JP6008610B2 - Positive electrode material for secondary battery and secondary battery using the positive electrode material - Google Patents

Positive electrode material for secondary battery and secondary battery using the positive electrode material Download PDF

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Description

本発明は、充放電容量、サイクル特性に優れた正極材および該正極材を用いた二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode material excellent in charge / discharge capacity and cycle characteristics and a secondary battery using the positive electrode material.

リチウムイオン電池用正極活物質として、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム及びマンガン酸リチウムなどが一部実用化され、高性能化を目指して研究・開発が進められている。   As a positive electrode active material for lithium ion batteries, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, etc. have been put into practical use, and research and development are being promoted aiming at high performance.

これらのうち、コバルト酸リチウムは原料のコバルトが高価であり、また実効蓄電量が理論量の約50%しかないと言う問題がある。またニッケル酸リチウムは安価で実効蓄電量がコバルト酸リチウムの約1.4倍もあり注目されているが、合成が困難であり、安全性にも問題がある。一方、マンガン酸リチウムは、実効蓄電量がコバルト酸リチウムより若干劣るものの、原料のマンガンが安価なことと、保存性や安全性がコバルト酸リチウムと同等であるので、リチウムイオン電池用正極活物質として期待されている。   Among these, lithium cobaltate has a problem that the raw material cobalt is expensive and the effective storage amount is only about 50% of the theoretical amount. Lithium nickelate is also attracting attention because it is inexpensive and has an effective storage capacity that is about 1.4 times that of lithium cobaltate. However, it is difficult to synthesize and has a problem with safety. On the other hand, although lithium manganate has a slightly lower effective storage capacity than lithium cobaltate, the raw material manganese is cheaper, and its preservability and safety are equivalent to lithium cobaltate. As expected.

これらの正極活物質は微粒子状のものを、グラファイトなどの炭素系導電剤及びバインダーと共に有機溶剤に混合してペースト状合剤とし、これを15〜20μmのアルミ箔に均一な厚さに塗布して使用される。次いで、乾燥後合剤の密度を高くし、かつに電極の厚さを均一にするためにプレス機で圧縮して電池用正極が製造される。この正極が負極、セパレーターなどと共に電池用容器に装填され電池が構成されるが、一定容積の電池中にできるだけ多くの正極材が充填されることが充電容量又は放電容量などの電池性能を向上させる意味で好ましい。このためには、合剤中の正極活物質の量を多くすれば良いが、合剤中に配合し得る正極活物質の量にも制限がある。   These positive electrode active materials are mixed in an organic solvent together with a carbon-based conductive agent such as graphite and a binder into a paste mixture, and this is applied to a 15-20 μm aluminum foil to a uniform thickness. Used. Then, after drying, the density of the mixture is increased, and in order to make the thickness of the electrode uniform, the mixture is compressed with a press to produce a positive electrode for a battery. This positive electrode is loaded into a battery container together with a negative electrode, a separator, etc., and the battery is configured. However, filling as much positive electrode material as possible into a certain volume of battery improves battery performance such as charge capacity or discharge capacity. Preferred in terms. For this purpose, the amount of the positive electrode active material in the mixture may be increased, but the amount of the positive electrode active material that can be blended in the mixture is also limited.

そこで、できるだけ緻密な微粒子の正極活物質を用いることで充填密度を高め、単位体積当たりに充填される正極活物質の重量が多くして、放電容量の高い電池を得ることが試みられている。このように、正極活物質としては重量当たりの放電容量と同時に、体積当たりの放電容量(重量当たりの放電容量×正極活物質微粒子の充填密度)の高いことも正極活物質の重要な因子である。   Therefore, attempts have been made to obtain a battery having a high discharge capacity by increasing the packing density by using a fine particle positive electrode active material as dense as possible and increasing the weight of the positive electrode active material filled per unit volume. Thus, the positive electrode active material has a high discharge capacity per unit volume (discharge capacity per unit weight x packing density of positive electrode active material fine particles) as well as a discharge capacity per unit weight, which is an important factor of the positive electrode active material. .

しかしながら、従来正極活物質として用いられているマンガン酸リチウムの微粒子は、同じ粒径のコバルト酸リチウムの微粒子と比較した時の充填密度が小さい。そのため、同一容積の正極活物質を比較した場合、重量当たりの放電容量はコバルト酸リチウムの80%程度が期待できるが、体積当たりの放電容量は50〜60%程度と低くなるという問題点があった。   However, the fine particles of lithium manganate conventionally used as the positive electrode active material have a smaller packing density when compared with the fine particles of lithium cobaltate having the same particle diameter. Therefore, when comparing positive electrode active materials of the same volume, the discharge capacity per weight can be expected to be about 80% of lithium cobaltate, but the discharge capacity per volume is as low as about 50 to 60%. It was.

さらに、従来のマンガン酸リチウムを正極活物質として用いた電池では、充放電を繰り返すうちに次第に放電容量が低下するという、サイクル特性の低下の問題点がある。
これらの問題点を解決するために、マンガン酸リチウムに、例えばBなどの第三成分を添加したリチウム・マンガン複合酸化物が提案されている(特開平4−237970号公報:特許文献1)、特開平5−290846号公報:特許文献2、特開平8−195200号公報:特許文献3)。しかしながら、これらのリチウム・マンガン複合酸化物を正極活物質として用いた電池では、常温より高い温度で使用したときのサイクル特性が低いという問題が依然残されている。
Furthermore, in a battery using conventional lithium manganate as a positive electrode active material, there is a problem of deterioration in cycle characteristics in that the discharge capacity gradually decreases as charging and discharging are repeated.
In order to solve these problems, a lithium-manganese composite oxide in which a third component such as B is added to lithium manganate has been proposed (JP-A-4-237970: Patent Document 1). JP-A-5-290846: Patent Document 2, JP-A-8-195200: Patent Document 3). However, batteries using these lithium / manganese composite oxides as the positive electrode active material still have the problem of low cycle characteristics when used at temperatures higher than room temperature.

また、特開平11−71115号公報(特許文献4)には、LiおよびMn以外の少なくとも1種の他元素を含有し、有機溶媒中でMn溶出が少ないスピネル構造リチウム・マンガン系酸化物からなる正極活物質が開示されている。特許文献4には、正極活物質の製造方法として、マンガン化合物として平均凝集粒子径が0.5〜50μmの二酸化マンガン粒子を用い、これに他種元素化合物を混合し、造粒した後、500〜1000℃で焼成する方法が開示されている。この時、原料を均一に混合するとともに造粒、焼成を行う方法としてロータリーキルンを使用することが推奨されている。   JP-A-11-71115 (Patent Document 4) contains at least one other element other than Li and Mn, and consists of a spinel structure lithium / manganese oxide with little Mn elution in an organic solvent. A positive electrode active material is disclosed. In Patent Document 4, as a method for producing a positive electrode active material, manganese dioxide particles having an average agglomerated particle size of 0.5 to 50 μm are used as manganese compounds, and after mixing and granulating other elemental compounds, 500 A method of firing at ˜1000 ° C. is disclosed. At this time, it is recommended to use a rotary kiln as a method of mixing raw materials uniformly and performing granulation and firing.

また本願出願人は特開平11−171551号公報(特許文献5)に、B(ホウ素)またはV(バナジウム)を含む融点が800℃以下の酸化物を含み、結晶粒子の大きさが約0.1〜5.0μmの範囲にあり、焼結して平均粒子径が2〜30μmのリチウム・マンガン複合酸化物粒子およびその製造方法を開示している。製造方法として、具体的には、リチウム化合物、二酸化マンガン粒子、融点が800℃以下の酸化物を所定組成範囲となるように混合した水懸濁液を噴霧乾燥等により乾燥した後、ロータリーキルン等により650〜900℃で焼成している。   Further, the applicant of the present application disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-171551 (Patent Document 5) includes an oxide having a melting point of 800 ° C. or less containing B (boron) or V (vanadium), and the size of the crystal particles is about 0. Disclosed are lithium-manganese composite oxide particles that are in the range of 1 to 5.0 μm, sintered and have an average particle diameter of 2 to 30 μm, and a method for producing the same. As a production method, specifically, a water suspension in which a lithium compound, manganese dioxide particles, and an oxide having a melting point of 800 ° C. or less are mixed so as to have a predetermined composition range is dried by spray drying or the like, and then a rotary kiln or the like. Baking at 650-900 ° C.

さらに、特表2011−519142号公報(特許文献6)には、基本的電池特性を劣化させずに安全性、特に熱安定性、高温耐久性、過充電安全性向上が課題として挙げられ、このため、複数のリチウム金属酸化物の一次粒子が凝集して形成されたリチウム金属酸化物二次粒子をコア部とし、このコア部の表面に複数のチタン酸バリウム粒子および酸化アルミニウム等の金属酸化物粒子をコーティングして形成した第1シェル部と、第1シェル部の表面に複数のオリビン型リン酸鉄リチウム粒子および導電性粒子をコーティングして形成した第2シェル部とを備えるリチウム二次電池用正極活物質を用いることが開示されている。この時、チタン酸バリウム粒子は、電解質の副反応を抑制したり、温度の上昇に伴って抵抗が増加する特性を持つサーミスタであることから、電池が高温環境におかれた場合、あるいは内部短絡によって過電流が発生するなどして電池内部で高熱が発生した場合、電子の流れを遮断し、正極活物質の熱安定性、高温耐久性を改善できることが開示されている。   Furthermore, Japanese Patent Publication No. 2011-519142 (Patent Document 6) mentions improvement of safety, particularly thermal stability, high temperature durability, and overcharge safety without degrading basic battery characteristics. Therefore, a lithium metal oxide secondary particle formed by agglomerating primary particles of a plurality of lithium metal oxides is used as a core portion, and a plurality of barium titanate particles and a metal oxide such as aluminum oxide are formed on the surface of the core portion. A lithium secondary battery comprising: a first shell portion formed by coating particles; and a second shell portion formed by coating a plurality of olivine-type lithium iron phosphate particles and conductive particles on the surface of the first shell portion. It is disclosed that a positive electrode active material is used. At this time, the barium titanate particles are thermistors that have the property of suppressing side reactions of the electrolyte and increasing the resistance as the temperature rises. It is disclosed that when high heat is generated inside the battery due to an overcurrent or the like, the flow of electrons can be cut off to improve the thermal stability and high temperature durability of the positive electrode active material.

