JP6501014B1 - Positive electrode material for lithium ion secondary battery, method for producing the same, electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】Liイオン伝導性、及び電子伝導性を向上させることができるリチウムイオン二次電池用正極材料、該正極材料の製造方法、該正極材料を用いたリチウムイオン二次電池用電極、並びに充放電特性が改善されたリチウムイオン二次電池を提供する。【解決手段】炭素質被膜で被覆された下記一般式(1)で表される正極活物質の一次粒子が複数個凝集した凝集粒子を含むリチウムイオン二次電池用正極材料であって、単位粒径あたりの圧縮強度が1.0MPa/μm以上10.0MPa/μm以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極材料。LixAyDzPO4(1)(但し、AはCo、Mn、Ni、Fe、CuおよびCrからなる群より選択される少なくとも1種、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、ScおよびYからなる群より選択される少なくとも1種、0.9<x<1.1、0<y≦1、0≦z<1、0.9<y+z<1.1である。)【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode material for lithium ion secondary battery capable of improving Li ion conductivity and electron conductivity, a method for producing the positive electrode material, an electrode for lithium ion secondary battery using the positive electrode material, and charging Provided is a lithium ion secondary battery with improved discharge characteristics. A positive electrode material for a lithium ion secondary battery, which comprises aggregated particles in which a plurality of primary particles of a positive electrode active material represented by the following general formula (1) coated with a carbonaceous film are aggregated, A positive electrode material for a lithium ion secondary battery, wherein the compressive strength per diameter is 1.0 MPa / μm or more and 10.0 MPa / μm or less. LixAyDzPO4 (1) (wherein A is at least one selected from the group consisting of Co, Mn, Ni, Fe, Cu and Cr, D is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga , In, Si, Ge, Sc and Y, at least one selected from the group consisting of 0.9 <x <1.1, 0 <y ≦ 1, 0 ≦ z <1, 0.9 <y + z <1 It is .1) 【Selection figure】 None
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池用正極材料、該正極材料の製造方法、該正極材料を用いたリチウムイオン二次電池用電極、及び該電極を備えたリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, a method of manufacturing the positive electrode material, an electrode for a lithium ion secondary battery using the positive electrode material, and a lithium ion secondary battery provided with the electrode.
リチウムイオン二次電池は、鉛電池、ニッケル水素電池よりもエネルギー密度、出力密度が高く、スマートフォンなどの小型電子機器をはじめ、家庭用バックアップ電源、電動工具など、様々な用途に利用されている。また、太陽光発電、風力発電など、再生可能エネルギー貯蔵用として、大容量のリチウムイオン二次電池の実用化が進んでいる。
リチウムイオン二次電池は、正極、負極、電解液およびセパレータを備える。正極を構成する電極材料としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)やマンガン酸リチウム(LiMn2O4)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)等のリチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な性質を有するリチウム含有金属酸化物が用いられ、電池の高容量化、長寿命化、安全性の向上、低コスト化など、様々な観点から改良が検討されている。
Lithium ion secondary batteries have higher energy density and power density than lead batteries and nickel hydrogen batteries, and are used in various applications such as small-sized electronic devices such as smartphones, home backup power supplies, and electric tools. In addition, commercialization of large-capacity lithium ion secondary batteries for renewable energy storage such as solar power generation and wind power generation is in progress.
The lithium ion secondary battery comprises a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte and a separator. The electrode material constituting the positive electrode has a property capable of reversibly de-inserting lithium ions such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), etc. Lithium-containing metal oxides are used, and improvements are being considered from various viewpoints such as high capacity, long life, improved safety, and low cost of batteries.
前記電極材料のリン酸鉄リチウム(LiFePO4)は、資源的に豊富、且つ安価な鉄を使用しているため、低コスト化が容易な材料である。リン酸鉄リチウムは、リンと酸素の強固な共有結合により高温時の酸素放出がないため抜群の安全性を有するなど、コバルト酸リチウムに代表される酸化物系正極材料にはない優れた特性を有している。
一方、リン酸鉄リチウムはLiイオンの拡散性、電子伝導性が低いため、酸化物系正極材料よりも入出力特性が劣る。この特性差は電池の作動温度が低温になるとより顕著となるため、リン酸鉄リチウムは、低温領域で高い入出力特性が必要とされるハイブリッド自動車などの車載用途には不向きであると考えられてきた。
Lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), which is the electrode material, is a material that is easy to reduce in cost because it is rich in resources and uses inexpensive iron. Lithium iron phosphate has excellent safety that is not outstanding in oxide-based cathode materials represented by lithium cobaltate, such as having excellent safety because there is no oxygen release at high temperature due to strong covalent bond of phosphorus and oxygen Have.
On the other hand, lithium iron phosphate is inferior in the input / output characteristics to the oxide-based positive electrode material because the diffusivity of Li ions and the electron conductivity are low. Since this characteristic difference becomes more pronounced when the battery operating temperature is low, lithium iron phosphate is considered to be unsuitable for in-vehicle applications such as hybrid vehicles where high input / output characteristics are required in the low temperature region. It has
リン酸鉄リチウムに代表されるオリビン構造を有するLiMPO4(Mは金属元素)は、Liイオンの拡散性、及び電子伝導性が低いため、LiMPO4一次粒子を微細化し、且つその一次粒子個々の表面を導電性炭素質被膜で被覆することで充放電特性を改善することができる。
一方、前記微細化したLiMPO4は比表面積が大きいため、電極合材スラリーの増粘や多量のバインダーが必要となるため、炭素質被膜で被覆された一次粒子を造粒し二次粒子の形態とすることで電極合材スラリーの性状を改善することが一般的である。
LiMPO 4 (M is a metal element) having an olivine structure typified by lithium iron phosphate has a low Li ion diffusion property and low electron conductivity, and thus the primary particles of LiMPO 4 are made finer and individual primary particles thereof The charge and discharge characteristics can be improved by coating the surface with a conductive carbonaceous film.
On the other hand, since the finely divided LiMPO 4 has a large specific surface area, it requires thickening of the electrode mixture slurry and a large amount of binder, so primary particles coated with a carbonaceous film are granulated to form secondary particles. It is general to improve the properties of the electrode mixture slurry by setting it as above.
例えば、電極材料として、特許文献1には、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物よりなる母粒子と、該母粒子の空隙の一部に充填された導電性微粉末とを有するリチウム二次電池用正極活物質材料が開示されている。また、特許文献2には、二次粒子内部に空隙を有する粒子が含有されたリチウム二次電池用正極活物質が開示されている。 For example, as an electrode material, in Patent Document 1, primary particle crystals aggregate to form spherical secondary particles, and base particles comprising lithium nickel manganese composite oxide having voids on the surface and inside of the secondary particles. There is disclosed a positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising: and a conductive fine powder filled in a part of the voids of the matrix particles. Further, Patent Document 2 discloses a positive electrode active material for a lithium secondary battery, which contains particles having voids inside secondary particles.
電極合材層は、電極材料、導電助剤、バインダーなどを混合した電極スラリーをアルミニウム集電体に塗工、乾燥、プレスすることで形成される。しかし、特許文献1及び2に記載の電極材料では、二次粒子に空隙(中空二次粒子)が存在するため、プレスの際に二次粒子が過度に変形、崩壊したり、導電性炭素質被膜が剥離したりすることで、電池特性の低下を引き起こす。また、二次粒子に存在する空隙により電極構造が不均一となり、Liイオン伝導性、及び電子伝導性が低下する。 The electrode mixture layer is formed by applying, drying, and pressing an electrode slurry obtained by mixing an electrode material, a conductive additive, a binder, and the like on an aluminum current collector. However, in the electrode materials described in Patent Documents 1 and 2, since the secondary particles have voids (hollow secondary particles), the secondary particles are excessively deformed or broken during pressing, or the conductive carbonaceous material Peeling of the coating causes deterioration of the battery characteristics. Moreover, the electrode structure becomes nonuniform due to the voids present in the secondary particles, and the Li ion conductivity and the electron conductivity decrease.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、Liイオン伝導性、及び電子伝導性を向上させることができるリチウムイオン二次電池用正極材料、該正極材料の製造方法、該正極材料を用いたリチウムイオン二次電池用電極、並びに充放電特性が改善されたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a positive electrode material for lithium ion secondary batteries capable of improving Li ion conductivity and electron conductivity, a method of manufacturing the positive electrode material, and the positive electrode An object of the present invention is to provide an electrode for a lithium ion secondary battery using the material, and a lithium ion secondary battery having improved charge and discharge characteristics.
本発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、下記の発明により当該課題を解決できることを見出した。 MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors discovered that the said subject could be solved by the following invention, as a result of earnestly examining in order to solve said subject.
[1]炭素質被膜で被覆された下記一般式(1)で表される正極活物質の一次粒子が複数個凝集した凝集粒子を含むリチウムイオン二次電池用正極材料であって、単位粒径あたりの圧縮強度が1.0MPa/μm以上10.0MPa/μm以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極材料。
LixAyDzPO4 (1)
(但し、AはCo、Mn、Ni、Fe、CuおよびCrからなる群より選択される少なくとも1種、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、ScおよびYからなる群より選択される少なくとも1種、0.9<x<1.1、0<y≦1、0≦z<1、0.9<y+z<1.1である。)
[2]前記正極材料の累積粒度分布における累積百分率50%の粒子径(D50)が2μm以上10μm以下、累積百分率90%の粒子径(D90)が15μm以下であることを特徴とする上記[1]に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
[3]前記正極材料のN−メチル−2−ピロリドンを用いた吸油量が60ml/100g以下、タップ密度が1.0g/cm3以上であることを特徴とする上記[1]又は[2]に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
[4]前記正極材料の比表面積が8m2/g以上30m2/g以下であることを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
[5]前記一般式(1)で表される正極活物質及び正極活物質前駆体の製造工程と、該工程で得られた正極活物質及び正極活物質前駆体からなる群から選択される少なくとも1種の正極活物質原料と、水とを混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、該工程で得られた正極活物質原料スラリーを解砕処理する解砕処理工程と、該工程で得られた解砕スラリー中に、炭素質被膜前駆体である有機化合物を加え、造粒物を得る造粒工程と、該工程で得られた造粒物を非酸化性雰囲気下にて焼成する焼成工程とを有し、前記解砕処理工程において、解砕処理前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)が0.85以上0.96以下であることを特徴とする上記[1]〜[4]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法。
[6]アルミニウム集電体と、該アルミニウム集電体上に形成された正極合材層とを備えたリチウムイオン二次電池用電極であって、前記正極合材層が、上記[1]〜[4]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用電極。
[7]正極と、負極と、電解質とを有するリチウムイオン二次電池であって、前記正極が、上記[6]に記載のリチウムイオン二次電池用電極であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
[1] A positive electrode material for a lithium ion secondary battery comprising aggregated particles in which a plurality of primary particles of a positive electrode active material represented by the following general formula (1) coated with a carbonaceous film are aggregated, which has a unit particle diameter The positive electrode material for a lithium ion secondary battery characterized by having a compressive strength of 1.0 MPa / μm or more and 10.0 MPa / μm or less.
Li x A y D z PO 4 (1)
(Wherein A is at least one member selected from the group consisting of Co, Mn, Ni, Fe, Cu and Cr, D is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si , Ge, Sc and Y, at least one selected from the group consisting of 0.9 <x <1.1, 0 <y ≦ 1, 0 ≦ z <1, 0.9 <y + z <1.1 .)
[2] A particle diameter (D50) of a 50% cumulative percentage in the cumulative particle size distribution of the positive electrode material is 2 μm to 10 μm, and a particle diameter (D90) of a 90% cumulative percentage is 15 μm or less ] The positive electrode material for lithium ion secondary batteries as described in these.
[3] The oil absorption amount using N-methyl-2-pyrrolidone of the positive electrode material is 60 ml / 100 g or less, and the tap density is 1.0 g / cm 3 or more. The positive electrode material for lithium ion secondary batteries as described in 4.
[4] The positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of the above [1] to [3], wherein the specific surface area of the positive electrode material is 8 m 2 / g to 30 m 2 / g.
[5] At least a process selected from the group consisting of a process for producing a positive electrode active material and a positive electrode active material precursor represented by the general formula (1), and a positive electrode active material and a positive electrode active material precursor obtained in the process A slurry preparation step of mixing one kind of positive electrode active material raw material and water to prepare a slurry, a crushing step of crushing the positive electrode active material raw material slurry obtained in the step, and the step An organic compound which is a carbonaceous film precursor is added to the crushed slurry thus obtained, and a granulating step for obtaining a granulated product, and a calcinating step of firing the granulated product obtained in the step under a non-oxidative atmosphere And the ratio of the crystallite diameters of the positive electrode active material particles before and after the crushing treatment (crystallite diameter after crushing / crystallite diameter before crushing) is 0.85 or more. The lithium according to any one of the above [1] to [4], which is 0.96 or less Method for producing a cathode material for ion secondary battery.
