JP6434555B2 - Negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery and method for producing the same - Google Patents

Negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP6434555B2
JP6434555B2 JP2017058336A JP2017058336A JP6434555B2 JP 6434555 B2 JP6434555 B2 JP 6434555B2 JP 2017058336 A JP2017058336 A JP 2017058336A JP 2017058336 A JP2017058336 A JP 2017058336A JP 6434555 B2 JP6434555 B2 JP 6434555B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particles
negative electrode
niobium oxide
electrode active
active material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017058336A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018160432A (en
Inventor
池上 潤
潤 池上
弘樹 山下
弘樹 山下
阿隅 一将
一将 阿隅
智紀 初森
智紀 初森
大神 剛章
剛章 大神
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiheiyo Cement Corp
Original Assignee
Taiheiyo Cement Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiheiyo Cement Corp filed Critical Taiheiyo Cement Corp
Priority to JP2017058336A priority Critical patent/JP6434555B2/en
Publication of JP2018160432A publication Critical patent/JP2018160432A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6434555B2 publication Critical patent/JP6434555B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

本発明は、二次電池におけるサイクル特性を有効に高めることのできる、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery that can effectively improve cycle characteristics in a secondary battery, and a method for producing the same.

従来より、リチウムイオン電池の負極としてグラファイトの使用が普及している。かかるグラファイトは、リチウム基準で0.1〜0.3V近傍に作動電位を有しており、リチウムイオン電池の高電圧化及び高エネルギー密度化を実現する上で大きな役割を果たしている。   Conventionally, the use of graphite as a negative electrode for lithium ion batteries has been widespread. Such graphite has an operating potential in the vicinity of 0.1 to 0.3 V on the basis of lithium, and plays a large role in realizing higher voltage and higher energy density of the lithium ion battery.

一方、かかるグラファイトの作動電位は金属リチウムの析出電位近傍でもあるために、電池が過充電状態となると、グラファイト表面の不動状皮膜から漏出した金属リチウムが対極に向かって結晶化し、デンドライトが生成されてしまう。また、放電過程では、デンドライトの根元部が溶出して先端部がグラファイト表面から離脱し、電池の中に残留してしまう。こうした電解液中に残留して浮遊する金属リチウムは、デッドリチウムとも称され、非常に活性の高い微小金属リチウムとなって、充放電効率を低下させるだけでなく、電池内での内部短絡や発熱等を引き起こすおそれもある。   On the other hand, since the working potential of graphite is near the deposition potential of metallic lithium, when the battery is overcharged, metallic lithium leaking from the immobile film on the graphite surface crystallizes toward the counter electrode, and dendrites are generated. End up. Further, in the discharge process, the dendrite root part elutes and the tip part separates from the graphite surface and remains in the battery. The metallic lithium that remains in the electrolyte and floats is also called dead lithium, and it becomes very active micro metallic lithium, which not only lowers the charge / discharge efficiency but also causes internal short circuits and heat generation in the battery. There is also a risk of causing this.

デンドライトの生成やデッドリチウムの発生を回避するには、負極の作動電位がリチウム基準で1V以上となる材料が求められるところ、例えばチタンニオブ酸化物(TiNb)であれば、リチウム基準で1V以上の電位範囲において、250〜280mAh/gの高容量を示すことが知られている。このようなチタンニオブ酸化物に関する技術として、例えば特許文献1には、BET比表面積が特定の値であるTiNb等の複合酸化物が開示されており、固相反応や水熱反応を用いて得られることが示されている。また、特許文献2には、過酸化水素を用いて特定の温度域内で水熱処理することにより、ニオブ系酸化物微粒子を分散液として得る製造方法が開示されている。さらに特許文献3には、不純物の生成や残存を有効に抑制しながら、チタンニオブ酸化物の結晶子サイズを適切な範囲に制御して、リチウムイオン電池の負極として用いた際に優れた充放電特性を発揮することのできるチタンニオブ酸化物を使用した負極活物質及びその製造方法が開示されている。 In order to avoid the generation of dendrite and the generation of dead lithium, a material whose operating potential of the negative electrode is 1 V or more on the basis of lithium is required. For example , if titanium niobium oxide (TiNb 2 O 7 ) is used, It is known to show a high capacity of 250 to 280 mAh / g in a potential range of 1 V or more. As a technique related to such a titanium niobium oxide, for example, Patent Document 1 discloses a composite oxide such as TiNb 2 O 7 having a specific BET specific surface area, and uses a solid-phase reaction or a hydrothermal reaction. It is shown that it can be obtained. Patent Document 2 discloses a production method in which niobium-based oxide fine particles are obtained as a dispersion by hydrothermal treatment using hydrogen peroxide within a specific temperature range. Furthermore, Patent Document 3 discloses excellent charge / discharge characteristics when the crystallite size of titanium niobium oxide is controlled to an appropriate range while being used as a negative electrode of a lithium ion battery while effectively suppressing the generation and residual of impurities. A negative electrode active material using a titanium niobium oxide capable of exhibiting the above and a method for producing the same are disclosed.

このようなTiNbを負極活物質として用いたリチウムイオン二次電池では、リチウムイオンがTiNbに脱離・挿入されることによって放電・充電が行われるが、通常、充放電サイクルを重ねるにつれて負極の容量低下が生じ、特に長期間使用すると、電池の容量低下が著しくなるおそれがある。これは、リチウムイオンの脱離及び挿入に伴い、TiNbの結晶構造の膨張及び収縮が生じ、電極合材層の崩壊が生じやすくなることが原因であると考えられている。かかる課題を解決するには、充放電中のTiNbの結晶構造の安定化が必須である。 In such a lithium ion secondary battery using TiNb 2 O 7 as a negative electrode active material, lithium ions are discharged and charged by being desorbed and inserted into TiNb 2 O 7. As the battery stacks, the capacity of the negative electrode decreases, and when the battery is used for a long time, the capacity of the battery may decrease significantly. This is thought to be caused by the expansion and contraction of the crystal structure of TiNb 2 O 7 accompanying the desorption and insertion of lithium ions, and the electrode mixture layer being easily collapsed. In order to solve this problem, it is essential to stabilize the crystal structure of TiNb 2 O 7 during charge and discharge.

こうしたなか、特許文献4には、高容量と共に寿命特性及び安全性に優れた負極として、TiNbによる電極合材層の上に、充放電時の体積変化が小さく寿命特性に優れるチタン酸リチウム(LiTi12)による電極合材層を積層した複層型の電極合材層を含む負極が開示されている。 Under these circumstances, Patent Document 4 discloses a titanic acid having a small volume change at the time of charging / discharging and having excellent life characteristics on an electrode mixture layer made of TiNb 2 O 7 as a negative electrode having high capacity and excellent life characteristics and safety. A negative electrode including a multilayer electrode composite layer in which electrode composite layers made of lithium (Li 4 Ti 5 O 12 ) are stacked is disclosed.

特開2010−287496号公報JP 2010-287496 A 特開2008−81378号公報JP 2008-81378 A 特開2016−219355号公報JP-A-2006-219355 特開2016−177974号公報JP, 2006-177974, A

しかしながら、上記特許文献4に記載の方法は、TiNbを含む負極の寿命特性を向上させる上で有効な手段ではあるものの、負極上に寿命特性の異なる2種の負極活物質を積層して塗布したものにすぎず、負極活物質自体の寿命特性を向上させるには、未だ改善の余地がある。 However, although the method described in Patent Document 4 is an effective means for improving the life characteristics of a negative electrode containing TiNb 2 O 7 , two types of negative electrode active materials having different life characteristics are laminated on the negative electrode. In order to improve the life characteristics of the negative electrode active material itself, there is still room for improvement.

したがって、本発明の課題は、リチウムイオン二次電池の負極活物質として用いた際、サイクル特性を有効に向上させることのできるリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体を提供することにある。   Therefore, the subject of this invention is providing the negative electrode active material composite for lithium ion secondary batteries which can improve cycling characteristics effectively, when it uses as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery.

そこで、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子からなり、かつ担持されてなる炭素を含む二次粒子の表面に、かかる二次粒子に対して特定の質量比を有するチタン酸リチウム粒子が被覆層を形成してなることにより、リチウムイオン二次電池の負極活物質として用いた際、多数回にわたる充放電サイクルを経ても出力の低下を生じないリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体が得られることを見出した。   Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors have determined that a specific mass with respect to the secondary particles is formed on the surface of the secondary particles containing carbon composed of monoclinic titanium niobium oxide particles and supported. When the lithium titanate particles having a ratio form a coating layer, when used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, the lithium ion secondary battery does not cause a decrease in output even after many charge / discharge cycles. It discovered that the negative electrode active material composite for secondary batteries was obtained.

すなわち、本発明は、担持されてなる炭素を含む、下記式(I):
LiTiMNb2±c7±d・・・(I)
(式(I)中、0≦a≦5、0≦b≦0.3、0≦c≦0.3、及び0≦d≦0.3であり、Mは、Fe、V、Mo、及びTaから選択される1種又は2種以上の元素である。)
で表される単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子からなるチタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面に、下記式(II):
Li4+xTi12 ・・・(II)
(式(II)中、xは0≦x≦3である。)
で表されるスピネル構造のチタン酸リチウム粒子(B)が被覆層を形成してなり、かつ
チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の含有量と、チタン酸リチウム粒子(B)の含有量との質量比((A):(B))が、85:15〜55:45であるリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体を提供するものである。
That is, the present invention includes the following formula (I):
Li a TiM b Nb 2 ± c O 7 ± d (I)
(In Formula (I), 0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ c ≦ 0.3, and 0 ≦ d ≦ 0.3, and M is Fe, V, Mo, and 1 or 2 or more elements selected from Ta.)
On the surface of titanium niobium oxide secondary particles (A) composed of monoclinic titanium niobium oxide particles represented by the following formula (II):
Li 4 + x Ti 5 O 12 (II)
(In the formula (II), x is 0 ≦ x ≦ 3.)
The lithium titanate particles (B) having a spinel structure represented by formula (1) form a coating layer, and the content of the titanium niobium oxide secondary particles (A) and the content of the lithium titanate particles (B) A negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery having a mass ratio ((A) :( B)) of 85:15 to 55:45 is provided.

また、本発明は、炭素が担持されてなるチタンニオブ酸化物二次粒子(A)とチタン酸リチウム粒子(B)とを、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面にチタン酸リチウム粒子(B)の被覆層を形成させる工程を備える上記リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体の製造方法を提供するものである。   The present invention also provides a mixture of titanium niobium oxide secondary particles (A) on which carbon is supported and lithium titanate particles (B) while adding compressive force and shearing force to obtain titanium niobium oxide secondary particles. The present invention provides a method for producing the negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery, comprising a step of forming a coating layer of lithium titanate particles (B) on the surface of the particles (A).

本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体によれば、チタンニオブ酸化物の結晶構造の崩壊を有効に防止し、これを負極活物質として用いることにより得られるリチウムイオン二次電池において、サイクル特性を有効に高めることができる。   According to the negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention, in the lithium ion secondary battery obtained by effectively preventing the collapse of the crystal structure of the titanium niobium oxide and using this as a negative electrode active material, Cycle characteristics can be improved effectively.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体は、担持されてなる炭素を含む、下記式(I):
LiTiMNb2±c7±d・・・(I)
(式(I)中、0≦a≦5、0≦b≦0.3、0≦c≦0.3、及び0≦d≦0.3であり、Mは、Fe、V、Mo、及びTaから選択される1種又は2種以上の元素である。)
で表される単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子からなるチタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面に、下記式(II):
Li4+xTi12 ・・・(II)
(式(II)中、xは0≦x≦3である。)
で表されるスピネル構造のチタン酸リチウム粒子(B)が被覆層を形成してなり、かつ
チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の含有量と、チタン酸リチウム粒子(B)の含有量との質量比((A):(B))が、85:15〜55:45である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention contains carbon that is supported and has the following formula (I):
Li a TiM b Nb 2 ± c O 7 ± d (I)
(In Formula (I), 0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ c ≦ 0.3, and 0 ≦ d ≦ 0.3, and M is Fe, V, Mo, and 1 or 2 or more elements selected from Ta.)
On the surface of titanium niobium oxide secondary particles (A) composed of monoclinic titanium niobium oxide particles represented by the following formula (II):
Li 4 + x Ti 5 O 12 (II)
(In the formula (II), x is 0 ≦ x ≦ 3.)
The lithium titanate particles (B) having a spinel structure represented by formula (1) form a coating layer, and the content of the titanium niobium oxide secondary particles (A) and the content of the lithium titanate particles (B) The mass ratio ((A) :( B)) is 85:15 to 55:45.

