JP6371508B2 - Positive electrode active material for lithium ion secondary battery and method for producing the same, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material for lithium ion secondary battery and method for producing the same, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery Download PDF

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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とその正極活物質の製造方法、その正極活物質を含むリチウムイオン二次電池用正極、およびリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a method for producing the positive electrode active material, a positive electrode for a lithium ion secondary battery containing the positive electrode active material, and a lithium ion secondary battery.

近年、二次電池の需要が急増している。中でもリチウムイオン二次電池は、高い電圧と高いエネルギー密度とを有しており、特に注目されている。リチウムイオン二次電池の特性は、正極の材料特に正極活物質に強い影響を受ける。リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、従来から、コバルト酸リチウム(LiCoO)等のリチウム含有複合酸化物が知られているが、電池特性の改善のため、正極活物質には、充放電特性、サイクル特性、ハイレート特性、および高温での安定性等の改善が求められている。 In recent years, the demand for secondary batteries has increased rapidly. Among them, lithium ion secondary batteries have a high voltage and a high energy density, and are attracting particular attention. The characteristics of the lithium ion secondary battery are strongly influenced by the positive electrode material, particularly the positive electrode active material. Conventionally, lithium-containing composite oxides such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) have been known as positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries. Improvements such as discharge characteristics, cycle characteristics, high rate characteristics, and stability at high temperatures are demanded.

リチウムイオン二次電池の課題の一つとして、充放電の繰り返しによりサイクル寿命が急速に低下する、というサイクル特性上の問題点がある。この問題点は、高温においてさらに深刻化する。その理由としては、正極活物質の結晶構造が高温で不安定になり、Co等の遷移金属の溶出と酸素(O)の放出が起きること、また電池内部の水分やその他の影響により電解質が分解し、それによって正極活物質が劣化すること、電池の内部抵抗が増加すること等が挙げられる。   One of the problems of the lithium ion secondary battery is a problem in cycle characteristics that the cycle life is rapidly reduced by repeated charge and discharge. This problem becomes more serious at high temperatures. This is because the crystal structure of the positive electrode active material becomes unstable at high temperatures, elution of transition metals such as Co and release of oxygen (O) occurs, and the electrolyte decomposes due to moisture and other effects inside the battery. As a result, the positive electrode active material deteriorates, the internal resistance of the battery increases, and the like.

このような問題に対し、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させる方法として、リチウム含有複合酸化物を金属酸化物のナノ粒子で被覆する方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。しかし、この方法では、被覆を形成する金属酸化物の耐酸化性が、4.3V(vs.Li/Li)以上の高い電位を印加した場合には十分でないため、サイクル特性の向上が十分に得られなかった。
また、被覆方法は湿式法であり、リチウム含有複合酸化物を被覆処理した後、洗浄工程や焼成工程を必要としていた。そのため、製造工程および製造コストの低減が困難であった。
As a method for improving the cycle characteristics of a lithium ion secondary battery with respect to such a problem, a method of coating a lithium-containing composite oxide with metal oxide nanoparticles is known (for example, see Patent Document 1). ). However, in this method, since the oxidation resistance of the metal oxide forming the coating is not sufficient when a high potential of 4.3 V (vs. Li + / Li) or higher is applied, the cycle characteristics are sufficiently improved. Could not be obtained.
Moreover, the coating method is a wet method, and after the lithium-containing composite oxide is coated, a cleaning process and a firing process are required. Therefore, it is difficult to reduce the manufacturing process and manufacturing cost.

また、リチウム含有複合酸化物を希土類元素のフッ化物を用いて被覆することも知られている(例えば、特許文献2参照。)。しかし、この方法では、正極活物質であるリチウム含有複合酸化物の表面に絶縁性の高いフッ化物の被覆を有するため、レート特性が悪化し、特に高レートにおける放電電圧が低下するという問題があった。   It is also known that a lithium-containing composite oxide is coated with a rare earth fluoride (see, for example, Patent Document 2). However, this method has a problem that the rate characteristics are deteriorated and the discharge voltage is lowered particularly at a high rate because the surface of the lithium-containing composite oxide as the positive electrode active material has a highly insulating fluoride coating. It was.

米国特許7,608,332号明細書US Pat. No. 7,608,332 特開2000−353524号公報JP 2000-353524 A

本発明は、前記した問題を解決するためになされたものであり、電池特性、特にサイクル特性およびレート特性に優れたリチウムイオン二次電池が得られる正極活物質の提供を目的とする。
また、上記電池特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極活物質を、簡便かつ低コストで製造する方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a positive electrode active material from which a lithium ion secondary battery excellent in battery characteristics, particularly cycle characteristics and rate characteristics can be obtained.
Moreover, it aims at providing the method of manufacturing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries excellent in the said battery characteristic simply and at low cost.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質(以下、本活物質という)は、Ni、CoおよびMnから選ばれる1種以上の遷移金属元素とLiとを含有し、前記Liの含有量が遷移金属元素の含有量の合計に対してモル比で0.95倍以上であるリチウム含有複合酸化物と、該リチウム含有複合酸化物の表面の少なくとも一部に担持された金属酸化物とを有し、該金属酸化物は一部のOがハロゲン元素に置換されていることを特徴とする。   The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention (hereinafter referred to as the present active material) contains one or more transition metal elements selected from Ni, Co, and Mn and Li, and the content of Li is A lithium-containing composite oxide having a molar ratio of 0.95 times or more with respect to the total content of the transition metal elements, and a metal oxide supported on at least a part of the surface of the lithium-containing composite oxide. The metal oxide is characterized in that a part of O is substituted with a halogen element.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法(以下、本製造方法という)は、Ni、CoおよびMnから選ばれる1種以上の遷移金属元素とLiとを含有し、前記Liの含有量が遷移金属元素の含有量の合計に対してモル比で0.95倍以上であるリチウム含有複合酸化物と、一部のOがハロゲン元素に置換されている金属酸化物(以下、ハロゲン置換金属酸化物という)とを、乾式で混合する乾式混合工程を有することを特徴とする。   The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention (hereinafter referred to as the present production method) contains one or more transition metal elements selected from Ni, Co, and Mn and Li, A lithium-containing composite oxide having a molar ratio of 0.95 times or more with respect to the total content of the transition metal elements, and a metal oxide in which a part of O is substituted with a halogen element (hereinafter, halogen) It is characterized by having a dry mixing step of mixing with a substituted metal oxide).

本発明のリチウムイオン二次電池用正極(以下、本正極という)は、正極集電体上に、導電材、バインダ、および本活物質を含有する正極活物質層を有することを特徴とする。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention (hereinafter referred to as a positive electrode) has a positive electrode active material layer containing a conductive material, a binder, and the active material on a positive electrode current collector.

本発明のリチウムイオン二次電池(以下、本電池という)は、負極、セパレータ、非水電解質、および本正極を有することを特徴とする。   The lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as the present battery) of the present invention includes a negative electrode, a separator, a nonaqueous electrolyte, and a present positive electrode.

なお、本発明において、「表面に担持されている」とは、ハロゲン置換金属酸化物がリチウム含有複合酸化物の表面に化学的または物理的に吸着されて存在し、表面を被覆していることをいう。   In the present invention, “supported on the surface” means that the halogen-substituted metal oxide is present on the surface of the lithium-containing composite oxide by being chemically or physically adsorbed and covers the surface. Say.

本発明の正極活物質を使用すれば、サイクル特性およびレート特性に優れたリチウムイオン二次電池が得られる。特に、高電圧充電下でのサイクル特性およびレート特性に優れたリチウムイオン二次電池が得られる。   If the positive electrode active material of the present invention is used, a lithium ion secondary battery excellent in cycle characteristics and rate characteristics can be obtained. In particular, a lithium ion secondary battery excellent in cycle characteristics and rate characteristics under high voltage charging can be obtained.

また、本発明の正極活物質の製造方法によれば、リチウム含有複合酸化物の表面にハロゲン置換金属酸化物を担持でき、担持後には洗浄工程や焼成工程を必要としない。そのため、工程数の低減によるコストの低減が可能である。また、焼成工程での加熱によるリチウム含有複合酸化物の構造変化や、水分の存在等によるリチウム含有複合酸化物の劣化を防止できる。   In addition, according to the method for producing a positive electrode active material of the present invention, a halogen-substituted metal oxide can be supported on the surface of the lithium-containing composite oxide, and a cleaning process or a firing process is not required after the support. Therefore, the cost can be reduced by reducing the number of steps. In addition, it is possible to prevent the lithium-containing composite oxide from being deteriorated due to the structural change of the lithium-containing composite oxide due to heating in the firing step or the presence of moisture.

実施例の正極活物質(2)の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。It is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the positive electrode active material (2) of an Example. 実施例の正極活物質(3)のSEM写真である。It is a SEM photograph of the positive electrode active material (3) of an Example. 実施例の正極活物質(3)のSEM写真であり、(a)は正極活物質の断面のSEM写真、(b)は(a)の一部を拡大したSEM写真である。It is a SEM photograph of the positive electrode active material (3) of an Example, (a) is a SEM photograph of the cross section of a positive electrode active material, (b) is a SEM photograph which expanded a part of (a). 実施例の正極活物質(7)のSEM写真である。It is a SEM photograph of the positive electrode active material (7) of an Example. 実施例の例3で用いた、一部のOがFに置換されている金属酸化物のX線回折(XRD)スペクトルである。It is an X-ray-diffraction (XRD) spectrum of the metal oxide used in Example 3 of the Example in which some O is substituted with F.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。本明細書において、「Li」との記載は、特に言及しない限り、当該金属単体ではなく、Li元素であることを示す。他の元素の表記についても同様である。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. In the present specification, the description “Li” indicates that the element is not Li but a Li element unless otherwise specified. The same applies to the notation of other elements.

<正極活物質>
本活物質は、リチウム含有複合酸化物の表面の少なくとも一部に、ハロゲン置換金属酸化物が担持してなる。
<Positive electrode active material>
This active material comprises a halogen-substituted metal oxide supported on at least a part of the surface of the lithium-containing composite oxide.

本活物質において、リチウム含有複合酸化物の表面の一部にハロゲン置換金属酸化物が担持されていることは、以下の方法により確認できる。
正極活物質の表面または断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより、リチウム含有複合酸化物の表面に組成の異なる材料が担持されていることがわかる。また、正極活物質の表面または断面を、X線マイクロアナライザー(EPMA)で元素分析することにより、表面に存在している材料の元素がわかる。このとき、正極活物質の断面をEPMAにより元素マップングすれば、正極活物質の中心よりも表面にハロゲン元素が多く含まれていることがわかる。以上の元素分析から、ハロゲン元素を含む材料が、リチウム含有複合酸化物の表面にあることがわかる。なお、正極活物質の中心とは、表面からの平均距離が最大の点をいう。
In this active material, it can be confirmed by the following method that the halogen-substituted metal oxide is supported on a part of the surface of the lithium-containing composite oxide.
By observing the surface or cross section of the positive electrode active material with a scanning electron microscope (SEM), it can be seen that materials having different compositions are supported on the surface of the lithium-containing composite oxide. Moreover, the element of the material which exists on the surface is known by conducting an elemental analysis on the surface or cross section of the positive electrode active material with an X-ray microanalyzer (EPMA). At this time, if the cross section of the positive electrode active material is element-mapped by EPMA, it can be seen that the surface contains more halogen elements than the center of the positive electrode active material. From the above elemental analysis, it can be seen that a material containing a halogen element is present on the surface of the lithium-containing composite oxide. Note that the center of the positive electrode active material refers to a point having the maximum average distance from the surface.

さらに、X線回折(XRD)による分析で結晶構造を同定することで、ハロゲン元素を含む材料がハロゲン置換金属酸化物であることを確認できる。また、正極活物質が、リチウム含有複合酸化物とハロゲン置換金属酸化物とを共に有することを確認できる。   Furthermore, by identifying the crystal structure by analysis by X-ray diffraction (XRD), it can be confirmed that the material containing a halogen element is a halogen-substituted metal oxide. Further, it can be confirmed that the positive electrode active material has both the lithium-containing composite oxide and the halogen-substituted metal oxide.

リチウム含有複合酸化物の表面に金属酸化物を有すると、リチウム含有複合酸化物表面の導電性やリチウムイオン拡散性が向上し、レート特性が向上すると考えられる。また、リチウム含有複合酸化物表面と電解液との接触を低減できる。これにより、リチウム含有複合酸化物表面から電解液への遷移金属等の溶出を抑制でき、充放電サイクルを繰り返した場合の放電容量および放電電圧の低下を抑制できると考えられる。さらに、本活物質のリチウム含有複合酸化物表面に担持された金属酸化物は、一部のOがハロゲン元素で置換されているため、金属酸化物の耐酸化性が高く、高電圧(4.3V(vs.Li/Li)以上の電圧)充電下においても耐久性が高い。そのため、高電圧でのレート特性を改善でき、充放電サイクルを繰り返した場合の放電容量および放電電圧の低下を抑制できると考えられる。 It is considered that when a metal oxide is present on the surface of the lithium-containing composite oxide, the conductivity and lithium ion diffusibility of the lithium-containing composite oxide surface are improved and rate characteristics are improved. In addition, contact between the lithium-containing composite oxide surface and the electrolytic solution can be reduced. Thereby, it is thought that elution of the transition metal etc. from the lithium containing complex oxide surface to electrolyte solution can be suppressed, and the fall of the discharge capacity and discharge voltage at the time of repeating a charging / discharging cycle can be suppressed. Furthermore, the metal oxide supported on the surface of the lithium-containing composite oxide of the active material has high oxidation resistance and high voltage (4. Durability is high even under 3 V (voltage of vs. Li + / Li) charge. Therefore, it is considered that the rate characteristics at a high voltage can be improved, and the decrease in the discharge capacity and the discharge voltage when the charge / discharge cycle is repeated can be suppressed.

