JP5920666B2 - Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、高容量で充放電サイクル特性が良好な非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having high capacity and good charge / discharge cycle characteristics, and a method for producing the same.

近年、携帯電話及びノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及にともない、高いエネルギー密度を有し、小型で軽量な非水系電解質二次電池の開発が強く望まれている。
このような二次電池として、リチウムイオン二次電池が挙げられる。
このリチウムイオン二次電池は、負極および正極と電解液等で構成され、負極および正極の活物質として、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が用いられている。
In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, development of non-aqueous electrolyte secondary batteries having high energy density, small size and light weight is strongly desired.
Examples of such secondary batteries include lithium ion secondary batteries.
This lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolyte, and the like, and a material capable of desorbing and inserting lithium is used as an active material for the negative electrode and the positive electrode.

このリチウムイオン二次電池については、現在、研究開発が盛んに行われており、その中でも、層状リチウム金属複合酸化物やスピネル型リチウム金属複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池では、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する二次電池として実用化が進んでいる。   This lithium ion secondary battery is currently under active research and development. Among them, lithium ion secondary batteries using a layered lithium metal composite oxide or a spinel lithium metal composite oxide as the positive electrode material are among them. Since a high voltage of 4V class can be obtained, practical use is progressing as a secondary battery having a high energy density.

ここで、正極活物質に提案されている材料としては、合成が比較的容易なリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO)、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウム・ニッケル複合酸化物(LiNiO)、マンガンを用いたリチウム・マンガン複合酸化物(LiMn)等が挙げられる。 Here, as materials proposed for the positive electrode active material, lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) that is relatively easy to synthesize, lithium-nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel that is cheaper than cobalt. ) And lithium / manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using manganese.

一方、自動車業界では温室効果ガスの排出量低減が期待される電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)に搭載する大型のリチウム二次電池の開発が盛んに行われている。そこでは、リチウムイオン二次電池の更なる高容量、高出力が求められ、新規正極活物質の開発が進められている。   On the other hand, in the automobile industry, development of large-sized lithium secondary batteries to be mounted on electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), which are expected to reduce greenhouse gas emissions, has been actively conducted. There, there is a demand for higher capacity and higher output of lithium ion secondary batteries, and development of new positive electrode active materials is being promoted.

一方、一般式:LiFePO等で表されるオリビン型リン酸リチウム化合物(例えば、特許文献1、2 参照)では容量はそれほど大きくないが、リンと酸素の共有結合による強固な(PO3−ポリアニオンを構成しているため、充放電による体積変化が少なく、酸素を放出しにくい。
このため、安全性で問題を起こす原因となる過放電や過充電に強く、高温での安定性も高い。さらに、サイクル寿命や急速充放電でも優位性がある。
On the other hand, the capacity of an olivine type lithium phosphate compound represented by the general formula: LiFePO 4 or the like (see, for example, Patent Documents 1 and 2) is not so large, but is strong (PO 4 ) 3 due to a covalent bond between phosphorus and oxygen. - for constituting the polyanion, charge and discharge volume change is small by, difficult to release oxygen.
For this reason, it is strong against overdischarge and overcharge that cause problems in safety, and has high stability at high temperatures. Furthermore, there is an advantage in cycle life and rapid charge / discharge.

しかしながら、電気伝導度が10−8S/cm 以下と低いため、プロセス上の工夫が必要となる。そこで、現状ではほとんどの場合、LiFePO 粒子の表面に導電性のカーボンをコーティングしている。
さらに、Liの拡散性が低く、そのままでは十分な性能が出せないことから、数十nm 径に微粒子化し、拡散距離を短くするとともに表面積を増やしている。一方、微粒子化されたLiFePO粒子は、高密度に充填することが難しく、放電容量を十分に向上できない。
However, since the electrical conductivity is as low as 10 −8 S / cm 2 or less, a device on the process is required. Therefore, at present, in most cases, the surface of LiFePO 4 particles is coated with conductive carbon.
Furthermore, since the diffusibility of Li is low and sufficient performance cannot be obtained as it is, fine particles are formed to a diameter of several tens of nm, the diffusion distance is shortened and the surface area is increased. On the other hand, the finely divided LiFePO 4 particles are difficult to be filled at high density, and the discharge capacity cannot be sufficiently improved.

また、LiFeSiOに代表される、リチウム・ケイ酸塩化合物は、2価から4価までの2電子反応が可能な組成式を有しており、理論上予測される放電容量が約330mAh/gと非常に大きい。また、Fe等の遷移金属とリチウムを含有するリン酸塩化合物等のポリアニオン化合物は、安価であり、高容量であるが、1電子反応以上のLiを脱離すると結晶構造が崩壊して、高温でFe等の遷移金属の溶出が起りやすく、繰り返し使用ではリチウム二次電池の容量が低下するという問題がある。 Further, a lithium silicate compound represented by Li 2 FeSiO 4 has a composition formula capable of two-electron reaction from divalent to tetravalent, and a theoretically predicted discharge capacity is about 330 mAh. / G and very large. In addition, polyanion compounds such as phosphate compounds containing lithium and transition metals such as Fe are inexpensive and have a high capacity, but when Li is removed by one or more electron reactions, the crystal structure collapses, resulting in high temperatures. Thus, elution of transition metals such as Fe is likely to occur, and there is a problem in that the capacity of the lithium secondary battery is reduced by repeated use.

そこで、リチウム・ケイ酸塩化合物系正極材料の充放電サイクル特性を向上させる方法について、これまでに様々な検討がなされている。
例えば、正極活物質としてリチウム・ケイ酸塩化合物を使用した非水電解液二次電池において、非水電解質にフルオロシラン化合物を含有させることにより高温保存又は高温充放電を経ても小さな内部抵抗と高い電気容量を維持する技術が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
Thus, various studies have been made so far on methods for improving the charge / discharge cycle characteristics of a lithium-silicate compound-based positive electrode material.
For example, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium silicate compound as a positive electrode active material, a low internal resistance and high even after high-temperature storage or high-temperature charge / discharge by incorporating a fluorosilane compound into the non-aqueous electrolyte A technique for maintaining electric capacity has been proposed (see, for example, Patent Document 3).

しかしながら、正極活物質の結晶構造の劣化を、非水電解液の成分だけで制御するのは限界がある。   However, there is a limit to controlling the deterioration of the crystal structure of the positive electrode active material only with the components of the non-aqueous electrolyte.

