JP5718111B2 - Lithium transition metal silicate positive electrode active material and method for producing positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Lithium transition metal silicate positive electrode active material and method for producing positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウム遷移金属シリケートを含み、非水電解質2次電池の正極に用いられる正極活物質材料などに関する。   The present invention relates to a positive electrode active material used for a positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery, including a lithium transition metal silicate.

近年、電子機器のモバイル化と高機能化に伴い、駆動電源である2次電池は最重要部品のひとつになっている。特に、Liイオン2次電池は、用いられる正極活物質材料と負極活物質材料の高い電圧から得られるエネルギー密度の高さから、従来のNiCd電池やNi水素電池に替わり、2次電池の主流の位置を占めるに至っている。しかしながら、現在、一般的に用いられる、コバルト酸リチウム(LiCoO)系正極活物質材料とカーボン系負極活物質材料の組み合わせによるLiイオン2次電池は、昨今の高機能高負荷電子部品の消費電力量を充分に供給することができず、携帯電源としては要求性能を満たすことができなくなっている。 In recent years, with the increasing mobility and functionality of electronic devices, secondary batteries, which are driving power sources, have become one of the most important components. In particular, Li-ion secondary batteries replace the conventional NiCd batteries and Ni-hydrogen batteries due to the high energy density obtained from the high voltages of the positive electrode active material and the negative electrode active material used. Occupies a position. However, currently used Li-ion secondary batteries using a combination of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) -based positive electrode active material and carbon-based negative electrode active material are the power consumption of recent high-performance, high-load electronic components. A sufficient amount cannot be supplied, and the portable power supply cannot meet the required performance.

正極活物質材料の理論電気化学比容量は、一般に小さく、コバルト酸系リチウム以外で使用されているマンガン酸系リチウムやニッケル酸系リチウム、または次の実用化を目指し検討されるリン酸鉄系リチウムにしても、現在のカーボン系負極活物質材料の理論比容量よりも小さい値に止まる。しかし、年々性能を少しずつ向上させてきたカーボン系負極活物質材料も理論比容量に近付きつつあり、現用の正極と負極の活物質系統の組み合わせでは、もはや大きな電源容量の向上は見込めなくなってきており、今後の更なる電子機器の高機能化と長時間モバイル駆動化の要求や、採用が拡がる電動工具、無停電電源、蓄電装置などの産業用途、並びに電気自動車用途への搭載には限界が出ている。   The theoretical electrochemical specific capacity of the positive electrode active material is generally small, manganate lithium or nickelate lithium used in addition to cobaltate lithium, or iron phosphate lithium to be studied for the next practical application Even so, the value is smaller than the theoretical specific capacity of the current carbon-based negative electrode active material. However, carbon-based negative electrode active material whose performance has been gradually improved year by year is approaching the theoretical specific capacity, and the combination of the current positive electrode and negative electrode active material systems can no longer expect a large improvement in power supply capacity. In the future, there is a limit to the demand for further enhancement of electronic equipment functionality and long-term mobile drive, as well as for use in industrial applications such as electric tools, uninterruptible power supplies, power storage devices, etc. Out.

このような状況で、現状より飛躍的に電気容量を増加させ得る方法として、カーボン(C)系負極活物質材料にかわる金属系負極活物質材料の適用が検討されている。これは現行のカーボン系負極の数倍から十倍の理論比容量を有する、ゲルマニウム(Ge)やスズ(Sn)、シリコン(Si)系物質を負極活物質材料に用いるものであり、特にSiは、実用化が難しいとされる金属Liに匹敵する比容量を有するので、検討の中心となっている。   Under such circumstances, the application of a metal-based negative electrode active material instead of the carbon (C) -based negative electrode active material has been studied as a method capable of dramatically increasing the electric capacity from the current level. This uses germanium (Ge), tin (Sn), or silicon (Si) based materials having a theoretical specific capacity several times to 10 times that of the current carbon based negative electrode as a negative electrode active material. Since it has a specific capacity comparable to that of metallic Li, which is considered difficult to put into practical use, it is the center of investigation.

しかしながら、組み合わされる他方の正極活物質材料側の比容量が低いために、Siの大きな理論比容量を、実際には実用電池で実現することはできないのが現状である。当面正極活物質材料に実用を検討されている、層状岩塩型またはスピネル型の複合酸化物の単位質量あたりの理論比容量は、せいぜい150mAh/gを超える程度であり、現行のカーボン系負極活物質材料の比容量の2分の1以下であり、Si理論比容量に対しては実に20分の1以下である。このため、正極活物質材料の高容量化を目指した物質系統の検討も必要である。新たな正極活物質材料の候補として、成分によっては従来の2倍の300mAh/gを超えると見込まれているリチウム遷移金属シリケート(ケイ酸遷移金属リチウムとも呼ばれる)系化合物の検討が始められている(例えば、特許文献1、非特許文献1を参照)。   However, since the specific capacity on the other positive electrode active material side to be combined is low, a large theoretical specific capacity of Si cannot actually be realized with a practical battery. The theoretical specific capacity per unit mass of the layered rock salt type or spinel type composite oxide, which has been studied for practical use as a positive electrode active material for the time being, is at most about 150 mAh / g. It is less than 1/2 of the specific capacity of the material, and is actually less than 1/20 of the Si specific capacity. For this reason, it is also necessary to examine material systems aimed at increasing the capacity of the positive electrode active material. As a candidate for a new positive electrode active material, studies have been started on lithium transition metal silicate (also referred to as lithium silicate transition metal) compounds, which are expected to exceed 300 mAh / g, which is twice that of conventional materials. (For example, refer to Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

特開2001−266882号公報JP 2001-266882 A

安富実希、外4名、「リチウムイオン電池用Li2−xM(SiO4)1−x(PO4)x (M=Fe,Mn)正極活物質の水熱反応による合成とその電気化学特性」、GS Yuasa Technical Report、株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション、平成21年6月26日、第6巻、第1号、p21〜26Miki Yasutomi and 4 others, "Synthesis of Li2-xM (SiO4) 1-x (PO4) x (M = Fe, Mn) cathode active material for lithium ion battery by hydrothermal reaction and its electrochemical properties", GS Yuasa Technical Report, GS Yuasa Corporation, June 26, 2009, Vol. 6, No. 1, p21-26

ところが、従来のケイ酸鉄リチウム系正極活物質材料では、初回充電容量に対して、初回放電容量が大きく、初回の充放電容量のバランスが悪いという問題点があった。   However, the conventional lithium iron silicate-based positive electrode active material has a problem in that the initial discharge capacity is larger than the initial charge capacity, and the balance between the initial charge and discharge capacity is poor.

仮に、正極活物質中のケイ酸鉄リチウムの鉄が全て二価であり、LiFeSiOのみで構成されていれば、初回充電容量と初回放電容量とが同じになるはずである。しかし、製造工程において鉄が酸化され、正極活物質材料に三価の鉄の化合物であるLiFeSiOが含まれることにより、充電前にはリチウムが含まれていなかったサイトにも、放電時にリチウムイオンが取り込まれ、初回充電容量に比べて初回放電容量が大きくなると考えられる。 If the iron of the lithium iron silicate in the positive electrode active material is all divalent and is composed only of Li 2 FeSiO 4 , the initial charge capacity and the initial discharge capacity should be the same. However, since iron is oxidized in the manufacturing process and LiFeSiO 4 which is a trivalent iron compound is included in the positive electrode active material, lithium ions are not discharged at the time of discharge even at sites where lithium was not included before charging. It is considered that the initial discharge capacity becomes larger than the initial charge capacity.

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、遷移金属元素の酸化が抑制されたリチウム遷移金属シリケート系正極活物質材料の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a lithium transition metal silicate positive electrode active material in which the oxidation of a transition metal element is suppressed. And

本発明の発明者は、検討の結果、正極活物質材料の前駆体である微粒子混合物を焼成する際に、圧粉体の状態で焼成すると、粉末の状態で焼成する場合に比べて、焼成時の微粒子混合物の酸化が抑制され、酸化が抑制されたリチウム遷移金属シリケート系正極活物質材料を得ることができることを見出し、本発明に至った。   The inventors of the present invention, as a result of the study, when firing the fine particle mixture that is a precursor of the positive electrode active material material, firing in the green compact state, compared with the case of firing in the powder state The present inventors have found that a lithium transition metal silicate-based positive electrode active material in which oxidation of the fine particle mixture is suppressed and oxidation is suppressed can be obtained.

すなわち、本発明は、以下の発明を提供するものである。
(1)リチウム源、遷移金属源およびシリコン源を、支燃性ガスと可燃性ガスとともに火炎中に供給して、微粒子混合物を合成する工程(a)と、前記微粒子混合物に炭素源を混合する工程(b)と、前記炭素源を混合した前記微粒子混合物を、金型に充填・加圧して圧粉体を作製する工程(c)と、前記圧粉体を不活性ガス充填雰囲気で焼成する工程(d)と、前記圧粉体を粉砕する工程(e)と、を具備することを特徴とするリチウム遷移金属シリケート系正極活物質材料の製造方法。
)前記工程(a)において、前記リチウム源、前記遷移金属源および前記シリコン源を含む混合溶液を、霧状の液滴にて、前記火炎中に供給することを特徴とする()に記載の正極活物質材料の製造方法。
)前記工程(a)において、前記火炎の温度が1000〜3000℃であることを特徴とする(1)または(2)に記載の正極活物質材料の製造方法。
)前記工程(a)において、前記可燃性ガスが炭化水素系ガスであり、前記支燃性ガスが空気であることを特徴とする(1)〜()のいずれかに記載の正極活物質材料の製造方法。
)リチウム源、遷移金属源およびシリコン源を含む混合溶液の霧状の液滴を加熱して、微粒子混合物を合成する工程(a)と、前記微粒子混合物に炭素源を混合する工程(b)と、前記炭素源を混合した前記微粒子混合物を、金型に充填・加圧して圧粉体を作製する工程(c)と、前記圧粉体を不活性ガス充填雰囲気で焼成する工程(d)と、前記圧粉体を粉砕する工程(e)と、を具備することを特徴とするリチウム遷移金属シリケート系正極活物質材料の製造方法。
)前記リチウム源のリチウム化合物が、塩化リチウム、水酸化リチウム、酢酸リチウム、硝酸リチウム、臭化リチウム、リン酸リチウム、硫酸リチウム、シュウ酸リチウム、ナフテン酸リチウム、リチウムエトキシド、酸化リチウム、過酸化リチウム、のいずれか一つ以上であり、前記遷移金属源の遷移金属化合物が、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Ni、Co、Cu、Zn、Zr、Mo、Wよりなる群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属の塩化物、シュウ酸塩、酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物、エチルヘキサン塩、ナフテン酸塩、ヘキソエートの塩、シクロペンタジエニル化合物、アルコキシド、有機酸金属塩(ステアリン酸、ジメチルジチオカルバミン酸、アセチルアセトネート、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸の塩)、酸化物のいずれか一つ以上であり、前記シリコン源のシリコン化合物が、四塩化ケイ素、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、二酸化ケイ素や一酸化ケイ素またはこれら酸化ケイ素の水和物、縮合ケイ酸、テトラエチルオルトシリケート(テトラエトキシシラン、TEOS)、テトラメチルオルトシリケート(テトラメトキシシラン、TMOS)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)、メチルトリエトキシシラン(MTES)、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)、テトラメチルジシロキサン(TMDSO)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルトリシロキサン(OMTSO)、テトラ−n−ブトキシシランのいずれか一つ以上であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の正極活物質材料の製造方法。
)前記炭素源が、ポリビニルアルコールであることを特徴とする(1)〜()のいずれかに記載の正極活物質材料の製造方法。
)前記工程(d)において、前記焼成が、不活性ガス充填雰囲気で、300〜900℃で0.5〜10時間の熱処理を実施することを特徴とする(1)〜()のいずれかに記載の正極活物質材料の製造方法。
)(1)〜()のいずれかに記載の正極活物質材料の製造方法により製造された正極活物質材料を含有するスラリーを作製する工程と、前記スラリーを集電体に塗布焼成する工程と、を具備することを特徴とする非水電解質2次電池用正極の製造方法。
10)前記スラリーが、(1)〜()のいずれかに記載の正極活物質材料の製造方法により製造された正極活物質材料を加えて造粒した0.5〜20μmサイズの2次粒子を含有することを特徴とする()に記載の非水電解質2次電池用正極の製造方法。
That is, the present invention provides the following inventions.
(1) Supplying a lithium source, a transition metal source and a silicon source together with a combustion-supporting gas and a combustible gas into a flame to synthesize a fine particle mixture (a), and mixing a carbon source into the fine particle mixture A step (b), a step (c) of producing a green compact by filling and pressing the fine particle mixture mixed with the carbon source into a mold, and firing the green compact in an inert gas filling atmosphere. A process for producing a lithium transition metal silicate positive electrode active material comprising a step (d) and a step (e) of pulverizing the green compact.
( 2 ) In the step (a), the mixed solution containing the lithium source, the transition metal source and the silicon source is supplied into the flame in the form of mist droplets ( 1 ) The manufacturing method of positive electrode active material material as described in any one of.
( 3 ) In the said process (a), the temperature of the said flame is 1000-3000 degreeC, The manufacturing method of the positive electrode active material material as described in ( 1) or (2) characterized by the above-mentioned.
( 4 ) The positive electrode according to any one of (1) to ( 3 ), wherein in the step (a), the combustible gas is a hydrocarbon-based gas, and the combustion-supporting gas is air. A method for producing an active material.
( 5 ) A step (a) of synthesizing a fine particle mixture by heating a mist-like droplet of a mixed solution containing a lithium source, a transition metal source and a silicon source, and a step of mixing a carbon source into the fine particle mixture (b) ), And a step (c) of producing a green compact by filling and pressing the fine particle mixture mixed with the carbon source into a mold, and a step (d) of firing the green compact in an inert gas filled atmosphere (d) And a step (e) of pulverizing the green compact, and a method for producing a lithium transition metal silicate-based positive electrode active material.
( 6 ) The lithium compound of the lithium source is lithium chloride, lithium hydroxide, lithium acetate, lithium nitrate, lithium bromide, lithium phosphate, lithium sulfate, lithium oxalate, lithium naphthenate, lithium ethoxide, lithium oxide, Any one or more of lithium peroxide, and the transition metal compound of the transition metal source is selected from the group consisting of Fe, Mn, Ti, Cr, V, Ni, Co, Cu, Zn, Zr, Mo, W Chloride, oxalate, acetate, sulfate, nitrate, hydroxide, ethylhexane salt, naphthenate, hexate salt, cyclopentadienyl compound, alkoxide, organic acid of at least one selected transition metal Metal salts (stearic acid, dimethyldithiocarbamic acid, acetylacetonate, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid ), Any one of oxides, and the silicon compound of the silicon source is silicon tetrachloride, octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), silicon dioxide, silicon monoxide or a hydrate of these silicon oxides, condensation Silicic acid, tetraethylorthosilicate (tetraethoxysilane, TEOS), tetramethylorthosilicate (tetramethoxysilane, TMOS), methyltrimethoxysilane (MTMS), methyltriethoxysilane (MTES), hexamethyldisiloxane (HMDSO), (1) to (5), which are any one or more of tetramethyldisiloxane (TMDSO), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), octamethyltrisiloxane (OMTSO), and tetra-n-butoxysilane. ) Process for producing a positive electrode active material according to any Re.
( 7 ) The method for producing a positive electrode active material according to any one of (1) to ( 6 ), wherein the carbon source is polyvinyl alcohol.
( 8 ) In the step (d), the calcination is performed in a gas atmosphere filled with an inert gas at 300 to 900 ° C. for 0.5 to 10 hours, wherein (1) to ( 7 ) The manufacturing method of the positive electrode active material material in any one.
( 9 ) A step of producing a slurry containing the positive electrode active material produced by the method for producing a positive electrode active material according to any one of (1) to ( 8 ), and applying and firing the slurry onto a current collector And a process for producing a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
(10) the slurry, (1) second-order either to the positive electrode active material 0.5~20μm size was granulated by adding the produced positive electrode active material by the method for producing according to (8) The manufacturing method of the positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries as described in ( 9 ) characterized by containing particle | grains.