本活物質の形状は、球状、膜状、繊維状、塊状等のいずれであってもよい。本活物質は、充填性を高める点から、球状が好ましい。
本活物質の平均粒子径は、3〜30μmが好ましく、4〜25μmがより好ましく、5〜20μmが特に好ましい。平均粒子径が、上記した範囲にあれば、リチウムイオン二次電池の正極活物質として、好適に使用できる。
なお、本活物質の平均粒子径は、リチウム含有複合酸化物の表面の一部に、ハロゲン置換金属酸化物が担持している粒子の平均粒子径として算出される。ただし、ハロゲン置換金属酸化物の平均粒子径がリチウム含有複合酸化物に対して十分小さい場合には、本活物質の平均粒子径はリチウム含有複合酸化物の平均粒子径と同等とみなすことができる。
The shape of the active material may be any of a spherical shape, a film shape, a fiber shape, a lump shape, and the like. The active material is preferably spherical from the viewpoint of enhancing the filling property.
The average particle size of the active material is preferably 3 to 30 μm, more preferably 4 to 25 μm, and particularly preferably 5 to 20 μm. If an average particle diameter exists in an above-described range, it can be conveniently used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery.
The average particle size of the active material is calculated as the average particle size of particles carried by the halogen-substituted metal oxide on a part of the surface of the lithium-containing composite oxide. However, when the average particle size of the halogen-substituted metal oxide is sufficiently smaller than that of the lithium-containing composite oxide, the average particle size of the active material can be regarded as equivalent to the average particle size of the lithium-containing composite oxide. .

なお、本活物質の平均粒子径は、体積基準で粒度分布を求め、全体積を100%とした累積カーブにおいて、50%となる点の粒子径である体積基準累積50%径(以下、この方法で算出した平均粒子径を、平均粒子径(1)という)を意味する。粒度分布は、レーザー散乱粒度分布測定装置で測定した頻度分布、および累積体積分布曲線として求められる。粒子径の測定は、粉末を水媒体中に超音波処理等で十分に分散させ、例えば、HORIBA社製レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(装置名:Partica LA−950VII)を使用し、粒度分布を測定することにより行うことができる。
本明細書において、リチウム含有複合酸化物の平均粒子径も、活物質の平均粒子径と同じく体積基準累積50%径(平均粒子径(1))であるが、ハロゲン置換金属酸化物の平均粒子径は体積基準累積50%径ではない。ハロゲン置換金属酸化物の平均粒子径については、後述する。
The average particle size of the active material is determined based on the volume size, and the volume-based cumulative 50% diameter (hereinafter referred to as this particle size), which is the particle size of 50% in the cumulative curve with the total volume being 100%. The average particle size calculated by the method means the average particle size (1)). The particle size distribution is obtained as a frequency distribution measured by a laser scattering particle size distribution measuring apparatus and a cumulative volume distribution curve. The particle size is measured by sufficiently dispersing the powder in an aqueous medium by ultrasonic treatment or the like, and using, for example, a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (device name: Partica LA-950VII) manufactured by HORIBA, This can be done by measuring the particle size distribution.
In the present specification, the average particle size of the lithium-containing composite oxide is also the volume-based cumulative 50% size (average particle size (1)) similar to the average particle size of the active material. The diameter is not a volume-based cumulative 50% diameter. The average particle size of the halogen-substituted metal oxide will be described later.

(正極活物質の製造)
本製造方法は、リチウム含有複合酸化物とハロゲン置換金属酸化物とを乾式で混合する乾式混合工程を有することが好ましい。乾式混合工程により、リチウム含有複合酸化物の表面にハロゲン置換金属酸化物を効率よく担持できる。さらに、乾式混合工程の前にハロゲン置換金属酸化物を得る置換工程を有することがより好ましい。なお、置換工程の詳細は後述する。
(Manufacture of positive electrode active material)
The production method preferably includes a dry mixing step in which the lithium-containing composite oxide and the halogen-substituted metal oxide are mixed in a dry manner. By the dry mixing process, the halogen-substituted metal oxide can be efficiently supported on the surface of the lithium-containing composite oxide. Furthermore, it is more preferable to have a substitution step for obtaining a halogen-substituted metal oxide before the dry mixing step. Details of the substitution step will be described later.

乾式混合工程は、湿式でリチウム含有複合酸化物に化合物を被覆する場合と異なり、ハロゲン置換金属酸化物を担持させる工程において、焼成や洗浄の工程を省略できる。そのため、工程数を低減して製造コストを低減できるうえに、水分の存在等によるリチウム含有複合酸化物の劣化や、焼成工程での加熱によるリチウム含有複合酸化物の構造変化を防止できる。   Unlike the case where the compound is coated on the lithium-containing composite oxide in the wet process, the dry mixing process can omit the firing and washing processes in the process of supporting the halogen-substituted metal oxide. Therefore, the number of steps can be reduced to reduce the manufacturing cost, and the lithium-containing composite oxide can be prevented from being deteriorated due to the presence of moisture, and the structural change of the lithium-containing composite oxide due to heating in the firing step.

乾式混合工程において、乾式で混合する方法としては、例えば、各種ディスパー、ボールミル、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、アトマイザー、V型混合機、ペイントシェーカー、コニカルブレンダー、ナウタミキサー、SVミキサー、ドラムミキサー、シェーカーミキサー、プロシェアーミキサー、万能ミキサー、ロッキングミキサー、リボンミキサー、コンテナミキサー等を用いて混合を行うことができる。また、小スケールで混合を行う場合には、自転・公転ミキサー(例えば、Thinky社製、装置名:あわとり練太郎ARE−310)を用いることもできる。
混合時間は、生産性の観点から、1〜60分が好ましく、1〜30分がより好ましい。
In the dry mixing step, the dry mixing method includes, for example, various dispersers, ball mills, super mixers, Henschel mixers, atomizers, V-type mixers, paint shakers, conical blenders, nauta mixers, SV mixers, drum mixers, shaker mixers. Mixing can be performed using a proshear mixer, a universal mixer, a rocking mixer, a ribbon mixer, a container mixer, and the like. In addition, when mixing on a small scale, a rotation / revolution mixer (for example, manufactured by Thinky, apparatus name: Nertaro Awatori ARE-310) can also be used.
The mixing time is preferably 1 to 60 minutes and more preferably 1 to 30 minutes from the viewpoint of productivity.

リチウム含有複合酸化物とハロゲン置換金属酸化物との混合比は、混合の均一性の観点から、リチウム含有複合酸化物に対するハロゲン置換金属酸化物の質量比で、0.01〜10%が好ましく、0.1〜5%がより好ましい。   The mixing ratio of the lithium-containing composite oxide and the halogen-substituted metal oxide is preferably 0.01 to 10% by mass ratio of the halogen-substituted metal oxide to the lithium-containing composite oxide from the viewpoint of mixing uniformity. 0.1 to 5% is more preferable.

本製造方法は、リチウム含有複合酸化物とハロゲン置換金属酸化物とを乾式で混合する工程の後に、その他の工程を有してもよい。その他の工程としては、例えば、アニール工程、洗浄および乾燥工程等が挙げられる。   This manufacturing method may have another process after the process of mixing a lithium containing complex oxide and a halogen-substituted metal oxide by a dry process. Examples of other processes include an annealing process, a cleaning and drying process, and the like.

アニール工程は、表面にハロゲン置換金属酸化物を有するリチウム含有複合酸化物を加熱する工程である。アニール工程を有すると、正極活物質中の有機物等の不純物を分解して除去でき、また、リチウム含有複合酸化物と、その表面に担持されたハロゲン置換金属酸化物との結着力をより高めることができる。この工程を経て得られた正極活物質は、電池特性をさらに向上できる。アニール工程における加熱温度は、350℃以下が好ましく、100〜300℃がより好ましい。   The annealing step is a step of heating the lithium-containing composite oxide having a halogen-substituted metal oxide on the surface. Impurities such as organic substances in the positive electrode active material can be decomposed and removed by having an annealing step, and the binding force between the lithium-containing composite oxide and the halogen-substituted metal oxide supported on the surface is further increased. Can do. The positive electrode active material obtained through this step can further improve battery characteristics. The heating temperature in the annealing step is preferably 350 ° C. or less, and more preferably 100 to 300 ° C.

洗浄工程は、表面にハロゲン置換金属酸化物を有するリチウム含有複合酸化物を洗浄液と接触させる工程である。洗浄工程を有すると、リチウム含有複合酸化物とハロゲン置換金属酸化物との結着力を損なうことなく、前記アニール工程で除去しきれない不純物を洗い流すことができる。そのため、この工程を経て得られた正極活物質は、電池特性をさらに向上できる。該洗浄液としは、エタノール等の有機溶媒、ハイドロクロロフルオロカーボン等のフッ素系溶媒および水等が好ましく、接触させた後に洗浄液を取り除きやすいため、有機溶媒およびフッ素系溶媒がより好ましい。
洗浄工程後に乾燥工程を行うことができる。これにより、洗浄液を除去できる。乾燥温度は、20〜80℃の範囲が好ましい。
The cleaning step is a step of bringing a lithium-containing composite oxide having a halogen-substituted metal oxide on the surface into contact with a cleaning liquid. When the cleaning step is included, impurities that cannot be removed by the annealing step can be washed away without impairing the binding force between the lithium-containing composite oxide and the halogen-substituted metal oxide. Therefore, the positive electrode active material obtained through this step can further improve battery characteristics. The cleaning liquid is preferably an organic solvent such as ethanol, a fluorine-based solvent such as hydrochlorofluorocarbon, and water. The organic solvent and the fluorine-based solvent are more preferable because the cleaning liquid can be easily removed after contact.
A drying process can be performed after a washing process. Thereby, the cleaning liquid can be removed. The drying temperature is preferably in the range of 20-80 ° C.

以下に、本活物質に使用するリチウム含有複合酸化物と、その表面に担持されているハロゲン置換金属酸化物について、説明する。   Hereinafter, the lithium-containing composite oxide used in the active material and the halogen-substituted metal oxide supported on the surface will be described.

(リチウム含有複合酸化物)
リチウム含有複合酸化物は、Ni、CoおよびMnから選ばれる1種以上の遷移金属元素とLiとを含有し、該Liの含有量が、遷移金属元素の総量に対して、モル比で0.95倍以上のものである。
リチウム含有複合酸化物に含まれる、Ni、CoおよびMn以外のその他の遷移金属元素としては、Fe、Cr、W、Mo、Zr、V、Cu等が挙げられる。その他の遷移金属元素を含有する場合、前記した遷移金属元素の総量は、Ni、Co、Mnとその他の遷移金属元素の合計量である。
Liの含有量は、遷移金属元素の総量に対して、モル比で、0.96〜1.08倍が好ましい。
(Lithium-containing composite oxide)
The lithium-containing composite oxide contains one or more transition metal elements selected from Ni, Co, and Mn and Li, and the content of Li is 0.001 in terms of molar ratio with respect to the total amount of transition metal elements. More than 95 times.
Examples of other transition metal elements other than Ni, Co, and Mn contained in the lithium-containing composite oxide include Fe, Cr, W, Mo, Zr, V, and Cu. When other transition metal elements are contained, the total amount of transition metal elements described above is the total amount of Ni, Co, Mn and other transition metal elements.
The content of Li is preferably 0.96 to 1.08 times in molar ratio with respect to the total amount of transition metal elements.

リチウム含有複合酸化物としては、下記式(1)または(2)で表される化合物が好ましい。リチウム含有複合酸化物としては、下記式(1)または(2)で表される化合物の中から、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。リチウム含有複合酸化物を有する電池のサイクル特性に優れる点で、式(1)で表される化合物がより好ましい。
Li(NiMnCo)Me…………(1)
式(1)中、MeはNi、CoおよびMn以外の遷移金属元素を示す。また、0.95≦a≦1.1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦b≦0.3、0.90≦x+y+z+b≦1.05である。
さらに、Liのモル量が遷移金属元素の総モル量に対して0.95倍以上であることから、0.95≦a/(x+y+z+b)が成り立つ。
As the lithium-containing composite oxide, a compound represented by the following formula (1) or (2) is preferable. As a lithium containing complex oxide, 1 type may be used independently from the compound represented by following formula (1) or (2), and 2 or more types may be used together. The compound represented by the formula (1) is more preferable in terms of excellent cycle characteristics of a battery having a lithium-containing composite oxide.
Li a (Ni x Mn y Co z) Me b O 2 ............ (1)
In formula (1), Me represents a transition metal element other than Ni, Co and Mn. Further, 0.95 ≦ a ≦ 1.1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 0.3, and 0.90 ≦ x + y + z + b ≦ 1.05.
Furthermore, since the molar amount of Li is 0.95 times or more with respect to the total molar amount of the transition metal elements, 0.95 ≦ a / (x + y + z + b) is established.

