JP5930105B1 - Positive electrode material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

【課題】低温や高速充放電において、放電容量および質量エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池用電極材料、リチウムイオン二次電池用電極、リチウムイオン二次電池を提供する。【解決手段】本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料は、LiFexMn1−x—yMyPO4(0.220≦x≦0.350、0.005≦y≦0.018)からなる電極活物質を含み、前記Mは、Coのみ、またはCoとZnの両方であり、前記電極活物質は結晶構造が斜方晶であり、空間群がPnmaであり、結晶格子定数a、bおよびcの値が、10.28Å≦a≦10.42Å、6.000Å≦b≦6.069Å、4.710Å≦c≦4.728Åを満たし、格子体積Vが289.00Å3≦V≦298.23Å3を満たす。【選択図】なしProvided are an electrode material for a lithium ion secondary battery, an electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery having a high discharge capacity and mass energy density at low temperature and high speed charge / discharge. An electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes an electrode active material made of LiFexMn1-x-yMyPO4 (0.220 ≦ x ≦ 0.350, 0.005 ≦ y ≦ 0.018). , M is only Co, or both Co and Zn, the electrode active material has an orthorhombic crystal structure, a space group is Pnma, and values of crystal lattice constants a, b, and c are 10.28 Å ≦ a ≦ 10.42 Å, 6.000 Å ≦ b ≦ 6.069 Å, 4.710 Å ≦ c ≦ 4.728 満 た し are satisfied, and the lattice volume V satisfies 289.00Å3 ≦ V ≦ 298.23Å3. [Selection figure] None

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用電極材料、リチウムイオン二次電池用電極およびリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to an electrode material for a lithium ion secondary battery, an electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

LiMnPOからなる電極材料は、LiFePOからなる電極材料に比べて電池反応電圧が高く、20%程度の高いエネルギー密度(質量エネルギー密度)を期待できる材料である。そのため、LiMnPOからなる電極材料は、電気自動車向け二次電池への展開が期待される。 The electrode material made of LiMnPO 4 has a higher battery reaction voltage than the electrode material made of LiFePO 4 and can be expected to have a high energy density (mass energy density) of about 20%. Therefore, the electrode material made of LiMnPO 4 is expected to be developed into a secondary battery for electric vehicles.

しかし、LiMnPOからなる電極材料を含む正極を備えたリチウムイオン二次電池では、LiMnPOバルクの低電子伝導性、LiMnPOバルクの低Li拡散性、および、マンガンイオン(Mn2+)のヤーンテラー効果により、電池反応に伴って、LiMnPOの結晶が異方的かつ大きく体積変化する。そのため、このような構成のリチウムイオン二次電池では、正極にリチウムイオンを挿入・脱離するための、活性化エネルギーが高くなる。その結果、このリチウムイオン二次電池は、低温における電池特性が著しく低下する。 However, in the lithium ion secondary battery comprising a positive electrode containing an electrode material consisting of LiMnPO 4, low electron conductivity of LiMnPO 4 bulk, low Li diffusion of LiMnPO 4 bulk, and, Jahn-Teller effect of manganese ions (Mn 2+) As a result, the LiMnPO 4 crystals undergo anisotropic and large volume changes with the battery reaction. Therefore, in the lithium ion secondary battery having such a configuration, activation energy for inserting and desorbing lithium ions from the positive electrode is increased. As a result, the battery characteristics at a low temperature are remarkably deteriorated in this lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池の低温における電池特性を改善するために、LiMnPOにおけるMnの一部をFeに置換した、LiFeMn1−xPO(0<x<1)について盛んに検討されている(例えば、特許文献1参照)。LiFeMn1−xPOは、Feが固溶されているため、LiMnPOよりも粒子内の電子伝導性が向上する。その結果、LiFeMn1−xPOからなる電極材料を含む正極を備えたリチウムイオン二次電池は、充放電性能が向上する。 LiFe x Mn 1-x PO 4 (0 <x <1), in which a part of Mn in LiMnPO 4 is replaced with Fe in order to improve battery characteristics at low temperatures of lithium ion secondary batteries, has been actively studied. (For example, refer to Patent Document 1). In LiFe x Mn 1-x PO 4 , since Fe is dissolved, the electron conductivity in the particles is improved as compared with LiMnPO 4 . As a result, the charge / discharge performance of the lithium ion secondary battery including the positive electrode including the electrode material made of LiFe x Mn 1-x PO 4 is improved.

しかしながら、特許文献1等に記載されている手法を用いて、例えば低温や高速充放電における電池特性に優れるリチウムイオン二次電池を実現できる電極材料が得られた例は報告されていない。   However, no example has been reported in which an electrode material capable of realizing, for example, a lithium ion secondary battery excellent in battery characteristics at a low temperature or high-speed charge / discharge using the technique described in Patent Document 1 or the like has not been reported.

そこで、LiFeMn1−xPOの電気的特性をさらに改善し、電極材料として用いる場合に高いエネルギー密度が得られるように、LiFeMn1−xPOにおけるMnをさらに2価金属で置換したLiFeMn1−x―yPOが検討されている(例えば、特許文献2,3参照)。 Therefore, to further improve the electrical characteristics of LiFe x Mn 1-x PO 4 and to obtain a high energy density when used as an electrode material, Mn in LiFe x Mn 1-x PO 4 is further replaced with a divalent metal. Substituted LiFe x Mn 1- xy My PO 4 has been studied (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

特開2013−101883号公報JP 2013-101883 A 特表2013−518378号公報Special table 2013-518378 gazette 特表2013−518023号公報Special table 2013-518023 gazette

しかし、特許文献2,3に記載の発明に電極材料であっても、満足いく電池特性を有する電極材料は得られておらず、さらなる改良が求められていた。   However, even if it is an electrode material to the invention of patent document 2, 3, the electrode material which has a satisfactory battery characteristic was not obtained, and the further improvement was calculated | required.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、低温や高速充放電において、放電容量および質量エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池用電極材料、そのリチウムイオン二次電池用電極材料を含有するリチウムイオン二次電池用電極、および、そのリチウムイオン二次電池用電極を備えたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an electrode material for a lithium ion secondary battery having a high discharge capacity and mass energy density at low temperature and high speed charge / discharge, and an electrode material for the lithium ion secondary battery. It aims at providing the electrode for lithium ion secondary batteries to contain, and the lithium ion secondary battery provided with the electrode for lithium ion secondary batteries.

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、Feの置換量が少ない(置換量が50%未満である)LiFeMn1−xPOにおけるMnを、極少量の第3の元素M、すなわち、電圧1.0V〜4.3Vの範囲で電気化学的不活性であり、Mnよりイオン半径の小さい元素であるCoのみ、またはCoとZnとの両方で置換することにより、電子伝導性を向上させ、結晶格子定数を所定の範囲内とすることにより、イオン伝導性を向上させることが可能であることを見出した。また、このようにLiFeMn1−xPOのMnの一部をさらにCoのみ、またはCoとZnとの両方で置換し、結晶格子定数を所定の範囲内とすることで、結晶格子体積を低減すること、および、充放電時における遷移金属元素の価数の変化に伴う格子体積の膨張収縮を抑制することが可能であることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above-described problems, the present inventors have found that a very small amount of Mn in LiFe x Mn 1-x PO 4 has a small amount of substitution of Fe (substitution amount is less than 50%). The third element M, ie, only Co, which is electrochemically inactive in a voltage range of 1.0 V to 4.3 V and has an ionic radius smaller than Mn, or is substituted by both Co and Zn. Thus, it has been found that the ion conductivity can be improved by improving the electron conductivity and setting the crystal lattice constant within a predetermined range. In addition, a part of Mn of LiFe x Mn 1-x PO 4 is further replaced with only Co or both Co and Zn, and the crystal lattice constant is within a predetermined range, so that the crystal lattice volume It has been found that the expansion and contraction of the lattice volume accompanying the change in the valence of the transition metal element during charging and discharging can be suppressed.

低温における電池特性に優れるリチウムイオン二次電池を実現するには、LiMnPOにおけるMnの50%以上をFeに置換する必要があると想定される。Feを多く含む、LiFeMn1−xPOからなる電極材料を用いたリチウムイオン二次電池(以下、「リチウムイオン二次電池A」と言う。)は、LiMnPOからなる電極材料を用いたリチウムイオン二次電池(以下、「リチウムイオン二次電池B」と言う。)よりも、充放電容量が増加する。ところが、リチウムイオン二次電池Aは、LiMnPOに由来する高電圧における電池反応の割合が低減し、LiFePOに由来する電池反応が増加する。そのため、リチウムイオン二次電池Aは、電極(正極)がLiMnPOを含むことによって期待される、質量エネルギー密度の向上という効果が得られない。 It is assumed that 50% or more of Mn in LiMnPO 4 needs to be replaced with Fe in order to realize a lithium ion secondary battery having excellent battery characteristics at low temperatures. A lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as “lithium ion secondary battery A”) using an electrode material made of LiFe x Mn 1-x PO 4 containing a large amount of Fe uses an electrode material made of LiMnPO 4 . The charge / discharge capacity is increased as compared with the conventional lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as “lithium ion secondary battery B”). However, in the lithium ion secondary battery A, the ratio of the battery reaction at a high voltage derived from LiMnPO 4 is reduced, and the battery reaction derived from LiFePO 4 is increased. Therefore, in the lithium ion secondary battery A, the effect of improving the mass energy density, which is expected when the electrode (positive electrode) contains LiMnPO 4 , cannot be obtained.

一方、リチウムイオン二次電池Bや、リチウムイオン二次電池AよりもFeの置換量が少ないLiFeMn1−xPO(0<x<1)からなる電極材料を用いたリチウムイオン二次電池は、上述のLiMnPOバルクの低電子伝導性、LiMnPOバルクの低Li拡散性、および、Mn2+のヤーンテラー効果により、特に低温や高速充放電において、良好な放電容量や質量エネルギー密度が得られないという課題があった。 On the other hand, a lithium ion secondary battery B or a lithium ion secondary battery using an electrode material made of LiFe x Mn 1-x PO 4 (0 <x <1) having a smaller amount of Fe substitution than the lithium ion secondary battery A batteries, low electron conductivity of the above LiMnPO 4 bulk, low Li diffusion of LiMnPO 4 bulk, and by Jahn-Teller effect of Mn 2+, particularly in low-temperature and high-speed charging and discharging, good discharge capacity and mass energy density obtained There was a problem that it was not possible.

しかし、LiFeMn1−xPOのMnの一部をさらにCoのみ、またはCoとZnとの両方で置換し、結晶格子定数を所定の範囲内とした物質によれば、バルクの電子伝導性およびLi拡散性を改善し、ヤーンテラー効果を緩和して、電池反応時のLiの脱挿入活性化エネルギーを低減する効果があり、LiFeMn1−xPOの高い材料エネルギー密度を必要以上に損なうことなく、低温特性、高速充放電特性を大幅に改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。 However, according to the substance in which a part of Mn of LiFe x Mn 1-x PO 4 is further substituted with only Co or both Co and Zn and the crystal lattice constant is within a predetermined range, bulk electron conduction And Li diffusibility are improved, the yarn teller effect is relaxed, and the lithium de-insertion activation energy during the battery reaction is reduced, and the high material energy density of LiFe x Mn 1-x PO 4 is more than necessary. The present inventors have found that the low-temperature characteristics and the high-speed charge / discharge characteristics can be greatly improved without losing any of the above.

すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料は、LiFeMn1−x―yPO(0.220≦x≦0.350、0.005≦y≦0.018)からなる電極活物質を含むリチウムイオン二次電池用正極材料であって、
前記Mは、Coのみ、またはCoとZnの両方であり、
前記電極活物質は結晶構造の空間群がPnmaであり、結晶格子定数a、bおよびcの値が、10.28Å≦a≦10.42Å、6.000Å≦b≦6.069Å、4.710Å≦c≦4.728Åを満たし、格子体積Vが289.00Å≦V≦298.23Åを満たし、
前記電極活物質の表面が炭素質被膜によって被覆され、前記電極活物質と前記炭素質被膜との界面で起こるリチウムイオンの挿入脱離反応の活性化エネルギーは、55kJ/mol以下であることを特徴とする。
That is, the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention is made of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 (0.220 ≦ x ≦ 0.350, 0.005 ≦ y ≦ 0.018). A positive electrode material for a lithium ion secondary battery containing an electrode active material,
Said M is only Co or both Co and Zn,
The electrode active material has a crystal structure space group Pnma, and crystal lattice constants a, b, and c have values of 10.28Å ≦ a ≦ 10.42Å, 6.000Å ≦ b ≦ 6.069Å, and 4.710Å. met ≦ c ≦ 4.728Å, lattice volume V is less than the 289.00Å 3 ≦ V ≦ 298.23Å 3,
The surface of the electrode active material is coated with a carbonaceous film, and the activation energy of the lithium ion insertion / desorption reaction occurring at the interface between the electrode active material and the carbonaceous film is 55 kJ / mol or less. And

本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、電極集電体と、該電極集電体上に形成された電極合剤層と、を備えたリチウムイオン二次電池用正極であって、前記電極合剤層は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有することを特徴とする。 For a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention includes an electrode current collector, the electrode mixture layer formed on the electrode current collector, a lithium ion secondary battery positive electrode wherein the electrode The mixture layer contains the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention.

本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極を備えたことを特徴とする。 The lithium ion secondary battery of the present invention includes the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention.

本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料によれば、電子伝導性およびイオン伝導性が向上するため、低温や高速充放電において、放電容量および質量エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池を実現することができる。   According to the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention, since the electron conductivity and the ion conductivity are improved, a lithium ion secondary battery having a high discharge capacity and a high mass energy density is realized at low temperature and high speed charge / discharge. be able to.

本発明のリチウムイオン二次電池用電極によれば、本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料を含有しているので、低温や高速充放電において、放電容量および質量エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池用電極を得ることができる。   According to the electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, since the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention is contained, the lithium ion secondary battery having a high discharge capacity and high mass energy density at low temperature and high speed charge / discharge. A secondary battery electrode can be obtained.

本発明のリチウムイオン二次電池によれば、本発明のリチウムイオン二次電池用電極を備えているので、低温や高速充放電において、放電容量および質量エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池を得ることができる。   According to the lithium ion secondary battery of the present invention, since the lithium ion secondary battery electrode of the present invention is provided, a lithium ion secondary battery having a high discharge capacity and high mass energy density is obtained at low temperature and high speed charge / discharge. be able to.