特開平4−237970号公報JP-A-4-237970 特開平5−290846号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-290846 特開平8−195200号公報JP-A-8-195200 特開平11−71115号公報JP-A-11-71115 特開平11−171551号公報JP-A-11-171551 特表2011−519142号公報Special table 2011-519142 gazette

しかしながら、前記した従来の正極活物質を用いてもなお、さらなる充放電容量、サイクル特性の向上が求められている。   However, even when the above-described conventional positive electrode active material is used, further improvements in charge / discharge capacity and cycle characteristics are required.

このような状況のもと、本発明者らは上記課題について鋭意検討した結果、正極材に正極活物質ととともに、微細な結晶性チタン酸バリウム塩を配合して用いると、充放電容量、サイクル特性等が向上することを見出して本発明を完成するに至った。   Under such circumstances, the present inventors diligently studied on the above problems, and as a result, when the positive electrode material was mixed with the positive electrode active material and used with a fine crystalline barium titanate salt, the charge / discharge capacity, cycle The inventors have found that characteristics and the like are improved and have completed the present invention.

本発明の構成は以下のとおりである。
[1]正極活物質と結晶性チタン酸塩と導電材と結合材とを含んでなり、前記結晶性チタン酸塩の含有量(WTI)が0.1〜15質量%の範囲にあり、結晶性チタン酸塩の平均粒子径(DTI)が3〜40nmの範囲にあることを特徴とする正極材。
[2]前記結晶性チタン酸塩がペロブスカイト構造を有することを特徴とする[1]の正極材。
[3]前記結晶性チタン酸塩の結晶子径(CTI)が2〜30nmの範囲にあることを特徴とする[1]または[2]の正極材。
[4]前記結晶性チタン酸塩の平均粒子径(DTI)と結晶子径(CTI)との比(CTI)/(DTI)が0.1〜1の範囲にある[1]〜[3]の正極材。
[5]前記結晶性チタン酸塩の含有量(WTI)が0.2〜8質量%の範囲にあることを特徴とする[1]〜[4]の正極材。
[6]前記正極活物質がスピネル型マンガン酸リチウム粒子であり、該スピネル型マンガン酸リチウム粒子の含有量(WLM)が50〜95質量%の範囲にあることを特徴とする[1]の正極材。
[7]前記正極活物質の含有量(WLM)と前記結晶性チタン酸塩の含有量(WTI)との比(WTI)/(WLM)が、0.001〜0.2の範囲にある[1]〜[6]の正極材。
[8]前記正極活物質の平均粒子径(DLM)が1〜30μmの範囲にある[1]または[6]の正極材。
[9]前記[1]〜[8]の正極材を用いた二次電池。
The configuration of the present invention is as follows.
[1] It comprises a positive electrode active material, a crystalline titanate, a conductive material and a binder, and the crystalline titanate content (W TI ) is in the range of 0.1 to 15% by mass, A positive electrode material, wherein the titanate has an average particle diameter (D TI ) in the range of 3 to 40 nm.
[2] The positive electrode material according to [1], wherein the crystalline titanate has a perovskite structure.
[3] The positive electrode material according to [1] or [2], wherein the crystalline titanate has a crystallite diameter (C TI ) in the range of 2 to 30 nm.
[4] The ratio (C TI ) / (D TI ) between the average particle size (D TI ) and the crystallite size (C TI ) of the crystalline titanate is in the range of 0.1 to 1. [1] ~ [3] cathode material.
[5] The positive electrode material according to [1] to [4], wherein the crystalline titanate content (W TI ) is in the range of 0.2 to 8% by mass.
[6] The positive electrode active material is spinel type lithium manganate particles, and the content (W LM ) of the spinel type lithium manganate particles is in the range of 50 to 95% by mass. Positive electrode material.
[7] The ratio (W TI ) / (W LM ) of the positive electrode active material content (W LM ) and the crystalline titanate content (W TI ) is 0.001 to 0.2. The positive electrode material of [1] to [6] in the range.
[8] The positive electrode material according to [1] or [6], wherein the positive electrode active material has an average particle diameter (D LM ) in the range of 1 to 30 μm.
[9] A secondary battery using the positive electrode material of [1] to [8].

本発明によれば、二次電池に好適に用いることのできる正極材、該正極材を用いた充放電容量、サイクル特性等に優れた二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the secondary battery excellent in the positive electrode material which can be used suitably for a secondary battery, the charging / discharging capacity | capacitance using this positive electrode material, cycling characteristics, etc. can be provided.

まず、本発明に係る正極材について説明する。
[正極材]
本発明に係る正極材は、正極活物質と結晶性チタン酸塩と導電材と結合材とを含む。
正極活物質
本発明に用いる正極活物質としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム及びマンガン酸リチウム等の公知の正極活物質を用いることができる、本発明では、下記式(1)で表されるスピネル型マンガン酸リチウム粒子が好適に用いることができる。
Li(x+y)Mn(2-y-z)z4・・・・・・・・・・(1)
(但し、x=1.0〜1.2、0<y≦0.2、1<x+y≦1.2、z=0〜0.2、MはNa、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、P、As、Sb、Biから選ばれる1種以上の元素である。)
First, the positive electrode material according to the present invention will be described.
[Positive electrode material]
The positive electrode material according to the present invention includes a positive electrode active material, a crystalline titanate, a conductive material, and a binder.
As the positive electrode active material used in the positive electrode active material present invention, lithium cobaltate, it is possible to use a known positive electrode active material of the lithium lithium nickelate and manganate or the like, in the present invention is represented by the following formula (1) Spinel type lithium manganate particles can be suitably used.
Li (x + y) Mn (2-yz) M z O 4 (1)
(However, x = 1.0 to 1.2, 0 <y ≦ 0.2, 1 <x + y ≦ 1.2, z = 0 to 0.2, M is Na, Be, Mg, Ca, Sr, Ba , Sc, Y, La, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb , P, As, Sb, Bi or more.

スピネル型マンガン酸リチウム粒子は充分に成長した結晶粒子からなり、その結晶粒子(一次粒子)の大きさは、約0.1〜5.0μmの範囲にあり、このような結晶粒子が集合して平均粒径が1〜30μmの球状微粒子(二次粒子)を形成している。   Spinel-type lithium manganate particles are composed of sufficiently grown crystal particles, and the size of the crystal particles (primary particles) is in the range of about 0.1 to 5.0 μm. Spherical fine particles (secondary particles) having an average particle diameter of 1 to 30 μm are formed.

平均一次粒子径は約0.1〜5.0μm、さらには0.3〜4.0μmの範囲にあることが好ましい。
平均一次粒子径が小さすぎると、電解液に接する外部表面積が大きくなりすぎ、マンガンなどの金属成分の溶出量が多くなり充分なサイクル特性が得られないことがある。 平均一次粒子径が大きすぎても充分な充放電容量が得られない場合がある。この範囲にあると、金属成分の溶出も少なく、また、充放電容量も大きい。
The average primary particle size is preferably in the range of about 0.1 to 5.0 μm, more preferably 0.3 to 4.0 μm.
If the average primary particle size is too small, the external surface area in contact with the electrolytic solution becomes too large, and the amount of elution of metal components such as manganese increases and sufficient cycle characteristics may not be obtained. Even if the average primary particle size is too large, sufficient charge / discharge capacity may not be obtained. Within this range, the elution of the metal component is small and the charge / discharge capacity is large.

本発明では、正極活物質(スピネル型マンガン酸リチウム粒子)中の一次粒子の平均粒径は、スピネル型マンガン酸リチウム粒子の走査型電子顕微鏡写真を撮影し、任意の一次粒子100個について粒子径を測定し、その平均値として求めた。   In the present invention, the average particle size of primary particles in the positive electrode active material (spinel type lithium manganate particles) is obtained by taking a scanning electron micrograph of spinel type lithium manganate particles and measuring the particle size of 100 arbitrary primary particles. Was measured and obtained as an average value thereof.

スピネル型マンガン酸リチウム粒子の平均二次粒子径は1〜30μm、さらには2〜25μmの範囲にあることが好ましい。
なお平均二次粒子径が小さすぎると、正極膜を作製するための電極用合剤の粘度が高くなり、電極膜形成性が低下する場合があり、さらにスピネル型マンガン酸リチウム粒子の体積当たりの放電容量が不充分となる場合がある。平均二次粒子径が大きすぎると、導電剤および電解液との接触が不充分となり、充放電容量が不充分となる場合がある。
The average secondary particle diameter of the spinel type lithium manganate particles is preferably in the range of 1 to 30 μm, more preferably 2 to 25 μm.
If the average secondary particle size is too small, the viscosity of the electrode mixture for producing the positive electrode film may be increased, and the electrode film forming property may be lowered. Further, the volume per volume of the spinel type lithium manganate particles may be decreased. The discharge capacity may be insufficient. If the average secondary particle size is too large, the contact with the conductive agent and the electrolytic solution may be insufficient, and the charge / discharge capacity may be insufficient.

スピネル型マンガン酸リチウム粒子の平均二次粒径および粒子径分布は、レーザー回折散乱式粒子径分布測定装置(堀場製作所製:LA−950v2)を用いて測定した。
また、正極活物質(スピネル型マンガン酸リチウム)粒子の比表面積が0.1〜2.0m2/g、さらには0.1〜1.5m2/gの範囲にあることが好ましい。この範囲にあると、正極活物質粒子と導電剤及び電解液との接触が高く充放電容量の向上できる。
The average secondary particle size and particle size distribution of the spinel type lithium manganate particles were measured using a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device (Horiba, Ltd .: LA-950v2).
The specific surface area of the positive electrode active material (spinel type lithium manganate) particles 0.1~2.0m 2 / g, more preferably in the range of 0.1~1.5m 2 / g. Within this range, the contact between the positive electrode active material particles, the conductive agent and the electrolyte is high, and the charge / discharge capacity can be improved.