特開平9−134725号公報JP-A-9-134725 WO2005/041327号公報WO2005 / 041327 WO2012/066878号公報WO2012 / 066878

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、高容量で充放電サイクル特性が良好な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 has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having a high capacity and good charge / discharge cycle characteristics.

本発明者は、このような状況に鑑み、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子の表面をリン酸処理してリン酸塩皮膜で被覆することにより、高温でFe等の遷移金属の溶出が抑制されことを見出した。
さらに、リン酸塩皮膜の外側を炭素で被覆することにより粒子間の導電性を確保して高容量で充放電サイクル特性が良好な非水電解質二次電池用正極活物質に至り、この正極活物質を用いて正極板を構成した非水電解質二次電池が得られることを見出し、本発明の完成に至ったものである。
In view of such a situation, the present inventor is able to suppress elution of transition metals such as Fe at high temperature by phosphoric acid-treating the surface of the lithium silicate compound particles and coating with a phosphate film. I found.
Furthermore, coating the outside of the phosphate coating with carbon leads to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having high capacity and good charge / discharge cycle characteristics by ensuring conductivity between particles. The present inventors have found that a non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode plate made of a substance can be obtained, and have completed the present invention.

本発明の第1の発明は、一般式LiSiO(ただし、a=0.02〜4、b=0.5〜2、c=1.4〜4、Mは遷移元素であり、Co、Mn、Ni及びFeからなる群から選択される少なくとも一種以上である)で表されるリチウム・ケイ酸塩化合物粒子であって、そのリチウム・ケイ酸塩化合物粒子の粒子表面が、リンと酸素の共有結合による(PO 3− ポリアニオンで被覆されたリン酸塩皮膜で、そのリン酸塩皮膜上に炭素皮膜が被覆されていることを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質である。
The first invention of the present invention has a general formula Li a M b SiO c (where a = 0.02-4, b = 0.5-2, c = 1.4-4, M is a transition element) And at least one selected from the group consisting of Co, Mn, Ni and Fe), wherein the surface of the lithium silicate compound particles is phosphorous. A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that it is a phosphate film coated with (PO 4 ) 3- polyanion by covalent bond of oxygen and oxygen, and the carbon film is coated on the phosphate film It is an active material.

本発明の第の発明は、一般式Li SiO (ただし、a=0.02〜4、b=0.5〜2、c=1.4〜4、Mは遷移元素であり、Co、Mn、Ni及びFeからなる群から選択される少なくとも一種以上である)で表されるリチウム・ケイ酸塩化合物粒子の粒子表面をリン酸処理によりリン酸塩皮膜とする工程と、そのリン酸塩皮膜粒子表面を炭素皮膜により被覆する工程を含むことを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法である。 The second invention of the present invention has a general formula Li a M b SiO c (where a = 0.02-4, b = 0.5-2, c = 1.4-4, M is a transition element) And a step of forming a phosphate film by phosphoric acid treatment of the particle surface of the lithium silicate compound particles represented by at least one selected from the group consisting of Co, Mn, Ni and Fe), It is a manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries characterized by including the process of coat | covering the particle | grain surface of a phosphate membrane | film | coat with a carbon membrane.

本発明によれば、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子の表面をリン酸塩皮膜で被覆し、さらにその表面を炭素皮膜で被覆することによって、充電時の高温環境下におけるリチウム・ケイ酸塩化合物粒子のFe等の遷移金属の溶出抑制、及び粒子間の導電性を維持する特性を有する非水電解質二次電池用正極活物質が得られ、この正極活物質を用いることにより、高容量で充放電サイクル特性が良好な非水電解質二次電池が得られるものである。   According to the present invention, the surface of the lithium silicate compound particle is coated with a phosphate film, and the surface is further coated with a carbon film, so that the lithium silicate compound particle in a high temperature environment during charging is obtained. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having the characteristics of suppressing the elution of transition metals such as Fe and maintaining the conductivity between particles is obtained. By using this positive electrode active material, charging and discharging are performed at a high capacity. A non-aqueous electrolyte secondary battery having good cycle characteristics can be obtained.

本発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質の断面図である。It is sectional drawing of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries which concerns on this invention. 正極活物質の評価のために作製した2032型のコイン電池の断面図である。It is sectional drawing of a 2032 type coin battery produced for evaluation of a positive electrode active material.

本発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質は、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子の表面をリン酸処理してリン酸塩皮膜で被覆し、さらに、炭素皮膜で被覆した構造を備えている。
ここで、本発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質の技術的特徴は、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子の表面をリン酸処理してリン酸塩皮膜で被覆し、さらに、炭素皮膜で被覆した構造にある。
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a structure in which the surface of lithium silicate compound particles is treated with phosphoric acid and coated with a phosphate film, and further coated with a carbon film. Yes.
Here, the technical feature of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is that the surface of the lithium silicate compound particles is treated with phosphoric acid and coated with a phosphate film, and further, a carbon film It is in the structure coated with.

本発明の非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法について詳細に説明する。
<1.正極活物質>
本発明の非水電解質二次電池用正極活物質について図面を参照しながら、具体的に説明する。
図1は、本発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質の実施形態を具体的に示す断面図である。
図1に示すように、本発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質11は、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子3の表面に、リン酸処理によるリン酸塩皮膜2が形成され、さらに、そのリン酸塩皮膜の表面に炭素皮膜1が形成されているリチウム・ケイ酸塩化合物粒子である。
The positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention and the method for producing the same will be described in detail.
<1. Cathode active material>
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view specifically showing an embodiment of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the positive electrode active material 11 for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a phosphate coating 2 formed by phosphoric acid treatment on the surface of a lithium silicate compound particle 3, and The lithium silicate compound particles having the carbon film 1 formed on the surface of the phosphate film.

[リチウム・ケイ酸塩化合物粒子]
本発明の正極活物質を主として構成するリチウム・ケイ酸塩化合物粒子3は、一般式LiSiO(ただし、a=0.02〜4、b=0.5〜2、c=1.4〜4、Mは遷移元素であり、Co、Mn、Ni及びFeからなる群から選択される少なくとも一種以上である)で表されるリチウム・ケイ酸塩化合物粒子である。
[Lithium silicate compound particles]
The lithium silicate compound particle 3 mainly constituting the positive electrode active material of the present invention has a general formula Li a M b SiO c (where a = 0.02-4, b = 0.5-2, c = 1. 4 to 4, M is a transition element, and is at least one selected from the group consisting of Co, Mn, Ni, and Fe).

