JP6376410B2 - Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

リチウムイオン二次電池(リチウム二次電池)等の非水電解質二次電池は、既存の電池に比べて軽量且つエネルギー密度が高いことから、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として用いられている。特に、リチウムイオン二次電池は、軽量で高エネルギー密度が得られることから、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両の駆動用高出力電源として今後ますます普及していくことが期待されている。   Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries (lithium secondary batteries) are lighter and have higher energy density than existing batteries. It is used as a power source. In particular, lithium ion secondary batteries are lightweight and provide high energy density, so they will be used as high-output power sources for driving vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and plug-in hybrid vehicles (PHV). It is expected to become increasingly popular.

非水電解質二次電池の性能を決定する要因の一つとして、正極活物質が挙げられる。正極活物質は、非水電解質二次電池の正極においてリチウムイオン等の電荷担体を可逆的に吸蔵および放出する物質である。   One of the factors that determine the performance of the nonaqueous electrolyte secondary battery is a positive electrode active material. The positive electrode active material is a material that reversibly occludes and releases charge carriers such as lithium ions in the positive electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery.

正極活物質に用いられる化合物の一つとして、リチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物(以下、「NCMリチウム複合酸化物」ともいう。)がある。正極活物質は、安定性が高いことが望まれている。安定性の高いNCMリチウム複合酸化物として、例えば下記式で表されるような、タングステン、モリブデン、ジルコニウム等の異種金属元素が添加され、酸素の一部がフッ素で置換されたNCMリチウム複合酸化物が知られている(例えば、特許文献1参照)。
(化1)
Li(1+a)Co(1−x−y−z)NiMn(2−b)
(化1において、Mは、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、タングステン、ジルコニウム、イットリウム、ニオブ、カルシウム、およびストロンチウムからなる群より選ばれる少なくとも1種である。x、yおよびzは、それぞれ0<x<1、0<y<1、0<z≦0.10の範囲内の値であり、a、bおよびcは、それぞれ−0.10≦a≦0.10、−0.10≦b≦0.20、0<c≦0.10の範囲内の値である。)
As one of the compounds used for the positive electrode active material, there is a lithium / nickel / cobalt / manganese composite oxide (hereinafter also referred to as “NCM lithium composite oxide”). The positive electrode active material is desired to have high stability. As a highly stable NCM lithium composite oxide, for example, an NCM lithium composite oxide in which a different metal element such as tungsten, molybdenum, zirconium or the like is added and oxygen is partially substituted with fluorine as represented by the following formula Is known (see, for example, Patent Document 1).
(Chemical formula 1)
Li (1 + a) Co ( 1-x-y-z) Ni x Mn y M z O (2-b) F c
(In Formula 1, M is at least 1 selected from the group consisting of magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium, and strontium. X, y, and z are values in the range of 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z ≦ 0.10, and a, b, and c are each −0. (The values are within the range of 10 ≦ a ≦ 0.10, −0.10 ≦ b ≦ 0.20, and 0 <c ≦ 0.10.)

このような、異種金属元素が添加され、酸素の一部がフッ素で置換されたNCMリチウム複合酸化物は、通常、リチウム以外の金属を含む水酸化物や酸化物等と、フッ化リチウムとを焼成することにより製造される。   Such an NCM lithium composite oxide in which a dissimilar metal element is added and a part of oxygen is substituted with fluorine is usually a hydroxide or oxide containing a metal other than lithium and lithium fluoride. Manufactured by firing.

特開2007−048711号公報JP 2007-048711 A

しかしながら本発明者らが検討した結果、異種金属元素が添加され、酸素の一部がフッ素で置換されたNCMリチウム複合酸化物を正極活物質として非水電解質二次電池に用いた場合には、当該非水電解質二次電池の使用時に、正極活物質と非水電解質との界面における反応によって異種金属が正極から溶出し、負極において析出することがあることがわかった。そして異種金属が負極において析出した場合には、負極上でリチウムが析出し易くなり、それにより電池容量の低下や内部抵抗の増加を招き得ることがわかった。   However, as a result of examination by the present inventors, when an NCM lithium composite oxide in which a dissimilar metal element is added and part of oxygen is substituted with fluorine is used as a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, It was found that during use of the non-aqueous electrolyte secondary battery, a foreign metal may be eluted from the positive electrode and deposited on the negative electrode due to a reaction at the interface between the positive electrode active material and the non-aqueous electrolyte. It has been found that when different metals are deposited on the negative electrode, lithium is likely to deposit on the negative electrode, which can lead to a decrease in battery capacity and an increase in internal resistance.

そこで本発明は、異種金属元素が添加され、酸素の一部がフッ素で置換されたNCMリチウム複合酸化物である非水電解質二次電池用正極活物質であって、非水電解質二次電池に使用した際に当該異種金属元素が溶出し難い正極活物質を製造可能な方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is an NCM lithium composite oxide in which a dissimilar metal element is added and a part of oxygen is substituted with fluorine. It is an object of the present invention to provide a method capable of producing a positive electrode active material in which the dissimilar metal element is hardly eluted when used.

ここに開示される非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、モリブデン、ジルコニウム、およびタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属Xの原子を含む化合物と、フッ化リチウムとを、前記金属Xの原子とリチウム原子の合計に対する前記金属Xの原子の割合が0.1〜0.5モル%となるようにアルカリ水溶液中で混合して、前記金属Xの原子とリチウム原子とフッ素原子とを含む共沈物を得る工程と、得られた共沈物と、ニッケル・コバルト・マンガン複合水酸化物とを焼成することにより、前記金属Xの原子および前記フッ素原子を含むリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物を得る工程とを包含する。
このような構成によれば、得られる異種金属Xが添加され、酸素の一部がフッ素で置換されたNCMリチウム複合酸化物において、金属Xの原子とフッ素原子や酸素原子との間の結合強度が高くなる。よって、当該NCMリチウム複合酸化物を正極活物質として非水電解質二次電池に使用すれば、当該非水電解質二次電池の使用時に、異種金属Xが正極活物質より溶出し難くなる。したがって、異種金属Xが負極において析出し難くなり、電池容量の低下や内部抵抗の増加を抑制することができる。
The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein comprises a compound containing at least one metal X atom selected from the group consisting of molybdenum, zirconium, and tungsten, and lithium fluoride. The metal X atoms and the lithium atoms are mixed in an alkaline aqueous solution so that the ratio of the metal X atoms to the total of the metal X atoms and lithium atoms is 0.1 to 0.5 mol%. A step of obtaining a coprecipitate containing fluorine atoms, and calcining the obtained coprecipitate and a nickel / cobalt / manganese composite hydroxide, whereby lithium atoms containing the metal X atom and the fluorine atom are obtained. And obtaining a nickel-cobalt-manganese composite oxide.
According to such a configuration, in the NCM lithium composite oxide in which the obtained different metal X is added and a part of oxygen is substituted with fluorine, the bond strength between the metal X atom and the fluorine atom or oxygen atom Becomes higher. Therefore, when the NCM lithium composite oxide is used as a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the different metal X is less likely to elute from the positive electrode active material when the non-aqueous electrolyte secondary battery is used. Therefore, the dissimilar metal X is hardly deposited on the negative electrode, and a decrease in battery capacity and an increase in internal resistance can be suppressed.

