JP5895730B2 - Lithium manganese-containing oxide and method for producing the same, positive electrode active material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium manganese-containing oxide and method for producing the same, positive electrode active material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムマンガン含有酸化物とその製造方法、リチウムイオン二次電池の正極活物質、およびリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a lithium manganese-containing oxide and a method for producing the same, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な正極及び負極と、液状、ゲル状もしくは固体状の電解質とから概略構成され、高出力及び高エネルギー密度などの利点を有している。   A lithium ion secondary battery is generally composed of a positive electrode and a negative electrode capable of reversibly inserting and removing lithium ions, and a liquid, gel or solid electrolyte, and has advantages such as high output and high energy density. Yes.

特許文献1には、層状構造を有し、一般式Li2−xMn1−y3−p(0≦x≦2/3、0≦y≦1/3、0≦p≦1)で表され、X線回折で測定される(001)結晶面のピークの半値幅が0.22°以上であり、平均粒子径が130nm以下であるリチウム二次電池用の正極活物質が開示されている(請求項1)。
特許文献1において、上記式で表されるリチウムマンガン酸化物としては、LiMnOおよびLi〔Li0.33Mn0.67〕Oが挙げられている(請求項2)。
Patent Document 1 has a layered structure, and has the general formula Li 2-x Mn 1-y O 3-p (0 ≦ x ≦ 2/3, 0 ≦ y ≦ 1/3, 0 ≦ p ≦ 1). A positive electrode active material for a lithium secondary battery is disclosed that has a peak width of (001) crystal plane measured by X-ray diffraction of 0.22 ° or more and an average particle diameter of 130 nm or less. (Claim 1).
In Patent Document 1, examples of the lithium manganese oxide represented by the above formula include Li 2 MnO 3 and Li [Li 0.33 Mn 0.67 ] O 2 (Claim 2).

特許文献1に記載されているように、一般的にはLiMnOおよびLi〔Li0.33Mn0.67〕Oは、Mnの価数が4であるため、Liイオンを充電の際放出することが難しいとされている(段落0002)。
特許文献1には、「本発明においては、X線回折で測定される(001)結晶面のピークの半値幅が0.22°以上であるので、結晶性が低く、結晶構造が不安定である。このため、リチウムが活物質から容易に放出されやすくなっているため、放電容量を高くすることができるものと思われる。また、本発明のリチウムマンガン酸化物の平均粒子径は、130nm以下である。このため、活物質粒子中をリチウムが拡散する距離が短くなり、より容易に活物質からリチウムが放出され、このため放電容量を高めることができるものと思われる。」と記載されている(段落0018)。
As described in Patent Document 1, since the general Li 2 MnO 3 and Li [Li 0.33 Mn 0.67] O 2, the valence of Mn is 4 +, the Li + ions It is considered difficult to discharge during charging (paragraph 0002).
Patent Document 1 states that “in the present invention, the half width of the peak of the (001) crystal plane measured by X-ray diffraction is 0.22 ° or more, so the crystallinity is low and the crystal structure is unstable. Therefore, it is considered that lithium is easily released from the active material, so that the discharge capacity can be increased.The average particle diameter of the lithium manganese oxide of the present invention is 130 nm or less. For this reason, the distance that lithium diffuses in the active material particles is shortened, and lithium is more easily released from the active material, so that the discharge capacity can be increased. ” (Paragraph 0018).

特許文献1の実施例1〜5においては、水酸化リチウムと炭酸マンガンとの混合物をアセトン中で粉砕し、60℃で乾燥後、400〜800℃で焼成して、Li〔Li0.33Mn0.67〕Oを製造している(段落0048−0049)。 In Examples 1 to 5 of Patent Document 1, a mixture of lithium hydroxide and manganese carbonate is pulverized in acetone, dried at 60 ° C., calcined at 400 to 800 ° C., and Li [Li 0.33 Mn 0.67 ] O 2 is produced (paragraphs 0048-0049).

特開2010-135285号公報JP 2010-135285 JP

プラグインハイブリッド車(PHV)あるいは電気自動車(EV)等に搭載されるリチウムイオン二次電池では、4.5V以上の高電位使用において、初期および充放電を繰り返した後の充放電特性が良好であることが求められる。   A lithium ion secondary battery mounted on a plug-in hybrid vehicle (PHV) or an electric vehicle (EV) has good charge / discharge characteristics after repeated initial and charge / discharge cycles when using a high potential of 4.5V or higher. It is required to be.

本発明者が特許文献1の記載の方法に準拠して正極活物質を製造し、評価したところ、4.5V以上の高電位使用において、初期放電容量および初期充放電効率が低く、充放電を繰り返した後の容量維持率が低いことが明らかとなった(後記比較例1を参照)。
特許文献1の正極活物質では、結晶構造を不安定にすることにより、リチウム放出を可能としている。特許文献1の正極活物質は構造が不安定であるため、高電位使用において高性能が得られず、耐久性が良くないと考えられる。
When the present inventor manufactured and evaluated a positive electrode active material according to the method described in Patent Document 1, the initial discharge capacity and the initial charge / discharge efficiency were low when using a high potential of 4.5 V or higher. It was revealed that the capacity retention rate after repetition was low (see Comparative Example 1 below).
In the positive electrode active material of Patent Literature 1, lithium can be released by making the crystal structure unstable. Since the structure of the positive electrode active material of Patent Document 1 is unstable, high performance cannot be obtained when using a high potential, and it is considered that the durability is not good.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、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、4.5V以上の高電位使用において初期および充放電を繰り返した後の充放電特性を向上することが可能なリチウムマンガン含有酸化物とその製造方法を提供することを目的とするものである。
なお、本発明のリチウムマンガン含有酸化物は、4.5V以上の高電位使用に好適なものであるが、任意の充放電条件で使用可能である。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and when used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, the charge / discharge characteristics after repeated initial and charge / discharge operations at a high potential of 4.5 V or higher are used. An object of the present invention is to provide a lithium manganese-containing oxide that can be improved and a method for producing the same.
In addition, although the lithium manganese containing oxide of this invention is a thing suitable for high potential use of 4.5V or more, it can be used on arbitrary charging / discharging conditions.

本明細書において、特に明記しない限り、高電位は「4.5V以上」と定義する。また、特に明記しない限り、「初期特性」は初期の充放電特性、「サイクル特性」は充放電を繰り返した後の充放電特性を意味するものとする。   In this specification, unless otherwise specified, a high potential is defined as “4.5 V or more”. Unless otherwise specified, “initial characteristics” means initial charge / discharge characteristics, and “cycle characteristics” means charge / discharge characteristics after repeated charge / discharge.

