JP6437856B2 - Active material for nonaqueous electrolyte storage element - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解質蓄電素子用活物質及びそれを用いた非水電解質蓄電素子に関する。 The present invention relates to an active material for a nonaqueous electrolyte storage element and a nonaqueous electrolyte storage element using the same.
特許文献1には、Li3NbO4とLiMeO2(MeはFe又はMn)の固溶体であり、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有し、組成式Li1+xNbyMezApO2(MeはFe及び/又はMnを含む遷移金属、0<x<1、0<y<0.5、0.25≦z<1、AはNb、Me以外の元素、0≦p≦0.2)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として含有する非水電解質二次電池が記載されている。 Patent Document 1, Li 3 NbO 4 and LiMeO 2 (Me is Fe or Mn) is a solid solution of having a possible crystal structure belonging to the space group Fm-3m, the composition formula Li 1 + x Nb y Me z A p O 2 (Me is a transition metal containing Fe and / or Mn, 0 <x <1, 0 <y <0.5, 0.25 ≦ z <1, A is an element other than Nb and Me, 0 ≦ p ≦ A non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium transition metal composite oxide represented by 0.2) as a positive electrode active material is described.
非特許文献1には、LiVO2とLi2TiO3の固溶体であり、空間群R−3mに帰属可能な結晶構造を有し、組成式(1−x)LiVO2・xLi2TiO3で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として含有する非水電解質二次電池が記載されている。 Non-Patent Document 1 discloses a solid solution of LiVO 2 and Li 2 TiO 3 , having a crystal structure that can be assigned to the space group R-3m, and represented by a composition formula (1-x) LiVO 2 · xLi 2 TiO 3 . A non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material is described.
非特許文献2には、LiVO2におけるVの一部をCrに置換した固溶体であり、空間群R−3mに帰属可能な結晶構造を有し、組成式LiCrxV1−xO2で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として含有する非水電解質二次電池が記載されている。 Non-Patent Document 2 describes a solid solution in which a part of V in LiVO 2 is substituted with Cr, has a crystal structure that can be assigned to the space group R-3m, and is represented by a composition formula LiCr x V 1-x O 2 . A non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material is described.
しかしながら、特許文献1、非特許文献1、2に記載されたリチウム遷移金属複合酸化物を含有する電極は、初期の数サイクルにおいて放電容量が大きく低下するという問題があった。 However, the electrode containing the lithium transition metal composite oxide described in Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 and 2 has a problem that the discharge capacity is greatly reduced in the initial few cycles.
本発明は、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有し、組成式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を含有する非水電解質蓄電素子用活物質である。
Li1+xNbyMezApO2 ・・・ (1)
(MeはVを含む遷移金属、0<x<1、0<y<0.5、0<z<1、AはNb、Me、O以外の元素、0≦p≦0.2)
The present invention is an active material for a non-aqueous electrolyte storage element having a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m and containing a lithium transition metal composite oxide represented by the composition formula (1).
Li 1 + x Nb y Me z A p O 2 ··· (1)
(Me is a transition metal containing V, 0 <x <1, 0 <y <0.5, 0 <z <1, A is an element other than Nb, Me, O, 0 ≦ p ≦ 0.2)
本発明によれば、高い放電容量と優れた充放電サイクル性能を兼ね備えた非水電解質蓄電素子用活物質を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the active material for nonaqueous electrolyte electrical storage elements which has high discharge capacity and the outstanding charging / discharging cycling performance can be provided.
本発明の構成及び効果について、技術思想を交えて説明する。但し、作用機構については推定を含んでおり、その正否は、本発明を制限しない。なお、本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、後述の実施の形態若しくは実験例は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内である。 The configuration and effects of the present invention will be described with a technical idea. However, the action mechanism includes estimation, and the correctness does not limit the present invention. It should be noted that the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. For this reason, the following embodiments or experimental examples are merely examples in all respects and should not be interpreted in a limited manner. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明に係る非水電解質蓄電素子用活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物が、Li3NbO4−LiMeO2(MeはNb以外の遷移金属)の固溶体を含む点に特徴を有する。従って、前記リチウム遷移金属複合酸化物において、Nbの価数はおよそ+5であることが理解される。また、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、エックス線回折図において,空間群Fm−3mに帰属可能なピークを有することを特徴とする。本願明細書の実施例の欄にも記載するように、Li3NbO4は空間群I−43mに帰属可能なピークを有し、LiVO2は空間群R−3mに帰属可能なピークを有する。これに対して、両者の固溶体を含むと考えられる本発明に係る非水電解質蓄電素子用活物質は、空間群Fm−3mに帰属可能なピークを有する。本発明に係る非水電解質蓄電素子用活物質は、空間群Fm−3mに帰属可能なピーク以外の回折ピークを含んでいてもよい。なかでも、空間群Fm−3mに帰属可能なピーク及び空間群R−3mに帰属可能なピークを有するものは好ましい。
なお、空間群「R−3m」「Fm−3m」における「−3」、空間群「I−43m」における「−4」はそれぞれ3回回反軸、4回回反軸の対称要素を表し、本来「3」「4」の上にバー「−」を施して表記すべきものである。
The active material for a nonaqueous electrolyte storage element according to the present invention is characterized in that the lithium transition metal composite oxide includes a solid solution of Li 3 NbO 4 —LiMeO 2 (Me is a transition metal other than Nb). Therefore, it is understood that the valence of Nb is about +5 in the lithium transition metal composite oxide. In addition, the lithium transition metal composite oxide has a peak that can be assigned to the space group Fm-3m in the X-ray diffraction diagram. As described in the Examples section of the present specification, Li 3 NbO 4 has a peak that can be assigned to the space group I-43m, and LiVO 2 has a peak that can be assigned to the space group R-3m. On the other hand, the non-aqueous electrolyte storage element active material according to the present invention, which is considered to contain both solid solutions, has a peak that can be assigned to the space group Fm-3m. The active material for a nonaqueous electrolyte electricity storage device according to the present invention may include a diffraction peak other than a peak that can be assigned to the space group Fm-3m. Among these, those having a peak that can be assigned to the space group Fm-3m and a peak that can be assigned to the space group R-3m are preferable.
Note that “−3” in the space groups “R-3m” and “Fm-3m” and “−4” in the space group “I-43m” represent the symmetrical elements of the 3-fold anti-axis and 4-fold anti-axis, respectively. “3” and “4” should be marked with a bar “−”.
Li3NbO4−LiMeO2(MeはVを含む遷移金属)の固溶体は、酸素の係数を整理して次式で表される。
aLiMeO2・(1−a)Li3/2Nb1/2O2(0<a<1)
これを変形して次式が得られる。
Li1+(1−a)/2Nb(1−a)/2MeaO2
従って、これを次式
Li1+xNbyMezO2
で表したとき、yが取りうる範囲は、0<y<0.5である。
上記式は、任意元素Aを加え、次式で表現することができる。
Li1+xNbyMezApO2 ・・・ (1)
(MeはVを含む遷移金属、0<x<1、0<y<0.5、0<z<1、AはNb、Me以外の元素、0≦p≦0.2)
ここで、上記式の変形過程に従えば、x=yであるから、0<x<0.5が導かれる。しかしながら、合成時にLi原料を理論組成比率よりも過剰に加えることが一般に行われること、充放電によってLiの組成比率が大きく変動すること、放電末状態では合成時よりもLiの組成比率が大きくなる可能性があることから、0<x<1と表記した。
A solid solution of Li 3 NbO 4 —LiMeO 2 (Me is a transition metal containing V) is expressed by the following formula by arranging coefficients of oxygen.
aLiMeO 2. (1-a) Li 3/2 Nb 1/2 O 2 (0 <a <1)
By transforming this, the following equation is obtained.
Li 1+ (1-a) / 2 Nb (1-a) / 2 Me a O 2
Thus, following equation which Li 1 + x Nb y Me z O 2
The range that y can take is 0 <y <0.5.
The above formula can be expressed by the following formula by adding the optional element A.
Li 1 + x Nb y Me z A p O 2 ··· (1)
(Me is a transition metal containing V, 0 <x <1, 0 <y <0.5, 0 <z <1, A is an element other than Nb and Me, 0 ≦ p ≦ 0.2)
Here, according to the transformation process of the above equation, since x = y, 0 <x <0.5 is derived. However, it is generally performed that the Li raw material is added in excess of the theoretical composition ratio at the time of synthesis, the composition ratio of Li greatly varies due to charge and discharge, and the Li composition ratio becomes larger than at the time of synthesis at the end of discharge. Since there is a possibility, 0 <x <1 was written.
