JP6927579B2 - Lithium iron manganese-based composite oxide - Google Patents

Lithium iron manganese-based composite oxide Download PDF

Info

Publication number
JP6927579B2
JP6927579B2 JP2017560382A JP2017560382A JP6927579B2 JP 6927579 B2 JP6927579 B2 JP 6927579B2 JP 2017560382 A JP2017560382 A JP 2017560382A JP 2017560382 A JP2017560382 A JP 2017560382A JP 6927579 B2 JP6927579 B2 JP 6927579B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
manganese
iron
positive electrode
secondary battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017560382A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2017119411A1 (en
Inventor
タイタス ニャムワロ マセセ
タイタス ニャムワロ マセセ
鹿野 昌弘
昌弘 鹿野
栄部 比夏里
比夏里 栄部
博 妹尾
博 妹尾
光 佐野
光 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Publication of JPWO2017119411A1 publication Critical patent/JPWO2017119411A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6927579B2 publication Critical patent/JP6927579B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

本発明は、リチウム鉄マンガン系複合酸化物に関する。 The present invention relates to a lithium iron-manganese-based composite oxide.

リチウムイオン二次電池は、エネルギー貯蔵デバイスの中で最も重要な位置を占めるものであり、近年では、プラグインハイブリッド用自動車電池等、その用途が拡大しつつある。 Lithium-ion secondary batteries occupy the most important position among energy storage devices, and in recent years, their applications are expanding, such as automobile batteries for plug-in hybrids.

リチウムイオン二次電池の正極に関し、現在、LiCoO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3などの正極活物質が主流となっている(非特許文献1及び2)。しかしながら、これらの正極活物質を含む正極材料には、コバルト、ニッケルなどの希少金属が大量に含まれているため高価であり、さらに、助燃性も強いため発熱事故等を引き起こす要因となっている。Regarding the positive electrode of a lithium ion secondary battery, positive electrode active materials such as LiCoO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 are currently the mainstream (Non-Patent Documents 1 and 2). However, the positive electrode material containing these positive electrode active materials is expensive because it contains a large amount of rare metals such as cobalt and nickel, and also has strong flammability, which causes a heat generation accident and the like. ..

そこで、現在では、このような問題を解決可能な正極活物質として、自然界に豊富に存在する元素である鉄を利用し、強固なポリアニオン酸骨格により助燃性を大幅に抑制した鉄系ポリ(オキソ)アニオン材料、特にLiFePOが注目されている(非特許文献3)。Therefore, at present, as a cathode active material that can solve such a problem, iron, which is an element abundant in nature, is used, and an iron-based poly (oxo) whose flammability is significantly suppressed by a strong polyanic acid skeleton. ) Anionic materials, especially LiFePO 4, are attracting attention (Non-Patent Document 3).

Solid State Ionics,3−4,171−174,1981Solid State Inics, 3-4, 171-174, 1981 J.Electrochem.Soc.,151(6),A914−A921,2004J. Electrochem. Soc. , 151 (6), A914-A9211,2004 J.Electrochem.Soc.,144(4),1188−1194,1997J. Electrochem. Soc. , 144 (4), 1188-1194, 1997

しかしながら、LiFePOは、1分子あたり1Li分しか可逆的に挿入及び脱離をすることができないため充放電容量が低く、高い充放電容量を達成するために1Li以上の脱離及び挿入が可能な正極活物質が求められている。However, LiFePO 4 has a low charge / discharge capacity because it can reversibly insert and desorb only 1 Li + per molecule, and desorption and insertion of 1 Li + or more is required to achieve a high charge / discharge capacity. A possible positive electrode active material is required.

本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン二次電池用正極活物質として有用な新規化合物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a current situation, and an object of the present invention is to provide a novel compound useful as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.

本発明者らは、上記した本発明の課題を解決すべく鋭意検討を重ねてきた。その結果、特定の組成を有するリチウム鉄マンガン系複合酸化物の合成に成功した。さらに、当該リチウム鉄マンガン系複合酸化物は、リチウムイオンの挿入及び脱離が可能であり、リチウムイオン二次電池用正極活物質として使用できる程度に高い理論充放電容量を示すことを見出した。本発明者らは、これらの知見に基づいてさらなる研究を重ねることにより本発明を完成させるに至った。 The present inventors have made extensive studies to solve the above-mentioned problems of the present invention. As a result, we succeeded in synthesizing a lithium iron-manganese-based composite oxide having a specific composition. Furthermore, it has been found that the lithium iron-manganese-based composite oxide is capable of inserting and removing lithium ions and exhibits a theoretical charge / discharge capacity high enough to be used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. The present inventors have completed the present invention by repeating further research based on these findings.

即ち、本発明は、代表的には以下の項に記載の主題を包含する。
項1.
組成式:
Li1+mFeMn2−x4
[式中、mは0<m≦2を示す。xは0<x≦1を示す。]
で表されるリチウム鉄マンガン系複合酸化物。
項2.
正方晶構造又は立方晶構造を有する、上記項1に記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物。
項3.
岩塩型構造を有する、上記項1又は2に記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物。
項4.
平均粒子径が0.01〜50μmである、上記項1〜3のいずれかに記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物。
項5.
リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を加熱する工程を含む、上記項1〜4のいずれかに記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物の製造方法。
項6.
加熱温度が600℃以上である、上記項5に記載の方法。
項7.
上記項1〜4のいずれかに記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物を含む、リチウムイオン二次電池用正極活物質。
項8.
上記項7に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含む、リチウムイオン二次電池用正極。
項9.
さらに、導電助剤を含む、上記項8に記載のリチウムイオン二次電池用正極。
項10.
上記項8又は9に記載のリチウムイオン二次電池用正極を含む、リチウムイオン二次電池。
That is, the present invention typically includes the subjects described in the following sections.
Item 1.
Composition formula:
Li 1 + m Fe x Mn 2-x O 4
[In the formula, m indicates 0 <m ≦ 2. x indicates 0 <x ≦ 1. ]
Lithium iron-manganese-based composite oxide represented by.
Item 2.
Item 2. The lithium iron-manganese-based composite oxide according to Item 1, which has a tetragonal structure or a cubic structure.
Item 3.
Item 2. The lithium iron-manganese-based composite oxide according to Item 1 or 2, which has a rock salt type structure.
Item 4.
The lithium iron-manganese-based composite oxide according to any one of Items 1 to 3 above, which has an average particle size of 0.01 to 50 μm.
Item 5.
The method for producing a lithium iron-manganese-based composite oxide according to any one of Items 1 to 4, which comprises a step of heating a mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen.
Item 6.
Item 5. The method according to Item 5, wherein the heating temperature is 600 ° C. or higher.
Item 7.
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery containing the lithium iron-manganese-based composite oxide according to any one of Items 1 to 4 above.
Item 8.
A positive electrode for a lithium ion secondary battery, which comprises the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to item 7 above.
Item 9.
The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to item 8 above, further comprising a conductive auxiliary agent.
Item 10.
A lithium ion secondary battery including the positive electrode for the lithium ion secondary battery according to the above item 8 or 9.

本発明のリチウム鉄マンガン系複合酸化物は、一つ以上のリチウムイオンを脱離及び挿入することができるため、リチウムイオン二次電池用正極活物質として使用することができる。特に、本発明のリチウム鉄マンガン系複合酸化物を正極活物質として用いることにより、高い充放電容量を発揮するリチウムイオン二次電池とすることができる。 Since the lithium iron-manganese-based composite oxide of the present invention can desorb and insert one or more lithium ions, it can be used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. In particular, by using the lithium iron-manganese-based composite oxide of the present invention as the positive electrode active material, a lithium ion secondary battery exhibiting a high charge / discharge capacity can be obtained.

実施例1で得られたLiFeMnOのX線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the X-ray diffraction pattern of Li 2 FemnO 4 obtained in Example 1. FIG. 実施例1において焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOのX線回折パターンと、他のリチウムマンガン系複合酸化物(LiNiMnO、LiCoMnO、及びLiMn)のX線回折パターンと比較した結果を示す図である。 The X-ray diffraction pattern of Li 2 FemnO 4 obtained when the firing temperature was set to 800 ° C. in Example 1 and other lithium manganese-based composite oxides (Li 2 NimnO 4 , Li 2 ComnO 4, and Li 2 MnO 4). It is a figure which shows the result of having compared with the X-ray diffraction pattern of 2 O 4). 実施例1において焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOの走査型電子顕微鏡(SEM)による観察結果を示す図である。It is a figure which shows the observation result by the scanning electron microscope (SEM) of Li 2 FemnO 4 obtained when the firing temperature was set to 800 degreeC in Example 1. FIG. 実施例2で用いた試験用セルの断面図である。It is sectional drawing of the test cell used in Example 2. FIG. 実施例2で行った充放電特性の測定結果(0.05Cレート;55℃)を示す図である。It is a figure which shows the measurement result (0.05C rate; 55 degreeC) of the charge / discharge characteristic performed in Example 2. 実施例2で行った充放電特性の測定結果(0.05Cレート;25℃)を示す図である。It is a figure which shows the measurement result (0.05C rate; 25 degreeC) of the charge / discharge characteristic performed in Example 2. 実施例2で行った充放電特性の測定結果(0.1Cレート)を示す図である。It is a figure which shows the measurement result (0.1C rate) of the charge / discharge characteristic performed in Example 2. FIG. 実施例2で行ったカーボンとPVDFのみの電極の充放電特性の測定結果を示す。The measurement result of the charge / discharge characteristics of the electrode of only carbon and PVDF performed in Example 2 is shown. 実施例2で行ったレート特性の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the rate characteristic performed in Example 2. 実施例2で行った充放電特性の測定結果(0.05Cレート)を示す図である。なお、放電から開始した結果である。It is a figure which shows the measurement result (0.05C rate) of the charge / discharge characteristic performed in Example 2. It should be noted that this is the result of starting from discharge. 比較例1で得られたLiFeMnOのX線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the X-ray diffraction pattern of LiFeMnO 4 obtained in the comparative example 1. FIG. 比較例1において焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOの走査型電子顕微鏡(SEM)による観察結果を示す図である。It is a figure which shows the observation result by the scanning electron microscope (SEM) of LiFeMnO 4 obtained when the firing temperature was set to 800 degreeC in Comparative Example 1. 比較例2で行った初期充放電特性の測定結果(0.05Cレート;55℃)を示す。The measurement result (0.05C rate; 55 ° C.) of the initial charge / discharge characteristics performed in Comparative Example 2 is shown. 比較例2で行った高次サイクルにおける充放電特性の測定結果(0.05Cレート;55℃)を示す。The measurement result (0.05C rate; 55 ° C.) of the charge / discharge characteristics in the higher-order cycle performed in Comparative Example 2 is shown.

