JP6549444B2 - Method of producing active material particles, active material powder material and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用活物質粒子の製造方法、ならびに該活物質粒子により構成された活物質粉末材料に関する。   The present invention relates to a method for producing active material particles for lithium ion secondary batteries, and an active material powder material composed of the active material particles.

リチウム(Li)を可逆的に吸蔵および放出し得る材料(活物質)を有する正負の電極を備え、それら電極の間をリチウムイオンが行き来することによって充電および放電するリチウムイオン二次電池が知られている。かかるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として、好ましく用いられている。   A lithium ion secondary battery is known which has positive and negative electrodes having a material (active material) capable of reversibly absorbing and desorbing lithium (Li), and which charges and discharges by lithium ions moving between the electrodes. ing. The lithium ion secondary battery is preferably used as a power source for vehicle mounting or as a power source for personal computers, portable terminals and the like.

リチウムイオン二次電池の電極(典型的には正極)に用いられる活物質の代表例として、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物が挙げられる。例えば、正極活物質として、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)等の層状構造を有する複合酸化物が好ましく用いられている。 As a representative example of an active material used for an electrode (typically, a positive electrode) of a lithium ion secondary battery, a composite oxide containing lithium and a transition metal element can be mentioned. For example, as a positive electrode active material, lithium cobalt complex oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel complex oxide (LiNiO 2 ), lithium nickel cobalt manganese complex oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) Composite oxides having a layered structure such as are preferably used.

また、リチウムイオン二次電池として、特開2011―119092号公報(特許文献1)には、孔開き中空構造の活物質粒子(中空部と、該中空部と外部とを繋ぐ貫通孔とを有する活物質粒子)を用いた二次電池が開示されている。ここでは、活物質粒子は、導電材粒子とバインダと所定の配合で溶媒(例えばN−メチルピロリドン(NMP))にペースト状に混ぜられる。そして、該ペーストを集電体に塗布、乾燥し、所定の厚さにプレスする。これにより、中空の活物質粒子を含む活物質層が集電体に塗工されたシート状の電極が得られている。中空の活物質粒子を用いた場合には、活物質層中において活物質粒子の周囲だけでなく貫通孔を通して中空部(活物質粒子の内部)にも電解液が染み渡る。このため、電池反応において、活物質粒子によってリチウムイオンの放出や吸蔵がスムーズに行われる。これにより、二次電池の抵抗上昇が小さく抑えられ、ハイレートでの放電や急速充電の性能が向上するとされている。   Moreover, as a lithium ion secondary battery, JP-A-2011-119092 (Patent Document 1) has an active material particle having a perforated hollow structure (hollow portion, and a through hole connecting the hollow portion and the outside) A secondary battery using active material particles) is disclosed. Here, the active material particles are mixed in the form of a paste in a solvent (for example, N-methylpyrrolidone (NMP)) at a predetermined composition with the conductive material particles and the binder. Then, the paste is applied to a current collector, dried, and pressed to a predetermined thickness. As a result, a sheet-like electrode in which an active material layer containing hollow active material particles is applied to a current collector is obtained. When hollow active material particles are used, the electrolytic solution permeates not only around the active material particles but also through the through holes in the hollow portion (inside the active material particles) in the active material layer. Therefore, in the battery reaction, the release and storage of lithium ions are smoothly performed by the active material particles. As a result, the rise in resistance of the secondary battery can be suppressed to a low level, and the performance of high rate discharge and quick charge is improved.

特開2011−119092号公報JP, 2011-119092, A

ところで、活物質層を形成する際には、活物質粒子を溶媒に混ぜたペーストを集電体に塗布し、乾燥する。かかる乾燥工程により、ペースト塗布物中の溶媒を揮発させ、活物質層を形成する。本発明者の知見によれば、かかる乾燥工程後においても、活物質層内に溶媒が残留する可能性がある。特に、前述した中空の活物質粒子で貫通孔の数が多く、開口幅が大きいものは、内部(中空部)に溶媒が入り込む。そのため、乾燥工程で溶媒が揮発しにくく、活物質粒子内に溶媒が残りやすい。活物質粒子内に溶媒が残留すると、低温域において所要の出力を発揮できない虞がある。   By the way, when forming an active material layer, the paste which mixed the active material particle with the solvent is apply | coated to a collector, and it dries. By the drying step, the solvent in the paste coating is volatilized to form an active material layer. According to the knowledge of the present inventor, the solvent may remain in the active material layer even after the drying step. In particular, when the number of the through holes is large among the hollow active material particles described above and the opening width is large, the solvent enters the inside (hollow part). Therefore, the solvent is less likely to be volatilized in the drying step, and the solvent is likely to remain in the active material particles. If the solvent remains in the active material particles, there is a possibility that the required output can not be exhibited in the low temperature range.

そこで本発明は、リチウムイオン二次電池用の活物質粉末材料であって、該電池の高出力化に適した性能を示す活物質粉末材料を提供することを一つの目的とする。本発明の他の一つの目的は、かかる活物質粒子の製造方法を提供することである。   Therefore, it is an object of the present invention to provide an active material powder material for a lithium ion secondary battery, which exhibits a performance suitable for increasing the output of the battery. Another object of the present invention is to provide a method of producing such active material particles.

本発明によると、孔開き中空構造の活物質粒子を製造する方法が提供される。その活物質粒子は、リチウム遷移金属酸化物の一次粒子が複数集合した二次粒子と、その内側に形成された中空部とを有する。前記二次粒子には、外部から前記中空部まで貫通する貫通孔が形成されている。上記活物質粒子は、リチウムイオン二次電池の構成材料として好適に使用され得る。上記活物質粒子製造方法は、遷移金属化合物の水性溶液(典型的には水溶液)にアンモニウムイオンを供給して、遷移金属水酸化物の粒子を前記水性溶液から析出させる工程(原料水酸化物生成工程)を含む。ここで、前記水性溶液は、前記リチウム遷移金属酸化物を構成する遷移金属元素を含む。また、前記遷移金属水酸化物とリチウム化合物とを混合して未焼成の混合物を調製する工程(混合工程)を含む。さらに、前記混合物を700℃〜1000℃の温度域で焼成して活物質粒子を得る工程(焼成工程)を包含する。そして、前記焼成工程の少なくとも一部において、600MPa〜900MPaの圧力雰囲気下で焼成することを特徴とする。   According to the present invention, there is provided a method of producing an active material particle having a perforated hollow structure. The active material particles have secondary particles in which a plurality of primary particles of lithium transition metal oxide are gathered, and a hollow portion formed inside the secondary particles. The secondary particle is formed with a through hole penetrating from the outside to the hollow portion. The active material particles can be suitably used as a constituent material of a lithium ion secondary battery. The above active material particle production method is a step of supplying ammonium ions to an aqueous solution (typically aqueous solution) of a transition metal compound to precipitate particles of a transition metal hydroxide from the aqueous solution (raw material hydroxide formation Process). Here, the aqueous solution contains a transition metal element constituting the lithium transition metal oxide. Moreover, the process (mixing process) of mixing the said transition metal hydroxide and a lithium compound, and preparing an unbaked mixture is included. The method further includes the step of firing the mixture in a temperature range of 700 ° C. to 1000 ° C. to obtain active material particles (baking step). And it is characterized by baking in a pressure atmosphere of 600MPa-900MPa in at least one copy of the above-mentioned calcination process.

かかる製造方法によると、600MPa〜900MPaの圧力雰囲気で加圧しつつ焼成することにより、活物質粒子の貫通孔の開口幅が小さく抑えられる。そのため、電極作製時に使用した溶媒が貫通孔を通して中空部に入りにくく、乾燥後においても活物質粒子内への溶媒の残留が抑制され得る。したがって、本構成によると、活物質粒子内への溶媒の残留が抑制された最適なリチウムイオン二次電池が構築され得る。かかる二次電池は、例えば低温出力性能に優れたものであり得る。   According to this manufacturing method, by baking while pressurizing in a pressure atmosphere of 600 MPa to 900 MPa, the opening width of the through holes of the active material particles can be suppressed to be small. Therefore, the solvent used at the time of electrode production does not easily enter the hollow portion through the through holes, and the residual solvent in the active material particles can be suppressed even after drying. Therefore, according to this configuration, an optimal lithium ion secondary battery in which the solvent remains in the active material particles can be suppressed. Such a secondary battery may be excellent in, for example, low temperature output performance.

ここに開示される製造方法の好ましい一態様では、前記加圧焼成工程は、前記混合物を大気圧雰囲気下で焼成する大気圧焼成処理と、該大気圧焼成処理で得られた焼成物を600MPa〜900MPaの圧力雰囲気下で加圧しつつ焼成する加圧焼成処理とを含む。このような多段階の加圧焼成スケジュールによって加圧焼成することにより、所望の特性を有する中空活物質粒子を安定して製造することができる。   In a preferable embodiment of the manufacturing method disclosed herein, the pressure baking process includes an atmospheric pressure baking process of baking the mixture under an atmospheric pressure atmosphere, and a baked product obtained by the atmospheric pressure baking process at 600 MPa to And a pressure baking process of baking while pressurizing under a pressure atmosphere of 900 MPa. By carrying out pressure firing according to such a multistage pressure firing schedule, hollow active material particles having desired properties can be stably produced.

また、本発明によると、上記目的を実現する他の側面として、リチウムイオン二次電池用の活物質粉末材料が提供される。かかる活物質粉末材料を構成している活物質粒子は、リチウム遷移金属酸化物の一次粒子が複数集合した二次粒子と、その内側に形成された中空部とを有する。そして、前記二次粒子には外部から前記中空部まで貫通する貫通孔が形成されている。ここで前記粉末材料は、以下の特性:該粉末材料を粘度4500mPa・s(B型粘度計、回転数10〜100rpm)に調整した液状エポキシ樹脂に浸漬して固化した場合において、該固化物の切断面のSEM画像に表れる活物質粒子の全数Aと、前記エポキシ樹脂により前記中空部が埋められた活物質粒子の数Bとから求められる樹脂充填個数率X(%)=(100×B/A)が、1≦X≦17である;を有する。   Further, according to the present invention, as another aspect for achieving the above object, an active material powder material for a lithium ion secondary battery is provided. The active material particles constituting the active material powder material have secondary particles in which a plurality of primary particles of lithium transition metal oxide are collected, and a hollow portion formed inside the secondary particles. And the through-hole penetrated to the said hollow part from the exterior is formed in the said secondary particle. Here, the powder material has the following characteristics: when solidified by immersing and solidifying the powder material in a liquid epoxy resin adjusted to a viscosity of 4500 mPa · s (B-type viscometer, rotation speed 10 to 100 rpm), Resin filling number ratio X (%) determined from the total number A of active material particles appearing in the SEM image of the cut surface and the number B of active material particles in which the hollow portion is filled with the epoxy resin X = (100 × B / A) has 1 ≦ X ≦ 17.

かかる構成の活物質粉末材料は、該粉末材料を構成している活物質粒子の貫通孔の開口幅が小さく抑えられており、電極作製時に使用した溶媒が活物質粒子内に残留しにくい。そのため、かかる活物質粒子は、リチウムイオン二次電池の電極(例えば正極)に用いられて、より高い性能を安定して発揮する電池を与えるものであり得る。例えば、低温出力性能に優れたリチウムイオン二次電池が構築され得る。   In the active material powder material having such a configuration, the opening width of the through holes of the active material particles making up the powder material is suppressed to a small value, and the solvent used at the time of electrode preparation hardly remains in the active material particles. Therefore, such active material particles may be used as an electrode (for example, a positive electrode) of a lithium ion secondary battery to provide a battery that stably exhibits higher performance. For example, a lithium ion secondary battery excellent in low temperature output performance can be constructed.

ここに開示される活物質粉末材料の好ましい一態様では、前記樹脂充填個数率Xが、3≦X≦8である。このような樹脂充填個数率Xの範囲内であると、より低温出力性能に優れたリチウムイオン二次電池を実現し得る。   In a preferable embodiment of the active material powder material disclosed herein, the resin filling number ratio X is 3 ≦ X ≦ 8. When the resin filling number ratio X is in the range, a lithium ion secondary battery having more excellent low temperature output performance can be realized.

本発明によると、また、ここに開示されるいずれかの活物質粉末材料を用いてなるリチウムイオン二次電池が提供される。かかるリチウムイオン二次電池は、典型的には、正極と負極と非水電解液とを備える。そして、前記正極および負極のうち少なくとも一方(好ましくは正極)は、ここに開示されるいずれかの活物質粒子を有する中空活物質含有電極である。かかる構成のリチウムイオン二次電池は、活物質粒子内の残留溶媒量が少なく、低温出力性能に優れたものであり得る。   According to the present invention, there is also provided a lithium ion secondary battery using any of the active material powder materials disclosed herein. Such a lithium ion secondary battery typically comprises a positive electrode, a negative electrode and a non-aqueous electrolyte. And at least one of the positive electrode and the negative electrode (preferably the positive electrode) is a hollow active material-containing electrode having any one of the active material particles disclosed herein. The lithium ion secondary battery having such a configuration may have a small amount of residual solvent in the active material particles and may be excellent in low temperature output performance.

一実施形態に用いられる活物質粒子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the active material particle used for one Embodiment. 一実施形態に係る活物質粒子の製造フロー示す図である。It is a figure which shows the manufacture flow of the active material particle which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る電池構成を模式的に示す図である。It is a figure showing typically the battery composition concerning one embodiment. 一実施形態に係る捲回電極体を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the winding electrode body which concerns on one Embodiment. 樹脂充填個数率と残留溶媒量との関係を示すグラフであるIt is a graph which shows the relationship between the resin filling number ratio and the amount of residual solvents. 樹脂充填個数率と低温出力との関係を示すグラフであるIt is a graph showing the relationship between the resin filling number ratio and the low temperature output

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。各図面は、模式的に描いており、必ずしも実物を反映しない。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described based on the drawings. Each drawing is drawn schematically and does not necessarily reflect the real thing. The matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be understood as the design matters of those skilled in the art based on the prior art in the relevant field. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in the present specification and common technical knowledge in the field.