本発明の第1のリチウムマンガン含有酸化物は、
平均組成式が下記式(I)で表され、
LiMnO結晶構造を有するマンガン酸リチウムを含み、
X線回折(XRD)パターンにおいて、2θ=18°付近のピーク強度I1と2θ=45°付近のピーク強度I2との比であるI1/I2が0.6〜1.4を充足するものである。
LiMn(ただし、1.3≦x/y≦1.8)・・・(I)
The first lithium manganese-containing oxide of the present invention is
The average composition formula is represented by the following formula (I):
Including lithium manganate having a Li 2 MnO 3 crystal structure,
In the X-ray diffraction (XRD) pattern, I1 / I2, which is the ratio of the peak intensity I1 near 2θ = 18 ° and the peak intensity I2 near 2θ = 45 °, satisfies 0.6 to 1.4. .
Li x Mn y O 3 (where 1.3 ≦ x / y ≦ 1.8) (I)

本発明の第2のリチウムマンガン含有酸化物は、
平均組成式が下記式(I)で表され、
LiMnO結晶構造を有するマンガン酸リチウムを含み、
X線回折(XRD)パターンにおいて、2θ=64°付近のピーク強度I3と2θ=66°付近のピーク強度I4との比であるI3/I4が0.8〜1.8を充足するものである。
LiMn(ただし、1.3≦x/y≦1.8)・・・(I)
The second lithium manganese-containing oxide of the present invention is
The average composition formula is represented by the following formula (I):
Including lithium manganate having a Li 2 MnO 3 crystal structure,
In the X-ray diffraction (XRD) pattern, I3 / I4, which is the ratio of the peak intensity I3 near 2θ = 64 ° and the peak intensity I4 near 2θ = 66 °, satisfies 0.8 to 1.8. .
Li x Mn y O 3 (where 1.3 ≦ x / y ≦ 1.8) (I)

LiMnOは層状岩塩型の結晶構造を有する。
「LiMnO結晶構造を有するマンガン酸リチウム」とは、結晶構造がLiMnOと同一であるマンガン酸リチウムを意味する。
本発明の第1、第2のリチウムマンガン含有酸化物は、LiMnO結晶構造を有し、Li/Mnモル比が2からずれたマンガン酸リチウムからなる結晶相を含む。
本発明の第1、第2のリチウムマンガン含有酸化物は、上記結晶相の他、LiMnO結晶相を含むことができる。
Li 2 MnO 3 has a layered rock salt type crystal structure.
“Lithium manganate having a Li 2 MnO 3 crystal structure” means lithium manganate having a crystal structure identical to that of Li 2 MnO 3 .
The first and second lithium manganese-containing oxides of the present invention have a Li 2 MnO 3 crystal structure and include a crystal phase composed of lithium manganate with a Li / Mn molar ratio deviating from 2.
First, second lithium manganese-containing oxide of the present invention, in addition to the crystalline phase can containing Li 2 MnO 3 crystal phase.

本発明において、Li/Mnモル比(x/y)は、ICP発光分光分析により求めるものとする。
本発明において、XRDパターンにおけるピーク強度は、ピークの積分強度を意味するものとする。
ICP発光分光分析によるLi/Mnモル比、XRDパターン、およびXRDパターンにおけるピーク強度の具体的な測定方法については、[実施例]の項を参照されたい。
In the present invention, the Li / Mn molar ratio (x / y) is determined by ICP emission spectroscopic analysis.
In the present invention, the peak intensity in the XRD pattern means the integrated intensity of the peak.
For the specific methods for measuring the Li / Mn molar ratio, the XRD pattern, and the peak intensity in the XRD pattern by ICP emission spectroscopic analysis, refer to the section of [Example].

本発明のリチウムマンガン含有酸化物は、LiMnO結晶構造を有するマンガン酸リチウム以外の結晶相を含むものであってもよい。 The lithium manganese-containing oxide of the present invention may contain a crystal phase other than lithium manganate having a Li 2 MnO 3 crystal structure.

本発明のリチウムマンガン含有酸化物の製造方法は、
上記の本発明の第1または第2のリチウムマンガン含有酸化物の製造方法であって、
リチウム含有材料と二酸化マンガンとを、加圧下、300℃未満の反応温度で水熱合成反応させるものである。
The method for producing the lithium manganese-containing oxide of the present invention comprises:
A method for producing the first or second lithium manganese-containing oxide of the present invention,
The lithium-containing material and manganese dioxide are subjected to a hydrothermal synthesis reaction at a reaction temperature of less than 300 ° C. under pressure.

本発明のリチウムイオン二次電池用の正極活物質は、
上記の本発明の第1または第2のリチウムマンガン含有酸化物を含むものである。
The positive electrode active material for the lithium ion secondary battery of the present invention is
The above-described first or second lithium manganese-containing oxide of the present invention is included.

本発明のリチウムイオン二次電池は、
上記の本発明のリチウムマンガン含有酸化物を正極活物質として用いたものである。
The lithium ion secondary battery of the present invention is
The lithium manganese-containing oxide of the present invention is used as a positive electrode active material.

本発明によれば、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、4.5V以上の高電位使用において初期および充放電を繰り返した後の充放電特性を向上することが可能なリチウムマンガン含有酸化物とその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, when used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, lithium manganese capable of improving the charge / discharge characteristics after repeated initial and charge / discharge when using a high potential of 4.5 V or higher A contained oxide and a method for producing the same can be provided.

実施例1で得られた正極活物質のSEM像である。2 is a SEM image of the positive electrode active material obtained in Example 1. 実施例2で得られた正極活物質のSEM像である。4 is a SEM image of the positive electrode active material obtained in Example 2. 実施例3で得られた正極活物質のSEM像である。4 is a SEM image of the positive electrode active material obtained in Example 3. 比較例1で得られた正極活物質のSEM像である。3 is a SEM image of the positive electrode active material obtained in Comparative Example 1. 実施例1で得られた正極活物質のXRDパターンである。3 is an XRD pattern of a positive electrode active material obtained in Example 1. 実施例2で得られた正極活物質のXRDパターンである。3 is an XRD pattern of a positive electrode active material obtained in Example 2. 実施例3で得られた正極活物質のXRDパターンである。3 is an XRD pattern of a positive electrode active material obtained in Example 3. 比較例1で得られた正極活物質のXRDパターンである。3 is an XRD pattern of a positive electrode active material obtained in Comparative Example 1. 実施例1で得られた正極活物質のXANESスペクトルである。2 is an XANES spectrum of the positive electrode active material obtained in Example 1. 実施例2で得られた正極活物質のXANESスペクトルである。3 is an XANES spectrum of the positive electrode active material obtained in Example 2. 実施例3で得られた正極活物質のXANESスペクトルである。3 is an XANES spectrum of the positive electrode active material obtained in Example 3. 比較例1で得られた正極活物質のXANESスペクトルである。3 is an XANES spectrum of the positive electrode active material obtained in Comparative Example 1. 実施例1〜3および比較例1で得られた正極活物質のXANESスペクトルである。It is a XANES spectrum of the positive electrode active material obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. 実施例1で得られたリチウムイオン二次電池の充放電試験における初期特性の評価結果を示すグラフである。4 is a graph showing evaluation results of initial characteristics in a charge / discharge test of the lithium ion secondary battery obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られたリチウムイオン二次電池の充放電試験における初期特性の評価結果を示すグラフである。4 is a graph showing evaluation results of initial characteristics in a charge / discharge test of a lithium ion secondary battery obtained in Example 2. 実施例3で得られたリチウムイオン二次電池の充放電試験における初期特性の評価結果を示すグラフである。4 is a graph showing evaluation results of initial characteristics in a charge / discharge test of a lithium ion secondary battery obtained in Example 3. 比較例1で得られたリチウムイオン二次電池の充放電試験における初期特性の評価結果を示すグラフである。6 is a graph showing evaluation results of initial characteristics in a charge / discharge test of a lithium ion secondary battery obtained in Comparative Example 1.