本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る製造方法により得られる非水電解質二次電池用正極活物質を用いて構築されるリチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the lithium ion secondary battery constructed | assembled using the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries obtained by the manufacturing method which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る製造方法により得られる非水電解質二次電池用正極活物質を用いて構築されるリチウムイオン二次電池の捲回電極体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the winding electrode body of the lithium ion secondary battery constructed | assembled using the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries obtained by the manufacturing method which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない非水電解質二次電池用正極活物質の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention (for example, a general configuration of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that does not characterize the present invention) And manufacturing process) can be understood as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. Moreover, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member and site | part which show | plays the same effect | action. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.

図1に、本実施形態に係る非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法の概略を示す。本実施形態に係る非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、モリブデン、ジルコニウム、およびタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属Xの原子(以下、「金属原子X」ともいう。)を含む化合物と、フッ化リチウム(LiF)とを、金属原子Xとリチウム原子の合計に対する金属原子Xの割合が0.1〜0.5モル%となるようにアルカリ水溶液中で混合して、金属原子Xとリチウム原子とフッ素原子とを含む共沈物を得る工程(以下、「第1の工程」ともいう。)と、得られた共沈物と、ニッケル・コバルト・マンガン複合水酸化物(以下、「NCM複合水酸化物」ともいう。)とを焼成することにより、金属原子Xおよびフッ素原子を含むリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物(以下、「F含有NCM−Xリチウム複合酸化物」ともいう。)を得る工程(以下、「第2の工程」ともいう。)とを包含する。   In FIG. 1, the outline of the manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries which concerns on this embodiment is shown. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment includes at least one metal X atom selected from the group consisting of molybdenum, zirconium, and tungsten (hereinafter also referred to as “metal atom X”). .) Is mixed with lithium fluoride (LiF) in an alkaline aqueous solution so that the ratio of the metal atom X to the total of the metal atom X and the lithium atom is 0.1 to 0.5 mol%. The step of obtaining a coprecipitate containing metal atom X, lithium atom and fluorine atom (hereinafter also referred to as “first step”), the obtained coprecipitate, and nickel / cobalt / manganese composite water By baking an oxide (hereinafter also referred to as “NCM composite hydroxide”), a lithium / nickel / cobalt / manganese composite oxide containing metal atoms X and fluorine atoms (hereinafter referred to as “F containing”). NCM-X lithium composite oxide "as referred to.) The step of obtaining (hereinafter, also referred to as" second step ".) Including the.

まず、第1の工程について説明する。モリブデン、ジルコニウム、およびタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属Xの原子を含む化合物としては、通常、水溶性の化合物が用いられる。
モリブデンを含む化合物としては、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウム等のモリブデン酸塩等を好適に用いることができる。
ジルコニウムを含む化合物としては、硫酸ジルコニウム等を好適に用いることができる。
タングステンを含む化合物としては、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム等のタングステン酸塩等を好適に用いることができる。
First, the first step will be described. As the compound containing at least one metal X atom selected from the group consisting of molybdenum, zirconium, and tungsten, a water-soluble compound is usually used.
As the compound containing molybdenum, molybdate such as sodium molybdate and potassium molybdate can be preferably used.
As the compound containing zirconium, zirconium sulfate or the like can be preferably used.
As the compound containing tungsten, tungstates such as sodium tungstate and potassium tungstate can be suitably used.

金属原子Xを含む化合物とフッ化リチウムとをアルカリ水溶液中で混合させる方法としては、例えば、金属原子Xを含む化合物とフッ化リチウムとを含む混合水溶液を調製し、当該混合水溶液を撹拌下pHが11〜14のアルカリ水溶液に添加する;金属原子Xを含む化合物の水溶液と、フッ化リチウムとを含む水溶液とをそれぞれ調製し、これらの水溶液を撹拌下pHが11〜14のアルカリ水溶液に添加する等の方法が挙げられる。   As a method of mixing a compound containing a metal atom X and lithium fluoride in an alkaline aqueous solution, for example, a mixed aqueous solution containing a compound containing a metal atom X and lithium fluoride is prepared, and the mixed aqueous solution is stirred with pH. Are added to an alkaline aqueous solution of 11 to 14; an aqueous solution of a compound containing a metal atom X and an aqueous solution of lithium fluoride are prepared, and these aqueous solutions are added to an alkaline aqueous solution having a pH of 11 to 14 with stirring. And the like.

アルカリ水溶液としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、アンモニア等を一種以上含む水溶液を使用することができ、なかでも、水酸化ナトリウムとアンモニアの混合水溶液を使用することが好ましい。   As the alkaline aqueous solution, for example, an aqueous solution containing one or more of lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, ammonium carbonate, ammonium nitrate, ammonia and the like can be used. Of these, it is preferable to use a mixed aqueous solution of sodium hydroxide and ammonia.

金属原子Xを含む化合物およびフッ化リチウムは、金属原子Xとリチウム原子の合計に対する金属原子Xの割合が0.1〜0.5モル%となるようにアルカリ水溶液中で混合される。当該割合が0.1モル%より少ないと、金属原子Xによる正極活物質の安定化効果を十分に得ることができない。一方、当該割合が0.5モル%より多いと、非水電解質二次電池において、リチウムを放出した際の正極活物質の安定性が損なわれる。   The compound containing metal atom X and lithium fluoride are mixed in an alkaline aqueous solution so that the ratio of metal atom X to the total of metal atom X and lithium atom is 0.1 to 0.5 mol%. When the ratio is less than 0.1 mol%, the effect of stabilizing the positive electrode active material by the metal atom X cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the ratio is more than 0.5 mol%, the stability of the positive electrode active material when lithium is released in the nonaqueous electrolyte secondary battery is impaired.

