JP5968712B2 - Method for producing lithium titanate powder, lithium ion secondary battery and lithium ion capacitor using the lithium titanate powder - Google Patents

Method for producing lithium titanate powder, lithium ion secondary battery and lithium ion capacitor using the lithium titanate powder Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の電極用として好適なチタン酸リチウム粉体の製造方法、及び該チタン酸リチウム粉体を用いたリチウムイオン二次電池及びリチウムイオンキャパシタに関する。   The present invention relates to a method for producing a lithium titanate powder suitable for an electrode of a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor using the lithium titanate powder.

リチウムイオン二次電池は、サイクル特性に優れていることから、近年急速に普及している。リチウム二次電池の電極活物質、特に負極活物質には、放電電位が高く、安全性に優れたチタン酸アルカリ金属化合物、例えば、スピネル型構造を有するリチウムチタン化合物や、ラムスデライト型構造を有するチタン化合物等が注目されている。特に、スピネル型チタン酸リチウムは、理論容量が175mAh/gであり、また、充放電時の体積変化が小さいため、サイクル特性に優れる。   Lithium ion secondary batteries are rapidly spreading in recent years because of their excellent cycle characteristics. Electrode active materials of lithium secondary batteries, particularly negative electrode active materials, have a high discharge potential and are highly safe, such as an alkali metal titanate compound, for example, a lithium titanium compound having a spinel structure or a ramsdellite structure. Titanium compounds are attracting attention. In particular, spinel type lithium titanate has a theoretical capacity of 175 mAh / g, and is excellent in cycle characteristics because of a small volume change during charge and discharge.

スピネル型チタン酸リチウム粉体の製造方法として、チタン化合物をアンモニウム化合物で中和して前駆体を作り、これをさらにリチウム化合物と100℃〜250℃で反応させてチタン酸リチウム水和物を形成、さらにこのチタン酸リチウム水和物を700℃〜1300℃で焼成する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   As a method for producing spinel type lithium titanate powder, a titanium compound is neutralized with an ammonium compound to form a precursor, which is further reacted with a lithium compound at 100 ° C. to 250 ° C. to form lithium titanate hydrate. Furthermore, a method of firing this lithium titanate hydrate at 700 ° C. to 1300 ° C. has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、固相法では、リチウム化合物と酸化チタンを所定量混合し、振動ミル、ボールミル等で混合した後に600℃〜800℃(30分〜4時間、昇温速度0.5〜10℃/min)で仮焼した後に800℃〜950℃で本焼する方法(例えば、特許文献2参照)、リチウム化合物と酸化チタンを、リチウム化合物が0.48〜4.8モル/L、酸化チタンが0.60〜6.0モル/Lの範囲となるようにスラリー濃度を調整して湿式混合後、噴霧乾燥、流動層乾燥等により球状粒子として、700℃〜1000℃で焼成する方法(例えば、特許文献3参照)、リチウム化合物と酸化チタンを所定量混合し、水素、炭化水素、一酸化炭素等の還元雰囲気中で500℃〜925℃、30分〜180分間の条件で焼成する方法(例えば、特許文献4参照)が提案されている。   In the solid phase method, a predetermined amount of a lithium compound and titanium oxide are mixed and mixed with a vibration mill, a ball mill, or the like, and then 600 ° C. to 800 ° C. (30 minutes to 4 hours, temperature increase rate 0.5 to 10 ° C./min. ) And calcining at 800 ° C. to 950 ° C. (for example, refer to Patent Document 2), lithium compound and titanium oxide, lithium compound 0.48 to 4.8 mol / L, titanium oxide 0 A method in which the slurry concentration is adjusted so as to be in the range of .60 to 6.0 mol / L and wet mixing is performed, followed by firing at 700 ° C. to 1000 ° C. as spherical particles by spray drying, fluidized bed drying, etc. Reference 3), a method in which a predetermined amount of a lithium compound and titanium oxide are mixed and fired in a reducing atmosphere such as hydrogen, hydrocarbon, carbon monoxide, etc. under conditions of 500 ° C. to 925 ° C. for 30 minutes to 180 minutes (for example, Patent Literature Reference) has been proposed.

さらに固相法により、炭酸リチウムと酸化チタンをボールミルで24時間粉砕した後に700℃〜900℃、3時間焼成する方法や、ビーズミルで3000rpm、3時間分散した後に700℃〜900℃、3時間焼成する方法(例えば、非特許文献1参照)が提案されている。   Furthermore, by solid phase method, lithium carbonate and titanium oxide are pulverized in a ball mill for 24 hours and then calcined at 700 ° C. to 900 ° C. for 3 hours. A method (for example, see Non-Patent Document 1) has been proposed.

特開平9−309728号公報JP-A-9-309728 特開2000−302547号公報JP 2000-302547 A 特開2001−192208号公報JP 2001-192208 A 特表2011−520752号公報Special table 2011-520752 gazette

C.H.Hong et al.,Ceramics International 38(2012)301−310C. H. Hong et al. , Ceramics International 38 (2012) 301-310.

特許文献1に記載のある製造方法により得られた製造方法は、チタン酸リチウム一次結晶の粒径が小さく、比表面積の大きいスピネル型チタン酸リチウム粉体を製造できる。しかしながら、得られたスピネル型チタン酸リチウムは結晶性が低く、これをリチウム二次電池負極に用いた場合、その急速充放電時の電気容量は十分ではなくより高めることが望まれている。   The production method obtained by the production method described in Patent Document 1 can produce spinel type lithium titanate powder having a small particle size of the lithium titanate primary crystal and a large specific surface area. However, the obtained spinel type lithium titanate has low crystallinity, and when it is used for the negative electrode of a lithium secondary battery, it is desired that the electric capacity at the time of rapid charge / discharge is not sufficient but higher.

また、特許文献2〜4、非特許文献1の手法により得られたチタン酸リチウム粉体は、いずれも本質的な改良には至っておらず、リチウム二次電池特性の放電特性の向上は不十分なものであった。   In addition, none of the lithium titanate powders obtained by the methods of Patent Documents 2 to 4 and Non-Patent Document 1 have been substantially improved, and the improvement of the discharge characteristics of the lithium secondary battery characteristics is insufficient. It was something.

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、急速充放電時の電気容量を維持することができるチタン酸リチウム粉体活物質を提供することを主目的とする。   This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the lithium titanate powder active material which can maintain the electrical capacity at the time of rapid charge / discharge.

かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明者らは、リチウム源として特定の炭酸リチウムを用い製造したチタン酸リチウムを用いると、リチウムイオン二次電池における急速充放電時の電気容量およびサイクル特性、リチウムイオンキャパシタにおける急速充放電特性をより高めることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。   Under such circumstances, as a result of intensive studies, the present inventors have found that when lithium titanate produced using a specific lithium carbonate is used as a lithium source, the lithium ion secondary battery is rapidly charged and discharged. It has been found that the electric capacity and cycle characteristics of the lithium ion capacitor and the rapid charge / discharge characteristics of the lithium ion capacitor can be further improved, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、酸化チタン、メタチタン酸、オルトチタン酸、あるいはこれらの混合物から選ばれるBET比表面積5m/g以上のチタン原料と、水酸化リチウムと炭酸リチウムを含み、水酸化リチウムと炭酸リチウムの混合比が、水酸化リチウムと炭酸リチウムの合計のLi量を100とした場合、Liモル比で水酸化リチウム:炭酸リチウム=95:5〜10:90であるリチウム原料とを混合後、焼成する酸化チタンリチウム粉体の製造方法であって、焼成前の炭酸リチウムの平均粒径が1.0μm以下であることを特徴とするチタン酸リチウム粉体の製造方法である。 That is, the present invention includes a titanium raw material having a BET specific surface area of 5 m 2 / g or more selected from titanium oxide, metatitanic acid, orthotitanic acid, or a mixture thereof, and lithium hydroxide and lithium carbonate. When the total Li amount of lithium hydroxide and lithium carbonate is 100, the mixing ratio of lithium is mixed with a lithium raw material having a lithium molar ratio of lithium hydroxide: lithium carbonate = 95: 5 to 10:90, A method for producing a lithium titanate powder to be fired, wherein an average particle size of lithium carbonate before firing is 1.0 μm or less.

また、本発明によれば、リチウムを吸蔵・放出可能な正極活物質を有する正極と、前記製造方法により得られたチタン酸リチウム粉体を負極活物質として用いたリチウムイオン二次電池用負極と、前記正極と前記リチウムイオン二次電池用負極との間に介在しリチウムイオンを伝導するイオン伝導媒体と、を備えたリチウムイオン二次電池が得られるFurther , according to the present invention , a positive electrode having a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium, and a negative electrode for a lithium ion secondary battery using the lithium titanate powder obtained by the production method as a negative electrode active material, There is obtained a lithium ion secondary battery comprising an ion conductive medium that is interposed between the positive electrode and the negative electrode for a lithium ion secondary battery and conducts lithium ions.

更に、本発明によれば、負極集電体に前記製造方法により得られたチタン酸リチウム粉体を含む負極活物質層を設けた負極電極体、正極集電体に正極活物質層を設けた正極電極体、及び前記正極と前記負極との間に介在するリチウムイオンを含有した電解質を含む非水系電解液とを備えたリチウムイオンキャパシタが得られるFurthermore, according to the present invention , the negative electrode electrode body provided with the negative electrode active material layer containing the lithium titanate powder obtained by the above production method on the negative electrode current collector, and the positive electrode current collector provided with the positive electrode active material layer A lithium ion capacitor provided with a positive electrode body and a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte containing lithium ions interposed between the positive electrode and the negative electrode is obtained .

本発明の製造方法により得られるチタン酸リチウムをリチウム二次電池に用いることにより、急速充放電時の充放電容量を維持することができ、また、リチウムイオンキャパシタでは急速充放電特性を改善することができる。   By using lithium titanate obtained by the production method of the present invention for a lithium secondary battery, the charge / discharge capacity at the time of rapid charge / discharge can be maintained, and in the lithium ion capacitor, the rapid charge / discharge characteristics can be improved. Can do.

このような効果が得られる理由は明らかではないが、以下のように推測される。例えば、本発明の製造方法により得られるチタン酸リチウム粉体は、単相化率が高く、比表面積が大きく、高い結晶性を有するため、Liイオンを吸蔵、放出する際に特異的に低い抵抗を示すことによると考えられる。更には、本発明の製造方法により得られるチタン酸リチウム粉体は、負極を構成する導電助剤(カーボン系材料)との親和性が高いため、接触抵抗を低減する可能性が考えられる。   The reason why such an effect is obtained is not clear, but is presumed as follows. For example, the lithium titanate powder obtained by the production method of the present invention has a high single-phase ratio, a large specific surface area, and high crystallinity, so that it has a particularly low resistance when inserting and extracting Li ions. It is thought to be due to showing. Furthermore, since the lithium titanate powder obtained by the production method of the present invention has a high affinity with the conductive additive (carbon material) constituting the negative electrode, there is a possibility of reducing the contact resistance.