[6] An electrode for a lithium ion secondary battery comprising an aluminum current collector and a positive electrode mixture layer formed on the aluminum current collector, wherein the positive electrode mixture layer is any one of the above [1] to An electrode for a lithium ion secondary battery comprising the positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of [4].
[7] A lithium ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the positive electrode is an electrode for a lithium ion secondary battery according to the above [6]. Next battery.
本発明によれば、Liイオン伝導性、及び電子伝導性を向上させることができるリチウムイオン二次電池用正極材料、該正極材料の製造方法、該正極材料を用いたリチウムイオン二次電池用電極、並びに充放電特性が改善されたリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, a positive electrode material for a lithium ion secondary battery capable of improving Li ion conductivity and electron conductivity, a method for producing the positive electrode material, and an electrode for a lithium ion secondary battery using the positive electrode material And a lithium ion secondary battery with improved charge and discharge characteristics.
本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
An embodiment of the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention will be described.
The present embodiment is specifically described in order to better understand the spirit of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.
<リチウムイオン二次電池用正極材料>
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料は、炭素質被膜で被覆された下記一般式(1)で表される正極活物質の一次粒子が複数個凝集した凝集粒子を含む。また、単位粒径あたりの圧縮強度が1.0MPa/μm以上10.0MPa/μm以下であることを特徴とする。
LixAyDzPO4 (1)
(但し、AはCo、Mn、Ni、Fe、CuおよびCrからなる群より選択される少なくとも1種、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、ScおよびYからなる群より選択される少なくとも1種、0.9<x<1.1、0<y≦1、0≦z<1、0.9<y+z<1.1である。)
<Positive material for lithium ion secondary battery>
The positive electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment includes aggregated particles in which a plurality of primary particles of a positive electrode active material represented by the following general formula (1) coated with a carbonaceous film are aggregated. Moreover, it is characterized in that the compressive strength per unit particle size is 1.0 MPa / μm or more and 10.0 MPa / μm or less.
Li x A y D z PO 4 (1)
(Wherein A is at least one member selected from the group consisting of Co, Mn, Ni, Fe, Cu and Cr, D is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si , Ge, Sc and Y, at least one selected from the group consisting of 0.9 <x <1.1, 0 <y ≦ 1, 0 ≦ z <1, 0.9 <y + z <1.1 .)
本発明で用いられる正極活物質は、上記一般式(1)で表される。
ここで、Aについては、Co、Mn、Ni及びFeが好ましく、Feがより好ましい。Dについては、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、Alが好ましい。電極活物質がこれらの元素を含む場合、高い放電電位、高い安全性を実現可能な正極合材層とすることができる。また、資源量が豊富であるため、選択する材料として好ましい。
The positive electrode active material used in the present invention is represented by the above general formula (1).
Here, for A, Co, Mn, Ni and Fe are preferable, and Fe is more preferable. As for D, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn and Al are preferable. When the electrode active material contains these elements, it is possible to obtain a positive electrode mixture layer capable of realizing high discharge potential and high safety. Moreover, it is preferable as a material to be selected because it is abundant in resources.
炭素質被膜で被覆された上記一般式(1)で表される正極活物質の一次粒子(炭素質被覆電極活物質)の平均一次粒子径は、好ましくは10nm以上400nm以下であり、より好ましくは20nm以上300nm以下、更に好ましくは20nm以上200nm以下である。
上記一次粒子の平均一次粒子径が10nm以上であると、正極活物質の一次粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量の増加を抑制し、正極材料単位質量当たりの充放電容量が低減することを抑制できる。また、正極活物質の一次粒子の表面を炭素質被膜で均一に被覆しやすくなる。その結果、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いたリチウムイオン二次電池は、高速充放電における放電容量が大きくなり、十分な充放電性能を実現することができる。一方、上記一次粒子の平均一次粒子径が400nm以下であると、正極活物質の一次粒子の内部におけるリチウムイオン拡散抵抗や電子の移動抵抗が大きくなることを抑制できる。その結果、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いたリチウムイオン二次電池は、高速充放電における放電容量を大きくすることができる。
The average primary particle diameter of the primary particles (carbonaceous coated electrode active material) of the positive electrode active material represented by the above general formula (1) coated with the carbonaceous film is preferably 10 nm or more and 400 nm or less, and more preferably The thickness is 20 nm or more and 300 nm or less, more preferably 20 nm or more and 200 nm or less.
When the average primary particle diameter of the primary particles is 10 nm or more, the increase in the mass of carbon required by the increase in the specific surface area of the primary particles of the positive electrode active material is suppressed, and the charge / discharge capacity per unit mass of the positive electrode material is It is possible to suppress the reduction. In addition, the surface of the primary particles of the positive electrode active material can be easily covered with the carbonaceous film uniformly. As a result, in the lithium ion secondary battery using the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, the discharge capacity in high-speed charge and discharge becomes large, and sufficient charge and discharge performance can be realized. On the other hand, when the average primary particle diameter of the primary particles is 400 nm or less, it is possible to suppress an increase in lithium ion diffusion resistance and electron transfer resistance in the primary particles of the positive electrode active material. As a result, in the lithium ion secondary battery using the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, the discharge capacity in high-speed charge and discharge can be increased.
ここで、平均一次粒子径とは、個数平均粒子径のことである。上記一次粒子の平均一次粒子径は、無作為に100個の一次粒子を選び出して、走査型電子顕微鏡(SEM;Scanning Electron Microscope)にて個々の一次粒子の長径及び短径を測定し、その平均値として求めることができる。 Here, the average primary particle size is the number average particle size. The average primary particle size of the above primary particles is obtained by randomly selecting 100 primary particles and measuring the major axis and the minor axis of each primary particle with a scanning electron microscope (SEM). It can be determined as a value.
炭素質被膜は、上記一次粒子に所望の電子伝導性を付与するためのものであり、炭素質被膜前駆体である有機化合物を炭化することにより得られる熱分解炭素質被膜である。
炭素質被膜の厚みは、0.5nm以上5.0nm以下であることが好ましく、1.0nm以上3.0nm以下であることがより好ましい。
炭素質被膜の厚みが0.5nm以上であると、炭素質被膜の厚みが薄くなり過ぎず、所望の抵抗値を有する膜を形成することができる。その結果、導電性が向上し、正極材料としての導電性を確保することができる。一方、炭素質被膜の厚みが5.0nm以下であると、電池活性、例えば、正極材料の単位質量あたりの電池容量が低下することを抑制できる。
The carbonaceous film is for imparting desired electron conductivity to the primary particles, and is a pyrolytic carbonaceous film obtained by carbonizing an organic compound which is a carbonaceous film precursor.
The thickness of the carbonaceous film is preferably 0.5 nm or more and 5.0 nm or less, and more preferably 1.0 nm or more and 3.0 nm or less.
If the thickness of the carbonaceous film is 0.5 nm or more, the thickness of the carbonaceous film does not become too thin, and a film having a desired resistance value can be formed. As a result, the conductivity is improved, and the conductivity as the positive electrode material can be secured. On the other hand, when the thickness of the carbonaceous film is 5.0 nm or less, reduction in battery activity, for example, battery capacity per unit mass of positive electrode material can be suppressed.
上記一次粒子に含まれる炭素量は、好ましくは0.5質量%以上5.0質量%以下、より好ましくは0.8質量%以上2.5質量%以下である。
炭素量が0.5質量%以上であると、正極材料としての導電性を確保することができ、リチウムイオン二次電池を形成した場合に高速充放電レートにおける放電容量が大きくなり、十分な充放電レート性能を実現することができる。一方、炭素量が5.0質量%以下であると、炭素量が多くなり過ぎず、リチウムイオン二次電池用正極材料の単位質量あたりのリチウムイオン二次電池の電池容量が必要以上に低下することを抑制できる。
The amount of carbon contained in the primary particles is preferably 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less, more preferably 0.8% by mass or more and 2.5% by mass or less.
When the amount of carbon is 0.5% by mass or more, the conductivity as a positive electrode material can be ensured, and when a lithium ion secondary battery is formed, the discharge capacity at a high speed charge and discharge rate becomes large, and sufficient charging Discharge rate performance can be realized. On the other hand, when the amount of carbon is 5.0% by mass or less, the amount of carbon does not increase excessively, and the battery capacity of the lithium ion secondary battery per unit mass of the positive electrode material for lithium ion secondary battery decreases more than necessary Can be suppressed.
上記一次粒子に対する炭素質被膜の被覆率は60%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。炭素質被膜の被覆率が60%以上であることで、炭素質被膜の被覆効果が十分に得られる。
なお、上記炭素質被膜の被覆率は、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope、TEM)、エネルギー分散型X線分析装置(Energy Dispersive X−ray microanalyzer、EDX)等を用いて測定することができる。
The coverage of the carbonaceous film with respect to the primary particles is preferably 60% or more, and more preferably 80% or more. The covering effect of a carbonaceous film is fully acquired because the coverage of a carbonaceous film is 60% or more.
In addition, the coverage of the said carbonaceous film can be measured using a transmission electron microscope (Transmission Electron Microscope, TEM), an energy dispersive X-ray analyzer (Energy Dispersive X-ray microanalyzer, EDX) etc.
炭素質被膜を構成する炭素分によって計算される、炭素質被膜の密度は、好ましくは0.3g/cm3以上1.5g/cm3以下、より好ましくは0.4g/cm3以上1.0g/cm3以下である。炭素質被膜を構成する炭素分によって計算される、炭素質被膜の密度とは、炭素質被膜が炭素のみから構成されると想定した場合に、炭素質被膜の単位体積当たりの質量である。
炭素質被膜の密度が0.3g/cm3以上であれば、炭素質被膜が充分な電子伝導性を示す。一方、炭素質被膜の密度が1.5g/cm3以下であれば、炭素質被膜における層状構造からなる黒鉛の微結晶の含有量が少ないため、Liイオンが炭素質被膜中を拡散する際に黒鉛の微結晶による立体障害が生じない。これにより、電荷移動抵抗が高くなることがない。その結果、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が上昇することがなく、リチウムイオン二次電池の高速充放電レートにおける電圧低下が生じない。
The density of the carbonaceous film, which is calculated by the carbon content constituting the carbonaceous film, is preferably 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less, more preferably 0.4 g / cm 3 or more and 1.0 g or more / Cm 3 or less. The density of the carbonaceous film, which is calculated by the carbon content of the carbonaceous film, is the mass per unit volume of the carbonaceous film, assuming that the carbonaceous film is composed of only carbon.
If the density of the carbonaceous film is 0.3 g / cm 3 or more, the carbonaceous film exhibits sufficient electron conductivity. On the other hand, when the density of the carbonaceous film is 1.5 g / cm 3 or less, since the content of the crystallites of graphite having a layered structure in the carbonaceous film is small, Li ions diffuse in the carbonaceous film. There is no steric hindrance due to graphite crystallites. As a result, the charge transfer resistance does not increase. As a result, the internal resistance of the lithium ion secondary battery does not rise, and the voltage drop at the high-speed charge and discharge rate of the lithium ion secondary battery does not occur.
上記一次粒子が複数個凝集した凝集粒子の平均二次粒子径は、好ましくは0.5μm以上15μm以下、より好ましくは1.0μm以上10μm以下である。上記凝集粒子の平均二次粒子径が0.5μm以上であると、正極材料と導電助剤とバインダー樹脂(結着剤)と溶剤とを混合して、リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストを調製する際の導電助剤、及び結着剤の配合量を抑えることができ、リチウムイオン二次電池用正極合材層の単位質量あたりのリチウムイオン二次電池の電池容量を大きくすることができる。一方、上記凝集粒子の平均二次粒子径が15μm以下であると、正極合材層中の導電助剤や結着剤の分散性、均一性を高めることができる。その結果、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いたリチウムイオン二次電池は、高速充放電における放電容量を大きくすることができる。 The average secondary particle diameter of aggregated particles in which a plurality of primary particles are aggregated is preferably 0.5 μm to 15 μm, and more preferably 1.0 μm to 10 μm. The positive electrode material paste for a lithium ion secondary battery is prepared by mixing the positive electrode material, the conductive auxiliary agent, the binder resin (binder) and the solvent such that the average secondary particle diameter of the aggregated particles is 0.5 μm or more. The compounding quantity of the conductive support agent at the time of preparation and a binder can be restrained, and the battery capacity of the lithium ion secondary battery per unit mass of the positive electrode composite material layer for lithium ion secondary batteries can be enlarged. . On the other hand, when the average secondary particle diameter of the aggregated particles is 15 μm or less, the dispersibility and uniformity of the conductive additive and the binder in the positive electrode mixture layer can be enhanced. As a result, in the lithium ion secondary battery using the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, the discharge capacity in high-speed charge and discharge can be increased.
