JP7079716B2 - Positive positive active material particles for lithium ion secondary batteries and lithium ion secondary batteries equipped with them - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質粒子及びそれを備えるリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery including the same.

従来、繰り返し充放電が可能であり利便性が高い二次電池として、リチウムイオン二次電池が幅広く普及している。リチウムイオン二次電池は、電圧、容量、エネルギー密度が高いため、特に携帯電話、風力や太陽光等の発電設備の蓄電池、電気自動車、スマートグリッド等の分野で利用されている。 Conventionally, a lithium ion secondary battery has been widely used as a highly convenient secondary battery that can be repeatedly charged and discharged. Lithium-ion secondary batteries have high voltage, capacity, and energy density, and are therefore used especially in the fields of mobile phones, storage batteries for power generation equipment such as wind power and solar power, electric vehicles, and smart grids.

リチウムイオン二次電池は、正極活物質を含む正極、負極、電解質等を備えている。正極活物質として、層状岩塩構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(三元系正極活物質)が使用されている。しかし、この三元系正極活物質では、充放電を繰り返すと正極活物質及び電解質が経時劣化して、リチウムイオン二次電池の電気抵抗の上昇及び放電容量の低下が起こることが知られている。 The lithium ion secondary battery includes a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode, an electrolyte, and the like. As the positive electrode active material, a lithium nickel cobalt manganese composite oxide (ternary positive electrode active material) having a layered rock salt structure is used. However, it is known that in this ternary positive electrode active material, the positive electrode active material and the electrolyte deteriorate over time when charging and discharging are repeated, resulting in an increase in the electric resistance of the lithium ion secondary battery and a decrease in the discharge capacity. ..

そこで、電気抵抗の上昇を抑制する方法として、例えば特許文献1には、炭素質及びイオン伝導性酸化物を含むコート層を被覆した正極活物質を使用する方法が記載されている。これにより、正極活物質と電解質との界面に生じる高抵抗層の形成を抑制するとともに、良好な電子伝導性を維持することができるとされている。 Therefore, as a method of suppressing an increase in electrical resistance, for example, Patent Document 1 describes a method of using a positive electrode active material coated with a coat layer containing a carbonaceous substance and an ionic conductive oxide. As a result, it is said that the formation of a high resistance layer formed at the interface between the positive electrode active material and the electrolyte can be suppressed, and good electron conductivity can be maintained.

国際公開第2013/099878号International Publication No. 2013/099878

しかし、特許文献1に記載の方法では、正極活物質と電解質との界面に生じる高抵抗層の形成は抑制できても、経時的な正極活物質の劣化を抑制することはできなかった。 However, the method described in Patent Document 1 could suppress the formation of a high resistance layer formed at the interface between the positive electrode active material and the electrolyte, but could not suppress the deterioration of the positive electrode active material over time.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、正極活物質の劣化を抑制でき、経時によるリチウムイオン二次電池の電気抵抗の上昇と容量の低下を抑制できるリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子及びそれを備えるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and is a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery that can suppress deterioration of the positive electrode active material and can suppress an increase in electrical resistance and a decrease in capacity of the lithium ion secondary battery over time. It is an object of the present invention to provide particles and a lithium ion secondary battery containing the particles.

上記目的を達成するため本発明は、菱面体晶系で空間群R-3mの層状岩塩構造を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子であって、表面部が中心部と比べて、安定性が高い一方で低容量となる化学組成により形成されるリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention is a positive electrode active material particle for a lithium ion secondary battery having a layered rock salt structure of a space group R-3 m in a rhombic crystal system, and the surface portion is stable as compared with the central portion. Provided are positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery formed by a chemical composition having a high property and a low capacity.

前記化学組成が離散的に変化してもよい。 The chemical composition may change discretely.

前記化学組成が連続的に変化してもよい。 The chemical composition may change continuously.

前記リチウムイオン二次電池用正極活物質粒子は、下記一般式(1)で表され、表面部の化学組成が中心部の化学組成と比べて、Mn及びCoのモル比が高い一方でNiのモル比が低くてもよい。
[化1]
LiNiMnCo・・・(1)
[一般式(1)中、x+y+z=1である。]
The positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery are represented by the following general formula (1), and the chemical composition of the surface portion has a higher molar ratio of Mn and Co than the chemical composition of the central portion, while Ni The molar ratio may be low.
[Chemical 1]
LiNi x Mn y Coz O 2 ... (1)
[In the general formula (1), x + y + z = 1. ]

前記リチウムイオン二次電池用正極活物質粒子は、コア粒子と、該コア粒子の表面上に形成されるコート層と、を含むことが好ましい。 The positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery preferably include core particles and a coat layer formed on the surface of the core particles.