なお、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。   In the present specification, the term "lithium ion secondary battery" refers to a secondary battery in which charge and discharge are realized by using lithium ions as electrolyte ions and transferring charges associated with lithium ions between positive and negative electrodes.

ここに開示される活物質粒子および該活物質粒子により構成される活物質粉末材料は、該粒子が電極活物質として機能し得るように構成された各種のリチウムイオン二次電池に適用され得る。液状の非水電解質(すなわち非水電解液)を備えたリチウムイオン二次電池への適用が特に好ましい。上記活物質粒子は、対極の活物質との組み合わせによって、正極活物質としても負極活物質としても利用され得る。これらのうち、正極活物質としての利用がより好ましい。   The active material particles disclosed herein and the active material powder material composed of the active material particles can be applied to various lithium ion secondary batteries configured such that the particles can function as an electrode active material. Application to a lithium ion secondary battery provided with a liquid non-aqueous electrolyte (i.e. non-aqueous electrolyte) is particularly preferred. The above-mentioned active material particles can be used as a positive electrode active material or a negative electrode active material depending on the combination with the active material of the counter electrode. Among these, utilization as a positive electrode active material is more preferable.

以下、主としてリチウムイオン二次電池の正極活物質に適用する場合を例として本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲を限定する意図ではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of example mainly applied to a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, but the scope of the present invention is not intended to be limited.

<活物質粒子の材質>
ここに開示される活物質粒子の材質は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能な各種のリチウム遷移金属酸化物であり得る。例えば、一般的なリチウムイオン二次電池の正極に用いられる層状構造のリチウム遷移金属酸化物、スピネル構造のリチウム遷移金属酸化物等であり得る。層状結晶構造のリチウム遷移金属酸化物の一好適例として、少なくともニッケルを構成元素として含むニッケル含有リチウム複合酸化物が挙げられる。かかるニッケル含有リチウム複合酸化物は、LiおよびNi以外に、他の一種または二種以上の金属元素(すなわち、リチウムおよびニッケル以外の遷移金属元素および/または典型金属元素)を含むものであり得る。例えば、ニッケル、コバルトおよびマンガンを構成元素として含むニッケル含有リチウム複合酸化物でもよい。これらの遷移金属元素のうちの主成分がNiであるか、あるいはNiとCoとMnとを概ね同程度の割合で含有するニッケル含有リチウム複合酸化物が好ましい。
<Material of active material particles>
The material of the active material particles disclosed herein may be various lithium transition metal oxides capable of reversibly absorbing and desorbing lithium ions. For example, it may be a lithium transition metal oxide having a layered structure, a lithium transition metal oxide having a spinel structure, or the like used for a positive electrode of a general lithium ion secondary battery. As a preferable example of a lithium transition metal oxide having a layered crystal structure, a nickel-containing lithium composite oxide containing at least nickel as a constituent element can be mentioned. Such a nickel-containing lithium composite oxide may contain one or more metal elements other than Li and Ni (ie, a transition metal element other than lithium and nickel and / or a main metal element). For example, a nickel-containing lithium composite oxide containing nickel, cobalt and manganese as constituent elements may be used. Among these transition metal elements, a nickel-containing lithium composite oxide is preferable in which the main component is Ni, or Ni, Co, and Mn are contained in substantially the same proportion.

さらに、これらの遷移金属元素のほかに、付加的な構成元素(添加元素)として、他の1種又は2種以上の元素を含むものであってもよい。かかる付加的な元素としては、周期表の1族(ナトリウム等のアルカリ金属)、2族(マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属)、4族(チタン、ジルコニウム等の遷移金属)、6族(クロム、タングステン等の遷移金属)、8族(鉄等の遷移金属)、13族(半金属元素であるホウ素、若しくはアルミニウムのような金属)および17族(フッ素のようなハロゲン)に属するいずれかの元素を含むことができる。典型例として、Zr、W、Mg、Ca、Na、Fe、Cr、Zn、Si、Sn、Al、BおよびFが例示される。特に、Wおよび/またはZrを添加元素として含む化合物であることが好ましい。Wおよび/またはZrを添加元素として含むことにより、良好な電池性能をより安定して発揮し得る。これら付加的な構成元素は、ニッケル、コバルトおよびマンガンの構成遷移金属元素の20モル%以下、好ましくは10モル%以下の割合で添加され得る。   Furthermore, in addition to these transition metal elements, one or more other elements may be contained as additional constituent elements (additional elements). Such additional elements include Group 1 (alkali metals such as sodium), Group 2 (alkaline earth metals such as magnesium and calcium), Group 4 (transition metals such as titanium and zirconium), Group 6 of the periodic table. Any of transition metals such as chromium and tungsten, group 8 (transition metals such as iron), group 13 (metals such as boron which is a metalloid element or metals such as aluminum) and group 17 (halogen such as fluorine) Can be included. As a typical example, Zr, W, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B and F are exemplified. In particular, a compound containing W and / or Zr as an additive element is preferable. By including W and / or Zr as an additive element, good battery performance can be exhibited more stably. These additional constituent elements may be added in a proportion of 20 mol% or less, preferably 10 mol% or less, of the constituent transition metal elements of nickel, cobalt and manganese.

ここに開示される活物質粒子の好ましい組成として、下記一般式(I):
Li1+mNipCoqMnr s2 (I);
で表される層状Ni含有Li酸化物が例示される。ここで、上記式(I)において、Mは、W、Zr、Mg、Ca、Na、Fe、Cr、Zn、Si、Sn、Al、BおよびFからなる群から選択される一種または二種以上であり得る。mは、0≦m≦0.2(好ましくは0.05≦m≦0.2)を満たす数であり得る。pは、0.1≦p≦0.9(好ましくは0.1<p<0.9)を満たす数であり得る。qは、0≦q≦0.5(好ましくは0.1<q<0.4)を満たす数であり得る。rは、0≦r≦0.5(好ましくは0.1<r<0.4)を満たす数であり得る。sは、0≦s≦0.2(好ましくは0≦s≦0.02、より好ましくは0<s≦0.01)を満たす数であり得る。ここで、典型的にはp+q+r+s=1である。ある一態様では、0≦s<pである。sが実質的に0(すなわち、Mを実質的に含有しない酸化物)であってもよい。
As a preferable composition of the active material particles disclosed herein, the following general formula (I):
Li 1 + m Ni p Co q Mn r M 1 s O 2 (I);
The layered Ni containing Li oxide represented by these is illustrated. Here, in the above formula (I), M 1 is one or two selected from the group consisting of W, Zr, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B and F. It may be more than. m may be a number satisfying 0 ≦ m ≦ 0.2 (preferably 0.05 ≦ m ≦ 0.2). p may be a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9 (preferably 0.1 <p <0.9). q may be a number satisfying 0 ≦ q ≦ 0.5 (preferably 0.1 <q <0.4). r may be a number satisfying 0 ≦ r ≦ 0.5 (preferably 0.1 <r <0.4). s may be a number satisfying 0 ≦ s ≦ 0.2 (preferably 0 ≦ s ≦ 0.02, more preferably 0 <s ≦ 0.01). Here, typically, p + q + r + s = 1. In one aspect, 0 ≦ s <p. s may be substantially zero (ie, an oxide substantially free of M 1 ).

Ni含有Li酸化物の好適例として、少なくともCoおよびMnを含む酸化物(LiNiCoMn酸化物)が挙げられる。例えば、上記式(I)において0<q≦0.5かつ0<r≦0.5であるLiNiCoMn酸化物が好ましい。Ni,Co,Mnのうちの第一元素(原子数換算で最も多く含まれる元素)は、Ni,CoおよびMnのいずれであってもよい。好ましい一態様では、上記第一元素がNiである。好ましい他の一態様では、原子数換算で、Ni,CoおよびMnの含有量が概ね同程度である。   Preferred examples of the Ni-containing Li oxide include oxides containing at least Co and Mn (LiNiCoMn oxide). For example, LiNiCoMn oxide in which 0 <q ≦ 0.5 and 0 <r ≦ 0.5 in the above-mentioned formula (I) is preferable. The first element of Ni, Co and Mn (element contained most in atomic number conversion) may be any of Ni, Co and Mn. In a preferred embodiment, the first element is Ni. In another preferred embodiment, the content of Ni, Co and Mn is approximately the same in atomic number conversion.

ここに開示される活物質粒子10は、図1に示すように、二次粒子12とその内側に形成された中空部14とを有する中空構造であって、その二次粒子12に外部から前記中空部14まで貫通する貫通孔16が形成された孔開き中空活物質粒子10である。上記二次粒子12は、上述のようなリチウム遷移金属酸化物(好ましくは層状構造の酸化物、例えば層状Ni含有Li酸化物)の一次粒子18が集合した形態を有する。   The active material particle 10 disclosed herein has a hollow structure having a secondary particle 12 and a hollow portion 14 formed inside the secondary particle 12 as shown in FIG. This is a perforated hollow active material particle 10 in which a through hole 16 penetrating to the hollow portion 14 is formed. The secondary particles 12 have a form in which primary particles 18 of a lithium transition metal oxide (preferably, a layered structure oxide, for example, a layered Ni-containing Li oxide) as described above are gathered.

また、上記活物質粒子10は、後述する加圧焼成工程において600MPa〜900MPaの高圧力雰囲気下で加圧しつつ焼成されて製造されたものである。そのため、上記加圧焼成処理を行っていない従来の孔開き中空活物質粒子に比べて、上記貫通孔16の数が少なく、開口幅hが狭いものであり得る。   Further, the active material particles 10 are produced by being fired while being pressurized in a high pressure atmosphere of 600 MPa to 900 MPa in a pressurized firing step described later. Therefore, the number of the through holes 16 may be smaller and the opening width h may be narrower than the conventional perforated hollow active material particles not subjected to the pressure firing process.

<貫通孔の開口幅h>
ここに開示される活物質粒子10の好ましい一態様では、上記貫通孔16の平均開口幅hが10nm以上(好ましくは20nm以上)である。ここで、貫通孔16の開口幅hは、該貫通孔16が活物質粒子10の外部から中空部14に至る経路で最も狭い部分における差渡し長さである。貫通孔16の開口幅hが平均10nm以上であると、貫通孔16を通して外部から中空部14に電解液が十分に入り得る。これにより、リチウムイオン二次電池の電池性能を向上させる効果をより適切に発揮することができる。平均開口幅hが凡そ50nm以上であることが好ましく、凡そ80nm以上であることがさらに好ましい。一方、平均開口幅hが大きすぎると、電極作製時(典型的には活物質粒子を溶媒に混ぜたペーストを集電体に塗布し乾燥する際)に使用した溶媒が貫通孔16を通して中空部14に入り込む。そのため、乾燥後も活物質粒子10内に溶媒が残留して電池性能(特に低温出力性能)が低下する場合がある。溶媒の残留を抑制する観点から、貫通孔16の平均開口幅hは、凡そ200nm以下であることが好ましく、170nm以下であることがより好ましく、130nm以下であることがさらに好ましい。
<Opening width h of through hole>
In a preferred embodiment of the active material particles 10 disclosed herein, the average opening width h of the through holes 16 is 10 nm or more (preferably 20 nm or more). Here, the opening width h of the through hole 16 is a difference length in the narrowest portion of the path of the through hole 16 from the outside of the active material particle 10 to the hollow portion 14. The electrolytic solution can sufficiently enter the hollow portion 14 from the outside through the through holes 16 when the opening width h of the through holes 16 is 10 nm or more on average. Thereby, the effect of improving the battery performance of the lithium ion secondary battery can be more appropriately exhibited. The average aperture width h is preferably about 50 nm or more, and more preferably about 80 nm or more. On the other hand, when the average opening width h is too large, the solvent used at the time of electrode production (typically, when applying a paste obtained by mixing active material particles in a solvent onto a current collector and drying) is hollow through the through holes 16 Get into 14 Therefore, the solvent may remain in the active material particles 10 even after drying, and the battery performance (particularly, low temperature output performance) may be reduced. From the viewpoint of suppressing the remaining of the solvent, the average opening width h of the through holes 16 is preferably about 200 nm or less, more preferably 170 nm or less, and still more preferably 130 nm or less.

<貫通孔の数>
活物質粒子10が有する貫通孔16の数は、一粒子当たりの平均として、凡そ20個以下(例えば1〜20個)であることが好ましく、凡そ1〜10個程度(例えば1〜3個、典型的には1〜2個)であることがより好ましい。平均貫通孔数が多すぎると、電極作製時に使用した溶媒が貫通孔16を通して中空部14に入りやすくなる。そのため、活物質粒子10内に溶媒が残留して電池性能(特に低温出力性能)が低下する場合がある。ここに開示される好ましい平均貫通孔数の活物質粒子10によると、活物質粒子10内の溶媒残留を抑制しつつ、孔開き中空構造を有することによる電池性能向上効果(例えば、内部抵抗を低減する効果)を良好に、かつ安定して発揮することができる。
<Number of through holes>
The number of through holes 16 in the active material particle 10 is preferably about 20 or less (for example, 1 to 20) as an average per particle, and about 1 to 10 (for example, 1 to 3) It is more preferable that it is typically 1-2. If the average number of through holes is too large, the solvent used at the time of electrode production is likely to enter the hollow portion 14 through the through holes 16. Therefore, the solvent may remain in the active material particles 10 and the battery performance (particularly, low temperature output performance) may be reduced. According to the active material particles 10 having the preferable average number of through holes disclosed herein, the battery performance improvement effect (for example, the internal resistance is reduced by having the perforated hollow structure while suppressing the solvent remaining in the active material particles 10) Effect can be exhibited well and stably.