上記アルカリ水溶液中での混合操作により、金属原子Xとリチウム原子とフッ素原子とを含む共沈物が得られる。共沈物は、水洗後、濾過して回収することができる。回収した共沈物は、公知の乾燥装置(例、熱風乾燥機等)で、例えば120℃程度の温度で乾燥するとよい。   By the mixing operation in the alkaline aqueous solution, a coprecipitate containing metal atoms X, lithium atoms, and fluorine atoms is obtained. The coprecipitate can be recovered by filtration after washing with water. The recovered coprecipitate may be dried at a temperature of, for example, about 120 ° C. with a known drying device (eg, hot air dryer).

ここで得られる共沈物は、金属原子Xとリチウム原子とフッ素原子とを含む酸化物、焼成により金属原子Xとリチウム原子とフッ素原子とを含む酸化物に変換される化合物、または金属原子Xとリチウム原子とフッ素原子とを含む酸化物および焼成により金属原子Xとリチウム原子とフッ素原子とを含む酸化物に変換される化合物の混合物であり得る。   The coprecipitate obtained here is an oxide containing a metal atom X, a lithium atom and a fluorine atom, a compound which is converted into an oxide containing a metal atom X, a lithium atom and a fluorine atom by firing, or a metal atom X And a mixture of an oxide containing lithium atom and fluorine atom and a compound converted into an oxide containing metal atom X, lithium atom and fluorine atom by firing.

次に、第2の工程について説明する。第2の工程では、得られた共沈物と、NCM複合水酸化物とを焼成することにより、非水電解質二次電池用正極活物質であるF含有NCM−Xリチウム複合酸化物を得る。   Next, the second step will be described. In the second step, the obtained coprecipitate and the NCM composite hydroxide are fired to obtain an F-containing NCM-X lithium composite oxide that is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

NCM複合水酸化物に含まれるニッケル、コバルト、およびマンガンの含有比は、公知のF含有NCM−Xリチウム複合酸化物のニッケル、コバルト、およびマンガンの含有比と同じであってよい。例えば、NiCoMn(OH)(式中、q、r、およびsは、q+r+s=1、0<q<1、0<r<1、0<s<1を満たす値であり、好ましくは0.1<q<0.9、0.1<r<0.4、0.1<s<0.4を満たす値である。)で表されるNCM複合水酸化物を用いることができる。 The content ratio of nickel, cobalt, and manganese contained in the NCM composite hydroxide may be the same as the content ratio of nickel, cobalt, and manganese in the known F-containing NCM-X lithium composite oxide. For example, Ni q Co r Mn s ( OH) 2 ( wherein, q, r, and s is an value satisfying q + r + s = 1,0 < q <1,0 <r <1,0 <s <1 NCM composite hydroxide represented by: 0.1 <q <0.9, 0.1 <r <0.4, 0.1 <s <0.4. be able to.

NCM複合水酸化物は、例えば公知の晶析法によって作製することができる。具体的に例えば、水溶性のニッケル塩、水溶性のコバルト塩、および水溶性のマンガン塩を溶解させた混合水溶液を、または、この混合水溶液にアンモニウムイオン供給体を含む水溶液を加えたものを、反応槽内に撹拌しながら供給するとともに、反応槽内のpH値を所定の範囲に制御するために、所定量の水酸化ナトリウム水溶液を供給することにより、NCM複合水酸化物を晶析させることができる。   The NCM composite hydroxide can be produced, for example, by a known crystallization method. Specifically, for example, a mixed aqueous solution in which a water-soluble nickel salt, a water-soluble cobalt salt, and a water-soluble manganese salt are dissolved, or a solution obtained by adding an aqueous solution containing an ammonium ion supplier to this mixed aqueous solution, In order to control the pH value in the reaction tank within a predetermined range while supplying it to the reaction tank with stirring, NCM composite hydroxide is crystallized by supplying a predetermined amount of aqueous sodium hydroxide solution. Can do.

焼成にあたり、得られた共沈物と、NCM複合水酸化物とが混合される。混合は、公知の混合装置(例、シェーカミキサ、Vブレンダ、リボンミキサ、ジュリアミキサ、レーディゲミキサ等)を用いて公知方法に従い行うことができる。   In the firing, the obtained coprecipitate and the NCM composite hydroxide are mixed. Mixing can be performed according to a known method using a known mixing apparatus (eg, shaker mixer, V blender, ribbon mixer, Julia mixer, Laedige mixer, etc.).

焼成は、例えば、バッチ式の電気炉、連続式の電気炉等を用いて行うことができる。焼成条件は、所望のF含有NCM−Xリチウム複合酸化物が得られる限り特に制限はない。通常は、焼成は酸化性雰囲気下(特に、大気雰囲気下)で行う。焼成温度としては、通常700℃〜1000℃である。焼成時間としては、通常1時間〜24時間である。好適には、焼成は、大気中800℃で行う。   Firing can be performed using, for example, a batch-type electric furnace or a continuous electric furnace. The firing conditions are not particularly limited as long as the desired F-containing NCM-X lithium composite oxide can be obtained. Usually, firing is performed in an oxidizing atmosphere (particularly in an air atmosphere). The firing temperature is usually 700 ° C to 1000 ° C. The firing time is usually 1 hour to 24 hours. Preferably, the firing is performed at 800 ° C. in the atmosphere.