本発明により、遷移金属元素の酸化が抑制されたリチウム遷移金属シリケート系正極活物質材料の製造方法を提供することができる。   The present invention can provide a method for producing a lithium transition metal silicate-based positive electrode active material in which the oxidation of a transition metal element is suppressed.

本発明に係る微粒子混合物を生成するための噴霧燃焼法に用いる微粒子製造装置の概略図。Schematic of the fine particle manufacturing apparatus used for the spray combustion method for producing the fine particle mixture according to the present invention. 本発明に係る正極活物質を用いた非水電解質二次電池の概略断面図。The schematic sectional drawing of the nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material which concerns on this invention. 実施例及び比較例に係る微粒子混合物及び正極活物質材料のXRD測定結果。The XRD measurement result of the fine particle mixture and positive electrode active material which concern on an Example and a comparative example. (a)実施例1の焼成前の微粒子混合物の透過型電子顕微鏡(TEM)像、(b)実施例1の焼成後の正極活物質材料のTEM像、(c)比較例1の焼成後の正極活物質材料のTEM像。(A) Transmission electron microscope (TEM) image of the fine particle mixture before firing in Example 1, (b) TEM image of the positive electrode active material after firing in Example 1, (c) After firing in Comparative Example 1 TEM image of positive electrode active material. (a)実施例1の焼成後の正極活物質材料のHAADF−STEM像、(b)同一の観察箇所における鉄原子のEDSマップ、(c)同一の観察箇所におけるシリコン原子のEDSマップ、(d)同一の観察箇所における酸素原子のEDSマップ。(A) HAADF-STEM image of the positive electrode active material after firing in Example 1, (b) EDS map of iron atoms at the same observation location, (c) EDS map of silicon atoms at the same observation location, (d ) EDS map of oxygen atoms at the same observation location. (a)比較例1の焼成後の正極活物質材料のHAADF−STEM像、(b)同一の観察箇所における鉄原子のEDSマップ、(c)同一の観察箇所におけるシリコン原子のEDSマップ、(d)同一の観察箇所における酸素原子のEDSマップ。(A) HAADF-STEM image of the positive electrode active material after firing in Comparative Example 1, (b) EDS map of iron atom at the same observation location, (c) EDS map of silicon atom at the same observation location, (d ) EDS map of oxygen atoms at the same observation location. (a)実施例及び比較例に係る非水電解質二次電池の1サイクル目の充放電曲線、(b)同じく2サイクル目の充放電曲線。(A) The charge / discharge curve of the 1st cycle of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on an Example and a comparative example, (b) The charge / discharge curve of the 2nd cycle similarly.

以下に本発明に係る微粒子混合物や正極活物質材料などの好ましい実施態様を説明する。なお、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the fine particle mixture and the positive electrode active material according to the present invention will be described. The present invention is not limited to these embodiments.

本発明の正極活物質材料は、粉体材料として得られ、提供される。さらに、正極活物質材料は、そのままの状態、または造粒処理してサイズを大きくした2次粒子にした状態で、分散剤や増粘剤または導電材等を所定割合加えた、水系溶媒または有機溶剤のスラリーとしても提供される。また、集電体基材上にこれらスラリーを塗布して正極活物質材料を皮膜状形成した電極形態としても提供される。そして、本発明における2次電池は、本発明の2次電池用正極を用い、公知の負極やセパレータ、電解液など他の構成材料と共に2次電池として組み立て、提供される。   The positive electrode active material of the present invention is obtained and provided as a powder material. Furthermore, the positive electrode active material is a water-based solvent or an organic solvent in which a predetermined amount of a dispersant, a thickener, a conductive material, or the like is added in a state as it is or in a state where the particles are granulated to increase the size of the secondary particles. Also provided as a solvent slurry. Moreover, it is provided also as an electrode form which apply | coated these slurries on the electrical power collector base material, and formed the positive electrode active material material in the film form. And the secondary battery in this invention is assembled and provided as a secondary battery with other structural materials, such as a well-known negative electrode, a separator, and electrolyte solution, using the positive electrode for secondary batteries of this invention.

本発明に係る正極活物質材料は、同一反応系へ構成原料を供給することにより活物質前駆体である微粒子混合物を合成し、これを加熱処理することにより合成される。   The positive electrode active material according to the present invention is synthesized by synthesizing a fine particle mixture which is an active material precursor by supplying constituent raw materials to the same reaction system, and heat-treating the mixture.

(噴霧燃焼法による微粒子混合物の製造方法)
噴霧燃焼法は、塩化物などの原料気体を供給する方法や、気化器を通して原料液体を供給する方法により、構成原料を火炎中へ供給し、構成原料を反応させ、目的物質を得る方法である。噴霧燃焼法として、VAD(Vapor−phase Axial Deposition)法などが好適な例として挙げられる。これらの火炎の温度は、可燃性ガスと支燃性ガスの混合比や、さらに構成原料の添加割合によって変化するが、通常1000〜3000℃の間にあり、特に1500〜2500℃程度であることが好ましい。
(Production method of fine particle mixture by spray combustion method)
The spray combustion method is a method of supplying a constituent raw material into a flame and reacting the constituent raw materials to obtain a target substance by a method of supplying a raw material gas such as chloride or a method of supplying a raw material liquid through a vaporizer. . As a spray combustion method, VAD (Vapor-phase Axial Deposition) method etc. are mentioned as a suitable example. The temperature of these flames varies depending on the mixing ratio of the combustible gas and the combustion-supporting gas and the addition ratio of the constituent raw materials, but is usually between 1000 and 3000 ° C., particularly about 1500 to 2500 ° C. Is preferred.

また、火炎加水分解法は、火炎中で構成原料が加水分解される方法である。火炎加水分解法では、火炎として酸水素火炎が一般に用いられる。水素ガスと酸素ガスが供給された火炎の元に、正極活物質材料の構成原料と、火炎原料(酸素ガスと水素ガス)を同時にノズルから供給して目的物質を合成する。火炎加水分解法では、不活性ガス充填雰囲気中、ナノスケールの極微小な、主として非晶質からなる目的物質の微粒子を得ることができる。   The flame hydrolysis method is a method in which constituent raw materials are hydrolyzed in a flame. In the flame hydrolysis method, an oxyhydrogen flame is generally used as a flame. The constituent material of the positive electrode active material and the flame raw material (oxygen gas and hydrogen gas) are simultaneously supplied from the nozzle under the flame supplied with hydrogen gas and oxygen gas to synthesize the target substance. In the flame hydrolysis method, nanoscale ultrafine, mainly amorphous particles of the target substance can be obtained in an inert gas-filled atmosphere.

また、熱酸化法とは、火炎中で構成原料が熱酸化される方法である。熱酸化法では、火炎として炭化水素火炎が一般に用いられ、炭化水素ガス(例えばプロパンガス)と酸素ガス供給火炎の元に、構成原料と火炎原料(例えば、プロパンガスと酸素ガス)を同時にノズルから供給しながら目的物質を合成する。   The thermal oxidation method is a method in which constituent raw materials are thermally oxidized in a flame. In the thermal oxidation method, a hydrocarbon flame is generally used as a flame, and a constituent material and a flame material (for example, propane gas and oxygen gas) are simultaneously supplied from a nozzle under a hydrocarbon gas (for example, propane gas) and an oxygen gas supply flame. Synthesize target substance while supplying.

本発明の微粒子混合物を得るための構成原料は、リチウム源、遷移金属源、シリコン源である。例えば、リチウム源としてナフテン酸リチウム、遷移金属源としてのオクチル酸鉄、シリコン源としてオクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)などの溶液が用いられる。原料が固体の場合は、粉末のまま供給するか、液体に分散して、または溶媒に溶かして溶液とし、気化器を通じて、火炎に供給する。原料が溶液の場合には、気化器を通じるほかに、供給ノズル前に加熱または減圧およびバブリングによって蒸気圧を高めて気化供給することもできる。   The constituent raw materials for obtaining the fine particle mixture of the present invention are a lithium source, a transition metal source, and a silicon source. For example, a solution such as lithium naphthenate as the lithium source, iron octylate as the transition metal source, and octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS) as the silicon source is used. When the raw material is solid, it is supplied as a powder, dispersed in a liquid, or dissolved in a solvent to form a solution, which is supplied to a flame through a vaporizer. In the case where the raw material is a solution, in addition to passing through a vaporizer, vaporization can be performed by increasing the vapor pressure by heating or pressure reduction and bubbling before the supply nozzle.