上記式(I)中において、aは0≦a≦5であり、チタンニオブ酸化物の充電状態によって上記範囲内で変化し得る変数である。また、b及びcは、0≦b≦0.3、0≦c≦0.3であり、好ましくは0≦b≦0.2、0≦c≦0.2であり、単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子におけるTi及び/又はNbのサイトの一部が、式(I)中のMと置き換わっている程度を示す変数である。そして、dは0≦d≦0.3であり、好ましくは0≦d≦0.2であり、Mによる置換に伴う電荷補償及び/又は化学量論比からの不可避的な逸脱を示す変数である。かかる式(I)で表される単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子は、空間群C2/m又はP2/mの対称性を持つ粒子である。   In the above formula (I), a is 0 ≦ a ≦ 5, and is a variable that can vary within the above range depending on the state of charge of the titanium niobium oxide. B and c are 0 ≦ b ≦ 0.3 and 0 ≦ c ≦ 0.3, preferably 0 ≦ b ≦ 0.2 and 0 ≦ c ≦ 0.2, and monoclinic titanium niobium This is a variable indicating the degree to which part of the Ti and / or Nb sites in the oxide particles is replaced with M in the formula (I). And d is 0 ≦ d ≦ 0.3, preferably 0 ≦ d ≦ 0.2, and is a variable indicating an inevitable deviation from charge compensation and / or stoichiometric ratio associated with substitution by M. is there. The monoclinic titanium niobium oxide particles represented by the formula (I) are particles having a space group C2 / m or P2 / m symmetry.

上記式(I)で表される単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子は、凝集して、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)を構成する。かかるチタンニオブ酸化物二次粒子(A)の平均粒径は、好ましくは10μm〜40μmであり、より好ましくは10μm〜30μmである。チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の平均粒径がこの範囲内にあると、かかる粒子(A)の表面において、チタン酸リチウム粒子(B)を効率よく被覆させることができる。   Monoclinic titanium niobium oxide particles represented by the above formula (I) aggregate to form titanium niobium oxide secondary particles (A). The average particle diameter of the titanium niobium oxide secondary particles (A) is preferably 10 μm to 40 μm, more preferably 10 μm to 30 μm. When the average particle diameter of the titanium niobium oxide secondary particles (A) is within this range, the lithium titanate particles (B) can be efficiently coated on the surfaces of the particles (A).

上記チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の内部空隙率は、リチウムイオンの挿入に伴うチタンニオブ酸化物の膨張をかかる二次粒子の内部空隙内で許容させる観点から、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の100体積%中、10〜25体積%が好ましく、10〜20体積%がより好ましい。
なお、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の内部空隙率は、水銀圧入式ポロシメーターを用いて確認することができる。
The internal porosity of the titanium niobium oxide secondary particles (A) is determined from the viewpoint of allowing the expansion of the titanium niobium oxide accompanying the insertion of lithium ions within the internal voids of the secondary particles. ) Is preferably 10 to 25% by volume, more preferably 10 to 20% by volume.
The internal porosity of the titanium niobium oxide secondary particles (A) can be confirmed using a mercury intrusion porosimeter.

チタンニオブ酸化物二次粒子(A)を構成する一次粒子としての単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子の平均粒径は、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面において、チタン酸リチウム粒子(B)を効率よく被覆させる観点から、好ましくは50nm〜900nmであり、より好ましくは100nm〜900nmである。また、単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子の結晶子径は、50nm〜500nmが好ましく、50nm〜300nmがより好ましい。
なお、チタンニオブ酸化物の結晶子径は、Cu−kα線による回折角2θの範囲が10°〜80°のX線回折プロファイルについて、シェラーの式を適用して求めた値を意味する。ここで、単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子が、例えばTiO等の夾雑相を含有する場合は、結晶構造パラメーター(ICDDデータベース)に基づいて計算されたそれら夾雑相のX線回折プロファイルを、得られたチタンニオブ酸化物混合体のX線回折プロファイルから差し引いて求めたTiNbのX線回折プロファイルについて、シェラーの式を適用して求めた値を意味する。
The average particle diameter of the monoclinic titanium niobium oxide particles as the primary particles constituting the titanium niobium oxide secondary particles (A) is the lithium titanate particles (B) on the surface of the titanium niobium oxide secondary particles (A). Is preferably 50 nm to 900 nm, more preferably 100 nm to 900 nm, from the viewpoint of efficiently covering the film. The crystallite size of the monoclinic titanium niobium oxide particles is preferably 50 nm to 500 nm, and more preferably 50 nm to 300 nm.
The crystallite diameter of the titanium niobium oxide means a value obtained by applying Scherrer's equation for an X-ray diffraction profile having a diffraction angle 2θ range of 10 ° to 80 ° by Cu-kα rays. Here, when the monoclinic titanium niobium oxide particles contain a contaminating phase such as TiO 2, an X-ray diffraction profile of those contaminating phases calculated based on the crystal structure parameters (ICDD database) is obtained. It means a value obtained by applying Scherrer's equation to the X-ray diffraction profile of TiNb 2 O 7 obtained by subtracting from the X-ray diffraction profile of the obtained titanium niobium oxide mixture.

一次粒子となる単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子の形状は、等方状であることが好ましい。
なお、本明細書において、形状が等方状である粒子とは、アスペクト比が3以下である粒子を意味し、一次粒子の形状は、走査型電子顕微鏡(SEM)によって確認することができる。
The shape of monoclinic titanium niobium oxide particles serving as primary particles is preferably isotropic.
In the present specification, particles having an isotropic shape mean particles having an aspect ratio of 3 or less, and the shape of primary particles can be confirmed by a scanning electron microscope (SEM).

かかる単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子からなるチタンニオブ酸化物二次粒子(A)は、BET法によって測定された比表面積が1m/g〜20m/gであるのが好ましく、5m/g〜20m/gであるのがより好ましい。BET比表面積が1m/g以上であれば、リチウムイオンの吸蔵及び脱離サイトを十分に確保することが可能である。また、BET比表面積が20m/g以下であれば、工業生産上のハンドリングが良好である。
なお、かかるBET比表面積は、窒素吸着法による吸着等温線をBET解析して得る値である。
Chitan'niobu oxide secondary particles made of such monoclinic Chitan'niobu oxide particles (A) is preferably a specific surface area measured by the BET method is 1m 2 / g~20m 2 / g, 5m 2 / g More preferably, it is -20m < 2 > / g. When the BET specific surface area is 1 m 2 / g or more, it is possible to sufficiently ensure the occlusion and desorption sites of lithium ions. Moreover, if a BET specific surface area is 20 m < 2 > / g or less, handling on industrial production is favorable.
The BET specific surface area is a value obtained by BET analysis of an adsorption isotherm by a nitrogen adsorption method.

チタンニオブ酸化物二次粒子(A)は、担持されてなる炭素を含む。かかる炭素は、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)を構成する一次粒子である単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子の表面に直接担持されつつ、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面等に担持されてなる。
一般に、チタンニオブ酸化物は、電子伝導率が1×10−8S・cm−1以下と電気伝導性が非常に乏しく、電極材料として利用した場合に電子の移動が速やかになされないところ、本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体では、チタンニオブ酸化物の表面に炭素が担持されてなるものを用いてこれを補うものである。このように、一次粒子又は二次粒子に炭素が配されてなるチタンニオブ酸化物二次粒子(A)を用いることで、チタンニオブ酸化物の電気伝導性を高めることができる。また、担持されてなる炭素は、チタンニオブ酸化物の高活性な粒子表面と電解液との直接的な接触を緩和し、電解液の分解が抑制され、得られる二次電池の寿命の向上にも大いに寄与することができる。
The titanium niobium oxide secondary particles (A) contain supported carbon. Such carbon is supported directly on the surface of monoclinic titanium niobium oxide particles, which are the primary particles constituting the titanium niobium oxide secondary particles (A), while being supported on the surface of the titanium niobium oxide secondary particles (A). Being done.
In general, titanium niobium oxide has an electronic conductivity of 1 × 10 −8 S · cm −1 or less, which is very poor in electrical conductivity. When used as an electrode material, the titanium niobium oxide does not rapidly move electrons. In the negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery, a material in which carbon is supported on the surface of a titanium niobium oxide is used to compensate for this. Thus, the electrical conductivity of the titanium niobium oxide can be increased by using the titanium niobium oxide secondary particles (A) in which carbon is arranged on the primary particles or the secondary particles. In addition, the supported carbon relaxes the direct contact between the highly active particle surface of titanium niobium oxide and the electrolytic solution, the decomposition of the electrolytic solution is suppressed, and the life of the obtained secondary battery is improved. Can greatly contribute.

チタンニオブ酸化物二次粒子(A)に含まれる、担持されてなる炭素としては、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)又は水溶性炭素材料由来の炭素(c2)であるのが好ましい。
上記炭素源(c1)となるセルロースナノファイバーとは、全ての植物細胞壁の約5割を占める骨格成分であって、かかる細胞壁を構成する植物繊維をナノサイズまで解繊等することにより得ることができる軽量高強度繊維であり、セルロースナノファイバー由来の炭素は、周期的構造を有する。かかるセルロースナノファイバーの繊維径は、1nm〜100nmであり、水への良好な分散性も有している。また、セルロースナノファイバーを構成するセルロース分子鎖では、炭素による周期的構造が形成されていることから、これが炭化されつつ上記チタンニオブ酸化物の一次粒子または二次粒子の表面に堅固に担持されることにより、これらチタンニオブ酸化物に電子伝導性を付与し、サイクル特性に優れる有用なリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体を得ることができる。
The supported carbon contained in the titanium niobium oxide secondary particles (A) is preferably carbon (c1) derived from cellulose nanofibers or carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material.
The cellulose nanofiber used as the carbon source (c1) is a skeletal component that occupies about 50% of all plant cell walls, and can be obtained by defibrating the plant fibers constituting the cell walls to nano size. It is a lightweight high-strength fiber that can be produced, and carbon derived from cellulose nanofibers has a periodic structure. The fiber diameter of the cellulose nanofiber is 1 nm to 100 nm, and has good dispersibility in water. In addition, since the cellulose molecular chain constituting the cellulose nanofiber has a periodic structure formed of carbon, it is firmly supported on the surface of the primary particle or secondary particle of the titanium niobium oxide while being carbonized. Thus, a useful negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery that imparts electronic conductivity to these titanium niobium oxides and is excellent in cycle characteristics can be obtained.

上記炭素源(c2)としての水溶性炭素材料とは、25℃の水100gに、水溶性炭素材料の炭素原子換算量で0.4g以上、好ましくは1.0g以上溶解する炭素材料を意味し、炭化されることで炭素として上記チタンニオブ酸化物の一次粒子又は二次粒子の表面に存在することとなる。かかる水溶性炭素材料としては、例えば、糖類、ポリオール、ポリエーテル、及び有機酸から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等の単糖類;マルトース、スクロース、セロビオース等の二糖類;デンプン、デキストリン等の多糖類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブタンジオール、プロパンジオール、ポリビニルアルコール、グリセリン等のポリオールやポリエーテル;クエン酸、酒石酸、アスコルビン酸等の有機酸が挙げられる。なかでも、溶媒への溶解性及び分散性を高めて炭素材料として効果的に機能させる観点から、グルコース、フルクトース、スクロース、デキストリンが好ましく、グルコースがより好ましい。   The water-soluble carbon material as the carbon source (c2) means a carbon material that dissolves in 100 g of water at 25 ° C. in terms of carbon atom of the water-soluble carbon material, 0.4 g or more, preferably 1.0 g or more. By being carbonized, carbon is present on the surface of the primary particle or secondary particle of the titanium niobium oxide. Examples of the water-soluble carbon material include one or more selected from saccharides, polyols, polyethers, and organic acids. More specifically, for example, monosaccharides such as glucose, fructose, galactose and mannose; disaccharides such as maltose, sucrose and cellobiose; polysaccharides such as starch and dextrin; ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol and butane Examples include polyols and polyethers such as diol, propanediol, polyvinyl alcohol, and glycerin; and organic acids such as citric acid, tartaric acid, and ascorbic acid. Among these, glucose, fructose, sucrose, and dextrin are preferable, and glucose is more preferable from the viewpoint of improving the solubility and dispersibility in a solvent and effectively functioning as a carbon material.