上記焼成により非水電解質二次電池の正極活物質であるF含有NCM−Xリチウム複合酸化物が得られる。従来は、F含有NCM−Xリチウム複合酸化物は、リチウム以外の金属を含む水酸化物または酸化物等と、フッ化リチウムとを焼成することにより製造されていた。このような方法によりF含有NCM−Xリチウム複合酸化物を製造する場合には、フッ化リチウムと、水酸化物や酸化物等との反応が不均一になりやすい。そのため、金属Xが固溶しにくく、F含有NCM−Xリチウム複合酸化物において金属Xは、粒界に存在しやすい。このようなF含有NCM−Xリチウム複合酸化物では、金属Xが溶出しやすく、構造の劣化が起こりやすい。そのため、このようなF含有NCM−Xリチウム複合酸化物を正極活物質に用いた非水電解質二次電池では、使用時に容量の低下や内部抵抗の上昇などの性能の低下が起こりやすい。
しかしながら、本実施形態に係る製造方法によりF含有NCM−Xリチウム複合酸化物を作製した場合には、金属原子Xとリチウム原子とフッ素原子とを含む共沈物とNCM複合水酸化物とを焼成することにより、リチウムが固相内に拡散する際に、金属Xも同様に拡散し、金属Xが固溶し易くなる。その結果、得られるF含有NCM−Xリチウム複合酸化物において、金属原子Xとフッ素原子や酸素原子との間の結合強度が高くなる(例えば、金属原子X−フッ素原子間で500〜700kJ/molの結合強度を有しうる)。よって、当該F含有NCM−Xリチウム複合酸化物を正極活物質として非水電解質二次電池に使用すれば、当該非水電解質二次電池の使用時に、金属Xが正極活物質より溶出し難くなる。したがって、金属Xが負極において析出し難くなり、電池容量の低下や内部抵抗の増加を抑制することができる。
By the firing, an F-containing NCM-X lithium composite oxide that is a positive electrode active material of the nonaqueous electrolyte secondary battery is obtained. Conventionally, the F-containing NCM-X lithium composite oxide has been manufactured by firing a hydroxide or oxide containing a metal other than lithium and lithium fluoride. When the F-containing NCM-X lithium composite oxide is produced by such a method, the reaction between lithium fluoride and a hydroxide or oxide tends to be uneven. Therefore, the metal X is not easily dissolved, and the metal X is likely to be present at the grain boundary in the F-containing NCM-X lithium composite oxide. In such an F-containing NCM-X lithium composite oxide, the metal X is likely to be eluted and the structure is likely to deteriorate. Therefore, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using such an F-containing NCM-X lithium composite oxide as a positive electrode active material, performance such as a decrease in capacity or an increase in internal resistance is likely to occur during use.
However, when the F-containing NCM-X lithium composite oxide is manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment, the coprecipitate containing the metal atom X, the lithium atom, and the fluorine atom and the NCM composite hydroxide are fired. By doing so, when lithium diffuses into the solid phase, the metal X also diffuses in the same manner, and the metal X is liable to be dissolved. As a result, in the obtained F-containing NCM-X lithium composite oxide, the bond strength between the metal atom X and the fluorine atom or oxygen atom is increased (for example, 500 to 700 kJ / mol between the metal atom X and the fluorine atom). Bond strength). Therefore, if the F-containing NCM-X lithium composite oxide is used as a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the metal X is less likely to elute from the positive electrode active material when the non-aqueous electrolyte secondary battery is used. . Therefore, it becomes difficult for the metal X to be deposited on the negative electrode, and a decrease in battery capacity and an increase in internal resistance can be suppressed.

本実施形態に係る製造方法により得られる正極活物質を使用した非水電解質二次電池は、常法に従って構築することができる。なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。   The nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material obtained by the manufacturing method according to the present embodiment can be constructed according to a conventional method. In the present specification, the “secondary battery” refers to a general power storage device that can be repeatedly charged and discharged, and is a term including a power storage element such as a so-called storage battery and an electric double layer capacitor.

具体例として、本実施形態に係る製造方法により得られる正極活物質を用いて構築される非水電解質二次電池(リチウムイオン二次電池)100について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。   As a specific example, a nonaqueous electrolyte secondary battery (lithium ion secondary battery) 100 constructed using a positive electrode active material obtained by the manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the present specification, the “lithium ion secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as a charge carrier and is charged / discharged by movement of charges accompanying the lithium ions between the positive and negative electrodes.

図2に示すリチウムイオン二次電池100は、扁平形状の捲回電極体20と非水電解質(図示せず)とが扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)30に収容されることにより構築される密閉型の電池100である。電池ケース30には、外部接続用の正極端子42および負極端子44と、電池ケース30の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁36とが設けられている。正負極端子42,44はそれぞれ正負極集電板42a,44aと電気的に接続されている。電池ケース30の材質には、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。   A lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. 2 is constructed by accommodating a flat wound electrode body 20 and a nonaqueous electrolyte (not shown) in a flat rectangular battery case (that is, an exterior container) 30. Is a sealed battery 100. The battery case 30 is provided with a positive terminal 42 and a negative terminal 44 for external connection, and a thin safety valve 36 set to release the internal pressure when the internal pressure of the battery case 30 rises to a predetermined level or more. It has been. The positive and negative terminals 42 and 44 are electrically connected to the positive and negative current collectors 42a and 44a, respectively. As the material of the battery case 30, for example, a light metal material having good thermal conductivity such as aluminum is used.

捲回電極体20は、図2および図3に示すように、長尺状の正極集電体52の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って正極活物質層54が形成された正極シート50と、長尺状の負極集電体62の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って負極活物質層64が形成された負極シート60とが、2枚の長尺状のセパレータシート70を介して重ね合わされて長手方向に捲回されて成る。なお、捲回電極体20の捲回軸方向(上記長手方向に直交するシート幅方向をいう。)の両端から外方にはみ出すように形成された正極活物質非形成部分52a(即ち、正極活物質層54が形成されずに正極集電体52が露出した部分)と負極活物質層非形成部分62a(即ち、負極活物質層64が形成されずに負極集電体62が露出した部分)には、それぞれ正極集電板42aおよび負極集電板44aが接合されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the wound electrode body 20 has a positive electrode active material layer 54 formed along the longitudinal direction on one side or both sides (here, both sides) of an elongated positive electrode current collector 52. The positive electrode sheet 50 and the negative electrode sheet 60 in which the negative electrode active material layer 64 is formed along the longitudinal direction on one side or both sides (here, both sides) of the long negative electrode current collector 62 are two long shapes. The separator sheet 70 is overlapped and wound in the longitudinal direction. It should be noted that the positive electrode active material non-forming portion 52a (that is, the positive electrode active material) formed so as to protrude outward from both ends in the winding axis direction of the wound electrode body 20 (referred to as the sheet width direction perpendicular to the longitudinal direction). The portion where the positive electrode current collector 52 is exposed without forming the material layer 54) and the negative electrode active material layer non-forming portion 62a (that is, the portion where the negative electrode current collector 62 is exposed without forming the negative electrode active material layer 64). The positive electrode current collector plate 42a and the negative electrode current collector plate 44a are joined to each other.