実施例のリチウム二次電池特性評価方法の評価に使用したコインセルの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the coin cell used for evaluation of the lithium secondary battery characteristic evaluation method of an Example.

本発明に係るチタン酸リチウム粉体の製造方法のチタン原料は、酸化チタン、メタチタン酸、オルトチタン酸、あるいはこれらの混合物から選ばれるものであり、BET比表面積が5m/g以上である。チタン酸リチウム粉体の比表面積は、チタン原料の比表面積に依存して決まるため、この範囲とすることで、比表面積が大きいチタン酸リチウム粉体が得られる。また、チタン原料の比表面積は好ましくは5m/g以上50m/g以下、より好ましくは10m/g以上40m/g以下である。 The titanium raw material of the method for producing lithium titanate powder according to the present invention is selected from titanium oxide, metatitanic acid, orthotitanic acid, or a mixture thereof, and has a BET specific surface area of 5 m 2 / g or more. Since the specific surface area of the lithium titanate powder is determined depending on the specific surface area of the titanium raw material, a lithium titanate powder having a large specific surface area can be obtained by using this range. The specific surface area of the titanium raw material is preferably 5 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less, more preferably 10 m 2 / g or more and 40 m 2 / g or less.

酸化チタンは、アナターゼ型、ルチル型またはブルッカイト型の結晶構造を有する酸化チタンである。本発明においてはX線回折パターンが、単一の結晶構造からの回折ピークのみを有する結晶性酸化チタンのほか、例えばアナターゼ型の回折ピークとルチル型の回折ピークを有するもの等、複数の結晶構造からの回折ピークを有するものであってもよい。また、X線回折パターンに現れない非晶質のものを一部含んでいてもよい。   Titanium oxide is titanium oxide having an anatase type, rutile type or brookite type crystal structure. In the present invention, the X-ray diffraction pattern has a plurality of crystal structures such as a crystalline titanium oxide having only a diffraction peak from a single crystal structure, as well as an anatase type diffraction peak and a rutile type diffraction peak. It may have a diffraction peak from. Moreover, a part of the amorphous material that does not appear in the X-ray diffraction pattern may be included.

メタチタン酸は、TiO(OH)またはTiO・HOで表され、オルトチタン酸はTi(OH)またはTiO・2HOで表される。メタチタン酸、オルトチタン酸は、チタン化合物の加熱加水解や中和加水分解により得られる。例えば、メタチタン酸は、硫酸チタニル(TiOSO)の加熱加水分解、塩化チタンの高温下での中和加水分解等で、オルトチタン酸は、硫酸チタン(Ti(SO)、塩化チタンの低温下での中和加水分解で、メタチタン酸とオルトチタン酸の混合物は塩化チタンの中和加水分解温度を適宜制御することで得られる。 Metatitanic acid is represented by TiO (OH) 2 or TiO 2 .H 2 O, and orthotitanic acid is represented by Ti (OH) 4 or TiO 2 .2H 2 O. Metatitanic acid and orthotitanic acid are obtained by heat hydrolysis or neutralization hydrolysis of a titanium compound. For example, metatitanic acid is obtained by heating hydrolysis of titanyl sulfate (TiOSO 4 ), neutralization hydrolysis of titanium chloride at a high temperature, etc., and orthotitanic acid is obtained from titanium sulfate (Ti (SO 4 ) 2 ), titanium chloride. The mixture of metatitanic acid and orthotitanic acid can be obtained by appropriately controlling the neutralization hydrolysis temperature of titanium chloride by neutralization hydrolysis at a low temperature.

中和加水分解に用いる中和剤としては、アンモニア、炭酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムなどアンモニウム化合物を用いることができる。これらのアンモニウム化合物は、焼成時に分解、揮散させることができる。前記チタン化合物は、前記の硫酸チタン、硫酸チタニル、塩化チタンなどの無機系の化合物以外に、チタンアルコキシドのような有機系の化合物も用いることができる。特に、前記チタン原料は、酸化チタンがチタン酸リチウムの結晶性を向上させる観点から好ましい。   As a neutralizing agent used for neutralization hydrolysis, ammonium compounds such as ammonia, ammonium carbonate, ammonium sulfate, and ammonium nitrate can be used. These ammonium compounds can be decomposed and volatilized during firing. As the titanium compound, in addition to the inorganic compounds such as titanium sulfate, titanyl sulfate, and titanium chloride, organic compounds such as titanium alkoxide can be used. In particular, the titanium raw material is preferably titanium oxide from the viewpoint of improving the crystallinity of lithium titanate.

また、前記チタン原料は、高純度であることが望ましく、具体的には純度99.0重量%以上、好ましくは99.5重量%以上が良く、不純物として含まれるFe、Al、SiおよびNaが各々20ppm未満であり、かつ、Clが500ppm未満であることが望ましい。望ましくは、Fe、Al、SiおよびNaが各々10ppm未満であり、Clが100ppm未満、さらに望ましくは50ppm未満であるのが良い。   Further, the titanium raw material is desirably highly pure, specifically, a purity of 99.0% by weight or more, preferably 99.5% by weight or more, and Fe, Al, Si and Na contained as impurities are included. Desirably, each is less than 20 ppm and Cl is less than 500 ppm. Desirably, Fe, Al, Si and Na are each less than 10 ppm, and Cl is less than 100 ppm, more desirably less than 50 ppm.

本発明に係るチタン酸リチウム粉体の製造方法のリチウム原料は、水酸化リチウムと炭酸リチウムを含み、水酸化リチウムと炭酸リチウムの水酸化リチウムと炭酸リチウムの混合比が、水酸化リチウムと炭酸リチウムの合計のLi量を100とした場合、Liモル比で水酸化リチウム:炭酸リチウム=95:5〜10:90であるリチウム原料である。   The lithium raw material of the method for producing lithium titanate powder according to the present invention includes lithium hydroxide and lithium carbonate, and the mixing ratio of lithium hydroxide and lithium carbonate to lithium hydroxide and lithium carbonate is such that lithium hydroxide and lithium carbonate are mixed. When the total amount of Li is 100, the lithium raw material is Li hydroxide: lithium carbonate = 95: 5 to 10:90 in terms of Li molar ratio.

リチウム原料として用いる炭酸リチウムは高純度のものが好ましく、通常純度99.0重量%以上が良い。また、炭酸リチウムに含まれる水分については十分除去したものが望ましく、その含有量は0.1重量%以下にすることが望ましい。さらに平均粒径は0.01〜100μmが望ましく、特に、炭酸リチウムの場合は50μm以下、好ましくは5μm以下、より好ましくは0.01μm以上が良い。   The lithium carbonate used as the lithium raw material is preferably highly pure, and usually has a purity of 99.0% by weight or more. Further, it is desirable that the water contained in the lithium carbonate is sufficiently removed, and the content is desirably 0.1% by weight or less. Further, the average particle size is desirably 0.01 to 100 μm, and in particular, in the case of lithium carbonate, it is 50 μm or less, preferably 5 μm or less, more preferably 0.01 μm or more.

また、リチウム原料として用いる水酸化リチウムの好ましい純度、水分の含有量、平均粒径は、炭酸リチウムと同様である。水酸化リチウムと炭酸リチウムの混合比は、必要とするLi量を100とした場合、Liモル比で水酸化リチウム:炭酸リチウム=95:5〜10:90、好ましくは95:5〜50:50の範囲となるように調整する。この範囲とすることにより、リチウムイオン電池用の活物質として十分な特性(急速充放電特性)を得ることができる。   Further, the preferred purity, moisture content, and average particle size of lithium hydroxide used as the lithium raw material are the same as those of lithium carbonate. The mixing ratio of lithium hydroxide and lithium carbonate is Li hydroxide: lithium carbonate = 95: 5 to 10:90, preferably 95: 5 to 50:50 in terms of Li molar ratio, assuming that the required amount of Li is 100. Adjust to be within the range. By setting it within this range, characteristics (rapid charge / discharge characteristics) sufficient as an active material for a lithium ion battery can be obtained.

本発明に係るチタン酸リチウム粉体の製造方法では、上記リチウム原料と上記チタン原料を、チタン酸リチウムのLi/Ti比(原子比)の目標値、例えば0.68〜0.82の範囲から選択される値に合わせて、両原料を計量後、水またはアルコール等の有機溶媒、あるいはそれらの混合物と混合し、リチウム原料とチタン原料が合計で10〜50重量%のスラリーとする。その後、必要に応じて粉砕を行い、チタン原料と混合後の炭酸リチウムの平均粒径は1.0μm以下、好ましくは0.8μm以下、より好ましくは0.01μm以上0.5μm以下とする。前記炭酸リチウムの平均粒径をこの範囲とすることで、単相化率が高く、比表面積が大きいチタン酸リチウム粉体が得られる。なお、炭酸リチウムの平均粒径は、レーザ回折・散乱法を用いてエタノール中で測定した粒度分布より求めたものである。   In the method for producing lithium titanate powder according to the present invention, the lithium raw material and the titanium raw material are separated from a target value of Li / Ti ratio (atomic ratio) of lithium titanate, for example, in the range of 0.68 to 0.82. In accordance with the selected value, both raw materials are weighed and then mixed with an organic solvent such as water or alcohol, or a mixture thereof to make a slurry of 10 to 50% by weight of lithium raw material and titanium raw material in total. Then, it grind | pulverizes as needed and the average particle diameter of lithium carbonate after mixing with a titanium raw material is 1.0 micrometer or less, Preferably it is 0.8 micrometer or less, More preferably, it is 0.01 micrometer or more and 0.5 micrometer or less. By setting the average particle size of the lithium carbonate in this range, a lithium titanate powder having a high single phase ratio and a large specific surface area can be obtained. The average particle size of lithium carbonate is obtained from the particle size distribution measured in ethanol using a laser diffraction / scattering method.