前記リチウムイオン二次電池用正極活物質粒子は、コア粒子と、該コア粒子の表面上に形成されるコート層と、を含み、前記コア粒子が、下記一般式(2)で表され、前記コート層が、下記一般式(1)で表され、前記コート層の表面部の化学組成が前記コア粒子と前記コート層との界面の化学組成と比べて、Mn及びCoのモル比が高い一方でNiのモル比が低くてもよい。
[化1]
LiNiMnCo・・・(1)
[一般式(1)中、x+y+z=1である。]
[化2]
LiNiCoAl・・・(2)
[一般式(2)中、x+y+z=1である。]
The positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery include core particles and a coat layer formed on the surface of the core particles, and the core particles are represented by the following general formula (2). The coat layer is represented by the following general formula (1), and the chemical composition of the surface portion of the coat layer has a higher molar ratio of Mn and Co than the chemical composition of the interface between the core particles and the coat layer. The molar ratio of Ni may be low.
[Chemical 1]
LiNi x Mn y Coz O 2 ... (1)
[In the general formula (1), x + y + z = 1. ]
[Chemical 2]
LiNi x Coy Al z O 2 ... (2)
[In the general formula (2), x + y + z = 1. ]

前記コア粒子と前記コート層との合計質量に対して前記コート層の質量が、0.1質量%~50質量%であることが好ましい。 The mass of the coat layer is preferably 0.1% by mass to 50% by mass with respect to the total mass of the core particles and the coat layer.

前記コア粒子と前記コート層との合計質量に対して前記コート層の質量が、0.1質量%~20質量%であることが好ましい。 The mass of the coat layer is preferably 0.1% by mass to 20% by mass with respect to the total mass of the core particles and the coat layer.

前記コア粒子上の前記コート層による被覆率が、前記コア粒子の表面積に対して1%~75%であることが好ましい。 The coverage of the coat layer on the core particles is preferably 1% to 75% with respect to the surface area of the core particles.

前記コア粒子上の前記コート層による被覆率が、前記コア粒子の表面積に対して1%~50%であることが好ましい。 The coverage of the coat layer on the core particles is preferably 1% to 50% with respect to the surface area of the core particles.

前記コア粒子の格子定数に対する前記コート層の格子定数の比が1~2であることが好ましい。 The ratio of the lattice constant of the coat layer to the lattice constant of the core particles is preferably 1 to 2.

また本発明は、前記リチウムイオン二次電池用正極活物質粒子を含むリチウムイオン二次電池用正極を提供する。 The present invention also provides a positive electrode for a lithium ion secondary battery containing the positive electrode active material particles for the lithium ion secondary battery.

また本発明は、前記リチウムイオン二次電池用正極と、負極と、電解質と、を備えるリチウムイオン二次電池を提供する。 The present invention also provides a lithium ion secondary battery including the positive electrode for a lithium ion secondary battery, a negative electrode, and an electrolyte.

本発明によれば、正極活物質の劣化を抑制でき、経時によるリチウムイオン二次電池の電気抵抗の上昇と容量の低下を抑制できるリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子及びそれを備えるリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, the deterioration of the positive electrode active material can be suppressed, and the positive electrode active material particles for the lithium ion secondary battery capable of suppressing the increase in the electric resistance and the decrease in the capacity of the lithium ion secondary battery with time and the lithium ion provided therein. A secondary battery can be provided.

本発明の一実施形態に係る正極活物質粒子の断面図である。It is sectional drawing of the positive electrode active material particle which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例1、実施例2、及び比較例1で得た電池の性能維持率とコア粒子径の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the performance maintenance rate of the battery obtained in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1, and the core particle diameter. 実施例3、実施例4、及び比較例1で得た電池の性能維持率とコア粒子径の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the performance maintenance rate of the battery obtained in Example 3, Example 4, and Comparative Example 1, and the core particle diameter. 実施例1、実施例2、及び比較例1で得た電池の全抵抗比とコア粒子径との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the total resistance ratio of the battery obtained in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1, and the core particle diameter. 実施例3、実施例4、及び比較例1で得た電池の全抵抗比とコア粒子径との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the total resistance ratio of the battery obtained in Example 3, Example 4, and Comparative Example 1 and the core particle diameter. 実施例5及び比較例2で得た電池の性能維持率とサイクル数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the performance maintenance rate and the number of cycles of the battery obtained in Example 5 and Comparative Example 2. FIG. 実施例5及び比較例2で得た電池の全抵抗比とサイクル数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the total resistance ratio of the battery obtained in Example 5 and Comparative Example 2 and the number of cycles.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳しく説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