[リン酸塩皮膜による被覆]
本発明のリン酸塩皮膜2は、上記リチウム・ケイ酸塩化合物粒子3の表面を被覆し、充電時の高温環境下におけるリチウム・ケイ酸塩化合物粒子のFe等の遷移金属の溶出抑制するものであればよい。
すなわち、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子を正極とした場合、充電時にはリチウム・ケイ酸塩化合物粒子からLiが引き抜かれるため、構造が不安定となり、ケイ酸塩化合物粒子と電解液との界面で、Fe等の遷移金属の溶出が起こってしまう。
[Coating with phosphate coating]
The phosphate film 2 of the present invention covers the surface of the lithium silicate compound particle 3 and suppresses elution of transition metals such as Fe in the lithium silicate compound particle in a high temperature environment during charging. If it is.
That is, when lithium silicate compound particles are used as the positive electrode, Li is extracted from the lithium silicate compound particles during charging, so the structure becomes unstable, and at the interface between the silicate compound particles and the electrolyte, Elution of transition metals such as Fe occurs.

そこで、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子の表面を、リンと酸素の共有結合による強固な(PO3−ポリアニオンで被覆することにより、Fe等の遷移金属の溶出を抑制するものである。
さらに、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子表面と連続的につながり、剥離しにくい構造でLiイオンの拡散が容易であればよい。
Therefore, the elution of transition metals such as Fe is suppressed by coating the surface of the lithium silicate compound particles with a strong (PO 4 ) 3- polyanion by covalent bonding of phosphorus and oxygen.
Furthermore, it is only necessary that the lithium ion is easily diffused with a structure that is continuously connected to the surface of the lithium silicate compound particles and hardly peels off.

[炭素皮膜による被覆]
炭素皮膜1による被覆は、上記リン酸塩皮膜2で被覆されたリチウム・ケイ酸塩化合物粒子の表面を被覆し、電子伝導性を向上させるものである。
その炭素源には、酢酸、クエン酸等の有機酸や、セルロース、グルコース、スクロース、ラクトース、マルトース等の糖、ポリビニルアルコール等のポリマー等を用いることができる。なお、リン酸塩皮膜で被覆されたリチウム・マンガン複合酸化物粒子に対する炭素材料の質量比率は限定されるものではないが、炭素材料の質量比率は低いほど正極活物質量を低減できる。
[Coating with carbon film]
The coating with the carbon film 1 covers the surface of the lithium silicate compound particles coated with the phosphate film 2 to improve the electron conductivity.
As the carbon source, organic acids such as acetic acid and citric acid, sugars such as cellulose, glucose, sucrose, lactose and maltose, polymers such as polyvinyl alcohol, and the like can be used. Although the mass ratio of the carbon material to the lithium / manganese composite oxide particles coated with the phosphate film is not limited, the lower the mass ratio of the carbon material, the more the positive electrode active material amount can be reduced.

<2.正極活物質の製造方法>
[リチウム・ケイ酸塩化合物粒子]
リチウム・ケイ酸塩化合物粒子の製造方法は特に限定されず、Liに遷移金属を固溶させられる方法であれば良く、溶融炭酸塩法、固相反応法、水熱合成法など種々の方法により合成する。
例えば、水熱合成法では所定比で混合したLi源、遷移金属源、非晶質SiOを蒸留水に分散させ耐圧容器に入れ、水熱処理を経てリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を作製する方法などが挙げられる。
<2. Method for producing positive electrode active material>
[Lithium silicate compound particles]
The method for producing lithium silicate compound particles is not particularly limited as long as the transition metal can be solid-dissolved in Li. Various methods such as a molten carbonate method, a solid phase reaction method, and a hydrothermal synthesis method may be used. Synthesize.
For example, in a hydrothermal synthesis method, a Li source mixed with a predetermined ratio, a transition metal source, and amorphous SiO 2 are dispersed in distilled water, placed in a pressure vessel, and subjected to hydrothermal treatment to produce lithium silicate compound particles. Etc.

[リン酸塩皮膜による被覆方法]
リン酸塩皮膜による被覆方法は、リン酸存在下の有機溶剤中で粉砕する方法が使用できる。
この方法によれば、アトライタ等によってリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を粉砕する際にリン酸を添加することにより、粉砕によって凝集粒子に新生面が生じても瞬時に溶媒中のリン酸と反応し、粒子表面に安定なリン酸塩皮膜が形成される。その後、粉砕されたリチウム・マンガン複合酸化物粒子が凝集しても、接触面はすでに安定化されており、解砕により被覆の不完全領域が生じることはない。
[Method of coating with phosphate film]
As a coating method using a phosphate film, a method of grinding in an organic solvent in the presence of phosphoric acid can be used.
According to this method, by adding phosphoric acid when the lithium silicate compound particles are pulverized by an attritor or the like, even if a new surface is generated on the aggregated particles by pulverization, it reacts instantaneously with phosphoric acid in the solvent, A stable phosphate film is formed on the particle surface. Thereafter, even if the pulverized lithium-manganese composite oxide particles are aggregated, the contact surface is already stabilized, and an incomplete region of coating does not occur due to crushing.

さらに、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子表面を保護するために必要なリン酸塩皮膜の厚みは、通常、平均で5〜100nmである。
このリン酸塩皮膜の平均厚みが5nm未満であると、十分なFe等の遷移金属の溶出抑制が得られず、また、100nmを越えると電池特性が低下する。
Furthermore, the thickness of the phosphate film necessary for protecting the lithium-silicate compound particle surface is usually 5 to 100 nm on average.
If the average thickness of this phosphate film is less than 5 nm, sufficient suppression of elution of transition metals such as Fe cannot be obtained, and if it exceeds 100 nm, battery characteristics deteriorate.