以下、本発明について詳述する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

[リチウムマンガン含有酸化物]
本発明のリチウムマンガン含有酸化物は、リチウムイオン二次電池の正極活物質用として好適なものである。
[Lithium manganese-containing oxide]
The lithium manganese-containing oxide of the present invention is suitable for a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery.

本発明の第1のリチウムマンガン含有酸化物は、
平均組成式が下記式(I)で表され、
LiMnO結晶構造を有するマンガン酸リチウムを含み、
X線回折(XRD)パターンにおいて、2θ=18°付近のピーク強度I1と2θ=45°付近のピーク強度I2との比であるI1/I2が0.6〜1.4を充足するものである。
LiMn(ただし、1.3≦x/y≦1.8)・・・(I)
The first lithium manganese-containing oxide of the present invention is
The average composition formula is represented by the following formula (I):
Including lithium manganate having a Li 2 MnO 3 crystal structure,
In the X-ray diffraction (XRD) pattern, I1 / I2, which is the ratio of the peak intensity I1 near 2θ = 18 ° and the peak intensity I2 near 2θ = 45 °, satisfies 0.6 to 1.4. .
Li x Mn y O 3 (where 1.3 ≦ x / y ≦ 1.8) (I)

本発明の第2のリチウムマンガン含有酸化物は、
平均組成式が下記式(I)で表され、
LiMnO結晶構造を有するマンガン酸リチウムを含み、
X線回折(XRD)パターンにおいて、2θ=64°付近のピーク強度I3と2θ=66°付近のピーク強度I4との比であるI3/I4が0.8〜1.8を充足するものである。
LiMn(ただし、1.3≦x/y≦1.8)・・・(I)
The second lithium manganese-containing oxide of the present invention is
The average composition formula is represented by the following formula (I):
Including lithium manganate having a Li 2 MnO 3 crystal structure,
In the X-ray diffraction (XRD) pattern, I3 / I4, which is the ratio of the peak intensity I3 near 2θ = 64 ° and the peak intensity I4 near 2θ = 66 °, satisfies 0.8 to 1.8. .
Li x Mn y O 3 (where 1.3 ≦ x / y ≦ 1.8) (I)

上記式(I)中、x/y<1.3ではLi量が少なすぎてLiMnO結晶構造を維持することが難しい。x/y≧2.0を充足するLiMnO結晶構造は知られていない。また、x/yが過大では、過剰なリチウム元素が不可逆容量を増加させる恐れがある。
本発明の第1、第2のリチウムマンガン含有酸化物では、1.3≦x/y≦1.8を充足する(後記実施例1〜3を参照)。
より高特性が得られることから、1.3≦x/y≦1.5が好ましい(後記実施例2、3を参照)。
In the above formula (I), when x / y <1.3, the amount of Li is too small to maintain the Li 2 MnO 3 crystal structure. A Li 2 MnO 3 crystal structure satisfying x / y ≧ 2.0 is not known. In addition, if x / y is excessive, excess lithium element may increase the irreversible capacity.
The first and second lithium manganese-containing oxides of the present invention satisfy 1.3 ≦ x / y ≦ 1.8 (see Examples 1 to 3 below).
Since higher characteristics are obtained, 1.3 ≦ x / y ≦ 1.5 is preferable (see Examples 2 and 3 below).

XRDパターンにおいて、ピーク強度比I1/I2および/またはピーク強度比I3/I4を上記範囲に好適化することで、初期放電容量、初期充放電効率、および容量維持率を向上することができる。   In the XRD pattern, the initial discharge capacity, the initial charge / discharge efficiency, and the capacity maintenance ratio can be improved by optimizing the peak intensity ratio I1 / I2 and / or the peak intensity ratio I3 / I4 within the above ranges.

本発明の第1、第2のリチウムマンガン含有酸化物は、リチウム含有材料と二酸化マンガンとを水熱合成反応させることで製造できる。
原料として、好ましくはトンネル構造または層状構造を有する二酸化マンガンを用い、結晶構造中のマンガンとリチウムのサイトを交換することによって、結晶構造を安定化できると考えられる。結晶構造中のマンガンとリチウムのサイトの交換量は、XRDのメインピークである2θ=18°付近と2θ=45°付近のピーク強度比I1/I2、または2θ=64°付近と2θ=66°付近のピーク強度比I3/I4に対応していると考えられる。
The first and second lithium manganese-containing oxides of the present invention can be produced by a hydrothermal synthesis reaction of a lithium-containing material and manganese dioxide.
It is considered that the crystal structure can be stabilized by using manganese dioxide having a tunnel structure or a layered structure as a raw material, and exchanging manganese and lithium sites in the crystal structure. The exchange amount of manganese and lithium sites in the crystal structure is the XRD main peak near 2θ = 18 ° and the peak intensity ratio I1 / I2 near 2θ = 45 °, or 2θ = 64 ° and 2θ = 66 °. It is considered that the peak intensity ratio in the vicinity corresponds to I3 / I4.

XRDパターンにおいて、ピーク強度比I1/I2は0.6〜1.1であることが好ましく(後記実施例1〜3を参照)、0.6〜0.8であることがより好ましい(後記実施例1〜2を参照)。
XRDパターンにおいて、ピーク強度比I3/I4は0.9〜1.8であることが好ましく(後記実施例1〜3を参照)、1.5〜1.8であることが好ましい(後記実施例1〜2を参照)。
In the XRD pattern, the peak intensity ratio I1 / I2 is preferably 0.6 to 1.1 (see Examples 1 to 3 below), and more preferably 0.6 to 0.8 (described below). See Examples 1-2).
In the XRD pattern, the peak intensity ratio I3 / I4 is preferably 0.9 to 1.8 (see Examples 1 to 3 below), and preferably 1.5 to 1.8 (Examples below). 1-2).

本発明の第1、第2のリチウムマンガン含有酸化物は、XANESスペクトルにおいて、規格化吸収係数が0.5のときのエネルギー値が6549.0〜6550.8eVを充足することができる。この数値範囲は、従来のLiMnO結晶構造を含むリチウムマンガン含有酸化物のものとは異なる。
本発明の第1、第2のリチウムマンガン含有酸化物において、XANESスペクトルの規格化吸収係数が0.5のときのエネルギー値が従来のものと異なっているのは、結晶構造中のMn−O八面体に歪みが生じていることによると考えられる。本発明のリチウムマンガン含有酸化物では、結晶構造中のMn−O八面体に歪みが生じており、この歪みによって、リチウムイオンの脱離に伴う結晶構造の変化の抑制効果が発現すると考えられる。
The first and second lithium manganese-containing oxides of the present invention can satisfy an energy value of 6549.0 to 6550.8 eV when the normalized absorption coefficient is 0.5 in the XANES spectrum. This numerical range is different from that of the conventional oxide containing lithium manganese containing the Li 2 MnO 3 crystal structure.
In the first and second lithium manganese-containing oxides of the present invention, the energy value when the normalized absorption coefficient of the XANES spectrum is 0.5 is different from the conventional one in that the Mn—O in the crystal structure is different. This is probably because the octahedron is distorted. In the lithium manganese-containing oxide of the present invention, distortion is generated in the Mn—O octahedron in the crystal structure, and it is considered that the distortion suppresses the change in the crystal structure accompanying lithium ion desorption.