[リチウムイオン二次電池用正極活物質粒子]
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子(以下、「正極活物質粒子」という)は、菱面体晶系で空間群R-3mの層状岩塩構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物により形成される。
[Positive electrode active material particles for lithium-ion secondary batteries]
The positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment (hereinafter referred to as “positive positive active material particles”) are lithium transition metal composite oxides having a layered rock salt structure of a space group R-3 m in a rhombic crystal system. Is formed by.

本実施形態に係る正極活物質粒子は、表面部が中心部と比べて、安定性が高い一方で低容量となる化学組成により形成される。 The positive electrode active material particles according to the present embodiment are formed by a chemical composition in which the surface portion has higher stability but lower volume than the central portion.

正極活物質粒子の化学組成は、中心部から表面部にかけて、界面が明確に離散するように変化してもよいが、これに限定されず、結晶構造として一体となるように連続的に変化してもよい。 The chemical composition of the positive electrode active material particles may change from the central portion to the surface portion so that the interfaces are clearly separated, but the chemical composition is not limited to this, and continuously changes so as to be integrated as a crystal structure. You may.

本実施形態に係る正極活物質粒子の化学組成は、下記一般式(1)で表される。
[化1]
LiNiMnCo・・・(1)
[一般式(1)中、x+y+z=1である。]
The chemical composition of the positive electrode active material particles according to this embodiment is represented by the following general formula (1).
[Chemical 1]
LiNi x Mn y Coz O 2 ... (1)
[In the general formula (1), x + y + z = 1. ]

本実施形態に係る正極活物質粒子は、表面部の化学組成が中心部の化学組成と比べて、Mn及びCoのモル比が高い一方でNiのモル比が低い。Mn及びCoのモル比が高くなると、正極活物質の安定性は向上するが、容量は減少する。一方、Niのモル比が高くなると、安定性は低下するが、容量は増加する。したがって、本実施形態に係る正極活物質粒子は、中心部から表面部に向かって安定性が高くなり、反対に表面部から中心部に向かって高容量となる。 The positive electrode active material particles according to the present embodiment have a high molar ratio of Mn and Co and a low molar ratio of Ni as compared with the chemical composition of the central portion in the chemical composition of the surface portion. When the molar ratio of Mn and Co is high, the stability of the positive electrode active material is improved, but the capacity is reduced. On the other hand, as the molar ratio of Ni increases, the stability decreases but the capacity increases. Therefore, the positive electrode active material particles according to the present embodiment have higher stability from the central portion toward the surface portion, and conversely, have a higher capacity from the surface portion toward the central portion.

Mn、Co及びNiのモル比は、正極活物質粒子の中心部から表面部にかけて、界面が明確に離散するように変化してもよいが、これに限定されず、結晶構造として一体となるように連続的に変化してもよい。 The molar ratio of Mn, Co, and Ni may be changed so that the interface is clearly separated from the central portion to the surface portion of the positive electrode active material particles, but is not limited to this, and is integrated as a crystal structure. May change continuously.

ここで、層状岩塩構造を有する従来一般的な三元系正極活物質粒子は、充放電により結晶構造が層状岩塩構造からスピネル構造へ経時変化することが知られている。層状岩塩構造からスピネル構造へ相転移することにより、リチウムが吸蔵可能な領域が減少する。このため、リチウムイオン二次電池の容量が低下する。また、スピネル構造に相転移することにより、電気抵抗も上昇する。 Here, it is known that the crystal structure of conventional general ternary positive electrode active material particles having a layered rock salt structure changes with time from a layered rock salt structure to a spinel structure by charge and discharge. The phase transition from the layered rock salt structure to the spinel structure reduces the area where lithium can be occluded. Therefore, the capacity of the lithium ion secondary battery is reduced. In addition, the phase transition to the spinel structure also increases the electrical resistance.

上述した結晶構造の変化は、特に電解質と接触している正極活物質粒子の表面付近から進行すると考えられる。 It is considered that the above-mentioned change in the crystal structure proceeds particularly from the vicinity of the surface of the positive electrode active material particles in contact with the electrolyte.