本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料、リチウムイオン二次電池用電極およびリチウムイオン二次電池の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
Embodiments of an electrode material for a lithium ion secondary battery, an electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery of the present invention will be described.
Note that this embodiment is specifically described in order to better understand the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

[リチウムイオン二次電池用電極材料]
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料は、LiFeMn1−x―yPO(0.220≦x≦0.350、0.005≦y≦0.018)からなる電極活物質を含むリチウムイオン二次電池用電極材料であって、Mは、Coのみ、またはCoとZnとの両方であり、電極活物質は結晶構造が斜方晶であり、空間群がPnmaであり、結晶格子定数a、bおよびcの値が、10.28Å≦a≦10.42Å、6.000Å≦b≦6.069Å、4.710Å≦c≦4.728Åを満たし、格子体積Vが289.00Å≦V≦298.23Åを満たす。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料は、主に、リチウムイオン二次電池用電極材料として用いられる。
[Electrode materials for lithium ion secondary batteries]
The electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment is an electrode made of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 (0.220 ≦ x ≦ 0.350, 0.005 ≦ y ≦ 0.018). An electrode material for a lithium ion secondary battery including an active material, wherein M is only Co or both Co and Zn, and the electrode active material has an orthorhombic crystal structure and a space group of Pnma The values of crystal lattice constants a, b and c satisfy 10.28Å ≦ a ≦ 10.42Å, 6.000Å ≦ b ≦ 6.069Å, 4.710Å ≦ c ≦ 4.728Å, and the lattice volume V is 289.00. 3 ≦ V ≦ 298.23Å 3 is satisfied.
The electrode material for lithium ion secondary batteries of this embodiment is mainly used as an electrode material for lithium ion secondary batteries.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料は、LiFeMn1−x―yPOからなる電極活物質の一次粒子の表面が炭素質被膜によって被覆されてなる。 The electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment is obtained by coating the surface of primary particles of an electrode active material made of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 with a carbonaceous film.

LiFeMn1−x―yPOからなる電極活物質の一次粒子の平均一次粒子径は、50nm以上かつ400nm以下であることが好ましく、80nm以上かつ260nm以下であることがより好ましい。
ここで、LiFeMn1−x―yPO粒子の平均一次粒子径を上記の範囲とした理由は、LiFeMn1−x―yPO粒子の平均一次粒子径が50nm未満では、微細になり過ぎて結晶性を良好に保つことが難しくなり、その結果、LiFeMn1−x―yPO粒子の結晶格子のa軸方向およびc軸方向の長さを大きく保ったままで、b軸方向の長さを特異的に短縮したLiMnPO粒子が得られなくなるからである。一方、LiFeMn1−x―yPO粒子の平均一次粒子径が400nmを超えると、このLiFeMn1−x―yPO粒子の微細化が不充分となり、その結果、非常に微細かつ結晶性の良好なLiFeMn1−x―yPO粒子が得られないからである。
The average primary particle diameter of the primary particles of the electrode active material composed of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 is preferably 50 nm or more and 400 nm or less, and more preferably 80 nm or more and 260 nm or less.
Here, the reason for the LiFe x Mn 1-x-y M y PO 4 average primary particle size ranges of the particles, LiFe x Mn 1-x-y M y PO 4 having an average primary particle size of 50nm particles If it is less than 1, it becomes too fine to make it difficult to maintain good crystallinity. As a result, the lengths of the crystal lattice of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 particles in the a-axis direction and c-axis direction are reduced. This is because it is impossible to obtain LiMnPO 4 particles whose length in the b-axis direction is specifically shortened while keeping it large. On the other hand, when the average primary particle size of LiFe x Mn 1-x-y M y PO 4 particles exceeds 400 nm, it becomes finer the LiFe x Mn 1-x-y M y PO 4 particles insufficient, as a result This is because not very fine and good crystallinity LiFe x Mn 1-x-y M y PO 4 particles is obtained.

炭素質被膜の厚みは、1nm以上かつ12nm以下であることが好ましい。
炭素質被膜の厚みを上記の範囲とした理由は、厚みが1nm未満であると、炭素質被膜の厚みが薄すぎるために所望の抵抗値を有する膜を形成することができなくなり、その結果、導電性が低下し、電極材料としての導電性を確保することができなくなるからである。一方、炭素質被膜の厚みが12nmを超えると、電池活性、例えば、電極材料の単位質量あたりの電池容量が低下するからである。
The thickness of the carbonaceous film is preferably 1 nm or more and 12 nm or less.
The reason why the thickness of the carbonaceous film is in the above range is that if the thickness is less than 1 nm, the carbonaceous film cannot be formed with a desired resistance value because the thickness of the carbonaceous film is too thin. This is because the conductivity is lowered and the conductivity as the electrode material cannot be secured. On the other hand, when the thickness of the carbonaceous film exceeds 12 nm, battery activity, for example, battery capacity per unit mass of the electrode material decreases.

炭素質被膜によって被覆されたLiFeMn1−x―yPOからなる電極活物質の一次粒子の平均一次粒子径は、65nm以上かつ400nm以下であることが好ましく、75nm以上かつ270nm以下であることがより好ましい。
ここで、炭素質被膜によって被覆されたLiFeMn1−x―yPOからなる電極活物質の一次粒子の平均一次粒子径を上記の範囲とした理由は、平均一次粒子径が65nm未満では、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量が増加し、充放電容量が低減するばかりでなく、炭素被覆が困難となり、充分な被覆率の一次粒子を得ることができず、特に低温や高速充放電において良好な放電容量や質量エネルギー密度が得られないからである。一方、平均一次粒子径が400nmを超えると、炭素質電極活物質複合粒子内でのリチウムイオンの移動または電子の移動に時間がかかり、よって内部抵抗が増加し、出力特性が悪化するので好ましくないからである。
The average primary particle diameter of the primary particles of the electrode active material composed of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 coated with a carbonaceous film is preferably 65 nm or more and 400 nm or less, and 75 nm or more and 270 nm or less. It is more preferable that
Here, the reason why the average primary particle diameter of the primary particles of the electrode active material composed of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 coated with the carbonaceous film is in the above range is that the average primary particle diameter is 65 nm. If the specific surface area of the carbonaceous electrode active material composite particles is less than 1, the required carbon mass increases, the charge / discharge capacity is reduced, and carbon coating becomes difficult and primary particles with sufficient coverage are obtained. This is because good discharge capacity and mass energy density cannot be obtained particularly at low temperatures and high-speed charge / discharge. On the other hand, if the average primary particle diameter exceeds 400 nm, it takes time to move lithium ions or electrons in the carbonaceous electrode active material composite particles, which increases internal resistance and deteriorates output characteristics. Because.

炭素質被膜によって被覆されたLiFeMn1−x―yPOからなる電極活物質の一次粒子の形状は特に限定されないが、球状、特に真球状の粒子からなる電極材料を生成し易いことから、その形状も球状であることが好ましい。
ここで、球状が好ましい理由としては、炭素質被膜で被覆されている、電極活物質の一次粒子と、結着剤と、溶媒とを混合して、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを調製する際の溶媒量を低減させることができるとともに、このリチウムイオン二次電池用電極材料ペーストの集電体への塗工も容易となるからである。また、形状が球状であれば、電極活物質の一次粒子の表面積が最小となり、ひいては、添加する結着剤の混合量を最小限にすることができ、得られる電極の内部抵抗を小さくすることができるからである。
さらに、電極活物質の一次粒子の形状を球状、特に真球状とすることで最密充填し易くなるので、単位体積あたりのリチウムイオン二次電池用電極材料の充填量が多くなり、その結果、電極密度を高くすることができ、リチウムイオン電池の高容量化を図ることができるので、好ましい。
The shape of the primary particles of the electrode active material composed of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 coated with a carbonaceous film is not particularly limited, but it is easy to produce an electrode material composed of spherical, particularly spherical particles. Therefore, the shape is preferably spherical.
Here, the reason why the spherical shape is preferable is that an electrode material paste for a lithium ion secondary battery is prepared by mixing primary particles of an electrode active material coated with a carbonaceous film, a binder, and a solvent. This is because the amount of the solvent during the treatment can be reduced and the application of the electrode material paste for a lithium ion secondary battery to the current collector is facilitated. Further, if the shape is spherical, the surface area of the primary particles of the electrode active material is minimized, so that the amount of the binder to be added can be minimized, and the internal resistance of the obtained electrode is reduced. Because you can.
Furthermore, since the shape of the primary particles of the electrode active material is spherical, and particularly spherical, it becomes easy to close-pack, so the filling amount of the electrode material for the lithium ion secondary battery per unit volume increases. This is preferable because the electrode density can be increased and the capacity of the lithium ion battery can be increased.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料に含まれる炭素量は、0.5質量%以上かつ5.0質量%以下であることが好ましく、0.8質量%以上かつ2.5質量%以下であることがより好ましい。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料に含まれる炭素量を上記の範囲に限定した理由は、炭素量が0.5質量%未満では、電池を形成した場合に高速充放電レートにおける放電容量が低くなり、充分な充放電レート性能を実現することが困難となるからである。一方、炭素量が5.0質量%を超えると、炭素量が多すぎて、電極活物質の一次粒子の単位質量あたりのリチウムイオン電池の電池容量が必要以上に低下するからである。
The amount of carbon contained in the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment is preferably 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less, and 0.8% by mass or more and 2.5% by mass. The following is more preferable.
Here, the reason why the amount of carbon contained in the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment is limited to the above range is that when the amount of carbon is less than 0.5% by mass, a battery is formed at high speed charge / discharge This is because the discharge capacity at the rate becomes low and it becomes difficult to realize sufficient charge / discharge rate performance. On the other hand, if the amount of carbon exceeds 5.0% by mass, the amount of carbon is too large, and the battery capacity of the lithium ion battery per unit mass of the primary particles of the electrode active material is unnecessarily reduced.

また、電極活物質の一次粒子の比表面積に対する炭素担持量([炭素担持量]/[電極活物質の一次粒子の比表面積])は、0.04以上かつ0.40以下であることが好ましく、0.07以上かつ0.30以下であることがより好ましい。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料における炭素担持量を上記の範囲に限定した理由は、炭素担持量が0.04未満では、電池を形成した場合に高速充放電レートにおける放電容量が低くなり、充分な充放電レート性能を実現することが困難となるからである。一方、炭素担持量が0.40を超えると、炭素量が多すぎて、電極活物質の一次粒子の単位質量あたりのリチウムイオン電池の電池容量が必要以上に低下するからである。
Further, the amount of carbon supported relative to the specific surface area of the primary particles of the electrode active material ([carbon supported amount] / [specific surface area of the primary particles of electrode active material]) is preferably 0.04 or more and 0.40 or less. 0.07 or more and 0.30 or less is more preferable.
Here, the reason why the amount of carbon supported in the electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment is limited to the above range is that when the amount of carbon supported is less than 0.04, the battery is formed at a high-speed charge / discharge rate. This is because the discharge capacity is lowered and it is difficult to realize sufficient charge / discharge rate performance. On the other hand, when the amount of carbon supported exceeds 0.40, the amount of carbon is too large, and the battery capacity of the lithium ion battery per unit mass of the primary particles of the electrode active material is unnecessarily reduced.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の比表面積は、8m/g以上かつ18m/g以下であることが好ましく、10m/g以上かつ15m/g以下であることがより好ましい。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の比表面積を上記の範囲に限定した理由は、比表面積が8m/g未満では、炭素質電極活物質複合粒子内でのリチウムイオンの移動または電子の移動に時間がかかり、よって内部抵抗が増加し、出力特性が悪化するので好ましくないからである。一方、比表面積が18m/gを超えると、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量が増加し、充放電容量が低減するので好ましくないからである。
The specific surface area of the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment is preferably 8 m 2 / g or more and 18 m 2 / g or less, more preferably 10 m 2 / g or more and 15 m 2 / g or less. preferable.
Here, the reason why the specific surface area of the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment is limited to the above range is that if the specific surface area is less than 8 m 2 / g, the lithium ion in the carbonaceous electrode active material composite particles This is because it takes a long time to move the electrons or the electrons, which increases the internal resistance and deteriorates the output characteristics. On the other hand, when the specific surface area exceeds 18 m 2 / g, the carbon mass required by increasing the specific surface area of the carbonaceous electrode active material composite particles increases, and the charge / discharge capacity decreases, which is not preferable.

「電極活物質」
電極活物質は、Li拡散に好適な結晶構造を有するLiFeMn1−x―yPO(0.220≦x≦0.350、0.005≦y≦0.018)からなる。
LiFeMn1−x―yPOにおいて、xが、0.220≦x≦0.350を満たすこととした理由は、次のようなものである。
まず、Feは、電圧3.5V付近で充放電容量を発現するために、CoやZnに比べ固溶に伴う質量エネルギー密度の低下が緩やかである。そのため、xを0.350以下という比較的多めの量とすることで、質量エネルギー密度を低減し過ぎない範囲で低温特性の改善が見込める。
一方、Feは、固溶により、電圧が高い状態に保持されながら電極活物質の体積抵抗を低くすることができる。そのため、xを0.220以上とすることで、充放電が容易になり、出力特性や低温特性が改善できる。また、Feは炭化触媒元素であり、Fe固溶により炭素質被膜の被覆性を良好にすることで出力特性や低温特性が改善できる。
"Electrode active material"
The electrode active material is made of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 (0.220 ≦ x ≦ 0.350, 0.005 ≦ y ≦ 0.018) having a crystal structure suitable for Li diffusion.
The reason why x satisfies 0.220 ≦ x ≦ 0.350 in LiFe x Mn 1- xy My PO 4 is as follows.
First, Fe develops charge / discharge capacity in the vicinity of a voltage of 3.5 V. Therefore, the mass energy density is gradually decreased due to solid solution as compared with Co and Zn. Therefore, by setting x to a relatively large amount of 0.350 or less, improvement in low temperature characteristics can be expected within a range where the mass energy density is not excessively reduced.
On the other hand, Fe can reduce the volume resistance of the electrode active material while being kept in a high voltage state due to solid solution. Therefore, when x is 0.220 or more, charging / discharging becomes easy, and output characteristics and low-temperature characteristics can be improved. Moreover, Fe is a carbonization catalyst element, and output characteristics and low temperature characteristics can be improved by improving the coverage of the carbonaceous film by Fe solid solution.