本発明者らは、上記式(1)において、MeがVを含み、zの値が0.3以上であることにより、高い放電容量と優れた充放電サイクル性能を兼ね備えた非水電解質蓄電素子用活物質が得られることを見出し、本発明に至った。この観点から、zの値は0.4以上がより好ましい。また、zの値は0.9以下が好ましく、0.8以下がより好ましい。また、yは0.05以上が好ましく、0.1以上がより好ましく、0.2以上がさらに好ましい。また、yは0.4以下が好ましい。 In the above formula (1), the present inventors have a non-aqueous electrolyte electricity storage device having high discharge capacity and excellent charge / discharge cycle performance when Me includes V and the value of z is 0.3 or more. The present inventors have found that an active material can be obtained and have reached the present invention. From this viewpoint, the value of z is more preferably 0.4 or more. Further, the value of z is preferably 0.9 or less, and more preferably 0.8 or less. Moreover, y is preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, and further preferably 0.2 or more. Moreover, y is preferably 0.4 or less.
前記固溶体がaLiMeO2・(1−a)Li3/2Nb1/2O2(0<a<1)の関係式を満たすとき、2y+z=1の関係式及びx=yの関係式が導かれる。従って、実用的には、0.8≦2y+z≦1.2の範囲であれば、高い放電容量と優れた充放電サイクル性能を兼ね備えた非水電解質蓄電素子用活物質とすることが可能であり、本発明の技術思想を逸脱することなく本発明を実施できる。なかでも、0.9≦2y+z≦1.1であることがより好ましい。また、電極作製前の原料としての非水電解質蓄電素子用活物質としては、実用的には|x−y|≦0.2が好ましく、0≦x−y≦0.03がより好ましい。 When the solid solution satisfies the relational expression of aLiMeO 2. (1-a) Li 3/2 Nb 1/2 O 2 (0 <a <1), the relational expression of 2y + z = 1 and the relational expression of x = y are derived. It is burned. Therefore, practically, in the range of 0.8 ≦ 2y + z ≦ 1.2, it is possible to provide an active material for a nonaqueous electrolyte storage element having both a high discharge capacity and excellent charge / discharge cycle performance. The present invention can be implemented without departing from the technical idea of the present invention. Especially, it is more preferable that it is 0.9 <= 2y + z <= 1.1. Moreover, as an active material for a non-aqueous electrolyte storage element as a raw material before electrode preparation, practically, | xy | ≦ 0.2 is preferable, and 0 ≦ xy ≦ 0.03 is more preferable.
組成式(1)において、MeはVを必須とする。Meを構成するV以外の遷移金属としては、限定されないが、Mn、Fe、Ni、Co、Cu等の遷移金属が好ましい。Meを構成するVの元素比率V/Me比は、0.5以上が好ましく、0.6以上がより好ましく、0.7以上がさらに好ましい。任意元素Aとしては、限定されないが、Na,Ca等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属、Zn,In,Al等の元素が挙げられる。 In the composition formula (1), Me is essential for V. Although it does not limit as transition metals other than V which comprise Me, transition metals, such as Mn, Fe, Ni, Co, Cu, are preferable. The element ratio V / Me ratio of V constituting Me is preferably 0.5 or more, more preferably 0.6 or more, and even more preferably 0.7 or more. Examples of the optional element A include, but are not limited to, alkali metals or alkaline earth metals such as Na and Ca, and elements such as Zn, In, and Al.
本発明の非水電解質蓄電素子用活物質は、正極活物質として用いることができる。また、他の活物質と混合して用いてもよい。 The active material for nonaqueous electrolyte electricity storage elements of the present invention can be used as a positive electrode active material. Moreover, you may mix and use with another active material.
本願発明の非水電解質蓄電素子用活物質の粉体は、平均粒子サイズ100μm以下であることが好ましい。特に、非水電解質蓄電素子の出力特性を向上させる目的で30μm以下であることが望ましい。また、リチウム遷移金属複合酸化物の一次粒子の大きさは、その平均が0.5〜3μmであることが好ましい。 The powder of the active material for a non-aqueous electrolyte electricity storage device of the present invention preferably has an average particle size of 100 μm or less. In particular, the thickness is desirably 30 μm or less for the purpose of improving the output characteristics of the nonaqueous electrolyte storage element. The average primary particle size of the lithium transition metal complex oxide is preferably 0.5 to 3 μm.
次に、本発明の非水電解質蓄電素子用活物質を製造する方法について説明する。
本発明の非水電解質蓄電素子用活物質は、基本的に、活物質を構成する金属元素(Li,Nb,Me)を、目的とする活物質(リチウム遷移金属複合酸化物)の組成通りに含有するように原料を調整し、最終的にこの原料を焼成すること、によって得ることができる。但し、Li原料の量については、焼成中にLi原料の一部が消失することを見込んで、1〜5%程度過剰に含有させることが好ましく、3%程度過剰に含有させることがより好ましい。
Next, a method for producing the active material for a nonaqueous electrolyte electricity storage device of the present invention will be described.
The active material for a non-aqueous electrolyte electricity storage device of the present invention basically includes a metal element (Li, Nb, Me) constituting the active material according to the composition of the target active material (lithium transition metal composite oxide). It can be obtained by adjusting the raw material to contain, and finally firing this raw material. However, with respect to the amount of the Li raw material, it is preferable that the Li raw material is excessively contained in an amount of about 1 to 5%, more preferably about 3%, in anticipation that part of the Li raw material disappears during firing.
目的とする組成を有するリチウム遷移金属複合酸化物を作製するための方法として、Li、Nb、Meのそれぞれの塩を混合・焼成するいわゆる「固相法」や、あらかじめNb、Meを一粒子中に存在させた共沈前駆体を作製しておき、これにLi塩を混合・焼成する「共沈法」、このほかにも、「蒸発乾固法」、「スプレードライ法」等が挙げられる。
本発明では、実施例に後述するように「固相法」を採用している。「固相法」を採用することにより、特別な装置を必要とせず、合成工程の簡易化が可能となり、活物質の合成コストを削減することができるので好ましい。
As a method for producing a lithium transition metal composite oxide having a target composition, a so-called “solid phase method” in which each salt of Li, Nb, and Me is mixed and fired, or Nb and Me in one particle in advance. "Coprecipitation method", in which a coprecipitation precursor present in the solution is prepared, and Li salt is mixed and calcined to this, in addition to this, "evaporation to dryness method", "spray dry method", etc. .
In the present invention, the “solid phase method” is employed as described later in the Examples. By adopting the “solid phase method”, a special apparatus is not required, the synthesis process can be simplified, and the synthesis cost of the active material can be reduced, which is preferable.
前述の「固相法」等による合成における焼成温度は、目的とするリチウム遷移金属複合酸化物が生成する温度であれば特に限定はされないが、原料として用いるリチウム塩が溶融する温度以上とすることで、結晶化が進行するため充放電容量が大きくなるので好ましい。具体的には、用いるリチウム塩の種類にもよるが、焼成温度は500℃以上とすることが好ましい。さらに、生成したリチウム遷移金属複合酸化物の結晶性を適度に上げて、充放電特性を向上させる目的で800℃以上とすることがより好ましい。 The firing temperature in the synthesis by the above-mentioned “solid phase method” is not particularly limited as long as it is a temperature at which the target lithium transition metal composite oxide is formed, but it should be not less than the temperature at which the lithium salt used as a raw material melts. In this case, since the crystallization proceeds, the charge / discharge capacity increases, which is preferable. Specifically, although it depends on the type of lithium salt used, the firing temperature is preferably 500 ° C. or higher. Furthermore, it is more preferable to set it at 800 ° C. or higher for the purpose of appropriately increasing the crystallinity of the produced lithium transition metal composite oxide and improving the charge / discharge characteristics.
前述の方法で作製したリチウム遷移金属複合酸化物は、粉体を所定の形状で得るために粉砕機や分級機を用いることができる。例えば乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェトミル、旋回気流型ジェットミル又は篩等が用いられる。粉砕時には水、アセトン、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、特に限定はなく、篩や風力分級機などが、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。 The lithium transition metal composite oxide produced by the above-described method can use a pulverizer or a classifier to obtain powder in a predetermined shape. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, a counter jet mill, a swirling air flow type jet mill or a sieve is used. At the time of pulverization, wet pulverization in which an organic solvent such as water, acetone or hexane coexists can be used. There is no particular limitation on the classification method, and a sieve, an air classifier, or the like is used as needed for both dry and wet methods.
また、本発明では、リチウム遷移金属複合酸化物の電子伝導性を補う目的で非水電解質蓄電素子用活物質の粒子の表面に、導電性物質を備えていても良い。導電性物質としては、リチウム遷移金属複合酸化物よりも電子伝導性に優れるならば、特に限定されることは無い。例えば、金属、金属酸化物、アセチレンブラック等の黒鉛性炭素、カーボンナノチューブ、有機物の熱分解由来の炭素、導電性高分子等が挙げられるが、本発明においては、黒鉛性炭素が好ましい。 Moreover, in this invention, you may equip the surface of the particle | grains of the active material for nonaqueous electrolyte electrical storage elements with the electroconductive substance in order to supplement the electronic conductivity of lithium transition metal complex oxide. The conductive substance is not particularly limited as long as it has better electronic conductivity than the lithium transition metal composite oxide. Examples thereof include graphitic carbon such as metal, metal oxide, and acetylene black, carbon nanotubes, carbon derived from pyrolysis of organic substances, and conductive polymers. In the present invention, graphitic carbon is preferable.