本発明の第1、第2のリチウムマンガン含有酸化物は、LiMnO結晶構造を有し、Li/Mnモル比が2からずれたマンガン酸リチウムからなる結晶相を含む。
本発明の第1、第2のリチウムマンガン含有酸化物は、上記結晶相の他、LiMnO結晶相を含むことができる。
本発明のリチウムマンガン含有酸化物は、LiMnO結晶構造を有するマンガン酸リチウム以外の結晶相を含むものであってもよい。
本発明のリチウムマンガン含有酸化物は例えば、LiMnO結晶相、Liを含んでいてもよいMn結晶相、あるいはLiを含んでいてもよいMnO結晶相等を含んでいてもよい。
The first and second lithium manganese-containing oxides of the present invention have a Li 2 MnO 3 crystal structure and include a crystal phase composed of lithium manganate with a Li / Mn molar ratio deviating from 2.
First, second lithium manganese-containing oxide of the present invention, in addition to the crystalline phase can containing Li 2 MnO 3 crystal phase.
The lithium manganese-containing oxide of the present invention may contain a crystal phase other than lithium manganate having a Li 2 MnO 3 crystal structure.
The lithium manganese-containing oxide of the present invention may contain, for example, a LiMnO 2 crystal phase, a Mn 3 O 4 crystal phase that may contain Li, a MnO 2 crystal phase that may contain Li, or the like.

本発明のリチウムマンガン含有酸化物の製造方法は、
上記の本発明の第1または第2のリチウムマンガン含有酸化物の製造方法であって、
リチウム含有材料と二酸化マンガンとを、加圧下、300℃未満の反応温度で水熱合成反応させるものである。
The method for producing the lithium manganese-containing oxide of the present invention comprises:
A method for producing the first or second lithium manganese-containing oxide of the present invention,
The lithium-containing material and manganese dioxide are subjected to a hydrothermal synthesis reaction at a reaction temperature of less than 300 ° C. under pressure.

本発明のリチウムマンガン含有酸化物の製造方法において、リチウム含有材料としては特に制限されず、水酸化リチウム、酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、および硫酸リチウム等が挙げられる。これらは1種または2種以上用いることができる。
二酸化マンガンとしては特に制限されず、トンネル構造または層状構造を有するものが好ましい。二酸化マンガンの粒子サイズおよび粒子形態は特に限定されない。
水熱合成を行うためには、リチウム含有材料と二酸化マンガンに加えて、水を用いる必要がある。
In the method for producing a lithium manganese-containing oxide of the present invention, the lithium-containing material is not particularly limited, and examples thereof include lithium hydroxide, lithium oxide, lithium carbonate, lithium nitrate, and lithium sulfate. These can be used alone or in combination of two or more.
Manganese dioxide is not particularly limited and preferably has a tunnel structure or a layered structure. The particle size and particle form of manganese dioxide are not particularly limited.
In order to perform hydrothermal synthesis, it is necessary to use water in addition to the lithium-containing material and manganese dioxide.

本発明の製造方法では、水熱合成の反応温度を300℃未満としている。
大気中300℃以上、特に400℃以上で熱処理する従来法では、高温下で安定なスピネル型の結晶相が生成されやすい。スピネル型の結晶相の量が多くなると、4.5V以上での高電位使用において、初期放電容量が低下する傾向がある。
加圧下で反応させる水熱合成法であれば、300℃未満の比較的低い反応温度で、所望のリチウムマンガン含有酸化物を安定的に製造することができる。
反応温度が低すぎると反応が進みにくいので、反応温度は100℃以上が好ましい。
反応温度は140〜220℃が好ましく、160〜200℃が特に好ましい。
反応圧力は特に制限されず、例えば0.1〜10MPaが好ましく、0.15〜2MPaがより好ましい。
In the production method of the present invention, the reaction temperature of hydrothermal synthesis is set to less than 300 ° C.
In the conventional method in which heat treatment is performed at 300 ° C. or higher, particularly 400 ° C. or higher in the atmosphere, a spinel crystal phase that is stable at high temperatures is likely to be generated. When the amount of the spinel crystal phase is increased, the initial discharge capacity tends to be reduced when a high potential is used at 4.5 V or higher.
With the hydrothermal synthesis method in which the reaction is performed under pressure, a desired lithium manganese-containing oxide can be stably produced at a relatively low reaction temperature of less than 300 ° C.
If the reaction temperature is too low, the reaction is difficult to proceed. Therefore, the reaction temperature is preferably 100 ° C. or higher.
The reaction temperature is preferably 140 to 220 ° C, particularly preferably 160 to 200 ° C.
The reaction pressure is not particularly limited, and is preferably 0.1 to 10 MPa, and more preferably 0.15 to 2 MPa.

水熱合成反応の終了後、得られた反応生成物は、公知方法により洗浄および乾燥する。
例えば、得られた反応生成物を吸引ろ過および純水洗浄した後、加熱乾燥および真空乾燥することが好ましい。
加熱乾燥の温度は特に制限されない。加熱乾燥の温度が低すぎると充分に水分を除くことが難しく、高すぎると結晶粒の成長が起こり、比表面積が低下する恐れがある。
加熱乾燥の温度は例えば80〜600℃が好ましく、120〜400℃がより好ましい。
加熱乾燥後にさらに、真空乾燥を実施することで、加熱乾燥だけでは除去しきれなかった水分を取り除くことができ、好ましい。
真空乾燥時に加熱を行ってもよい。真空乾燥時の加熱温度は例えば、80〜120℃が好ましい。
After completion of the hydrothermal synthesis reaction, the obtained reaction product is washed and dried by a known method.
For example, the obtained reaction product is preferably subjected to suction filtration and pure water washing, followed by heat drying and vacuum drying.
The temperature for heat drying is not particularly limited. If the heat drying temperature is too low, it is difficult to sufficiently remove moisture, and if it is too high, crystal grains grow and the specific surface area may decrease.
The heat drying temperature is preferably, for example, 80 to 600 ° C, and more preferably 120 to 400 ° C.
It is preferable to perform vacuum drying after the heat drying so that moisture that cannot be removed by only the heat drying can be removed.
Heating may be performed during vacuum drying. The heating temperature during vacuum drying is preferably, for example, 80 to 120 ° C.

本発明の第1、第2のリチウムマンガン含有酸化物は、4.5V以上の充電条件で使用されるリチウムイオン二次電池の正極活物質用として好適である。   The first and second lithium manganese-containing oxides of the present invention are suitable for a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery used under a charging condition of 4.5 V or higher.

以上説明したように、本発明によれば、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、4.5V以上の高電位使用において初期および充放電を繰り返した後の充放電特性を向上することが可能なリチウムマンガン含有酸化物とその製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, when used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, the charge / discharge characteristics after repeated initial and charge / discharge operations at a high potential of 4.5 V or higher are improved. It is possible to provide a lithium manganese-containing oxide and a method for producing the same.