このようなリン酸塩皮膜の形成に用いるリン酸としては、特に制限はなく、市販されている通常のリン酸、例えば、85%濃度のリン酸水溶液を使用することができる。
そのリン酸の添加方法は、特に限定されず、例えば、アトライタ等でリチウム・マンガン複合酸化物粒子を粉砕するに際し、溶媒として用いる有機溶剤にリン酸を添加する。リン酸は、最終的に所望のリン酸濃度になれば良く、粉砕開始前に一度に添加しても粉砕中に徐々に添加しても良い。
There is no restriction | limiting in particular as phosphoric acid used for formation of such a phosphate membrane | film | coat, Commercially available normal phosphoric acid, for example, 85% concentration phosphoric acid aqueous solution can be used.
The method for adding the phosphoric acid is not particularly limited. For example, when the lithium-manganese composite oxide particles are pulverized with an attritor or the like, phosphoric acid is added to an organic solvent used as a solvent. Phosphoric acid only needs to finally have a desired phosphoric acid concentration, and may be added all at once before the start of pulverization or gradually during pulverization.

有機溶剤としては、特に制限はなく、通常はエタノールまたはイソプロピルアルコール等のアルコール類、ケトン類、低級炭化水素類、芳香族類、またはこれらの混合物が用いられる。   The organic solvent is not particularly limited, and usually alcohols such as ethanol or isopropyl alcohol, ketones, lower hydrocarbons, aromatics, or a mixture thereof is used.

リン酸の添加量は、粉砕後のリチウム・マンガン複合酸化物粒子の粒径、表面積等に関係するので一概には言えないが、通常は、粉砕するリチウム・マンガン複合酸化物粒子に対して0.1mol/kg以上2mol/kg未満であり、より好ましくは0.15〜1.5mol/kgであり、さらに好ましくは0.2〜0.4mol/kgである。
即ち、0.1mol/kg未満であるとリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の表面処理が十分に行なわれないためにFe等の遷移金属の溶出抑制が十分ではない。
The amount of phosphoric acid added is generally unrelated because it is related to the particle size, surface area, and the like of the pulverized lithium / manganese composite oxide particles. More than 0.1 mol / kg and less than 2 mol / kg, More preferably, it is 0.15-1.5 mol / kg, More preferably, it is 0.2-0.4 mol / kg.
That is, when the amount is less than 0.1 mol / kg, the surface treatment of the lithium / nickel composite oxide particles is not sufficiently performed, so that elution suppression of transition metals such as Fe is not sufficient.

さらに、上記のようにして得られたリン酸塩皮膜で被覆されたリチウム・マンガン複合酸化物粒子を、不活性ガス中または真空中、100℃以上で加熱処理を施すことが好ましい。100℃未満で加熱処理を施すと、乾燥が十分進まずに安定な表面皮膜の形成が阻害される。   Furthermore, it is preferable to heat-treat the lithium / manganese composite oxide particles coated with the phosphate film obtained as described above at 100 ° C. or higher in an inert gas or in a vacuum. When the heat treatment is performed at less than 100 ° C., drying does not proceed sufficiently and formation of a stable surface film is inhibited.

[炭素皮膜による被覆方法]
たとえば、リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ケイ酸塩化合物粒子をアセトンに溶解した酢酸セルロース溶液に含浸する。乾燥後、加熱炉でアルゴン雰囲気中にて昇温して保持する。次いで、アルゴン雰囲気中にて段階的に冷却する。この工程によりリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ケイ酸塩化合物粒子表面を、さらに、炭素皮膜で被覆することができる。
[Method of coating with carbon film]
For example, a lithium silicate compound particle coated with a phosphate film is impregnated in a cellulose acetate solution dissolved in acetone. After drying, the temperature is raised and held in an argon atmosphere in a heating furnace. Subsequently, it cools in steps in argon atmosphere. By this step, the surface of the lithium silicate compound particles coated with the phosphate film can be further coated with the carbon film.

<3.二次電池作製>
上記非水電解質二次電池用正極活物質を用いて、例えば、以下のようにして正極を作製する。
まず、粉末状の正極活物質、導電材、結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭、粘度調整等の目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製する。
その正極合材ペースト中のそれぞれの混合比も、二次電池の性能を決定する重要な要素であり、溶剤を除いた正極合材の固形分の全質量を100質量部とした場合、一般の非水系電解質二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を50〜95質量部とし、導電材の含有量を1〜30質量部とし、結着剤の含有量を1〜20質量部とすることが望ましい。
<3. Production of secondary battery>
Using the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, for example, a positive electrode is produced as follows.
First, a powdered positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed, and, if necessary, a target solvent such as activated carbon and viscosity adjustment is added and kneaded to prepare a positive electrode mixture paste.
Each mixing ratio in the positive electrode mixture paste is also an important factor for determining the performance of the secondary battery. When the total solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, Similar to the positive electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery, the positive electrode active material content is 50 to 95 parts by mass, the conductive material content is 1 to 30 parts by mass, and the binder content is 1 to 20 parts by mass. Is desirable.

得られた正極合材ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して、溶剤を飛散させる。必要に応じ、電極密度を高めるべく、ロールプレス等により加圧することもある。このようにして、シート状の正極を作製することができる。
作製したシート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等をして、電池の作製に供することができる。ただし、正極の作製方法は、前記例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。
The obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of, for example, an aluminum foil and dried to disperse the solvent. If necessary, pressurization may be performed by a roll press or the like to increase the electrode density. In this way, a sheet-like positive electrode can be produced.
The produced sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size or the like according to the intended battery and used for battery production. However, the manufacturing method of the positive electrode is not limited to the above-described examples, and may be other methods.

使用する導電剤には、例えば、黒鉛( 天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など) や、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料などを用いることができる。
結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などを用いることができる。
Examples of the conductive agent to be used include graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), carbon black materials such as acetylene black and ketjen black.
The binder plays a role of anchoring the active material particles. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorine rubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulosic resin, polyacrylic. An acid or the like can be used.

さらに、必要に応じ、正極活物質、導電材、活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加する。溶剤としては、具体的には、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することもできる。   Furthermore, if necessary, a positive electrode active material, a conductive material, and activated carbon are dispersed, and a solvent that dissolves the binder is added to the positive electrode mixture. Specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent. In addition, activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

次いで、本発明の二次電池に用いる正極以外の構成要素について説明する。
ただし、本発明の二次電池は、上記正極活物質を用いる点に特徴を有するものであり、その他の構成要素は特に限定されるものではない。
Next, components other than the positive electrode used in the secondary battery of the present invention will be described.
However, the secondary battery of the present invention is characterized in that the positive electrode active material is used, and other components are not particularly limited.