以下、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書において、数値範囲を示す場合、当該数値範囲はいずれも両端の数値を含む。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present specification, when a numerical range is indicated, the numerical range includes the numerical values at both ends.

1.リチウム鉄マンガン系複合酸化物
本発明のリチウム鉄マンガン系複合酸化物は、組成式:
Li1+mFeMn2−x4
[式中、mは0<m≦2を示す。xは0<x≦1を示す。]
で表される化合物である。なお、以下において、当該化合物を「本発明の化合物」と記載する場合がある。
1. 1. Lithium iron-manganese-based composite oxide The lithium iron-manganese-based composite oxide of the present invention has a composition formula:
Li 1 + m Fe x Mn 2-x O 4
[In the formula, m indicates 0 <m ≦ 2. x indicates 0 <x ≦ 1. ]
It is a compound represented by. In the following, the compound may be referred to as "the compound of the present invention".

上記組成式において、mは、0<m≦2であり、リチウムイオンの挿入及び脱離のし易さ、並びに容量及び電位の観点からは、0<m≦1.5が好ましく、0.5≦m≦1.5がより好ましく、0.75≦m≦1.25がさらに好ましい。xは、0<x≦1であり、リチウムイオンの挿入及び脱離のし易さ、並びに容量及び電位の観点からは、0.25≦x≦1が好ましく、0.5≦x≦1がより好ましく、0.75≦x≦1がさらに好ましい。 In the above composition formula, m is 0 <m ≦ 2, and from the viewpoint of ease of insertion and desorption of lithium ions, capacity and potential, 0 <m ≦ 1.5 is preferable, and 0.5. ≦ m ≦ 1.5 is more preferable, and 0.75 ≦ m ≦ 1.25 is even more preferable. x is 0 <x ≦ 1, and 0.25 ≦ x ≦ 1 is preferable, and 0.5 ≦ x ≦ 1 is preferable from the viewpoint of ease of insertion and desorption of lithium ions, as well as capacitance and potential. More preferably, 0.75 ≦ x ≦ 1 is even more preferable.

本発明の化合物としては、具体的には、LiFeMnOが挙げられる。Specific examples of the compound of the present invention include Li 2 FemnO 4 .

本発明の化合物の結晶構造は、正方晶構造又は立方晶構造であることが好ましく、正方晶構造であることがより好ましい。特に、本発明の化合物は、正方晶構造又は立方晶構造が主相であることが好ましく、正方晶構造が主相であることがより好ましい。本発明の化合物において、主相である結晶構造の存在量は特に限定的ではなく、本発明の化合物全体を基準として80mol%以上であることが好ましく、90mol%以上であることがより好ましい。このため、本発明の化合物は、単相の結晶構造からなる材料とすることもできるし、本発明の効果を損なわない範囲で、他の結晶構造を有する材料とすることもできる。なお、本発明の化合物の結晶構造は、X線回折測定により確認することができる。また、本発明の化合物が正方晶構造である場合、岩塩型構造であることが好ましい。 The crystal structure of the compound of the present invention is preferably a tetragonal structure or a cubic structure, and more preferably a tetragonal structure. In particular, the compound of the present invention preferably has a tetragonal structure or a cubic structure as the main phase, and more preferably has a tetragonal structure as the main phase. In the compound of the present invention, the abundance of the crystal structure as the main phase is not particularly limited, and is preferably 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more, based on the entire compound of the present invention. Therefore, the compound of the present invention can be a material having a single-phase crystal structure, or can be a material having another crystal structure as long as the effects of the present invention are not impaired. The crystal structure of the compound of the present invention can be confirmed by X-ray diffraction measurement. When the compound of the present invention has a tetragonal structure, it preferably has a rock salt structure.

本発明の化合物は、CuKα線によるX線回折図において、種々の位置にピークを有する。例えば、回折角2θが18〜20°、37〜39°、43〜45°、61〜68°、70〜77°、及び78〜82°等にピークを有することが好ましい。中でも、43〜45°に最も高いピークを、61〜68°に2番目に高いピークを有することが好ましい。 The compound of the present invention has peaks at various positions in an X-ray diffraction pattern using CuKα rays. For example, it is preferable that the diffraction angle 2θ has peaks at 18 to 20 °, 37 to 39 °, 43 to 45 °, 61 to 68 °, 70 to 77 °, 78 to 82 ° and the like. Among them, it is preferable to have the highest peak at 43 to 45 ° and the second highest peak at 61 to 68 °.

本発明の化合物の平均粒子径は特に限定的ではなく、性能向上の観点から0.01〜50μmであることが好ましく、0.1〜50μmであることがより好ましく、0.5〜25μmであることがさらに好ましい。なお、本発明の化合物の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)により確認することができる。 The average particle size of the compound of the present invention is not particularly limited, and is preferably 0.01 to 50 μm, more preferably 0.1 to 50 μm, and 0.5 to 25 μm from the viewpoint of improving performance. Is even more preferable. The average particle size of the compound of the present invention can be confirmed by a scanning electron microscope (SEM).

2.リチウム鉄マンガン系複合酸化物の製造方法
本発明の化合物の製造方法は、リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を加熱する工程を含む。なお、以下において、本発明の化合物の製造方法を「本発明の製造方法」と記載する場合がある。
2. Method for Producing Lithium Iron-Manganese-based Composite Oxide The method for producing a compound of the present invention includes a step of heating a mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen. In the following, the method for producing the compound of the present invention may be referred to as "the method for producing the present invention".

本発明の製造方法において、リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を得るための原料化合物としては、最終的に混合物中にリチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とが所定の比率で含まれていればよく、例えば、リチウム含有化合物、鉄含有化合物、マンガン含有化合物、酸素含有化合物等を用いることができる。 In the production method of the present invention, as a raw material compound for obtaining a mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen, lithium, iron, manganese, and oxygen are finally predetermined in the mixture. It may be contained in a ratio, and for example, a lithium-containing compound, an iron-containing compound, a manganese-containing compound, an oxygen-containing compound, or the like can be used.

リチウム含有化合物、鉄含有化合物、マンガン含有化合物、酸素含有化合物等の各化合物の種類については特に限定的ではなく、リチウム、鉄、マンガン、及び酸素の各元素を1種類ずつ含む4種類又はそれ以上の化合物を混合して用いることもでき、また、リチウム、鉄、マンガン及び酸素のうち、2種類又はそれ以上の元素を同時に含む化合物を原料の一部として用い、4種類未満の化合物を混合して用いることもできる。 The types of each compound such as lithium-containing compounds, iron-containing compounds, manganese-containing compounds, and oxygen-containing compounds are not particularly limited, and four or more types containing one element each of lithium, iron, manganese, and oxygen are used. Can be used as a mixture of the above compounds, or a compound containing two or more elements of lithium, iron, manganese and oxygen at the same time is used as a part of the raw material, and less than four kinds of compounds are mixed. Can also be used.

これらの原料化合物としては、リチウム、鉄、マンガン、及び酸素以外の金属元素(特に、希少金属元素)を含まない化合物が好ましい。また、原料化合物中に含まれるリチウム、鉄、マンガン、及び酸素の各元素以外の元素については、後述する加熱処理により離脱又は揮発していくものであることが好ましい。 As these raw material compounds, compounds containing no metal elements other than lithium, iron, manganese, and oxygen (particularly, rare metal elements) are preferable. Further, it is preferable that the elements other than the lithium, iron, manganese, and oxygen elements contained in the raw material compound are separated or volatilized by the heat treatment described later.

このような原料化合物の具体例としては以下の化合物が挙げられる。 Specific examples of such a raw material compound include the following compounds.

リチウム含有化合物としては、金属リチウム(Li);酸化リチウム(LiO);臭化リチウム(LiBr);フッ化リチウム(LiF);ヨウ化リチウム(LiI);シュウ酸リチウム(Li);水酸化リチウム(LiOH);硝酸リチウム(LiNO);塩化リチウム(LiCl);炭酸リチウム(LiCO)などが挙げられる。Examples of the lithium-containing compound include metallic lithium (Li); lithium oxide (Li 2 O); lithium bromide (LiBr); lithium fluoride (LiF); lithium iodide (Li I); lithium oxalate (Li 2 C 2 O). 4 ); Lithium hydroxide (LiOH); Lithium nitrate (LiNO 3 ); Lithium chloride (LiCl); Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and the like.

