JP6609217B2 - Composite oxide, positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, non-aqueous electrolyte secondary battery, and method for producing composite oxide - Google Patents
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Description
本発明は、複合酸化物、非水電解質二次電池用正極活物質、非水電解二次電池用正極、非水電解質二次電池、複合酸化物の製造方法、及び非水電解質二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a composite oxide, a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, a positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, a nonaqueous electrolyte secondary battery, a method for producing the composite oxide, and a nonaqueous electrolyte secondary battery. It relates to a manufacturing method.
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車などに多用されている。例えば、上記非水電解質二次電池は、一般的には、セパレータで電気的に隔離された一対の電極と、この電極間に介在する非水電解質とを有し、両電極間でイオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。 Nonaqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries are frequently used in electronic devices such as personal computers and communication terminals, automobiles and the like because of their high energy density. For example, the non-aqueous electrolyte secondary battery generally has a pair of electrodes electrically separated by a separator and a non-aqueous electrolyte interposed between the electrodes, and transfers ions between the electrodes. It is comprised so that it may charge / discharge by performing.
非水電解質二次電池の正極に含まれる活物質には、各種の複合酸化物等が用いられている。このような複合酸化物として、Li1+xMo2xCr1−3xO2で表され、充放電に伴い結晶構造が変化する複合酸化物(特許文献1参照)、LixMyMozOで表され、Li5ReO6型(空間群c2/m)、Li4MoO5型(空間群P−1)又はLi2MnO3型(空間群C2/m)の結晶構造を有する複合酸化物(特許文献2参照)、及び空間群R−3m又はC2/mに帰属される結晶構造を有するLiMoO2(非特許文献1参照)といったリチウム及びモリブデンを含む複合酸化物が開発されている。
Various composite oxides are used for the active material contained in the positive electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery. Table Such composite oxide is represented by Li 1 + x Mo 2x Cr 1-3x
しかし、これらの複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池においても、更なる高容量化が求められているなど改善の余地がある。また、上記Li1+xMo2xCr1−3xO2で表される複合酸化物は、クロムを含み、毒性の高い6価クロムへ酸化しうるため、安全性や環境への影響などの点から、産業上の利用が制限される。 However, there is room for improvement in secondary batteries using these composite oxides as the positive electrode active material, such as a further increase in capacity. In addition, since the composite oxide represented by Li 1 + x Mo 2x Cr 1-3x O 2 contains chromium and can be oxidized to highly toxic hexavalent chromium, from the viewpoint of safety and environmental impact, Industrial use is limited.
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、産業上の利用制限が少なく、非水電解質二次電池に備わる正極の活物質に用いた場合に、この二次電池の放電容量を高めることができる複合酸化物、このような複合酸化物の製造方法、上記複合酸化物を含む非水電解質二次電池用正極活物質、この非水電解質二次電池用活物質を含有する非水電解質二次電池用正極、この非水電解質二次電池用正極を備える非水電解質二次電池、及びこの非水電解質二次電池の製造方法を提供することである。 The present invention has been made based on the circumstances as described above, and its purpose is that there are few industrial restrictions on the use, and when used as an active material for a positive electrode provided in a nonaqueous electrolyte secondary battery, Composite oxide capable of increasing discharge capacity of secondary battery, method for producing such composite oxide, positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery containing the composite oxide, active for non-aqueous electrolyte secondary battery It is providing the positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing a substance, the nonaqueous electrolyte secondary battery provided with this positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and the manufacturing method of this nonaqueous electrolyte secondary battery.
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有し、リチウム及びモリブデンを含み、クロムを実質的に含まない複合酸化物である。 A composite oxide according to one embodiment of the present invention, which has been made to solve the above problems, has a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m, includes lithium and molybdenum, and does not substantially include chromium. It is an oxide.
本発明の他の一態様に係る非水電解質二次電池用正極活物質は、上記複合酸化物を含む。 A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to another embodiment of the present invention includes the composite oxide.
本発明の他の一態様に係る非水電解質二次電池用正極は、上記非水電解質二次電池用正極活物質を含有する。 A positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to another embodiment of the present invention contains the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
本発明の他の一態様に係る非水電解質二次電池は、正極、負極及び非水電解質を備える非水電解質二次電池であって、上記正極が、上記非水電解質二次電池用正極であることを特徴とする。 A non-aqueous electrolyte secondary battery according to another embodiment of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode is the positive electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery. It is characterized by being.
本発明の他の一態様に係る複合酸化物の製造方法は、リチウム及びモリブデンを含み、クロムを実質的に含まない複合酸化物を含有する活物質用材料をメカノケミカル法により処理することを有する、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有する複合酸化物の製造方法である。 The manufacturing method of the composite oxide which concerns on the other one aspect | mode of this invention has processing the material for active materials containing the composite oxide which contains lithium and molybdenum and does not contain chromium substantially by a mechanochemical method. , A method for producing a complex oxide having a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m.
本発明の他の一態様に係る非水電解質二次電池の製造方法は、正極、負極及び非水電解質を備える非水電解質二次電池の製造方法であって、上記正極として、上記複合酸化物を含む正極活物質を含有する正極を用いることを特徴とする。 A method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to another aspect of the present invention is a method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the composite oxide is used as the positive electrode. A positive electrode containing a positive electrode active material containing is used.
本発明によれば、産業上の利用制限が少なく、非水電解質二次電池に備わる正極の活物質に用いた場合に、この二次電池の放電容量を高めることができる複合酸化物、このような複合酸化物の製造方法、上記複合酸化物を含む非水電解質二次電池用正極活物質、この非水電解質二次電池用正極活物質を含有する非水電解質二次電池用正極、この非水電解質二次電池用正極を備える非水電解質二次電池、及びこの非水電解質二次電池の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, there are few restrictions on industrial use, and a composite oxide that can increase the discharge capacity of a secondary battery when used as an active material for a positive electrode provided in a nonaqueous electrolyte secondary battery, Manufacturing method of composite oxide, positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery containing the composite oxide, positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery containing the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, A nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode for a water electrolyte secondary battery, and a method for producing the nonaqueous electrolyte secondary battery can be provided.
以下、本発明の一実施形態に係る複合酸化物、その製造方法、非水電解質二次電池用正極活物質、非水電解二次電池用正極、非水電解質二次電池、及びその製造方法について、順に説明する。 Hereinafter, a composite oxide according to an embodiment of the present invention, a manufacturing method thereof, a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, a positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, a nonaqueous electrolyte secondary battery, and a manufacturing method thereof Will be described in order.
<複合酸化物>
本発明の一実施形態に係る複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有し、リチウム及びモリブデンを含み、クロムを実質的に含まない複合酸化物である。
<Composite oxide>
The composite oxide according to one embodiment of the present invention is a composite oxide having a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m, containing lithium and molybdenum, and substantially free of chromium.
当該複合酸化物は、クロムを実質的に含まないため、この点から、産業上の利用制限が少ない。また、当該複合酸化物は、クロムを実質的に含まないため、クロムを含むものと比べて、安全性が高い。また、当該複合酸化物は、リチウム及びモリブデンを含み、かつ空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有するものであることから、非水電解質二次電池に備わる正極の活物質に用いた場合に、この二次電池の放電容量を高めることができる。この理由は定かではないが、一般的な焼成法などによって形成されるリチウム及びモリブデンを含む複合酸化物は安定相で形成されているのに対し、空間群Fm−3mに帰属する結晶構造は準安定相であり、このような結晶構造の差異が放電容量等に影響しているものと推察される。また、当該複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池は、充放電サイクルにおける放電容量の維持率も良好である。 Since this complex oxide does not substantially contain chromium, there are few industrial restrictions on this point. Further, since the complex oxide does not substantially contain chromium, it is safer than those containing chromium. In addition, since the composite oxide includes lithium and molybdenum and has a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m, the composite oxide is used as an active material for a positive electrode included in a nonaqueous electrolyte secondary battery. In addition, the discharge capacity of the secondary battery can be increased. The reason for this is not clear, but a complex oxide containing lithium and molybdenum formed by a general firing method or the like is formed in a stable phase, whereas the crystal structure belonging to the space group Fm-3m is quasi It is a stable phase, and it is assumed that such a difference in crystal structure affects the discharge capacity and the like. In addition, a secondary battery using the composite oxide as a positive electrode active material also has a good discharge capacity maintenance rate in a charge / discharge cycle.
ここで、「クロムを実質的に含まない」とは、クロムが意図的に添加されていないことをいう。すなわち、本願発明の作用効果に影響を与えない範囲で不可避的にクロムが含まれるものは、本願発明の範囲内である。クロムを実質的に含まないことに関し、当該複合酸化物におけるクロムの含有量が1,000ppm(0.1質量%)以下であるとしてもよい。また、リチウム以外の全金属元素に対するクロムの含有量が0.1モル%以下であるとしてもよい。なお、当該複合酸化物における各元素の含有量は、ICP発光分光分析装置により測定された値とする。 Here, “substantially not containing chromium” means that chromium is not intentionally added. That is, it is within the scope of the present invention that chromium is inevitably contained within a range that does not affect the operational effects of the present invention. Regarding the fact that chromium is not substantially contained, the content of chromium in the composite oxide may be 1,000 ppm (0.1% by mass) or less. Further, the chromium content relative to all metal elements other than lithium may be 0.1 mol% or less. The content of each element in the complex oxide is a value measured by an ICP emission spectroscopic analyzer.