また、LiFeMn1−x―yPOにおいて、yが、0.005≦y≦0.018を満たすこととした理由は、次のようなものである。
まず、CoやZnは、Mnよりイオン半径の小さい元素であり、CoやZnをMnと置換させると正極活物質の結晶格子のパッキング密度を高くすることが可能である。そのため、yを0.005以上とすることで、電子伝導性およびLi拡散性、リチウムイオン(Li)の挿入脱離反応の活性化エネルギーにおいて高い改善効果が期待できる。
一方、CoやZnは電圧1.0V〜4.3Vの範囲で電気化学的不活性な元素であり、多量の固溶により充放電容量および質量エネルギー密度の低減が顕著となる。そのため、yを0.018以下という比較的少ない量とすることで、質量エネルギー密度を低減し過ぎない範囲で低温特性を充分に改善可能となる。
The reason why y satisfies 0.005 ≦ y ≦ 0.018 in LiFe x Mn 1- xy My PO 4 is as follows.
First, Co and Zn are elements having an ionic radius smaller than that of Mn. When Co or Zn is replaced with Mn, the packing density of the crystal lattice of the positive electrode active material can be increased. Therefore, by setting y to 0.005 or more, a high improvement effect can be expected in the electron conductivity, the Li diffusibility, and the activation energy of the lithium ion (Li + ) insertion / release reaction.
On the other hand, Co and Zn are electrochemically inactive elements in the voltage range of 1.0 V to 4.3 V, and the reduction of charge / discharge capacity and mass energy density becomes remarkable due to a large amount of solid solution. Therefore, by setting y to a relatively small amount of 0.018 or less, the low temperature characteristics can be sufficiently improved within a range where the mass energy density is not excessively reduced.

本発明においては、以上のように、Fe,Co,Znそれぞれの元素の特徴に応じて固溶量を設定している。また、後述の実施例においても効果を確認している。   In the present invention, as described above, the amount of solid solution is set according to the characteristics of each element of Fe, Co, and Zn. In addition, the effect has been confirmed also in examples described later.

LiFeMn1−x―yPOにおいて、Mは、電圧1.0V〜4.3Vの範囲で電気化学的不活性な元素である。電圧1.0V〜4.3Vの範囲で電気化学的不活性とは、具体的には、リチウムイオン二次電池を構成し電圧を1.0V〜4.3Vの範囲で変化させた場合でも、その元素の価数が2価のままで変化せず、充放電容量の発現に寄与しない元素が好ましい。 In LiFe x Mn 1- xy My PO 4 , M is an electrochemically inactive element within a voltage range of 1.0 V to 4.3 V. Specifically, the electrochemical inertness in the voltage range of 1.0V to 4.3V means that even when the lithium ion secondary battery is configured and the voltage is changed in the range of 1.0V to 4.3V, An element that does not contribute to the development of charge / discharge capacity is preferable because the valence of the element remains divalent.

このようなMとしては、
(1)Mnよりイオン半径の小さい元素であるCoのみ
または、
(2)Coと、Mnよりイオン半径の小さい元素であるZnとの両方
が挙げられる。
Mが、Coのみ、またはCoとZnとの両方である場合、上記のyは、0.005≦y≦0.018であり、0.01≦y≦0.015を満たすことが好ましい。
As such M,
(1) Only Co, which is an element having an ionic radius smaller than Mn, or
(2) Both Co and Zn, which is an element having an ionic radius smaller than Mn, can be mentioned.
When M is only Co or both Co and Zn, the above y satisfies 0.005 ≦ y ≦ 0.018 and preferably satisfies 0.01 ≦ y ≦ 0.015.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極活物質では、Mnの一部を、Coのみ、またはCoとZnとの両方で置換することにより、LiFeMn1−x―yPO(0.220≦x≦0.350、0.005≦y≦0.018)における、バルクの電子伝導性およびLi拡散性、リチウムイオンの挿入脱離反応の活性化エネルギーを改善でき、出力特性や低温特性等の特性を改善することができる。
MがCoとZnとの両方である場合、Coの量がZnの量よりも多い事が好ましい。
In the electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, LiFe x Mn 1- xy My PO 4 () is obtained by substituting a part of Mn with only Co or both Co and Zn. 0.220 ≦ x ≦ 0.350, 0.005 ≦ y ≦ 0.018), the bulk electron conductivity and Li diffusibility, the activation energy of the lithium ion insertion / desorption reaction can be improved, and the output characteristics and Characteristics such as low temperature characteristics can be improved.
When M is both Co and Zn, the amount of Co is preferably larger than the amount of Zn.

LiFeMn1−x―yPOは、結晶構造が斜方晶であり、空間群がPnmaである。LiFeMn1−x―yPOの結晶格子定数a、bおよびcの値が、10.28Å≦a≦10.42Å、6.000Å≦b≦6.069Å、4.710Å≦c≦4.728Åを満たすこととした理由は、この範囲が、LiFeMn1−x―yPO粒子の結晶格子のa軸方向およびc軸方向の長さが長く、かつLiFeMn1−x―yPO粒子の結晶格子のb軸方向の長さが特異的に短い範囲だからである。
なお、LiFeMn1−x―yPOの結晶格子定数a、bおよびcの値は、X線回折図形から算出した値である。
LiFe x Mn 1- xy My PO 4 has an orthorhombic crystal structure and a space group of Pnma. The values of the crystal lattice constants a, b and c of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 are 10.28 Å ≦ a ≦ 10.42 Å, 6.000 Å ≦ b ≦ 6.069 Å, 4.710 Å ≦ c The reason for satisfying ≦ 4.728Å is that this range is that the length of the crystal lattice of the LiFe x Mn 1- xy My PO 4 particle is long in the a-axis direction and c-axis direction, and LiFe x Mn This is because the length in the b-axis direction of the crystal lattice of 1- xy My PO 4 particles is in a specifically short range.
The values of the crystal lattice constants a, b, and c of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 are values calculated from an X-ray diffraction pattern.

また、LiFeMn1−x―yPOの結晶格子の体積、すなわち、格子体積Vが289.00Å≦V≦298.23Åを満たすこととした理由は、この範囲が、構造中の元素同士の距離が適切となる範囲であり、バルクの電子伝導性およびLi拡散性の双方を改善可能となる範囲だからである。構造中の元素同士の距離が近すぎる場合、元素と元素の間の電子の授受は良好となるため電子伝導性は良好となるが、Liの移動経路となる隙間が狭くなるためにLi拡散性が悪化する。構造中の元素同士の距離が遠すぎる場合、Liの移動経路となる隙間が広くなるためにLi拡散性は良化するが、元素と元素の間の電子の授受が困難となるため電子伝導性が悪化する。 The reason why the volume of the crystal lattice of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 , that is, the lattice volume V satisfies 289.00Å 3 ≦ V ≦ 298.23Å 3 is that this range is the structure This is because the distance between the elements is appropriate, and both the bulk electron conductivity and Li diffusibility can be improved. When the distance between the elements in the structure is too close, the electron transfer between the elements is good and the electron conductivity is good. However, the gap that becomes the movement path of Li becomes narrow, so the Li diffusibility Gets worse. If the distance between elements in the structure is too far, the gap that becomes the movement path of Li becomes wide and Li diffusibility is improved. However, since it becomes difficult to exchange electrons between elements, electron conductivity Gets worse.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いて、電極集電体上に電極合剤層を形成してなるリチウムイオン二次電池用電極を備えたリチウムイオン二次電池は、25℃で測定される0.1CA放電容量に対する、0℃で測定される0.1CA放電容量の比が80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましい。
25℃で測定される0.1CA放電容量に対する、0℃で測定される0.1CA放電容量の比が80%以上であれば、例えば、寒冷地でリチウムイオン二次電池を利用する場合に、温暖な地域でリチウムイオン二次電池を利用するのと遜色なく、長時間のリチウムイオン二次電池の利用が可能となる。一方、25℃で測定される0.1CA放電容量に対する、0℃で測定される0.1CA放電容量の比が80%未満では、例えば、寒冷地でリチウムイオン二次電池を利用する場合に、温暖な地域でリチウムイオン二次電池を利用するのに比べ非常に短時間の電池利用となり好ましくない。
A lithium ion secondary battery including an electrode material layer formed on an electrode current collector using the lithium ion secondary battery electrode material of the present embodiment is 25 ° C. The ratio of the 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. to the 0.1 CA discharge capacity measured at is preferably 80% or more, and more preferably 85% or more.
If the ratio of the 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. to the 0.1 CA discharge capacity measured at 25 ° C. is 80% or more, for example, when using a lithium ion secondary battery in a cold region, It is possible to use a lithium ion secondary battery for a long time, which is no different from using a lithium ion secondary battery in a warm area. On the other hand, when the ratio of the 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. to the 0.1 CA discharge capacity measured at 25 ° C. is less than 80%, for example, when using a lithium ion secondary battery in a cold region, Compared to using a lithium ion secondary battery in a warm area, the battery is used for a very short time, which is not preferable.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いて、電極集電体上に電極合剤層を形成してなるリチウムイオン二次電池用電極を備えたリチウムイオン二次電池は、0℃で測定される0.1CA放電容量が120mAh/g以上であることが好ましく、125mAh/g以上であることがより好ましい。
0℃で測定される0.1CA放電容量が120mAh/g以上であれば、例えば、寒冷地でリチウムイオン二次電池を利用する場合でも充分な電池容量を有することになり、長時間のリチウムイオン二次電池利用が可能となる。一方、0℃で測定される0.1CA放電容量が120mAh/g未満であれば、例えば、寒冷地でリチウムイオン二次電池を利用する場合には不充分な電池容量を有することになり、長時間のリチウムイオン二次電池の利用は不可能である。
A lithium ion secondary battery provided with an electrode for a lithium ion secondary battery in which an electrode mixture layer is formed on an electrode current collector using the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment is The 0.1 CA discharge capacity measured at 1 is preferably 120 mAh / g or more, and more preferably 125 mAh / g or more.
If the 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. is 120 mAh / g or more, for example, even when using a lithium ion secondary battery in a cold region, the battery capacity is sufficient, and long-term lithium ion A secondary battery can be used. On the other hand, if the 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. is less than 120 mAh / g, for example, when a lithium ion secondary battery is used in a cold region, the battery capacity is insufficient. The use of lithium ion secondary batteries for hours is impossible.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いて、電極集電体上に電極合剤層を形成してなるリチウムイオン二次電池用電極を備えたリチウムイオン二次電池は、25℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度に対する、0℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度の比が80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましい。
25℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度に対する、0℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度の比が80%以上であれば、例えば、寒冷地でリチウムイオン二次電池を利用する場合でも、温暖な地域でリチウムイオン二次電池を利用するのと遜色のない高い質量エネルギー密度が得られる。このようなリチウムイオン電池をEV(電気自動車)等の電動車両に用いた場合、寒冷地でも温暖な地域で運転するのと遜色のない航続距離が達成可能である。一方、25℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度に対する、0℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度の比が80%未満では、例えば、寒冷地でリチウムイオン二次電池を利用する場合、温暖な地域でリチウムイオン二次電池を利用するのと比べて質量エネルギー密度が著しく低くなる。このようなリチウムイオン二次電池をEV等の電動車両に用いた場合、寒冷地での航続可能が著しく短くなる。
A lithium ion secondary battery including an electrode material layer formed on an electrode current collector using the lithium ion secondary battery electrode material of the present embodiment is 25 ° C. The ratio of the mass energy density at 0 ° C. and 0.1 CA discharge to the mass energy density at 0.1 CA discharge is preferably 80% or more, and more preferably 85% or more.
When the ratio of the mass energy density at 0 ° C. and 0.1 CA discharge to the mass energy density at 25 ° C. and 0.1 CA discharge is 80% or more, for example, when using a lithium ion secondary battery in a cold district However, a high mass energy density comparable to that of using a lithium ion secondary battery in a warm region can be obtained. When such a lithium ion battery is used in an electric vehicle such as an EV (electric vehicle), a cruising range comparable to that of driving in a warm region even in a cold region can be achieved. On the other hand, when the ratio of the mass energy density at 0 ° C. and 0.1 CA discharge to the mass energy density at 25 ° C. and 0.1 CA discharge is less than 80%, for example, when using a lithium ion secondary battery in a cold district Compared with the use of lithium ion secondary batteries in warm regions, the mass energy density is significantly lower. When such a lithium ion secondary battery is used for an electric vehicle such as an EV, the cruising capability in a cold region is remarkably shortened.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料では、電極活物質の一次粒子の表面が炭素質被膜によって被覆され、電極活物質と炭素質被膜との界面で起こるリチウムイオン(Li)の挿入脱離反応の活性化エネルギーが、55kJ/mol以下であることが好ましく、54kJ/mol以下であることがより好ましい。
リチウムイオンの挿入脱離反応の活性化エネルギーが、55kJ/mol以下であれば、0℃のような低温でもリチウムイオンの挿入脱離反応が著しく阻害されることなく、良好な低温特性を達成可能である。一方、リチウムイオンの挿入脱離反応の活性化エネルギーが、55kJ/molを超えると、0℃のような低温ではリチウムイオンの挿入脱離反応が著しく阻害され、良好な低温特性を達成できない。
In the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, the surface of primary particles of the electrode active material is covered with a carbonaceous film, and insertion of lithium ions (Li + ) that occurs at the interface between the electrode active material and the carbonaceous film. The activation energy of the elimination reaction is preferably 55 kJ / mol or less, and more preferably 54 kJ / mol or less.
If the activation energy of the lithium ion insertion / desorption reaction is 55 kJ / mol or less, good low temperature characteristics can be achieved without significantly inhibiting the lithium ion insertion / desorption reaction even at a low temperature of 0 ° C. It is. On the other hand, when the activation energy of the insertion / desorption reaction of lithium ions exceeds 55 kJ / mol, the insertion / release reaction of lithium ions is significantly inhibited at a low temperature such as 0 ° C., and good low-temperature characteristics cannot be achieved.

[リチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法]
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法は、例えば、Li源、P源、Fe源、Mn源、Co源および必要に応じてZn源を、水を主成分とする溶媒と混合し、得られた原料スラリーAを120℃以上かつ250℃以下の範囲の温度に加熱することで、加圧下にて、LiFeMn1−x―yPO粒子を合成する工程と、水溶性増粘剤を含む水溶媒中にLiFeMn1−x―yPO粒子を分散させてなる原料スラリーBを乾燥させて、造粒した後、550℃以上かつ820℃以下の範囲の温度に加熱することで、LiFeMn1−x―yPO粒子(一次粒子)の表面を炭素質被膜によって被覆する工程と、を有する方法が挙げられる。
[Method for producing electrode material for lithium ion secondary battery]
The method for producing an electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes, for example, a Li source, a P source, an Fe source, a Mn source, a Co source, and, if necessary, a Zn source, a solvent containing water as a main component, Mixing, and heating the obtained raw material slurry A to a temperature in the range of 120 ° C. to 250 ° C. to synthesize LiFe x Mn 1- xy My PO 4 particles under pressure; The raw slurry B obtained by dispersing LiFe x Mn 1- xy My PO 4 particles in an aqueous solvent containing a water-soluble thickener is dried and granulated, and then 550 ° C. or higher and 820 ° C. or lower. by heating to a range of temperatures, and a method comprising the steps of coating the surface of LiFe x Mn 1-x-y M y PO 4 particles (primary particles) by carbonaceous coating, a.

結晶構造やLiFeMn1−x―yMyPO粒子の純度については、原料スラリーAにおけるLi源、P源、Fe源、Mn源、Co源およびZn源のモル濃度や水熱処理における昇温速度に影響を受ける。
原料スラリーAがあまりに希薄な場合には、高純度なLiFeMn1−x―yMyPO粒子が得られるものの、結晶格子定数が拡大しLi拡散に不適な結晶構造となるために好ましくない。原料スラリーAがあまりに濃厚な場合には、結晶格子定数が縮小しLi拡散に好ましい結晶構造が得られるものの、不純物が生成しやすくなりLiFeMn1−x―yMyPO粒子の純度が低下してしまうため好ましくない。
昇温速度があまりに遅い場合には、高純度なLiFeMn1−x―yMyPO粒子が得られるものの、結晶格子定数が拡大しLi拡散に好ましくない結晶構造となるために好ましくない。昇温速度は1℃/min以上が好ましく、さらに好ましくは3℃/min以上である。
Regarding the purity of the crystal structure and the LiFe x Mn 1-xy MyPO 4 particles, the molar concentration of the Li source, P source, Fe source, Mn source, Co source and Zn source in the raw slurry A and the heating rate in the hydrothermal treatment Affected by.
When the raw material slurry A is too dilute, high purity LiFe x Mn 1-xy MyPO 4 particles can be obtained, but this is not preferable because the crystal lattice constant increases and the crystal structure becomes unsuitable for Li diffusion. When the raw material slurry A is too concentrated, the crystal lattice constant is reduced and a crystal structure preferable for Li diffusion is obtained, but impurities are easily generated and the purity of the LiFe x Mn 1-xy MyPO 4 particles is lowered. This is not preferable.
When the rate of temperature rise is too slow, high purity LiFe x Mn 1-xy MyPO 4 particles can be obtained, but this is not preferable because the crystal lattice constant is increased and the crystal structure becomes unfavorable for Li diffusion. The heating rate is preferably 1 ° C./min or more, more preferably 3 ° C./min or more.

上記製造方法においては、まず、Li源、P源、Fe源、Mn源、Co源および必要に応じてZn源を、水を主成分とする溶媒に投入し、撹拌してLiFeMn1−x―yPOの前駆体を含む原料スラリーAを調製する。 In the above production method, first, a Li source, a P source, an Fe source, a Mn source, a Co source and, if necessary, a Zn source are put into a solvent containing water as a main component, stirred, and LiFe x Mn 1− preparing slurry a containing precursor of x-y M y PO 4.

これらLi源、P源、Fe源、Mn源、Co源およびZn源を、これらのモル比(Li源:P源:Fe源:Mn源:Co源:Zn源)、すなわち、Li:P:Fe:Mn:Co:Znのモル比が1.8〜3.5:0.9〜1.3:0.05〜0.35:0.49〜0.945:0〜0.14:0〜0.14となるように水を主成分とする溶媒に投入し、撹拌・混合して原料スラリーAを調製する。
これらLi源、P源、Fe源、Mn源、Co源およびZn源は、均一に混合する点を考慮すると、Li源、P源、Fe源、Mn源、Co源およびZn源をそれぞれ、一旦、水溶液の状態とした後、混合することが好ましい。
この原料スラリーAにおけるLi源、P源、Fe源、Mn源、Co源およびZn源のモル濃度は、高純度であり、結晶性が高くかつ非常に微細であり、好ましい結晶格子定数を有するLiFeMn1−x―yPO粒子を得る必要があることから、できあがりのLiFeMn1−x―yPO粒子が0.6mol/L以上かつ2.2mol/L以下となる範囲が好ましい。
These Li source, P source, Fe source, Mn source, Co source and Zn source are mixed at a molar ratio thereof (Li source: P source: Fe source: Mn source: Co source: Zn source), that is, Li: P: The molar ratio of Fe: Mn: Co: Zn is 1.8 to 3.5: 0.9 to 1.3: 0.05 to 0.35: 0.49 to 0.945: 0 to 0.14: 0. A raw material slurry A is prepared by adding water to a solvent containing water as a main component so as to be about 0.14, and stirring and mixing.
Considering the point that these Li source, P source, Fe source, Mn source, Co source and Zn source are uniformly mixed, the Li source, P source, Fe source, Mn source, Co source and Zn source are each once It is preferable to mix after making it into the state of an aqueous solution.
The molar concentration of Li source, P source, Fe source, Mn source, Co source and Zn source in this raw slurry A is high purity, high crystallinity and very fine, and LiFe having a preferable crystal lattice constant. Since it is necessary to obtain x Mn 1- xy My PO 4 particles, the resulting LiFe x Mn 1- xy My PO 4 particles are 0.6 mol / L or more and 2.2 mol / L or less. The range is preferable.

Li源としては、例えば、水酸化リチウム(LiOH)等の水酸化物、炭酸リチウム(LiCO)、塩化リチウム(LiCl)、硝酸リチウム(LiNO)、リン酸リチウム(LiPO)、リン酸水素二リチウム(LiHPO)、リン酸二水素リチウム(LiHPO)等のリチウム無機酸塩、酢酸リチウム(LiCHCOO)、蓚酸リチウム((COOLi))等のリチウム有機酸塩、および、これらの水和物が挙げられる。Li源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。
なお、リン酸リチウム(LiPO)は、Li源およびP源としても用いることができる。
Examples of the Li source include hydroxides such as lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium chloride (LiCl), lithium nitrate (LiNO 3 ), and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ). , Lithium inorganic acid salts such as dilithium hydrogen phosphate (Li 2 HPO 4 ) and lithium dihydrogen phosphate (LiH 2 PO 4 ), lithium such as lithium acetate (LiCH 3 COO) and lithium oxalate ((COOLi) 2 ) Examples include organic acid salts and hydrates thereof. As the Li source, at least one selected from these groups is preferably used.
Note that lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) can also be used as a Li source and a P source.

P源としては、例えば、オルトリン酸(HPO)、メタリン酸(HPO)等のリン酸、リン酸二水素アンモニウム(NHPO)、リン酸水素二アンモニウム((NHHPO)、リン酸アンモニウム((NHPO)、リン酸リチウム(LiPO)、リン酸水素二リチウム(LiHPO)、リン酸二水素リチウム(LiHPO)等のリン酸塩、および、これらの水和物の中から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 Examples of the P source include phosphoric acid such as orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) and metaphosphoric acid (HPO 3 ), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), and diammonium hydrogen phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ), ammonium phosphate ((NH 4 ) 3 PO 4 ), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), dilithium hydrogen phosphate (Li 2 HPO 4 ), lithium dihydrogen phosphate (LiH 2 PO 4 ) and other phosphates and at least one selected from these hydrates are preferably used.

Fe源としては、例えば、硝酸鉄(II)(Fe(NO)、塩化鉄(II)(FeCl)、硫酸鉄(II)(FeSO)、酢酸鉄(II)(Fe(CHCOO))等の鉄化合物またはその水和物や、硝酸鉄(III)(Fe(NO)、塩化鉄(III)(FeCl)、クエン酸鉄(III)(FeC)等の3価の鉄化合物や、リン酸鉄リチウム等が挙げられる。Fe源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 Examples of Fe sources include iron nitrate (II) (Fe (NO 3 ) 2 ), iron chloride (II) (FeCl 2 ), iron sulfate (II) (FeSO 4 ), iron acetate (II) (Fe (CH 3 COO) 2 ) and other iron compounds or hydrates thereof, iron nitrate (III) (Fe (NO 3 ) 3 ), iron chloride (III) (FeCl 3 ), iron (III) citrate (FeC 6 H) And trivalent iron compounds such as 5 O 7 ) and lithium iron phosphate. As the Fe source, at least one selected from these groups is preferably used.

Mn源としては、Mn塩が好ましく、例えば、硝酸マンガン(II)(Mn(NO)、塩化マンガン(II)(MnCl)、硫酸マンガン(II)(MnSO)、硝酸マンガン(II)(Mn(NO)、酢酸マンガン(II)(Mn(CHCOO))、および、これらの水和物が挙げられる。Mn源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 As the Mn source, a Mn salt is preferable. For example, manganese nitrate (II) (Mn (NO 3 ) 2 ), manganese chloride (II) (MnCl 2 ), manganese sulfate (II) (MnSO 4 ), manganese nitrate (II) ) (Mn (NO 3 ) 2 ), manganese (II) acetate (Mn (CH 3 COO) 2 ), and hydrates thereof. As the Mn source, at least one selected from these groups is preferably used.

Co源としては、Co塩が好ましく、例えば、硝酸コバルト(II)(Co(NO)、塩化コバルト(II)(CoCl)、硫酸コバルト(II)(CoSO)、硝酸コバルト(II)(Co(NO)、酢酸コバルト(II)(Co(CHCOO))、および、これらの水和物が挙げられる。Co源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 As the Co source, a Co salt is preferable. For example, cobalt nitrate (II) (Co (NO 3 ) 2 ), cobalt chloride (II) (CoCl 2 ), cobalt sulfate (II) (CoSO 4 ), cobalt nitrate (II) ) (Co (NO 3 ) 2 ), cobalt (II) acetate (Co (CH 3 COO) 2 ), and hydrates thereof. As the Co source, at least one selected from these groups is preferably used.

Zn源としては、Zn塩が好ましく、例えば、硝酸亜鉛(II)(Zn(NO)、塩化亜鉛(II)(ZnCl)、硫酸亜鉛(II)(ZnSO)、硝酸亜鉛(II)(Zn(NO)、酢酸亜鉛(II)(Zn(CHCOO))、および、これらの水和物が挙げられる。Zn源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The Zn source is preferably a Zn salt. For example, zinc nitrate (II) (Zn (NO 3 ) 2 ), zinc chloride (II) (ZnCl 2 ), zinc sulfate (II) (ZnSO 4 ), zinc nitrate (II ) (Zn (NO 3 ) 2 ), zinc (II) acetate (Zn (CH 3 COO) 2 ), and hydrates thereof. As the Zn source, at least one selected from these groups is preferably used.

水を主成分とする溶媒とは、水単独、あるいは、水を主成分とし、必要に応じてアルコール等の水性溶媒を含む水系溶媒、のいずれかである。
水性溶媒としては、Li源、P源、Fe源、Mn源、Co源およびZn源を分散させることのできる溶媒であれば、特に制限されないが、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロピルアルコール:IPA)、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングルコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングルコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等が挙げられる。これらの水性溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、これらの水性溶媒に、Li源、P源、Fe源、Mn源、Co源およびZn源の一部が溶解してもよい。
The solvent containing water as a main component is either water alone or an aqueous solvent containing water as a main component and containing an aqueous solvent such as alcohol as necessary.
The aqueous solvent is not particularly limited as long as it can disperse the Li source, P source, Fe source, Mn source, Co source, and Zn source. For example, methanol, ethanol, 1-propanol, 2- Alcohols such as propanol (isopropyl alcohol: IPA), butanol, pentanol, hexanol, octanol, diacetone alcohol, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, γ-butyrolactone Esters such as diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl) Rosolve), ethers such as diethylene glycol monomethyl ether and diethylene glycol monoethyl ether, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), acetylacetone and cyclohexanone, dimethylformamide, N, N-dimethylacetoacetamide, N -Amides such as methylpyrrolidone, and glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, and propylene glycol. These aqueous solvents may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for them. Moreover, a part of Li source, P source, Fe source, Mn source, Co source and Zn source may be dissolved in these aqueous solvents.

次いで、この原料スラリーAを耐圧容器に入れ、120℃以上かつ250℃以下、好ましくは160℃以上かつ220℃以下の範囲の温度に加熱し、1時間以上かつ24時間以下、水熱処理を行い、LiFeMn1−x―yPO粒子を得る。
この120℃以上かつ250℃以下の範囲の温度に到達したときの耐圧容器内の圧力は、例えば、0.3MPa以上かつ1.5MPa以下となる。
この場合、水熱処理時の温度および時間を調整することにより、LiFeMn1−x―yPO粒子の粒子径を所望の大きさに制御することが可能である。
Next, this raw material slurry A is put into a pressure vessel, heated to a temperature in the range of 120 ° C. or more and 250 ° C. or less, preferably 160 ° C. or more and 220 ° C. or less, and subjected to hydrothermal treatment for 1 hour or more and 24 hours or less, LiFe x Mn 1- xy My PO 4 particles are obtained.
The pressure in the pressure resistant container when reaching a temperature in the range of 120 ° C. or more and 250 ° C. or less is, for example, 0.3 MPa or more and 1.5 MPa or less.
In this case, it is possible to control the particle diameter of the LiFe x Mn 1- xy My PO 4 particles to a desired size by adjusting the temperature and time during the hydrothermal treatment.

次いで、水溶性増粘剤を含む水溶媒中に、LiFeMn1−x―yPO粒子を分散させて、原料スラリーBを調製する。 Next, the raw material slurry B is prepared by dispersing LiFe x Mn 1- xy My PO 4 particles in an aqueous solvent containing a water-soluble thickener.