鉄含有化合物としては、金属鉄(Fe);酸化鉄(II)(FeO)、酸化鉄(III)(Fe)等の鉄酸化物;臭化鉄(II)(FeBr)、塩化鉄(II)(FeCl);水酸化鉄(II)(Fe(OH))、水酸化鉄(III)(Fe(OH))等の鉄水酸化物;炭酸鉄(II)(FeCO)、炭酸鉄(III)(Fe(CO)等の鉄炭酸塩;シュウ酸鉄(II)(FeC)等が挙げられる。Examples of the iron-containing compound include metallic iron (Fe); iron oxides such as iron (II) (FeO) and iron oxide (III) (Fe 2 O 3 ); iron bromide (II) (FeBr 2 ) and chloride. Iron (II) (FeCl 2 ); Iron hydroxides such as iron (II) hydroxide (Fe (OH) 2 ), iron (III) hydroxide (Fe (OH) 3 ); iron (II) carbonate (FeCO) 3 ), iron carbonates such as iron (III) carbonate (Fe 2 (CO 3 ) 3 ); iron (II) oxalate (FeC 2 O 4 ) and the like.

マンガン含有化合物としては、金属マンガン(Mn);酸化マンガン(II)(MnO)、酸化マンガン(IV)(MnO)等のマンガン酸化物;水酸化マンガン(II)(Mn(OH))、水酸化マンガン(IV)(Mn(OH))等のマンガン水酸化物;炭酸マンガン(II)(MnCO)等のマンガン炭酸塩;シュウ酸マンガン(II)(MnC)等が挙げられる。Examples of the manganese-containing compound include metallic manganese (Mn); manganese oxides such as manganese oxide (II) (MnO) and manganese oxide (IV) (MnO 2 ); manganese hydroxide (II) (Mn (OH) 2 ), Manganese hydroxides such as manganese hydroxide (IV) (Mn (OH) 4 ); manganese carbonates such as manganese (II) carbonate (MnCO 3 ); manganese oxalate (II) (MnC 2 O 4 ) and the like. Be done.

酸素含有化合物としては、水酸化リチウム(LiOH);炭酸リチウム(LiCO);酸化鉄(II)(FeO)、酸化鉄(III)(Fe)等の鉄酸化物;水酸化鉄(II)(Fe(OH))、水酸化鉄(III)(Fe(OH))等の鉄水酸化物;炭酸鉄(II)(FeCO)、炭酸鉄(III)(Fe(CO)等の鉄炭酸塩;シュウ酸鉄(II)(FeC);酸化マンガン(II)(MnO)、酸化マンガン(IV)(MnO)等のマンガン酸化物;水酸化マンガン(II)(Mn(OH))、水酸化マンガン(IV)(Mn(OH))等のマンガン水酸化物;炭酸マンガン(II)(MnCO)等のマンガン炭酸塩;シュウ酸マンガン(II)(MnC)等が挙げられる。Oxygen-containing compounds include lithium hydroxide (LiOH); lithium carbonate (Li 2 CO 3 ); iron oxides such as iron (II) (FeO) and iron (III) oxide (Fe 2 O 3 ); hydroxide. Iron hydroxides such as iron (II) (Fe (OH) 2 ), iron hydroxide (III) (Fe (OH) 3 ); iron (II) carbonate (FeCO 3 ), iron (III) carbonate (Fe 2) Iron carbonates such as (CO 3 ) 3 ); manganese oxides such as iron (II) oxalate (FeC 2 O 4 ); manganese oxide (II) (MnO), manganese oxide (IV) (MnO 2 ); water Manganese hydroxides such as manganese oxide (II) (Mn (OH) 2 ) and manganese hydroxide (IV) (Mn (OH) 4 ); manganese carbonates such as manganese (II) carbonate (MnCO 3 ); oxalic acid Examples thereof include manganese (II) (MnC 2 O 4 ).

なお、これらの原料化合物は水和物を使用することもできる。 In addition, hydrate can also be used as these raw material compounds.

また、本発明の製造方法において使用する原料化合物は、市販品を用いることもできるし、適宜合成して使用することもできる。各原料化合物を合成する場合の合成方法は特に限定的ではなく、公知の方法に従って行うことができる。 Further, as the raw material compound used in the production method of the present invention, a commercially available product can be used, or it can be appropriately synthesized and used. The synthesis method for synthesizing each raw material compound is not particularly limited, and can be carried out according to a known method.

これら原料化合物の形状については特に制限されない。取り扱い易さ等の観点からは、粉末状であることが好ましい。また、反応性の観点からは、粒子が微細である方が好ましく、平均粒子径が1μm以下(好ましくは、10〜200nm程度、特に好ましくは60〜80nm程度)の粉末状であることがより好ましい。なお、原料化合物の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)により測定することができる。 The shape of these raw material compounds is not particularly limited. From the viewpoint of ease of handling and the like, it is preferably in the form of powder. From the viewpoint of reactivity, it is preferable that the particles are fine, and it is more preferable that the particles are in the form of a powder having an average particle diameter of 1 μm or less (preferably about 10 to 200 nm, particularly preferably about 60 to 80 nm). .. The average particle size of the raw material compound can be measured by a scanning electron microscope (SEM).

リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物は、上記した原料化合物のうち必要な材料を混合することにより得ることができる。 A mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen can be obtained by mixing a necessary material among the above-mentioned raw material compounds.

各原料化合物の混合割合については特に限定的ではなく、最終生成物である本発明の化合物が有する組成となるように混合することが好ましい。原料化合物の混合割合は、原料化合物に含まれる各元素の比率が、生成される本発明の化合物中の各元素の比率と同一となるようにすることが好ましい。 The mixing ratio of each raw material compound is not particularly limited, and it is preferable to mix them so as to have the composition of the compound of the present invention which is the final product. The mixing ratio of the raw material compound is preferably such that the ratio of each element contained in the raw material compound is the same as the ratio of each element in the produced compound of the present invention.

リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を調製するための方法としては特に限定的ではなく、各原料化合物を均一に混合できる方法を採用することができる。例えば、乳鉢混合、メカニカルミリング処理、共沈法、各原料化合物を溶媒中に分散させた後に混合する方法、各原料化合物を溶媒中で一度に分散させて混合させる方法などを採用することができる。これらの中でも、乳鉢混合を採用することにより簡便な方法によって混合物を得ることができ、また、共沈法を採用することにより均一な混合物を得ることができる。 The method for preparing a mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen is not particularly limited, and a method capable of uniformly mixing each raw material compound can be adopted. For example, mortar mixing, mechanical milling treatment, coprecipitation method, a method of dispersing each raw material compound in a solvent and then mixing, a method of dispersing each raw material compound in a solvent at once and mixing, etc. can be adopted. .. Among these, a mixture can be obtained by a simple method by adopting the mortar mixing method, and a uniform mixture can be obtained by adopting the coprecipitation method.

また、混合手段としてメカニカルミリング処理を行う場合、メカニカルミリング装置としては、例えば、ボールミル、振動ミル、ターボミル、ディスクミル等を用いることができ、中でもボールミルが好ましい。また、メカニカルミリング処理を行う場合には、混合と加熱を同時に行うことが好ましい。 Further, when the mechanical milling process is performed as the mixing means, for example, a ball mill, a vibration mill, a turbo mill, a disc mill or the like can be used as the mechanical milling device, and the ball mill is particularly preferable. Further, when performing the mechanical milling treatment, it is preferable to perform mixing and heating at the same time.

混合時及び加熱時の雰囲気は不活性雰囲気であれば特に限定的ではなく、例えば、アルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気、水素ガス雰囲気などを採用することができる。また、真空等の減圧下で混合及び加熱を行ってもよい。 The atmosphere during mixing and heating is not particularly limited as long as it is an inert atmosphere, and for example, an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen, a hydrogen gas atmosphere, or the like can be adopted. Further, mixing and heating may be performed under reduced pressure such as vacuum.

リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を加熱する際に、加熱温度としては特に限定的ではなく、得られる本発明の化合物の結晶性及び電極特性(容量及び電位)をより向上させる観点から、600℃以上とすることが好ましく、700℃以上とすることがより好ましく、800℃以上とすることがさらに好ましく、900℃以上とすることが特に好ましい。なお、加熱温度の上限については特に限定的ではなく、本発明の化合物の製造を容易に行うことができる程度の温度(例えば、1500℃程度)であればよい。換言すると、加熱温度としては、600〜1500℃とすることが好ましく、700〜1500℃とすることがより好ましく、800〜1500℃とすることがさらに好ましく、900〜1500℃とすることが特に好ましい。 When heating a mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen, the heating temperature is not particularly limited, and the crystallinity and electrode characteristics (capacity and potential) of the obtained compound of the present invention are further improved. From the viewpoint of increasing the temperature, the temperature is preferably 600 ° C. or higher, more preferably 700 ° C. or higher, further preferably 800 ° C. or higher, and particularly preferably 900 ° C. or higher. The upper limit of the heating temperature is not particularly limited, and may be a temperature at which the compound of the present invention can be easily produced (for example, about 1500 ° C.). In other words, the heating temperature is preferably 600 to 1500 ° C, more preferably 700 to 1500 ° C, further preferably 800 to 1500 ° C, and particularly preferably 900 to 1500 ° C. ..