両原料の混合には、攪拌機付混合機、回転混合機などが適宜使用される。なお、混合は、粉砕を同時に行なっても良く、ボールミル、ビーズミルなどの粉砕混合機等も使用できる。例えば、ボールミルの粉砕条件は、粉砕メディアはジルコニアボールを使用し、粉砕時間は20〜40時間である。また、炭酸リチウムの粉砕効率を高くするため、炭酸リチウムのみの水またはアルコール等の有機溶媒のスラリーを作製し予め所定の粒径まで粉砕した後に、チタン原料を添加して混合するという手順を用いても良い。粉砕後の炭酸リチウムの粒径は、粉砕条件、例えば粉砕時間により調整することができる。   For mixing both raw materials, a mixer with a stirrer, a rotary mixer or the like is appropriately used. The mixing may be performed simultaneously with pulverization, and a pulverizing mixer such as a ball mill and a bead mill can also be used. For example, pulverization conditions of the ball mill are zirconia balls as the pulverization media, and the pulverization time is 20 to 40 hours. In addition, in order to increase the pulverization efficiency of lithium carbonate, a procedure of preparing a slurry of an organic solvent such as water or alcohol containing only lithium carbonate and pulverizing to a predetermined particle size in advance and then adding and mixing a titanium raw material is used. May be. The particle size of the lithium carbonate after pulverization can be adjusted by pulverization conditions such as pulverization time.

混合後のスラリーは、造粒乾燥を行なうことが好ましい。その乾燥方法は制限が無く、例えば、前記スラリーを噴霧乾燥し、二次粒子に造粒する方法等が挙げられる。特に噴霧乾燥を用いる方法は、粒子径の制御が容易であり、球状二次粒子が得られ易いので好ましい。噴霧乾燥に用いる噴霧乾燥機は、ディスク式、圧力ノズル式、二流体ノズル式、四流体ノズル式など、スラリーの性状や処理能力に応じて適宜選択することができる。二次粒子径の制御は、例えば上記のディスク式ならディスクの回転数を、圧力ノズル式や二流体ノズル式、四流体ノズル式などならば噴霧圧やノズル径を調整して、噴霧される液滴の大きさを制御することにより行える。より粒子径を制御し易くするために、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ゼラチンなどのバインダーや、ノニオン系、アニオン系、両性、非イオン系などの界面活性剤など各種の添加剤を用いてもよい。これら添加剤は有機物系で金属成分を含有しないものであれば、後の加熱焼成工程で分解、揮散するので望ましい。乾燥温度としては入り口温度を200〜450℃の範囲、出口温度を80〜120℃の範囲とするのが好ましい。   The slurry after mixing is preferably granulated and dried. The drying method is not limited, and examples thereof include a method of spray-drying the slurry and granulating into secondary particles. In particular, the method using spray drying is preferable because the particle diameter can be easily controlled and spherical secondary particles can be easily obtained. The spray dryer used for spray drying can be appropriately selected according to the properties and processing capacity of the slurry, such as a disk type, a pressure nozzle type, a two-fluid nozzle type, and a four-fluid nozzle type. The secondary particle size can be controlled by adjusting the number of revolutions of the disc for the above-described disc type, and adjusting the spray pressure and nozzle diameter for the pressure nozzle type, two-fluid nozzle type, four-fluid nozzle type, etc. This can be done by controlling the drop size. In order to make it easier to control the particle size, various additives such as binders such as polyvinyl alcohol, methylcellulose, and gelatin, and nonionic, anionic, amphoteric, and nonionic surfactants may be used. These additives are desirable if they are organic and do not contain a metal component, because they are decomposed and volatilized in a later heating and firing step. As the drying temperature, the inlet temperature is preferably in the range of 200 to 450 ° C, and the outlet temperature is preferably in the range of 80 to 120 ° C.

また、混合後の原料粉末が乾燥状態の場合においても、粉末の取扱性を改善するために、粉末をスラリー化後、噴霧乾燥してもよい。スラリー化に用いる媒液は、特に制限は無いが、工業的には水を用いるのが好ましい。   Even when the raw material powder after mixing is in a dry state, the powder may be slurry-dried and then spray-dried in order to improve the handleability of the powder. The medium used for slurrying is not particularly limited, but it is preferable to use water industrially.

造粒後の二次粒子の平均粒径は1μm以上100μm以下、好ましくは1μm以上50μm以下、さらに好ましくは1μm以上10μm以下である。   The average particle size of the secondary particles after granulation is 1 μm or more and 100 μm or less, preferably 1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 10 μm or less.

本発明に係るチタン酸リチウム粉体の製造方法の焼成条件は、単相化率90%以上、比表面積4.0m/g以上のチタン酸リチウム粉体が得られれば、特に制限はない。例えば、焼成温度は、700〜950℃、好ましくは720〜950℃に保持して焼成する。また、第1段階では温度600〜700℃とやや低い温度で30分〜5時間程度仮焼し、次いで第2段階として温度を高め700〜950℃、好ましくは720〜950℃にて焼成する方法を採用しても良い。チタン原料として酸化チタンを用いる場合、酸化チタンの一次粒子径が0.01〜0.5μmの場合は、焼成温度は700〜850℃、一次粒子径が0.5〜1.0μmの酸化チタンの場合は、焼成温度は800〜950℃が、目的物であるチタン酸リチウムの一次粒子径、純度(単相化度と言う)、ひいては電池特性、キャパシタ特性面から好ましい。焼成時の昇温速度は1℃/min以下が好ましく、好ましくは0.5℃/min以下である。大電流(0.875A/g:負極活物質重量(g)に対する電流値)の急速充放電時のサイクル特性をより高めることができる。なお、昇温速度は、焼成時間へ影響を及ぼすため、生産効率と特性のバランスを考慮して設定する必要がある。加熱焼成後、得られたチタン酸リチウム二次粒子同士が焼結、凝集していれば、必要に応じてハンマミル、ピンミルなどを用いて粉砕してもよい。 The firing conditions of the method for producing a lithium titanate powder according to the present invention are not particularly limited as long as a lithium titanate powder having a single phase conversion ratio of 90% or more and a specific surface area of 4.0 m 2 / g or more is obtained. For example, the firing temperature is 700 to 950 ° C., preferably 720 to 950 ° C. and fired. In the first stage, calcining is performed at a slightly low temperature of 600 to 700 ° C. for about 30 minutes to 5 hours, and then in the second stage, the temperature is increased to 700 to 950 ° C., preferably 720 to 950 ° C. May be adopted. When titanium oxide is used as the titanium raw material, when the primary particle diameter of titanium oxide is 0.01 to 0.5 μm, the firing temperature is 700 to 850 ° C., and the primary particle diameter is 0.5 to 1.0 μm. In this case, the firing temperature is preferably 800 to 950 ° C. from the viewpoint of the primary particle diameter and purity (referred to as single phase degree) of lithium titanate, which is the object, and battery characteristics and capacitor characteristics. The heating rate during firing is preferably 1 ° C./min or less, preferably 0.5 ° C./min or less. Cycle characteristics during rapid charge / discharge of a large current (0.875 A / g: current value with respect to negative electrode active material weight (g)) can be further enhanced. In addition, since the temperature increase rate affects the firing time, it is necessary to set it in consideration of the balance between production efficiency and characteristics. If the obtained lithium titanate secondary particles are sintered and agglomerated after heating and firing, they may be pulverized using a hammer mill, a pin mill or the like, if necessary.

本発明に係わる製造方法で得られるチタン酸リチウム粉体は、一般式LiTi12で表わされ、例えばスピネル構造を有するLi4+xTi12(0≦x≦3)や、ラムステライド構造を有するLi2+yTi(0≦y≦3)が挙げられる。単一相であれば好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲で若干の酸化チタン、LiTiO相等の異相が混合していてもよい。特に、スピネル構造を有するLi4+xTi12(0≦x≦3)、特にLiTi12が好ましく、単相化率90%以上のもの(部分的にLiTiOやTiOが混じっていても良い)がより好ましい。 The lithium titanate powder obtained by the production method according to the present invention is represented by the general formula Li X Ti Y O 12 , for example, Li 4 + x Ti 5 O 12 (0 ≦ x ≦ 3) having a spinel structure, ram, Examples include Li 2 + y Ti 3 O 7 (0 ≦ y ≦ 3) having a steride structure. The preferred if a single phase, some of the titanium oxide within a range not to impair the effects of the present invention, may be mixed different phase of Li 2 TiO 3 equality. In particular, Li 4 + x Ti 5 O 12 (0 ≦ x ≦ 3) having a spinel structure, particularly Li 4 Ti 5 O 12 is preferable, and a single phase conversion rate of 90% or more (partially Li 2 TiO 3 or TiO 2). May be mixed).

なお、単相化率とは、本発明に係るチタン酸リチウム粉体のX線回折装置を用いて測定した回折結果を、解析ソフトX’Part−HighScore Plus Ver.2の準定量ソフト(PANalytical社製)を用い、LiTi12、TiO(ルチル相)、LiTiOの3つの成分について解析した準定量値をもとに、以下の式より求めた値である。準定量とは、ICDDカードに記載のある準定量値(RIR=Reference Intensity Ratio:Al(コランダム)の最強線に対するカードの回折線の最強線の強度比)により定量を行う方法である。
単相化率=I/(I+I+I
LiTi12の準定量値 I,TiO(ルチル相) の準定量値 I
LiTiOの準定量値 I
Note that the single phase conversion rate refers to the diffraction result measured using the X-ray diffractometer of the lithium titanate powder according to the present invention, and the analysis software X'Part-HighScore Plus Ver. 2 based on the semi-quantitative value analyzed using the quasi-quantitative software (manufactured by PANalytical) and analyzed for three components of Li 4 Ti 5 O 12 , TiO 2 (rutile phase), and Li 2 TiO 3. This is the calculated value. The quasi-quantification is a method of performing quantification using a quasi-quantitative value (RIR = Reference Intensity Ratio: intensity ratio of the strongest line of the card diffraction line to the strongest line of Al 2 O 3 (corundum)) described in the ICDD card. .
Single phase conversion rate = I A / (I A + I B + I C )
Li 4 Ti 5 O 12 semiquantitative value I A of semi-quantitative value I B of TiO 2 (rutile phase),
Semiquantitative value I C for li 2 TiO 3

本発明の製造方法により得られたチタン酸リチウム粉体は、リチウムイオン二次電池の負極活物質、リチウムイオンキャパシタの負極集電体の活物質として用いることができる。   The lithium titanate powder obtained by the production method of the present invention can be used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery and an active material of a negative electrode current collector of a lithium ion capacitor.

本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウムを吸蔵・放出可能な正極活物質を有する正極と、上述のチタン酸リチウム粉体を負極活物質として用いたリチウムイオン二次電池用負極と、前記正極と前記リチウムイオン二次電池用負極との間に介在しリチウムイオンを伝導するイオン伝導媒体と、を備えたものである。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode having a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium, a negative electrode for a lithium ion secondary battery using the above lithium titanate powder as a negative electrode active material, and the positive electrode And an ion conductive medium that conducts lithium ions and is interposed between the negative electrode for a lithium ion secondary battery.