上記貫通孔16は、活物質粒子10の外部と中空部14とを比較的短い経路で連絡するように形成されていることが好ましい。好ましい一態様では、活物質粒子10の断面に表れた貫通孔16のうち50個数%以上(より好ましくは70個数%以上、例えば80個数%以上であり、90個数%であってもよい。)が、該貫通孔16を通して活物質粒子10の外部と中空部14とを直線で結び得るように、活物質粒子10の外殻(すなわち外部と中空部14とを仕切る箇所)を貫通している。このような経路形状の貫通孔16は、流路抵抗が小さいことから、該貫通孔16を通して電解液が中空部14に出入りしやすいので好ましい。活物質粒子10の外殻をほぼ垂直に貫いて中空部14に至る経路形状の貫通孔が50個数%以上(より好ましくは75個数%以上、例えば90個数%以上)であることが好ましい。かかる貫通孔16を一粒子当たり平均1〜20個(例えば1〜10個)有する活物質粒子10が好ましい。   The through hole 16 is preferably formed to connect the outside of the active material particle 10 and the hollow portion 14 in a relatively short path. In a preferred embodiment, 50% by number or more (more preferably 70% by number or more, for example 80% by number or more, or 90% by number) of the through holes 16 appearing in the cross section of the active material particles 10 may be obtained. Penetrates the outer shell of the active material particle 10 (that is, the portion separating the outer portion from the hollow portion 14) so that the hollow portion 14 can be linearly connected to the outside of the active material particle 10 through the through hole 16 . The through hole 16 having such a path shape is preferable because the electrolytic solution can easily enter and exit the hollow portion 14 through the through hole 16 because the flow path resistance is small. It is preferable that 50% by number or more (more preferably 75% by number or more, for example 90% by number or more) of through holes having a path shape penetrating the outer shell of the active material particle 10 almost perpendicularly and reaching the hollow portion 14. Active material particles 10 having an average of 1 to 20 (for example, 1 to 10) of such through holes 16 per particle are preferable.

なお、上記平均開口幅h、平均貫通孔数、貫通孔の経路形状等の特性値は、例えば、活物質粒子の断面をSEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)で観察することにより把握することができる。例えば、活物質粒子または該活物質粒子を含む材料(活物質粉末材料)を適当な樹脂(好ましくは熱硬化性樹脂)で固めたサンプルを、適当な断面で切断し、その切断面を少しづつ削りながらSEM観察を行うとよい。あるいは、通常は上記サンプル中において活物質粒子の向き(姿勢)は概ねランダムであると仮定できることから、単一の断面または2〜10箇所程度の比較的少数の断面におけるSEM観察結果を統計的に処理することによっても上記特性値を算出し得る。   The characteristic values such as the average opening width h, the average number of through holes, and the path shape of the through holes are grasped, for example, by observing the cross section of the active material particles with an SEM (Scanning Electron Microscope: scanning electron microscope) be able to. For example, a sample obtained by solidifying active material particles or a material containing the active material particles (active material powder material) with a suitable resin (preferably a thermosetting resin) is cut at an appropriate cross section, and the cut surface thereof is gradually added. It is good to perform SEM observation while shaving. Alternatively, since the orientation (posture) of the active material particles can be generally assumed to be generally random in the above sample, the SEM observation results in a single cross section or a relatively small number of cross sections of about 2 to 10 places are statistically determined. The characteristic value can also be calculated by processing.

ここに開示される活物質粒子10の典型的な態様では、上記二次粒子12を構成する一次粒子18が互いに焼結している。かかる活物質粒子10は、形状維持性が高い(崩れにくいこと;例えば平均硬度が高いこと、圧縮強度が高いこと等に反映され得る。)ものとなり得る。したがって、かかる活物質粒子10によると、良好な電池性能を、より安定して発揮することができる。   In a typical aspect of the active material particles 10 disclosed herein, primary particles 18 constituting the secondary particles 12 are sintered to one another. Such active material particles 10 can be highly shape-maintaining (can be less likely to be broken; for example, may be reflected in high average hardness, high compressive strength, etc.). Therefore, according to such an active material particle 10, good battery performance can be exhibited more stably.

好ましい一態様では、二次粒子12のうち中空部14を囲む部分(すなわち外殻)では、貫通孔16の部分を除き、該二次粒子12を構成する一次粒子18が緻密に焼結している。例えば、SEM観察において上記一次粒子18の粒界に実質的に隙間が存在しないように焼結していることが好ましい。かかる活物質粒子10は、特に形状維持性の高いものとなり得るので好ましい。また、上記のように一次粒子18が緻密(典型的には、少なくとも一般的な電解液を通過させない程度に緻密に)に焼結された孔開き中空活物質粒子10によると、該粒子10の外部と中空部14との間で電解液が流通し得る箇所が、貫通孔16のある箇所に制限される。このことは、ここに開示される活物質粒子10によってリチウムイオン二次電池の性能向上効果が発揮される一つの要因となり得る。   In a preferred embodiment, in the portion surrounding the hollow portion 14 (i.e., the outer shell) of the secondary particles 12, excluding the portion of the through hole 16, the primary particles 18 constituting the secondary particles 12 are densely sintered There is. For example, in the SEM observation, it is preferable to sinter so that no gaps are substantially present at the grain boundaries of the primary particles 18. Such active material particles 10 are preferable because they can be particularly high in shape retention. In addition, according to the porous hollow active material particle 10 in which the primary particles 18 are sintered densely as described above (typically, at least dense enough to prevent passage of a general electrolytic solution), The places where the electrolyte can flow between the outside and the hollow portion 14 are limited to the places where the through holes 16 are present. This can be one factor in which the performance improvement effect of the lithium ion secondary battery is exhibited by the active material particles 10 disclosed herein.

<平均粒径>
ここに開示される活物質粒子10を構成する一次粒子18の平均粒径は、凡そ0.1μm〜0.6μmの範囲にあるものであり得る。平均粒径が凡そ0.2μm〜0.5μmの一次粒子18であることが好ましい。一次粒子の平均粒径は、当該分野で公知の方法、例えば活物質の表面SEM測定により把握することができる。また、二次粒子12の平均粒径(ここではメジアン径(D50)をいう。以下、同じ。)は、凡そ2μm〜25μmであることが好ましい。かかる構成を有する活物質粒子10によると、良好な電池性能をより安定して発揮することができる。電池性能向上の観点から、二次粒子12の平均粒径は、凡そ3μm以上であることがより好ましい。また、活物質粒子の生産性等の観点からは、平均粒径が凡そ25μm以下であることが好ましく、凡そ15μm以下(例えば凡そ10μm以下)であることがより好ましい。好ましい一態様では、二次粒子12の平均粒径が凡そ3μm〜10μmである。なお、二次粒子12の平均粒径は当該分野で公知の方法、例えばレーザ回折散乱法に基づく測定によって求めることができる。
<Average particle size>
The average particle size of the primary particles 18 constituting the active material particles 10 disclosed herein may be in the range of about 0.1 μm to 0.6 μm. Preferably, the primary particles 18 have an average particle size of about 0.2 μm to 0.5 μm. The average particle size of the primary particles can be determined by methods known in the art, such as surface SEM measurement of the active material. Moreover, it is preferable that the average particle diameter of the secondary particles 12 (here, the median diameter (D50) is referred to hereinafter. The same applies) is approximately 2 μm to 25 μm. According to the active material particles 10 having such a configuration, good battery performance can be exhibited more stably. From the viewpoint of improving the battery performance, the average particle diameter of the secondary particles 12 is more preferably approximately 3 μm or more. Also, from the viewpoint of the productivity of the active material particles, the average particle size is preferably about 25 μm or less, and more preferably about 15 μm or less (eg, about 10 μm or less). In a preferred embodiment, the average particle size of the secondary particles 12 is about 3 μm to 10 μm. The average particle diameter of the secondary particles 12 can be determined by a method known in the art, for example, measurement based on a laser diffraction scattering method.

<活物質粒子の製造方法>
ここに開示される孔開き中空活物質粒子は、図2に示すように、原料水酸化物生成工程S10、混合工程S20および焼成工程S30を経て製造され得る。具体的には、該活物質粒子を構成するリチウム遷移金属酸化物に含まれる遷移金属元素を含む水性溶液から、該遷移金属の水酸化物を適切な条件で析出させ、その遷移金属水酸化物とリチウム化合物とを混合して焼成する方法により製造され得る。以下、かかる活物質粒子製造方法の一実施態様につき、層状構造のLiNiCoMn酸化物からなる孔開き中空活物質粒子を製造する場合を例として詳しく説明するが、この製造方法の適用対象をかかる組成の孔開き中空活物質粒子に限定する意図ではない。
<Method of manufacturing active material particles>
The perforated hollow active material particles disclosed herein can be produced through a raw material hydroxide production step S10, a mixing step S20 and a firing step S30 as shown in FIG. Specifically, the hydroxide of the transition metal is precipitated under appropriate conditions from an aqueous solution containing the transition metal element contained in the lithium transition metal oxide constituting the active material particles, and the transition metal hydroxide It can be produced by a method of mixing and calcining lithium and a lithium compound. Hereinafter, one embodiment of the method for producing an active material particle will be described in detail by taking as an example the case of producing a perforated hollow active material particle composed of a layered structure of LiNiCoMn oxide, but the application target of the production method is It is not intended that the present invention be limited to the perforated hollow active material particles.

<原料水酸化物生成工程S10>
ここに開示される活物質粒子製造方法は、遷移金属化合物の水性溶液にアンモニウムイオン(NH )を供給して、該水性溶液から遷移金属水酸化物の粒子を析出させる工程(原料水酸化物生成工程S10)を含む。遷移金属化合物の水性溶液にNH を供給して、該水性溶液から遷移金属水酸化物の粒子を析出させることにより、ここに開示される孔開き中空活物質粒子の形成に適した原料水酸化物粒子(前駆体)が生成し得る。
<Raw material hydroxide production process S10>
The method for producing active material particles disclosed herein comprises the step of supplying ammonium ions (NH 4 + ) to an aqueous solution of a transition metal compound to precipitate particles of transition metal hydroxide from the aqueous solution (raw material hydroxide Product generation step S10). Raw material water suitable for forming the perforated hollow active material particles disclosed herein by supplying NH 4 + to an aqueous solution of transition metal compound and depositing particles of transition metal hydroxide from the aqueous solution Oxide particles (precursors) can be produced.

上記水性溶液を構成する溶媒(水性溶媒)は、典型的には水であり、水を主成分とする混合溶媒であってもよい。この混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコール等)が好適である。上記遷移金属化合物の水性溶液(以下、「遷移金属溶液」ともいう。)は、製造目的たる活物質粒子を構成するリチウム遷移金属酸化物の組成に応じて、該リチウム遷移金属酸化物を構成する遷移金属元素(ここではNi,CoおよびMn)を含む。例えば、水性溶媒中にNiイオン,CoイオンおよびMnイオンを供給し得る一種または二種以上の化合物を含む遷移金属溶液を使用する。Ni,CoおよびMnの金属イオン源となる化合物としては、該金属の硫酸塩、硝酸塩、塩化物等を適宜採用することができる。例えば、水性溶媒(好ましくは水)に硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マンガンが溶解した組成の遷移金属溶液を好ましく使用し得る。   The solvent (aqueous solvent) constituting the aqueous solution is typically water, and may be a mixed solvent containing water as a main component. As solvents other than water which comprises this mixed solvent, the organic solvents (lower alcohol etc.) which can be mixed uniformly with water are suitable. The aqueous solution of the transition metal compound (hereinafter also referred to as "transition metal solution") constitutes the lithium transition metal oxide according to the composition of the lithium transition metal oxide constituting the active material particles which is the production object. It contains transition metal elements (here, Ni, Co and Mn). For example, a transition metal solution containing one or more compounds capable of supplying Ni ions, Co ions and Mn ions in an aqueous solvent is used. As a compound to be a metal ion source of Ni, Co and Mn, a sulfate, nitrate, chloride or the like of the metal can be appropriately adopted. For example, a transition metal solution having a composition in which nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate are dissolved in an aqueous solvent (preferably water) can be preferably used.

上記NH は、例えば、NH を含む水性溶液(典型的には水溶液)の形態で上記遷移金属溶液に供給されてもよく、該遷移金属溶液にアンモニアガスを直接吹き込むことにより供給されてもよく、これらの供給方法を併用してもよい。NH を含む水性溶液は、例えば、NH 源となり得る化合物(水酸化アンモニウム、硝酸アンモニウム、アンモニアガス等)を水性溶媒に溶解させることにより調製することができる。本実施態様では、水酸化アンモニウム水溶液(すなわちアンモニア水)の形態でNH を供給する。 The NH 4 + may be supplied to the transition metal solution, for example, in the form of an aqueous solution (typically, an aqueous solution) containing NH 4 + , by supplying ammonia gas directly to the transition metal solution. These supply methods may be used in combination. An aqueous solution containing NH 4 + can be prepared, for example, by dissolving a compound (ammonium hydroxide, ammonium nitrate, ammonia gas, etc.) that can be an NH 4 + source in an aqueous solvent. In this embodiment, NH 4 + is supplied in the form of an aqueous ammonium hydroxide solution (ie aqueous ammonia).

