JP6248639B2 - Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same, and method for producing positive electrode active material for lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質、それを用いたリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池、並びに、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, a positive electrode for lithium ion secondary batteries and a lithium ion secondary battery using the same, and a method for producing a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries.

リチウムイオン二次電池は、ニッケル・水素蓄電池やニッケル・カドミウム蓄電池等の他の二次電池と比較して、エネルギー密度が高くメモリ効果が小さいといった特徴を有している。そのため、携帯電子機器、家庭用電気機器等の小型電源から、電力貯蔵装置、無停電電源装置、電力平準化装置等の定置用電源、船舶、鉄道、ハイブリット自動車、電気自動車等の駆動電源といった中大型電源に至るまでその用途が拡大しており、電池性能のさらなる向上が求められている。特に、中大型電源として展開されるリチウムイオン二次電池については、低容積で高容量を達成できるような高エネルギー密度を有することが要求されている。   Lithium ion secondary batteries have a feature of high energy density and low memory effect compared to other secondary batteries such as nickel / hydrogen storage batteries and nickel / cadmium storage batteries. Therefore, from small power sources such as portable electronic devices and household electric appliances to stationary power sources such as power storage devices, uninterruptible power supply devices, power leveling devices, and driving power sources for ships, railways, hybrid vehicles, electric vehicles, etc. Applications have expanded to large power supplies, and further improvements in battery performance are required. In particular, lithium ion secondary batteries deployed as medium and large power supplies are required to have a high energy density that can achieve a high capacity with a low volume.

このような要請に応じて、LiMnO―LiM1O(M1は、Co、Ni、Mn等の元素を示す。)と表わされる固溶体系正極活物質の開発が鋭意進められている。固溶体系正極活物質は、リチウム過剰の元素組成を有し、高容量を実現し得る正極活物質として期待されている。その一方で、固溶体系正極活物質は、充放電サイクル特性に必ずしも優れておらず、高電位まで充電を行うと、遷移金属の溶出や電解液の分解を生じて電池性能の劣化をきたすという特徴がある。 In response to such a request, development of a solid solution positive electrode active material represented by Li 2 MnO 3 —LiM 1 O 2 (M 1 represents an element such as Co, Ni, Mn, etc.) has been intensively advanced. The solid solution positive electrode active material is expected as a positive electrode active material having a lithium-excess elemental composition and capable of realizing a high capacity. On the other hand, the solid solution positive electrode active material is not necessarily excellent in charge / discharge cycle characteristics, and when charged to a high potential, it causes elution of transition metals and decomposition of the electrolytic solution, resulting in deterioration of battery performance. There is.

そこで、固溶体系正極活物質の充放電サイクル特性を、正極活物質の表面を被覆することによって改善する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、xLiMnO−(1−x)LiMnCoNi(式中、0.2≦x≦0.5、0.3≦a≦0.5、0.1≦b≦0.3、0.3≦c≦0.5、a+b+c=1である。)で表される固溶体の表面の少なくとも一部が、Me(但し、Meは、Mn、Co及びNi以外の遷移金属を表す。)の酸化物又は酸化物リチウム塩により被覆されてなる正極活物質として、MoO、LiMoO、LiCrO又はLiWOで被覆された正極活物質の実施例が開示されている。 Therefore, a technique for improving the charge / discharge cycle characteristics of the solid solution positive electrode active material by coating the surface of the positive electrode active material has been proposed. For example, Patent Document 1 includes xLi 2 MnO 3 — (1-x) LiMn a Co b Ni c O 2 (where 0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.3 ≦ a ≦ 0.5, At least part of the surface of the solid solution represented by 0.1 ≦ b ≦ 0.3, 0.3 ≦ c ≦ 0.5, and a + b + c = 1), where Me is Mn, Co And a transition metal other than Ni.) A positive electrode coated with MoO 3 , Li 2 MoO 4 , Li 2 CrO 4 or Li 2 WO 4 as a positive electrode active material coated with an oxide or a lithium salt of oxide Examples of active materials are disclosed.

特開2012−129166号公報JP 2012-129166 A

特許文献1に開示されるように、正極活物質の表面を酸化物等で被覆することによって、電池を構成する正極活物質と電解液とは隔離されるため、リチウムイオン二次電池の充放電サイクル特性を向上させることが可能であると考えられる。しかしながら、充放電サイクル特性を向上させるために、正極活物質を単に酸化物等で被覆した場合には、その被膜が抵抗成分となるため、放電レート特性が低下するおそれが高い。そのため、固溶体系正極活物質において、充放電サイクル特性及び放電レート特性を両立させることは困難であるのが現状である。   As disclosed in Patent Document 1, by covering the surface of the positive electrode active material with an oxide or the like, the positive electrode active material and the electrolyte constituting the battery are isolated, so that charging / discharging of the lithium ion secondary battery It is thought that cycle characteristics can be improved. However, when the positive electrode active material is simply coated with an oxide or the like in order to improve the charge / discharge cycle characteristics, the coating film becomes a resistance component, so that the discharge rate characteristics are likely to deteriorate. For this reason, it is difficult to achieve both charge / discharge cycle characteristics and discharge rate characteristics in a solid solution positive electrode active material.

したがって、本発明の課題は、充放電サイクル特性及び放電レート特性に優れるリチウムイオン二次電池用正極活物質、それを用いたリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池、並びに、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery excellent in charge / discharge cycle characteristics and discharge rate characteristics, a positive electrode for lithium ion secondary batteries and a lithium ion secondary battery using the same, and lithium ion It is providing the manufacturing method of the positive electrode active material for secondary batteries.

前記課題を解決するために本発明に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、以下
の組成式(1)、
xLiMnO―(1−x)LiM{(2−3x)/(1−x)}・・・(1)
[式中、xは、0<x≦0.6を満たす数であり、yは、0.7≦y≦1.0を満たす数であり、Mは、Ni、Co、Mn、Ti、Zr、Al、Mg及びVからなる群より選択される少なくとも1種の元素である。]で表わされる固溶体粒子と、前記固溶体粒子の表面の少なくとも一部を被覆するリチウムイオン伝導性ガラスとを含んでなり、前記リチウムイオン伝導性ガラスが、Li O−B 、Li O−Al 、Li O−SiO 、Li O−P 、Li O−V 、LiF−BF 、LiF−AlF 、LiF−VF からなる群より選択される少なくとも1種で、当該リチウムイオン伝導性ガラスのリチウムイオンの伝導率が、室温において、1×10 −10 S/cm以上であり、且つ、前記固溶体粒子は、表層におけるリチウム濃度が内層におけるリチウム濃度の80質量%以下であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention has the following composition formula (1),
xLi 2 MnO 3- (1-x) LiM y O {(2-3x) / (1-x)} (1)
[Wherein x is a number satisfying 0 <x ≦ 0.6, y is a number satisfying 0.7 ≦ y ≦ 1.0, and M is Ni, Co, Mn, Ti, Zr , At least one element selected from the group consisting of Al, Mg and V. ] And a lithium ion conductive glass covering at least a part of the surface of the solid solution particle, wherein the lithium ion conductive glass is Li 2 O—B 2 O 3 , Li 2. From the group consisting of O—Al 2 O 3 , Li 2 O—SiO 4 , Li 2 O—P 2 O 5 , Li 2 O—V 2 O 5 , LiF—BF 3 , LiF—AlF 3 , LiF—VF 3. At least one selected, the lithium ion conductivity of the lithium ion conductive glass is 1 × 10 −10 S / cm or more at room temperature , and the solid solution particles have a lithium concentration in the surface layer , It is characterized by being 80% by mass or less of the lithium concentration in the inner layer.

また、本発明に係るリチウムイオン二次電池用正極は、前記のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含んでなることを特徴とする。   Moreover, the positive electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on this invention is characterized by including the said positive electrode active material for lithium ion secondary batteries.

また、本発明に係るリチウムイオン二次電池は、前記のリチウムイオン二次電池用正極を備えることを特徴とする。   In addition, a lithium ion secondary battery according to the present invention includes the positive electrode for a lithium ion secondary battery.

また、本発明に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、組成式(1)で表わされる固溶体粒子をpH7以上9以下の溶媒に浸漬して前記固溶体粒子の表層のリチウムを脱離させると共に、前記固溶体粒子の表面に、B、Al、Si、P及びVからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む組成を有するリチウムイオン伝導性ガラスの前駆体を付着させる工程、前記固溶体粒子を200℃以上600℃以下で1時間以上20時間以下の加熱処理に供し、前記固溶体粒子を、Li O−B 、Li O−Al 、Li O−SiO 、Li O−P 、Li O−V 、LiF−BF 、LiF−AlF 、LiF−VF からなる群より選択される少なくとも1種であるリチウムイオン伝導性ガラスで被覆する工程、を含むことを特徴とする。 Further, the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes immersing the solid solution particles represented by the composition formula (1) in a solvent having a pH of 7 or more and 9 or less to remove lithium on the surface layer of the solid solution particles. released was Rutotomoni, the surface of the solid-solution particles, B, Al, Si, depositing a precursor of the lithium ion conductive glass having a composition comprising at least one element selected from the group consisting of P and V When the subjecting the solid solution particles 20 hours following heating for 1 hour or more at 200 ° C. or higher 600 ° C. or less, the solid solution particles, Li 2 O-B 2 O 3, Li 2 O-Al 2 O 3, Li It is at least one selected from the group consisting of 2 O—SiO 4 , Li 2 O—P 2 O 5 , Li 2 O—V 2 O 5 , LiF—BF 3 , LiF—AlF 3 , LiF—VF 3. Re Characterized in that it comprises a step of coating with Ion conductive glass, a.

本発明によれば、充放電サイクル特性及び放電レート特性に優れるリチウムイオン二次電池用正極活物質、それを用いたリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池、並びに、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery excellent in charge / discharge cycle characteristics and discharge rate characteristics, a positive electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery using the same, and a lithium ion secondary battery A method for producing a positive electrode active material for a battery can be provided.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the lithium ion secondary battery which concerns on this embodiment. 実施例及び比較例に係るリチウムイオン二次電池のレート容量維持率とサイクル容量維持率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rate capacity | capacitance maintenance rate and cycle capacity maintenance factor of the lithium ion secondary battery which concerns on an Example and a comparative example.

以下に本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質、リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池、並びに、これらの製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode for a lithium ion secondary battery, a lithium ion secondary battery, and a production method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、主に、正極活物質としての電気化学的反応を担う固溶体粒子と、固溶体粒子の表面を被覆するリチウムイオン伝導性ガラスとからなる。すなわち、リチウムイオン二次電池の正極反応を担う正極活物質の粒子は、正負極電極間の電気伝導を担っているリチウムイオンの伝導性を有するガラス質の被膜で被覆された構成とされている。   The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment is mainly composed of solid solution particles responsible for an electrochemical reaction as the positive electrode active material and lithium ion conductive glass covering the surface of the solid solution particles. That is, the positive electrode active material particles responsible for the positive electrode reaction of the lithium ion secondary battery are configured to be covered with a glassy coating having lithium ion conductivity that is responsible for electrical conduction between the positive and negative electrodes. .

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を成している固溶体粒子は、
以下の組成式(1)、
xLiMnO―(1−x)LiM{(2−3x)/(1−x)}・・・(1)
[式中、xは、0<x≦0.6を満たす数であり、yは、0.7≦y≦1.0を満たす数であり、Mは、Ni、Co、Mn、Ti、Zr、Al、Mg及びVからなる群より選択される少なくとも1種の元素である。]で表わされる元素組成を有する固溶体系正極活物質の一次粒子である。上記式(1)の正極活物質に含まれるリチウム(Li)と金属元素(Mn及びM)との原子比率(モル比)は、1<(Li/(Mn+M))≦1.8となる。
The solid solution particles constituting the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment,
The following composition formula (1),
xLi 2 MnO 3- (1-x) LiM y O {(2-3x) / (1-x)} (1)
[Wherein x is a number satisfying 0 <x ≦ 0.6, y is a number satisfying 0.7 ≦ y ≦ 1.0, and M is Ni, Co, Mn, Ti, Zr , At least one element selected from the group consisting of Al, Mg and V. ] The primary particle of the solid solution system positive electrode active material which has an elemental composition represented by this. The atomic ratio (molar ratio) between lithium (Li) and metal elements (Mn and M) contained in the positive electrode active material of the above formula (1) is 1 <(Li / (Mn + M)) ≦ 1.8.

この固溶体系正極活物質は、電気化学的には不活性であるものの高い理論容量を示し、層状岩塩型構造を基本構造として有するLiMnOと、電気化学的に活性であり、層状岩塩型構造を基本構造として有する層状酸化物(LiM1Oと表わされ、M1は、Co、Ni、Mn等の元素を示す。)とが固溶化した、層状の結晶構造を主構造として有するリチウム含有金属複合酸化物である。層状の結晶構造を有するため、充放電に伴ってリチウムイオンの可逆的な挿入及び脱離を繰り返すことが可能であり、層状構造の層間に配列するLiのみならず、金属層に配列したLiも脱離することが可能であるため、高容量が期待される正極活物質である。 This solid solution positive electrode active material is electrochemically inactive but exhibits high theoretical capacity, Li 2 MnO 3 having a layered rock salt structure as a basic structure, and electrochemically active, layered rock salt type layered oxide having the structure as a basic structure (represented as LiM1O 2, M1 is, Co, Ni, showing the elements such as Mn.) and has a solid solution, a lithium-containing metal having a layered crystal structure as the main structure It is a complex oxide. Since it has a layered crystal structure, it is possible to repeat reversible insertion and desorption of lithium ions with charge and discharge, and not only Li arranged between layers of the layered structure but also Li arranged in a metal layer Since it can be detached, it is a positive electrode active material expected to have a high capacity.

組成式(1)で表わされる固溶体系正極活物質は、高容量が期待される一方で、充放電サイクル特性が必ずしも優れてはいないという特徴を有している。この固溶体系正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池を高電圧まで充電した場合には、電池性能が大きく劣化するため、通常は、充電終止電圧が低く抑えられ、高い理論容量を充分には活かせない現状がある。固溶体系正極活物質の充放電サイクル特性を低下させる要因としては、電気化学的に不活性であるLiMnOに起因する電池構成の不可逆変化が挙げられる。LiMnOは、充電終止電圧が4.4V(vs.Li/Li)を超える初回充電時において、リチウムイオンの脱離反応として、次の式(I)に示す不可逆反応を起こすと考えられている。
LiMnO → MnO + 1/2O + 2Li + 2e・・・(I)
The solid solution positive electrode active material represented by the composition formula (1) has a feature that charge / discharge cycle characteristics are not necessarily excellent while high capacity is expected. When a lithium ion secondary battery using this solid solution positive electrode active material is charged to a high voltage, the battery performance is greatly deteriorated. Therefore, the end-of-charge voltage is usually kept low, and a high theoretical capacity is sufficient. There is a current situation that cannot be utilized. As a factor for reducing the charge / discharge cycle characteristics of the solid solution positive electrode active material, there is an irreversible change in the battery configuration due to electrochemically inactive Li 2 MnO 3 . Li 2 MnO 3 is considered to cause an irreversible reaction represented by the following formula (I) as a lithium ion desorption reaction at the time of the initial charge when the end-of-charge voltage exceeds 4.4 V (vs. Li + / Li). It has been.
Li 2 MnO 3 → MnO 2 + 1 / 2O 2 + 2Li + + 2e (I)

式(I)に示されるように、LiMnOでは、充電時にイオン化したLiが脱離する際の電荷補償は、遷移金属ではなく酸素が担っていると考えられている。そのため、Liの脱離と共に、酸素が放出されることによって、固溶体系正極活物質の結晶構造は不可逆変化し、さらには、遷移金属の溶出や電解液の酸化分解が促進されて、電池性能の劣化を来すと考えられる。 As shown in the formula (I), in Li 2 MnO 3 , it is considered that charge compensation when Li ionized at the time of charging is desorbed is not oxygen but a transition metal. For this reason, the release of oxygen along with the desorption of Li changes the crystal structure of the solid solution positive electrode active material irreversibly, and further promotes the elution of transition metals and the oxidative decomposition of the electrolyte, thereby improving battery performance. It is thought to cause deterioration.