上記チタンニオブ酸化物二次粒子(A)におけるセルロースナノファイバー由来の炭素(c1)及び水溶性炭素材料由来の炭素(c2)の担持量は、かかる担持されてなる炭素を含むチタンニオブ酸化物二次粒子(A)全量100質量%中に、好ましくは0.1〜10質量%であり、より好ましくは0.1〜5質量%である。また、かかるセルロースナノファイバー由来の炭素(c1)及び水溶性炭素材料由来の炭素(c2)の担持量は、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体100質量%中に、好ましくは0.1〜8.5質量%であり、より好ましくは0.1〜4.3質量%である。
なお、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)に担持されてなる、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)及び水溶性炭素材料由来の炭素(c2)の担持量は、炭素・硫黄分析装置を用いて確認することができる。また、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)における、かかる炭素の担持の程度は、X線光電子分光法(XPS)によって評価することができる。具体的には、X線光電子分光法を用いた場合、チタンニオブ酸化物由来のTiのピーク強度及びNbのピーク強度と、炭素由来のC1sのピーク強度を比較したピーク強度比((Tiのピーク強度)+(Nbのピーク強度))/(C1sピーク強度)により評価することができる。本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質では、かかるピーク強度比((Tiのピーク強度)+(Nbのピーク強度))/(C1sピーク強度)は、好ましくは0.1以下であり、より好ましくは0.01以下である。
The supported amount of carbon (c1) derived from cellulose nanofibers and carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material in the titanium niobium oxide secondary particles (A) is the titanium niobium oxide secondary particles containing the supported carbon. (A) It is 0.1-10 mass% preferably in 100 mass% of whole quantity, More preferably, it is 0.1-5 mass%. The supported amount of carbon (c1) derived from cellulose nanofibers and carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material is preferably 0.1% in 100% by mass of the negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery. It is -8.5 mass%, More preferably, it is 0.1-4.3 mass%.
The supported amount of carbon (c1) derived from cellulose nanofibers and carbon (c2) derived from water-soluble carbon material, which are supported on the titanium niobium oxide secondary particles (A), was measured using a carbon / sulfur analyzer. Can be confirmed. Further, the degree of carbon support in the titanium niobium oxide secondary particles (A) can be evaluated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Specifically, when X-ray photoelectron spectroscopy is used, a peak intensity ratio ((Ti peak intensity of Ti) that compares the peak intensity of Ti and Nb derived from titanium niobium oxide with the peak intensity of C1s derived from carbon. ) + (Nb peak intensity)) / (C1s peak intensity). In the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, the peak intensity ratio ((Ti peak intensity) + (Nb peak intensity)) / (C1s peak intensity) is preferably 0.1 or less, More preferably, it is 0.01 or less.

上記チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面に被覆層を形成してなるチタン酸リチウム粒子(B)は、下記式(II)で表され、スピネル構造を有する。
Li4+xTi12 ・・・(II)
(式(II)中、xは0≦x≦3である。)
上記式(II)中において、xは0≦x≦3であり、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体の充電状態によって上記範囲内で変化し得る変数である。
The lithium titanate particles (B) obtained by forming a coating layer on the surface of the titanium niobium oxide secondary particles (A) are represented by the following formula (II) and have a spinel structure.
Li 4 + x Ti 5 O 12 (II)
(In the formula (II), x is 0 ≦ x ≦ 3.)
In the above formula (II), x is 0 ≦ x ≦ 3, and is a variable that can vary within the above range depending on the state of charge of the negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery.

チタン酸リチウム粒子(B)の平均粒径は、600nm〜3μmが好ましく、600nm〜2μmがより好ましい。また、チタン酸リチウム粒子(B)を構成するチタン酸リチウムの結晶子径は、20nm〜900nmが好ましく、20nm〜450nmがより好ましい。さらに、チタン酸リチウム粒子(B)のBET比表面積は、1m/g〜30m/gが好ましく、5m/g〜30m/gがより好ましい。 The average particle size of the lithium titanate particles (B) is preferably 600 nm to 3 μm, and more preferably 600 nm to 2 μm. The crystallite diameter of the lithium titanate constituting the lithium titanate particles (B) is preferably 20 nm to 900 nm, and more preferably 20 nm to 450 nm. Further, BET specific surface area of the lithium titanate particles (B) is preferably 1m 2 / g~30m 2 / g, 5m 2 / g~30m 2 / g is more preferable.

なお、上記チタン酸リチウム粒子(B)は、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面に被覆層を形成していればよく、その一部が被覆層を形成するようにチタンニオブ酸化物二次粒子(A)の一部と直接複合化していればよい。   The lithium titanate particles (B) need only have a coating layer formed on the surface of the titanium niobium oxide secondary particles (A), and a portion of the titanium niobium oxide secondary particles forms a coating layer. What is necessary is just to combine directly with a part of particle | grains (A).

本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体において、チタン酸リチウム粒子(B)が形成してなる被覆層の平均厚さは、良好な充放電容量を確保しつつチタンニオブ酸化物の充放電に伴う体積変化をチタン酸リチウムによって十分に抑制させる観点から、好ましくは0.5μm〜3μmであり、より好ましくは0.7μm〜2.5μmである。   In the negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention, the average thickness of the coating layer formed by the lithium titanate particles (B) is such that the charging / discharging capacity of the titanium niobium oxide is ensured while ensuring good charge / discharge capacity. From the viewpoint of sufficiently suppressing the volume change accompanying the discharge with lithium titanate, the thickness is preferably 0.5 μm to 3 μm, more preferably 0.7 μm to 2.5 μm.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体の平均粒径は、電極作製における集電体への負極スラリーの塗布を良好に行う観点から、好ましくは10μm〜40μmであり、より好ましくは15μm〜40μmである。   The average particle diameter of the negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention is preferably 10 μm to 40 μm, more preferably from the viewpoint of satisfactorily applying the negative electrode slurry to the current collector in electrode preparation. 15 μm to 40 μm.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体において、担持されてなる炭素を含むチタンニオブ酸化物二次粒子(A)の含有量と、チタン酸リチウム粒子(B)との質量比((A):(B))は、85:15〜55:45であって、好ましくは85:15〜60:40であり、より好ましくは80:20〜60:40である。   In the negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention, the mass ratio of the content of supported titanium niobium oxide secondary particles (A) containing carbon and the lithium titanate particles (B) (( A) :( B)) is 85:15 to 55:45, preferably 85:15 to 60:40, more preferably 80:20 to 60:40.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体は、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面にチタン酸リチウム粒子(B)が被覆層を形成してなるが、かかる被覆の程度は、レーザーラマン分光によって評価することができる。具体的には、ラマンシフト1350cm−1付近における、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)が含む担持してなる炭素由来のCのピーク強度値(a)と、430cm−1付近のチタン酸リチウム由来のLi−Oのピーク強度値(b)の比((a)/(b))は、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体の表面におけるチタンニオブ酸化物とチタン酸リチウムの存在比を示しており、かかるピーク強度値比(a)/(b)は、好ましくは1.2以下であり、より好ましくは1.0以下である。 The negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention is formed by forming a coating layer of lithium titanate particles (B) on the surface of titanium niobium oxide secondary particles (A). Can be evaluated by laser Raman spectroscopy. Specifically, the peak intensity value (a) of carbon derived from carbon contained in the titanium niobium oxide secondary particles (A) in the vicinity of the Raman shift of 1350 cm −1 , and the lithium titanate derived from about 430 cm −1. The ratio of the peak intensity values (b) of Li-O ((a) / (b)) indicates the abundance ratio of titanium niobium oxide and lithium titanate on the surface of the negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery. The peak intensity value ratio (a) / (b) is preferably 1.2 or less, and more preferably 1.0 or less.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体は、炭素が担持されてなるチタンニオブ酸化物二次粒子(A)とチタン酸リチウム粒子(B)とを、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面に被覆層を形成させる工程を備える製造方法により得ることができる。かかる製造方法は、具体的には、単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子を造粒してチタンニオブ酸化物二次粒子(A)を得る工程(I)、及びチタン酸リチウム粒子(B)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合してチタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面に被覆層を形成させる工程(II)を備えるのが好ましい。   The negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention adds a compressive force and a shear force between titanium niobium oxide secondary particles (A) and lithium titanate particles (B) on which carbon is supported. It can be obtained by a production method comprising a step of forming a coating layer on the surface of the titanium niobium oxide secondary particles (A) while mixing. Specifically, the production method includes compressing the step (I) for obtaining the titanium niobium oxide secondary particles (A) by granulating monoclinic titanium niobium oxide particles and the lithium titanate particles (B). It is preferable to provide the step (II) of mixing while applying force and shear force to form a coating layer on the surface of the titanium niobium oxide secondary particles (A).

工程(I)において用いるチタンニオブ酸化物の一次粒子の製造方法は、所望の平均粒径及び結晶子径を有する一次粒子が得られる方法であれば特に限定されないが、好ましくは液相反応による方法であり、より好ましくは水熱反応による方法である。   The production method of the primary particles of titanium niobium oxide used in the step (I) is not particularly limited as long as the primary particles having a desired average particle diameter and crystallite diameter can be obtained, but preferably a liquid phase reaction method. More preferably, the method is based on a hydrothermal reaction.

かかる工程(I)は、より具体的には、次の(I−a)〜(I−e)を備えるのが好ましい。
(I−a):水酸化ニオブ10〜40質量%と、チタン化合物及び過酸化水素を含有し、かつニオブに対する過酸化水素のモル比が3〜8である懸濁液を調製する工程、
(I−b):工程(I−a)において得られた懸濁液を35〜250℃で水熱反応に付した後、固液分離して固形分を得る工程、
(I−c):工程(I−b)において得られた固形分を、固形分の乾燥質量1質量部に対して8〜60質量部の洗浄水によって洗浄する工程、
(I−d):工程(I−c)において洗浄した固形分を600〜1200℃で焼成し、単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子を一次粒子として得る工程、
(I−e):工程(I−d)で得られた単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子と、セルロースナノファイバー又は水溶性炭素材料を造粒した後、還元雰囲気又は不活性雰囲気中で焼成し、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)又は水溶性炭素材料由来の炭素(c2)を担持されてなる炭素として含むチタンニオブ酸化物二次粒子(A)を得る工程。
More specifically, the step (I) preferably includes the following (Ia) to (Ie).
(Ia): a step of preparing a suspension containing 10 to 40% by mass of niobium hydroxide, a titanium compound and hydrogen peroxide, and having a molar ratio of hydrogen peroxide to niobium of 3 to 8.
(Ib): a step of subjecting the suspension obtained in the step (Ia) to a hydrothermal reaction at 35 to 250 ° C., followed by solid-liquid separation to obtain a solid content,
(Ic): a step of washing the solid content obtained in the step (Ib) with 8 to 60 parts by mass of washing water with respect to 1 part by mass of the dry content of the solids,
(Id): a step of firing the solid content washed in step (Ic) at 600 to 1200 ° C. to obtain monoclinic titanium niobium oxide particles as primary particles,
(Ie): After granulating the monoclinic titanium niobium oxide particles obtained in step (Id) and cellulose nanofibers or a water-soluble carbon material, firing is performed in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. The step of obtaining titanium niobium oxide secondary particles (A) containing carbon (c1) derived from cellulose nanofibers or carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material as supported carbon.

上記工程(I−a)において用いる水酸化ニオブは、一次粒子として単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子を得るにあたり、工程(I−a)において分散性の高い懸濁液を得るのに適したニオブ源である。かかる水酸化ニオブの含有量は、工程(I−a)において得られる懸濁液中に、好ましくは10〜40質量%であり、より好ましくは10〜38質量%であり、さらに好ましくは10〜35質量%である。   The niobium hydroxide used in the step (Ia) is niobium suitable for obtaining a highly dispersible suspension in the step (Ia) when obtaining monoclinic titanium niobium oxide particles as primary particles. Is the source. The niobium hydroxide content is preferably 10 to 40% by mass, more preferably 10 to 38% by mass, and still more preferably 10 to 40% by mass in the suspension obtained in the step (Ia). 35% by mass.

上記工程(I−a)において用いるチタン化合物は、一次粒子として単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子を得るにあたりチタン源として用いる化合物であり、例えば硫酸塩、硝酸塩、塩化物、及び有機酸塩から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。なかでも、反応性や操作性の観点から、硫酸チタニルや硫酸チタン等の硫酸塩が好ましい。かかるチタン化合物の含有量は、工程(I−a)において得られる懸濁液中におけるニオブとのモル比(Nb/Ti)換算で、好ましくは1.8〜3であり、より好ましくは1.85〜2.8であり、さらに好ましくは1.9〜2.5である。   The titanium compound used in the step (Ia) is a compound used as a titanium source in obtaining monoclinic titanium niobium oxide particles as primary particles, and is selected from, for example, sulfate, nitrate, chloride, and organic acid salt. 1 type, or 2 or more types. Of these, sulfates such as titanyl sulfate and titanium sulfate are preferred from the viewpoints of reactivity and operability. The content of the titanium compound is preferably 1.8 to 3 in terms of a molar ratio (Nb / Ti) with niobium in the suspension obtained in the step (Ia), and more preferably 1. It is 85-2.8, More preferably, it is 1.9-2.5.

工程(I−a)において得られる懸濁液は、さらに過酸化水素を含有する。これにより、懸濁液のpHを好適な範囲に調整しつつ、懸濁液中の各成分の分散性や反応性を高めることができる。かかる過酸化水素の含有量は、工程(I−a)において得られる懸濁液中に、ニオブに対する過酸化水素のモル比(過酸化水素/Nb)換算で、好ましくは3〜8であり、より好ましくは3.5〜7であり、さらに好ましくは4〜6である。   The suspension obtained in step (Ia) further contains hydrogen peroxide. Thereby, the dispersibility and reactivity of each component in a suspension can be improved, adjusting the pH of a suspension to a suitable range. The hydrogen peroxide content is preferably 3 to 8 in terms of the molar ratio of hydrogen peroxide to niobium (hydrogen peroxide / Nb) in the suspension obtained in step (Ia). More preferably, it is 3.5-7, More preferably, it is 4-6.