また、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造とは、X線回折図において、空間群Fm−3mに帰属可能なピークを有することをいう。当該複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属する結晶構造を有するものであってよい。なお、空間群「Fm−3m」における「−3」は3回回反軸の対象要素を表し、本来「3」の上にバー「−」を付して表記すべきものである。複合酸化物のX線回折測定は、X線回折装置(Rigaku社の「MiniFlex II」)を用いた粉末X線回折測定によって、線源はCuKα線、管電圧は30kV、管電流は15mAとして行うことができる。このとき、回折X線は、厚み30μmのKβフィルターを通り、高速一次元検出器(D/teX Ultra 2)にて検出される。また、サンプリング幅は0.01°、スキャンスピードは5°/min、発散スリット幅は0.625°、受光スリット幅は13mm(OPEN)、散乱スリット幅は8mmとする。得られるX線回折データに基づいて、「Rietan2000」プログラム(F.Izumi and T.Ikeda,Mater.Sci.Forum,198(2000).)を用いたリートベルト解析により、結晶構造を解析することができる。 In addition, the crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m means that it has a peak that can be assigned to the space group Fm-3m in the X-ray diffraction pattern. The complex oxide may have a crystal structure belonging to the space group Fm-3m. Note that “−3” in the space group “Fm−3m” represents the target element of the three-fold anti-axis, and should be described by adding a bar “−” above “3”. X-ray diffraction measurement of the composite oxide is performed by powder X-ray diffraction measurement using an X-ray diffractometer (“MiniFlex II” manufactured by Rigaku), with the source being CuKα ray, the tube voltage being 30 kV, and the tube current being 15 mA. be able to. At this time, the diffracted X-rays are detected by a high-speed one-dimensional detector (D / teX Ultra 2) through a Kβ filter having a thickness of 30 μm. The sampling width is 0.01 °, the scanning speed is 5 ° / min, the divergence slit width is 0.625 °, the light receiving slit width is 13 mm (OPEN), and the scattering slit width is 8 mm. Based on the obtained X-ray diffraction data, the crystal structure can be analyzed by Rietveld analysis using the “Rietan 2000” program (F. Izumi and T. Ikeda, Mater. Sci. Forum, 198 (2000)). it can.
当該複合酸化物における結晶格子定数は特に限定されないが、下限としては、4.1Åが好ましく、4.15Åがより好ましい。また、この上限としては、4.2Åが好ましく、4.18Åがより好ましく、4.16Åがさらに好ましい。結晶格子定数が上記範囲であることで、当該複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池の放電容量をより高めることなどができる。 The crystal lattice constant of the composite oxide is not particularly limited, but the lower limit is preferably 4.1 and more preferably 4.15. Moreover, as this upper limit, 4.2? Is preferable, 4.18? Is more preferable, and 4.16? Is more preferable. When the crystal lattice constant is in the above range, the discharge capacity of a secondary battery using the composite oxide as a positive electrode active material can be further increased.
当該複合酸化物に含まれるモリブデンの価数は、通常、+3である。但し、その他の価数(例えば、+6等)が含まれていてもよいし、他の価数であってもよい。 The valence of molybdenum contained in the composite oxide is usually +3. However, other valences (for example, +6 etc.) may be included, and other valences may be used.
当該複合酸化物におけるリチウム以外の全金属元素に対するモリブデンの含有量の下限としては、例えば10モル%であってもよいが、40モル%が好ましく、60モル%がより好ましい。モリブデンの含有量を上記下限以上とすることによって、二次電池の放電容量をより高めることができる。放電容量をさらに高める観点からは、上記モリブデンの含有量の下限は、80モル%がさらに好ましく、90モル%がよりさらに好ましい。一方、この含有量の上限としては、100%であってよいが、99モル%であってもよく、これ以下であってもよい。後述するように、リチウム及びモリブデン以外の特定の金属元素を含有させることで、二次電池の放電容量の維持率を高めることができるためである。 The lower limit of the molybdenum content relative to all metal elements other than lithium in the composite oxide may be, for example, 10 mol%, but is preferably 40 mol%, and more preferably 60 mol%. By setting the molybdenum content to the above lower limit or more, the discharge capacity of the secondary battery can be further increased. From the viewpoint of further increasing the discharge capacity, the lower limit of the molybdenum content is more preferably 80 mol%, and still more preferably 90 mol%. On the other hand, the upper limit of the content may be 100%, but may be 99 mol%, or less. This is because the retention rate of the discharge capacity of the secondary battery can be increased by containing a specific metal element other than lithium and molybdenum as will be described later.
当該複合酸化物は、アルミニウム、ケイ素、スカンジウム、チタン、亜鉛、ゲルマニウム、ジルコニウム、ニオブ、スズ、テルル、タンタル、レニウム又はこれらの組み合わせからなる金属元素(α)をさらに含むことが好ましい。これらの金属元素(α)の中でも、チタン及びニオブが好ましく、ニオブがより好ましい。これらの金属元素(α)が含有されていることで、当該複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池の放電容量維持率を高めることができる。このような効果が起こる理由は、例えば以下のことが推察される。これらの金属元素(α)は、正極として使用する場合の通常の電位範囲において、酸化還元反応が生じがたい金属である。このため、この金属元素(α)が当該複合酸化物に含まれる場合、充放電に伴うリチウム原子の脱離及び挿入の際、結晶構造への負荷が低減され、容量維持率の低下が抑制されていると推察される。 The composite oxide preferably further contains a metal element (α) made of aluminum, silicon, scandium, titanium, zinc, germanium, zirconium, niobium, tin, tellurium, tantalum, rhenium, or a combination thereof. Among these metal elements (α), titanium and niobium are preferable, and niobium is more preferable. By containing these metal elements (α), the discharge capacity maintenance rate of a secondary battery using the composite oxide as a positive electrode active material can be increased. The reason why such an effect occurs is assumed as follows, for example. These metal elements (α) are metals in which oxidation-reduction reaction hardly occurs in a normal potential range when used as a positive electrode. For this reason, when this metal element (α) is contained in the composite oxide, the load on the crystal structure is reduced during the detachment and insertion of lithium atoms associated with charge and discharge, and the decrease in capacity retention rate is suppressed. It is inferred that
二次電池の容量維持率をより高める観点からは、モリブデンと上記金属元素(α)との合計含有量に対するモリブデンの含有量の下限としては、30モル%が好ましく、40モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましい。同様の観点から、モリブデンと上記金属元素(α)との合計含有量に対するモリブデンの含有量の上限としては、90モル%が好ましく、80モル%がより好ましく、70モル%がさらに好ましい。モリブデンと上記金属元素(α)との合計含有量に対するモリブデンの含有量、すなわちモリブデンと金属元素(α)との含有比を上記範囲とすることで、正極活物質として用いた際の二次電池の容量維持率をより高めることができる。 From the viewpoint of further increasing the capacity retention rate of the secondary battery, the lower limit of the molybdenum content relative to the total content of molybdenum and the metal element (α) is preferably 30 mol%, more preferably 40 mol%, 50 mol% is more preferable. From the same viewpoint, the upper limit of the molybdenum content relative to the total content of molybdenum and the metal element (α) is preferably 90 mol%, more preferably 80 mol%, and even more preferably 70 mol%. A secondary battery when used as a positive electrode active material by setting the molybdenum content to the total content of molybdenum and the metal element (α), that is, the content ratio of molybdenum and the metal element (α) in the above range. The capacity maintenance rate can be further increased.
当該複合酸化物におけるリチウムの含有量としては、特に限定されない。充放電によってリチウムの組成比率が大きく変動すること、放電末状態では合成時よりもリチウムの組成比率が大きくなる可能性があること、合成の際にリチウム原料を理論組成比率よりも過剰に加えることが一般的に行われることなどから、当該複合酸化物におけるリチウムの含有量は、正極活物質としての性能等に大きな影響を与えるものでは無い。当該複合酸化物におけるリチウムの含有量としては、原子数比として、例えばリチウム以外の全金属元素の含有量(100モル%)に対して、1倍(100モル%)以上5倍(500モル%)以下とすることができ、3倍(300モル%)未満であってもよい。また、モリブデンと上記金属元素(α)との合計含有量(100モル%)に対して、1倍(100モル%)以上5倍(500モル%)以下とすることができ、3倍(300モル%)未満であってよい。 The lithium content in the composite oxide is not particularly limited. Lithium composition ratio greatly fluctuates due to charge and discharge, lithium composition ratio may be larger than at the end of the synthesis at the end of discharge, and lithium raw material is added in excess of the theoretical composition ratio during synthesis Therefore, the lithium content in the composite oxide does not significantly affect the performance as the positive electrode active material. The lithium content in the composite oxide is, for example, as an atomic ratio, for example, 1 time (100 mol%) to 5 times (500 mol%) with respect to the content of all metal elements other than lithium (100 mol%). ) Or less, and may be less than 3 times (300 mol%). Moreover, it can be 1 time (100 mol%) or more and 5 times (500 mol%) or less to 3 times (300 mol%) with respect to the total content (100 mol%) of molybdenum and the said metal element ((alpha)). Mol%).
当該複合酸化物における酸素の含有量としては、特に限定されず、通常、金属元素の組成比や金属元素の価数などから決定される。但し、酸素不足又は酸素過多の酸化物となる場合もあるため、金属元素の組成及び価数のみで定まるものでもない。当該複合酸化物における酸素の含有量としては、原子数比として、例えばリチウム以外の全金属元素の含有量(100モル%)に対して、1倍(100モル%)以上8倍(800モル%)未満とすることができ、2倍(200モル%)以上であってもよく、4倍(400モル%)未満であってもよい。また、モリブデンと上記金属元素(α)との合計含有量(100モル%)に対して、1倍(100モル%)以上8倍(800モル%)未満とすることができ、2倍(200モル%)以上であってもよく、4倍(400モル%)未満であってもよい。 The oxygen content in the composite oxide is not particularly limited, and is usually determined from the composition ratio of metal elements, the valence of metal elements, and the like. However, since it may be an oxygen-deficient or oxygen-rich oxide, it is not determined only by the composition and valence of the metal element. The oxygen content in the composite oxide is, for example, as the atomic ratio, 1 time (100 mol%) to 8 times (800 mol%) with respect to the content of all metal elements other than lithium (100 mol%). 2 times (200 mol%) or more, or less than 4 times (400 mol%). Moreover, it can be 1 time (100 mol%) or more and less than 8 times (800 mol%) to 2 times (200 mol%) with respect to the total content (100 mol%) of molybdenum and the metal element (α). Mol%) or more, or less than 4 times (400 mol%).