リチウム源としては、塩化リチウム、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、臭化リチウム、リン酸リチウム、硫酸リチウムなどのリチウム無機酸塩、シュウ酸リチウム、酢酸リチウム、ナフテン酸リチウムなどのリチウム有機酸塩、リチウムエトキシドなどのリチウムアルコキシド、リチウムのβ―ジケトナト化合物などの有機リチウム化合物、酸化リチウム、過酸化リチウム、などを用いることができる。なお、ナフテン酸とは、主に石油中の複数の酸性物質が混合した異なるカルボン酸の混合物で、主成分はシクロペンタンとシクロヘキサンのカルボン酸化合物である。   Examples of lithium sources include lithium inorganic acid salts such as lithium chloride, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium bromide, lithium phosphate, and lithium sulfate, and lithium organic acids such as lithium oxalate, lithium acetate, and lithium naphthenate. A salt, a lithium alkoxide such as lithium ethoxide, an organic lithium compound such as a β-diketonate compound of lithium, lithium oxide, lithium peroxide, or the like can be used. Naphthenic acid is a mixture of different carboxylic acids mainly mixed with a plurality of acidic substances in petroleum, and the main component is a carboxylic acid compound of cyclopentane and cyclohexane.

遷移金属源としては、塩化第二鉄、塩化マンガン、四塩化チタン、塩化バナジウムなどの各種遷移金属の塩化物、シュウ酸鉄、シュウ酸マンガンなど遷移金属のシュウ酸塩、酢酸マンガンなどの遷移金属の酢酸塩、硫酸第一鉄や硫酸マンガンなどの遷移金属の硫酸塩、硝酸マンガンなどの遷移金属の硝酸塩、オキシ水酸化マンガンや水酸化ニッケルなど遷移金属の水酸化物、2−エチルヘキサン酸第二鉄、2−エチルヘキサン酸第二マンガンなどの遷移金属のエチルヘキサン酸塩(オクチル酸塩とも呼ばれる)、テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート、ナフテン酸鉄、ナフテン酸マンガン、ナフテン酸クロム、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸ジルコニウム、ナフテン酸コバルトなどのナフテン酸遷移金属塩、ヘキソエートマンガンなどのヘキソエートの遷移金属塩、遷移金属のシクロペンタジエニル化合物、チタンテトライソプロポキシド(TTIP)、チタンアルコキシドなどの遷移金属アルコキシド等を用いることができる。さらに、ステアリン酸、ジメチルジチオカルバミン酸、アセチルアセトネート、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などの遷移金属の有機金属塩、酸化鉄や酸化マンガンほか各種遷移金属の酸化物なども条件により使用される。
後述のように、2種以上の遷移金属をリチウム遷移金属シリケート化合物に用いる場合は、2種以上の遷移金属の原料を火炎中に供給するようにする。
Transition metal sources include chlorides of various transition metals such as ferric chloride, manganese chloride, titanium tetrachloride, and vanadium chloride, transition metal oxalates such as iron oxalate and manganese oxalate, and transition metals such as manganese acetate. Acetate, transition metal sulfate such as ferrous sulfate and manganese sulfate, transition metal nitrate such as manganese nitrate, transition metal hydroxide such as manganese oxyhydroxide and nickel hydroxide, 2-ethylhexanoic acid Transition metal ethyl hexanoate (also called octylate), tetra (2-ethylhexyl) titanate, iron naphthenate, manganese naphthenate, chromium naphthenate, naphthenic acid Naphthenic acid transition metal salts such as zinc, zirconium naphthenate and cobalt naphthenate, and heptate such as manganese Transition metal salts of Soeto, cyclopentadienyl compounds of a transition metal, titanium tetraisopropoxide (TTIP), can be used a transition metal alkoxide such as titanium alkoxide. Further, organic metal salts of transition metals such as stearic acid, dimethyldithiocarbamic acid, acetylacetonate, oleic acid, linoleic acid, and linolenic acid, and oxides of various transition metals such as iron oxide and manganese oxide are also used depending on conditions.
As will be described later, when two or more transition metals are used in the lithium transition metal silicate compound, two or more transition metal raw materials are supplied into the flame.

シリコン源としては、四塩化ケイ素、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、二酸化ケイ素や一酸化ケイ素またはこれら酸化ケイ素の水和物、オルトケイ酸やメタケイ酸、メタ二ケイ酸等の縮合ケイ酸、テトラエチルオルトシリケート(テトラエトキシシラン、TEOS)、テトラメチルオルトシリケート(テトラメトキシシラン、TMOS)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)、メチルトリエトキシシラン(MTES)、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)、テトラメチルジシロキサン(TMDSO)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルトリシロキサン(OMTSO)、テトラ−n−ブトキシシラン、等々を用いることができる。   Silicon sources include silicon tetrachloride, octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), silicon dioxide, silicon monoxide or hydrates of these silicon oxides, condensed silicic acid such as orthosilicic acid, metasilicic acid, metadisilicic acid, tetraethyl Orthosilicate (tetraethoxysilane, TEOS), tetramethylorthosilicate (tetramethoxysilane, TMOS), methyltrimethoxysilane (MTMS), methyltriethoxysilane (MTES), hexamethyldisiloxane (HMDSO), tetramethyldisiloxane (TMDSO), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), octamethyltrisiloxane (OMTSO), tetra-n-butoxysilane, and the like can be used.

また、リチウム遷移金属シリケート化合物のシリケートの一部を他のアニオンにより置換する場合は、アニオン源として、遷移金属の酸化物、リン酸の原料、ホウ酸の原料を加える
例えば、酸化チタン、亜チタン酸鉄や亜チタン酸マンガンなどの亜チタン酸金属塩、チタン酸亜鉛やチタン酸マグネシウム、チタン酸バリウムなどのチタン酸塩、酸化バナジウム、メタバナジン酸アンモニウム、酸化クロム、クロム酸塩や二クロム酸塩、酸化マンガン、過マンガン酸塩やマンガン酸塩、コバルト酸塩、酸化ジルコニウム、ジルコン酸塩、酸化モリブデン、モリブデン酸塩、酸化タングステン、タングステン酸塩、オルトリン酸やメタリン酸などのリン酸、ピロリン酸、リン酸水素2アンモニウムやリン酸2水素アンモニウムなどのリン酸水素アンモニウム塩、リン酸アンモニウム、リン酸ナトリウムなどの各種リン酸塩またはピロリン酸塩、およびリン酸第一鉄など導入遷移金属のリン酸塩、ホウ酸や三酸化二ホウ素、メタホウ酸ナトリウムや四ホウ酸ナトリウム、ホウ砂などの各種ホウ酸塩を、それぞれ所望のアニオン源と合成条件に応じて用いることができる。
When a part of the silicate of the lithium transition metal silicate compound is replaced with another anion, an oxide of transition metal, a raw material of phosphoric acid, a raw material of boric acid is added as an anion source. For example, titanium oxide, subtitanium Metal titanates such as iron oxide and manganese titanate, titanates such as zinc titanate, magnesium titanate and barium titanate, vanadium oxide, ammonium metavanadate, chromium oxide, chromate and dichromate , Manganese oxide, permanganate and manganate, cobaltate, zirconium oxide, zirconate, molybdenum oxide, molybdate, tungsten oxide, tungstate, phosphoric acid such as orthophosphoric acid and metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid , Hydrogen phosphates such as diammonium hydrogen phosphate and ammonium dihydrogen phosphate Various phosphates or pyrophosphates such as ammonium salts, ammonium phosphates and sodium phosphates, phosphates of introduced transition metals such as ferrous phosphate, boric acid and diboron trioxide, sodium metaborate and tetraborates Various borates such as sodium acid and borax can be used depending on the desired anion source and synthesis conditions.

これらの原料を同一反応系に火炎原料と共に供給して微粒子混合物を合成する。生成した微粒子混合物は、排気中からフィルタで回収することができる。また、以下のように芯棒の周囲に生成させることもできる。反応器の中にシリカやシリコン系の芯棒(種棒とも呼ばれる)を設置し、これに吹き付けている酸水素火炎中やプロパン火炎中に火炎原料と共にリチウム源、遷移金属源、シリコン源を供給し、加水分解または酸化反応させると、芯棒表面に主にナノオーダーの微粒子が生成付着する。これらの生成微粒子を回収し、場合によってはフィルタやふるいに掛けて、不純物や凝集粗大分を除く。このようにして得られた微粒子混合物は、ナノスケールの極微小な粒径を持ち、主として非晶質である微粒子からなる。   These raw materials are supplied to the same reaction system together with the flame raw material to synthesize a fine particle mixture. The produced particulate mixture can be recovered from the exhaust gas with a filter. It can also be generated around the core rod as follows. A silica or silicon-based core rod (also called a seed rod) is installed in the reactor, and a lithium source, transition metal source, and silicon source are supplied together with the flame raw material into the oxyhydrogen flame or propane flame that is blown onto the core rod. When hydrolyzed or oxidized, nano-order fine particles are mainly generated and attached to the surface of the core rod. These generated fine particles are collected and, if necessary, filtered or sieved to remove impurities and coarse aggregates. The fine particle mixture thus obtained is composed of fine particles mainly having an amorphous nano-scale particle size and amorphous.

本発明に係る微粒子混合物の製造方法である噴霧燃焼法では、製造できる微粒子混合物は、非晶質であり、粒子の大きさも小さい。さらに、噴霧燃焼法では、従来の水熱合成法や固相反応法に比べて、短時間で大量の合成が可能であり、低コストで均質な微粒子混合物を得ることができる。   In the spray combustion method, which is a method for producing a fine particle mixture according to the present invention, the fine particle mixture that can be produced is amorphous and has a small particle size. Furthermore, in the spray combustion method, a large amount of synthesis is possible in a short time as compared with the conventional hydrothermal synthesis method and solid phase reaction method, and a homogeneous fine particle mixture can be obtained at low cost.

(噴霧燃焼法による微粒子混合物の特徴)
微粒子混合物は、主にリチウム、遷移金属、シリコンの酸化物や、リチウム遷移金属シリケートの非晶質な微粒子からなるが、遷移金属の結晶性酸化物も混合生成している場合が多い。さらに、一部にはリチウム遷移金属シリケート系化合物の結晶成分も含まれる。
(Characteristics of fine particle mixture by spray combustion method)
The fine particle mixture is mainly composed of amorphous fine particles of lithium, transition metal, silicon oxide, or lithium transition metal silicate, but in many cases, a crystalline oxide of transition metal is also mixed. Furthermore, a part of the crystalline component of the lithium transition metal silicate compound is also included.

これら微粒子混合物を2θ=10〜60°の範囲の粉末法X線回折を測定すると、回折ピークが小さく幅の広い回折角を示す。これらは結晶子の小さい微粒子、または小さな単結晶の集まった多結晶微粒子、並びにこれら微粒子の周囲に非晶質成分が存在する微結晶形態である、それぞれのリチウム遷移金属シリケート系化合物結晶面に由来する回折を示すと思われる。なお、ピークの位置は、結晶のゆがみや測定誤差の影響で、±0.1°〜±0.2°程度シフトする可能性がある。   When these fine particle mixtures are measured by powder method X-ray diffraction in the range of 2θ = 10 to 60 °, the diffraction peak is small and the diffraction angle is wide. These are derived from the crystal planes of each lithium transition metal silicate compound, which are microcrystals with small crystallites, or polycrystalline microparticles with small single crystals, and microcrystalline forms with amorphous components around these microparticles. It seems to show diffraction. Note that the peak position may be shifted by about ± 0.1 ° to ± 0.2 ° due to crystal distortion and measurement error.

得られた微粒子混合物に含まれるリチウム遷移金属シリケート微粒子は、LiMSiOで表されるリチウム遷移金属シリケート系化合物を含む。Mは、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Ni、Co、Cu、Zn、Zr、Mo、Wからなる群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属である。また、本願の噴霧燃焼法では、火炎中で炭素は燃焼するので、得られた微粒子混合物には、炭素が含まれない。仮に炭素成分が混入したとしても、ごく微量であり、正極に使用する際の導電助剤となるほどの量ではない。 The lithium transition metal silicate fine particles contained in the obtained fine particle mixture contain a lithium transition metal silicate compound represented by Li 2 MSiO 4 . M is at least one transition metal selected from the group consisting of Fe, Mn, Ti, Cr, V, Ni, Co, Cu, Zn, Zr, Mo, and W. Further, in the spray combustion method of the present application, carbon burns in the flame, so the obtained fine particle mixture does not contain carbon. Even if a carbon component is mixed, the amount is very small and is not so large as to be a conductive aid when used for the positive electrode.

(噴霧熱分解法による微粒子混合物の製造方法)
また、活物質の前駆体である微粒子混合物は、噴霧熱分解法により製造することもできる。噴霧熱分解法とは、リチウム源、遷移金属源、シリコン源を含む混合溶液を、霧状の液滴にし、500〜900℃程度まで加熱した反応容器内を流通させ、加熱により熱分解を進行させて微粒子混合物を得る方法である。反応容器での加熱は、電気炉を用いても良いし、火炎炉を用いてもよい。
(Production method of fine particle mixture by spray pyrolysis)
The fine particle mixture which is a precursor of the active material can also be produced by a spray pyrolysis method. The spray pyrolysis method is a mixture solution containing a lithium source, a transition metal source, and a silicon source in the form of mist droplets that are circulated in a reaction vessel heated to about 500 to 900 ° C. And a fine particle mixture is obtained. For heating in the reaction vessel, an electric furnace or a flame furnace may be used.