「水溶性増粘剤」
水溶性増粘剤としては、特に限定されないが、例えば、ゼラチン、カゼイン、コラーゲン、ヒアルロン酸、アルブミン、デンプン等の天然の水溶性高分子、メチルセルロース、エチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、アルギン酸プロピレングリコールエステル等の半合成高分子、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、カルボマー(カルボキシビニルポリマー)、ポリアクリル酸塩、ポリエチレンオキシド等の合成高分子等が用いられる。
これらの水溶性増粘剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
"Water-soluble thickener"
Although it does not specifically limit as a water-soluble thickener, For example, natural water-soluble polymers, such as gelatin, casein, collagen, hyaluronic acid, albumin, starch, methylcellulose, ethylcellulose, methylhydroxypropylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxymethylcellulose Semi-synthetic polymers such as hydroxypropylcellulose, sodium carboxymethylcellulose, propylene glycol alginate, etc., synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, carbomer (carboxyvinyl polymer), polyacrylate, polyethylene oxide and the like are used.
These water-soluble thickeners may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法において、水溶性増粘剤の添加量(添加率)は、電極活物質と水溶性増粘剤の合計質量を100質量%とした場合に、1質量%以上かつ15質量%以下であることが好ましく、2.5質量%以上かつ9.5質量%以下がより好ましい。
水溶性増粘剤の添加量が1質量%未満であると、リチウムイオン二次電池用電極材料における混合安定性が低下するため好ましくない。一方、水溶性増粘剤の添加量が15質量%を超えると、相対的に電極活物質の含有量が少なくなり、電池特性が低下するため好ましくない。
In the method for producing an electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, the addition amount (addition rate) of the water-soluble thickener is when the total mass of the electrode active material and the water-soluble thickener is 100% by mass. The content is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, more preferably 2.5% by mass or more and 9.5% by mass or less.
If the addition amount of the water-soluble thickener is less than 1% by mass, the mixing stability in the electrode material for a lithium ion secondary battery is unfavorable. On the other hand, when the addition amount of the water-soluble thickener exceeds 15% by mass, the content of the electrode active material is relatively reduced, and the battery characteristics are deteriorated.

次いで、この原料スラリーBを、乾燥して、造粒した後、530℃以上かつ850℃以下の範囲の温度にて、0.5時間以上かつ6時間以下加熱し、LiFeMn1−x―yPO粒子(一次粒子)の表面を炭素質被膜によって被覆し、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を得る。 Next, this raw material slurry B was dried and granulated, and then heated at a temperature in the range of 530 ° C. or more and 850 ° C. or less for 0.5 hour or more and 6 hours or less, and LiFe x Mn 1-x— the surface of the y M y PO 4 particles (primary particles) were coated with the carbonaceous coating to obtain a lithium ion secondary battery electrode material according to the present embodiment.

[リチウムイオン二次電池用電極]
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極は、電極集電体と、その電極集電体上に形成された電極合剤層(電極)と、を備え、電極合剤層が、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を含有するものである。
すなわち、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いて、電極集電体の一主面に電極合剤層が形成されてなるものである。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極は、主に、リチウムイオン二次電池用正極として用いられる。
[Electrode for lithium ion secondary battery]
The electrode for a lithium ion secondary battery of the present embodiment includes an electrode current collector and an electrode mixture layer (electrode) formed on the electrode current collector, and the electrode mixture layer is the present embodiment. The electrode material for lithium ion secondary batteries is contained.
That is, the electrode for the lithium ion secondary battery of the present embodiment is formed by forming the electrode mixture layer on one main surface of the electrode current collector using the electrode material for the lithium ion secondary battery of the present embodiment. It is.
The electrode for a lithium ion secondary battery of this embodiment is mainly used as a positive electrode for a lithium ion secondary battery.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いて、電極集電体の一主面に電極を形成できる方法であれば特に限定されない。本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
まず、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料と、結着剤と、導電助剤と、溶媒とを混合してなる、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを調製する。
The method for producing an electrode for a lithium ion secondary battery of the present embodiment is particularly a method that can form an electrode on one main surface of an electrode current collector using the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment. It is not limited. As a manufacturing method of the electrode for lithium ion secondary batteries of this embodiment, the following method is mentioned, for example.
First, the electrode material paste for lithium ion secondary batteries which mixes the electrode material for lithium ion secondary batteries of this embodiment, a binder, a conductive support agent, and a solvent is prepared.

「結着剤」
結着剤としては、水系で使用できれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、酢酸ビニル共重合体や、スチレン・ブタジエン系ラテックス、アクリル系ラテックス、アクリロニトリル・ブタジエン系ラテックス、フッ素系ラテックス、シリコン系ラテックス等の群から選択される少なくとも1種が挙げられる。
"Binder"
The binder is not particularly limited as long as it can be used in water. For example, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, vinyl acetate copolymer, styrene / butadiene latex, acrylic latex, acrylonitrile. -At least 1 sort (s) selected from groups, such as a butadiene-type latex, a fluorine-type latex, a silicon-type latex, is mentioned.

リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストにおける結着剤の含有率は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料と結着剤と導電助剤の合計質量を100質量%とした場合に、1質量%以上かつ15質量%以下であることが好ましく、3質量%以上かつ9質量%以下であることがより好ましい。
ここで、結着剤の含有率を上記の範囲とした理由は、結着剤の含有率が1質量%未満では、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を含むリチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを用いて電極合剤層を形成した場合に、電極合剤層と集電体の結着性が十分ではなく、電極合剤層の圧延形成時等において電極合剤層の割れや脱落が生じる場合があり好ましくないからである。また、電池の充放電過程において電極合剤層が集電体から剥離し、電池容量や充放電レートが低下する場合があるため好ましくないからである。一方、結着剤の含有量が15質量%を超えると、リチウムイオン二次電池用電極材料の内部抵抗が増大し、高速充放電レートにおける電池容量が低下する場合があるため好ましくないからである。
The content rate of the binder in the electrode material paste for a lithium ion secondary battery is, when the total mass of the electrode material for the lithium ion secondary battery, the binder, and the conductive additive of this embodiment is 100% by mass, It is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 9% by mass or less.
Here, the reason why the content ratio of the binder is within the above range is that, when the content ratio of the binder is less than 1% by mass, the lithium ion secondary battery including the electrode material for the lithium ion secondary battery of the present embodiment is used. When the electrode mixture layer is formed using the electrode material paste for the electrode, the electrode mixture layer and the current collector are not sufficiently bonded, and the electrode mixture layer cracks when the electrode mixture layer is rolled. This is because there is a case in which a dropout may occur. Further, it is not preferable because the electrode mixture layer is peeled off from the current collector in the charge / discharge process of the battery, and the battery capacity and the charge / discharge rate may decrease. On the other hand, if the content of the binder exceeds 15% by mass, the internal resistance of the electrode material for lithium ion secondary batteries increases, and the battery capacity at a high-speed charge / discharge rate may decrease, which is not preferable. .

「導電助剤」
導電助剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ等の繊維状炭素の群から選択される少なくとも1種が用いられる。
"Conductive aid"
The conductive auxiliary agent is not particularly limited, but for example, at least selected from the group of fibrous carbon such as acetylene black, ketjen black, furnace black, vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotube and the like. One type is used.

リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストにおける導電助剤の含有率は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料と結着剤と導電助剤の合計質量を100質量%とした場合に、1質量%以上かつ15質量%以下であることが好ましく、3質量%以上かつ10質量%以下であることがより好ましい。
ここで、導電助剤の含有率を上記の範囲とした理由は、導電助剤の含有率が1質量%未満では、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を含むリチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを用いて正極合剤層(電極合剤層)を形成した場合に、電子伝導性が充分ではなく、電池容量や充放電レートが低下するため好ましくないからである。一方、導電助剤の含有量が15質量%を超えると、正極合剤層中に占める電極材料が相対的に減少し、単位体積あたりのリチウムイオン電池の電池容量が低下するため好ましくないからである。
The content of the conductive auxiliary in the electrode material paste for a lithium ion secondary battery is, when the total mass of the lithium ion secondary battery electrode material, the binder and the conductive auxiliary of the present embodiment is 100% by mass, It is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 10% by mass or less.
Here, the reason why the content ratio of the conductive assistant is within the above range is that when the conductive assistant content is less than 1% by mass, the lithium ion secondary battery including the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment is used. This is because when the positive electrode mixture layer (electrode mixture layer) is formed using the electrode material paste for a battery, the electron conductivity is not sufficient, and the battery capacity and the charge / discharge rate decrease, which is not preferable. On the other hand, if the content of the conductive additive exceeds 15% by mass, the electrode material occupying the positive electrode mixture layer is relatively reduced, which is not preferable because the battery capacity of the lithium ion battery per unit volume is reduced. is there.

「溶媒」
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を含むリチウムイオン二次電池用電極材料ペーストでは、集電体等の被塗布物に対して塗布し易くするために、溶媒を適宜添加してもよい。
主な溶媒は水であるが、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の特性を失わない範囲内で、アルコール類やグリコール類、エーテル類等の水系溶媒が含有されていてもよい。
"solvent"
In the electrode material paste for a lithium ion secondary battery including the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, a solvent may be appropriately added in order to facilitate application to an object to be coated such as a current collector. Good.
The main solvent is water, but an aqueous solvent such as alcohols, glycols, and ethers may be contained within a range not losing the characteristics of the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment.

リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストにおける溶媒の含有率は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料と結着剤と導電助剤と溶媒の合計質量を100質量%とした場合に、80質量%以上かつ300質量%以下であることが好ましく、100質量%以上かつ250質量%以下であることがより好ましい。
上記の範囲で溶媒が含有されることにより、電極形成性に優れ、かつ電池特性に優れた、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを得ることができる。
The content of the solvent in the electrode material paste for a lithium ion secondary battery is, when the total mass of the electrode material for the lithium ion secondary battery, the binder, the conductive additive, and the solvent of this embodiment is 100% by mass, It is preferably 80% by mass or more and 300% by mass or less, and more preferably 100% by mass or more and 250% by mass or less.
When the solvent is contained in the above range, an electrode material paste for a lithium ion secondary battery having excellent electrode forming properties and battery characteristics can be obtained.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料と、結着剤と、導電助剤と、溶媒とを混合する方法としては、これらの成分を均一に混合できる方法であれば特に限定されず、例えば、ボールミル、サンドミル、プラネタリー(遊星式)ミキサー、ペイントシェーカー、ホモジナイザー等の混錬機を用いた方法が挙げられる。   The method of mixing the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, the binder, the conductive additive, and the solvent is not particularly limited as long as these components can be mixed uniformly, Examples thereof include a method using a kneading machine such as a ball mill, a sand mill, a planetary (planetary) mixer, a paint shaker, or a homogenizer.

次いで、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを、電極集電体の一主面に塗布して塗膜とし、この塗膜を乾燥し、次いで、加圧圧着することにより、電極集電体の一主面に電極合剤層が形成されたリチウムイオン二次電池用電極を得ることができる。   Next, the electrode material paste for a lithium ion secondary battery is applied to one main surface of the electrode current collector to form a coating film, this coating film is dried, and then pressure-bonded to form an electrode current collector. An electrode for a lithium ion secondary battery having an electrode mixture layer formed on one main surface can be obtained.

[リチウムイオン二次電池]
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極(正極)と、負極と、セパレータと、電解液と、とを備えてなる。
[Lithium ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery of the present embodiment includes the lithium ion secondary battery electrode (positive electrode) of the present embodiment, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution.

本実施形態のリチウムイオン二次電池では、負極、電解液、セパレータ等は特に限定されない。
負極としては、例えば、金属Li、炭素材料、Li合金、LiTi12等の負極材料を用いることができる。
また、電解液とセパレータの代わりに、固体電解質を用いてもよい。
In the lithium ion secondary battery of this embodiment, the negative electrode, the electrolytic solution, the separator, and the like are not particularly limited.
As the negative electrode, for example, a negative electrode material such as metal Li, a carbon material, a Li alloy, or Li 4 Ti 5 O 12 can be used.
A solid electrolyte may be used instead of the electrolytic solution and the separator.

電解液は、例えば、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)とを、体積比で1:1となるように混合し、得られた混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を、例えば、濃度1モル/dmとなるように溶解することで作製することができる。
セパレータとしては、例えば、多孔質ポリプロピレンを用いることができる。
The electrolytic solution is, for example, ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) mixed at a volume ratio of 1: 1, and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is added to the obtained mixed solvent. ) Can be prepared, for example, by dissolving so as to have a concentration of 1 mol / dm 3 .
As the separator, for example, porous polypropylene can be used.

本実施形態のリチウムイオン二次電池では、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極を正極として用いたので、高容量かつ高エネルギー密度である。   In the lithium ion secondary battery of this embodiment, since the electrode for lithium ion secondary batteries of this embodiment was used as a positive electrode, it has a high capacity and a high energy density.

以上説明したように、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料によれば、電子伝導性およびイオン伝導性が向上するため、低温や高速充放電において、放電容量および質量エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池を実現することができる。   As described above, according to the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, since the electron conductivity and the ion conductivity are improved, the lithium having a high discharge capacity and mass energy density at low temperature and high speed charge / discharge. An ion secondary battery can be realized.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極によれば、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を含有しているので、低温や高速充放電において、放電容量および質量エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池用電極を提供することができる。   According to the electrode for the lithium ion secondary battery of the present embodiment, since the electrode material for the lithium ion secondary battery of the present embodiment is contained, the lithium having a high discharge capacity and mass energy density at low temperature and high speed charge / discharge. An electrode for an ion secondary battery can be provided.

本実施形態のリチウムイオン二次電池によれば、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極を備えているので、低温や高速充放電において、放電容量および質量エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the lithium ion secondary battery of the present embodiment, since the lithium ion secondary battery electrode of the present embodiment is provided, the lithium ion secondary battery has a high discharge capacity and mass energy density at low temperature and high speed charge / discharge. Can be provided.

以下、実施例および比較例により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限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example.