比表面積が少なすぎると、正極活物質として用いたとき、正極活物質粒子と導電剤及び電解液との接触が不十分となり、比表面積が大きすぎても粒子の体積当たりの充放電容量の向上が見られなくなる。
比表面積の測定は、自動表面積測定装置(マウンテック社製:Macsorb HM model-1220)により測定した。
When the specific surface area is too small, when used as the positive electrode active material, the contact between the positive electrode active material particles, the conductive agent and the electrolyte becomes insufficient, and the charge / discharge capacity per volume of the particles is improved even if the specific surface area is too large. Can not be seen.
The specific surface area was measured by an automatic surface area measuring device (Mounttech's Macsorb HM model-1220).

結晶性チタン酸塩
本発明で用いる結晶性チタン酸塩としては、結晶性チタン酸バリウム、結晶性チタン酸カルシウム、結晶性チタン酸マグネシウム、結晶性チタン酸ベリリウム、結晶性チタン酸ストロンチウム等のアルカリ土類金属塩等が挙げられる。また、2種以上の混合物であってもよく、たとえば、バリウム塩とカルシウム塩の混合物であってもよい。通常、アルカリ土類金属塩が好適である。
Crystalline titanate Crystalline titanate used in the present invention includes alkaline earth such as crystalline barium titanate, crystalline calcium titanate, crystalline magnesium titanate, crystalline beryllium titanate, crystalline strontium titanate, etc. Metal salts and the like. Moreover, the mixture of 2 or more types may be sufficient, for example, the mixture of barium salt and calcium salt may be sufficient. Usually, alkaline earth metal salts are preferred.

結晶性チタン酸塩はペロブスカイト構造を有することが好ましい。ペロブスカイト構造を有していると高い誘電率を持つ強誘電体となる。ペロブスカイト構造のチタン酸塩の構造は低温から高温に向かって菱面体晶-斜方晶-正方晶-立方晶と転移することが知られているが、なかでも正方晶のペロブスカイト構造を有する結晶性チタン酸塩は特に誘電率の高い強誘電体であり、好適に用いることができる。   The crystalline titanate preferably has a perovskite structure. When it has a perovskite structure, it becomes a ferroelectric with a high dielectric constant. The structure of perovskite titanate is known to transition from rhombohedral to orthorhombic to tetragonal to cubic from low to high temperatures. Titanate is a ferroelectric having a particularly high dielectric constant, and can be suitably used.

結晶性チタン酸塩は通常、微細な微粒子状であり、その平均粒子径(DTI)は、3〜40nm、さらには5〜30nmの範囲にあることが好ましい。平均粒子径(DTI)がこの範囲にあると、結晶性が高く、充放電容量が高く、サイクル特性を向上できる。 The crystalline titanate is usually in the form of fine fine particles, and the average particle diameter (D TI ) is preferably in the range of 3 to 40 nm, more preferably 5 to 30 nm. When the average particle diameter (D TI ) is in this range, the crystallinity is high, the charge / discharge capacity is high, and the cycle characteristics can be improved.

平均粒子径(DTI)の下限が3nm程度であり、これよりも小さいものは、得ることが困難であり、得られたとしても結晶性が不充分になる場合があり、正極材として用いた場合、充放電容量、サイクル特性の向上効果が不十分となる。結晶性チタン酸塩の平均粒子径(DTI)が大きすぎても、理由は必ずしも明らかではないが、粒子が大きすぎて正極活物質との共存効果が不十分となり、正極材として用いた場合、充放電容量、サイクル特性の向上効果が不十分となる場合がある。 The lower limit of the average particle diameter (D TI ) is about 3 nm, and those smaller than this are difficult to obtain, and even if obtained, the crystallinity may be insufficient and used as a positive electrode material. In this case, the effect of improving the charge / discharge capacity and the cycle characteristics is insufficient. If the average particle diameter (D TI ) of the crystalline titanate is too large, the reason is not necessarily clear, but when the particles are too large and the coexistence effect with the positive electrode active material becomes insufficient, it is used as a positive electrode material In some cases, the effect of improving charge / discharge capacity and cycle characteristics may be insufficient.

本発明では、平均粒子径は動的光散乱法(大塚電子製:PAR-3)によって測定することができる。
また、結晶性チタン酸塩の結晶子径(CTI)は2〜30nm、さらには5〜25nmの範囲にあることが好ましい。結晶性チタン酸塩の結晶子径(CTI)が小さいものは、結晶性も低く、誘電率も低いためか、正極活物質と混合して正極材として用いた場合、充放電容量、サイクル特性の向上効果が不十分となる場合がある。結晶子径(CTI)が大きすぎても、結晶性は高くなるものの、同時に平均粒子径(DTI)も大きくなり、正極材として用いた場合、前記したように充放電容量、サイクル特性の向上効果が不十分となる場合がある。
In the present invention, the average particle diameter can be measured by a dynamic light scattering method (manufactured by Otsuka Electronics: PAR-3).
Further, the crystallite diameter (C TI ) of the crystalline titanate is preferably in the range of 2 to 30 nm, more preferably 5 to 25 nm. When the crystalline titanate has a small crystallite diameter (C TI ), the crystallinity is low and the dielectric constant is low. The improvement effect may be insufficient. Even if the crystallite size (C TI ) is too large, the crystallinity increases, but at the same time the average particle size (D TI ) also increases, and when used as a positive electrode material, as described above, the charge / discharge capacity and cycle characteristics are increased. The improvement effect may be insufficient.

前記結晶性チタン酸塩の平均粒子径(DTI)と結晶子径(CTI)との比(CTI)/(DTI)が0.1〜1、さらには0.3〜1範囲にあることが好ましい。通常、(CTI)/(DTI)が1を越えることはなく、比が小さいことは結晶性が低いことを示し、誘電率も低く、正極活物質と混合して正極材として用いた場合、充放電容量、サイクル特性の向上効果が不十分となる場合がある。 The ratio (C TI ) / (D TI ) between the average particle size (D TI ) and the crystallite size (C TI ) of the crystalline titanate is in the range of 0.1 to 1, more preferably 0.3 to 1. Preferably there is. Usually, (C TI ) / (D TI ) does not exceed 1, and a small ratio indicates that the crystallinity is low, the dielectric constant is low, and when used as a positive electrode material by mixing with a positive electrode active material In some cases, the effect of improving charge / discharge capacity and cycle characteristics may be insufficient.

本発明では、結晶子径(CTI)は、X線回折測定装置で、2θ=31.5度付近の(110)面のピークの半価幅を測定し、下記Scherrer の式により計算して求めることができる。
D=Kλ/βcosθ
D:結晶子径(オングストローム)
K:Scherrer定数
λ:X線波長(1.7889オングストローム Cuランプ)、
β:半価幅(rad)
θ:反射角。
In the present invention, the crystallite diameter (C TI ) is calculated by measuring the half width of the peak of the (110) plane near 2θ = 31.5 degrees with an X-ray diffractometer, and calculating it according to the following Scherrer equation: Can be sought.
D = Kλ / βcosθ
D: Crystallite diameter (Angstrom)
K: Scherrer constant λ: X-ray wavelength (1.7889 Angstrom Cu lamp),
β: Half width (rad)
θ: reflection angle.

本発明に用いる結晶性チタン酸塩としては、従来公知の結晶性チタン酸塩を用いることができるが、本発明では、粒子径、結晶子径を調整でき、粒子径分布が均一で、このため、正極材に配合して用いた場合に充放電容量、サイクル特性等の向上効果が得られる下記の方法で得られる結晶性チタン酸塩を用いることが好ましい。   As the crystalline titanate used in the present invention, a conventionally known crystalline titanate can be used, but in the present invention, the particle diameter and crystallite diameter can be adjusted, and the particle diameter distribution is uniform. It is preferable to use a crystalline titanate obtained by the following method that can improve the charge / discharge capacity, cycle characteristics, and the like when used in a positive electrode material.

このような結晶性チタン酸塩は、
(a)アルカリ土類金属水酸化物をアルキルセロソルブに溶解したのち、
(b)アルカリ土類金属とTiの原子比が1〜1.1の範囲となるようにチタンアルコキシドを混合し、
(c)水を混合して加水分解した後、
(d)温度50〜90℃で熟成する ことで調製される。
Such crystalline titanates are
(A) After dissolving the alkaline earth metal hydroxide in the alkyl cellosolve,
(B) titanium alkoxide is mixed so that the atomic ratio of alkaline earth metal and Ti is in the range of 1 to 1.1;
(C) After mixing and hydrolyzing water,
(D) Prepared by aging at a temperature of 50 to 90 ° C.

本発明に用いるアルカリ土類金属水酸化物としては、ベリリウム水酸化物、マグネシウム水酸化物、カルシウム水酸化物、ストロンチウム水酸化物、バリウム水酸化物が挙げられる。なかでも、カルシウム水酸化物、バリウム水酸化物が常用され、特にバリウム水酸化物は強誘電性に基づく高い誘電率や圧電定数を有する結晶性チタン酸塩が得られ、正極活物質と混合して正極材として用いた場合、充放電容量、サイクル特性に優れた二次電池を得ることができる。また、バリウム水酸化物と他の水酸化物を混合して用いることもできる。例えばバリウム水酸化物とカルシウム水酸化物とを混合して用いると電池化した場合に、キュリー点での急激な誘電率の変化を抑制する特性を有する結晶性チタン酸塩が得られる。このため、正極材に用いると熱安定性、高温耐久性等の向上した二次電池を得ることができる。   Examples of the alkaline earth metal hydroxide used in the present invention include beryllium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, strontium hydroxide, and barium hydroxide. Of these, calcium hydroxide and barium hydroxide are commonly used. In particular, barium hydroxide provides crystalline titanate having a high dielectric constant and piezoelectric constant based on ferroelectricity, and is mixed with a positive electrode active material. When used as a positive electrode material, a secondary battery excellent in charge / discharge capacity and cycle characteristics can be obtained. Further, barium hydroxide and other hydroxides can be mixed and used. For example, when barium hydroxide and calcium hydroxide are mixed and used, a crystalline titanate having a characteristic of suppressing a rapid change in dielectric constant at the Curie point can be obtained. For this reason, when it uses for a positive electrode material, the secondary battery which improved thermal stability, high temperature durability, etc. can be obtained.