ここで、平均二次粒子径とは、体積平均粒子径のことである。上記凝集粒子の平均二次粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置等を用いて測定することができる。 Here, the average secondary particle size is a volume average particle size. The average secondary particle diameter of the aggregated particles can be measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device or the like.
上記凝集粒子が、中実粒子であると電極構造の均一化を図ることができ好ましい。ここで、中実粒子とは、粒子内部に実質的に空間の存在しない粒子を意味し、一次粒子間の細孔など意図せず形成された空間を含んでいてもよい。電極構造が均一であると、Liイオン伝導性、電子伝導性の改善のみならず、正極作製時のプレス圧力が抑えられ、凝集粒子の崩壊による炭素質被膜の剥離を抑制することができる。また、電極合材層のアルミニウム集電体からの脱落を防止することができる。これにより、電池特性の低下を抑制することができる。 If the above-mentioned aggregated particles are solid particles, the electrode structure can be made uniform, which is preferable. Here, solid particles mean particles in which substantially no space exists inside the particles, and may include unintended spaces such as pores between primary particles. If the electrode structure is uniform, not only the Li ion conductivity and the electron conductivity can be improved, but also the press pressure at the time of preparation of the positive electrode can be suppressed, and peeling of the carbonaceous film due to the collapse of aggregated particles can be suppressed. In addition, it is possible to prevent the electrode mixture layer from falling off from the aluminum current collector. Thereby, the deterioration of the battery characteristics can be suppressed.
上記凝集粒子を含む正極材料の累積粒度分布における累積百分率50%の粒子径(D50)は、好ましくは2μm以上10μm以下、より好ましくは2.0μm以上8.0μm以下、更に好ましくは3.0μm以上7.0μm以下である。D50が2μm以上10μmであると、リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストをアルミニウム集電体に塗工、乾燥した正極合材層の構造を均一化することができ、正極合材層の電子伝導性、Liイオン電導性が向上し、リチウムイオン二次電池の充放電時の直流抵抗を低減することができる。
また、上記凝集粒子を含む正極材料の累積粒度分布における累積百分率90%の粒子径(D90)は、好ましくは15μm以下、より好ましくは13μm以下、更に好ましくは12μm以下である。D90が15μm以下であると、正極合材層の厚みに対し凝集粒子径が大きくなり過ぎず、正極合材層表面に凹凸が生じにくく、正極合材層の構造が均一となる。また、D90の下限値は特に限定されないが、好ましくは3.0μm以上である。
また、正極合材層への正極材料の充填性を向上し、単位体積あたりの電池容量を向上させるための上記凝集粒子の形状は特に限定されないが、球状、特に真球状が好ましい。
The particle diameter (D50) of cumulative percentage 50% in the cumulative particle size distribution of the positive electrode material containing the aggregated particles is preferably 2 μm to 10 μm, more preferably 2.0 μm to 8.0 μm, further preferably 3.0 μm or more It is 7.0 μm or less. The structure of the positive electrode mixture layer obtained by coating and drying the positive electrode material paste for lithium ion secondary batteries on an aluminum current collector as D50 is 2 μm or more and 10 μm can be made uniform, and the electron conduction of the positive electrode mixture layer And lithium ion conductivity can be improved, and direct current resistance at the time of charge and discharge of the lithium ion secondary battery can be reduced.
In addition, the particle diameter (D90) of the cumulative percentage 90% in the cumulative particle size distribution of the positive electrode material containing the aggregated particles is preferably 15 μm or less, more preferably 13 μm or less, still more preferably 12 μm or less. When D90 is 15 μm or less, the agglomerated particle diameter does not become too large with respect to the thickness of the positive electrode mixture layer, unevenness is not easily generated on the surface of the positive electrode mixture layer, and the structure of the positive electrode mixture layer becomes uniform. The lower limit value of D90 is not particularly limited, but is preferably 3.0 μm or more.
Further, the shape of the above-mentioned aggregated particles for improving the filling property of the positive electrode material in the positive electrode mixture layer and improving the battery capacity per unit volume is not particularly limited, but spherical, particularly spherical is preferable.
上記正極材料の比表面積は、好ましくは8m2/g以上30m2/g以下、より好ましくは10m2/g以上20m2/g以下、更に好ましくは10m2/g以上18m2/g以下である。比表面積が8m2/g以上であると、リチウムイオン二次電池用正極材料の一次粒子の内部におけるLiイオン拡散抵抗や電子の移動抵抗が小さくなる。よって、内部抵抗を低くすることができ、出力特性を改善することができる。一方、比表面積が30m2/g以下であると、リチウムイオン二次電池用正極材料の比表面積が増え過ぎず、必要になる炭素の質量が抑えられ、リチウムイオン二次電池用正極材料の単位質量あたりのリチウムイオン二次電池の電池容量を向上させることができる。
なお、上記比表面積は、BET法により、比表面積計(例えば、マイクロトラック・ベル株式会社製、商品名:BELSORP−mini)を用いて測定することができる。
The specific surface area of the positive electrode material is preferably 8 m 2 / g to 30 m 2 / g, more preferably 10 m 2 / g to 20 m 2 / g, still more preferably 10 m 2 / g to 18 m 2 / g. . When the specific surface area is 8 m 2 / g or more, the lithium ion diffusion resistance and the migration resistance of electrons in the primary particle of the positive electrode material for a lithium ion secondary battery decrease. Therefore, the internal resistance can be reduced, and the output characteristics can be improved. On the other hand, when the specific surface area is 30 m 2 / g or less, the specific surface area of the positive electrode material for a lithium ion secondary battery does not increase excessively, the required carbon mass is suppressed, and the unit of the positive electrode material for a lithium ion secondary battery The battery capacity of the lithium ion secondary battery per mass can be improved.
In addition, the said specific surface area can be measured by BET method using a specific surface area meter (For example, the Microtrac bell corporation | Co., Ltd. make, brand name: BELSORP-mini).
上記正極材料のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いた吸油量は、好ましくは60ml/100g以下、より好ましくは50ml/100g以下、更に好ましくは45ml/100g以下である。NMP吸油量が60ml/100g以下であると、正極材料と導電助剤とバインダー樹脂(結着剤)と溶剤とを混合して、リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストを調製する際に、結着剤や溶剤を凝集粒子内に浸透しにくくし、ペースト粘度の増大を抑制し、アルミニウム集電体への塗工性を良好にすることができる。また、必要な結着剤量が得られ、正極合材層とアルミニウム集電体の結着性を向上させることができる。
なお、上記NMP吸油量は、実施例に記載の方法により測定することができる。
The oil absorption amount using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) of the above-mentioned positive electrode material is preferably 60 ml / 100 g or less, more preferably 50 ml / 100 g or less, still more preferably 45 ml / 100 g or less. When preparing the positive electrode material paste for a lithium ion secondary battery by mixing the positive electrode material, the conductive auxiliary agent, the binder resin (binder) and the solvent such that the NMP oil absorption is 60 ml / 100 g or less, It is possible to make it difficult for the adhesive and the solvent to penetrate into the aggregated particles, to suppress an increase in paste viscosity, and to improve the coating property on the aluminum current collector. In addition, a necessary amount of binder can be obtained, and the binding property between the positive electrode mixture layer and the aluminum current collector can be improved.
In addition, the said NMP oil absorption can be measured by the method as described in an Example.
上記正極材料のタップ密度は、好ましくは1.0g/cm3以上、より好ましくは1.1g/cm3以上1.5g/cm3以下、更に好ましくは1.2g/cm3以上1.5g/cm3以下である。タップ密度が1.0g/cm3以上であると、リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストをアルミニウム集電体に塗工、乾燥した正極合材層の充填率(正極密度)が向上し、リチウムイオン二次電池用正極材料の単位質量あたりのリチウムイオン二次電池の電池容量を向上させることができる。
なお、上記タップ密度は、JIS Z2512に準拠する方法により測定することができ、具体的には実施例に記載の方法により測定することができる。
The tap density of the positive electrode material is preferably 1.0 g / cm 3 or more, more preferably 1.1 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less, still more preferably 1.2 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or more. cm 3 or less. When the tap density is 1.0 g / cm 3 or more, the filling ratio (positive electrode density) of the positive electrode mixture layer obtained by coating and drying the positive electrode material paste for lithium ion secondary battery on an aluminum current collector The battery capacity of the lithium ion secondary battery per unit mass of the positive electrode material for the ion secondary battery can be improved.
In addition, the said tap density can be measured by the method based on JISZ2512, and can be specifically measured by the method as described in an Example.
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料は、単位粒径あたりの圧縮強度が1.0MPa/μm以上10.0MPa/μm以下であり、好ましくは2.0MPa/μm以上8.0MPa/μm以下である。
単位粒径あたりの圧縮強度が10.0MPa/μmを超えると、正極合材層中に含まれる凝集粒子が高密度化しすぎるため、電解液の浸透性や保持性が低下し、電池特性を低下させるおそれがある。一方、単位粒径あたりの圧縮強度が1.0MPa/μmより小さいと、正極合材層中に含まれる凝集粒子の変形、崩壊や、凝集粒子表面から炭素質被膜が剥離し、電池特性を低下させるおそれがある。
なお、上記単位粒径あたりの圧縮強度は、下記手順により測定し算出することができ、具体的には実施例に記載の方法により求めることができる。
微小圧縮試験機(例えば、株式会社島津製作所製、商品名:MCT510)を用いて、マイクロスコープにてリチウムイオン二次電池用正極材料の粒子径を測定する。次いで、圧縮試験モードにて、圧子の種類、負荷速度、及び試験力をそれぞれ設定し、圧縮強度を測定する。得られた正極材料の粒子径及び圧縮強度から、単位粒径あたりの圧縮強度を算出する。
The positive electrode material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment has a compressive strength per unit particle diameter of 1.0 MPa / μm or more and 10.0 MPa / μm or less, preferably 2.0 MPa / μm or more and 8.0 MPa / μm It is below.
When the compressive strength per unit particle size exceeds 10.0 MPa / μm, the coagulated particles contained in the positive electrode mixture layer become too dense, so the permeability and retention of the electrolytic solution decrease, and the battery characteristics are deteriorated. There is a risk of On the other hand, if the compressive strength per unit particle size is smaller than 1.0 MPa / μm, deformation and collapse of the agglomerated particles contained in the positive electrode mixture layer, and the carbonaceous film peels from the agglomerated particle surface, and the battery characteristics are deteriorated. There is a risk of
The compressive strength per unit particle diameter can be measured and calculated according to the following procedure, and specifically, can be determined by the method described in the examples.
The particle diameter of the positive electrode material for a lithium ion secondary battery is measured with a microscope using a micro compression tester (for example, product name: MCT510, manufactured by Shimadzu Corporation). Next, in the compression test mode, the type of indenter, the loading speed, and the test force are set to measure the compression strength. The compressive strength per unit particle size is calculated from the particle diameter and compressive strength of the obtained positive electrode material.
<リチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法>
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法は、前記一般式(1)で表される正極活物質及び正極活物質前駆体の製造工程と、該工程で得られた正極活物質及び正極活物質前駆体からなる群から選択される少なくとも1種の正極活物質原料と、水とを混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、該工程で得られた正極活物質原料スラリーを解砕処理する解砕処理工程と、該工程で得られた解砕スラリー中に炭素質被膜前駆体である有機化合物を加え、造粒物を得る造粒工程と、該工程で得られた造粒物を非酸化性雰囲気下にて焼成する焼成工程とを有し、前記解砕処理工程において、解砕処理前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)が0.85以上0.96以下であることを特徴とする。
<Method of manufacturing positive electrode material for lithium ion secondary battery>
The method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes the steps of producing the positive electrode active material and the positive electrode active material precursor represented by the general formula (1), and the positive electrode active material obtained in the step And at least one positive electrode active material source selected from the group consisting of a positive electrode active material precursor and water to prepare a slurry, and a positive electrode active material source slurry obtained in the step A crushing step of crushing treatment, an organic compound which is a carbonaceous film precursor is added to the crushed slurry obtained in the step to obtain a granulated product, and a structure obtained in the step And calcinating the grains in a non-oxidizing atmosphere, and in the crushing step, the ratio of the crystallite diameter of the positive electrode active material particles before and after the crushing treatment (crystallite diameter after crushing / It is characterized in that the crystallite diameter) before crushing is 0.85 or more and 0.96 or less To.