前述の噴霧燃焼法とは、使用できるリチウム源、遷移金属源、シリコン源の種類や、霧状の液滴を形成する点が同じである。しかし、噴霧燃焼法では、火炎中にて2000℃前後で反応が進むが、噴霧熱分解法では、反応容器内で、より低温で反応が進む点が異なる。また、霧状の液滴のキャリアガスが、噴霧熱分解法では空気や不活性ガスであるのに対して、噴霧燃焼法では可燃性ガスと支燃性ガスを含む点が異なる。また、噴霧熱分解法は、反応容器内を流通させるため、噴霧燃焼法に比べて反応時間が長い点が異なる。   The spray combustion method described above is the same as the types of usable lithium source, transition metal source, and silicon source, and the formation of mist-like droplets. However, in the spray combustion method, the reaction proceeds at about 2000 ° C. in the flame, but in the spray pyrolysis method, the reaction proceeds at a lower temperature in the reaction vessel. Further, the carrier gas of the mist-like droplets is air or an inert gas in the spray pyrolysis method, whereas the spray combustion method includes a combustible gas and a combustion-supporting gas. The spray pyrolysis method is different in that the reaction time is longer than that of the spray combustion method because the spray pyrolysis method is circulated in the reaction vessel.

噴霧熱分解法においても、噴霧燃焼法と同様に、活物質の前駆体である、主にリチウム、遷移金属、シリコンの酸化物や、リチウム遷移金属シリケートの非晶質な微粒子からなる微粒子混合物が得られる。   In the spray pyrolysis method, as in the spray combustion method, a mixture of fine particles mainly composed of amorphous fine particles of lithium, transition metal, silicon oxide and lithium transition metal silicate, which are precursors of the active material, is used. can get.

(水熱合成法、固相反応法による微粒子混合物の製造方法)
また、微粒子混合物は、水熱合成法、固相反応法により製造することもできる。水熱合成法とは、原料溶液を密閉容器内に入れ、高温高圧の水の存在下で化合物を合成する方法であり、固相反応法とは、粉末原料を混合した後、熱処理を行って固相から直接的に化合物を合成する方法である。なお、本発明において、固相反応法により製造された微粒子混合物とは、リチウム源、遷移金属源、シリコン源の単なる混合物でなく、熱処理を行い、固相反応を進めた後の化合物の粉末を意味する。
(Production method of fine particle mixture by hydrothermal synthesis method and solid phase reaction method)
The fine particle mixture can also be produced by a hydrothermal synthesis method or a solid phase reaction method. The hydrothermal synthesis method is a method in which a raw material solution is placed in a sealed container and a compound is synthesized in the presence of high-temperature and high-pressure water. The solid-phase reaction method is a method in which powder raw materials are mixed and then heat-treated. In this method, a compound is synthesized directly from a solid phase. In the present invention, the fine particle mixture produced by the solid phase reaction method is not a simple mixture of a lithium source, a transition metal source, and a silicon source, but a compound powder that has been subjected to heat treatment and proceeded with the solid phase reaction. means.

(正極活物質材料の製造)
微粒子混合物を熱処理することにより、微粒子混合物に含まれる非晶質な化合物や酸化物形態の混合物が、熱処理により主にリチウム遷移金属シリケート系の結晶形態の化合物に変化し、リチウム遷移金属シリケート系正極活物質材料が得られる。
(Manufacture of positive electrode active material)
By heat-treating the fine particle mixture, the amorphous compound or oxide-type mixture contained in the fine particle mixture is changed into a lithium transition metal silicate-based compound mainly by the heat treatment, and the lithium transition metal silicate positive electrode An active material is obtained.

まず、熱処理後の生成物の導電性を高めるために、微粒子混合物に、ポリビニルアルコールなどの多価アルコールやショ糖などの糖類、カーボンブラックなどの炭素源を添加し、混合する。この際、多価アルコールの一種であるポリビニルアルコールは、炭素源としての役割と同時に、後述する圧粉工程における成型のバインダーとしての役割も果たすうえ、焼成中に鉄成分を還元できるので、特に好ましい。   First, in order to increase the conductivity of the product after the heat treatment, a polyhydric alcohol such as polyvinyl alcohol, a saccharide such as sucrose, and a carbon source such as carbon black are added to and mixed with the fine particle mixture. In this case, polyvinyl alcohol, which is a kind of polyhydric alcohol, is particularly preferable because it plays a role as a carbon source and also serves as a binder for molding in a compacting process described later, and can reduce an iron component during firing. .

その後、炭素源を混合した後の微粒子混合物を金型に充填し、加圧して、圧粉体を作製する。この金型は、圧粉体の形成に用いられる通常の金型を使用でき、例えば、タブレット型やペレット型の圧粉体を成型できる金型を用いる。また、圧粉体を形成する際の加圧条件は、1〜10MPaの押圧力で、5〜120秒の間加圧することが好ましい。   Thereafter, the fine particle mixture after mixing the carbon source is filled in a mold and pressed to produce a green compact. As this mold, a normal mold used for forming a green compact can be used. For example, a mold capable of molding a green compact of a tablet type or a pellet type is used. Moreover, it is preferable that the pressurization conditions at the time of forming a green compact are pressurization for 5 to 120 seconds with a pressing force of 1 to 10 MPa.

その後、微粒子混合物と炭素源の圧粉体を、不活性ガス充填雰囲気で焼成を行う。不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ネオンガス、ヘリウムガス、二酸化炭素ガスなどを使用することができる。焼成条件は温度300〜900℃と処理時間0.5〜10時間の組み合わせで適宜所望の結晶性と粒径の焼成物を得ることができる。高温や長時間の熱処理による過大な熱負荷は粗大な単結晶を生成させ得るので回避すべきであり、所望の結晶性または微結晶性のリチウム遷移金属シリケート化合物が得られる程度の加熱条件で、結晶子の大きさを極力小さく抑制できる熱処理条件が望ましい。   Thereafter, the fine particle mixture and the green compact of the carbon source are fired in an atmosphere filled with an inert gas. Nitrogen gas, argon gas, neon gas, helium gas, carbon dioxide gas, etc. can be used as the inert gas. Firing products having desired crystallinity and particle size can be appropriately obtained by combining the firing conditions of a temperature of 300 to 900 ° C. and a treatment time of 0.5 to 10 hours. Excessive heat load due to high temperature or long-time heat treatment can generate a coarse single crystal and should be avoided. Under heating conditions to obtain a desired crystalline or microcrystalline lithium transition metal silicate compound, Heat treatment conditions that can suppress the crystallite size as small as possible are desirable.

その後、焼成後の圧粉体を、乳鉢やボールミルほか粉砕手段に掛けることにより、微粒子とすることができ、Liイオンのインターカレーションホスト足り得る本発明の正極活物質材料が得られる。   Thereafter, the fired green compact is applied to a mortar, ball mill, or other pulverizing means to obtain fine particles, and the positive electrode active material of the present invention that can suffice with a Li ion intercalation host is obtained.

(本発明にかかる正極活物質材料の特徴)
本発明に係る正極活物質材料は、圧粉体の状態で焼成工程を行うため、遷移金属元素の酸化を抑制できる。そのため、本発明では目的とした組成の正極活物質材料を得ることができ、本発明に係る正極活物質材料を用いた非水電解質2次電池は、初回充放電時に、3価のリチウム遷移金属シリケートとリチウムイオンが反応する副反応が起きにくいため、初回充電容量と初回放電容量が近くなる。
(Characteristics of positive electrode active material according to the present invention)
Since the positive electrode active material according to the present invention performs the firing step in a green compact state, the oxidation of the transition metal element can be suppressed. Therefore, a positive electrode active material having a target composition can be obtained in the present invention, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material according to the present invention is a trivalent lithium transition metal during the first charge / discharge. Since the side reaction in which the silicate reacts with lithium ions hardly occurs, the initial charge capacity and the initial discharge capacity are close.

本発明にかかる正極活物質材料は、従来の正極活物質材料より、酸化された正極活物質材料が少ないことから、非水電解質2次電池に用いた際に、容量が大きくなる。   Since the positive electrode active material according to the present invention has less oxidized positive electrode active material than the conventional positive electrode active material, the capacity increases when used in a non-aqueous electrolyte secondary battery.

また、酸化された正極活物質材料は、合成直後はリチウムがなかったサイトに、初回放電時にリチウムイオンが挿入されるため、構造が壊れやすい。本発明にかかる正極活物質材料は、従来の正極活物質材料より、酸化された正極活物質材料が少ないことから、非水電解質2次電池に用いた際に、サイクル寿命が長くなる。   Further, the structure of the oxidized positive electrode active material is fragile because lithium ions are inserted at the first discharge into a site where there is no lithium immediately after synthesis. Since the positive electrode active material according to the present invention has less oxidized positive electrode active material than the conventional positive electrode active material, the cycle life becomes longer when used in a non-aqueous electrolyte secondary battery.

本発明における酸化の抑制は、圧粉体にすることで、焼成中及び焼成前後において、実効的な表面積が小さく、それぞれの微粒子が大気と接触する表面積を少なくすることができ、酸化を抑えることができると考えられる。   By suppressing the oxidation in the present invention, by making a green compact, the effective surface area is small during firing and before and after firing, and the surface area where each fine particle comes into contact with the atmosphere can be reduced, thereby suppressing oxidation. It is thought that you can.

本発明の正極活物質材料に含まれる結晶化リチウム遷移金属シリケート系化合物の大部分は微細結晶であるが、一部には非晶質成分を含む「微結晶」状態も存在する。例えば、結晶子が複数集まって構成される微粒子が非晶質成分で覆われている状態、或いは非晶質成分マトリクス中に微細な結晶が存在する状態、また微粒子周囲と微粒子間に非晶質成分が存在する状態をいう。   Most of the crystallized lithium transition metal silicate compounds contained in the positive electrode active material of the present invention are fine crystals, but there are also “microcrystalline” states containing an amorphous component in part. For example, a state in which fine particles composed of a plurality of crystallites are covered with an amorphous component, or a state in which fine crystals are present in an amorphous component matrix, or an amorphous state between and around the fine particles The state in which a component exists.

また、本発明に係る正極活物質材料を、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により粒径を測定して粒度分布を求めると、10〜200nmの範囲に存在し、平均値が25〜100nmに存在する。これらの粒子は、結晶子が複数集まって構成される。また、粒度分布は、10〜150nmの範囲に存在し、平均値が25〜80nmに存在することがより好ましい。なお、粒度分布が10〜200nmの範囲に存在するとは、得られた粒度分布が10〜200nmの全範囲にわたる必要はなく、得られた粒度分布の下限が10nm以上であり、上限が200nm以下であることを意味する。つまり、得られた粒度分布が10〜100nmであってもよいし、50〜150nmであってもよい。
本発明に係る正極活物質材料は、粒子の大きさが小さいので、Liイオンまたは電子の、単結晶や多結晶粒子中の導電パスが短く、イオン導電性と電子伝導性が優れるので、充放電反応の障壁を低下させることができる。
Further, when the particle size distribution of the positive electrode active material according to the present invention is measured by observation with a transmission electron microscope (TEM) and the particle size distribution is obtained, it is in the range of 10 to 200 nm and the average value is in the range of 25 to 100 nm. To do. These particles are composed of a plurality of crystallites. The particle size distribution is more preferably in the range of 10 to 150 nm, and the average value is more preferably in the range of 25 to 80 nm. It should be noted that the presence of the particle size distribution in the range of 10 to 200 nm does not require the obtained particle size distribution to cover the entire range of 10 to 200 nm, the lower limit of the obtained particle size distribution is 10 nm or more, and the upper limit is 200 nm or less. It means that there is. That is, the obtained particle size distribution may be 10 to 100 nm or 50 to 150 nm.
Since the positive electrode active material according to the present invention has a small particle size, the conductive path of Li ions or electrons in single crystals or polycrystalline particles is short, and ionic conductivity and electronic conductivity are excellent. The reaction barrier can be lowered.

本発明に係る正極活物質材料は、略球形を示す。部分的には角ばった箇所も認められるものの、全体としては概略球形状を示す。   The positive electrode active material according to the present invention has a substantially spherical shape. Although a partially rounded portion is also recognized, the whole has a substantially spherical shape.