負極としては、例えば、金属リチウム、リチウム合金等、また、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを使用する。
この負極を構成する負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等の炭素物質の粉状体を用いることができる。
また負極結着剤としては、正極同様、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を用いることができ、これら活物質および結着剤を分散させる溶剤としてはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
As the negative electrode, for example, metallic lithium, lithium alloy, or the like, a negative electrode mixture made by mixing a binder with a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and adding a suitable solvent to form a paste, For example, a metal foil current collector such as a metal foil is applied and dried, and is compressed to increase the electrode density as necessary.
As the negative electrode active material constituting this negative electrode, for example, natural graphite, artificial graphite, a fired organic compound such as phenol resin, and a powdery carbon material such as coke can be used.
As the negative electrode binder, as in the positive electrode, fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride can be used. As the solvent for dispersing these active materials and the binder, organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone are used. Can be used.

使用するセパレータは、正極と負極との間に挟み込んで配置する。
このセパレータは、正極と負極とを分離し電解質を保持するものであり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い膜で、微少な穴を多数有する膜を用いることができる。
The separator to be used is disposed by being sandwiched between the positive electrode and the negative electrode.
This separator separates a positive electrode and a negative electrode and retains an electrolyte. For example, a thin film of polyethylene, polypropylene or the like and a film having many minute holes can be used.

用いる非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート等の環状カーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン、2 − メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物、エチルメチルスルホン、ブタンスルトン等の硫黄化合物、又はリン酸トリエチル、リン酸トリオクチル等のリン化合物等から選ばれる少なくとも一 種を用いることができる。   The non-aqueous electrolytic solution used is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent. Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and dipropyl carbonate, tetrahydrofuran, and 2-methyltetrahydrofuran. At least one selected from ether compounds such as dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and butane sultone, and phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate can be used.

支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiN(CFSO 等、およびそれらの複合塩を用いることができる。
さらに、上記非水系電解液には、ラジカル補足剤、界面活性剤および難燃剤等を含んでいてもよい。
As the supporting salt, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , or a composite salt thereof can be used.
Furthermore, the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.

上記正極、負極、セパレータおよび非水系電解液で構成される本発明に係るリチウム二次電池の形状は、円筒型、積層型等、種々のものとすることができる。
いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、この電極体に上記非水系電解液を含浸させる。正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、並びに負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を集電用リード等で接続する。以上の構成のものを電池ケースに密閉して電池を完成させることができる。
The shape of the lithium secondary battery according to the present invention composed of the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte can be various, such as a cylindrical type and a laminated type.
In any case, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and the electrode body is impregnated with the non-aqueous electrolyte solution. A current collector lead or the like is connected between the positive electrode current collector and the positive electrode terminal that communicates with the outside, and between the negative electrode current collector and the negative electrode terminal that communicates with the outside. The battery having the above structure can be sealed in a battery case to complete the battery.

本発明のリチウム・ケイ酸塩化合物粒子の表面をリン酸処理してリン酸塩皮膜で被覆し、さらに、炭素皮膜で被覆した非水電解質二次電池用正極活物質を用いることにより、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子による高容量が得られ、リン酸塩皮膜で充電時の高温環境下におけるリチウム・ケイ酸塩化合物粒子のFe等の遷移金属の溶出が抑制され、高容量で充放電サイクル特性が良好な非水電解質二次電池が得られる。   By using a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the surface of the lithium silicate compound particles of the present invention is phosphoric-treated and coated with a phosphate film, and further coated with a carbon film, High capacity due to silicate compound particles is obtained, and elution of transition metals such as Fe in lithium silicate compound particles under high temperature environment during charging is suppressed by phosphate coating, and charge / discharge cycle characteristics at high capacity Can be obtained.

以下、実施例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example at all.

<正極活物質の作製>
(1).リチウム・ケイ酸塩化合物粒子の作製
窒素雰囲気下でLiOH・HO、FeCl・4HO、非晶質SiOを、Li :Fe:Siのモル比率が2 : 1 : 1 となるように、イオン交換水中に加えて攪拌し、混合した後、テフロン(登録商標)製耐圧容器に入れ、反応温度150℃、反応時間72hrで水熱合成を行ってLiFeSiOの組成を有するリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を得た。
<Preparation of positive electrode active material>
(1). Preparation of Lithium-silicate Compound Particles LiOH.H 2 O, FeCl 2 .4H 2 O, and amorphous SiO 2 in a nitrogen atmosphere so that the molar ratio of Li: Fe: Si is 2: 1: 1 In addition, it is added to ion-exchanged water, stirred, mixed, put into a pressure vessel made of Teflon (registered trademark), hydrothermally synthesized at a reaction temperature of 150 ° C. and a reaction time of 72 hours, and having a composition of Li 2 FeSiO 4. -Obtained silicate compound particles.

(2).リン酸塩皮膜による被覆
次に、容器内部を窒素で置換したアトライタを用い、回転数200rpmで、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子1kgを1.5kgのイソプロパノール中で2時間粉砕し、平均粒径3μmのリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を作製した。
この粉砕途中または粉砕後に、表1の記載に従って所定量の85%オルトリン酸水溶液をリチウム・ケイ酸塩化合物粒子に添加、混合した。
その後、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子を真空中120℃で4時間乾燥させリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を得た。
(2). Coating with phosphate film Next, 1 kg of lithium silicate compound particles were pulverized in 1.5 kg of isopropanol for 2 hours at an rpm of 200 rpm using an attritor in which the inside of the container was replaced with nitrogen, and the average particle size was 3 μm. Lithium silicate compound particles were prepared.
During or after the grinding, a predetermined amount of 85% orthophosphoric acid aqueous solution was added to and mixed with the lithium silicate compound particles according to the description in Table 1.
Thereafter, the lithium silicate compound particles were dried in vacuum at 120 ° C. for 4 hours to obtain lithium silicate compound particles coated with a phosphate film.

(3).炭素による被覆
リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ケイ酸塩化合物粒子をアセトンに溶解した酢酸セルロース(アセチル基の含有率:39.7質量%、重量平均分子量Mw50000)溶液に含浸する。
添加した酢酸セルロースの量は、処理したリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ケイ酸塩化合物粒子の5質量%である。
(3). Coating with Carbon Lithium silicate compound particles coated with a phosphate film are impregnated in a solution of cellulose acetate (acetyl group content: 39.7 mass%, weight average molecular weight Mw 50000) dissolved in acetone.
The amount of cellulose acetate added is 5% by weight of the lithium silicate compound particles coated with the treated phosphate coating.