好ましい一態様では、上記原料水酸化物生成工程は、pH12以上(典型的にはpH12以上14以下、例えばpH12.2以上13以下)かつNH 濃度25g/L以下(典型的には3〜25g/L)の条件下で上記遷移金属溶液から遷移金属水酸化物を析出させる段階(核生成段階)を含み得る。上記pHおよびNH 濃度は、上記アンモニア水とアルカリ剤(液性をアルカリ性に傾ける作用のある化合物)との使用量を適切にバランスさせることにより調整することができる。アルカリ剤としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を、典型的には水溶液の形態で用いることができる。本実施態様では水酸化ナトリウム水溶液を使用する。なお、本明細書中において、pHの値は、液温25℃を基準とするpH値をいうものとする。 In a preferred embodiment, the raw material hydroxide production step has a pH of 12 or more (typically, pH 12 or more and 14 or less, for example, pH 12.2 or more and 13 or less) and an NH 4 + concentration of 25 g / L or less (typically 3 to 3). The method may comprise the step of precipitating the transition metal hydroxide from the transition metal solution under the conditions of 25 g / L) (nucleation step). The pH and the NH 4 + concentration can be adjusted by appropriately balancing the amounts of the ammonia water and the alkali agent (compound having an ability to make the solution alkaline). As the alkali agent, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like can be used, typically in the form of an aqueous solution. An aqueous sodium hydroxide solution is used in this embodiment. In the present specification, the value of pH refers to a pH value based on a liquid temperature of 25 ° C.

また好ましい一態様では、上記原料水酸化物生成工程は、さらに、上記核生成段階で析出した遷移金属水酸化物の核(典型的には粒子状)を、pH12未満(典型的にはpH10以上12未満、好ましくはpH10以上11.8以下、例えばpH11以上11.8以下)かつNH 濃度1g/L以上、好ましくは3g/L以上(典型的には3〜25g/L)で成長させる段階(粒子成長段階)を含み得る。通常は、核生成段階のpHに対して、粒子成長段階のpHを0.1以上(典型的には0.3以上、好ましくは0.5以上、例えば0.5〜1.5程度)低くすることが適当である。 In a preferred embodiment, the raw material hydroxide production step further comprises: a nucleus (typically in the form of particles) of the transition metal hydroxide precipitated in the nucleation step, having a pH of less than 12 (typically, 10 or more). Grow at 12 or less, preferably pH 10 or more and 11.8 or less, for example, pH 11 or more and 11.8 or less and NH 4 + concentration of 1 g / L or more, preferably 3 g / L or more (typically 3 to 25 g / L) It may include a stage (particle growth stage). Usually, the pH of the particle growth stage is 0.1 or more (typically 0.3 or more, preferably 0.5 or more, for example, about 0.5 to 1.5 or so) lower than the pH of the nucleation stage. It is appropriate to do.

上記pHおよびNH 濃度は、核生成段階と同様にして調整することができる。この粒子成長段階は、上記pHおよびNH 濃度を満たすように行われる(好ましくは上記pHにおいてNH 濃度を15g/L以下(例えば1〜15g/L、典型的には3〜15g/L)、より好ましくは10g/L以下(例えば1〜10g/L、典型的には3〜10g/L)の範囲とする)ことにより、遷移金属水酸化物(ここでは、Ni,CoおよびMnを含む複合水酸化物)の析出速度が速くなり、ここに開示される孔開き中空活物質粒子の形成により適した原料水酸化物粒子(換言すれば、孔開き中空構造の焼成物をより形成しやすい原料水酸化物粒子)が生成し得る。上記粒子成長段階におけるNH 濃度を7g/L以下(例えば1〜7g/L、より好ましくは3〜7g/L)としてもよい。粒子成長段階におけるNH 濃度は、例えば、核生成段階におけるNH 濃度と概ね同程度としてもよく、核生成段階におけるNH 濃度より低くしてもよい。なお、遷移金属水酸化物の析出速度は、例えば、反応液に供給される遷移金属溶液に含まれる遷移金属イオンの合計モル数に対して、反応液の液相中に含まれる遷移金属イオンの合計モル数(合計イオン濃度)の推移を調べることにより把握され得る。 The pH and NH 4 + concentration can be adjusted in the same manner as the nucleation stage. This particle growth step is performed to satisfy the above pH and NH 4 + concentration (preferably, the NH 4 + concentration is 15 g / L or less (eg, 1 to 15 g / L, typically 3 to 15 g / L at the above pH) L), more preferably 10 g / L or less (e.g., in the range of 1 to 10 g / L, typically 3 to 10 g / L), transition metal hydroxide (here, Ni, Co and Mn) Of the composite hydroxide), and the raw material hydroxide particles more suitable for the formation of the perforated hollow active material particles disclosed herein (in other words, the fired product of the perforated hollow structure is formed more Raw material hydroxide particles) can be generated. The NH 4 + concentration in the particle growth stage may be 7 g / L or less (eg, 1 to 7 g / L, more preferably 3 to 7 g / L). NH 4 + concentration in the particle growth step, for example, may be a substantially the same level as NH 4 + concentration in the nucleation stage may be lower than NH 4 + concentration in the nucleation stage. Note that the deposition rate of the transition metal hydroxide is, for example, the transition metal ion contained in the liquid phase of the reaction liquid relative to the total number of moles of transition metal ions contained in the transition metal solution supplied to the reaction liquid. It can be grasped by examining the transition of the total number of moles (total ion concentration).

核生成段階および粒子成長段階のそれぞれにおいて、反応液の温度は、凡そ30℃〜60℃の範囲のほぼ一定温度(例えば、所定の温度±1℃)となるように制御することが好ましい。核生成段階と粒子成長段階とで反応液の温度を同程度としてもよい。また、反応液および反応槽内の雰囲気は、核生成段階および粒子成長段階を通じて非酸化性雰囲気に維持することが好ましい。また、反応液に含まれるNiイオン,CoイオンおよびMnイオンの合計モル数(合計イオン濃度)は、核生成段階および粒子成長段階を通じて、例えば凡そ0.5〜2.5モル/Lとすることができ、凡そ1.0〜2.2モル/Lとすることが好ましい。かかるイオン濃度が維持されるように、遷移金属水酸化物の析出速度に合わせて遷移金属溶液を補充(典型的には連続供給)するとよい。反応液に含まれるNiイオン,CoイオンおよびMnイオンの量は、目的物たる活物質粒子の組成(すなわち、該活物質粒子を構成するLiNiCoMn酸化物におけるNi,Co,Mnのモル比)に対応する量比とすることが好ましい。   In each of the nucleation step and the particle growth step, the temperature of the reaction solution is preferably controlled to be a substantially constant temperature (for example, a predetermined temperature ± 1 ° C.) in the range of approximately 30 ° C. to 60 ° C. The temperature of the reaction solution may be made the same in the nucleation step and the particle growth step. In addition, the atmosphere in the reaction solution and the reaction vessel is preferably maintained at a non-oxidizing atmosphere throughout the nucleation step and the particle growth step. In addition, the total number of moles of Ni ions, Co ions and Mn ions (total ion concentration) contained in the reaction solution should be, for example, about 0.5 to 2.5 mol / L throughout the nucleation step and the particle growth step. And preferably about 1.0 to 2.2 mol / L. The transition metal solution may be replenished (typically continuously supplied) in accordance with the deposition rate of the transition metal hydroxide so that the ion concentration is maintained. The amounts of Ni ions, Co ions and Mn ions contained in the reaction solution correspond to the composition of the active material particles as a target (that is, the molar ratio of Ni, Co, Mn in the LiNiCoMn oxide constituting the active material particles). It is preferable to set it as the quantitative ratio which

<混合工程S20>
本実施態様では、このようにして生成した遷移金属水酸化物粒子(ここでは、Ni,CoおよびMnを含む複合水酸化物粒子)を反応液から分離し、洗浄して乾燥させる。そして、この遷移金属水酸化物粒子とリチウム化合物とを所望の量比で混合して未焼成の混合物を調製する(混合工程S20)。この混合工程では、典型的には、目的物たる活物質粒子の組成(すなわち、該活物質粒子を構成するLiNiCoMn酸化物におけるLi,Ni,Co,Mnのモル比)に対応する量比で、リチウム化合物と遷移金属水酸化物粒子とを混合する。
<Mixing step S20>
In this embodiment, the transition metal hydroxide particles thus produced (here, composite hydroxide particles containing Ni, Co and Mn) are separated from the reaction liquid, washed and dried. Then, the transition metal hydroxide particles and the lithium compound are mixed in a desired amount ratio to prepare an unfired mixture (mixing step S20). In this mixing step, typically, the amount ratio corresponding to the composition of the target active material particles (that is, the molar ratio of Li, Ni, Co, Mn in the LiNiCoMn oxide constituting the active material particles), The lithium compound and transition metal hydroxide particles are mixed.

上記リチウム化合物としては、加熱により溶解し、酸化物となり得るリチウム化合物、例えば炭酸リチウム,水酸化リチウム、硝酸リチウム、またはこれらの混合物等を好ましく用いることができる。取扱い容易性および品質安定性の観点から、炭酸リチウムまたは水酸化リチウムを使用することが好ましく、炭酸リチウムの使用が特に好ましい。   As the lithium compound, a lithium compound which can be dissolved by heating to form an oxide, such as lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, or a mixture thereof can be preferably used. From the viewpoint of ease of handling and quality stability, lithium carbonate or lithium hydroxide is preferably used, and the use of lithium carbonate is particularly preferred.

上記混合工程S20は、一般的な混合機を用いて行うことができる。例えば、シェーカミキサ、ジュリアリミキサ、リボンミキサ、レーディゲミキサ、Vブレンダ等を好ましく用いることができる。また、上記混合処理は、遷移金属水酸化物粒子の形状が破壊されない程度に、遷移金属水酸化物粒子とリチウム化合物と十分に混合されるように行われるとよい。   The mixing step S20 can be performed using a general mixer. For example, a shaker mixer, a juliary mixer, a ribbon mixer, a lodige mixer, a V blender and the like can be preferably used. In addition, it is preferable that the mixing process be performed such that the transition metal hydroxide particles and the lithium compound are sufficiently mixed to such an extent that the shape of the transition metal hydroxide particles is not broken.

<焼成工程S30>
上記のようにリチウム化合物と遷移金属水酸化物粒子とを混合した後、700℃〜1000℃の温度域で焼成して焼成することにより活物質粒子を得る(焼成工程S30)。ここに開示さる活物質粒子製造方法は、上記焼成工程S30の少なくとも一部において、600MPa〜900MPaの高圧力雰囲気下で焼成することにより特徴づけられる。すなわち、700℃〜1000℃の焼成温度で焼成することにより、リチウム遷移金属酸化物(ここではLiNiCoMn酸化物)の一次粒子18の焼結反応が進行し、該一次粒子18が複数集合した二次粒子12と中空部14と貫通孔16とを有する活物質粒子10が形成され得る。また、かかる焼成処理を加圧しつつ行う(例えば焼成炉内を高圧力雰囲気に保つ)ことにより、一次粒子18間の隙間が減少し、貫通孔16の開口幅hが適度に狭い孔開き中空活物質粒子10を得ることができる。この焼成工程S30は、典型的には酸化性雰囲気中で行われる。
<Firing Step S30>
After mixing the lithium compound and the transition metal hydroxide particles as described above, the active material particles are obtained by firing and firing in a temperature range of 700 ° C. to 1000 ° C. (firing step S30). The active material particle manufacturing method disclosed here is characterized by baking in a high pressure atmosphere of 600 MPa to 900 MPa in at least a part of the baking step S30. That is, by firing at a firing temperature of 700 ° C. to 1000 ° C., the sintering reaction of the primary particles 18 of the lithium transition metal oxide (here, LiNiCoMn oxide) proceeds, and a plurality of the primary particles 18 aggregate. Active material particles 10 having particles 12, hollow portions 14 and through holes 16 may be formed. In addition, by performing the firing process under pressure (for example, keeping the inside of the firing furnace in a high pressure atmosphere), the gap between the primary particles 18 is reduced, and the opening width h of the through holes 16 is appropriately narrow. Material particles 10 can be obtained. The firing step S30 is typically performed in an oxidizing atmosphere.

かかる焼成工程S30では、貫通孔の開口幅hが適度に減少するように十分に加圧しておくことが好ましい。例えば、焼成工程における雰囲気圧力は、600MPa〜900MPaの範囲内に設定され得る。これにより、一次粒子18間の隙間が減少し、貫通孔16の開口幅hが比較的狭い孔開き中空活物質粒子10を製造することができる。雰囲気圧力が650MPa以上、好ましくは700MPa以上(例えば700MPa〜850MPa)、典型的には750MPa以上(例えば750MPa〜800MPa)となるように行われることがより好ましい。   In the firing step S30, it is preferable to apply sufficient pressure so as to appropriately reduce the opening width h of the through holes. For example, the atmospheric pressure in the firing step may be set in the range of 600 MPa to 900 MPa. Thereby, the gaps between the primary particles 18 are reduced, and the perforated hollow active material particles 10 having a relatively narrow opening width h of the through holes 16 can be manufactured. It is more preferable that the pressure be 650 MPa or more, preferably 700 MPa or more (e.g. 700 MPa to 850 MPa), typically 750 MPa or more (e.g. 750 MPa to 800 MPa).