非水電解質蓄電素子用活物質の粒子の表面に導電性物質を備えるための方法としては、メカノフュージョン等のように、物理的に活物質粒子表面に導電性物質を圧着させる方法が好ましい。本発明では、後述の実施例に記載するように、非水電解質蓄電素子用活物質を焼成した後に、ボールミルによる粉砕工程を設けている。この工程に導電性物質を共存させることで、導電性物質を粒子の表面に備えることができる。 As a method for providing the conductive material on the surface of the active material particle for the nonaqueous electrolyte storage element, a method of physically bonding the conductive material to the surface of the active material particle, such as mechanofusion, is preferable. In the present invention, as described in Examples described later, after the active material for a nonaqueous electrolyte electricity storage element is fired, a pulverizing step using a ball mill is provided. By allowing a conductive substance to coexist in this step, the conductive substance can be provided on the surface of the particles.
非水電解質蓄電素子用活物質の粒子の表面に導電性物質を備えるための方法としては、有機化合物の熱分解を利用する方法もある。この方法では、焼成後の非水電解質蓄電素子用活物質と有機化合物を混合して、不活性或いは還元雰囲気中において、有機物の熱分解温度を超えて加熱することにより、非水電解質蓄電素子用活物質の粒子の表面に炭素を被覆させることができる。但し、リチウム遷移金属複合酸化物に含まれる遷移金属の種類によっては、加熱中に金属まで還元されて、目的とするリチウム遷移金属複合酸化物の組成が変化する可能性があるため注意が必要である。 As a method for providing a conductive material on the surface of particles of the active material for a non-aqueous electrolyte storage element, there is a method using thermal decomposition of an organic compound. In this method, the active material for non-aqueous electrolyte storage element after firing and the organic compound are mixed and heated in an inert or reducing atmosphere, exceeding the thermal decomposition temperature of the organic matter, so that the non-aqueous electrolyte storage element use The surface of the active material particles can be coated with carbon. However, depending on the type of transition metal contained in the lithium transition metal composite oxide, care should be taken because the composition of the target lithium transition metal composite oxide may change due to reduction to the metal during heating. is there.
本発明に係る非水電解質二次電池の負極に用いる負極材料としては、限定されず、リチウムイオンを吸蔵・放出することのできる形態の負極材料であればどれを選択してもよい。例えば、Li[Li1/3Ti5/3]O4に代表されるスピネル型結晶構造を有するチタン酸リチウム等のチタン系材料;SiやSb,Sn系などの合金系材料;リチウム金属;リチウム−シリコン、リチウム−アルミニウム,リチウム−鉛,リチウム−スズ,リチウム−アルミニウム−スズ,リチウム−ガリウム等のリチウム合金;リチウム−チタンなどのリチウム複合酸化物;酸化珪素;リチウムを吸蔵・放出可能な合金;グラファイト、ハードカーボン、低温焼成炭素、非晶質カーボン等の炭素材料等が挙げられる。 The negative electrode material used for the negative electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is not limited, and any negative electrode material that can occlude and release lithium ions may be selected. For example, titanium-based materials such as lithium titanate having a spinel crystal structure typified by Li [Li 1/3 Ti 5/3 ] O 4 ; alloy-based materials such as Si, Sb, and Sn; lithium metal; lithium -Lithium alloys such as silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium; lithium composite oxides such as lithium-titanium; silicon oxide; alloys capable of inserting and extracting lithium Carbon materials such as graphite, hard carbon, low-temperature calcined carbon, and amorphous carbon can be used.
負極材料の粉体は、平均粒子サイズ100μm以下であることが望ましい。粉体を所定の形状で得るためには粉砕機や分級機が用いられる。例えば乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェトミル、旋回気流型ジェットミル又は篩等が用いられる。粉砕時には水、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、特に限定はなく、篩や風力分級機などが、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。 The powder of the negative electrode material desirably has an average particle size of 100 μm or less. In order to obtain the powder in a predetermined shape, a pulverizer or a classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, a counter jet mill, a swirling air flow type jet mill or a sieve is used. At the time of pulverization, wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as hexane may be used. There is no particular limitation on the classification method, and a sieve, an air classifier, or the like is used as needed for both dry and wet methods.
以上、正極及び負極の主要構成成分である正極活物質及び負極材料について詳述したが、前記正極及び負極には、前記主要構成成分の他に、導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等が、他の構成成分として含有されてもよい。 The positive electrode active material and the negative electrode material, which are the main components of the positive electrode and the negative electrode, have been described in detail above. In addition to the main components, the positive electrode and the negative electrode include a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler. Etc. may be contained as other constituents.
導電剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば限定されないが、通常、鱗状黒鉛,鱗片状黒鉛,土状黒鉛等の天然黒鉛;人造黒鉛;カーボンブラック;アセチレンブラック;ケッチェンブラック;カーボンウイスカー;炭素繊維;銅,ニッケル,アルミニウム,銀,金等の金属粉;金属繊維;導電性セラミックス材料等の導電性材料を1種又は2種以上を混合して用いることができる。 The conductive agent is not limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect battery performance. Usually, natural graphite such as scaly graphite, scaly graphite, and earth graphite; artificial graphite; carbon black; acetylene black; Chain black; carbon whisker; carbon fiber; metal powder such as copper, nickel, aluminum, silver, and gold; metal fiber; conductive materials such as conductive ceramic materials can be used alone or in combination of two or more. .
これらの中で、導電剤としては、電子伝導性及び塗工性の観点よりアセチレンブラックが望ましい。導電剤の添加量は、正極又は負極の総重量に対して0.1重量%〜50重量%が好ましく、特に0.5重量%〜30重量%が好ましい。特にアセチレンブラックを0.1〜0.5μmの超微粒子に粉砕して用いると必要量を削減できるため望ましい。これらの混合方法は、物理的な混合であり、その理想とするところは均一混合である。そのため、V型混合機、S型混合機、擂かい機、ボールミル、遊星ボールミルといったような粉体混合機を乾式、あるいは湿式で混合することが可能である。 Among these, as the conductive agent, acetylene black is desirable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. The addition amount of the conductive agent is preferably 0.1% by weight to 50% by weight, and particularly preferably 0.5% by weight to 30% by weight with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode. In particular, it is desirable to use acetylene black by pulverizing it into ultrafine particles of 0.1 to 0.5 μm because the required amount can be reduced. These mixing methods are physical mixing, and the ideal is uniform mixing. Therefore, powder mixers such as V-type mixers, S-type mixers, crackers, ball mills, and planetary ball mills can be mixed dry or wet.
前記結着剤としては、通常、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),ポリフッ化ビニリデン(PVDF),ポリエチレン,ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂;エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM),スルホン化EPDM,スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーを1種又は2種以上の混合物として用いることができる。結着剤の添加量は、正極又は負極の総重量に対して1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%が好ましい。 Examples of the binder include thermoplastic resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, and polypropylene; ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, and styrene butadiene. Polymers having rubber elasticity such as rubber (SBR) and fluororubber can be used as one kind or a mixture of two or more kinds. The addition amount of the binder is preferably 1 to 50% by weight, particularly preferably 2 to 30% by weight, based on the total weight of the positive electrode or the negative electrode.
フィラーとしては、蓄電素子性能に悪影響を及ぼさない材料であれば何でも良い。通常、ポリプロピレン,ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー、無定形シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素等が用いられる。フィラーの添加量は、正極又は負極の総重量に対して添加量は30重量%以下が好ましい。 The filler may be any material as long as it does not adversely affect the performance of the storage element. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, amorphous silica, alumina, zeolite, glass, carbon and the like are used. The addition amount of the filler is preferably 30% by weight or less with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode.
正極及び負極は、前記主要構成成分(正極活物質又は負極材料)を含有し、N−メチルピロリドン、トルエン等の有機溶媒又は水を分散溶媒とする塗布液を作製し、正極集電体又は負極集電体に塗布し、前記分散溶媒を加熱除去すること等により好適に作製される。前記塗布方法については、例えば、アプリケーターロールなどのローラーコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレード方式、スピンコーティング、バーコータ等の手段を用いて任意の厚さ及び任意の形状に塗布することが望ましいが、これらに限定されない。 The positive electrode and the negative electrode contain the main constituent (positive electrode active material or negative electrode material), and prepare a coating solution using an organic solvent such as N-methylpyrrolidone or toluene or water as a dispersion solvent, and the positive electrode current collector or the negative electrode It is preferably produced by applying to a current collector and removing the dispersion solvent by heating. About the application method, for example, it is desirable to apply to any thickness and any shape using means such as roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, etc. It is not limited.