これに対して、本実施形態に係る正極活物質粒子は、中心部から表面部に向かって安定性が高く、低容量となるような濃度勾配が形成されている。電解質と接触する最表面が最も安定性が高いため、正極活物質粒子の相転移を抑制することが可能となる。また、中心部に向かって高容量となるため、正極活物質粒子は全体として高い放電容量を有する。これにより、電気抵抗の上昇を抑制し、高容量を維持することが可能となる。 On the other hand, the positive electrode active material particles according to the present embodiment have a concentration gradient formed so that the stability is high and the volume is low from the central portion to the surface portion. Since the outermost surface in contact with the electrolyte has the highest stability, it is possible to suppress the phase transition of the positive electrode active material particles. Further, since the capacity increases toward the central portion, the positive electrode active material particles have a high discharge capacity as a whole. This makes it possible to suppress an increase in electrical resistance and maintain a high capacity.

本実施形態に係る正極活物質粒子は、電子顕微鏡観察に基づく粒子径Dsemが1~7μmであることが好ましい。これにより、上記の効果をより確実に発揮することができる。 The positive electrode active material particles according to the present embodiment preferably have a particle diameter D sem of 1 to 7 μm based on electron microscope observation. Thereby, the above-mentioned effect can be more reliably exerted.

また、本実施形態に係る正極活物質粒子は、コア粒子と、該コア粒子の表面上に形成されるコート層と、を含むことが好ましい。上記正極活物質粒子の好ましい構造について、図1を用いて詳しく説明する。
図1は、本実施形態に係る正極活物質粒子の断面図である。図1に示すように、正極活物質粒子1は、粒状のコア粒子2と、コア粒子2に被覆されたコート層3、4とから構成される。本実施形態に係るコート層数は2層であるが、コート層数については特に制限されず、1層であってもよく、3層以上であってもよい。
Further, the positive electrode active material particles according to the present embodiment preferably include core particles and a coat layer formed on the surface of the core particles. The preferable structure of the positive electrode active material particles will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view of positive electrode active material particles according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the positive electrode active material particles 1 are composed of granular core particles 2 and coat layers 3 and 4 coated on the core particles 2. The number of coat layers according to the present embodiment is two, but the number of coat layers is not particularly limited, and may be one layer or three or more layers.

正極活物質粒子1において、コア粒子2が最も高容量であり、最も安定性が低く、コート層4が最も安定性が高く、最も低容量である。この構造を実現する化学組成の一例として、コア粒子2がLiNi8/10Mn1/10Co1/10、コート層3がLiNi3/5Mn1/5Co1/5、コート層4がLiNi1/3Mn1/3Co1/3である化学組成等が挙げられる。この化学組成では、コア粒子2、コート層3、4のMn及びCoのモル比は、コア粒子2が最も低く、コート層4が最も高い。一方、Niのモル比は、コア粒子2が最も高く、コート層4が最も低い。 In the positive electrode active material particles 1, the core particles 2 have the highest capacity and the lowest stability, and the coat layer 4 has the highest stability and the lowest capacity. As an example of the chemical composition that realizes this structure, the core particle 2 is LiNi 8/10 Mn 1/10 Co 1/10 O 2 , the coat layer 3 is LiNi 3/5 Mn 1/5 Co 1/5 O 2 , and the coat is coated. Examples thereof include a chemical composition in which the layer 4 is LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 . In this chemical composition, the molar ratio of Mn and Co of the core particles 2, the coat layers 3 and 4 is the lowest in the core particles 2 and the highest in the coat layer 4. On the other hand, the molar ratio of Ni is highest in the core particles 2 and lowest in the coat layer 4.

正極活物質粒子1は、コア粒子2、コート層3、4がリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物から形成されているが、コア粒子2が下記一般式(2)で表されるリチウムニッケルコバルトアルミニウムから形成される正極活物質粒子であってもよい。
[化2]
LiNiCoAl・・・(2)
[一般式(2)中、x+y+z=1である。]
In the positive electrode active material particles 1, the core particles 2, the coat layers 3 and 4, are formed of lithium nickel-cobalt-manganese composite oxide, and the core particles 2 are made of lithium nickel-cobalt aluminum represented by the following general formula (2). It may be positive electrode active material particles to be formed.
[Chemical 2]
LiNi x Coy Al z O 2 ... (2)
[In the general formula (2), x + y + z = 1. ]