アルカリ土類金属水酸化物は水酸基を有している以外は付着水の含有量が少ないことが好ましい。付着水が多いと後述するアルキルセロソルブ溶液中の水分含有量が多くなり、そのまま用いると粒子径の大きな結晶性チタン酸塩が生成する傾向がある。   The alkaline earth metal hydroxide preferably has a low content of adhering water except that it has a hydroxyl group. If there is a large amount of adhering water, the water content in the alkyl cellosolve solution described later increases, and if it is used as it is, there is a tendency that a crystalline titanate having a large particle diameter is produced.

また、アルカリ土類金属水酸化物は不純物として、Na等のアルカリ金属を含まないことが好ましい。例えばNa等のアルカリ金属が含まれていると、得られる結晶性チタン酸塩を正極材に配合して用いた場合、Na等のアルカリ金属の存在により充放電が阻害され、充放電容量、サイクル特性を低下させる場合がある。   Moreover, it is preferable that alkaline-earth metal hydroxide does not contain alkali metals, such as Na, as an impurity. For example, when an alkali metal such as Na is contained, when the obtained crystalline titanate is used in the positive electrode material, charging / discharging is inhibited by the presence of an alkali metal such as Na, and the charge / discharge capacity, cycle The characteristics may be deteriorated.

アルキルセロソルブとしては、メチルセロソルブ(2−メトキシエタノール、メチセロ、エチレングリコールモノメチルエーテル、メチルグリコール等ということがある)、エチルセロソルブ、n、Isoプロピルセロソルブ、n、isoブチルセロソルブ等の炭素数4以下の炭化水素基を有するアルキルセロソルブが好ましい。特にメチルセロソルブはアルカリ土類金属水酸化物の溶解性が高く、得られる結晶性チタン酸塩は結晶性が高く、均一な粒子径分布を有し、比較的微粒であることから、二次電池の好適に用いることのできる結晶性チタン酸塩を製造することができる。   Examples of the alkyl cellosolve include carbonic acid having 4 or less carbon atoms such as methyl cellosolve (sometimes referred to as 2-methoxyethanol, methicello, ethylene glycol monomethyl ether, methyl glycol, etc.), ethyl cellosolve, n, isopropyl cellosolve, n, isobutyl cellosolve, etc. Alkyl cellosolves having a hydrogen group are preferred. In particular, methyl cellosolve has high solubility in alkaline earth metal hydroxides, and the resulting crystalline titanate has high crystallinity, uniform particle size distribution, and relatively fine particles. A crystalline titanate that can be suitably used can be produced.

また、使用するアルキルセロソルブは、水分の含有量が1質量%以下、さらには0.1質量%以下であることが好ましい。
上記したアルカリ土類金属水酸化物とアルキルセロソルブとを混合して溶解する。
Moreover, the alkyl cellosolve used has a water content of preferably 1% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less.
The above alkaline earth metal hydroxide and alkyl cellosolve are mixed and dissolved.

アルカリ土類金属水酸化物とアルキルセロソルブの使用量は、アルカリ土類金属水酸化物の種類、粒子径、アルキルセロソルブの種類等によっても異なるが、得られる溶液中に未溶解のアルカリ土類金属水酸化物が残存しなければ特に制限はないが、得られる溶液中のアルカリ土類金属水酸化物の濃度がアルカリ土類金属酸化物として1〜20質量%、さらには2〜15質量%となるように混合することが好ましい。   The amount of alkaline earth metal hydroxide and alkyl cellosolve used varies depending on the type of alkaline earth metal hydroxide, particle size, type of alkyl cellosolve, etc., but the alkaline earth metal undissolved in the resulting solution. There is no particular limitation as long as no hydroxide remains, but the concentration of the alkaline earth metal hydroxide in the resulting solution is 1 to 20% by mass, more preferably 2 to 15% by mass as the alkaline earth metal oxide. It is preferable to mix so that it becomes.

混合物は、通常、室温(10〜30℃付近)で撹拌、あるいは超音波照射等することによって溶液となるが、必要に応じて加温下で溶解させることもできる。
アルカリ土類金属水酸化物・アルキルセロソルブ溶液は、アルカリ土類金属水酸化物の水酸基に由来する水分、付着水分あるいはアルキルセロソルブに不純物として含まれる水分を含んでいる。
The mixture usually becomes a solution by stirring or ultrasonic irradiation at room temperature (around 10 to 30 ° C.), but it can also be dissolved under heating as necessary.
The alkaline earth metal hydroxide / alkyl cellosolve solution contains water derived from hydroxyl groups of the alkaline earth metal hydroxide, adhering water, or water contained as impurities in the alkyl cellosolve.

ついで、アルキルセロソルブ溶液中の水分含有量が2質量%以下、さらには1質量%以下となるように水分を除去する。アルキルセロソルブ溶液中の水分量が多いと得られる結晶性チタン酸塩の平均粒子径が大きくなりすぎたり、粒子径分布が不均一となり、正極活物質と配合して正極材として使用しても、電池性能の向上効果が不十分となる場合がある。   Next, water is removed so that the water content in the alkyl cellosolve solution is 2% by mass or less, and further 1% by mass or less. When the amount of water in the alkyl cellosolve solution is large, the average particle size of the crystalline titanate obtained becomes too large, the particle size distribution becomes non-uniform, and even if used as a positive electrode material by blending with the positive electrode active material, The effect of improving battery performance may be insufficient.

アルキルセロソルブ溶液中の水分を低減する方法としては、前記した水分含有量の少ないアルキルセロソルブを使用する他、溶液を蒸留法、減圧蒸留法等従来公知の方法を採用することができる。また、シリカゲル、ゼオライト等の乾燥剤、特に水を選択的に吸着することのできるゼオライトは好適に採用することができる。   As a method of reducing the water content in the alkyl cellosolve solution, in addition to using the above-described alkyl cellosolve having a low water content, a conventionally known method such as a distillation method or a vacuum distillation method can be employed. Further, a desiccant such as silica gel and zeolite, particularly zeolite capable of selectively adsorbing water can be suitably employed.

ついで、アルキルセロソルブ溶液に、アルカリ土類金属とTiの原子比が1〜1.1、好ましくは1〜1.05となるようにチタンアルコキシドを混合する。
チタンアルコキシドとしては、下記式(1)で表されるチタンアルコキシドが挙げられる。
Ti(OR)4・・・・・・・(1)
(但し、Rは炭素数1〜4の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
Next, titanium alkoxide is mixed in the alkyl cellosolve solution so that the atomic ratio of alkaline earth metal to Ti is 1 to 1.1, preferably 1 to 1.05.
As a titanium alkoxide, the titanium alkoxide represented by following formula (1) is mentioned.
Ti (OR) 4 ... (1)
(However, R is an unsubstituted or substituted hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms and may be the same or different from each other.)

具体的には、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラnプロポキシド、チタンテトラisoプロポキシド、チタンテトラnブトキシド、チタンテトラisoブトキシド等が挙げられる。   Specific examples include titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetra n propoxide, titanium tetra isopropoxide, titanium tetra n butoxide, titanium tetraiso butoxide and the like.

チタンアルコキシドの混合量は、アルカリ土類金属(AE)とTiの原子比AE/Tiが前記範囲にあれば、結晶性の高いペロブスカイト構造を有する結晶性チタン酸塩が得られる。   When the amount of the titanium alkoxide is within the above range, the crystalline titanate having a highly crystalline perovskite structure can be obtained if the atomic ratio AE / Ti of the alkaline earth metal (AE) and Ti is in the above range.

チタンアルコキシド混合後、水を混合して加水分解する。このとき、アルコールと水の混合溶媒を混合することが好ましい。アルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコール、isoまたはnプロピルアルコール、isoまたはnブチルアルコール等の脂肪族アルコール、2−メトキシアルコール等およびこれらの混合物が挙げられる。アルコールの混合量は、アルコール/水の体積比が概ね0.5〜2となる範囲が好ましい。   After mixing the titanium alkoxide, water is mixed and hydrolyzed. At this time, it is preferable to mix a mixed solvent of alcohol and water. Examples of the alcohol include methyl alcohol, ethyl alcohol, iso or n propyl alcohol, aliphatic alcohol such as iso or n butyl alcohol, 2-methoxy alcohol, and the like, and mixtures thereof. The mixing amount of the alcohol is preferably in a range where the volume ratio of alcohol / water is approximately 0.5-2.

アルコール/水の体積比が前記範囲にあれば結晶子径(CT1)が2〜30nmの範囲にあり、平均粒子径(DT1)が3〜40nmの範囲にあり、結晶子径(CT1)と平均粒子径(DT1)との比(CT1)/(DT1)が0.1〜1の範囲にあることを特徴とする結晶性チタン酸塩を得ることができる。 If the alcohol / water volume ratio is in the above range, the crystallite diameter (C T1 ) is in the range of 2 to 30 nm, the average particle diameter (D T1 ) is in the range of 3 to 40 nm, and the crystallite diameter (C T1 ) And the average particle diameter (D T1 ) (C T1 ) / (D T1 ) is in the range of 0.1 to 1 to obtain a crystalline titanate.

これらの混合方法としては特に制限されず、公知のものを採用可能である。
また本願出願人による特開2009−172581号公報に開示した微量反応用装置(マイクロリアクター)は好適に用いることができる。
These mixing methods are not particularly limited, and known methods can be employed.
Moreover, the apparatus for microreaction (microreactor) disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-172581 by the applicant of the present application can be suitably used.

水の使用量は、前記チタンアルコキシドを完全に加水分解分解できる量であることが好ましい。
具体的にはチタンアルコキシドのモル数(MT)と水のモル数(MH2O)とのモル比(MH2O)/(MT)が4〜25、さらには6〜18の範囲にあることが好ましい。
The amount of water used is preferably an amount capable of completely hydrolyzing the titanium alkoxide.
Specifically, the molar ratio (M H2O ) / (M T ) between the number of moles of titanium alkoxide (M T ) and the number of moles of water (M H2O ) is in the range of 4 to 25, more preferably 6 to 18. Is preferred.