本発明のリチウムイオン二次電池の正極は、例えば正極活物質、導電材、バインダー、溶剤を混合し、ペースト状としたものを、正極集電体の表面に塗布乾燥し(必要に応じて電極密度を高めるために圧縮し)形成することができる。   The positive electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention is prepared by, for example, mixing a positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent into a paste and applying and drying on the surface of the positive electrode current collector (if necessary, the electrode Can be compressed) to increase density.

正極活物質としては、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物、又はポリアニオン系化合物を用いることができる。具体的には、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(Li(1−n)CoOなど(0<n<1、以下同じ))、リチウムニッケル複合酸化物(Li(1−n)NiOなど)、リチウムマンガン複合酸化物(Li(1−n)MnO、Li(1−n)Mnなど)、リチウム鉄複合リン酸化物(LiFePOなど)、リチウムバナジウム複合酸化物(LiVなど)などが挙げられる。 As the positive electrode active material, an oxide containing lithium and a transition metal element or a polyanionic compound can be used. Specifically, for example, lithium cobalt composite oxide (Li (1-n) CoO 2 or the like (0 <n <1, the same applies hereinafter)), lithium nickel composite oxide (Li (1-n) NiO 2 or the like) , Lithium manganese composite oxide (Li (1-n) MnO 2 , Li (1-n) Mn 2 O 4 etc.), lithium iron composite phosphate (LiFePO 4 etc.), lithium vanadium composite oxide (LiV 2 O 3 ) and the like.

正極集電体は、導電性材料で形成されたものであれば特に限定されないが、例えば、アルミニウムや銅、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼などの金属で形成されている箔やメッシュを用いることができる。   The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it is formed of a conductive material. For example, a foil or mesh formed of a metal such as aluminum, copper, stainless steel, or nickel-plated steel can be used. .

バインダーは、活物質粒子及び導電材粒子をつなぎ止める役割を果たすものである。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、フッ素ゴムなどの含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂などを用いることができる。   The binder plays a role of connecting the active material particles and the conductive material particles. For example, a fluorine-containing resin such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or fluororubber, or a thermoplastic resin such as polypropylene or polyethylene can be used.

導電材は、正極の電気伝導性を確保するためのものであり、例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類などの炭素物質粉末状体の1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。   The conductive material is for ensuring the electrical conductivity of the positive electrode. For example, one or more of carbon powder materials such as carbon black, acetylene black, natural graphite, artificial graphite, and cokes are mixed. Things can be used.

正極活物質、導電材、バインダーを分散させる溶剤としては、例えばN−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。   As the solvent for dispersing the positive electrode active material, the conductive material, and the binder, for example, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、上述のチタン酸リチウム粉体を含む負極活物質を備えている。本発明のリチウムイオン二次電池の負極は、例えば負極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極材としたものを集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成することができる。   The negative electrode for lithium ion secondary batteries of this invention is equipped with the negative electrode active material containing the above-mentioned lithium titanate powder. The negative electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention is prepared by, for example, mixing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder, and adding a suitable solvent to form a paste-like negative electrode material on the surface of the current collector. It can be dried and compressed to increase the electrode density as needed.

また、本発明のリチウムイオン二次電池用負極に用いられる導電材、結着材、溶剤などは、それぞれ正極で例示したものを用いることができる。   Moreover, what was illustrated by the positive electrode can respectively be used for the electrically conductive material, binder, solvent, etc. which are used for the negative electrode for lithium ion secondary batteries of this invention.

負極の集電体には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金などのほか、接着性、導電性及び耐還元性向上の目的で、例えば銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものも用いることができる。集電体の形状は、正極と同様のものを用いることができる。   The negative electrode current collector includes copper, nickel, stainless steel, titanium, aluminum, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, Al-Cd alloy, etc., as well as improved adhesion, conductivity and reduction resistance. For the purpose, for example, a copper surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. The shape of the current collector can be the same as that of the positive electrode.

本発明のリチウムイオン二次電池において、イオン伝導媒体は、支持塩を有機溶媒に溶かした非水電解液やイオン性液体、ゲル電解質、固体電解質などを用いることができる。このうち、非水電解液であることが好ましい。支持塩としては、例えば、LiPF,LiClO,LiAsF,LiBF,Li(CFSON,Li(CFSO),LiN(CSOなどの公知の支持塩を用いることができる。支持塩の濃度としては、0.1〜2.0Mであることが好ましく、0.8〜1.2Mであることがより好ましい。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, the ion conduction medium may be a non-aqueous electrolyte solution, an ionic liquid, a gel electrolyte, a solid electrolyte, or the like in which a supporting salt is dissolved in an organic solvent. Of these, a non-aqueous electrolyte is preferable. As the supporting salt, for example, LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (CF 3 SO 3 ), LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and the like are known. The supporting salt can be used. The concentration of the supporting salt is preferably 0.1 to 2.0M, and more preferably 0.8 to 1.2M.

有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ブチレンカーボネート(BC)、エチルメチルカーボネート(EMC)など従来の二次電池やキャパシタに使われる有機溶媒が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。   Examples of the organic solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (γ-BL), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), butylene carbonate (BC), ethyl methyl carbonate ( EMC) and other organic solvents used in conventional secondary batteries and capacitors. These may be used alone or in combination.

また、イオン性液体としては、特に限定されるものではないが、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム・ビス(トリフルオロスルホニル)イミドや1−エチル−3−ブチルイミダゾリウム・テトラフルオロボレート、N−メチル−N−プロピルピロリディニウム・ビス(フルオロスルフォニル)イミドなどを用いることができる。   Further, the ionic liquid is not particularly limited, but 1-methyl-3-propylimidazolium bis (trifluorosulfonyl) imide, 1-ethyl-3-butylimidazolium tetrafluoroborate, N -Methyl-N-propylpyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide and the like can be used.

ゲル電解質としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリフッ化ビニリデンやポリエチレングリコール、ポリアクリロニトリルなどの高分子類またはアミノ酸誘導体やソルビトール誘導体などの糖類に、支持塩を含む電解液を含ませてなるゲル電解質が挙げられる。   The gel electrolyte is not particularly limited, but for example, a polymer such as polyvinylidene fluoride, polyethylene glycol, or polyacrylonitrile, or a saccharide such as an amino acid derivative or sorbitol derivative is added with an electrolyte containing a supporting salt. And a gel electrolyte.

固体電解質としては、無機固体電解質や有機固体電解質などが挙げられる。無機固体電解質としては、例えば、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩などがよく知られている。なかでも、LiSiO、LiSiO−LiI−LiOH、xLiPO−(1−x)LiSiO、LiSiS、LiPO−LiS−SiS、硫化リン化合物などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。 Examples of the solid electrolyte include inorganic solid electrolytes and organic solid electrolytes. Well-known inorganic solid electrolytes include, for example, Li nitrides, halides, oxyacid salts, and the like. Among them, Li 4 SiO 4, Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, xLi 3 PO 4 - (1-x) Li 4 SiO 4, Li 2 SiS 3, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, sulfide Examples thereof include phosphorus compounds. These may be used alone or in combination.

有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリホスファゼン、ポリエチレンスルフィド、ポリヘキサフルオロプロピレンなどやこれらの誘導体が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。   Examples of the organic solid electrolyte include polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, polyphosphazene, polyethylene sulfide, polyhexafluoropropylene, and derivatives thereof. These may be used alone or in combination.

本発明のリチウムイオン二次電池は、負極と正極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、リチウムイオン二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の薄い微多孔膜が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。   The lithium ion secondary battery of the present invention may include a separator between the negative electrode and the positive electrode. The separator is not particularly limited as long as the composition can withstand the use range of the lithium ion secondary battery. For example, a polymer nonwoven fabric such as a polypropylene nonwoven fabric or a polyphenylene sulfide nonwoven fabric, or a thin olefin resin such as polyethylene or polypropylene is used. A microporous membrane is mentioned. These may be used alone or in combination.

本発明のリチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。   The shape of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Moreover, you may apply to the large sized thing used for an electric vehicle etc.

本発明のリチウムイオンキャパシタは、負極集電体に負極活物質として上述のチタン酸リチウム粉体による層を含む負極電極体、正極集電体に正極活物質層を設けた正極電極体、及び前記正極と前記負極との間に介在するリチウムイオンを含有した電解質を含む非水系電解液とを備えたリチウムイオンキャパシタである。   A lithium ion capacitor of the present invention includes a negative electrode body including a layer made of the above-described lithium titanate powder as a negative electrode active material in a negative electrode current collector, a positive electrode body in which a positive electrode current collector is provided with a positive electrode active material layer, and A lithium ion capacitor comprising a non-aqueous electrolyte solution containing an electrolyte containing lithium ions interposed between a positive electrode and the negative electrode.

リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオンを含有した電解質を含む非水系電解液を使用する蓄電素子であって、正極においては電気二重層キャパシタと同様の陰イオンの吸着・脱着による非ファラデー反応、負極においてはリチウムイオン電池と同様のリチウムイオンの吸蔵・放出によるファラデー反応によって充放電を行う蓄電素子である。リチウムイオンキャパシタは、正極では非ファラデー反応、負極ではファラデー反応による充放電を行うことによって、優れた出力特性と高いエネルギー密度を両立することができる。   A lithium ion capacitor is a storage element that uses a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte containing lithium ions. In the positive electrode, the non-Faraday reaction by adsorption / desorption of anions is the same as in an electric double layer capacitor. It is a power storage element that charges and discharges by a Faraday reaction by insertion and extraction of lithium ions similar to a lithium ion battery. A lithium ion capacitor can achieve both excellent output characteristics and high energy density by performing charge and discharge by a non-Faraday reaction at the positive electrode and a Faraday reaction at the negative electrode.

本発明のリチウムイオンキャパシタの正極は、例えば正極活物質、必要に応じて導電材及びバインダーを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状としたものを、正極集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて圧縮して形成することができる。   The positive electrode of the lithium ion capacitor of the present invention is prepared by, for example, mixing a positive electrode active material, a conductive material and a binder as necessary, and adding a suitable solvent to form a paste, which is applied to the surface of the positive electrode current collector and dried. If necessary, it can be compressed and formed.

正極活物質は、多孔質炭素材料が好ましく、具体的には活性炭が好ましい。正極活物質層における結着剤としては、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、などを使用することができる。   The positive electrode active material is preferably a porous carbon material, specifically activated carbon. As the binder in the positive electrode active material layer, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, styrene-butadiene copolymer, and the like can be used.