[リチウムイオン二次電池]
本発明のリチウムイオン二次電池は、上記の本発明のリチウムマンガン含有酸化物を正極活物質として用いたものである。
正極と負極とセパレータと非水電解質と電池容器を用い、公知方法により、リチウムイオン二次電池を製造することができる。
[Lithium ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery of the present invention uses the above-described lithium manganese-containing oxide of the present invention as a positive electrode active material.
A lithium ion secondary battery can be produced by a known method using a positive electrode, a negative electrode, a separator, a nonaqueous electrolyte, and a battery container.

<正極>
正極は、公知の方法により、アルミニウム箔などの正極集電体に正極活物質を塗布して、製造することができる。
本発明では、上記の本発明のリチウムマンガン含有酸化物を正極活物質として用いる。
正極活物質として、上記の本発明のリチウムマンガン含有酸化物以外の公知の正極活物質を併用しても構わない。ただし、本発明のリチウムマンガン含有酸化物の使用量が多い程、より高い効果が得られる。
<Positive electrode>
The positive electrode can be manufactured by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector such as an aluminum foil by a known method.
In the present invention, the above lithium manganese-containing oxide of the present invention is used as a positive electrode active material.
As the positive electrode active material, a known positive electrode active material other than the lithium manganese-containing oxide of the present invention may be used in combination. However, the higher the amount of the lithium manganese-containing oxide of the present invention, the higher the effect.

例えば、N−メチル−2−ピロリドン等の分散剤を用い、正極活物質と、炭素粉末等の導電剤と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の結着剤とを混合して、スラリーを得、このスラリーをアルミニウム箔等の集電体上に塗布し、乾燥し、プレス加工して、正極を得ることができる。   For example, using a dispersant such as N-methyl-2-pyrrolidone, mixing a positive electrode active material, a conductive agent such as carbon powder, and a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) to obtain a slurry, This slurry can be applied onto a current collector such as an aluminum foil, dried, and pressed to obtain a positive electrode.

<負極>
負極活物質としては特に制限なく、Li/Li+基準で2.0V以下にリチウム吸蔵能力を持つものが好ましく用いられる。
負極活物質としては、黒鉛等の炭素、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンのド−プ・脱ド−プが可能な遷移金属酸化物/遷移金属窒化物/遷移金属硫化物、及び、これらの組合わせ等が挙げられる。
<Negative electrode>
The negative electrode active material is not particularly limited, and a material having a lithium storage capacity of 2.0 V or less on the basis of Li / Li + is preferably used.
As the negative electrode active material, carbon such as graphite, metallic lithium, lithium alloy, transition metal oxide / transition metal nitride / transition metal sulfide capable of doping / dedoping lithium ions, and these A combination etc. are mentioned.

負極は例えば、公知の方法により、銅箔などの負極集電体に負極活物質を塗布して、製造することができる。
例えば、水等の分散剤を用い、負極活物質と、変性スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス等の結着剤と、必要に応じてカルボキシメチルセルロースNa塩(CMC)等の増粘剤とを混合して、スラリーを得、このスラリーを銅箔等の集電体上に塗布し、乾燥し、プレス加工して、負極を得ることができる。
The negative electrode can be produced, for example, by applying a negative electrode active material to a negative electrode current collector such as a copper foil by a known method.
For example, using a dispersant such as water, a negative electrode active material, a binder such as a modified styrene-butadiene copolymer latex, and a thickener such as carboxymethyl cellulose Na salt (CMC) are mixed as necessary. Thus, a slurry can be obtained, and this slurry can be applied onto a current collector such as a copper foil, dried, and pressed to obtain a negative electrode.

負極活物質として金属リチウムおよび/またはリチウム合金を用いる場合、集電体を用いずに、負極活物質をそのまま負極として用いることができる。   When metallic lithium and / or a lithium alloy are used as the negative electrode active material, the negative electrode active material can be used as the negative electrode without using a current collector.

<非水電解質>
非水電解質としては公知のものが使用でき、液状、ゲル状もしくは固体状の非水電解質が使用できる。
例えば、プロピレンカーボネ−トあるいはエチレンカーボネ−ト等の高誘電率カーボネート溶媒と、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の低粘度カーボネート溶媒との混合溶媒に、リチウム含有電解質を溶解した非水電界液が好ましく用いられる。
混合溶媒としては例えば、エチレンカーボネート(EC)/ジメチルカーボネート(DMC)/エチルメチルカーボネート(EMC)の混合溶媒が好ましく用いられる。
リチウム含有電解質としては例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiSiF、LiOSO(2k+1)(k=1〜8の整数)、LiPF{C(2k+1)(6−n)(n=1〜5の整数、k=1〜8の整数)等のリチウム塩、及びこれらの組合わせが挙げられる。
<Nonaqueous electrolyte>
As the non-aqueous electrolyte, known ones can be used, and liquid, gel-like or solid non-aqueous electrolytes can be used.
For example, a lithium-containing electrolyte is dissolved in a mixed solvent of a high dielectric constant carbonate solvent such as propylene carbonate or ethylene carbonate and a low viscosity carbonate solvent such as diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, or dimethyl carbonate. A water electrolysis solution is preferably used.
As the mixed solvent, for example, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) / dimethyl carbonate (DMC) / ethyl methyl carbonate (EMC) is preferably used.
Examples of the lithium-containing electrolyte include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiOSO 2 C k F (2k + 1) (k = 1 to 8), LiPF n {C k F (2k + 1) )} (6-n) ( n = 1~5 integer, k = 1 to 8 integer) lithium salts such as, and combinations thereof.

<セパレータ>
セパレータは、正極と負極とを電気的に絶縁し、かつリチウムイオンが透過可能な膜であればよく、多孔質高分子フィルムが好ましく使用される。
セパレータとしては例えば、PP(ポリプロピレン)製多孔質フィルム、PE(ポリエチレン)製多孔質フィルム、あるいは、PP(ポリプロピレン)−PE(ポリエチレン)の積層型多孔質フィルム等のポリオレフィン製多孔質フィルムが好ましく用いられる。
<Separator>
The separator may be a film that electrically insulates the positive electrode and the negative electrode and is permeable to lithium ions, and a porous polymer film is preferably used.
As the separator, for example, a porous film made of polyolefin such as a porous film made of PP (polypropylene), a porous film made of PE (polyethylene), or a laminated porous film of PP (polypropylene) -PE (polyethylene) is preferably used. It is done.

<電池容器>
電池容器としては公知のものが使用できる。
二次電池の型としては、円筒型、コイン型、角型、あるいはフィルム型等があり、所望の型に合わせて電池容器を選定することができる。
<Battery container>
A well-known thing can be used as a battery container.
Secondary battery types include a cylindrical type, a coin type, a square type, a film type, and the like, and a battery container can be selected according to a desired type.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極活物質として上記の本発明のリチウムマンガン含有酸化物を用いたものである。
本発明によれば、4.5V以上の高電位使用において初期および充放電を繰り返した後の充放電特性することが可能なリチウムイオン二次電池を提供することができる。
The lithium ion secondary battery of the present invention uses the above-described lithium manganese-containing oxide of the present invention as a positive electrode active material.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium ion secondary battery which can be made into the charging / discharging characteristic after repeating an initial stage and charging / discharging in high potential use of 4.5V or more can be provided.