工程(I−a)における懸濁液のpHは、後述する工程(I−b)における水熱反応を良好に進行させる観点から、好ましくは7〜12であり、より好ましくは8〜11である。なお、適宜pH調整剤を用いてもよい。   The pH of the suspension in the step (Ia) is preferably 7 to 12 and more preferably 8 to 11 from the viewpoint of favorably promoting the hydrothermal reaction in the step (Ib) described later. . In addition, you may use a pH adjuster suitably.

工程(I−a)において上記懸濁液を得るにあたり、各成分をより均一に分散させる観点、及び適度な結晶子径を有するチタンニオブ酸化物の一次粒子を生成させる観点から、水酸化ニオブと水を混合し、これに過酸化水素と、必要に応じてpH調整剤とを添加及び混合して混合液を得た後、これに別途調製した硫酸チタニルと水との混合液を添加及び混合して、懸濁液を得るのが好ましい。さらに、得られた懸濁液を工程(I−b)に移行する前に撹拌してもよい。撹拌時間は、好ましくは5〜180分であり、より好ましくは10〜120分である。   In obtaining the suspension in the step (Ia), niobium hydroxide and water are used from the viewpoint of dispersing each component more uniformly and generating primary particles of titanium niobium oxide having an appropriate crystallite size. After adding hydrogen peroxide and, if necessary, a pH adjusting agent and mixing them to obtain a mixed solution, a separately prepared mixed solution of titanyl sulfate and water is added and mixed. To obtain a suspension. Further, the obtained suspension may be stirred before transferring to step (Ib). The stirring time is preferably 5 to 180 minutes, more preferably 10 to 120 minutes.

上記工程(I−b)では、工程(I−a)において得られた懸濁液を35〜250℃で水熱反応に付した後、固液分離して固形分を得る。これにより、水熱反応に付する際に新たに水を添加することなく工程(I−a)において得られた懸濁液をそのまま用いつつ、単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子を生成させて、これを含む懸濁物を得ることができる。   In the step (Ib), the suspension obtained in the step (Ia) is subjected to a hydrothermal reaction at 35 to 250 ° C., and then subjected to solid-liquid separation to obtain a solid content. Thereby, monoclinic titanium niobium oxide particles are generated while using the suspension obtained in the step (Ia) without adding new water when subjected to a hydrothermal reaction, A suspension containing this can be obtained.

水熱反応に付するにあたり、工程(I−a)において得られた懸濁液の温度を35〜250℃とし、水熱反応を大気圧下で行う場合は、好ましくは35〜95℃とし、より好ましくは40〜95℃とするのがよい。
また工程(I−a)において得られた懸濁液を圧力容器等に格納し、水熱反応を加圧下で行う場合は、工程(I−a)において得られた懸濁液の温度を好ましくは95〜250℃とし、より好ましくは110〜200℃とするのがよい。なお、水熱反応を加圧下で行う場合の圧力は、好ましくは0.3〜8.6MPaであり、より好ましくは0.3〜4.0MPaである。
水熱反応に付する時間は、好ましくは0.5〜8時間であり、より好ましくは0.5〜4時間である。
In subjecting to a hydrothermal reaction, the temperature of the suspension obtained in the step (Ia) is set to 35 to 250 ° C, and when the hydrothermal reaction is performed under atmospheric pressure, preferably 35 to 95 ° C, More preferably, it is 40-95 degreeC.
When the suspension obtained in the step (Ia) is stored in a pressure vessel or the like and the hydrothermal reaction is performed under pressure, the temperature of the suspension obtained in the step (Ia) is preferably set. Is 95 to 250 ° C., more preferably 110 to 200 ° C. In addition, the pressure at the time of performing a hydrothermal reaction under pressure becomes like this. Preferably it is 0.3-8.6 MPa, More preferably, it is 0.3-4.0 MPa.
The time for the hydrothermal reaction is preferably 0.5 to 8 hours, more preferably 0.5 to 4 hours.

次いで、水熱反応に付した後に得られた懸濁物を固液分離して、目的物である一次粒子としての単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子を固形分として得る。固液分離に用いる装置としては、例えば、フィルタープレス機、遠心濾過機等が挙げられる。なかでも、効率的に固形分を得る観点から、フィルタープレス機を用いるのが好ましい。   Next, the suspension obtained after the hydrothermal reaction is subjected to solid-liquid separation to obtain monoclinic titanium niobium oxide particles as the primary particles, which are target products, as solids. Examples of the apparatus used for solid-liquid separation include a filter press machine and a centrifugal filter machine. Especially, it is preferable to use a filter press from a viewpoint of obtaining solid content efficiently.

上記工程(I−c)では、工程(I−b)において得られた固形分を、固形分の乾燥質量1質量部に対して8〜60質量部の洗浄水によって洗浄する。これにより、アニオン成分等の不純物を効果的に除去しつつ、焼成後に得られるチタンニオブ酸化物の結晶子径を適度な範囲に制御することができる。洗浄水の量は、固形分の乾燥質量1質量部に対し、8〜60質量部であって、好ましくは10〜50質量部であり、より好ましくは10〜40質量部である。また、洗浄水の温度は、得られる複合体を負極材料として用いた電池の放電容量を効果的に高める観点から、好ましくは10〜80℃であり、より好ましくは10〜70℃である。   In the step (Ic), the solid content obtained in the step (Ib) is washed with 8 to 60 parts by mass of washing water with respect to 1 part by mass of the dry mass of the solid. This makes it possible to control the crystallite diameter of the titanium niobium oxide obtained after firing within an appropriate range while effectively removing impurities such as anion components. The amount of the washing water is 8 to 60 parts by mass, preferably 10 to 50 parts by mass, and more preferably 10 to 40 parts by mass with respect to 1 part by mass of the dry mass of the solid content. Moreover, the temperature of the washing water is preferably 10 to 80 ° C., more preferably 10 to 70 ° C. from the viewpoint of effectively increasing the discharge capacity of a battery using the obtained composite as a negative electrode material.

上記工程(I−d)では、工程(I−c)において洗浄した固形分を600〜1200℃で焼成し、単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子を一次粒子として得る。これにより、結晶性が高く、適度な範囲に制御された結晶子径を有する一次粒子を得ることができる。工程(I−d)における焼成温度は、得られる一次粒子の結晶性を高めつつ、適度な範囲の結晶子径を付与する観点から、好ましくは600〜1200℃であり、より好ましくは600〜1100℃であり、さらに好ましくは700〜1000℃である。また焼成時間は、同様の観点から、好ましくは0.3〜7時間であり、より好ましくは0.5〜6時間である。なお、焼成する際の雰囲気は、チタンの価数を+4価とするために酸化雰囲気下とする必要があり、簡便性、経済性の観点から、大気雰囲気とするのが最も好ましい。   In the said process (Id), the solid content wash | cleaned in the process (Ic) is baked at 600-1200 degreeC, and a monoclinic-type titanium niobium oxide particle is obtained as a primary particle. Thereby, primary particles having high crystallinity and having a crystallite diameter controlled in an appropriate range can be obtained. The firing temperature in the step (Id) is preferably 600 to 1200 ° C., more preferably 600 to 1100, from the viewpoint of imparting an appropriate range of crystallite diameters while increasing the crystallinity of the obtained primary particles. It is 700 degreeC, More preferably, it is 700-1000 degreeC. Moreover, from the same viewpoint, the firing time is preferably 0.3 to 7 hours, and more preferably 0.5 to 6 hours. Note that the atmosphere during firing needs to be in an oxidizing atmosphere in order to make the valence of titanium +4, and is most preferably an air atmosphere from the viewpoint of simplicity and economy.

なお、上記工程(I−a)において、硫酸チタニルや硫酸チタン等の硫酸塩をチタン化合物として用いた場合、工程(I−d)を経ることにより得られる一次粒子としての単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子の硫黄残存量は、硫黄原子換算量で、好ましくは500ppm未満であり、より好ましくは300ppm未満、さらに好ましくは200ppm未満である。なお、単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子中における硫黄残存量は、チタンニオブを酸溶解した溶液中の硫黄濃度により求めた値を意味する。   In addition, in the said process (Ia), when sulfates, such as a titanyl sulfate and a titanium sulfate, are used as a titanium compound, the monoclinic-type titanium niobium oxidation as a primary particle obtained by passing through a process (Id) is carried out. The amount of sulfur remaining in the product particles is preferably less than 500 ppm, more preferably less than 300 ppm, and even more preferably less than 200 ppm in terms of sulfur atom. The amount of sulfur remaining in the monoclinic titanium niobium oxide particles means a value obtained from the sulfur concentration in a solution in which titanium niobium is acid-dissolved.

工程(I−d)で得られる単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、TiNb29、TiO、非晶質相等の夾雑相を含んでも良い。優れた充放電特性を発揮する観点からそれら夾雑相の含有率は、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である。なお、これら夾雑相の含有率は、得られたチタンニオブ酸化物について、X線回折−リートベルト法を適用して求めた定量値を意味する。 The monoclinic titanium niobium oxide particles obtained in the step (Id) may contain a mixed phase such as Ti 2 Nb 5 O 29 , TiO 2 , and an amorphous phase as long as the effects of the present invention are not impaired. good. From the viewpoint of exhibiting excellent charge / discharge characteristics, the content of these contaminated phases is preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and further preferably 3% by mass or less. In addition, the content rate of these impurity phases means the quantitative value calculated | required about the obtained titanium niobium oxide by applying the X-ray diffraction-Riet belt method.

上記工程(I−e)では、工程(I−d)で得られた単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子と炭素源を造粒した後、還元雰囲気又は不活性雰囲気中で焼成して、担持されてなる炭素を含むチタンニオブ酸化物二次粒子(A)を得る。これにより、チタンニオブ酸化物の電子伝導性が良好になりつつ、適度な粒径を有するチタンニオブ酸化物二次粒子(A)を得ることができる。   In the step (Ie), the monoclinic titanium niobium oxide particles obtained in the step (Id) and a carbon source are granulated, and then fired in a reducing atmosphere or an inert atmosphere to be supported. To obtain titanium niobium oxide secondary particles (A) containing carbon. Thereby, the titanium niobium oxide secondary particles (A) having an appropriate particle diameter can be obtained while the electronic conductivity of the titanium niobium oxide is improved.

担持されてなる炭素を含むチタンニオブ酸化物二次粒子(A)を得るには、炭素を担持する処理を施せばよく、例えば、得られた単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子、及びセルロースナノファイバー又は水溶性炭素材料を含有するスラリーを調製し、造粒後に還元雰囲気又は不活性雰囲気中で焼成する処理が挙げられる。スラリーには、適宜、有機バインダー、無機バインダーを含有させてもよい。かかる処理を施すことにより、担持されてなる炭素を含むチタンニオブ酸化物二次粒子(A)を得ることができる。   In order to obtain the supported titanium niobium oxide secondary particles (A) containing carbon, the carbon may be supported, for example, the obtained monoclinic titanium niobium oxide particles and cellulose nanofibers or The process which prepares the slurry containing a water-soluble carbon material, and bakes in a reducing atmosphere or an inert atmosphere after granulation is mentioned. The slurry may appropriately contain an organic binder and an inorganic binder. By performing such a treatment, titanium-niobium oxide secondary particles (A) containing carbon supported thereon can be obtained.

上記バインダーとしては、水溶性炭素材料としても用い得るグルコース、サッカロース、デキストリン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースのほか、フルクトース、ポリエチレングリコール、デンプン、クエン酸等が挙げられる。なかでも、使用量を調整することによって炭素源としても機能し、導電性炭素材料としても用い得る点から、グルコース、サッカロース、デキストリン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースが好ましく、グルコースがより好ましい。   Examples of the binder include glucose, saccharose, dextrin, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, which can also be used as a water-soluble carbon material, and fructose, polyethylene glycol, starch, citric acid, and the like. Among these, glucose, saccharose, dextrin, polyvinyl alcohol, and carboxymethylcellulose are preferable, and glucose is more preferable because it functions as a carbon source by adjusting the amount used and can also be used as a conductive carbon material.

スラリーを調製する際に用いる上記セルロースナノファイバー又は水溶性炭素材料の添加量は、良好な充放電容量及び経済性の点から、スラリー中の単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子100質量部に対し、炭素原子換算量で0.1〜11.5質量部が好ましく、さらに0.5〜5.3質量部が好ましい。   The amount of the cellulose nanofiber or water-soluble carbon material used when preparing the slurry is 100 parts by mass of monoclinic titanium niobium oxide particles in the slurry from the viewpoint of good charge / discharge capacity and economy. The amount is preferably 0.1 to 11.5 parts by mass in terms of carbon atom, and more preferably 0.5 to 5.3 parts by mass.