導電剤には、導電性炭素材料からなる導電性フィラーを混合することができる。このような導電性フィラーとしては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、気相成長炭素繊維、黒鉛、これらの混合物などが好ましい。   The conductive agent can be mixed with a conductive filler made of a conductive carbon material. As such a conductive filler, ketjen black, acetylene black, vapor grown carbon fiber, graphite, a mixture thereof and the like are preferable.

上記正極集電体上には、正極活物質層を塗布する前に予め、導電性フィラーと結着剤を含有する導電層を設け、正極電極体自身の抵抗を減少させることができる。該導電性フィラーとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、及びこれらの混合物などが好ましい。塗布方法を例示すれば、バーコート法、転写ロール法、Tダイ法、スクリーン印刷法などを挙げることができ、ペーストの物性と塗布厚に応じた塗布方法を適宜選択できる。   On the positive electrode current collector, a conductive layer containing a conductive filler and a binder can be provided in advance before applying the positive electrode active material layer, thereby reducing the resistance of the positive electrode body itself. As the conductive filler, acetylene black, ketjen black, vapor-grown carbon fiber, and a mixture thereof are preferable. Examples of the coating method include a bar coating method, a transfer roll method, a T-die method, a screen printing method, and the like, and a coating method according to the physical properties and coating thickness of the paste can be appropriately selected.

本発明のリチウムイオンキャパシタの負極は、例えば負極活物質として本発明のチタン酸リチウム、必要に応じて導電材及びバインダーを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状としたものを、負極集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて圧縮して形成することができる。   The negative electrode of the lithium ion capacitor of the present invention is obtained, for example, by mixing the lithium titanate of the present invention as a negative electrode active material, a conductive material and a binder as necessary, and adding a suitable solvent to form a paste, It can be applied to the surface of the body, dried and compressed as necessary.

バインダーは、正極と同様に、PVdF、PTFE、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体などを使用することができる。必要に応じて負極活物質より導電性の高い炭素質材料からなる導電性材を混合することができる。該導電性材としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、及びこれらの混合物を挙げることができる。負極活物質層を塗布する前に予め、負極集電体上に、導電性フィラーと結着剤を含有する導電層を設けることもできる。該導電性フィラーとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、及びこれらの混合物などが好ましい。   As the binder, PVdF, PTFE, fluororubber, styrene-butadiene copolymer and the like can be used as in the positive electrode. If necessary, a conductive material made of a carbonaceous material having higher conductivity than the negative electrode active material can be mixed. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, vapor grown carbon fiber, and mixtures thereof. Before applying the negative electrode active material layer, a conductive layer containing a conductive filler and a binder may be provided on the negative electrode current collector in advance. As the conductive filler, acetylene black, ketjen black, vapor-grown carbon fiber, and a mixture thereof are preferable.

成型された正極電極体及び負極電極体は、必要に応じてセパレータを介して積層又は捲回積層され、金属缶又はラミネートフィルムから形成された外装体内に挿入される。セパレータとしては、リチウムイオン二次電池に用いられるポリエチレン製の微多孔膜若しくはポリプロピレン製の微多孔膜又は電気二重層コンデンサで用いられるセルロース製の不織紙などを用いることができる。   The molded positive electrode body and negative electrode body are laminated or wound as needed via a separator and inserted into an outer package formed from a metal can or a laminated film. As the separator, a polyethylene microporous film or a polypropylene microporous film used in a lithium ion secondary battery, or a cellulose non-woven paper used in an electric double layer capacitor can be used.

外装体には、金属缶やラミネートフィルムが使用することができる。金属缶としては、アルミニウム製のもの、また、外装体に使用されるラミネートフィルムとしては、金属箔と樹脂フィルムを積層したフィルム(例えば外層樹脂フィルム/金属箔/内装樹脂フィルムからなる3層構成のもの)が例示される。外層樹脂フィルムは接触等により金属箔が損傷を受けることを防止するためのものであり、ナイロンやポリエステル等の樹脂が好適に使用できる。金属箔は水分やガスの透過を防ぐためのものであり、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔が好適に使用できる。また、内装樹脂フィルムは、内部に収納する電解液から金属箔を保護するとともに、ヒートシール時に溶融封口させるためのものであり、ポリオレフィン、酸変性ポリオレフィンが好適に使用できる。   A metal can or a laminate film can be used for the exterior body. The metal can is made of aluminum, and the laminate film used for the exterior body is a film in which a metal foil and a resin film are laminated (for example, a three-layer structure comprising an outer layer resin film / metal foil / interior resin film). Are). The outer layer resin film is for preventing the metal foil from being damaged by contact or the like, and a resin such as nylon or polyester can be suitably used. The metal foil is for preventing the permeation of moisture and gas, and foils of copper, aluminum, stainless steel, etc. can be suitably used. The interior resin film protects the metal foil from the electrolyte contained therein and melts and seals it at the time of heat sealing, and polyolefin and acid-modified polyolefin can be preferably used.

本発明のリチウムイオンキャパシタにおいて、電解質は、例えば、LiN(SO、LiBF、LiPFを挙げることができる。これらの電解室を溶解する非水系電解液の溶媒としては、炭酸エチレン(EC)、炭酸プロピレン(PC)に代表される環状炭酸エステル、炭酸ジエチル(DEC)、炭酸ジメチル(DMC)、炭酸エチルメチル(MEC)に代表される鎖状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン(γBL)などのラクトン類、及びこれらの混合溶媒を用いることができる。 In the lithium ion capacitor of the present invention, examples of the electrolyte include LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiBF 4 , and LiPF 6 . Solvents for non-aqueous electrolytes that dissolve these electrolytic chambers include cyclic carbonates represented by ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate. A chain carbonate represented by (MEC), lactones such as γ-butyrolactone (γBL), and a mixed solvent thereof can be used.

(粒子形状観察)
粒子形状は、日立ハイテクノロジー社製電子顕微鏡S−4700を用いて、無蒸着サンプルを加速電圧:5kV、ワーキングディスタンス:7.5mmの条件で観察した。観察倍率は、サンプルの凝集体の大きさ、形状が観察できる5000倍及び、サンプルの一次粒子表面が明確に観察できる倍率、1万倍〜10万倍の範囲で観察を行った。
(Particle shape observation)
The particle shape was observed using an electron microscope S-4700 manufactured by Hitachi High-Technology Co., Ltd. under conditions of an accelerating voltage: 5 kV and a working distance: 7.5 mm. The observation magnification was 5000 times at which the size and shape of the sample aggregates can be observed, and the magnification at which the primary particle surface of the sample can be clearly observed, and was observed in the range of 10,000 to 100,000 times.

(単相化率)
以下の条件にて、本発明の製造方法により得られたチタン酸リチウム粉体のパナリティカル社製X線回折装置(品番:X’Part−ProMPD)を用いて測定した。
測定条件
X線管球:Cu
加速電圧:45kV、電流値:40mA
スキャンスピード:0.104°/秒
光学系(入射側)
フィルター :Ni
マスク :15mm
発散スリット :0.5°
散乱防止スリット:1°
減衰板 :なし
光学系(受光側)
フィルター :Ni
ソーラースリット:0.04rad
散乱防止スリット:5.5mm
減衰板 :なし
受光スリット :なし
ディテクター :X’Celerator
その回折結果を解析ソフト「X’Part−HighScore Plus Ver.2」の準定量ソフト(パナリティカル社製)を用い、LiTi12、TiO(ルチル相)、LiTiOの3つの成分について解析した準定量値をもとに、以下の式より求めた値である。準定量とは、ICDDカードに記載のある準定量値(RIR=Reference Intensity Ratio:Al(コランダム)の最強線に対するカードの回折線の最強線の強度比)により定量を行う方法である。
単相化率=I/(I+I+I
LiTi12の準定量値:I,TiO(ルチル相) の準定量値:I
LiTiOの準定量値:I
(Single phase rate)
Under the following conditions, the lithium titanate powder obtained by the production method of the present invention was measured using an X-ray diffractometer (product number: X′Part-ProMPD) manufactured by Panalical.
Measurement conditions X-ray tube: Cu
Acceleration voltage: 45 kV, current value: 40 mA
Scanning speed: 0.104 ° / sec Optical system (incident side)
Filter: Ni
Mask: 15mm
Divergent slit: 0.5 °
Anti-scattering slit: 1 °
Attenuation plate: None Optical system (receiving side)
Filter: Ni
Solar slit: 0.04 rad
Anti-scattering slit: 5.5mm
Attenuator plate: None Receiving slit: None Detector: X'Celerator
The diffraction results were analyzed using the semi-quantitative software (manufactured by Panalical) of analysis software “X'Part-HighScore Plus Ver. 2”, and Li 3 Ti 5 O 12 , TiO 2 (rutile phase), and Li 2 TiO 3 3 Based on the quasi-quantitative values analyzed for the two components, the value is obtained from the following formula. The quasi-quantification is a method of performing quantification using a quasi-quantitative value (RIR = Reference Intensity Ratio: intensity ratio of the strongest line of the card diffraction line to the strongest line of Al 2 O 3 (corundum)) described in the ICDD card. .
Single phase conversion rate = I A / (I A + I B + I C )
Quasi-quantitative value of Li 4 Ti 5 O 12 : I A , Quasi-quantitative value of TiO 2 (rutile phase): I B ,
Semi-quantitative value of Li 2 TiO 3 : I C

(比表面積の測定方法)
BET法により測定した。前処理の脱気条件は110℃、30分とした。
(Measurement method of specific surface area)
It was measured by the BET method. The degassing conditions for the pretreatment were 110 ° C. and 30 minutes.

(粒径測定)
チタン酸リチウム粉体の粒度分布は、前記SEM観察像(倍率:1万倍〜10万倍)より測定した。炭酸リチウムの粒度分布(平均粒径D50(体積積算粒度分布における積算粒度で50%の粒径)は、粒度分布測定装置 LA-920(株式会社堀場製作所製)を用い、100%エタノールに測定試料を投入し、LA-920内蔵の超音波分散装置(出力30W−レンジ5)にて、3分間分散処理した上で測定した。
(Particle size measurement)
The particle size distribution of the lithium titanate powder was measured from the SEM observation image (magnification: 10,000 to 100,000 times). The particle size distribution of lithium carbonate (average particle size D50 (50% particle size in the cumulative particle size distribution) is measured with 100% ethanol using a particle size distribution analyzer LA-920 (manufactured by Horiba, Ltd.). Was measured using an ultrasonic dispersion apparatus (output 30 W—range 5) with built-in LA-920 for 3 minutes.