正極シート50を構成する正極集電体52としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質層54は、上述の本実施形態に係る製造方法により得られる正極活物質を含む。また、正極活物質層54は、導電材、バインダ等をさらに含み得る。導電材としては、アセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を使用し得る。   Examples of the positive electrode current collector 52 constituting the positive electrode sheet 50 include aluminum foil. The positive electrode active material layer 54 includes a positive electrode active material obtained by the manufacturing method according to the above-described embodiment. The positive electrode active material layer 54 may further include a conductive material, a binder, and the like. As the conductive material, carbon black such as acetylene black (AB) and other (such as graphite) carbon materials can be suitably used. As the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF) or the like can be used.

負極シート60を構成する負極集電体62としては、例えば銅箔等が挙げられる。負極活物質層64は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を使用し得る。負極活物質層64は、バインダ、増粘剤等をさらに含み得る。バインダとしては、スチレンブタジエンラバー(SBR)等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等を使用し得る。   Examples of the negative electrode current collector 62 constituting the negative electrode sheet 60 include copper foil. The negative electrode active material layer 64 includes a negative electrode active material. As the negative electrode active material, for example, a carbon material such as graphite, hard carbon, or soft carbon can be used. The negative electrode active material layer 64 can further include a binder, a thickener, and the like. As the binder, styrene butadiene rubber (SBR) or the like can be used. As the thickener, for example, carboxymethyl cellulose (CMC) can be used.

セパレータ70としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様の各種微多孔質シートを用いることができ、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等の樹脂から成る微多孔質樹脂シートが挙げられる。かかる微多孔質樹脂シートは、単層構造であってもよく、二層以上の複層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。セパレータ70は、耐熱層(HRL)を備えていてもよい。   As the separator 70, various microporous sheets similar to those conventionally used in lithium ion secondary batteries can be used. For example, a microporous resin made of a resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP). Sheet. Such a microporous resin sheet may have a single-layer structure or a multilayer structure of two or more layers (for example, a three-layer structure in which PP layers are laminated on both sides of a PE layer). The separator 70 may include a heat resistant layer (HRL).

非水電解質は従来のリチウムイオン二次電池と同様のものを使用可能であり、典型的には有機溶媒(非水溶媒)中に、支持塩を含有させたものを用いることができる。非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池の電解液に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の有機溶媒を、特に限定なく用いることができる。具体例として、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等が例示される。このような非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO等のリチウム塩を好適に用いることができる。支持塩の濃度は、0.7mol/L以上1.3mol/L以下が好ましい。
なお、上記非水電解液中には、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上述した非水溶媒、支持塩以外の成分、例えば、ガス発生剤、被膜形成剤、分散剤、増粘剤等の各種添加剤を含み得る。
The non-aqueous electrolyte can be the same as that of a conventional lithium ion secondary battery, and typically, an organic solvent (non-aqueous solvent) containing a supporting salt can be used. As the non-aqueous solvent, various organic solvents such as carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, lactones and the like used in electrolytes of general lithium ion secondary batteries are used without particular limitation. Can do. Specific examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC) and the like. Such a non-aqueous solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types as appropriate. As the supporting salt, for example, a lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , or LiClO 4 can be suitably used. The concentration of the supporting salt is preferably 0.7 mol / L or more and 1.3 mol / L or less.
In the non-aqueous electrolyte, components other than the non-aqueous solvent and the supporting salt described above, for example, a gas generating agent, a film forming agent, a dispersing agent, and a thickening agent, unless the effects of the present invention are significantly impaired. And various other additives.

リチウムイオン二次電池100は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウムイオン二次電池100は、複数個が電気的に接続された組電池の形態で使用することもできる。   The lithium ion secondary battery 100 can be used for various applications. Suitable applications include drive power sources mounted on vehicles such as plug-in hybrid vehicles (PHV), hybrid vehicles (HV), and electric vehicles (EV). The lithium ion secondary battery 100 can also be used in the form of an assembled battery in which a plurality of lithium ion secondary batteries are electrically connected.

以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。   EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.

<例1>
フッ化リチウムおよびタングステン酸ナトリウムの混合水溶液を調製した。この混合水溶液において、リチウム原子とタングステン原子の合計に対するタングステン原子の割合は、0.1モル%とした。当該混合水溶液を撹拌下アルカリ水溶液に添加し、共沈物を生成させた。得られた共沈物を水洗した後ろ過して回収し、熱風乾燥機で120℃で乾燥させた。
また、硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マンガンの混合水溶液を調製した。当該混合溶液を撹拌下アルカリ水溶液に添加し、析出物を水洗後ろ過して乾燥することにより、NCM複合水酸化物(Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH))を得た。
共沈物と、NCM複合水酸化物とを凡そ1:1のモル比で混合し、大気中800℃で焼成を行い、非水電解質二次電池用正極活物質としてのF含有NCM−Xリチウム複合酸化物を得た。正極活物質のタップ密度は、1.5/cmであった。
<Example 1>
A mixed aqueous solution of lithium fluoride and sodium tungstate was prepared. In this mixed aqueous solution, the ratio of tungsten atoms to the total of lithium atoms and tungsten atoms was 0.1 mol%. The mixed aqueous solution was added to the alkaline aqueous solution with stirring to produce a coprecipitate. The obtained coprecipitate was washed with water, collected by filtration, and dried at 120 ° C. with a hot air dryer.
Moreover, the mixed aqueous solution of nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate was prepared. The mixed solution is added to an alkaline aqueous solution with stirring, and the precipitate is washed with water, filtered and dried to obtain an NCM composite hydroxide (Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 (OH) 2 ). It was.
The coprecipitate and the NCM composite hydroxide are mixed at a molar ratio of approximately 1: 1, fired at 800 ° C. in the atmosphere, and F-containing NCM-X lithium as a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery. A composite oxide was obtained. The tap density of the positive electrode active material was 1.5 / cm 3 .