正極活物質粒子のコア粒子に被覆されるコート層の割合は、コア粒子の質量とコート層の質量との合計に対して、0.1質量%~50質量%であることが好ましい。より好ましくは0.1質量%~20質量%、さらに好ましくは0.1質量%~10質量%、さらに好ましくは0.1質量%~1質量%である。コア粒子表面に均一に被覆した場合、コート層が0.1質量%以上であれば、正極活物質粒子の安定性を十分に向上させることができる。また、コート層が50質量%を超えると、低抵抗及び高容量を維持できなくなるおそれがある。 The ratio of the coat layer coated on the core particles of the positive electrode active material particles is preferably 0.1% by mass to 50% by mass with respect to the total of the mass of the core particles and the mass of the coat layer. It is more preferably 0.1% by mass to 20% by mass, still more preferably 0.1% by mass to 10% by mass, still more preferably 0.1% by mass to 1% by mass. When the surface of the core particles is uniformly coated, the stability of the positive electrode active material particles can be sufficiently improved if the coat layer is 0.1% by mass or more. Further, if the coat layer exceeds 50% by mass, low resistance and high capacity may not be maintained.

コート層によるコア粒子の被覆率は、コア粒子の表面積100%に対して、コート層の表面積が1%~75%であることが好ましく、1%~60%であることがより好ましく、1%~50%であることがさらに好ましい。被覆率が1%以上であれば、正極活物質粒子の安定性を十分に向上させることができる。被覆率が75%を超えると、低抵抗を維持できなくなるおそれがある。また、被覆率が75%を超えると、コート層がコア粒子から剥離するおそれがある。 The coverage of the core particles by the coat layer is preferably 1% to 75%, more preferably 1% to 60%, and 1% with respect to the surface area of the core particles of 100%. It is more preferably to 50%. When the coverage is 1% or more, the stability of the positive electrode active material particles can be sufficiently improved. If the coverage exceeds 75%, it may not be possible to maintain low resistance. Further, if the coverage exceeds 75%, the coat layer may be peeled off from the core particles.

コート層の格子定数に対するコア粒子の格子定数の比は、1~2であることが好ましい。コア粒子及びコート層の結晶構造の差を小さくすることにより、コア粒子及びコート層間、各コート間の剥離を防止することができる。 The ratio of the lattice constant of the core particles to the lattice constant of the coat layer is preferably 1 to 2. By reducing the difference in crystal structure between the core particles and the coat layer, it is possible to prevent peeling between the core particles and the coat layers and between the coats.

[リチウムイオン二次電池用正極活物質粒子の製造方法]
本実施形態に係る正極活物質粒子の製造方法について説明する。本実施形態に係る製造方法は、コア粒子製造工程と、被覆工程とを含む。
[Manufacturing method of positive electrode active material particles for lithium ion secondary battery]
A method for producing positive electrode active material particles according to this embodiment will be described. The manufacturing method according to the present embodiment includes a core particle manufacturing step and a coating step.

まず、コア粒子製造工程にて、Li、Ni、Co、及びMn、又はAlの水酸化物、オキシ水酸化物、並びに酸化物等を水溶液中で沈殿又は共沈させる。得られた沈殿物を650℃~850℃の大気雰囲気中で、雰囲気焼成することで設計した化学組成の正極活物質粒子のコア粒子を得ることができる。このとき、単純に焼成炉で沈殿物を焼成してもよいが、スプレードライヤ法を用いて、予め沈殿物を微粒子で乾燥及び焼成してもよい。上記工程より得られたコア粒子をカウンタジェットミル、パルベライザ等の各種粉砕装置を用いて粉砕し、粉砕したコア粒子を、パルスジェットコレクタ等を用いて分級する。 First, in the core particle manufacturing step, a hydroxide, an oxyhydroxide, an oxide, or the like of Li, Ni, Co, and Mn, or Al is precipitated or coprecipitated in an aqueous solution. By firing the obtained precipitate in an atmosphere of 650 ° C to 850 ° C in an atmosphere, core particles of positive electrode active material particles having a designed chemical composition can be obtained. At this time, the precipitate may be simply calcined in a calcining furnace, or the precipitate may be previously dried and calcined with fine particles by using a spray dryer method. The core particles obtained from the above steps are crushed using various crushing devices such as a counter jet mill and a pulperizer, and the crushed core particles are classified using a pulse jet collector or the like.

