JP5880996B2 - Lithium manganese silicate composite, positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Lithium manganese silicate composite, positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質の正極材料として有用なリチウムマンガンシリケート複合体に関する。   The present invention relates to a lithium manganese silicate composite useful as a positive electrode material of a nonaqueous electrolyte typified by a lithium ion secondary battery.

非水電解質二次電池の一種として、リチウム二次電池およびリチウムイオン二次電池が知られている。これらの非水電解質二次電池は、小型でエネルギー密度が高く、ポータブル電子機器の電源として広く用いられている。非水電解質二次電池の代表的な正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO)やマンガン酸リチウム(LiMn)が知られている。しかしこの種の材料もさらなる性能向上のためには種々の問題があり、その改良が強く求められている。 As one type of nonaqueous electrolyte secondary battery, a lithium secondary battery and a lithium ion secondary battery are known. These non-aqueous electrolyte secondary batteries are small and have high energy density, and are widely used as power sources for portable electronic devices. Lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) are known as typical positive electrode active materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries. However, this type of material also has various problems for further performance improvement, and the improvement is strongly demanded.

例えば、LiCoOの容量をより多く取り出すために充電電圧を4.2Vより高くすると、サイクル特性が著しく低下する課題があった。これはLiCoOの結晶構造が不安定になることに起因すると報告されている。この課題を解決するために、酸化物(ZrO、Al、TiO、B等)によるLiCoOの表面被覆が検討されてきた(例えば、非特許文献1参照)。その結果4.2V以上まで充電しても構造が安定し、サイクル特性が改善された。 For example, when the charging voltage is made higher than 4.2 V in order to extract more LiCoO 2 capacity, there is a problem that the cycle characteristics are remarkably deteriorated. This is reported to be caused by the unstable crystal structure of LiCoO 2 . In order to solve this problem, surface coating of LiCoO 2 with oxides (ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , B 2 O 3, etc.) has been studied (for example, see Non-Patent Document 1). As a result, the structure was stabilized and the cycle characteristics were improved even when charged to 4.2 V or higher.

一方、LiMnについては、高温充放電サイクル時における3価Mnの溶出に伴う結晶性の低下、電解液の分解などの課題がある。これらを抑制するために、2価元素あるいは3価元素によるMnの置換や、酸化物(Al、MgO、ZnOなど)によるLiMnの表面被覆が検討されてきた。 On the other hand, LiMn 2 O 4 has problems such as a decrease in crystallinity associated with elution of trivalent Mn during a high-temperature charge / discharge cycle and decomposition of the electrolyte. In order to suppress these, substitution of Mn with a divalent element or a trivalent element and surface coating of LiMn 2 O 4 with an oxide (Al 2 O 3 , MgO, ZnO, etc.) have been studied.

これらの酸化物系正極活物質については、電子伝導性(導電性)がリチウムマンガンシリケート系の正極活物質に比べて高いため、酸化物で被覆しても、スラリーを作製する際に導電性カーボンを添加すれば、充放電特性に優れる非水電解質二次電池が得られる。   Since these oxide-based positive electrode active materials have higher electronic conductivity (conductivity) than lithium-manganese-silicate-based positive electrode active materials, even when they are coated with oxides, conductive carbon is used when preparing a slurry. Is added, a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent charge / discharge characteristics can be obtained.

近年、電池材料の高容量化、高安全性、資源量の観点から正極活物質として、リチウムシリケート系化合物が注目されている。リチウムシリケート系化合物は、安価で、資源量の豊富な構成金属元素のみからなるために環境負荷が低く、リチウムイオンの理論充放電容量が高く、かつ高温時に酸素を放出しない材料であることから、次世代リチウムイオン二次電池正極材料として注目されている(例えば、特許文献1〜5参照)。   In recent years, lithium silicate compounds have attracted attention as positive electrode active materials from the viewpoint of increasing the capacity of battery materials, high safety, and the amount of resources. Lithium silicate compounds are inexpensive, low in environmental impact because they consist of abundant constituent metal elements, have a high theoretical charge / discharge capacity of lithium ions, and do not release oxygen at high temperatures. It attracts attention as a positive electrode material for next-generation lithium ion secondary batteries (see, for example, Patent Documents 1 to 5).

リチウムシリケート系化合物の一種として、マンガンを含有するもの(リチウムマンガンシリケート系化合物と呼ぶ)が挙げられる。リチウムマンガンシリケート(LiMnSiO)は、理論充放電容量が高く(理論容量333.2mAh/g)、リチウムイオン二次電池用の正極活物質として好ましいと考えられる。しかしその反面、電子導電性が低いという問題があった。さらにリチウムマンガンシリケートを正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池はサイクル特性に劣る問題があった。このため、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池の正極活物質として用いたときに、サイクル特性の低下を抑制し得るリチウムマンガンシリケート系化合物が望まれている。 As one type of lithium silicate compound, one containing manganese (referred to as lithium manganese silicate compound) can be given. Lithium manganese silicate (Li 2 MnSiO 4 ) has a high theoretical charge / discharge capacity (theoretical capacity 333.2 mAh / g), and is considered preferable as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. On the other hand, however, there is a problem that the electronic conductivity is low. Furthermore, the lithium ion secondary battery using lithium manganese silicate as the positive electrode active material has a problem inferior in cycle characteristics. For this reason, when used as a positive electrode active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery typified by a lithium ion secondary battery, a lithium manganese silicate compound that can suppress a decrease in cycle characteristics is desired.

特開2008−218303号公報JP 2008-218303 A 特開2007−335325号公報JP 2007-335325 A 特開2001−266882号公報JP 2001-266882 A 特開2008−293661号公報JP 2008-293661 A 国際公開2010/089931号International Publication No. 2010/089931 J.Cho, Y.J. Kim, J.T. Kim, B. Park, Angew. Chem.Int. Ed. 40 (18) (2001)3367.J. et al. Cho, Y. et al. J. et al. Kim, J. et al. T.A. Kim, B.B. Park, Angew. Chem. Int. Ed. 40 (18) (2001) 3367. R. Dominko, M. Bele, a. Kokalj, M. Gaberscek, J. Jamnik, Journal of Power Sources 174 (2007) 457−461R. Dominko, M.M. Bele, a. Kokalj, M.M. Gabersek, J.A. Jamnik, Journal of Power Sources 174 (2007) 457-461 Wengang Liu, Yunhua Xu, Rong Yang, Journal of Alloys and Compounds 480 (2009) L1−L4Wengang Liu, Yunhua Xu, Long Yang, Journal of Alloys and Compounds 480 (2009) L1-L4

本発明は、リチウムマンガンシリケート系化合物を含み、かつ、正極材料として用いたときに非水電解質二次電池のサイクル特性の低下を抑制し得る材料、この材料を用いた非水電解質二次電池用正極、およびこの材料を用いた非水電解質二次電池を提供することを目的とする。   The present invention relates to a material containing a lithium manganese silicate compound and capable of suppressing deterioration in cycle characteristics of a non-aqueous electrolyte secondary battery when used as a positive electrode material, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using this material An object is to provide a positive electrode and a non-aqueous electrolyte secondary battery using this material.

リチウムマンガンシリケート系化合物は、導電性が低いため、LiCoOやLiMnの場合と同様な酸化物により被覆すると抵抗の増加につながることから、検討されていなかった。さらに、リチウムマンガンシリケート系化合物を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池がサイクル特性に劣る理由は、リチウムマンガンシリケート系化合物中のマンガンの結晶構造が充電時に崩れることにあるとされていた(上記の非特許文献2、3参照)。本発明の発明者等は、結晶性の低いマンガンを含有するリチウムマンガンシリケート系化合物を用いているにもかかわらず、サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池があることを見出した。さらに、リチウムマンガンシリケート系化合物に含有されるマンガンが、充電時に溶出することを見出した。そして、本発明の発明者等は、リチウムマンガンシリケート系化合物に対して、カーボン複合化、カーボン被覆さらに耐フッ酸化合物、フッ素吸収化合物などの酸化物あるいは元素を複合化させたリチウムマンガンシリケート複合体を作製し、それを正極活物質に用いることで、リチウムイオン二次電池のサイクル特性低下を抑制できることを見出した。 Lithium manganese silicate compounds have not been studied because they have low electrical conductivity and, when coated with the same oxide as LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 , leads to an increase in resistance. Furthermore, the reason why the lithium ion secondary battery using the lithium manganese silicate compound as the positive electrode active material is inferior in cycle characteristics is that the crystal structure of manganese in the lithium manganese silicate compound is broken during charging ( (See Non-Patent Documents 2 and 3 above). The inventors of the present invention have found that there is a lithium ion secondary battery having excellent cycle characteristics despite using a lithium manganese silicate compound containing manganese with low crystallinity. Furthermore, it discovered that manganese contained in a lithium manganese silicate type compound eluted at the time of charge. Then, the inventors of the present invention provide a lithium manganese silicate composite in which an oxide or element such as a carbon composite, a carbon coating, a hydrofluoric acid resistant compound, and a fluorine absorbing compound is combined with a lithium manganese silicate compound. It was found that the deterioration of the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be suppressed by using this as a positive electrode active material.

すなわち、上記課題を解決する本発明のリチウムマンガンシリケート複合体は、リチウム(Li)、マンガン(Mn)、ケイ素(Si)および酸素(O)を含むリチウムマンガンシリケート系化合物からなる芯部と、耐フッ酸化合物、フッ素吸収化合物から選ばれる少なくとも一種およびカーボン系材料からなり該芯部を覆う被覆層と、を含むことを特徴とする。   That is, the lithium manganese silicate composite of the present invention that solves the above problems includes a core composed of a lithium manganese silicate compound containing lithium (Li), manganese (Mn), silicon (Si), and oxygen (O), and a resistance to lithium. And at least one selected from a hydrofluoric acid compound and a fluorine absorbing compound and a coating layer made of a carbon-based material and covering the core.

前記耐フッ酸化合物は、スカンジウム酸化物、イットリウム酸化物、ランタン酸化物、セリウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、アルミニウム酸化物から選ばれる少なくとも一種からなるのが好ましい。   The hydrofluoric acid resistant compound is scandium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, molybdenum oxide. Preferably, it is made of at least one selected from tungsten oxide and aluminum oxide.

前記フッ素吸収化合物は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、シリコン、ランタン、セリウムおよびこれらの酸化物から選ばれる少なくとも一種からなるのが好ましい。   The fluorine absorbing compound is preferably composed of at least one selected from magnesium, calcium, strontium, barium, silicon, lanthanum, cerium and oxides thereof.

前記カーボン系材料は、有機物の炭化により得られた炭素骨格を持つカーボン材料および/または導電性カーボンからなるのが好ましい。   The carbon-based material is preferably made of a carbon material having a carbon skeleton obtained by carbonization of an organic substance and / or conductive carbon.

上記課題を解決する本発明の非水電解質二次電池用正極は、本発明のリチウムマンガンシリケート複合体を含むことを特徴とする。また、本発明の非水電解質二次電池は、本発明の非水電解質二次電池用正極を構成要素として含むことを特徴とする。   The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention that solves the above-mentioned problems is characterized by including the lithium manganese silicate composite of the present invention. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes the positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention as a constituent element.

本発明のリチウムマンガンシリケート複合体は、非水電解質二次電池の正極活物質として用いたときにサイクル特性の低下を抑制し得る。   When the lithium manganese silicate composite of the present invention is used as a positive electrode active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery, it can suppress a decrease in cycle characteristics.

リチウムマンガンシリケート系化合物を正極活物質に用い、負極にSiOを用いたコイン電池における初回充電後の負極のSEM像である。It is a SEM image of the negative electrode after the first charge in the coin battery which used lithium manganese silicate type compound for the positive electrode active material, and used SiO for the negative electrode. リチウムマンガンシリケート系化合物を正極活物質に用い、負極にSiOを用いたコイン電池における初回充電後の負極をEDXにより分析した結果を表すグラフである。It is a graph showing the result of having analyzed the negative electrode after the first charge in the coin battery which used lithium manganese silicate type compound for the positive electrode active material, and used SiO for the negative electrode by EDX. 実施例のリチウムマンガンシリケート複合体のSEM像である。It is a SEM image of the lithium manganese silicate composite of an Example. 実施例のリチウムマンガンシリケート複合体をEDXにより分析した結果を表すグラフである。It is a graph showing the result of having analyzed the lithium manganese silicate composite of the Example by EDX. 比較例のリチウムマンガンシリケート系化合物のSEM像である。It is a SEM image of the lithium manganese silicate type compound of a comparative example. 比較例のリチウムマンガンシリケート系化合物をEDXにより分析した結果を表すグラフである。It is a graph showing the result of having analyzed the lithium manganese silicate type compound of the comparative example by EDX. 実施例のリチウムイオン二次電池の充放電曲線を表すグラフである。It is a graph showing the charging / discharging curve of the lithium ion secondary battery of an Example. 実施例のリチウムイオン二次電池のサイクル特性を表すグラフである。It is a graph showing the cycle characteristic of the lithium ion secondary battery of an Example. 比較例のリチウムイオン二次電池の充放電曲線を表すグラフである。It is a graph showing the charging / discharging curve of the lithium ion secondary battery of a comparative example. 比較例のリチウムイオン二次電池のサイクル特性を表すグラフである。It is a graph showing the cycle characteristic of the lithium ion secondary battery of a comparative example.