炭素前駆体の溶液としての利用は、リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ケイ酸塩化合物粒子上への完全な分配を可能とする。乾燥後、加熱炉でアルゴン雰囲気中にて700℃まで6℃/minで昇温して、1hr保持する。次いで、アルゴン雰囲気中にて段階的に冷却する。   Utilization of the carbon precursor as a solution allows complete distribution onto the lithium silicate compound particles coated with the phosphate coating. After drying, the temperature is raised to 700 ° C. at 6 ° C./min in an argon atmosphere in a heating furnace and held for 1 hr. Subsequently, it cools in steps in argon atmosphere.

上記1から3の工程によって、リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ケイ酸塩化合物粒子表面を、さらに、炭素皮膜で被覆することができた。
図1に、この炭素皮膜1およびリン酸塩皮膜2で被覆した実施例1に係る非水電解質二次電池用正極活物質となるリチウム・ケイ酸塩化合物粒子11aの断面図を示す。3aは、リン酸塩及び炭素による被覆前のリチウム・ケイ酸塩化合物粒子である。
この試料は、1質量%の炭素を含み、これは酢酸セルロースの炭化効率20%に相当する。
Through the steps 1 to 3, the surface of the lithium silicate compound particles coated with the phosphate film could be further coated with the carbon film.
FIG. 1 is a cross-sectional view of lithium silicate compound particles 11a which are positive electrode active materials for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to Example 1 coated with the carbon film 1 and the phosphate film 2. 3a is a lithium silicate compound particle before coating with phosphate and carbon.
This sample contains 1% by weight of carbon, which corresponds to a carbonization efficiency of cellulose acetate of 20%.

[リン酸塩皮膜厚み測定]
得られたリチウム・ケイ酸塩化合物粒子のリン酸塩皮膜厚みは、XPSにてP、Oスペクトルをモニターした。
皮膜のPのプロファイルから、最大強度の50%に低下する位置を皮膜と下地の界面位置とし、表面から界面位置までのスパッタリング時間L(sec)を読み取った。このLに標準試料であるSiOにおけるスパッタリング速度5nm/minを乗じてSiO換算膜厚とした。
表1にその結果を示す。
[Measurement of phosphate film thickness]
The phosphate film thickness of the obtained lithium silicate compound particles was monitored by XPS for P and O spectra.
From the P profile of the film, the position where the maximum strength was reduced to 50% was defined as the interface position between the film and the base, and the sputtering time L (sec) from the surface to the interface position was read. This L was multiplied by a sputtering rate of 5 nm / min in the standard sample SiO 2 to obtain a SiO 2 equivalent film thickness.
Table 1 shows the results.

[電池作製]
正極活物質粉末60質量部にアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)30質量部およびPTFE(ダイキン工業株式会社製)10質量部を混合し、ここから150mgを取り出して、圧力100MPaで直径11mmのペレットを作製し、正極とした。
負極としてリチウム金属を用い、電解液には1MのLiPFを支持塩とするエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の等量混合溶液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。
これらを用いて、露点が−80℃ に管理されたAr雰囲気のグローブボックス中で、2032型のコイン電池を作製した。
[Battery fabrication]
60 parts by mass of the positive electrode active material powder was mixed with 30 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kogyo Co., Ltd.) and 10 parts by mass of PTFE (manufactured by Daikin Kogyo Co., Ltd.). A pellet was prepared and used as a positive electrode.
Lithium metal was used as the negative electrode, and an equivalent mixed solution of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) using 1M LiPF 6 as a supporting salt (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used as the electrolyte.
Using these, a 2032 type coin battery was manufactured in a glove box of Ar atmosphere in which the dew point was controlled at −80 ° C.

図2に示すように、作製した2032型のコイン電池は、評価用電極である正極6とリチウム金属からなる負極4との間に、電解液が含浸されたセパレータ5が配置されており、その全体を負極側からは負極缶8が覆い、正極側からは正極缶9が覆っている。
正極缶9と負極缶8との間にはガスケット7が配置され、正極缶9と負極缶8が短絡するのを防ぐとともに、2032型のコイン電池10の内部を外界から遮蔽している。
As shown in FIG. 2, the produced 2032 type coin battery has a separator 5 impregnated with an electrolyte disposed between a positive electrode 6 as an evaluation electrode and a negative electrode 4 made of lithium metal, The whole is covered with a negative electrode can 8 from the negative electrode side, and a positive electrode can 9 from the positive electrode side.
A gasket 7 is disposed between the positive electrode can 9 and the negative electrode can 8 to prevent the positive electrode can 9 and the negative electrode can 8 from being short-circuited and to shield the inside of the 2032 type coin battery 10 from the outside.

[放電容量評価]
作製した電池は24時間程度放置し、OCVが安定した後、60℃環境下において、放電容量の測定を行った。
放電容量については、正極に対する電流密度を0.5mAとし、カットオフ電圧を1.5〜4.6Vとして充放電試験を行い評価した。
表1に初期放電容量、20サイクル目の放電容量の測定結果および容量維持率を示す。
[Discharge capacity evaluation]
The produced battery was allowed to stand for about 24 hours, and after the OCV was stabilized, the discharge capacity was measured in an environment of 60 ° C.
The discharge capacity was evaluated by conducting a charge / discharge test with a current density with respect to the positive electrode of 0.5 mA and a cut-off voltage of 1.5 to 4.6 V.
Table 1 shows the initial discharge capacity, the measurement results of the discharge capacity at the 20th cycle, and the capacity retention rate.

リン酸塩皮膜の厚みを22nmとした以外は、実施例1と同様にリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を作製して、そのリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製し、そのリン酸塩皮膜厚み、及び電池特性を測定した。
それらの結果を表1に示す。
Except for the thickness of the phosphate film being 22 nm, lithium-silicate compound particles were prepared in the same manner as in Example 1, and a 2032 type coin provided with a positive electrode plate using the lithium-silicate compound particles A battery was prepared, and its phosphate film thickness and battery characteristics were measured.
The results are shown in Table 1.