本発明にかかる正極活物質において、リチウム遷移金属シリケート微粒子が、少なくとも一部にカーボンコートされるか、少なくとも一部にカーボンが担持されていることが好ましい。カーボンコートとは、粒子の表面を炭素で被覆することであり、カーボン担持とは、粒子内に炭素を含有させることである。カーボンコートやカーボン担持により、材料としての導電率が上昇し、リチウム遷移金属シリケート微粒子への導電パスが得られ、正極に用いる際の電極特性が向上する。   In the positive electrode active material according to the present invention, it is preferable that the lithium transition metal silicate fine particles are at least partially coated with carbon or at least partially supported with carbon. The carbon coat is to coat the surface of particles with carbon, and the carbon support is to contain carbon in the particles. The carbon coating or carbon support increases the electrical conductivity of the material, provides a conductive path to the lithium transition metal silicate fine particles, and improves the electrode characteristics when used for the positive electrode.

得られた正極活物質材料は、用いる遷移金属とその種類によって、充放電の容量等の特性が変わってくる。例えば、遷移金属源としてFe原料を用いると低コストで合成も容易であるが、Fe1種類だけでは容量は従来レベルに止まる。Mn原料の場合も低コストで合成も容易であるが、リチウムマンガンシリケートはLiのインターカレートとデインターカレートにより結晶構造が崩壊し易い欠点があり、充放電サイクル寿命が短い傾向にある。そこで、FeとMnの2原料を用いたリチウム鉄マンガンシリケート(LiFe1−xMnSiO)のように遷移金属を2元素用いると、前記の低容量と結晶構造崩壊の問題は解決する。他方、Feは結晶構造の安定化に寄与する。Fe、Mn以外のTi、Cr、V、Ni、Co、Cu、Zn、Al、Ge、Zr、Mo、W、についても同様のことが云える。 The characteristics of the obtained positive electrode active material vary depending on the transition metal used and its type, such as charge / discharge capacity. For example, when an Fe raw material is used as a transition metal source, synthesis is easy at a low cost, but the capacity is limited to the conventional level with only one kind of Fe. In the case of a Mn raw material, the synthesis is easy at a low cost, but lithium manganese silicate has a defect that its crystal structure tends to collapse due to Li intercalation and deintercalation, and tends to have a short charge / discharge cycle life. Therefore, the use two elements of transition metals like lithium iron manganese silicate using two raw materials of Fe and Mn (Li 2 Fe 1-x Mn x SiO 4), wherein the low volume and the crystal structure collapse problem solving To do. On the other hand, Fe contributes to stabilization of the crystal structure. The same can be said for Ti, Cr, V, Ni, Co, Cu, Zn, Al, Ge, Zr, Mo, and W other than Fe and Mn.

他方、アニオンまたはポリアニオンの(SiOシリケートも同様であり、(SiOの一部を他のアニオンにより置換させることもできる。例えば、前記の遷移金属の酸であり、チタン酸(TiO)やクロム酸(CrO)、バナジン酸(VO、V)、ジルコン酸(ZrO)、モリブデン酸(MoO、Mo24)、タングステン酸(WO)、等々であり、またはリン酸(PO)やホウ酸(BO)による置換である。ポリケイ酸イオンの一部をこれらのアニオン種により置換することにより、Liイオンの脱離と復帰の繰り返しによる結晶構造変化の抑制と安定化に寄与し、サイクル寿命を向上させる。また、これらのアニオン種は、高温においても酸素を放出し難いので、発火につながることもなく安全に用いることができる。 On the other hand, (SiO 4 ) n silicate of an anion or polyanion is the same, and a part of (SiO 4 ) n can be substituted with another anion. For example, the transition metal acid is titanic acid (TiO 4 ), chromic acid (CrO 4 ), vanadic acid (VO 4 , V 2 O 7 ), zirconic acid (ZrO 4 ), molybdic acid (MoO 4 , Mo 7 O 24 ), tungstic acid (WO 4 ), etc., or substitution with phosphoric acid (PO 4 ) or boric acid (BO 3 ). By substituting a part of the polysilicate ion with these anion species, it contributes to the suppression and stabilization of the crystal structure change due to repeated desorption and recovery of Li ions, and the cycle life is improved. In addition, these anionic species are less likely to release oxygen even at high temperatures, and can be used safely without causing ignition.

(非水電解質2次電池用正極の製造方法)
微粒子混合物を熱処理した圧粉体を粉砕することにより得られた、正極活物質材料を用いて正極電極を形成するには、カーボンをコーティングしたり担持したりした正極活物質材料の粉末に、必要に応じてさらにカーボンブラック(特にアセチレンブラック)などの導電材料を加えると共に、ポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデン、ポリイミドなどの結着剤、またはブタジエンゴムなどの分散剤、またはカルボキシメチルセルロースほかセルロース誘導体などの増粘剤を加えた混合物を、水系溶媒か有機溶媒マトリクス中に加えてスラリーとしたものを、アルミニウムを95重量%以上含むアルミニウム合金箔などの集電体上に、片面ないしは両面に塗布し、焼成して溶媒を揮発乾固する。これにより、本発明の正極が得られる。
(Method for producing positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery)
In order to form a positive electrode using a positive electrode active material obtained by pulverizing a green compact obtained by heat treatment of a fine particle mixture, it is necessary to form a positive electrode active material material coated or supported with carbon. Depending on the case, conductive materials such as carbon black (especially acetylene black) are added, and binders such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride and polyimide, or dispersants such as butadiene rubber, or carboxymethylcellulose and cellulose derivatives, etc. A mixture of the above thickener added in an aqueous solvent or organic solvent matrix and applied as a slurry is coated on one or both sides of a current collector such as an aluminum alloy foil containing 95% by weight or more of aluminum. Calcinate and evaporate the solvent. Thereby, the positive electrode of the present invention is obtained.

この際に、スラリーの塗布性や集電体と活物質材料との密着性、集電性を上げるために、前記正極活物質材料とカーボン源等を用いてスプレードライ法により造粒して焼成した2次粒子を、前記の活物質材料に替えてスラリー中に含有させて用いることができる。造粒した2次粒子の塊は概略0.5〜20μm程度の大きな塊になるが、これによりスラリー塗布性が飛躍的に向上して、電池電極の特性と寿命もさらに良好となる。スプレードライ法に用いるスラリーは水系溶媒または非水系溶媒のいずれも用いることができる。   At this time, in order to improve the coating property of the slurry, the adhesion between the current collector and the active material, and the current collection, granulation is performed by a spray dry method using the positive electrode active material and a carbon source, and firing. The secondary particles thus obtained can be used in the form of a slurry instead of the active material. The agglomerated secondary particles become large agglomerates of about 0.5 to 20 μm, but this greatly improves the slurry coatability and further improves the characteristics and life of the battery electrode. As the slurry used for the spray drying method, either an aqueous solvent or a non-aqueous solvent can be used.

さらに、前記正極活物質材料を含むスラリーをアルミニウム合金箔等の集電体上に塗工形成した正極において、活物質層形成面の集電体表面粗さとして日本工業規格(JIS B 0601−1994)に規定される十点平均粗さRzが0.5μm以上であることが望ましい。形成した活物質層と集電体との密着性に優れ、Liイオンの挿入脱離に伴う電子伝導性および集電体までの集電性が増し、充放電のサイクル寿命が向上する。   Furthermore, in a positive electrode in which a slurry containing the positive electrode active material is applied and formed on a current collector such as an aluminum alloy foil, the current collector surface roughness of the active material layer forming surface is Japanese Industrial Standard (JIS B 0601-1994). It is desirable that the ten-point average roughness Rz defined in (1) is 0.5 μm or more. The adhesiveness between the formed active material layer and the current collector is excellent, the electron conductivity accompanying the insertion and release of Li ions and the current collecting power to the current collector are increased, and the cycle life of charge / discharge is improved.

また、前記の集電体と集電体上形成した活物質層の界面において、集電体の主成分が少なくとも活物質層へ拡散した混成状態を示すと、集電体と活物質材料との界面接合性が向上し、充放電サイクルにおける体積や結晶構造の変化に対して耐性が増すので、サイクル寿命が向上する。前記の集電体表面粗さ条件も満たす場合さらに良好である。溶媒を揮発させ得る充分な焼成条件によれば、集電体成分が活物質層に拡散するなど相互成分を有する界面状態となり密着性に優れ、充放電を重ねてもLiイオンの出入りによる体積変化にも耐え、サイクル寿命が向上する。   Further, at the interface between the current collector and the active material layer formed on the current collector, when a mixed state in which the main component of the current collector diffuses at least into the active material layer is shown, the current collector and the active material The interfacial bondability is improved and resistance to changes in volume and crystal structure in the charge / discharge cycle is increased, so that the cycle life is improved. It is even better when the current collector surface roughness condition is also satisfied. According to sufficient firing conditions that can volatilize the solvent, the current collector component diffuses into the active material layer, resulting in an interfacial state having mutual components, excellent adhesion, and volume change due to the entry and exit of Li ions even after repeated charge and discharge Withstands and improves cycle life.

(非水電解質2次電池)
本発明の正極を用いた高容量な2次電池を得るには、従来公知の負極活物質材料を用いた負極や電解液、セパレータ、電池ケース等の各種材料を、特に制限なく使用することができる。本発明の非水電解質2次電池は、前述したような正極と負極との間にセパレータを配置して、電池構造体を形成している。このような電池構造体を巻くか、または折って円筒形や角形の電池ケースに入れた後、電解液を注入して、リチウムイオン2次電池が完成する。
(Nonaqueous electrolyte secondary battery)
In order to obtain a high-capacity secondary battery using the positive electrode of the present invention, various materials such as a negative electrode, an electrolytic solution, a separator, and a battery case using a conventionally known negative electrode active material can be used without particular limitation. it can. In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode as described above to form a battery structure. After winding or folding such a battery structure into a cylindrical or rectangular battery case, an electrolyte is injected to complete a lithium ion secondary battery.

具体的には、図2に示したように、本発明の非水電解質2次電池11は、正極13、負極15を、セパレータ17を介して、セパレータ−負極−セパレータ−正極の順に積層配置し、正極13が内側になるように巻回して極板群を構成し、これを電池缶21内に挿入する。そして正極13は正極リード23を介して正極端子27に、負極15は負極リード25を介して電池缶21にそれぞれ接続し、非水電解質2次電池11内部で生じた化学エネルギーを電気エネルギーとして外部に取り出し得るようにする。次いで、電池缶21内に非水系電解質19を充填した後、電池缶21の上端(開口部)に、円形蓋板とその上部の正極端子27からなり、その内部に安全弁機構を内蔵した封口体29を、環状の絶縁ガスケットを介して取り付けて、本発明の非水電解質2次電池11を製造することができる。   Specifically, as shown in FIG. 2, the nonaqueous electrolyte secondary battery 11 of the present invention includes a positive electrode 13 and a negative electrode 15 that are stacked in the order of separator-negative electrode-separator-positive electrode via a separator 17. Then, the positive electrode 13 is wound so as to be on the inner side to constitute an electrode plate group, which is inserted into the battery can 21. The positive electrode 13 is connected to the positive electrode terminal 27 via the positive electrode lead 23, and the negative electrode 15 is connected to the battery can 21 via the negative electrode lead 25, and the chemical energy generated inside the nonaqueous electrolyte secondary battery 11 is externally used as electric energy. To be able to take out. Next, after filling the battery can 21 with the non-aqueous electrolyte 19, the upper end (opening portion) of the battery can 21 is composed of a circular lid plate and a positive electrode terminal 27 on the upper portion thereof, and a sealing body incorporating a safety valve mechanism therein. 29 can be attached via an annular insulating gasket to produce the nonaqueous electrolyte secondary battery 11 of the present invention.