本発明に係る実施例及び比較例について説明する。   Examples and comparative examples according to the present invention will be described.

(実施例1)
<正極活物質の合成>
Li/Mn仕込みモル比が8.3になるように、8gのLiOH・HOを純水50mlに溶解した水酸化リチウム水溶液に、2gの電解二酸化マンガン(東ソー社製FMH、γ型)を添加し、混合した。得られた混合物に対して、オートクレーブにて約1MPa180℃で24時間熱処理した。得られた反応生成物を吸引ろ過および純水洗浄した後、80℃で加熱乾燥し、120℃で真空乾燥して、粒子状のリチウムマンガン含有酸化物からなる正極活物質を得た。
正極活物質の主な合成条件を表1に示す。
Example 1
<Synthesis of positive electrode active material>
To a lithium hydroxide aqueous solution in which 8 g of LiOH.H 2 O was dissolved in 50 ml of pure water, 2 g of electrolytic manganese dioxide (FMSO, γ type manufactured by Tosoh Corporation) was added so that the molar ratio of charged Li / Mn was 8.3. Added and mixed. The obtained mixture was heat-treated in an autoclave at about 1 MPa at 180 ° C. for 24 hours. The obtained reaction product was subjected to suction filtration and washed with pure water, and then heat-dried at 80 ° C. and vacuum-dried at 120 ° C. to obtain a positive electrode active material composed of particulate lithium manganese-containing oxide.
Table 1 shows main synthesis conditions for the positive electrode active material.

<正極の製造>
分散剤としてN−メチル−2−ピロリドン((株)和光純薬工業社製)を用い、上記のリチウムマンガン含有酸化物からなる正極活物質と、導電剤であるアセチレンブラック(電気化学工業(株)社製HS−100)と、結着剤であるPVDF((株)クレハ社製KFポリマー♯1120)とを、85/10/5(質量比)で混合して、スラリーを得た。
上記スラリーを集電体であるアルミニウム箔上にドクターブレード法で塗布し、80℃で30分間乾燥し、プレス機械を用いて圧延して、正極を得た。正極活物質層は、目付3.2mg/cm、厚み16μmとした。
<Production of positive electrode>
Using N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a dispersant, a positive electrode active material comprising the above lithium manganese-containing oxide and acetylene black (Electrochemical Industry Co., Ltd.) as a conductive agent ) HS-100) and PVDF (Kureha KF Polymer # 1120) were mixed at 85/10/5 (mass ratio) to obtain a slurry.
The slurry was applied onto an aluminum foil as a current collector by a doctor blade method, dried at 80 ° C. for 30 minutes, and rolled using a press machine to obtain a positive electrode. The positive electrode active material layer had a basis weight of 3.2 mg / cm 2 and a thickness of 16 μm.

<負極>
負極活物質として、金属リチウムを用いた。これをそのまま負極として用いた。
<Negative electrode>
Metal lithium was used as the negative electrode active material. This was used as a negative electrode as it was.

<セパレータ>
PP(ポリプロピレン)製多孔質フィルムからなる市販のセパレータを用意した。
<Separator>
A commercially available separator made of a PP (polypropylene) porous film was prepared.

<非水電解質>
エチレンカーボネート(EC)/ジメチルカーボネート(DMC)/エチルメチルカーボネート(EMC)=3/3/4(体積比)の混合溶液を溶媒とし、電解質としてリチウム塩であるLiPFを1mol/Lの濃度で溶解して、非水電界液を調製した。
<Nonaqueous electrolyte>
A mixed solution of ethylene carbonate (EC) / dimethyl carbonate (DMC) / ethyl methyl carbonate (EMC) = 3/3/4 (volume ratio) is used as a solvent, and LiPF 6 which is a lithium salt is used as an electrolyte at a concentration of 1 mol / L. It melt | dissolved and the nonaqueous electric field liquid was prepared.

<電池容器>
電池容器として、SUS製CR2032型コインセルを用意した。
<Battery container>
As a battery container, a SUS CR2032-type coin cell was prepared.

<リチウムイオン二次電池の製造>
上記の正極と負極とセパレータと非水電解液と電池容器を用い、公知方法により、リチウムイオン二次電池を製造した。
<Manufacture of lithium ion secondary batteries>
A lithium ion secondary battery was manufactured by a known method using the positive electrode, the negative electrode, the separator, the non-aqueous electrolyte, and the battery container.

(実施例2、3)
正極活物質合成の条件を表1に示す条件とした以外は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を製造した。
(Examples 2 and 3)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions for the synthesis of the positive electrode active material were the conditions shown in Table 1.

(比較例1)
正極活物質を特許文献1の実施例に記載方法に準拠して製造した以外は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を製造した。
具体的には、以下の方法にて正極活物質を製造した。
水酸化リチウム(LiOH・HO)と、炭酸マンガン(MnCO・nHO、n=約0.5)とを、Li/Mnモル比=2となるように混合した。ボールミルを用い、得られた混合物をアセトン中で1時間粉砕した。この際、アセトン量は、水酸化リチウムと炭酸マンガンの合計と同量とした。得られた粉砕物を60℃で乾燥させ、大気中450℃で10時間焼成した。乳鉢を用いて得られた焼成物を粉砕し、再度大気中450℃で24時間焼成した。
(Comparative Example 1)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was produced in accordance with the method described in the Example of Patent Document 1.
Specifically, a positive electrode active material was produced by the following method.
Lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) and manganese carbonate (MnCO 3 .nH 2 O, n = about 0.5) were mixed so that the Li / Mn molar ratio = 2. The resulting mixture was ground in acetone for 1 hour using a ball mill. At this time, the amount of acetone was the same as the total amount of lithium hydroxide and manganese carbonate. The obtained pulverized product was dried at 60 ° C. and baked at 450 ° C. for 10 hours in the air. The fired product obtained using a mortar was pulverized and fired again at 450 ° C. for 24 hours in the air.

(正極活物質の評価)
各例において得られた正極活物質について、以下の評価を実施した。
(Evaluation of positive electrode active material)
The following evaluation was implemented about the positive electrode active material obtained in each case.

<SEM観察>
各例において得られた正極活物質について、SEM(走査型電子顕微鏡)観察を実施した。SEM像図1A〜図1Dに示す。
<SEM observation>
The positive electrode active material obtained in each example was observed by SEM (scanning electron microscope). SEM images are shown in FIGS. 1A-1D.

<BET比表面積>
各例において得られた正極活物質について、測定装置として島津製作所製トライスター3000を用い、N吸着法を用いたBET7点法により、BET比表面積を測定した。
評価結果を表2に示す。
<BET specific surface area>
For the positive electrode active material obtained in each example, manufactured by Shimadzu Corporation TriStar 3000 as measuring device, by BET7 point method using N 2 adsorption method, the BET specific surface area was measured.
The evaluation results are shown in Table 2.