また、溶媒として、水又は有機溶媒を用いてもよく、経済性の観点から水が好ましい。スラリー中における単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子及び上記炭素源の合計含有量(スラリー濃度)は、得られるチタンニオブ酸化物二次粒子(A)の粒径を好適にする観点から、15〜40質量%が好ましく、さらに、15〜35質量%が好ましい。また、25℃におけるスラリー粘度は、3〜1000m・Paが好ましく、さらに10〜100m・Paが好ましい。   Moreover, you may use water or an organic solvent as a solvent, and water is preferable from an economical viewpoint. The total content (slurry concentration) of the monoclinic titanium niobium oxide particles and the carbon source in the slurry is 15 to 40 masses from the viewpoint of making the particle diameter of the obtained titanium niobium oxide secondary particles (A) suitable. % Is preferable, and 15 to 35 mass% is more preferable. The slurry viscosity at 25 ° C is preferably 3 to 1000 m · Pa, more preferably 10 to 100 m · Pa.

造粒処理は、所望の粒子径を有する造粒物が得られるものであれば特に限定されないが、噴霧乾燥によるものであるのが好ましく、なかでもスプレードライ法による噴霧乾燥によるものが最適である。造粒処理後に得られる造粒物の平均粒径としては、10μm〜50μmが好ましく、さらに12μm〜45μmが好ましい。   The granulation treatment is not particularly limited as long as a granulated product having a desired particle diameter can be obtained, but it is preferably by spray drying, and most preferably by spray drying by a spray drying method. . The average particle size of the granulated product obtained after the granulation treatment is preferably 10 μm to 50 μm, and more preferably 12 μm to 45 μm.

得られた造粒物は、次いで還元雰囲気又は不活性雰囲気中で焼成することにより、二次電池用負極活物質として用いることができる。二次粒子の焼成は、好ましくは500〜900℃で10分〜24時間、より好ましくは600〜800℃で0.5〜3時間行うのが好ましい。かかる処理によりチタンニオブ酸化物の表面にさらにセルロースナノファイバー由来の炭素(c1)又は水溶性炭素材料由来の炭素(c2)が堅固に担持された二次粒子(A)を得ることができる。焼成に用いる装置としては、焼成雰囲気及び温度の調整が可能な物であれば特に限定されず、バッチ式、連続式、加熱方式(間接又は直接)のいずれの方式のものも使用することができる。かかる装置としては、例えば、外熱キルンやローラーハース等の焼成炉が挙げられる。   The obtained granulated material can then be used as a negative electrode active material for a secondary battery by firing in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. The firing of the secondary particles is preferably performed at 500 to 900 ° C. for 10 minutes to 24 hours, more preferably at 600 to 800 ° C. for 0.5 to 3 hours. By such treatment, secondary particles (A) in which carbon (c1) derived from cellulose nanofibers or carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material are further firmly supported on the surface of the titanium niobium oxide can be obtained. The apparatus used for firing is not particularly limited as long as the firing atmosphere and temperature can be adjusted, and any of batch, continuous, and heating (indirect or direct) systems can be used. . Examples of such an apparatus include firing furnaces such as an external heat kiln and a roller hearth.

次に、上記工程(I)で得られたチタンニオブ酸化物二次粒子(A)とチタン酸リチウム粒子(B)とを、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面に圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面にチタン酸リチウム粒子(B)の被覆層が形成されてなるリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体を得る工程(II)について説明する。
かかる工程(II)は、より具体的には次の(II−a)〜(II−b)を備えるのが好ましい。
(II−a):リチウム化合物及びチタン化合物を焼成に付して、チタン酸リチウム粒子(B)を得る工程、
(II−b):工程(I)で得られたチタンニオブ酸化物二次粒子(A)に、工程(II−a)で得られたチタン酸リチウム粒子(B)を添加し、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面にチタン酸リチウム粒子(B)の被覆層が形成されてなるリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体を得る工程。
Next, the titanium niobium oxide secondary particles (A) and the lithium titanate particles (B) obtained in the step (I) are subjected to compressive force and shear force on the surface of the titanium niobium oxide secondary particles (A). A step of obtaining a negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery in which a coating layer of lithium titanate particles (B) is formed on the surface of titanium niobium oxide secondary particles (A) (II) ).
More specifically, the step (II) preferably includes the following (II-a) to (II-b).
(II-a): a step of firing the lithium compound and the titanium compound to obtain lithium titanate particles (B),
(II-b): Lithium titanate particles (B) obtained in step (II-a) are added to the titanium niobium oxide secondary particles (A) obtained in step (I), and compression force and shear A step of obtaining a negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery in which a coating layer of lithium titanate particles (B) is formed on the surface of titanium niobium oxide secondary particles (A) by mixing while applying force .

上記工程(II−a)は、リチウム化合物及びチタン化合物を焼成に付して、チタン酸リチウム粒子(B)を得る工程である。
チタン酸リチウム(LiTi12)の製造方法には、チタン化合物とリチウム化合物を用いる。チタン化合物としては、無機チタン化合物又はチタンアルコキシドのような有機チタン化合物を用いることができる。無機チタン化合物としては、メタチタン酸、チタン酸化合物、酸化チタン、又はそれらの混合物等を用いることができる。酸化チタンは、特に限定されず、アナターゼ、ブルッカイト、ルチル、又はブロンズの1種以上であればよい。かかるチタン化合物の中でも、酸化チタン、特にアナターゼ型の酸化チタンを用いるのが好ましい。
The said process (II-a) is a process of attaching | subjecting a lithium compound and a titanium compound to baking, and obtaining a lithium titanate particle (B).
A method for producing a lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12) is a titanium compound and a lithium compound. As the titanium compound, an inorganic titanium compound or an organic titanium compound such as titanium alkoxide can be used. As the inorganic titanium compound, metatitanic acid, titanic acid compound, titanium oxide, or a mixture thereof can be used. The titanium oxide is not particularly limited, and may be one or more of anatase, brookite, rutile, or bronze. Among such titanium compounds, it is preferable to use titanium oxide, particularly anatase type titanium oxide.

リチウム化合物は、特に限定されるものではなく、例えば、水酸化リチウム又はその水和物、過酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム等が好適に使用できる。これらの2種以上を併用してもよい。かかるリチウム化合物の中でも、チタン酸リチウムへの酸性根の残存を避けるため、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酸化リチウムを用いるのが好ましく、粉砕の容易さから、水酸化リチウム、炭酸リチウムを用いるのがより好ましい。   A lithium compound is not specifically limited, For example, lithium hydroxide or its hydrate, lithium peroxide, lithium nitrate, lithium carbonate etc. can be used conveniently. Two or more of these may be used in combination. Among these lithium compounds, lithium hydroxide, lithium carbonate, and lithium oxide are preferably used in order to avoid remaining acidic roots in lithium titanate, and lithium hydroxide and lithium carbonate are preferably used because of easy pulverization. More preferred.

これらのチタン化合物及びリチウム化合物は、所定の割合で混合後、焼成してLiTi12となる。かかる焼成反応を効率的に行うために、上記チタン化合物及び上記リチウム化合物は、粒径が小さいほど好ましい。上記チタン化合物及び上記リチウム化合物の粒径は、0.5μm〜5μmが好ましく、0.5μm〜3μmがより好ましい。 These titanium compounds and lithium compounds are mixed at a predetermined ratio and then baked to become Li 4 Ti 5 O 12 . In order to perform such a firing reaction efficiently, the titanium compound and the lithium compound are more preferable as the particle size is smaller. The particle diameters of the titanium compound and the lithium compound are preferably 0.5 μm to 5 μm, and more preferably 0.5 μm to 3 μm.

上記チタン化合物、又は上記リチウム化合物の粉砕は、それぞれ単独で行っても、所定の割合で混合した混合物について行ってもよい。それら粉砕には、通常の乾式粉砕機を用いることができ、例えば、フレーククラッシャ、ハンマーミル、ピンミル、バンタムミル、ジェットミル、フレットミル、パンミル、エッジランナー、ローラーミル、ミックスマーラー、振動ミルなどを用いることができる。中でも、ジェットミル又はサイクロンミルを用いると、粉砕効率が高く、特にリチウム化合物の微細化が可能になるため好ましい。   The pulverization of the titanium compound or the lithium compound may be performed individually or on a mixture mixed at a predetermined ratio. For the pulverization, an ordinary dry pulverizer can be used. For example, a flake crusher, a hammer mill, a pin mill, a bantam mill, a jet mill, a fret mill, a pan mill, an edge runner, a roller mill, a mix muller, and a vibration mill are used. be able to. Among these, use of a jet mill or a cyclone mill is preferable because the pulverization efficiency is high and the lithium compound can be miniaturized.

上記チタン化合物と上記リチウム化合物の混合は、混合物の化学組成がLiTi12となる混合割合で、上記チタン化合物と上記リチウム化合物を充分に混合すればよい。混合には、ヘンシェルミキサーなどの通常の乾式混合機を使用することができる。 The titanium compound and the lithium compound may be mixed in such a ratio that the chemical composition of the mixture is Li 4 Ti 5 O 12 and the titanium compound and the lithium compound are sufficiently mixed. A normal dry mixer such as a Henschel mixer can be used for mixing.

得られたチタン化合物とリチウム化合物の混合物は、焼成反応を効率的に生じさせるために、加圧成形して密実なペレット状にするのが好ましい。かかる加圧成形は、油圧成形機等で、0.2〜0.6t/cm2の付加圧力で行えばよい。 The obtained mixture of titanium compound and lithium compound is preferably formed into a compact pellet by pressure molding in order to cause a firing reaction efficiently. Such pressure molding may be performed with an applied pressure of 0.2 to 0.6 t / cm 2 using a hydraulic molding machine or the like.

次いで、上記チタン化合物とリチウム化合物の混合物を、酸素雰囲気下で焼成することによりチタン酸リチウム粒子(B)(LiTi12)を得ることができる。焼成には、酸素雰囲気、除湿及び除炭酸処理を施した乾燥空気雰囲気等の酸素濃度が20質量%以上のガス雰囲気に調整した電気炉、ロータリーキルン、管状炉、プッシャー炉等を用いることができる。
焼成温度は、700℃〜950℃であることが好ましく、700℃〜800℃であることがより好ましい。700℃未満の焼成温度では、未反応のチタン化合物が多くなるため好ましくない。一方、焼成温度が950℃を超えると、夾雑相(LiTiO、LiTi等)が生成するため好ましくない。焼成時間は3〜10時間であることが好ましく、3〜6時間であることがより好ましい。さらに、チタン化合物又はリチウム化合物に水酸化物や炭酸塩を使用した場合、かかる使用原料の結晶水又は炭酸を取り除くために2段階焼成するのが好ましく、その場合は、第一段階の仮焼成を400℃〜600℃で1時間以上行い、続いて第二段階の本焼成を700℃〜950℃で3〜10時間行えばよい。
Next, lithium titanate particles (B) (Li 4 Ti 5 O 12 ) can be obtained by firing the mixture of the titanium compound and the lithium compound in an oxygen atmosphere. For the firing, an electric furnace, a rotary kiln, a tubular furnace, a pusher furnace, or the like adjusted to a gas atmosphere having an oxygen concentration of 20% by mass or more, such as an oxygen atmosphere, a dry air atmosphere subjected to dehumidification and carbonation treatment, or the like can be used.
The firing temperature is preferably 700 ° C to 950 ° C, and more preferably 700 ° C to 800 ° C. A calcination temperature of less than 700 ° C. is not preferable because unreacted titanium compounds increase. On the other hand, if the firing temperature exceeds 950 ° C., a contaminated phase (Li 2 TiO 3 , Li 2 Ti 3 O 7 or the like) is generated, which is not preferable. The firing time is preferably 3 to 10 hours, and more preferably 3 to 6 hours. Furthermore, when a hydroxide or carbonate is used for the titanium compound or lithium compound, it is preferable to perform two-stage firing in order to remove the crystal water or carbonic acid of the raw material used, and in that case, the first stage of temporary firing is performed. What is necessary is just to perform 400 degreeC-600 degreeC for 1 hour or more, and to perform 2nd step main baking at 700 degreeC-950 degreeC for 3 to 10 hours.

得られたチタン酸リチウム粒子(B)は、上記所定のBET比表面積とするために、冷却後、必要に応じて解砕又は粉砕してもよい。粉砕には、前述の通常の乾式粉砕機を用いることができる。   The obtained lithium titanate particles (B) may be crushed or pulverized as necessary after cooling in order to obtain the predetermined BET specific surface area. For the pulverization, the above-mentioned ordinary dry pulverizer can be used.

工程(II−b)では、上記工程(I)で得られたチタンニオブ酸化物二次粒子(A)に、工程(II−a)で得られたチタン酸リチウム粒子(B)を添加して、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面にチタン酸リチウム粒子(B)の被覆層が形成されてなるリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体を得る。   In the step (II-b), the lithium titanate particles (B) obtained in the step (II-a) are added to the titanium niobium oxide secondary particles (A) obtained in the step (I). A negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery in which a coating layer of lithium titanate particles (B) is formed on the surface of titanium niobium oxide secondary particles (A) by mixing while applying compressive force and shearing force Get the body.