リチウム二次電池特性の評価方法
(コインセル作製)
チタン酸リチウム凝集体95重量部とケッチェンブラック5重量部およびポリフッ化ビニリデン5重量部を混合後、N−メチル−2−ピロリドンを固形分濃度45%となるように添加し、ハンディーミキサーにより10分間混練してペーストを作製した。次に、得られたペーストをアルミ箔表面にドクターブレード法により塗布した。この塗膜を80℃で一晩真空乾燥した後、1.5cmの円形に打ち抜いた。打ち抜いた塗膜は、64MPaの圧力でプレスした。
Evaluation method of lithium secondary battery characteristics (coin cell fabrication)
After mixing 95 parts by weight of lithium titanate aggregates, 5 parts by weight of ketjen black and 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride, N-methyl-2-pyrrolidone was added to a solid content concentration of 45%, and 10 times with a handy mixer. A paste was prepared by kneading for a minute. Next, the obtained paste was applied to the surface of the aluminum foil by a doctor blade method. This coating film was vacuum-dried overnight at 80 ° C., and then punched into a 1.5 cm 2 circle. The punched coating film was pressed at a pressure of 64 MPa.

図1に示すコインセル10を作製した。電極1には、上記のチタン酸リチウム粉体のプレス品、対極2には金属Li板、電解液3には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの1:1(体積比)混合液にLiPFを1mol/Lの割合で溶かしたもの、セパレータ4にはセルガード社製セルガード#2400を使用した。電極1、対極2、電解液3、セパレータ4をコイン缶5に設置後、ガスケット6をコイン缶外周部に取り付け、缶蓋部7を載せて外周部をカシメ、密封してコインセル10とした。コインセル10のすべての組み立て作業は、露点を−80℃以下に管理したアルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。 A coin cell 10 shown in FIG. 1 was produced. The electrode 1 is a pressed product of the above lithium titanate powder, the counter electrode 2 is a metal Li plate, and the electrolyte 3 is 1 mol of LiPF 6 in a 1: 1 (volume ratio) mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate. Celgard # 2400 manufactured by Celgard was used for the separator 4 dissolved at a ratio of / L. After the electrode 1, the counter electrode 2, the electrolyte 3, and the separator 4 were installed in the coin can 5, the gasket 6 was attached to the outer periphery of the coin can, the can lid portion 7 was placed, the outer periphery was caulked and sealed to form a coin cell 10. All the assembly operations of the coin cell 10 were performed in a glove box in an argon atmosphere in which the dew point was controlled to −80 ° C. or lower.

(充放電特性の評価方法)
充放電特性の評価は、30℃の恒温槽内に設置したホルダーにコインセル10をセットし、北斗電工社製充放電装置HJ1001SDを用いて測定した。初めに、チタン酸リチウム凝集体1g当たり17.5mAの電流(0.1C)を流して、電圧1.0Vとなるまで放電させて、さらに1.0Vで6時間保持して充分に放電させる(初期放電)。
(Evaluation method of charge / discharge characteristics)
The charge / discharge characteristics were evaluated using a charge / discharge device HJ1001SD manufactured by Hokuto Denko Corporation with the coin cell 10 set in a holder installed in a thermostat at 30 ° C. First, a current (0.1 C) of 17.5 mA per 1 g of lithium titanate aggregate is supplied and discharged until the voltage reaches 1.0 V, and further maintained by holding at 1.0 V for 6 hours to sufficiently discharge ( Initial discharge).

次に、0.1Cの電流で2.0Vまで充電した後、再び0.1Cで1.0Vまで放電させる。このとき、放電時に流れた電流量を積算し、チタン酸リチウム1g当たりの電気量に換算した値を0.1C時の電気容量とする。0.1Cの電流値による電気容量測定を3回繰り返した後に、チタン酸リチウム凝集体1g当たり175mA(1C)、350mA(2C)、875mA(5C)、1.75A(10C)の電流値で充放電をそれぞれ5回ずつ繰り返してそのときの電気容量を測定する。10Cの電気容量の5つの測定値を平均して代表値とし評価した。なお、表1〜表4では、比較例1の測定値を100とし、それぞれの測定値を測定した。   Next, after charging to 2.0 V with a current of 0.1 C, the battery is discharged again to 1.0 V at 0.1 C. At this time, the amount of current flowing at the time of discharging is integrated, and the value converted to the amount of electricity per 1 g of lithium titanate is defined as the electric capacity at 0.1 C. After repeating the capacitance measurement with a current value of 0.1 C three times, the battery was charged with current values of 175 mA (1 C), 350 mA (2 C), 875 mA (5 C), and 1.75 A (10 C) per gram of lithium titanate aggregate. The discharge is repeated 5 times, and the electric capacity at that time is measured. Five measured values of 10 C electric capacity were averaged and evaluated as representative values. In Tables 1 to 4, the measurement value of Comparative Example 1 was set to 100, and each measurement value was measured.

[実施例1]
純度99.5%の炭酸リチウム粉末(関東化学(株)製)194g(原料のLiモル数を100とした場合のLiモル比90)と純度99.0%の水酸化リチウム・一水和物(関東化学(株)製)24.4g(同Liモル比10)を秤量し、ナイロン製10Lボールミル中に投入した。直径3mmジルコニア製ボール4.8kg、直径1.5mmジルコニア製ボール3.2kgと純水2kgを添加した後、ボールミルにより20時間混合、粉砕を行った。粉砕後の炭酸リチウムの平均粒径は1.1μmであった。このスラリーに、純度99.9%の酸化チタン粉末(東邦チタニウム(株)製,比表面積30m/g)582gと分散剤(花王(株)製、ポアズ532A)40g、純水1.2kgを添加し、さらに8時間の粉砕、混合を行った後にスラリーを回収した。得られたスラリーの粒度分布は炭酸リチウムと酸化チタンのダブルピークとなるが、炭酸リチウムに起因するピークの平均粒径は0.89μmであった。得られたスラリーを、スプレードライヤー(ヤマト科学(株)製、GB210−B)を用いて220℃の熱風により噴霧造粒し、球状の造粒混合粉を得た。次にこの混合粉をアルミナ製のサヤに入れ、昇温速度0.5℃/分で800℃まで昇温した後に800℃で4時間焼成し、降温速度1℃/分で室温まで冷却し、チタン酸リチウム凝集体を得た。
[Example 1]
194 g of lithium carbonate powder with a purity of 99.5% (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) (Li molar ratio 90 when the number of Li moles of the raw material is 100) and lithium hydroxide monohydrate with a purity of 99.0% 24.4 g (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) (the same Li molar ratio: 10) was weighed and put into a nylon 10 L ball mill. After adding 4.8 kg of 3 mm diameter zirconia balls, 3.2 kg of 1.5 mm diameter zirconia balls and 2 kg of pure water, they were mixed and pulverized by a ball mill for 20 hours. The average particle size of the lithium carbonate after pulverization was 1.1 μm. To this slurry was added 582 g of a titanium oxide powder having a purity of 99.9% (manufactured by Toho Titanium Co., Ltd., specific surface area 30 m 2 / g), 40 g of a dispersant (manufactured by Kao Corporation, Poaz 532A), and 1.2 kg of pure water. The slurry was recovered after adding and further grinding and mixing for 8 hours. The particle size distribution of the resulting slurry was a double peak of lithium carbonate and titanium oxide, but the average particle size of the peak attributed to lithium carbonate was 0.89 μm. The obtained slurry was spray-granulated with hot air at 220 ° C. using a spray dryer (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., GB210-B) to obtain a spherical granulated mixed powder. Next, the mixed powder is put in an alumina sheath, heated to 800 ° C. at a temperature rising rate of 0.5 ° C./min, fired at 800 ° C. for 4 hours, cooled to room temperature at a temperature decreasing rate of 1 ° C./min, Lithium titanate aggregates were obtained.

得られたチタン酸リチウム凝集体は、X線回折測定の結果、LiTi12が主成分であり、窒素吸着を用いたBET法による比表面積は6.1m/g、単相化率は95%であった。 As a result of X-ray diffraction measurement, the obtained lithium titanate aggregate was mainly composed of Li 4 Ti 5 O 12 , and the specific surface area by the BET method using nitrogen adsorption was 6.1 m 2 / g, and was made into a single phase. The rate was 95%.

[比較例1]
純度99.5%の炭酸リチウム粉末(関東化学(株)製)216gと純度99.9%の酸化チタン粉末(東邦チタニウム(株)製,比表面積30m/g)584gと分散剤(花王(株)製、ポアズ532A)40g、純水3.2kgを同時に添加し、ボールミルで8時間混合したこと、焼成温度を850℃、焼成時間を4時間としたこと以外は、実施例1と同じ方法によってチタン酸リチウム粉末を作製した。
[Comparative Example 1]
216 g of 99.5% pure lithium carbonate powder (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), 584 g of titanium oxide powder (99.9% pure, manufactured by Toho Titanium Co., Ltd., specific surface area 30 m 2 / g) and a dispersant (Kao ( Co., Ltd., Poise 532A) 40 g and pure water 3.2 kg were added simultaneously and mixed for 8 hours by a ball mill, the same method as in Example 1 except that the firing temperature was 850 ° C. and the firing time was 4 hours. Thus, lithium titanate powder was prepared.

混合後、スラリー中の炭酸リチウムの平均粒径は2.7μm、得られたチタン酸リチウムの比表面積は4.5m/g、単相化率は92%であった。 After mixing, the average particle size of lithium carbonate in the slurry was 2.7 μm, the specific surface area of the obtained lithium titanate was 4.5 m 2 / g, and the single phase conversion rate was 92%.