上述したように、本発明の発明者等は、リチウムマンガンシリケート系化合物に含有されるマンガンが、充電時に溶出することを見出した。このことは以下の試験によって裏づけられる。   As described above, the inventors of the present invention have found that manganese contained in a lithium manganese silicate compound is eluted during charging. This is supported by the following test.

<マンガン溶出の確認>
正極活物質として、リチウムマンガンシリケート系化合物を準備した。リチウムマンガンシリケート系化合物は、以下の方法で調製した。
<Confirmation of manganese elution>
A lithium manganese silicate compound was prepared as a positive electrode active material. The lithium manganese silicate compound was prepared by the following method.

[マンガン系沈殿物の合成]
無水水酸化リチウム(LiOH)2.5モルを1000mLの蒸留水に溶解させ、水酸化リチウム水溶液を調製した。また、塩化マンガン4水和物(MnCl・4HO)0.25モルを500mLの蒸留水に溶解させ、塩化マンガン水溶液を調製した。室温(約20℃)にて、塩化マンガン水溶液に水酸化リチウム水溶液を数時間かけて徐々に滴下した。この操作でマンガン系沈殿物が生成した。その後、マンガン系沈殿物を含む反応液を攪拌しながら、反応液中に空気を吹き込み、室温にて1日間バブリング処理した。得られたマンガン系沈殿物を、濾過後、蒸留水で3回程洗浄濾過した。洗浄したマンガン系沈殿物を40℃で一晩乾燥した。
[Synthesis of manganese-based precipitates]
Anhydrous lithium hydroxide (LiOH) (2.5 mol) was dissolved in 1000 mL of distilled water to prepare an aqueous lithium hydroxide solution. Further, 0.25 mol of manganese chloride tetrahydrate (MnCl 2 .4H 2 O) was dissolved in 500 mL of distilled water to prepare an aqueous manganese chloride solution. At room temperature (about 20 ° C.), an aqueous lithium hydroxide solution was gradually added dropwise to the aqueous manganese chloride solution over several hours. This operation produced a manganese-based precipitate. Thereafter, while stirring the reaction solution containing the manganese-based precipitate, air was blown into the reaction solution, and bubbling treatment was performed at room temperature for 1 day. The obtained manganese-based precipitate was filtered, washed with distilled water three times, and filtered. The washed manganese-based precipitate was dried at 40 ° C. overnight.

乾燥後のマンガン系沈殿物を、X線回折を用いて分析した。その結果、乾燥後のマンガン系沈殿物が組成式:MnOOHで表される化合物であることがわかった。つまり、このマンガン系沈殿物1モルには、Mnが1モル含まれる。また、SEMにより、得られた沈殿物が多孔質であることを確認した。   The manganese-based precipitate after drying was analyzed using X-ray diffraction. As a result, it was found that the manganese-based precipitate after drying was a compound represented by the composition formula: MnOOH. That is, 1 mol of Mn is contained in 1 mol of this manganese-based precipitate. Moreover, it confirmed that the obtained deposit was porous by SEM.

[リチウムマンガンシリケート系化合物の合成]
炭酸リチウム(キシダ化学株式会社製、純度99.9%)、炭酸ナトリウム(キシダ化学株式会社製、純度99.5%)および炭酸カリウム(キシダ化学株式会社製、純度99.5%)を、炭酸リチウム:炭酸ナトリウム:炭酸カリウム=43.5:31.5:25(モル比)で混合して炭酸塩混合物を調製した。この炭酸塩混合物と、上記のマンガン系沈殿物0.03モルと、リチウムシリケート(LiSiO、キシダ化学株式会社製、純度99.5%)0.03モルと、を炭酸塩混合物100質量部に対して、マンガン系沈殿物とリチウムシリケートの合計量が160質量部となるように混合した。この混合物にアセトン20mlを加えたものを、ジルコニア製ボールミルにて500rpmで60分混合し、乾燥した。乾燥後の混合粉末を金坩堝に入れ、この金坩堝を電気炉に入れて、二酸化炭素(流量:100mL/分)と水素(流量:3mL/分)の混合ガス雰囲気下で加熱した。このときの加熱温度は550℃であり、反応時間は65時間であった。なお、反応中、炭酸塩混合物は溶融した状態を維持していた。
[Synthesis of lithium manganese silicate compounds]
Lithium carbonate (Kishida Chemical Co., Ltd., purity 99.9%), sodium carbonate (Kishida Chemical Co., Ltd., purity 99.5%) and potassium carbonate (Kishida Chemical Co., Ltd., purity 99.5%) A carbonate mixture was prepared by mixing in lithium: sodium carbonate: potassium carbonate = 43.5: 31.5: 25 (molar ratio). This carbonate mixture, 0.03 mol of the above manganese-based precipitate, and 0.03 mol of lithium silicate (Li 2 SiO 3 , manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., purity 99.5%) are 100 masses of carbonate mixture. The total amount of manganese-based precipitates and lithium silicate was 160 parts by mass with respect to parts. A mixture obtained by adding 20 ml of acetone to this mixture was mixed in a zirconia ball mill at 500 rpm for 60 minutes and dried. The mixed powder after drying was put in a gold crucible, and this gold crucible was put in an electric furnace and heated in a mixed gas atmosphere of carbon dioxide (flow rate: 100 mL / min) and hydrogen (flow rate: 3 mL / min). The heating temperature at this time was 550 ° C., and the reaction time was 65 hours. During the reaction, the carbonate mixture maintained a molten state.

反応後、反応系である炉心全体(金坩堝含む)を電気炉から取り出して、混合ガスを流通させたまま室温まで急冷した。次いで、固化した反応物に水20mLを加えて、乳棒および乳鉢を用いて擦り潰し、粉体を得た。この粉体から塩等を取り除くために、粉体を水洗濾過した。濾取乾燥後得られた粉体をリチウムマンガンシリケート系化合物の粉体とした。   After the reaction, the entire reactor core (including the gold crucible) as a reaction system was taken out of the electric furnace and rapidly cooled to room temperature while the mixed gas was circulated. Next, 20 mL of water was added to the solidified reaction product and crushed using a pestle and mortar to obtain a powder. In order to remove salt and the like from the powder, the powder was washed with water and filtered. The powder obtained after filtration and drying was used as a powder of lithium manganese silicate compound.

[カーボン被覆処理]
上記した方法で得られたリチウムマンガンシリケート系化合物を、さらに、カーボンにより被覆した。この処理により正極活物質の導電性が向上する。
[Carbon coating treatment]
The lithium manganese silicate compound obtained by the above method was further coated with carbon. This treatment improves the conductivity of the positive electrode active material.

具体的には、上記のリチウムマンガンシリケート系化合物とアセチレンブラックとを質量比5:4で混合した。混合にはボールミリングを用い、混合条件は450rpm、5時間であった。その後、雰囲気制御できる熱処理炉を用いて、ガス流量CO:H=100:3(cm)のもと、700℃で2時間熱処理を行った。この工程で、カーボンとリチウムマンガンシリケートとからなるリチウムマンガンシリケート複合体を作製した。 Specifically, the above lithium manganese silicate compound and acetylene black were mixed at a mass ratio of 5: 4. Ball milling was used for mixing, and the mixing conditions were 450 rpm and 5 hours. Thereafter, heat treatment was performed at 700 ° C. for 2 hours under a gas flow rate of CO 2 : H 2 = 100: 3 (cm 3 ) using a heat treatment furnace capable of controlling the atmosphere. In this step, a lithium manganese silicate composite composed of carbon and lithium manganese silicate was produced.

[リチウムイオン二次電池の製作]
上記のリチウムマンガンシリケート系化合物を正極活物質に用い、負極活物質にSiO(大阪チタニウムテクノロジーズ株式会社製、粒度分布45ミクロン以下の粉末)を用い、ケースとして(CR2032タイプのコイン電池ケース)を用いたコイン電池を製作した。
[Production of lithium ion secondary batteries]
The above lithium manganese silicate compound is used as a positive electrode active material, SiO (Osaka Titanium Technologies Co., Ltd., powder having a particle size distribution of 45 microns or less) is used as a negative electrode active material, and a case (CR2032 type coin battery case) is used. I made a coin battery.

詳しくは、カーボン被覆処理したリチウムマンガンシリケート系化合物:アセチレンブラック(AB):ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)=17.1:4.7:1(質量比)の混合物を混練した後フィルム状にして、アルミニウム製の集電体に圧着して電極を製作し、140℃で3時間真空乾燥したものを正極として用いた。   Specifically, a carbon-coated lithium manganese silicate compound: acetylene black (AB): polytetrafluoroethylene (PTFE) = 17.1: 4.7: 1 (mass ratio) is kneaded to form a film. Then, an electrode was manufactured by pressure bonding to an aluminum current collector, and vacuum-dried at 140 ° C. for 3 hours was used as the positive electrode.

負極としては、上記のSiOを電極にした後、リチウムを対極として充放電を行い、不可逆容量を無くしたものを用いた。なお、SiO負極用の負極合材としては、SiO:KB:ポリイミドバインダー=80:5:15(質量比)を用いた。   As the negative electrode, the above-described SiO was used as an electrode, and after charging and discharging using lithium as a counter electrode, the irreversible capacity was eliminated. In addition, as a negative electrode mixture for SiO negative electrode, SiO: KB: polyimide binder = 80: 5: 15 (mass ratio) was used.

電解液としては、エチレンカーボネート(EC):ジメチレンカーボネート(DMC)=1:1にLiPFを溶解して1mol/Lとした溶液を用いた。 As the electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 was dissolved in ethylene carbonate (EC): dimethylene carbonate (DMC) = 1: 1 to 1 mol / L was used.

上記の正極および負極を用いて、コイン電池を製作した。詳しくは、ドライルーム内で、セパレータ(Celgard社製Celgard2400、厚さ25μmのポリプロピレン微孔質膜)と、ガラス不織布フィルタ(厚さ440μm、ADVANTEC社製、GA100)と、を正極と負極との間に挟装して、電極体電池とした。この電極体電池を、ステンレス容器からなる電池ケース(CR2032型コイン電池用部材、宝泉株式会社製)に収容した。電池ケースには上記の電解液を注入した。電池ケースをカシメ機で密閉して、リチウムイオン二次電池を得た。   A coin battery was manufactured using the positive electrode and the negative electrode. Specifically, in a dry room, a separator (Celgard 2400 made by Celgard, a polypropylene microporous membrane having a thickness of 25 μm) and a glass nonwoven fabric filter (thickness 440 μm, made by ADVANTEC, GA100) are placed between the positive electrode and the negative electrode. To be an electrode body battery. This electrode body battery was accommodated in a battery case (CR2032-type coin battery member, manufactured by Hosen Co., Ltd.) made of a stainless steel container. The above electrolyte was injected into the battery case. The battery case was sealed with a caulking machine to obtain a lithium ion secondary battery.

このリチウムイオン二次電池について、正極活物質の単位面積(1cm)あたり0.05mAに相当する電流値で充電を行った。このときの温度は30℃であり、充電は定電圧(4.4Vで10時間)であった。 The lithium ion secondary battery was charged at a current value corresponding to 0.05 mA per unit area (1 cm 2 ) of the positive electrode active material. The temperature at this time was 30 ° C., and charging was a constant voltage (10 hours at 4.4 V).

初回充電後の負極表面を分析した。装置としては、走査型電子顕微鏡(SEM)およびこれに付属したエネルギー分散型X線分光分析装置(EDX)を用いた。EDXに関しては、ZAF法による簡易定量分析を行った。測定条件は、装置名:6390(LA)、加速電圧:20.0kV、照射電流:1.00000nA、PHAモード:T2、経過時間:491.52sec、有効時間:409.32sec、デッドタイム:16%、計数率:2875cps、エネルギー範囲:0〜20keVであった。リチウムマンガンシリケート系化合物を正極活物質に用い、負極にSiOを用いたコイン電池における初回充電後の負極のSEM像を図1に示し、EDXによる分析結果を図2および表1に示す。なお、表1は図2の分析結果を数値に変換したものである。   The negative electrode surface after the first charge was analyzed. As the apparatus, a scanning electron microscope (SEM) and an energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) attached thereto were used. For EDX, simple quantitative analysis was performed by the ZAF method. The measurement conditions are as follows: device name: 6390 (LA), acceleration voltage: 20.0 kV, irradiation current: 1.00000 nA, PHA mode: T2, elapsed time: 491.52 sec, effective time: 409.32 sec, dead time: 16% The counting rate was 2875 cps, and the energy range was 0 to 20 keV. FIG. 1 shows an SEM image of the negative electrode after initial charging in a coin battery using a lithium manganese silicate compound as the positive electrode active material and SiO as the negative electrode, and FIG. 2 and Table 1 show the results of analysis by EDX. Table 1 is obtained by converting the analysis result of FIG. 2 into a numerical value.


