% by weight of polyvinylidene fluoride resin as a binder, based on the positive electrode active material Powder (Kureha KF polymer) was mixed. The mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to obtain a slurry. The slurry was applied to both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade method. The coating amount was about 5 mg / cm 2 . After the coating film was dried, pressing was performed to obtain a positive electrode.

体積比が1:2のエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合液に1mol/lとなるようにLiPF6を溶解させて電解質を得た。約30mlの電解質を50mlのビーカー中に注入した。ビーカー中に、2cm×2cmの上記正極と、参照電極としての金属リチウムと、対極としての金属リチウムを浸漬することで電池(ビーカーセル)を作製した。
電池を25℃の環境下で初回充電した。充電電流は0.1mAとし、電池の電位が4Vに到達した時点で充電を終了させた。充電が終了後0.1mAで放電を行い電池の電位が2.0Vに到達した時点で放電を終了した。
LiPF 6 was dissolved in a mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate having a volume ratio of 1: 2 so as to be 1 mol / l to obtain an electrolyte. About 30 ml of electrolyte was injected into a 50 ml beaker. A battery (beaker cell) was fabricated by immersing the 2 cm × 2 cm positive electrode, metallic lithium as a reference electrode, and metallic lithium as a counter electrode in a beaker.
The battery was charged for the first time in an environment of 25 ° C. The charging current was 0.1 mA, and the charging was terminated when the battery potential reached 4V. After charging was completed, discharging was performed at 0.1 mA, and discharging was terminated when the battery potential reached 2.0V.

電池を更に、0.1mAの電流で4Vまで充電を行い、Liを脱離させた状態としたのちに、正極を取り出した。この正極を粉末X線回折測定することで、リチウム脱離後の格子定数を求めた。
充電前の格子定数と充電後の格子定数から体積変化率を求めた。体積変化率に関しては、下記の式により求めた。
体積変化率(%)=(V0−V1)/V0×100
(式中、V0はLiがあるときの体積であり、V1はLiが抜けたときの体積である)A1〜A5及びB1において得られた結果を表1に示す。
The battery was further charged to 4 V with a current of 0.1 mA to make Li detached, and then the positive electrode was taken out. The positive electrode was subjected to powder X-ray diffraction measurement to determine the lattice constant after lithium desorption.
The volume change rate was obtained from the lattice constant before charging and the lattice constant after charging. The volume change rate was obtained by the following formula.
Volume change rate (%) = (V 0 −V 1 ) / V 0 × 100
(In the formula, V 0 is the volume when Li is present, and V 1 is the volume when Li is removed). Table 1 shows the results obtained in A1 to A5 and B1.

(3)容量保持率の評価)
<電池の作製>
負極活物質として、天然黒鉛粉を使用した。この負極活物質にバインダーとして約10重量%のポリビニリデンフルオライド樹脂粉末を混合した。この混合物をN−メチル−2−ピロリドンに溶解してスラリーを得た。スラリーを厚さ20μm銅箔の両面に塗布し、乾燥した後に、塗膜をプレスすることで負極を作製した。
各実施例及び比較例にて作製した正極と、上述の負極とをそれぞれ30mm×30mmに大きさに切り抜いた。電池の電流導入端子として正極には幅3mm×長さ50mmのアルミニウム製タブを、負極には幅3mm×長さ50mm銅製タブを溶接した。
(3) Evaluation of capacity retention)
<Production of battery>
Natural graphite powder was used as the negative electrode active material. About 10% by weight of polyvinylidene fluoride resin powder was mixed with this negative electrode active material as a binder. This mixture was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a slurry. The slurry was applied to both sides of a 20 μm thick copper foil and dried, and then the coating film was pressed to prepare a negative electrode.
The positive electrode produced in each Example and the comparative example and the above-mentioned negative electrode were each cut out to a size of 30 mm × 30 mm. As the current introduction terminal of the battery, an aluminum tab having a width of 3 mm and a length of 50 mm was welded to the positive electrode, and a copper tab having a width of 3 mm and a length of 50 mm was welded to the negative electrode.

タブ付正極と負極との間に多孔質ポリエチレン製のセパレータ(ポリポア社製2500)を挟むことで積層体を得た。積層体を、2枚の金属箔に熱可塑性樹脂を貼り付けたラミネート膜の間にはさみ、ラミネート膜の周囲を、電解質注入用の開口部を残して、熱溶着で密封することにより、電池の外装を得た。
体積比が1:1のエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合液に1mol/lとなるようにLiPF6を溶解させて電解質を得た。約30mlの電解質を開口部から電池内部に注入した。この後、開口部を封止して二次電池を得た。
得られた二次電池の概略断面図を図1に示す。なお、図1中、1は正極であり、2は負極であり、3はセパレータであり、4は正極及び負極タブであり、5はラミネートである。
A laminated body was obtained by sandwiching a separator made of porous polyethylene (2500 manufactured by Polypore) between a tabbed positive electrode and a negative electrode. The laminate is sandwiched between two laminated foils made of a thermoplastic resin and a periphery of the laminated film is sealed by thermal welding, leaving an opening for injecting the electrolyte. The exterior was obtained.
LiPF 6 was dissolved in a mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate having a volume ratio of 1: 1 so as to be 1 mol / l to obtain an electrolyte. About 30 ml of electrolyte was injected into the battery from the opening. Thereafter, the opening was sealed to obtain a secondary battery.
A schematic cross-sectional view of the obtained secondary battery is shown in FIG. In FIG. 1, 1 is a positive electrode, 2 is a negative electrode, 3 is a separator, 4 is a positive electrode and a negative electrode tab, and 5 is a laminate.