そこで、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質においては、リチウムイオンの伝導を妨げることなく、遷移金属の溶出や電解液の酸化分解の進行を抑制するために、固溶体粒子の表面の少なくとも一部をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆して、充放電サイクル特性及び放電レート特性を改善している。また、式(I)に示す不可逆反応を抑制するために、固溶体粒子の表層がリチウム欠乏層で構成されるものとしている。このリチウム欠乏層は、不可逆反応の抑制のみならず、リチウムイオン伝導性ガラスによる適切な被覆の実現にも寄与し、充放電サイクル特性及び放電レート特性の向上をもたらしている。   Therefore, in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the surface of the solid solution particles is used to suppress the elution of transition metals and the progress of oxidative decomposition of the electrolyte without hindering the conduction of lithium ions. At least a part of this is coated with lithium ion conductive glass to improve charge / discharge cycle characteristics and discharge rate characteristics. Moreover, in order to suppress the irreversible reaction shown to Formula (I), the surface layer of a solid solution particle shall be comprised with a lithium deficiency layer. This lithium-deficient layer not only suppresses irreversible reaction, but also contributes to the realization of appropriate coating with lithium ion conductive glass, resulting in improved charge / discharge cycle characteristics and discharge rate characteristics.

前記の組成式(1)において、xは、固溶体系正極活物質におけるLiMnOの比率を表している。LiMnOの比率が高いほど、固溶体系正極活物質がリチウム過剰となるため高容量を得ることができる。その一方で、LiMnOの比率が高いほど、固溶体系正極活物質の電気化学的活性は低下するため抵抗が増大することになる。よって、xは0を超え0.6以下の範囲、好ましくは0.1以上0.3以下の組成とする。xが0.1以上の組成であれば、リチウムを一定程度富化して高容量化を図ることができる。また、xが0.3以下の組成とすることによって、抵抗が過大となるのを避けることができるため、放電レート特性を向上させることができる。 In the composition formula (1), x represents the ratio of Li 2 MnO 3 in the solid solution positive electrode active material. The higher the ratio of Li 2 MnO 3, the higher the capacity because the solid solution positive electrode active material becomes lithium-excess. On the other hand, the higher the ratio of Li 2 MnO 3, the higher the resistance because the electrochemical activity of the solid solution positive electrode active material decreases. Therefore, x is in the range of more than 0 and not more than 0.6, preferably not less than 0.1 and not more than 0.3. If x is a composition of 0.1 or more, lithium can be enriched to a certain extent to increase the capacity. Moreover, since it can avoid that resistance becomes excessive by setting it as a composition whose x is 0.3 or less, a discharge rate characteristic can be improved.

前記の組成式(1)において、Mは、Ni、Co、Mn、Ti、Zr、Al、Mg及びVからなる群より選択される少なくとも1種の元素からなるものとし、これら元素の組成比yは0.7以上1.0以下の範囲とする。組成式(1)では、金属元素として少なくともMnを含有することによって、固溶体系正極活物質における電気化学的活性を確保することができる。また、Mの元素として、Ni、Mnを主とし、Co、Ti、Zr、Al、Mg及びVからなる群より選択される少なくとも1種の元素でこれらの遷移金属サイトを置換することによって、結晶構造の安定性や固溶体系正極活物質の電気化学的特性(サイクル特性等)を向上させることができる。Ti、Zr、Al、Mg及びVからなる群より選択される少なくとも1種の元素の含有量は、Mの元素の総質量100質量%に対して10質量%以下とすることが好ましい。   In the composition formula (1), M is composed of at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Ti, Zr, Al, Mg, and V, and the composition ratio y of these elements Is in the range of 0.7 to 1.0. In composition formula (1), the electrochemical activity in the solid solution positive electrode active material can be ensured by containing at least Mn as a metal element. Further, by substituting these transition metal sites with at least one element selected from the group consisting of Co, Ti, Zr, Al, Mg and V as the elements of M, mainly Ni and Mn, It is possible to improve the structural stability and the electrochemical properties (cycle characteristics, etc.) of the solid solution positive electrode active material. The content of at least one element selected from the group consisting of Ti, Zr, Al, Mg, and V is preferably 10% by mass or less with respect to 100% by mass of the total mass of M elements.

上述の通り、Mの元素としては、Mnを含むことが好ましく、Ni及びMnを含むことがより好ましい。具体的には、固溶体粒子は、以下の組成式(2)で表わされる組成を有することが好ましい。
xLiMnO―(1−x)LiNiy1Mny2M’y3{(2−3x)/(1−x)}・・・(2)
[式中、xは、0<x≦0.6を満たす数であり、y1は、0≦y1≦1.0を満たす数であり、y2は、0≦y2≦1.0を満たす数であり、y3は、0≦y3<1.0を満たす数であり、0.7≦y1+y2+y3≦1.0であり、M’は、Co、Ti、Zr、Al、Mg及びVからなる群より選択される少なくとも1種の元素である。]
As described above, the element of M preferably contains Mn, and more preferably contains Ni and Mn. Specifically, the solid solution particles preferably have a composition represented by the following composition formula (2).
xLi 2 MnO 3 — (1-x) LiNi y1 Mn y2 M ′ y3 O {(2-3x) / (1-x)} (2)
[Wherein x is a number satisfying 0 <x ≦ 0.6, y1 is a number satisfying 0 ≦ y1 ≦ 1.0, and y2 is a number satisfying 0 ≦ y2 ≦ 1.0. Y3 is a number satisfying 0 ≦ y3 <1.0, 0.7 ≦ y1 + y2 + y3 ≦ 1.0, and M ′ is selected from the group consisting of Co, Ti, Zr, Al, Mg and V At least one element. ]

特に固溶体系正極活物質を組成式(2)で表わされる組成とすることによって、良好な放電容量を確保しつつ、原料費を抑えることが可能となる。   In particular, by setting the solid solution positive electrode active material to a composition represented by the composition formula (2), it is possible to suppress raw material costs while ensuring a good discharge capacity.

Mの元素の全体におけるNi及びMnの原子濃度は、Ni及びMnを合算して75at%以上であることが好ましい。したがって、前記の組成式(2)において、(y1+y2)/(y1+y2+y3)×100≧75を満たすことが好ましい。固溶体系正極活物質がこのような組成であれば、LiMnOと層状酸化物との固溶化を適切に達成することができる。 The atomic concentration of Ni and Mn in the whole M element is preferably 75 at% or more by adding Ni and Mn. Therefore, in the composition formula (2), it is preferable that (y1 + y2) / (y1 + y2 + y3) × 100 ≧ 75 is satisfied. If the solid solution positive electrode active material has such a composition, it is possible to appropriately achieve solid solution of Li 2 MnO 3 and the layered oxide.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、厳密に化学量論比に従うものに制限されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で組成が不定比であってもよく、結晶構造上にサイト間の置換や欠損を有していてもよい。   The composition of the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment is not limited to strictly following the stoichiometric ratio, and the composition may be an indefinite ratio without departing from the gist of the present invention. There may be substitution or defect between sites on the crystal structure.

本実施形態に係るリチウムイオン伝導性ガラスは、リチウムイオンの伝導性を有し、常温域付近において非晶質固体として安定な酸化物、フッ化物又は硫化物からなる。リチウムイオン伝導性ガラスとしては、固溶体粒子が熱安定な温度、好ましくは200℃以上600℃以下においてガラス化するものが好ましい。   The lithium ion conductive glass according to the present embodiment is made of an oxide, fluoride, or sulfide that has lithium ion conductivity and is stable as an amorphous solid in the vicinity of a normal temperature range. As the lithium ion conductive glass, glass that vitrifies at a temperature at which the solid solution particles are thermally stable, preferably 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower is preferable.

リチウムイオン伝導性ガラスを構成するガラス組成成分としては、LiO、SiO、Al、Fe、TiO、CaO、MgO、NaO、KO、SO、As、B、V、P、ZrO、MoO、PbO、GeO、Nb、Ga、Sb、Bi等の酸化物や、LiF、AlF、CeF、BaF、CaF、MgF、BeF、InF、ZrF、GdF、LaF、NaF、HfF、CdF、PbF、GaF、ZnF等のフッ化物や、LiS、SiS、B、P、GeS等の硫化物が挙げられる。これらのガラス組成成分により形成される分子構造において、酸化物系ガラスにおいてはLiO、フッ化物系ガラスにおいてはLiF、硫化物系ガラスにおいてはLiSの含有比率を増大させてガラス化を行うことによって、リチウムイオンの伝導性が向上したリチウムイオン伝導性ガラスを得ることができる。 The glass composition components constituting the lithium ion conductive glass, Li 2 O, SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, TiO 2, CaO, MgO, Na 2 O, K 2 O, SO 3, As 2 O 3, B 2 O 3 , V 2 O 5, P 2 O 5, ZrO 2, MoO 3, PbO, GeO 2, Nb 2 O 5, Ga 2 O 3, Sb 2 O 3, Bi 2 O 3 , etc. Oxides of LiF, AlF 3 , CeF 3 , BaF 2 , CaF 2 , MgF 2 , BeF 2 , InF 3 , ZrF 4 , GdF 3 , LaF 3 , NaF, HfF 4 , CdF 2 , PbF 2 , GaF 3 , Fluorides such as ZnF 3 , and sulfides such as Li 2 S, SiS 2 , B 2 S 3 , P 2 S 5 , GeS 2 . In the molecular structure formed by these glass composition components, vitrification is performed by increasing the content ratio of Li 2 O in oxide glass, LiF in fluoride glass, and Li 2 S in sulfide glass. By performing, lithium ion conductive glass with improved lithium ion conductivity can be obtained.

リチウムの含有比率を増大させるガラス組成成分として、LiSO、LiMoO、LiSiO、LiPO、LiGeO、LiZrO、LiCO、LiW、LiNbO、LiVO、LiCl、LiBr、LiI、LiSe等の改質剤の一種以上を添加してもよい。 As a glass composition component that increases the content ratio of lithium, Li 2 SO 4 , Li 2 MoO 4 , Li 4 SiO 4 , Li 3 PO 4 , Li 4 GeO 4 , Li 4 ZrO 4 , Li 2 CO 3 , LiW 2 O 7 , one or more modifiers such as LiNbO 3 , Li 3 VO 4 , LiCl, LiBr, LiI, Li 2 Se may be added.

本実施形態に係るリチウムイオン伝導性ガラスは、B、Al、Si、P及びVからなる群より選択される少なくとも一種の元素を含む組成を有することが好ましい。また、このような組成の中でも、LiO−B、LiO−Al、LiO−SiO、LiO−P、LiO−V、LiF−BF、LiF−AlF、LiF−VFからなる群より選択される少なくとも1種のガラス組成成分を有するものが好ましい。リチウムイオン伝導性ガラスがこのような組成であれば、ガラス化における加熱温度の調節によってリチウムイオン伝導性を調整することが比較的容易であるため、高いリチウムイオン伝導率を有するリチウムイオン伝導性ガラスを得ることができる。 The lithium ion conductive glass according to this embodiment preferably has a composition containing at least one element selected from the group consisting of B, Al, Si, P, and V. Among these compositions, Li 2 O—B 2 O 3 , Li 2 O—Al 2 O 3 , Li 2 O—SiO 4 , Li 2 O—P 2 O 5 , Li 2 O—V 2 O 5, LiF-BF 3, LiF -AlF 3, having at least one glass composition ingredients are selected from the group consisting of LiF-VF 3 are preferred. If the lithium ion conductive glass has such a composition, it is relatively easy to adjust the lithium ion conductivity by adjusting the heating temperature in vitrification. Therefore, the lithium ion conductive glass having high lithium ion conductivity. Can be obtained.

本実施形態に係るリチウムイオン伝導性ガラスは、リチウムイオンの伝導率が、1×10−10S/cm以上であることが好ましい。固溶体粒子においては、層状化合物粒子における場合と比較してリチウムの拡散速度は小さくなるが、リチウムイオン伝導性ガラスにおけるリチウムイオン伝導率が1×10−10S/cm以上であれば、リチウムイオン伝導性ガラスの被膜が、正極活物質と非水電解液との間のリチウムイオンの伝導を大きく妨げることがないため、固溶体粒子を被覆した場合であっても良好なレート特性を確保することができる。 The lithium ion conductive glass according to the present embodiment preferably has a lithium ion conductivity of 1 × 10 −10 S / cm or more. In the solid solution particles, the diffusion rate of lithium is smaller than in the case of the layered compound particles, but if the lithium ion conductivity in the lithium ion conductive glass is 1 × 10 −10 S / cm or more, the lithium ion conductivity Since the glass coating does not significantly interfere with lithium ion conduction between the positive electrode active material and the non-aqueous electrolyte, good rate characteristics can be ensured even when solid solution particles are coated. .

なお、リチウムイオン伝導性ガラスにおけるリチウムイオン伝導率は、室温において、所定断面積及び所定電極間距離としたリチウムイオン伝導性ガラスの電気抵抗に基づいて算出される。具体的には、リチウムイオン伝導性ガラスをアルミ箔上に厚み300μmとなるように塗布して、直径15mmの円盤状に打ち抜くことで作用電極とし、金属リチウムを対極として、これら作用電極及び対極を有するコイン型電池における実測抵抗値を、交流インピーダンス法を用いて測定することによって求められる。この交流インピーダンス法における測定周波数は、100Hz〜20MHzとする。   The lithium ion conductivity in the lithium ion conductive glass is calculated based on the electric resistance of the lithium ion conductive glass at a room temperature with a predetermined cross-sectional area and a predetermined interelectrode distance. Specifically, lithium ion conductive glass is applied on an aluminum foil so as to have a thickness of 300 μm, and is punched into a disk shape having a diameter of 15 mm to form a working electrode, and metallic lithium is used as a counter electrode. The measured resistance value in the coin-type battery is obtained by measuring using the AC impedance method. The measurement frequency in this alternating current impedance method shall be 100 Hz-20 MHz.