図1に示した負極の粒子の表面をEDXにより分析した結果、C、O、F、Si、P、CaおよびMnを検出した(図2)。図2の横軸において、6keV近くにMnKα線が明確に見られていることから、Mnの存在が証拠付けられる。

As a result of analyzing the surface of the negative electrode particle shown in FIG. 1 by EDX, C, O, F, Si, P, Ca and Mn were detected (FIG. 2). In the horizontal axis of FIG. 2, the presence of Mn is evidenced by the fact that the MnKα line is clearly seen near 6 keV.

表1に示すように、初期充電後の負極表面には、負極全体を100原子%としたときに1.65原子%となる量のマンガンが存在していた。負極はケイ素酸化物(SiO)で構成されているため、負極表面に析出したマンガンは、正極活物質に含まれていたマンガンに由来すると考えられる。すなわち、この結果から、リチウムマンガンシリケートに含まれるマンガンが充電時に溶出することが裏づけられる。なお、リチウムイオン二次電池の充放電を繰り返すと、負極表面におけるマンガン析出量(原子%)が増大した。充放電50サイクル後には、7原子%程度のマンガンが負極表面に析出した。この事実から、充放電を繰り返すことにより、リチウムマンガンシリケートに含まれるマンガンが徐々に溶出したことが裏づけられる。   As shown in Table 1, manganese in an amount of 1.65 atomic% was present on the negative electrode surface after the initial charge when the entire negative electrode was taken as 100 atomic%. Since the negative electrode is made of silicon oxide (SiO), it is considered that manganese deposited on the surface of the negative electrode is derived from manganese contained in the positive electrode active material. That is, this result supports that manganese contained in the lithium manganese silicate is eluted during charging. In addition, when charging / discharging of the lithium ion secondary battery was repeated, the manganese precipitation amount (atomic%) on the negative electrode surface increased. After 50 cycles of charge / discharge, about 7 atomic% of manganese was deposited on the negative electrode surface. This fact confirms that manganese contained in the lithium manganese silicate was gradually eluted by repeating charging and discharging.

<リチウムマンガンシリケート系化合物>
本発明のリチウムマンガンシリケート複合体は、芯部と被覆層とを含む。芯部はリチウムマンガンシリケート系化合物からなる。リチウムマンガンシリケート系化合物は、リチウム(Li)、マンガン(Mn)、ケイ素(Si)、および酸素(O)を含む化合物であり、リチウムマンガンシリケート(LiMnSiO)がよく知られている。リチウムマンガンシリケート系化合物は、リチウム(Li)、マンガン(Mn)、ケイ素(Si)、および酸素(O)を含む化合物であれば良く、その他の元素を含んでも良い。
<Lithium manganese silicate compound>
The lithium manganese silicate composite of the present invention includes a core part and a coating layer. The core is made of a lithium manganese silicate compound. A lithium manganese silicate compound is a compound containing lithium (Li), manganese (Mn), silicon (Si), and oxygen (O), and lithium manganese silicate (Li 2 MnSiO 4 ) is well known. The lithium manganese silicate compound may be a compound containing lithium (Li), manganese (Mn), silicon (Si), and oxygen (O), and may contain other elements.

本発明のリチウムマンガンシリケート複合体における被覆層は、耐フッ酸化合物、フッ素吸収化合物から選ばれる少なくとも一種およびカーボン系材料からなり、芯部を覆う。リチウムマンガンシリケートに含まれるマンガンは、電解液の分解により生成したフッ酸の作用によって、電解液に溶出すると考えられる。したがって、フッ酸に強い物質、すなわち、耐フッ酸化合物、フッ素吸収化合物から選ばれる少なくとも一種でリチウムマンガンシリケート系化合物を覆うことで、マンガンの溶出を抑制できると考えられる。   The coating layer in the lithium manganese silicate composite of the present invention is composed of at least one selected from a hydrofluoric acid compound and a fluorine absorbing compound and a carbon-based material, and covers the core. Manganese contained in lithium manganese silicate is considered to elute into the electrolytic solution by the action of hydrofluoric acid generated by the decomposition of the electrolytic solution. Therefore, it is considered that elution of manganese can be suppressed by covering the lithium manganese silicate compound with at least one substance selected from hydrofluoric acid, that is, a hydrofluoric acid resistant compound and a fluorine absorbing compound.

例えば、下式1で表されるケイ素過剰のリチウムマンガンシリケート系化合物は、正極活物質として用いたときに、リチウムイオン二次電池に優れた電池特性を付与できる材料である。   For example, the silicon-rich lithium manganese silicate compound represented by the following formula 1 is a material that can impart excellent battery characteristics to a lithium ion secondary battery when used as a positive electrode active material.

組成式:Li2+a-bMn1-xSi1+α4+c・・・・・・(式1)
なお、式中、Aは、Na、K、RbおよびCsからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素であり、Mは、Mg、Ca、Co、Al、Ni、Nb、Ti、Cr、Cu、Zn、Zr、V、MoおよびWからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素である。各添字については、0≦x≦0.5、−1<a<1、0≦b<0.2、0≦c<1、0<α≦0.2である。
Composition formula: Li 2 + ab Ab Mn 1-x M x Si 1 + α O 4 + c (formula 1)
In the formula, A is at least one element selected from the group consisting of Na, K, Rb and Cs, and M is Mg, Ca, Co, Al, Ni, Nb, Ti, Cr, Cu, It is at least one element selected from the group consisting of Zn, Zr, V, Mo and W. For each subscript, 0 ≦ x ≦ 0.5, −1 <a <1, 0 ≦ b <0.2, 0 ≦ c <1, and 0 <α ≦ 0.2.

式1に示されるようなケイ素過剰のリチウムマンガンシリケート系化合物は、リチウムマンガンシリケートに比べて、比較的サイクル特性に優れるが、被覆層で覆うことによってさらにサイクル特性を向上させ得る。   The silicon-excess lithium manganese silicate compound represented by Formula 1 is relatively excellent in cycle characteristics as compared with lithium manganese silicate, but the cycle characteristics can be further improved by covering with a coating layer.

リチウムマンガンシリケート系化合物としては、既知の方法で調製したものを用いれば良い。例えば、水熱合成法で合成したものや固相反応法で合成したものを用いても良いし、それ以外のものを用いても良い。例えば、アルカリ金属塩を含む溶融塩中で、二酸化炭素および還元性ガスを含む混合ガス雰囲気下において、珪酸リチウム化合物と、マンガンを含む化合物(以下、マンガン化合物と呼ぶ)を含む水溶液をアルカリ性にして形成される沈殿物と、を300℃以上600℃以下で反応させたものを用いても良い。この方法によると、上述したケイ素過剰のリチウムマンガンシリケート系化合物を合成できる。以下、この方法を溶融塩法と呼ぶ。   What is necessary is just to use what was prepared by the known method as a lithium manganese silicate type compound. For example, one synthesized by a hydrothermal synthesis method or one synthesized by a solid phase reaction method may be used, or another one may be used. For example, in a molten salt containing an alkali metal salt, an aqueous solution containing a lithium silicate compound and a compound containing manganese (hereinafter referred to as a manganese compound) is made alkaline in a mixed gas atmosphere containing carbon dioxide and a reducing gas. You may use what formed the precipitate and made it react at 300 to 600 degreeC. According to this method, the above-described silicon-rich lithium manganese silicate compound can be synthesized. Hereinafter, this method is referred to as a molten salt method.

<溶融塩の組成>
溶融塩法では、詳しくは、アルカリ金属塩から選ばれた少なくとも一種を含む溶融塩中において、リチウムマンガンシリケート系化合物の合成反応を行う。
<Composition of molten salt>
More specifically, in the molten salt method, a synthesis reaction of a lithium manganese silicate compound is performed in a molten salt containing at least one selected from alkali metal salts.

アルカリ金属塩は、リチウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、ルビシウム塩およびセシウム塩からなる群から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。なかでも望ましいのは、リチウム塩である。リチウム塩を含む溶融塩を使用する場合には、不純物相の形成が少なく、リチウム原子を過剰に含むリチウムマンガンシリケート系化合物が形成されやすい。   Examples of the alkali metal salt include at least one selected from the group consisting of a lithium salt, a potassium salt, a sodium salt, a rubidium salt, and a cesium salt. Of these, lithium salts are desirable. When a molten salt containing a lithium salt is used, the formation of an impurity phase is small, and a lithium manganese silicate compound containing an excess of lithium atoms is likely to be formed.

また、アルカリ金属塩の種類に特に限定はないが、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属 硝酸塩およびアルカリ金属水酸化物のうちの少なくとも一種を含むことが望ましい。具体的には、炭酸リチウム(LiCO)、炭酸カリウム(KCO)、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸ルビジウム(RbCO)、炭酸セシウム(CsCO)、硝酸リチウム(LiNO)、硝酸カリウム(KNO)、硝酸ナトリウム(NaNO)、硝酸ルビジウム(RbNO)、硝酸セシウム(CsNO)、水酸化リチウム(LiOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化ルビジウム(RbOH)および水酸化セシウム(CsOH)が挙げられる。アルカリ金属塩としては、これらのうちの一種を単独で、または、これらのうちの二種以上を混合して使用すると良い。 Further, the type of alkali metal salt is not particularly limited, but it is preferable to include at least one of alkali metal carbonate, alkali metal nitrate and alkali metal hydroxide. Specifically, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), rubidium carbonate (Rb 2 CO 3 ), cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), Lithium nitrate (LiNO 3 ), potassium nitrate (KNO 3 ), sodium nitrate (NaNO 3 ), rubidium nitrate (RbNO 3 ), cesium nitrate (CsNO 3 ), lithium hydroxide (LiOH), potassium hydroxide (KOH), hydroxide Examples include sodium (NaOH), rubidium hydroxide (RbOH), and cesium hydroxide (CsOH). As the alkali metal salt, one of these may be used alone, or two or more of these may be mixed and used.

たとえば、炭酸リチウム単独の場合の溶融温度は700℃程度であるが、炭酸リチウムとその他のアルカリ金属塩との混合物の溶融塩とする場合には、溶融温度を600℃以下とすることができる。したがって、このようなアルカリ金属塩を用いることで、300〜600℃という比較的低い反応温度において、目的とするリチウムマンガンシリケート系化合物を合成することが可能となる。   For example, the melting temperature in the case of lithium carbonate alone is about 700 ° C., but when the molten salt is a mixture of lithium carbonate and another alkali metal salt, the melting temperature can be 600 ° C. or less. Therefore, the use of such an alkali metal salt makes it possible to synthesize the target lithium manganese silicate compound at a relatively low reaction temperature of 300 to 600 ° C.

溶融塩は、溶融温度が600℃以下となるように上記のアルカリ金属塩から選択し、アルカリ金属塩を混合して用いるのであれば混合物の溶融温度が600℃以下となるように混合比を調節して混合溶融塩を得れば良い。混合比は、塩の種類に応じて異なるため、一概に規定することは困難である。   The molten salt is selected from the above alkali metal salts so that the melting temperature is 600 ° C. or lower, and if the alkali metal salts are mixed and used, the mixing ratio is adjusted so that the melting temperature of the mixture is 600 ° C. or lower. Thus, a mixed molten salt may be obtained. Since the mixing ratio varies depending on the type of salt, it is difficult to define it unconditionally.

たとえば、炭酸リチウムを必須とし他の炭酸塩を含む炭酸塩混合物を溶融塩として使用するのであれば、通常、炭酸塩混合物全体を100モル%としたとき、炭酸リチウムを30モル%以上さらには30〜70モル%含むことが好ましい。炭酸塩混合物の具体例として、炭酸リチウム30〜70モル%、炭酸ナトリウム0〜60モル%および炭酸カリウム0〜50モル%からなる混合物を挙げることができる。このような炭酸塩混合物のさらに好ましい具体例として、炭酸リチウム40〜45モル%、炭酸ナトリウム30〜35モル%および炭酸カリウム20〜30モル%からなる混合物を挙げることができる。   For example, if a carbonate mixture containing lithium carbonate and containing other carbonates is used as the molten salt, normally, when the total carbonate mixture is 100 mol%, lithium carbonate is 30 mol% or more, further 30 It is preferable to contain -70 mol%. Specific examples of the carbonate mixture include a mixture composed of 30 to 70 mol% lithium carbonate, 0 to 60 mol% sodium carbonate, and 0 to 50 mol% potassium carbonate. As a more preferred specific example of such a carbonate mixture, a mixture comprising 40 to 45 mol% lithium carbonate, 30 to 35 mol% sodium carbonate and 20 to 30 mol% potassium carbonate can be mentioned.