この焼成工程S30における焼成温度(最高焼成温度)は、700℃〜1000℃とする。例えば、焼成温度が800℃以上(好ましくは800℃〜1000℃、例えば800℃〜900℃)となるように行われることが好ましい。この範囲の焼成温度によると、リチウム遷移金属酸化物(好ましくはNi含有Li酸化物、ここではLiNiCoMn酸化物)の一次粒子の焼結反応を適切に進行させることができる。また、一次粒子の焼結反応を適切に進行させることで、貫通孔の数および開口幅hが適度に減少した孔開き中空活物質粒子10を得ることができる。   The firing temperature (maximum firing temperature) in the firing step S30 is 700 ° C. to 1000 ° C. For example, the firing temperature is preferably 800 ° C. or higher (preferably 800 ° C. to 1000 ° C., for example, 800 ° C. to 900 ° C.). According to the firing temperature in this range, the sintering reaction of primary particles of lithium transition metal oxide (preferably Ni-containing Li oxide, in this case LiNiCoMn oxide) can be appropriately advanced. In addition, by appropriately advancing the sintering reaction of the primary particles, it is possible to obtain the perforated hollow active material particles 10 in which the number of through holes and the opening width h are appropriately reduced.

好ましい一態様では、焼成工程S30は、前記混合物を大気圧(約0.1MPa)雰囲気下で700℃以上1000℃以下の温度で焼成する大気圧焼成処理S32と、その大気圧焼成処理S32で得られた焼成物を600MPa〜900MPaの高圧力雰囲気下で加圧しつつ700℃以上1000℃以下の温度で焼成する加圧焼成処理S34とを含む態様で行われる。このような多段階の加圧焼成スケジュールによって加圧焼成することにより、貫通孔の開口幅hが適度に減少した孔開き中空活物質粒子10をより安定して形成することができる。大気圧焼成処理S32と加圧焼成処理S34とは、連続させ(例えば、上記混合物を大気圧雰囲気で焼成した後、引き続き高圧力雰囲気まで加圧して焼成し)てもよく、あるいは、大気圧雰囲気で焼成した後、いったん冷却(例えば、常温まで冷却)し、必要に応じて解砕と篩い分けを行ってから加圧焼成処理S34に供してもよい。   In a preferred embodiment, the firing step S30 is obtained by atmospheric pressure firing treatment S32 in which the mixture is fired at a temperature of 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less under an atmospheric pressure (about 0.1 MPa) atmosphere, and the atmospheric pressure firing treatment S32 thereof. And a pressure baking process S34 of baking at a temperature of 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less while pressurizing the baked product in a high pressure atmosphere of 600 MPa to 900 MPa. By performing the pressure firing according to such a multistage pressure firing schedule, it is possible to more stably form the perforated hollow active material particle 10 in which the opening width h of the through hole is appropriately reduced. The atmospheric pressure calcination treatment S32 and the pressurization calcination treatment S34 may be continued (for example, after the mixture is calcined in an atmospheric pressure atmosphere, subsequently pressurized to a high pressure atmosphere and calcined), or, atmospheric pressure atmosphere After firing, the material may be cooled (for example, cooled to room temperature), crushed and sieved, if necessary, and then subjected to pressure baking treatment S34.

大気圧焼成処理S32の焼成時間(最高焼成温度での焼成時間)は、概ね1時間〜20時間(好ましくは3時間〜20時間、特に好ましくは10時間〜20時間)とするとよい。このような焼成時間の範囲内であると、リチウム遷移金属酸化物(好ましくはNi含有Li酸化物、ここではLiNiCoMn酸化物)の一次粒子の焼結反応を適切に進行させることができる。また、加圧焼成処理S34の焼成時間(最高焼成温度での焼成時間)は、概ね1時間〜20時間(好ましくは1時間〜15時間、特に好ましくは3時間〜10時間)とするとよい。このような焼成時間の範囲内であると、貫通孔の開口幅hが適度に減少した孔開き中空活物質粒子10を形成することができる。   The baking time (baking time at the maximum baking temperature) of the atmospheric pressure baking treatment S32 may be approximately 1 hour to 20 hours (preferably 3 hours to 20 hours, particularly preferably 10 hours to 20 hours). The sintering reaction of primary particles of lithium transition metal oxide (preferably, Ni-containing Li oxide, in this case, LiNiCoMn oxide) can be appropriately progressed within the range of such a baking time. The firing time (the firing time at the highest firing temperature) of the pressure firing process S34 may be approximately 1 hour to 20 hours (preferably 1 hour to 15 hours, and particularly preferably 3 hours to 10 hours). If it is in the range of such baking time, the perforated hollow active material particle 10 in which the opening width h of the through hole is appropriately reduced can be formed.

上記のような焼成工程S30により得られたリチウム遷移金属酸化物(LiNiCoMnW酸化物)を、好ましくは冷却後、ミルがけ等により粉砕し適当に分級することによって、活物質粒子を得ることができる。このようにして、二次粒子12と中空部14と貫通孔16とを有する孔開き中空構造の活物質粒子10を得ることができる。   Active material particles can be obtained by pulverizing the lithium transition metal oxide (LiNiCoMnW oxide) obtained by the above-mentioned firing step S30, preferably by means of a mill, etc. after cooling, and appropriately classifying it. In this manner, it is possible to obtain a perforated hollow structure active material particle 10 having the secondary particle 12, the hollow portion 14 and the through hole 16.

ここに開示される孔開き中空構造の活物質粒子10は、図1および図2に示すように、600MPa〜900MPaの圧力雰囲気で加圧しつつ、700℃〜1000℃の温度域で焼成して製造されたものである。そのため、得られた孔開き中空活物質粒子10は、貫通孔16の開口幅hが比較的狭く、液状エポキシ樹脂の充填率が低下傾向になり得る。典型的には、該活物質粒子により構成された活物質粉末材料を粘度4500mPa・s(B型粘度計、回転数10〜100rpm)に調整した液状エポキシ樹脂に浸漬して固化した場合において、該固化物の切断面のSEM画像に表われる活物質粒子10の全数Aと、前記エポキシ樹脂により中空部14が埋められた活物質粒子10の数Bとから求められる樹脂充填個数率X(%)=(100×B/A)が、概ね17%以下(例えば1%〜17%)、好ましくは10%以下(例えば1%〜10%)、より好ましくは8%以下(例えば3%〜8%)であり得る。このような範囲内の樹脂充填個数率Xを有する活物質粉末材料(活物質粒子)は、貫通孔16の開口幅hが適度に狭く、電極作製時に使用した溶媒が中空部14に入り難い。そのため、活物質粒子10内への溶媒の残留が抑制された最適なリチウムイオン二次電池を構築し得る。   Active material particles 10 having a perforated hollow structure disclosed herein are manufactured by firing in a temperature range of 700 ° C. to 1000 ° C. while being pressurized in a pressure atmosphere of 600 MPa to 900 MPa, as shown in FIGS. 1 and 2. It is done. Therefore, in the obtained perforated hollow active material particles 10, the opening width h of the through holes 16 is relatively narrow, and the filling rate of the liquid epoxy resin may tend to decrease. Typically, when the active material powder material composed of the active material particles is solidified by immersion in a liquid epoxy resin adjusted to a viscosity of 4500 mPa · s (B-type viscometer, rotation speed 10 to 100 rpm), Resin filling number ratio X (%) determined from the total number A of active material particles 10 appearing in the SEM image of the cut surface of the solidified product and the number B of active material particles 10 in which the hollow portion 14 is filled with the epoxy resin = (100 x B / A) is generally 17% or less (e.g. 1% to 17%), preferably 10% or less (e.g. 1% to 10%), more preferably 8% or less (e.g. 3% to 8%) Can be In the active material powder material (active material particles) having the resin-filled number ratio X within such a range, the opening width h of the through hole 16 is appropriately narrow, and the solvent used at the time of electrode preparation hardly enters the hollow portion 14. Therefore, it is possible to construct an optimal lithium ion secondary battery in which the remaining of the solvent in the active material particles 10 is suppressed.

以上のように、本実施形態の製造方法により得られた活物質粒子10は、上記のように貫通孔16の開口幅hが狭く、電極作製時に使用した溶媒が残留しにくいものであることから、種々の形態のリチウムイオン二次電池の構成要素または該リチウムイオン二次電池に内蔵される電極の構成要素(活物質)として好ましく利用され得る。ここで開示される活物質粒子10を使用すること以外は、従来と同様のプロセスを採用してリチウムイオン二次電池を構築することができる。   As described above, the active material particles 10 obtained by the manufacturing method of the present embodiment have a narrow opening width h of the through holes 16 as described above, and the solvent used at the time of electrode production hardly remains. It can be preferably used as a component of various forms of lithium ion secondary battery or a component (active material) of an electrode incorporated in the lithium ion secondary battery. A lithium ion secondary battery can be constructed using the same process as the conventional one, except that the active material particles 10 disclosed herein are used.

以下、上述した方法を適用して製造された活物質粒子10を用いて構築されるリチウムイオン二次電池の一実施形態につき、図3および図4に示す模式図を参照しつつ説明する。図3は本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の断面図である。図4は、当該リチウムイオン二次電池100に内装される電極体40を示す図である。このリチウムイオン二次電池100は、正極活物質として、上述した方法を適用して製造された
孔開き中空活物質粒子が用いられている。
Hereinafter, an embodiment of a lithium ion secondary battery constructed using the active material particles 10 manufactured by applying the above-described method will be described with reference to schematic diagrams shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a cross-sectional view of a lithium ion secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view showing an electrode assembly 40 incorporated in the lithium ion secondary battery 100. The lithium ion secondary battery 100 uses, as a positive electrode active material, perforated hollow active material particles manufactured by applying the above-described method.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、図3に示すような扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)20に構成されている。リチウムイオン二次電池100は、図3および図4に示すように、扁平形状の捲回電極体40が、液状電解質(電解液)80とともに、電池ケース20に収容されている。   A lithium ion secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention is configured in a flat rectangular battery case (i.e., an outer container) 20 as shown in FIG. 3. In the lithium ion secondary battery 100, as shown in FIGS. 3 and 4, the flat wound electrode body 40 is accommodated in the battery case 20 together with the liquid electrolyte (electrolyte solution) 80.

電池ケース20は、一端(電池100の通常の使用状態における上端部に相当する。)に開口部を有する箱形(すなわち有底直方体状)のケース本体21と、その開口部に取り付けられて該開口部を塞ぐ矩形状プレート部材からなる蓋体(封口板)22とから構成される。電池ケース20の材質は、従来のリチウムイオン二次電池で使用されるものと同じであればよく、特に制限はない。軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成された電池ケース20が好ましく、このような金属製材料としてアルミニウム等が例示される。   The battery case 20 has a box-shaped (that is, a bottomed rectangular parallelepiped) case body 21 having an opening at one end (corresponding to the upper end of the battery 100 in a normal use state), and is attached to the opening It is comprised from the cover body (sealing plate) 22 which consists of a rectangular-shaped plate member which block | closes an opening part. The material of the battery case 20 may be the same as that used in a conventional lithium ion secondary battery, and is not particularly limited. A battery case 20 mainly composed of a lightweight, thermally conductive metal material is preferable, and aluminum or the like is exemplified as such a metal material.

図3に示すように、蓋体22には外部接続用の正極端子23および負極端子24が形成されている。蓋体22の両端子23、24の間には、電池ケース20の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成された薄肉の安全弁30と、注液口32が形成されている。なお、図3では、当該注液口32が注液後に封止材33によって封止されている。   As shown in FIG. 3, the lid 22 is formed with a positive electrode terminal 23 and a negative electrode terminal 24 for external connection. Between the two terminals 23 and 24 of the lid 22, a thin-walled safety valve 30 configured to release the internal pressure when the internal pressure of the battery case 20 rises above a predetermined level, and a liquid injection port 32 are formed. It is done. In addition, in FIG. 3, the said liquid injection port 32 is sealed by the sealing material 33 after liquid injection.

<捲回電極体>
捲回電極体40は、図4に示すように、長尺なシート状正極(正極シート50)と、該正極シート50と同様の長尺シート状負極(負極シート60)とを計二枚の長尺シート状セパレータ(セパレータ72、74)とを備えている。
<Wound electrode body>
As shown in FIG. 4, the wound electrode body 40 has a total of two sheets of a long sheet-like positive electrode (positive electrode sheet 50) and a long sheet-like negative electrode (negative electrode sheet 60) similar to the positive electrode sheet 50. And a long sheet-like separator (separators 72 and 74).

<正極シート>
正極シート50は、帯状の正極集電体52と正極活物質層53とを備えている。正極集電体52には、例えば、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、正極集電体52として、アルミニウム箔が用いられている。正極集電体52の幅方向片側の縁部に沿って未塗工部51が設定されている。図示した例では、正極活物質層53は、正極集電体52に設定された未塗工部51を除いて、正極集電体52の両面に保持されている。正極活物質層53には、正極活物質粒子と導電材とバインダとが含まれている。正極活物質粒子としては、前述した方法を適用して製造された孔開き中空活物質粒子が用いられている。導電材としては、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック等のカーボンブラックやその他(グラファイト等)の粉末状カーボン材料が例示される。バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が例示される。
<Positive electrode sheet>
The positive electrode sheet 50 includes a strip-shaped positive electrode current collector 52 and a positive electrode active material layer 53. For the positive electrode current collector 52, for example, a metal foil suitable for the positive electrode can be suitably used. In this embodiment, an aluminum foil is used as the positive electrode current collector 52. An uncoated portion 51 is set along the edge on one side in the width direction of the positive electrode current collector 52. In the illustrated example, the positive electrode active material layer 53 is held on both sides of the positive electrode current collector 52 except for the uncoated portion 51 set in the positive electrode current collector 52. The positive electrode active material layer 53 contains positive electrode active material particles, a conductive material, and a binder. As the positive electrode active material particles, perforated hollow active material particles manufactured by applying the method described above are used. Examples of the conductive material include carbon blacks such as acetylene black (AB) and ketjen black, and powdery carbon materials such as other (graphite and the like). Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber (SBR), polytetrafluoroethylene (PTFE), carboxymethyl cellulose (CMC) and the like.