本実施形態に係るリチウムイオン伝導性ガラスは、常温域付近(5℃〜40℃程度)において実質的に非晶質からなるガラスに限られず、非晶質相と共に結晶相を含有する結晶化ガラスであってもよい。結晶相が占める割合が高い場合であっても、リチウムイオン伝導率が高く、常温で維持し得る高温安定相が形成される場合等には、リチウムイオンの伝導性が確保されるため、良好なレート特性を確保することが可能である。しかしながら、一般には、空隙が少ない結晶と比較して、非晶質におけるイオン伝導率は高くなる傾向がある。したがって、本実施形態に係るリチウムイオン伝導性ガラスを実質的に非晶質からなるガラスとすることによって、リチウムイオンの拡散が良好となり、粒界抵抗による影響も低減されるため、良好なレート特性を得ることができる。また、充放電の過程で固溶体粒子の結晶構造が変化して体積膨張又は収縮したとしても、流動性を有する非晶質の比率が高いガラスであれば体積変動に追従することができるため、固溶体粒子の被覆を安定して維持することができる。   The lithium ion conductive glass according to the present embodiment is not limited to a glass that is substantially amorphous in the vicinity of a normal temperature range (about 5 ° C. to 40 ° C.), and is a crystallized glass containing a crystalline phase together with an amorphous phase It may be. Even when the proportion of the crystal phase is high, the lithium ion conductivity is high, and when a high-temperature stable phase that can be maintained at room temperature is formed, the lithium ion conductivity is ensured. It is possible to ensure rate characteristics. However, in general, the ionic conductivity of an amorphous material tends to be higher than that of a crystal having few voids. Therefore, by making the lithium ion conductive glass according to the present embodiment a glass that is substantially amorphous, the diffusion of lithium ions is improved and the influence due to the grain boundary resistance is also reduced, so that favorable rate characteristics are obtained. Can be obtained. Further, even if the crystal structure of the solid solution particles changes during the charge / discharge process and the volume expands or contracts, the glass can follow the volume variation if the glass has a high ratio of amorphous material having fluidity. The coating of the particles can be maintained stably.

本実施形態に係るリチウムイオン伝導性ガラスの含有量は、正極活物質全体の質量100質量%に対して、0.5質量%以上5.0質量%以下であることが好ましい。本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質において、固溶体粒子は、その表面の少なくとも一部、好ましくは固溶体粒子の表面の50%以上100%以下の面積がリチウムイオン伝導性ガラスにより被覆されれば、それに応じた遷移金属の溶出や電解液の酸化分解の抑制が達成される。したがって、リチウムイオン伝導性ガラスの含有量が0.5質量%以上であれば、固溶体粒子の少なくとも一部を一定程度以上の膜厚で被覆することが可能であるため、充放電サイクル特性を向上させることができる。また、リチウムイオン伝導性ガラスの含有量を5.0質量%以下とすることによって、リチウムイオン二次電池用正極におけるエネルギー密度が、正極中に含有させているリチウムイオン伝導性ガラスによって大きく減殺されるのを避けることができる。   It is preferable that content of the lithium ion conductive glass which concerns on this embodiment is 0.5 to 5.0 mass% with respect to 100 mass% of the whole positive electrode active material. In the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the solid solution particles are coated with lithium ion conductive glass at least a part of the surface, preferably 50% or more and 100% or less of the surface of the solid solution particles. If it is done, the elution of the transition metal and the suppression of the oxidative decomposition of the electrolytic solution are achieved accordingly. Therefore, if the content of the lithium ion conductive glass is 0.5% by mass or more, it is possible to cover at least a part of the solid solution particles with a film thickness of a certain level or more, thereby improving the charge / discharge cycle characteristics. Can be made. In addition, by setting the content of the lithium ion conductive glass to 5.0% by mass or less, the energy density in the positive electrode for the lithium ion secondary battery is greatly reduced by the lithium ion conductive glass contained in the positive electrode. Can be avoided.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の固溶体粒子は、表層におけるリチウム濃度が内層におけるリチウム濃度より低い組成を有している。すなわち、固溶体粒子の最表面近傍には、リチウムイオン伝導性ガラスに被覆された固溶体粒子の最表面から一定の深さまでの範囲に、非充電時においても相対的に低いリチウム濃度を示すリチウム欠乏層が形成されている。リチウム欠乏層は、組成式(1)で表わされる固溶体粒子全体の平均組成よりもリチウムの組成比が少ない組成の領域となっている。前記のとおり、充電時において式(I)に示す不可逆反応が発生すると、遷移金属の溶出や電解液の酸化分解によって電池性能が劣化するため、良好な充放電サイクル特性を得ることは困難である。そこで、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質では、固溶体粒子の表層から予めリチウムを引き抜くことによって、固溶体粒子の表層をリチウムの組成比の少ない組成とし、初回充電時における正極活物質の不可逆変化を低減している。   The solid solution particles of the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment have a composition in which the lithium concentration in the surface layer is lower than the lithium concentration in the inner layer. That is, in the vicinity of the outermost surface of the solid solution particles, a lithium deficient layer showing a relatively low lithium concentration even during non-charging in a range from the outermost surface of the solid solution particles coated with lithium ion conductive glass to a certain depth. Is formed. The lithium-deficient layer is a region having a composition in which the composition ratio of lithium is smaller than the average composition of the entire solid solution particle represented by the composition formula (1). As described above, when the irreversible reaction shown in the formula (I) occurs during charging, battery performance deteriorates due to elution of transition metals and oxidative decomposition of the electrolytic solution, so it is difficult to obtain good charge / discharge cycle characteristics. . Therefore, in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to this embodiment, the surface layer of the solid solution particles is made a composition with a small composition ratio of lithium by previously extracting lithium from the surface layer of the solid solution particles, so that the positive electrode active material at the time of initial charge is reduced. Reduces irreversible changes in materials.

表層がリチウム欠乏層とされた固溶体粒子は、固溶体粒子の内層側から最表面側に向けてリチウム濃度の低下を示す濃度勾配を有している。したがって、リチウム濃度が低い固溶体粒子の最表面側ほど、充放電に伴うリチウムの挿入及び脱離に対して安定しており、正極活物質の不可逆変化を適切に緩和することが可能となっている。その一方で、リチウム欠乏層の内層側では、相対的にリチウム濃度が高く、電極間反応に関与できるリチウムが残存しているため放電容量が確保されている。   The solid solution particle whose surface layer is a lithium-deficient layer has a concentration gradient indicating a decrease in lithium concentration from the inner layer side to the outermost surface side of the solid solution particle. Accordingly, the outermost surface of the solid solution particles having a lower lithium concentration is more stable against lithium insertion and detachment accompanying charge / discharge, and it is possible to appropriately moderate irreversible changes in the positive electrode active material. . On the other hand, on the inner layer side of the lithium-deficient layer, the lithium concentration is relatively high and lithium that can participate in the interelectrode reaction remains, so that the discharge capacity is secured.

表層におけるリチウム濃度は、内層におけるリチウム濃度の80質量%以下であることが好ましい。また、固溶体粒子全体に対して8質量%以下であることが好ましい。なお、内層におけるリチウム濃度は、固溶体粒子全体に対して9質量%以上11質量%以下であることが好ましい。内層におけるリチウム濃度が9質量%以上11質量%以下であれば、良好な放電容量を得ることができる。このとき、表層におけるリチウム濃度を8質量%以下とすれば、放電容量を確保しつつ不可逆反応を抑制することが可能となり、ひいては充放電サイクル特性を向上させることができる。   The lithium concentration in the surface layer is preferably 80% by mass or less of the lithium concentration in the inner layer. Moreover, it is preferable that it is 8 mass% or less with respect to the whole solid solution particle. In addition, it is preferable that the lithium concentration in an inner layer is 9 to 11 mass% with respect to the whole solid solution particle. When the lithium concentration in the inner layer is 9% by mass or more and 11% by mass or less, a good discharge capacity can be obtained. At this time, if the lithium concentration in the surface layer is 8% by mass or less, the irreversible reaction can be suppressed while securing the discharge capacity, and the charge / discharge cycle characteristics can be improved.

ここで、固溶体粒子の表層は、固溶体粒子の最表面から深さ0nm以上30nm以下の表面近傍の領域、固溶体粒子の内層は、固溶体粒子の最表面から深さ30nmを超える粒子中心側の領域として定義される。また、各領域におけるリチウム濃度は、各領域当たりのリチウムの平均原子濃度を意味する。本実施形態に係る固溶体粒子の粒子径は、通常、100nm以上500nm以下程度とされるが、固溶体粒子の粒子径が、100nm未満である場合には、固溶体粒子の最表面から深さが粒子径の15%以下の最表面側の領域を固溶体粒子内層よりもリチウムの組成比の少ない組成とすればよい。   Here, the surface layer of the solid solution particle is a region in the vicinity of the surface having a depth of 0 nm or more and 30 nm or less from the outermost surface of the solid solution particle, and the inner layer of the solid solution particle is a region on the particle center side exceeding the depth of 30 nm from the outermost surface of the solid solution particle. Defined. Further, the lithium concentration in each region means the average atomic concentration of lithium per region. The particle diameter of the solid solution particles according to the present embodiment is usually about 100 nm to 500 nm, but when the particle diameter of the solid solution particles is less than 100 nm, the depth from the outermost surface of the solid solution particles is the particle diameter. The region on the outermost surface side of 15% or less may be a composition having a smaller lithium composition ratio than the inner layer of the solid solution particles.

本実施形態に係る固溶体粒子やリチウムイオン伝導性ガラスにおける元素分布は、飛行時間型二次イオン質量分析法(Time of flight−secondary ion mass spectrometer;TOF−SIMS)、オージェ電子分光(Auger Electron Spectroscopy;AES)、X線光電子分光(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)、透過電子顕微鏡−電子エネルギー損失分光(Transmission Electron Microscopy−Electron Energy Loss Spectroscopy;TEM−EELS)等で確認することができる。   The element distribution in the solid solution particles and the lithium ion conductive glass according to the present embodiment includes time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), Auger Electron Spectroscopy; AES), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscope-electron energy loss spectroscopy (TEM-EELS), and the like.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、主に、固溶体粒子の表層のリチウムを脱離させ、固溶体粒子の表面にリチウムイオン伝導性ガラスの前駆体を付着させる付着工程、固溶体粒子を加熱処理する加熱工程を含んでなる。工程に供される固溶体粒子は、一般的な正極活物質の製造方法に準じて製造することができ、このような製造方法としては、例えば、固相法、共沈法、ゾルゲル法、水熱法等が挙げられる。   The method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment is mainly an adhesion in which lithium on the surface layer of solid solution particles is desorbed and a precursor of lithium ion conductive glass is attached to the surface of the solid solution particles. The process and the heating process which heat-processes a solid solution particle. The solid solution particles subjected to the process can be produced in accordance with a general production method of a positive electrode active material. Examples of such production methods include a solid phase method, a coprecipitation method, a sol-gel method, a hydrothermal method. Law.

固相法を用いた固溶体粒子の製造では、原料のLi含有化合物、Mn含有化合物等を所定の元素組成となる比率で秤量し、粉砕及び混合して原料粉末を調製する。Li含有化合物としては、例えば、酢酸リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム等を用いることができるが、炭酸リチウム、水酸化リチウムが好ましい。また、Mn含有化合物としては、例えば、酢酸マンガン、硝酸マンガン、炭酸マンガン、硫酸マンガン、酸化マンガン、水酸化マンガン等を用いることができるが、炭酸マンガン、酸化マンガンが好ましい。また、Mの元素を含有させる場合は、酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、水酸化物、酸化物等を用いることができる。   In the production of solid solution particles using the solid phase method, raw material Li-containing compounds, Mn-containing compounds, and the like are weighed at a ratio of a predetermined elemental composition, pulverized and mixed to prepare raw material powders. As the Li-containing compound, for example, lithium acetate, lithium nitrate, lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium chloride, lithium sulfate and the like can be used, and lithium carbonate and lithium hydroxide are preferable. In addition, as the Mn-containing compound, for example, manganese acetate, manganese nitrate, manganese carbonate, manganese sulfate, manganese oxide, manganese hydroxide and the like can be used, but manganese carbonate and manganese oxide are preferable. In addition, when M element is contained, acetate, nitrate, carbonate, sulfate, hydroxide, oxide and the like can be used.

原料粉末を調製する粉砕、混合には、乾式粉砕及び湿式粉砕のいずれの方式も用いることができる。粉砕手段としては、例えば、ボールミル、ビーズミル、遊星型ボールミル、アトライター、ジェットミル等の粉砕機を利用することができる。   For the pulverization and mixing for preparing the raw material powder, any of dry pulverization and wet pulverization methods can be used. As the pulverizing means, for example, a pulverizer such as a ball mill, a bead mill, a planetary ball mill, an attritor, or a jet mill can be used.

調製された原料粉末は、焼成することによって固溶体粒子とする。原料粉末の焼成は、仮焼成することによって原料化合物を熱分解させ、適宜解砕及び分級した後、本焼成することによって焼結させることが好ましい。仮焼成における加熱温度は、例えば、300℃以上600℃以下程度、本焼成における加熱温度は、例えば、400℃以上1100℃以下、好ましくは500℃以上1000℃以下とする。このような温度範囲であれば、固溶体粒子の分解や成分の揮発を避けつつ、結晶性を向上させることができる。また、本焼成における焼成時間は、4時間以上48時間以下、好ましくは10時間以上24時間以下とする。焼成は、複数回を繰り返し行ってもよい。   The prepared raw material powder is fired to form solid solution particles. The raw material powder is preferably fired by pre-baking to thermally decompose the raw material compound, appropriately pulverizing and classifying, and then sintering by firing. The heating temperature in the preliminary baking is, for example, about 300 ° C. to 600 ° C., and the heating temperature in the main baking is, for example, 400 ° C. to 1100 ° C., preferably 500 ° C. to 1000 ° C. Within such a temperature range, the crystallinity can be improved while avoiding decomposition of solid solution particles and volatilization of components. The firing time in the main firing is 4 hours to 48 hours, preferably 10 hours to 24 hours. The firing may be repeated a plurality of times.

焼成の雰囲気は、不活性ガス雰囲気及び酸化ガス雰囲気のいずれとしてもよいが、酸素、空気等の酸化ガス雰囲気とすることが好ましい。酸化ガス雰囲気で焼成を行うことによって、原料化合物の不完全な熱分解による不純物の混入を避けることができ、また結晶性を向上させることができる。なお、焼成された固溶体粒子は、空冷してもよく、不活性ガス雰囲気下で徐冷してもよく、液体窒素等を用いて急冷してもよい。   The firing atmosphere may be either an inert gas atmosphere or an oxidizing gas atmosphere, but is preferably an oxidizing gas atmosphere such as oxygen or air. By performing firing in an oxidizing gas atmosphere, it is possible to avoid contamination by impurities due to incomplete thermal decomposition of the raw material compound and to improve crystallinity. The fired solid solution particles may be air-cooled, gradually cooled in an inert gas atmosphere, or rapidly cooled using liquid nitrogen or the like.

このようにして焼成される固溶体粒子の平均一次粒子径は、50nm以上500nm以下程度とすることが好ましい。固溶体粒子の平均一次粒子径を500nm以下程度とすることによって、正極における充填性が改善し、良好なエネルギー密度を達成することができる。また、固溶体粒子は、製造された一次粒子を、乾式造粒又は湿式造粒によって造粒することによって二次粒子化してもよい。造粒手段としては、例えば、スプレードライヤ等の造粒機を利用することができる。   The average primary particle diameter of the solid solution particles thus fired is preferably about 50 nm to 500 nm. By setting the average primary particle diameter of the solid solution particles to about 500 nm or less, the filling property in the positive electrode is improved and a good energy density can be achieved. The solid solution particles may be formed into secondary particles by granulating the produced primary particles by dry granulation or wet granulation. As the granulating means, for example, a granulator such as a spray dryer can be used.