当該複合酸化物は、リチウム、モリブデン、金属元素(α)及び酸素以外の他の元素が、本発明の作用効果に影響を与えない範囲で含有されていてもよい。このような他の任意元素としては、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、インジウム等の金属元素や、ハロゲン等の非金属元素が挙げられる。これらの任意元素の含有量の上限としては、リチウム以外の全金属元素の含有量、又はモリブデンと上記金属元素(α)との合計含有量(100モル%)に対して、50モル%が好ましく、20モル%がより好ましく、10モル%がさらに好ましく、1モル%がよりさらに好ましく、0.1モル%が特に好ましい。この任意元素は、実質的に含有されていなくてもよい。 In the composite oxide, elements other than lithium, molybdenum, metal element (α), and oxygen may be contained in a range that does not affect the operational effects of the present invention. Examples of such other optional elements include metal elements such as sodium, potassium, magnesium, calcium, and indium, and nonmetallic elements such as halogen. The upper limit of the content of these optional elements is preferably 50 mol% with respect to the content of all metal elements other than lithium or the total content (100 mol%) of molybdenum and the metal element (α). 20 mol% is more preferable, 10 mol% is further more preferable, 1 mol% is further more preferable, and 0.1 mol% is especially preferable. This optional element may not be substantially contained.
当該複合酸化物は、下記式(1)で表すことができる。
Li1+xMoyMe1−yApOz ・・・ (1)
(式(1)中、Meは、Al、Si、Sc、Ti、Zn、Ge、Zr、Nb、Sn、Te、Ta、Re又はこれらの組み合わせである。Aは、Li、Mo、Me及びO以外の元素である。0≦x、0<y≦1、0<z、0≦p≦0.2である。)
The complex oxide can be represented by the following formula (1).
Li 1 + x Mo y Me 1-y Ap O z (1)
(In the formula (1), Me is Al, Si, Sc, Ti, Zn, Ge, Zr, Nb, Sn, Te, Ta, Re, or a combination thereof. A is Li, Mo, Me, and O. Elements other than 0 ≦ x, 0 <y ≦ 1, 0 <z, 0 ≦ p ≦ 0.2.)
上記式(1)は、当該複合酸化物が、LiMoO2と、Li3NbO4等のLi3MeO4で表される化合物との固溶体である場合(LiMoO2のみの場合も含む)に基づいて、以下により導くことができる。 The formula (1) is the composite oxide, and LiMoO 2, based on the case of a solid solution of a compound represented by Li 3 MeO 4 such as Li 3 NbO 4 (including the case of only LiMoO 2) The following can be derived.
LiMoO2:Li3MeO4=a:1−aの固溶体(LiMoO2のみのものも含む)は下記式で表される。
aLiMoO2・(1−a)Li3MeO4 (0<a≦1)
A solid solution of LiMoO 2 : Li 3 MeO 4 = a: 1-a (including only LiMoO 2 ) is represented by the following formula.
aLiMoO 2. (1-a) Li 3 MeO 4 (0 <a ≦ 1)
これを変形して下記式が得られる。
Li1+2(1−a)MoaMe1−aO4−2a (0<a≦1)・・・(i)
By transforming this, the following formula is obtained.
Li 1 + 2 (1-a) Mo a Me 1-a O 4-2a (0 <a ≦ 1) (i)
これに任意元素Aを加えることにより、上記固溶体は、下記式(1)で表すことができる。
Li1+xMoyMe1−yApOz ・・・ (1)
By adding arbitrary element A to this, the said solid solution can be represented by following formula (1).
Li 1 + x Mo y Me 1-y Ap O z (1)
ここで、上記固溶体が上記式(i)の関係を満たすとき、2(1−a)=x及びa=yから、(x+2y)/2=1が導かれる。また、a=y及び4−2a=zから、(2y+z)/4=1が導かれる。従って、0.9≦(x+2y)/2≦1.1及び/又は0.9≦(2y+z)/4≦1.1であれば、LiMoO2とLi3MeO4で表される酸化物を用いて、より高い放電容量及び容量維持率を発揮することができる複合酸化物を効率的に製造することなどができる。 Here, when the solid solution satisfies the relationship of the above formula (i), (x + 2y) / 2 = 1 is derived from 2 (1-a) = x and a = y. Further, (2y + z) / 4 = 1 is derived from a = y and 4-2a = z. Therefore, if 0.9 ≦ (x + 2y) /2≦1.1 and / or 0.9 ≦ (2y + z) /4≦1.1, an oxide represented by LiMoO 2 and Li 3 MeO 4 is used. Thus, it is possible to efficiently produce a composite oxide that can exhibit a higher discharge capacity and capacity retention rate.
上記式(1)中のxは、リチウムの組成比に関係する係数である。上記固溶体が上記式(i)の関係を満たすとき、2(1−a)=xである。従って、理論的には0≦x<2である。但し、上述のように、リチウムは変動要因を有するため、現実的には0≦x<4とすることが好ましい。 X in the above formula (1) is a coefficient related to the composition ratio of lithium. When the solid solution satisfies the relationship of the above formula (i), 2 (1-a) = x. Therefore, theoretically, 0 ≦ x <2. However, as described above, since lithium has a variation factor, it is preferable that 0 ≦ x <4 in practice.
上記式(1)中のyは、MoとMe(上記金属元素(α))との比を表す係数である。従って、yの下限は、0.1や0.4であってもよいが、二次電池における放電容量の観点からは、0.6が好ましく、0.8がより好ましく、0.9がさらに好ましい。また、yの上限は、二次電池における放電容量の観点からは、0.99であってもよい。また、二次電池における容量維持率の観点からは、yの下限は、0.3が好ましく、0.4がより好ましく、0.5がさらに好ましい。一方、二次電池における容量維持率の観点からは、yの上限は、0.9が好ましく、0.8がより好ましく、0.7がさらに好ましい。 In the above formula (1), y is a coefficient representing the ratio between Mo and Me (the metal element (α)). Therefore, the lower limit of y may be 0.1 or 0.4, but from the viewpoint of discharge capacity in the secondary battery, 0.6 is preferable, 0.8 is more preferable, and 0.9 is further preferable. In addition, the upper limit of y may be 0.99 from the viewpoint of the discharge capacity in the secondary battery. Moreover, from the viewpoint of the capacity retention rate in the secondary battery, the lower limit of y is preferably 0.3, more preferably 0.4, and even more preferably 0.5. On the other hand, from the viewpoint of the capacity retention rate in the secondary battery, the upper limit of y is preferably 0.9, more preferably 0.8, and even more preferably 0.7.
上記式(1)中のzは、酸素の組成比を表す係数である。上記固溶体が上記式(i)の関係を満たすとき、4−2a=zである。従って、理論的には2≦z<4である。但し、上述のように、酸素も変動要因を有するため、現実的には1≦z<8とすることが好ましい。 Z in the above formula (1) is a coefficient representing the composition ratio of oxygen. When the solid solution satisfies the relationship of the above formula (i), 4-2a = z. Therefore, theoretically, 2 ≦ z <4. However, as described above, since oxygen also has a variation factor, it is preferable that 1 ≦ z <8 in practice.
上記式(1)中のpは、任意元素Aの組成比を表す係数である。このpの上限は、0.1が好ましく、0.01がより好ましく、0.001がさらに好ましい。pは実質的に0であってもよい。なお、当該複合酸化物に含まれる任意元素Aの具体例は、上述したとおりである。 P in the above formula (1) is a coefficient representing the composition ratio of the arbitrary element A. The upper limit of p is preferably 0.1, more preferably 0.01, and still more preferably 0.001. p may be substantially zero. In addition, the specific example of the arbitrary element A contained in the complex oxide is as described above.
<複合酸化物の製造方法>
当該複合酸化物の製造方法は特に限定されないが、以下の製造方法が好ましい。すなわち、本発明の一実施形態に係る複合酸化物の製造方法は、リチウム及びモリブデンを含み、クロムを実質的に含まない複合酸化物を含有する活物質用材料をメカノケミカル法により処理することを有する、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有する複合酸化物の製造方法である。
<Production method of composite oxide>
Although the manufacturing method of the said complex oxide is not specifically limited, The following manufacturing methods are preferable. That is, the method for producing a composite oxide according to an embodiment of the present invention includes treating a material for an active material containing a composite oxide containing lithium and molybdenum and substantially not containing chromium by a mechanochemical method. It is a manufacturing method of the complex oxide which has a crystal structure which can be assigned to space group Fm-3m.
当該製造方法によれば、メカノケミカル法によって処理することによって活物質用材料を処理することにより、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有する複合酸化物を得ることができる。これは、高温焼成等の従来の方法の場合、十分な反応が進み安定相が形成されるのに対し、メカノケミカル法の場合、反応が不十分であり、準安定相が形成されやすいことによるものと推察される。 According to the manufacturing method, a composite oxide having a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m can be obtained by processing the material for active material by processing by a mechanochemical method. This is because, in the case of conventional methods such as high-temperature firing, sufficient reaction proceeds and a stable phase is formed, whereas in the case of mechanochemical method, the reaction is insufficient and a metastable phase is likely to be formed. Inferred.