(正極活物質及び正極活物質前駆体の製造工程)
前記一般式(1)で表される正極活物質及び正極活物質前駆体の製造工程としては、固相法、液相法、気相法等の従来の方法を用いることができる。このような方法で得られたLixAyDzPO4としては、例えば、粒子状のもの(以下、「LixAyMzPO4粒子」と言うことがある。)が挙げられる。
LixAyDzPO4粒子は、例えば、Li源と、A源と、P源と、水と、必要に応じてD源と、を混合して得られるスラリー状の混合物を水熱合成して得られる。水熱合成によれば、LixAyDzPO4は、水中に沈殿物として生成する。得られた沈殿物は、LixAyDzPO4の前駆体であってもよい。この場合、LixAyDzPO4の前駆体を焼成することで、目的のLixAyDzPO4粒子が得られる。
この水熱合成には耐圧密閉容器を用いることが好ましい。
(Step of manufacturing positive electrode active material and positive electrode active material precursor)
As a production process of the positive electrode active material and the positive electrode active material precursor represented by the general formula (1), conventional methods such as a solid phase method, a liquid phase method, and a gas phase method can be used. The Li x A y D z PO 4 obtained in this way, for example, those of the particulate (hereinafter, may be referred to as "Li x A y M z PO 4 particles".) Can be mentioned.
Li x A y D z PO 4 particles are prepared, for example, by hydrothermally synthesizing a slurry-like mixture obtained by mixing Li source, A source, P source, water, and optionally D source. It is obtained by According to hydrothermal synthesis, Li x A y D z PO 4 forms as a precipitate in water. The obtained precipitate may be a precursor of Li x A y D z PO 4 . In this case, the target Li x A y D z PO 4 particles can be obtained by firing the Li x A y D z PO 4 precursor.
It is preferable to use a pressure-resistant closed vessel for the hydrothermal synthesis.
ここで、Li源としては、水酸化リチウム(LiOH)等の水酸化物;炭酸リチウム(Li2CO3)、塩化リチウム(LiCl)、硝酸リチウム(LiNO3)、リン酸リチウム(Li3PO4)、リン酸水素二リチウム(Li2HPO4)およびリン酸二水素リチウム(LiH2PO4)等のリチウム無機酸塩;酢酸リチウム(LiCH3COO)、蓚酸リチウム((COOLi)2)等のリチウム有機酸塩;ならびに、これらの水和物からなる群から選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。
なお、リン酸リチウム(Li3PO4)は、Li源およびP源としても用いることができる。
Here, as a Li source, hydroxides such as lithium hydroxide (LiOH); lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium chloride (LiCl), lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium phosphate (Li 3 PO 4) And lithium inorganic acid salts such as dilithium hydrogen phosphate (Li 2 HPO 4 ) and lithium dihydrogen phosphate (LiH 2 PO 4 ); lithium acetate (LiCH 3 COO), lithium oxalate ((COOLi) 2 ), etc. It is preferable to use at least one selected from the group consisting of lithium organic acid salts; and hydrates thereof.
Lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) can also be used as a Li source and a P source.
A源としては、Co、Mn、Ni、Fe、Cu及びCrからなる群から選択される少なくとも1種を含む塩化物、カルボン酸塩、硫酸塩等が挙げられる。例えば、LixAyDzPO4におけるAがFeである場合、Fe源としては、塩化鉄(II)(FeCl2)、酢酸鉄(II)(Fe(CH3COO)2)、硫酸鉄(II)(FeSO4)等の2価の鉄塩が挙げられる。これらの中でも、Fe源としては、塩化鉄(II)、酢酸鉄(II)及び硫酸鉄(II)からなる群から選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。 As the source A, chlorides, carboxylates, sulfates and the like containing at least one selected from the group consisting of Co, Mn, Ni, Fe, Cu and Cr can be mentioned. For example, when A in Li x A y D z PO 4 is Fe, iron (II) chloride (FeCl 2 ), iron acetate (II) (Fe (CH 3 COO) 2 ), iron sulfate can be used as the Fe source. (II) divalent iron salts such as (FeSO 4 ). Among these, as the Fe source, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of iron (II) chloride, iron (II) acetate and iron (II) sulfate.
D源としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc及びYからなる群から選択される少なくとも1種を含む塩化物、カルボン酸塩、硫酸塩等が挙げられる。 As the D source, chloride, carboxylate containing at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc and Y And sulfates.
P源としては、リン酸(H3PO4)、リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)、リン酸水素二アンモニウム((NH4)2HPO4)等のリン酸化合物が挙げられる。これらの中でも、P源としては、リン酸、リン酸二水素アンモニウム及びリン酸水素二アンモニウムからなる群から選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。 Examples of P sources include phosphoric acid compounds such as phosphoric acid (H 3 PO 4 ), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), and diammonium hydrogen phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ). . Among these, as the P source, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of phosphoric acid, ammonium dihydrogen phosphate and diammonium hydrogen phosphate.
(スラリー調製工程)
本工程では、前記工程で得られた正極活物質原料を、水に分散させて均一なスラリーを調製する。正極活物質原料を水に分散させる際には、分散剤を加えることもできる。正極活物質原料を水に分散させる方法としては、特に限定されず、例えば、遊星ボールミル、振動ボールミル、ビーズミル、ペイントシェーカー、アトライタ等の媒体粒子を高速で撹拌する媒体撹拌型分散装置を用いる方法が好ましい。
(Slurry preparation process)
At this process, the positive electrode active material raw material obtained at the said process is disperse | distributed to water, and a uniform slurry is prepared. When the positive electrode active material is dispersed in water, a dispersant may be added. The method for dispersing the positive electrode active material in water is not particularly limited. For example, a method using a medium stirring type dispersing device for stirring medium particles such as a planetary ball mill, a vibrating ball mill, a bead mill, a paint shaker, and attritor at high speed is used. preferable.
(解砕処理工程)
本工程では、前記スラリー調製工程で得られた正極活物質原料スラリーを解砕処理する。正極活物質原料スラリーを解砕処理する方法は特に限定されず、例えば、前記スラリー調製工程で正極活物質原料を水に分散させる際に用いられる媒体粒子を高速で撹拌する媒体撹拌型分散装置を用いて解砕処理する方法が挙げられる。なお、前記スラリー調製工程と解砕処理工程とは同時に行ってもよい。
正極活物質原料スラリーを解砕する際には、スラリー中の正極活物質原料の累積粒度分布における累積百分率90%の粒子径(D90)の累積百分率10%の粒子径(D10)に対する比(D90/D10)が1以上10以下、且つ粒度分布が単峰性となるように制御するとよい。比(D90/D10)を1以上10以下、且つ粒度分布を単峰性とすることで、スラリー中の正極活物質粒子の分散性が向上する。正極活物質粒子の分散性が向上することにより、正極活物質粒子同士のネッキングが強固となり、得られる凝集粒子の単位粒径あたりの圧縮強度を上述の範囲内とすることができ、該凝集粒子の高硬度化、高密度化が図れ、本発明の効果を発揮することができる。
比(D90/D10)を1以上10以下、且つ粒度分布を単峰性とするためには、解砕処理前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)を0.85以上0.96以下に制御する。結晶子径の比を0.85より小さくすると解砕処理の負荷が強過ぎるため、スラリー中の正極活物質の再凝集が進行し、粒度分布が単峰性とならないばかりか、過負荷により正極活物質粒子の結晶構造を破壊させてしまうおそれがある。結晶子径の比を0.96より大きくすると解砕処理の負荷が弱過ぎるため、正極活物質粒子を均一に分散、解膠することができない。
なお、スラリーの解砕条件は、例えば、分散メディアの材質、直径、スラリー中の正極活物質原料の濃度、撹拌速度、撹拌時間等により調整することができる。
(Crushing process)
In this step, the positive electrode active material raw material slurry obtained in the slurry preparation step is crushed. The method for crushing the positive electrode active material raw material slurry is not particularly limited. For example, a medium stirring type dispersing device for stirring medium particles used at the time of dispersing the positive electrode active material raw material in water in the slurry preparation step at high speed is used. The method of crushing using is mentioned. The slurry preparation step and the crushing step may be performed simultaneously.
When crushing the positive electrode active material raw material slurry, the ratio (D90) of the particle size (D90) of the cumulative percentage of the particle size (D90) in the cumulative particle size distribution of the positive electrode active material raw material in the slurry to 10% of the particle diameter (D10) It is preferable to control so that / D10) is 1 or more and 10 or less, and the particle size distribution is unimodal. By making the ratio (D90 / D10) 1 or more and 10 or less and making the particle size distribution unimodal, the dispersibility of the positive electrode active material particles in the slurry is improved. By improving the dispersibility of the positive electrode active material particles, the necking of the positive electrode active material particles becomes strong, and the compression strength per unit particle diameter of the obtained agglomerated particles can be made within the above range, and the agglomerated particles It is possible to achieve high hardness and high density, and the effects of the present invention can be exhibited.
In order to make the ratio (D90 / D10) 1 or more and 10 or less and to make the particle size distribution unimodal, the ratio of crystallite diameters of positive electrode active material particles before and after the crushing treatment (crystallite diameter after crushing / dissolution The crystallite diameter before crushing is controlled to 0.85 or more and 0.96 or less. If the ratio of the crystallite diameter is smaller than 0.85, the load of the crushing treatment is too strong, so reaggregation of the positive electrode active material in the slurry proceeds and the particle size distribution not only becomes unimodal, but also the positive electrode The crystal structure of the active material particles may be destroyed. If the ratio of crystallite diameter is larger than 0.96, the load of the crushing treatment is too weak, and thus the positive electrode active material particles can not be uniformly dispersed and peptized.
The conditions for crushing the slurry can be adjusted, for example, by the material and diameter of the dispersion medium, the concentration of the positive electrode active material in the slurry, the stirring speed, the stirring time, and the like.
また、解砕処理前後の正極活物質粒子の結晶子径は、以下の方法で測定することができる。
正極活物質原料スラリーを大気中120℃で乾燥し、この乾燥物を乳鉢で粉砕した後、粉末X線回折装置(例えば、PANalytical社製、商品名:X’pert MPD)を用いて以下の測定条件で回折パターンを測定する。
線源:Cu−Kα
ステップサイズ:0.01°/step
スキャン速度 3秒/step
測定した回折パターンにおいて、2θが28.8〜30.8°の範囲にあるピークの半値幅(B)を用い、下記式(i)及び(ii)から結晶子径を算出する。
解砕前の結晶子径(nm)={0.9×1.5418×0.1}/{β1(Å)×cos(29.78/2×π/2)} (i)
β1=(B1−b)
式中、B1は解砕前の正極活物質粒子について測定した回折パターンにおいて、2θが28.8〜30.8°の範囲にあるピークの半値幅であり、bは基準試料Siの半値幅(2θ=47.3°)である。
解砕後の結晶子径(nm)={0.9×1.5418×0.1}/{β2(Å)×cos(29.78/2×π/2)} (ii)
β2=(B2−b)
式中、B2は解砕後の正極活物質粒子について測定した回折パターンにおいて、2θが28.8〜30.8°の範囲にあるピークの半値幅であり、bは基準試料Siの半値幅(2θ=47.3°)である。
The crystallite diameter of the positive electrode active material particles before and after the crushing treatment can be measured by the following method.
The cathode active material raw material slurry is dried at 120 ° C. in the atmosphere, and the dried product is pulverized in a mortar and then measured using a powder X-ray diffractometer (for example, PANalytical, trade name: X'pert MPD). Measure the diffraction pattern under the conditions.
Radiation source: Cu-Kα
Step size: 0.01 ° / step
Scan speed 3 seconds / step
In the measured diffraction pattern, the crystallite diameter is calculated from the following formulas (i) and (ii) using the peak half width (B) in which 2θ is in the range of 28.8 to 30.8 °.
Crystallite diameter before crushing (nm) = {0.9 × 1.5418 × 0.1} / {β1 (Å) × cos (29.78 / 2 × π / 2)} (i)
β1 = (B1-b)
In the formula, in the diffraction pattern measured for the positive electrode active material particles before crushing, B1 is the half width of the peak in which 2θ is in the range of 28.8 to 30.8 °, and b is the half width of the reference sample Si ( 2θ = 47.3 °).