本発明に係る正極を用いた2次電池は、容量が高く、良好な電極特性が得られるが、2次電池を構成する非水溶媒を用いる電解液に、フッ素を含有する非水溶媒を用いるか、または添加すると、充放電による繰り返しを経ても容量が低下し難く長寿命となる。例えば、特にはシリコン系の高容量な負極活物質材料を含む負極を用いる場合には、Liイオンのドープ・脱ドープによる大きな膨張収縮を抑制するために、電解液にフッ素を含有するか、フッ素を置換基として有する非水溶媒を含む電解液を用いることが望ましい。フッ素含有溶媒は充電時、特に初めての充電処理の際のLiイオンとの合金化によるシリコン系皮膜の体積膨張を緩和するので、充放電による容量低下を抑制することができる。フッ素含有非水溶媒にはフッ素化エチレンカーボネートやフッ素化鎖状カーボネートなどを用いることができる。フッ素化エチレンカーボネートにはモノ−テトラ−フルオロエチレンカーボネート(4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、FEC)が、フッ素化鎖状カーボネートにはメチル2,2,2−トリフルオロエチルカーボネート、エチル2,2,2−トリフルオロエチルカーボネートなどがあり、これらを単一または複数併用して電解液に添加して用いることができる。フッ素基はシリコンと結合し易く強固でもあるので、Liイオンとの充電合金化による膨張の際にも皮膜を安定化させ膨張の抑制に寄与することができるとみられる。   Although the secondary battery using the positive electrode according to the present invention has a high capacity and good electrode characteristics, a non-aqueous solvent containing fluorine is used for the electrolytic solution using the non-aqueous solvent constituting the secondary battery. If added or added, the capacity is unlikely to decrease even after repeated charging and discharging, resulting in a long life. For example, in particular, when using a negative electrode containing a silicon-based high-capacity negative electrode active material, in order to suppress large expansion and contraction due to Li ion doping / dedoping, the electrolyte contains fluorine, or fluorine It is desirable to use an electrolytic solution containing a nonaqueous solvent having as a substituent. Since the fluorine-containing solvent relaxes the volume expansion of the silicon-based film due to alloying with Li ions during charging, particularly during the first charging process, it is possible to suppress a decrease in capacity due to charging and discharging. As the fluorine-containing non-aqueous solvent, fluorinated ethylene carbonate, fluorinated chain carbonate, or the like can be used. Mono-tetra-fluoroethylene carbonate (4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, FEC) is used for fluorinated ethylene carbonate, and methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate is used for fluorinated chain carbonate. , Ethyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate, etc., and these can be used alone or in combination with a plurality of electrolytes. Since the fluorine group is easy to bond with silicon and is strong, it is considered that the film can be stabilized and contribute to suppression of expansion even when it is expanded by charging alloy with Li ion.

(本発明の効果)
本発明に係る正極活物質材料は、圧粉体の状態で焼成工程を行うため、遷移金属元素の酸化を抑制できる。そのため、本発明に係る非水電解質2次電池は、初回放電時に、3価のリチウム遷移金属シリケートとリチウムイオンが反応する副反応が起きにくいため、初回充電容量と初回放電容量が近くなる。
(Effect of the present invention)
Since the positive electrode active material according to the present invention performs the firing step in a green compact state, the oxidation of the transition metal element can be suppressed. Therefore, in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, a side reaction in which trivalent lithium transition metal silicate reacts with lithium ions hardly occurs at the time of initial discharge, so that the initial charge capacity and the initial discharge capacity are close to each other.

本発明にかかる正極活物質材料は、従来の正極活物質材料より、酸化された正極活物質材料が少ないことから、非水電解質2次電池に用いた際に、容量が大きくなり、サイクル寿命が長くなる。   Since the positive electrode active material according to the present invention has less oxidized positive electrode active material than the conventional positive electrode active material, when used in a non-aqueous electrolyte secondary battery, the capacity increases and the cycle life is reduced. become longer.

本発明の2次電池用正極活物質材料は、従来にないナノスケールの小さな結晶や1次粒子を有しており、さらに結晶性が低いためにLiイオンや電子が移動する距離が小さいために、イオン導電性や電子伝導性が優れるので、本来リチウム遷移金属シリケート系化合物が有する高い容量を充放電に際して得ることができる。   The positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention has unprecedented nanoscale small crystals and primary particles, and further, since the crystallinity is low, the distance to which Li ions and electrons move is small. Since the ionic conductivity and the electronic conductivity are excellent, a high capacity inherently possessed by the lithium transition metal silicate compound can be obtained during charging and discharging.

また、本発明に係る正極活物質材料を用いると、活物質材料の粒子自体のLiイオン拡散性や電子伝導性が向上する結果、Liイオンのデインターカレートおよびインターカレートが容易になることができることを見出した。本発明は、リチウム遷移金属シリケート系化合物が本来有する高い充放電容量を将来実現する基礎となるものである。   In addition, when the positive electrode active material according to the present invention is used, Li ion diffusibility and electronic conductivity of the particles of the active material itself are improved, so that Li ions can be easily deintercalated and intercalated. I found out that I can. The present invention serves as a basis for realizing the high charge / discharge capacity inherent in lithium transition metal silicate compounds in the future.

また、本発明に係る正極活物質材料は、従来の材料に比べて、X線回折測定による回折ピーク半値幅が大きく、結晶子の大きさが小さいので、或いは粒子の大きさや、粒度が小さいので、Liイオンまたは電子の、単結晶や多結晶粒子中の導電パスが短く、イオン導電性と電子伝導性が優れる。   In addition, the positive electrode active material according to the present invention has a larger half-width of the diffraction peak by X-ray diffraction measurement and a smaller crystallite size or smaller particle size and particle size than conventional materials. , Li ion or electron conduction path in single crystal or polycrystalline particles is short, and ion conductivity and electron conductivity are excellent.

さらに、導電助剤や導電性カーボンをコーティングしたり担持したりすると、電気伝導性と導電パス網による集電体までのマクロの集電性が向上し、通常使用の室温などの低温環境でも充放電できるリチウム遷移金属シリケート系化合物を提供することができる。   In addition, coating and carrying a conductive additive or conductive carbon improves the electrical conductivity and macro current collection up to the current collector through the conductive path network, and it can be used even in low-temperature environments such as normal room temperature. A lithium transition metal silicate compound that can be discharged can be provided.

また、本発明に係る正極活物質材料は、従来の正極活物質材料に比較して、非晶質成分が周囲の一部に存在する結晶を有する微結晶状態であることも特徴である。これらは、従来一般に用いられてきた固相反応法による製造法では得られず、正極活物質材料の材料源となる原料を同一反応系に供給して火炎中で反応させる方法などにより、主に非晶質な活物質前駆体を生成させた後に、焼成を行うことで得られる。このような製造法によれば、焼成後の微粒子混合物をミクロに粉砕することで、粒径が小さく、略球形状微粒子など均質な正極活物質材料を得ることができる。これにより、集電体上に塗工し易い大きさの2次粒子へ造粒することも可能になり、集電体と活物質材料との密着性に優れる、集電体成分が拡散した正極活物質層を得ることができる。   In addition, the positive electrode active material according to the present invention is also characterized by being in a microcrystalline state having a crystal in which an amorphous component exists in a part of the periphery, as compared with a conventional positive electrode active material. These can not be obtained by the production method by a solid phase reaction method that has been generally used in the past, but mainly by a method in which a raw material that is a material source of a positive electrode active material is supplied to the same reaction system and reacted in a flame, etc. It can be obtained by firing after generating an amorphous active material precursor. According to such a production method, a homogeneous positive electrode active material such as a substantially spherical fine particle can be obtained by finely pulverizing the fine particle mixture after firing. This makes it possible to granulate secondary particles of a size that can be easily coated on the current collector, and has excellent adhesion between the current collector and the active material. An active material layer can be obtained.

本発明の正極活物質材料に含まれるリチウム遷移金属シリケート系化合物の成分には、充放電反応において2電子反応が得られる複数の遷移金属を含む場合にはさらに高容量を得ることができる。また、酸素を放出しないシリケート系化合物であるので、高温環境においても発火燃焼することがなく、安全な2次電池を提供することが可能になる。   When the component of the lithium transition metal silicate compound contained in the positive electrode active material of the present invention contains a plurality of transition metals capable of obtaining a two-electron reaction in the charge / discharge reaction, a higher capacity can be obtained. In addition, since it is a silicate compound that does not release oxygen, it does not ignite and burn even in a high-temperature environment, and a safe secondary battery can be provided.

以下に、本発明を実施例により説明するが、本実施例に本発明が何ら限定されることはない。
なお、以下の実施例では、ケイ酸鉄リチウム化合物の合成を行ったが、その他の遷移金属を用いる場合や、その他のアニオンを組成材料に加える場合でも同様に、合成、提供できる。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.
In the following examples, the lithium iron silicate compound was synthesized. However, when other transition metals are used or when other anions are added to the composition material, they can be synthesized and provided in the same manner.

(1−1)実施例1
(微粒子混合物の作製)
噴霧燃焼法により微粒子混合物を製造する製造装置を図1に示す。図1に示す装置の反応容器は、容器内に微粒子合成ノズル3が配置され、プロパンガス、空気、及び原料溶液がノズル3から生じる火炎中に供給される。他方に、生成微粒子や反応生成物を排気する排気管を有し、排気中の微粒子混合物7を微粒子回収フィルタ5により回収する。ノズルに供給する原料の種類と供給条件は以下とした。また、原料溶液は、液滴の大きさが20μmとなるよう、二流体ノズルを用いて火炎中に供給した。火炎の温度は約2000℃であった。
可燃性ガス:プロパン(C):1dm/min、
支燃性ガス:空気:5dm/min、
リチウム源:ナフテン酸リチウム(4M溶液):0.025dm/min
鉄源:C1630FeO(2−エチルヘキサン鉄(II)、オクチル酸鉄)(1M溶液):0.1dm/min
シリコン源:オクタメチルシクロテトラシロキサン:0.1dm/min、
(1-1) Example 1
(Preparation of fine particle mixture)
A production apparatus for producing a fine particle mixture by a spray combustion method is shown in FIG. The reaction vessel of the apparatus shown in FIG. 1 has a fine particle synthesis nozzle 3 disposed in the vessel, and propane gas, air, and a raw material solution are supplied into a flame generated from the nozzle 3. On the other hand, it has an exhaust pipe for exhausting the generated fine particles and reaction products, and the fine particle mixture 7 in the exhaust is recovered by the fine particle recovery filter 5. The types of raw materials supplied to the nozzle and the supply conditions were as follows. The raw material solution was supplied into the flame using a two-fluid nozzle so that the size of the droplets was 20 μm. The flame temperature was about 2000 ° C.
Combustible gas: Propane (C 3 H 8 ): 1 dm 3 / min,
Combustion gas: Air: 5 dm 3 / min,
Lithium source: lithium naphthenate (4M solution): 0.025 dm 3 / min
Iron source: C 16 H 30 FeO 4 (2-ethylhexane iron (II), iron octylate) (1M solution): 0.1 dm 3 / min
Silicon source: Octamethylcyclotetrasiloxane: 0.1 dm 3 / min,

噴霧燃焼法による微粒子混合物の製造方法は以下のとおりである。まず、Nガスを所定量供給し、反応容器中を不活性ガス雰囲気とした。このような条件下で、リチウム源、鉄源、シリコン源をそれぞれ混合した溶液を、霧化器を通じて20μmの液滴にし、プロパンガス及び空気とともに火炎に供給した。火炎中で生成した酸化リチウム、酸化鉄、シリコン酸化物等の微粒子、ケイ酸鉄リチウム化合物の微粒子などの微粒子混合物を微粒子回収フィルタにて回収した。得られた微粒子混合物が微粒子混合物aである。 The method for producing the fine particle mixture by the spray combustion method is as follows. First, a predetermined amount of N 2 gas was supplied, and the reaction vessel was filled with an inert gas atmosphere. Under such conditions, a solution in which each of a lithium source, an iron source, and a silicon source was mixed was made into 20 μm droplets through an atomizer and supplied to a flame together with propane gas and air. A fine particle mixture such as fine particles of lithium oxide, iron oxide, silicon oxide and the like produced in the flame and fine particles of lithium iron silicate compound was collected by a fine particle collecting filter. The obtained fine particle mixture is the fine particle mixture a.

(正極活物質材料の製造)
次に、微粒子混合物にポリビニルアルコールを、ポリビニルアルコールが全体の10wt%となるように加えて、混合した。その後、内径10mmの円筒状の金型に、微粒子混合物を充填し、10MPaの圧力を30秒間かけ、直径10mm、厚さ6mmの円盤状の圧粉体を形成した。
その後、圧粉体をNガス充填の炉に入れ、650℃で4時間の加熱処理を行って、焼成を行った。焼成と同時にカーボンコートまたはカーボン担持を実施した。この圧粉体に粉砕処理を行い、正極活物質材料Aを得た。
(Manufacture of positive electrode active material)
Next, polyvinyl alcohol was added to the fine particle mixture so that the polyvinyl alcohol would be 10 wt% of the total, and mixed. Thereafter, the fine particle mixture was filled in a cylindrical mold having an inner diameter of 10 mm, and a pressure of 10 MPa was applied for 30 seconds to form a disk-shaped green compact having a diameter of 10 mm and a thickness of 6 mm.
Thereafter, the green compact was placed in a furnace filled with N 2 gas, and heat treatment was performed at 650 ° C. for 4 hours to perform firing. Simultaneously with the firing, carbon coating or carbon loading was performed. The green compact was pulverized to obtain a positive electrode active material A.