3.リチウムイオン二次電池用正極活物質
本発明の化合物は、上記した組成及び結晶構造を有しているため、リチウムイオンを挿入及び脱離できることから、リチウムイオン二次電池用正極活物質として用いることができる。従って、本発明は、上記した本発明の化合物を含むリチウムイオン二次電池用正極活物質を包含する。なお、以下において、本発明の化合物を含むリチウムイオン二次電池用正極活物質を「本発明の正極活物質」と記載する場合がある。
3. 3. Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Battery Since the compound of the present invention has the above-mentioned composition and crystal structure, lithium ions can be inserted and removed, so that it should be used as a positive electrode active material for lithium ion secondary battery. Can be done. Therefore, the present invention includes the above-mentioned positive electrode active material for a lithium ion secondary battery containing the compound of the present invention. In the following, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery containing the compound of the present invention may be referred to as "the positive electrode active material of the present invention".

本発明の正極活物質は、上記した本発明の化合物と炭素材料(例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラックなどの材料)とが複合体を形成していてもよい。これにより、焼成時に炭素材料が粒子成長を抑制するため、電極特性に優れた微粒子のリチウムイオン二次電池用正極活物質を得ることが可能となる。この場合、炭素材料の含有量は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質中に好ましくは1〜30質量%、より好ましくは3〜20質量%、特に好ましくは5〜15質量%である。 In the positive electrode active material of the present invention, the compound of the present invention described above and a carbon material (for example, a material such as carbon black such as acetylene black) may form a composite. As a result, since the carbon material suppresses particle growth during firing, it becomes possible to obtain a fine particle positive electrode active material for a lithium ion secondary battery having excellent electrode characteristics. In this case, the content of the carbon material is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 3 to 20% by mass, and particularly preferably 5 to 15% by mass in the positive electrode active material for the lithium ion secondary battery of the present invention. be.

本発明の正極活物質は、上記した本発明の化合物を含有している。本発明の正極活物質は、上記した本発明の化合物のみで構成されていてもよいし、本発明の化合物の他に不可避不純物を含んでいてもよい。このような不可避不純物としては、上記した原料化合物などを挙げられる。不可避不純物の含有量としては、本発明の効果を損なわない範囲で、10mol%以下、好ましくは5mol%以下、より好ましくは2mol%以下である。 The positive electrode active material of the present invention contains the above-mentioned compound of the present invention. The positive electrode active material of the present invention may be composed only of the above-mentioned compound of the present invention, or may contain unavoidable impurities in addition to the compound of the present invention. Examples of such unavoidable impurities include the above-mentioned raw material compounds. The content of unavoidable impurities is 10 mol% or less, preferably 5 mol% or less, and more preferably 2 mol% or less as long as the effect of the present invention is not impaired.

4.リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池
本発明のリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池は、上記した本発明の化合物を正極活物質として使用すること以外は、基本的な構造は、公知の非水電解液(非水系)リチウムイオン二次電池用正極及び非水電解液(非水系)リチウムイオン二次電池と同様の構成を採用することができる。例えば、正極、負極、及びセパレータを、当該正極及び負極がセパレータによって互いに隔離されるように電池容器内に配置することができる。その後、非水電解液を当該電池容器内に充填した後、当該電池容器を密封することなどによって本発明のリチウムイオン二次電池を製造することができる。なお、本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウム二次電池であってもよい。本明細書において、「リチウムイオン二次電池」は、リチウムイオンをキャリアイオンとする二次電池を意味し、「リチウム二次電池」は、負極活物質としてリチウム金属又はリチウム合金を使用する二次電池を意味する。
4. Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery The positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery of the present invention are basically basic except that the above-mentioned compound of the present invention is used as a positive electrode active material. As the structure, a positive electrode for a known non-aqueous electrolyte (non-aqueous) lithium ion secondary battery and a structure similar to that of a non-aqueous electrolyte (non-aqueous) lithium ion secondary battery can be adopted. For example, the positive electrode, the negative electrode, and the separator can be arranged in the battery container so that the positive electrode and the negative electrode are separated from each other by the separator. Then, the lithium ion secondary battery of the present invention can be manufactured by filling the battery container with a non-aqueous electrolytic solution and then sealing the battery container. The lithium ion secondary battery of the present invention may be a lithium secondary battery. In the present specification, the "lithium ion secondary battery" means a secondary battery using lithium ions as carrier ions, and the "lithium secondary battery" is a secondary battery using a lithium metal or a lithium alloy as a negative electrode active material. Means a battery.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、上記した本発明の化合物を含む正極活物質を正極集電体に担持した構造を採用することができる。例えば、上記した本発明の化合物、導電助剤、及び必要に応じて結着剤を含有する正極材料を、正極集電体に塗布することにより製造することができる。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention can adopt a structure in which the positive electrode active material containing the compound of the present invention described above is supported on a positive electrode current collector. For example, it can be produced by applying the above-mentioned compound of the present invention, a conductive auxiliary agent, and a positive electrode material containing a binder, if necessary, to a positive electrode current collector.

導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、気相法炭素繊維、カーボンナノファイバー、黒鉛、コークス類等の炭素材料を用いることができる。導電助剤の形状は特に限定的ではなく、例えば、粉末状等を採用することができる。 As the conductive auxiliary agent, for example, carbon materials such as acetylene black, ketjen black, carbon nanotubes, vapor-phase carbon fibers, carbon nanofibers, graphite, and cokes can be used. The shape of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, and for example, a powder or the like can be adopted.

結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を用いることができる。 As the binder, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride resin or polytetrafluoroethylene can be used.

正極材料中の各種成分の含有量としては特に限定的ではなく、広い範囲内から適宜決定することができる。例えば、上記した本発明の化合物を50〜95体積%(特に、70〜90体積%)、導電助剤を2.5〜25体積%(特に、5〜15体積%)、及び結着剤を2.5〜25体積%(特に、5〜15体積%)含有することが好ましい。 The content of various components in the positive electrode material is not particularly limited and can be appropriately determined from a wide range. For example, the compound of the present invention described above is 50 to 95% by volume (particularly 70 to 90% by volume), the conductive auxiliary agent is 2.5 to 25% by volume (particularly 5 to 15% by volume), and the binder is used. It is preferably contained in an amount of 2.5 to 25% by volume (particularly, 5 to 15% by volume).

正極集電体を構成する材料としては、例えば、アルミニウム、白金、モリブデン、ステンレス等が挙げられる。正極集電体の形状としては、例えば、多孔質体、箔、板、繊維からなるメッシュ等が挙げられる。 Examples of the material constituting the positive electrode current collector include aluminum, platinum, molybdenum, and stainless steel. Examples of the shape of the positive electrode current collector include a porous body, a foil, a plate, and a mesh made of fibers.

なお、正極集電体に対する正極材料の塗布量は特に限定的ではなく、リチウムイオン二次電池の用途等に応じて適宜決定することが好ましい。 The amount of the positive electrode material applied to the positive electrode current collector is not particularly limited, and is preferably determined as appropriate according to the application of the lithium ion secondary battery and the like.

負極を構成する負極活物質としては、例えば、リチウム金属;ケイ素;ケイ素含有Clathrate化合物;リチウム合金;M (M:Co、Ni、Mn、Sn等、M:Mn、Fe、Zn等)で表される三元又は四元酸化物;M (M:Fe、Co、Ni、Mn等)、M (M:Fe、Co、Ni、Mn等)、MnV、M(M:Sn、Ti等)、MO(M:Fe、Co、Ni、Mn、Sn、Cu等)等で表される金属酸化物;黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラフェン;上記した炭素材料;Li、Li、Li16などのような有機系化合物等が挙げられる。Examples of the negative electrode active material constituting the negative electrode include lithium metal; silicon; silicon-containing Krathrate compound; lithium alloy; M 1 M 2 2 O 4 (M 1 : Co, Ni, Mn, Sn, etc., M 2 : Mn, etc. Three-dimensional or quaternary oxide represented by Fe, Zn, etc.); M 3 3 O 4 (M 3 : Fe, Co, Ni, Mn, etc.), M 4 2 O 3 (M 4 : Fe, Co, Ni) , Mn, etc.), MnV 2 O 6 , M 5 O 2 (M 5 : Sn, Ti, etc.), M 6 O (M 6 : Fe, Co, Ni, Mn, Sn, Cu, etc.) Oxides; graphite, hard carbon, soft carbon, graphene; carbon materials mentioned above; organic systems such as Li 2 C 6 H 4 O 4 , Li 2 C 8 H 4 O 4 , Li 2 C 16 H 8 O 4 and the like. Examples include compounds.

リチウム合金としては、例えば、リチウム及びアルミニウムを構成元素として含む合金、リチウム及び亜鉛を構成元素として含む合金、リチウム及び鉛を構成元素として含む合金、リチウム及びマンガンを構成元素として含む合金、リチウム及びビスマスを構成成分として含む合金、リチウム及びニッケルを構成元素として含む合金、リチウム及びアンチモンを構成元素として含む合金、リチウム及びスズを構成元素として含む合金、リチウム及びインジウムを構成元素として含む合金;金属(スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル等)とカーボンを構成元素として含むMXene系合金、M BC系合金(M:Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta等)等の四元系層状炭化又は窒化化合物等が挙げられる。Examples of lithium alloys include alloys containing lithium and aluminum as constituent elements, alloys containing lithium and zinc as constituent elements, alloys containing lithium and lead as constituent elements, alloys containing lithium and manganese as constituent elements, lithium and bismuth. Alloys containing lithium and nickel as constituent elements, alloys containing lithium and antimony as constituent elements, alloys containing lithium and tin as constituent elements, alloys containing lithium and indium as constituent elements; metals (scandium) , titanium, vanadium, chromium, zirconium, niobium, molybdenum, hafnium, MXene based alloy containing as constituent elements carbon and tantalum), M 7 x BC 3 alloy (M 7: Sc, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, etc.) and the like are quaternary layered carbonized or nitrided compounds.