この範囲にあると、チタンアルコキシドの加水分解が十分に行うことができるので、得られる結晶性チタン酸塩の誘電率が高く、充放電容量、サイクル特性向上効果が高い。
加水分解時の温度は、0〜50℃、さらには10〜40℃の範囲にあることが好ましいが、通常、室温で実施される。
If it is within this range, the titanium alkoxide can be sufficiently hydrolyzed, so that the resulting crystalline titanate has a high dielectric constant and a high effect of improving charge / discharge capacity and cycle characteristics.
The temperature during the hydrolysis is preferably in the range of 0 to 50 ° C., more preferably 10 to 40 ° C., but usually at room temperature.

なお、加水分解によって生成した加水分解物(水和物ゲルと言うことがある)は、乾燥・熟成の前に洗浄してもよい。
反応物は、温度50〜120℃、好ましくは60〜100℃で熟成する。
In addition, you may wash | clean the hydrolyzate (it may be called hydrate gel) produced | generated by hydrolysis before drying and ageing | curing | ripening.
The reactant is aged at a temperature of 50 to 120 ° C, preferably 60 to 100 ° C.

熟成は、撹拌することなく静置して行うことが好ましい。かかる熟成によって、結晶性が高くなり、所定の結晶子径に調整できる。
熟成時間は、前記水和物ゲルの濃度、熟成温度によっても異なるが概ね2〜200時間、さらには5〜100時間の範囲にあることが好ましい。
得られた結晶性チタン酸塩は、乾燥し、焼成される。
It is preferable that the aging is carried out by standing without stirring. By such aging, the crystallinity becomes high and can be adjusted to a predetermined crystallite diameter.
The aging time varies depending on the concentration of the hydrate gel and the aging temperature, but is generally in the range of 2 to 200 hours, more preferably 5 to 100 hours.
The obtained crystalline titanate is dried and fired.

これに先立ち、結晶性チタン酸塩粒子を、高分散させても、また溶媒置換してもよい。
高分散させる方法としては、結晶性チタン酸塩粒子の結晶性を低下させることなく高分散できれば特に制限はなく従来公知の方法を採用することができる。 例えば、単に撹拌してもよく、撹拌しながら超音波を照射する等の方法を採用することもできる。
Prior to this, the crystalline titanate particles may be highly dispersed or solvent substituted.
The method for highly dispersing is not particularly limited as long as it can be highly dispersed without lowering the crystallinity of the crystalline titanate particles, and a conventionally known method can be employed. For example, a method of simply stirring or irradiating ultrasonic waves while stirring may be employed.

得られた結晶性チタン酸塩には分散媒として水、アルコール、アルキルセロソルブ等が混在している。このような分散媒が混在していると、得られる結晶性チタン酸塩の粒子径分布が不均一になる傾向があり、このような結晶性チタン酸塩を正極活物質と混合して用いると緻密な正極活物質層が形成できない場合があり、二次電池の充放電容量、サイクル特性が不十分となる場合がある。   The obtained crystalline titanate contains water, alcohol, alkyl cellosolve and the like as a dispersion medium. When such a dispersion medium is mixed, the particle size distribution of the obtained crystalline titanate tends to be non-uniform, and when such a crystalline titanate is mixed with a positive electrode active material, A dense positive electrode active material layer may not be formed, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the secondary battery may be insufficient.

溶媒としては、エーテル類、ケトン類、エステル類、アルコール類、これらの混合物等有機溶媒が好適に用いられる。なかでもN-メチルピロリドンで溶媒置換した場合は、より緻密な正極活物質層を形成でき、充放電容量、サイクル特性に優れた二次電池を得ることができる。   As the solvent, organic solvents such as ethers, ketones, esters, alcohols, and mixtures thereof are preferably used. In particular, when the solvent is substituted with N-methylpyrrolidone, a denser positive electrode active material layer can be formed, and a secondary battery excellent in charge / discharge capacity and cycle characteristics can be obtained.

なお、溶媒置換する前の、または溶媒置換した後の結晶性チタン酸塩分散液を乾燥し、粉末として正極活物質と混合して用いることもできる。
以上の熟成や、高分散、溶媒置換によって、得られる結晶性チタン酸塩は、結晶子径(CT1)が2〜30nm、さらには5〜25nmの範囲に調整される。また、結晶性チタン酸塩の平均粒子径(DT1)は3〜40nm、さらには5〜30nmの範囲に調整される。
The crystalline titanate dispersion before solvent replacement or after solvent replacement can be dried and mixed with the positive electrode active material as a powder.
By the above aging, high dispersion, and solvent substitution, the crystalline titanate obtained is adjusted to have a crystallite diameter (C T1 ) of 2 to 30 nm, further 5 to 25 nm. Moreover, the average particle diameter (D T1 ) of the crystalline titanate is adjusted to a range of 3 to 40 nm, and further 5 to 30 nm.

乾燥方法としては、分散媒を除去できれば特に制限はなく、従来公知の方法を採用することができる。加熱処理温度は200〜1000℃、さらには400〜800℃の範囲にあることが好ましい。このような加熱処理ことによって、結晶性、結晶子径、粒子径が大きく、粒子径分布の均一な結晶性チタン酸塩を得ることができる。   The drying method is not particularly limited as long as the dispersion medium can be removed, and conventionally known methods can be employed. The heat treatment temperature is preferably 200 to 1000 ° C, more preferably 400 to 800 ° C. By such heat treatment, a crystalline titanate having a large crystallinity, crystallite diameter, particle diameter, and uniform particle diameter distribution can be obtained.

導電材
導電材としては、正極材に用いられる従来公知の導電材を用いることができ、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、フラーレン、カーボンウィスカー、カーボンナノ粒子およびナノチューブ、炭素繊維、酸化チタン、酸化ルテニウム、アルミニウム、ニッケルなどの金属粉またはファイバー等が挙げられる。導電材は一種を単独で使用しても良いし、必要に応じて二種以上を混合して使用してもよい。
As the conductive material, a conventionally known conductive material used for the positive electrode material can be used. For example, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, thermal black, natural graphite, artificial graphite, fullerene, carbon Examples thereof include whiskers, carbon nanoparticles and nanotubes, carbon fibers, titanium oxide, ruthenium oxide, aluminum, nickel, and other metal powders or fibers. A conductive material may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types as needed.

結合材
結合材としては、正極材に用いられる従来公知の結合材を用いることができ、例えば、ポリ四フッ化エチレンパウダー、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリイミド、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリウレタン、ポリメタクリル酸メチル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルニトリル、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルブチラール、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、エチレン−プロピレン−ジエン三元重合体、スルホン化EPDM、スチレン-ブタジエンゴム、ヘキサフルオロプロピレン、カルボキシメチルセルロース、再生セルロース、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、リグニン、ペクチン、ゼラチン、キサンタンガム、ウェランガム、サクシノグリカン、ヒドロキシプロプルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリアルキレンオキサイド、キチン類、キトサン類、デンプン等が挙げられる。結合材は一種を単独で使用しても良いし、必要に応じて二種以上を混合して使用してもよい。
As the binder binder, a conventionally known binder used for the positive electrode material can be used. For example, polytetrafluoroethylene powder, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, Polyvinyl acetate, polyimide, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyurethane, polymethyl methacrylate, polyamide, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyether nitrile, polyethylene, polydimethylsiloxane, polyvinyl acetal , Polyvinyl alcohol, polyvinyl ether, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl butyral, polypropylene, polyacrylonitrile, ethylene-propylene-diene terpolymer, sulfur EPDM, styrene-butadiene rubber, hexafluoropropylene, carboxymethyl cellulose, regenerated cellulose, epoxy resin, acrylic resin, polyester resin, melamine resin, phenol resin, styrene butadiene rubber, fluororubber, lignin, pectin, gelatin, xanthan gum, welan gum Succinoglycan, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyalkylene oxide, chitins, chitosans, starch and the like. A binder may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types as needed.

正極材中の結合材の含有量は、固形分として、1〜10質量%、さらには2〜8質量%の範囲にあることが好ましい。この範囲にあると、形成性に優れ、十分な強度の正極材を得ることができる。   The content of the binder in the positive electrode material is preferably in the range of 1 to 10% by mass, more preferably 2 to 8% by mass as the solid content. Within this range, a positive electrode material having excellent formability and sufficient strength can be obtained.

正極材中の導電材の含有量は、固形分として、1〜25質量%、さらには2〜22質量%の範囲にあることが好ましい。この範囲にあると、充放電容量が高く、サイクル特性に優れた光電気セルを得ることができる。   The content of the conductive material in the positive electrode material is preferably in the range of 1 to 25% by mass, more preferably 2 to 22% by mass as the solid content. Within this range, a photoelectric cell having a high charge / discharge capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

正極材中の前記正極活物質の含有量(WLM)は固形分として50〜95質量%、さらには55〜92.5質量%の範囲にあることが好ましい。
正極材中の正極活物質の含有量(WLM)が少なすぎると、Liイオンが少なく、充放電容量、サイクル特性が不十分となる。正極活物質の含有量(WLM)が多すぎると、他の成分、すなわち結晶性チタン酸塩、導電材、結合剤の量が少なくなり、結晶性チタン酸塩が少ない場合は前記充放電容量、サイクル特性の向上効果が不十分となり、導電材が少ない場合は充放電電圧が不十分となる場合があり、結合剤が少ない場合は正極活物質層の緻密性、強度等が不十分となる場合がある。
The content (W LM ) of the positive electrode active material in the positive electrode material is preferably in the range of 50 to 95% by mass, more preferably 55 to 92.5% by mass as the solid content.
If the content (W LM ) of the positive electrode active material in the positive electrode material is too small, the amount of Li ions will be small, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics will be insufficient. If the content of the positive electrode active material (W LM ) is too large, the amount of other components, that is, crystalline titanate, conductive material, and binder decreases, and if the amount of crystalline titanate is small, the charge / discharge capacity The effect of improving the cycle characteristics is insufficient, the charge / discharge voltage may be insufficient when the conductive material is small, and the density, strength, etc. of the positive electrode active material layer are insufficient when the binder is small. There is a case.