本発明に係る非水電解質蓄電素子に用いる非水電解質が含有する非水溶媒は、限定されず、一般にリチウム電池等への使用が提案されている非水溶媒が使用可能である。非水電解質に用いる非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネート類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル類;テトラヒドロフラン又はその誘導体;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジブトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキソラン又はその誘導体;エチレンスルフィド、スルホラン、スルトン又はその誘導体等の単独又はそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されない。 The non-aqueous solvent contained in the non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte electricity storage device according to the present invention is not limited, and non-aqueous solvents generally proposed for use in lithium batteries and the like can be used. Examples of the nonaqueous solvent used for the nonaqueous electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, and vinylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate Chain carbonates such as diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl butyrate; tetrahydrofuran or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2- Ethers such as dimethoxyethane, 1,4-dibutoxyethane and methyldiglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or derivatives thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or the like A single derivative or a mixture of two or more thereof can be exemplified, but the invention is not limited to these.
非水電解質に用いる電解質塩としては、例えば、LiClO4,LiBF4,LiAsF6,LiPF6,LiSCN,LiBr,LiI,Li2SO4,Li2B10Cl10,NaClO4,NaI,NaSCN,NaBr,KClO4,KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)又はカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCF3SO3,LiN(CF3SO2)2,LiN(C2F5SO2)2,LiN(CF3SO2)(C4F9SO2),LiC(CF3SO2)3,LiC(C2F5SO2)3,(CH3)4NBF4,(CH3)4NBr,(C2H5)4NClO4,(C2H5)4NI,(C3H7)4NBr,(n−C4H9)4、NClO4,(n−C4H9)4NI,(C2H5)4N−maleate,(C2H5)4N−benzoate,(C2H5)4N−phthalate、ステアリルスルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸リチウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機イオン塩等が挙げられ、これらのイオン性化合物を単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。 Examples of the electrolyte salt used for the non-aqueous electrolyte include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, and NaBr. , KClO 4 , KSCN, and other inorganic ion salts containing one of lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K), LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 (SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , ( CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (n-C 4 H 9 ) 4 , NClO 4 , (n-C 4 H 9 ) 4 NI, (C 2 H 5 ) 4 N-maleate, (C 2 H 5 ) 4 N-benzoate, (C 2 H 5 ) 4 N-phthalate, Examples thereof include organic ionic salts such as lithium stearyl sulfonate, lithium octyl sulfonate, and lithium dodecylbenzene sulfonate. These ionic compounds can be used alone or in admixture of two or more.
さらに、LiPF6又はLiBF4と、LiN(C2F5SO2)2のようなパーフルオロアルキル基を有するリチウム塩とを混合して用いることにより、さらに電解質の粘度を下げることができるので、低温特性をさらに高めることができ、また、自己放電を抑制することができ、より望ましい。 Further, by using a mixture of LiPF 6 or LiBF 4 and a lithium salt having a perfluoroalkyl group such as LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , the viscosity of the electrolyte can be further reduced, The low temperature characteristics can be further improved, and self-discharge can be suppressed, which is more desirable.
また、非水電解質として常温溶融塩やイオン液体を用いてもよい。 Moreover, you may use normal temperature molten salt and an ionic liquid as a nonaqueous electrolyte.
非水電解質における電解質塩の濃度としては、高い蓄電素子特性を有する非水電解質蓄電素子を確実に得るために、0.1mol/L〜5mol/Lが好ましく、さらに好ましくは、0.5mol/L〜2.5mol/Lである。 The concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol / L to 5 mol / L, more preferably 0.5 mol / L in order to reliably obtain a non-aqueous electrolyte storage element having high storage element characteristics. -2.5 mol / L.
セパレータとしては、優れた高率放電性能を示す多孔膜や不織布等を、単独あるいは併用することが好ましい。非水電解質電池用セパレータを構成する材料としては、例えばポリエチレン,ポリプロピレン等に代表されるポリオレフィン系樹脂;ポリエチレンテレフタレート,ポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル系樹脂;ポリフッ化ビニリデン;フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体;フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル共重合体;フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体;フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体;フッ化ビニリデン−フルオロエチレン共重合体;フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体;フッ化ビニリデン−エチレン共重合体;フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体;フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン共重合体;フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体;フッ化ビニリデン−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等を挙げることができる。 As the separator, it is preferable to use a porous film or a non-woven fabric exhibiting excellent high rate discharge performance alone or in combination. Examples of the material constituting the separator for a non-aqueous electrolyte battery include polyolefin resins typified by polyethylene and polypropylene; polyester resins typified by polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate; polyvinylidene fluoride; vinylidene fluoride-hexa Fluoropropylene copolymer; vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer; vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer; vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer; vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer; Vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer; vinylidene fluoride-ethylene copolymer; vinylidene fluoride-propylene copolymer; vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer; vinylidide fluoride - tetrafluoroethylene - hexafluoropropylene copolymer; a vinylidene fluoride - ethylene - can be mentioned tetrafluoroethylene copolymer.
セパレータの空孔率は強度の観点から98体積%以下が好ましい。また、充放電特性の観点から空孔率は20体積%以上が好ましい。 The porosity of the separator is preferably 98% by volume or less from the viewpoint of strength. Further, the porosity is preferably 20% by volume or more from the viewpoint of charge / discharge characteristics.
また、セパレータは、例えばアクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタアクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン等のポリマーと電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。非水電解質を上記のようにゲル状態で用いると、漏液を防止する効果がある点で好ましい。 The separator may be a polymer gel composed of a polymer such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinyl pyrrolidone, polyvinylidene fluoride, and an electrolyte. Use of the non-aqueous electrolyte in the gel state as described above is preferable in that it has an effect of preventing leakage.
さらに、セパレータは、上述したような多孔膜や不織布等とポリマーゲルを併用して用いると、電解質の保液性が向上するため望ましい。即ち、ポリエチレン微孔膜の表面及び微孔壁面に厚さ数μm以下の親溶媒性ポリマーを被覆したフィルムを形成し、前記フィルムの微孔内に電解質を保持させることで、前記親溶媒性ポリマーがゲル化する。 Furthermore, it is desirable that the separator be used in combination with the above-described porous film, non-woven fabric, or the like and a polymer gel because the liquid retention of the electrolyte is improved. That is, by forming a film in which the surface of the polyethylene microporous membrane and the microporous wall are coated with a solvophilic polymer having a thickness of several μm or less, and holding the electrolyte in the micropores of the film, Gels.
前記親溶媒性ポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデンの他、エチレンオキシド基やエステル基等を有するアクリレートモノマー、エポキシモノマー、イソシアナート基を有するモノマー等が架橋したポリマー等が挙げられる。該モノマーは、ラジカル開始剤を併用して加熱や紫外線(UV)を用いたり、電子線(EB)等の活性光線等を用いて架橋反応を行わせることが可能である。 Examples of the solvophilic polymer include polyvinylidene fluoride, an acrylate monomer having an ethylene oxide group or an ester group, an epoxy monomer, a polymer having a monomer having an isocyanate group, and the like crosslinked. The monomer can be subjected to a crosslinking reaction using a radical initiator in combination with heating or ultraviolet rays (UV), or using an actinic ray such as an electron beam (EB).
図1に、本発明に係る非水電解質二次電池の一実施形態である矩形状の非水電解質二次電池1の概略図を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。図1に示す非水電解質二次電池1は、電極群2が電池容器3に収納されている。電極群2は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極とが、セパレータを介して捲回されることにより形成されている。正極は、正極リード4’を介して正極端子4と電気的に接続され、負極は、負極リード5’を介して負極端子5と電気的に接続されている。 FIG. 1 is a schematic view of a rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery 1 which is an embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention. In the figure, the inside of the container is seen through. In the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 shown in FIG. 1, an electrode group 2 is housed in a battery container 3. The electrode group 2 is formed by winding a positive electrode including a positive electrode active material and a negative electrode including a negative electrode active material via a separator. The positive electrode is electrically connected to the positive electrode terminal 4 via the positive electrode lead 4 ′, and the negative electrode is electrically connected to the negative electrode terminal 5 via the negative electrode lead 5 ′.
本発明に係る非水電解質二次電池の構成については特に限定されるものではなく、円筒型電池、角型電池(矩形状の電池)、扁平型電池等が一例として挙げられる。本発明は、上記の非水電解質二次電池を複数備える蓄電装置としても実現することができる。蓄電装置の一実施形態を図2に示す。図2において、蓄電装置30は、複数の蓄電ユニット20を備えている。それぞれの蓄電ユニット20は、複数の非水電解質二次電池1を備えている。前記蓄電装置30は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源として搭載することができる。 The configuration of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery, a square battery (rectangular battery), a flat battery, and the like. The present invention can also be realized as a power storage device including a plurality of the above non-aqueous electrolyte secondary batteries. One embodiment of a power storage device is shown in FIG. In FIG. 2, the power storage device 30 includes a plurality of power storage units 20. Each power storage unit 20 includes a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries 1. The power storage device 30 can be mounted as a power source for vehicles such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), and a plug-in hybrid vehicle (PHEV).