負極は、負極活物質から構成することもでき、また、負極活物質、導電助剤、及び必要に応じて結着剤を含有する負極材料が負極集電体上に担持する構成を採用することもできる。負極材料が負極集電体上に担持する構成を採用する場合、負極活物質、導電助剤、及び必要に応じて結着剤を含有する負極合剤を、負極集電体に塗布することで製造することができる。 The negative electrode may be composed of a negative electrode active material, and a negative electrode material containing a negative electrode active material, a conductive auxiliary agent, and, if necessary, a binder shall be supported on the negative electrode current collector. You can also. When adopting a configuration in which the negative electrode material is supported on the negative electrode current collector, a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a conductive auxiliary agent, and, if necessary, a binder is applied to the negative electrode current collector. Can be manufactured.

負極が負極活物質から構成する場合、上記の負極活物質を電極に適した形状(板状等)
に成形して得ることができる。
When the negative electrode is composed of a negative electrode active material, the above negative electrode active material has a shape suitable for the electrode (plate shape, etc.).
Can be obtained by molding into.

また、負極材料が負極集電体上に担持する構成を採用する場合、導電助剤及び結着剤の種類、並びに負極活物質、導電助剤及び結着剤の含有量は上記した正極のものを適用することができる。負極集電体を構成する材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等が挙げられる。前記負極集電体の形状としては、例えば、多孔質体、箔、板、繊維からなるメッシュ等が挙げられる。なお、負極集電体に対する負極材料の塗布量は、リチウムイオン二次電池の用途等に応じて適宜決定することが好ましい。 Further, when the structure in which the negative electrode material is supported on the negative electrode current collector is adopted, the types of the conductive auxiliary agent and the binder, and the contents of the negative electrode active material, the conductive auxiliary agent and the binder are those of the above-mentioned positive electrode. Can be applied. Examples of the material constituting the negative electrode current collector include aluminum, copper, nickel, stainless steel and the like. Examples of the shape of the negative electrode current collector include a porous body, a foil, a plate, and a mesh made of fibers. The amount of the negative electrode material applied to the negative electrode current collector is preferably determined as appropriate according to the application of the lithium ion secondary battery and the like.

セパレータとしては、電池中で正極と負極とを隔離し、かつ電解液を保持して正極と負極との間のイオン伝導性を確保することができる材料からなるものであれば制限はない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、末端アミノ化ポリエチレンオキシド等のポリオレフィン樹脂;ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂;アクリル樹脂;ナイロン;芳香族アラミド;無機ガラス;セラミックス等の材質からなり、多孔質膜、不織布、織布等の形態の材料を用いることができる。 The separator is not limited as long as it is made of a material capable of separating the positive electrode and the negative electrode in the battery and holding the electrolytic solution to ensure the ionic conductivity between the positive electrode and the negative electrode. For example, it is made of a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, polyimide, polyvinyl alcohol, terminal amination polyethylene oxide; a fluororesin such as polytetrafluoroethylene; an acrylic resin; nylon; an aromatic aramid; an inorganic glass; and ceramics, and is porous. Materials in the form of a film, a non-woven fabric, a woven cloth, etc. can be used.

非水電解液は、リチウムイオンを含む電解液が好ましい。このような電解液としては、例えば、リチウム塩の溶液、リチウムを含む無機材料で構成されるイオン液体等が挙げられる。 The non-aqueous electrolytic solution is preferably an electrolytic solution containing lithium ions. Examples of such an electrolytic solution include a solution of a lithium salt, an ionic liquid composed of an inorganic material containing lithium, and the like.

リチウム塩としては、例えば、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム等のハロゲン化リチウム、過塩素酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、ヘキサフルオロヒ酸リチウム等のリチウム無機塩化合物;ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドリチウム、ビス(パフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム、安息香酸リチウム、サリチル酸リチウム、フタル酸リチウム、酢酸リチウム、プロピオン酸リチウム、グリニャール試薬等のリチウム有機塩化合物等が挙げられる。 Examples of the lithium salt include lithium halide such as lithium chloride, lithium bromide and lithium iodide, lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, lithium hexafluorophosphate and the like. Compounds: Lithium organic salt compounds such as bis (trifluoromethylsulfonyl) imidelithium, bis (pafluoroethanesulfonyl) imidelithium, lithium benzoate, lithium salicylate, lithium phthalate, lithium acetate, lithium propionate, glignal reagent, etc. Can be mentioned.

また、溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメトルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート化合物;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン化合物;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メトキシメタン、グライム、ジメトキシエタン、ジメトキメタン、ジエトキメタン、ジエトキエタン、プロピレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル化合物;アセトニトリル;N,N−ジメチルホルムアミド;N−プロピル−N−メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等が挙げられる。 Examples of the solvent include carbonate compounds such as propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethol carbonate, ethyl methyl carbonate and diethyl carbonate; lactone compounds such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran and diethyl. Ether compounds such as ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, methoxymethane, glyme, dimethoxyethane, dimethoquimethane, dietoxymethane, dietietan, propylene glycol dimethyl ether; acetonitrile; N, N-dimethylformamide; N-propyl-N-methylpyrrolidinium bis. (Trifluoromethanesulfonyl) imide and the like can be mentioned.

また、上記非水電解液の代わりに固体電解質を使用することもできる。固体電解質としては、例えば、Li10GeP12、Li11、LiLaZr12、La0.51Li0.34TiO2.94等のリチウムイオン伝導体等が列挙される。Further, a solid electrolyte can be used instead of the non-aqueous electrolyte solution. Examples of the solid electrolyte include lithium ion conductors such as Li 10 GeP 2 S 12 , Li 7 P 3 S 11 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94, and the like. Enumerated.

このような本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明の化合物が用いられているので、酸化還元反応(充放電反応)に際し、より高い電位及びエネルギー密度を確保することができ、しかも、安全性(ポリアニオン骨格)及び実用性に優れる。したがって、本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、小型化及び高性能化が求められるデバイス等に好適に用いることができる。 Since the compound of the present invention is used in such a lithium ion secondary battery of the present invention, it is possible to secure a higher potential and energy density in the redox reaction (charge / discharge reaction), and it is safe. Excellent in sex (polyanion skeleton) and practicality. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention can be suitably used for, for example, a device that requires miniaturization and high performance.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

実施例1:Li FeMnO の合成
原料粉体として、LiCO(レアメタリック社製;99.9%(3N))、Fe・2HO(純正化学社製;99.9%(3N))、及びMnO(レアメタリック社製;99.99%(4N))を用いた。LiCO、Fe・2HO、及びMnOをリチウム:鉄:マンガン(モル比)が2:1:1となるように秤量し、ジルコニアボール(15mmΦ×10個)と共にクロム鋼製容器に入れ、アセトンを加えて遊星ボールミル(Fritsch社製、商品名:P−6)にて、400rpmで24時間粉砕混合した。その後、減圧下でアセトンを除去した後、回収した粉末を手押しでペレット成型し、アルゴン気流下にて600℃、700℃、800℃、900℃、又は1000℃で1時間焼成した。このとき、昇温速度を400℃/hとした。また、冷却速度は300℃まで100℃/hとし、以降は自然冷却により室温まで放冷した。得られた各生成物(LiFeMnO)を粉末X線回折(XRD)により確認した。結果を図1に示す。
Example 1: A synthetic material powder of Li 2 FeMnO 4, Li 2 CO 3 ( manufactured by Rare Metallic Co.; 99.9% (3N)), Fe 2 C 2 O 4 · 2H 2 O ( manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd .; 99.9% (3N)) and MnO 2 (manufactured by Rare Metallic; 99.99% (4N)) were used. Li 2 CO 3, Fe 2 C 2 O 4 · 2H 2 O, and lithium MnO 2: Iron Manganese (molar ratio) of 2: 1 were weighed to be 1, the zirconia balls (10 15 mm ×) In a chrome steel container, acetone was added, and the mixture was pulverized and mixed at 400 rpm for 24 hours in a planetary ball mill (manufactured by Frisch, trade name: P-6). Then, after removing acetone under reduced pressure, the recovered powder was manually pellet-molded and calcined at 600 ° C., 700 ° C., 800 ° C., 900 ° C., or 1000 ° C. for 1 hour under an argon stream. At this time, the heating rate was set to 400 ° C./h. The cooling rate was 100 ° C./h up to 300 ° C., and thereafter the mixture was allowed to cool to room temperature by natural cooling. Each of the obtained products (Li 2 FemnO 4 ) was confirmed by powder X-ray diffraction (XRD). The results are shown in FIG.

なお、粉末X線回折(XRD)測定には、X線回折測定装置(リガク社製、商品名:RINT2200)を使用し、X線源はモノクロメーターで単色化されたCuKαを使用した。測定条件は、管電圧を5kV、管電流を300mAとしてデータ収集を行った。このとき、強度を約10000カウントとなるよう、走査速度を設定した。また、測定に使用する試料は粒子が均一となるように十分に粉砕した。構造解析には、リートベルト解析を行い、解析プログラムにはJANA−2006を使用した。 For the powder X-ray diffraction (XRD) measurement, an X-ray diffraction measuring device (manufactured by Rigaku Co., Ltd., trade name: RINT2200) was used, and CuKα monochromated with a monochromator was used as the X-ray source. As the measurement conditions, data was collected with the tube voltage set to 5 kV and the tube current set to 300 mA. At this time, the scanning speed was set so that the intensity was about 10,000 counts. In addition, the sample used for the measurement was sufficiently pulverized so that the particles became uniform. Rietveld analysis was performed for structural analysis, and JANA-2006 was used for the analysis program.