正極活物質層53を形成する際には、正極活物質(孔開き中空活物質粒子)と導電材とバインダとを適当な溶媒に分散させて混練することによって、正極活物質層形成用ペースト(スラリー状またはインク状を含む。以下同じ。)を調製する。上記溶媒としては、従来のこの種のペースト材料に用いられているものを特に制限なく使用することができ、水系溶媒および非水系溶媒の何れも使用可能である。例えば、N‐メチルピロリドン(NMP)、ピロリドン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、トルエン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、等の非水系溶媒またはこれらの2種以上の組み合わせであってもよい。あるいは、水または水を主体とする水系溶媒であってもよい。かかる水系溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコール、低級ケトン等)の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。該ペーストの固形分率(NV)は特に限定されないが、乾燥効率等の観点からは、通常は40質量%以上(例えば40質量%〜95質量%)にすることが適当であり、好ましくは55質量%以上(例えば55質量%〜90質量%)、より好ましくは60質量%以上(例えば60質量%〜85質量%)である。このペーストを正極集電体上に適当量塗布し、乾燥することによって、リチウムイオン二次電池用正極を作製することができる。上記ペーストを塗布する操作は、例えば、グラビアコーター、スリットコーター、ダイコーター、コンマコーター、ディップコーター等の適当な塗布装置を使用して行うことができる。また、上記乾燥も、従来の一般的な手段(例えば加熱乾燥や真空乾燥)により行うことができる。乾燥温度としては特に限定されないが、概ね100℃〜200℃(例えば120℃〜180℃)であり得る。前記のとおり、ここに開示される活物質粒子(正極活物質)は、貫通孔の開口幅hが適度に狭く、上記溶媒が中空部に入り難い。そのため、乾燥後も上記溶媒が活物質粒子内(ひいては正極活物質層)に残留し難く、より高性能な正極を作製することができる。   When forming the positive electrode active material layer 53, the positive electrode active material layer forming paste (the positive electrode active material (porous hollow active material particles), the conductive material and the binder are dispersed in an appropriate solvent and kneaded. Prepare slurry or ink, the same shall apply hereinafter. As the solvent, those used for conventional paste materials of this type can be used without particular limitation, and both aqueous solvents and non-aqueous solvents can be used. For example, non-aqueous solvents such as N-methyl pyrrolidone (NMP), pyrrolidone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, toluene, dimethylformamide, dimethyl acetamide, etc., or a combination of two or more of these may be used. Alternatively, it may be water or an aqueous solvent mainly containing water. As solvents other than water which comprises this aqueous solvent, 1 type, or 2 or more types of organic solvents (a lower alcohol, a lower ketone, etc.) which can be mixed uniformly with water can be selected suitably, and can be used. The solid fraction (NV) of the paste is not particularly limited, but from the viewpoint of drying efficiency etc., usually 40% by mass or more (eg 40% by mass to 95% by mass) is suitable, preferably 55 % By mass (e.g. 55% by mass to 90% by mass), more preferably 60% by mass or more (e.g. 60% by mass to 85% by mass). An appropriate amount of this paste is applied onto a positive electrode current collector and dried to prepare a positive electrode for a lithium ion secondary battery. The operation of applying the paste can be performed using a suitable coating device such as, for example, a gravure coater, a slit coater, a die coater, a comma coater, or a dip coater. The above-mentioned drying can also be performed by a conventional general means (for example, heat drying or vacuum drying). The drying temperature is not particularly limited, but may be approximately 100 ° C. to 200 ° C. (eg, 120 ° C. to 180 ° C.). As described above, in the active material particles (positive electrode active material) disclosed herein, the opening width h of the through holes is appropriately narrow, and the solvent does not easily enter the hollow portion. Therefore, even after drying, the above-mentioned solvent does not easily remain in the active material particles (as a result, the positive electrode active material layer), and a higher performance positive electrode can be manufactured.

好ましい一態様では、正極活物質層に含まれる上記溶媒の含有量が、該正極活物質層の全固形分に対して90ppm以下(例えば10ppm〜90ppm)、好ましくは80ppm以下、より好ましくは60ppm以下(例えば40ppm〜60ppm)である。このような溶媒の含有量の範囲内であると、低温域における出力性能がより良く向上した最適なリチウムイオン二次電池を構築することができる。   In a preferred embodiment, the content of the solvent contained in the positive electrode active material layer is 90 ppm or less (eg, 10 ppm to 90 ppm), preferably 80 ppm or less, more preferably 60 ppm or less based on the total solid content of the positive electrode active material layer. (E.g. 40 ppm to 60 ppm). Within the range of such solvent content, it is possible to construct an optimum lithium ion secondary battery in which the output performance in the low temperature range is further improved.

<負極シート>
負極シート60は、図4に示すように、帯状の負極集電体62と負極活物質層63とを備えている。負極集電体62には、例えば、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、負極集電体62には、帯状の銅箔が用いられている。負極集電体62の幅方向片側には、縁部に沿って未塗工部61が設定されている。負極活物質層63は、負極集電体62に設定された未塗工部61を除いて、負極集電体62の両面に保持されている。負極活物質層63には、負極活物質と導電材とバインダとが含まれている。負極活物質としては、黒鉛(グラファイト)等から成る粉末状の炭素材料が挙げられる。バインダとしては、前述した正極と同様のものを用いることができる。そして正極と同様、かかる粉末状材料を適当な溶媒に分散させて混練することによって、負極活物質層形成用ペーストを調製する。このペーストを負極集電体上に適当量塗布し、乾燥することによって、リチウムイオン二次電池用負極を作製することができる。
<Negative sheet>
As shown in FIG. 4, the negative electrode sheet 60 includes a strip-like negative electrode current collector 62 and a negative electrode active material layer 63. For the negative electrode current collector 62, for example, a metal foil suitable for the negative electrode can be suitably used. In this embodiment, a strip-shaped copper foil is used for the negative electrode current collector 62. An uncoated portion 61 is set along the edge on one side in the width direction of the negative electrode current collector 62. The negative electrode active material layer 63 is held on both sides of the negative electrode current collector 62 except for the uncoated portion 61 set in the negative electrode current collector 62. The negative electrode active material layer 63 contains a negative electrode active material, a conductive material, and a binder. Examples of the negative electrode active material include powdery carbon materials made of graphite and the like. As a binder, the thing similar to the positive electrode mentioned above can be used. Then, as in the case of the positive electrode, the powdery material is dispersed in an appropriate solvent and kneaded to prepare a negative electrode active material layer-forming paste. An appropriate amount of this paste is applied onto a negative electrode current collector and dried to prepare a negative electrode for a lithium ion secondary battery.

<セパレータ>
セパレータ72、74は、図4に示すように、正極シート50と負極シート60とを隔てる部材である。この例では、セパレータ72、74は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ72、74には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。また、かかる樹脂で構成されたシート材の表面に、絶縁性を有する粒子の層をさらに形成してもよい。ここで、絶縁性を有する粒子としては、絶縁性を有する無機フィラー(例えば、金属酸化物、金属水酸化物などのフィラー)、或いは、絶縁性を有する樹脂粒子(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの粒子)で構成してもよい。この例では、図6に示すように、負極活物質層63の幅b1は、正極活物質層53の幅a1よりも少し広い。さらにセパレータ72、74の幅c1、c2は、負極活物質層63の幅b1よりも少し広い(c1、c2>b1>a1)。
<Separator>
The separators 72 and 74 are members for separating the positive electrode sheet 50 and the negative electrode sheet 60, as shown in FIG. In this example, the separators 72 and 74 are formed of a band-like sheet material having a predetermined width and having a plurality of minute holes. For the separators 72 and 74, for example, a separator having a single layer structure made of a porous polyolefin resin or a separator having a laminated structure can be used. In addition, a layer of insulating particles may be further formed on the surface of the sheet material made of such a resin. Here, as particles having insulating properties, inorganic fillers having insulating properties (for example, fillers such as metal oxides and metal hydroxides) or resin particles having insulating properties (for example, particles such as polyethylene and polypropylene) It may consist of. In this example, as shown in FIG. 6, the width b1 of the negative electrode active material layer 63 is slightly wider than the width a1 of the positive electrode active material layer 53. Furthermore, the widths c1 and c2 of the separators 72 and 74 are slightly wider than the width b1 of the negative electrode active material layer 63 (c1, c2>b1> a1).

《捲回電極体の取り付け》
この実施形態では、捲回電極体40は、図4に示すように、捲回軸WLに直交する一の方向において扁平に押し曲げられている。図4に示す例では、正極集電体52の未塗工部51と負極集電体62の未塗工部61は、それぞれセパレータ72、74の両側においてらせん状に露出している。この実施形態では、図3に示すように、未塗工部51の中間部分は、寄せ集められ、電池ケース20の内部に配置された電極端子(内部端子)の集電タブ25、26に溶接される。図3中の25a、26aは当該溶接個所を示している。
<< Installation of winding electrode body >>
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the wound electrode body 40 is flatly pressed and bent in one direction orthogonal to the winding axis WL. In the example shown in FIG. 4, the uncoated portion 51 of the positive electrode current collector 52 and the uncoated portion 61 of the negative electrode current collector 62 are spirally exposed on both sides of the separators 72 and 74. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the middle portion of the uncoated portion 51 is gathered and welded to the current collecting tabs 25, 26 of the electrode terminals (internal terminals) arranged inside the battery case 20. Be done. Reference numerals 25a and 26a in FIG. 3 indicate the welds.

そして、ケース本体21の上端開口部から該本体21内に捲回電極体40が収容され、上記開口部を蓋体22との溶接等により封止する。また、電解液80が注液口32からケース本体21内に配置(注液)される。   Then, the wound electrode body 40 is accommodated in the main body 21 from the upper end opening of the case main body 21, and the opening is sealed by welding with the lid 22 or the like. Further, the electrolytic solution 80 is disposed (injected) in the case main body 21 from the liquid injection port 32.

<電解液(非水電解液)>
電解液(非水電解液)80としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、LiPF,LiBF,LiAsF,LiCFSO,LiCSO,LiN(CFSO,LiC(CFSO等のリチウム塩を用いることができる。一例として、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒(例えば体積比3:4:3)にLiPFを約1mol/Lの濃度で含有させた非水電解液が挙げられる。
<Electrolyte (non-aqueous electrolyte)>
As the electrolyte solution (non-aqueous electrolyte solution) 80, the same non-aqueous electrolyte solution conventionally used for lithium ion secondary batteries can be used without particular limitation. Such non-aqueous electrolytes typically have a composition in which a suitable non-aqueous solvent contains a supporting salt. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane and the like. One or two or more selected from the group can be used. Further, as the supporting salt, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiC (CF 3 SO 2) 3, etc. Lithium salts can be used. As an example, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) (for example, volume ratio 3: 4: 3) containing LiPF 6 at a concentration of about 1 mol / L is not used. A water electrolyte is mentioned.

その後、注液口32を封止材33によって封止し、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の組み立てが完成する。ケース20の封止プロセスや電解液の配置(注液)プロセスは、従来のリチウムイオン二次電池の製造で行われている手法と同様でよく、本発明を特徴付けるものではない。このようにして本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の構築が完成する。   Thereafter, the liquid injection port 32 is sealed by the sealing material 33, and the assembly of the lithium ion secondary battery 100 according to the present embodiment is completed. The sealing process of the case 20 and the placement (injection) process of the electrolytic solution may be the same as the method performed in the manufacture of a conventional lithium ion secondary battery, and do not characterize the present invention. Thus, the construction of the lithium ion secondary battery 100 according to the present embodiment is completed.

このようにして構築されたリチウムイオン二次電池100は、前記のように孔開き中空活物質粒子(正極活物質)の貫通孔の開口幅が適度に狭く、正極内の残留溶媒が好ましく抑制されることから、優れた電池性能を示すものであり得る。例えば、上記孔開き中空活物質粒子を用いてリチウムイオン二次電池を構築することにより、低温入出力特性に優れる、低SOC域入出力特性に優れる、サイクル特性に優れる、のうちの少なくとも一つ(好ましくは全部)を満たすリチウムイオン二次電池を提供することができる。   In the lithium ion secondary battery 100 constructed in this manner, the opening width of the through holes of the perforated hollow active material particles (positive electrode active material) is appropriately narrowed as described above, and the residual solvent in the positive electrode is preferably suppressed. Therefore, the battery may exhibit excellent battery performance. For example, by constructing a lithium ion secondary battery using the above-described perforated hollow active material particles, at least one of excellent low-temperature input-output characteristics, excellent low SOC region input-output characteristics, and excellent cycle characteristics A lithium ion secondary battery satisfying (preferably all) can be provided.

以下の試験例において、ここで開示される孔開き中空構造の活物質粒子を使用して試験用リチウムイオン二次電池を構築し、その性能評価を行った。   In the following test examples, a lithium ion secondary battery for test was constructed using the porous hollow structure active material particles disclosed herein, and its performance was evaluated.