付着工程では、まず、製造された固溶体粒子を所定pHに調整された水等の溶媒に浸漬することによって、固溶体粒子の表層から一部のリチウムを脱離させ、表層をリチウムの組成比の少ない組成とする。すなわち、固溶体粒子を充電反応を模擬した低pH環境におくことによって、リチウムの脱離反応(溶出)を促進させて、固溶体粒子の表層側に存在するリチウムの除去を行いリチウム欠乏層を形成する。固溶体粒子を浸漬する溶媒のpHは、7以上9以下の範囲とすることが好ましい。溶媒のpHが7以上であれば、リチウムが固溶体粒子から過剰に脱離することがないため、固溶体粒子の結晶構造を安定的に維持することができ、サイクル特性の低下が抑制される。また、溶媒のpHが9以下であれば、リチウムの脱離反応が適度に進行するため、リチウムを表層側から除去して、固溶体粒子の表層をリチウムの組成比が適度に少ない組成とすることができる。固溶体粒子を浸漬する溶媒のpHを調整するpH調整剤としては、水酸化リチウムが好ましい。   In the attaching step, first, the manufactured solid solution particles are immersed in a solvent such as water adjusted to a predetermined pH to desorb some lithium from the surface layer of the solid solution particles, and the surface layer has a small lithium composition ratio. The composition. That is, by placing the solid solution particles in a low pH environment simulating a charging reaction, the lithium desorption reaction (elution) is promoted to remove lithium existing on the surface layer side of the solid solution particles to form a lithium deficient layer. . The pH of the solvent in which the solid solution particles are immersed is preferably 7 or more and 9 or less. If the pH of the solvent is 7 or more, lithium is not excessively desorbed from the solid solution particles, so that the crystal structure of the solid solution particles can be stably maintained, and the deterioration of cycle characteristics is suppressed. Also, if the pH of the solvent is 9 or less, the elimination reaction of lithium proceeds moderately, so lithium is removed from the surface layer side, and the surface layer of the solid solution particles has a composition with a moderately small composition ratio of lithium. Can do. As the pH adjuster for adjusting the pH of the solvent in which the solid solution particles are immersed, lithium hydroxide is preferable.

次いで、表層のリチウムを除去した固溶体粒子の表面にリチウムイオン伝導性ガラスの前駆体を接触させることによって、表面にリチウムイオン伝導性ガラスの前駆体を付着させる。ガラス前駆体の付着方法としては、気相法、液相法及び固相法のいずれも用いることができるが、均一性に優れた被覆を行うことができる気相法又は液相法によることが好ましい。   Subsequently, the precursor of lithium ion conductive glass is made to adhere to the surface by making the precursor of lithium ion conductive glass contact the surface of the solid solution particle which removed lithium of the surface layer. As a method for attaching the glass precursor, any of a gas phase method, a liquid phase method, and a solid phase method can be used, but it is based on a gas phase method or a liquid phase method capable of performing coating with excellent uniformity. preferable.

固溶体粒子の表面に付着させるガラス前駆体としては、付着方法にもよるが、例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硫化リチウム、フッ化リチウム等や、リチウムイオン伝導性ガラスを構成する他のガラス組成成分の元素を含む、酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、アンモニウム塩、フッ化物、水酸化物、酸化物等を用いることができる。他のガラス組成成分の元素を含む化合物としては、B、Al、Si、P及びVからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む組成を有する化合物が好ましい。   As a glass precursor to be attached to the surface of the solid solution particles, depending on the attachment method, for example, lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium sulfide, lithium fluoride, and other glass compositions constituting the lithium ion conductive glass An acetate, nitrate, carbonate, sulfate, ammonium salt, fluoride, hydroxide, oxide or the like containing the element of the component can be used. As the compound containing an element of another glass composition component, a compound having a composition containing at least one element selected from the group consisting of B, Al, Si, P and V is preferable.

液相法によりガラス前駆体を付着させる場合は、ガラス前駆体を所定量秤量して、水溶媒又は有機溶媒に溶解させ、その溶媒に製造された固溶体粒子を浸漬することによって行うことができる。そして、溶媒については、ガラス前駆体が付着した固溶体粒子を加熱乾燥や噴霧乾燥等によって乾燥させて除去する。この工程で、リチウムの組成比の少ない組成となっている固溶体粒子の表面にガラス前駆体を付着させることによって、固溶体粒子の表層にリチウムイオン伝導性ガラス前駆体が浸透していくため、ガラスと固溶体とが混在したリチウム欠乏層を固溶体粒子の表層に形成し得るようになる。そして、このリチウム欠乏層における固溶体粒子のLiMnO相では、リチウムの脱離によって式(I)に示す不可逆反応が抑制されているため、充放電を繰り返した際にも、リチウムイオン伝導性ガラスによる被覆が安定する効果が得られる。 In the case of attaching the glass precursor by the liquid phase method, a predetermined amount of the glass precursor is weighed, dissolved in an aqueous solvent or an organic solvent, and solid solution particles produced in the solvent are immersed. And about a solvent, the solid solution particle | grains to which the glass precursor adhered were dried by heat drying, spray drying, etc., and removed. In this process, the lithium ion conductive glass precursor penetrates into the surface layer of the solid solution particles by adhering the glass precursor to the surface of the solid solution particles having a composition with a small composition ratio of lithium. It becomes possible to form a lithium-deficient layer mixed with solid solution on the surface layer of solid solution particles. In the Li 2 MnO 3 phase of the solid solution particles in the lithium-deficient layer, the irreversible reaction shown in the formula (I) is suppressed by the elimination of lithium, so that the lithium ion conductivity can be obtained even when charging and discharging are repeated. The effect of stabilizing the coating with glass is obtained.

なお、付着工程を液相法により行う場合は、前記の浸漬工程と組み合わせた一体の工程としてもよく、固溶体粒子を、リチウムイオン伝導性ガラスの前駆体を溶解したpH7以上9以下の溶媒に浸漬することによって固溶体粒子の表層のリチウムを脱離させると共に、固溶体粒子をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆することもできる。このときpH調整剤として、水酸化リチウム等の含リチウム化合物を使用することによって、リチウムイオン伝導性ガラスの前駆体としてリチウムを含有しない化合物を用いた場合にも、良好なリチウム伝導性を有するリチウムイオン伝導性ガラスを形成することが可能となる。   In addition, when performing an adhesion process by a liquid phase method, it is good also as an integrated process combined with the said immersion process, and solid solution particle | grains are immersed in the solvent of pH 7-9 below which melt | dissolved the precursor of lithium ion conductive glass. By doing so, lithium in the surface layer of the solid solution particles can be desorbed, and the solid solution particles can be covered with lithium ion conductive glass. At this time, by using a lithium-containing compound such as lithium hydroxide as a pH adjuster, even when a lithium-free compound is used as a precursor of lithium ion conductive glass, lithium having good lithium conductivity It becomes possible to form ion conductive glass.

加熱工程では、リチウムイオン伝導性ガラス前駆体が付着した固溶体粒子を加熱処理することによって、固溶体粒子の表面にリチウムイオン伝導性ガラスによる被膜を形成する。加熱処理の温度は、ガラス転移温度以上結晶化温度未満が好ましく、200℃以上600℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下とする。また、加熱処理の時間は、1時間以上20時間以下、好ましくは3時間以上8時間以下とする。加熱処理の雰囲気は、不活性ガス雰囲気又は酸化ガス雰囲気のいずれでもよく、例えば、フッ化物系ガラスにより被覆する場合には、フッ素系ガス雰囲気で加熱処理を行えばよい。フッ素系ガスとしては、常温で比較的安定な三フッ化窒素ガスが好ましい。   In the heating step, the solid solution particles to which the lithium ion conductive glass precursor is attached are heat-treated to form a film of lithium ion conductive glass on the surface of the solid solution particles. The temperature of the heat treatment is preferably a glass transition temperature or higher and lower than a crystallization temperature, 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. The heat treatment time is 1 hour to 20 hours, preferably 3 hours to 8 hours. The atmosphere of the heat treatment may be either an inert gas atmosphere or an oxidizing gas atmosphere. For example, when coating with fluoride glass, the heat treatment may be performed in a fluorine gas atmosphere. As the fluorine-based gas, nitrogen trifluoride gas that is relatively stable at room temperature is preferable.

この工程で、ガラス前駆体が付着した固溶体粒子を加熱処理することによって、リチウムイオン伝導性ガラス前駆体がガラス転移し、固溶体粒子の表面がリチウムイオン伝導性ガラスに被覆されることになる。また、ガラス前駆体を加熱処理することによって、ガラス前駆体が、固溶体粒子の表層に残存しているリチウムと反応するため、固溶体粒子の表層に深さ方向にリチウム濃度の濃度勾配が形成される。前記の浸漬工程では、固溶体粒子の構造を安定的に維持する必要があるため、充分にリチウムを脱離させることは困難である。しかしながら、浸漬工程において、ガラスと固溶体とが混在したリチウム欠乏層を成すように、固溶体粒子の表層にリチウムイオン伝導性ガラス前駆体が浸透しているため、加熱処理によって、ガラス前駆体とリチウムを効率的に反応させることが可能となっている。   In this step, the solid solution particles to which the glass precursor is adhered are heat-treated, whereby the lithium ion conductive glass precursor undergoes glass transition, and the surface of the solid solution particles is coated with the lithium ion conductive glass. Moreover, since the glass precursor reacts with lithium remaining in the surface layer of the solid solution particles by heat-treating the glass precursor, a concentration gradient of lithium concentration is formed in the depth direction on the surface layer of the solid solution particles. . In the immersion step, it is necessary to stably maintain the structure of the solid solution particles, so that it is difficult to sufficiently desorb lithium. However, in the dipping process, the lithium ion conductive glass precursor penetrates the surface layer of the solid solution particles so as to form a lithium-deficient layer in which glass and solid solution are mixed. It is possible to react efficiently.

以上のようにして製造されたリチウムイオン二次電池用正極活物質は、リチウムイオン二次電池用正極の材料として用いられる。   The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery produced as described above is used as a material for a positive electrode for a lithium ion secondary battery.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極は、主に、リチウムイオン二次電池用正極活物質、導電材及び結着剤を含んでなる正極合材層と、正極合材層が塗工された正極集電体とを備えてなる。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment is mainly coated with a positive electrode mixture layer comprising a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a conductive material and a binder, and a positive electrode mixture layer. A positive electrode current collector.

導電材としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている導電材を用いることができる。具体的には、例えば、黒鉛粉末、アセチレンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等の炭素粒子や炭素繊維等が挙げられる。導電材は、例えば、正極合材全体の質量に対して3質量%以上10質量%以下程度となる量を用いればよい。   As the conductive material, a conductive material used in a general lithium ion secondary battery can be used. Specific examples include carbon particles such as graphite powder, acetylene black, furnace black, thermal black, and channel black, carbon fibers, and the like. What is necessary is just to use the quantity used as a electrically conductive material from about 3 mass% or more and about 10 mass% or less with respect to the mass of the whole positive electrode compound material, for example.

結着剤としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている結着剤を用いることができる。具体的には、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。結着剤は、例えば、正極合材全体の質量に対して2質量%以上10質量%以下程度となる量を用いればよい。   As the binder, a binder used in a general lithium ion secondary battery can be used. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, styrene-butadiene rubber, and carboxymethyl cellulose. What is necessary is just to use the quantity used as a binder about 2 mass% or more and 10 mass% or less with respect to the mass of the whole positive electrode compound material, for example.

正極集電体としては、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル等を用いることができる。箔については、例えば、10μm以上30μm以下程度の厚さとすればよい。   As the positive electrode current collector, foil made of aluminum or aluminum alloy, expanded metal, punching metal, or the like can be used. The foil may have a thickness of about 10 μm to 30 μm, for example.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極は、前記のリチウムイオン二次電池用正極活物質を用いて、一般的な正極の製造方法に準じて製造することができる。リチウムイオン二次電池用正極の製造方法の一例は、正極合材調製工程、正極合材塗工工程、成形工程を含んでなる。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to this embodiment can be manufactured according to a general positive electrode manufacturing method using the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. An example of a method for producing a positive electrode for a lithium ion secondary battery includes a positive electrode mixture preparation step, a positive electrode mixture coating step, and a molding step.

正極合材調製工程では、材料の正極活物質、導電材、結着剤を溶媒中で混合することでスラリー状の正極合材を調製する。溶媒としては、結着剤の種類に応じて、N−メチルピロリドン、水、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン等から選択することができる。材料を混合する撹拌手段としては、例えば、プラネタリーミキサ、ディスパーミキサ、自転・公転ミキサ等が挙げられる。   In the positive electrode mixture preparation step, a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed in a solvent to prepare a slurry-like positive electrode mixture. Depending on the type of binder, N-methylpyrrolidone, water, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, dimethyl It can be selected from sulfoxide, tetrahydrofuran and the like. Examples of the stirring means for mixing the materials include a planetary mixer, a disper mixer, and a rotation / revolution mixer.

正極合材塗工工程では、調製されたスラリー状の正極合材を正極集電体上に塗布した後、熱処理により溶媒乾燥させることによって、正極合材層を形成する。正極合材を塗布する塗工手段としては、例えば、バーコーター、ドクターブレード、ロール転写機等が挙げられる。   In the positive electrode mixture coating step, the prepared slurry-like positive electrode mixture is applied onto the positive electrode current collector, and then the solvent is dried by heat treatment to form the positive electrode mixture layer. Examples of the coating means for applying the positive electrode mixture include a bar coater, a doctor blade, and a roll transfer machine.

成形工程では、乾燥させた正極合材層をロールプレス等を用いて加圧成形し、必要に応じて正極集電体と共に裁断することによって、所望の形状のリチウムイオン二次電池用正極とする。正極集電体上に形成される正極合材層の厚さは、例えば、50μm以上300μm以下程度とすればよい。   In the molding step, the dried positive electrode mixture layer is subjected to pressure molding using a roll press or the like, and is cut together with a positive electrode current collector as necessary to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery having a desired shape. . The thickness of the positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector may be, for example, about 50 μm to 300 μm.

以上のようにして製造されたリチウムイオン二次電池用正極は、リチウムイオン二次電池の材料として用いられる。本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、主に、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池用負極、セパレータ、非水電解液を含んでなり、これらが円筒型、角型、ボタン型、ラミネートシート型等の形状の外装体に収容された構成とされる。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery manufactured as described above is used as a material for a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery according to the present embodiment mainly includes a positive electrode for a lithium ion secondary battery, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, a separator, and a non-aqueous electrolyte, which are cylindrical, rectangular, It is set as the structure accommodated in exterior bodies of shapes, such as a button type | mold and a laminate sheet type | mold.