Crystallite diameter after crushing (nm) = {0.9 × 1.5418 × 0.1} / {β2 (Å) × cos (29.78 / 2 × π / 2)} (ii)
β2 = (B2-b)
In the formula, B2 is the half width of the peak in the range of 28.8 to 28.8 ° in the diffraction pattern measured for the positive electrode active material particles after crushing, and b is the half width of the reference sample Si ( 2θ = 47.3 °).
(造粒工程)
本工程では、解砕スラリー中の正極活物質原料に炭素質被膜前駆体である有機化合物を混合し、造粒物を製造する。有機化合物としては、正極活物質の表面に炭素質被膜を形成できる化合物であれば特に限定されず、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン、セルロース、デンプン、ゼラチン、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリ酢酸ビニル、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、マルトース、スクロース、ラクトース、グリコーゲン、ペクチン、アルギン酸、グルコマンナン、キチン、クエン酸、ヒアルロン酸、アスコルビン酸、コンドロイチン、アガロース、ポリエーテル、2価アルコール、3価アルコール等が挙げられる。中でも、ポリビニルアルコール(PVA)、グルコース、スクロースが好ましい。これらは、1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
(Granulation process)
In this step, an organic compound which is a carbonaceous film precursor is mixed with a positive electrode active material material in the crushed slurry to produce a granulated product. The organic compound is not particularly limited as long as it is a compound capable of forming a carbonaceous film on the surface of the positive electrode active material. For example, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone, cellulose, starch, gelatin, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose , Hydroxyethyl cellulose, polystyrene sulfonic acid, polyacrylamide, polyacrylic acid, polyvinyl acetate, glucose, fructose, galactose, mannose, maltose, sucrose, lactose, glycogen, pectin, alginic acid, glucomannan, chitin, citric acid, hyaluronic acid, Ascorbic acid, chondroitin, agarose, polyether, dihydric alcohol, trihydric alcohol and the like can be mentioned. Among them, polyvinyl alcohol (PVA), glucose and sucrose are preferable. These may use only 1 type and may mix and use 2 or more types.
有機化合物と、正極活物質原料との配合比は、正極活物質原料から得られる活物質100質量部に対して、有機化合物から得られる炭素重量で0.5質量部以上4.0質量部以下であることが好ましい。実際の配合量は加熱炭化による炭化量(炭素源の種類や炭化条件)により異なるが、おおむね0.7質量部から7質量部程度である。 The compounding ratio of the organic compound to the positive electrode active material is 0.5 to 4.0 parts by weight of carbon obtained from the organic compound per 100 parts by weight of the active material obtained from the positive electrode active material. Is preferred. The actual blending amount varies depending on the carbonization amount by heating carbonization (the type of carbon source and carbonization conditions), but is about 0.7 to 7 parts by mass in general.
造粒物は、本発明の効果を発揮する観点から、中実粒子であることが好ましい。また、造粒物が崩壊しないよう、必要最小限の凝集保持剤を混合することもできる。ここで、凝集保持剤とは、一次粒子の凝集を補助するとともに、該一次粒子が凝集した二次粒子の形状を保持する化合物を意味する。凝集保持剤としては、例えば、クエン酸、ポリアクリル酸、アスコルビン酸等の有機酸が挙げられる。
また、後述する焼成工程において有機化合物の炭化を促進するための炭化触媒を用いてもよい。
Granules are preferably solid particles from the viewpoint of exhibiting the effects of the present invention. In addition, a minimum necessary amount of aggregation retention agent can be mixed so that the granulated material does not disintegrate. Here, the aggregation support means a compound that assists aggregation of primary particles and retains the shape of secondary particles in which the primary particles are aggregated. Examples of the aggregation retention agent include organic acids such as citric acid, polyacrylic acid and ascorbic acid.
Moreover, you may use the carbonization catalyst for promoting carbonization of an organic compound in the baking process mentioned later.
本工程では、解砕スラリー中に含まれる正極活物質原料の濃度を好ましくは15〜55質量%、より好ましくは20〜50質量%となるように調製することで、球状の中実粒子を得ることができる。 In this step, spherical solid particles are obtained by adjusting the concentration of the positive electrode active material contained in the crushed slurry to preferably 15 to 55% by mass, more preferably 20 to 50% by mass. be able to.
次いで、上記で得られた混合物を雰囲気温度が溶媒の沸点以上である高温雰囲気中、例えば100〜250℃の大気中に噴霧し、乾燥させる。
ここで、噴霧の際の条件、例えば、解砕スラリー中の正極活物質原料の濃度、噴霧圧力、速度、更に、噴霧後の乾燥させる際の条件、例えば、昇温速度、最高保持温度、保持時間等を適宜調整することにより、上述した凝集粒子の平均二次粒子径が上記範囲内にある乾燥物が得られる。
Next, the mixture obtained above is sprayed and dried in a high-temperature atmosphere in which the ambient temperature is equal to or higher than the boiling point of the solvent, for example, in the atmosphere at 100 to 250 ° C.
Here, conditions for spraying, for example, concentration of positive electrode active material in crushed slurry, spraying pressure, speed, and conditions for drying after spraying, for example, temperature rising rate, maximum holding temperature, holding By appropriately adjusting the time or the like, a dried product having an average secondary particle diameter of the above-described aggregated particles in the above range can be obtained.
噴霧・乾燥時の雰囲気温度は、解砕スラリー中の溶媒の蒸発速度に影響を与え、これにより得られる乾燥物の構造を制御することができる。
例えば、雰囲気温度が解砕スラリー中の溶媒の沸点に近くなればなる程、噴霧された液滴の乾燥に時間がかかるので、この乾燥に要する時間の間に、得られる乾燥物は十分に収縮することとなる。これにより、解砕スラリー中の溶媒の沸点近傍の雰囲気温度にて噴霧・乾燥した乾燥物は、中実構造をとりやすくなる。
The atmosphere temperature at the time of spraying and drying influences the evaporation rate of the solvent in the crushed slurry, which can control the structure of the resulting dried product.
For example, the closer the ambient temperature is to the boiling point of the solvent in the crushed slurry, the longer it takes to dry the sprayed droplets, so the resulting dried material shrinks sufficiently during the time required for this drying. It will be done. As a result, the dried product sprayed and dried at an ambient temperature near the boiling point of the solvent in the crushed slurry tends to have a solid structure.
(焼成工程)
本工程では、前記工程で得られた造粒物を非酸化性雰囲気下にて焼成する。造粒物を非酸化性雰囲気下、好ましくは650℃以上かつ1000℃以下、より好ましくは700℃以上かつ900℃以下の温度にて、0.1時間以上かつ40時間以下焼成する。
(Firing process)
At this process, the granulated material obtained at the said process is baked by non-oxidative atmosphere. The granulated product is fired in a non-oxidizing atmosphere, preferably at a temperature of 650 ° C. or more and 1000 ° C. or less, more preferably 700 ° C. or more and 900 ° C. or less for 0.1 hour or more and 40 hours or less.
非酸化性雰囲気としては、窒素(N2)、アルゴン(Ar)等の不活性ガスからなる雰囲気が好ましい。混合物の酸化をより抑えたい場合には、水素(H2)等の還元性ガスを数体積%程度含む還元性雰囲気が好ましい。また、焼成時に非酸化性雰囲気中に蒸発した有機分を除去することを目的として、非酸化性雰囲気中に酸素(O2)等の支燃性ガスまたは可燃性ガスを導入してもよい。 As the non-oxidizing atmosphere, an atmosphere composed of an inert gas such as nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) is preferable. When it is desired to further suppress the oxidation of the mixture, a reducing atmosphere containing about several volume% of a reducing gas such as hydrogen (H 2 ) is preferable. Further, for the purpose of removing the organic components evaporated in the non-oxidizing atmosphere at the time of firing, a combustion supporting gas such as oxygen (O 2 ) or a flammable gas may be introduced into the non-oxidizing atmosphere.
ここで、焼成温度を650℃以上とすることにより、混合物に含まれる有機化合物の分解及び反応が十分に進行し易く、有機化合物の炭化を十分に行い易い。その結果、得られた凝集粒子中に高抵抗の有機化合物の分解物が生成することを防止し易い。一方、焼成温度を1000℃以下とすることにより、正極活物質原料中のリチウム(Li)が蒸発し難く、また、正極活物質が目的の大きさ以上に粒成長することが抑制される。その結果、本実施形態の正極材料を含む正極を備えたリチウムイオン二次電池を作製した場合に、高速充放電レートにおける放電容量が低くなることを防止でき、十分な充放電レート性能を有するリチウムイオン二次電池を実現することができる。 Here, by setting the firing temperature to 650 ° C. or more, the decomposition and reaction of the organic compound contained in the mixture are easily advanced sufficiently, and the carbonization of the organic compound is sufficiently performed. As a result, it is easy to prevent the generation of the decomposition product of the highly resistant organic compound in the obtained aggregated particles. On the other hand, by setting the firing temperature to 1000 ° C. or less, lithium (Li) in the positive electrode active material is difficult to evaporate, and grain growth of the positive electrode active material to a target size or more is suppressed. As a result, when a lithium ion secondary battery provided with a positive electrode including the positive electrode material of the present embodiment is manufactured, it is possible to prevent the decrease in discharge capacity at high speed charge and discharge rates, and lithium having sufficient charge and discharge rate performance An ion secondary battery can be realized.
以上より、混合物中の有機化合物が炭化し、正極活物質の表面を有機化合物由来の炭素質被膜にて覆う一次粒子が生成し、該一次粒子は複数個凝集して凝集粒子となる。 From the above, the organic compound in the mixture is carbonized to form primary particles that cover the surface of the positive electrode active material with the carbonaceous film derived from the organic compound, and a plurality of the primary particles are aggregated to form aggregated particles.
<リチウムイオン二次電池用電極>
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極は、アルミニウム集電体と、該アルミニウム集電体上に形成された正極合材層とを備え、上記正極合材層が、前述のリチウムイオン二次電池用正極材料又は前述のリチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法により得られる正極材料を含有することを特徴とする。上記正極合材層が、前述の正極材料を含有することから、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極はLiイオン伝導性、及び電子伝導性に優れる。
<Electrode for lithium ion secondary battery>
The electrode for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes an aluminum current collector and a positive electrode mixture layer formed on the aluminum current collector, and the positive electrode mixture layer is the above-described lithium ion secondary. It is characterized by containing the positive electrode material obtained by the manufacturing method of the positive electrode material for batteries or the above-mentioned positive electrode material for lithium ion secondary batteries. Since the said positive electrode mixture layer contains the above-mentioned positive electrode material, the electrode for lithium ion secondary batteries of this embodiment is excellent in Li ion conductivity and electron conductivity.
〔電極の製造方法〕
電極を作製するには、前述の正極材料と、バインダー樹脂からなる結着剤と、溶媒とを混合して、電極形成用塗料又は電極形成用ペーストを調製する。この際、必要に応じてカーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等の導電助剤を添加してもよい。
結着剤、すなわちバインダー樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)樹脂、フッ素ゴム等が好適に用いられる。
正極材料とバインダー樹脂との配合比は、特に限定されないが、例えば、正極材料100質量部に対してバインダー樹脂を1質量部以上30質量部以下、好ましくは3質量部以上20質量部以下とする。
[Method of producing an electrode]
In order to produce an electrode, the above-mentioned positive electrode material, a binder comprising a binder resin, and a solvent are mixed to prepare a paint for electrode formation or a paste for electrode formation. At this time, if necessary, a conductive aid such as carbon black, acetylene black, graphite, ketjen black, natural graphite, artificial graphite or the like may be added.
As a binder, that is, a binder resin, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, polyvinylidene fluoride (PVdF) resin, fluororubber and the like are suitably used.
Although the compounding ratio of positive electrode material and binder resin is not specifically limited, For example, 1 mass part or more and 30 mass parts or less, Preferably 3 mass parts or more and 20 mass parts or less make binder resin with respect to 100 mass parts of positive electrode materials .
電極形成用塗料又は電極形成用ペーストに用いる溶媒としては、バインダー樹脂の性質に合わせて適宜選択すればよい。
例えば、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロピルアルコール:IPA)、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングルコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングルコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等を挙げることができる。これらは、1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
The solvent used for the electrode-forming paint or electrode-forming paste may be appropriately selected according to the nature of the binder resin.
For example, alcohols such as water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol: IPA), butanol, pentanol, hexanol, octanol, diacetone alcohol, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol Esters such as monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, γ-butyrolactone, diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve ), Ethers such as diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether; acetone, Ketones such as methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), acetylacetone and cyclohexanone; amides such as dimethylformamide, N, N-dimethylacetoacetamide and N-methylpyrrolidone; glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol and propylene glycol And the like. These may use only 1 type and may mix and use 2 or more types.