(試験例1)
<孔開き中空構造を有する活物質粒子の製造>
オーバーフローパイプを備え槽内温度40℃に設定された反応槽内に、イオン交換水を入れ、攪拌しつつ窒素ガスを流通させて、該イオン交換水を窒素置換するとともに反応槽内を酸素ガス(O)濃度2.0%の非酸化性雰囲気に調整した。次いで、25%水酸化ナトリウム水溶液と25%アンモニア水とを、液温25℃を基準として測定するpHが12.0となり且つ液中NH 濃度が15g/Lとなるように加えた。
(Test Example 1)
<Production of Active Material Particles Having a Holed Hollow Structure>
Ion exchange water is placed in a reaction tank set with an overflow pipe and set at a temperature in the tank of 40 ° C., nitrogen gas is circulated while stirring, and the ion exchange water is replaced with nitrogen and oxygen gas in the reaction tank ( O 2) was adjusted to a non-oxidizing atmosphere at a concentration of 2.0%. Next, a 25% aqueous sodium hydroxide solution and a 25% aqueous ammonia were added such that the pH measured on the basis of a liquid temperature of 25 ° C. was 12.0 and the NH 4 + concentration in the liquid was 15 g / L.

ニッケル、コバルトおよびマンガンの各硫酸塩と、ジルコニウム化合物およびタングステン化合物の混合水溶液と、25%NaOH水溶液と25%アンモニア水とを上記反応槽内に一定速度で供給することにより、反応液をpH12.5、NH 濃度5g/Lに制御しつつ、該反応液からNiCoMnZrW複合水酸化物を晶析させた(核生成段階)。 The reaction solution is adjusted to pH 12.4 by supplying each sulfate of nickel, cobalt and manganese, a mixed aqueous solution of a zirconium compound and a tungsten compound, a 25% aqueous NaOH solution and a 25% aqueous ammonia into the above reaction vessel at a constant rate. 5, NiCoMnZrW composite hydroxide was crystallized from the reaction solution while controlling to an NH 4 + concentration of 5 g / L (nucleation step).

上記混合水溶液の供給開始から2分30秒経過したところで、25%NaOH水溶液の供給を停止した。上記混合水溶液および25%アンモニア水については引き続き一定速度で供給を行った。反応液のpHが11.6まで低下した後、25%NaOH水溶液の供給を再開した。そして、反応液をpH11.6且つNH 濃度5g/Lに制御しつつ、上記混合水溶液、25%NaOH水溶液および25%アンモニア水を供給する操作を4時間継続してNiCoMnZrW複合水酸化物粒子を成長させた(粒子成長段階)。その後、生成物を反応槽から取り出し、水洗して乾燥させた。このようにして、(Ni0.33Co0.33Mn0.330.993Zr0.0020.005(OH)2+α(ここで、式中のαは0≦α≦0.5である。)で表わされる組成の複合水酸化物粒子を得た(原料水酸化物生成工程)。 At 2 minutes and 30 seconds after the start of the supply of the mixed aqueous solution, the supply of 25% aqueous NaOH solution was stopped. The mixed aqueous solution and 25% aqueous ammonia were continuously supplied at a constant rate. After the pH of the reaction solution dropped to 11.6, the supply of 25% aqueous NaOH solution was resumed. Then, while controlling the reaction liquid pH11.6 and the NH 4 + concentration 5 g / L, the mixed aqueous solution, 25% operation for supplying aqueous NaOH and 25% aqueous ammonia for 4 hours continuously by the NiCoMnZrW composite hydroxide particles Were grown (particle growth stage). The product was then removed from the reaction vessel, washed with water and dried. Thus, a composite of the composition represented by (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 (OH) 2 + α (where α in the formula is 0 ≦ α ≦ 0.5) Hydroxide particles were obtained (raw material hydroxide production step).

上記複合水酸化物粒子に対し、大気雰囲気中、150℃で12時間の熱処理を施した。次いで、リチウム源としてのLi2CO3と上記複合水酸化物粒子とを、リチウムのモル数(Li)と上記複合水酸化物を構成するNi,Co,Mn,ZrおよびWの総モル数(Mall)との比(Li/Mall比)が約1.14となるように混合した(混合工程)。この混合物に対して焼成工程を実施した。具体的には、上記混合物を大気圧雰囲気下において700℃〜1000℃の範囲内で最高焼成温度が設定される条件で20時間焼成した(大気圧焼成処理)。さらに、大気圧焼成処理を経た焼成物を600MPa〜900MPaの圧力雰囲気下において700℃〜1000℃の範囲内で最高焼成温度が設定される条件で20時間焼成した(加圧焼成処理)。このようにして、Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.330.993Zr0.0020.0052で表わされる組成の孔開き中空活物質粒子サンプルを得た。 The composite hydroxide particles were subjected to heat treatment at 150 ° C. for 12 hours in the air atmosphere. Next, Li 2 CO 3 as a lithium source and the above composite hydroxide particles are represented by the number of moles of lithium (Li) and the total number of moles of Ni, Co, Mn, Zr and W constituting the above composite hydroxide ( M all) the ratio of (Li / M all ratio) was mixed such that about 1.14 (mixing step). The firing step was performed on this mixture. Specifically, the mixture was fired for 20 hours (atmospheric pressure firing treatment) under the atmospheric pressure atmosphere on the condition that the highest firing temperature is set within the range of 700 ° C. to 1000 ° C. Furthermore, the baked product which passed through atmospheric pressure baking processing was baked for 20 hours on the conditions from which the highest baking temperature is set within the range of 700 degreeC-1000 degreeC in pressure atmosphere of 600 Mpa-900 Mpa (pressure baking processing). Thus, a perforated hollow active material particle sample having a composition represented by Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 was obtained.

<実施例1〜9>
上記の活物質粒子サンプル作製過程において、加圧焼成処理の圧力雰囲気および最高焼成温度の条件を調節することにより、より具体的には、圧力雰囲気を600MPa〜900MPaの間で異ならせ、また、最高焼成温度を700℃〜1000℃の間で異ならせることにより、表1に示す実施例1〜9の孔開き中空活物質粒子を作製した。
Examples 1 to 9
More specifically, the pressure atmosphere is made different between 600 MPa and 900 MPa by adjusting the conditions of the pressure atmosphere and the maximum firing temperature in the above-mentioned active material particle sample preparation process, and the maximum The porous hollow active material particles of Examples 1 to 9 shown in Table 1 were produced by changing the firing temperature between 700 ° C. and 1000 ° C.

<比較例1〜4>
上記活物質粒子サンプル作製過程において、加圧焼成処理を行わずに孔開き中空活物質粒子を作製した。具体的には、上記混合工程の後、Li2CO3と複合水酸化物粒子との混合物を大気圧雰囲気下において700℃〜1000℃の範囲内で最高焼成温度が設定される条件で20時間焼成するにより、表1に示す比較例1〜4の孔開き中空活物質粒子を作製した。
<Comparative Examples 1 to 4>
In the above-mentioned active material particle sample production process, perforated hollow active material particles were produced without performing a pressure firing process. Specifically, after the above mixing step, the mixture of Li 2 CO 3 and the composite hydroxide particles is subjected to atmospheric pressure atmosphere in a range of 700 ° C. to 1000 ° C. for 20 hours under the condition that the maximum firing temperature is set. By firing, the perforated hollow active material particles of Comparative Examples 1 to 4 shown in Table 1 were produced.

<樹脂充填個数率>
各例の孔開き中空活物質粒子サンプルの樹脂充填個数率を測定した。樹脂充填個数率の測定は以下のようにして実施した。すなわち、液状の低粘性エポキシ樹脂(丸本ストルアス株式会社製、スペシフィックス‐20)と硬化剤(丸本ストルアス株式会社製、スペシフィックス‐20)とを7:1の体積比で混ぜ合わせ、約90分間放置することにより、液状エポキシ樹脂の粘度を4500mPa・s(B型粘度計、25℃、回転数10〜100rpm)に調整した。かかる粘度調整後のエポキシ樹脂5mlに対して、各孔開き中空活物質粒子サンプルの粉末0.02gを投入し、攪拌・分散させた。その後、8時間以上放置して該エポキシ樹脂を完全に硬化させた。かかる硬化物を適当な断面で切断し、その切断面を研磨し、平滑化した。そして、平滑化した切断面に貴金属(Au、PtまたはPd)を蒸着して金属コーティングした後、SEM観察により得られた画像に表われる活物質粒子の全数Aと、エポキシ樹脂により中空部が埋められた活物質粒子の数Bとを計測した。ここでは同一視野のSEMによる反射電子像(凹凸モード;倍率1000倍)を観察して、中空部に凹凸がない粒子を「エポキシ樹脂で中空部が埋められた活物質粒子」、中空部に凹凸がある粒子を「エポキシ樹脂で中空部が埋められていない活物質粒子」としてカウントした。そして、(B/A)×100により樹脂充填個数率X(%)を算出した。結果を表1に示す。
<Resin filling number ratio>
The resin filling number ratio of the perforated hollow active material particle sample of each example was measured. The measurement of the resin filling number ratio was performed as follows. That is, a liquid low viscosity epoxy resin (Specifix-20, manufactured by Marumoto Struers Co., Ltd.) and a curing agent (Specifix-20, manufactured by Marumoto Struas Ltd.) are mixed at a volume ratio of 7: 1. The viscosity of the liquid epoxy resin was adjusted to 4500 mPa · s (B-type viscometer, 25 ° C., rotation speed 10 to 100 rpm) by standing for 90 minutes. To 5 ml of the epoxy resin after the viscosity adjustment, 0.02 g of the powder of each of the perforated hollow active material particle samples was charged, and stirred and dispersed. Thereafter, the epoxy resin was allowed to cure completely for 8 hours or more. The cured product was cut at an appropriate cross section, and the cut surface was polished and smoothed. Then, after noble metal (Au, Pt or Pd) is vapor-deposited on the smoothed cut surface and metal coated, the total number A of active material particles appearing in the image obtained by SEM observation and the epoxy resin fill the hollow portion The number B of active material particles was counted. Here, the reflection electron image (concave / convex mode; magnification 1000 times) by SEM of the same field of view is observed, and particles having no unevenness in the hollow portion are “active material particles in which the hollow portion is filled with epoxy resin”, unevenness in the hollow portion Some particles were counted as "active material particles whose hollow portion is not filled with epoxy resin". Then, the resin filling number ratio X (%) was calculated by (B / A) × 100. The results are shown in Table 1.

Figure 0006549444
Figure 0006549444

また、各活物質粒子サンプルの粉末を樹脂で固め、適当な断面で切断し、その切断面をSEMで観察することにより活物質粒子サンプルの平均開口幅hを算出した。結果を表1に示す。表1に示されるように、孔開き中空活物質粒子作製過程において、600MPa〜900MPaの圧力雰囲気下で加圧しつつ、700℃〜1000℃の温度域で焼成する加圧焼成処理を実施した実施例1〜9の活物質粒子は、加圧焼成処理を実施していない比較例1〜4の活物質粒子に比べて、樹脂充填個数率および開口幅hがいずれも減少傾向であった。   In addition, the powder of each active material particle sample was solidified with a resin, cut at an appropriate cross section, and the cut surface was observed with an SEM to calculate the average opening width h of the active material particle sample. The results are shown in Table 1. As shown in Table 1, in the porous hollow active material particle production process, an embodiment was carried out under a pressure atmosphere of 600 MPa to 900 MPa while performing a pressure baking process of baking in a temperature range of 700 ° C. to 1000 ° C. In the active material particles 1 to 9, the resin filling number ratio and the opening width h both tended to decrease as compared with the active material particles of Comparative Examples 1 to 4 in which the pressure firing process was not performed.

各例の孔開き中空活物質粒子サンプルを用いて正極シートおよび試験用リチウムイオン二次電池を構築し、その性能評価を行った。ここでは正極活物質粒子のみが異なる複数のサンプルの正極シートおよび試験用リチウムイオン二次電池を構築して、その性能を比較検討した。   A positive electrode sheet and a test lithium ion secondary battery were constructed using the perforated hollow active material particle samples of each example, and the performance evaluation was performed. Here, positive electrode sheets of a plurality of samples different only in the positive electrode active material particles and a lithium ion secondary battery for test were constructed, and their performance was compared and examined.

<正極シート>
上記で得られた孔開き中空活物質粒子サンプルと、AB(導電材)と、PVDF(結着材)とを、これらの材料の質量比が90:8:2となるようNMP(溶媒)と混合して、正極活物質層形成用ペーストを調製した。この正極活物質層形成用ペーストを厚さ15μmの長尺状のアルミニウム箔(正極集電体)の両面に帯状に塗布して乾燥することにより、正極集電体の両面に正極活物質層が設けられた正極シートを作製した。乾燥後、正極活物質層中に残留するNMPの含有量(ppm)を測定した。上記NMPの含有量は、ガスクロマトグラフを用いた定量分析により把握した。詳細には、正極活物質層を所定サイズに切り出した後、ジエチルカーボネート(DEC)等の溶媒によりNMPを抽出し、デカンを標準物質としたガスクロマトグラフによりNMPの含有量を測定した。結果を図5に示す。図5は、樹脂充填個数率と残留溶媒量との関係を示すグラフである。
<Positive electrode sheet>
The perforated hollow active material particle sample obtained above, AB (conductive material), and PVDF (binder) are mixed with NMP (solvent) so that the mass ratio of these materials is 90: 8: 2. It mixed, and prepared the paste for positive electrode active material layer formation. The positive electrode active material layer is formed on both sides of the positive electrode current collector by applying the positive electrode active material layer forming paste in a strip on both sides of a long 15 μm thick aluminum foil (positive electrode current collector) and drying. The provided positive electrode sheet was produced. After drying, the content (ppm) of NMP remaining in the positive electrode active material layer was measured. The content of the NMP was grasped by quantitative analysis using a gas chromatograph. Specifically, after cutting out the positive electrode active material layer to a predetermined size, NMP was extracted with a solvent such as diethyl carbonate (DEC), and the content of NMP was measured by gas chromatograph using decane as a standard substance. The results are shown in FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the resin filling number ratio and the amount of residual solvent.