図1は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の一例を示す断面模式図である。図1は円筒型のリチウムイオン二次電池を例示しており、このリチウムイオン二次電池1は、正極集電体の両表面に正極合材が塗工された正極2と、負極集電体の両表面に負極合材が塗工された負極3と、正極2及び負極3の間に介装されたセパレータ4とからなる電極群を備えている。正極2及び負極3は、セパレータ4を介して捲回され、円筒型の電池缶5に収容されている。また、正極2は、正極リード片6を介して密閉蓋8と電気的に接続され、負極3は、負極リード片7を介して電池缶5と電気的に接続され、正極リード片6と負極3、負極リード片7と正極2の間には、それぞれエポキシ樹脂等を材質とする絶縁板10が配設されて電気的に絶縁されている。各リード片は、それぞれの集電体と同様の材質からなる電流引き出し用の部材であり、スポット溶接又は超音波溶接により各集電体と接合されている。また、電池缶5は、内部に非水電解液が注入された後、ゴム等のシール材9で密封され、頂部を密閉蓋8で封止される構造とされている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lithium ion secondary battery according to the present embodiment. FIG. 1 illustrates a cylindrical lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery 1 includes a positive electrode 2 in which a positive electrode mixture is coated on both surfaces of a positive electrode current collector, and a negative electrode current collector. The electrode group which consists of the negative electrode 3 by which the negative electrode compound material was coated on both surfaces of this, and the separator 4 interposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 is provided. The positive electrode 2 and the negative electrode 3 are wound through a separator 4 and accommodated in a cylindrical battery can 5. The positive electrode 2 is electrically connected to the sealing lid 8 via the positive electrode lead piece 6, and the negative electrode 3 is electrically connected to the battery can 5 via the negative electrode lead piece 7, and the positive electrode lead piece 6 and the negative electrode 3. Between the negative electrode lead piece 7 and the positive electrode 2, an insulating plate 10 made of an epoxy resin or the like is disposed to be electrically insulated. Each lead piece is a current drawing member made of the same material as each current collector, and is joined to each current collector by spot welding or ultrasonic welding. The battery can 5 has a structure in which a non-aqueous electrolyte is injected into the battery can 5 and then sealed with a sealing material 9 such as rubber and the top is sealed with a sealing lid 8.

リチウムイオン二次電池用負極としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている負極活物質及び負極集電体を用いることができる。   As the negative electrode for a lithium ion secondary battery, a negative electrode active material and a negative electrode current collector used in a general lithium ion secondary battery can be used.

負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属材料、金属酸化物材料等の一種以上を用いることができる。炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛類や、コークス、ピッチ等の炭化物類や、非晶質炭素や、炭素繊維等がある。また、金属材料としては、リチウム、シリコン、スズ、アルミニウム、インジウム、ガリウム、マグネシウムやこれらの合金、金属酸化物材料としては、スズ、ケイ素等を含む金属酸化物がある。   As the negative electrode active material, for example, one or more of a carbon material, a metal material, a metal oxide material, and the like can be used. Examples of the carbon material include graphites such as natural graphite and artificial graphite, carbides such as coke and pitch, amorphous carbon, and carbon fibers. Examples of the metal material include lithium, silicon, tin, aluminum, indium, gallium, magnesium, and alloys thereof, and examples of the metal oxide material include metal oxides including tin, silicon, and the like.

このリチウムイオン二次電池用負極には、必要に応じて、前記のリチウムイオン二次電池用正極において用いられる結着剤、導電材と同種の群から選択されるものを用いてもよい。結着剤は、例えば、負極合材全体の質量に対して5質量%程度となる量を用いればよい。   As the negative electrode for the lithium ion secondary battery, a material selected from the same group as the binder and conductive material used in the positive electrode for the lithium ion secondary battery may be used as necessary. What is necessary is just to use the quantity used as a binder about 5 mass% with respect to the mass of the whole negative electrode compound material, for example.

負極集電体としては、銅製又はニッケル製の箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル等を用いることができる。箔については、例えば、5μm以上20μm以下程度の厚さとすればよい。   As the negative electrode current collector, copper or nickel foil, expanded metal, punching metal, or the like can be used. The foil may have a thickness of about 5 μm to 20 μm, for example.

リチウムイオン二次電池用負極は、リチウムイオン二次電池用正極と同様に、負極活物質と結着剤を混合した負極合材を負極集電体上に塗工し、加圧成形し、必要に応じて裁断することによって製造される。負極集電体上に形成される負極合材層の厚さは、例えば、20μm以上150μm以下程度とすればよい。   A negative electrode for a lithium ion secondary battery is coated with a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and a binder on a negative electrode current collector, and pressure-molded, as with a positive electrode for a lithium ion secondary battery. It is manufactured by cutting according to. The thickness of the negative electrode mixture layer formed on the negative electrode current collector may be, for example, about 20 μm to 150 μm.

セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン−ポリプロピレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂等の微孔性フィルムや不織布等を用いることができる。   As the separator, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, and a polyethylene-polypropylene copolymer, a microporous film such as a polyamide resin and an aramid resin, a nonwoven fabric, and the like can be used.

非水電解液としては、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、LiCSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO等のリチウム塩を非水溶媒に溶解させた溶液を用いることができる。非水電解液におけるリチウム塩の濃度は、0.7M以上1.5M以下とすることが好ましい。 Non-aqueous electrolytes include LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2. A solution in which a lithium salt such as LiN (CF 3 SO 2 ) 2 or LiC (CF 3 SO 2 ) 3 is dissolved in a non-aqueous solvent can be used. The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.7M or more and 1.5M or less.

非水溶媒としては、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルアセテート、ジメトキシエタン等を用いることができる。また、非水電解液には、電解液の酸化分解及び還元分解の抑制、金属元素の析出防止、イオン伝導性の向上、難燃性の向上等を目的として、各種の添加剤を添加することができる。このような添加剤としては、例えば、電解液の分解を抑制する1,3−プロパンサルトン、1,4−ブタンサルトン等や、電解液の保存性を向上させる不溶性ポリアジピン酸無水物、ヘキサヒドロ無水フタル酸等や、難燃性を向上させるフッ素置換アルキルホウ素等がある。   As the non-aqueous solvent, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl acetate, dimethoxyethane and the like can be used. In addition, various additives should be added to the non-aqueous electrolyte for the purpose of suppressing oxidative decomposition and reductive decomposition of the electrolytic solution, preventing precipitation of metal elements, improving ion conductivity, and improving flame retardancy. Can do. Examples of such additives include 1,3-propane sultone and 1,4-butane sultone that suppress decomposition of the electrolytic solution, insoluble polyadipic anhydride that improves the storage stability of the electrolytic solution, and hexahydrophthalic anhydride. Examples include acids and the like, and fluorine-substituted alkylborons that improve flame retardancy.

以上の構成を有する本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、例えば、携帯電子機器や家庭用電気機器等の小型電源、電力貯蔵装置、無停電電源装置、電力平準化装置等の定置用電源や、船舶、鉄道、ハイブリット自動車、電気自動車等の駆動電源として使用することができる。   The lithium ion secondary battery according to the present embodiment having the above-described configuration is, for example, a small power source such as a portable electronic device or a household electric device, a power storage device, an uninterruptible power supply device, a stationary power source such as a power leveling device. It can also be used as a drive power source for ships, railways, hybrid cars, electric cars and the like.

以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated concretely, the technical scope of this invention is not limited to this.

リチウム欠乏層を設けた固溶体粒子を、それぞれ異なるリチウムイオン伝導性ガラスで被覆してリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造し、その正極活物質を含有する正極を備えるリチウムイオン二次電池の充放電サイクル特性及び放電レート特性について評価した。   A solid solution particle provided with a lithium-deficient layer is coated with a different lithium ion conductive glass to produce a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery including a positive electrode containing the positive electrode active material The charge / discharge cycle characteristics and discharge rate characteristics were evaluated.

[実施例1]
実施例1に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。はじめに、原料の炭酸リチウム、炭酸ニッケル、炭酸マンガンを、Li:Ni:Mnが、モル濃度比で、1.25:0.20:0.60となるように秤量し、これらを湿式粉砕及び混合して原料粉末を調製した。得られた原料粉末を、乾燥した後、高純度アルミナ容器に投入し、大気中において500℃で12時間の仮焼成を行った。そして、得られた仮焼成体を空冷し、解砕した後、再び高純度アルミナ容器に投入して、大気中において1000℃で12時間の本焼成を行った。そして、得られた焼成体を空冷し、解砕及び分級して、固溶体粒子とした。
[Example 1]
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 1 was manufactured according to the following procedure. First, raw material lithium carbonate, nickel carbonate, and manganese carbonate are weighed so that Li: Ni: Mn is in a molar concentration ratio of 1.25: 0.20: 0.60, and these are wet-ground and mixed. Thus, raw material powder was prepared. After drying the obtained raw material powder, it was put into a high-purity alumina container and pre-baked at 500 ° C. for 12 hours in the air. Then, the obtained calcined body was air-cooled, crushed, and then charged again into a high-purity alumina container, followed by main firing at 1000 ° C. for 12 hours in the atmosphere. The obtained fired body was air-cooled, crushed and classified to obtain solid solution particles.

得られた固溶体粒子の元素分析を行ったところ、Li:Ni:Mnは、1.20:0.20:0.60であった。よって、元素組成は、0.2LiMnO−0.8LiNi0.25Mn0.501.75であると推定される。 Upon elemental analysis of the obtained solid solution particles, Li: Ni: Mn was 1.20: 0.20: 0.60. Thus, elemental composition is estimated to be 0.2Li 2 MnO 3 -0.8LiNi 0.25 Mn 0.50 O 1.75.

次に、以下の手順で、得られた固溶体粒子の表層からリチウムを脱離させ、固溶体粒子の表面にリチウムイオン伝導性ガラスを付着させて、リチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。はじめに、固溶体粒子100gをイオン交換水500mLに分散させて分散液を得た。また、硝酸アルミニウム7.4gをイオン交換水500mLに溶解させた後、水酸化リチウム0.5gを添加してpH8.0に調整して、ガラス前駆体溶液を得た。そして、これら分散液とガラス前駆体溶液を混合し、常温で1時間撹拌することによって、固溶体粒子表面にガラス前駆体を付着させた。続いて、この溶液を噴霧乾燥した後、得られた粒子を高純度アルミナ容器に投入し、大気中において350℃で5時間加熱処理することによって、固溶体粒子をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆して実施例1に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質とした。   Next, in the following procedure, lithium was desorbed from the surface layer of the obtained solid solution particles, and lithium ion conductive glass was attached to the surface of the solid solution particles to produce a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. First, 100 g of solid solution particles were dispersed in 500 mL of ion exchange water to obtain a dispersion. Moreover, after dissolving 7.4 g of aluminum nitrate in 500 mL of ion exchange water, 0.5 g of lithium hydroxide was added to adjust the pH to 8.0 to obtain a glass precursor solution. And these dispersion liquids and a glass precursor solution were mixed, and the glass precursor was made to adhere to the solid solution particle | grain surface by stirring at normal temperature for 1 hour. Subsequently, after this solution was spray-dried, the obtained particles were put into a high-purity alumina container, and the solid solution particles were coated with lithium ion conductive glass by heat treatment in the atmosphere at 350 ° C. for 5 hours. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 1 was obtained.

次に、正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行った。製造した正極活物質の試料は、研磨機(gatan社製 600型)を用い、アルゴンイオンエッチングによって薄片化した後、元素分析及び電子線回折に供した。被膜における原子の濃度分布等の元素分析や結晶性解析は、X線分析装置(以下EDSと略す)(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製;NORAN System 300)を備えた電界放出型透過型電子顕微鏡(以下TEMと略す)(日立製作所製;HF−2000)を用いて、加速電圧200kVで測定して確認した。元素分布はこのほかに、TEMと電子エネルギー損失分光法(EELS)を組み合わせたTEM−EELSや、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)、オージェ電子分光法(AES)等で確認することが可能である。   Next, elemental analysis and crystallinity analysis of the film covering the surface of the positive electrode active material were performed. A sample of the produced positive electrode active material was sliced by argon ion etching using a polishing machine (type 600 manufactured by Gatan), and then subjected to elemental analysis and electron diffraction. Elemental analysis such as concentration distribution of atoms in the film and crystallinity analysis are performed using a field emission transmission electron microscope equipped with an X-ray analyzer (hereinafter abbreviated as EDS) (manufactured by Thermo Fisher Scientific; NORAN System 300). (Hereinafter abbreviated as TEM) (manufactured by Hitachi, Ltd .; HF-2000) was measured and confirmed at an acceleration voltage of 200 kV. In addition to this, the element distribution is confirmed by TEM-EELS, which combines TEM and electron energy loss spectroscopy (EELS), time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), Auger electron spectroscopy (AES), etc. Is possible.

元素分析の結果、正極活物質の表面から深さ約30nmまでの領域において、Li、Al、Oが存在し、リチウム濃度は、正極活物質の表面側ほど低濃度となっていることが確認された。EDSを用いてリチウム濃度を測定した結果、表層におけるリチウム濃度は5.0質量%、内層におけるリチウム濃度は10質量%で、表層におけるリチウム濃度が内層におけるリチウム濃度の約50%だった。また、電子線回折像を確認した結果、被膜は非晶質の構造を有することが確認された。よって、実施例1に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、LiO−Al系ガラスであることが確認された。 As a result of elemental analysis, it was confirmed that Li, Al, and O exist in the region from the surface of the positive electrode active material to a depth of about 30 nm, and the lithium concentration is lower toward the surface side of the positive electrode active material. It was. As a result of measuring the lithium concentration using EDS, the lithium concentration in the surface layer was 5.0% by mass, the lithium concentration in the inner layer was 10% by mass, and the lithium concentration in the surface layer was about 50% of the lithium concentration in the inner layer. Moreover, as a result of confirming the electron beam diffraction image, it was confirmed that the film had an amorphous structure. Therefore, it was confirmed that the coating film in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 1 is Li 2 O—Al 2 O 3 glass.

次に、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を含有する正極を備えるリチウムイオン二次電池を製造した。なお、リチウムイオン二次電池の形状は、直径18mm×高さ650mmの円筒型の18650型電池とした。   Next, the lithium ion secondary battery provided with the positive electrode containing the obtained positive electrode active material for lithium ion secondary batteries was manufactured. The shape of the lithium ion secondary battery was a cylindrical 18650 type battery having a diameter of 18 mm and a height of 650 mm.

はじめに、得られた90質量部の正極活物質と、6質量部の導電材と、4質量部の結着剤を溶媒中で混合し、プラネタリーミキサを用いて3時間撹拌して正極合材を調製した。なお、導電材としては、炭素粒子の粉末、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、溶媒としては、N−メチルピロリドンを用いた。続いて、得られた正極合材をロール転写機を用いて、厚さ20μmのアルミニウム製の箔である正極集電体の両面に塗布した後、ロールプレスを用いて、合材密度が2.60g/cmとなるように加圧し、裁断して、リチウムイオン二次電池用正極とした。 First, 90 parts by mass of the obtained positive electrode active material, 6 parts by mass of a conductive material, and 4 parts by mass of a binder are mixed in a solvent and stirred for 3 hours using a planetary mixer. Was prepared. The conductive material was carbon particle powder, the binder was polyvinylidene fluoride, and the solvent was N-methylpyrrolidone. Then, after apply | coating the obtained positive electrode compound material on both surfaces of the positive electrode electrical power collector which is 20-micrometer-thick aluminum foil using a roll transcription | transfer machine, compound material density is 2. Pressure was applied to 60 g / cm 3 and cutting was performed to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery.