作製した正極活物質と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、正極活物質:AB:PVDF=90:8:2の質量比でNMPと混合し、正極活物質層形成用ペーストを調製した。このペーストを、長尺状のアルミニウム箔(材質:8021、厚さ:15μm)の両面に塗布した後乾燥して、正極シートを作製した。
また、負極活物質としての黒鉛(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=98:1:1の質量比でイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用ペーストを調製した。このペーストを、長尺状の銅箔の両面に塗布して乾燥した後、プレスし、所定の寸法に加工して負極シートを作製した。
また、2枚の長尺状のセパレータシート(多孔性ポリオレフィンシート)を用意した。
The produced positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed with NMP at a mass ratio of positive electrode active material: AB: PVDF = 90: 8: 2. Then, a positive electrode active material layer forming paste was prepared. This paste was applied to both sides of a long aluminum foil (material: 8021, thickness: 15 μm) and then dried to prepare a positive electrode sheet.
Further, graphite (C) as a negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener have a mass of C: SBR: CMC = 98: 1: 1. A negative electrode active material layer forming paste was prepared by mixing with ion exchange water at a ratio. This paste was applied to both sides of a long copper foil, dried, pressed, processed into a predetermined size, and a negative electrode sheet was produced.
In addition, two long separator sheets (porous polyolefin sheets) were prepared.

作製した正極シートと負極シートと用意した2枚のセパレータシートとを重ね合わせ、捲回して捲回電極体を作製した。
作製した捲回電極体に集電体を取り付け、電池ケースに収容した。続いて、電池ケースの注液口から非水電解液を注入し、当該注液口を気密に封止して例1に係るリチウムイオン二次電池(容量4Ah)を作製した。なお、非水電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とをEC:DMC:EMC=3:4:3の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPFを1.0mol/Lの濃度で溶解させたものを用いた。
The prepared positive electrode sheet, the negative electrode sheet, and the two prepared separator sheets were overlapped and wound to prepare a wound electrode body.
A current collector was attached to the produced wound electrode body and housed in a battery case. Subsequently, a non-aqueous electrolyte was injected from the injection port of the battery case, and the injection port was hermetically sealed to produce a lithium ion secondary battery (capacity 4 Ah) according to Example 1. The nonaqueous electrolyte is supported by a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of EC: DMC: EMC = 3: 4: 3. of LiPF 6 as a salt were used as dissolved at a concentration of 1.0 mol / L.

<例2>
フッ化リチウムおよびタングステン酸ナトリウムの混合水溶液において、リチウム原子とタングステン原子の合計に対するタングステン原子の割合を0.3モル%とした以外は例1と同様にして、例2に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 2>
In the mixed aqueous solution of lithium fluoride and sodium tungstate, the lithium ion secondary battery according to Example 2 is performed in the same manner as in Example 1 except that the ratio of tungsten atoms to the total of lithium atoms and tungsten atoms is 0.3 mol%. Was made.

<例3>
フッ化リチウムおよびタングステン酸ナトリウムの混合水溶液において、リチウム原子とタングステン原子の合計に対するタングステン原子の割合を0.5モル%とした以外は例1と同様にして、例3に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 3>
A lithium ion secondary battery according to Example 3 in the same manner as in Example 1 except that in the mixed aqueous solution of lithium fluoride and sodium tungstate, the ratio of tungsten atoms to the total of lithium atoms and tungsten atoms was 0.5 mol% Was made.

<例4>
フッ化リチウムおよびタングステン酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、フッ化リチウムとモリブデン酸ナトリウムの混合水溶液(リチウム原子とモリブデン原子の合計に対するモリブデン原子の割合が0.3モル%)を用いた以外は例1と同様にして、例4に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 4>
An example except that a mixed aqueous solution of lithium fluoride and sodium molybdate (the ratio of molybdenum atoms to the total of lithium atoms and molybdenum atoms is 0.3 mol%) was used instead of the mixed aqueous solution of lithium fluoride and sodium tungstate. In the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery according to Example 4 was produced.

<例5>
フッ化リチウムおよびタングステン酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、フッ化リチウムと硫酸ジルコニウムの混合水溶液(リチウム原子とジルコニウム原子の合計に対するジルコニウム原子の割合が0.3モル%)を用いた以外は例1と同様にして、例5に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 5>
Example 1 except that instead of the mixed aqueous solution of lithium fluoride and sodium tungstate, a mixed aqueous solution of lithium fluoride and zirconium sulfate (the ratio of zirconium atoms to the total of lithium atoms and zirconium atoms was 0.3 mol%) was used. In the same manner, a lithium ion secondary battery according to Example 5 was produced.

<例6>
例1と同様にしてNCM複合水酸化物を作製した。作製したNCM複合水酸化物と、酸化タングステン(WO)とフッ化リチウムとを混合して、大気中800℃で焼成して正極活物質を得た。なお、酸化タングステンは、リチウム原子とタングステン原子の合計に対するタングステン原子の割合が0.3モル%となるように混合した。
この正極活物質を用いて、例1と同様にして、例6に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 6>
NCM composite hydroxide was prepared in the same manner as in Example 1. The produced NCM composite hydroxide, tungsten oxide (WO 3 ), and lithium fluoride were mixed and fired at 800 ° C. in the atmosphere to obtain a positive electrode active material. Tungsten oxide was mixed so that the ratio of tungsten atoms to the total of lithium atoms and tungsten atoms was 0.3 mol%.
Using this positive electrode active material, a lithium ion secondary battery according to Example 6 was produced in the same manner as in Example 1.

<例7>
例1と同様にしてNCM複合水酸化物を作製した。作製したNCM複合水酸化物と、酸化モリブデン(MOα)とフッ化リチウムとを混合して、大気中800℃で焼成して正極活物質を得た。なお、酸化モリブデンは、リチウム原子とモリブデン原子の合計に対するモリブデン原子の割合が0.3モル%となるように混合した。
この正極活物質を用いて、例1と同様にして、例7に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 7>
NCM composite hydroxide was prepared in the same manner as in Example 1. The produced NCM composite hydroxide, molybdenum oxide (MO α ), and lithium fluoride were mixed and fired at 800 ° C. in the atmosphere to obtain a positive electrode active material. Molybdenum oxide was mixed so that the ratio of molybdenum atoms to the total of lithium atoms and molybdenum atoms was 0.3 mol%.
Using this positive electrode active material, a lithium ion secondary battery according to Example 7 was produced in the same manner as in Example 1.