リン酸塩皮膜の厚みを69nmとした以外は、実施例1と同様にリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を作製して、そのリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製し、そのリン酸塩皮膜厚み、及び電池特性を測定した。
それらの結果を表1に示す。
Except for the thickness of the phosphate film being 69 nm, lithium-silicate compound particles were prepared in the same manner as in Example 1, and a 2032 type coin provided with a positive electrode plate using the lithium-silicate compound particles A battery was prepared, and its phosphate film thickness and battery characteristics were measured.
The results are shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1においてリン酸塩皮膜による被覆工程を省いた以外は、全て同様の方法にてコイン電池を製造した。
作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例1と同様の方法で行なった。
初期放電容量の測定結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the coating step with the phosphate film was omitted.
The initial discharge capacity of the produced battery was measured in the same manner as in Example 1.
Table 1 shows the measurement results of the initial discharge capacity.

窒素雰囲気下でLiOH・HO、MnCl・4HO、非晶質SiOを、Li :Mn:Siのモル比率が2 : 1 : 1 となるように、イオン交換水中に加えて攪拌し、混合した後、テフロン(登録商標)製耐圧容器に入れ、反応温度150℃、反応時間72hrで水熱合成を行ってLiMnSiOの組成を有するリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を得た以外は実施例1と同様にしてリン酸塩皮膜および炭素皮膜で被覆したリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を作製した。 In a nitrogen atmosphere, LiOH.H 2 O, MnCl 2 .4H 2 O, and amorphous SiO 2 are added to ion-exchanged water and stirred so that the molar ratio of Li: Mn: Si is 2: 1: 1. After mixing, the mixture was put into a pressure vessel made of Teflon (registered trademark), and hydrothermal synthesis was performed at a reaction temperature of 150 ° C. and a reaction time of 72 hours to obtain lithium silicate compound particles having a composition of Li 2 MnSiO 4 . Except for the above, lithium silicate compound particles coated with a phosphate coating and a carbon coating were produced in the same manner as in Example 1.

図1に、この炭素皮膜1およびリン酸塩皮膜2で被覆した実施例4に係る非水電解質二次電池用正極活物質となるリチウム・ケイ酸塩化合物粒子11bの断面図を示す。3bは、リン酸塩及び炭素による被覆前のリチウム・ケイ酸塩化合物粒子である。
この試料は、1質量%の炭素を含み、これは酢酸セルロースの炭化効率20%に相当する。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of lithium silicate compound particles 11b which are the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to Example 4 coated with the carbon film 1 and the phosphate film 2. 3b is a lithium silicate compound particle before coating with phosphate and carbon.
This sample contains 1% by weight of carbon, which corresponds to a carbonization efficiency of cellulose acetate of 20%.

それらを正極活物質として用いたコイン電池を作製した。作製した電池の初期放電容量の測定は、カットオフ電圧を1.5〜4.6Vとした以外は実施例1と同様の方法で行った。
初期放電容量の測定結果を表2に示す。
A coin battery using these as a positive electrode active material was produced. The initial discharge capacity of the produced battery was measured in the same manner as in Example 1 except that the cut-off voltage was 1.5 to 4.6 V.
Table 2 shows the measurement results of the initial discharge capacity.

リン酸塩皮膜の厚みを22nmとした以外は、実施例4と同様にリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を作製して、そのリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製し、そのリン酸塩皮膜厚み、及び電池特性を測定した。それらの結果を表2に示す。   Except for the thickness of the phosphate film being 22 nm, lithium-silicate compound particles were produced in the same manner as in Example 4, and a 2032 type coin provided with a positive electrode plate using the lithium-silicate compound particles A battery was prepared, and its phosphate film thickness and battery characteristics were measured. The results are shown in Table 2.

リン酸塩皮膜の厚みを69nmとした以外は、実施例4と同様にリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を作製して、そのリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製し、そのリン酸塩皮膜厚み、及び電池特性を測定した。それらの結果を表2に示す。   A 2032 type coin having a positive electrode plate using lithium-silicate compound particles prepared in the same manner as in Example 4 except that the thickness of the phosphate film was 69 nm. A battery was prepared, and its phosphate film thickness and battery characteristics were measured. The results are shown in Table 2.

(比較例2)
実施例4においてリン酸塩皮膜による被覆工程を省いた以外は、全て同様の方法にてコイン電池を製造した。
作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例4と同様の方法で行った。
初期放電容量の測定結果を表2に示す。
(Comparative Example 2)
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 4 except that the coating step with the phosphate film was omitted.
The initial discharge capacity of the fabricated battery was measured by the same method as in Example 4.
Table 2 shows the measurement results of the initial discharge capacity.

窒素雰囲気下でLiOH・HO、FeCl・4HO、MnCl・4HO、非晶質SiOを、Li:Fe:Mn:Siのモル比率が2:0.5:0.5:1となるように、イオン交換水中に加えて攪拌し、混合した後、テフロン(登録商標)製耐圧容器に入れ、反応温度150℃、反応時間72hrで水熱合成を行ってLiFe0.5Mn0.5SiOの組成を有するリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を得た以外は実施例1と同様にしてリン酸塩皮膜および炭素皮膜で被覆したリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を作製した。 In a nitrogen atmosphere, LiOH.H 2 O, FeCl 2 .4H 2 O, MnCl 2 .4H 2 O, and amorphous SiO 2 are mixed at a molar ratio of Li: Fe: Mn: Si of 2: 0.5: 0. The mixture was stirred and mixed in ion-exchanged water so as to be 5: 1, then placed in a pressure vessel made of Teflon (registered trademark), hydrothermally synthesized at a reaction temperature of 150 ° C. and a reaction time of 72 hours, and Li 2 Fe Lithium silicate compound particles coated with a phosphate film and a carbon film in the same manner as in Example 1 except that lithium silicate compound particles having a composition of 0.5 Mn 0.5 SiO 4 were obtained. Produced.

図1に、この炭素皮膜1およびリン酸塩皮膜2で被覆した実施例7に係る非水電解質二次電池用正極活物質となるリチウム・ケイ酸塩化合物粒子11cの断面図を示す。3cは、リン酸塩及び炭素による被覆前のリチウム・ケイ酸塩化合物粒子である。
この試料は、1質量%の炭素を含み、これは酢酸セルロースの炭化効率20%に相当する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of lithium silicate compound particles 11c, which serve as a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to Example 7 coated with the carbon film 1 and the phosphate film 2. 3c is a lithium silicate compound particle before coating with phosphate and carbon.
This sample contains 1% by weight of carbon, which corresponds to a carbonization efficiency of cellulose acetate of 20%.