また、95質量部の負極活物質と、5質量部の結着剤を溶媒中で混合し、スラリーミキサを用いて30分間撹拌して負極合材を調製した。なお、負極活物質としては、黒鉛、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、溶媒としては、N−メチルピロリドンを用いた。続いて、得られた負極合材をロール転写機を用いて、厚さ10μmの銅製の箔である負極集電体の両面に塗布した後、ロールプレスを用いて加圧し、裁断して、リチウムイオン二次電池用負極とした。   In addition, 95 parts by mass of a negative electrode active material and 5 parts by mass of a binder were mixed in a solvent, and stirred for 30 minutes using a slurry mixer to prepare a negative electrode mixture. Note that graphite was used as the negative electrode active material, polyvinylidene fluoride was used as the binder, and N-methylpyrrolidone was used as the solvent. Subsequently, the obtained negative electrode mixture was applied to both surfaces of a negative electrode current collector, which is a copper foil having a thickness of 10 μm, using a roll transfer machine, and then pressed and cut using a roll press, and lithium lithium A negative electrode for an ion secondary battery was obtained.

得られた正極及び負極は、それぞれリード片を超音波溶接によって接合した後、多孔性ポリエチレンフィルムを電極間に挟んで円筒状に捲回して電池缶に収容し、各リード片を電池缶及び密閉蓋とそれぞれ接続した後、電池缶と密閉蓋とをレーザ溶接により接合して封止した。その後、注液口から電池缶内部に非水電解液を注入して、実施例1に係るリチウムイオン二次電池とした。   The obtained positive and negative electrodes were each joined by ultrasonic welding, and then wound into a cylindrical shape with a porous polyethylene film sandwiched between the electrodes, and each lead piece was sealed in a battery can After each connection with the lid, the battery can and the sealing lid were joined and sealed by laser welding. Thereafter, a non-aqueous electrolyte was injected into the battery can from the injection port to obtain a lithium ion secondary battery according to Example 1.

次に、製造したリチウムイオン二次電池について、充放電試験を行い、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。なお、充放電試験は、25℃の環境温度下行った。   Next, the manufactured lithium ion secondary battery was subjected to a charge / discharge test to evaluate discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics. The charge / discharge test was performed at an environmental temperature of 25 ° C.

放電レート特性については、以下の手順で求めた。充放電の条件は、充電については、0.1C相当の電流で上限電圧4.6Vまで定電流低電圧充電とし、放電については、充電後に30分間休止した後、0.1C相当の定電流で下限電圧2.0Vまでの放電とした。この充放電サイクルを計5サイクル繰り返した後、0.1C相当の電流で上限電圧4.5Vまで定電流低電圧充電し、30分間の休止の後、1.0C相当の定電流で下限電圧2.0Vまで放電した。そして、5サイクル目の0.1C放電容量に対する、6サイクル目の1.0C放電容量の分率をレート容量維持率として算出して、放電レート特性を評価した。   The discharge rate characteristics were obtained by the following procedure. The charging and discharging conditions are a constant current and low voltage charge up to an upper limit voltage of 4.6 V at a current corresponding to 0.1 C for charging, and a constant current corresponding to 0.1 C after discharging for 30 minutes after charging. The discharge was set to a lower limit voltage of 2.0V. After repeating this charge / discharge cycle for a total of 5 cycles, the battery is charged at a constant current and low voltage up to an upper limit voltage of 4.5 V with a current equivalent to 0.1 C, and after a 30-minute pause, the lower limit voltage of 2 at a constant current equivalent to 1.0 C Discharged to 0V. The fraction of the 1.0C discharge capacity at the 6th cycle with respect to the 0.1C discharge capacity at the 5th cycle was calculated as the rate capacity retention rate, and the discharge rate characteristics were evaluated.

充放電サイクル特性については、以下の手順で求めた。レート容量維持率を算出した後、0.1C相当の電流で上限電圧4.5Vまで定電流低電圧充電し、30分間の休止の後、1.0C相当の定電流で下限電圧2.0Vまで放電した。続いて、1.0C相当の電流で上限電圧4.5Vまで定電流低電圧充電し、10分間の休止の後、1.0C相当の定電流で下限電圧2.0Vまで放電した。この充放電サイクルを計198サイクル繰り返した後、0.1C相当の電流で上限電圧4.5Vまで定電流低電圧充電し、30分間の休止の後、0.1C相当の定電流で下限電圧2.0Vまで放電した。そして、レート容量維持率を算出した後、1サイクル目の0.1C放電容量(初期放電容量)に対する、200サイクル目の0.1C放電容量の分率をサイクル容量維持率として算出して、充放電サイクル特性を評価した。   The charge / discharge cycle characteristics were determined by the following procedure. After calculating the rate capacity maintenance rate, charge at a constant current and low voltage up to an upper limit voltage of 4.5 V with a current corresponding to 0.1 C, and after a pause of 30 minutes, to a lower limit voltage of 2.0 V with a constant current equivalent to 1.0 C Discharged. Subsequently, the battery was charged at a constant current and low voltage up to an upper limit voltage of 4.5 V with a current corresponding to 1.0 C. After a pause of 10 minutes, the battery was discharged to a lower limit voltage of 2.0 V at a constant current equivalent to 1.0 C. This charge / discharge cycle was repeated for a total of 198 cycles, and then charged at a constant current and low voltage up to an upper limit voltage of 4.5 V with a current corresponding to 0.1 C. After resting for 30 minutes, a lower limit voltage of 2 with a constant current equivalent to 0.1 C. Discharged to 0V. Then, after calculating the rate capacity maintenance rate, the fraction of the 0.1C discharge capacity at the 200th cycle with respect to the 0.1C discharge capacity (initial discharge capacity) at the first cycle is calculated as the cycle capacity maintenance rate. The discharge cycle characteristics were evaluated.

その結果、実施例1に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、264Ah/kgであり、レート容量維持率は83%、サイクル容量維持率は92%であった。   As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Example 1 was 264 Ah / kg, the rate capacity maintenance rate was 83%, and the cycle capacity maintenance rate was 92%.

[実施例2]
実施例2に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。はじめに、実施例1と同様の手順で、元素組成が、0.2LiMnO−0.8LiNi0.25Mn0.501.75である固溶体粒子を製造した。
[Example 2]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 2 was produced by the following procedure. First, solid solution particles having an elemental composition of 0.2Li 2 MnO 3 —0.8LiNi 0.25 Mn 0.50 O 1.75 were produced in the same procedure as in Example 1.

次に、得られた固溶体粒子について、加熱処理を、三フッ化窒素ガス雰囲気において行った点を除いて、実施例1と同様の手順で、表層のリチウムの除去とリチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行い、実施例2に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、実施例2に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、LiF−AlF系ガラスであることが確認された。 Next, the obtained solid solution particles were subjected to heat treatment in a nitrogen trifluoride gas atmosphere in the same procedure as in Example 1, except for removing lithium from the surface layer and coating with lithium ion conductive glass. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 2 was manufactured. When elemental analysis and crystallinity analysis of the film covering the surface of the obtained positive electrode active material were performed, the film in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 2 was LiF-AlF 3 glass. It was confirmed.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える実施例2に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、実施例2に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、261Ah/kgであり、レート容量維持率は85%、サイクル容量維持率は95%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Example 2 including the positive electrode containing the obtained positive electrode active material was produced, and the discharge rate characteristics and the charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Example 2 was 261 Ah / kg, the rate capacity maintenance rate was 85%, and the cycle capacity maintenance rate was 95%.

[実施例3]
実施例3に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。はじめに、実施例1と同様の手順で、元素組成が、0.2LiMnO−0.8LiNi0.25Mn0.501.75である固溶体粒子を製造した。
[Example 3]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 3 was produced by the following procedure. First, solid solution particles having an elemental composition of 0.2Li 2 MnO 3 —0.8LiNi 0.25 Mn 0.50 O 1.75 were produced in the same procedure as in Example 1.

次に、得られた固溶体粒子について、硝酸アルミニウムに代えてホウ酸を用いた点を除いて、実施例1と同様の手順で、表層のリチウムの除去を行った。EDSを用いてリチウム濃度を測定した結果、表層におけるリチウム濃度は7.5質量%、内層におけるリチウム濃度は10質量%で、表層におけるリチウム濃度が内層におけるリチウム濃度の約75%だった。   Next, with respect to the obtained solid solution particles, lithium in the surface layer was removed in the same procedure as in Example 1 except that boric acid was used instead of aluminum nitrate. As a result of measuring the lithium concentration using EDS, the lithium concentration in the surface layer was 7.5% by mass, the lithium concentration in the inner layer was 10% by mass, and the lithium concentration in the surface layer was about 75% of the lithium concentration in the inner layer.

さらに、リチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行い、実施例3に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、実施例3に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、LiO−B系ガラスであることが確認された。 Furthermore, it covered with lithium ion conductive glass, and manufactured the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which concerns on Example 3. Was subjected to elemental analysis and crystallinity analysis of coating covering the surface of the obtained positive electrode active material, the coating on the positive active material for a lithium ion secondary battery according to Example 3, Li 2 O-B 2 O 3 It was confirmed to be a glass based.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える実施例3に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、実施例3に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、268Ah/kgであり、レート容量維持率は86%、サイクル容量維持率は87%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Example 3 including the positive electrode containing the obtained positive electrode active material was manufactured, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Example 3 was 268 Ah / kg, the rate capacity maintenance rate was 86%, and the cycle capacity maintenance rate was 87%.

[実施例4]
実施例4に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。はじめに、実施例1と同様の手順で、元素組成が、0.2LiMnO−0.8LiNi0.25Mn0.501.75である固溶体粒子を製造した。
[Example 4]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 4 was produced by the following procedure. First, solid solution particles having an elemental composition of 0.2Li 2 MnO 3 —0.8LiNi 0.25 Mn 0.50 O 1.75 were produced in the same procedure as in Example 1.

次に、得られた固溶体粒子について、硝酸アルミニウムに代えて微粒子の二酸化ケイ素及びリン酸二水素アンモニウムを用いた点を除いて、実施例1と同様の手順で、表層のリチウムの除去とリチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行い、実施例4に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、実施例4に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、LiO−SiO−P系ガラスであることが確認された。 Next, with respect to the obtained solid solution particles, the removal of lithium on the surface layer and lithium ions were performed in the same procedure as in Example 1, except that fine silicon dioxide and ammonium dihydrogen phosphate were used instead of aluminum nitrate. Conductive glass coating was performed to produce a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 4. Was subjected to elemental analysis and crystallinity analysis of coating covering the surface of the obtained positive electrode active material, the coating on the positive active material for a lithium ion secondary battery according to Example 4, Li 2 O-SiO 2 -P It was confirmed to be 2 O 5 glass.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える実施例4に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、実施例4に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、260Ah/kgであり、レート容量維持率は88%、サイクル容量維持率は92%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Example 4 provided with a positive electrode containing the obtained positive electrode active material was produced, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Example 4 was 260 Ah / kg, the rate capacity maintenance rate was 88%, and the cycle capacity maintenance rate was 92%.

[実施例5]
実施例5に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。はじめに、実施例1と同様の手順で、元素組成が、0.2LiMnO−0.8LiNi0.25Mn0.501.75である固溶体粒子を製造した。
[Example 5]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 5 was produced by the following procedure. First, solid solution particles having an elemental composition of 0.2Li 2 MnO 3 —0.8LiNi 0.25 Mn 0.50 O 1.75 were produced in the same procedure as in Example 1.

次に、得られた固溶体粒子について、硝酸アルミニウムに代えてバナジン酸アンモニウムを用いた点を除いて、実施例1と同様の手順で、表層のリチウムの除去とリチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行い、実施例5に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、実施例5に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、LiO−V系ガラスであることが確認された。 Next, with respect to the obtained solid solution particles, the removal of lithium on the surface layer and the covering with lithium ion conductive glass were carried out in the same procedure as in Example 1 except that ammonium vanadate was used instead of aluminum nitrate. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 5 was manufactured. Was subjected to elemental analysis and crystallinity analysis of coating covering the surface of the obtained positive electrode active material, the coating on the positive active material for a lithium ion secondary battery according to Example 5, Li 2 O-V 2 O 5 It was confirmed to be a glass based.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える実施例5に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、実施例5に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、263Ah/kgであり、レート容量維持率は82%、サイクル容量維持率は93%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Example 5 provided with a positive electrode containing the obtained positive electrode active material was manufactured, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Example 5 was 263 Ah / kg, the rate capacity maintenance rate was 82%, and the cycle capacity maintenance rate was 93%.

[実施例6]
実施例6に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。はじめに、原料の炭酸リチウム、炭酸ニッケル、炭酸マンガン、炭酸コバルトを、Li:Ni:Mn:Coが、モル濃度比で、1.25:0.13:0.53:0.13となるように用いた点を除いて実施例1と同様の手順で固溶体粒子を製造した。得られた固溶体粒子の元素分析を行ったところ、Li:Ni:Mn:Coは、1.20:0.13:0.50:0.13であった。よって、元素組成は、0.2LiMnO−0.8LiNi0.16Mn0.38Co0.161.75であることが確認された。
[Example 6]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 6 was produced by the following procedure. First, the raw material lithium carbonate, nickel carbonate, manganese carbonate, and cobalt carbonate are mixed so that the molar ratio of Li: Ni: Mn: Co is 1.25: 0.13: 0.53: 0.13. Solid solution particles were produced in the same procedure as in Example 1 except for the points used. When elemental analysis of the obtained solid solution particles was performed, Li: Ni: Mn: Co was 1.20: 0.13: 0.50: 0.13. Thus, elemental composition, it was confirmed that the 0.2Li 2 MnO 3 -0.8LiNi 0.16 Mn 0.38 Co 0.16 O 1.75.

次に、得られた固溶体粒子について、硝酸アルミニウムに加えてフッ化アンモニウムを用いて、実施例1と同様の手順で、表層のリチウムの除去とリチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行い、実施例6に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、実施例6に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、LiF−AlF系ガラスであることが確認された。 Next, the obtained solid solution particles were subjected to removal of surface layer lithium and coating with lithium ion conductive glass in the same procedure as in Example 1 using ammonium fluoride in addition to aluminum nitrate. The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which concerns on 6 was manufactured. When elemental analysis and crystallinity analysis of the film covering the surface of the obtained positive electrode active material were performed, the film in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 6 is LiF-AlF 3 glass. It was confirmed.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える実施例6に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、実施例6に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、282Ah/kgであり、レート容量維持率は85%、サイクル容量維持率は88%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Example 6 including a positive electrode containing the obtained positive electrode active material was manufactured, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Example 6 was 282 Ah / kg, the rate capacity maintenance rate was 85%, and the cycle capacity maintenance rate was 88%.