なお、アルカリ金属硝酸塩およびアルカリ金属水酸化物の溶融温度(融点)は高くても450℃(水酸化リチウム)であるため、硝酸塩または水酸化物のうち一種を単独で含む溶融塩を用いる場合にも、低い反応温度を実現することができる。   In addition, since the melting temperature (melting point) of alkali metal nitrate and alkali metal hydroxide is at most 450 ° C. (lithium hydroxide), when using a molten salt containing one kind of nitrate or hydroxide alone. Also, a low reaction temperature can be realized.

<原料化合物>
溶融塩法におけるリチウムおよびケイ素供給源としてはLiSiOで表される珪酸リチウム化合物を用いることができる。またマンガン供給源としては、マンガン化合物を含む水溶液をアルカリ性にして形成される沈殿物を用いることができる。この沈殿物の具体的な形成方法を以下に説明する。
<Raw compound>
As a lithium and silicon supply source in the molten salt method, a lithium silicate compound represented by Li 2 SiO 3 can be used. Moreover, as a manganese supply source, the precipitate formed by making aqueous solution containing a manganese compound alkaline can be used. A specific method for forming this precipitate will be described below.

マンガン化合物としては、マンガン化合物を含む水溶液(以下「水溶液」と記載することもある)を形成できる成分であれば特に限定なく使用できる。マンガン化合物としては、通常、水溶性の化合物を用いれば良い。この様な水溶性化合物の具体例としては、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩などの水溶性塩、水酸化物などを挙げることができる。これらの水溶性化合物は、無水物および水和物の何れであっても良い。また、酸化物および酸化水酸化物などの非水溶性化合物をマンガン化合物として選択する場合であっても、例えば、塩酸または硝酸などの酸を用いて溶解させて水溶液として用いることが可能である。これらの各マンガン化合物は、それぞれ単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。   Any manganese compound can be used without particular limitation as long as it is a component capable of forming an aqueous solution containing a manganese compound (hereinafter sometimes referred to as “aqueous solution”). As the manganese compound, usually a water-soluble compound may be used. Specific examples of such water-soluble compounds include water-soluble salts such as chlorides, nitrates, sulfates, oxalates and acetates, hydroxides and the like. These water-soluble compounds may be either anhydrides or hydrates. Even when a water-insoluble compound such as an oxide or oxide hydroxide is selected as the manganese compound, it can be dissolved in an acid such as hydrochloric acid or nitric acid and used as an aqueous solution. Each of these manganese compounds may be used alone or in combination of two or more.

マンガン化合物含有水溶液は、マンガンを必須で含むが、それ以外の金属をさらに含んでも良い。金属の価数は、金属元素が2価以下で存在する沈殿物を得る観点から、水溶液においても2価以下で存在するのが好ましい。したがって、具体的には、マンガン化合物としては、塩化マンガン(II)、硝酸マンガン(II)、硫酸マンガン(II)、酢酸マンガン(II)、酢酸マンガン(III)、アセチル酢酸マンガン(II)、過マンガン酸カリウム(VII)、アセチル酢酸マンガン(III)およびこれらの水和物などが挙げられる。さらに必要に応じて、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、硝酸鉄(III)、硫酸鉄(II)、硫酸鉄(III)、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、シュウ酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、硫酸カルシウム、酢酸カルシウム、塩化コバルト(II)、硝酸コバルト(II)、シュウ酸コバルト(II)、硫酸コバルト(II)、酢酸コバルト(II)、塩化アルミニウム(III)、硝酸アルミニウム(III)、シュウ酸アルミニウム(III)、硫酸アルミニウム(III)、酢酸アルミニウム(III)、塩化ニッケル(II)、硝酸ニッケル(II)、シュウ酸ニッケル(II)、硫酸ニッケル(II)、酢酸ニッケル(II)、塩化ニオブ、塩化チタン、硫酸チタン、塩化クロム(III)、硝酸クロム(III)、硫酸クロム(III)、酢酸クロム(III)、塩化銅(II)、硝酸銅(II)、シュウ酸銅(II)、硫酸銅(II)、酢酸銅(II)、塩化亜鉛(II)、硝酸亜鉛(II)、シュウ酸亜鉛(II)、硫酸亜鉛(II)、酢酸亜鉛(II)、塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、塩化バナジウム、硫酸バナジウム、酢酸モリブデン、塩化タングステンおよびこれらの水和物などを用いて、マンガンとともにそれ以外の金属を含む沈殿物を生成させても良い。   The manganese compound-containing aqueous solution contains manganese as an essential component, but may further contain other metals. From the viewpoint of obtaining a precipitate in which a metal element is present at a valence of 2 or less, the valence of the metal is preferably present at a valence of 2 or less even in an aqueous solution. Therefore, specifically, manganese compounds include manganese chloride (II), manganese nitrate (II), manganese sulfate (II), manganese acetate (II), manganese acetate (III), manganese acetyl acetate (II), Examples thereof include potassium manganate (VII), manganese (III) acetyl acetate, and hydrates thereof. Further, if necessary, iron (II) chloride, iron (III) chloride, iron (III) nitrate, iron (II) sulfate, iron (III) sulfate, magnesium chloride, magnesium nitrate, magnesium oxalate, magnesium sulfate, acetic acid Magnesium, calcium chloride, calcium nitrate, calcium oxalate, calcium sulfate, calcium acetate, cobalt chloride (II), cobalt nitrate (II), cobalt oxalate (II), cobalt sulfate (II), cobalt acetate (II), chloride Aluminum (III), aluminum nitrate (III), aluminum oxalate (III), aluminum sulfate (III), aluminum acetate (III), nickel chloride (II), nickel nitrate (II), nickel oxalate (II), sulfuric acid Nickel (II), nickel acetate (II), niobium chloride Titanium chloride, titanium sulfate, chromium chloride (III), chromium nitrate (III), chromium sulfate (III), chromium acetate (III), copper chloride (II), copper nitrate (II), copper oxalate (II), sulfuric acid Copper (II), copper acetate (II), zinc chloride (II), zinc nitrate (II), zinc oxalate (II), zinc sulfate (II), zinc acetate (II), zirconium chloride, zirconium sulfate, vanadium chloride , Vanadium sulfate, molybdenum acetate, tungsten chloride, and hydrates thereof may be used to form a precipitate containing manganese and other metals.

二種以上の金属元素を含む沈殿物を得たい場合には、水溶液における上記化合物の混合割合を、目的とするリチウムマンガンシリケート系化合物における各金属元素の元素比と同様の元素比にすれば良い。   When it is desired to obtain a precipitate containing two or more metal elements, the mixing ratio of the above compounds in the aqueous solution may be set to an element ratio similar to the element ratio of each metal element in the target lithium manganese silicate compound. .

水溶液中の各化合物の濃度については、特に限定的ではなく、均一な水溶液を形成でき、且つ円滑に沈殿物を形成できるように適宜決めれば良い。例えば、マンガン化合物の濃度を、0.01〜5モル/Lさらには0.1〜2モル/Lとするのが好ましい。   The concentration of each compound in the aqueous solution is not particularly limited, and may be determined as appropriate so that a uniform aqueous solution can be formed and a precipitate can be smoothly formed. For example, the concentration of the manganese compound is preferably 0.01 to 5 mol / L, more preferably 0.1 to 2 mol / L.

マンガン化合物含有水溶液は、マンガン化合物および水以外に、アルコールを含んでも良い。つまり溶媒として、水を単独で用いる他、メタノール、エタノールなどの水溶性アルコールを含む水−アルコール混合溶媒を用いても良い。水−アルコール混合溶媒を用いることにより、アルコールが不凍液として働き、0℃を下回る温度での沈殿生成が可能となる。アルコールの使用量は、目的とする沈殿生成温度などに応じて適宜決めれば良いが、通常、水100質量部に対して、アルコールの使用量を50質量部以下とするのが適当である。なお、本明細書では、アルコールを含む場合も「水溶液」とみなす。   The manganese compound-containing aqueous solution may contain alcohol in addition to the manganese compound and water. That is, as a solvent, water may be used alone, or a water-alcohol mixed solvent containing a water-soluble alcohol such as methanol or ethanol may be used. By using a water-alcohol mixed solvent, the alcohol functions as an antifreeze and precipitates can be formed at temperatures below 0 ° C. The amount of alcohol used may be appropriately determined according to the target precipitation temperature, etc., but it is usually appropriate that the amount of alcohol used is 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of water. In the present specification, the case where alcohol is included is also regarded as an “aqueous solution”.

次いで、水溶液から沈殿物(共沈物であっても良い)を生成させる。沈殿物を生成させるには、水溶液をアルカリ性とすれば良い。良好な沈殿物を形成する条件は、水溶液に含まれる各化合物の種類、濃度などによって異なるので一概に規定できないが、通常、pH8以上とすることが好ましく、pH11以上とすることがより好ましい。   Next, a precipitate (which may be a coprecipitate) is generated from the aqueous solution. In order to generate the precipitate, the aqueous solution may be alkaline. Conditions for forming a good precipitate vary depending on the type and concentration of each compound contained in the aqueous solution, and thus cannot be defined unconditionally. However, the pH is usually preferably 8 or more, more preferably 11 or more.

金属塩を含む水溶液をアルカリ性にする方法については特に限定はなく、通常は、アルカリを含む水溶液に当該水溶液を添加する方法によっても沈殿物を形成できる。また、当該水溶液に、アルカリまたはアルカリを含む水溶液を添加しても良い。   There is no particular limitation on the method of making the aqueous solution containing the metal salt alkaline, and usually a precipitate can also be formed by a method of adding the aqueous solution to an aqueous solution containing an alkali. Further, an alkali or an aqueous solution containing an alkali may be added to the aqueous solution.

水溶液をアルカリ性にするために用いるアルカリとしては、たとえば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物やその水和物、アンモニアなどを用いることができる。特に好ましいのは水酸化リチウムである。水酸化リチウムを使用することで、沈殿物に含まれる不純物を、目的とするリチウムマンガンシリケート系化合物に必須に含まれるLiのみにできるためである。また、水酸化リチウムを用いる場合には水溶液のpH調整を容易にできる利点もある。これらのアルカリを水溶液として用いる場合には、たとえば、0.1〜20モル/L、好ましくは0.3〜10モル/Lの濃度の水溶液として用いることができる。   Examples of the alkali used for making the aqueous solution alkaline include alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide, sodium hydroxide and lithium hydroxide, hydrates thereof, and ammonia. Particularly preferred is lithium hydroxide. This is because by using lithium hydroxide, the impurities contained in the precipitate can be made only Li contained in the target lithium manganese silicate compound. In addition, when lithium hydroxide is used, there is an advantage that pH adjustment of the aqueous solution can be easily performed. When these alkalis are used as an aqueous solution, they can be used, for example, as an aqueous solution having a concentration of 0.1 to 20 mol / L, preferably 0.3 to 10 mol / L.

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

水溶液の温度に特に限定はなく、室温(20〜35℃)にて沈殿の形成を行えば良いが、水溶液の温度を−50℃から+15℃、好ましくは−40℃から+10℃程度にしても良い。低温に保持することで、沈殿の微細化とともに、反応時の中和熱発生に伴う不純物相(例えば鉄酸化物の一種であるスピネルフェライト)の生成が抑制され、均質な沈殿物が形成され易くなる。   There is no particular limitation on the temperature of the aqueous solution, and the precipitate may be formed at room temperature (20 to 35 ° C.). good. By keeping at a low temperature, the formation of impurity phase (for example, spinel ferrite, a kind of iron oxide) accompanying the generation of heat of neutralization during the reaction is suppressed, and a uniform precipitate is easily formed. Become.

水溶液をアルカリ性とした後、更に、0〜150℃、好ましくは10〜100℃で、1時間〜7日間、好ましくは半日〜4日間にわたり、反応溶液に空気を吹き込みながら、沈殿物の酸化・熟成処理を行うことが好ましい。なお、酸化・熟成処理は、室温で行っても良い。得られた沈殿を蒸留水等で洗浄して、過剰のアルカリ成分、残留原料等を除去し、濾別することによって、沈殿を精製することができる。   After the aqueous solution is made alkaline, the precipitate is oxidized and aged while blowing air into the reaction solution at 0 to 150 ° C., preferably 10 to 100 ° C., for 1 hour to 7 days, preferably half a day to 4 days. It is preferable to carry out the treatment. The oxidation / aging process may be performed at room temperature. The precipitate can be purified by washing the resulting precipitate with distilled water or the like to remove excess alkali components, residual raw materials, and the like, followed by filtration.