次いで、電極形成用塗料又は電極形成用ペーストを、アルミニウム箔の一方の面に塗布し、その後、乾燥し、上記の正極材料とバインダー樹脂との混合物からなる塗膜が一方の面に形成されたアルミニウム箔を得る。
次いで、塗膜を加圧圧着し、乾燥して、アルミニウム箔の一方の面に電極材料層を有する集電体(電極)を作製する。
このようにして、Liイオン伝導性、及び電子伝導性に優れた電極を作製することができる。
Subsequently, a paint for electrode formation or a paste for electrode formation was applied to one side of an aluminum foil and then dried to form a coating film made of a mixture of the above positive electrode material and a binder resin on one side. Obtain an aluminum foil.
Next, the coated film is pressure-bonded and dried, and a current collector (electrode) having an electrode material layer on one surface of an aluminum foil is produced.
In this manner, an electrode excellent in Li ion conductivity and electron conductivity can be produced.
<リチウムイオン二次電池>
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、電解質とを有し、該正極として、上述のリチウムイオン二次電池用電極を備える。したがって、Liイオン伝導性、及び電子伝導性に優れ、リチウムイオン二次電池の充放電特性を改善することができる。
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of the present embodiment has a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and includes the above-described electrode for a lithium ion secondary battery as the positive electrode. Therefore, the lithium ion conductivity and the electron conductivity are excellent, and the charge and discharge characteristics of the lithium ion secondary battery can be improved.
負極としては、例えば、金属Li、天然黒鉛、ハードカーボン等の炭素材料、Li合金及びLi4Ti5O12、Si(Li4.4Si)等の負極材料を含むものが挙げられる。 Examples of the negative electrode include those containing a carbon material such as metal Li, natural graphite and hard carbon, and a negative electrode material such as Li alloy and Li 4 Ti 5 O 12 and Si (Li 4.4 Si).
電解質は、特に制限されないが、非水電解質であることが好ましく、例えば、炭酸エチレン(エチレンカーボネート;EC)と、炭酸エチルメチル(エチルメチルカーボネート;EMC)とを、体積比で1:1となるように混合し、得られた混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を、例えば、濃度1モル/dm3となるように溶解したものが挙げられる。 The electrolyte is not particularly limited, but is preferably a non-aqueous electrolyte. For example, ethylene carbonate (ethylene carbonate; EC) and ethyl methyl carbonate (ethyl methyl carbonate; EMC) become 1: 1 in volume ratio were mixed so, the resulting mixture lithium hexafluorophosphate in a solvent (LiPF 6), for example, those obtained by dissolving at a concentration 1 mol / dm 3.
上記正極と上記負極とは、セパレータを介して対向させることができる。セパレータとして、例えば、多孔質プロピレンを用いることができる。
また、非水電解質とセパレータの代わりに、固体電解質を用いてもよい。
The positive electrode and the negative electrode can be opposed to each other via a separator. For example, porous propylene can be used as a separator.
Also, instead of the non-aqueous electrolyte and the separator, a solid electrolyte may be used.
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、実施例に記載の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited to the form as described in an Example.
〔リチウムイオン二次電池用正極材料の合成〕
(実施例1)
Li源およびP源としてのリン酸リチウム(Li3PO4)と、Fe源としての硫酸鉄(II)(FeSO4)を、モル比でLi:Fe:P=3:1:1となるように混合した。さらに、調製用蒸留水を混合して、600mlの原料スラリーを調製した。
次いで、この原料スラリーを耐圧密閉容器に収容し、180℃にて2時間、水熱合成した後、室温(25℃)になるまで冷却して、容器内に沈殿しているケーキ状の正極活物質粒子を得た。この正極活物質粒子を蒸留水で複数回、十分に水洗した後、正極活物質粒子濃度が60質量%となるように、正極活物質粒子と蒸留水を混合し、懸濁スラリーを調製した。
この懸濁スラリーを直径0.1mmのジルコニアボールと共にサンドミルへ投入し、解砕前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)が0.91となるように、サンドミルの撹拌速度と撹拌時間を調整して解砕処理を行った。解砕処理後の正極活物質粒子の累積粒度分布における累積百分率90%の粒子径(D90)の、累積百分率10%の粒子径(D10)に対する比(D90/D10)は2、粒度分布は単峰性であった。
次いで、解砕処理を施したスラリーに予め20質量%に調整したポリビニルアルコール(PVA)水溶液を、正極活物質粒子に対しPVA固形分換算で3.5質量%混合し、さらに解砕スラリー中の正極活物質粒子濃度が30質量%となるよう蒸留水を混合した後、180℃の大気雰囲気中に噴霧、乾燥し、正極活物質粒子の造粒乾燥物を得た。
次いで、得られた乾燥物を不活性雰囲気下、750℃にて1時間熱処理を行うことにより、正極活物質粒子への炭素担持を行い、実施例1のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
[Synthesis of positive electrode material for lithium ion secondary battery]
Example 1
Li: Fe: P = 3: 1: 1 in molar ratio of lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) as Li source and P source and iron (II) sulfate (FeSO 4 ) as Fe source Mixed. Furthermore, the distilled water for preparation was mixed, and the raw material slurry of 600 ml was prepared.
Next, the raw material slurry is accommodated in a pressure tight container, hydrothermally synthesized at 180 ° C. for 2 hours, cooled to room temperature (25 ° C.), and cake-like positive electrode activity precipitated in the container Material particles were obtained. The positive electrode active material particles were sufficiently washed with distilled water several times, and then the positive electrode active material particles and distilled water were mixed so that the concentration of the positive electrode active material particles was 60% by mass, to prepare a suspension slurry.
This suspended slurry is introduced into a sand mill together with zirconia balls having a diameter of 0.1 mm, and the ratio of crystallite diameter of positive electrode active material particles before and after crushing (crystallite diameter after crushing / crystallite diameter before crushing) is The crushing speed was adjusted by adjusting the stirring speed and the stirring time of the sand mill so as to be 0.91. The ratio (D90 / D10) of the particle diameter (D90) of cumulative percentage 90% in the cumulative particle size distribution of positive electrode active material particles after crushing processing to the particle diameter (D10) of cumulative percentage 10% is 2, particle size distribution is single It was peaky.
Subsequently, a polyvinyl alcohol (PVA) aqueous solution previously adjusted to 20 mass% is mixed with the slurry subjected to the crushing treatment with respect to the positive electrode active material particles in 3.5 mass% in terms of PVA solid content, and further in the crushed slurry Distilled water was mixed so that the positive electrode active material particle concentration was 30% by mass, and then the mixture was sprayed and dried in an air atmosphere at 180 ° C. to obtain a granulated and dried product of positive electrode active material particles.
Next, the obtained dried product is heat-treated at 750 ° C. for 1 hour in an inert atmosphere to carry carbon on the positive electrode active material particles, and a positive electrode material for lithium ion secondary battery of Example 1 is produced. did.
(実施例2)
サンドミルにより解砕処理をする際に、解砕前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)が0.93となるように、サンドミルの撹拌速度と撹拌時間を調整して解砕処理を行った以外は、実施例1と同様にして実施例2のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。解砕処理後の正極活物質粒子の累積粒度分布における累積百分率90%の粒子径(D90)の、累積百分率10%の粒子径(D10)に対する比(D90/D10)は5、粒度分布は単峰性であった。
(Example 2)
When crushing with a sand mill, the ratio of crystallite diameter of positive electrode active material particles before and after crushing (crystal diameter after crushing / crystal diameter before crushing) is 0.93. A positive electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the stirring speed and the stirring time of the sand mill were adjusted to carry out the crushing treatment. The ratio (D90 / D10) of the particle diameter (D90) of cumulative percentage 90% in the cumulative particle size distribution of positive electrode active material particles after crushing treatment to the particle diameter (D10) of cumulative percentage 10% is 5, particle size distribution is single It was peaky.
(実施例3)
サンドミルにより解砕処理を施したスラリーに予め30質量%に調整したグルコース水溶液を、正極活物質粒子に対しグルコース固形分換算で5.0質量%混合した以外は、実施例1と同様にして実施例3のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
(Example 3)
Example 6 was carried out in the same manner as Example 1, except that a glucose aqueous solution previously adjusted to 30 mass% was mixed with the slurry crushed by a sand mill in advance to the positive electrode active material particles at 5.0 mass% in terms of glucose solid content. A positive electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 3 was produced.
(実施例4)
サンドミルにより解砕処理を施したスラリーに予め30質量%に調整したグルコース水溶液を、正極活物質粒子に対しグルコース固形分換算で5.0質量%混合した以外は、実施例2と同様にして実施例4のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
(Example 4)
Example 6 was carried out in the same manner as Example 2, except that a glucose aqueous solution previously adjusted to 30% by mass was mixed with the positive electrode active material particles 5.0% by mass in terms of glucose solid content in the slurry crushed by a sand mill. A positive electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 4 was produced.
(実施例5)
正極活物質粒子濃度が60質量%となるように調整した懸濁スラリーを、直径0.5mmのジルコニアボールと共にサンドミルへ投入し、解砕前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)が0.88となるように、サンドミルの撹拌速度と撹拌時間を調整して解砕処理を行った以外は、実施例1と同様にして実施例5のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。解砕処理後の正極活物質粒子の累積粒度分布における累積百分率90%の粒子径(D90)の、累積百分率10%の粒子径(D10)に対する比(D90/D10)は8.5、粒度分布は単峰性であった。
(Example 5)
Suspended slurry adjusted so that the concentration of positive electrode active material particles is 60% by mass is charged into a sand mill together with zirconia balls having a diameter of 0.5 mm, and the ratio of crystallite diameter of positive electrode active material particles before and after crushing (crushing The same procedure as in Example 1 was carried out except that the stirring speed and the stirring time of the sand mill were adjusted so as to adjust the subsequent crystallite diameter / crystallite diameter before crushing to 0.88. A positive electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 5 was produced. The ratio (D90 / D10) of the particle size (D90) of cumulative percentage 90% of the particle size (D90) of cumulative percentage of cumulative particle size distribution of positive electrode active material particles after crushing process to the particle size (D10) is 8.5, particle size distribution Was unimodal.
(実施例6)
Li源およびP源としてのリン酸リチウム(Li3PO4)と、Fe源としての硫酸鉄(II)(FeSO4)を、モル比でLi:Fe:P=3:1:1となるように混合した。さらに、調製用蒸留水を混合して、600mlの原料スラリーを調製した。
次いで、この原料スラリーを耐圧密閉容器に収容し、130℃にて2時間、水熱合成した後、室温(25℃)になるまで冷却して、容器内に沈殿しているケーキ状の正極活物質粒子を得た。この正極活物質粒子を蒸留水で複数回、十分に水洗した後、正極活物質粒子濃度が60質量%となるように、正極活物質粒子と蒸留水を混合し、懸濁スラリーを調製した。
この懸濁スラリーを直径0.1mmのジルコニアボールと共にサンドミルへ投入し、解砕前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)が0.90となるように、サンドミルの撹拌速度と撹拌時間を調整して解砕処理を行った以外は、実施例1と同様にして、実施例6のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。解砕処理後の正極活物質粒子の累積粒度分布における累積百分率90%の粒子径(D90)の、累積百分率10%の粒子径(D10)に対する比(D90/D10)は1.9、粒度分布は単峰性であった。
(Example 6)
Li: Fe: P = 3: 1: 1 in molar ratio of lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) as Li source and P source and iron (II) sulfate (FeSO 4 ) as Fe source Mixed. Furthermore, the distilled water for preparation was mixed, and the raw material slurry of 600 ml was prepared.
Next, the raw material slurry is housed in a pressure tight container, hydrothermally synthesized at 130 ° C. for 2 hours, cooled to room temperature (25 ° C.), and cake-like positive electrode activity precipitated in the container Material particles were obtained. The positive electrode active material particles were sufficiently washed with distilled water several times, and then the positive electrode active material particles and distilled water were mixed so that the concentration of the positive electrode active material particles was 60% by mass, to prepare a suspension slurry.
This suspended slurry is introduced into a sand mill together with zirconia balls having a diameter of 0.1 mm, and the ratio of crystallite diameter of positive electrode active material particles before and after crushing (crystallite diameter after crushing / crystallite diameter before crushing) is The positive electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that the stirring speed and the stirring time of the sand mill were adjusted so as to obtain 0.90 and crushing was performed. did. The ratio (D90 / D10) of the particle size (D90) of cumulative percentage 90% of the particle size (D90) of cumulative percentage of cumulative particle size distribution of positive electrode active material particles after crushing process to particle size (D10) is 1.9, particle size distribution Was unimodal.