<ICP発光分光分析>
各例において得られた正極活物質について、ICP発光分光分析により、Li/Mnモル比を測定した。
島津製作所社製ICPS−8100を用い、各元素量を検量線法にて定量し、Li/Mnモル比を求めた。
評価結果を表2に示す。
なお、仕込み組成とICP発光分光分析による実際の組成とにずれがあるのは、リチウム含有材料の一部が未反応のまま合成反応が終了した、あるいは合成反応終了後のろ過あるいは水洗時にリチウムの一部が反応生成物より脱離したことなどの理由によると思われる。
<ICP emission spectroscopic analysis>
About the positive electrode active material obtained in each example, Li / Mn molar ratio was measured by ICP emission spectral analysis.
Using ICPS-8100 manufactured by Shimadzu Corporation, the amount of each element was quantified by a calibration curve method to determine the Li / Mn molar ratio.
The evaluation results are shown in Table 2.
Note that there is a difference between the charged composition and the actual composition by ICP emission spectroscopic analysis because the synthesis reaction was completed with some of the lithium-containing material unreacted, or the lithium was not filtered during filtration or washing after the synthesis reaction. This may be due to a part of the reaction product being desorbed.

<XRD分析>
各例において得られた正極活物質について、粉末XRD分析を実施して、結晶相の同定を行った。
測定装置としてリガク社製UltimaIVを用いた。X線源としてCu管球を用い、検出器として一次元半導体検出器(D/teX)を用いた。測定条件は、2θ=10〜80°、スキャンスピード10°/minとした。
得られたXRDパターンにおいて、2θ=18°付近のピーク強度I1、2θ=45°付近のピーク強度I2、2θ=64°付近のピーク強度I3、2θ=66°付近のピーク強度I4を測定し、I1/I2、およびI3/I4を求めた。
ピーク強度は、リガク社製統合粉末X線解析ソフトPDXLを用い、自動プロファイル処理にて求めた。
<XRD analysis>
The positive electrode active material obtained in each example was subjected to powder XRD analysis to identify the crystal phase.
As a measuring device, Ultimate IV manufactured by Rigaku Corporation was used. A Cu tube was used as the X-ray source, and a one-dimensional semiconductor detector (D / teX) was used as the detector. The measurement conditions were 2θ = 10 to 80 ° and a scan speed of 10 ° / min.
In the obtained XRD pattern, the peak intensity I near 2θ = 18 °, the peak intensity I2 near 2θ = 45 °, the peak intensity I3 near 2θ = 64 °, and the peak intensity I4 near 2θ = 66 ° are measured, I1 / I2 and I3 / I4 were determined.
The peak intensity was determined by automatic profile processing using integrated powder X-ray analysis software PDXL manufactured by Rigaku Corporation.

各例で得られた正極活物質のXRDパターンを図2A〜図2Dに示す。
実施例1、2で得られた正極活物質は、LiMnO結晶構造のみを有するものであった。
実施例3で得られた正極活物質は、γ型の二酸化マンガンの結晶構造内にリチウムが導入された結晶構造を主とし、LiMnO結晶構造を含むものであった。
比較例1で得られた正極活物質は、LiMnO結晶構造のみを有するものであった。
結晶構造およびピーク強度比I1/I2、I3/I4の評価結果を表2に示す。
The XRD pattern of the positive electrode active material obtained in each example is shown in FIGS. 2A to 2D.
The positive electrode active materials obtained in Examples 1 and 2 had only the Li 2 MnO 3 crystal structure.
The positive electrode active material obtained in Example 3 mainly includes a crystal structure in which lithium is introduced into the crystal structure of γ-type manganese dioxide, and includes a Li 2 MnO 3 crystal structure.
The positive electrode active material obtained in Comparative Example 1 had only a Li 2 MnO 3 crystal structure.
Table 2 shows the evaluation results of the crystal structure and the peak intensity ratios I1 / I2 and I3 / I4.

<XANES分析>
各例において得られた正極を用い、正極活物質の表面酸化状態をXANES(X-ray Absorption Near Edge Structure)分析により評価した。
SPring−8 BL33XU 豊田ビームラインにて、透過法によりMn K端のXANES分析を実施した。
検出器のキャリブレーションは、Mn金属箔を用いて実施した。このMn金属箔の測定において、K吸収端は6539eVとした。
各例で得られた正極活物質のXANESスペクトルを図3A〜図3Dに示す。
各例で得られた正極活物質のXANESスペクトルを重ねたものを図3Eに示す。
得られたXANESスペクトルにおいて、規格化吸収係数が0.5のときのエネルギー値を求めた。図3A〜図3E中において、縦軸が規格化吸収係数を示す。これらの図には、規格化吸収係数=0.5のラインを破線で示してある。XANESスペクトルと規格化吸収係数=0.5のラインとの交差点のエネルギー値を読み取った。
評価結果を表2に示す。
<XANES analysis>
Using the positive electrode obtained in each example, the surface oxidation state of the positive electrode active material was evaluated by XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) analysis.
XANES analysis of the Mn K edge was performed by the transmission method at SPring-8 BL33XU Toyota Beamline.
Calibration of the detector was performed using Mn metal foil. In the measurement of this Mn metal foil, the K absorption edge was 6539 eV.
The XANES spectra of the positive electrode active material obtained in each example are shown in FIGS. 3A to 3D.
FIG. 3E shows an overlay of XANES spectra of the positive electrode active material obtained in each example.
In the obtained XANES spectrum, the energy value when the normalized absorption coefficient was 0.5 was determined. 3A to 3E, the vertical axis indicates the normalized absorption coefficient. In these figures, a line with a normalized absorption coefficient = 0.5 is indicated by a broken line. The energy value at the intersection of the XANES spectrum and the line with the normalized absorption coefficient = 0.5 was read.
The evaluation results are shown in Table 2.

(リチウムイオン二次電池の評価)
各例において得られたリチウムイオン二次電池について、以下の評価を実施した。
(Evaluation of lithium ion secondary battery)
The following evaluation was implemented about the lithium ion secondary battery obtained in each case.

<充放電試験>
〔初期特性の評価〕
各例において得られたリチウムイオン二次電池について、25℃の恒温槽内で、電流密度7.5mA/gの定電流条件で、充電電圧を4.8V(リチウム金属基準)とし、放電電圧を2.0V(リチウム金属基準)として、3サイクルの充放電試験を行った。
各例において得られたリチウムイオン二次電池について、1〜2サイクルの充放電試験の結果を図4A〜図4Dに示す。
各例において、1サイクル目の放電容量と充電容量とを求め、下記式に基づいて充放電効率を求めた。1サイクル目の放電容量および充放電効率の評価結果を表3に示す。
充放電効率(%)=(1サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の充電容量)×100
<Charge / discharge test>
[Evaluation of initial characteristics]
With respect to the lithium ion secondary batteries obtained in each example, the charging voltage was set to 4.8 V (lithium metal standard) in a constant temperature bath at 25 ° C. under a constant current condition of a current density of 7.5 mA / g, and the discharging voltage was The charge / discharge test of 3 cycles was done as 2.0V (lithium metal reference | standard).
About the lithium ion secondary battery obtained in each example, the result of the charge / discharge test of 1-2 cycles is shown to FIG. 4A-FIG. 4D.
In each example, the discharge capacity and charge capacity of the first cycle were determined, and the charge / discharge efficiency was determined based on the following formula. Table 3 shows the evaluation results of the discharge capacity and charge / discharge efficiency in the first cycle.
Charge / discharge efficiency (%) = (discharge capacity at the first cycle) / (charge capacity at the first cycle) × 100