[実施例2]
純度99.5%の炭酸リチウム粉末(関東化学(株)製)10.6g(Liモル比5)、純度99.0%の水酸化リチウム・一水和物(関東化学(株)製)225g(Liモル比95)を秤量し、ナイロン製10Lボールミル中に投入した。直径3mmジルコニア製ボール4.8kg、直径1.5mmジルコニア製ボール3.2kgと純水2kgを添加した後、ボールミルにより20時間混合、粉砕を行った。粉砕後の炭酸リチウムの平均粒径は0.65μmであった。このスラリーに、純度99.9%の酸化チタン粉末(東邦チタニウム(株)製,比表面積30m/g)565gと分散剤(花王(株)製、ポアズ532A)40g、純水1.2kgを添加し、さらに8時間の粉砕、混合を行った後にスラリーを回収した。得られたスラリーの粒度分布は炭酸リチウムと酸化チタンのダブルピークとなるが、炭酸リチウムに起因するピークの平均粒径は0.48μmであった。得られたスラリーを、スプレードライヤー(ヤマト科学(株)製、GB210−B)を用いて220℃の熱風により噴霧造粒し、球状の造粒混合粉を得た。次にこの混合粉をアルミナ製のサヤに入れ、昇温速度0.5℃/分で800℃まで昇温した後に800℃で4時間焼成し、降温速度1℃/分で室温まで冷却し、チタン酸リチウム凝集体を得た。
[Example 2]
Lithium carbonate powder with a purity of 99.5% (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 10.6 g (Li molar ratio 5), lithium hydroxide monohydrate with a purity of 99.0% (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 225 g (Li molar ratio 95) was weighed and put into a nylon 10L ball mill. After adding 4.8 kg of 3 mm diameter zirconia balls, 3.2 kg of 1.5 mm diameter zirconia balls and 2 kg of pure water, they were mixed and pulverized by a ball mill for 20 hours. The average particle size of the lithium carbonate after pulverization was 0.65 μm. To this slurry, 565 g of 99.9% pure titanium oxide powder (manufactured by Toho Titanium Co., Ltd., specific surface area 30 m 2 / g), 40 g of a dispersant (Kao Co., Ltd., Poaz 532A), and 1.2 kg of pure water were added. The slurry was recovered after adding and further grinding and mixing for 8 hours. The particle size distribution of the resulting slurry was a double peak of lithium carbonate and titanium oxide, but the average particle size of the peak attributed to lithium carbonate was 0.48 μm. The obtained slurry was spray-granulated with hot air at 220 ° C. using a spray dryer (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., GB210-B) to obtain a spherical granulated mixed powder. Next, the mixed powder is put in an alumina sheath, heated to 800 ° C. at a temperature rising rate of 0.5 ° C./min, fired at 800 ° C. for 4 hours, cooled to room temperature at a temperature decreasing rate of 1 ° C./min, Lithium titanate aggregates were obtained.

得られたチタン酸リチウム凝集体は、X線回折測定の結果、LiTi12が主成分であり、窒素吸着を用いたBET法による比表面積は6.5m/g、単相化率は93%であった。 As a result of X-ray diffraction measurement, the obtained lithium titanate aggregate is mainly composed of Li 4 Ti 5 O 12 and has a specific surface area of 6.5 m 2 / g by BET method using nitrogen adsorption. The rate was 93%.

[実施例3]
純度99.9%の酸化チタン粉末(東邦チタニウム(株)製,比表面積30m/g)12.26kg、純度99.5%の炭酸リチウム粉末(関東化学(株)製)2.28kg(Liモル比50)、純度99.0%の水酸化リチウム・一水和物(関東化学(株)製)2.57kg(Liモル比50)、分散剤(花王(株)製、ポアズ532A)800gを秤量し、アルミナ内張型200Lボールミル中に投入した。直径3mmジルコニア製ボール120kg、直径1.5mmジルコニア製ボール80kgと純水80kgを添加した後、ボールミルにより25時間混合、粉砕を行った。得られたスラリーの粒度分布は炭酸リチウムと酸化チタンのダブルピークとなるが、炭酸リチウムに起因するピークの平均粒径は0.23μmであった。得られたスラリーを、スプレードライヤー(藤崎電気(株)製、MDP−050)を用いて220℃の熱風により噴霧造粒し、球状の造粒混合粉を得た。次にこの混合粉をアルミナ製のサヤに入れ、昇温速度0.8℃/分で800℃まで昇温した後に800℃で5時間焼成し、降温速度1℃/分で室温まで冷却し、チタン酸リチウム凝集体を得た。
[Example 3]
Titanium oxide powder with a purity of 99.9% (manufactured by Toho Titanium Co., Ltd., specific surface area 30 m 2 / g) 12.26 kg, lithium carbonate powder with a purity of 99.5% (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 2.28 kg (Li Molar ratio 50), purity 99.0% lithium hydroxide monohydrate (Kanto Chemical Co., Ltd.) 2.57 kg (Li molar ratio 50), dispersant (Kao Co., Ltd., Poaz 532A) 800 g Were weighed and put into an alumina-lined 200 L ball mill. After adding 120 kg of zirconia balls having a diameter of 3 mm, 80 kg of zirconia balls having a diameter of 1.5 mm and 80 kg of pure water, they were mixed and pulverized by a ball mill for 25 hours. The particle size distribution of the obtained slurry was a double peak of lithium carbonate and titanium oxide, but the average particle size of the peak attributed to lithium carbonate was 0.23 μm. The obtained slurry was spray-granulated with hot air at 220 ° C. using a spray dryer (manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd., MDP-050) to obtain a spherical granulated mixed powder. Next, this mixed powder is put in an alumina sheath, heated to 800 ° C. at a heating rate of 0.8 ° C./min, fired at 800 ° C. for 5 hours, cooled to room temperature at a cooling rate of 1 ° C./min, Lithium titanate aggregates were obtained.

得られたチタン酸リチウム凝集体は、X線回折測定の結果、LiTi12が主成分であり、窒素吸着を用いたBET法による比表面積は5.8m/g、単相化率は94%であった。 As a result of X-ray diffraction measurement, the obtained lithium titanate aggregate is mainly composed of Li 4 Ti 5 O 12 and has a specific surface area of 5.8 m 2 / g by BET method using nitrogen adsorption. The rate was 94%.

[実施例4]
純度99.5%の炭酸リチウム粉末(関東化学(株)製)13.5g(Liモル比51)、純度99.0%の水酸化リチウム・一水和物(関東化学(株)製)14.8g(Liモル比49)を秤量し、ナイロン製1Lボールミル中に投入した。直径3mmジルコニア製ボール600g、直径1.5mmジルコニア製ボール400gと純水250gを添加した後、ボールミルにより20時間混合、粉砕を行った。粉砕後の炭酸リチウムの平均粒径は0.89μmであった。このスラリーに、純度99.9%の酸化チタン粉末(東邦チタニウム(株)製,比表面積5m/g)71.7gと分散剤(花王(株)製、ポアズ532A)5g、純水150gを添加し、さらに8時間の粉砕、混合を行った後にスラリーを回収した。得られたスラリーの粒度分布は炭酸リチウムと酸化チタンのダブルピークとなるが、炭酸リチウムに起因するピークの平均粒径は0.75μmであった。得られたスラリーを、スプレードライヤー(ヤマト科学(株)製、GB210−B)を用いて220℃の熱風により噴霧造粒し、球状の造粒混合粉を得た。次にこの混合粉をアルミナ製のサヤに入れ、昇温速度0.5℃/分で850℃まで昇温した後に850℃で4時間焼成し、降温速度1℃/分で室温まで冷却し、チタン酸リチウム凝集体を得た。
[Example 4]
93.5% purity lithium carbonate powder (Kanto Chemical Co., Ltd.) 13.5 g (Li molar ratio 51), purity 99.0% lithium hydroxide monohydrate (Kanto Chemical Co., Ltd.) 14 0.8 g (Li molar ratio 49) was weighed and placed in a nylon 1 L ball mill. After adding 600 g of zirconia balls having a diameter of 3 mm, 400 g of zirconia balls having a diameter of 1.5 mm and 250 g of pure water, they were mixed and pulverized by a ball mill for 20 hours. The average particle size of the lithium carbonate after pulverization was 0.89 μm. To this slurry, 71.7 g of 99.9% pure titanium oxide powder (manufactured by Toho Titanium Co., Ltd., specific surface area 5 m 2 / g), 5 g of a dispersant (manufactured by Kao Corporation, Poaz 532A), and 150 g of pure water were added. The slurry was recovered after adding and further grinding and mixing for 8 hours. The particle size distribution of the obtained slurry was a double peak of lithium carbonate and titanium oxide, but the average particle size of the peak attributed to lithium carbonate was 0.75 μm. The obtained slurry was spray-granulated with hot air at 220 ° C. using a spray dryer (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., GB210-B) to obtain a spherical granulated mixed powder. Next, this mixed powder is put in an alumina sheath, heated to 850 ° C. at a heating rate of 0.5 ° C./min, fired at 850 ° C. for 4 hours, cooled to room temperature at a cooling rate of 1 ° C./min, Lithium titanate aggregates were obtained.

得られたチタン酸リチウム凝集体は、X線回折測定の結果、LiTi12が主成分であり、窒素吸着を用いたBET法による比表面積は4.0m/g、単相化率は94%であった。 As a result of X-ray diffraction measurement, the obtained lithium titanate aggregate is mainly composed of Li 4 Ti 5 O 12 and has a specific surface area of 4.0 m 2 / g according to the BET method using nitrogen adsorption. The rate was 94%.

[比較例2]
純度99.9%の酸化チタン粉末(東邦チタニウム(株)製,比表面積5m/g)73g、純度99.5%の炭酸リチウム粉末(関東化学(株)製)27g、分散剤(花王(株)製、ポアズ532A)5gを秤量し、ナイロン製1Lボールミル中に投入した。ジルコニア製ボール1kgと純水400gを添加した後、ボールミルにより8時間混合を行った後にスラリーを回収した。得られたスラリーの粒度分布は炭酸リチウムと酸化チタンのダブルピークとなるが、炭酸リチウムに起因するピークの平均粒径は1.4μmであった。得られたスラリーを110℃の乾燥器内でバット乾燥によって乾燥した後、解砕、200μmメッシュの篩によって篩別し混合粉を得た。次にこの混合粉をアルミナ製のサヤに入れ、昇温速度0.5℃/分で900℃まで昇温した後に900℃で4時間焼成し、降温速度1℃/分で室温まで冷却し、チタン酸リチウム凝集体を得た。
[Comparative Example 2]
Titanium oxide powder with a purity of 99.9% (manufactured by Toho Titanium Co., Ltd., specific surface area 5 m 2 / g), 73 g of lithium carbonate powder with a purity of 99.5% (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), dispersant (Kao ( Co., Ltd., Poaz 532A) 5 g was weighed and placed in a nylon 1 L ball mill. After adding 1 kg of zirconia balls and 400 g of pure water, the mixture was mixed by a ball mill for 8 hours, and then the slurry was collected. The particle size distribution of the resulting slurry was a double peak of lithium carbonate and titanium oxide, but the average particle size of the peak attributed to lithium carbonate was 1.4 μm. The obtained slurry was dried by vat drying in a dryer at 110 ° C., and then crushed and sieved with a 200 μm mesh sieve to obtain a mixed powder. Next, this mixed powder is put in an alumina sheath, heated to 900 ° C. at a heating rate of 0.5 ° C./min, then fired at 900 ° C. for 4 hours, cooled to room temperature at a cooling rate of 1 ° C./min, Lithium titanate aggregates were obtained.

得られたチタン酸リチウム凝集体は、X線回折測定の結果、LiTi12が主成分であり、窒素吸着を用いたBET法による比表面積は2.4m/g、単相化率は91%であった。 As a result of X-ray diffraction measurement, the obtained lithium titanate aggregate is mainly composed of Li 4 Ti 5 O 12 and has a specific surface area of 2.4 m 2 / g according to the BET method using nitrogen adsorption. The rate was 91%.