図1から、焼成温度が600℃以上である場合には、少なくとも2θ値30〜65°に複数の主要ピークが見られることが確認された。これらのピークは、単相のLiFeMnOに対応することから、生成物として単相のLiFeMnOが得られていることが分かった。また、前記2θ値35〜65°に見られるピークは、焼成温度が高いほど強いピークとなっていることから、焼成温度は高い方が好ましいことが分かった。From FIG. 1, it was confirmed that when the firing temperature was 600 ° C. or higher, a plurality of major peaks were observed at least at a 2θ value of 30 to 65 °. These peaks, since it corresponds to the Li 2 FeMnO 4 single-phase, Li 2 FeMnO 4 single-phase is found to be obtained as a product. Further, since the peak observed at the 2θ value of 35 to 65 ° becomes stronger as the firing temperature is higher, it was found that the higher the firing temperature is, the more preferable.

また、図1から、得られたLiFeMnOの結晶は、粉末X線回折によるX線回折パターンにおいて、2θで表される回折角度が18〜20°、37〜39°、43〜45°、61〜68°、70〜77°、及び78〜82°にピークを有することが分かった。当該結果から、得られたLiFeMnOの結晶は、正方晶構造(空間群P4/nbm)を有し、格子定数がa=b=3.596〜3.610Å、c=14.366〜14.498Å、α=β=γ=90°であり、単位格子体積(V)が187.2〜187.5Åである結晶であることが分かった。また、c/a=3.9950であることから、得られたLiFeMnOの結晶は、岩塩型構造を有することが分かった。 Further, the crystals of Li 2 FemnO 4 obtained from FIG. 1 have diffraction angles represented by 2θ of 18 to 20 °, 37 to 39 °, and 43 to 45 ° in the X-ray diffraction pattern by powder X-ray diffraction. , 61-68 °, 70-77 °, and 78-82 °. From the results, the obtained Li 2 FemnO 4 crystal has a tetragonal structure (space group P4 / nbm) and has a lattice constant of a = b = 3.596 to 3.610 Å and c = 14.366 to. It was found to be a crystal having 14.498 Å, α = β = γ = 90 °, and a unit lattice volume (V) of 187.2 to 187.5 Å 3. Further, since c / a = 3.9950, it was found that the obtained Li 2 FemnO 4 crystal had a rock salt type structure.

さらに、焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOと、他の既知のリチウムマンガン系複合酸化物(LiNiMnO、LiCoMnO、及びLiMn)とのX線回折パターンを比較した結果を図2に示す。なお、LiNiMnO、LiCoMnO、及びLiMnは、原料化合物を変更したこと以外は上記と同様の方法で合成した試料である。また、LiFeMnO、LiNiMnO、LiCoMnO、及びLiMn、並びにその他の鉄マンガン系複合酸化物(KFeMnO、NaFeMnO、MgFeMnO、LiFeMnO)の各格子定数の比較を下記表1に示す。 Further, Li 2 FemnO 4 obtained when the firing temperature was set to 800 ° C., and other known lithium manganese-based composite oxides (Li 2 NimnO 4 , Li 2 ComnO 4 , and Li 2 Mn 2 O 4 ). The result of comparing the X-ray diffraction patterns of is shown in FIG. In addition, Li 2 NiMnO 4 , Li 2 ComnO 4 , and Li 2 Mn 2 O 4 are samples synthesized by the same method as described above except that the raw material compound is changed. In addition, Li 2 FemnO 4 , Li 2 NimnO 4 , Li 2 ComnO 4 , Li 2 Mn 2 O 4 , and other iron-manganese-based composite oxides (K 2 FemnO 4 , Na 2 FemnO 4 , MgFeMnO 4 , LiFeMnO 4). ) Is shown in Table 1 below.

Figure 0006927579
Figure 0006927579

図2から、LiFeMnOと、他のリチウムマンガン系複合酸化物(LiNiMnO、LiCoMnO、及びLiMn)とは、全く異なるX線回折パターンを示すことが確認された。From FIG. 2, it can be seen that Li 2 FemnO 4 and other lithium manganese-based composite oxides (Li 2 NimnO 4 , Li 2 ComnO 4 , and Li 2 Mn 2 O 4 ) show completely different X-ray diffraction patterns. confirmed.

さらに、焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOを走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。結果を図3に示す。なお、図3中、スケールバーは7.69μmを示す。図3から、粒子径約1〜20μmのLiFeMnOが得られていることが分かった。 Further, Li 2 FemnO 4 obtained when the firing temperature was set to 800 ° C. was observed with a scanning electron microscope (SEM). The results are shown in FIG. In FIG. 3, the scale bar shows 7.69 μm. From FIG. 3, it was found that Li 2 FemnO 4 having a particle size of about 1 to 20 μm was obtained.

実施例2:充放電特性の測定
充放電測定を行うために、上記実施例1において焼成温度800℃の場合に得られたLiFeMnO、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及びアセチレンブラック(AB)が体積比85:7.5:7.5となるようにめのう乳鉢で混合し、得られたスラリーを正極集電体であるアルミニウム箔(厚さ20μm)上に塗布し、これを直径8mmの円形に打ち抜き、正極とした。また、試料が正極集電体から剥がれないようにするため、30〜40mPaで圧着した。
Example 2: Measurement of charge / discharge characteristics Li 2 FeMnO 4 , polyvinylidene fluoride (PVDF), and acetylene black (AB) obtained in Example 1 above when the firing temperature is 800 ° C. Is mixed in a mortar so that the volume ratio is 85: 7.5: 7.5, and the obtained slurry is applied onto an aluminum foil (thickness 20 μm) which is a positive electrode current collector, and this is applied to a diameter of 8 mm. It was punched into a circle to form a positive electrode. Further, in order to prevent the sample from peeling off from the positive electrode current collector, the sample was pressure-bonded at 30 to 40 mPa.

負極には14mmφで打ち抜いた金属リチウムを使用し、セパレータは18mmφで切り抜いた多孔質膜(商品名:celgard 2500)を2枚使用した。電解液は、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を体積比1:2で混合した溶媒に支持電解質としてLiPFを1mol/dmの濃度で溶解した電解液(岸田化学社製)を使用した。電池の作製は、金属リチウムを使用すること、及び電解液に水分が混入した場合に抵抗増分増加の要因となること等の理由により、アルゴン雰囲気下のグローブブックス内で行った。セルは、図4に示すCR2032型コインセルを用いた。定電流充放電特性の測定は、0.05Cレート又は0.1Cレートで、電圧切り替え器を用い、電流10mA/g、上限電圧4.8V、下限電圧1.5Vに設定し、充電より開始した。また、充放電測定は、55℃恒温槽内にセルを入れた状態又は室温(25℃)で行った。0.05Cレート(55℃)での充放電特性の測定結果(各サイクルと放電容量との関係)を図5に、0.05Cレート(25℃)での充放電特性の測定結果(各サイクルと放電容量との関係)を図6に、0.1Cレート(55℃)での充放電特性の測定結果(各サイクルと放電容量との関係)を図7に示す。なお、Cレートとは電極活物質から理論容量分の充放電を1時間で行うのに必要な電流密度のことをいう。Metallic lithium punched out at 14 mmφ was used for the negative electrode, and two porous films (trade name: celgard 2500) punched out at 18 mmφ were used for the separator. The electrolytic solution is an electrolytic solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) in which LiPF 6 is dissolved as a supporting electrolyte at a concentration of 1 mol / dm 3 in a solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a volume ratio of 1: 2. used. The battery was manufactured in Globebooks under an argon atmosphere because of the use of metallic lithium and the fact that when water is mixed in the electrolytic solution, it causes an increase in resistance increment. As the cell, a CR2032 type coin cell shown in FIG. 4 was used. The constant current charge / discharge characteristics were measured at a 0.05 C rate or 0.1 C rate using a voltage switcher, set to a current of 10 mA / g, an upper limit voltage of 4.8 V, and a lower limit voltage of 1.5 V, and started from charging. .. The charge / discharge measurement was carried out in a state where the cell was placed in a constant temperature bath at 55 ° C. or at room temperature (25 ° C.). The measurement results of charge / discharge characteristics at 0.05 C rate (55 ° C) (relationship between each cycle and discharge capacity) are shown in FIG. 5, and the measurement results of charge / discharge characteristics at 0.05 C rate (25 ° C) (each cycle). (Relationship between and discharge capacity) is shown in FIG. 6, and the measurement result (relationship between each cycle and discharge capacity) of charge / discharge characteristics at a 0.1 C rate (55 ° C.) is shown in FIG. The C rate refers to the current density required to charge and discharge the theoretical capacity of the electrode active material in one hour.