それらを正極活物質として用いたコイン電池を作製した。作製した電池の初期放電容量の測定は、カットオフ電圧を1.5〜4.6Vとした以外は実施例7と同様の方法で行った。
初期放電容量の測定結果を表3に示す。
A coin battery using these as a positive electrode active material was produced. The initial discharge capacity of the produced battery was measured in the same manner as in Example 7 except that the cut-off voltage was 1.5 to 4.6 V.
Table 3 shows the measurement results of the initial discharge capacity.

リン酸塩皮膜の厚みを22nmとした以外は、実施例7と同様にリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を作製して、そのリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製し、そのリン酸塩皮膜厚み、及び電池特性を測定した。
それらの結果を表3に示す。
A 2032 type coin provided with a lithium silicate compound particle and a positive electrode plate using the lithium silicate compound particle in the same manner as in Example 7 except that the thickness of the phosphate film was 22 nm. A battery was prepared, and its phosphate film thickness and battery characteristics were measured.
The results are shown in Table 3.

リン酸塩皮膜の厚みを69nmとした以外は、実施例7と同様にリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を作製して、そのリチウム・ケイ酸塩化合物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製し、そのリン酸塩皮膜厚み、及び電池特性を測定した。
それらの結果を表3に示す。
(比較例3)
Except that the thickness of the phosphate film was 69 nm, lithium-silicate compound particles were prepared in the same manner as in Example 7, and a 2032 type coin provided with a positive electrode plate using the lithium-silicate compound particles A battery was prepared, and its phosphate film thickness and battery characteristics were measured.
The results are shown in Table 3.
(Comparative Example 3)

実施例7においてリン酸塩皮膜による被覆工程を省いた以外は、全て同様の方法にてコイン電池を製造した。
作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例7と同様の方法で行った。
初期放電容量の測定結果を表3に示す。
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 7, except that the coating step with the phosphate film was omitted.
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 7.
Table 3 shows the measurement results of the initial discharge capacity.

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表1、表2、及び表3より明らかなように、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子の表面に順にリン酸塩皮膜、炭素皮膜を形成することにより、リチウム・ケイ酸塩化合物粒子の安全性を維持したまま、高温環境下における充放電サイクル特性を向上させることが可能であることがわかる。   As is clear from Table 1, Table 2, and Table 3, by forming a phosphate film and a carbon film in order on the surface of the lithium silicate compound particles, the safety of the lithium silicate compound particles can be improved. It can be seen that it is possible to improve the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment while maintaining.

1 炭素皮膜
2 リン酸塩皮膜
3 リチウム・ケイ酸塩化合物粒子
3a 実施例1に係るリチウム・ケイ酸塩化合物粒子
3b 実施例4に係るリチウム・ケイ酸塩化合物粒子
3c 実施例7に係るリチウム・ケイ酸塩化合物粒子
4 リチウム金属負極
5 セパレータ(電解液含浸)
6 正極(評価用電極)
7 ガスケット
8 負極缶
9 正極缶
10 2032型のコイン電池
11 本発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質(リン酸塩皮膜、炭素皮膜の順に被覆されたリチウム・ケイ酸塩化合物粒子)
11a 実施例1に係るリン酸塩皮膜、炭素皮膜の順に被覆されたリチウム・ケイ酸塩化合物粒子
11b 実施例4に係るリン酸塩皮膜、炭素皮膜の順に被覆されたリチウム・ケイ酸塩化合物粒子
11c 実施例7に係るリン酸塩皮膜、炭素皮膜の順に被覆されたリチウム・ケイ酸塩化合物粒子
1 Carbon film 2 Phosphate film 3 Lithium / silicate compound particle 3a Lithium / silicate compound particle 3b according to Example 1 Lithium / silicate compound particle 3c according to Example 4 Lithium / silicate compound particle 3c according to Example 7 Silicate compound particles 4 Lithium metal negative electrode 5 Separator (electrolyte impregnation)
6 Positive electrode (Evaluation electrode)
7 Gasket 8 Negative electrode can 9 Positive electrode can 10 2032 type coin battery 11 Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention (lithium silicate compound particles coated in the order of phosphate film and carbon film)
11a Lithium / silicate compound particles coated in order of phosphate film and carbon film according to Example 1 11b Lithium / silicate compound particles coated in order of phosphate film and carbon film according to Example 4 11c Lithium silicate compound particles coated in the order of phosphate film and carbon film according to Example 7

Claims (2)

一般式LiSiO(ただし、a=0.02〜4、b=0.5〜2、c=1.4〜4、Mは遷移元素であり、Co、Mn、Ni及びFeからなる群から選択される少なくとも一種以上である)で表されるリチウム・ケイ酸塩化合物粒子であって、
前記リチウム・ケイ酸塩化合物粒子の粒子表面が、リンと酸素の共有結合による(PO 3− ポリアニオンで被覆されたリン酸塩皮膜で、前記リン酸塩皮膜上に炭素皮膜が被覆されていることを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質。
General formula Li a M b SiO c (where a = 0.02-4, b = 0.5-2, c = 1.4-4, M is a transition element, from Co, Mn, Ni and Fe Lithium silicate compound particles represented by at least one selected from the group consisting of:
The lithium silicate compound particle surface is a phosphate film coated with (PO 4 ) 3- polyanion by a covalent bond of phosphorus and oxygen, and a carbon film is coated on the phosphate film. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
一般式LiSiO(ただし、a=0.02〜4、b=0.5〜2、c=1.4〜4、Mは遷移元素であり、Co、Mn、Ni及びFeからなる群から選択される少なくとも一種以上である)で表されるリチウム・ケイ酸塩化合物粒子の粒子表面をリン酸処理によりリン酸塩皮膜とする工程と、
前記リン酸塩皮膜の粒子表面を炭素皮膜により被覆する工程を含むことを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
General formula Li a M b SiO c (where a = 0.02-4, b = 0.5-2, c = 1.4-4, M is a transition element, from Co, Mn, Ni and Fe A step of forming a phosphate film by phosphoric acid treatment of the particle surface of the lithium silicate compound particles represented by at least one selected from the group consisting of:
The manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries characterized by including the process of coat | covering the particle | grain surface of the said phosphate film with a carbon film.
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