得られた沈殿物に含まれるマンガンは、2〜4価であるのが好ましい。また、沈殿物は、さらに必要に応じて、その他の金属元素を含んでも良い。その他の金属元素としては、Mg、Ca、Co、Al、Ni、Nb、Ti、Cr、Cu、Zn、Zr、V、MoおよびWからなる群から選ばれた少なくとも一種の遷移元素を例示できる。   Manganese contained in the obtained precipitate is preferably divalent to tetravalent. Further, the precipitate may further contain other metal elements as necessary. Examples of other metal elements include at least one transition element selected from the group consisting of Mg, Ca, Co, Al, Ni, Nb, Ti, Cr, Cu, Zn, Zr, V, Mo, and W.

マンガン化合物におけるマンガンの含有量は、金属元素の合計量を100モル%として、50モル%以上であることが必要である。即ち、Mg、Ca、Co、Al、Ni、Nb、Ti、Cr、Cu、Zn、Zr、V、MoおよびWからなる群から選ばれた少なくとも一種の遷移金属元素の量は、遷移金属元素の合計量を100モル%として、0〜50モル%とすることができる。   The manganese content in the manganese compound needs to be 50 mol% or more, with the total amount of metal elements being 100 mol%. That is, the amount of at least one transition metal element selected from the group consisting of Mg, Ca, Co, Al, Ni, Nb, Ti, Cr, Cu, Zn, Zr, V, Mo, and W is the amount of the transition metal element. The total amount can be 0 to 50 mol%, with 100 mol%.

LiSiOで表される珪酸リチウム化合物と、マンガン化合物との混合割合については、通常、珪酸リチウム化合物1モルに対して、マンガン化合物に含まれる金属元素の合計量が0.9〜1.2モルとなる量とすることが好ましく、0.95〜1.1モルとなる量とすることがより好ましい。 Regarding the mixing ratio of the lithium silicate compound represented by Li 2 SiO 3 and the manganese compound, the total amount of the metal elements contained in the manganese compound is usually 0.9 to 1. with respect to 1 mol of the lithium silicate compound. The amount is preferably 2 mol, and more preferably 0.95 to 1.1 mol.

<リチウムマンガンシリケート系化合物の製造方法>
溶融塩法では、上記の溶融塩中で、二酸化炭素および還元性ガスを含む混合ガス雰囲気下において、上記の原料化合物を300〜600℃で反応させることが必要である。
<Method for producing lithium manganese silicate compound>
In the molten salt method, it is necessary to react the raw material compound at 300 to 600 ° C. in a mixed gas atmosphere containing carbon dioxide and a reducing gas in the molten salt.

具体的な反応方法については特に限定的ではないが、通常は、上記したアルカリ金属塩から選ばれた少なくとも一種を含む溶融塩原料、珪酸リチウム化合物および上記のマンガン化合物を混合し、ボールミル等を用いて均一に混合した後、溶融塩原料の融点以上に加熱して溶融塩原料を溶融させれば良い。これにより、溶融塩中において、リチウム、珪素およびマンガンさらにはその他の添加金属の溶解−析出反応が進行して、目的とするリチウムマンガンシリケート系化合物を得ることができる。この際、珪酸リチウム化合物およびマンガン化合物と、溶融塩原料との混合割合については特に限定的ではなく、溶融塩中において、原料を均一に分散できる量であれば良く、たとえば、珪酸リチウム化合物とマンガン化合物との合計量100質量部に対して、溶融塩原料の合計量が20〜300質量部の範囲となる量であることが好ましく、50〜200質量部さらには60〜80質量部の範囲となる量であることがより好ましい。   The specific reaction method is not particularly limited, but usually, a molten salt raw material containing at least one selected from the above alkali metal salts, a lithium silicate compound and the above manganese compound are mixed, and a ball mill or the like is used. Then, the molten salt raw material may be melted by heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the molten salt raw material. Thereby, in the molten salt, the dissolution-precipitation reaction of lithium, silicon, manganese, and other additive metals proceeds, and the target lithium manganese silicate compound can be obtained. At this time, the mixing ratio of the lithium silicate compound and the manganese compound and the molten salt raw material is not particularly limited as long as the raw material can be uniformly dispersed in the molten salt. For example, the lithium silicate compound and manganese It is preferable that the total amount of the molten salt raw material is in the range of 20 to 300 parts by mass with respect to the total amount of 100 parts by mass with the compound, More preferably, the amount is

溶融塩中における珪酸リチウム化合物とマンガン化合物との反応温度は、300〜600℃さらには400〜560℃であれば良い。300℃未満では、温度が低いため塩が溶融し難いこと等から反応性が乏しくなり、リチウムマンガンシリケート系化合物が合成されるまでに長時間を要するため、実用的ではない。また、反応温度が600℃を超えると、得られるリチウムマンガンシリケート系化合物の粒子が粗大化し易くなるため好ましくない。   The reaction temperature of the lithium silicate compound and the manganese compound in the molten salt may be 300 to 600 ° C., further 400 to 560 ° C. If the temperature is lower than 300 ° C., the reactivity is poor because the salt is difficult to melt because the temperature is low, and it takes a long time to synthesize the lithium manganese silicate compound, which is not practical. On the other hand, when the reaction temperature exceeds 600 ° C., the resulting lithium manganese silicate compound particles are likely to be coarsened, which is not preferable.

溶融塩法により合成されるリチウムマンガンシリケート系化合物をリチウムイオン二次電池の正極活物質として用いた場合に顕著に向上する電池特性は、放電平均電圧である。また、初期放電容量も大きくなり、不可逆容量が低減される。合成するリチウムマンガンシリケート系化合物の組成により温度の絶対値は異なるが、反応温度が高くなると板状粒子に成長しやすい傾向にある。たとえば、反応温度が470℃以上では、針状または板状の粒子形状をなすLiMnSiO粉末が得られる。特に、470〜510℃で反応させることで、LiMnSiOが針状粒子に成長し易くなる。また、520〜560℃で反応させることで、LiMnSiOが板状粒子に成長し易くなる。 When the lithium manganese silicate compound synthesized by the molten salt method is used as the positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, the battery characteristic that is remarkably improved is the discharge average voltage. Also, the initial discharge capacity is increased and the irreversible capacity is reduced. Although the absolute value of the temperature varies depending on the composition of the lithium manganese silicate compound to be synthesized, it tends to grow into plate-like particles as the reaction temperature increases. For example, when the reaction temperature is 470 ° C. or higher, Li 2 MnSiO 4 powder having a needle-like or plate-like particle shape can be obtained. In particular, by reacting at 470 to 510 ° C., Li 2 MnSiO 4 is likely to grow into acicular particles. Further, by reacting at 520~560 ℃, Li 2 MnSiO 4 tends to grow into a plate-like particles.

上記した反応は、反応時において、マンガン化合物に含まれるマンガン(さらに他の金属元素を含む場合には、マンガンおよび他の金属元素)を2価イオンとして溶融塩中に安定に存在させるために、二酸化炭素および還元性ガスを含む混合ガス雰囲気下で行う。この雰囲気下では、反応前の酸化数が2価以外の金属元素であっても2価の状態で安定に維持することが可能となる。二酸化炭素と還元性ガスの比率に特に限定はないが、還元性ガスを多く用いると、酸化雰囲気を制御する二酸化炭素が減少するため、溶融塩原料の分解が促進されて反応速度が速くなる。しかし、還元性ガスが過多では、還元性が高くなりすぎて、リチウムマンガンシリケート系化合物の2価の金属元素が還元され、反応生成物が分解するおそれがある。そのため、好ましい混合ガスの混合比率は、体積比で、二酸化炭素100体積部に対して還元性ガスを1〜40体積部さらには3〜20体積部とすることが好ましい。還元性ガスとしては、たとえば、水素、一酸化炭素などを用いることができ、水素が特に好ましい。 二酸化炭素と還元性ガスの混合ガスの圧力については、特に限定はなく、通常、大気圧とすれば良いが、加圧下、あるいは減圧下であっても良い。   In the reaction described above, during the reaction, in order to allow manganese contained in the manganese compound (manganese and other metal elements in the case of containing other metal elements) to be stably present in the molten salt as divalent ions, It is performed in a mixed gas atmosphere containing carbon dioxide and a reducing gas. Under this atmosphere, even if the oxidation number before the reaction is a metal element other than divalent, it can be stably maintained in a divalent state. The ratio of carbon dioxide and reducing gas is not particularly limited. However, when a large amount of reducing gas is used, carbon dioxide for controlling the oxidizing atmosphere is reduced, so that decomposition of the molten salt raw material is promoted and the reaction rate is increased. However, if the reducing gas is excessive, the reducing property becomes too high, and the divalent metal element of the lithium manganese silicate compound may be reduced and the reaction product may be decomposed. Therefore, the preferable mixing ratio of the mixed gas is preferably 1 to 40 parts by volume, more preferably 3 to 20 parts by volume of the reducing gas with respect to 100 parts by volume of carbon dioxide in volume ratio. As the reducing gas, for example, hydrogen, carbon monoxide and the like can be used, and hydrogen is particularly preferable. There is no particular limitation on the pressure of the mixed gas of carbon dioxide and reducing gas, and it may be usually atmospheric pressure, but may be under pressure or under reduced pressure.

珪酸リチウム化合物とマンガン化合物との反応時間は、通常、10分〜70時間とすれば良く、好ましくは5〜25時間さらには10〜20時間とすれば良い。   The reaction time between the lithium silicate compound and the manganese compound is usually 10 minutes to 70 hours, preferably 5 to 25 hours, and more preferably 10 to 20 hours.

上記の反応終了後、冷却し、フラックスとして用いたアルカリ金属塩を除去することで、リチウムマンガンシリケート系化合物を得ることができる。一般に、アルカリ金属塩は反応後の冷却により固化する。このため、固化したアルカリ金属塩を溶解できる溶媒を用いて生成物を洗浄することによって、アルカリ金属塩を溶解除去できる。例えば、溶媒として、水を用いると良い。   After completion of the above reaction, the lithium manganese silicate compound can be obtained by cooling and removing the alkali metal salt used as the flux. In general, the alkali metal salt is solidified by cooling after the reaction. For this reason, the alkali metal salt can be dissolved and removed by washing the product using a solvent capable of dissolving the solidified alkali metal salt. For example, water may be used as the solvent.

<溶融塩法によるリチウムマンガンシリケート系化合物>
上記した方法によって得られるリチウムマンガンシリケート系化合物は、以下の組成式で表される。
<Lithium manganese silicate compound by molten salt method>
The lithium manganese silicate compound obtained by the above-described method is represented by the following composition formula.

組成式:Li2+a-bMn1-xSi1+α4+c・・・・・・(式1)
なお、式中、Aは、Na、K、RbおよびCsからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素であり、Mは、Mg、Ca、Co、Al、Ni、Nb、Ti、Cr、Cu、Zn、Zr、V、MoおよびWからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素である。各添字は、0≦x≦0.5、−1<a<1、0≦b<0.2、0≦c<1、0<α≦0.2である。好ましくは、−0.5≦a≦0.5さらには−0.1≦a≦0.1、0≦b≦0.1さらには0≦b≦0.05、0<α≦0.1さらには0.01≦α≦0.05、である。
Composition formula: Li 2 + ab Ab Mn 1-x M x Si 1 + α O 4 + c (formula 1)
In the formula, A is at least one element selected from the group consisting of Na, K, Rb and Cs, and M is Mg, Ca, Co, Al, Ni, Nb, Ti, Cr, Cu, It is at least one element selected from the group consisting of Zn, Zr, V, Mo and W. The subscripts are 0 ≦ x ≦ 0.5, −1 <a <1, 0 ≦ b <0.2, 0 ≦ c <1, and 0 <α ≦ 0.2. Preferably, −0.5 ≦ a ≦ 0.5, further −0.1 ≦ a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, further 0 ≦ b ≦ 0.05, 0 <α ≦ 0.1. Furthermore, 0.01 ≦ α ≦ 0.05.

なお、このリチウムマンガンシリケート系化合物が、遷移金属としてマンガンの他に鉄を含む場合には、リチウムマンガンシリケート系化合物は、以下の組成式で表される。なお、この場合、式中、M’はFeおよびMnである。それ以外は式1と同じである。   In addition, when this lithium manganese silicate type compound contains iron in addition to manganese as a transition metal, the lithium manganese silicate type compound is represented by the following composition formula. In this case, in the formula, M ′ is Fe and Mn. Otherwise, it is the same as Equation 1.