(比較例1)
正極活物質粒子濃度が60質量%となるように調整した懸濁スラリーを、直径1mmのジルコニアボールと共にサンドミルへ投入し、解砕前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)が0.98となるように、サンドミルの撹拌速度と撹拌時間を調整して解砕処理を行った以外は、実施例1と同様にして、比較例1のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。解砕処理後の正極活物質粒子の累積粒度分布における累積百分率90%の粒子径(D90)の、累積百分率10%の粒子径(D10)に対する比(D90/D10)は44、粒度分布は二峰性であった。
(Comparative example 1)
Suspended slurry adjusted so that the concentration of positive electrode active material particles is 60% by mass is introduced into a sand mill together with zirconia balls having a diameter of 1 mm, and the ratio of the crystallite diameter of positive electrode active material particles before and after crushing (after crushing Comparison was carried out in the same manner as in Example 1, except that the stirring speed and the stirring time of the sand mill were adjusted and the crushing process was carried out so that the crystallite diameter / crystallite diameter before crushing was 0.98. A positive electrode material for a lithium ion secondary battery of Example 1 was produced. The ratio (D90 / D10) of the particle size (D90) of cumulative percentage 90% in the cumulative particle size distribution of positive electrode active material particles after crushing processing to the particle size (D10) of cumulative percentage 10% is 44, and the particle size distribution is 2 It was peaky.
(比較例2)
サンドミルにより解砕処理をする際に、解砕前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)が1.0となるように、サンドミルの撹拌速度と撹拌時間を調整して解砕処理を行った以外は、実施例1と同様にして、比較例2のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。解砕処理後の正極活物質粒子の累積粒度分布における累積百分率90%の粒子径(D90)の、累積百分率10%の粒子径(D10)に対する比(D90/D10)は71、粒度分布は二峰性であった。
(Comparative example 2)
When crushing with a sand mill, the ratio of crystallite diameter of positive electrode active material particles before and after crushing (crystal diameter after crushing / crystal diameter before crushing) is 1.0, A positive electrode material for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the stirring speed and the stirring time of the sand mill were adjusted to carry out the crushing treatment. The ratio (D90 / D10) of the particle diameter (D90) of cumulative percentage 90% in the cumulative particle size distribution of positive electrode active material particles after crushing treatment to the particle diameter (D10) of cumulative percentage 10% is 71, the particle size distribution is 2 It was peaky.
(比較例3)
サンドミルにより解砕処理をする際に、解砕前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)が0.81となるように、サンドミルの撹拌速度と撹拌時間を調整して解砕処理を行った以外は、実施例1と同様にして、比較例3のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。解砕処理後の正極活物質粒子の累積粒度分布における累積百分率90%の粒子径(D90)の、累積百分率10%の粒子径(D10)に対する比(D90/D10)は2.6、粒度分布は二峰性であった。
(Comparative example 3)
When crushing with a sand mill, the ratio of crystallite diameter of positive electrode active material particles before and after crushing (crystal diameter after crushing / crystal diameter before crushing) is 0.81. A positive electrode material for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the stirring speed and the stirring time of the sand mill were adjusted to carry out the crushing treatment. The ratio (D90 / D10) of the particle size (D90) of cumulative percentage 90% of the particle size (D90) of cumulative percentage of cumulative particle size distribution of positive electrode active material particles after crushing treatment to the particle size (D10) of 10% is 2.6, particle size distribution Was bimodal.
(比較例4)
正極活物質粒子濃度が60質量%となるように調整した懸濁スラリーに解砕処理を施さないこと以外は、実施例1と同様にして比較例4のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。正極活物質粒子の累積粒度分布における累積百分率90%の粒子径(D90)の、累積百分率10%の粒子径(D10)に対する比(D90/D10)は194、粒度分布は多峰性であった。
(Comparative example 4)
A positive electrode material for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 4 was produced in the same manner as Example 1, except that the suspension slurry adjusted so that the concentration of the positive electrode active material particles was 60 mass% was not crushed. did. The ratio (D90 / D10) of the particle size (D90) of the cumulative percentage 90% in the cumulative particle size distribution of positive electrode active material particles to the particle size (D10) of the cumulative percentage 10% was 194, and the particle size distribution was multimodal .
[解砕前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)]
正極活物質原料スラリーを大気中120℃で乾燥し、この乾燥物を乳鉢で粉砕した後、粉末X線回折装置(PANalytical社製、商品名:X’pert MPD)を用いて以下の測定条件で回折パターンを測定した。
線源:Cu−Kα
ステップサイズ:0.01°/step
スキャン速度 3秒/step
測定した回折パターンにおいて、2θが28.8〜30.8°の範囲にあるピークの半値幅(B)を用い、下記式(i)及び(ii)から結晶子径を算出した。
解砕前の結晶子径(nm)={0.9×1.5418×0.1}/{β1(Å)×cos(29.78/2×π/2)} (i)
β1=(B1−b)
式中、B1は解砕前の正極活物質粒子について測定した回折パターンにおいて、2θが28.8〜30.8°の範囲にあるピークの半値幅であり、bは基準試料Siの半値幅(2θ=47.3°)である。
解砕後の結晶子径(nm)={0.9×1.5418×0.1}/{β2(Å)×cos(29.78/2×π/2)} (ii)
β2=(B2−b)
式中、B2は解砕後の正極活物質粒子について測定した回折パターンにおいて、2θが28.8〜30.8°の範囲にあるピークの半値幅であり、bは基準試料Siの半値幅(2θ=47.3°)である。
[Crystalline diameter ratio of positive electrode active material particles before and after crushing (crystallite diameter after crushing / crystallite diameter before crushing)]
The positive electrode active material slurry is dried at 120 ° C. in the atmosphere, and the dried product is crushed in a mortar, and then measured using the powder X-ray diffractometer (manufactured by PANalytical, trade name: X'pert MPD) under the following measurement conditions The diffraction pattern was measured.
Radiation source: Cu-Kα
Step size: 0.01 ° / step
Scan speed 3 seconds / step
In the measured diffraction pattern, the crystallite diameter was calculated from the following formulas (i) and (ii) using a half width (B) of a peak in which 2θ is in the range of 28.8 to 30.8 °.
Crystallite diameter before crushing (nm) = {0.9 × 1.5418 × 0.1} / {β1 (Å) × cos (29.78 / 2 × π / 2)} (i)
β1 = (B1-b)
In the formula, in the diffraction pattern measured for the positive electrode active material particles before crushing, B1 is the half width of the peak in which 2θ is in the range of 28.8 to 30.8 °, and b is the half width of the reference sample Si ( 2θ = 47.3 °).
Crystallite diameter after crushing (nm) = {0.9 × 1.5418 × 0.1} / {β2 (Å) × cos (29.78 / 2 × π / 2)} (ii)
β2 = (B2-b)
In the formula, B2 is the half width of the peak in the range of 28.8 to 28.8 ° in the diffraction pattern measured for the positive electrode active material particles after crushing, and b is the half width of the reference sample Si ( 2θ = 47.3 °).
[比(D90/D10)]
正極活物質原料スラリーを用いて、レーザー回折式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製、商品名:LA−950V2)により、正極活物質粒子の累積粒度分布における累積百分率90%の粒子径(D90)及び累積百分率10%の粒子径(D10)を測定し、比(D90/D10)を算出した。
なお、図1において、横軸は実施例1及び比較例1の正極活物質粒子の粒子径を示し、縦軸は横軸の各粒子径に対する正極活物質粒子の累積頻度を示す。
[Ratio (D90 / D10)]
Particle diameter (D90) with a cumulative percentage of 90% in the cumulative particle size distribution of positive electrode active material particles using a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (trade name: LA-950V2 manufactured by Horiba, Ltd.) using a positive electrode active material raw material slurry And a cumulative percentage of 10% of the particle size (D10) were measured, and the ratio (D90 / D10) was calculated.
In FIG. 1, the horizontal axis indicates the particle diameter of the positive electrode active material particles of Example 1 and Comparative Example 1, and the vertical axis indicates the cumulative frequency of the positive electrode active material particles with respect to each particle diameter on the horizontal axis.
[粒度分布]
正極活物質原料スラリーを用いて、レーザー回折式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製、商品名:LA−950V2)により、正極活物質粒子の粒度分布を測定した。
なお、図2において、実施例1及び比較例1の正極活物質粒子の粒度分布を示す。
Particle size distribution
Using the positive electrode active material raw material slurry, the particle size distribution of the positive electrode active material particles was measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (manufactured by Horiba, Ltd., trade name: LA-950V2).
In addition, the particle size distribution of the positive electrode active material particle of Example 1 and Comparative Example 1 is shown in FIG.
また、比(D90/D10)、および粒度分布をレーザー回折式粒度分布測定装置で測定する際はデータ取り込み回数を、半導体レーザー(LD)5000回、発光ダイオード(LED)1000回とし、データの演算条件は下記の通りとした。
<演算条件>
(サンプル屈折率)
LD実部:1.70
LD虚部:0.20
LED実部:1.70
LED虚部:0.20
(分散媒屈折率)
LD実部:1.33
LD虚部:0.00
LED実部:1.33
LED虚部:0.00
(反復回数):15回
(粒子径基準):体積
(演算アルゴリズム):標準演算
When measuring the ratio (D90 / D10) and the particle size distribution with a laser diffraction type particle size distribution analyzer, the number of times of data acquisition is semiconductor laser (LD) 5000 times and light emitting diode (LED) 1000 times, and data calculation is performed. The conditions were as follows.
<Calculation condition>
(Sample refractive index)
LD real part: 1.70
LD imaginary part: 0.20
LED real part: 1.70
LED imaginary part: 0.20
(Dispersant refractive index)
LD real part: 1.33
LD imaginary part: 0.00
LED real part: 1.33
LED imaginary part: 0.00
(Number of iterations): 15 times (particle diameter standard): volume (calculation algorithm): standard calculation
〔正極材料の評価〕
以下の方法により、得られたリチウムイオン二次電池用正極材料(以下、単に正極材料ともいう)について評価を行った。結果を表1に示す。
[Evaluation of positive electrode material]
The obtained positive electrode material for a lithium ion secondary battery (hereinafter, also simply referred to as a positive electrode material) was evaluated by the following method. The results are shown in Table 1.
(1)単位粒径あたりの圧縮強度
微小圧縮試験機(株式会社島津製作所製、商品名:MCT510)を用いて、マイクロスコープにて正極材料の粒子径を測定した。次いで、圧縮試験モードにて、圧子の種類:FLAT50、負荷速度:0.0446mN/sec、試験力:9.8mNの条件で、図3に示すように、正極材料1を圧子の中心2から圧子面3に対し垂直に圧縮し、圧縮強度を測定した。
なお、測定は任意に5検体の正極材料を選択し、5検体各々の粒子径と圧縮強度から算出した数値の平均値を単位粒径あたりの圧縮強度とした。
(1) Compressive Strength Per Unit Particle Size The particle diameter of the positive electrode material was measured with a microscope using a micro-compression tester (trade name: MCT 510, manufactured by Shimadzu Corporation). Next, in the compression test mode, type of indenter: FLAT 50, loading rate: 0.0446 mN / sec, test force: 9.8 mN, as shown in FIG. It was compressed perpendicularly to the plane 3 and the compressive strength was measured.
In the measurement, five samples of positive electrode materials were arbitrarily selected, and the average value of the numerical values calculated from the particle diameter and the compressive strength of each of the five samples was taken as the compressive strength per unit particle size.
(2)累積粒度分布における累積百分率50%の粒子径(D50)、および累積百分率90%の粒子径(D90)
レーザー回折式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製、商品名:LA−950V2)を用いて測定した。また、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定する際はデータ取り込み回数を、半導体レーザー(LD)5000回、発光ダイオード(LED)1000回とし、データの演算条件は下記の通りとした。
<演算条件>
(サンプル屈折率)
LD実部:1.70
LD虚部:0.20
LED実部:1.70
LED虚部:0.20
(分散媒屈折率)
LD実部:1.33
LD虚部:0.00
LED実部:1.33
LED虚部:0.00
(反復回数):15回
(粒子径基準):体積
(演算アルゴリズム):標準演算
なお、以下の前処理を行った分散溶液を測定試料とした。
純水40gおよびポリビニルピロリドン(PVP)0.12g、正極材料0.04gを70mLマヨネーズ瓶に秤量した。このマヨネーズ瓶を手動で10回ほど振り混ぜて、正極材料、ポリビニルピロリドン、純水を馴染ませた。次いで、この混合溶液を超音波ホモジナイザー(BRANSON製、商品名:SONIFIER450)にて、Output5、パルス50%の条件で2分間超音波処理した分散溶液を測定試料とした。
(2) Particle size (D50) of 50% of cumulative percentage in cumulative particle size distribution, and particle size (D90) of 90% of cumulative percentage
It measured using the laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (The Horiba, Ltd. make, brand name: LA-950V2). Moreover, when measuring with a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus, the number of data acquisition was set to 5000 semiconductor laser (LD) and 1000 light emitting diode (LED), and the data calculation conditions were as follows.