[実施例1]
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
以下のようにして、LiFe0.22Mn0.775Co0.005POを合成した。
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.22:0.775:0.005:1となるように混合して、600mlの原料スラリーAを調製した。スラリー濃度は、できあがりのLiFe0.22Mn0.775Co0.005POが1.5mol/Lとなるように調製した。
次いで、この原料スラリーAを容積1.3Lの耐圧容器に入れた。
その後、この原料スラリーAについて、昇温速度5℃/minにて昇温させた後、保持温度175℃にて8時間保持することで加熱反応を行い、水熱合成を行った。このときの耐圧容器内の圧力は0.9MPaであった。
反応後、耐熱容器内の雰囲気が室温になるまで冷却して、ケーキ状態の反応生成物の沈殿物を得た。
この沈殿物を蒸留水で複数回、充分に水洗し、乾燥しないように含水率60%に保持し、ケーキ状物質とした。
このケーキ状物質を70℃にて2時間真空乾燥させて、得られた粉体(粒子)の95質量%に対し、あらかじめ10質量%に調整したポリビニルアルコール7質量%を水溶媒中に分散してなる原料スラリーBを乾燥造粒後、750℃にて4時間熱処理を行うことにより、粒子の表面を炭素質被膜によって被覆し、実施例1のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
[Example 1]
"Synthesis of electrode material for lithium ion secondary battery"
LiFe 0.22 Mn 0.775 Co 0.005 PO 4 was synthesized as follows.
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Were mixed at a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.22: 0.775: 0.005: 1 to prepare 600 ml of raw material slurry A. The slurry concentration was adjusted so that the finished LiFe 0.22 Mn 0.775 Co 0.005 PO 4 was 1.5 mol / L.
Subsequently, this raw material slurry A was put in a 1.3 L capacity pressure vessel.
Then, about this raw material slurry A, after heating up with the temperature increase rate of 5 degree-C / min, a heating reaction was performed by hold | maintaining at the holding temperature of 175 degreeC for 8 hours, and hydrothermal synthesis was performed. At this time, the pressure in the pressure vessel was 0.9 MPa.
After the reaction, the atmosphere in the heat-resistant container was cooled to room temperature to obtain a precipitate of the reaction product in a cake state.
This precipitate was sufficiently washed with distilled water several times and kept at a moisture content of 60% so as not to be dried to obtain a cake-like substance.
This cake-like substance was vacuum-dried at 70 ° C. for 2 hours, and 7% by mass of polyvinyl alcohol previously adjusted to 10% by mass was dispersed in an aqueous solvent with respect to 95% by mass of the obtained powder (particles). The raw material slurry B was dried and granulated, and then heat treated at 750 ° C. for 4 hours to coat the surfaces of the particles with a carbonaceous film, whereby the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 1 was obtained.

「リチウムイオン二次電池の作製」
溶媒であるN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)に、リチウムイオン二次電池用電極材料と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)と、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)とを、ペースト中の質量比で、電極材料:AB:PVdF=90:5:5となるように加えて、これらを混合し、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを調製した。
次いで、このリチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを、厚さ30μmのアルミニウム箔(集電体)の表面に塗布して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥し、アルミニウム箔の表面に電極合剤層を形成した。その後、電極合剤層を、所定の密度となるように、所定の圧力にて加圧し、実施例1のリチウムイオン二次電池用電極を作製した。
次いで、このリチウムイオン二次電池用電極を、成形機を用いて直径16mmの円板状に打ち抜き、真空乾燥後、乾燥アルゴン雰囲気下、ステンレススチール(SUS)製の2016コイン型セルを用いて、実施例1のリチウムイオン二次電池を作製した。
負極としては金属リチウムを、セパレータとしては多孔質ポリプロピレン膜を、電解液としては1MのLiPF溶液を用いた。LiPF溶液としては、炭酸エチレンと、炭酸エチレンとを、体積比で1:1となるように混合したものを用いた。
"Production of lithium ion secondary battery"
To N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) as a solvent, an electrode material for a lithium ion secondary battery, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and acetylene black (AB) as a conductive auxiliary agent. In addition, electrode materials: AB: PVdF = 90: 5: 5 were added in a mass ratio in the paste, and these were mixed to prepare an electrode material paste for a lithium ion secondary battery.
Next, this electrode material paste for a lithium ion secondary battery is applied to the surface of an aluminum foil (current collector) having a thickness of 30 μm to form a coating film, the coating film is dried, and an electrode is formed on the surface of the aluminum foil. A mixture layer was formed. Thereafter, the electrode mixture layer was pressurized at a predetermined pressure so as to have a predetermined density, and the lithium ion secondary battery electrode of Example 1 was produced.
Next, this lithium ion secondary battery electrode was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm using a molding machine, vacuum-dried, and using a 2016 coin cell made of stainless steel (SUS) in a dry argon atmosphere, A lithium ion secondary battery of Example 1 was produced.
Metal lithium was used as the negative electrode, a porous polypropylene film was used as the separator, and a 1M LiPF 6 solution was used as the electrolyte. The LiPF 6 solution used was a mixture of ethylene carbonate and ethylene carbonate so that the volume ratio was 1: 1.

「反応生成物の沈殿物の評価」
(1)X線回折
ケーキ状態の反応生成物の沈殿物から試料を若干量採取し、この試料を70℃にて2時間真空乾燥させ、粉体を得た。
この粉体を、X線回折装置(商品名:X’Pert PRO MPS、PANalytical社製、線源:CuKa)を用いて同定したところ、単相のLiFe0.20Mn0.79Co0.01POが生成していることが確認された。また、この粉体のX線回折図形から結晶格子定数および格子体積を算出した。評価結果を表2に示す。
"Evaluation of reaction product precipitates"
(1) X-ray diffraction A small amount of a sample was collected from the precipitate of the reaction product in a cake state, and this sample was vacuum dried at 70 ° C. for 2 hours to obtain a powder.
When this powder was identified using an X-ray diffractometer (trade name: X'Pert PRO MPS, manufactured by PANalytical, radiation source: CuKa), single-phase LiFe 0.20 Mn 0.79 Co 0.01 It was confirmed that PO 4 was generated. Further, the crystal lattice constant and the lattice volume were calculated from the X-ray diffraction pattern of this powder. The evaluation results are shown in Table 2.

「リチウムイオン二次電池用電極材料の評価」
(1)炭素量
炭素分析計(商品名:EMIA−220V、HORIBA社製)を用いてリチウムイオン二次電池用電極材料における炭素量を測定した。評価結果を表1に示す。
"Evaluation of electrode materials for lithium ion secondary batteries"
(1) Carbon content The carbon content in the electrode material for lithium ion secondary batteries was measured using a carbon analyzer (trade name: EMIA-220V, manufactured by HORIBA). The evaluation results are shown in Table 1.

(2)比表面積
比表面積計(商品名:BELSORP−mini、日本ベル社製)を用いて、リチウムイオン二次電池用電極材料の比表面積を、窒素(N)吸着によるBET法により測定した。評価結果を表1に示す。
(2) Specific surface area Using a specific surface area meter (trade name: BELSORP-mini, manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.), the specific surface area of the electrode material for a lithium ion secondary battery was measured by the BET method using nitrogen (N 2 ) adsorption. . The evaluation results are shown in Table 1.

(3)平均一次粒子径
リチウムイオン二次電池用電極材料を、走査型電子顕微鏡(SEM)(商品名:S−4800、日立ハイテクノロジーズ社製)により観察し、得られた走査型電子顕微鏡像から、リチウムイオン二次電池用電極材料の平均一次粒子径を得た。評価結果を表1に示す。
(3) Average primary particle diameter A scanning electron microscope image obtained by observing an electrode material for a lithium ion secondary battery with a scanning electron microscope (SEM) (trade name: S-4800, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). From this, the average primary particle size of the electrode material for a lithium ion secondary battery was obtained. The evaluation results are shown in Table 1.

「リチウムイオン二次電池の評価」
(1)リチウムイオンの挿入脱離反応の活性化エネルギー
インピーダンスアナライザー(商品名:VersaSTAT4、Princeton Applied Research社製)を用いて、リチウムイオン二次電池のインピーダンスを測定した。
インピーダンスの測定では、周波数を1MHz〜0.1mHzの範囲とし、周波数が100Hz以下で現れる半円弧を、電極活物質と炭素質被膜との界面で起こるリチウムイオンの挿入脱離反応の抵抗とした。このインピーダンス測定を、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃で測定し、電極活物質と炭素質被膜との界面で起こるリチウムイオンの挿入脱離反応の抵抗の温度依存性を求め、アレニウスプロットの傾きから、リチウムイオンの挿入脱離反応の活性化エネルギーを算出した。
リチウムイオンの挿入脱離反応が容易である方が高性能な電極活物質と言える。本実施例においては、活性化エネルギー55kJ/mol以下であることを良品の指標とした。
評価結果を表2に示す。
"Evaluation of lithium ion secondary battery"
(1) Activation energy of lithium ion insertion / release reaction Impedance of a lithium ion secondary battery was measured using an impedance analyzer (trade name: VersaSTAT4, manufactured by Princeton Applied Research).
In the impedance measurement, the frequency was in the range of 1 MHz to 0.1 mHz, and the semicircular arc appearing at a frequency of 100 Hz or less was defined as the resistance of the lithium ion insertion / desorption reaction occurring at the interface between the electrode active material and the carbonaceous film. This impedance measurement is performed at 30 ° C., 35 ° C., 40 ° C., 45 ° C., 50 ° C., 55 ° C., and the temperature dependence of the resistance of the lithium ion insertion / desorption reaction occurring at the interface between the electrode active material and the carbonaceous film. The activation energy of the lithium ion insertion / release reaction was calculated from the slope of the Arrhenius plot.
It can be said that a lithium ion insertion / extraction reaction is easier as a high-performance electrode active material. In this example, an activation energy of 55 kJ / mol or less was used as an index for non-defective products.
The evaluation results are shown in Table 2.

(2)電池特性
リチウムイオン二次電池の電池特性を評価した。環境温度25℃にて、正極の電圧がLiの平衡電圧に対して4.3Vになるまで電流値0.1CAにて定電流充電を行い、4.3Vに到達した後、電流値が0.01CAになるまで定電圧充電を行った。その後、1分間休止した後、環境温度25℃もしくは0℃にて、正極の電圧がLiの平衡電圧に対して2.0Vになるまで0.1CAの定電流放電を行った。この試験により、リチウムイオン二次電池の放電容量および質量エネルギー密度(単位:Wh/kg)を評価した。質量エネルギー密度は放電容量と放電電圧の積分値で表され、縦軸に放電電圧、横軸に放電容量をプロットした場合の面積にあたる値である。0℃で測定した場合、25℃で測定した場合に比べて放電容量および放電電圧の低下が起こり、質量エネルギー密度が低下する。ここで例えば、放電容量の低下が小さくとも、放電電圧の低下が大きければ質量エネルギー密度は大きく低下する。本実施例で得られるような電子伝導性およびLi拡散性、リチウムイオン(Li)の挿入脱離反応の活性化エネルギーに優れた電極材料を用いることにより、0℃放電においても放電容量および放電電圧双方の低下を抑制することができ、質量エネルギー密度低下の抑制を達成可能となる。
(2) Battery characteristics The battery characteristics of the lithium ion secondary battery were evaluated. At an ambient temperature of 25 ° C., constant current charging was performed at a current value of 0.1 CA until the positive electrode voltage was 4.3 V with respect to the Li equilibrium voltage. The constant voltage charge was performed until it became 01CA. Then, after resting for 1 minute, constant current discharge of 0.1 CA was performed at an environmental temperature of 25 ° C. or 0 ° C. until the positive electrode voltage was 2.0 V with respect to the Li equilibrium voltage. With this test, the discharge capacity and mass energy density (unit: Wh / kg) of the lithium ion secondary battery were evaluated. The mass energy density is represented by an integrated value of the discharge capacity and the discharge voltage, and is a value corresponding to the area when the discharge voltage is plotted on the vertical axis and the discharge capacity is plotted on the horizontal axis. When measured at 0 ° C., the discharge capacity and the discharge voltage are reduced as compared with the measurement at 25 ° C., and the mass energy density is reduced. Here, for example, even if the decrease in the discharge capacity is small, the mass energy density greatly decreases if the decrease in the discharge voltage is large. By using an electrode material excellent in electron conductivity, Li diffusibility, and activation energy of insertion / extraction reaction of lithium ions (Li + ) as obtained in this example, discharge capacity and discharge can be obtained even at 0 ° C. discharge. It is possible to suppress a decrease in both voltages and to suppress a decrease in mass energy density.

本実施例においては、低温環境下で高性能性能を発揮可能な電極活物質とするために、0℃で測定される0.1CA放電容量が120mAh/g以上であることを良品の指標とした。
また、本実施例においては、上記指標に加えて、低温環境下においても常温と遜色ない性能を発揮可能な電極活物質とするために、25℃で測定される0.1CA放電容量に対する、0℃で測定される0.1CA放電容量の比が80%以上であることを良品の指標とした。
In this example, in order to obtain an electrode active material capable of exhibiting high performance under a low temperature environment, a non-defective product index is a 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. of 120 mAh / g or more. .
Further, in this example, in addition to the above index, in order to obtain an electrode active material capable of exhibiting performance comparable to normal temperature even in a low temperature environment, 0% of the 0.1 CA discharge capacity measured at 25 ° C. A good product index was a ratio of 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. of 80% or more.

また、本実施例においては、低温環境下で高性能性能を発揮可能な電極活物質とするために、0℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度が450Wh/kg以上であることを良品の指標とした。
また、本実施例においては、上記指標に加えて、低温環境下においても常温と遜色ない性能を発揮可能な電極活物質とするために、25℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度に対する、0℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度の比が80%以上であることを良品の指標とした。
評価結果を表3に示す。
Further, in this example, in order to obtain an electrode active material capable of exhibiting high performance under a low temperature environment, the non-defective product has a mass energy density of 450 Wh / kg or more at 0 ° C. and 0.1 CA discharge. It was used as an index.
Further, in this example, in addition to the above index, in order to obtain an electrode active material capable of exhibiting performance comparable to room temperature even in a low temperature environment, the mass energy density at 25 ° C. and 0.1 CA discharge is A non-defective index was a mass energy density ratio of 80% or more at 0 ° C. and 0.1 CA discharge.
The evaluation results are shown in Table 3.