<例8>
例1と同様にしてNCM複合水酸化物を作製した。作製したNCM複合水酸化物と、酸化ジルコニウム(ZrO)とフッ化リチウムとを混合して、大気中800℃で焼成して正極活物質を得た。なお、酸化ジルコニウムは、リチウム原子とジルコニウム原子の合計に対するジルコニウム原子の割合が0.3モル%となるように混合した。
この正極活物質を用いて、例1と同様にして、例8に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 8>
NCM composite hydroxide was prepared in the same manner as in Example 1. The produced NCM composite hydroxide, zirconium oxide (ZrO 2 ), and lithium fluoride were mixed and fired at 800 ° C. in the atmosphere to obtain a positive electrode active material. Zirconium oxide was mixed so that the ratio of zirconium atoms to the total of lithium atoms and zirconium atoms was 0.3 mol%.
Using this positive electrode active material, a lithium ion secondary battery according to Example 8 was produced in the same manner as in Example 1.

<例9>
例1と同様にしてNCM複合水酸化物を作製した。作製したNCM複合水酸化物とフッ化リチウムとを混合して、大気中800℃で焼成して正極活物質を得た。
この正極活物質を用いて、例1と同様にして、例9に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 9>
NCM composite hydroxide was prepared in the same manner as in Example 1. The produced NCM composite hydroxide and lithium fluoride were mixed and fired at 800 ° C. in the atmosphere to obtain a positive electrode active material.
Using this positive electrode active material, a lithium ion secondary battery according to Example 9 was produced in the same manner as in Example 1.

<例10>
フッ化リチウムおよびタングステン酸ナトリウムの混合水溶液において、リチウム原子とタングステン原子の合計に対するタングステン原子の割合を0.6モル%とした以外は例1と同様にして、例10に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 10>
In the mixed aqueous solution of lithium fluoride and sodium tungstate, the lithium ion secondary battery according to Example 10 was performed in the same manner as in Example 1 except that the ratio of tungsten atoms to the total of lithium atoms and tungsten atoms was 0.6 mol%. Was made.

[結合強度測定]
例1〜例10において作製した正極活物質における金属原子X−フッ素原子間の結合強度を、リートベルト解析により求めた。結果を表1に示す。
[Bonding strength measurement]
The bond strength between the metal atom X and the fluorine atom in the positive electrode active materials produced in Examples 1 to 10 was determined by Rietveld analysis. The results are shown in Table 1.

[初期容量測定]
上記作製した例1〜例10に係るリチウムイオン二次電池に対して初期充電を行った。すなわち、4Aで4.1Vまで定電流で充電を行った。その後、4Aで3.0Vまで定電流で放電を行った。このときの放電容量を測定し、正極活物質1gあたりの放電容量(初期容量)を求めた。
[Initial capacity measurement]
Initial charging was performed on the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 10 prepared above. That is, charging was performed at a constant current up to 4.1 V at 4 A. Thereafter, discharging was performed at a constant current up to 3.0 V at 4 A. The discharge capacity at this time was measured, and the discharge capacity (initial capacity) per 1 g of the positive electrode active material was determined.

[充放電サイクル後IV抵抗および容量維持率の測定]
上記初期容量測定後の例1〜例10に係るリチウムイオン二次電池について、充放電を500サイクル繰り返した後、IV抵抗および容量維持率を求めた。充放電は、60℃の温度条件下において、2Cの充電レートでSOC(State Of Charge)100%まで定電流充電を行い、その後2Cの放電レートでSOC0%まで定電流放電を行う充放電を1サイクルとした。IV抵抗は、電池をSOC60%に調整した後、25℃の環境雰囲気下において、10Cの電流値で10秒間の放電を行い、放電開始から10秒後の電圧値を測定して算出した。また、上記初期容量測定と同じ手順にて、電池容量を測定し、充放電サイクル後の電池容量/初期容量×100として容量維持率を算出した。
評価結果を、表1に示す。
[Measurement of IV resistance and capacity retention after charge / discharge cycle]
About the lithium ion secondary battery which concerns on Examples 1-10 after the said initial stage capacity | capacitance measurement, after charging / discharging 500 cycles, IV resistance and a capacity | capacitance maintenance factor were calculated | required. Charge / discharge is a charge / discharge in which constant current charge is performed up to 100% SOC (State Of Charge) at a charge rate of 2C under a temperature condition of 60 ° C. and then constant current discharge is performed up to SOC 0% at a discharge rate of 2C Cycle. The IV resistance was calculated by adjusting the battery to SOC 60%, discharging at a current value of 10 C for 10 seconds in an environmental atmosphere of 25 ° C., and measuring the voltage value 10 seconds after the start of discharge. Further, the battery capacity was measured in the same procedure as the above initial capacity measurement, and the capacity maintenance rate was calculated as battery capacity after charge / discharge cycle / initial capacity × 100.
The evaluation results are shown in Table 1.

[負極上の金属析出量]
上記充放電サイクル後の例1〜例10に係るリチウムイオン二次電池を解体し、負極上に析出している金属の量を、ICP−MS測定により求めた。
[Metal deposition on the negative electrode]
The lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 10 after the charge / discharge cycle were disassembled, and the amount of metal deposited on the negative electrode was determined by ICP-MS measurement.

Figure 0006376410
Figure 0006376410

例1〜5は、本実施形態に係る製造方法により正極活物質を作製し、それを用いてリチウムイオン二次電池を製造した例である。表1より、例1〜5では、正極活物質における金属原子X−フッ素原子間の結合強度が高く、リチウムイオン二次電池の充放電サイクル後の負極上の金属析出量が少なく、充放電サイクル後のIV抵抗が低く、かつ容量維持率が高かったことがわかる。このことから、本実施形態に係る製造方法によれば、正極活物質より金属Xが溶出し難くなっており、その結果、充放電サイクル後のリチウムイオン二次電池のIV抵抗が低く保たれ、かつ容量が高く保たれることがわかる。   Examples 1 to 5 are examples in which a positive electrode active material was produced by the production method according to this embodiment, and a lithium ion secondary battery was produced using the positive electrode active material. From Table 1, in Examples 1-5, the bond strength between the metal atom X-fluorine atoms in the positive electrode active material is high, the amount of metal deposited on the negative electrode after the charge / discharge cycle of the lithium ion secondary battery is small, and the charge / discharge cycle. It can be seen that the later IV resistance was low and the capacity retention rate was high. From this, according to the manufacturing method according to the present embodiment, the metal X is less likely to elute from the positive electrode active material, and as a result, the IV resistance of the lithium ion secondary battery after the charge / discharge cycle is kept low, It can also be seen that the capacity is kept high.