[実施例7]
実施例7に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。はじめに、原料の炭酸リチウム、炭酸ニッケル、炭酸マンガン、酸化チタンを、Li:Ni:Mn:Tiが、モル濃度比で、1.25:0.19:0.60:0.01となるように用いた点を除いて実施例1と同様の手順で固溶体粒子を製造した。得られた固溶体粒子の元素分析を行ったところ、Li:Ni:Mn:Tiは、1.20:0.19:0.60:0.01であった。よって、元素組成は、0.2LiMnO−0.8LiNi0.24Mn0.50Ti0.011.75であることが確認された。
[Example 7]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 7 was produced by the following procedure. First, the raw material lithium carbonate, nickel carbonate, manganese carbonate, and titanium oxide are mixed so that Li: Ni: Mn: Ti has a molar concentration ratio of 1.25: 0.19: 0.60: 0.01. Solid solution particles were produced in the same procedure as in Example 1 except for the points used. Upon elemental analysis of the obtained solid solution particles, Li: Ni: Mn: Ti was 1.20: 0.19: 0.60: 0.01. Therefore, it was confirmed that the elemental composition was 0.2Li 2 MnO 3 —0.8LiNi 0.24 Mn 0.50 Ti 0.01 O 1.75 .

次に、得られた固溶体粒子について、硝酸アルミニウムに代えてホウ酸を用いた点を除いて、実施例1と同様の手順で、表層のリチウムの除去とリチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行い、実施例7に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、実施例7に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、LiO−B系ガラスであることが確認された。 Next, with respect to the obtained solid solution particles, removal of lithium on the surface layer and covering with lithium ion conductive glass were performed in the same procedure as in Example 1 except that boric acid was used instead of aluminum nitrate. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 7 was produced. Was subjected to elemental analysis and crystallinity analysis of coating covering the surface of the obtained positive electrode active material, the coating on the positive active material for a lithium ion secondary battery according to Example 7, Li 2 O-B 2 O 3 It was confirmed to be a glass based.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える実施例7に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、実施例7に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、264Ah/kgであり、レート容量維持率は86%、サイクル容量維持率は90%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Example 7 including a positive electrode containing the obtained positive electrode active material was manufactured, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Example 7 was 264 Ah / kg, the rate capacity maintenance rate was 86%, and the cycle capacity maintenance rate was 90%.

[実施例8]
実施例8に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。はじめに、原料の炭酸リチウム、炭酸ニッケル、炭酸マンガン、酸化ジルコニウムを、Li:Ni:Mn:Zrが、モル濃度比で、1.25:0.19:0.60:0.01となるように用いた点を除いて実施例1と同様の手順で固溶体粒子を製造した。得られた固溶体粒子の元素分析を行ったところ、Li:Ni:Mn:Zrは、1.20:0.19:0.60:0.01であった。よって、元素組成は、0.2LiMnO−0.8LiNi0.24Mn0.50Zr0.011.75であることが確認された。
[Example 8]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 8 was produced by the following procedure. First, the raw material lithium carbonate, nickel carbonate, manganese carbonate, and zirconium oxide are mixed so that Li: Ni: Mn: Zr has a molar concentration ratio of 1.25: 0.19: 0.60: 0.01. Solid solution particles were produced in the same procedure as in Example 1 except for the points used. Upon elemental analysis of the obtained solid solution particles, Li: Ni: Mn: Zr was 1.20: 0.19: 0.60: 0.01. Thus, elemental composition, it was confirmed that the 0.2Li 2 MnO 3 -0.8LiNi 0.24 Mn 0.50 Zr 0.01 O 1.75.

次に、得られた固溶体粒子について、硝酸アルミニウムに代えてホウ酸を用いた点を除いて、実施例1と同様の手順で、表層のリチウムの除去とリチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行い、実施例8に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、実施例8に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、LiO−B系ガラスであることが確認された。 Next, with respect to the obtained solid solution particles, removal of lithium on the surface layer and covering with lithium ion conductive glass were performed in the same procedure as in Example 1 except that boric acid was used instead of aluminum nitrate. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 8 was produced. Was subjected to elemental analysis and crystallinity analysis of coating covering the surface of the obtained positive electrode active material, the coating on the positive active material for a lithium ion secondary battery according to Example 8, Li 2 O-B 2 O 3 It was confirmed to be a glass based.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える実施例8に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、実施例8に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、260Ah/kgであり、レート容量維持率は87%、サイクル容量維持率は92%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Example 8 provided with a positive electrode containing the obtained positive electrode active material was produced, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Example 8 was 260 Ah / kg, the rate capacity retention rate was 87%, and the cycle capacity retention rate was 92%.

[実施例9]
実施例9に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。はじめに、原料の炭酸リチウム、炭酸ニッケル、炭酸マンガン、酸化アルミニウムを、Li:Ni:Mn:Alが、モル濃度比で、1.25:0.19:0.60:0.01となるように用いた点を除いて実施例1と同様の手順で固溶体粒子を製造した。得られた固溶体粒子の元素分析を行ったところ、Li:Ni:Mn:Alは、1.20:0.19:0.60:0.01であった。よって、元素組成は、0.2LiMnO−0.8LiNi0.24Mn0.50Al0.011.75であることが確認された。
[Example 9]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 9 was produced by the following procedure. First, the raw material lithium carbonate, nickel carbonate, manganese carbonate, and aluminum oxide are mixed so that Li: Ni: Mn: Al has a molar concentration ratio of 1.25: 0.19: 0.60: 0.01. Solid solution particles were produced in the same procedure as in Example 1 except for the points used. Upon elemental analysis of the obtained solid solution particles, Li: Ni: Mn: Al was 1.20: 0.19: 0.60: 0.01. Therefore, it was confirmed that the elemental composition was 0.2Li 2 MnO 3 —0.8LiNi 0.24 Mn 0.50 Al 0.01 O 1.75 .

次に、得られた固溶体粒子について、硝酸アルミニウムに代えてホウ酸を用いた点を除いて、実施例1と同様の手順で、表層のリチウムの除去とリチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行い、実施例9に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、実施例9に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、LiO−B系ガラスであることが確認された。 Next, with respect to the obtained solid solution particles, removal of lithium on the surface layer and covering with lithium ion conductive glass were performed in the same procedure as in Example 1 except that boric acid was used instead of aluminum nitrate. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 9 was produced. Was subjected to elemental analysis and crystallinity analysis of coating covering the surface of the obtained positive electrode active material, the coating on the positive active material for a lithium ion secondary battery according to Example 9, Li 2 O-B 2 O 3 It was confirmed to be a glass based.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える実施例9に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、実施例9に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、264Ah/kgであり、レート容量維持率は84%、サイクル容量維持率は89%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Example 9 including a positive electrode containing the obtained positive electrode active material was manufactured, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Example 9 was 264 Ah / kg, the rate capacity retention rate was 84%, and the cycle capacity retention rate was 89%.

[実施例10]
実施例10に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。はじめに、原料の炭酸リチウム、炭酸ニッケル、炭酸マンガン、酸化マグネシウムを、Li:Ni:Mn:Mgが、モル濃度比で、1.25:0.19:0.60:0.01となるように用いた点を除いて実施例1と同様の手順で固溶体粒子を製造した。得られた固溶体粒子の元素分析を行ったところ、Li:Ni:Mn:Mgは、1.20:0.19:0.60:0.01であった。よって、元素組成は、0.2LiMnO−0.8LiNi0.24Mn0.50Mg0.011.75であることが確認された。
[Example 10]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 10 was produced by the following procedure. First, the raw material lithium carbonate, nickel carbonate, manganese carbonate, and magnesium oxide are mixed so that Li: Ni: Mn: Mg has a molar concentration ratio of 1.25: 0.19: 0.60: 0.01. Solid solution particles were produced in the same procedure as in Example 1 except for the points used. Upon elemental analysis of the obtained solid solution particles, Li: Ni: Mn: Mg was 1.20: 0.19: 0.60: 0.01. Accordingly, it was confirmed that the elemental composition was 0.2Li 2 MnO 3 —0.8LiNi 0.24 Mn 0.50 Mg 0.01 O 1.75 .

次に、得られた固溶体粒子について、硝酸アルミニウムに代えてホウ酸を用いた点を除いて、実施例1と同様の手順で、表層のリチウムの除去とリチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行い、実施例10に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、実施例10に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、LiO−B系ガラスであることが確認された。 Next, with respect to the obtained solid solution particles, removal of lithium on the surface layer and covering with lithium ion conductive glass were performed in the same procedure as in Example 1 except that boric acid was used instead of aluminum nitrate. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 10 was produced. Was subjected to elemental analysis and crystallinity analysis of coating covering the surface of the obtained positive electrode active material, the coating on the positive active material for a lithium ion secondary battery according to Example 10, Li 2 O-B 2 O 3 It was confirmed to be a glass based.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える実施例10に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、実施例10に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、258Ah/kgであり、レート容量維持率は84%、サイクル容量維持率は92%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Example 10 including a positive electrode containing the obtained positive electrode active material was manufactured, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Example 10 was 258 Ah / kg, the rate capacity retention rate was 84%, and the cycle capacity retention rate was 92%.

[実施例11]
実施例11に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。はじめに、原料の炭酸リチウム、炭酸ニッケル、炭酸マンガン、酸化バナジウムを、Li:Ni:Mn:Vが、モル濃度比で、1.25:0.19:0.60:0.01となるように用いた点を除いて実施例1と同様の手順で固溶体粒子を製造した。得られた固溶体粒子の元素分析を行ったところ、Li:Ni:Mn:Vは、1.20:0.19:0.60:0.01であった。よって、元素組成は、0.2LiMnO−0.8LiNi0.24Mn0.500.011.75であることが確認された。
[Example 11]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Example 11 was produced by the following procedure. First, the raw material lithium carbonate, nickel carbonate, manganese carbonate, and vanadium oxide are mixed so that Li: Ni: Mn: V is in a molar concentration ratio of 1.25: 0.19: 0.60: 0.01. Solid solution particles were produced in the same procedure as in Example 1 except for the points used. Upon elemental analysis of the obtained solid solution particles, Li: Ni: Mn: V was 1.20: 0.19: 0.60: 0.01. Thus, elemental composition, it was confirmed that the 0.2Li 2 MnO 3 -0.8LiNi 0.24 Mn 0.50 V 0.01 O 1.75.

次に、得られた固溶体粒子について、硝酸アルミニウムに代えてホウ酸を用いた点を除いて、実施例1と同様の手順で、表層のリチウムの除去とリチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行い、実施例11に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、実施例11に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、LiO−B系ガラスであることが確認された。 Next, with respect to the obtained solid solution particles, removal of lithium on the surface layer and covering with lithium ion conductive glass were performed in the same procedure as in Example 1 except that boric acid was used instead of aluminum nitrate. And the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which concerns on Example 11 was manufactured. Was subjected to elemental analysis and crystallinity analysis of coating covering the surface of the obtained positive electrode active material, the coating on the positive active material for a lithium ion secondary battery according to Example 11, Li 2 O-B 2 O 3 It was confirmed to be a glass based.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える実施例11に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、実施例11に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、266Ah/kgであり、レート容量維持率は88%、サイクル容量維持率は93%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Example 11 including a positive electrode containing the obtained positive electrode active material was manufactured, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Example 11 was 266 Ah / kg, the rate capacity maintenance rate was 88%, and the cycle capacity maintenance rate was 93%.

[比較例1]
比較例1に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。なお、比較例1に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、表層にリチウムが欠損した結晶構造を有さず、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆されていない固溶体粒子からなる。
[Comparative Example 1]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 was produced by the following procedure. In addition, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 has solid solution particles that do not have a crystal structure in which lithium is deficient in the surface layer and are not covered with lithium ion conductive glass.

はじめに、実施例1と同様の手順で、元素組成が、0.2LiMnO−0.8LiNi0.25Mn0.501.75である固溶体粒子を製造した。なお、得られた固溶体粒子について、表層のリチウムの除去とリチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行うことなく、比較例1に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質とした。 First, solid solution particles having an elemental composition of 0.2Li 2 MnO 3 —0.8LiNi 0.25 Mn 0.50 O 1.75 were produced in the same procedure as in Example 1. In addition, it was set as the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which concerns on the comparative example 1 about the obtained solid solution particle | grains, without performing the removal of lithium of surface layer, and coating | cover of lithium ion conductive glass.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える比較例1に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、比較例1に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、265Ah/kgであり、レート容量維持率は78%、サイクル容量維持率は80%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 including a positive electrode containing the obtained positive electrode active material was manufactured, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 was 265 Ah / kg, the rate capacity maintenance rate was 78%, and the cycle capacity maintenance rate was 80%.

[比較例2]
比較例2に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。なお、比較例2に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、リチウムイオン伝導性を有さない絶縁性の被膜で被覆された固溶体粒子からなる。
[Comparative Example 2]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2 was produced by the following procedure. In addition, the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which concerns on the comparative example 2 consists of solid solution particle | grains coat | covered with the insulating film which does not have lithium ion conductivity.

はじめに、実施例1と同様の手順で、元素組成が、0.2LiMnO−0.8LiNi0.25Mn0.501.75である固溶体粒子を製造した。 First, solid solution particles having an elemental composition of 0.2Li 2 MnO 3 —0.8LiNi 0.25 Mn 0.50 O 1.75 were produced in the same procedure as in Example 1.

次に、得られた固溶体粒子とAlとを乾式粉砕及び混合して、固溶体粒子表面にAlを付着させて、比較例2に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、比較例2に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、結晶性のAlであることが確認された。 Next, the obtained solid solution particles and Al 2 O 3 were dry pulverized and mixed to adhere Al 2 O 3 to the surface of the solid solution particles, and the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2 was obtained. Manufactured. When elemental analysis and crystallinity analysis of the film covering the surface of the obtained positive electrode active material were performed, the film in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2 was crystalline Al 2 O 3 . It was confirmed that there was.

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える比較例2に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、比較例2に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、257Ah/kgであり、レート容量維持率は70%、サイクル容量維持率は89%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2 including a positive electrode containing the obtained positive electrode active material was manufactured, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2 was 257 Ah / kg, the rate capacity maintenance rate was 70%, and the cycle capacity maintenance rate was 89%.

[比較例3]
比較例3に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を、以下の手順で製造した。なお、比較例3に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、リチウムイオン伝導性を有する結晶性の被膜で被覆された固溶体粒子からなる。
[Comparative Example 3]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3 was produced by the following procedure. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3 is composed of solid solution particles coated with a crystalline film having lithium ion conductivity.

はじめに、実施例1と同様の手順で、元素組成が、0.2LiMnO−0.8LiNi0.25Mn0.501.75である固溶体粒子を製造した。 First, solid solution particles having an elemental composition of 0.2Li 2 MnO 3 —0.8LiNi 0.25 Mn 0.50 O 1.75 were produced in the same procedure as in Example 1.

次に、得られた固溶体粒子について、加熱処理を、800℃で行った点を除いて、実施例1と同様の手順で、表層のリチウムの除去とリチウムイオン伝導性ガラスの被覆とを行い、比較例3に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造した。得られた正極活物質の表面を被覆する被膜の元素分析及び結晶性解析を行ったところ、比較例3に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質における被膜は、結晶性のLiO−Alであることが確認された。 Next, with respect to the obtained solid solution particles, except that the heat treatment was performed at 800 ° C., the surface lithium was removed and the lithium ion conductive glass was coated in the same procedure as in Example 1. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3 was produced. When elemental analysis and crystallinity analysis of the coating film covering the surface of the obtained positive electrode active material were performed, the coating film in the positive electrode active material for the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3 was crystalline Li 2 O—Al It was confirmed to be 2 O 3 .