正極材中の結晶性チタン酸塩の含有量(WTI)は固形分として0.1〜15質量%、さらには0.2〜8質量%の範囲にあることが望ましい。正極材中の結晶性チタン酸塩の含有量(WTI)が少ない場合充放電容量、サイクル特性の向上効果が充分得られない場合があり、多すぎても、充放電容量、サイクル特性の向上効果が充分得られない場合がある。 The crystalline titanate content (W TI ) in the positive electrode material is preferably in the range of 0.1 to 15% by mass, more preferably 0.2 to 8% by mass as the solid content. When the content of crystalline titanate in the positive electrode material (W TI ) is low, the charge / discharge capacity and cycle characteristics may not be sufficiently improved. The effect may not be obtained sufficiently.

前記正極活物質の含有量(WLM)と前記結晶性チタン酸塩の含有量(WTI)との比(WTI)/(WLM)が0.001〜0.2、さらには0.005〜0.15の範囲にあることが好ましい。前記比(WTI)/(WLM)が前記範囲にない場合は、充放電容量、サイクル特性の向上効果が充分得られない場合がある。 The ratio (W TI ) / (W LM ) of the positive electrode active material content (W LM ) and the crystalline titanate content (W TI ) is 0.001 to 0.2, and It is preferable to be in the range of 005 to 0.15. When the ratio (W TI ) / (W LM ) is not within the above range, the effect of improving charge / discharge capacity and cycle characteristics may not be sufficiently obtained.

正極材は、正極活物質、結晶性チタン酸塩、結合材および導電材の各粉末を混合し、圧縮成型したり、各粉末の混合物をn-メチルピロリドンなどの有機溶媒に分散させた分散液を正極集電体上に塗布し、乾燥することによって、形成することができる。
つぎに、本発明に係る二次電池について説明する。
The positive electrode material is a dispersion in which each powder of the positive electrode active material, crystalline titanate, binder and conductive material is mixed and compression molded, or a mixture of each powder is dispersed in an organic solvent such as n-methylpyrrolidone. Can be formed on the positive electrode current collector and dried.
Next, the secondary battery according to the present invention will be described.

[二次電池]
本発明に係る二次電池は、前記正極材を用いたことを特徴としている。
さらに詳しくは、本発明に係る二次電池はリチウムイオン二次電池に関し、電解質層と、正極集電体上に形成された正極活物質層からなる正極材と、電解質層中の積層する負極集電体上に形成された負極活物質層からなる負極材と、該正極材と該負極材とを隔絶するセパレーターとからなるリチウムイオン二次電池であって、該正極材として本発明に係る正極活物質と結晶性チタン酸塩と導電材と結合材とからなる正極材を用いたことを特徴としている。
[Secondary battery]
The secondary battery according to the present invention is characterized by using the positive electrode material.
More specifically, the secondary battery according to the present invention relates to a lithium ion secondary battery, a positive electrode material comprising an electrolyte layer, a positive electrode active material layer formed on a positive electrode current collector, and a negative electrode current collector laminated in the electrolyte layer. A lithium ion secondary battery comprising a negative electrode material comprising a negative electrode active material layer formed on an electric conductor, and a separator separating the positive electrode material and the negative electrode material, wherein the positive electrode according to the present invention is used as the positive electrode material A positive electrode material made of an active material, a crystalline titanate, a conductive material, and a binder is used.

本発明のリチウムイオン二次電池で用いる負極活物質には、従来公知のものを特に制限なく使用することができる。たとえば、金属リチウム並びにリチウムまたはリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用いることができる。例えば、金属リチウム、リチウム/アルミニウム合金、リチウム/スズ合金、リチウム/鉛合金および電気化学的にリチウムイオンを挿入・脱離する炭素系材料が例示され、電気化学的にリチウムイオンを挿入・脱離する炭素系材料が安全性および電池の特性の面から特に好適である。また、本発明のリチウム二次電池で用いる電解質としては、特に制限はないが、例えば、カーボネート類、スルホラン類、ラクトン類、エーテル類等の有機溶媒中にリチウム塩を溶解したものや、リチウムイオン導電性の固体電解質を用いることができる。   A conventionally well-known thing can be especially used for a negative electrode active material used with the lithium ion secondary battery of this invention without a restriction | limiting. For example, metallic lithium and a substance capable of occluding and releasing lithium or lithium ions can be used. Examples include lithium metal, lithium / aluminum alloy, lithium / tin alloy, lithium / lead alloy, and carbon-based materials that electrochemically insert and desorb lithium ions, and electrochemically insert and desorb lithium ions. The carbon-based material to be used is particularly suitable from the viewpoints of safety and battery characteristics. The electrolyte used in the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, an electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent such as carbonates, sulfolanes, lactones, and ethers, or lithium ions A conductive solid electrolyte can be used.

本発明では、正極材に結晶性チタン酸塩を所定量配合して用いることによって充放電容量が高く、サイクル特性等に優れたリチウムイオン二次電池を得ることができる。   In the present invention, a lithium ion secondary battery having a high charge / discharge capacity and excellent cycle characteristics can be obtained by blending and using a predetermined amount of crystalline titanate in the positive electrode material.

[実施例]
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to the following Example.

[実施例1]
スピネル型マンガン酸リチウム(1)の調製
アルミ源としてAl23(関東化学(株)製:純度96.9質量%、平均粒子径=31.6μm)の固形分濃度33.3質量%の分散液を調製し、湿式粉砕機(アシザワファインテック社製:スターミルラボスターLMZ−06)にて、平均粒子径0.20μmとなるまで粉砕してアルミナ粒子分散液を調製した。
[Example 1]
Preparation of spinel type lithium manganate (1)
As an aluminum source, a dispersion having a solid content concentration of 33.3% by mass of Al 2 O 3 (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc .: purity 96.9% by mass, average particle size = 31.6 μm) was prepared, and a wet pulverizer ( An alumina particle dispersion was prepared by pulverization with Ashizawa Finetech Co., Ltd .: Star Mill Lab Star LMZ-06) until the average particle size became 0.20 μm.

また、マンガン源として電解二酸化マンガン粉末(γ−MnO2 、純度60.64%、平均粒子径=28.0μm)の固形分濃度33.3質量%の分散液を調製し、湿式粉砕機(アシザワファインテック社製:スターミルラボスターLMZ−06)にて、平均粒子径0.35μmとなるまで粉砕して電解二酸化マンガン分散液を調製した。 In addition, a dispersion liquid of electrolytic manganese dioxide powder (γ-MnO 2 , purity 60.64%, average particle size = 28.0 μm) with a solid content concentration of 33.3% by mass was prepared as a manganese source, and a wet pulverizer (Ashizawa) An electrolytic manganese dioxide dispersion was prepared by pulverization with a fine tech company: Star Mill Lab Star LMZ-06) until the average particle size became 0.35 μm.

ついで、リチウム源としてLiOH・H2O(関東化学(株)製:純度98.8質量%)、前記で調製したアルミナ粒子分散液、電解二酸化マンガン分散液およびホウ素源としてH3BO3(和光純薬(株)製:純度99.9質量%)を、それぞれの原料を、Li1.07Al0.1Mn1.820.014となるよう混合した後、これに水を加えて固形分濃度33.3質量%の噴霧乾燥用混合物分散液を調製した。 Subsequently, LiOH.H 2 O (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc .: purity 98.8% by mass) as the lithium source, the alumina particle dispersion prepared above, the electrolytic manganese dioxide dispersion, and H 3 BO 3 (sum) as the boron source by Wako pure Chemical Co., Ltd.: purity 99.9 wt%), the respective raw material, Li 1.07 Al 0.1 Mn 1.82 B 0.01 after mixing O 4 and so as, solid concentration 33.3 by adding it to the water A mass dispersion mixture for spray drying was prepared.

ついで、噴霧乾燥用混合物分散液をノズル型スプレードライヤー(大川原化工機社製:L−8型スプレードライヤー)を用いて噴霧乾燥を行った。ここで乾燥ガスとして空気を用いた。また、サイクロン差圧が0.7〜0.8kPaとなるよう調整し、乾燥ガスの入口温度は220℃に調整した。噴霧乾燥用混合物分散液の流量は3kg/hr、微粒化エアー圧力は0.1MPaとした。   Next, the spray-dried mixture dispersion was spray-dried using a nozzle-type spray dryer (Okawahara Kako Co., Ltd .: L-8 type spray dryer). Here, air was used as the drying gas. Moreover, it adjusted so that cyclone differential pressure might be set to 0.7-0.8 kPa, and the inlet temperature of the dry gas was adjusted to 220 degreeC. The flow rate of the spray dispersion mixture dispersion was 3 kg / hr, and the atomization air pressure was 0.1 MPa.

そして、噴霧乾燥により得られた粒子を750℃で10時間空気中にて焼成してスピネル型マンガン酸リチウム粒子(1)を得た。
スピネル型マンガン酸リチウム粒子(1)は立方晶のスピネル構造を有していた。
Then, particles obtained by spray drying were fired in air at 750 ° C. for 10 hours to obtain spinel type lithium manganate particles (1).
The spinel-type lithium manganate particles (1) had a cubic spinel structure.

また、得られたスピネル型マンガン酸リチウム粒子(1)について、比表面積を測定したところ、0.88m2/gであった。また、平均一次粒子径は0.7μm、平均二次粒子径は10.9μmであった。 Further, when the specific surface area of the obtained spinel type lithium manganate particles (1) was measured, it was 0.88 m 2 / g. The average primary particle size was 0.7 μm, and the average secondary particle size was 10.9 μm.

結晶性チタン酸塩(1)の調製
水酸化バリウム8水和物(和光純薬工業(株))50gと2-メトキシエタノール(メチルセロソルブ)315gとをビーカーに入れ、超音波を照射しながら30℃で20分間溶解操作をした。ついで、平板濾過器で濾過し、少量の未溶解水酸化バリウムを除去して、水酸化バリウム・2-メトキシエタノール溶液(1-1)を調製した。この時、水分含有量が6.2 質量%であった。
Preparation of crystalline titanate (1) 50 g of barium hydroxide octahydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 315 g of 2-methoxyethanol (methyl cellosolve) were placed in a beaker and irradiated with ultrasonic waves. The dissolution operation was performed at 20 ° C. for 20 minutes. Subsequently, the solution was filtered through a flat plate filter to remove a small amount of undissolved barium hydroxide, thereby preparing a barium hydroxide / 2-methoxyethanol solution (1-1). At this time, the water content was 6.2% by mass.