一方、焼成時に酸化物として金属原子Xを導入した例6〜8では、正極活物質における金属原子X−フッ素原子間の結合強度が低く、リチウムイオン二次電池の充放電サイクル後の負極上の金属析出量が多く、容量維持率が低かった。これは、焼成時に酸化物として金属原子Xが導入された正極活物質では、正極活物質(複合酸化物)内に固溶していない金属Xが粒界に存在し、この金属Xが電解液中に溶出し、負極上で析出したことによるものと考えられる。金属X源として酸化モリブデンを用いた例7では、さらに正極活物質(複合酸化物)内に固溶している金属Xも、電解液中に溶出し、負極上で析出したものと考えられる。金属X源として酸化ジルコニウムを用いた例8では、さらに充放電サイクル後のIV抵抗が高かった。これより、電池反応が阻害されているものと考えられる。正極活物質に金属原子Xが導入されていない例9に係るリチウムイオン二次電池では、充放電サイクル後の負極上の金属析出量が多く、IV抵抗が高く、容量維持率が低かった。これは、正極活物質から金属X以外の金属が溶出して負極上で析出し、これにより、IV抵抗と増加と電池容量の低下を招いたものと考えられる。金属原子Xの添加量が多すぎる例10では、金属原子X−フッ素原子間の結合強度が高かったものの、リチウムイオン二次電池の放電サイクル後の負極上の金属析出量が多くなっており、容量維持率が低かった。これは、電池反応中にリチウムを放出した正極活物質の構造が不安定化することにより、金属の溶出が起こったものと考えられる。   On the other hand, in Examples 6 to 8 in which the metal atom X was introduced as an oxide at the time of firing, the bond strength between the metal atom X and the fluorine atom in the positive electrode active material was low, and on the negative electrode after the charge / discharge cycle of the lithium ion secondary battery The amount of deposited metal was large and the capacity retention rate was low. This is because in the positive electrode active material in which the metal atom X is introduced as an oxide at the time of firing, the metal X not dissolved in the positive electrode active material (composite oxide) is present at the grain boundary, and this metal X is the electrolyte. This is considered to be due to elution into the electrode and deposition on the negative electrode. In Example 7 using molybdenum oxide as the metal X source, it is considered that the metal X further dissolved in the positive electrode active material (composite oxide) was also eluted into the electrolytic solution and deposited on the negative electrode. In Example 8 using zirconium oxide as the metal X source, the IV resistance after the charge / discharge cycle was further high. From this, it is considered that the battery reaction is inhibited. In the lithium ion secondary battery according to Example 9 in which the metal atom X was not introduced into the positive electrode active material, the amount of metal deposited on the negative electrode after the charge / discharge cycle was large, the IV resistance was high, and the capacity retention rate was low. This is presumably because metals other than metal X were eluted from the positive electrode active material and deposited on the negative electrode, which caused an increase in IV resistance and a decrease in battery capacity. In Example 10 in which the addition amount of the metal atom X is too large, the bond strength between the metal atom X and the fluorine atom was high, but the amount of metal deposited on the negative electrode after the discharge cycle of the lithium ion secondary battery was increased, The capacity maintenance rate was low. This is presumably because metal elution occurred due to destabilization of the structure of the positive electrode active material that released lithium during the battery reaction.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

20 捲回電極体
30 電池ケース
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極シート(正極)
52 正極集電体
52a 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極シート(負極)
62 負極集電体
62a 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータシート(セパレータ)
100 リチウムイオン二次電池
20 wound electrode body 30 battery case 36 safety valve 42 positive electrode terminal 42a positive electrode current collector plate 44 negative electrode terminal 44a negative electrode current collector plate 50 positive electrode sheet (positive electrode)
52 Positive Current Collector 52a Positive Electrode Active Material Layer Non-Forming Portion 54 Positive Electrode Active Material Layer 60 Negative Electrode Sheet (Negative Electrode)
62 Negative electrode current collector 62a Negative electrode active material layer non-formed portion 64 Negative electrode active material layer 70 Separator sheet (separator)
100 Lithium ion secondary battery

Claims (1)

モリブデン、ジルコニウム、およびタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属Xの原子を含む化合物と、フッ化リチウムとを、前記金属Xの原子とリチウム原子の合計に対する前記金属Xの原子の割合が0.1〜0.5モル%となるようにアルカリ水溶液中で混合して、前記金属Xの原子とリチウム原子とフッ素原子とを含む共沈物を得る工程と、
得られた共沈物と、ニッケル・コバルト・マンガン複合水酸化物とを焼成することにより、前記金属Xの原子および前記フッ素原子を含むリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物を得る工程と
を包含する、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
A compound containing at least one metal X atom selected from the group consisting of molybdenum, zirconium, and tungsten, and lithium fluoride, wherein the ratio of the metal X atom to the total of the metal X atom and lithium atom is Mixing in an alkaline aqueous solution so as to be 0.1 to 0.5 mol% to obtain a coprecipitate containing the metal X atom, lithium atom and fluorine atom;
Firing the obtained coprecipitate and the nickel / cobalt / manganese composite hydroxide to obtain a lithium / nickel / cobalt / manganese composite oxide containing the metal X atom and the fluorine atom; A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
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WO2004082046A1 (en) * 2003-03-14 2004-09-23 Seimi Chemical Co., Ltd. Positive electrode active material powder for lithium secondary battery
JP4297709B2 (en) * 2003-03-25 2009-07-15 三洋電機株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5099398B2 (en) * 2005-06-07 2012-12-19 ソニー株式会社 Positive electrode active material for secondary battery, positive electrode for secondary battery and secondary battery
US8389160B2 (en) * 2008-10-07 2013-03-05 Envia Systems, Inc. Positive electrode materials for lithium ion batteries having a high specific discharge capacity and processes for the synthesis of these materials
JP6176109B2 (en) * 2011-03-30 2017-08-09 戸田工業株式会社 Positive electrode active material particle powder, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery
KR101491885B1 (en) * 2012-12-07 2015-02-23 삼성정밀화학 주식회사 Cathode active material, method for preparing the same, and lithium secondary batteries comprising the same

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