<Calculation condition>
(Sample refractive index)
LD real part: 1.70
LD imaginary part: 0.20
LED real part: 1.70
LED imaginary part: 0.20
(Dispersant refractive index)
LD real part: 1.33
LD imaginary part: 0.00
LED real part: 1.33
LED imaginary part: 0.00
(Number of repetitions): 15 times (particle diameter standard): volume (calculation algorithm): standard calculation It is to be noted that a dispersion solution subjected to the following pretreatment was used as a measurement sample.
40 g of pure water, 0.12 g of polyvinyl pyrrolidone (PVP), and 0.04 g of the positive electrode material were weighed in a 70 mL mayonnaise bottle. The mayonnaise bottle was manually shaken about 10 times to adjust the positive electrode material, polyvinyl pyrrolidone and pure water. Next, a dispersion solution obtained by sonicating this mixed solution with an ultrasonic homogenizer (trade name: SONIFIER 450, manufactured by BRANSON) for 2 minutes under the conditions of Output 5 and pulse 50% was used as a measurement sample.
(3)N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いた吸油量(NMP吸油量)
N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いた吸油量は、JIS K5101−13−1(精製あまに油法)に則った手法にて、あまに油をNMPに代えて測定した。
(3) Oil absorption using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) (NMP oil absorption)
The oil absorption using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was measured by replacing linseed oil with NMP according to a method according to JIS K 5101-13 (refined linseed oil method).
(4)タップ密度
パウダーテスター(ホソカワミクロン製、商品名:TYPE−PT−E)を用いて、JIS Z2512に則った手法にて、タップ回数:150回の条件にて測定した。
(4) Tap density Using a powder tester (manufactured by Hosokawa Micron, trade name: TYPE-PT-E), the number of taps was measured under the condition of 150 times by a method according to JIS Z 2512.
(5)比表面積
比表面積計(マウンテック製、商品名:HM model−1208)を用いて、窒素(N2)吸着によるBET法により測定した。
(5) The specific surface area specific surface area meter (MOUNTECH trade name: HM model-1208) using a nitrogen (N 2) was measured by the BET method by adsorption.
〔正極の作製〕
得られた正極材料と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)と、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)とを、質量比が90:5:5となるように混合し、さらに溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を加えて流動性を付与し、スラリーを作製した。
次いで、このスラリーを厚み30μmのアルミニウム(Al)箔(集電体)上に塗布し、120℃で減圧乾燥した。その後、塗布幅35mmの短冊状に切り抜き、ロールプレス機にてロールギャップ:5μm、ロール送り速度:0.5m/minで2回繰り返し加圧し、各実施例及び比較例の正極を作製した。
[Production of positive electrode]
The obtained positive electrode material, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and acetylene black (AB) as a conductive aid are mixed so that the mass ratio becomes 90: 5: 5, and N-methyl as a solvent -2-Pyrrolidone (NMP) was added to impart fluidity to make a slurry.
Next, this slurry was applied onto a 30 μm thick aluminum (Al) foil (current collector) and dried under reduced pressure at 120 ° C. Then, it cut out in strip shape of application width 35 mm, and it applied repeatedly twice with roll gap: 5 micrometers and roll feed rate: 0.5 m / min with a roll press machine, and produced the positive electrode of each example and comparative example.
〔リチウムイオン二次電池の作製〕
前記方法で作製した正極と、市販の天然黒鉛からなる負極を所定のサイズに打ち抜き、各々に集電タブを溶接し、多孔質ポリプロピレン膜からなるセパレータを介してアルミラミネートフィルム内に配置した。前記に、エチレンカーボネート(EC)と炭酸ジエチル(DEC)とをEC:DEC=50:50(vol%)となるように混合した溶液に、LiPF6を濃度1モル/dm3となるように溶解し、更にビニレンカーボネート(VC)2質量%を加えた電解液を注入、封止し、電池特性評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Fabrication of lithium ion secondary battery]
The positive electrode produced by the above method and a negative electrode made of commercially available natural graphite were punched out to a predetermined size, current collecting tabs were welded to each, and placed in an aluminum laminate film through a separator made of a porous polypropylene film. In the above, LiPF 6 is dissolved to a concentration of 1 mol / dm 3 in a solution in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed so that EC: DEC = 50: 50 (vol%). Then, an electrolyte to which 2% by mass of vinylene carbonate (VC) was further added was injected and sealed to prepare a lithium ion secondary battery for battery characteristic evaluation.
〔リチウムイオン二次電池の評価〕
以下の方法により、得られたリチウムイオン二次電池について評価を行った。結果を表1に示す。
[Evaluation of lithium ion secondary battery]
The obtained lithium ion secondary battery was evaluated by the following method. The results are shown in Table 1.
(6)負荷特性(放電容量比)
リチウムイオン二次電池の充放電試験を、室温(25℃)にて、カットオフ電圧2.5V〜3.7V、充放電レート0.1Cの定電流(10時間充電した後、10時間放電)下にて3回繰り返し実施し、3回目の放電容量を0.1Cの放電容量とした。さらに室温(25℃)にて、カットオフ電圧2.5V〜3.7V、0.2Cで充電を行い(5時間充電)、3Cで放電し(20分放電)、放電容量を測定した。
3Cの放電容量と0.1Cの放電容量との比を負荷特性とし、下記の式(1)により算出した。
放電容量比(%)=(3C放電容量/0.1C放電容量)×100・・・(1)
(6) Load characteristics (discharge capacity ratio)
Charge-discharge test of lithium ion secondary battery, at room temperature (25 ° C), cut-off voltage 2.5 V to 3.7 V, constant current at charge / discharge rate 0.1 C (10 hours charge, then 10 hours discharge) The third cycle was repeated three times, and the third discharge capacity was set to a discharge capacity of 0.1 C. Further, charging was performed at room temperature (25 ° C.) with a cutoff voltage of 2.5 V to 3.7 V at 0.2 C (charging for 5 hours), discharging at 3 C (discharge for 20 minutes), and the discharge capacity was measured.
The ratio of the discharge capacity at 3 C to the discharge capacity at 0.1 C was used as the load characteristic, and was calculated by the following equation (1).
Discharge capacity ratio (%) = (3 C discharge capacity / 0.1 C discharge capacity) × 100 (1)
(8)直流抵抗(DCR;Direct Current Resistance)
直流抵抗は、環境温度0℃にて充電レート0.1Cの定電流で充電深度を50%(SOC50%)に調整したリチウムイオン二次電池を用いて測定した。室温(25℃)にて、SOC50%に調整したリチウムイオン二次電池を、環境温度0℃にて1C、3C、5Cおよび10Cレートの電流を、充電側、放電側に交互に各10秒間通電し、各レートの10秒後における電流値を横軸に、電圧値を縦軸にプロットし、最小二乗法による近似直線の傾きを「充電側=入力DCR」、「放電側=出力DCR」とした。なお、各電流での通電方向変更時と通電電流の変更時にそれぞれ10分の休止時間を設けた。
(8) Direct current resistance (DCR; Direct Current Resistance)
The direct current resistance was measured using a lithium ion secondary battery whose charge depth was adjusted to 50% (SOC 50%) at a constant current of a charge rate of 0.1 C at an environmental temperature of 0 ° C. A lithium ion secondary battery adjusted to SOC 50% at room temperature (25 ° C) is alternately energized for 10 seconds each at 1C, 3C, 5C and 10C rates at an ambient temperature of 0 ° C on the charge side and the discharge side Then, the current value at 10 seconds after each rate is plotted on the horizontal axis, and the voltage value is plotted on the vertical axis, and the slope of the approximate straight line by the least squares method is “charge side = input DCR”, “discharge side = output DCR” did. In addition, the idle time for 10 minutes was each provided at the time of the electricity supply direction change by each electric current, and the time of the change of an electricity supply current.
(9)サイクル特性(容量維持率)
サイクル特性は、環境温度60℃にて、カットオフ電圧2.5V〜3.7V、充放電レート1Cの定電流(1時間充電した後、1時間放電)下にて300回繰り返し実施し、300回目の放電容量と1回目の放電容量との比をサイクル特性とし、下記の式(2)により算出した。
容量維持率(%)=(300回目の放電容量/1回目の放電容量)×100・・・(2)
(9) Cycle characteristics (capacity maintenance rate)
The cycle characteristics are repeated 300 times under an environment temperature of 60 ° C., a cut-off voltage of 2.5 V to 3.7 V and a constant current of charge / discharge rate 1 C (one hour charge and then one hour discharge). The ratio of the discharge capacity of the first time to the discharge capacity of the first time was cycle characteristics, and was calculated by the following equation (2).
Capacity retention rate (%) = (300th discharge capacity / first discharge capacity) × 100 (2)
単位粒径あたりの圧縮強度が1.0MPa/μm以上10.0MPa/μm以下を満たす実施例1〜6と、上記要件を満たさない比較例1〜4とを比較すると、実施例1〜6のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いたリチウムイオン二次電池用正極を備えたリチウム二次電池は、直流抵抗値が低く、負荷特性に優れ、容量維持率が高いことがわかる。 Comparison of Examples 1 to 6 in which the compressive strength per unit particle diameter satisfies 1.0 MPa / μm or more and 10.0 MPa / μm or less with Comparative Examples 1 to 4 in which the above-mentioned requirements are not satisfied. The lithium secondary battery provided with the positive electrode for a lithium ion secondary battery using the positive electrode material for a lithium ion secondary battery has a low DC resistance value, excellent load characteristics, and a high capacity retention rate.
1 正極材料(リチウムイオン二次電池用正極材料)
2 圧子の中心
3 圧子面
1 Positive electrode material (positive electrode material for lithium ion secondary battery)
2 indenter center 3 indenter face
Claims (6)
単位粒径あたりの圧縮強度が1.0MPa/μm以上10.0MPa/μm以下であり、N−メチル−2−ピロリドンを用いた吸油量が60ml/100g以下であり、タップ密度が1.0g/cm 3 以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極材料。
LixAyDzPO4 (1)
(但し、AはCo、Mn、Ni、Fe、CuおよびCrからなる群より選択される少なくとも1種、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、ScおよびYからなる群より選択される少なくとも1種、0.9<x<1.1、0<y≦1、0≦z<1、0.9<y+z<1.1である。) A positive electrode material for a lithium ion secondary battery, comprising aggregated particles in which a plurality of primary particles of a positive electrode active material represented by the following general formula (1) coated with a carbonaceous film are aggregated,
Compressive strength per unit particle size 1.0 MPa / [mu] m or more 10.0 MPa / [mu] m Ri der less oil absorption capacity using N- methyl-2-pyrrolidone is less 60 ml / 100 g, a tap density of 1.0g / cm 3 or more der Rukoto positive electrode material for a lithium ion secondary battery, characterized.
Li x A y D z PO 4 (1)
(Wherein A is at least one member selected from the group consisting of Co, Mn, Ni, Fe, Cu and Cr, D is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si , Ge, Sc and Y, at least one selected from the group consisting of 0.9 <x <1.1, 0 <y ≦ 1, 0 ≦ z <1, 0.9 <y + z <1.1 .)
前記解砕処理工程において、解砕処理前後の正極活物質粒子の結晶子径の比(解砕後の結晶子径/解砕前の結晶子径)が0.85以上0.96以下であることを特徴とする請求項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正極材料の製造方法。 A process for producing a positive electrode active material and a positive electrode active material precursor represented by the general formula (1), and at least one selected from the group consisting of a positive electrode active material and a positive electrode active material precursor obtained in the process A slurry preparation step of mixing a positive electrode active material and water to prepare a slurry, a crushing step of crushing the positive electrode active material slurry obtained in the step, and a disintegration step obtained in the step An organic compound which is a carbonaceous film precursor is added to the crushed slurry to obtain a granulated product, and a granulation process for obtaining a granulated product, and a baking process for baking the granulated product obtained in the process under a non-oxidative atmosphere Have
In the above-mentioned crushing process, the ratio (crystallite diameter after crushing / crystallite diameter before crushing) of the positive electrode active material particles before and after crushing is 0.85 or more and 0.96 or less The manufacturing method of the positive electrode material for lithium ion secondary batteries of any one of the Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
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