(2−1)比較例1
(正極活物質の製造)
実施例1で得られた微粒子混合物aにポリビニルアルコールを、ポリビニルアルコールが全体の10wt%となるように加えて、混合した。
その後、特に圧粉体を形成せずに、微粒子混合物をNガス充填の炉に入れ、650℃で4時間の加熱処理を行って、焼成を行った。焼成と同時にカーボンコートまたはカーボン担持を実施した。焼成後の微粒子混合物に粉砕処理を行い、正極活物質材料Bを得た。
(2-1) Comparative Example 1
(Manufacture of positive electrode active material)
Polyvinyl alcohol was added to the fine particle mixture a obtained in Example 1 and mixed so that the polyvinyl alcohol would be 10 wt% of the total.
Thereafter, without further form a green compact, placed particulate mixture in the furnace of the N 2 gas filling, subjected to heat treatment for 4 hours at 650 ° C., was fired. Simultaneously with the firing, carbon coating or carbon loading was performed. The fine particle mixture after firing was pulverized to obtain a positive electrode active material B.

(3)試料の測定観察確認
(3−1)粉末X線回折測定
実施例1と比較例1の微粒子混合物及びそれぞれの焼成後の正極活物質材料の粉末X線回折測定(2θ=10〜60°)を行った。X線回折測定結果を図3に示す。
(3) Measurement observation confirmation of sample (3-1) Powder X-ray diffraction measurement Powder X-ray diffraction measurement (2θ = 10 to 60) of the fine particle mixture of Example 1 and Comparative Example 1 and the respective positive electrode active material after firing. °). The X-ray diffraction measurement results are shown in FIG.

図3(a)に示すとおり、活物質の前駆体である焼成前の微粒子混合物は、幅の広いピークを有し、微結晶形態であることがわかる。さらに、図3(b)及び(c)に示すとおり、焼成後の正極活物質材料は多数のピークを有し、これらのピークはケイ酸鉄リチウムの結晶構造に由来するピークであった。微粒子混合物を焼成することにより、ケイ酸鉄リチウムの結晶構造が成長しているが、焼成後であっても、従来の材料よりもピークが幅広であり、結晶粒が小さいことがわかる。   As shown in FIG. 3A, it can be seen that the fine particle mixture before firing, which is the precursor of the active material, has a wide peak and is in a microcrystalline form. Furthermore, as shown in FIGS. 3B and 3C, the fired positive electrode active material had a number of peaks, and these peaks were peaks derived from the crystal structure of lithium iron silicate. By firing the fine particle mixture, the crystal structure of lithium iron silicate has grown, but even after firing, the peak is wider than the conventional material, and it can be seen that the crystal grains are small.

(3−2)透過型電子顕微鏡(TEM)観察
同様に、得られた正極活物質材料について、TEMにより観察を行った。TEM像観察結果を図4に示す。
図4(a)に示すとおり、焼成前の微粒子混合物は略球状であり、一次粒子径が10〜50nmの粒子が観察された。また、図4(b)に示すとおり、実施例に係る正極活物質材料の一次粒子径は10〜50nmであり、ケイ酸鉄リチウム粒子の周囲にアモルファス状の炭素がコーティングされている。同様に図4(c)においても、比較例にかかる正極活物質材料ケイ酸鉄リチウム粒子の周囲に炭素がコーティングされている。
(3-2) Observation by Transmission Electron Microscope (TEM) Similarly, the obtained positive electrode active material was observed by TEM. The result of TEM image observation is shown in FIG.
As shown in FIG. 4A, the fine particle mixture before firing was substantially spherical, and particles having a primary particle diameter of 10 to 50 nm were observed. Moreover, as shown in FIG.4 (b), the primary particle diameter of the positive electrode active material which concerns on an Example is 10-50 nm, and amorphous carbon is coated around the lithium iron silicate particle. Similarly, in FIG. 4C, carbon is coated around the positive electrode active material lithium iron silicate particles according to the comparative example.

(3−3)EDSによる組成分析
実施例1の焼成後の正極活物質材料の粒子形状の観察と組成分析を、走査透過型電子顕微鏡(日本電子製、JEM 3100FEF)を用いて、HAADF−STEM(High−Angle−Annular−Dark−Field−Scanning−Transmission−Electron−Microscopy:高角度散乱暗視野−走査透過型電子顕微鏡法)による粒子形状の観察と、EDS(Energy Dispersive Spectroscopy:エネルギー分散型X線分析)分析により行った。図5(a)は、実施例1の焼成後の正極活物質材料のHAADF−STEM像であり、図5(b)は、同一の観察箇所における鉄原子のEDSマップであり、図5(c)は、同一の観察箇所におけるシリコン原子のEDSマップであり、図5(d)は、同一の観察箇所における酸素原子のEDSマップである。また、図6は、比較例1の焼成後の正極活物質材料のHAADF−STEM像やEDSマップである。
(3-3) Composition analysis by EDS Observation of the particle shape and composition analysis of the positive electrode active material after firing in Example 1 were performed using a scanning transmission electron microscope (JEM 3100FEF, HAADF-STEM). (High-Angle-Annular-Dark-Field-Scanning-Transmission-Electron-Microscopy: observation of particle shape by high-angle scattering dark field-scanning transmission electron microscopy) Analysis) Performed by analysis. FIG. 5A is a HAADF-STEM image of the positive electrode active material after firing in Example 1, and FIG. 5B is an EDS map of iron atoms at the same observation location. ) Is an EDS map of silicon atoms at the same observation location, and FIG. 5D is an EDS map of oxygen atoms at the same observation location. FIG. 6 is a HAADF-STEM image and EDS map of the positive electrode active material after firing in Comparative Example 1.

図5(a)において、アモルファス状の物質で覆われた粒子を観察できる。さらに、図5(b)〜(d)において、酸素と鉄とシリコンの原子の分布が、それぞれ一致していることから、粒子内において組成に偏りがなく均一であり、さらに粒子間においても組成に偏りがなく均一であることが分かる。   In FIG. 5A, particles covered with an amorphous substance can be observed. Further, in FIGS. 5B to 5D, the distribution of atoms of oxygen, iron, and silicon is consistent, so that the composition is uniform and uniform in the particles, and the composition is also uniform between the particles. As can be seen from FIG.

図6の比較例1にかかる焼成後の正極活物質材料においても、酸素と鉄とシリコンの原子の分布がある程度一致しているが、実施例にかかる正極活物質材料ほどは分布が一致していない。   Also in the positive electrode active material after firing according to Comparative Example 1 in FIG. 6, the distribution of atoms of oxygen, iron, and silicon is somewhat consistent, but the distribution is more consistent as the positive electrode active material according to the example. Absent.

(4)活物質試料を用いた試験評価用正極電極と2次電池の作製
実施例及び比較例で得た正極活物質材料A、Bに対して、導電助剤(カーボンブラック)を10重量%となるように混合し、内部を窒素で置換したボールミルを用いて更に5時間混合した。混合粉末と結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)を、重量比95:5の割合で混合し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を加えて十分混練し、正極スラリーを得た。
(4) Preparation of positive electrode for test evaluation using active material sample and secondary battery 10% by weight of conductive additive (carbon black) with respect to positive electrode active material A and B obtained in Examples and Comparative Examples Then, the mixture was further mixed for 5 hours using a ball mill in which the inside was replaced with nitrogen. The mixed powder and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed at a weight ratio of 95: 5, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added and sufficiently kneaded to obtain a positive electrode slurry.

表面粗さRz(JIS B 0601−1994 十点平均粗さ)が0.7μmの厚さ15μmのアルミニウム箔集電体に、正極スラリーを50g/mの塗工量で塗布し、120℃で30分間乾燥した。その後、ロールプレスで2.0g/cmの密度になるように圧延加工し、2cmの円盤状に打抜いて正極とした。 The surface roughness Rz (JIS B 0601-1994 ten-point average roughness) of the aluminum foil current collector having a 0.7μm thick 15 [mu] m, the positive electrode slurry was coated at a coat weight of 50 g / m 2, at 120 ° C. Dry for 30 minutes. Thereafter, it was rolled to a density of 2.0 g / cm 3 with a roll press, punched into a 2 cm 2 disk shape, and used as a positive electrode.

これらの正極と、負極に金属リチウム、電解液にエチレンカーボネート及びジエチルカーボネートを体積比1:1の割合で混合した混合溶媒にLiPFを1Mの濃度で溶解したものを用い、リチウム2次電池を作製した。なお、作製雰囲気は露点が−50℃以下とした。各極は集電体の付いた電槽缶に圧着して用いた。上記正極、負極、電解質及びセパレータを用いて直径25mm、厚さ1.6mmのコイン型リチウム2次電池とした。 Using these positive electrodes, metallic lithium for the negative electrode, and a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 in the electrolytic solution, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1M, and a lithium secondary battery was used. Produced. The production atmosphere was a dew point of −50 ° C. or lower. Each electrode was used by being crimped to a battery case with a current collector. A coin-type lithium secondary battery having a diameter of 25 mm and a thickness of 1.6 mm was formed using the positive electrode, the negative electrode, the electrolyte, and the separator.

(5)試料の試験評価
次に、前記のコイン型リチウム2次電池により、本発明の正極活物質材料の試験評価を、次のように実施した。
試験温度25℃、CC−CV法により、0.1Cの電流レートにて、4.2V(対Li/Li)まで充電を行い、その後電流レートが0.005Cまで低下した後に充電を停止した。その後、0.1Cレートにて、CC法により1.5V(前記に同じ)まで放電を行って、初期の充放電容量を測定した。
次いで、同様の条件にて、2サイクル目の充放電特性を測定した。
(5) Test Evaluation of Sample Next, test evaluation of the positive electrode active material of the present invention was performed as follows using the above coin-type lithium secondary battery.
Charged to 4.2 V (vs. Li / Li + ) at a test temperature of 25 ° C. and a CC-CV method at a current rate of 0.1 C, and then stopped after the current rate dropped to 0.005 C. . Thereafter, the battery was discharged at a rate of 0.1 C to 1.5 V (same as above) by the CC method, and the initial charge / discharge capacity was measured.
Next, charge / discharge characteristics at the second cycle were measured under the same conditions.

実施例1及び比較例1に係る正極活物質材料の1サイクル目の充放電曲線を図7(a)に、2サイクル目の充放電曲線を図7(b)に示し、それぞれの充電容量と放電容量を表1に示す。   FIG. 7A shows a charge / discharge curve for the first cycle of the positive electrode active material according to Example 1 and Comparative Example 1, and FIG. 7B shows a charge / discharge curve for the second cycle. Table 1 shows the discharge capacity.

図7(a)に示すとおり、比較例においては、1サイクル目の放電容量は、充電容量の約2倍であったが、焼成前に圧粉工程を有する実施例においては、1サイクル目の放電容量は、充電容量の約1.1倍であり、実施例は比較例に比べて初回充放電容量のバランスが改善された。   As shown in FIG. 7A, in the comparative example, the discharge capacity at the first cycle was about twice the charge capacity, but in the example having the compacting step before firing, The discharge capacity was about 1.1 times the charge capacity, and the balance of the initial charge / discharge capacity was improved in the example as compared with the comparative example.

また、図7(b)に示すとおり、2サイクル目においては、実施例における充電容量と放電容量はほぼ同じであり、比較例における充電容量と放電容量もほぼ同じであった。しかしながら、比較例に比べて実施例の方が高容量となっている。   Further, as shown in FIG. 7B, in the second cycle, the charge capacity and the discharge capacity in the example were almost the same, and the charge capacity and the discharge capacity in the comparative example were also almost the same. However, the capacity of the example is higher than that of the comparative example.

なお、上述の実施例においては、噴霧燃焼法を用いて微粒子混合物を形成したが、微粒子混合物を焼成する際に、微粒子混合物をペレットやタブレット状の圧粉体に成型することで、得られる正極活物質の酸化を抑制するという本発明の構成上、噴霧熱分解法を用いて形成された微粒子混合物を用いても、同様に正極活物質の酸化を抑制できる。   In the above-described embodiments, the fine particle mixture is formed by using the spray combustion method. However, when the fine particle mixture is fired, the fine particle mixture is formed into pellets or tablet-like green compacts, thereby obtaining a positive electrode. Owing to the structure of the present invention that suppresses the oxidation of the active material, the oxidation of the positive electrode active material can be similarly suppressed by using a fine particle mixture formed by spray pyrolysis.