図5に示すように、0.05Cレート(55℃)において初期充電容量は280mAh/g(約1.9Li分)であり、LiFeMnOの理論容量は約285mAh/gであることから、理論容量に極めて近い値が得られたことが分かった。また、平均作動電圧は2.8Vであり、かつ可逆的に引き出せる充放電容量は約250mAh/g(約1.8Li分)である。これは700Wh/kgに相当するエネルギー密度であり、LiFeMnOは高容量・高エネルギー密度を有する正極活物質として大いに期待される。また、図6から、室温においてはせいぜい1Li分の容量しか可逆的に脱離・挿入しないことが確認された。当該結果から、LiFeMnOは、作動温度を上げることによって性能を最大に引き出せることが分かった。さらに、図7から、0.1Cレートにおいて初期放電と高次サイクルに良好なサイクル特性が得られることが分かった。また、0.1Cレートにおいて引き出せる容量は約200mAh/gであることが分かった。As shown in FIG. 5, the initial charge capacity is 280 mAh / g (about 1.9 Li + min) at a 0.05 C rate (55 ° C.), and the theoretical capacity of Li 2 FemnO 4 is about 285 mAh / g. It was found that a value very close to the theoretical capacity was obtained. The average operating voltage is 2.8 V, and the charge / discharge capacity that can be reversibly drawn out is about 250 mAh / g (about 1.8 Li + min). This is an energy density corresponding to 700 Wh / kg, and Li 2 FemnO 4 is highly expected as a positive electrode active material having a high capacity and a high energy density. Further, from FIG. 6, it was confirmed that at room temperature, only a capacity of 1 Li + min was reversibly detached and inserted. From the results, it was found that Li 2 FemnO 4 can maximize its performance by raising the operating temperature. Furthermore, from FIG. 7, it was found that good cycle characteristics were obtained for the initial discharge and higher-order cycles at the 0.1 C rate. It was also found that the withdrawable capacity at the 0.1 C rate was about 200 mAh / g.

また、LiFeMnOを用いないこと以外は上記と同様にして正極を作製し、上記と同様の条件によりC/20レート(55℃)で充放電試験を行った。結果を図8に示す。Further, a positive electrode was prepared in the same manner as above except that Li 2 FemnO 4 was not used, and a charge / discharge test was conducted at a C / 20 rate (55 ° C.) under the same conditions as above. The results are shown in FIG.

図8から、LiFeMnOを用いない電極では充放電容量が得られないことが確認された。図5と図8とを比較することにより、図5において示された高い充放電容量は、LiFeMnOに由来するものであることが分かった。From FIG. 8, it was confirmed that the charge / discharge capacity could not be obtained with the electrode not using Li 2 FemnO 4. By comparing FIG. 5 and FIG. 8, it was found that the high charge / discharge capacity shown in FIG. 5 was derived from Li 2 FemnO 4.

さらに、LiFeMnOのレート特性を検討した。具体的には、0.05Cレートで充電を行った後、0.05Cレート、0.1Cレート、又は0.2Cレートにおける初回放電容量を測定した。結果を図9に示す。Furthermore, the rate characteristics of Li 2 FemnO 4 were examined. Specifically, after charging at a 0.05 C rate, the initial discharge capacity at a 0.05 C rate, a 0.1 C rate, or a 0.2 C rate was measured. The results are shown in FIG.

図9から、0.1Cレートにおいて得られる容量は225mAh/gであり、0.2Cレートにおいて得られる容量は100mAh/gであった。これらの結果から、LiFeMnOは、良好なレート特性を示すことが分かった。From FIG. 9, the volume obtained at the 0.1 C rate was 225 mAh / g, and the volume obtained at the 0.2 C rate was 100 mAh / g. From these results, it was found that Li 2 FemnO 4 exhibited good rate characteristics.

また、0.05Cレートで、放電から開始したこと以外は上記と同様にして電流充放電特性の測定を行った。結果を図10に示す。 Further, the current charge / discharge characteristics were measured at a rate of 0.05 C in the same manner as described above except that the discharge was started. The results are shown in FIG.

図10から、初期放電後、LiFeMnOから引き出せる容量は約360mAh/gであった。当該結果から、LiFeMnOを初回放電する、即ち、さらにリチウムを挿入すると、より高い容量が得られることが分かった。従って、LiFeMnOは、高容量の正極活物質として大いに期待される。From FIG. 10, the capacity that can be drawn out from Li 2 FemnO 4 after the initial discharge was about 360 mAh / g. From the results, it was found that when Li 2 FemnO 4 was discharged for the first time, that is, when lithium was further inserted, a higher capacity could be obtained. Therefore, Li 2 FemnO 4 is highly expected as a high-capacity positive electrode active material.

比較例1:LiFeMnO の合成
原料粉体としてLiCO(レアメタリック社製;99.9%(3N))、Fe(純正化学、99.9%(3N))、及びMnO(レアメタリック、99.99%(4N))を用いた。LiCO、Fe及びMnOをリチウム:鉄:マンガン(モル比)が1:1:となるように秤量し、めのう乳鉢で約30分混合して原料混合物を得た。その後、原料混合物をジルコニアボール(15mmΦ×10個)と共にクロム鋼製容器に入れ、アセトンを加えて遊星ボールミル(Fritsch;P−6)にて、400rpmで6時間粉砕混合した。その後、減圧下でアセトンを留去したのち、回収した粉末を40MPaでペレット成型し、空気中、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、又は900℃で3時間焼成した。その後は自然冷却により室温まで放冷した。得られた各生成物を実施例1と同様にして粉末X線回折(XRD)により確認した。結果を図11に示す。
Comparative Example 1: Li 2 CO 3 (manufactured by Rare Metallic Co., Ltd .; 99.9% (3N)), Fe 2 O 3 (Junsei Chemical Co., Ltd., 99.9% (3N)), and MnO as synthetic raw material powders of LiFeMnO 4. 2 (rare metallic, 99.99% (4N)) was used. Li 2 CO 3 , Fe 2 O 3 and Mn O 2 were weighed so that the ratio of lithium: iron: manganese (molar ratio) was 1: 1: 1 and mixed in an agate mortar for about 30 minutes to obtain a raw material mixture. Then, the raw material mixture was placed in a chrome steel container together with zirconia balls (15 mmΦ × 10 pieces), acetone was added, and the mixture was pulverized and mixed at 400 rpm for 6 hours in a planetary ball mill (Fritsch; P-6). Then, after distilling off acetone under reduced pressure, the recovered powder was pellet-molded at 40 MPa and in air at 550 ° C, 600 ° C, 650 ° C, 700 ° C, 750 ° C, 800 ° C, 850 ° C, or 900 ° C. It was baked for 3 hours. After that, it was allowed to cool to room temperature by natural cooling. Each of the obtained products was confirmed by powder X-ray diffraction (XRD) in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

図11から、得られたLiFeMnOの結晶は、立方晶(空間群Fd−3m)を有し、格子定数がa=b=c=8.286〜8.306Å、α=β=γ=90°であり、単位格子体積(V)が568.9〜573.0Åである結晶であることが分かった。また、c/a=1であることから、得られたLiFeMnOの結晶は、スピネル型構造を有することが分かった。From FIG. 11, the obtained crystal of LiFeMnO 4 has a cubic crystal (space group Fd-3m) and has a lattice constant of a = b = c = 8.286 to 8.306 Å, α = β = γ = 90. It was found to be a crystal having a unit lattice volume (V) of 568.9 to 573.0 Å 3. Further, since c / a = 1, it was found that the obtained LiFeMnO 4 crystal had a spinel-type structure.

さらに、焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOを走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。結果を図12に示す。なお、図12中、スケールバーは1.53μmを示す。図12から、粒子径約0.3〜3μmのLiFeMnOが得られていることが分かった。 Further, LiFeMnO 4 obtained when the firing temperature was set to 800 ° C. was observed with a scanning electron microscope (SEM). The results are shown in FIG. In FIG. 12, the scale bar shows 1.53 μm. From FIG. 12, it was found that LiFeMnO 4 having a particle size of about 0.3 to 3 μm was obtained.

比較例2:充放電特性の測定
充放電測定を行うために、上記比較例1において焼成温度800℃の場合に得られたLiFeMnO、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及びアセチレンブラック(AB)が体積比85:7.5:7.5となるようにめのう乳鉢で混合し、得られたスラリーを正極集電体であるアルミニウム箔(厚さ20μm)上に塗布し、これを直径8mmの円形に打ち抜き、正極とした。また、試料が正極集電体から剥がれないようにするため、30〜40mPaで圧着した。
Comparative Example 2: Measurement of charge / discharge characteristics In order to perform charge / discharge measurement, LiFeMnO 4 , polyvinylidene fluoride (PVDF), and acetylene black (AB) obtained in Comparative Example 1 at a firing temperature of 800 ° C. are in volume. Mix in a mortar so that the ratio is 85: 7.5: 7.5, and apply the obtained slurry on an aluminum foil (thickness 20 μm) that is a positive electrode current collector, and apply this to a circle with a diameter of 8 mm. It was punched and used as a positive electrode. Further, in order to prevent the sample from peeling off from the positive electrode current collector, the sample was pressure-bonded at 30 to 40 mPa.