式(1)におけるaは、このリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を高くする観点から、0.97≦a≦1.06が好ましく、0.98≦a≦1.04がより好ましい。
式(1)におけるxは、このリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を高くする観点から、0.2≦x≦0.9が好ましく、0.3≦x≦0.8がより好ましい。
式(1)におけるyは、このリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を高くする観点から、0≦y≦0.7が好ましく、0.1≦y≦0.6がより好ましい。
式(1)におけるzは、このリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池のサイクル特性に優れる点から、0.05≦z≦1.0が好ましく、0.1≦z≦1.0がより好ましい。
In the formula (1), a is preferably 0.97 ≦ a ≦ 1.06 and 0.98 ≦ a ≦ 1. From the viewpoint of increasing the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having this lithium-containing composite oxide. 04 is more preferable.
In the formula (1), x is preferably 0.2 ≦ x ≦ 0.9, and 0.3 ≦ x ≦ 0. From the viewpoint of increasing the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having this lithium-containing composite oxide. 8 is more preferable.
Y in the formula (1) is preferably 0 ≦ y ≦ 0.7, and 0.1 ≦ y ≦ 0.6 from the viewpoint of increasing the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having the lithium-containing composite oxide. More preferred.
Z in the formula (1) is preferably 0.05 ≦ z ≦ 1.0, preferably 0.1 ≦ z ≦ 1.0, from the viewpoint of excellent cycle characteristics of the lithium ion secondary battery having this lithium-containing composite oxide. Is more preferable.

式(1)で表される化合物の例としては、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn0.5Ni0.5、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi0.85Co0.10Al0.05、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等が挙げられる。サイクル特性に優れる電池を提供できるため、式(1)で表される化合物としては、LiCoOやLiNi0.5Co0.2Mn0.3が特に好ましい。 Examples of the compound represented by the formula (1) include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 0.5 Ni 0.5 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi Examples include 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 and LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 . Since a battery having excellent cycle characteristics can be provided, LiCoO 2 or LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 is particularly preferable as the compound represented by the formula (1).

Li(LiMnNiCo)O…………(2)
式(2)において、0.1<q<0.7、0.3<u<0.85、0.1<v<0.5、0<w<0.33、2.1<p<2.7、q+u+v+w=1である。
さらに、Liのモル量が遷移金属元素の総モル量に対して0.95倍以上であることから、0.95≦(1+q)/(u+v+w)が成り立つ。
Li (Li q Mn u Ni v Co w) O p ............ (2)
In Formula (2), 0.1 <q <0.7, 0.3 <u <0.85, 0.1 <v <0.5, 0 <w <0.33, 2.1 <p < 2.7, q + u + v + w = 1.
Furthermore, since the molar amount of Li is 0.95 times or more with respect to the total molar amount of the transition metal elements, 0.95 ≦ (1 + q) / (u + v + w) is established.

式(2)におけるqは、このリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を高くする観点から、0.1≦q≦0.55が好ましく、0.15≦q≦0.45がより好ましい。
式(2)におけるuは、このリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を高くする観点から、0.15≦u≦0.5が好ましく、0.2≦u≦0.5がより好ましい。
式(2)におけるwは、このリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池のサイクル特性に優れる点から、0<w≦0.3が好ましく、0<w≦0.28がより好ましい。
式(2)におけるvは、このリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を高くする観点から、0.4≦v≦0.77が好ましく、0.4≦v≦0.72がより好ましい。
Q in the formula (2) is preferably 0.1 ≦ q ≦ 0.55, and 0.15 ≦ q ≦ 0. 0 from the viewpoint of increasing the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having this lithium-containing composite oxide. 45 is more preferred.
From the viewpoint of increasing the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having this lithium-containing composite oxide, u in Formula (2) is preferably 0.15 ≦ u ≦ 0.5, and 0.2 ≦ u ≦ 0. 5 is more preferable.
W in Formula (2) is preferably 0 <w ≦ 0.3, more preferably 0 <w ≦ 0.28, from the viewpoint of excellent cycle characteristics of a lithium ion secondary battery having this lithium-containing composite oxide.
From the viewpoint of increasing the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having this lithium-containing composite oxide, v in the formula (2) is preferably 0.4 ≦ v ≦ 0.77, and 0.4 ≦ v ≦ 0. 72 is more preferred.

式(2)で表される化合物の例としては、
Li(Li0.16Ni0.17Co0.08Mn0.59)O、Li(Li0.17Ni0.17Co0.17Mn0.49)O、Li(Li0.17Ni0.21Co0.08Mn0.54)O、Li(Li0.17Ni0.14Co0.14Mn0.55)O、Li(Li0.18Ni0.12Co0.12Mn0.58)O、Li(Li0.18Ni0.16Co0.12Mn0.54)O、Li(Li0.20Ni0.12Co0.08Mn0.60)O、Li(Li0.20Ni0.16Co0.08Mn0.56)O、Li(Li0.20Ni0.13Co0.13Mn0.54)O2、Li(Li0.45Ni0.20Co0.15Mn0.65)O等が挙げられる。Li(Li0.20Ni0.12Co0.08Mn0.60)O、Li(Li0.45Ni0.20Co0.15Mn0.65)Oが特に好ましい。
As an example of the compound represented by the formula (2),
Li (Li 0.16 Ni 0.17 Co 0.08 Mn 0.59 ) O 2 , Li (Li 0.17 Ni 0.17 Co 0.17 Mn 0.49 ) O 2 , Li (Li 0.17 Ni 0.21 Co 0.08 Mn 0.54 ) O 2 , Li (Li 0.17 Ni 0.14 Co 0.14 Mn 0.55 ) O 2 , Li (Li 0.18 Ni 0.12 Co 0 .12 Mn 0.58 ) O 2 , Li (Li 0.18 Ni 0.16 Co 0.12 Mn 0.54 ) O 2 , Li (Li 0.20 Ni 0.12 Co 0.08 Mn 0.60 ) O 2 , Li (Li 0.20 Ni 0.16 Co 0.08 Mn 0.56 ) O 2 , Li (Li 0.20 Ni 0.13 Co 0.13 Mn 0.54 ) O 2, Li ( Li 0.45 Ni 0.20 Co 0.15 M 0.65) O 2 and the like. Li (Li 0.20 Ni 0.12 Co 0.08 Mn 0.60 ) O 2 and Li (Li 0.45 Ni 0.20 Co 0.15 Mn 0.65 ) O 2 are particularly preferred.

リチウム含有複合酸化物は粒子状であることが好ましい。粒子の形状は、球状、針状、板状等、特に限定されない。活物質の充填性を高くできることから、リチウム含有複合酸化物は球状が好ましい。   The lithium-containing composite oxide is preferably particulate. The shape of the particles is not particularly limited, such as a spherical shape, a needle shape, or a plate shape. The lithium-containing composite oxide is preferably spherical because the active material can be highly filled.

リチウム含有複合酸化物の平均粒子径(1)は、3〜30μmが好ましく、4〜25μmがより好ましく、5〜20μmが特に好ましい。なお、リチウム含有複合酸化物の平均粒子径(1)は、前記したように体積基準累積50%径である。体積基準累積50%径は、前記した方法で算出される。   The average particle size (1) of the lithium-containing composite oxide is preferably 3 to 30 μm, more preferably 4 to 25 μm, and particularly preferably 5 to 20 μm. In addition, the average particle diameter (1) of the lithium-containing composite oxide is a volume-based cumulative 50% diameter as described above. The volume-based cumulative 50% diameter is calculated by the method described above.

リチウム含有複合酸化物の比表面積は、0.1〜10m/gが好ましく、0.15〜5m/gが特に好ましい。リチウム含有複合酸化物の比表面積が0.1〜10m/gであると、放電容量が高く、緻密な正極が形成できる。なお、本発明において、比表面積は、窒素ガスを使用し、吸着BET(Brunauer,Emmett,Teller)法を用いて測定した値である。 0.1-10 m < 2 > / g is preferable and, as for the specific surface area of lithium containing complex oxide, 0.15-5 m < 2 > / g is especially preferable. When the specific surface area of the lithium-containing composite oxide is 0.1 to 10 m 2 / g, the discharge capacity is high and a dense positive electrode can be formed. In the present invention, the specific surface area is a value measured using an adsorption BET (Brunauer, Emmett, Teller) method using nitrogen gas.

(リチウム含有複合酸化物の製造方法)
リチウム含有複合酸化物の製造方法は、遷移金属元素を含み共沈法により得られた化合物とリチウム化合物とを混合して焼成する方法、水熱合成法、ゾルゲル法、乾式混合法(固相法)、イオン交換法、ガラス結晶化法等を適宜用いることができる。
(Method for producing lithium-containing composite oxide)
The method for producing a lithium-containing composite oxide includes a method in which a compound obtained by co-precipitation including a transition metal element and a lithium compound are mixed and fired, a hydrothermal synthesis method, a sol-gel method, a dry mixing method (solid phase method) ), An ion exchange method, a glass crystallization method, or the like can be used as appropriate.

リチウム含有複合酸化物の製造方法は、共沈法で得られた遷移金属元素を含む化合物とリチウム化合物とを混合し焼成する方法が好ましい。共沈法によれば、遷移金属元素が均一に含有されたリチウム含有複合酸化物が得られる。リチウム含有複合酸化物中に遷移金属元素が均一に含有されると、該リチウム含有複合酸化物を有する正極活物質を使用するリチウムイオン二次電池の放電容量を高くできる。   The method for producing a lithium-containing composite oxide is preferably a method in which a compound containing a transition metal element obtained by a coprecipitation method and a lithium compound are mixed and fired. According to the coprecipitation method, a lithium-containing composite oxide containing a transition metal element uniformly can be obtained. When the transition metal element is uniformly contained in the lithium-containing composite oxide, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery using the positive electrode active material having the lithium-containing composite oxide can be increased.

共沈法とは、2種以上の遷移金属の金属塩を含む溶液から、2種以上の遷移金属を含み、所望の組成を有する難溶性の化合物(共沈物)を析出する手法である。リチウム含有複合酸化物の製造に使用する化合物を得る共沈法として、具体的には、アルカリ共沈法および炭酸塩共沈法が好ましい。   The coprecipitation method is a technique for depositing a hardly soluble compound (coprecipitate) having a desired composition containing two or more transition metals from a solution containing a metal salt of two or more transition metals. As the coprecipitation method for obtaining the compound used for the production of the lithium-containing composite oxide, specifically, an alkali coprecipitation method and a carbonate coprecipitation method are preferable.

ここで、アルカリ共沈法とは、反応溶液中に、遷移金属塩水溶液と強アルカリを含有するpH調整液とを添加し、混合し、混合液中に遷移金属を含有する水酸化物を生成する方法である。アルカリ共沈法で得られた水酸化物を使用すると、粉体密度が高い正極活物質が得られるため好ましい。
また、炭酸塩共沈法とは、反応溶液中に、遷移金属塩水溶液と炭酸イオン源を含む水溶液とを添加し、混合し、混合液中で遷移金属を含有する炭酸化合物を生成する方法である。炭酸塩共沈法で得られた炭酸化合物を使用すると、多孔質で比表面積が高い活物質が得られるため好ましい。
Here, the alkali coprecipitation method means that a transition metal salt aqueous solution and a pH adjusting solution containing a strong alkali are added to a reaction solution and mixed to produce a hydroxide containing a transition metal in the mixture. It is a method to do. Use of a hydroxide obtained by the alkali coprecipitation method is preferable because a positive electrode active material having a high powder density can be obtained.
The carbonate coprecipitation method is a method in which an aqueous transition metal salt solution and an aqueous solution containing a carbonate ion source are added to a reaction solution and mixed to produce a carbonate compound containing a transition metal in the mixed solution. is there. It is preferable to use a carbonate compound obtained by the carbonate coprecipitation method because a porous active material having a high specific surface area can be obtained.

アルカリ共沈法における反応溶液のpHは、10〜12が好ましい。添加するpH調整液は、強アルカリである水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および水酸化リチウムから選ばれる少なくとも1種の化合物を含む水溶液が好ましい。さらに、遷移金属塩の溶解性を調整するために、混合液にアンモニア水溶液または硫酸アンモニウム水溶液等を加えてもよい。   The pH of the reaction solution in the alkali coprecipitation method is preferably 10-12. The pH adjusting liquid to be added is preferably an aqueous solution containing at least one compound selected from sodium hydroxide, potassium hydroxide, and lithium hydroxide, which are strong alkalis. Furthermore, in order to adjust the solubility of the transition metal salt, an aqueous ammonia solution or an aqueous ammonium sulfate solution may be added to the mixed solution.

炭酸塩共沈法における反応溶液のpHは、7〜9が好ましい。炭酸イオン源を含む水溶液としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、および炭酸水素カリウムから選ばれる少なくとも一種の化合物を含む水溶液が好ましい。さらに、遷移金属塩の溶解性を調整するために、混合液にアンモニア水溶液または硫酸アンモニウム水溶液等を加えてもよい。   The pH of the reaction solution in the carbonate coprecipitation method is preferably 7-9. The aqueous solution containing a carbonate ion source is preferably an aqueous solution containing at least one compound selected from sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, and potassium bicarbonate. Furthermore, in order to adjust the solubility of the transition metal salt, an aqueous ammonia solution or an aqueous ammonium sulfate solution may be added to the mixed solution.