かかる工程(II−b)では、複合化処理の前に、上記チタンニオブ酸化物二次粒子(A)と上記チタン酸リチウム粒子(B)との混合物を、充分に乾式混合するのが好ましい。乾式混合の方法としては、ボールミルやVブレンダー等の、通常の乾式混合機による混合であるのが好ましく、自公転可能な遊星ボールミルによる混合がより好ましい。   In the step (II-b), it is preferable that the mixture of the titanium niobium oxide secondary particles (A) and the lithium titanate particles (B) is sufficiently dry-mixed before the composite treatment. As a dry mixing method, mixing by a normal dry mixer such as a ball mill or a V blender is preferable, and mixing by a planetary ball mill capable of revolving is more preferable.

次いで、上記乾式混合された、上記チタンニオブ酸化物二次粒子(A)と上記チタン酸リチウム粒子(B)との混合物は、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面上でチタン酸リチウム粒子(B)を緻密かつ均一に分散させて、有効に被覆層を形成させる観点から、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合するのが好ましい。圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理は、インペラを備える密閉容器で行うのが好ましい。かかるインペラの周速度は、上記チタンニオブ酸化物二次粒子(A)と上記チタン酸リチウム粒子(B)の複合化物として得られる負極活物質複合体のタップ密度を高める観点から、好ましくは25〜40m/sであり、より好ましくは27〜40m/sである。また、混合時間は、好ましくは5〜90分であり、より好ましくは10〜80分である。
なお、インペラの周速度とは、回転式攪拌翼(インペラ)の最外端部の速度を意味し、下記式(1)により表すことができ、また圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理を行う時間は、インペラの周速度が遅いほど長くなるように、インペラの周速度によっても変動し得る。
インペラの周速度(m/s)=
インペラの半径(m)×2×π×回転数(rpm)÷60・・・(1)
Next, the dry-mixed mixture of the titanium niobium oxide secondary particles (A) and the lithium titanate particles (B) is mixed with lithium titanate particles (A) on the surface of the titanium niobium oxide secondary particles (A). From the viewpoint of dispersing B) densely and uniformly and effectively forming a coating layer, it is preferable to mix while applying a compressive force and a shearing force. The process of mixing while applying a compressive force and a shearing force is preferably performed in a closed container equipped with an impeller. The peripheral speed of the impeller is preferably 25 to 40 m from the viewpoint of increasing the tap density of the negative electrode active material composite obtained as a composite of the titanium niobium oxide secondary particles (A) and the lithium titanate particles (B). / S, more preferably 27 to 40 m / s. The mixing time is preferably 5 to 90 minutes, more preferably 10 to 80 minutes.
The peripheral speed of the impeller means the speed of the outermost end of the rotary stirring blade (impeller), which can be expressed by the following formula (1), and is mixed while applying compressive force and shearing force. The processing time may vary depending on the peripheral speed of the impeller so that it becomes longer as the peripheral speed of the impeller is slower.
Impeller peripheral speed (m / s) =
Impeller radius (m) × 2 × π × rotational speed (rpm) ÷ 60 (1)

工程(II−b)において、上記圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理を行う際の処理時間及び/又はインペラの周速度は、容器に投入するチタンニオブ酸化物二次粒子(A)とチタン酸リチウム粒子(B)との混合物の量に応じて適宜調整する必要がある。そして、容器を稼動させることにより、インペラと容器内壁との間でこれら混合物に圧縮力及びせん断力が付加されつつ、これを複合化する処理を行うことが可能となり、上記チタンニオブ酸化物二次粒子(A)表面上で上記チタン酸リチウム粒子(B)を緻密かつ均一に分散させ、良好に被覆層が形成されてなるリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体を得ることができる。
例えば、上記複合化処理を、周速度25〜40m/sで回転するインペラを備える密閉容器内で6〜90分間行う場合、容器に投入する上記混合物の量は、有効容器(インペラを備える密閉容器のうち、混合物を収容可能な部位に相当する容器)1cm当たり、好ましくは0.1〜0.7gであり、より好ましくは0.15〜0.4gである。
In the step (II-b), the treatment time and / or the impeller peripheral speed at the time of performing the treatment of mixing while adding the compressive force and shear force are the same as the titanium niobium oxide secondary particles (A) charged into the container. It is necessary to adjust appropriately according to the amount of the mixture with the lithium titanate particles (B). Then, by operating the container, it becomes possible to perform a process of combining the mixture while applying a compressive force and a shearing force between the impeller and the inner wall of the container, and the titanium niobium oxide secondary particles. (A) The lithium titanate particles (B) can be finely and uniformly dispersed on the surface to obtain a negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery in which a coating layer is favorably formed.
For example, when the compounding process is performed for 6 to 90 minutes in an airtight container including an impeller rotating at a peripheral speed of 25 to 40 m / s, the amount of the mixture to be charged into the container is an effective container (an airtight container including an impeller). Among them, a container corresponding to a portion capable of accommodating the mixture) per cm 3 is preferably 0.1 to 0.7 g, more preferably 0.15 to 0.4 g.

このような圧縮力及びせん断力を付加しながら複合化処理を容易に行うことができる密閉容器を備える装置としては、高速せん断ミル、ブレード型混練機等が挙げられ、具体的には、例えば、微粒子複合化装置 ノビルタ(ホソカワミクロン社製)を好適に用いることができる。
上記複合化処理の処理条件としては、処理温度が、好ましくは5〜80℃、より好ましくは10〜50℃である。処理雰囲気としては、特に限定されないが、不活性ガス雰囲気下、又は還元ガス雰囲気下が好ましい。
Examples of the apparatus including a sealed container that can easily perform the compounding process while applying such compressive force and shear force include a high-speed shear mill, a blade-type kneader, and the like. Fine particle composite apparatus Nobilta (manufactured by Hosokawa Micron Corporation) can be suitably used.
As processing conditions for the above complexing treatment, the treatment temperature is preferably 5 to 80 ° C, more preferably 10 to 50 ° C. The treatment atmosphere is not particularly limited, but is preferably an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere.

得られたリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体を負極活物質として用いて二次電池を製造する方法は特に限定されず、公知の方法をいずれも使用できる。例えば、かかる負極活物質複合体を結着剤や溶剤等の添加剤とともに混合して塗工液を得る。この際、必要に応じて、さらに導電助剤を添加して混合してもよい。かかる結着剤としては、特に限定されず、公知の剤をいずれも使用できる。具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー等が挙げられる。また、かかる導電助剤としては、特に限定されず、黒鉛以外の公知の剤をいずれも使用できる。具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、繊維状炭素等が挙げられる。次いで、かかる塗工液を銅箔等の負極集電体上に塗布し、乾燥させて負極とする。   A method for producing a secondary battery using the obtained negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery as a negative electrode active material is not particularly limited, and any known method can be used. For example, the negative electrode active material composite is mixed with additives such as a binder and a solvent to obtain a coating liquid. At this time, if necessary, a conductive additive may be further added and mixed. The binder is not particularly limited, and any known agent can be used. Specific examples include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, and ethylene propylene diene polymer. Moreover, it does not specifically limit as this conductive support agent, Any well-known agents other than graphite can be used. Specific examples include acetylene black, ketjen black, and fibrous carbon. Subsequently, this coating liquid is apply | coated on negative electrode collectors, such as copper foil, and it is made to dry and is set as a negative electrode.

得られるリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体は、リチウムイオン電池の二次電池の負極として非常に優れた放電容量及びサイクル特定を発揮する点で有用である。かかる負極を適用できる二次電池としては、正極と負極と電解液とセパレータを必須構成とするものであれば特に限定されない。   The obtained negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery is useful in that it exhibits extremely excellent discharge capacity and cycle specification as a negative electrode for a secondary battery of a lithium ion battery. A secondary battery to which such a negative electrode can be applied is not particularly limited as long as it has a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator as essential components.

ここで、正極については、リチウムイオンを充電時には放出し、かつ放電時には吸蔵することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。例えば、原料を水熱反応させることにより得られる各種ポリアニオン正極活物質を好適に用いることが好ましい。   Here, as for the positive electrode, as long as lithium ions can be released during charging and occluded during discharging, the material configuration is not particularly limited, and a known material configuration can be used. For example, it is preferable to suitably use various polyanion positive electrode active materials obtained by hydrothermal reaction of raw materials.

電解液は、有機溶媒に支持塩を溶解させたものである。有機溶媒は、通常リチウムイオン電池等の二次電池の電解液に用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。   The electrolytic solution is obtained by dissolving a supporting salt in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent usually used for an electrolyte of a secondary battery such as a lithium ion battery. For example, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles , Lactones, oxolane compounds and the like can be used.

支持塩は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsFから選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSOCF、LiC(SOCF、LiN(SOCF、LiN(SO及びLiN(SOCF)(SO)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。 The type of the supporting salt is not particularly limited, but an inorganic salt selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , a derivative of the inorganic salt, LiSO 3 CF 3 , LiC (SO 3 CF 3 ) 2 , LiN (SO 3 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), and derivatives of the organic salts It is preferable that it is at least 1 type of these.

セパレータは、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものである。たとえば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔膜を用いればよい。   The separator plays a role of electrically insulating the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolytic solution. For example, a porous synthetic resin film, particularly a polyolefin polymer (polyethylene, polypropylene) porous film may be used.

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

[製造例1:チタン二オブ酸化物の二次粒子(TiNb)の製造]
硫酸チタニルと塩化ニオブを、チタンとニオブのモル比(Ti:Nb)が1:2となる量で水に投入して、硫酸チタニルと塩化ニオブの合計含有量が3.5mol/Lとなるよう、混合液A1を調製した。なお、この時点では、塩化ニオブは完全溶解には達していなかった。次いで、混合液A1にアンモニア水を投入してpHを8に調整し、白濁していることを確認した。
[Production Example 1: Production of secondary particles of titanium niobium oxide (TiNb 2 O 7 )]
Titanyl sulfate and niobium chloride are added to water in such an amount that the molar ratio of titanium to niobium (Ti: Nb) is 1: 2, so that the total content of titanyl sulfate and niobium chloride is 3.5 mol / L. A mixed liquid A1 was prepared. At this point, niobium chloride did not reach complete dissolution. Next, ammonia water was added to the mixed solution A1 to adjust the pH to 8, and it was confirmed that the mixture was cloudy.

得られた混合液A1を圧力容器に移した後、圧力容器から高圧対応型ポンプ(帝国電気製作所製)で混合液A1を抜き出し、さらにポンプから排出される混合液A1を耐圧容器内に戻すことにより、6分間強攪拌を行った。この際、混合液A1の温度は30℃であり、混合液A1の流速は、圧力容器内の壁面において20cm/秒になるよう調整した。次いで圧力容器を130℃で1時間加熱しつつ、圧力0.3MPaで混合液A1を水熱反応させ、水熱反応中も上記強攪拌を行い続けて混合液A2を得た。その後、得られた混合液A2をフィルタープレスで固液分離し、得られた固形分を、かかる固形分の乾燥質量1質量部に対し、10質量部の水(20℃)で洗浄した後、大気雰囲気下、850℃で4時間焼成して、一次粒子である単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子(a)(TiNb、平均粒径300nm)を得た。 After the obtained mixed solution A1 is transferred to the pressure vessel, the mixed solution A1 is extracted from the pressure vessel with a high-pressure compatible pump (manufactured by Teikoku Seisakusho), and the mixed solution A1 discharged from the pump is returned to the pressure vessel. Then, strong stirring was performed for 6 minutes. At this time, the temperature of the mixed liquid A1 was 30 ° C., and the flow rate of the mixed liquid A1 was adjusted to 20 cm / second on the wall surface in the pressure vessel. Next, while the pressure vessel was heated at 130 ° C. for 1 hour, the mixed solution A1 was subjected to hydrothermal reaction at a pressure of 0.3 MPa, and the above-described strong stirring was continued during the hydrothermal reaction to obtain a mixed solution A2. Thereafter, the obtained mixed liquid A2 was subjected to solid-liquid separation with a filter press, and the obtained solid content was washed with 10 parts by mass of water (20 ° C.) with respect to 1 part by mass of the solid content, Firing was performed at 850 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to obtain monoclinic titanium niobium oxide particles (a) (TiNb 2 O 7 , average particle size of 300 nm) as primary particles.