メカノケミカル法(メカノケミカル処理などともいう)とは、メカノケミカル反応を利用した合成法をいう。メカノケミカル反応とは、固体物質の破砕過程での摩擦、圧縮等の機械エネルギーにより局部的に生じる高いエネルギーを利用する結晶化反応、固溶反応、相転移反応等の化学反応をいう。メカノケミカル法を行う装置としては、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミルなどの粉砕・分散機が挙げられる。これらの中でもボールミルが好ましい。 The mechanochemical method (also referred to as mechanochemical treatment) refers to a synthesis method utilizing a mechanochemical reaction. The mechanochemical reaction refers to a chemical reaction such as a crystallization reaction, a solid solution reaction, or a phase transition reaction that uses high energy locally generated by mechanical energy such as friction and compression in the crushing process of a solid substance. Examples of the apparatus for performing the mechanochemical method include ball mills, bead mills, vibration mills, turbo mills, mechano fusions, and disk mills. Among these, a ball mill is preferable.
材料となる複合酸化物としては、リチウム及びモリブデンを含む酸化物の他、この酸化物と上記金属元素(α)の酸化物との混合物などを挙げることができる。また、リチウムを含む酸化物、モリブデンを含む酸化物、及び必要に応じてその他の金属酸化物等の混合物であってもよい。具体的な酸化物としては、LiMoO2、Li4MoO5、Li3NbO4、Li2TiO3等を挙げることができる。これらの複合酸化物の結晶構造は特に限定されるものでは無い。例えばLiMoO2の場合、R−3mやC2/mなどの空間群に帰属する結晶構造を有するものが挙げられる。材料となる複合酸化物は、1種のみであってもよいし、2種以上を用いてもよい。2種以上を用いる場合、材料の比率を調整することで、所望する組成比の複合酸化物を得ることができる。好ましい材料としては、LiMoO2のみ、及びLiMoO2とLi3NbO4との組み合わせを挙げることができる。 As a composite oxide used as a material, in addition to an oxide containing lithium and molybdenum, a mixture of the oxide and the oxide of the metal element (α) can be given. Further, it may be a mixture of an oxide containing lithium, an oxide containing molybdenum, and, if necessary, other metal oxides. Specific examples of the oxide include LiMoO 2 , Li 4 MoO 5 , Li 3 NbO 4 , and Li 2 TiO 3 . The crystal structure of these composite oxides is not particularly limited. For example, in the case of LiMoO 2 , those having a crystal structure belonging to a space group such as R-3m and C2 / m can be mentioned. The composite oxide used as a material may be only one kind, or two or more kinds may be used. When using 2 or more types, the composite oxide of a desired composition ratio can be obtained by adjusting the ratio of the materials. Preferred materials include LiMoO 2 alone and combinations of LiMoO 2 and Li 3 NbO 4 .
材料となるこれらの複合酸化物は、通常、粉末状であり、この粉末状の複合酸化物がメカノケミカル法による処理に供せられる。この処理は、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下又は活性ガス雰囲気下で行うことができるが、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。このような処理を経て得られる当該複合酸化物は、通常、粉末状である。 These composite oxides as materials are usually in the form of powder, and the powdered composite oxide is subjected to a process by a mechanochemical method. This treatment can be performed under an inert gas atmosphere such as argon or an active gas atmosphere, but is preferably performed under an inert gas atmosphere. The composite oxide obtained through such treatment is usually in the form of a powder.
<非水電解質二次電池用正極活物質>
本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池用正極活物質(以下、単に「活物質」ともいう。)は、上記複合酸化物を含む。当該活物質は、上記複合酸化物を含むため、産業上の利用制限が少なく、正極の活物質として用いることで二次電池の放電容量等を高めることができる。
<Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery>
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention (hereinafter also simply referred to as “active material”) includes the composite oxide. Since the active material includes the composite oxide, there are few industrial restrictions on use, and the discharge capacity of the secondary battery can be increased by using the active material as an active material for the positive electrode.
当該活物質は、上記複合酸化物のみから形成されていてもよいが、上記複合酸化物以外の他の活物質が含まれていてもよい。正極活物質としての他の活物質としては、例えばLixMOy(Mは、Mo以外の少なくとも一種の遷移金属を表す)で表される複合酸化物(層状のα―NaFeO2型結晶構造を有するLixCoO2,LixNiO2,LixMnO3,LixNiαCo(1−α)O2,LixNiαMnβCo(1−α−β)O2等、スピネル型結晶構造を有するLixMn2O4,LixNiαMn(2−α)O4等)、LiwM’x(XOy)z(M’は、Mo以外の少なくとも一種の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、V等を表す)で表されるポリアニオン化合物(LiFePO4,LiMnPO4,LiNiPO4,LiCoPO4,Li3V2(PO4)3,Li2MnSiO4,Li2CoPO4F等)が挙げられる。
The active material may be formed only from the composite oxide, but may contain other active materials other than the composite oxide. As another active material as the positive electrode active material, for example, a composite oxide (layered α-NaFeO 2 type crystal structure represented by Li x MO y (M represents at least one transition metal other than Mo) is used. Li x CoO 2, Li x NiO 2, Li x MnO 3, Li x Ni α Co (1-α)
当該活物質における上記複合酸化物(空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有し、リチウム及びモリブデンを含み、クロムを実質的に含まない複合酸化物)の含有率としては、50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。上記複合酸化物の含有率を高めることで、二次電池の放電容量や容量維持率を十分に高めることができる。 The content ratio of the composite oxide in the active material (a composite oxide having a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m, including lithium and molybdenum, and substantially free of chromium) is 50% by mass. The above is preferable, 70 mass% or more is more preferable, and 90 mass% or more is further preferable. By increasing the content rate of the composite oxide, the discharge capacity and capacity retention rate of the secondary battery can be sufficiently increased.
<非水電解質二次電池用正極>
本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池用正極(以下、単に「正極」ともいう。)は、上記活物質を含有する。当該正極は、上記活物質を含有するため、産業上の利用制限が少なく、二次電池の放電容量等を高めることができる。
<Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery>
A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention (hereinafter also simply referred to as “positive electrode”) contains the above active material. Since the positive electrode contains the active material, there are few industrial usage restrictions, and the discharge capacity and the like of the secondary battery can be increased.
上記正極は、正極集電体、及びこの正極集電体に直接又は中間層を介して配される正極活物質層を有する。 The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode current collector directly or through an intermediate layer.
上記正極集電体は、導電性を有する。集電体の材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、耐電位性、導電性の高さ及びコストのバランスからアルミニウム及びアルミニウム合金が好ましい。また、正極集電体の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極集電体としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS−H−4000(2014年)に規定されるA1085P、A3003P等が例示できる。 The positive electrode current collector has conductivity. As the material of the current collector, metals such as aluminum, titanium, tantalum, and stainless steel, or alloys thereof are used. Among these, aluminum and aluminum alloys are preferable from the balance of potential resistance, high conductivity and cost. Moreover, as a formation form of a positive electrode electrical power collector, foil, a vapor deposition film, etc. are mentioned, A foil is preferable from the surface of cost. That is, an aluminum foil is preferable as the positive electrode current collector. Examples of aluminum or aluminum alloy include A1085P and A3003P defined in JIS-H-4000 (2014).
中間層は、正極集電体の表面の被覆層であり、炭素粒子等の導電性粒子を含むことで正極集電体と正極活物質層との接触抵抗を低減する。中間層の構成は特に限定されず、例えば樹脂バインダー及び導電性粒子を含有する組成物により形成できる。なお、「導電性」を有するとは、JIS−H−0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が107Ω・cm以下であることを意味し、「非導電性」とは、上記体積抵抗率が107Ω・cm超であることを意味する。 The intermediate layer is a coating layer on the surface of the positive electrode current collector, and reduces the contact resistance between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer by containing conductive particles such as carbon particles. The structure of an intermediate | middle layer is not specifically limited, For example, it can form with the composition containing a resin binder and electroconductive particle. “Conductive” means that the volume resistivity measured in accordance with JIS-H-0505 (1975) is 10 7 Ω · cm or less, and “nonconductive” Means that the volume resistivity is more than 10 7 Ω · cm.
正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる正極合材から形成される。また、正極活物質層を形成する正極合材は、必要に応じて導電剤、バインダー(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。 The positive electrode active material layer is formed from a so-called positive electrode mixture containing a positive electrode active material. In addition, the positive electrode mixture for forming the positive electrode active material layer contains optional components such as a conductive agent, a binder (binder), a thickener, and a filler as necessary.
上記正極活物質として、上述した空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有し、リチウム及びモリブデンを含み、クロムを実質的に含まない複合酸化物を含む活物質が用いられる。 As the positive electrode active material, an active material having a crystal structure that can be assigned to the above-described space group Fm-3m, including a composite oxide containing lithium and molybdenum and substantially not containing chromium is used.
上記導電剤としては、電池性能に悪影響を与えない導電性材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、天然又は人造の黒鉛、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、金属、導電性セラミックスなどが挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。 The conductive agent is not particularly limited as long as it is a conductive material that does not adversely affect battery performance. Examples of such a conductive agent include carbon black such as natural or artificial graphite, furnace black, acetylene black, and ketjen black, metals, and conductive ceramics. Examples of the shape of the conductive agent include powder and fiber.
上記バインダー(結着剤)としては、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の熱可塑性樹脂;エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー;多糖類高分子などが挙げられる。 Examples of the binder (binder) include fluororesins (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, polyimide; ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), Examples thereof include elastomers such as sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR) and fluororubber; polysaccharide polymers.