リチウム含有複合酸化物の製造に使用するリチウム化合物としては、炭酸リチウム、水酸化リチウム、および硝酸リチウムから選ばれる少なくとも1種が好ましく、安価であることから、炭酸リチウムがより好ましい。このようなリチウム化合物と共沈物とを混合する方法としては、例えば、ロッキングミキサー、ナウタミキサー、スパイラルミキサー、カッターミル、Vミキサー等を使用する方法が挙げられる。   As a lithium compound used for manufacture of lithium containing complex oxide, at least 1 sort (s) chosen from lithium carbonate, lithium hydroxide, and lithium nitrate is preferable, and since it is cheap, lithium carbonate is more preferable. Examples of the method of mixing the lithium compound and the coprecipitate include a method using a rocking mixer, a nauta mixer, a spiral mixer, a cutter mill, a V mixer, and the like.

焼成は、電気炉、連続焼成炉、またはロータリーキルン等を使用できる。焼成は大気中で行うことが好ましく、空気を供給しながら行うことが特に好ましい。焼成時に空気を供給することで、共沈物中の遷移金属元素が十分に酸化され、結晶性を高くでき、かつ目的とするリチウム含有複合酸化物が得られる。   For the firing, an electric furnace, a continuous firing furnace, a rotary kiln, or the like can be used. The firing is preferably performed in the air, and particularly preferably performed while supplying air. By supplying air during firing, the transition metal element in the coprecipitate is sufficiently oxidized, the crystallinity can be increased, and the target lithium-containing composite oxide can be obtained.

焼成温度は、500〜1000℃が好ましく、600〜1000℃がより好ましく、800〜950℃が特に好ましい。焼成温度が、前記範囲内であれば、結晶性の高い正極活物質が得られる。焼成時間は、4〜40時間が好ましく、4〜20時間がより好ましい。   The firing temperature is preferably 500 to 1000 ° C, more preferably 600 to 1000 ° C, and particularly preferably 800 to 950 ° C. When the firing temperature is within the above range, a positive electrode active material with high crystallinity can be obtained. The firing time is preferably 4 to 40 hours, and more preferably 4 to 20 hours.

(ハロゲン置換金属酸化物)
本活物質において、リチウム含有複合酸化物の表面に担持されているハロゲン置換金属酸化物は、金属酸化物の一部のOがハロゲン元素に置換された金属酸化物である。
(Halogen-substituted metal oxide)
In this active material, the halogen-substituted metal oxide supported on the surface of the lithium-containing composite oxide is a metal oxide in which a part of O of the metal oxide is substituted with a halogen element.

ハロゲン置換金属酸化物の存在は、XRD分析で結晶構造を同定することにより確認できる。一例として、金属酸化物としてCeOを使用し、CeOの一部のOがFに置換された化合物のXRDスペクトル(図5)を用いて説明する。
図5の破線のスペクトルは、CeOのスペクトルである。
図5の実線のスペクトルは、CeOの一部のOをFに置換した処理をした後のCeOのスペクトルである。Fに置換する方法は後述する。
図5には、金属酸化物(CeO)の(111)面に対応したピーク(2θ=28〜29°)と(220)面に対応したピーク(2θ=47〜48°)が見られる。また、金属ハロゲン化物(CeF)の(111)面に対応したピーク(2θ=27〜28°)と(113)面に対応したピーク(2θ=45〜46°)が見られる。さらに、金属ハロゲン化物(CeF)の(220)面に対応したピーク(2θ=24〜25°)と(021)面に対応したピーク(2θ=21〜22°)が見られる。
The presence of the halogen-substituted metal oxide can be confirmed by identifying the crystal structure by XRD analysis. As an example, description will be made using an XRD spectrum (FIG. 5) of a compound in which CeO 2 is used as a metal oxide and a part of CeO 2 is substituted with F.
The broken line spectrum in FIG. 5 is the CeO 2 spectrum.
Spectra of the solid line in FIG. 5 is a spectrum of CeO 2 after the processing by substituting a part of the O of CeO 2 to F. A method of replacing with F will be described later.
FIG. 5 shows a peak (2θ = 28 to 29 °) corresponding to the (111) plane of the metal oxide (CeO 2 ) and a peak (2θ = 47 to 48 °) corresponding to the (220) plane. Further, a peak (2θ = 27 to 28 °) corresponding to the (111) plane of the metal halide (CeF 3 ) and a peak (2θ = 45 to 46 °) corresponding to the (113) plane are observed. Further, a peak (2θ = 24 to 25 °) corresponding to the (220) plane of the metal halide (CeF 4 ) and a peak (2θ = 21 to 22 °) corresponding to the (021) plane are observed.

図5の実線のスペクトルから、CeOの一部のOをFに置換した処理をした後のCeOには、金属酸化物(CeO)と金属ハロゲン化物(CeFとCeF)とが共存することが示されている。このことから、CeOの結晶構造が維持されつつ結晶構造内へのFの導入が十分になされ、その結果、CeOの一部のOがFに置換されていると言える。 From the solid line in the spectrum of FIG. 5, the CeO 2 after the processing by substituting a part of the O of CeO 2 to F, a metal oxide and (CeO 2) and metal halides (CeF 3 and CeF 4) but It has been shown to coexist. From this, it can be said that F is sufficiently introduced into the crystal structure while maintaining the crystal structure of CeO 2 , and as a result, a part of O in CeO 2 is replaced with F.

ハロゲン置換金属酸化物としては、ハロゲン元素で置換された遷移金属酸化物、ハロゲン元素で置換された希土類元素の酸化物、ハロゲン元素で置換された炭素族元素の酸化物、ハロゲン元素で置換されたホウ素族元素の酸化物、ハロゲン元素で置換されたアルカリ土類元素の酸化物、ハロゲン元素で置換されたアルカリ金属元素の酸化物、ハロゲン元素で置換された複合金属酸化物等が挙げられる。該複合金属酸化物としては、ペロブスカイト型構造を有する酸化物、スピネル型構造を有する酸化物等が挙げられる。ハロゲン置換金属酸化物は、前記した化合物から選ばれる1種以上であることが好ましい。   Examples of halogen-substituted metal oxides include transition metal oxides substituted with halogen elements, rare-earth element oxides substituted with halogen elements, carbon group oxides substituted with halogen elements, and halogen-substituted metal oxides. Examples thereof include oxides of boron group elements, oxides of alkaline earth elements substituted with halogen elements, oxides of alkali metal elements substituted with halogen elements, and composite metal oxides substituted with halogen elements. Examples of the composite metal oxide include oxides having a perovskite structure and oxides having a spinel structure. The halogen-substituted metal oxide is preferably at least one selected from the aforementioned compounds.

ハロゲン置換金属酸化物は、レート特性に優れる点で、ハロゲン元素で置換された遷移金属酸化物およびハロゲン元素で置換された希土類元素の酸化物から選ばれる1種以上がより好ましい。リチウム含有複合酸化物の表面にこれらのハロゲン置換金属酸化物が担持されている正極活物質を使用すると、リチウムイオン二次電池のサイクル特性およびレート特性、特に高電圧充電下におけるサイクル特性およびレート特性を向上できる。   The halogen-substituted metal oxide is more preferably at least one selected from a transition metal oxide substituted with a halogen element and an oxide of a rare earth element substituted with a halogen element from the viewpoint of excellent rate characteristics. When a positive electrode active material in which these halogen-substituted metal oxides are supported on the surface of a lithium-containing composite oxide, the cycle characteristics and rate characteristics of the lithium ion secondary battery, particularly the cycle characteristics and rate characteristics under high voltage charging Can be improved.

ハロゲン置換金属酸化物に含まれる金属元素は、Ti、Ce、La、Y、Zr、V、Nb、Ta、W、Zn、Si、Al、Mg、LiおよびKからなる群から選ばれる1種以上であることが好ましい。該金属元素はTi、Ce、La、Zr、およびZnからなる群から選ばれる1種以上であることがより好ましく、Ti、Ce、およびZnからなる群から選ばれる1種以上であることが特に好ましい。このような金属元素の酸化物は、電気化学的に安定であるため、該金属元素の酸化物を含む本活物質は、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を高くできる。前記金属元素の酸化物として、具体的には、TiO、CeO、ZrO、Y、V、Ta、WO、ZnO、SiO、Al、MgO、Li0.35La0.65TiO等が挙げられる。 The metal element contained in the halogen-substituted metal oxide is at least one selected from the group consisting of Ti, Ce, La, Y, Zr, V, Nb, Ta, W, Zn, Si, Al, Mg, Li, and K It is preferable that The metal element is more preferably at least one selected from the group consisting of Ti, Ce, La, Zr, and Zn, and particularly preferably at least one selected from the group consisting of Ti, Ce, and Zn. preferable. Since such an oxide of a metal element is electrochemically stable, the active material containing the oxide of the metal element can improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery. Specific examples of the oxide of the metal element include TiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 5 , V 2 O 5 , Ta 2 O 5 , WO 3 , ZnO, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, Li 0.35 La 0.65 TiO 3 and the like.

ハロゲン置換金属酸化物に含まれるハロゲン元素としては、取扱いの容易性、および電気陰性度が高く耐酸化性に優れることから、フッ素(F)が好ましい。   As the halogen element contained in the halogen-substituted metal oxide, fluorine (F) is preferable because it is easy to handle and has high electronegativity and excellent oxidation resistance.

ハロゲン置換金属酸化物中のハロゲン元素の置換割合は、0.05〜90%が好ましい。
本発明において、置換割合は、金属酸化物に置換できるハロゲン元素の最大の量(単位:質量)に対する、ハロゲン置換金属酸化物中のハロゲン含有量(単位:質量)の割合である。
金属酸化物に置換できるハロゲン元素の最大の量は、金属酸化物に含まれる各金属元素の含有量(単位:モル)に各金属元素の安定な最大価数を乗じた値の合計値に、ハロゲン元素の原子量を乗じた値である。ハロゲン置換金属酸化物中のハロゲン含有量は、実施例に記載の方法で測定した値である。
The substitution ratio of the halogen element in the halogen-substituted metal oxide is preferably 0.05 to 90%.
In the present invention, the substitution ratio is the ratio of the halogen content (unit: mass) in the halogen-substituted metal oxide to the maximum amount (unit: mass) of the halogen element that can be substituted for the metal oxide.
The maximum amount of the halogen element that can be substituted for the metal oxide is the sum of values obtained by multiplying the content (unit: mole) of each metal element contained in the metal oxide by the stable maximum valence of each metal element, It is the value multiplied by the atomic weight of the halogen element. The halogen content in the halogen-substituted metal oxide is a value measured by the method described in the examples.

ハロゲン元素の置換割合は、0.1〜85%がより好ましく、5〜80%が特に好ましい。置換割合が0.05%以上であれば、ハロゲン元素を含有し、耐酸化性をさせる効果を十分に高められる。また、置換割合が90%以下であればリチウム含有複合酸化物表面の導電性を高める効果を十分に発揮できる。
ハロゲン元素の置換割合は、後述する好ましいハロゲン置換金属酸化物の製造方法において、ハロゲン置換の温度またはハロゲンガスの圧力を変えることにより調整できる。
The substitution ratio of the halogen element is more preferably 0.1 to 85%, and particularly preferably 5 to 80%. When the substitution ratio is 0.05% or more, the effect of containing a halogen element and improving oxidation resistance can be sufficiently enhanced. Moreover, if the substitution ratio is 90% or less, the effect of increasing the conductivity of the lithium-containing composite oxide surface can be sufficiently exhibited.
The substitution ratio of the halogen element can be adjusted by changing the halogen substitution temperature or the halogen gas pressure in the preferred halogen-substituted metal oxide production method described below.

ハロゲン置換金属酸化物は粒子状が好ましい。ハロゲン置換金属酸化物において、その表面積と真密度から下記式を用いて算出した平均粒子径(以下、この方法で算出した平均粒子径を平均粒子径(2)という)は、1〜100nmが好ましい。
平均粒子径(2)=6/ρ・Sw
なお、ρ(単位:g/cm)はハロゲン置換金属酸化物の真密度である。本明細書において、真密度は、定容積膨張法により測定した値である。測定された密度は外部とつながっていない粒子内部の空間(閉細孔)を含めた粒子密度である。本活物質に使用するハロゲン置換金属酸化物は、粒子内の閉細孔の体積を無視できるため、該密度は、ハロゲン置換金属酸化物の真密度として考えることができる。Sw(単位:m/g)はハロゲン置換金属酸化物の比表面積であり、窒素ガスを使用し、BET法により算出した値である。
ハロゲン置換金属酸化物の平均粒子径(2)が前記範囲にあれば、ハロゲン置換金属酸化物は、リチウム含有複合酸化物の表面に均一に存在できる。平均粒子径(2)は、5〜70nmがより好ましく、10〜60nmが特に好ましい。
The halogen-substituted metal oxide is preferably in the form of particles. In the halogen-substituted metal oxide, the average particle size calculated from the surface area and true density using the following formula (hereinafter, the average particle size calculated by this method is referred to as average particle size (2)) is preferably 1 to 100 nm. .
Average particle diameter (2) = 6 / ρ · Sw
Note that ρ (unit: g / cm 3 ) is the true density of the halogen-substituted metal oxide. In this specification, the true density is a value measured by a constant volume expansion method. The measured density is a particle density including a space (closed pore) inside the particle not connected to the outside. Since the halogen-substituted metal oxide used in the active material can ignore the volume of closed pores in the particles, the density can be considered as the true density of the halogen-substituted metal oxide. Sw (unit: m 2 / g) is a specific surface area of the halogen-substituted metal oxide, and is a value calculated by the BET method using nitrogen gas.
If the average particle diameter (2) of the halogen-substituted metal oxide is in the above range, the halogen-substituted metal oxide can be uniformly present on the surface of the lithium-containing composite oxide. The average particle size (2) is more preferably 5 to 70 nm, and particularly preferably 10 to 60 nm.