得られた単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子(a)100質量部に対し、結着材として炭素原子換算で6質量部のグルコースを、スラリー濃度が10質量%(a1)、15質量%(a2)、40質量%(a3)、45質量%(a4)となる量の水に投入し、スラリー濃度の異なる4種類のスラリーA1、A2、A3、及びA4を調製した。次いで、スラリーA1、A2、A3、及びA4をそれぞれ噴霧乾燥(スプレードライヤー;藤崎電機社製 MDL−050M)して、造粒物A1、A2、A3、及びA4を得た。得られた造粒物A1、A2、A3、及びA4をそれぞれ、還元雰囲気下で700℃、1時間焼成して、以下に示すチタンニオブ酸化物二次粒子(A)((a1)〜(a4))を得た。   With respect to 100 parts by mass of the obtained monoclinic titanium niobium oxide particles (a), 6 parts by mass of glucose in terms of carbon atom as a binder, and a slurry concentration of 10% by mass (a1), 15% by mass (a2 ), 40% by mass (a3), and 45% by mass (a4) of water, and four types of slurries A1, A2, A3, and A4 having different slurry concentrations were prepared. Next, the slurry A1, A2, A3, and A4 were each spray-dried (spray dryer; MDL-050M manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.) to obtain granules A1, A2, A3, and A4. The obtained granulated products A1, A2, A3, and A4 were each fired at 700 ° C. for 1 hour in a reducing atmosphere, and the following titanium niobium oxide secondary particles (A) ((a1) to (a4) )

二次粒子(a1):平均粒径8.8μm、空隙率27.1体積%
二次粒子(a2):平均粒径10.1μm、空隙率24.5体積%
二次粒子(a3):平均粒径18.3μm、空隙率12.1体積%
二次粒子(a4):平均粒径19.1μm、空隙率9.3体積%
Secondary particles (a1): Average particle size 8.8 μm, porosity 27.1% by volume
Secondary particles (a2): average particle size 10.1 μm, porosity 24.5% by volume
Secondary particles (a3): average particle size 18.3 μm, porosity 12.1% by volume
Secondary particles (a4): average particle size 19.1 μm, porosity 9.3% by volume

[製造例2:チタン酸リチウム粒子(B)(LiTi12)の製造]
酸化チタン粉末 1.768kg、及び炭酸リチウム粉末 0.654kg及びエタノール(粉砕助剤) 6gを、ボールミルで2時間混合及び粉砕して粉末混合物B1を得た。この粉末混合物B1を、空気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成し、解砕した後、本焼成として空気雰囲気下で850℃×12時間焼成し、LiTi12を合成した。
[Production Example 2: Production of lithium titanate particles (B) (Li 4 Ti 5 O 12 )]
1.768 kg of titanium oxide powder, 0.654 kg of lithium carbonate powder, and 6 g of ethanol (grinding aid) were mixed and ground in a ball mill for 2 hours to obtain a powder mixture B1. This powder mixture B1 was calcined at 800 ° C. for 5 hours in an air atmosphere, pulverized, and then calcined at 850 ° C. for 12 hours in an air atmosphere as main firing to synthesize Li 4 Ti 5 O 12 .

得られたLiTi12をボールミル又はジェットミルで粉砕して、以下の平均粒径を有するチタン酸リチウム粒子(B)((b1)〜(b5))を得た。
LiTi12粒子(b1):500nm
LiTi12粒子(b2):600nm
LiTi12粒子(b3):700nm
LiTi12粒子(b4):3μm
LiTi12粒子(b5):4μm
The obtained Li 4 Ti 5 O 12 was pulverized with a ball mill or a jet mill to obtain lithium titanate particles (B) ((b1) to (b5)) having the following average particle diameter.
Li 4 Ti 5 O 12 particles (b1): 500 nm
Li 4 Ti 5 O 12 particles (b2): 600 nm
Li 4 Ti 5 O 12 particles (b3): 700 nm
Li 4 Ti 5 O 12 particles (b4): 3 μm
Li 4 Ti 5 O 12 particles (b5): 4 μm

[実施例1]
製造例1で得られた二次粒子(a3)80質量部に対し、製造例2で得られた粒子(b3)20質量部を、ノビルタNOB130(ホソカワミクロン社製)により、インペラの周速度30m/秒で10分間複合化処理を行って、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体(TiNb(炭素6質量%)80質量%+LiTi12 20質量%、平均粒径:21.0μm)を得た。
[Example 1]
With respect to 80 parts by mass of the secondary particles (a3) obtained in Production Example 1, 20 parts by mass of the particles (b3) obtained in Production Example 2 were added to Nobilta NOB130 (manufactured by Hosokawa Micron Corporation) with a peripheral speed of 30 m / The composite treatment was performed for 10 minutes in seconds, and the negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery (TiNb 2 O 7 (carbon 6% by mass) 80% by mass + Li 4 Ti 5 O 12 20% by mass, average particle size: 21.0 μm) was obtained.

[実施例2]
二次粒子(a3)を二次粒子(a2)とした以外、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体(TiNb(炭素6質量%)80質量%+LiTi12 20質量%、平均粒径:11.6μm)を得た。
[Example 2]
A negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery (TiNb 2 O 7 (6% by mass of carbon) 80% by mass, in the same manner as in Example 1, except that the secondary particles (a3) were changed to secondary particles (a2). + Li 4 Ti 5 O 12 20% by mass, average particle size: 11.6 μm).

[実施例3]
二次粒子(a3)を二次粒子(a2)とし、粒子(b3)を粒子(b4)とした以外、実施例1と同様に処理して、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体(TiNb(炭素6質量%)80質量%+LiTi12 20質量%、平均粒径:13.1μm)を得た。
[Example 3]
The negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery was treated in the same manner as in Example 1 except that the secondary particles (a3) were secondary particles (a2) and the particles (b3) were particles (b4). TiNb 2 O 7 (carbon 6% by mass) 80% by mass + Li 4 Ti 5 O 12 20% by mass, average particle size: 13.1 μm) was obtained.

[実施例4]
二次粒子(a3)を二次粒子(a2)とし、粒子(b3)を粒子(b2)とした以外、実施例1と同様に処理して、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体(TiNb(炭素6質量%)80質量%+LiTi12 20質量%、平均粒径:11.6μm)を得た。
[Example 4]
The negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery was treated in the same manner as in Example 1 except that the secondary particles (a3) were secondary particles (a2) and the particles (b3) were particles (b2). TiNb 2 O 7 (carbon 6 mass%) 80 mass% + Li 4 Ti 5 O 12 20 mass%, average particle diameter: 11.6 μm) was obtained.

[実施例5]
二次粒子(a3)の代わりに二次粒子(a2)を60質量部用い、粒子(b3)の代わりに粒子(b2)を40質量部用いた以外、実施例1と同様に処理して、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体E(TiNb(炭素6質量%)60質量%+LiTi12 40質量%、平均粒径:12.4μm)を得た
[Example 5]
The same treatment as in Example 1 was conducted except that 60 parts by mass of the secondary particles (a2) was used instead of the secondary particles (a3) and 40 parts by mass of the particles (b2) were used instead of the particles (b3). A negative electrode active material composite E for lithium ion secondary battery E (TiNb 2 O 7 (carbon 6% by mass) 60% by mass + Li 4 Ti 5 O 12 40% by mass, average particle size: 12.4 μm) was obtained.

[参考例1]
LiTi12粒子による複合化を行うことなく、チタンニオブ酸化物二次粒子(a2)のみからなる、リチウムイオン二次電池用負極活物質を作製した。
[Reference Example 1]
A negative electrode active material for a lithium ion secondary battery consisting only of the titanium niobium oxide secondary particles (a2) was produced without being composed with Li 4 Ti 5 O 12 particles.

[比較例1]
二次粒子(a3)を二次粒子(a4)とした以外、実施例1と同様に処理して、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体(TiNb(炭素6質量%)80質量%+LiTi12 20質量%、平均粒径:22.1μm)を得た。
[Comparative Example 1]
A negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery (TiNb 2 O 7 (carbon 6 mass%) 80) was treated in the same manner as in Example 1 except that the secondary particles (a3) were changed to secondary particles (a4). Mass% + Li 4 Ti 5 O 12 20 mass%, average particle diameter: 22.1 μm).

[比較例2]
二次粒子(a3)を二次粒子(a1)とした以外、実施例1と同様に処理して、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体(TiNb(炭素6質量%)80質量%+LiTi12 20質量%、平均粒径:9.9μm)を得た。
[Comparative Example 2]
A negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery (TiNb 2 O 7 (carbon 6 mass%) 80) was treated in the same manner as in Example 1 except that the secondary particles (a3) were changed to secondary particles (a1). Mass% + Li 4 Ti 5 O 12 20 mass%, average particle diameter: 9.9 μm).

[比較例3]
二次粒子(a3)を二次粒子(a2)とし、粒子(b3)を粒子(b5)とした以外、実施例1と同様に処理して、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体(TiNb(炭素6質量%)80質量%+LiTi12 20質量%、平均粒径:13.4μm)を得た。
[Comparative Example 3]
The negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery was treated in the same manner as in Example 1 except that the secondary particles (a3) were changed to secondary particles (a2) and the particles (b3) were changed to particles (b5). TiNb 2 O 7 (carbon 6 mass%) 80 mass% + Li 4 Ti 5 O 12 20 mass%, average particle diameter: 13.4 μm) was obtained.

[比較例4]
二次粒子(a3)を二次粒子(a2)とし、粒子(b3)を粒子(b1)とした以外、実施例1と同様に処理して、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体(TiNb(炭素6質量%)80質量%+LiTi12 20質量%、平均粒径:10.3μm)を得た。
[Comparative Example 4]
The negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery was treated in the same manner as in Example 1 except that the secondary particles (a3) were secondary particles (a2) and the particles (b3) were particles (b1). TiNb 2 O 7 (6% by mass of carbon) 80% by mass + 20% by mass of Li 4 Ti 5 O 12 , average particle size: 10.3 μm) was obtained.

[比較例5]
二次粒子(a3)の代わりに二次粒子(a2)を85質量部用い、粒子(b3)の代わりに粒子(b2)を15質量部用いた以外、実施例1と同様に処理して、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体(TiNb(炭素6質量%)85質量%+LiTi12 15質量%、平均粒径:10.9μm)を得た。
[Comparative Example 5]
In the same manner as in Example 1 except that 85 parts by mass of the secondary particles (a2) were used instead of the secondary particles (a3) and 15 parts by mass of the particles (b2) were used instead of the particles (b3), A negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery (TiNb 2 O 7 (carbon 6% by mass) 85% by mass + Li 4 Ti 5 O 12 15% by mass, average particle size: 10.9 μm) was obtained.

[比較例6]
二次粒子(a3)の代わりに二次粒子(a2)を50質量部用い、粒子(b3)の代わりに粒子(b2)を50質量部用いた以外、実施例1と同様に処理して、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体(TiNb(炭素6質量%)50質量%+LiTi12 50質量%、平均粒径:13.3μm)を得た。
[Comparative Example 6]
The same treatment as in Example 1 was conducted except that 50 parts by mass of the secondary particles (a2) was used instead of the secondary particles (a3) and 50 parts by mass of the particles (b2) were used instead of the particles (b3). A negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery (TiNb 2 O 7 (carbon 6% by mass) 50% by mass + Li 4 Ti 5 O 12 50% by mass, average particle size: 13.3 μm) was obtained.

[比較例7]
二次粒子(a3)を90質量部とし、粒子(b3)の代わりに粒子(b2)を10質量部用いた以外、実施例1と同様に処理して、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体(TiNb(炭素6質量%)90質量%+LiTi12 10質量%、平均粒径:19.2μm)を得た。
[Comparative Example 7]
The negative electrode active material for lithium ion secondary batteries was treated in the same manner as in Example 1 except that 90 parts by mass of the secondary particles (a3) and 10 parts by mass of the particles (b2) were used instead of the particles (b3). A composite (TiNb 2 O 7 (carbon 6 mass%) 90 mass% + Li 4 Ti 5 O 12 10 mass%, average particle diameter: 19.2 μm) was obtained.

《担持されたLiTi12の被覆厚さ》
実施例1〜5、比較例1〜7で得られたリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体の断面をSEMで観察し、チタン酸リチウム粒子(B)の被覆層の厚さを評価した。被覆層の厚さは、1個のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体の異なる5箇所で計測したLiTi12の被覆層の厚さの平均値を、リチウムイオン二次電池用負極活物質複合体30個について平均した値とした。測定結果を表1に示す。
<< Coating thickness of supported Li 4 Ti 5 O 12 >>
The cross sections of the negative electrode active material composites for lithium ion secondary batteries obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 7 were observed with an SEM, and the thickness of the coating layer of the lithium titanate particles (B) was evaluated. . The thickness of the coating layer is the average value of the thickness of the coating layer of Li 4 Ti 5 O 12 measured at five different locations of one negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery. The average value for 30 negative electrode active material composites was used. The measurement results are shown in Table 1.

《レーザーラマン分光法によるLiTi12の被覆割合》
実施例1〜5、比較例1〜7で得られたリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体についてレーザーラマン分光法による測定を行い、ラマンシフト1350cm−1付近における、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)が含む担持してなる炭素由来のCのピーク強度値(a)と、ラマンシフト430cm−1付近における、チタン酸リチウム由来のLi−Oのピーク強度値(b)を測定し、それらのピーク強度比((a)/(b))を求めた。測定結果を表1に示す。
"Covering ratio of Li 4 Ti 5 O 12 by laser Raman spectroscopy"
The negative electrode active material composites for lithium ion secondary batteries obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 7 were measured by laser Raman spectroscopy, and titanium niobium oxide secondary particles in the vicinity of Raman shift of 1350 cm −1. The peak intensity value (a) of carbon derived from C contained in (A) and the peak intensity value (b) of Li—O derived from lithium titanate in the vicinity of Raman shift of 430 cm −1 are measured. The peak intensity ratio ((a) / (b)) was determined. The measurement results are shown in Table 1.