上記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。また、増粘剤がリチウムと反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させておくことが好ましい。 Examples of the thickener include polysaccharide polymers such as carboxymethylcellulose (CMC) and methylcellulose. When the thickener has a functional group that reacts with lithium, it is preferable to deactivate this functional group in advance by methylation or the like.
上記フィラーとしては、電池性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。フィラーの主成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素などが挙げられる。 The filler is not particularly limited as long as it does not adversely affect battery performance. Examples of the main component of the filler include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, silica, alumina, zeolite, glass, and carbon.
<非水電解質二次電池>
本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池(以下、単に「二次電池」ともいう。)は、正極、負極及び非水電解質を備える非水電解質二次電池であって、上記正極が、上記非水電解質二次電池用正極である。当該二次電池は、上記活物質を含有する正極を備えるため、産業上の利用制限が少なく、放電容量等が高い。また、当該二次電池は、良好な放電容量維持率を有することができる。
<Nonaqueous electrolyte secondary battery>
A non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention (hereinafter also simply referred to as “secondary battery”) is a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode Is the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery. Since the secondary battery includes the positive electrode containing the active material, there are few industrial usage restrictions, and the discharge capacity and the like are high. Further, the secondary battery can have a good discharge capacity maintenance rate.
当該二次電池における正極及び負極は、通常、セパレータを介して積層又は巻回により交互に重畳された発電要素を形成する。この発電要素はケースに収納され、このケース内に非水電解質が充填される。上記非水電解質は、正極と負極との間に介在する。また、上記ケースとしては、非水電解質二次電池のケースとして通常用いられる公知のアルミニウムケース等を用いることができる。 The positive electrode and the negative electrode in the secondary battery usually form power generation elements that are alternately superimposed by stacking or winding via a separator. This power generation element is housed in a case, and the case is filled with a nonaqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte is interposed between the positive electrode and the negative electrode. In addition, as the case, a known aluminum case that is usually used as a case of a nonaqueous electrolyte secondary battery can be used.
上記正極として、上述したように、通常、本発明の一実施形態に係る上記正極が用いられる。正極の詳細は上述した通りである。 As described above, the positive electrode according to an embodiment of the present invention is usually used as the positive electrode. The details of the positive electrode are as described above.
上記負極は、負極集電体、及びこの負極集電体に直接又は中間層を介して配される負極活物質層を有する。上記中間層は正極の中間層と同様の構成とすることができる。 The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode current collector directly or via an intermediate layer. The intermediate layer can have the same configuration as the positive electrode intermediate layer.
上記負極集電体は、正極集電体と同様の構成とすることができるが、材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属又はそれらの合金が用いられ、銅又は銅合金が好ましい。つまり、負極集電体としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。 The negative electrode current collector may have the same configuration as the positive electrode current collector, but as a material, a metal such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, or an alloy thereof is used. Alloys are preferred. That is, copper foil is preferable as the negative electrode current collector. Examples of the copper foil include rolled copper foil and electrolytic copper foil.
負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる負極合材から形成される。また、負極活物質層を形成する負極合材は、必要に応じて導電剤、バインダー(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等の任意成分は、正極活物質層と同様のものを用いることができる。 The negative electrode active material layer is formed from a so-called negative electrode mixture containing a negative electrode active material. Moreover, the negative electrode composite material which forms a negative electrode active material layer contains arbitrary components, such as a electrically conductive agent, a binder (binder), a thickener, and a filler as needed. The same components as those for the positive electrode active material layer can be used as optional components such as a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler.
負極活物質としては、非水電解二次電池の負極活物質として従来公知のものが用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばSi、Sn等の金属又は半金属;Si酸化物、Sn酸化物等の金属酸化物又は半金属酸化物;ポリリン酸化合物;黒鉛(グラファイト)、非晶質炭素(易黒鉛化炭素または難黒鉛化性炭素)等の炭素材料などが挙げられる。 As the negative electrode active material, conventionally known negative electrode active materials for non-aqueous electrolytic secondary batteries are used. Specific negative electrode active materials include, for example, metals or semimetals such as Si and Sn; metal oxides or semimetal oxides such as Si oxide and Sn oxide; polyphosphate compounds; graphite (graphite) and amorphous Examples thereof include carbon materials such as carbon (easily graphitized carbon or non-graphitizable carbon).
さらに、負極合材(負極活物質層)は、B、N、P、F、Cl、Br、I等の典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge等の典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Ta、Hf、Nb、W等の遷移金属元素を含有してもよい。 Furthermore, the negative electrode mixture (negative electrode active material layer) includes typical nonmetallic elements such as B, N, P, F, Cl, Br, and I, Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, and Ge. Typical metal elements such as Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Ta, Hf, Nb, and W may be contained.
上記セパレータの材質としては、例えば織布、不織布、多孔質樹脂フィルム等が用いられる。これらの中でも多孔質樹脂フィルムが好ましい。多孔質樹脂フィルムの主成分としては、強度の観点から例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましい。また、これらの樹脂とアラミドやポリイミド等の樹脂とを複合した多孔質樹脂フィルムを用いてもよい。 As the material of the separator, for example, a woven fabric, a nonwoven fabric, a porous resin film, or the like is used. Among these, a porous resin film is preferable. The main component of the porous resin film is preferably a polyolefin such as polyethylene or polypropylene from the viewpoint of strength. Moreover, you may use the porous resin film which compounded these resins and resin, such as an aramid and a polyimide.
上記非水電解質としては、非水電解質二次電池に通常用いられる公知の電解質が使用でき、非水溶媒に電解質塩が溶解されたものを用いることができる。 As said non-aqueous electrolyte, the well-known electrolyte normally used for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be used, and what dissolved electrolyte salt in the non-aqueous solvent can be used.
上記非水溶媒としては、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)等の環状カーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネートなどを挙げることができる。 Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and the like. A chain carbonate etc. can be mentioned.
電解質塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、オニウム塩等を挙げることができるが、リチウム塩が好ましい。上記リチウム塩としては、LiPF6、LiPO2F2、LiBF4、LiClO4、LiN(SO2F)2等の無機リチウム塩、LiSO3CF3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(SO2C4F9)、LiC(SO2CF3)3、LiC(SO2C2F5)3等のフッ化炭化水素基を有するリチウム塩などを挙げることができる。 Examples of the electrolyte salt include lithium salt, sodium salt, potassium salt, magnesium salt, onium salt, and the like, but lithium salt is preferable. Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiPO 2 F 2 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN (SO 2 F) 2 , LiSO 3 CF 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO Fluorohydrocarbon groups such as 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiC (SO 2 C 2 F 5 ) 3 A lithium salt having
非水電解質として、常温溶融塩、イオン液体、ポリマー固体電解質などを用いることもできる。 As the nonaqueous electrolyte, a room temperature molten salt, an ionic liquid, a polymer solid electrolyte, or the like can be used.
図6に、当該非水電解質二次電池の一実施形態である矩形状の非水電解質二次電池1の概略図を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。図6に示す非水電解質二次電池1は、電極群2が電池容器3に収納されている。電極群2は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極とが、セパレータを介して捲回されることにより形成されている。正極は、正極リード4’を介して正極端子4と電気的に接続され、負極は、負極リード5’を介して負極端子5と電気的に接続されている。
FIG. 6 shows a schematic diagram of a rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery 1 which is an embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery. In the figure, the inside of the container is seen through. In the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 shown in FIG. 6, the
当該非水電解質二次電池の構成については特に限定されるものではなく、円筒型電池、角型電池(矩形状の電池)、扁平型電池等が一例として挙げられる。本発明は、上記の非水電解質二次電池を複数備える蓄電装置としても実現することができる。蓄電装置の一実施形態を図7に示す。図7において、蓄電装置30は、複数の蓄電ユニット20を備えている。それぞれの蓄電ユニット20は、複数の非水電解質二次電池1を備えている。前記蓄電装置30は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源として搭載することができる。
The configuration of the non-aqueous electrolyte secondary battery is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery, a square battery (rectangular battery), a flat battery, and the like. The present invention can also be realized as a power storage device including a plurality of the above non-aqueous electrolyte secondary batteries. One embodiment of a power storage device is shown in FIG. In FIG. 7, the
<非水電解質二次電池の製造方法>
当該非水電解質二次電池の製造方法は特に限定されないが、以下の製造方法が好ましい。すなわち、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法は、正極、負極及び非水電解質を備える非水電解質二次電池の製造方法であって、上記正極として、上記本発明の一実施形態に係る複合酸化物を含む正極活物質を含有する正極を用いることを特徴とする。
<Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery>
Although the manufacturing method of the said nonaqueous electrolyte secondary battery is not specifically limited, The following manufacturing methods are preferable. That is, a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention is a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte. The positive electrode containing the positive electrode active material containing the complex oxide which concerns on one Embodiment is used, It is characterized by the above-mentioned.
当該製造方法によれば、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有し、リチウム及びモリブデンを含み、クロムを実質的に含まない複合酸化物を含む正極活物質を含有する正極を用いることで、産業上の利用制限が少なく、放電容量等に優れる二次電池を得ることができる。 According to the manufacturing method, a positive electrode including a positive electrode active material having a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m, including a composite oxide containing lithium and molybdenum and substantially not containing chromium is used. Thus, it is possible to obtain a secondary battery with less industrial restrictions and excellent discharge capacity.