組成式:Li2+a-bM’1-xSi1+α4+c・・・・・・(式2)
溶融塩中にリチウム塩が含まれている場合には、溶融塩中のリチウムイオンが、リチウムマンガンシリケート系化合物のLiイオンサイトに浸入する。このためこの化合物は、化学量論量と比較して、Liイオンを過剰に含む化合物となる。つまり、上記の組成式の添字“a”は、正の値となる。また、溶融塩中において、600℃以下という低温で反応を行うことによって、リチウムマンガンシリケート系化合物の結晶粒の成長が抑制され、平均粒径が数μm以下の微細な粒子となり、さらに、不純物相の量が大きく減少する。その結果、このリチウムマンガンシリケート系化合物を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池は、良好なサイクル特性およびレート特性を示すとともに高容量を示し得る。リチウムマンガンシリケート系化合物の形状は、板状、針状等、特に限定しない。リチウムマンガンシリケート系化合物のサイクル特性は、その形状に応じて異なる。しかし、何れの場合にもリチウムマンガンシリケート系化合物からなる芯部を被覆層で覆うことで、サイクル特性を向上させ得る。
Composition formula: Li 2 + ab Ab M ′ 1-x M x Si 1 + α O 4 + c (formula 2)
When a lithium salt is contained in the molten salt, lithium ions in the molten salt enter the Li ion site of the lithium manganese silicate compound. For this reason, this compound turns into a compound which contains Li ion excessively compared with stoichiometric amount. That is, the subscript “a” in the composition formula is a positive value. In addition, by performing the reaction at a low temperature of 600 ° C. or less in the molten salt, the growth of crystal grains of the lithium manganese silicate compound is suppressed, and the average particle diameter becomes fine particles of several μm or less. The amount of is greatly reduced. As a result, a lithium ion secondary battery using this lithium manganese silicate compound as a positive electrode active material can exhibit good cycle characteristics and rate characteristics, as well as high capacity. The shape of the lithium manganese silicate compound is not particularly limited, such as a plate shape or a needle shape. The cycle characteristics of a lithium manganese silicate compound vary depending on its shape. However, in any case, the cycle characteristics can be improved by covering the core made of the lithium manganese silicate compound with the coating layer.

<被覆層>
被覆層は、既知の方法で形成すれば良く、一般的な被覆方法、例えば、蒸着あるいはスパッタ法、ゾル・ゲル法、化学気相成長法、溶液法などにより積層、成膜、担持等の既知の方法を用いれば良い。被覆層は、A:耐フッ酸化合物、B:フッ素吸収化合物から選ばれる少なくとも一種およびC:カーボン系材料からなる。
<Coating layer>
The coating layer may be formed by a known method, and a known coating method such as lamination, film formation, support, etc. by a general coating method such as vapor deposition or sputtering, sol-gel method, chemical vapor deposition method, solution method, etc. This method can be used. The coating layer is made of at least one selected from A: a hydrofluoric acid compound, B: a fluorine absorbing compound, and C: a carbon-based material.

このうちAの耐フッ酸化合物は、スカンジウム酸化物、イットリウム酸化物、ランタン酸化物、セリウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニア酸化物、ハフニウム酸化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、アルミニウム酸化物から選ばれる少なくとも一種からなる。被覆層をこれらの材料で構成する場合には、フッ素と反応し難いため芯部のリチウムマンガンシリケート系化合物を保護することが可能である。   Of these, the hydrofluoric acid resistant compound of A is scandium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, titanium oxide, zirconia oxide, hafnium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, It consists of at least one selected from molybdenum oxide, tungsten oxide, and aluminum oxide. When the coating layer is composed of these materials, the lithium manganese silicate compound in the core can be protected because it does not easily react with fluorine.

Bのフッ素吸収化合物は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、シリコン、ランタン、セリウム(金属)またはこれらの酸化物から選ばれる少なくとも一種からなる。被覆層をこれらの材料で構成する場合には、フッ素と反応し易いためフッ素を取り込んでフッ素量を低減することができる。その結果、芯部のリチウムマンガンシリケート系化合物を保護することが可能である。   The fluorine-absorbing compound of B consists of at least one selected from magnesium, calcium, strontium, barium, silicon, lanthanum, cerium (metal), or an oxide thereof. When the coating layer is made of these materials, it easily reacts with fluorine, so that fluorine can be taken in and the amount of fluorine can be reduced. As a result, the lithium manganese silicate compound in the core can be protected.

Cのカーボン系材料は、有機物の炭化により得られた炭素骨格を持つカーボン材料および/または導電性カーボンからなる。有機物の炭化は500〜800℃の範囲で行うのが良い。有機材料としては、ショ糖、ブドウ糖、クエン酸、フェノール樹脂、アスコルビン酸、シュウ酸、アジピン酸等を用いるのが好ましい。導電性カーボンとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック等を用いるのが好ましい。なお、有機物としては、植物由来、動物由来等、如何なる材料を用いても良い。被覆層をこれらの材料で構成する場合には、芯部のリチウムマンガンシリケート系化合物の導電性を向上させることができる。さらに上述した耐フッ酸化合物またはフッ素吸収化合物と芯部のリチウムマンガンシリケート系化合物とを接合する役割もある。   The carbon-based material of C is composed of a carbon material having a carbon skeleton obtained by carbonization of an organic substance and / or conductive carbon. Carbonization of the organic substance is preferably performed in the range of 500 to 800 ° C. As the organic material, sucrose, glucose, citric acid, phenol resin, ascorbic acid, oxalic acid, adipic acid and the like are preferably used. As the conductive carbon, acetylene black, ketjen black, carbon black or the like is preferably used. As the organic substance, any material such as plant origin or animal origin may be used. When the coating layer is composed of these materials, the conductivity of the lithium manganese silicate compound in the core can be improved. Further, it also serves to join the above-mentioned hydrofluoric acid-resistant compound or fluorine absorbing compound and the lithium manganese silicate compound in the core.

芯部には、被覆層に加えて、被覆層以外の層を形成しても良い。被覆層以外の層としては、フッ素処理層等を挙げることができる。具体的には、フッ素ガスにより形成した被覆層等が例示される。また、カーボン材料から成る導電層を形成しても良い。例えば、ブタンガス、エタンガス、メタンガス、アセチレンガス等をガス分解等で炭化することで、これらのガスに由来する導電層を形成できる。   In addition to the coating layer, a layer other than the coating layer may be formed on the core portion. Examples of the layer other than the coating layer include a fluorine-treated layer. Specifically, a coating layer formed with fluorine gas is exemplified. Further, a conductive layer made of a carbon material may be formed. For example, a conductive layer derived from these gases can be formed by carbonizing butane gas, ethane gas, methane gas, acetylene gas or the like by gas decomposition or the like.

さらに、芯部には、被覆層を形成する処理に加えて、他の処理を施しても良い。さらに、芯部と被覆層とを含む本発明のリチウムマンガンシリケート複合体に、分級、加熱、ミリングによるアモルファス化処理等を施しても良い。   Furthermore, in addition to the process which forms a coating layer, you may give another process to a core part. Furthermore, the lithium manganese silicate composite of the present invention including the core portion and the coating layer may be subjected to an amorphization treatment by classification, heating, milling, or the like.

上記Cのカーボン系材料を用いた被覆層の形成方法は、特に限定的ではないが、例えば気相法や熱分解法、ボールミリング法等の方法を用いるのが好ましい。気相法は、メタンガス、エタンガス、ブタンガスなどのような炭素含有ガスを含む雰囲気において熱処理を行う方法である。熱分解法は、炭素源となる有機物とリチウムマンガンシリケート系化合物とを均一に混合した後に熱処理によって有機物を炭化させる方法である。ボールミリング法は、リチウムマンガンシリケート系化合物に、カーボン材料とLiCOを加え、ボールミルによってリチウムマンガンシリケート系化合物がアモルファス化するまで均一に混合した後、熱処理を行う方法である。このうちボールミリング法を用いるのが特に好ましい。この方法によれば、正極活物質であるリチウムマンガンシリケート系化合物がボールミリングによってアモルファス化され、カーボンと均一に混合されて密着性が増加し、さらに熱処理によりリチウムマンガンシリケート系化合物の再結晶化と同時にカーボンがリチウムマンガンシリケート系化合物の周りに均一に析出するためリチウムマンガンシリケート系化合物をカーボンで略均一にかつ密着度高く被覆することができる。この際、LiCOが存在することにより、リチウム過剰シリケート系化合物がリチウム欠損になることはなく、高い充放電容量を維持する。 The method for forming the coating layer using the carbon-based material C is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, a gas phase method, a thermal decomposition method, a ball milling method, or the like. The gas phase method is a method in which heat treatment is performed in an atmosphere containing a carbon-containing gas such as methane gas, ethane gas, or butane gas. The thermal decomposition method is a method in which an organic substance that is a carbon source and a lithium manganese silicate compound are uniformly mixed, and then the organic substance is carbonized by heat treatment. The ball milling method is a method in which a carbon material and Li 2 CO 3 are added to a lithium manganese silicate compound, and the mixture is uniformly mixed by a ball mill until the lithium manganese silicate compound becomes amorphous, followed by heat treatment. Of these, the ball milling method is particularly preferred. According to this method, the lithium manganese silicate compound, which is a positive electrode active material, is made amorphous by ball milling, and is uniformly mixed with carbon to increase adhesion. At the same time, since carbon is uniformly deposited around the lithium manganese silicate compound, the lithium manganese silicate compound can be coated with carbon substantially uniformly and with high adhesion. At this time, due to the presence of Li 2 CO 3 , the lithium-excess silicate compound does not become lithium deficient and maintains a high charge / discharge capacity.

アモルファス化の程度については、CuKα線を光源とするX線回折測定において、ボールミリング前の結晶性を有する試料についての(011)面由来の回折ピークの半値幅をB(011)crystal、ボールミリングにより得られた試料の同ピークの半値幅をB(011)millとした場合に、B(011)crystal/B(011)millの比が0.1〜0.5程度の範囲であればよい。 Regarding the degree of amorphization, in the X-ray diffraction measurement using CuKα ray as the light source, the half-value width of the diffraction peak derived from the (011) plane of the sample having crystallinity before ball milling is B (011) crystal , ball milling. by when the half width of the peak of the obtained sample was B (011) mill, B ( 011) crystal / B (011) ratio of the mill may be in the range of about 0.1 to 0.5 .

ボールミリング法によりカーボン系材料からなる被覆層を形成する場合、カーボン系材料としては、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、活性炭、黒鉛等を用いることができる。   When the coating layer made of a carbon material is formed by the ball milling method, acetylene black (AB), ketjen black (KB), activated carbon, graphite, or the like can be used as the carbon material.

リチウムマンガンシリケート系化合物、カーボン材料およびLiCOの配合割合については、リチウムマンガンシリケート系化合物100質量部に対して、カーボン系材料を5〜40質量部、LiCOを20〜40質量部とすればよい。 Lithium manganese silicate-based compounds, for the mixing ratio of the carbon material and Li 2 CO 3, the lithium manganese silicate compound 100 parts by weight of 5 to 40 parts by weight of the carbon-based material, 20-40 wt Li 2 CO 3 Part.

ボールミリング法においては、リチウムマンガンシリケート系化合物がアモルファス化するまでボールミリング処理を行った後、熱処理を行う。熱処理は、リチウムマンガンシリケート系化合物に含まれる遷移金属イオンを2価に保持するために、還元性雰囲気下で行う。この場合の還元性雰囲気としては、二酸化炭素と還元性ガスの混合ガス雰囲気中が好ましい。溶融塩中でのリチウムマンガンシリケート系化合物の合成反応と同様に、2価の遷移金属イオンが金属状態まで還元されることを抑制するためである。二酸化炭素と還元性ガスの混合割合は、リチウムマンガンシリケート系化合物の合成反応時と同様とすればよい。   In the ball milling method, a ball milling process is performed until the lithium manganese silicate compound becomes amorphous, and then a heat treatment is performed. The heat treatment is performed in a reducing atmosphere in order to keep the transition metal ions contained in the lithium manganese silicate compound divalent. In this case, the reducing atmosphere is preferably a mixed gas atmosphere of carbon dioxide and reducing gas. This is because, similarly to the synthesis reaction of the lithium manganese silicate compound in the molten salt, the divalent transition metal ion is prevented from being reduced to the metal state. The mixing ratio of carbon dioxide and reducing gas may be the same as in the synthesis reaction of the lithium manganese silicate compound.