[実施例2]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.22:0.77:0.01:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は実施例1と同様にして、実施例2のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、実施例2のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 2]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Were mixed at a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.22: 0.77: 0.01: 1 to prepare Example Slurry A, except that raw material slurry A was prepared. Similarly, the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 2 was synthesized.
Moreover, the lithium ion secondary battery of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Example 2 was used.

[実施例3]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.22:0.765:0.015:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は実施例1と同様にして、実施例3のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、実施例3のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例3のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 3]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Example 1 except that the raw material slurry A was prepared by mixing Li in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.22: 0.765: 0.015: 1. Similarly, the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 3 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 3 was used.

[実施例4]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.25:0.745:0.005:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は実施例1と同様にして、実施例4のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、実施例4のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例4のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 4]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Example 1 except that the raw material slurry A was prepared by mixing Li in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.25: 0.745: 0.005: 1. Similarly, the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 4 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Example 4 was used.

[実施例5]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.25:0.74:0.01:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は実施例1と同様にして、実施例5のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、実施例5のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例5のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 5]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Example 1 except that the raw material slurry A was prepared by mixing Li in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.25: 0.74: 0.01: 1. Similarly, the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 5 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Example 5 was produced in the same manner as Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Example 5 was used.

[実施例6]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.25:0.735:0.015:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は実施例1と同様にして、実施例6のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、実施例6のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例6のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 6]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. And Example 1 except that the raw material slurry A was prepared by mixing Li in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.25: 0.735: 0.015: 1. Similarly, the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 6 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 6 was used.

[実施例7]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.30:0.695:0.005:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は実施例1と同様にして、実施例7のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、実施例7のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例7のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 7]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Example 1 except that the raw material slurry A was prepared by mixing Li in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.30: 0.695: 0.005: 1. Similarly, the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 7 was synthesized.
Moreover, the lithium ion secondary battery of Example 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Example 7 was used.

[実施例8]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.30:0.69:0.01:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は実施例1と同様にして、実施例8のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、実施例8のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例8のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 8]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Were mixed in a molar ratio such that Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.30: 0.69: 0.01: 1 to prepare the raw material slurry A, and Example 1 Similarly, an electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 8 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Example 8 was produced in the same manner as Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Example 8 was used.

[実施例9]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.30:0.685:0.015:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は実施例1と同様にして、実施例9のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、実施例9のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例9のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 9]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Were mixed at a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.30: 0.685: 0.015: 1 to prepare raw material slurry A, and Example 1 Similarly, the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 9 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Example 9 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 9 was used.

[実施例10]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.35:0.645:0.005:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は実施例1と同様にして、実施例10のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、実施例10のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例10のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 10]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Example 1 except that the raw material slurry A was prepared by mixing Li in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.35: 0.645: 0.005: 1. Similarly, an electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 10 was synthesized.
Moreover, the lithium ion secondary battery of Example 10 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Example 10 was used.

[実施例11]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.35:0.64:0.01:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は実施例1と同様にして、実施例11のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、実施例11のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例11のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 11]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Were mixed at a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.35: 0.64: 0.01: 1 to prepare Example Slurry A, except that raw material slurry A was prepared. Similarly, an electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 11 was synthesized.
Moreover, the lithium ion secondary battery of Example 11 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Example 11 was used.

[実施例12]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.35:0.635:0.015:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は実施例1と同様にして、実施例12のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、実施例12のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例12のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 12]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Example 1 except that the raw material slurry A was prepared by mixing Li in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.35: 0.635: 0.015: 1. Similarly, the electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 12 was synthesized.
Moreover, the lithium ion secondary battery of Example 12 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Example 12 was used.

[実施例13]
以下のようにして、LiFe0.25Mn0.745Co0.010Zn0.005POを合成した。
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、Zn源としてZn(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:Zn:P=3:0.25:0.745:0.010:0.005:1となるように混合して、200mlの原料スラリーAを調製した。
以下、実施例1と同様にして、実施例13のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
また、実施例13のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例13のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 13]
As follows, it was synthesized LiFe 0.25 Mn 0.745 Co 0.010 Zn 0.005 PO 4.
Using Li 3 PO 4 as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Mn source, Co (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Co source, Zn Zn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as a source, and these are in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: Zn: P = 3: 0.25: 0.745: 0.010: 0.005: 1 Thus, 200 ml of raw material slurry A was prepared.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, an electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 13 was obtained.
Moreover, the lithium ion secondary battery of Example 13 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Example 13 was used.

[比較例1]
以下のようにして、LiFe0.250Mn0.750POを合成した。
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:P=3:0.25:0.75:1となるように混合して、200mlの原料スラリーAを調製した。
以下、実施例1と同様にして、比較例1のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
また、比較例1のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例1のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 1]
LiFe 0.250 Mn 0.750 PO 4 was synthesized as follows.
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, an Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, and an Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and these are molar ratios of Li: Fe: Mn: P = It mixed so that it might be set to 3: 0.25: 0.75: 1, and 200 ml of raw material slurry A was prepared.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery electrode material of Comparative Example 1 was obtained.
Further, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was used.

[比較例2]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.40:0.59:0.01:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は比較例1と同様にして、比較例2のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、比較例2のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例2のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 2]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Comparative Example 1 except that the raw material slurry A was prepared by mixing Li in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.40: 0.59: 0.01: 1. Similarly, the electrode material for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was produced in the same manner as Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was used.

[比較例3]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.18:0.81:0.01:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は比較例1と同様にして、比較例3のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、比較例3のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例3のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 3]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Comparative Example 1 except that the raw material slurry A was prepared by mixing Li in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.18: 0.81: 0.01: 1. Similarly, the electrode material for the lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 was used.

[比較例4]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.25:0.73:0.02:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は比較例1と同様にして、比較例3のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、比較例4のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例4のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 4]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Comparative Example 1 except that the raw material slurry A was prepared by mixing Li in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.25: 0.73: 0.02: 1. Similarly, the electrode material for the lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 4 was produced in the same manner as Example 1 except that the electrode material for lithium ion secondary batteries of Comparative Example 4 was used.

[比較例5]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を、Co源としてCo(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Co:P=3:0.25:0.748:0.002:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は比較例1と同様にして、比較例3のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、比較例5のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例5のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 5]
Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Mn source, and Co (NO 3 ) 2 aqueous solution is used as the Co source. Comparative Example 1 except that the raw material slurry A was prepared by mixing Li in a molar ratio of Li: Fe: Mn: Co: P = 3: 0.25: 0.748: 0.002: 1. Similarly, the electrode material for the lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 5 was produced in the same manner as Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Comparative Example 5 was used.

[比較例6]
以下のようにして、LiFe0.25Mn0.745Ni0.005POを合成した。
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を用い、Ni源としてNi(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Ni:P=3:0.25:0.745:0.005:1となるように混合して、200mlの原料スラリーAを調製した。
以下、実施例1と同様にして、比較例6のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
また、比較例6のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例6のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 6]
As follows, it was synthesized LiFe 0.25 Mn 0.745 Ni 0.005 PO 4 .
Li 3 PO 4 as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Mn source, Ni (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Ni source, These were mixed at a molar ratio of Li: Fe: Mn: Ni: P = 3: 0.25: 0.745: 0.005: 1 to prepare 200 ml of raw material slurry A.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery electrode material of Comparative Example 6 was obtained.
Further, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for lithium ion secondary batteries of Comparative Example 6 was used.

[比較例7]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を用い、Ni源としてNi(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Ni:P=3:0.25:0.745:0.005:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は比較例1と同様にして、比較例7のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、比較例7のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例7のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 7]
Li 3 PO 4 as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Mn source, Ni (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Ni source, Comparative Example 1 except that these were mixed at a molar ratio of Li: Fe: Mn: Ni: P = 3: 0.25: 0.745: 0.005: 1 to prepare the raw material slurry A. In the same manner, an electrode material for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 7 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 7 was produced in the same manner as Example 1 except that the electrode material for lithium ion secondary batteries of Comparative Example 7 was used.

[比較例8]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を用い、Ni源としてNi(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Ni:P=3:0.25:0.735:0.015:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は比較例1と同様にして、比較例8のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、比較例8のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例8のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 8]
Li 3 PO 4 as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Mn source, Ni (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Ni source, Comparative Example 1 except that these were mixed at a molar ratio of Li: Fe: Mn: Ni: P = 3: 0.25: 0.735: 0.015: 1 to prepare the raw slurry A. In the same manner, an electrode material for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 8 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 8 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Comparative Example 8 was used.

[比較例9]
以下のようにして、LiFe0.25Mn0.745Al0.005POを合成した。
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を用い、Al源としてAl(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Al:P=3:0.25:0.745:0.005:1となるように混合して、200mlの原料スラリーAを調製した。
以下、実施例1と同様にして、比較例9のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
また、比較例9のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例9のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 9]
As follows, it was synthesized LiFe 0.25 Mn 0.745 Al 0.005 PO 4 .
Li 3 PO 4 as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Mn source, Al (NO 3 ) 3 aqueous solution as the Al source, These were mixed at a molar ratio of Li: Fe: Mn: Al: P = 3: 0.25: 0.745: 0.005: 1 to prepare 200 ml of raw material slurry A.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery electrode material of Comparative Example 9 was obtained.
Further, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 9 was produced in the same manner as Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Comparative Example 9 was used.

[比較例10]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を用い、Al源としてAl(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Al:P=3:0.25:0.74:0.01:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は比較例1と同様にして、比較例10のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、比較例10のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例10のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 10]
Li 3 PO 4 as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Mn source, Al (NO 3 ) 3 aqueous solution as the Al source, Comparative Example 1 except that these were mixed at a molar ratio of Li: Fe: Mn: Al: P = 3: 0.25: 0.74: 0.01: 1 to prepare the raw material slurry A. In the same manner, an electrode material for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 10 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 10 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode material for lithium ion secondary batteries of Comparative Example 10 was used.

[比較例11]
Li源およびP源としてLiPOを、Fe源としてFe(NO水溶液を、Mn源としてMn(NO水溶液を用い、Al源としてAl(NO水溶液を用い、これらをモル比でLi:Fe:Mn:Al:P=3:0.25:0.735:0.015:1となるように混合して、原料スラリーAを調製したこと以外は比較例1と同様にして、比較例11のリチウムイオン二次電池用電極材料を合成した。
また、比較例11のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例11のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 11]
Li 3 PO 4 as the Li source and P source, Fe (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Fe source, Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution as the Mn source, Al (NO 3 ) 3 aqueous solution as the Al source, Comparative Example 1 except that these were mixed at a molar ratio of Li: Fe: Mn: Al: P = 3: 0.25: 0.735: 0.015: 1 to prepare the raw material slurry A. In the same manner, an electrode material for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 11 was synthesized.
Further, a lithium ion secondary battery of Comparative Example 11 was produced in the same manner as Example 1 except that the electrode material for the lithium ion secondary battery of Comparative Example 11 was used.

「反応生成物の沈殿物の評価」
(1)X線回折
実施例2〜13および比較例1〜11の反応生成物の沈殿物を、実施例1と同様にして、同定した。
その結果、実施例2では単相のLiFe0.22Mn0.77Co0.01POが生成していることが確認された。
また、実施例3では単相のLiFe0.22Mn0.765Co0.015POが生成していることが確認された。
また、実施例4では単相のLiFe0.25Mn0.745Co0.005POが生成していることが確認された。
また、実施例5では単相のLiFe0.25Mn0.74Co0.01POが生成していることが確認された。
また、実施例6では単相のLiFe0.25Mn0.735Co0.015POが生成していることが確認された。
また、実施例7では単相のLiFe0.30Mn0.695Co0.005POが生成していることが確認された。
また、実施例8では単相のLiFe0.30Mn0.69Co0.01POが生成していることが確認された。
また、実施例9では単相のLiFe0.30Mn0.685Co0.015POが生成していることが確認された。
また、実施例10では単相のLiFe0.30Mn0.645Co0.005POが生成していることが確認された。
また、実施例11では単相のLiFe0.35Mn0.64Co0.01POが生成していることが確認された。
また、実施例12では単相のLiFe0.35Mn0.635Co0.015POが生成していることが確認された。
また、実施例13では単相のLiFe0.25Mn0.735Co0.010Zn0.005POが生成していることが確認された。
"Evaluation of reaction product precipitates"
(1) X-ray diffraction The reaction product precipitates of Examples 2 to 13 and Comparative Examples 1 to 11 were identified in the same manner as in Example 1.
As a result, in Example 2, it was confirmed that single-phase LiFe 0.22 Mn 0.77 Co 0.01 PO 4 was generated.
In Example 3, it was confirmed that single-phase LiFe 0.22 Mn 0.765 Co 0.015 PO 4 was formed.
In Example 4, it was confirmed that single-phase LiFe 0.25 Mn 0.745 Co 0.005 PO 4 was formed.
In Example 5, it was confirmed that single-phase LiFe 0.25 Mn 0.74 Co 0.01 PO 4 was formed.
In Example 6, it was confirmed that single-phase LiFe 0.25 Mn 0.735 Co 0.015 PO 4 was formed.
In Example 7, it was confirmed that single-phase LiFe 0.30 Mn 0.695 Co 0.005 PO 4 was formed.
In Example 8, it was confirmed that single-phase LiFe 0.30 Mn 0.69 Co 0.01 PO 4 was formed.
In Example 9, it was confirmed that single-phase LiFe 0.30 Mn 0.685 Co 0.015 PO 4 was formed.
In Example 10, it was confirmed that single-phase LiFe 0.30 Mn 0.645 Co 0.005 PO 4 was formed.
In Example 11, it was confirmed that single-phase LiFe 0.35 Mn 0.64 Co 0.01 PO 4 was formed.
In Example 12, it was confirmed that single-phase LiFe 0.35 Mn 0.635 Co 0.015 PO 4 was formed.
In Example 13, it was confirmed that single-phase LiFe 0.25 Mn 0.735 Co 0.010 Zn 0.005 PO 4 was formed.