また、固相反応法や水熱合成法により得られた微粒子混合物についても、本発明の効果が得られると考えられる。つまり、固相反応法や水熱合成法により得られた微粒子混合物にカーボンコートを行う際に、炭素源を混合した後、本発明のように圧粉体の状態で焼成すると、正極活物質の酸化を抑制できると考えられる。   Moreover, it is thought that the effect of this invention is acquired also about the fine particle mixture obtained by the solid-phase reaction method or the hydrothermal synthesis method. That is, when carbon coating is performed on a fine particle mixture obtained by a solid phase reaction method or a hydrothermal synthesis method, after mixing a carbon source and firing in the state of a green compact as in the present invention, the positive electrode active material It is thought that oxidation can be suppressed.

また、上述の実施例においては、遷移金属元素として鉄を用いたが、微粒子混合物を焼成する際に、微粒子混合物をペレットやタブレット状の圧粉体に成型することで、得られる正極活物質の酸化を抑制するという本発明の構成からすると、鉄以外の他の遷移金属元素を用いても、同様に正極活物質の酸化を抑制できると考えられる。   Moreover, in the above-mentioned Examples, iron was used as the transition metal element. However, when the fine particle mixture is fired, the fine particle mixture is molded into pellets or tablet-shaped green compacts, thereby obtaining the positive electrode active material obtained. From the configuration of the present invention that suppresses oxidation, it is considered that the oxidation of the positive electrode active material can be similarly suppressed even when other transition metal elements other than iron are used.

以上に説明したように、本発明の正極活物質材料を、所定の集電体に塗工した正極は、非水電解質を用いるリチウムイオン2次電池をはじめとする充放電可能な2次電池において、優れた充放電特性を示す正極として用いることができる。今後、更なる改良によって、本発明の化合物系統が本来有するさらに高い理論比容量を目標に充放電容量を向上させる基礎となる。これにより、従来の電子機器用途をはじめ、実用化が始まった産業用途や自動車用途の2次電池に、従来にない高エネルギーや高出力を示す特性を付与することができる。しかも、本発明の微粒子混合物の製造法のうち、特に噴霧燃焼法は量産性に優れ、低コストで製品を提供できることが可能になる。   As described above, the positive electrode obtained by applying the positive electrode active material of the present invention to a predetermined current collector is a rechargeable secondary battery such as a lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte. It can be used as a positive electrode exhibiting excellent charge / discharge characteristics. In the future, further improvements will serve as the basis for improving the charge / discharge capacity with the goal of the higher theoretical specific capacity inherent in the compound system of the present invention. Thereby, the characteristic which shows the high energy and the high output which are not in the past can be provided to the secondary battery for industrial use and automobile use which have been put into practical use such as conventional electronic equipment use. Moreover, among the method for producing the fine particle mixture of the present invention, the spray combustion method is particularly excellent in mass productivity and can provide a product at low cost.

以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea disclosed in the present application, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

1………微粒子製造装置
3………微粒子合成ノズル
5………微粒子回収フィルタ
7………微粒子混合物
11………非水電解質二次電池
13………正極
15………負極
17………セパレータ
19………電解質
21………電池缶
23………正極リード
25………負極リード
27………正極端子
29………封口体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......... Particle manufacturing apparatus 3 ......... Particle synthesis nozzle 5 ......... Particle collection filter 7 ......... Particle mixture 11 ......... Nonaqueous electrolyte secondary battery 13 ......... Positive electrode 15 ......... Negative electrode 17 ... … Separator 19 ……… Electrolyte 21 ……… Battery can 23 ……… Positive lead 25 ……… Negative lead 27 ……… Positive terminal 29 ……… Sealing body

Claims (10)

リチウム源、遷移金属源およびシリコン源を、支燃性ガスと可燃性ガスとともに火炎中に供給して、微粒子混合物を合成する工程(a)と、
前記微粒子混合物に炭素源を混合する工程(b)と、
前記炭素源を混合した前記微粒子混合物を、金型に充填・加圧して圧粉体を作製する工程(c)と、
前記圧粉体を不活性ガス充填雰囲気で焼成する工程(d)と、
前記圧粉体を粉砕する工程(e)と、
を具備することを特徴とするリチウム遷移金属シリケート系正極活物質材料の製造方法。
Supplying a lithium source, a transition metal source and a silicon source together with a combustion-supporting gas and a combustible gas into a flame to synthesize a fine particle mixture;
Mixing a carbon source in the fine particle mixture;
A step of (c) producing a green compact by filling and pressing the fine particle mixture mixed with the carbon source into a mold;
Firing the green compact in an inert gas-filled atmosphere (d);
Crushing the green compact (e),
A process for producing a lithium transition metal silicate positive electrode active material comprising:
前記工程(a)において、
前記リチウム源、前記遷移金属源および前記シリコン源を含む混合溶液を、霧状の液滴にて、前記火炎中に供給することを特徴とする請求項に記載の正極活物質材料の製造方法。
In the step (a),
The lithium source, the mixed solution containing the transition metal source and the silicon source, in the mist-like droplet, process for producing a positive electrode active material according to claim 1, characterized by supplying to the flame .
前記工程(a)において、
前記火炎の温度が1000〜3000℃であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の正極活物質材料の製造方法。
In the step (a),
Process for producing a positive electrode active material according to claim 1 or claim 2 you, wherein the temperature of the flame is 1000 to 3000 ° C..
前記工程(a)において、
前記可燃性ガスが炭化水素系ガスであり、
前記支燃性ガスが空気であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の正極活物質材料の製造方法。
In the step (a),
The combustible gas is a hydrocarbon gas,
The method for producing a positive electrode active material according to claim 1 , wherein the combustion-supporting gas is air.
リチウム源、遷移金属源およびシリコン源を含む混合溶液の霧状の液滴を加熱して、微粒子混合物を合成する工程(a)と、
前記微粒子混合物に炭素源を混合する工程(b)と、
前記炭素源を混合した前記微粒子混合物を、金型に充填・加圧して圧粉体を作製する工程(c)と、
前記圧粉体を不活性ガス充填雰囲気で焼成する工程(d)と、
前記圧粉体を粉砕する工程(e)と、
を具備することを特徴とするリチウム遷移金属シリケート系正極活物質材料の製造方法。
(A) synthesizing a fine particle mixture by heating a mist-like droplet of a mixed solution containing a lithium source, a transition metal source and a silicon source;
Mixing a carbon source in the fine particle mixture;
A step of (c) producing a green compact by filling and pressing the fine particle mixture mixed with the carbon source into a mold;
Firing the green compact in an inert gas-filled atmosphere (d);
Crushing the green compact (e),
A process for producing a lithium transition metal silicate positive electrode active material comprising:
前記リチウム源のリチウム化合物が、塩化リチウム、水酸化リチウム、酢酸リチウム、硝酸リチウム、臭化リチウム、リン酸リチウム、硫酸リチウム、シュウ酸リチウム、ナフテン酸リチウム、リチウムエトキシド、酸化リチウム、過酸化リチウム、のいずれか一つ以上であり、
前記遷移金属源の遷移金属化合物が、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Ni、Co、Cu、Zn、Zr、Mo、Wよりなる群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属の塩化物、シュウ酸塩、酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物、エチルヘキサン塩、ナフテン酸塩、ヘキソエートの塩、シクロペンタジエニル化合物、アルコキシド、有機酸金属塩(ステアリン酸、ジメチルジチオカルバミン酸、アセチルアセトネート、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸の塩)、酸化物のいずれか一つ以上であり、
前記シリコン源のシリコン化合物が、四塩化ケイ素、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、二酸化ケイ素や一酸化ケイ素またはこれら酸化ケイ素の水和物、縮合ケイ酸、テトラエチルオルトシリケート(テトラエトキシシラン、TEOS)、テトラメチルオルトシリケート(テトラメトキシシラン、TMOS)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)、メチルトリエトキシシラン(MTES)、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)、テトラメチルジシロキサン(TMDSO)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルトリシロキサン(OMTSO)、テトラ−n−ブトキシシランのいずれか一つ以上である
ことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の正極活物質材料の製造方法。
The lithium source lithium compound is lithium chloride, lithium hydroxide, lithium acetate, lithium nitrate, lithium bromide, lithium phosphate, lithium sulfate, lithium oxalate, lithium naphthenate, lithium ethoxide, lithium oxide, lithium peroxide Any one or more of
The transition metal compound of the transition metal source is at least one transition metal chloride selected from the group consisting of Fe, Mn, Ti, Cr, V, Ni, Co, Cu, Zn, Zr, Mo, and W , Shu Acid salt, acetate salt, sulfate salt, nitrate salt, hydroxide, ethyl hexane salt, naphthenate salt, hexoate salt, cyclopentadienyl compound, alkoxide, organic acid metal salt (stearic acid, dimethyldithiocarbamic acid, acetylacetonate Oleic acid, linoleic acid, linolenic acid salt), or any one of oxides,
The silicon compound of the silicon source is silicon tetrachloride, octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), silicon dioxide, silicon monoxide or a hydrate of these silicon oxides, condensed silicic acid, tetraethylorthosilicate (tetraethoxysilane, TEOS) , Tetramethylorthosilicate (tetramethoxysilane, TMOS), methyltrimethoxysilane (MTMS), methyltriethoxysilane (MTES), hexamethyldisiloxane (HMDSO), tetramethyldisiloxane (TMDSO), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), octamethyltrisiloxane (OMTSO), production of the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 5, characterized in that either one or more tetra -n- butoxysilane Law.
前記炭素源が、ポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の正極活物質材料の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material according to any one of claims 1 to 6 , wherein the carbon source is polyvinyl alcohol. 前記工程(d)において、
前記焼成が、不活性ガス充填雰囲気で、300〜900℃で0.5〜10時間の熱処理を実施することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の正極活物質材料の製造方法。
In the step (d),
The firing in an inert gas-filled atmosphere, the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 7, which comprises carrying out the heat treatment of 0.5 to 10 hours at 300 to 900 ° C. Production method.
請求項1〜のいずれか1項に記載の正極活物質材料の製造方法により製造された正極活物質材料を含有するスラリーを作製する工程と、
前記スラリーを集電体に塗布焼成する工程と、
を具備することを特徴とする非水電解質2次電池用正極の製造方法。
A step of producing a slurry containing the positive electrode active material produced by the method of producing a positive electrode active material according to any one of claims 1 to 8 ,
Applying and baking the slurry to a current collector;
The manufacturing method of the positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries characterized by comprising.
前記スラリーが、請求項1〜のいずれか1項に記載の正極活物質材料の製造方法により製造された正極活物質材料を加えて造粒した0.5〜20μmサイズの2次粒子を含有することを特徴とする請求項に記載の非水電解質2次電池用正極の製造方法。 The slurry contains secondary particles having a size of 0.5 to 20 μm, which is granulated by adding the positive electrode active material produced by the method for producing a positive electrode active material according to any one of claims 1 to 8. The manufacturing method of the positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries of Claim 9 characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5863525B2 (en) * 2012-03-21 2016-02-16 古河電気工業株式会社 Fine particle mixture production method and aqueous solution used for fine particle mixture production method
JP5901019B2 (en) * 2012-12-18 2016-04-06 太平洋セメント株式会社 Method for producing positive electrode active material for lithium ion battery
JP5972205B2 (en) * 2013-04-04 2016-08-17 古河電気工業株式会社 Fine particle production method, production method of positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode active material, lithium ion secondary battery using the same, and raw material emulsion for fine particle production
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KR102163731B1 (en) 2013-11-22 2020-10-08 삼성전자주식회사 Electrolyte for lithium battery and lithium battery comprising the same
JP6043321B2 (en) * 2014-07-07 2016-12-14 大陽日酸株式会社 Positive electrode material for lithium ion secondary battery and method for producing the same
KR101908092B1 (en) * 2016-12-16 2018-10-15 한국기초과학지원연구원 hollow spherical lithium-transition metal-silicate composites, pereparation method thereof, and Cathode Active Material for lithium secondary batteries comprising the same
EP4099440A1 (en) * 2020-01-30 2022-12-07 Toray Industries, Inc. Positive electrode active substance for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
CN116435455A (en) * 2022-01-04 2023-07-14 宁德时代新能源科技股份有限公司 Preparation method of battery pole piece, battery pole piece and secondary battery

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5235282B2 (en) * 2006-06-16 2013-07-10 国立大学法人九州大学 Cathode active material and battery for non-aqueous electrolyte secondary battery
JPWO2008123311A1 (en) * 2007-03-27 2010-07-15 国立大学法人東京工業大学 Method for producing positive electrode material for secondary battery
JP5436896B2 (en) * 2009-03-17 2014-03-05 日本化学工業株式会社 Lithium phosphorus composite oxide carbon composite, method for producing the same, positive electrode active material for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP5352358B2 (en) * 2009-07-03 2013-11-27 シャープ株式会社 Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery

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