この熱処理温度は、500〜800℃とすることが好ましい。熱処理温度が低すぎる場合には、リチウムマンガンシリケート系化合物の周りにカーボンを均一に析出させることが難しい。一方、熱処理温度が高すぎると、リチウムマンガンシリケート系化合物の分解やリチウム欠損が生じることがあり、充放電容量が低下するので好ましくない。熱処理時間は、通常、1〜10時間とすれば良い。   The heat treatment temperature is preferably 500 to 800 ° C. If the heat treatment temperature is too low, it is difficult to deposit carbon uniformly around the lithium manganese silicate compound. On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, decomposition of the lithium manganese silicate compound or lithium deficiency may occur, and the charge / discharge capacity decreases, which is not preferable. The heat treatment time is usually 1 to 10 hours.

また、ボールミリング法を適用する際、上記リチウムマンガンシリケート系化合物に、カーボン材料とLiFを加え、上記した方法と同様にして、ボールミルによってリチウムマンガンシリケート系化合物がアモルファス化するまで均一に混合した後、熱処理を行ってもよい。この場合には、上記した場合と同様に、リチウムマンガンシリケート系化合物の再結晶化と同時にカーボンがリチウムマンガンシリケート系化合物の周りに均一に析出して被覆して、導電性が向上する。さらに、リチウムマンガンシリケート系化合物の酸素原子の一部がフッ素原子と置換して、フッ素含有リチウムマンガンシリケート系化合物が形成される。   In addition, when applying the ball milling method, after adding a carbon material and LiF to the lithium manganese silicate compound, and after mixing uniformly until the lithium manganese silicate compound becomes amorphous by a ball mill in the same manner as described above A heat treatment may be performed. In this case, as in the case described above, carbon is uniformly deposited around the lithium manganese silicate compound simultaneously with recrystallization of the lithium manganese silicate compound, and the conductivity is improved. Furthermore, some of the oxygen atoms of the lithium manganese silicate compound are substituted with fluorine atoms to form a fluorine-containing lithium manganese silicate compound.

この化合物は、Fが添加されたことにより、正極として用いた場合に、平均電圧が上昇して、より優れた性能を有する正極材料となる。この際、LiFが存在することにより、リチウム過剰マンガンシリケート系化合物がリチウム欠損になることはなく、高い充放電容量を示すものとなる。   When this compound is used as a positive electrode due to the addition of F, the average voltage increases, and a positive electrode material having better performance is obtained. At this time, the presence of LiF does not cause the lithium-excess manganese silicate compound to be deficient in lithium, and exhibits a high charge / discharge capacity.

この方法では、リチウムマンガンシリケート系化合物、カーボン材料およびLiFの配合割合については、リチウムマンガンシリケート系化合物100質量部に対して、カーボン系材料を20〜40質量部、LiFを10〜40質量部とすればよい。さらに、必要に応じて、LiCOを含んでも良い。ボールミリングおよび熱処理の条件については、上記した場合と同様とすれば良い。 In this method, the blending ratio of the lithium manganese silicate compound, the carbon material, and LiF is 20 to 40 parts by mass of the carbon material and 10 to 40 parts by mass of LiF with respect to 100 parts by mass of the lithium manganese silicate compound. do it. Furthermore, if necessary, Li 2 CO 3 may be included. The conditions for ball milling and heat treatment may be the same as described above.

<リチウムイオン二次電池用正極>
芯部と被覆層とを含む本発明のリチウムマンガンシリケート複合体は、リチウム二次電池正極用活物質として有効に使用できる。本発明のリチウムマンガンシリケート複合体を用いる正極は、通常のリチウムイオン二次電池用正極と同様の構造にできる。
<Positive electrode for lithium ion secondary battery>
The lithium manganese silicate composite of the present invention including a core part and a coating layer can be effectively used as an active material for a lithium secondary battery positive electrode. The positive electrode using the lithium manganese silicate composite of the present invention can have the same structure as a normal positive electrode for a lithium ion secondary battery.

例えば、リチウムマンガンシリケート複合体に、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、気相法炭素繊維(VaporGrownCarbonFiber:VGCF)等の導電助剤、ポリフッ化ビニリデン(PolyVinylidineDiFluoride:PVdF)、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)等のバインダー、N-メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶媒を加えてペースト状として、これを集電体に塗布することによって正極を製作することができる。導電助剤の使用量については、特に限定的ではないが、たとえば、リチウムマンガンシリケート複合体100質量部に対して、5〜20質量部とすることができる。また、バインダーの使用量についても、特に限定的ではないが、たとえば、リチウムマンガンシリケート複合体100質量部に対して、5〜20質量部とすることができる。また、その他の方法として、リチウムマンガンシリケート複合体と、上記の導電助剤およびバインダーを混合したものを、乳鉢やプレス機を用いて混練してフィルム状とし、これを集電体へプレス機で圧着する方法によっても正極を製造することが出来る。   For example, a lithium manganese silicate composite may be added to a conductive aid such as acetylene black (AB), ketjen black (KB), vapor grown carbon fiber (VGCF), polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PVdF), A positive electrode is manufactured by adding a binder such as ethylene fluoride (PTFE) or styrene-butadiene rubber (SBR), or a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and applying this to a current collector. can do. Although there are no particular limitations on the amount of conductive aid used, for example, it can be 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the lithium manganese silicate composite. The amount of the binder used is not particularly limited, but may be 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the lithium manganese silicate composite, for example. As another method, a mixture of the lithium manganese silicate composite, the above-mentioned conductive aid and binder is kneaded using a mortar or a press to form a film, which is then pressed into a current collector with a press. The positive electrode can also be produced by a method of pressure bonding.

集電体としては、特に限定はなく、従来からリチウムイオン二次電池用正極として使用されている材料、たとえば、アルミ箔、アルミメッシュ、ステンレスメッシュなどを用いることができる。さらに、カーボン不織布、カーボン織布なども集電体として使用できる。   The current collector is not particularly limited, and materials conventionally used as positive electrodes for lithium ion secondary batteries, such as aluminum foil, aluminum mesh, and stainless steel mesh, can be used. Furthermore, a carbon nonwoven fabric, a carbon woven fabric, etc. can be used as a collector.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、その形状、厚さなどについては特に限定的ではないが、たとえば、活物質を充填した後、圧縮することによって、厚さを10〜200μm、より好ましくは20〜100μmとすることが好ましい。従って、使用する集電体の種類、構造等に応じて、圧縮後に上記した厚さとなるように、活物質の充填量を適宜決めれば良い。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited with respect to its shape, thickness, etc. For example, the thickness is preferably 10 to 200 μm, more preferably by compression after filling with an active material. Is preferably 20 to 100 μm. Therefore, the filling amount of the active material may be appropriately determined so as to have the above-described thickness after compression, depending on the type and structure of the current collector to be used.

<リチウムイオン二次電池>
上記したリチウムイオン二次電池用正極を用いるリチウムイオン二次電池は、公知の手法により製造することができる。すなわち、正極材料として、上記した正極を使用し、負極材料として、公知の金属リチウム、黒鉛などの炭素系材料、シリコン薄膜などのシリコン系材料、銅−錫やコバルト−錫などの合金系材料、チタン酸リチウムなどの酸化物材料を使用し、電解液として、公知のエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの非水系溶媒に過塩素酸リチウム、LiPF、LiBF、LiCFSOなどのリチウム塩を0.5mol/Lから1.7mol/Lの濃度で溶解させた溶液を使用し、さらにその他の公知の電池構成要素を使用して、常法に従って、リチウムイオン二次電池を組立てれば良い。
<Lithium ion secondary battery>
A lithium ion secondary battery using the above-described positive electrode for a lithium ion secondary battery can be produced by a known method. That is, the positive electrode described above is used as a positive electrode material, and as a negative electrode material, a known carbon-based material such as lithium, graphite, a silicon-based material such as a silicon thin film, an alloy-based material such as copper-tin or cobalt-tin, An oxide material such as lithium titanate is used, and as an electrolytic solution, a known nonaqueous solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, lithium perchlorate, LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 A lithium ion secondary battery according to a conventional method using a solution in which a lithium salt such as 0.5 mol / L to 1.7 mol / L is dissolved, and using other known battery components. Just assemble.

以上、本発明のリチウムマンガンシリケート複合体およびその製造方法の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   As mentioned above, although embodiment of the lithium manganese silicate composite_body | complex of this invention and its manufacturing method was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art.

以下、実施例を挙げて本発明のリチウムマンガンシリケート複合体を具体的に説明する。   Hereinafter, the lithium manganese silicate composite of the present invention will be specifically described with reference to examples.

(実施例)
<被覆層の形成>
上述した<マンガン溶出の確認> で合成したものと同じリチウムマンガンシリケート系化合物を芯部として用いた。この芯部の上層に耐フッ酸化合物の一種であるジルコニア(ジルコニウム酸化物)からなる第1の被覆層を形成した。さらに、第1の被覆層の上層にカーボン系材料の一種であるアセチレンブラックからなる第2の被覆層を形成した。つまり、実施例のリチウムマンガンシリケート複合体は、2層の被覆層を持つ。
(Example)
<Formation of coating layer>
The same lithium manganese silicate compound synthesized in the above <Confirmation of manganese elution> was used as the core. A first coating layer made of zirconia (zirconium oxide) which is a kind of hydrofluoric acid compound was formed on the upper layer of the core. Furthermore, the 2nd coating layer which consists of acetylene black which is 1 type of carbon type material was formed in the upper layer of the 1st coating layer. That is, the lithium manganese silicate composite of the example has two coating layers.

〔第1の被覆層〕
先ず、リチウムマンガンシリケート系化合物100mgおよびZrO(第一希元素化学工業、ZSL−10T)20mgをはかりとり、蒸留水10mlを加えて、リチウムマンガンシリケート混合物を調製した。この混合物を、超音波洗浄機により10分間超音波処理した。超音波処理後の混合物を、ホットスターラーにより、800rpm、27℃で2時間攪拌した。2時間後、攪拌速度を400rpmに変更し、27℃で更に15時間攪拌した。攪拌後の混合物を、遠心分離器(5000rpm、10分間)を用いて、液体と固体(沈殿物)とに分離した。分離した沈殿物を、80℃で2〜3時間乾燥した。この工程で、芯部の上層に第1の被覆層を形成した。
[First coating layer]
First, 100 mg of lithium manganese silicate compound and 20 mg of ZrO 2 (first rare element chemical industry, ZSL-10T) were weighed and 10 ml of distilled water was added to prepare a lithium manganese silicate mixture. The mixture was sonicated with an ultrasonic cleaner for 10 minutes. The mixture after sonication was stirred with a hot stirrer at 800 rpm and 27 ° C. for 2 hours. After 2 hours, the stirring speed was changed to 400 rpm, and the mixture was further stirred at 27 ° C. for 15 hours. The mixture after stirring was separated into a liquid and a solid (precipitate) using a centrifuge (5000 rpm, 10 minutes). The separated precipitate was dried at 80 ° C. for 2-3 hours. In this step, the first covering layer was formed on the upper layer of the core portion.

〔第2の被覆層〕
乾燥後の沈殿物とアセチレンブラックとを質量比5:4で混合した。混合にはボールミリングを用い、混合条件は450rpm、5時間であった。その後、雰囲気制御できる熱処理炉を用いて、ガス流量CO:H=100:3(cm)のもと、700℃で2時間熱処理を行った。この工程で、芯部を覆う第1の被覆層の上層に第2の被覆層を形成した。以上の工程で、実施例のリチウムマンガンシリケート複合体を得た。
[Second coating layer]
The precipitate after drying and acetylene black were mixed at a mass ratio of 5: 4. Ball milling was used for mixing, and the mixing conditions were 450 rpm and 5 hours. Thereafter, heat treatment was performed at 700 ° C. for 2 hours under a gas flow rate of CO 2 : H 2 = 100: 3 (cm 3 ) using a heat treatment furnace capable of controlling the atmosphere. In this step, the second coating layer was formed on the first coating layer covering the core. Through the above steps, the lithium manganese silicate composite of the example was obtained.

<リチウムイオン二次電池の製作>
上記の工程で製造したリチウムマンガンシリケート複合体を正極活物質に用い、評価用のリチウムイオン二次電池を製作した。
<Production of lithium ion secondary battery>
A lithium ion secondary battery for evaluation was manufactured using the lithium manganese silicate composite produced in the above process as a positive electrode active material.