ついで、溶液を1Lナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーター用い、温度70℃、減圧度0.015MPaで1時間、水分除去操作を行って水酸化バリウム・2-メトキシエタノール溶液(1-2)を調製した。   Next, the solution was put into a 1 L eggplant-shaped flask, and a water removal operation was performed using a rotary evaporator at a temperature of 70 ° C. and a reduced pressure of 0.015 MPa for 1 hour to prepare a barium hydroxide / 2-methoxyethanol solution (1-2). did.

水酸化バリウム・2-メトキシエタノール溶液(1-2)のBa濃度は6.4質量%、水分含有量は0.5質量%であった。
ついで、窒素ガス雰囲気下、グローブボックス中にて、水酸化バリウム・2-メトキシエタノール溶液(1-2)170gに、Ba/Ti原子比が1となるようにテトライソプロポキシチタン(マツモトファインケミカル(株)製:オルガチックスTA−10)24.6gを混合した。
The Ba concentration of the barium hydroxide / 2-methoxyethanol solution (1-2) was 6.4% by mass, and the water content was 0.5% by mass.
Next, in a glove box under a nitrogen gas atmosphere, tetraisopropoxy titanium (Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd.) was added to 170 g of a barium hydroxide-2-methoxyethanol solution (1-2) so that the Ba / Ti atomic ratio was 1. ): Orgatic TA-10) 24.6 g was mixed.

ついで、Tiのモル数(MT)と水のモル数(MH2O)とのモル比(MH2O)/(MT)が16となるように水24.9ml、メタノール24.9mlの混合液を、撹拌下、25℃、2時間で添加してテトライソプロポキシチタンの加水分解を行った。 Then, the number of moles of Ti (M T) and the number of moles of water (M H2 O) molar ratio of (M H2O) / (M T ) is 16 as water 24.9 mL, mixture of methanol 24.9 mL Was added at 25 ° C. for 2 hours with stirring to hydrolyze tetraisopropoxytitanium.

ついで、生成した水和物ゲルを80℃に昇温し、撹拌することなく、48時間熟成し、結晶性チタン酸塩(1)分散液を得た。
得られた結晶性チタン酸塩(1)分散液にn-メチルピロリドン(NMP)を添加しロータリーエバポレーターにて溶媒置換を行い固形分濃度20質量%の結晶性チタン酸塩(1) NMP分散液を得た。得られた結晶性チタン酸塩(1)分散液を300℃で2時間乾燥して粉末化し、X線回折により結晶形と結晶子径(1)を測定し、平均粒子径(1)を測定し、結果を表に示す。
Subsequently, the produced hydrate gel was heated to 80 ° C. and aged for 48 hours without stirring to obtain a crystalline titanate (1) dispersion.
N-Methylpyrrolidone (NMP) is added to the obtained crystalline titanate (1) dispersion, and the solvent is replaced by a rotary evaporator to obtain a crystalline titanate (1) NMP dispersion having a solid content of 20% by mass. Got. The obtained crystalline titanate (1) dispersion was dried at 300 ° C. for 2 hours to be powdered, and the crystal form and crystallite diameter (1) were measured by X-ray diffraction, and the average particle diameter (1) was measured. The results are shown in the table.

リチウムイオン二次電池(1)の作製:
スピネル型マンガン酸リチウム粒子(1)と、導電材としてのアセチレンブラック、結晶性チタン酸塩(1)およびバインダーとしてのポリフッ化ビニリデンを、75:18:2:5の重量比で混合し、NMPを溶媒に用いて正極材用塗布液を調製した。この塗布液をアルミニウム箔に印刷し、乾燥させた後、14mmφに型抜きした後、グローブボックス内で真空乾燥して試験用正極(1)を作製した。
Preparation of lithium ion secondary battery (1):
Spinel type lithium manganate particles (1), acetylene black as a conductive material, crystalline titanate (1), and polyvinylidene fluoride as a binder are mixed in a weight ratio of 75: 18: 2: 5, and NMP Was used as a solvent to prepare a coating solution for a positive electrode material. This coating solution was printed on an aluminum foil, dried, then die-cut to 14 mmφ, and then vacuum dried in a glove box to prepare a test positive electrode (1).

正極(1)と金属リチウム箔(厚さ0.2mm)を、セパレーター(ガラスフィルター)を介してコイン型電池ケースに積層し、体積比1:1のエチレンカーボネートとジメチルカーボネート混合溶媒に1mol/lのLiPF6を溶解した電解液を注入してリチウムイオン二次電池(1)を作製した。
リチウムイオン二次電池(1)について、以下の方法で放電容量および高温サイクル特性を評価した。
The positive electrode (1) and metallic lithium foil (thickness 0.2 mm) are laminated on a coin-type battery case via a separator (glass filter), and 1 mol / l in a 1: 1 volume ratio of ethylene carbonate and dimethyl carbonate mixed solvent. A lithium ion secondary battery (1) was prepared by injecting an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved.
The lithium ion secondary battery (1) was evaluated for discharge capacity and high-temperature cycle characteristics by the following method.

放電容量
定電流で0.5mA/cm2の電流密度、充電電位4.3Vまで、放電電位3.0Vまでの電位規制の条件で、まず重量当たりの放電容量を測定し、結果を表に示す。
First, the discharge capacity per weight was measured under the conditions of a current density of 0.5 mA / cm 2 at a constant discharge capacity , a charge potential of 4.3 V, and a potential regulation of 3.0 V, and the results are shown in the table. .

高温サイクル特性
試験用電池を55℃の恒温槽に設置し、上記と同一の条件で100回の充放電試験を行い、高温サイクル特性を次式の容量維持率で評価し、結果を表に示す。
容量維持率(%)=(1回目の重量当たり放電容量/100回目の重量当たり放電容量)×100
The battery for high-temperature cycle characteristic test was installed in a constant temperature bath at 55 ° C., and 100 charge / discharge tests were performed under the same conditions as described above. The high-temperature cycle characteristic was evaluated by the capacity retention rate of the following equation, and the results are shown in the table. .
Capacity retention rate (%) = (discharge capacity per first weight / discharge capacity per 100th weight) × 100

[実施例2]
リチウムイオン二次電池(2)の作製:
実施例1において、スピネル型マンガン酸リチウム粒子(1)と、アセチレンブラック、結晶性チタン酸塩(1)およびポリフッ化ビニリデンを、75:13:7:5の重量比で混合した以外は同様にして、リチウムイオン二次電池(2)を作製し、放電容量、高温サイクル特性を評価し、結果を表に示す。
[Example 2]
Preparation of lithium ion secondary battery (2):
In Example 1, spinel type lithium manganate particles (1), acetylene black, crystalline titanate (1) and polyvinylidene fluoride were mixed in a weight ratio of 75: 13: 7: 5. Then, a lithium ion secondary battery (2) was prepared, discharge capacity and high-temperature cycle characteristics were evaluated, and the results are shown in the table.

[実施例3]
リチウムイオン二次電池(3)の作製:
実施例1において、スピネル型マンガン酸リチウム粒子(1)と、アセチレンブラック、結晶性チタン酸塩(1)およびポリフッ化ビニリデンを、75:19.5:0.5:5の重量比で混合した以外は同様にして、リチウムイオン二次電池(3)を作製し、放電容量、高温サイクル特性を評価し、結果を表に示す。
[Example 3]
Preparation of lithium ion secondary battery (3):
In Example 1, spinel type lithium manganate particles (1), acetylene black, crystalline titanate (1) and polyvinylidene fluoride were mixed in a weight ratio of 75: 19.5: 0.5: 5. A lithium ion secondary battery (3) was prepared in the same manner except that, and the discharge capacity and high-temperature cycle characteristics were evaluated. The results are shown in the table.

[実施例4]
結晶性チタン酸塩(2)の調製
実施例1において、ロータリーエバポレーター用い、温度70℃、減圧度0.015MPaで5時間、水分除去操作を行って水酸化バリウム・2-メトキシエタノール溶液(2-1)を調製した。この時、水分含有量が0.2質量%であった。
[Example 4]
Preparation of crystalline titanate (2) In Example 1, using a rotary evaporator, water was removed at a temperature of 70 ° C. and a reduced pressure of 0.015 MPa for 5 hours to remove barium hydroxide and 2-methoxyethanol solution (2- 1) was prepared. At this time, the water content was 0.2% by mass.

水酸化バリウム・2-メトキシエタノール溶液(2-1)のBaO濃度は7.0質量%、水分含有量は0.2質量%であった。
以下、実施例1と同様にして結晶性チタン酸塩(2)分散液を調製し、ついで、実施例1と同様にして結晶性チタン酸塩(2)の結晶形と結晶子径、平均粒子径を測定し、結果を表に示す。
The barium hydroxide · 2-methoxyethanol solution (2-1) had a BaO concentration of 7.0% by mass and a water content of 0.2% by mass.
Thereafter, a crystalline titanate (2) dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, and then the crystalline form, crystallite diameter, and average particle of crystalline titanate (2) in the same manner as in Example 1. The diameter was measured and the results are shown in the table.

リチウムイオン二次電池(4)の作製:
実施例1において、結晶性チタン酸塩(1)の代わりに結晶性チタン酸塩(2)を用いた以外は同様にして、リチウムイオン二次電池(4)を作製し、放電容量、高温サイクル特性を評価し、結果を表に示す。
Production of lithium ion secondary battery (4):
In Example 1, a lithium ion secondary battery (4) was prepared in the same manner except that the crystalline titanate (2) was used instead of the crystalline titanate (1), and the discharge capacity, high temperature cycle were The characteristics were evaluated and the results are shown in the table.

[実施例5]
結晶性チタン酸塩(3)の調製
実施例1において、水和物ゲルを85℃に昇温し、撹拌することなく、48時間熟成した以外は同様にして結晶性チタン酸塩(3)分散液を調製した。
結晶性チタン酸塩(3)の結晶形と結晶子径、平均粒子径を測定し、結果を表に示す。
[Example 5]
Preparation of crystalline titanate (3) Dispersion of crystalline titanate (3) was the same as in Example 1 except that the hydrate gel was heated to 85 ° C. and aged for 48 hours without stirring. A liquid was prepared.
The crystalline form, crystallite diameter, and average particle diameter of the crystalline titanate (3) were measured, and the results are shown in the table.