ハロゲン置換金属酸化物の比表面積は、1〜100m/gが好ましい。この範囲にあれば、リチウム含有複合酸化物と混合して正極活物質を製造する場合に、リチウム含有複合酸化物の表面に付着しやすい。比表面積は、5〜80m/gがより好ましく、10〜70m/gがさらに好ましい。比表面積は、窒素ガスを使用し、BET法により算出した値である。 The specific surface area of the halogen-substituted metal oxide is preferably 1 to 100 m 2 / g. If it exists in this range, when mixing with lithium containing complex oxide and manufacturing a positive electrode active material, it will adhere to the surface of lithium containing complex oxide easily. The specific surface area is more preferably 5~80m 2 / g, more preferably 10 to 70 m 2 / g. The specific surface area is a value calculated by the BET method using nitrogen gas.

(ハロゲン置換金属酸化物の製造)
ハロゲン置換金属酸化物の製造方法は、金属酸化物を処理して一部のOをハロゲン元素に置換(以下、ハロゲン置換と略す)する置換工程を有することが好ましい。ハロゲン置換は、ハロゲン置換金属酸化物中のハロゲン元素の置換割合を所望の範囲に調整できるため好ましい。ハロゲン置換方法は、ハロゲン元素を含むガス(以下、ハロゲン含有ガスともいう。)と金属酸化物とを接触させる乾式法、またはハロゲン元素を含む液体化合物(以下、ハロゲン含有液体ともいう。)と金属酸化物を接触させる湿式法とが挙げられる。取扱いおよびハロゲン元素の含有量の調整の容易さの観点から、ハロゲン置換方法は、ハロゲン含有ガスを使用する乾式法がより好ましい。
(Production of halogen-substituted metal oxides)
The method for producing a halogen-substituted metal oxide preferably includes a substitution step of treating the metal oxide to substitute a part of O with a halogen element (hereinafter abbreviated as halogen substitution). The halogen substitution is preferable because the substitution ratio of the halogen element in the halogen-substituted metal oxide can be adjusted to a desired range. The halogen substitution method is a dry method in which a gas containing a halogen element (hereinafter also referred to as a halogen-containing gas) is brought into contact with a metal oxide, or a liquid compound containing a halogen element (hereinafter also referred to as a halogen-containing liquid) and a metal. And a wet method in which an oxide is brought into contact. From the viewpoint of easy handling and adjustment of the content of the halogen element, the halogen substitution method is more preferably a dry method using a halogen-containing gas.

ハロゲン含有ガスを使用してハロゲン置換を行う場合、処理を行う温度は、−20〜350℃が好ましい。処理温度が前記範囲内であれば、金属酸化物の結晶構造を維持したまま、結晶構造内にハロゲン元素を導入できる。ハロゲン元素と金属酸化物との反応速度を高くして、結晶構造の面内にハロゲン元素を導入しやすくする観点から、ハロゲン置換の温度は0℃以上とすることがより好ましい。ハロゲン元素の含有量を制御して金属酸化物の結晶構造を維持するために、ハロゲン置換の温度を150℃以下とすることがより好ましい。   When halogen substitution is performed using a halogen-containing gas, the treatment temperature is preferably -20 to 350 ° C. When the treatment temperature is within the above range, a halogen element can be introduced into the crystal structure while maintaining the crystal structure of the metal oxide. From the viewpoint of increasing the reaction rate between the halogen element and the metal oxide and facilitating introduction of the halogen element in the plane of the crystal structure, the halogen substitution temperature is more preferably 0 ° C. or higher. In order to maintain the crystal structure of the metal oxide by controlling the content of the halogen element, the halogen substitution temperature is more preferably set to 150 ° C. or lower.

また、ハロゲン含有ガスを使用してハロゲン置換を行う場合、ハロゲン含有ガスは単独で使用しても、ハロゲン含有ガスと窒素(N)ガス等の不活性ガスとを混合して使用してもよい。不活性ガスと混合する場合、ハロゲン含有ガスと不活性ガスとの混合比は、体積比で、ハロゲン含有ガス/不活性ガスが、50/50〜99/1の範囲が好ましい。 When halogen substitution is performed using a halogen-containing gas, the halogen-containing gas may be used alone or a mixture of a halogen-containing gas and an inert gas such as nitrogen (N 2 ) gas may be used. Good. When mixing with an inert gas, the mixing ratio of the halogen-containing gas and the inert gas is preferably a volume ratio, and the halogen-containing gas / inert gas is preferably in the range of 50/50 to 99/1.

さらに、ハロゲン含有ガスを使用してハロゲン置換を行う場合、ハロゲン置換は、気密性の高い容器を使用して行うことが好ましい。容器内の圧力は、ハロゲン含有ガスの反応率を高める観点から、0〜1MPaG(ゲージ圧)が好ましく、0.0001〜0.2MPaGがより好ましい。処理時間は、1分〜1日が好ましく、1〜8時間がより好ましい。   Furthermore, when halogen substitution is performed using a halogen-containing gas, the halogen substitution is preferably performed using a highly airtight container. The pressure in the container is preferably 0 to 1 MPaG (gauge pressure), more preferably 0.0001 to 0.2 MPaG, from the viewpoint of increasing the reaction rate of the halogen-containing gas. The treatment time is preferably 1 minute to 1 day, and more preferably 1 to 8 hours.

乾式でのハロゲン置換に使用されるハロゲン含有ガス、および湿式でのハロゲン置換に使用されるハロゲン含有液体は、金属等に対して高い侵食性を有することが多い。そのため、ハロゲン置換の反応槽は、その内壁および内部設備を、前記ハロゲン含有ガスやハロゲン含有液体に対して耐食性を有する材料で構成することが好ましい。加えて、この構成材料は、処理工程でガス状の不純物を発生しない、もしくはガス状の物質を発生させても不純物とならない材料であることが好ましい。   The halogen-containing gas used for the halogen substitution in the dry process and the halogen-containing liquid used for the halogen substitution in the wet process often have high erosion with respect to metals and the like. Therefore, it is preferable that the halogen substitution reaction tank has its inner wall and internal equipment made of a material having corrosion resistance to the halogen-containing gas or halogen-containing liquid. In addition, it is preferable that this constituent material is a material that does not generate gaseous impurities in the treatment process or does not become impurities even when a gaseous substance is generated.

ハロゲン化処理の反応槽の内壁等には、具体的には、ステンレス(例えば、SUS316)、モネル、インコネル、ハステロイ等の合金類、合成石英ガラス等のガラス類、フッ化カルシウムやフッ化ニッケル等のハロゲン化金属、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン等のペルハロゲン化樹脂等が好適に利用できる。   Specific examples of the inner wall of the halogenated reaction tank include stainless steel (for example, SUS316), alloys such as Monel, Inconel and Hastelloy, glasses such as synthetic quartz glass, calcium fluoride, nickel fluoride, etc. Metal halides, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymers, perhalogenated resins such as polychlorotrifluoroethylene can be suitably used.

ハロゲン置換金属酸化物の製造方法において、ハロゲン元素は上述のとおりFが好ましい。金属酸化物の一部のOをFに置換する場合(以下、フッ素置換という)において、Fを含有する化合物としては、HF(フッ化水素)、F(フッ素ガス)、ClF、IF、BF、NF、PF、SiF、およびSF等のフッ素含有ガス、ハイドロフルオロカーボンやハイドロクロロフルオロカーボン等の含フッ素有機化合物、LiFやNiF等の金属フッ化物、ポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂等が挙げられる。フッ素置換により得られるフッ素含有金属酸化物中の不純物を少なくすることができる点で、フッ素含有ガスを用いることが好ましい。前記したフッ素含有ガスの中でも、F、ClF、およびNFから選ばれる1種以上を用いることがより好ましく、Fを用いることが特に好ましい。 In the method for producing a halogen-substituted metal oxide, the halogen element is preferably F as described above. In the case where part of O of the metal oxide is substituted with F (hereinafter referred to as fluorine substitution), compounds containing F include HF (hydrogen fluoride), F 2 (fluorine gas), ClF 3 , IF 5 , Fluorine-containing gases such as BF 3 , NF 3 , PF 5 , SiF 4 , and SF 6 , fluorine-containing organic compounds such as hydrofluorocarbon and hydrochlorofluorocarbon, metal fluorides such as LiF and NiF 2 , polytetrafluoroethylene, Examples thereof include fluororesins such as polyvinylidene fluoride. It is preferable to use a fluorine-containing gas in that impurities in the fluorine-containing metal oxide obtained by fluorine substitution can be reduced. Among the above-mentioned fluorine-containing gases, it is more preferable to use one or more selected from F 2 , ClF 3 , and NF 3 , and it is particularly preferable to use F 2 .

フッ素含有ガスを使用する場合、前記したように、フッ素含有ガスは単独で使用してもよく、フッ素含有ガスとNガス等の不活性ガスとを混合して使用してもよい。また、フッ素置換の温度は、−20〜350℃が好ましい。処理温度が低いと、結晶構造のエッジの表面に選択的にFが導入される。また、処理温度が高いと、反応速度が上昇し、反応の選択性が低下するが、金属酸化物の結晶構造が壊れるおそれがある。反応速度が高く、結晶構造の面内金属ともFを反応させて、共有結合性のフッ素化金属(MF)が得られるため、フッ素置換温度は、0〜150℃がより好ましく、100〜150℃が特に好ましい。 When the fluorine-containing gas is used, as described above, the fluorine-containing gas may be used alone, or a fluorine-containing gas and an inert gas such as N 2 gas may be mixed and used. The fluorine substitution temperature is preferably -20 to 350 ° C. When the processing temperature is low, F is selectively introduced into the surface of the edge of the crystal structure. In addition, when the treatment temperature is high, the reaction rate increases and the reaction selectivity decreases, but the crystal structure of the metal oxide may be broken. Since the reaction rate is high and F is reacted with an in-plane metal having a crystal structure to obtain a covalently bonded fluorinated metal (MF) n , the fluorine substitution temperature is more preferably from 0 to 150 ° C., and from 100 to 150 ° C is particularly preferred.

前述のとおり、フッ素置換により一部のOがFに置換されている金属酸化物が得られていることは、フッ素置換された金属酸化物の結晶構造をXRD分析で同定することで確認できる。すなわち、フッ素置換された金属酸化物は、XRDスペクトルにおいて、金属酸化物、金属フッ化物の単体および、該金属フッ化物以外の金属フッ化物に帰属されるピークを同定することにより、確認できる。   As described above, the fact that a metal oxide in which part of O is substituted with F by fluorine substitution can be confirmed by identifying the crystal structure of the metal oxide substituted with fluorine by XRD analysis. In other words, the fluorine-substituted metal oxide can be confirmed by identifying the metal oxide, the simple substance of the metal fluoride, and the peak attributed to the metal fluoride other than the metal fluoride in the XRD spectrum.

<リチウムイオン二次電池>
リチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータ、および非水電解質を含有する。
<Lithium ion secondary battery>
A lithium ion secondary battery contains a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte.

(正極)
正極は、本正極活物質を含む正極活物質層と、正極集電体とを有する。正極活物質層は、本正極活物質以外に導電材と、バインダとを含み、必要に応じて増粘剤等の他の成分を含んでもよい。
(Positive electrode)
The positive electrode has a positive electrode active material layer containing the present positive electrode active material and a positive electrode current collector. The positive electrode active material layer includes a conductive material and a binder in addition to the positive electrode active material, and may include other components such as a thickener as necessary.

導電材としては、例えば、アセチレンブラック、黒鉛、ケッチェンブラック等のカーボンブラック等が挙げられる。導電材は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
バインダとしては、例えば、フッ素系樹脂(ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等)、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、不飽和結合を有する重合体(スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等)、アクリル酸系重合体(アクリル酸共重合体、メタクリル酸共重合体等)等が挙げられる。バインダは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
増粘剤としては、例えば、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、ガゼイン、ポリビニルピロリドン等が挙げられる。増粘剤は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
正極集電体としては、例えば、アルミニウム箔、ステンレス鋼箔等が挙げられる。
Examples of the conductive material include carbon black such as acetylene black, graphite, and ketjen black. A conductive material may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
Examples of the binder include fluorine-based resins (polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc.), polyolefins (polyethylene, polypropylene, etc.), and polymers having unsaturated bonds (styrene-butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, etc.), Examples include acrylic acid polymers (acrylic acid copolymers, methacrylic acid copolymers, etc.). A binder may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
Examples of the thickener include carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and polyvinylpyrrolidone. A thickener may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
Examples of the positive electrode current collector include an aluminum foil and a stainless steel foil.

(負極)
負極は、負極集電体と、負極活物質含有層とを含有する。
負極集電体は、例えば、ニッケル箔、銅箔等の金属箔が挙げられる。
負極活物質は、リチウムまたはリチウムを吸蔵、放出できる物質である。
負極活物質は、リチウムまたはリチウムを吸蔵、放出できる物質である。負極活物質としては、例えば、リチウム合金、リチウム化合物、炭素材料、周期表14、15族、ルテニウム、モリブデン、タングステン、チタン等の酸化物、炭化ケイ素化合物、酸化ケイ素化合物、硫化チタン、炭化ホウ素化合物等を使用できる。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer.
Examples of the negative electrode current collector include metal foils such as nickel foil and copper foil.
The negative electrode active material is a material that can occlude and release lithium or lithium.
The negative electrode active material is a material that can occlude and release lithium or lithium. Examples of the negative electrode active material include lithium alloys, lithium compounds, carbon materials, periodic table 14, group 15, oxides such as ruthenium, molybdenum, tungsten, titanium, silicon carbide compounds, silicon oxide compounds, titanium sulfide, boron carbide compounds. Etc. can be used.