当該製造方法は、例えば、正極及び負極(発電要素)をケースに収容する工程、及び上記ケースに上記非水電解質を注入する工程を備える。上記正極として、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有し、リチウム及びモリブデンを含み、クロムを実質的に含まない複合酸化物を含む正極活物質を含有する正極が用いられる。このようにして得られた二次電池において、上記複合酸化物は、充放電の開始前及び充放電を繰り返した後においても、通常、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有する。 The manufacturing method includes, for example, a step of housing a positive electrode and a negative electrode (power generation element) in a case, and a step of injecting the nonaqueous electrolyte into the case. As the positive electrode, a positive electrode having a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m, a positive electrode active material including a composite oxide containing lithium and molybdenum and substantially not containing chromium is used. In the secondary battery thus obtained, the composite oxide usually has a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m even before the start of charge / discharge and after repeated charge / discharge.
上記各工程は、公知の方法により行うことができる。注入後、注入口を封止することにより非水電解質二次電池を得ることができる。当該製造方法によって得られる非水電解質二次電池を構成する各要素についての詳細は上述したとおりである。 Each said process can be performed by a well-known method. After the injection, the non-aqueous electrolyte secondary battery can be obtained by sealing the injection port. The details of each element constituting the nonaqueous electrolyte secondary battery obtained by the manufacturing method are as described above.
<その他の実施形態>
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in a mode in which various changes and improvements are made in addition to the above-described mode.
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[合成例1](リチウムモリブデン複合酸化物の合成)
炭酸リチウム(Li2CO3)(ナカライテスク社製)、三酸化モリブデン(MoO3)(高純度化学社製)、及び還元剤としてのアセチレンブラックを、Li:Mo:Cのモル比が4:4:3となるように秤取した。これらを直径5mmのジルコニア製ボールが90g(約250個)入った内容積80mLのジルコニア製ポットに投入し、蓋をした。これを遊星型ボールミル(FRITSCH社の「pulverisette 5」)にセットし、公転回転数120rpmで9分混合した後に1分間の休止を入れる操作を計6回繰り返した。次いで、蓋をあけて、ポット内の混合物を薬さじでかき混ぜ、再度、公転回転数120rpmで9分混合した後に1分間の休止を入れる操作を計2回繰り返した。次いで、この混合粉体を容量30mLのアルミナ製るつぼ(型番:1−7745−07)に載置し、このるつぼを卓上真空・ガス置換炉(デンケン・ハイデンタル社の「KDF75」)に設置した。次いで、窒素気流中、常圧下、10時間で常温から1000℃まで昇温し、この温度で4時間保持した後、室温まで自然放冷した。このようにして、組成式LiMoO2で表されるリチウムモリブデン複合酸化物を作製した。
[Synthesis Example 1] (Synthesis of lithium molybdenum composite oxide)
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) (manufactured by Nacalai Tesque), molybdenum trioxide (MoO 3 ) (manufactured by High-Purity Chemical Co., Ltd.), and acetylene black as a reducing agent were mixed at a molar ratio of Li: Mo: C of 4: Weighed out to be 4: 3. These were put into a zirconia pot having an internal volume of 80 mL containing 90 g (about 250 pieces) of zirconia balls having a diameter of 5 mm, and the lid was capped. This was set on a planetary ball mill ("
[合成例2](リチウムニオブ複合酸化物の合成)
炭酸リチウム(Li2CO3)(ナカライテスク社製)及び五酸化ニオブ(Nb2O5)(高純度化学社製)をLi:Nbのモル比が3:1となるように秤取した。これらを直径5mmのジルコニア製ボールが90g(約250個)入った内容積80mLのジルコニア製ポットに投入した。このポットにさらにエタノール10mLを投入し、蓋をした。これを遊星型ボールミル(FRITSCH社の「pulverisette 5」)にセットし、公転回転数300rpmで9分混合した後に1分間の休止を入れる操作を計6回繰り返した。次いで、この混合物を乾燥機で80℃で3時間以上乾燥し、混合粉体を得た。この混合粉体を容量30mLのアルミナ製るつぼ(型番:1−7745−07)に載置し、このるつぼを卓上真空・ガス置換炉(デンケン・ハイデンタル社の「KDF75」)に設置した。次いで、空気気流中、常圧下、10時間で常温から950℃まで昇温し、この温度で4時間保持した後、室温まで自然放冷した。このようにして、組成式Li3NbO4で表されるリチウムニオブ複合酸化物を作製した。
[Synthesis Example 2] (Synthesis of lithium niobium composite oxide)
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) (manufactured by Nacalai Tesque) and niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) (manufactured by High Purity Chemical Co., Ltd.) were weighed so that the molar ratio of Li: Nb was 3: 1. These were put into a zirconia pot having an internal volume of 80 mL containing 90 g (about 250 pieces) of zirconia balls having a diameter of 5 mm. An additional 10 mL of ethanol was added to the pot and the lid was covered. This was set on a planetary ball mill ("
[実施例1〜4](リチウムモリブデン複合酸化物又はリチウムモリブデンニオブ複合酸化物の製造)
上記方法にて得られたリチウムモリブデン複合酸化物及びリチウムニオブ複合酸化物をMo:Nbのモル比が100:0(実施例1)、80:20(実施例2)、60:40(実施例3)、及び40:60(実施例4)となるように、かつこれらの酸化物の合計の質量がそれぞれ約4.5gとなるように秤取した。これらを直径5mmのタングステンカーバイド製ボールが250g(約250個)入った内容積80mLのタングステンカーバイド製ポットに投入し、アルゴン雰囲気を維持したグローブボックス中で蓋をした。これを遊星型ボールミル(FRITSCH社の「pulverisette 5」)にセットし、公転回転数400rpmで12分混合した後に3分間の休止を入れる操作を計8回繰り返した。このようにして、組成式aLiMoO2−(1−a)Li3NbO4で表されるリチウムモリブデン複合酸化物又はリチウムモリブデンニオブ複合酸化物を作製した。
[Examples 1 to 4] (Production of lithium molybdenum composite oxide or lithium molybdenum niobium composite oxide)
The lithium molybdenum composite oxide and the lithium niobium composite oxide obtained by the above method have Mo: Nb molar ratios of 100: 0 (Example 1), 80:20 (Example 2), and 60:40 (Examples). 3) and 40:60 (Example 4), and the total mass of these oxides was weighed to be about 4.5 g. These were put into a tungsten carbide pot having an internal volume of 80 mL containing 250 g (about 250 pieces) of tungsten carbide balls having a diameter of 5 mm, and were covered in a glove box maintained in an argon atmosphere. This operation was set on a planetary ball mill ("
[複合酸化物の解析]
合成例1で得られたリチウムモリブデン複合酸化物、並びに実施例1〜4で得られたリチウムモリブデン複合酸化物及びリチウムモリブデンニオブ複合酸化物について、以下の方法にて解析を行った。X線回折装置(Rigaku社の「MiniFlex II」)を用いて粉末X線回折測定を行った。線源はCuKα線、管電圧は30kV、管電流は15mAとし、回折X線は厚み30μmのKβフィルターを通し高速一次元検出器(型番:D/teX Ultra 2)にて検出した。サンプリング幅は0.01°、スキャンスピードは5°/min、発散スリット幅は0.625°、受光スリット幅は13mm(OPEN)、散乱スリット幅は8mmとした。得られたX線回折データについて、上記「Rietan2000」プログラムを用いてリートベルト解析を実施した。
[Analysis of complex oxides]
The lithium molybdenum composite oxide obtained in Synthesis Example 1 and the lithium molybdenum composite oxide and lithium molybdenum niobium composite oxide obtained in Examples 1 to 4 were analyzed by the following method. Powder X-ray diffraction measurement was carried out using an X-ray diffractometer (“MiniFlex II” from Rigaku). The radiation source was CuKα ray, the tube voltage was 30 kV, the tube current was 15 mA, and the diffracted X-ray was detected by a high-speed one-dimensional detector (model number: D / teX Ultra 2) through a Kβ filter having a thickness of 30 μm. The sampling width was 0.01 °, the scanning speed was 5 ° / min, the divergence slit width was 0.625 °, the light receiving slit width was 13 mm (OPEN), and the scattering slit width was 8 mm. The obtained X-ray diffraction data was subjected to Rietveld analysis using the “Rietan 2000” program.
上記リートベルト解析の際、プロファイルを表す関数としてピアソンVII関数を用い、表1に示すようなNaCl型の結晶構造モデルを用いた。一例として、実施例2に係るリチウムニオブモリブデン酸化物のリートベルト解析の結果、精密化された結晶構造モデルを表1に、計算値、実測値、及びこれらの差を表すグラフを図1に示す。表1に示す結晶構造モデルにより、図1に示すように計算値と実測値の差が十分に小さくなった。また、信頼度因子はそれぞれRwp=4.46%、RI=0.79%、RF=0.51%であり、計算値と実測値の差が十分に小さいことが示された。これらの結果から、表1に示す結晶構造モデルが妥当であると判断した。実施例1に係るリチウムモリブデン複合酸化物、実施例3、実施例4に係るリチウムニオブモリブデン複合酸化物についても、上記と同様にリートベルト解析を実施し、同様に計算値と実測値の差が十分に小さくなり、NaCl型の結晶構造モデルが妥当であると判断した。 In the Rietveld analysis, a Pearson VII function was used as a function representing a profile, and a NaCl-type crystal structure model as shown in Table 1 was used. As an example, as a result of Rietveld analysis of the lithium niobium molybdenum oxide according to Example 2, a refined crystal structure model is shown in Table 1, and a calculated value, an actual measurement value, and a graph representing the difference therebetween are shown in FIG. . According to the crystal structure model shown in Table 1, the difference between the calculated value and the actually measured value was sufficiently small as shown in FIG. The reliability factors were Rwp = 4.46%, RI = 0.79%, and RF = 0.51%, respectively, indicating that the difference between the calculated value and the actual measurement value was sufficiently small. From these results, it was judged that the crystal structure model shown in Table 1 was appropriate. For the lithium-molybdenum composite oxide according to Example 1 and the lithium-niobium-molybdenum composite oxides according to Example 3 and Example 4, Rietveld analysis was performed in the same manner as described above, and the difference between the calculated value and the actually measured value was similarly It was judged that the NaCl-type crystal structure model was appropriate because it was sufficiently small.