負極には14mmφで打ち抜いた金属リチウムを使用し、セパレータは18mmφで切り抜いた多孔質膜(商品名:celgard 2500)を2枚使用した。電解液は、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を体積比1:2で混合した溶媒に支持電解質としてLiPFを1mol/dmの濃度で溶解した電解液(岸田化学社製)を使用した。電池の作製は、金属リチウムを使用すること、及び電解液に水分が混入した場合に抵抗増分増加の要因となること等の理由により、アルゴン雰囲気下のグローブブックス内で行った。セルは、図4に示すCR2032型コインセルを用いた。定電流充放電特性の測定は、0.05Cレートで、電圧切り替え器を用い、電流10mA/g、上限電圧4.8V、下限電圧1.5Vに設定し、充電より開始した。また、充放電測定は、55℃恒温槽内にセルを入れた状態で行った。0.05Cレート(55℃)での初期充放電特性の測定結果(各サイクルと放電容量との関係)を図13に、0.05Cレート(55℃)での高次サイクルにおける充放電特性の測定結果(各サイクルと放電容量との関係)を図14に示す。なお、Cレートとは電極活物質から理論容量分の充放電を1時間で行うのに必要な電流密度のことをいう。Metallic lithium punched out at 14 mmφ was used for the negative electrode, and two porous films (trade name: celgard 2500) punched out at 18 mmφ were used for the separator. The electrolytic solution is an electrolytic solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) in which LiPF 6 is dissolved as a supporting electrolyte at a concentration of 1 mol / dm 3 in a solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a volume ratio of 1: 2. used. The battery was manufactured in Globebooks under an argon atmosphere because of the use of metallic lithium and the fact that when water is mixed in the electrolytic solution, it causes an increase in resistance increment. As the cell, a CR2032 type coin cell shown in FIG. 4 was used. The constant current charge / discharge characteristics were measured at a rate of 0.05 C using a voltage switcher, set to a current of 10 mA / g, an upper limit voltage of 4.8 V, and a lower limit voltage of 1.5 V, and started from charging. The charge / discharge measurement was performed with the cell placed in a constant temperature bath at 55 ° C. The measurement results (relationship between each cycle and discharge capacity) of the initial charge / discharge characteristics at the 0.05 C rate (55 ° C) are shown in FIG. 13, and the charge / discharge characteristics in the higher cycle at the 0.05 C rate (55 ° C) are shown. The measurement result (relationship between each cycle and the discharge capacity) is shown in FIG. The C rate refers to the current density required to charge and discharge the theoretical capacity of the electrode active material in one hour.

図13に示すように、スピネル型LiFeMnOの0.05Cレートにおける初期充放電容量は130mAh/gであることが確認された。実施例1で得られた岩塩型LiFeMnOと比較すると、スピネル型LiFeMnOの初期充放電容量は、岩塩型LiFeMnOよりも大きく劣ることが分かった。As shown in FIG. 13, it was confirmed that the initial charge / discharge capacity of the spinel-type LiFeMnO 4 at a 0.05 C rate was 130 mAh / g. Compared with the rock salt type Li 2 FemnO 4 obtained in Example 1, it was found that the initial charge / discharge capacity of the spinel type LiFeMnO 4 was significantly inferior to that of the rock salt type Li 2 FemnO 4.

さらに、図14から、スピネル型LiFeMnOは、比較的安定な作動特性を有するものの、抽出できる容量は岩塩型岩塩型LiFeMnOに比して大きく劣ることが分かった。Furthermore, it was found from FIG. 14 that although the spinel-type LiFemnO 4 has relatively stable operating characteristics, the extractable capacity is significantly inferior to that of the rock-salt type rock-salt type Li 2 FemnO 4.

1 リチウムイオン二次電池
2 負極端子
3 負極
4 電解液が含浸されたセパレータ
5 絶縁パッキング
6 正極
7 正極缶
1 Lithium-ion secondary battery 2 Negative electrode terminal 3 Negative electrode 4 Separator impregnated with electrolyte 5 Insulation packing 6 Positive electrode 7 Positive electrode can

Claims (8)

組成式:
Li1+mFeMn2−x
[式中、mは0.5≦m≦2を示す。xは0<x≦1を示す。]
で表され、正方晶岩塩型構造を有する、リチウム鉄マンガン系複合酸化物。
Composition formula:
Li 1 + m Fe x Mn 2-x O 4
[In the formula, m indicates 0.5 ≦ m ≦ 2. x indicates 0 <x ≦ 1. ]
A lithium iron-manganese-based composite oxide represented by and having a tetragonal salt-type structure.
平均粒子径が0.01〜50μmである、請求項1に記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物。 The lithium iron-manganese-based composite oxide according to claim 1, which has an average particle size of 0.01 to 50 μm. リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を加熱する工程を含み、前記混合物中のリチウム、鉄及びマンガンの比率が、リチウム:鉄:マンガンを、1+m(0.5≦m≦2):x(0<x≦1):2−x(0<x≦1)である、請求項1又は2に記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物の製造方法。 The step of heating a mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen is included, and the ratio of lithium, iron, and manganese in the mixture is lithium: iron: manganese, 1 + m (0.5 ≦ m ≦ 2). ): The method for producing a lithium iron-manganese-based composite oxide according to claim 1 or 2, wherein x (0 <x ≦ 1): 2-x (0 <x ≦ 1). 加熱温度が600℃以上である、請求項3に記載の方法。 The method according to claim 3, wherein the heating temperature is 600 ° C. or higher. 請求項1又は2に記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物を含む、リチウムイオン二次電池用正極活物質。 A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery containing the lithium iron-manganese-based composite oxide according to claim 1 or 2. 請求項5に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含む、リチウムイオン二次電池用正極。 A positive electrode for a lithium ion secondary battery, which comprises the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 5. さらに、導電助剤を含む、請求項6に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 6, further comprising a conductive auxiliary agent. 請求項6又は7に記載のリチウムイオン二次電池用正極を含む、リチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery including the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 6 or 7.
JP2017560382A 2016-01-05 2017-01-04 Lithium iron manganese-based composite oxide Active JP6927579B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016000571 2016-01-05
JP2016000571 2016-01-05
PCT/JP2017/000018 WO2017119411A1 (en) 2016-01-05 2017-01-04 Lithium-iron-manganese-based composite oxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017119411A1 JPWO2017119411A1 (en) 2018-10-25
JP6927579B2 true JP6927579B2 (en) 2021-09-01

Family

ID=59274215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017560382A Active JP6927579B2 (en) 2016-01-05 2017-01-04 Lithium iron manganese-based composite oxide

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6927579B2 (en)
TW (1) TWI726967B (en)
WO (1) WO2017119411A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6803028B2 (en) * 2016-08-29 2020-12-23 株式会社豊田自動織機 Method for manufacturing lithium metal composite oxide powder and lithium metal composite oxide powder
EP3595058A1 (en) * 2017-03-06 2020-01-15 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Positive electrode active material and battery
WO2018198410A1 (en) 2017-04-24 2018-11-01 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material and battery
CN110214389B (en) * 2017-05-29 2023-06-20 松下知识产权经营株式会社 Positive electrode active material and battery
TWI663128B (en) 2018-03-27 2019-06-21 國立清華大學 Electrode material for secondary battery and secondary battery
JP7249600B2 (en) * 2018-08-31 2023-03-31 パナソニックIpマネジメント株式会社 POSITIVE ACTIVE MATERIAL AND BATTERY INCLUDING SAME
CN113307307B (en) * 2021-05-17 2022-11-29 北京工业大学 Method for preparing lithium-rich iron manganese of lithium ion battery anode material by dry method
CN113603146B (en) * 2021-07-30 2023-05-09 蜂巢能源科技有限公司 Iron-manganese-based positive electrode material and preparation method and application thereof
CN113683122B (en) * 2021-08-19 2022-12-09 蜂巢能源科技有限公司 Iron-manganese-based positive electrode material, and preparation method and application thereof

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0487268A (en) * 1990-07-27 1992-03-19 Seiko Electronic Components Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP3606289B2 (en) * 1995-04-26 2005-01-05 日本電池株式会社 Cathode active material for lithium battery and method for producing the same
JPH09245836A (en) * 1996-03-08 1997-09-19 Fuji Photo Film Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP3375898B2 (en) * 1998-10-01 2003-02-10 日本碍子株式会社 Lithium secondary battery
JP2002313335A (en) * 2001-04-12 2002-10-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Lithium manganese composite oxide for use in positive electrode active material of lithium secondary battery and its manufacturing method
JP5278994B2 (en) * 2008-01-25 2013-09-04 Necエナジーデバイス株式会社 Lithium secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
TWI726967B (en) 2021-05-11
WO2017119411A1 (en) 2017-07-13
JPWO2017119411A1 (en) 2018-10-25
TW201736277A (en) 2017-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6927579B2 (en) Lithium iron manganese-based composite oxide
JP7034471B2 (en) Potassium compound and positive electrode active material for potassium ion secondary battery containing it
JP6520037B2 (en) Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP6845507B2 (en) Positive electrode active material for potassium ion secondary battery and its manufacturing method
JP6708326B2 (en) Positive electrode material for sodium secondary batteries
JP5294225B2 (en) Single crystal particles of oxide for lithium secondary battery electrode, method for producing the same, and lithium secondary battery using the same
JP2016076454A5 (en)
JP2018085324A (en) Cathode active material for battery, and battery using cathode active material
JP2013093167A (en) Method for manufacturing positive electrode active material, positive electrode active material, and secondary battery using the same
JP7116464B2 (en) Positive electrode active material for secondary battery, manufacturing method thereof, and secondary battery
JP2013093170A (en) Positive electrode active material and secondary battery using the same
JP7074314B2 (en) Positive electrode active material for potassium ion secondary battery and secondary battery
JP6857361B2 (en) Lithium copper-based composite oxide
JP6934665B2 (en) Positive electrode active material for secondary batteries, their manufacturing methods, and secondary batteries
JP7016148B2 (en) Positive electrode active material for potassium ion secondary batteries
JP7060866B2 (en) A method for manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery, a secondary battery, and a positive electrode active material for a secondary battery.
CN108448075B (en) Manganese-based composite positive electrode material of lithium ion battery and preparation method thereof
JP7126234B2 (en) Potassium compound and positive electrode active material for potassium ion secondary battery containing the same
JP2017216211A (en) Negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, method for manufacturing negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2003346797A (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery using nickel- lithium compound oxide
WO2022045129A1 (en) Negative electrode active material for secondary batteries, and secondary battery
JP7062304B2 (en) Titanium oxide and its manufacturing method, as well as electrode active materials and power storage devices using the titanium oxide.

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191217

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20191217

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191223

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210302

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210428

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210629

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210720

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210729

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6927579

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150