負極活物質に使用する炭素材料としては、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック類などが挙げられる。前記コークス類としては、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスなどが挙げられる。有機高分子化合物焼成体としては、フェノール樹脂、フラン樹脂などを適当な温度で焼成し炭素化したものが挙げられる。   Carbon materials used for the negative electrode active material include non-graphitizable carbon, artificial graphite, natural graphite, pyrolytic carbons, cokes, graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, activated carbon And carbon blacks. Examples of the cokes include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Examples of the fired organic polymer compound include those obtained by firing and carbonizing a phenol resin, a furan resin, or the like at an appropriate temperature.

リチウムイオン二次電池用負極は、例えば、負極活物質を有機溶媒と混合することによってスラリを調製し、調製したスラリを負極集電体に塗布、乾燥、プレスすることによって得られる。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery is obtained, for example, by preparing a slurry by mixing a negative electrode active material with an organic solvent, applying the prepared slurry to a negative electrode current collector, drying, and pressing.

(セパレータ)
セパレータとしては、例えば、ポリエチレンとポリプロピレンを代表とする微多孔性ポリオレフィンフイルム、ポリフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなるフィルムが挙げられる。
(Separator)
Examples of the separator include a film made of a microporous polyolefin film typified by polyethylene and polypropylene, polyvinylidene fluoride, and a hexafluoropropylene copolymer.

(非水電解質)
非水電解質としては、非水電解液、無機固体電解質、電解質塩を混合または溶解させた固体状またはゲル状の高分子電解質などが挙げられる。
前記非水電解液としては、有機溶媒と電解質塩とを適宜組み合わせて調製したものが挙げられる。
(Nonaqueous electrolyte)
Examples of the non-aqueous electrolyte include a non-aqueous electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and a solid or gel polymer electrolyte in which an electrolyte salt is mixed or dissolved.
Examples of the non-aqueous electrolyte include those prepared by appropriately combining an organic solvent and an electrolyte salt.

非水電解液の有機溶媒としては、公知のものを採用でき、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等が挙げられる。中でも、電圧安定性の点からは、有機溶媒としては、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類が好ましい。有機溶媒は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   As the organic solvent of the non-aqueous electrolyte, known ones can be employed, for example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, Examples include diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, acetic acid ester, butyric acid ester, and propionic acid ester. Among these, from the viewpoint of voltage stability, the organic solvent is preferably a cyclic carbonate such as propylene carbonate, or a chain carbonate such as dimethyl carbonate or diethyl carbonate. An organic solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

無機固体電解質としては、例えば、窒化リチウム、ヨウ化リチウム等が挙げられる。
固体状の高分子電解質としては、電解質塩と該電解質塩を溶解する高分子化合物を含む電解質が挙げられる。電解質塩を溶解する高分子化合物としては、エーテル系高分子化合物(ポリ(エチレンオキサイド)、ポリ(エチレンオキサイド)の架橋体等。)、ポリ(メタクリレート)エステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物等が挙げられる。
Examples of the inorganic solid electrolyte include lithium nitride and lithium iodide.
Examples of the solid polymer electrolyte include an electrolyte containing an electrolyte salt and a polymer compound that dissolves the electrolyte salt. Examples of the polymer compound that dissolves the electrolyte salt include ether polymer compounds (poly (ethylene oxide), cross-linked poly (ethylene oxide), etc.), poly (methacrylate) ester polymer compounds, and acrylate polymer compounds. Etc.

ゲル状の高分子電解質のマトリックスとしては、前記非水電解液を吸収してゲル化するものであればよく、種々の高分子化合物を使用できる。前記高分子化合物としては、例えば、フッ素系高分子化合物(ポリ(ビニリデンフルオロライド)、ポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)等)、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリルの共重合体、エーテル系高分子化合物(ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンオキサイドの共重合体、ならびに該共重合体の架橋体等)等が挙げられる。ポリエチレンオキサイドに共重合させるモノマーとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル等が挙げられる。   The matrix of the gel-like polymer electrolyte may be any matrix that absorbs the non-aqueous electrolyte and gels, and various polymer compounds can be used. Examples of the polymer compound include a fluorine-based polymer compound (poly (vinylidene fluoride), poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), etc.), polyacrylonitrile, a copolymer of polyacrylonitrile, an ether-based polymer, and the like. Examples thereof include molecular compounds (polyethylene oxide, polyethylene oxide copolymers, and crosslinked products of the copolymers, and the like). Examples of the monomer copolymerized with polyethylene oxide include methyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate, and butyl acrylate.

ゲル状電解質のマトリックスとしては、酸化還元反応に対する安定性の点から、前記高分子化合物のうち、特にフッ素系高分子化合物が好ましい。   As the matrix of the gel electrolyte, a fluorine-based polymer compound is particularly preferable among the polymer compounds from the viewpoint of stability against redox reaction.

電解質塩は、リチウムイオン二次電池に使用されている公知のものが使用でき、例えば、LiClO、LiPF、LiBF、CFSOLi等が挙げられる。 As the electrolyte salt, known ones used in lithium ion secondary batteries can be used, and examples thereof include LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , CF 3 SO 3 Li, and the like.

リチウムイオン二次電池は、負極、セパレータ、電解質および本発明の正極を含み、公知の方法で製造できる。該リチウムイオン二次電池は、リチウム含有複合酸化物の表面にハロゲン置換金属酸化物が担持されて、表面の少なくとも一部がハロゲン置換金属酸化物により担持された構造の正極活物質を有している。そのため、充放電サイクルを繰り返した場合の放電容量の低下が抑制され、容量維持率が高いなど、サイクル特性に優れている。また、リチウム含有複合酸化物の表面に金属酸化物が被覆された正極活物質を有するリチウムイオン二次電池に比べて、高電圧充電下での耐酸化性が高いので、高電圧充電下でのサイクル特性に優れる。さらに、リチウム含有複合酸化物の表面にフッ化物が被覆された正極活物質を有するリチウムイオン二次電池に比べて、レート特性が良好である。   The lithium ion secondary battery includes a negative electrode, a separator, an electrolyte, and a positive electrode of the present invention, and can be manufactured by a known method. The lithium ion secondary battery has a positive electrode active material having a structure in which a halogen-substituted metal oxide is supported on the surface of a lithium-containing composite oxide and at least a part of the surface is supported by the halogen-substituted metal oxide. Yes. Therefore, the cycle characteristics are excellent, such as a reduction in discharge capacity when the charge / discharge cycle is repeated and a high capacity retention rate. In addition, compared to a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material in which a metal oxide is coated on the surface of a lithium-containing composite oxide, oxidation resistance under high voltage charging is high, so under high voltage charging. Excellent cycle characteristics. Furthermore, the rate characteristics are better than those of a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material in which a fluoride is coated on the surface of a lithium-containing composite oxide.

なお、リチウム含有複合酸化物の表面に金属酸化物と金属フッ化物の両方を担持させる方法も考えられる。しかし、リチウム含有複合酸化物の表面にこれら両方の化合物の粒子を均一に担持させることは難しい。そのため、レート特性とサイクル特性とをバランス良く向上させることが困難であると推定される。   A method of supporting both the metal oxide and the metal fluoride on the surface of the lithium-containing composite oxide is also conceivable. However, it is difficult to uniformly support particles of both of these compounds on the surface of the lithium-containing composite oxide. For this reason, it is estimated that it is difficult to improve the rate characteristic and the cycle characteristic in a well-balanced manner.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されない。例1〜6が本発明の実施例であり、例7〜11が比較例である。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to an Example. Examples 1 to 6 are examples of the present invention, and examples 7 to 11 are comparative examples.

<正極活物質の製造>
(例1)
ハロゲン置換金属酸化物の原料となる金属酸化物として、粒子状のTiO(シーアイ化成株式会社製、平均粒子径(2)36nm、比表面積45m/g)を用いた。また、リチウム含有複合酸化物として、LiCoO(AGCセイミケミカル株式会社製、平均粒子径(1)12μm)を用いた。
<Manufacture of positive electrode active material>
(Example 1)
Particulate TiO 2 (manufactured by C-I Kasei Co., Ltd., average particle size (2) 36 nm, specific surface area 45 m 2 / g) was used as a metal oxide that is a raw material for the halogen-substituted metal oxide. In addition, LiCoO 2 (manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd., average particle size (1) 12 μm) was used as the lithium-containing composite oxide.

前記粒子状のTiOを容器に詰め、気密性の高い反応槽内に導入した。反応槽内の空気を真空引きした後、室温(20℃)において、Fガス(体積比でF/N=80/20の混合ガス)を0.005MPaGの圧力になるまで導入し、この状態で4時間保持した。こうして、粒子状のTiOのフッ素置換を行った。 The particulate TiO 2 was packed in a container and introduced into a highly airtight reaction vessel. After evacuating the air in the reaction vessel, F 2 gas (mixed gas of F 2 / N 2 = 80/20 in volume ratio) was introduced at room temperature (20 ° C.) until the pressure reached 0.005 MPaG, This state was maintained for 4 hours. In this way, fluorine substitution of particulate TiO 2 was performed.

次いで、リチウム含有複合酸化物2gと、フッ素置換された粒子状のTiO(以下、フッ素置換TiOという。)0.05gとを、125ccの容器内に秤量して入れ、自転・公転ミキサー(Thinky社製、装置名:あわとり練太郎ARE−310)を用いて、2,000rpmで2分間回転させて混合し、正極活物質(1)を得た。正極活物質(1)の製造条件を表1に示す。 Next, 2 g of the lithium-containing composite oxide and 0.05 g of fluorine-substituted particulate TiO 2 (hereinafter referred to as “fluorine-substituted TiO 2 ”) were weighed into a 125 cc container, and a rotating / revolving mixer ( Using a Thinky Co., Ltd. apparatus name: Niwataro Awatori ARE-310), the mixture was rotated and mixed at 2,000 rpm for 2 minutes to obtain a positive electrode active material (1). Table 1 shows the production conditions of the positive electrode active material (1).

(例2)
表1に示すように、フッ素化置換の温度を140℃に変えた以外は例1と同様にして、正極活物質(2)を得た。
(Example 2)
As shown in Table 1, a positive electrode active material (2) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fluorination substitution temperature was changed to 140 ° C.

(例3)
表1に示すように、金属酸化物として粒子状のCeO(シーアイ化成株式会社製、平均一次粒子径(2)14nm、比表面積60m/g)を使用し、かつフッ素置換の温度を140℃に変えた以外は例1と同様にして、正極活物質(3)を得た。
(Example 3)
As shown in Table 1, particulate CeO 2 (manufactured by C-I Kasei Co., Ltd., average primary particle size (2) 14 nm, specific surface area 60 m 2 / g) is used as the metal oxide, and the fluorine substitution temperature is 140. A positive electrode active material (3) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature was changed to ° C.

(例4)
表1に示すように、金属酸化物として粒子状のZnO(シーアイ化成株式会社製、平均粒子径(2)34nm、比表面積30m/g)を使用し、フッ素置換の温度を140℃に変えた以外は例1と同様にして、正極活物質(4)を得た。
(Example 4)
As shown in Table 1, particulate ZnO (manufactured by C.I. Kasei Co., Ltd., average particle size (2) 34 nm, specific surface area 30 m 2 / g) was used as the metal oxide, and the fluorine substitution temperature was changed to 140 ° C. A positive electrode active material (4) was obtained in the same manner as in Example 1 except that.

(例5)
表1に示すように、リチウム含有複合酸化物として、式:LiNi0.5Co0.2Mn0.3で表されるリチウム含有複合酸化物(AGCセイミケミカル株式会社製、平均粒子径(1)6μm)を用いた以外は、例2と同様にして、正極活物質(5)を得た。
(Example 5)
As shown in Table 1, a lithium-containing composite oxide represented by the formula: LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd., average particle diameter) (1) A positive electrode active material (5) was obtained in the same manner as in Example 2 except that 6 μm) was used.

(例6)
表1に示すように、リチウム含有複合酸化物として、式:LiNi0.5Co0.2Mn0.3で表されるリチウム含有複合酸化物(AGCセイミケミカル株式会社製、平均粒子径(1)6μm)を用いた以外は、例3と同様にして、正極活物質(6)を得た。
(Example 6)
As shown in Table 1, a lithium-containing composite oxide represented by the formula: LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd., average particle diameter) (1) A positive electrode active material (6) was obtained in the same manner as in Example 3 except that 6 μm) was used.

(例7)
表1に示すように、LiCoO(AGCセイミケミカル株式会社製、平均粒子径(1)12μm)を、フッ素置換を行うことなくそのまま正極活物質(7)として用いた。
(Example 7)
As shown in Table 1, LiCoO 2 (manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd., average particle size (1) 12 μm) was used as it was as the positive electrode active material (7) without performing fluorine substitution.