上記リートベルト解析によって得られた各複合酸化物の結晶構造が帰属する空間群、格子定数及びMoとNbとの合計含有量に対するLiの含有量(モル比)を表2に示す。 Table 2 shows the space group to which the crystal structure of each composite oxide obtained by the Rietveld analysis belongs, the lattice constant, and the Li content (molar ratio) with respect to the total content of Mo and Nb.
[二次電池(試験電池)の作製]
合成例1で得られたリチウムモリブデン複合酸化物(比較例1)、並びに実施例1〜4で得られたリチウムモリブデン複合酸化物及びリチウムモリブデンニオブ複合酸化物を正極活物質として用い、以下の要領で非水電解質二次電池を作製した。合成した各複合酸化物の粉末2.275gとアセチレンブラック(AB)0.525gとをそれぞれ秤取した。これらを直径5mmのジルコニア製ボールが90g(約250個)入った内容積80mLのジルコニア製ポットに投入した。このポットにさらにアセトン10mLを投入し、アルゴン雰囲気を維持したグローブボックス中で蓋をした。これを遊星型ボールミル(FRITSCH社の「pulverisette 5」)にセットし、公転回転数240rpmで12分混合した後に3分間の休止を入れる操作を計48回繰り返した。この混合物を乾燥機で75℃で3時間以上乾燥し、混合粉体を調製した。この混合粉体1.6g、AB0.1g、PVDFの12質量%N−メチルピロリドン(NMP)溶液及びNMPを所定のプラスチック容器に入れ、アルゴン雰囲気を維持したグローブボックス中で蓋をした。なお、前記PVDFの12質量%N−メチルピロリドン(NMP)溶液及びNMPは、PVDF0.3g及びNMP4.4gを含有している。これを撹拌脱泡装置(シンキー社の「あわとり練太郎」)にセットし、2000rpmで5分混練することで、N−メチルピロリドン(NMP)を分散媒とするスラリーを調整した。スラリー中の活物質、AB及びPVDFの質量比は65:20:15である。このスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の片面に塗布した。これを80℃のホットプレート上で60分乾燥して分散媒を蒸発させた後、ロールプレスを行うことで正極板を得た。
[Production of secondary battery (test battery)]
The lithium-molybdenum composite oxide obtained in Synthesis Example 1 (Comparative Example 1), and the lithium-molybdenum composite oxide and lithium-molybdenum niobium composite oxide obtained in Examples 1 to 4 were used as positive electrode active materials. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced. 2.275 g of each synthesized composite oxide powder and 0.525 g of acetylene black (AB) were weighed. These were put into a zirconia pot having an internal volume of 80 mL containing 90 g (about 250 pieces) of zirconia balls having a diameter of 5 mm. A further 10 mL of acetone was added to the pot, and the pot was covered in a glove box maintained in an argon atmosphere. This was set in a planetary ball mill ("
上記正極を作用極として試験電池を組立て、正極としての挙動を評価した。単独挙動を正確に観察する目的のため、対極には金属リチウムをニッケル箔集電体に密着させたものを用いた。ここで、試験電池の容量が対極によって制限されないように、十分な量の金属リチウムを配置した。電解質として、エチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)/ジメチルカーボネート(DMC)が体積比6:7:7である混合溶媒に濃度が1mol/LとなるようにLiPF6を溶解させた溶液を用いた。セパレータとして、ポリアクリレートで表面改質したポリプロピレン製の微孔膜を用いた。外装体には、ポリエチレンテレフタレート(15μm)/アルミニウム箔(50μm)/金属接着性ポリプロピレンフィルム(50μm)からなる金属樹脂複合フィルムを用い、正極端子及び負極端子の開放端部が外部露出するように電極を収納した。次いで、上記金属樹脂複合フィルムの内面同士が向かい合った融着代を注液孔となる部分を除いて気密封止し、上記電解液を注液後、注液孔を封止した。 A test battery was assembled using the positive electrode as a working electrode, and the behavior as a positive electrode was evaluated. For the purpose of accurately observing the single behavior, a counter electrode in which metallic lithium was adhered to a nickel foil current collector was used. Here, a sufficient amount of metallic lithium was arranged so that the capacity of the test battery was not limited by the counter electrode. A solution obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) / ethyl methyl carbonate (EMC) / dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 6: 7: 7 so that the concentration becomes 1 mol / L. Was used. As the separator, a polypropylene microporous film whose surface was modified with polyacrylate was used. A metal resin composite film made of polyethylene terephthalate (15 μm) / aluminum foil (50 μm) / metal-adhesive polypropylene film (50 μm) is used for the exterior body, and the electrodes are exposed so that the open ends of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are exposed to the outside. Stowed. Subsequently, the fusion allowance in which the inner surfaces of the metal resin composite film face each other was hermetically sealed except for a portion serving as a liquid injection hole, and the liquid injection hole was sealed after pouring the electrolytic solution.
[充放電試験]
得られた非水電解質二次電池を25℃に設定した恒温槽内で充放電した。充電は定電流定電圧(CCCV)充電とし、放電は定電流(CC)放電とした。充電及び放電の定電流値は、正極板が含有する正極活物質の質量に対して20mA/gとした。充電上限電圧及び放電終止電圧はそれぞれ4.4V及び1.2Vとした。充電終止条件は、充電電流が2mA/gに減衰した時点又は充電上限電圧に到達してから3時間を経過した時点とした。各サイクルにおいて、充電後及び放電後に10分間の休止時間を設定した。このサイクルを4サイクル実施した。なお、本試験は作用極と対極との間で電圧制御を行ったが、対極における金属リチウムの溶解・析出反応抵抗が極めて低いことから、充放電中の端子間電圧は、金属リチウムを用いた参照極に対する作用極の電位と等しいとみなすことができる。この充放電サイクル試験における1サイクル目の放電容量を表2に示す。また、2サイクル目の放電容量に対する4サイクル目の放電容量の比を「容量維持率(%)」として求めた。この容量維持率も表2に示す。また、実施例1〜3及び比較例1の1サイクル目の放電曲線を図2に示す。
[Charge / discharge test]
The obtained nonaqueous electrolyte secondary battery was charged / discharged in a thermostat set at 25 ° C. Charging was constant current constant voltage (CCCV) charging, and discharging was constant current (CC) discharging. The constant current value for charging and discharging was 20 mA / g with respect to the mass of the positive electrode active material contained in the positive electrode plate. The charge upper limit voltage and the discharge end voltage were 4.4 V and 1.2 V, respectively. The charge termination conditions were the time when the charging current was attenuated to 2 mA / g or the time when 3 hours had passed since the charging upper limit voltage was reached. In each cycle, a pause time of 10 minutes was set after charging and discharging. This cycle was performed for 4 cycles. In this test, voltage control was performed between the working electrode and the counter electrode. However, since the dissolution / deposition reaction resistance of metallic lithium at the counter electrode was extremely low, metal lithium was used as the voltage between terminals during charging and discharging. It can be regarded as being equal to the potential of the working electrode with respect to the reference electrode. Table 2 shows the discharge capacity at the first cycle in this charge / discharge cycle test. Further, the ratio of the discharge capacity at the fourth cycle to the discharge capacity at the second cycle was determined as “capacity maintenance ratio (%)”. This capacity retention rate is also shown in Table 2. Moreover, the discharge curve of the 1st cycle of Examples 1-3 and the comparative example 1 is shown in FIG.
表2及び図2に示されるように、実施例1〜4の二次電池は、高い放電容量を有し、容量維持率も高いことがわかる。 As shown in Table 2 and FIG. 2, it can be seen that the secondary batteries of Examples 1 to 4 have a high discharge capacity and a high capacity retention rate.
また、実施例1〜4のそれぞれの複合酸化物について、充放電試験の前後にX線回折測定を行った。充放電試験前については、作製した粉末状態の複合酸化物を上記と同じ条件で測定した。充放電試験後については、それぞれの複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池について、上記方法に準じて10サイクルの充放電を行った後、正極板を取出してジメチルカーボネートで洗浄し、正極板のまま、アルゴン雰囲気を維持するための専用の装置(汎用雰囲気セパレータ)(Rigaku社製)に設置し、スキャンスピードを2°/minとすること以外は上記と同じ条件で測定した。その結果、充放電サイクル試験の前後で、空間群Fm−3mに帰属する結晶構造が維持されていることが確認された。代表して、実施例2の複合酸化物(Li1.4Mo0.8Nb0.2O2.4)について、X線回折図を図3に示す。図3中の下側の回折図は、充放電試験前のX線回折図である。図3中の上側の回折図は、充放電後のX線回折図である。 Moreover, about each composite oxide of Examples 1-4, the X-ray-diffraction measurement was performed before and after the charging / discharging test. Before the charge / discharge test, the produced complex oxide in the powder state was measured under the same conditions as described above. After the charge / discharge test, the secondary battery using each composite oxide as the positive electrode active material was charged / discharged for 10 cycles according to the above method, then the positive electrode plate was taken out and washed with dimethyl carbonate, The measurement was performed under the same conditions as described above except that the positive electrode plate was placed in a dedicated device (general-purpose atmospheric separator) (manufactured by Rigaku) for maintaining an argon atmosphere and the scan speed was set to 2 ° / min. As a result, it was confirmed that the crystal structure belonging to the space group Fm-3m was maintained before and after the charge / discharge cycle test. As a representative, an X-ray diffraction diagram of the composite oxide of Example 2 (Li 1.4 Mo 0.8 Nb 0.2 O 2.4 ) is shown in FIG. The lower diffraction pattern in FIG. 3 is an X-ray diffraction pattern before the charge / discharge test. The upper diffraction pattern in FIG. 3 is an X-ray diffraction pattern after charging and discharging.