次に、実施例1と同様の手順で、得られた正極活物質を含有する正極を備える比較例3に係るリチウムイオン二次電池を製造し、放電レート特性及び充放電サイクル特性を評価した。その結果、比較例3に係るリチウムイオン二次電池の初期放電容量は、262Ah/kgであり、レート容量維持率は84%、サイクル容量維持率は83%であった。   Next, in the same procedure as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3 including a positive electrode containing the obtained positive electrode active material was manufactured, and discharge rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated. As a result, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3 was 262 Ah / kg, the rate capacity maintenance rate was 84%, and the cycle capacity maintenance rate was 83%.

表1に、以上の実施例1〜11、及び比較例1〜3に係るリチウムイオン二次電池における初期放電容量(Ah/kg)、レート容量維持率(%)、サイクル容量維持率(%)を固溶体組成及び被膜組成と共に示す。なお、表1において固溶体は、0.2LiMnO−0.8LiNiy1Mny2M’y31.75で表し各元素比を示した。M’は、Ti、Zr、Al、Mg、Vのいずれかを表し、「−」は含有していないことを表している。 Table 1 shows the initial discharge capacity (Ah / kg), rate capacity maintenance rate (%), cycle capacity maintenance rate (%) in the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3 described above. Is shown together with the solid solution composition and the coating composition. In Table 1, the solid solution is represented by 0.2Li 2 MnO 3 —0.8LiNi y1 Mn y2 M ′ y3 O 1.75 , and each element ratio is shown. M ′ represents any one of Ti, Zr, Al, Mg, and V, and “−” represents that they are not contained.

Figure 0006248639
Figure 0006248639

なお、室温におけるリチウムイオン伝導性ガラスのイオン伝導率は、LiO−Al系(実施例1):5×10−9S/cm、LiF−AlF系(実施例2,6):6×10−8S/cm、LiO−B系(実施例3,7−11):7×10−6S/cm、LiO−SiO−P系(実施例4):2×10−5S/cm、LiO−V系(実施例5):1×10−7S/cm、Al結晶(比較例1):<1×10−10S/cm、LiO−Al結晶(比較例2):<1×10−10S/cmであった。 In addition, the ionic conductivity of the lithium ion conductive glass at room temperature is as follows: Li 2 O—Al 2 O 3 system (Example 1): 5 × 10 −9 S / cm, LiF—AlF 3 system (Examples 2 and 6) ): 6 × 10 −8 S / cm, Li 2 O—B 2 O 3 system (Example 3, 7-11): 7 × 10 −6 S / cm, Li 2 O—SiO 2 —P 2 O 5 System (Example 4): 2 × 10 −5 S / cm, Li 2 O—V 2 O 5 system (Example 5): 1 × 10 −7 S / cm, Al 2 O 3 crystal (Comparative Example 1) : <1 × 10 −10 S / cm, Li 2 O—Al 2 O 3 crystal (Comparative Example 2): <1 × 10 −10 S / cm.

図2は、実施例及び比較例に係るリチウムイオン二次電池のレート容量維持率とサイクル容量維持率の関係を示す図である。図2に示すように、実施例1〜11に係るリチウムイオン二次電池は、レート容量維持率及びサイクル容量維持率がいずれも高い水準にあり、充放電サイクル特性及び放電レート特性に優れた特性を有している。その一方で、比較例1〜3に係るリチウムイオン二次電池は、レート容量維持率及びサイクル容量維持率の少なくとも一方が、実施例に及んでなく、良好な充放電サイクル特性及び放電レート特性が両立していない。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the rate capacity maintenance rate and the cycle capacity maintenance rate of the lithium ion secondary batteries according to the example and the comparative example. As shown in FIG. 2, the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 11 have high rate capacity maintenance rate and cycle capacity maintenance rate, and are excellent in charge / discharge cycle characteristics and discharge rate characteristics. have. On the other hand, in the lithium ion secondary batteries according to Comparative Examples 1 to 3, at least one of the rate capacity maintenance rate and the cycle capacity maintenance rate does not reach the example, and good charge / discharge cycle characteristics and discharge rate characteristics are obtained. It is not compatible.

特に、被膜を有しない比較例1は、表1に示すように、比較的高い初期放電容量を示したものの、レート容量維持率は78%、サイクル容量維持率は80%と低かった。これに対し、この比較例1と同様の固溶体組成を有する実施例1〜5では、リチウムイオン伝導性ガラスによる被膜によって、レート容量維持率及びサイクル容量維持率がいずれも改善されていた。なお、被膜を有する実施例2〜11についても、レート容量維持率及びサイクル容量維持率が改善傾向を示した。   In particular, Comparative Example 1 having no coating showed a relatively high initial discharge capacity as shown in Table 1, but the rate capacity maintenance rate was 78% and the cycle capacity maintenance rate was as low as 80%. On the other hand, in Examples 1-5 which have the same solid solution composition as this comparative example 1, both the rate capacity retention ratio and the cycle capacity retention ratio were improved by the coating with lithium ion conductive glass. In addition, also about Examples 2-11 which have a film, the rate capacity | capacitance maintenance factor and the cycle capacity | capacitance maintenance factor showed the improvement tendency.

また、結晶性のAlからなる被膜を有する比較例2は、比較的高いサイクル容量維持率を示したものの、初期放電容量は257Ah/kg、レート容量維持率は70%とそれぞれ低かった。比較例2の初期放電容量とレート容量維持率は、結晶性のAlからなる被膜が抵抗成分となり過電圧(電圧降下)が増大したことによって低下したものと考えられる。これに対し、この比較例1と同様の固溶体組成を有し、非晶質のAlからなる被膜を有する実施例1では、初期放電容量及びレート容量維持率がいずれも改善されていた。さらに、同様に非晶質の被膜を有する実施例2〜11についても、初期放電容量及びレート容量維持率が改善傾向を示した。よって、非晶質のリチウムイオン伝導性ガラスによる被膜は、固溶体粒子の被覆により充放電サイクル特性を維持しつつ、リチウムイオンの伝導性を改善するのに有効であり、放電容量、放電レート特性及び充放電サイクル特性の向上に寄与することが確認された。 Further, Comparative Example 2 having a film made of crystalline Al 2 O 3 showed a relatively high cycle capacity maintenance rate, but the initial discharge capacity was 257 Ah / kg and the rate capacity maintenance rate was 70%, which were low. . It is considered that the initial discharge capacity and the rate capacity retention ratio of Comparative Example 2 were lowered by increasing the overvoltage (voltage drop) because the film made of crystalline Al 2 O 3 became a resistance component. On the other hand, in Example 1 having a solid solution composition similar to that of Comparative Example 1 and having a film made of amorphous Al 2 O 3 , both the initial discharge capacity and the rate capacity retention rate were improved. . Furthermore, also about Examples 2-11 which have an amorphous film similarly, the initial stage discharge capacity and the rate capacity | capacitance maintenance factor showed the improvement tendency. Therefore, the coating with amorphous lithium ion conductive glass is effective in improving the conductivity of lithium ions while maintaining the charge / discharge cycle characteristics by the coating of solid solution particles, and the discharge capacity, discharge rate characteristics and It was confirmed that it contributed to the improvement of charge / discharge cycle characteristics.

結晶性のLiO−Alからなる被膜を有する比較例3は、表1に示すように、比較的高い初期放電容量及びレート容量維持率を示したものの、サイクル容量維持率は83%と低かった。これは、リチウムイオン伝導性ガラスによる被膜によって、リチウムイオンの伝導性は改善されているものの、充放電の過程で固溶体粒子の結晶構造が変化して体積膨張又は収縮が発生した際に、結晶化したLiO−Alからなる被膜が体積変動に追従できず、被膜に割れ等の損傷が生じたためであると考えられる。よって、充放電サイクル特性を有効に向上させるためには、リチウムイオン伝導性ガラスによる被膜において、結晶相と比較して非晶質相が高比率で存在することが有効であることが確認された。また、リチウムイオン伝導性ガラスのイオン伝導率は、1×10−10S/cm以上が好ましいことが確認された。このようにリチウムイオン伝導率が固溶体粒子よりも高いと、ガラスで被覆しても出力の低下を抑えることが可能となる。 As shown in Table 1, Comparative Example 3 having a film made of crystalline Li 2 O—Al 2 O 3 showed a relatively high initial discharge capacity and rate capacity maintenance ratio, but the cycle capacity maintenance ratio was 83. % Was low. Although the lithium ion conductivity has been improved by the coating with lithium ion conductive glass, crystallization occurs when volume expansion or contraction occurs due to a change in the crystal structure of the solid solution particles during the charge / discharge process. This is considered to be because the film made of Li 2 O—Al 2 O 3 was unable to follow the volume variation, and damage such as cracking occurred in the film. Therefore, in order to effectively improve the charge / discharge cycle characteristics, it was confirmed that it is effective that the amorphous phase is present in a higher ratio than the crystalline phase in the coating made of lithium ion conductive glass. . Moreover, it was confirmed that the ion conductivity of the lithium ion conductive glass is preferably 1 × 10 −10 S / cm or more. Thus, when the lithium ion conductivity is higher than that of the solid solution particles, it is possible to suppress a decrease in output even if the particles are covered with glass.

1 リチウムイオン二次電池
2 リチウムイオン二次電池用正極
3 リチウムイオン二次電池用負極
4 セパレータ
5 電池缶
6 正極リード片
7 負極リード片
8 密閉蓋
9 シール材
10 絶縁板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 2 Positive electrode for lithium ion secondary batteries 3 Negative electrode for lithium ion secondary batteries 4 Separator 5 Battery can 6 Positive electrode lead piece 7 Negative electrode lead piece 8 Sealing lid 9 Sealing material 10 Insulating plate

Claims (7)

以下の組成式(1)、
xLiMnO―(1−x)LiM{(2−3x)/(1−x)}・・・(1)
[式中、xは、0<x≦0.6を満たす数であり、yは、0.7≦y≦1.0を満たす数であり、Mは、Ni、Co、Mn、Ti、Zr、Al、Mg及びVからなる群より選択される少なくとも1種の元素である。]
で表わされる固溶体粒子と、
前記固溶体粒子の表面の少なくとも一部を被覆するリチウムイオン伝導性ガラスとを含んでなり、
前記リチウムイオン伝導性ガラスが、Li O−B 、Li O−Al 、Li O−SiO 、Li O−P 、Li O−V 、LiF−BF 、LiF−AlF 、LiF−VF からなる群より選択される少なくとも1種で、当該リチウムイオン伝導性ガラスのリチウムイオンの伝導率が、室温において、1×10 −10 S/cm以上であり、且つ、
前記固溶体粒子は、表層におけるリチウム濃度が内層におけるリチウム濃度の80質量%以下である
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質。
The following composition formula (1),
xLi 2 MnO 3- (1-x) LiM y O {(2-3x) / (1-x)} (1)
[Wherein x is a number satisfying 0 <x ≦ 0.6, y is a number satisfying 0.7 ≦ y ≦ 1.0, and M is Ni, Co, Mn, Ti, Zr , At least one element selected from the group consisting of Al, Mg and V. ]
Solid solution particles represented by
Lithium ion conductive glass covering at least a part of the surface of the solid solution particles,
The lithium ion conductive glass is Li 2 O—B 2 O 3 , Li 2 O—Al 2 O 3 , Li 2 O—SiO 4 , Li 2 O—P 2 O 5 , Li 2 O—V 2 O 5. , LiF—BF 3 , LiF—AlF 3 , LiF—VF 3 , and the lithium ion conductivity of the lithium ion conductive glass is 1 × 10 −10 S at room temperature. / Cm or more, and
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein the solid solution particles have a lithium concentration in a surface layer of 80% by mass or less of a lithium concentration in an inner layer.
前記リチウムイオン伝導性ガラスの含有量が、正極活物質の総質量に対して、0.5質量%以上5.0質量%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
2. The lithium ion secondary according to claim 1 , wherein a content of the lithium ion conductive glass is 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less with respect to a total mass of the positive electrode active material. Positive electrode active material for batteries.
前記固溶体粒子の表層におけるリチウム濃度が、前記固溶体粒子全体に対して8質量%以下であり、且つ、前記固溶体粒子の内層におけるリチウム濃度が、前記固溶体粒子全体に対して9質量%以上11質量%以下であるThe lithium concentration in the surface layer of the solid solution particle is 8% by mass or less with respect to the whole solid solution particle, and the lithium concentration in the inner layer of the solid solution particle is 9% by mass or more and 11% by mass with respect to the whole solid solution particle. Is
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記固溶体粒子は、前記リチウムイオン伝導性ガラスと混在した表層を有するThe solid solution particles have a surface layer mixed with the lithium ion conductive glass.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含んでなる
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。
A positive electrode for a lithium ion secondary battery comprising the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4 .
請求項5に記載のリチウムイオン二次電池用正極を備える
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 5 .
以下の組成式(1)、
xLiMnO―(1−x)LiM{(2−3x)/(1−x)}・・・(1)
[式中、xは、0<x≦0.6を満たす数であり、yは、0.7≦y≦1.0を満たす数であり、Mは、Ni、Co、Mn、Ti、Zr、Al、Mg及びVからなる群より選択される少なくとも1種の元素である。]
で表わされる固溶体粒子をpH7以上9以下の溶媒に浸漬して前記固溶体粒子の表層のリチウムを脱離させると共に、前記固溶体粒子の表面に、B、Al、Si、P及びVからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む組成を有するリチウムイオン伝導性ガラスの前駆体を付着させる工程
前記固溶体粒子を200℃以上600℃以下で1時間以上20時間以下の加熱処理に供し、前記固溶体粒子を、Li O−B 、Li O−Al 、Li O−SiO 、Li O−P 、Li O−V 、LiF−BF 、LiF−AlF 、LiF−VF からなる群より選択される少なくとも1種であるリチウムイオン伝導性ガラスで被覆する工程
を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
The following composition formula (1),
xLi 2 MnO 3- (1-x) LiM y O {(2-3x) / (1-x)} (1)
[Wherein x is a number satisfying 0 <x ≦ 0.6, y is a number satisfying 0.7 ≦ y ≦ 1.0, and M is Ni, Co, Mn, Ti, Zr , At least one element selected from the group consisting of Al, Mg and V. ]
In represented by Rutotomoni the solid solution particles is immersed in a pH7 to 9 of solvent desorbed lithium surface layer of the solid solution particles, the surface of the solid-solution particles, B, Al, Si, from the group consisting of P and V a step of depositing a precursor of the lithium ion conductive glass having a composition comprising at least one element selected,
The solid solution particles at 200 ° C. or higher 600 ° C. or less and subjected to 20 hours or less heat for 1 hour or more, the solid solution particles, Li 2 O-B 2 O 3, Li 2 O-Al 2 O 3, Li 2 O -SiO 4, Li 2 O-P 2 O 5, Li 2 O-V 2 O 5, LiF-BF 3, LiF-AlF 3, lithium ion is at least one selected from the group consisting of LiF-VF 3 a step of coating a conductive glass,
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries characterized by including this.
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