(例8)
表1に示すように、金属酸化物としてTiO(シーアイ化成株式会社製、平均粒子径(2)36nm、比表面積45m/g)を使用し、フッ素置換を行わなかった。それ以外は例1と同様にして、正極材活物質(8)を得た。
(Example 8)
As shown in Table 1, TiO 2 (manufactured by C-I Kasei Co., Ltd., average particle size (2) 36 nm, specific surface area 45 m 2 / g) was used as the metal oxide, and no fluorine substitution was performed. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the positive electrode active material (8).

(例9)
表1に示すように、金属酸化物としてCeO(シーアイ化成株式会社製、平均粒子径(2)14nm、比表面積60m/g)を使用し、フッ素置換を行わなかった。それ以外は例3と同様にして、正極材活物質(9)を得た。
(Example 9)
As shown in Table 1, CeO 2 (manufactured by C-I Kasei Co., Ltd., average particle size (2) 14 nm, specific surface area 60 m 2 / g) was used as the metal oxide, and fluorine substitution was not performed. Other than that was carried out similarly to Example 3, and obtained the positive electrode active material (9).

(例10)
表1に示すように、フッ素置換された粒子状のCeOの代わりにフッ化物であるCeFを使用した。それ以外は例1と同様にして、正極材活物質(10)を得た。
(Example 10)
As shown in Table 1, CeF 3 which is a fluoride was used in place of particulate CeO 2 substituted with fluorine. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the positive electrode material active material (10).

(例11)
表1に示すように、リチウム含有複合酸化物であるLiNi0.5Co0.2Mn0.3(AGCセイミケミカル株式会社製、平均粒子径(1)6μm)を、フッ素置換を行うことなくそのまま正極活物質(11)として用いた。
(Example 11)
As shown in Table 1, the lithium-containing composite oxide LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (AGC Seimi Chemical Co., Ltd. average particle size (1) 6 μm) is subjected to fluorine substitution. It used as a positive electrode active material (11) as it was.

<SEMでの観察>
こうして得られた正極活物質(1)〜(11)の中で、正極活物質(2)、正極活物質(3)および正極活物質(7)のそれぞれの表面をSEM(HITACHI社製、装置名:S−4300)を用いて観察した。
図1は正極活物質(2)の、図2および3は正極活物質(3)の、図4は正極活物質(7)のSEM写真である。また、図3(a)は、正極活物質(3)の表面および断面のSEM写真であり、図3(b)は図3(a)の一部を拡大したSEM写真である。
<Observation with SEM>
Among the positive electrode active materials (1) to (11) thus obtained, the surface of each of the positive electrode active material (2), the positive electrode active material (3), and the positive electrode active material (7) was subjected to SEM (manufactured by HITACHI) Name: S-4300).
1 is a SEM photograph of the positive electrode active material (2), FIGS. 2 and 3 are positive electrode active materials (3), and FIG. 4 is a SEM photograph of the positive electrode active material (7). FIG. 3A is an SEM photograph of the surface and cross section of the positive electrode active material (3), and FIG. 3B is an enlarged SEM photograph of part of FIG.

図1のSEM写真から、正極活物質(2)では、LiCoOの二次粒子の粒子表面に凹凸が見られ、また粒界が確認されない。
図2のSEM写真から、正極活物質(3)では、LiCoOの二次粒子に粒子表面の凹凸が見られ、また粒界が確認されるが、図4で見られる粒界に比べて明確でない。そして、図3(a)と図3(b)のSEM写真から、正極活物質(3)のLiCoOの断面を見ると、LiCoO粒子の表面にのみ化合物が担持されていることが分かる。
図4のSEM写真から、正極活物質(7)では、LiCoOの二次粒子の粒子表面に凹凸が見られず、また粒界が確認される。
From the SEM photograph of FIG. 1, in the positive electrode active material (2), irregularities are observed on the surface of the secondary particles of LiCoO 2 and no grain boundary is confirmed.
From the SEM photograph of FIG. 2, in the positive electrode active material (3), irregularities on the particle surface are observed in the secondary particles of LiCoO 2 , and grain boundaries are confirmed, but are clearer than the grain boundaries seen in FIG. Not. From the SEM photographs of FIGS. 3A and 3B, it can be seen that the compound is supported only on the surface of the LiCoO 2 particles when the section of LiCoO 2 of the positive electrode active material (3) is seen.
From the SEM photograph of FIG. 4, in the positive electrode active material (7), no irregularities are observed on the surface of the secondary particles of LiCoO 2 and grain boundaries are confirmed.

<XRDスペクトルの測定>
例3で使用したハロゲン置換金属酸化物のXRDスペクトルをX線回折装置(RIGAKU社製、装置名:SmartLab)により測定し、結晶構造の解析により成分の同定を行った。なお、例3に使用したハロゲン置換金属酸化物は、フッ素置換された粒子状のCeO(以下、フッ素置換CeOという)である。XRD測定の結果得られたスペクトルを、図5に示す。図5では、CeOのXRDスペクトルを比較のために示した。
<Measurement of XRD spectrum>
The XRD spectrum of the halogen-substituted metal oxide used in Example 3 was measured with an X-ray diffractometer (manufactured by RIGAKU, device name: SmartLab), and the components were identified by analyzing the crystal structure. The halogen-substituted metal oxide used in Example 3 is particulate CeO 2 substituted with fluorine (hereinafter referred to as fluorine-substituted CeO 2 ). The spectrum obtained as a result of the XRD measurement is shown in FIG. In FIG. 5, the XRD spectrum of CeO 2 is shown for comparison.

上述のとおり、図5には、金属酸化物(CeO)の(111)面に対応したピーク(2θ=28〜29°)と(220)面に対応したピーク(2θ=47〜48°)が見られる。また、金属ハロゲン化物(CeF)の(111)面に対応したピーク(2θ=27〜28°)と(113)面に対応したピーク(2θ=45〜46°)が見られる。さらに、金属ハロゲン化物(CeF)の(220)面に対応したピーク(2θ=24〜25°)と(021)面に対応したピーク(2θ=21〜22°)が見られる。
図5の実線のスペクトルから、CeOの結晶構造が維持されつつ結晶構造内へのFの導入が十分になされ、その結果、CeOの一部のOがFに置換され金属フッ化物が形成されていることがわかる。
As described above, FIG. 5 shows a peak (2θ = 28 to 29 °) corresponding to the (111) plane of the metal oxide (CeO 2 ) and a peak (2θ = 47 to 48 °) corresponding to the (220) plane. Is seen. Further, a peak (2θ = 27 to 28 °) corresponding to the (111) plane of the metal halide (CeF 3 ) and a peak (2θ = 45 to 46 °) corresponding to the (113) plane are observed. Further, a peak (2θ = 24 to 25 °) corresponding to the (220) plane of the metal halide (CeF 4 ) and a peak (2θ = 21 to 22 °) corresponding to the (021) plane are observed.
From the solid line spectrum of FIG. 5, the introduction of F into the crystal structure is sufficiently carried out while maintaining the crystal structure of CeO 2 , and as a result, a part of O in CeO 2 is replaced with F to form a metal fluoride. You can see that

<フッ素含有量および比表面積の測定>
例1および例2で使用したフッ素置換TiO2、例3で使用したフッ素置換CeO2について、フッ素含有量を測定した。また、BET法による比表面積の測定を、比表面積測定装置(マウンテック社製、装置名:HM model−1208)を用いて行った。結果を表2に示す。
<Measurement of fluorine content and specific surface area>
The fluorine content of the fluorine-substituted TiO2 used in Examples 1 and 2 and the fluorine-substituted CeO2 used in Example 3 were measured. Further, the specific surface area was measured by the BET method using a specific surface area measuring device (manufactured by Mountec Co., Ltd., device name: HM model-1208). The results are shown in Table 2.

フッ素置換金属酸化物中のフッ素含有量の測定は、以下の方法により行った。測定試料を自動燃焼装置(株式会社三菱化学アナリテック製、装置名:AQF−100)で燃焼させた後、NaOHを溶解したH水溶液を捕集液として燃焼ガスを捕集した。そして、この捕集液をイオンクロマトグラフィー(ダイオネクス社製、装置名:DX120、カラム:AS12A)に導入してフッ素量の定量を行った。内部標準法でFの回収率を補正するための標準試料として、ポリテトラフルオロエチレンおよびリン(P)を用いた。
なお、金属酸化物に置換できるFの最大の量は、金属酸化物の質量から金属のモル量を算出し、該モル量に金属の安定な最大価数とFの原子量を乗じた値とした。
The fluorine content in the fluorine-substituted metal oxide was measured by the following method. The measurement sample was burned with an automatic combustion apparatus (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., apparatus name: AQF-100), and then a combustion gas was collected using a H 2 O 2 aqueous solution in which NaOH was dissolved as a collection liquid. And this collection liquid was introduce | transduced into the ion chromatography (The product made by Dionex, apparatus name: DX120, column: AS12A), and the amount of fluorine was quantified. Polytetrafluoroethylene and phosphorus (P) were used as standard samples for correcting the F recovery rate by the internal standard method.
Note that the maximum amount of F that can be substituted for the metal oxide is a value obtained by calculating the molar amount of the metal from the mass of the metal oxide and multiplying the molar amount by the stable maximum valence of the metal and the atomic weight of F. .

次に、正極活物質(1)〜(11)を用いて、以下に示すようにして正極を作製した。さらに、作製した正極を使用してそれぞれリチウムイオン二次電池を製造した。   Next, using the positive electrode active materials (1) to (11), a positive electrode was produced as follows. Furthermore, the lithium ion secondary battery was manufactured using the produced positive electrode, respectively.

<正極の製造>
正極活物質(1)〜(11)を2.05gと、アセチレンブラック(電気化学工業株式会社製、商品名:デンカブラック、)0.25gと、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)2.07gをN−メチルピロリドン(NMP)に溶かした溶液と、NMP4.02gとを、自転・公転ミキサー(Thinky社製、装置名:あわとり練太郎ARE−310)を用いて混合し、それぞれの正極活物質を含有するスラリを調製した。次いで、このスラリを、厚さ20μmのアルミニウム箔(正極集電体)の片面に塗布して、正極電極シートを作製した。この正極電極シートを、40μmのギャップを有するロールプレスに2回かけて圧延した後、直径18mmの円形に打ち抜き、次いで180℃で真空乾燥させて正極とした。
<Production of positive electrode>
2.05 g of the positive electrode active materials (1) to (11), 0.25 g of acetylene black (trade name: Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), and 2.07 g of polyvinylidene fluoride (PVDF) are N- A solution dissolved in methylpyrrolidone (NMP) and 4.02 g of NMP are mixed using an autorotation / revolution mixer (Thinky Co., Ltd., apparatus name: Nertaro Awatori ARE-310), each containing a positive electrode active material A slurry was prepared. Next, this slurry was applied to one side of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 20 μm to produce a positive electrode sheet. This positive electrode sheet was rolled twice on a roll press having a gap of 40 μm, punched into a circle having a diameter of 18 mm, and then vacuum-dried at 180 ° C. to obtain a positive electrode.

<リチウムイオン二次電池の製造>
Arグローブボックス内で、ステンレス鋼製簡易密閉セル型の電池評価セルに、前記で得られた正極と、セパレータ(Celgard社製、商品名:#2500)、および金属リチウム箔を含む負極とを、この順に積層した。次いで、ジエチレンカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒(容積比1:1)に、濃度が1モル/dmになるようにLiPFを溶解させた電解液を入れ、リチウムイオン二次電池を組み立てた。なお、負極集電体としては、平均厚1mmのステンレス鋼板を使用し、この負極集電体上に平均厚300μmの金属リチウム箔を形成して負極とした。また、セパレータの平均厚さは50μm(25μm×2枚)であった。
<Manufacture of lithium ion secondary batteries>
In an Ar glove box, a stainless steel simple sealed cell type battery evaluation cell, the positive electrode obtained above, a separator (manufactured by Celgard, trade name: # 2500), and a negative electrode including a metal lithium foil, The layers were laminated in this order. Next, an electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of diethylene carbonate and ethylene carbonate (volume ratio 1: 1) so that the concentration was 1 mol / dm 3 was put into a lithium ion secondary battery. . As the negative electrode current collector, a stainless steel plate having an average thickness of 1 mm was used, and a metal lithium foil having an average thickness of 300 μm was formed on the negative electrode current collector to form a negative electrode. The average thickness of the separator was 50 μm (25 μm × 2 sheets).

<電池評価>
得られたリチウムイオン二次電池について、定電流・定電圧モードにおいて、正極活物質1gにつき37.5mAの負荷電流で4.3Vまで充電した後、定電流モードにおいて、正極活物質1gにつき37.5mA(0.25C)の負荷電流で2.75Vまで放電させた。
次に、レート特性を調べるに当たり、上記の充電条件を固定して、定電流モードにおいて正極活物質1gにつき225mA(1.5C)、450mA(3C)、900mA(9C)の順に行い、2.75Vまで放電させた。そして、正極活物質1gにつき900mA負荷電流における放電容量と平均放電圧を測定した。これらの測定結果を、表3および表4に示す。
なお、リチウム含有複合酸化物としてLiCoOを用いた正極活物質(1)〜(4)および正極活物質(7)〜(10)を有する電池についての測定結果を、表3に示す。また、リチウム含有複合酸化物としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3を用いた正極活物質(5)、(6)および正極活物質(11)を有する電池についての測定結果を、表4に示す。
<Battery evaluation>
The obtained lithium ion secondary battery was charged to 4.3 V at a load current of 37.5 mA per 1 g of the positive electrode active material in the constant current / constant voltage mode, and then 37. The battery was discharged to 2.75 V with a load current of 5 mA (0.25 C).
Next, in examining the rate characteristics, the above charging conditions are fixed, and in the constant current mode, 225 mA (1.5 C), 450 mA (3 C), and 900 mA (9 C) are performed in order of 2.75 V per 1 g of the positive electrode active material. Until discharged. Then, the discharge capacity and the average discharge voltage at 900 mA load current per 1 g of the positive electrode active material were measured. These measurement results are shown in Tables 3 and 4.
Table 3 shows the measurement results for the batteries having positive electrode active materials (1) to (4) and positive electrode active materials (7) to (10) using LiCoO 2 as the lithium-containing composite oxide. Further, the cathode active material using LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 as a lithium-containing composite oxide (5), the measurement results for the cell having a (6) and a positive electrode active material (11) Table 4 shows.