なお、本発明に係る非水電解質蓄電素子用活物質及びその合成に用いる原料は、三価のバナジウム(V)を含んでいるため、酸化されやすい。従って、活物質の合成工程や電極の作製工程は、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気中で行うことが好ましい。 In addition, since the raw material used for the active material for nonaqueous electrolyte electrical storage elements which concerns on this invention, and its synthesis | combination contains trivalent vanadium (V), it is easy to be oxidized. Therefore, the active material synthesis step and the electrode preparation step are preferably performed in an inert atmosphere such as nitrogen or argon.
(実施例1)
炭酸リチウム(Li2CO3)(ナカライテスク社製)、五酸化二ニオブ(Nb2O5)(高純度化学社製)及び三酸化二バナジウム(V2O3)(高純度化学社製)をLi:Nb:Vのモル比が135:35:30となるように秤取し、直径5mmのジルコニア製ボール(商品名:YTZボール)が90g(約250個)入った内容積80mLのジルコ
ニア製ポットに投入した。出発物質の投入量は約18gであった。このポットにさらにアセトン10mLを投入し、蓋をして、遊星型ボールミル(FRITSCH社製、型番pulverisette 5)にセットし、公転回転数300rpmで9分混合した後に1分間の休止を入れる操作を計6回繰り返した。この混合物を乾燥機の75℃で3時間以上乾燥することで、Li:Nb:Vのモル比が135:35:30である混合粉体を調製した。この混合粉体を、容量30mLのアルミナ製るつぼ(型番:1−7745−07)に載置し、卓上真空・ガス置換炉(型番:KDF75)に設置し、窒素気流中、常圧下、昇温速度10℃/minで常温から1050℃まで約100minかけて昇温し、1050℃で5min保持した。焼成後の粉末を取り出し、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、組成式Li1.35Nb0.35V0.3O2で表される実施例1に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
Example 1
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) (manufactured by Nacalai Tesque), niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) (manufactured by high purity chemical) and vanadium trioxide (V 2 O 3 ) (manufactured by high purity chemical) Was measured so that the molar ratio of Li: Nb: V was 135: 35: 30, and zirconia having an internal volume of 80 mL containing 90 g (about 250 pieces) of zirconia balls (product name: YTZ balls) having a diameter of 5 mm. It was put into the pot made. The starting material charge was about 18 g. Add 10 mL of acetone to the pot, cover it, set it on a planetary ball mill (FRISCH, model number pulverisete 5), mix for 9 minutes at a revolution speed of 300 rpm, and then put a pause for 1 minute. Repeated 6 times. The mixture was dried at 75 ° C. for 3 hours or longer in a dryer to prepare a mixed powder having a Li: Nb: V molar ratio of 135: 35: 30. This mixed powder is placed in an alumina crucible (model number: 1-7745-07) with a capacity of 30 mL and placed in a tabletop vacuum / gas replacement furnace (model number: KDF75), and heated in a nitrogen stream under normal pressure. The temperature was raised from room temperature to 1050 ° C. over about 100 min at a rate of 10 ° C./min, and held at 1050 ° C. for 5 min. The baked powder was taken out and pulverized for several minutes in a smoked automatic mortar to make the particle size uniform. In this way, a lithium transition metal composite oxide according to Example 1 represented by the composition formula Li 1.35 Nb 0.35 V 0.3 O 2 was produced.
(実施例2〜4)
混合粉体の調製工程において、Li:Nb:Vのモル比が、実施例2については130:30:40、実施例3については125:25:50、実施例4については120:20:60となるように、炭酸リチウム、五酸化二ニオブ及び三酸化二バナジウムを秤取したことを除いては、実施例1と同様の手順で、表1に記載のそれぞれの組成式で表される実施例2〜4に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Examples 2 to 4)
In the mixed powder preparation process, the molar ratio of Li: Nb: V was 130: 30: 40 for Example 2, 125: 25: 50 for Example 3, and 120: 20: 60 for Example 4. In the same manner as in Example 1, except that lithium carbonate, niobium pentoxide, and divanadium trioxide were weighed so that Lithium transition metal composite oxides according to Examples 2 to 4 were produced.
(実施例5)
混合粉体の調製工程において、Li:Nb:V:Mnのモル比が、130:30:30:10となるように、炭酸リチウム、五酸化二ニオブ、三酸化二バナジウム及び三酸化二マンガン(Mn2O3)(高純度化学社製)を秤取したこと、並びに、アルゴン気流中で焼成したことを除いては、実施例1と同様の手順で、組成式Li1.3Nb0.30V0.3Mn0.1O2で表される実施例5に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 5)
In the preparation process of the mixed powder, lithium carbonate, niobium pentoxide, divanadium trioxide, and dimanganese trioxide (so that the molar ratio of Li: Nb: V: Mn is 130: 30: 30: 10 ( (Mn 2 O 3 ) (manufactured by Kojundo Chemical Co., Ltd.) and the composition formula Li 1.3 Nb 0. A lithium transition metal composite oxide according to Example 5 represented by 30 V 0.3 Mn 0.1 O 2 was produced.
(実施例6〜10)
混合粉体の調製工程において、Li:Nb:Vのモル比が、実施例6については115:15:70、実施例7については110:10:80、実施例8については120:30:50、実施例9については125:15:60、実施例10については130:10:60となるように、炭酸リチウム、五酸化二ニオブ及び三酸化二バナジウムを秤取したことを除いては、実施例1と同様の手順で、表1に記載のそれぞれの組成式で表される実施例6〜10に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Examples 6 to 10)
In the mixed powder preparation step, the molar ratio of Li: Nb: V was 115: 15: 70 for Example 6, 110: 10: 80 for Example 7, and 120: 30: 50 for Example 8. , Except that lithium carbonate, niobium pentoxide and divanadium trioxide were weighed out to be 125: 15: 60 for Example 9 and 130: 10: 60 for Example 10. In the same procedure as in Example 1, lithium transition metal composite oxides according to Examples 6 to 10 represented by the respective composition formulas shown in Table 1 were produced.
(比較例1)
混合粉体の調製工程において、Li:Nb:Mnのモル比が、130:30:40となるように、炭酸リチウム、五酸化二ニオブ及び三酸化二マンガンを秤取したこと、並びに、アルゴン気流中で焼成したことを除いては、実施例1と同様の手順で、組成式Li1.30Nb0.30Mn0.4O2で表される比較例1に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 1)
Lithium carbonate, niobium pentoxide and dimanganese trioxide were weighed so that the molar ratio of Li: Nb: Mn was 130: 30: 40 in the mixed powder preparation process, and an argon stream A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 1 represented by the composition formula Li 1.30 Nb 0.30 Mn 0.4 O 2 in the same procedure as in Example 1 except that it was fired in Was made.
(比較例2)
混合粉体の調製工程において、Li:Nb:Mn:Feのモル比が、1215:215:380:190となるように、炭酸リチウム、五酸化二ニオブ、三酸化二マンガン及び三酸化二鉄(Fe2O3)(ナカライテスク社製)を秤取したこと、並びに、アルゴン気流中で焼成したことを除いては、実施例1と同様の手順で、組成式Li1.215Nb0.215Mn0.38Fe0.19O2で表される比較例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 2)
In the mixed powder preparation step, lithium carbonate, niobium pentoxide, dimanganese trioxide and ferric trioxide (so that the molar ratio of Li: Nb: Mn: Fe is 1215: 215: 380: 190 ( Fe 2 O 3 ) (manufactured by Nacalai Tesque) and compositional formula Li 1.215 Nb 0.215 in the same procedure as in Example 1 except that it was fired in an argon stream. A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 2 represented by Mn 0.38 Fe 0.19 O 2 was produced.
(比較例3)
混合粉体の調製工程において、Li:Nbのモル比が、30:10となるように、炭酸リチウム及び五酸化二ニオブを秤取したこと、並びに、焼成の工程において、空気の気流中、常圧下、昇温速度1.5℃/minで常温から950℃まで約600minかけて昇温し、950℃で240min保持したことを除いては、実施例1と同様の手順で、組成式Li3NbO4で表される比較例3に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 3)
In the mixed powder preparation process, lithium carbonate and niobium pentoxide were weighed so that the molar ratio of Li: Nb was 30:10, and in the firing process, Under the same conditions as in Example 1 except that the temperature was raised from room temperature to 950 ° C. over about 600 min at a temperature rising rate of 1.5 ° C./min and maintained at 950 ° C. for 240 min, the composition formula Li 3 A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 3 represented by NbO 4 was produced.
(比較例4)
混合粉体の調製工程において、Li:Vのモル比が、10::10となるように、炭酸リチウム及び三酸化二バナジウムを秤取したことを除いては、実施例1と同様の手順で、組成式LiVO2で表される比較例4に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 4)
In the mixed powder preparation step, the same procedure as in Example 1 was performed except that lithium carbonate and divanadium trioxide were weighed so that the molar ratio of Li: V was 10 :: 10. A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 4 represented by the composition formula LiVO 2 was produced.