[実施例5]
LiMoO2とLi4MoO5とをモル比が2:1となるように適量秤取したこと、内容積45mLのジルコニア製の容器、及び直径10mm、5mm、1mmのジルコニア製のボールを適量用いたこと、並びに遊星型ボールミル(FRITSCH社の「pulverisette 7」)にセットし、公転回転数600rpmで15分混合した後に3分間の休止を入れる操作を計120回繰り返したこと以外は、実施例1〜4の方法と同様にして、Li4/3Mo(III)4/9Mo(VI)2/9O2(Li2Mo(III)2/3Mo(VI)1/3O1/3)の複合酸化物を得た。また、複合酸化物とABを適量秤取し、内容積45mLのジルコニア製の容器、及び直径10mm、5mm、1mmのジルコニア製のボールを適量用いたこと、並びにアセトンを投入せず、乾式のボールミリングをおこなったこと、遊星型ボールミル(FRITSCH社の「pulverisette 7」)にセットし、公転回転数300rpmで15分混合した後に3分間の休止を入れる操作を計40回繰り返したこと以外は、実施例1〜4と同様にして、この複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池を得た。この二次電池を用いて測定した充放電曲線を図4(a)〜(c)に示す。図4(a)は、1.0−4.4Vの電圧範囲で定電流充電及び定電流放電を27サイクル行ったときの充放電曲線であり、図4(b)は、1.2−4.4Vの電圧範囲で定電流充電及び定電流放電を30サイクル行ったときの充放電曲線であり、図4(c)は、1.0−4.8Vの電圧範囲で定電流充電及び定電流放電を2サイクル行ったときの充放電曲線である。充電電流及び放電電流は、いずれも活物質質量あたりの電流密度が30mA/gに相当する電流値を採用した。
[Example 5]
An appropriate amount of LiMoO 2 and Li 4 MoO 5 were weighed so that the molar ratio was 2: 1, a zirconia container having an internal volume of 45 mL, and zirconia balls having a diameter of 10 mm, 5 mm, and 1 mm were used in appropriate amounts. And a planetary ball mill (FRISTSCH “pulverisette 7”), and mixing for 15 minutes at a revolution speed of 600 rpm followed by a 3-minute rest was repeated 120 times. Li 4/3 Mo (III) 4/9 Mo (VI) 2/9 O 2 (Li 2 Mo (III) 2/3 Mo (VI) 1/3 O 1/3 ) A composite oxide was obtained. Also, weighed appropriate amounts of complex oxide and AB, used zirconia containers with an internal volume of 45 mL, zirconia balls with diameters of 10 mm, 5 mm and 1 mm, and used dry balls without adding acetone. Except for milling, setting on a planetary ball mill (FRITSCH "pulverisete 7"), mixing for 15 minutes at revolution speed of 300 rpm and then putting in a pause for 3 minutes for a total of 40 times. In the same manner as in Examples 1 to 4, secondary batteries using this composite oxide as a positive electrode active material were obtained. The charge / discharge curves measured using this secondary battery are shown in FIGS. FIG. 4A is a charge / discharge curve when 27 cycles of constant current charge and constant current discharge are performed in a voltage range of 1.0 to 4.4 V, and FIG. FIG. 4C is a charge / discharge curve when 30 cycles of constant current charge and constant current discharge are performed in a voltage range of .4V, and FIG. 4C is a constant current charge and constant current in a voltage range of 1.0-4.8V. It is a charging / discharging curve when discharging is performed 2 cycles. As the charging current and the discharging current, current values corresponding to a current density of 30 mA / g per active material mass were adopted.
[実施例6]
LiMoO2とLi2TiO3とをモル比が1:1となるように用いたこと以外は、実施例5の方法と同様にして、Li6/5Mo2/5MoTi2/5O2(Li3/2Mo1/2Ti1/2O5/2)の複合酸化物及びこの複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池を得た。この二次電池を用いて測定した充放電曲線を図5(a)〜(b)に示す。図5(a)は、1.0−4.4Vの電圧範囲で定電流充電及び定電流放電を30サイクル行ったときの充放電曲線であり、図5(b)は、1.0−4.8Vの電圧範囲で定電流充電及び定電流放電を2サイクル行ったときの充放電曲線である。充電電流及び放電電流は、いずれも活物質質量あたりの電流密度は30mA/gに相当する電流値を採用した。
[Example 6]
Except that LiMoO 2 and Li 2 TiO 3 were used in a molar ratio of 1: 1, the same procedure as in Example 5 was performed, and Li 6/5 Mo 2/5 MoTi 2/5 O 2 ( Li 3/2 Mo 1/2 Ti 1/2 O 5/2 ) composite oxide and a secondary battery using this composite oxide as a positive electrode active material were obtained. The charge / discharge curves measured using this secondary battery are shown in FIGS. Fig.5 (a) is a charging / discharging curve when 30 cycles of constant current charge and constant current discharge are performed in the voltage range of 1.0-4.4V, FIG.5 (b) is 1.0-4. It is a charging / discharging curve when a constant current charge and a constant current discharge are performed 2 cycles in the voltage range of .8V. As the charging current and the discharging current, a current value corresponding to 30 mA / g was adopted as the current density per mass of the active material.
条件が異なるため、これらの実施例5〜6は比較例1及び実施例1〜4と直接比較することはできないが、実施例5〜6においても、得られた二次電池は十分な放電容量を有することが確認できる。また、図4(a)及び図5(a)の結果から、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を有し、金属元素としてリチウム及びモリブデンのみを含む場合(図4(a))よりも、金属元素としてリチウム、モリブデン及びチタンを含む場合(図5(a))の方が、充放電サイクル後の容量維持率が高いことがわかる。 Since the conditions are different, these Examples 5 to 6 cannot be directly compared with Comparative Example 1 and Examples 1 to 4, but also in Examples 5 to 6, the obtained secondary battery has a sufficient discharge capacity. Can be confirmed. Further, from the results of FIG. 4A and FIG. 5A, from the case of having a crystal structure that can be assigned to the space group Fm-3m and containing only lithium and molybdenum as metal elements (FIG. 4A). In addition, it can be seen that the capacity retention rate after the charge / discharge cycle is higher when lithium, molybdenum, and titanium are included as the metal elements (FIG. 5A).
また、実施例5〜6の粉末状態の複合酸化物について、上記と同じ条件でX線回折測定を行った。その結果、いずれのX線回折図も、空間群Fm−3mに帰属する回折ピークを有していることが確認された。 Moreover, about the complex oxide of the powder state of Examples 5-6, the X-ray-diffraction measurement was performed on the same conditions as the above. As a result, it was confirmed that all X-ray diffraction patterns had diffraction peaks belonging to the space group Fm-3m.
本発明は、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車などの電源として使用される非水電解質二次電池、及びこれに備わる電極、活物質などに適用できる。 The present invention can be applied to electronic devices such as personal computers and communication terminals, nonaqueous electrolyte secondary batteries used as a power source for automobiles, electrodes provided in the secondary battery, active materials, and the like.
1 非水電解質二次電池
2 電極群
3 電池容器
4 正極端子
4’ 正極リード
5 負極端子
5’ 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonaqueous electrolyte
Claims (10)
アルミニウム、ケイ素、スカンジウム、チタン、亜鉛、ゲルマニウム、ジルコニウム、ニオブ、スズ、テルル、タンタル、レニウム又はこれらの組み合わせからなる金属元素(α)をさらに含み、
モリブデンと上記金属元素(α)との合計含有量に対するモリブデンの含有量が30モル%以上90モル%以下である複合酸化物。 Having a crystal structure that can be assigned to space group Fm-3m, including lithium and molybdenum, substantially free of chromium,
A metal element (α) further comprising aluminum, silicon, scandium, titanium, zinc, germanium, zirconium, niobium, tin, tellurium, tantalum, rhenium, or a combination thereof;
Molybdenum and the metal element (alpha) and the total content double focus oxide content Ru der 30 mol% to 90 mol% or less of molybdenum to the.
Li1+xMoyMe1−yApOz ・・・ (1)
(式(1)中、Meは、Al、Si、Sc、Ti、Zn、Ge、Zr、Nb、Sn、Te、Ta、Re又はこれらの組み合わせである。Aは、Li、Mo、Me及びO以外の元素である。0≦x、0.1≦y≦1、0<z、0≦p≦0.2である。) The composite oxide according to any one of claims 1 to 5 , which is represented by the following formula (1).
Li 1 + x Mo y Me 1-y Ap O z (1)
(In the formula (1), Me is Al, Si, Sc, Ti, Zn, Ge, Zr, Nb, Sn, Te, Ta, Re, or a combination thereof. A is Li, Mo, Me, and O. Elements other than 0 ≦ x, 0.1 ≦ y ≦ 1, 0 <z, 0 ≦ p ≦ 0.2.)
リチウム及びモリブデンを含み、クロムを実質的に含まない複合酸化物を含有する活物質用材料をメカノケミカル法により処理することを有する複合酸化物の製造方法。 A method for producing the composite oxide according to any one of claims 1 to 6,
Includes lithium and molybdenum, the production method of the chromium double focus oxide that have a treating an active material for material containing a complex oxide which is substantially free by mechanochemical method.
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