詳しくは、リチウムマンガンシリケート複合体:アセチレンブラック(AB):ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)=17.1:4.7:1(質量比)の混合物を混練した後フィルム状にして、アルミニウム製の集電体に圧着して電極を製作し、140℃で3時間真空乾燥したものを正極として用いた。負極としては、金属リチウムを用いた。電解液としては、エチレンカーボネート(EC):ジメチレンカーボネート(DMC)=1:1にLiPFを溶解して1mol/Lとした溶液を用いた。 Specifically, a mixture of lithium manganese silicate composite: acetylene black (AB): polytetrafluoroethylene (PTFE) = 17.1: 4.7: 1 (mass ratio) was kneaded to form a film, which was made of aluminum. An electrode was manufactured by pressure bonding to a current collector, and vacuum-dried at 140 ° C. for 3 hours was used as the positive electrode. As the negative electrode, metallic lithium was used. As the electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 was dissolved in ethylene carbonate (EC): dimethylene carbonate (DMC) = 1: 1 to 1 mol / L was used.

上記の正極および負極を用いて、コイン電池を製作した。詳しくは、ドライルーム内で、セパレータ(Celgard社製Celgard2400、厚さ25μmのポリプロピレン微孔質膜)と、ガラス不織布フィルタ(厚さ440μm、ADVANTEC社製、GA100)と、を正極と負極との間に挟装して、電極体電池とした。この電極体電池を、ステンレス容器からなる電池ケース(CR2032型コイン電池用部材、宝泉株式会社製)に収容した。電池ケースには上記の電解液を注入した。電池ケースをカシメ機で密閉して、リチウムイオン二次電池を得た。   A coin battery was manufactured using the positive electrode and the negative electrode. Specifically, in a dry room, a separator (Celgard 2400 made by Celgard, a polypropylene microporous membrane having a thickness of 25 μm) and a glass nonwoven fabric filter (thickness 440 μm, made by ADVANTEC, GA100) are placed between the positive electrode and the negative electrode. To be an electrode body battery. This electrode body battery was accommodated in a battery case (CR2032-type coin battery member, manufactured by Hosen Co., Ltd.) made of a stainless steel container. The above electrolyte was injected into the battery case. The battery case was sealed with a caulking machine to obtain a lithium ion secondary battery.

(比較例)
比較例の正極活物質は、実施例の芯部として用いたものと同じリチウムマンガンシリケート系化合物である。このリチウムマンガンシリケート系化合物には、ジルコニア層を形成しなかった。比較例のリチウムイオン二次電池は、正極活物質以外は実施例のリチウムイオン二次電池と同じものである。
(Comparative example)
The positive electrode active material of the comparative example is the same lithium manganese silicate compound as that used as the core of the example. No zirconia layer was formed on this lithium manganese silicate compound. The lithium ion secondary battery of the comparative example is the same as the lithium ion secondary battery of the example except for the positive electrode active material.

<リチウムマンガンシリケート複合体の分析>
実施例の正極活物質(すなわちリチウムマンガンシリケート複合体)および比較例の正極活物質(リチウムマンガンシリケート系化合物)について、成分分析を行った。装置としては、SEMおよびEDXを用いた。EDXに関しては、上記と同様のZAF法による簡易定量分析を行った。その結果、実施例の正極活物質に関しては、計数率:2791cps、フィッティング係数:0.3342であった。比較例の正極活物質に関しては、計数率:2875cpsであった。リチウムマンガンシリケート複合体のSEM像を図3に示し、EDXによるリチウムマンガンシリケート複合体の分析結果を図4および表2に示す。リチウムマンガンシリケート系化合物のSEM像を図5に示し、EDXによるリチウムマンガンシリケート系化合物の分析結果を図6および表3に示す。
<Analysis of Lithium Manganese Silicate Complex>
Component analysis was performed on the positive electrode active material of the example (that is, lithium manganese silicate complex) and the positive electrode active material of the comparative example (lithium manganese silicate compound). As the apparatus, SEM and EDX were used. For EDX, simple quantitative analysis was performed by the same ZAF method as described above. As a result, regarding the positive electrode active material of the example, the counting rate was 2791 cps and the fitting coefficient was 0.3342. Regarding the positive electrode active material of the comparative example, the counting rate was 2875 cps. The SEM image of the lithium manganese silicate complex is shown in FIG. 3, and the analysis results of the lithium manganese silicate complex by EDX are shown in FIG. FIG. 5 shows an SEM image of the lithium manganese silicate compound, and FIG. 6 and Table 3 show the analysis results of the lithium manganese silicate compound by EDX.

図3に示すリチウムマンガンシリケート複合体のSEM像と、図5に示すリチウムマンガンシリケート系化合物のSEM像とを比較すると、リチウムマンガンシリケート複合体は、リチウムマンガンシリケート系化合物に比べて粒子が丸みを帯びていた。   Comparing the SEM image of the lithium manganese silicate complex shown in FIG. 3 with the SEM image of the lithium manganese silicate compound shown in FIG. 5, the lithium manganese silicate complex has rounded particles compared to the lithium manganese silicate compound. I was tinged.


表2に示すように、リチウムマンガンシリケート複合体の表面からは約1質量%のZrが検出された。これに対して、表3に示すように、リチウムマンガンシリケート系化合物の表面からは、Zrは検出されなかった。この結果から、実施例のリチウムマンガンシリケート複合体の表面には被覆層(詳しくはジルコニア層)が形成されていることがわかる。また、EDX分析により、被覆層の有無を確認でき、本発明のリチウムマンガンシリケート複合体であるか否かを確認できることもわかる。

As shown in Table 2, about 1% by mass of Zr was detected from the surface of the lithium manganese silicate composite. On the other hand, as shown in Table 3, Zr was not detected from the surface of the lithium manganese silicate compound. From this result, it is understood that a coating layer (specifically, a zirconia layer) is formed on the surface of the lithium manganese silicate composite of the example. It can also be seen from the EDX analysis that the presence or absence of the coating layer can be confirmed and whether or not the lithium manganese silicate composite of the present invention can be confirmed.

<サイクル試験>
実施例および比較例のリチウムイオン二次電池について30℃で繰り返し充放電を行った。各電池に、正極活物質の単位面積(1cm)あたり0.05mAに相当する電流値で充放電を行った。その際の放電終止電圧は1.5V、充電終止電圧は4.5Vとした。なお、初回充電時のみ、4.5Vで10時間保持した。実施例のリチウムイオン二次電池の充放電曲線を図7に示し、サイクル特性を図8に示す。比較例のリチウムイオン二次電池の充放電曲線を図9に示し、サイクル特性を図10に示す。図7〜10に示すように、実施例のリチウムイオン二次電池は、比較例のリチウムイオン二次電池に比べて、初回サイクル時の充放電効率に優れ、初期充電時以外は10サイクルまでの充放電容量が大きくかつ充放電に伴う容量低下が少ない。50サイクル後の放電容量維持率を比べると、比較例のリチウムイオン二次電池では29%であるのに対し、実施例のリチウムイオン二次電池では50%と大きく向上している。この結果から、リチウムマンガンシリケート系化合物を被覆層で覆うことで、リチウムマンガンシリケート系化合物を正極活物質として含むリチウムイオン二次電池の充放電特性低下を抑制できることがわかる。換言すると、リチウムマンガンシリケート系化合物からなる芯部と、この芯部を覆う被覆層と、を含む本発明のリチウムマンガンシリケート複合体は、サイクル特性の低下を抑制でき、リチウムイオン二次電池用の正極活物質として有用である。
<Cycle test>
The lithium ion secondary batteries of Examples and Comparative Examples were repeatedly charged and discharged at 30 ° C. Each battery was charged and discharged at a current value corresponding to 0.05 mA per unit area (1 cm 2 ) of the positive electrode active material. At that time, the final discharge voltage was 1.5V, and the final charge voltage was 4.5V. In addition, it hold | maintained at 4.5V for 10 hours only at the time of first charge. A charge / discharge curve of the lithium ion secondary battery of the example is shown in FIG. 7, and a cycle characteristic is shown in FIG. FIG. 9 shows a charge / discharge curve of the lithium ion secondary battery of the comparative example, and FIG. 10 shows the cycle characteristics. As shown in FIGS. 7 to 10, the lithium ion secondary battery of the example is superior to the lithium ion secondary battery of the comparative example in charge and discharge efficiency at the first cycle, and up to 10 cycles except at the initial charge. The charge / discharge capacity is large, and the capacity reduction accompanying charge / discharge is small. Comparing the discharge capacity retention after 50 cycles, the lithium ion secondary battery of the comparative example is 29%, while the lithium ion secondary battery of the example is greatly improved to 50%. From this result, it can be seen that covering the lithium manganese silicate compound with the coating layer can suppress a decrease in charge / discharge characteristics of the lithium ion secondary battery containing the lithium manganese silicate compound as the positive electrode active material. In other words, the lithium manganese silicate composite of the present invention including a core portion made of a lithium manganese silicate compound and a coating layer covering the core portion can suppress a decrease in cycle characteristics, and can be used for a lithium ion secondary battery. It is useful as a positive electrode active material.

Claims (9)

リチウム(Li)、マンガン(Mn)、ケイ素(Si)および酸素(O)を含むリチウムマンガンシリケート系化合物からなる芯部と、耐フッ酸化合物およびフッ素吸収化合物から選ばれる少なくとも一種並びにカーボン系材料からなり該芯部を覆う被覆層と、を含み、
被覆層は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、シリコン、ランタン、セリウムおよびこれらの酸化物から選ばれる少なくとも一種の該フッ素吸収化合物を含むことを特徴とするリチウムマンガンシリケート複合体。
From a core composed of a lithium manganese silicate compound containing lithium (Li), manganese (Mn), silicon (Si) and oxygen (O), at least one selected from a hydrofluoric acid compound and a fluorine absorbing compound , and a carbon material And a covering layer covering the core portion,
The lithium manganese silicate composite, wherein the coating layer contains at least one fluorine absorbing compound selected from magnesium, calcium, strontium, barium, silicon, lanthanum, cerium, and oxides thereof.
前記耐フッ酸化合物は、スカンジウム酸化物、イットリウム酸化物、ランタン酸化物、セリウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、アルミニウム酸化物から選ばれる少なくとも一種からなる請求項1に記載のリチウムマンガンシリケート複合体。   The hydrofluoric acid resistant compound is scandium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, molybdenum oxide. The lithium manganese silicate composite according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of tungsten oxide and aluminum oxide. リチウム(Li)、マンガン(Mn)、ケイ素(Si)および酸素(O)を含むリチウムマンガンシリケート系化合物からなる芯部と、耐フッ酸化合物およびフッ素吸収化合物から選ばれる少なくとも一種並びにカーボン系材料からなり該芯部を覆う被覆層と、を含み、
該被覆層は、ジルコニウム酸化物からなる該耐フッ酸化合物を含むことを特徴とするリチウムマンガンシリケート複合体。
From a core composed of a lithium manganese silicate compound containing lithium (Li), manganese (Mn), silicon (Si) and oxygen (O), at least one selected from a hydrofluoric acid compound and a fluorine absorbing compound, and a carbon material And a covering layer covering the core portion,
The lithium manganese silicate composite , wherein the coating layer contains the hydrofluoric acid compound made of zirconium oxide .
前記カーボン系材料は、有機物の炭化により得られた炭素骨格を持つカーボン材料および/または導電性カーボンからなる請求項1〜請求項3の何れか一つに記載のリチウムマンガンシリケート複合体。 The lithium manganese silicate composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon-based material includes a carbon material having a carbon skeleton obtained by carbonization of an organic substance and / or conductive carbon. 前記耐フッ酸化合物の質量は、前記リチウムマンガンシリケート複合体全体の質量の5%以下である請求項1〜請求項4の何れか一つに記載のリチウムマンガンシリケート複合体。   The lithium manganese silicate composite according to any one of claims 1 to 4, wherein a mass of the hydrofluoric acid resistant compound is 5% or less of a mass of the entire lithium manganese silicate composite. 前記フッ素吸収化合物の質量は、前記リチウムマンガンシリケート複合体全体の質量の5%以下である請求項1〜請求項5の何れか一つに記載のリチウムマンガンシリケート複合体。   The lithium manganese silicate composite according to any one of claims 1 to 5, wherein a mass of the fluorine absorbing compound is 5% or less of a total mass of the lithium manganese silicate composite. 前記カーボン系材料の質量は、前記リチウムマンガンシリケート複合体全体の質量の1〜40%である請求項1〜請求項6の何れか一つに記載のリチウムマンガンシリケート複合体。   7. The lithium manganese silicate composite according to claim 1, wherein the mass of the carbon-based material is 1 to 40% of the total mass of the lithium manganese silicate composite. 請求項1〜請求項7の何れか一つに記載のリチウムマンガンシリケート複合体を含むことを特徴とする非水電解質二次電池用正極。   A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the lithium manganese silicate composite according to any one of claims 1 to 7. 請求項8に記載の非水電解質二次電池用正極を構成要素として含む非水電解質二次電池。   A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 8 as a constituent element.
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