(比較例5)
混合粉体の調製工程において、Li:Nb:Vのモル比が140:40:20となるように、炭酸リチウム、五酸化二ニオブ及び三酸化二バナジウムを秤取したことを除いては、実施例1と同様の手順で、組成式Li1.40Nb0.40V0.2O2で表される比較例5に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 5)
Except that lithium carbonate, niobium pentoxide and divanadium trioxide were weighed so that the molar ratio of Li: Nb: V was 140: 40: 20 in the mixed powder preparation process. In the same procedure as in Example 1, a lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 5 represented by the composition formula Li 1.40 Nb 0.40 V 0.2 O 2 was produced.
なお、前記2y+zの値は、実施例1〜7ついては1.0であり、実施例8については1.1であり、実施例9については0.9であり、実施例10については0.8である。 The value of 2y + z is 1.0 for Examples 1 to 7, 1.1 for Example 8, 0.9 for Example 9, and 0.8 for Example 10. It is.
(エックス線回折測定)
エックス線回折装置(Rigaku社製、型名:MiniFlex II)を用いて粉末エックス線回折測定を行った。線源はCuKα線、管電圧及び管電流はそれぞれ30kV及び15mAとし、回折エックス線は厚み30μmのKβフィルターを通り高速一次元検出器(型番:D/teX Ultra 2)にて検出される。サンプリング幅は0.01°、スキャンスピードは5°/min、発散スリット幅は0.625°、受光スリット幅は13mm(OPEN)、散乱スリット幅は8mmとする。得られたエックス線回折図及びエックス線回折データについて、統合粉末X線解析ソフトウェア「PDXL」(Rigaku社製)を用いて解析を実施した。
(X-ray diffraction measurement)
Powder X-ray diffraction measurement was performed using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku, model name: MiniFlex II). The radiation source is CuKα ray, the tube voltage and tube current are 30 kV and 15 mA, respectively, and the diffraction X-ray passes through a Kβ filter having a thickness of 30 μm and is detected by a high-speed one-dimensional detector (model number: D / teX Ultra 2). The sampling width is 0.01 °, the scanning speed is 5 ° / min, the divergence slit width is 0.625 °, the light receiving slit width is 13 mm (OPEN), and the scattering slit width is 8 mm. The obtained X-ray diffraction diagram and X-ray diffraction data were analyzed using integrated powder X-ray analysis software “PDXL” (manufactured by Rigaku).
その結果、実施例1に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能なピークと空間群I−43mに帰属可能なピークが観測され、実施例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能なピークが観測され、実施例3、実施例4、実施例6及び実施例7に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能なピークと空間群R−3mに帰属可能なピークが観測され、実施例5に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能なピークとLi3VO4に帰属可能な弱い不純物ピークが観測され、実施例8に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能なピーク、空間群R−3mに帰属可能なピーク及びLiNbO3に帰属可能な不純物ピークが観測され、実施例9に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能なピーク、空間群R−3mに帰属可能なピーク及びLi3VO4に帰属可能な弱い不純物ピークが観測され、実施例10に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能なピーク、空間群R−3mに帰属可能なピーク及びLi3VO4に帰属可能な不純物ピークが観測された。ここで空間群Fm−3mに帰属可能なピークは、カチオンが不規則に配列したNaCl型構造に由来するものであり、空間群R−3mに帰属可能なピークは、カチオンが規則的に配列したα−NaFeO2型構造に由来するものであると解釈される。また、比較例1及び比較例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能なピークが観測され、比較例3に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、空間群I−43mに帰属可能なピークが観測され、比較例4に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、空間群R−3mに帰属可能なピークとLiV2O4に帰属可能な弱い不純物ピークが観測され、比較例5に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能なピークと空間群I−43mに帰属可能なピークが観測された。図3に、実施例1〜10に係るリチウム遷移金属複合酸化物のエックス線回折図)を示す。 As a result, in the lithium transition metal composite oxide according to Example 1, a peak attributable to the space group Fm-3m and a peak attributable to the space group I-43m were observed, and the lithium transition metal composite oxide according to the example 2 was observed. In the oxide, a peak that can be assigned to the space group Fm-3m is observed, and the lithium transition metal composite oxides according to Example 3, Example 4, Example 6, and Example 7 belong to the space group Fm-3m. A possible peak and a peak that can be assigned to the space group R-3m are observed, and the lithium transition metal composite oxide according to Example 5 can be assigned to the peak that can be assigned to the space group Fm-3m and Li 3 VO 4. A weak impurity peak is observed, and the lithium transition metal composite oxide according to Example 8 has a peak that can be assigned to the space group Fm-3m, a peak that can be assigned to the space group R-3m, and an impurity peak that can be assigned to LiNbO 3. In the lithium transition metal composite oxide according to Example 9, the peak that can be assigned to the space group Fm-3m, the peak that can be assigned to the space group R-3m, and the weak impurity that can be assigned to Li 3 VO 4 A peak is observed, and the lithium transition metal composite oxide according to Example 10 has a peak that can be assigned to the space group Fm-3m, a peak that can be assigned to the space group R-3m, and an impurity peak that can be assigned to Li 3 VO 4. Was observed. Here, the peaks that can be assigned to the space group Fm-3m are derived from the NaCl type structure in which cations are irregularly arranged, and the peaks that can be assigned to the space group R-3m are regularly arranged in cations. It is interpreted to be derived from the α-NaFeO 2 type structure. Moreover, the lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2 has a peak that can be assigned to the space group Fm-3m, and the lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 3 has the space group I- A peak that can be assigned to 43 m is observed, and the lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 4 has a peak that can be assigned to the space group R-3m and a weak impurity peak that can be assigned to LiV 2 O 4. In the lithium transition metal composite oxide according to Example 5, a peak attributable to the space group Fm-3m and a peak attributable to the space group I-43m were observed. FIG. 3 shows X-ray diffraction patterns of lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 10.
(非水電解質二次電池の作製)
実施例1〜10及び比較例1〜5のそれぞれのリチウム遷移金属複合酸化物を非水電解質電池の正極活物質として用いて、以下の手順で非水電解質二次電池を作製し、電池特性を評価した。
(Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery)
Using each of the lithium transition metal composite oxides of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 5 as the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced by the following procedure, and the battery characteristics were evaluated.
正極活物質2.275gとアセチレンブラック(AB)0.700gをそれぞれ秤取し、直径5mmのジルコニア製ボール(商品名:YTZボール)が90g(約250個)入った内容積80mLのジルコニア製ポットに投入した。このポットにさらにアセトン10mLを投入し、蓋をして、遊星型ボールミル(FRITSCH社製、型番pulverisette 5)にセットし、公転回転数300rpmで9分混合した後に1分間の休止を入れる操作を計6回繰り返した。この混合物を75℃の乾燥機で3時間以上乾燥することで、混合粉体を調製した。この混合粉体とポリフッ化ビニリデン(PVdF)を、正極活物質、アセチレンブラック(AB)及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)の質量比が65:20:15となるように混合した。この混合物を、分散媒としてN−メチルピロリドンを加えて混練分散し、塗布液を調製した。なお、PVdFについては、固形分が溶解分散された液を用いることによって、固形質量換算した。該塗布液を厚さ20μmのアルミニウム箔集電体に塗布した後、分散媒を蒸発させるために80℃のホットプレート上で60分の乾燥を行い、ロールプレスを行うことで正極板を作製した。合剤層のプレス後の厚みは18μm、塗布重量は2.5mg/cm2であった。 Weighing 2.275 g of the positive electrode active material and 0.700 g of acetylene black (AB), respectively, and a zirconia pot with an internal volume of 80 mL containing 90 g (about 250 pieces) of zirconia balls (product name: YTZ balls) with a diameter of 5 mm It was thrown into. Add 10 mL of acetone to the pot, cover it, set it on a planetary ball mill (FRISCH, model number pulverisete 5), mix for 9 minutes at a revolution speed of 300 rpm, and then put a pause for 1 minute. Repeated 6 times. This mixture was dried at 75 ° C. for 3 hours or longer to prepare a mixed powder. This mixed powder and polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed so that the mass ratio of the positive electrode active material, acetylene black (AB), and polyvinylidene fluoride (PVdF) was 65:20:15. This mixture was kneaded and dispersed by adding N-methylpyrrolidone as a dispersion medium to prepare a coating solution. In addition, about PVdF, it converted into solid mass by using the liquid by which solid content was melt | dissolved and dispersed. The coating solution was applied to an aluminum foil current collector with a thickness of 20 μm, and then dried for 60 minutes on a hot plate at 80 ° C. to evaporate the dispersion medium, and a positive electrode plate was produced by performing a roll press. . The thickness of the mixture layer after pressing was 18 μm, and the coating weight was 2.5 mg / cm 2 .