一方、比較例1ではLiFe0.25Mn0.75POが生成していることが確認された。
また、比較例2ではLiFe0.40Mn0.59Co0.01POが生成していることが確認された。
また、比較例3ではLiFe0.18Mn0.81Co0.01POが生成していることが確認された。
また、比較例4ではLiFe0.25Mn0.73Co0.02POが生成していることが確認された。
また、比較例5ではLiFe0.25Mn0.748Co0.002POが生成していることが確認された。
また、比較例6ではLiFe0.25Mn0.745Ni0.005POが生成していることが確認された。
また、比較例7ではLiFe0.25Mn0.74Ni0.01POが生成していることが確認された。
また、比較例8ではLiFe0.25Mn0.735Ni0.015POが生成していることが確認された。
また、比較例9ではLiFe0.25Mn0.745Al0.005POが生成していることが確認された。
また、比較例10ではLiFe0.25Mn0.74Al0.01POが生成していることが確認された。
また、比較例11ではLiFe0.25Mn0.735Al0.015POが生成していることが確認された。
また、実施例2〜13および比較例1〜11の反応生成物の沈殿物のX線回折図形から結晶格子定数を算出した。評価結果を表2に示す。
On the other hand, in Comparative Example 1, it was confirmed that LiFe 0.25 Mn 0.75 PO 4 was generated.
In Comparative Example 2, it was confirmed that LiFe 0.40 Mn 0.59 Co 0.01 PO 4 was generated.
In Comparative Example 3, it was confirmed that LiFe 0.18 Mn 0.81 Co 0.01 PO 4 was generated.
In Comparative Example 4, it was confirmed that LiFe 0.25 Mn 0.73 Co 0.02 PO 4 was generated.
In Comparative Example 5, it was confirmed that LiFe 0.25 Mn 0.748 Co 0.002 PO 4 was generated.
In Comparative Example 6, it was confirmed that LiFe 0.25 Mn 0.745 Ni 0.005 PO 4 was generated.
In Comparative Example 7, it was confirmed that LiFe 0.25 Mn 0.74 Ni 0.01 PO 4 was generated.
In Comparative Example 8, it was confirmed that LiFe 0.25 Mn 0.735 Ni 0.015 PO 4 was generated.
In Comparative Example 9, it was confirmed that LiFe 0.25 Mn 0.745 Al 0.005 PO 4 was generated.
In Comparative Example 10, it was confirmed that LiFe 0.25 Mn 0.74 Al 0.01 PO 4 was generated.
In Comparative Example 11, it was confirmed that LiFe 0.25 Mn 0.735 Al 0.015 PO 4 was generated.
Moreover, the crystal lattice constant was computed from the X-ray-diffraction figure of the precipitate of the reaction product of Examples 2-13 and Comparative Examples 1-11. The evaluation results are shown in Table 2.

(2)格子体積
実施例1と同様にして、実施例2〜13および比較例1〜11の反応生成物の沈殿物の格子体積を算出した。評価結果を表2に示す。
(2) Lattice Volume In the same manner as in Example 1, the lattice volume of the precipitates of the reaction products of Examples 2 to 13 and Comparative Examples 1 to 11 was calculated. The evaluation results are shown in Table 2.

「リチウムイオン二次電池用電極材料の評価」
(1)炭素担持量
実施例1と同様にして、実施例2〜13および比較例1〜11のリチウムイオン二次電池用電極材料における炭素担持量を測定した。評価結果を表1に示す。
"Evaluation of electrode materials for lithium ion secondary batteries"
(1) Carbon loading amount In the same manner as in Example 1, the carbon loading amount in the electrode materials for lithium ion secondary batteries of Examples 2 to 13 and Comparative Examples 1 to 11 was measured. The evaluation results are shown in Table 1.

(2)比表面積
実施例1と同様にして、実施例2〜13および比較例1〜11のリチウムイオン二次電池用電極材料の比表面積を測定した。評価結果を表1に示す。
(2) Specific surface area It carried out similarly to Example 1, and measured the specific surface area of the electrode material for lithium ion secondary batteries of Examples 2-13 and Comparative Examples 1-11. The evaluation results are shown in Table 1.

(3)平均一次粒子径
実施例1と同様にして、実施例2〜13および比較例1〜11のリチウムイオン二次電池用電極材料の平均一次粒子径を得た。評価結果を表1に示す。
(3) Average primary particle diameter It carried out similarly to Example 1, and obtained the average primary particle diameter of the electrode material for lithium ion secondary batteries of Examples 2-13 and Comparative Examples 1-11. The evaluation results are shown in Table 1.

「リチウムイオン二次電池の評価」
(1)リチウムイオンの挿入脱離反応の活性化エネルギー
実施例1と同様にして、実施例2〜13および比較例1〜11のリチウムイオン二次電池のインピーダンスを測定し、リチウムイオンの挿入脱離反応の活性化エネルギーを算出した。評価結果を表1に示す。
"Evaluation of lithium ion secondary battery"
(1) Activation energy of lithium ion insertion / desorption reaction In the same manner as in Example 1, the impedances of the lithium ion secondary batteries of Examples 2 to 13 and Comparative Examples 1 to 11 were measured, and lithium ion insertion / desorption was performed. The activation energy of the separation reaction was calculated. The evaluation results are shown in Table 1.

(2)電池特性
実施例1と同様にして、実施例2〜13および比較例1〜11のリチウムイオン二次電池の電池特性を評価した。評価結果を表3に示す。
(2) Battery characteristics The battery characteristics of the lithium ion secondary batteries of Examples 2 to 13 and Comparative Examples 1 to 11 were evaluated in the same manner as Example 1. The evaluation results are shown in Table 3.

Figure 0005930105
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Figure 0005930105
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Figure 0005930105

表1〜3の結果から、実施例1〜13と、比較例1〜11とを比較すると、実施例1〜13のリチウムイオン二次電池は、25℃で測定される0.1CA放電容量に対する、0℃で測定される0.1CA放電容量の比が80%以上であり、0℃で測定される0.1CA放電容量が120mAh/g以上であり、および、25℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度に対する、0℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度の比が80%以上であり、0℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度が450Wh/kg以上のため、低温や高速充放電において、放電容量および質量エネルギー密度が高いことが確認できた。   From the results of Tables 1 to 3, when Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 11 are compared, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 13 correspond to the 0.1 CA discharge capacity measured at 25 ° C. The ratio of 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. is 80% or more, the 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. is 120 mAh / g or more, and at 25 ° C. and 0.1 CA discharge The ratio of the mass energy density at 0 ° C. and 0.1 CA discharge to the mass energy density at 80 ° C. and the mass energy density at 0 ° C. and 0.1 CA discharge is 450 Wh / kg or more. In charge / discharge, it was confirmed that the discharge capacity and mass energy density were high.

一方、比較例1〜11のリチウムイオン二次電池は、25℃で測定される0.1CA放電容量に対する、0℃で測定される0.1CA放電容量の比が80%未満、0℃で測定される0.1CA放電容量が120mAh/g未満、および、25℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度に対する、0℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度の比が80%未満、0℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度が450Wh/kg以下の少なくともいずれか1つを満たすため、低温や高速充放電において、放電容量および質量エネルギー密度が低いことが確認できた。   On the other hand, in the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 to 11, the ratio of the 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. to the 0.1 CA discharge capacity measured at 25 ° C. is less than 80% and measured at 0 ° C. The ratio of the mass energy density at 0 ° C. and 0.1 CA discharge to the mass energy density at 25 ° C. and 0.1 CA discharge is less than 80% at 0 ° C. Since the mass energy density in 0.1 CA discharge satisfies at least one of 450 Wh / kg or less, it was confirmed that the discharge capacity and the mass energy density were low at low temperature and high speed charge / discharge.

また、Feの固溶量について、xが0.22を下回る場合として比較例3の結果を見ると、0℃充放電容量が111.5mAh/g、25℃充放電容量が139.6mAh/gと判断基準以下の低い特性となった。
また、xが0.35を上回る場合として比較例2の結果を見ると、0℃エネルギー密度が441.4Wh/kg、25℃エネルギー密度が539.2Wh/kgと判断基準以下の低い特性となった。
対して、Feの固溶量が0.220≦x≦0.350の範囲に含まれるものは、いずれも充放電容量およびエネルギー密度が判断基準を上回る特性となった。
Further, regarding the solid solution amount of Fe, when x is less than 0.22, the result of Comparative Example 3 is seen, the charge / discharge capacity at 0 ° C. is 111.5 mAh / g, and the charge / discharge capacity at 25 ° C. is 139.6 mAh / g. The characteristics were lower than the criteria.
In addition, when the result of Comparative Example 2 is seen assuming that x exceeds 0.35, the 0 ° C. energy density is 441.4 Wh / kg, and the 25 ° C. energy density is 539.2 Wh / kg. It was.
On the other hand, in the case where the solid solution amount of Fe was included in the range of 0.220 ≦ x ≦ 0.350, the charge / discharge capacity and the energy density both exceeded the criterion.

また、Coの固溶量について、yが0.005を下回る場合として比較例5の結果を見ると、活性化エネルギーが57.34kJ/molであり、「55kJ/mol以下」という判断基準に合致しない特性となった。
また、yが0.018を上回る場合として比較例4の結果を見ると、0℃エネルギー密度が441.8Wh/kg、25℃エネルギー密度が544.4Wh/kgと判断基準以下の低い特性となった。
対して、CoおよびZnの固溶量が0.005≦y≦0.018の範囲に含まれるものは、いずれも活性化エネルギーおよびエネルギー密度が判断基準を上回る特性となった。
Further, regarding the solid solution amount of Co, the activation energy is 57.34 kJ / mol when y is less than 0.005, and it matches the criterion of “55 kJ / mol or less”. It became a characteristic that does not.
Further, when the result of Comparative Example 4 is seen assuming that y exceeds 0.018, the 0 ° C. energy density is 441.8 Wh / kg, and the 25 ° C. energy density is 544.4 Wh / kg. It was.
On the other hand, when the solid solution amount of Co and Zn was included in the range of 0.005 ≦ y ≦ 0.018, the activation energy and the energy density both exceeded the criterion.

以上より、本発明が有用であることが確認できた。   From the above, it was confirmed that the present invention is useful.

本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料は、LiFeMn1−x―yPO(0.220≦x≦0.350、0.005≦y≦0.018)からなる電極活物質を含み、MはCoのみ、またはCoとZnとの両方であり、前記電極活物質は結晶構造が斜方晶であり、空間群がPnmaであり、結晶格子定数a、bおよびcの値が、10.28Å≦a≦10.42Å、6.000Å≦b≦6.069Å、4.710Å≦c≦4.728Åを満たし、格子体積Vが289.00Å≦V≦298.23Åを満たすため、このリチウムイオン二次電池用電極材料を用いて作製したリチウムイオン二次電池用電極を備えたリチウムイオン二次電池は、低温や高速充放電において、放電容量および質量エネルギー密度が高いから、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性および高速充放電特性が期待される次世代の二次電池に対しても適用することが可能であり、次世代の二次電池の場合、その効果は非常に大きなものである。 The electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention has an electrode activity made of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 (0.220 ≦ x ≦ 0.350, 0.005 ≦ y ≦ 0.018). M is Co alone or both Co and Zn, and the electrode active material has an orthorhombic crystal structure, a space group of Pnma, and values of crystal lattice constants a, b, and c. Satisfies 10.28Å ≦ a ≦ 10.42Å, 6.000Å ≦ b ≦ 6.069Å, 4.710Å ≦ c ≦ 4.728Å, and the lattice volume V satisfies 289.00Å 3 ≦ V ≦ 298.23Å 3 . The lithium ion secondary battery equipped with the lithium ion secondary battery electrode manufactured using this lithium ion secondary battery electrode material has high discharge capacity and high mass energy density at low temperature and high speed charge / discharge. , It can also be applied to next-generation secondary batteries that are expected to have higher voltage, higher energy density, higher load characteristics, and faster charge / discharge characteristics. It is very big.

Claims (4)

LiFeMn1−x―yPO(0.220≦x≦0.350、0.005≦y≦0.018)からなる電極活物質を含むリチウムイオン二次電池用正極材料であって、
前記Mは、Coのみ、またはCoとZnの両方であり、
前記電極活物質は結晶構造の空間群がPnmaであり、結晶格子定数a、bおよびcの値が、10.28Å≦a≦10.42Å、6.000Å≦b≦6.069Å、4.710Å≦c≦4.728Åを満たし、格子体積Vが289.00Å≦V≦298.23Åを満たし、
前記電極活物質の表面が炭素質被膜によって被覆され、前記電極活物質と前記炭素質被膜との界面で起こるリチウムイオンの挿入脱離反応の活性化エネルギーは、55kJ/mol以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極材料。
A positive electrode material for a lithium ion secondary battery comprising an electrode active material made of LiFe x Mn 1- xy My PO 4 (0.220 ≦ x ≦ 0.350, 0.005 ≦ y ≦ 0.018). And
Said M is only Co or both Co and Zn,
The electrode active material has a crystal structure space group Pnma, and crystal lattice constants a, b, and c have values of 10.28Å ≦ a ≦ 10.42Å, 6.000Å ≦ b ≦ 6.069Å, and 4.710Å. met ≦ c ≦ 4.728Å, lattice volume V is less than the 289.00Å 3 ≦ V ≦ 298.23Å 3,
The surface of the electrode active material is coated with a carbonaceous film, and the activation energy of the lithium ion insertion / desorption reaction occurring at the interface between the electrode active material and the carbonaceous film is 55 kJ / mol or less. A positive electrode material for a lithium ion secondary battery.
25℃で測定される0.1CA放電容量に対する、0℃で測定される0.1CA放電容量の比が80%以上であり、0℃で測定される0.1CA放電容量が120mAh/g以上であり、
25℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度に対する、0℃、0.1CA放電での質量エネルギー密度の比が80%以上であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
The ratio of 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. to 0.1 CA discharge capacity measured at 25 ° C. is 80% or more, and 0.1 CA discharge capacity measured at 0 ° C. is 120 mAh / g or more. Yes,
2. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a ratio of mass energy density at 0 ° C. and 0.1 CA discharge to mass energy density at 25 ° C. and 0.1 CA discharge is 80% or more. Positive electrode material.
電極集電体と、該電極集電体上に形成された電極合剤層と、を備えたリチウムイオン二次電池用正極であって、
前記電極合剤層は、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極
A positive electrode for a lithium ion secondary battery comprising: an electrode current collector; and an electrode mixture layer formed on the electrode current collector,
It said electrode mixture layer, according to claim 1 or 2 lithium ion secondary battery positive electrode characterized by containing a positive electrode material for lithium ion secondary battery according to.
請求項に記載のリチウムイオン二次電池用正極を備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 3 .
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