[実施例5]
実施例4で、比表面積40m/gの酸化チタン粉末を用いたこと以外は、実施例4と同じ方法によって酸化チタンリチウム化合物のスラリーを作製した。得られたスラリーの粒度分布は炭酸リチウムと酸化チタンのダブルピークとなるが、炭酸リチウムに起因するピークの平均粒径は0.68μmであった。得られたスラリーを、スプレードライヤー(ヤマト科学(株)製、GB210−B)を用いて220℃の熱風により噴霧造粒し、球状の造粒混合粉を得た。次にこの混合粉をアルミナ製のサヤに入れ、昇温速度0.5℃/分で800℃まで昇温した後に800℃で5時間焼成し、降温速度1℃/分で室温まで冷却し、チタン酸リチウム凝集体を得た。得られたチタン酸リチウム凝集体の比表面積は6.5m/g、単相化率は94%であった。
[Example 5]
A slurry of a titanium oxide lithium compound was produced in the same manner as in Example 4 except that titanium oxide powder having a specific surface area of 40 m 2 / g was used in Example 4. The particle size distribution of the resulting slurry was a double peak of lithium carbonate and titanium oxide, but the average particle size of the peak attributed to lithium carbonate was 0.68 μm. The obtained slurry was spray-granulated with hot air at 220 ° C. using a spray dryer (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., GB210-B) to obtain a spherical granulated mixed powder. Next, this mixed powder is put in an alumina-made sheath, heated to 800 ° C. at a heating rate of 0.5 ° C./min, then fired at 800 ° C. for 5 hours, cooled to room temperature at a cooling rate of 1 ° C./min, Lithium titanate aggregates were obtained. The obtained lithium titanate aggregate had a specific surface area of 6.5 m 2 / g and a single phase conversion rate of 94%.

[比較例3]
実施例5の炭酸リチウム、水酸化リチウムと酸化チタンを同時に添加し、ボールミルで8時間混合したこと、焼成温度を850℃、焼成時間を4時間としたこと以外は、実施例5と同じ方法によってチタン酸リチウム粉末を作製した。
[Comparative Example 3]
According to the same method as in Example 5, except that lithium carbonate, lithium hydroxide and titanium oxide of Example 5 were simultaneously added and mixed for 8 hours by a ball mill, the firing temperature was 850 ° C., and the firing time was 4 hours. A lithium titanate powder was prepared.

混合・粉砕後のスラリー中の炭酸リチウムの平均粒径は2.3μm、得られたチタン酸リチウムは比表面積は3.7m/g、単相化率は92%であった。 The average particle diameter of lithium carbonate in the slurry after mixing and pulverization was 2.3 μm, and the obtained lithium titanate had a specific surface area of 3.7 m 2 / g and a single phase conversion rate of 92%.

[比較例4]
純度99.9%の酸化チタン粉末(東邦チタニウム(株)製,比表面積40m/g)70.4g、純度99.0%の水酸化リチウム・一水和物(関東化学(株)製)29.6g、分散剤(花王(株)製、ポアズ532A)5gを秤量し、ナイロン製1Lボールミル中に投入した。直径3mmジルコニア製ボール600g、直径1.5mmジルコニア製ボール400gと純水400gを添加した後、ボールミルにより28時間混合を行った後にスラリーを回収した。得られた酸化チタン粉末のリチウム化合物のスラリーの粒度分布は酸化チタンのピークのみであった。得られたスラリーを、スプレードライヤー(ヤマト科学(株)製、GB210−B)を用いて220℃の熱風により噴霧造粒し、球状の造粒混合粉を得た。次にこの混合粉をアルミナ製のサヤに入れ、昇温速度0.5℃/分で800℃まで昇温した後に800℃で5時間焼成し、降温速度1℃/分で室温まで冷却し、チタン酸リチウム凝集体を得た。得られたチタン酸リチウム凝集体の比表面積は2.1m/g、単相化率は90%であった。
[Comparative Example 4]
Titanium oxide powder with a purity of 99.9% (manufactured by Toho Titanium Co., Ltd., specific surface area 40 m 2 / g) 70.4 g, lithium hydroxide monohydrate with a purity of 99.0% (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 29.6 g and 5 g of a dispersant (manufactured by Kao Corporation, Poaz 532A) were weighed and put into a 1 L ball mill made of nylon. After adding 600 g of zirconia balls having a diameter of 3 mm, 400 g of zirconia balls having a diameter of 1.5 mm and 400 g of pure water, the slurry was collected after mixing for 28 hours by a ball mill. The particle size distribution of the lithium compound slurry of the obtained titanium oxide powder was only the peak of titanium oxide. The obtained slurry was spray-granulated with hot air at 220 ° C. using a spray dryer (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., GB210-B) to obtain a spherical granulated mixed powder. Next, this mixed powder is put in an alumina-made sheath, heated to 800 ° C. at a heating rate of 0.5 ° C./min, then fired at 800 ° C. for 5 hours, cooled to room temperature at a cooling rate of 1 ° C./min, Lithium titanate aggregates were obtained. The obtained lithium titanate aggregate had a specific surface area of 2.1 m 2 / g and a single phase conversion rate of 90%.

[比較例5]
実施例4で、比表面積2m/gの酸化チタン粉末を用いたこと、焼成条件を900℃、6時間としたこと以外は、実施例4と同じ方法によってチタン酸リチウム粉末を作製した。
[Comparative Example 5]
A lithium titanate powder was produced in the same manner as in Example 4 except that titanium oxide powder having a specific surface area of 2 m 2 / g was used in Example 4 and the firing conditions were 900 ° C. and 6 hours.

スラリー回収後の炭酸リチウムに起因するピークの平均粒径は0.95μmであった。得られたチタン酸リチウム粉体の比表面積は1.7m/g、単相化率は93%であった。 The average particle diameter of the peak due to lithium carbonate after the slurry was recovered was 0.95 μm. The specific surface area of the obtained lithium titanate powder was 1.7 m 2 / g, and the single phase conversion rate was 93%.

[比較例6]
純度99.5%の炭酸リチウム粉末(関東化学(株)製)216g、水酸化リチウム・一水和物を添加しなかったこと以外は、実施例1と同じ方法によってチタン酸リチウム粉末を作製した。
[Comparative Example 6]
A lithium titanate powder was produced in the same manner as in Example 1 except that 216 g of lithium carbonate powder with a purity of 99.5% (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and lithium hydroxide monohydrate were not added. .

混合後、スラリー中の炭酸リチウムの平均粒径は0.86μm、得られたチタン酸リチウムの比表面積は5.5m/g、単相化率は94%であった。 After mixing, the average particle size of lithium carbonate in the slurry was 0.86 μm, the specific surface area of the obtained lithium titanate was 5.5 m 2 / g, and the single phase conversion rate was 94%.

また、比較例1のチタン酸リチウム粉体を用いてコインセルを作製し、電流密度10Cで測定した際の電気容量を100とした場合の各実施例および比較例の電気容量の比率も表1に併記する。   Table 1 also shows the ratios of the electric capacities of the examples and the comparative examples when a coin cell is manufactured using the lithium titanate powder of Comparative Example 1 and the electric capacity when measured at a current density of 10 C is 100. It is written together.

Figure 0005968712
Figure 0005968712

表1に示すように、本発明の範囲内である実施例1〜5は、単相化率がいずれも93%以上でありかつ電気容量比が110以上という良好な結果を示した。一方、水酸化リチウムを含まず炭酸リチウム粒径が大きい比較例1および2、炭酸リチウム粒径が大きい比較例3、炭酸リチウムを含まない比較例4、炭酸リチウム粒径が大きくチタン原料比表面積が小さい比較例5、水酸化リチウムを含まない比較例6は、電気容量比率が小さいという結果であった。   As shown in Table 1, Examples 1 to 5 within the scope of the present invention showed good results that the single phase conversion ratio was 93% or more and the capacitance ratio was 110 or more. On the other hand, Comparative Examples 1 and 2 having no lithium hydroxide and a large lithium carbonate particle size, Comparative Example 3 having a large lithium carbonate particle size, Comparative Example 4 not containing lithium carbonate, a large lithium carbonate particle size and a titanium raw material specific surface area The small comparative example 5 and the comparative example 6 which does not contain lithium hydroxide resulted in a small electric capacity ratio.

急速充放電時の電気容量を維持することができるリチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタの製造に有望である。   It is promising for the production of lithium ion secondary batteries and lithium ion capacitors that can maintain the electric capacity during rapid charge and discharge.

1…電極
2…対極
3…電解液
4…セパレータ
5…コイン缶
6…ガスケット
7…缶蓋部
10…コインセル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode 2 ... Counter electrode 3 ... Electrolytic solution 4 ... Separator 5 ... Coin can 6 ... Gasket 7 ... Can lid part 10 ... Coin cell

Claims (3)

酸化チタン、メタチタン酸、オルトチタン酸、あるいはこれらの混合物から選ばれるBET比表面積5m/g以上のチタン原料と、水酸化リチウムと炭酸リチウムを含み、前記水酸化リチウムと炭酸リチウムの混合比が、水酸化リチウムと炭酸リチウムの合計のLi量を100とした場合、Liモル比で水酸化リチウム:炭酸リチウム=95:5〜10:90であるリチウム原料とを混合後、焼成する酸化チタンリチウム粉体の製造方法であって、焼成前の前記炭酸リチウムの平均粒径が1.0μm以下であることを特徴とするチタン酸リチウム粉体の製造方法。 A titanium raw material having a BET specific surface area of 5 m 2 / g or more selected from titanium oxide, metatitanic acid, orthotitanic acid, or a mixture thereof, and lithium hydroxide and lithium carbonate, wherein the mixing ratio of the lithium hydroxide and lithium carbonate is When the total amount of Li of lithium hydroxide and lithium carbonate is 100, lithium titanium oxide to be fired after mixing with a lithium raw material having a lithium molar ratio of lithium hydroxide: lithium carbonate = 95: 5 to 10:90 A method for producing a lithium titanate powder, wherein the lithium carbonate has an average particle size of 1.0 μm or less before firing. 前記チタン原料と前記リチウム原料を水と混合後、粉砕、造粒乾燥することを特徴とする請求項1に記載のチタン酸リチウム粉体の製造方法。   The method for producing a lithium titanate powder according to claim 1, wherein the titanium raw material and the lithium raw material are mixed with water, and then pulverized and granulated and dried. 前記チタン原料が酸化チタンであることを特徴とする請求項1または2に記載のチタン酸リチウム粉体の製造方法。   The method for producing a lithium titanate powder according to claim 1 or 2, wherein the titanium raw material is titanium oxide.
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