〔サイクル特性の評価〕
上記3サイクルの充放電後、さらに、以下の15サイクルの充放電試験を実施した。
25℃の恒温槽内で、電流密度50mA/gの定電流条件で4.6V(リチウム金属基準)に充電した後、電流密度が7.5mA/gになるまで、4.6Vの電圧を保持した。その後、電流密度50mA/gの定電流条件で2.0V(リチウム金属基準)まで放電した。これら充放電を15サイクル実施した。
上記の15サイクル試験において、1サイクル目と15サイクル目の放電容量を測定し、下記式に基づいて容量維持率を求めた。結果を表3に示す。
容量維持率(%)=(15サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)×100
[Evaluation of cycle characteristics]
After the above three cycles of charge / discharge, the following 15 cycles of charge / discharge tests were further performed.
After charging to 4.6V (lithium metal standard) in a constant temperature condition at a current density of 50mA / g in a constant temperature bath at 25 ° C, the voltage of 4.6V is maintained until the current density reaches 7.5mA / g. did. Then, it discharged to 2.0V (lithium metal reference | standard) on the constant current conditions with a current density of 50 mA / g. These charge / discharge cycles were performed for 15 cycles.
In the 15-cycle test described above, the discharge capacities of the first cycle and the 15th cycle were measured, and the capacity retention rate was determined based on the following formula. The results are shown in Table 3.
Capacity retention rate (%) = (discharge capacity at 15th cycle) / (discharge capacity at 1st cycle) × 100

(結果)
表1〜表3に示すように、平均組成式が上記式(I)で表され、LiMnO結晶構造を有するマンガン酸リチウムを含み、XRDパターンにおけるピーク強度比I1/I2が0.6〜1.4であり、ピーク強度比I3/I4が0.8〜1.8であるリチウムマンガン含有酸化物を用いた実施例1〜3では、本発明で規定する範囲外のリチウムマンガン含有酸化物を用いた比較例1よりも、初期放電容量、初期充放電効率、および容量維持率がいずれも高いリチウムイオン二次電池が得られた。
実施例1〜3では、XRDパターンにおけるピーク強度比I1/I2が0.6〜1.1であり、ピーク強度比I3/I4が0.9〜1.8であった。
特に、Li/Mnモル比が1.3〜1.5であり、XRDパターンにおいて、ピーク強度比I1/I2が0.6〜0.8であり、ピーク強度比I3/I4が1.5〜1.8であるリチウムマンガン含有酸化物を用いた実施例2、3では、高特性なリチウムイオン二次電池が得られた。
(result)
As shown in Tables 1 to 3, the average composition formula is represented by the above formula (I), includes lithium manganate having a Li 2 MnO 3 crystal structure, and the peak intensity ratio I1 / I2 in the XRD pattern is 0.6. In Examples 1 to 3 using a lithium manganese-containing oxide having a peak intensity ratio I3 / I4 of 0.8 to 1.8, a lithium manganese-containing oxidation outside the range specified in the present invention A lithium ion secondary battery having higher initial discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and capacity retention rate than that of Comparative Example 1 using the product was obtained.
In Examples 1 to 3, the peak intensity ratio I1 / I2 in the XRD pattern was 0.6 to 1.1, and the peak intensity ratio I3 / I4 was 0.9 to 1.8.
In particular, the Li / Mn molar ratio is 1.3 to 1.5, and in the XRD pattern, the peak intensity ratio I1 / I2 is 0.6 to 0.8, and the peak intensity ratio I3 / I4 is 1.5 to 1.5. In Examples 2 and 3 using a lithium manganese-containing oxide of 1.8, a high-performance lithium ion secondary battery was obtained.

本発明のリチウムマンガン含有酸化物とその製造方法は、プラグインハイブリッド車(PHV)あるいは電気自動車(EV)等に搭載されるリチウムイオン二次電池の正極活物質に好ましく適用できる。   The lithium manganese-containing oxide and the method for producing the same of the present invention can be preferably applied to a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery mounted on a plug-in hybrid vehicle (PHV) or an electric vehicle (EV).

Claims (9)

平均組成式が下記式(I)で表され、
LiMnO結晶構造を有するマンガン酸リチウムを含み、
X線回折パターンにおいて、2θ=18°付近のピーク強度I1と2θ=45°付近のピーク強度I2との比であるI1/I2が0.6〜1.1であるリチウムマンガン含有酸化物。
LiMn(ただし、1.3≦x/y≦1.8)・・・(I)
The average composition formula is represented by the following formula (I):
Including lithium manganate having a Li 2 MnO 3 crystal structure,
Lithium manganese-containing oxide having an I1 / I2 ratio of 0.6 to 1.1, which is a ratio of a peak intensity I1 near 2θ = 18 ° and a peak intensity I2 near 2θ = 45 ° in an X-ray diffraction pattern.
Li x Mn y O 3 (where 1.3 ≦ x / y ≦ 1.8) (I)
XANESスペクトルにおいて、規格化吸収係数が0.5のときのエネルギーが6549.0〜6550.8eVである請求項1に記載のリチウムマンガン含有酸化物。 The lithium manganese-containing oxide according to claim 1 , wherein in the XANES spectrum, the energy when the normalized absorption coefficient is 0.5 is 6549.0 to 6550.8 eV. 請求項1または2に記載のリチウムマンガン含有酸化物の製造方法であって、
リチウム含有材料と二酸化マンガンとを、加圧下、300℃未満の反応温度で水熱合成反応させるリチウムマンガン含有酸化物の製造方法。
A method for producing a lithium manganese-containing oxide according to claim 1 or 2 ,
A method for producing a lithium manganese-containing oxide, comprising subjecting a lithium-containing material and manganese dioxide to a hydrothermal synthesis reaction under pressure at a reaction temperature of less than 300 ° C.
前記リチウム含有材料として、水酸化リチウム、酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、および硫酸リチウムからなる群より選ばれた少なくとも1種を用いる請求項3に記載のリチウムマンガン含有酸化物の製造方法。 The method for producing a lithium manganese-containing oxide according to claim 3 , wherein at least one selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium oxide, lithium carbonate, lithium nitrate, and lithium sulfate is used as the lithium-containing material. 反応温度を100℃以上とする請求項3または4に記載のリチウムマンガン含有酸化物の製造方法。 The method for producing a lithium manganese-containing oxide according to claim 3 or 4 , wherein the reaction temperature is 100 ° C or higher. 反応温度を140〜220℃とする請求項5に記載のリチウムマンガン含有酸化物の製造方法。 The method for producing a lithium manganese-containing oxide according to claim 5 , wherein the reaction temperature is 140 to 220 ° C. 請求項1または2に記載のリチウムマンガン含有酸化物を含むリチウムイオン二次電池用の正極活物質。 The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries containing the lithium manganese containing oxide of Claim 1 or 2 . 請求項1または2に記載のリチウムマンガン含有酸化物を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery using the lithium manganese-containing oxide according to claim 1 or 2 as a positive electrode active material. 4.5V以上の充電条件で使用されるものである請求項8に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 8 , which is used under a charging condition of 4.5 V or more.
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