リチウムイオン二次電池(5)の作製:
実施例1において、結晶性チタン酸塩(1)の代わりに結晶性チタン酸塩(3)を用いた以外は同様にして、リチウムイオン二次電池(5)を作製し、放電容量、高温サイクル特性を評価し、結果を表に示す。
Preparation of lithium ion secondary battery (5):
A lithium ion secondary battery (5) was produced in the same manner as in Example 1 except that the crystalline titanate (3) was used instead of the crystalline titanate (1), and the discharge capacity, high-temperature cycle were prepared. The characteristics were evaluated and the results are shown in the table.

[実施例6]
結晶性チタン酸塩(4)の調製
実施例1と同様にして調製した結晶性チタン酸塩(1)分散液を200℃で2時間乾燥し、ついで800℃で3時間加熱処理して結晶性チタン酸塩(4)を得た。結晶性チタン酸塩(4)を固形分濃度4質量%となるようにn-メチルピロリドン(NMP)に分散させ、ナノマイザーにより塊砕処理をして結晶性チタン酸塩(4) n-メチルピロリドン(NMP)分散液を調製した。
結晶性チタン酸塩(4)の結晶形と結晶子径、平均粒子径を測定し、結果を表に示す。
[Example 6]
Preparation of crystalline titanate (4) A crystalline titanate (1) dispersion prepared in the same manner as in Example 1 was dried at 200 ° C. for 2 hours and then heat-treated at 800 ° C. for 3 hours to obtain crystallinity. A titanate (4) was obtained. Crystalline titanate (4) n-methylpyrrolidone is dispersed in n-methylpyrrolidone (NMP) so as to have a solid content concentration of 4% by mass, and is crushed by a nanomizer. A (NMP) dispersion was prepared.
The crystalline form, crystallite size, and average particle size of the crystalline titanate (4) were measured, and the results are shown in the table.

リチウムイオン二次電池(6)の作製:
実施例1において、結晶性チタン酸塩(1)の代わりに結晶性チタン酸塩(4)を用いた以外は同様にして、リチウムイオン二次電池(6)を作製し、放電容量、高温サイクル特性を評価し、結果を表に示す。
Preparation of lithium ion secondary battery (6):
In Example 1, a lithium ion secondary battery (6) was prepared in the same manner except that the crystalline titanate (4) was used instead of the crystalline titanate (1), and the discharge capacity, high temperature cycle was The characteristics were evaluated and the results are shown in the table.

[実施例7]
スピネル型マンガン酸リチウム(2)の調製
実施例1において、アルミナ源およびホウ素源を使用することなく、リチウム源としてLiOH・H2O(関東化学(株)製:純度98.8質量%)、電解二酸化マンガン分散液を、それぞれの原料を、Li1Mn24となるよう混合した後、これに水を加えて固形分濃度33.3質量%の噴霧乾燥用混合物分散液を調製した。
[Example 7]
Preparation of spinel type lithium manganate (2)
In Example 1, without using an alumina source and a boron source, LiOH.H 2 O (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc .: purity 98.8% by mass) and an electrolytic manganese dioxide dispersion were used as respective raw materials as a lithium source. Was mixed so as to be Li 1 Mn 2 O 4, and water was added thereto to prepare a spray-drying mixture dispersion having a solid content concentration of 33.3% by mass.

以下、実施例1と同様に噴霧乾燥、加熱処理してスピネル型マンガン酸リチウム粒子(2)を得た。
スピネル型マンガン酸リチウム粒子(2)は立方晶のスピネル構造を有していた。
また、得られたスピネル型マンガン酸リチウム粒子(2)について、比表面積を測定したところ、0.86m2/gであった。また、平均一次粒子径は0.8μm、平均二次粒子径は11.0μmであった。
Thereafter, spinel-type lithium manganate particles (2) were obtained by spray drying and heat treatment in the same manner as in Example 1.
The spinel type lithium manganate particles (2) had a cubic spinel structure.
Further, when the specific surface area of the obtained spinel type lithium manganate particles (2) was measured, it was 0.86 m 2 / g. The average primary particle size was 0.8 μm, and the average secondary particle size was 11.0 μm.

リチウムイオン二次電池(7)の作製:
実施例1において、スピネル型マンガン酸リチウム粒子(1)の代わりにスピネル型マンガン酸リチウム粒子(2)を用いた以外は同様にして、リチウムイオン二次電池(7)を作製し、放電容量、高温サイクル特性を評価し、結果を表に示す。
Preparation of lithium ion secondary battery (7):
In Example 1, a lithium ion secondary battery (7) was produced in the same manner except that the spinel type lithium manganate particles (2) were used instead of the spinel type lithium manganate particles (1), and the discharge capacity, The high temperature cycle characteristics were evaluated and the results are shown in the table.

[実施例8]
リチウムイオン二次電池(2)の作製:
実施例1において、スピネル型マンガン酸リチウム粒子(1)と、アセチレンブラック、結晶性チタン酸塩(1)およびポリフッ化ビニリデンを、90:4:2:4の重量比で混合した以外は同様にして、リチウムイオン二次電池(2)を作製し、放電容量、高温サイクル特性を評価し、結果を表に示す。
[Example 8]
Preparation of lithium ion secondary battery (2):
In Example 1, spinel type lithium manganate particles (1), acetylene black, crystalline titanate (1), and polyvinylidene fluoride were mixed in the same weight ratio of 90: 4: 2: 4. Then, a lithium ion secondary battery (2) was prepared, discharge capacity and high-temperature cycle characteristics were evaluated, and the results are shown in the table.

[比較例1]
リチウムイオン二次電池(R1)の作製:
実施例1において、結晶性チタン酸塩(1)を使用することなく、スピネル型マンガン酸リチウム粒子(1)と、アセチレンブラック、およびポリフッ化ビニリデンを、75:20:5の重量比で混合した以外は同様にして、リチウムイオン二次電池(R1)を作製し、放電容量、高温サイクル特性を評価し、結果を表に示す。
[Comparative Example 1]
Fabrication of lithium ion secondary battery (R1):
In Example 1, the spinel-type lithium manganate particles (1), acetylene black, and polyvinylidene fluoride were mixed at a weight ratio of 75: 20: 5 without using the crystalline titanate (1). A lithium ion secondary battery (R1) was prepared in the same manner except that, and the discharge capacity and high-temperature cycle characteristics were evaluated. The results are shown in the table.

[比較例2]
実施例1において、スピネル型マンガン酸リチウム粒子(1)と、アセチレンブラック、結晶性チタン酸塩(1)およびポリフッ化ビニリデンを、75:2.5:20:2.5の重量比で混合した以外は同様にして、リチウムイオン二次電池(3)を作製し、放電容量、高温サイクル特性を評価し、結果を表に示す。
[Comparative Example 2]
In Example 1, spinel type lithium manganate particles (1), acetylene black, crystalline titanate (1) and polyvinylidene fluoride were mixed in a weight ratio of 75: 2.5: 20: 2.5. A lithium ion secondary battery (3) was prepared in the same manner except that, and the discharge capacity and high-temperature cycle characteristics were evaluated. The results are shown in the table.

Figure 0006008610
Figure 0006008610

Claims (8)

スピネル型マンガン酸リチウム粒子ペロブスカイト構造を有するチタン酸バリウムと導電材と結合材とを含んでなり、ペロブスカイト構造を有するチタン酸バリウムの含有量(WTI)が0.1〜15質量%の範囲にあり、ペロブスカイト構造を有するチタン酸バリウムの平均粒子径(DTI)が3〜40nmの範囲にあることを特徴とする正極材。 It comprises spinel type lithium manganate particles , barium titanate having a perovskite structure, a conductive material and a binder, and the content of barium titanate having a perovskite structure (W TI ) is in the range of 0.1 to 15% by mass. A positive electrode material, wherein the average particle diameter (D TI ) of barium titanate having a perovskite structure is in the range of 3 to 40 nm. 前記ペロブスカイト構造を有するチタン酸バリウムの結晶子径(CTI)が2〜30nmの範囲にあることを特徴とする請求項1記載の正極材。 2. The positive electrode material according to claim 1 , wherein a crystallite diameter (C TI ) of the barium titanate having a perovskite structure is in a range of 2 to 30 nm. 前記ペロブスカイト構造を有するチタン酸バリウムの平均粒子径(DTI)と結晶子径(CTI)との比(CTI)/(DTI)が0.1〜1の範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の正極材。 The ratio (C TI ) / (D TI ) between the average particle size (D TI ) and the crystallite size (C TI ) of the barium titanate having the perovskite structure is in the range of 0.1 to 1. The positive electrode material according to claim 1 or 2 . 前記ペロブスカイト構造を有するチタン酸バリウムの含有量(WTI)が0.2〜8質量%の範囲にあることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の正極材。 The positive electrode material according to any one of claims 1 to 3, the content of barium titanate having a perovskite structure (W TI) is characterized in that in the range of 0.2 to 8 wt%. 前記スピネル型マンガン酸リチウム粒子の含有量(WLM)が50〜95質量%の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の正極材。 2. The positive electrode material according to claim 1, wherein a content (W LM ) of the spinel type lithium manganate particles is in a range of 50 to 95 mass%. 前記スピネル型マンガン酸リチウム粒子の含有量(WLM)と前記ペロブスカイト構造を有するチタン酸バリウムの含有量(WTI)との比(WTI)/(WLM)が0.001〜0.2の範囲にあることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の正極材。 The content of the spinel-type lithium manganate particles (W LM) and the content of barium titanate having the perovskite structure (W TI) and the ratio of (W TI) / (W LM ) is 0.001 to 0.2 The positive electrode material according to any one of claims 1 to 5 , wherein the positive electrode material is in the range. 前記スピネル型マンガン酸リチウム粒子の平均粒子径(DLM)が1〜30μmの範囲にあることを特徴とする請求項1またはに記載の正極材。 Positive electrode material according to claim 1 or 5 wherein the average particle size of the spinel-type lithium manganate particles (D LM) is being in the range of 1 to 30 [mu] m. 請求項1〜のいずれかに記載の正極材を用いた二次電池。 Secondary battery using the positive electrode material according to any of claims 1-7.
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