負極には、正極の単独挙動を観察するため、リチウム金属を用いた。このリチウム金属は、ニッケル箔集電体に密着させた。ただし、非水電解質二次電池の容量が十分に正極規制となるように調整した。 Lithium metal was used for the negative electrode in order to observe the single behavior of the positive electrode. This lithium metal was adhered to a nickel foil current collector. However, the capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery was adjusted to be sufficiently positive electrode regulated.
電解液として、エチレンカーボネート(EC)/ジメチルカーボネート(DMC)/エチルメチルカーボネート(EMC)の体積比が30:35:35である混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解させて用いた。セパレータとして、ポリプロピレン製の微孔膜を用いた。外装体には、ポリエチレンテレフタレート(15μm)/アルミニウム箔(50μm)/金属接着性ポリプロピレンフィルム(50μm)からなる金属樹脂複合フィルムを用いた。この外装体に、正極端子及び負極端子の開放端部が、外部に露出するように電極を収納した。前記金属樹脂複合フィルムの内面同士が向かい合った融着代を、注液孔となる部分を除いて、気密封止した。注液孔から、作製した電池が液不足とならない十分な量の上記電解液を、各電池に対して同じ量注液した後、電池を減圧しながら注液孔を熱封孔することでリチウム二次電池を作製した。 As an electrolytic solution, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent having a volume ratio of ethylene carbonate (EC) / dimethyl carbonate (DMC) / ethyl methyl carbonate (EMC) of 30:35:35. It was. As the separator, a microporous membrane made of polypropylene was used. A metal resin composite film made of polyethylene terephthalate (15 μm) / aluminum foil (50 μm) / metal-adhesive polypropylene film (50 μm) was used for the outer package. The electrode was accommodated in this exterior body so that the open ends of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal were exposed to the outside. The fusion allowance in which the inner surfaces of the metal resin composite film face each other was hermetically sealed except for the portion to be the injection hole. After injecting a sufficient amount of the above electrolyte from the injection hole into the battery in the same amount for each battery, the injection hole is heat sealed while decompressing the battery. A secondary battery was produced.
(充放電サイクル試験A)
上記のようにして作製された非水電解質二次電池を、25℃に設定した恒温槽に移し、4サイクルの充放電を実施した。充電は定電流定電圧(CVCC)充電とし、放電は定電流(CC)放電とした。充電及び放電の定電流値は、正極板が含有する正極活物質の質量に対して10mA/gとした。充電上限電圧及び放電終止電圧は4.8V及び1.5Vとし、充電終止条件は、充電電流が2mA/gに減衰した時点又は充電上限電圧に到達して
から3時間を経過した時点とした。全てのサイクルにおいて、充電後及び放電後に10分間の休止時間を設定した。
(Charge / discharge cycle test A)
The nonaqueous electrolyte secondary battery produced as described above was transferred to a thermostat set at 25 ° C., and charge / discharge of 4 cycles was performed. Charging was constant current constant voltage (CVCC) charging, and discharging was constant current (CC) discharging. The constant current value for charging and discharging was 10 mA / g with respect to the mass of the positive electrode active material contained in the positive electrode plate. The charge upper limit voltage and the discharge end voltage were 4.8 V and 1.5 V, and the charge end condition was the time when the charging current was attenuated to 2 mA / g, or the time when 3 hours had passed after reaching the charge upper limit voltage. In all cycles, a 10 minute rest period was set after charging and discharging.
充放電サイクル試験Aの結果、比較例4の電池は、1サイクル目の充電過程で充電電圧が4.8Vに到達しなかったため、以降の試験を中止した。比較例4を除く全ての実施例及び比較例について、2サイクル目の活物質質量あたりの放電容量(mAh/g)、及び、4サイクル目の放電容量を2サイクル目の放電容量で除した値である容量維持率(%)を表1に示す。 As a result of the charge / discharge cycle test A, the battery of Comparative Example 4 was not subjected to the subsequent tests because the charge voltage did not reach 4.8 V in the charging process of the first cycle. For all Examples and Comparative Examples except Comparative Example 4, the discharge capacity (mAh / g) per second active material mass, and the value obtained by dividing the discharge capacity of the fourth cycle by the discharge capacity of the second cycle Table 1 shows the capacity retention ratio (%).
表1からわかるように、比較例1〜3の電池は容量維持率(%)が95%以下であるのに対し、実施例1〜10及び比較例5の電池は容量維持率(%)が96%以上であった。なかでも、バナジウムの組成比率が高く、空間群Fm−3mに帰属可能なピークと空間群R−3mに帰属可能なピークの両方が観測された実施例3、実施例4、実施例6、実施例7及び実施例9においては特に高い放電容量を兼ね備えていた。比較例5の電池は容量維持率(%)が100%以上であるが、放電容量が小さかった。 As can be seen from Table 1, the batteries of Comparative Examples 1 to 3 have a capacity maintenance rate (%) of 95% or less, whereas the batteries of Examples 1 to 10 and Comparative Example 5 have a capacity maintenance rate (%). It was 96% or more. Among them, the composition ratio of vanadium is high, and both the peak attributable to the space group Fm-3m and the peak attributable to the space group R-3m were observed. In Examples 7 and 9, the discharge capacity was particularly high. The battery of Comparative Example 5 had a capacity retention rate (%) of 100% or more, but the discharge capacity was small.
実施例に係る非水電解質蓄電素子用活物質が、従来の非水電解質蓄電素子用活物質に比べて、優れた放電容量と優れた充放電サイクル性能を兼ね備えていることについて、以下に述べる試験結果に基づいてさらに詳細に説明する。 Tests described below that the non-aqueous electrolyte storage element active material according to the example has excellent discharge capacity and excellent charge / discharge cycle performance compared to the conventional non-aqueous electrolyte storage element active material Further details will be described based on the results.
(充放電サイクル試験B)
実施例2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いて、上記と同一の手順で新たに非水電解質二次電池を作製し、25℃に設定した恒温槽に移し、4サイクルの充放電サイクル試験を行った。充電条件及び放電条件は、実施例2−1については上記充放電サイクル試験Aと同一であり、実施例2−2については充電上限電圧を4.2Vとしたこと、及び、充電終止条件を充電電流が2mA/gに減衰した時点としたことを除いては上記充放電サイクル試験Aと同一である。
(Charge / discharge cycle test B)
Using the lithium transition metal composite oxide of Example 2, a non-aqueous electrolyte secondary battery was newly produced in the same procedure as described above, transferred to a constant temperature bath set at 25 ° C., and a 4-cycle charge / discharge cycle test was performed. went. The charging conditions and the discharging conditions are the same as those in the charge / discharge cycle test A for Example 2-1, the charging upper limit voltage is 4.2 V for Example 2-2, and the charging termination condition is charged. The charge / discharge cycle test A is the same as that described above except that the current is reduced to 2 mA / g.
比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いて、上記と同一の手順で新たに非水電解質二次電池を作製し、25℃に設定した恒温槽に移し4サイクルの充放電サイクル試験を行った。充電条件及び放電条件は、比較例1−1については上記充放電サイクル試験Aと同一であり、比較例1−2、比較例1−3、比較例1−4、比較例1−5及び比較例1−6については充電上限電圧をそれぞれ4.4V、4.35V、4.3V、4.25V及び4.2Vとしたこと、及び、充電終止条件を充電電流が2mA/gに減衰した時点とした
ことを除いては上記充放電サイクル試験Aと同一である。
Using the lithium transition metal composite oxide of Comparative Example 1, a non-aqueous electrolyte secondary battery was newly produced in the same procedure as described above, transferred to a thermostat set at 25 ° C., and subjected to a charge / discharge cycle test of 4 cycles. It was. The charging conditions and the discharging conditions are the same as those in the charge / discharge cycle test A for Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-2, Comparative Example 1-3, Comparative Example 1-4, Comparative Example 1-5, and Comparative Example Regarding Example 1-6, the charging upper limit voltage was set to 4.4 V, 4.35 V, 4.3 V, 4.25 V and 4.2 V, respectively, and the charging end condition when the charging current was attenuated to 2 mA / g The charge / discharge cycle test A is the same as that described above.
充放電サイクル試験Bについて、2サイクル目の活物質質量あたりの放電容量(mAh/g)及び4サイクル目の放電容量を2サイクル目の放電容量で除した値である容量維持率(%)を表2に示す。 For the charge / discharge cycle test B, the discharge capacity (mAh / g) per second active material mass and the capacity retention rate (%), which is the value obtained by dividing the discharge capacity of the fourth cycle by the discharge capacity of the second cycle, It shows in Table 2.