<容量保持率の評価>
二次電池を25℃の環境下で初回充電した。充電電流は0.2mAとし、電池の電位が4Vに到達した時点で充電を終了させた。充電が終了後0.2mAで放電を行い電池の電位が2.0Vに到達した時点で放電を終了し、この電池の初回容量とした。更に、0.2mAの電流にて充放電を繰返し、300回目の放電容量を計測し、下記式にて容量保持率を求めた。
容量保持率=300回目の放電容量/初回の放電容量
容量保持率及び充放電時の平均放電電位を表2に示す。
<Evaluation of capacity retention>
The secondary battery was charged for the first time in an environment of 25 ° C. The charging current was 0.2 mA, and the charging was terminated when the battery potential reached 4V. After charging was completed, discharging was performed at 0.2 mA, and when the battery potential reached 2.0 V, discharging was terminated, and the initial capacity of the battery was obtained. Furthermore, charging / discharging was repeated at a current of 0.2 mA, the discharge capacity at the 300th time was measured, and the capacity retention rate was obtained by the following formula.
Capacity retention ratio = 300th discharge capacity / initial discharge capacity Table 2 shows the capacity retention ratio and the average discharge potential during charging and discharging.

Figure 0005698929
Figure 0005698929

Figure 0005698929
Figure 0005698929

表1及び2から、以下のことが分かる。
試料A1〜A5とB1とから、正極活物質が塩素を含むことで、容量保持率(サイクル特性)を顕著に向上できることが分かる。
試料A1〜A5とから、Zrの割合が多くなることで平均放電電位が下がり、容量保持率が上がる傾向があることが分かる。
試料A1〜A5とから、Pの割合が多くなることで平均放電電位が上がり、容量保持率が下がる傾向があることが分かる。
From Tables 1 and 2, the following can be understood.
From Samples A1 to A5 and B1, it can be seen that the capacity retention rate (cycle characteristics) can be remarkably improved when the positive electrode active material contains chlorine.
From Samples A1 to A5, it can be seen that as the proportion of Zr increases, the average discharge potential tends to decrease and the capacity retention tends to increase.
From Samples A1 to A5, it can be seen that as the proportion of P increases, the average discharge potential tends to increase and the capacity retention tends to decrease.

Claims (8)

下記一般式(1)
Lixy1-zSiz4 …(1)
(ここで、Mは、Fe及びMnのいずれか一方又は両方と、Co、Ni、Zr、Sn、Al及びYからなる群から選択される少なくとも1種の元素との組み合わせ又はFeとMnとの組み合わせ、0≦x≦2、0.8≦y≦1.2、0<z≦1)
で表される主成分としての粒子状のリチウム含有金属酸化物と、ハロゲン元素とを含み、
記ハロゲン元素が、前記リチウム含有金属酸化物の粒子の表面に主に存在することを特徴とする正極活物質。
The following general formula (1)
Li x M y P 1-z Si z O 4 ... (1)
(Here, M is a combination of one or both of Fe and Mn and at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Zr, Sn, Al and Y, or Fe and Mn. Combination, 0 ≦ x ≦ 2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, 0 <z ≦ 1)
Includes a particulate lithium-containing metal oxide as the main component, and c androgenic element represented in,
The positive electrode active material before Symbol halogen element, characterized in that predominantly present on the surface of the particles of the lithium-containing metal oxide.
前記ハロゲン元素が、前記正極活物質中、0.1〜10atm%含まれている請求項1に記載の正極活物質。   The positive electrode active material according to claim 1, wherein the halogen element is contained in an amount of 0.1 to 10 atm% in the positive electrode active material. 前記ハロゲン元素が、前記一般式(1)中に含有するSiのモル数に対して5〜40モル%含まれている請求項1又は2に記載の正極活物質。   3. The positive electrode active material according to claim 1, wherein the halogen element is contained in an amount of 5 to 40 mol% with respect to the number of moles of Si contained in the general formula (1). 前記zが、0.001〜0.05の範囲である請求項1〜3のいずれか1つに記載の正極活物質。   The positive electrode active material according to claim 1, wherein z is in a range of 0.001 to 0.05. 前記Mが、主成分としてFeを含む請求項1〜4のいずれか1つに記載の正極活物質。   The positive electrode active material according to claim 1, wherein M contains Fe as a main component. 前記Mが、主成分としてのFeと、1atm%以上のFe以外の他の元素とを含む請求項1〜5のいずれか1つに記載の正極活物質。   The positive electrode active material according to claim 1, wherein the M includes Fe as a main component and other elements other than Fe of 1 atm% or more. 請求項1〜6のいずれか1つに記載の正極活物質と、導電材と、バインダーとを含むことを特徴とする正極。   A positive electrode comprising the positive electrode active material according to claim 1, a conductive material, and a binder. 請求項7に記載の正極と、負極と、電解質と、セパレータとを有することを特徴とする非水二次電池。   A nonaqueous secondary battery comprising the positive electrode according to claim 7, a negative electrode, an electrolyte, and a separator.
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