図5に示すように、樹脂充填個数率が小さくなるに従い、正極活物質層中の残留NMP量は低下傾向を示した。活物質粒子の樹脂充填個数率が小さいほど、中空部にNMPが入り難くなるため、乾燥後に中空部に残るNMPが減り、正極活物質層中の残留NMP量が低下したものと考えられる。   As shown in FIG. 5, the amount of residual NMP in the positive electrode active material layer showed a decreasing tendency as the resin filling number ratio decreased. As the resin filling number ratio of the active material particles is smaller, NMP is less likely to enter the hollow portion, so it is considered that the NMP remaining in the hollow portion after drying decreases and the amount of NMP remaining in the positive electrode active material layer decreases.

<負極シート>
負極シートは以下のようにして作製した。負極活物質としての天然黒鉛粉末と、SBRと、CMCとを、これらの材料の質量比が98.6:0.7:0.7となるように水に分散させて負極活物質層形成用ペーストを調製した。この負極活物質層形成用ペーストを厚さ10μmの長尺状の銅箔(負極集電体)の両面に塗布して乾燥することにより、負極集電体の両面に負極活物質層が設けられた負極シートを作製した。
<Negative sheet>
The negative electrode sheet was produced as follows. Natural graphite powder as a negative electrode active material, SBR, and CMC are dispersed in water such that the mass ratio of these materials is 98.6: 0.7: 0.7 to form a negative electrode active material layer The paste was prepared. The negative electrode active material layer is provided on both sides of the negative electrode current collector by applying and drying this negative electrode active material layer forming paste on both sides of a long copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 10 μm. A negative electrode sheet was produced.

<リチウムイオン二次電池>
正極シート及び負極シートを2枚のセパレータ(多孔質ポリエチレン製の単層構造のものを使用した。)を介して積層して捲回し、その捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平状の捲回電極体を作製した。この捲回電極体を非水電解液とともに箱型の電池容器に収容し、電池容器の開口部を気密に封口した。非水電解液としては、ECとEMCとDMCとを3:3:4の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPFを約1mol/リットルの濃度で含有させたものを使用した。このようにしてリチウムイオン二次電池を組み立てた。その後、常法により初期充放電処理(コンディショニング)を行って、試験用リチウムイオン二次電池を得た。この試験用リチウムイオン二次電池は、定格容量が凡そ4Ahである。
<Lithium ion secondary battery>
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet are laminated via two separators (having a single layer structure made of porous polyethylene) and wound, and the wound body is squashed and wound from the side direction A flat wound electrode body was produced. The wound electrode body was housed together with the non-aqueous electrolyte in a box-shaped battery container, and the opening of the battery container was sealed airtight. As the non-aqueous electrolytic solution, a mixed solvent containing EC, EMC, and DMC in a volume ratio of 3: 3: 4 and containing LiPF 6 as a supporting salt at a concentration of about 1 mol / liter was used. Thus, a lithium ion secondary battery was assembled. Thereafter, initial charge / discharge treatment (conditioning) was performed by a conventional method to obtain a test lithium ion secondary battery. The test lithium ion secondary battery has a rated capacity of about 4 Ah.

<−30℃、SOC25%の充電状態での出力特性>
各試験用リチウムイオン二次電池について、−30℃、かつ、SOC25%の充電状態での出力特性を測定した。該出力特性は、以下の手順で測定した。
手順1:常温(ここでは、25℃)の温度環境において、3.0Vから1Cの定電流充電でSOC25%に調整し、続いて1時間、定電圧で充電する。
手順2:上記SOC25%に調整した電池を−30℃の恒温槽にて6時間放置する。
手順3:手順2の後、−30℃の温度環境において、SOC25%から定ワット(W)にて放電する。この際、放電開始から電圧が2.0Vになるまでの秒数を測定する。
手順4:手順3の定ワット放電電圧を80W〜200Wの条件で変えながら、上記手順1〜3を繰り返す。ここでは、手順3の定ワット放電電圧を、1回目80W、2回目90W、3回目100W・・・と、定ワット放電電圧を10Wずつ上げていきながら、手順3の定ワット放電電圧が200Wになるまで、上記手順1〜3を繰り返す。
手順5:上記手順4での定ワットの条件にて測定された2.0Vまでの秒数を横軸にとり、その時のWを縦軸にとったプロットの近似曲線から2秒時のWを出力特性として算出する。
かかる出力特性は、SOC25%程度の低い充電量で、−30℃という極めて低い低温の環境に所定時間放置された場合でも、試験用リチウムイオン二次電池が発揮し得る出力を示している。このため、上記出力特性は、Wの値が高いほど、低SOCかつ低温状態でも高い出力を安定して得られることを示している。結果を表1および図6に示す。図6は、樹脂充填個数率と低温出力との関係を示すグラフである。
<Output characteristics at -30 ° C, SOC 25% charge condition>
The output characteristics of each test lithium ion secondary battery at -30 ° C. and 25% SOC were measured. The output characteristics were measured by the following procedure.
Procedure 1: Adjust SOC to 25% with constant current charge of 3.0 V to 1 C in a temperature environment of normal temperature (here, 25 ° C.), and then charge with constant voltage for 1 hour.
Procedure 2: The battery adjusted to the SOC 25% is left to stand in a constant temperature bath at -30 ° C for 6 hours.
Procedure 3: After procedure 2, discharge at constant watt (W) from SOC 25% in a temperature environment of -30 ° C. At this time, the number of seconds from when the discharge starts to when the voltage reaches 2.0 V is measured.
Step 4: Repeat the above steps 1 to 3 while changing the constant wattage discharge voltage of step 3 under the conditions of 80 W to 200 W. Here, the constant wattage discharge voltage in step 3 is increased to 200 W while the constant wattage discharge voltage in step 3 is increased by 10 W at a first time of 80 W, a second time of 90 W, a third time of 100 W, and so on. Repeat the above steps 1 to 3 until
Step 5: With the number of seconds up to 2.0 V measured under the condition of constant wattage in Step 4 above taken on the horizontal axis and the W at that time taken on the vertical axis, output W at 2 seconds from the approximate curve Calculated as a characteristic.
This output characteristic shows an output that the test lithium ion secondary battery can exhibit even when the battery is left in a very low temperature environment of -30.degree. C. for a predetermined time with a low charge amount of about 25% of SOC. Therefore, the above output characteristic indicates that the higher the value of W, the more stable the high output can be obtained even in the low SOC and low temperature state. The results are shown in Table 1 and FIG. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the resin filling number ratio and the low temperature output.

表1に示されるように、孔開き中空活物質粒子作製過程において、600MPa〜900MPaの圧力雰囲気下で加圧しつつ、700℃〜1000℃の温度域で焼成する加圧焼成処理を実施した実施例1〜9の電池は、加圧焼成処理を実施していない比較例1〜4の電池に比べて、低温出力がより小さく、低温域での出力性能に優れるものとなった。この結果から、孔開き中空活物質粒子作製過程において、600MPa〜900MPaの圧力雰囲気下で加圧しつつ、700℃〜1000℃の温度域で焼成する加圧焼成処理を行うことにより、低温出力性能が改善されることが確認できた。また、図6および表1に示されるように、孔開き中空活物質粒子の樹脂充填個数率が小さくなるに従い、低温出力は増大傾向を示した。ここで供試した電池の場合、樹脂充填個数率を1%〜17%とすることによって、100W以上という高い低温出力を達成できた。特に樹脂充填個数率を3%〜8%とすることによって、128W以上という極めて高い低温出力を達成できた。低温域における出力特性向上の観点からは、孔開き中空活物質粉末の樹脂充填個数率を1%〜17%とすることが適当であり、好ましくは3%〜8%である。   As shown in Table 1, in the porous hollow active material particle production process, an embodiment was carried out under a pressure atmosphere of 600 MPa to 900 MPa while performing a pressure baking process of baking in a temperature range of 700 ° C. to 1000 ° C. The batteries 1 to 9 were smaller in low temperature output and superior in output performance in a low temperature range, as compared with the batteries of Comparative Examples 1 to 4 in which the pressure baking process was not performed. From this result, low-temperature output performance can be achieved by performing a pressure firing process in which the firing is performed in a temperature range of 700 ° C. to 1000 ° C. while pressurizing under a pressure atmosphere of 600 MPa to 900 MPa in the process of producing perforated hollow active material particles. It has been confirmed that it improves. Further, as shown in FIG. 6 and Table 1, the low temperature output showed a tendency to increase as the resin filling number ratio of the perforated hollow active material particles became smaller. In the case of the battery tested here, a high low temperature output of 100 W or more could be achieved by setting the resin filling number ratio to 1% to 17%. In particular, by setting the resin filling number ratio to 3% to 8%, an extremely high low temperature output of 128 W or more could be achieved. From the viewpoint of improving the output characteristics in the low temperature range, it is appropriate to set the resin filling number ratio of the perforated hollow active material powder to 1% to 17%, preferably 3% to 8%.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施形態では、焼成工程において、大気圧焼成処理の後、加圧焼成処理を実施する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、大気圧焼成処理は省略しても構わない。すなわち、遷移金属水酸化物とリチウム化合物との混合物を焼成の初期段階から600MPa〜900MPaの高圧力雰囲気下で焼成してもよい。このような場合でも、前述した作用効果を得ることができる。
Although the present invention has been described in detail above, the above embodiment is merely an example, and the invention disclosed herein includes various modifications and alterations of the specific example described above.
For example, in the above-described embodiment, in the firing step, the pressure firing process is performed after the atmospheric pressure firing process, but the invention is not limited thereto. For example, atmospheric pressure firing may be omitted. That is, the mixture of the transition metal hydroxide and the lithium compound may be fired in a high pressure atmosphere of 600 MPa to 900 MPa from the initial stage of firing. Even in such a case, the above-described effects can be obtained.

ここに開示される技術により提供されるリチウムイオン二次電池は、上記のとおり、低温域(例えば−10℃以下のとき)であっても高い出力を安定して発揮し得ることから、各種用途向けのリチウムイオン二次電池として利用可能である。例えば、自動車等の車両に搭載されるモータ(電動機)用電源として好適に使用され得る。かかるリチウムイオン二次電池は、それらの複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態で使用されてもよい。したがって、ここに開示される技術によると、かかるリチウムイオン二次電池(組電池の形態であり得る。)を電源として備える車両(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車)が提供され得る。   As described above, the lithium ion secondary battery provided by the technology disclosed herein can stably exhibit high output even in a low temperature range (for example, at a temperature of -10 ° C. or less), and thus various uses It can be used as a lithium ion secondary battery for For example, it can be suitably used as a power source for a motor (motor) mounted on a vehicle such as a car. Such lithium ion secondary batteries may be used in the form of an assembled battery in which a plurality of them are connected in series and / or in parallel. Therefore, according to the technology disclosed herein, a vehicle (typically a car, particularly a hybrid car, an electric car, a fuel cell car) equipped with such a lithium ion secondary battery (which may be in the form of an assembled battery) as a power source. An automobile equipped with such an electric motor can be provided.

10 活物質粒子
12 二次粒子
14 中空部
16 貫通孔
18 一次粒子
100 リチウムイオン二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Active material particle 12 Secondary particle 14 Hollow part 16 Through-hole 18 Primary particle 100 Lithium ion secondary battery

Claims (2)

リチウム遷移金属酸化物の一次粒子が複数集合した二次粒子と、その内側に形成された中空部とを有し、前記二次粒子には外部から前記中空部まで貫通する貫通孔が形成されている孔開き中空構造のリチウムイオン二次電池用活物質粒子を製造する方法であって:
前記リチウム遷移金属酸化物を構成する遷移金属元素を含む遷移金属化合物の水性溶液にアンモニウムイオンを供給して、遷移金属水酸化物の粒子を前記水性溶液から析出させる原料水酸化物生成工程;
前記遷移金属水酸化物とリチウム化合物とを混合して未焼成の混合物を調製する混合工程;および、
前記混合物を700℃〜1000℃の温度域で焼成して活物質粒子を得る焼成工程;
を包含し、
前記焼成工程の少なくとも一部において、600MPa〜900MPaの圧力雰囲気下で焼成することを特徴とする、活物質粒子の製造方法。
The secondary particle has a secondary particle in which a plurality of primary particles of lithium transition metal oxide are gathered, and a hollow portion formed inside the secondary particle, and a through hole penetrating from the outside to the hollow portion is formed in the secondary particle A method for producing a perforated hollow structure active material particle for a lithium ion secondary battery, comprising:
A raw material hydroxide producing step of supplying ammonium ions to an aqueous solution of a transition metal compound containing a transition metal element constituting the lithium transition metal oxide to precipitate particles of the transition metal hydroxide from the aqueous solution;
Mixing the transition metal hydroxide and the lithium compound to prepare an unfired mixture; and
A firing step of firing the mixture in a temperature range of 700 ° C. to 1000 ° C. to obtain active material particles;
To include
A method for producing active material particles, comprising firing in a pressure atmosphere of 600 MPa to 900 MPa in at least a part of the firing step.
前記焼成工程は、
前記混合物を大気圧雰囲気下で焼成する大気圧焼成処理と、
前記大気圧焼成処理で得られた焼成物を600MPa〜900MPaの圧力雰囲気下で加圧しつつ焼成する加圧焼成処理と
を含む、請求項1に記載の製造方法。
The firing step is
Atmospheric pressure calcination processing which bakes the said mixture under atmospheric pressure atmosphere,
The manufacturing method of Claim 1 including the pressure-ized baking process which bakes the baked products obtained by the said atmospheric-pressure-baking process under the pressure atmosphere of 600 Mpa-900 Mpa, pressurizing.
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