《充放電特性の評価》
実施例1〜5、比較例1〜7及び参考例で得られたリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体又はリチウムイオン二次電池用負極活物質、ケッチェンブラック(導電剤)、ポリフッ化ビニリデン(粘結剤)を質量比85:10:5の配合割合で混合し、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えて充分混練し、負極スラリーを調製した。
得られた負極スラリーを厚さ20μmの銅箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80 ℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、負極とした。
次いで、φ15mmに打ち抜いたLi箔を対極とし、電解液としてエチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比3:7の割合で混合した混合溶媒にLiPF6を1 mol/Lの濃度で溶解したものを用い、セパレータに高分子多孔フィルム(ポリプロピレン製)を用いて、露点が−50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型リチウム二次電池(CR−2032)を製造した。
<Evaluation of charge / discharge characteristics>
Negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery or negative electrode active material for lithium ion secondary battery, ketjen black (conductive agent), polyfluoride obtained in Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 7 and Reference Example Vinylidene (binding agent) was mixed at a mass ratio of 85: 10: 5, and N-methyl-2-pyrrolidone was added thereto and kneaded sufficiently to prepare a negative electrode slurry.
The obtained negative electrode slurry was applied to a current collector made of a copper foil having a thickness of 20 μm using a coating machine, and vacuum dried at 80 ° C. for 12 hours. Thereafter, it was punched into a disk shape of φ14 mm and pressed at 16 MPa for 2 minutes using a hand press to obtain a negative electrode.
Next, a Li foil punched to φ15 mm was used as the counter electrode, and LiPF 6 dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7 was used as the electrolyte. Using a polymer porous film (made of polypropylene) as a separator, the separator was incorporated and housed in an ordinary manner in an atmosphere having a dew point of −50 ° C. or lower to produce a coin-type lithium secondary battery (CR-2032).

作成した各リチウム二次電池について、気温30℃環境での、1C(387mA/g)の初期放電容量と50サイクル後の放電容量を測定し(放電容量測定装置:HJ−1001SD8(北斗電工(株)製))、下記式(Z)により容量保持率(%)を求めた。試験結果を表1に示す。
容量保持率(%)=(50サイクル後の放電容量)/(1サイクル後の放電容量) ×100 ・・・(Z)
For each lithium secondary battery thus produced, an initial discharge capacity of 1C (387 mA / g) and a discharge capacity after 50 cycles in an environment of 30 ° C. were measured (discharge capacity measuring device: HJ-1001SD8 (Hokuto Denko Corporation) )))), And the capacity retention rate (%) was determined by the following formula (Z). The test results are shown in Table 1.
Capacity retention (%) = (discharge capacity after 50 cycles) / (discharge capacity after 1 cycle) × 100 (Z)

Figure 0006434555
Figure 0006434555

上記結果より、実施例で得られたリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体から得られる電池は、比較例のものに比して、優れた放電容量及び容量保持率をともに発揮できることがわかる。   From the above results, it can be seen that the batteries obtained from the negative electrode active material composites for lithium ion secondary batteries obtained in the examples can exhibit both excellent discharge capacity and capacity retention compared to those of the comparative examples. .

Claims (10)

記式(I):
LiaTiMbNb2±c7±d・・・(I)
(式(I)中、0≦a≦5、0≦b≦0.3、0≦c≦0.3、及び0≦d≦0.3であり、Mは、Fe、V、Mo、及びTaから選択される1種又は2種以上の元素である。)
で表される単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子からなり、単斜晶型チタンニオブ酸化物粒子に担持されてなる炭素を含むチタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面に、下記式(II):
Li4+xTi512 ・・・(II)
(式(II)中、xは0≦x≦3である。)
で表されるスピネル構造のチタン酸リチウム粒子(B)が被覆層を形成してなり、かつ
チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の含有量と、チタン酸リチウム粒子(B)の含有量との質量比((A):(B))が、85:15〜55:45であるリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体。
Under following formula (I):
Li a TiM b Nb 2 ± c O 7 ± d (I)
(In Formula (I), 0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ c ≦ 0.3, and 0 ≦ d ≦ 0.3, and M is Fe, V, Mo, and 1 or 2 or more elements selected from Ta.)
In Ri Do from represented monoclinic Chitan'niobu oxide particles, the surface of the monoclinic form Chitan'niobu oxide particles supported Chitan'niobu oxide two containing carbon formed by primary particles (A), the following formula (II) :
Li 4 + x Ti 5 O 12 (II)
(In the formula (II), x is 0 ≦ x ≦ 3.)
The lithium titanate particles (B) having a spinel structure represented by formula (1) form a coating layer, and the content of the titanium niobium oxide secondary particles (A) and the content of the lithium titanate particles (B) A negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery having a mass ratio ((A) :( B)) of 85:15 to 55:45.
チタンニオブ酸化物二次粒子(A)が含む担持されてなる炭素が、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)及び/又は水溶性炭素材料由来の炭素(c2)であり、かつ
チタンニオブ酸化物二次粒子(A)中における、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)及び水溶性炭素材料由来の炭素(c2)の合計含有量が、0.1〜8.5質量%である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体。
Carbon supported by the titanium niobium oxide secondary particles (A) is carbon (c1) derived from cellulose nanofibers and / or carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material, and titanium niobium oxide secondary particles 2. The lithium according to claim 1, wherein the total content of carbon (c1) derived from cellulose nanofibers and carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material in (A) is 0.1 to 8.5% by mass. Negative electrode active material composite for ion secondary battery.
チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の平均粒径が、10μm〜40μmである請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体。   3. The negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the titanium niobium oxide secondary particles (A) have an average particle size of 10 μm to 40 μm. チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の内部空隙率が、10〜25体積%である請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体。 The negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the internal porosity of the titanium niobium oxide secondary particles (A) is 10 to 25% by volume. チタン酸リチウム粒子(B)の平均粒径が、600nm〜3μmである請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体。 The negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the lithium titanate particles (B) have an average particle diameter of 600 nm to 3 µm. チタン酸リチウム粒子(B)が形成してなる被覆層の平均厚さが、0.5μm〜3μmである請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体。 The average thickness of the coating layer of lithium titanate particles (B) is obtained by forming the negative active material composite for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5 is 0.5μm~3μm body. ラマンシフト1350cm-1付近における、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)が含む担持してなる炭素由来のCのピーク強度値(a)と、ラマンシフト430cm-1付近における、チタン酸リチウム由来のLi−Oのピーク強度値(b)との比((a)/(b))が、1.2以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体。 Near the Raman shift 1350 cm -1, Chitan'niobu oxide secondary particle (A) carrying C of peak intensity values derived from the carbon formed by including the a (a), in the vicinity of the Raman shift 430 cm -1, Li from lithium titanate The ratio ((a) / (b)) to the peak intensity value (b) of -O is 1.2 or less. The negative electrode active for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6. Substance complex. 平均粒径が、10μm〜40μmである請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体。 Average particle diameter of the negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7 is 10Myuemu~40myuemu. 担持されてなる炭素を含むチタンニオブ酸化物二次粒子(A)とチタン酸リチウム粒子(B)とを、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、チタンニオブ酸化物二次粒子(A)の表面にチタン酸リチウム粒子(B)の被覆層を形成させる工程を備える請求項1〜8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体の製造方法。   The titanium niobium oxide secondary particles (A) containing carbon and the lithium titanate particles (B), which are supported, are mixed while applying compressive force and shearing force, and the titanium niobium oxide secondary particles (A) are mixed. The manufacturing method of the negative electrode active material composite for lithium ion secondary batteries of any one of Claims 1-8 provided with the process of forming the coating layer of lithium titanate particle (B) on the surface. 複合化する工程が、周速度30〜45m/sで回転するインペラを備える密閉容器内で行う工程である請求項9に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質複合体の製造方法。   The method for producing a negative electrode active material composite for a lithium ion secondary battery according to claim 9, wherein the step of combining is a step of performing in a sealed container including an impeller rotating at a peripheral speed of 30 to 45 m / s.
JP2017058336A 2017-03-24 2017-03-24 Negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery and method for producing the same Active JP6434555B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017058336A JP6434555B2 (en) 2017-03-24 2017-03-24 Negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017058336A JP6434555B2 (en) 2017-03-24 2017-03-24 Negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018160432A JP2018160432A (en) 2018-10-11
JP6434555B2 true JP6434555B2 (en) 2018-12-05

Family

ID=63795927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017058336A Active JP6434555B2 (en) 2017-03-24 2017-03-24 Negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6434555B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109659497A (en) * 2019-01-30 2019-04-19 青岛大学 A kind of preparation method of the flexible metatitanic acid lithium electrode based on carbon cloth
CN112736250A (en) * 2020-12-30 2021-04-30 安徽科达铂锐能源科技有限公司 Carbon-coated niobium-doped modified titanium niobate material and preparation method thereof
US20240088357A1 (en) * 2021-01-29 2024-03-14 Gs Yuasa International Ltd. Active material particle, electrode, energy storage device, nonaqueous electrolyte secondary battery, all-solid-state secondary battery, method for producing active material particles, and energy storage apparatus
CN113233504A (en) * 2021-04-29 2021-08-10 武汉理工大学 Preparation method and application of high-conductivity titanium niobate negative electrode material
TWI743017B (en) * 2021-05-10 2021-10-11 台灣中油股份有限公司 Lithium titanate/titanium niobate core-shell composite material and preparation method thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008016446A (en) * 2006-06-09 2008-01-24 Canon Inc Powder material, electrode structure using powder material, power storage device having the electrode structure, and manufacturing method of powder material
JP5319312B2 (en) * 2009-01-21 2013-10-16 株式会社東芝 Negative electrode active material for batteries, non-aqueous electrolyte battery and battery pack
JP2015079727A (en) * 2013-09-10 2015-04-23 東レ株式会社 Negative electrode material for lithium ion secondary batteries, method for manufacturing negative electrode material for lithium ion secondary batteries, resin composition for lithium ion secondary battery negative electrodes, negative electrode for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery
JP6275593B2 (en) * 2013-09-24 2018-02-07 株式会社東芝 Negative electrode active material for lithium ion secondary battery and method for producing the same, lithium ion secondary battery, battery pack, and automobile
JP6353031B2 (en) * 2014-03-19 2018-07-04 株式会社東芝 Battery electrode materials, non-aqueous electrolyte batteries, battery packs and vehicles

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018160432A (en) 2018-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102330628B1 (en) Titanium-niobium composite oxide-based electrode active material and lithium secondary battery using the same
EP3774661B1 (en) Methods for preparing positive electrode material for rechargeable lithium ion batteries
JP6434555B2 (en) Negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery and method for producing the same
JP6431236B1 (en) Positive electrode active material composite for lithium ion secondary battery or positive electrode active material composite for sodium ion secondary battery, secondary battery using these, and production method thereof
JP6207400B2 (en) Lithium titanium mixed oxide
JP4642959B2 (en) Method for producing lithium titanate
JP6030708B1 (en) Method for producing titanium niobium oxide negative electrode active material
JP6535114B2 (en) Method of manufacturing negative electrode active material for lithium ion secondary battery
JP3894778B2 (en) Lithium titanate and lithium battery using the same
JP6200529B2 (en) Method for producing negative electrode active material for secondary battery
WO2012002122A1 (en) Method for producing porous lithium titanate, porous lithium titanate and lithium battery using same
JP7125302B2 (en) Manufacturing method of NASICON type negative electrode active material particles for sodium ion secondary battery
JP2012030989A (en) Titanium dioxide, method of manufacturing the same, electrode for lithium ion battery using the same, and lithium ion battery
JP5990512B2 (en) Titanium raw material for producing lithium titanate and method for producing lithium titanate using such raw material
JP5876771B2 (en) Titanium oxide for electrode and method for producing the same
JP7366662B2 (en) Positive electrode active material composite for lithium ion secondary battery and method for manufacturing the same
JP2012113950A (en) Lithium-titanium compound particle, method for producing the same, electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6243932B2 (en) Method for producing titanium niobium oxide, and method for producing titanium niobium oxide negative electrode active material using titanium niobium oxide obtained therefrom
JP2017098100A (en) Oxide based negative electrode active material for secondary battery and manufacturing method of the same
JP6126191B1 (en) Oxide-based negative electrode active material for secondary battery and method for producing the same
JP6098670B2 (en) Method for producing titanium dioxide
JP6486518B2 (en) Method for producing negative electrode active material for lithium ion secondary battery
JP6243938B2 (en) Method for producing negative electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, and negative electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP7421372B2 (en) Method for manufacturing positive electrode active material composite for lithium ion secondary battery
JP6535063B2 (en) Method of manufacturing positive electrode active material complex for lithium ion secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180810

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180904

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180926

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181030

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181108

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6434555

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250