従来のLi3NbO4とLiMeO2(MeはFe又はMn)の固溶体では、充電終止電圧を低く設定した場合、比較例1−4〜比較例1−6の結果からわかるように、高い容量維持率を示すものの、放電容量が低い。これは、O(酸素)の酸化還元反応を使用せずにMnの酸化還元反応を使用するため、容量維持率が高いが、Mnの反応電子数が少ないため、放電容量が低いと考えられる。また、充電終止電圧を高く設定した場合、比較例1−1〜比較例1−3の結果からわかるように、高い放電容量を示すものの、容量維持率が低い。これは、Mnの酸化還元反応に加えてOの酸化還元反応を使用するため、高い放電容量を示すが、容量維持率は低いと考えられる。これに対して、本発明に係るLi3NbO4とLiMeO2(MeはVを含む遷移金属)の固溶体では、実施例2−1、実施例2−2の結果からわかるように、Oの酸化還元反応を使用せずにVの酸化還元反応を使用し、かつVの反応電子数が多いため、優れた放電容量と優れた充放電サイクル性能を兼ね備えた非水電解質蓄電素子用活物質を提供できると考えられる。 In the conventional solid solution of Li 3 NbO 4 and LiMeO 2 (Me is Fe or Mn), when the end-of-charge voltage is set low, as can be seen from the results of Comparative Examples 1-4 to 1-6, the high capacity is maintained. Although the rate is high, the discharge capacity is low. This is because the Mn oxidation-reduction reaction is used without using the O (oxygen) oxidation-reduction reaction, and thus the capacity retention rate is high. However, since the number of reaction electrons of Mn is small, the discharge capacity is considered low. Further, when the end-of-charge voltage is set high, as can be seen from the results of Comparative Examples 1-1 to 1-3, the capacity retention rate is low, although a high discharge capacity is exhibited. This uses a redox reaction of O in addition to a redox reaction of Mn, and thus exhibits a high discharge capacity, but is considered to have a low capacity retention rate. On the other hand, in the solid solution of Li 3 NbO 4 and LiMeO 2 (Me is a transition metal containing V) according to the present invention, as can be seen from the results of Examples 2-1 and 2-2, the oxidation of O Providing an active material for non-aqueous electrolyte electricity storage devices that uses an oxidation-reduction reaction of V without using a reduction reaction and has a large number of reactive electrons of V, so it has both excellent discharge capacity and excellent charge / discharge cycle performance. It is considered possible.
(充放電サイクル試験C)
実施例2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いて、上記と同一の手順で新たに非水電解質二次電池を作製し、充電上限電圧を4.8V又は4.2Vとし、上記充放電サイクル試験Bと同一の充放電条件にて10サイクルの充放電サイクル試験を行った。充電上限電圧を4.8Vとした電池の2サイクル目及び10サイクル目の充放電カーブを図4に、充電上限電圧を4.2Vとした電池の2サイクル目及び10サイクル目の充放電カーブを図5に示す。
(Charge / discharge cycle test C)
Using the lithium transition metal composite oxide of Example 2, a non-aqueous electrolyte secondary battery was newly produced in the same procedure as described above, the charge upper limit voltage was set to 4.8 V or 4.2 V, and the above charge / discharge cycle test A charge / discharge cycle test of 10 cycles was performed under the same charge / discharge conditions as B. Fig. 4 shows the charge and discharge curves for the second and tenth cycles of the battery with a charge upper limit voltage of 4.8V, and Fig. 4 shows the charge and discharge curves for the second and tenth cycles of the battery with a charge upper limit voltage of 4.2V. As shown in FIG.
充放電サイクル試験後の電池をそれぞれアルゴン雰囲気を維持したグローブボックス中で解体して正極を取り出し、ジメチルカーボネート(DMC)にて洗浄した後、十分に乾燥させた。これを、アルゴン雰囲気を維持するための専用の装置(汎用雰囲気セパレータ)(Rigaku社製)に設置し、エックス線回折装置(Rigaku社製、型名:MiniFlex II)を用いて粉末エックス線回折測定を行った。線源はCuKα線、管電圧及び管電流はそれぞれ30kV及び15mAとし、回折エックス線は厚み30μmのKβフィルターを通り高速一次元検出器(型番:D/teX Ultra 2)にて検出される。サンプリング幅は0.01°、スキャンスピードは2°/min、発散スリット幅は0.625°、受光スリット幅は13mm(OPEN)、散乱スリット幅は8mmとする。得られたエックス線回折図及びエックス線回折データについて、統合粉末X線解析ソフトウェア「PDXL」(Rigaku社製)を用いて解析を実施した。 Each battery after the charge / discharge cycle test was disassembled in a glove box maintained in an argon atmosphere, the positive electrode was taken out, washed with dimethyl carbonate (DMC), and then sufficiently dried. This is installed in a dedicated apparatus (general-purpose atmosphere separator) (manufactured by Rigaku) for maintaining an argon atmosphere, and powder X-ray diffraction measurement is performed using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku, model name: MiniFlex II). It was. The radiation source is CuKα ray, the tube voltage and tube current are 30 kV and 15 mA, respectively, and the diffraction X-ray passes through a Kβ filter having a thickness of 30 μm and is detected by a high-speed one-dimensional detector (model number: D / teX Ultra 2). The sampling width is 0.01 °, the scanning speed is 2 ° / min, the divergence slit width is 0.625 °, the light receiving slit width is 13 mm (OPEN), and the scattering slit width is 8 mm. The obtained X-ray diffraction diagram and X-ray diffraction data were analyzed using integrated powder X-ray analysis software “PDXL” (manufactured by Rigaku).
図6の上は、充電終止電圧及び放電終止電圧を4.8V及び1.5Vとする10サイクルの充放電サイクル試験後の電池から取り出した正極板のエックス線回折図であり、図6の下は、充電終止電圧及び放電終止電圧を4.2V及び1.5Vとする10サイクルの充放電サイクル試験後の電池から取り出した正極板のエックス線回折図である。ここで、正極集電体に用いたアルミニウムに由来するピークが38°付近、65°付近及び78°付近に現れている。活物質に由来するピークは37°付近、43°付近、63°付近、75°付近及び79°付近のピークである。充放電サイクル後の電極は、いずれも、これに用いた活物質と同様のエックス線回折図を示しており、充放電サイクル後においても空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造が維持されていた。従って、本発明に係る非水電解質蓄電素子用活物質は、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を維持しながら可逆的に充放電サイクルが進行すると考えられ、従って高い容量維持率を示すと考えられる。 The upper part of FIG. 6 is an X-ray diffraction diagram of the positive electrode plate taken out from the battery after 10 cycles of charge / discharge cycle tests with the end-of-charge voltage and end-of-discharge voltage set to 4.8 V and 1.5 V. FIG. 3 is an X-ray diffraction diagram of a positive electrode plate taken out from a battery after a 10-cycle charge / discharge cycle test in which a charge end voltage and a discharge end voltage are 4.2 V and 1.5 V, respectively. Here, peaks derived from aluminum used for the positive electrode current collector appear around 38 °, 65 °, and 78 °. The peaks derived from the active material are peaks at around 37 °, around 43 °, around 63 °, around 75 °, and around 79 °. The electrodes after the charge / discharge cycle all showed the same X-ray diffraction pattern as the active material used therein, and the crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m was maintained even after the charge / discharge cycle. . Accordingly, the active material for a non-aqueous electrolyte storage element according to the present invention is considered to undergo a reversible charge / discharge cycle while maintaining a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m, and thus exhibits a high capacity retention rate. it is conceivable that.
本発明の非水電解質蓄電素子用活物質は、エネルギー密度、放電容量に優れているから、電気自動車用電源、電子機器用電源、電力貯蔵用電源等の非水電解質用蓄電素子に有効に利用できる。 The active material for a non-aqueous electrolyte storage element of the present invention is excellent in energy density and discharge capacity, and is therefore effectively used for a non-aqueous electrolyte storage element such as a power source for electric vehicles, a power source for electronic devices, and a power storage power source. it can.
(符号の説明)
1 非水電解質二次電池
2 電極群
3 電池容器
4 正極端子
4’ 正極リード
5 負極端子
5’ 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
(Explanation of symbols)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonaqueous electrolyte secondary battery 2 Electrode group 3 Battery container 4 Positive electrode terminal 4 'Positive electrode lead 5 Negative electrode terminal 5' Negative electrode lead 20 Power storage unit 30 Power storage device
Claims (4)
Li1+xNbyMezApO2 ・・・ (1)
(MeはVを含む遷移金属、Meを構成するVの元素比率V/Me比が0.5以上、0<x<1、0<y≦0.35、0.3≦z<1、AはNb、Me、O以外の元素、0≦p≦0.2) The active material for nonaqueous electrolyte electrical storage elements which contains the lithium transition metal complex oxide which has a peak which can be assigned to space group Fm-3m, and is represented by a composition formula (1) in an X-ray diffraction diagram.
Li 1 + x Nb y Me z A p O 2 ··· (1)
(Me is a transition metal containing V, element ratio V / Me ratio of V constituting Me is 0.5 or more, 0 <x <1, 0 <y ≦ 0.35 , 0.3 ≦ z <1, A Is an element other than Nb, Me, O, 0 ≦ p ≦ 0.2)
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