次いで、定電流モードにおいて正極活物質1gにつき150mAの負荷電流で4.5Vまで充電した後、定電流モードにおいて正極活物質1gにつき150mAの負荷電流で2.75Vまで放電させる繰返し充放電を50回(サイクル)行った。そして、50サイクル後の容量維持率および電圧維持率をそれぞれ求めた。
なお、50サイクル後の容量維持率(%)は、50回目の4.5V充電における放電容量の、1回目の4.5V充電における放電容量に対する割合(%)である。また、50サイクル後の電圧維持率(%)は、50回目の4.5V充電における平均放電圧の、1回目の4.5V充電における平均放電圧に対する割合(%)である。
Next, after charging to 4.5 V with a load current of 150 mA per 1 g of the positive electrode active material in the constant current mode, the battery is repeatedly charged and discharged 50 times to 2.75 V with a load current of 150 mA per 1 g of the positive electrode active material in the constant current mode. (Cycle) went. And the capacity | capacitance maintenance factor and voltage maintenance factor after 50 cycles were calculated | required, respectively.
The capacity retention rate (%) after 50 cycles is the ratio (%) of the discharge capacity in the 50th 4.5V charge to the discharge capacity in the first 4.5V charge. The voltage maintenance rate (%) after 50 cycles is the ratio (%) of the average discharge voltage in the 50th 4.5V charge to the average discharge voltage in the first 4.5V charge.

表3および表4から、以下に示すことがわかる。
LiCoOの表面にハロゲン置換金属酸化物が担持されている正極活物質(1)〜(4)を有するリチウムイオン二次電池は、正極活物質(7)〜(9)を有するリチウムイオン二次電池に比べて、50サイクル後の容量維持率が高い。正極活物質(7)は、LiCoOそのものであり、正極活物質(8)および(9)はLiCoOの表面にハロゲン元素を含有しない金属酸化物が担持されている正極活物質である。すなわち、本発明の正極活物質を有するリチウムイオン二次電池は、サイクル特性に優れている。
From Table 3 and Table 4, it can be seen that:
Lithium ion secondary batteries having positive electrode active materials (1) to (4) having a halogen-substituted metal oxide supported on the surface of LiCoO 2 are lithium ion secondary batteries having positive electrode active materials (7) to (9). Compared to the battery, the capacity retention rate after 50 cycles is high. The positive electrode active material (7) is LiCoO 2 itself, and the positive electrode active materials (8) and (9) are positive electrode active materials in which a metal oxide not containing a halogen element is supported on the surface of LiCoO 2 . That is, the lithium ion secondary battery having the positive electrode active material of the present invention is excellent in cycle characteristics.

また、LiNi0.5Co0.2Mn0.3の表面にハロゲン置換金属酸化物が担持されている正極活物質(5)、(6)を有するリチウムイオン二次電池は、LiNi0.5Co0.2Mn0.3そのものである正極活物質(11)を有するリチウムイオン二次電池に比べて、50サイクル後の容量維持率が高い。すなわち、本発明の正極活物質を有するリチウムイオン二次電池は、サイクル特性に優れている。 A lithium ion secondary battery having positive electrode active materials (5) and (6) in which a halogen-substituted metal oxide is supported on the surface of LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 is LiNi 0. compared to the lithium ion secondary battery having a .5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 positive active material is itself (11), a high capacity maintenance rate after 50 cycles. That is, the lithium ion secondary battery having the positive electrode active material of the present invention is excellent in cycle characteristics.

さらに、LiCoOの表面にフッ素置換CeOが担持されている正極活物質(3)を有するリチウムイオン二次電池は、LiCoOの表面にCeFが担持されている正極活物質(10)を有するリチウムイオン二次電池に比べて、900mA負荷電流における放電容量および平均放電圧が高い。すなわち、本発明の正極活物質を有するリチウムイオン二次電池は、レート特性に優れている。 Further, the lithium ion secondary battery having a positive electrode active material (3) a fluorine-substituted CeO 2 is supported on the surface of LiCoO 2 is the positive electrode active material CeF 3 on the surface of LiCoO 2 is supported (10) Compared with the lithium ion secondary battery which has, the discharge capacity and average discharge voltage in 900 mA load current are high. That is, the lithium ion secondary battery having the positive electrode active material of the present invention is excellent in rate characteristics.

またさらに、LiCoOの表面にフッ素置換TiOが担持されている正極活物質(1)と正極活物質(2)を有するリチウムイオン二次電池を比較すると、正極活部質(2)を有する電池は、正極活物質(1)を有する電池に比べて容量維持率が高い。このことから、金属酸化物に対するフッ素置換温度が高く、金属酸化物中のフッ素含有量が高いフッ素置換金属酸化物が担持されている正極活物質を有するリチウムイオン二次電池は、高電圧充電下での充放電サイクルにおける容量維持率が高く、すなわちサイクル特性が向上している。 Furthermore, when comparing the lithium ion secondary battery having the positive electrode active material (1) and the positive electrode active material (2) on which the fluorine-substituted TiO 2 is supported on the surface of LiCoO 2, the positive electrode active material (2) is obtained. The battery has a higher capacity retention rate than the battery having the positive electrode active material (1). Therefore, a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material carrying a fluorine-substituted metal oxide having a high fluorine substitution temperature relative to the metal oxide and a high fluorine content in the metal oxide is The capacity retention rate in the charge / discharge cycle is high, that is, the cycle characteristics are improved.

本発明の正極活物質によれば、レート特性に優れ、高電圧充放電下での容量維持率が高くサイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池を実現することができる。   According to the positive electrode active material of the present invention, it is possible to realize a lithium ion secondary battery that is excellent in rate characteristics, has a high capacity retention rate under high voltage charge / discharge, and is excellent in cycle characteristics.

Claims (15)

Ni、CoおよびMnから選ばれる1種以上の遷移金属元素とLiとを含有し、前記Liの含有量が遷移金属元素の含有量の合計に対してモル比で0.95倍以上であるリチウム含有複合酸化物と、該リチウム含有複合酸化物の表面の少なくとも一部に担持された金属酸化物とを有し、該金属酸化物は一部のOがハロゲン元素に置換されているリチウムイオン二次電池用正極活物質であり、
前記金属酸化物において、置換できるハロゲン元素の最大の量(単位:質量)に対する、該金属酸化物中のイオンクロマトグラフィーにより測定されたハロゲン含有量(単位:質量)の割合が、0.05〜90%であり、
前記金属酸化物は、XRDスペクトルにおいて、ハロゲン置換される前の金属酸化物の単体に帰属されるピーク、該金属酸化物を構成する金属のハロゲン化物(第1のハロゲン化物)の単体に帰属されるピーク、および、前記金属のハロゲン化物であり前記第1のハロゲン化物以外の第2のハロゲン化物に帰属されるピークを有し、かつ
前記金属酸化物を、前記リチウム含有複合酸化物に対する質量割合で0.1〜5%含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質。
Lithium containing one or more transition metal elements selected from Ni, Co and Mn and Li, and the content of Li is 0.95 times or more in molar ratio with respect to the total content of transition metal elements And a metal oxide supported on at least a part of the surface of the lithium-containing composite oxide, wherein the metal oxide is a lithium ion bismuth in which a part of O is substituted with a halogen element. A positive electrode active material for a secondary battery,
In the metal oxide, the ratio of the halogen content (unit: mass) measured by ion chromatography in the metal oxide to the maximum amount of halogen element (unit: mass) that can be substituted is 0.05 to 90%,
In the XRD spectrum, the metal oxide is attributed to a peak attributed to a simple substance of the metal oxide before halogen substitution, to a simple substance of the metal halide (first halide) constituting the metal oxide. And a peak attributed to a second halide other than the first halide, and the metal oxide is contained in a mass ratio with respect to the lithium-containing composite oxide. The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries characterized by containing 0.1 to 5% by weight.
前記ハロゲン元素はFである、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。   The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the halogen element is F. 前記金属酸化物は、遷移金属の酸化物、希土類元素の酸化物、炭素族元素の酸化物、ホウ素族元素の酸化物、アルカリ土類元素の酸化物、アルカリ元素の酸化物、および複合金属酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The metal oxide includes a transition metal oxide, a rare earth element oxide, a carbon group element oxide, a boron group element oxide, an alkaline earth element oxide, an alkali element oxide, and a composite metal oxide. is at least one selected from the group consisting of object, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2. 前記金属酸化物は、Ti、Ce、La,Y、V、Nb、Ta、W、Zr、Zn、Si、Al、Mg、LiおよびKからなる群から選ばれる1種以上の金属元素を含む酸化物である、請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The metal oxide is an oxide containing one or more metal elements selected from the group consisting of Ti, Ce, La, Y, V, Nb, Ta, W, Zr, Zn, Si, Al, Mg, Li and K. The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries according to any one of claims 1 to 3, wherein the positive electrode active material is a product. 前記金属酸化物は粒子状であり、平均粒子径が1〜100nmである、請求項1〜のいずれか1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 4 , wherein the metal oxide is in the form of particles and has an average particle diameter of 1 to 100 nm. 前記金属酸化物は、比表面積が1〜100m/gである、請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The metal oxide has a specific surface area of 1 to 100 m 2 / g, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1-5. 前記リチウム含有複合酸化物は、下記式(1)で表わされる化合物である、請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
Li(NiMnCo)Me…………(1)
(ただし、式(1)中、MeはNi、MnおよびCo以外の遷移金属元素であり、0.95≦a≦1.1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦b≦0.3、0.90≦x+y+z+b≦1.05である。)
The said lithium containing complex oxide is a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of any one of Claims 1-6 which is a compound represented by following formula (1).
Li a (Ni x Mn y Co z) Me b O 2 ............ (1)
(In the formula (1), Me is a transition metal element other than Ni, Mn and Co, 0.95 ≦ a ≦ 1.1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦. 1, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0.90 ≦ x + y + z + b ≦ 1.05)
Ni、CoおよびMnから選ばれる1種以上の遷移金属元素と、Liとを含有し、前記Liの含有量が遷移金属元素の含有量の合計に対してモル比で0.95倍以上であるリチウム含有複合酸化物と、一部のOがハロゲン元素に置換されている金属酸化物とを乾式で混合し、前記金属酸化物を前記リチウム含有複合酸化物の表面の少なくとも一部に担持させる乾式混合工程を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 1 or more types of transition metal elements chosen from Ni, Co, and Mn, and Li are contained, The content of said Li is 0.95 times or more by molar ratio with respect to the sum total of content of a transition metal element A dry compound in which a lithium-containing composite oxide is mixed with a metal oxide in which a part of O is substituted with a halogen element, and the metal oxide is supported on at least a part of the surface of the lithium-containing composite oxide. The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries characterized by having a mixing process. 金属酸化物の一部のOをハロゲン元素に置換してハロゲン置換金属酸化物を得る置換工程を有する、請求項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of Claim 8 which has a substitution process which substitutes a part of O of metal oxide with a halogen element, and obtains a halogen substitution metal oxide. 前記置換工程において、ハロゲン元素を含むガスと金属酸化物とを接触させて、金属酸化物の一部のOをハロゲン元素に置換する、請求項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 10. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 9 , wherein in the replacing step, a halogen-containing gas and a metal oxide are brought into contact with each other to replace a portion of the metal oxide with a halogen element. Manufacturing method. 前記ハロゲン元素はFである、請求項8〜10のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 8 to 10 , wherein the halogen element is F. 前記ハロゲン元素を含むガスが、HF、F、ClF、IF、BF、NF、PF、SiF、およびSFから選ばれる1種以上を含むガスである、請求項10に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 Gas containing halogen element, HF, F 2, ClF is 3, IF 5, BF 3, NF 3, PF 5, SiF 4, and a gas containing one or more selected from SF 6, to claim 10 The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of description. 前記乾式混合工程において、前記リチウム含有複合酸化物に対する前記一部のOがハロゲン元素に置換されている金属酸化物の混合比が、質量比で0.01〜10%である、請求項8〜12のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 In the dry mixing step, the mixing ratio of the portion of O metal oxide has been replaced with a halogen element to the lithium-containing composite oxide, from 0.01 to 10 percent by weight ratio, claim 8 12. The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of 12 above. 導電材、バインダ、および請求項1〜のいずれか1項に記載の正極活物質を含有する正極活物質層を正極集電体上に有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。 Conductive material, binder, and claims 1-7 positive electrode active positive electrode for a lithium ion secondary battery characterized by having a positive electrode active material layer material containing on the positive electrode current collector according to any one of. 負極、セパレータ、非水電解質、および請求項14に記載の正極を有す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 a negative electrode, a separator, a nonaqueous electrolyte, and the positive electrode according to claim 14 .
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