次に、被覆工程にて、Li、Ni、Co、及びMnの水酸化物、オキシ水酸化物、並びに酸化物等を上記コア粒子製造工程により得られたコア粒子の表面に被覆する。被覆方法として、例えば、メカノケミカル的反応を起こす、メカノフュジョンシステム、ノビルタベルコムシステム、スパッタ等により、所定の表面組成になるように、コア粒子表面に安定組成の正極活物質粒子を生成する。コア粒子から外側に向かい安定性がより高くなるようにコート層を形成する。化学組成の異なるコート層数については、特に制限されず、1種類以上であればよい。化学組成の異なるコート層を形成することで、安定した層を形成することが可能となる。このとき、コア粒子及び各コート層の格子定数の差が小さくなるように被覆する。 Next, in the coating step, the surface of the core particles obtained by the core particle manufacturing step is coated with hydroxides, oxyhydroxides, oxides and the like of Li, Ni, Co and Mn. As a coating method, for example, a mechano-fusion system, a nobilta bellcom system, a sputter, or the like that causes a mechanochemical reaction is used to generate positive electrode active material particles having a stable composition on the surface of the core particles so as to have a predetermined surface composition. .. A coat layer is formed so that the stability becomes higher toward the outside from the core particles. The number of coat layers having different chemical compositions is not particularly limited, and may be one or more. By forming coat layers having different chemical compositions, it is possible to form a stable layer. At this time, the core particles and each coat layer are coated so that the difference in lattice constant is small.

ここで、格子定数の差が小さくなるように被覆する方法について説明する。まず、コア粒子にコート層を微量被覆する。この結果、格子歪を有し、コア粒子とコート層との中間の結晶構造を有するコート層が形成される。次に、該コート層と同じ化学組成のコート層を被覆する。この結果、最表面に安定な層状岩塩構造を有するコート層が形成される。他の化学組成のコート層についてもこの工程を繰り返す。これにより、コア粒子及び各コート層の格子定数の差を小さくすることができ、コア層から剥離しないような安定したコート層が得られる。 Here, a method of covering so that the difference in lattice constant becomes small will be described. First, the core particles are slightly coated with a coat layer. As a result, a coat layer having lattice strain and having a crystal structure intermediate between the core particles and the coat layer is formed. Next, a coat layer having the same chemical composition as the coat layer is coated. As a result, a coat layer having a stable layered rock salt structure is formed on the outermost surface. This step is repeated for coat layers having other chemical compositions. As a result, the difference in the lattice constants of the core particles and each coat layer can be reduced, and a stable coat layer that does not peel off from the core layer can be obtained.

[リチウムイオン二次電池用正極]
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極(以下、「正極」という)について説明する。本実施形態に係る正極は、上述した正極活物質粒子と、導電助剤と、結着剤と、を含んで構成される。
導電助剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト等が用いられる。
結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン、ポリアクリル酸塩、スチレン-ブタジエン共重合体、カルボキシメチルセルロース等が用いられる。
[Positive electrode for lithium-ion secondary battery]
A positive electrode for a lithium ion secondary battery (hereinafter, referred to as “positive electrode”) according to the present embodiment will be described. The positive electrode according to the present embodiment is composed of the above-mentioned positive electrode active material particles, a conductive auxiliary agent, and a binder.
As the conductive auxiliary agent, acetylene black, ketjen black, graphite and the like are used.
As the binder, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polyacrylic acid salt, styrene-butadiene copolymer, carboxymethyl cellulose and the like are used.

[リチウムイオン二次電池]
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池について説明する。本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述した正極と、電解質と、負極とを備える。電池形状としては、角型、ペーパー型、積層型、円筒型、コイン型等が例示される。
[Lithium-ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery according to this embodiment will be described. The lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes the above-mentioned positive electrode, an electrolyte, and a negative electrode. Examples of the battery shape include a square type, a paper type, a laminated type, a cylindrical type, and a coin type.

電解質としては、固体電解質や有機溶媒に塩類を溶解させた非水系電解液が用いられる。 As the electrolyte, a solid electrolyte or a non-aqueous electrolyte solution in which salts are dissolved in an organic solvent is used.

固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではなく、有機固体電解質材料であっても、無機固体電解質材料であってもよい。 The solid electrolyte is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity, and may be an organic solid electrolyte material or an inorganic solid electrolyte material.

有機系固体電解質材料としては、ポリエチレンオキシド、ポリホスファゼン、ポリアジリジン、ポリエチレンスルフィド、ポリビニルアルコール等の誘導体、混合物又は複合体が用いられる。 As the organic solid electrolyte material, derivatives, mixtures or complexes of polyethylene oxide, polyphosphazene, polyaziridine, polyethylene sulfide, polyvinyl alcohol and the like are used.

無機固体電解質材料としては、例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、窒化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質材料等を挙げることができ、中でも、硫化物固体電解質材料が好ましい。酸化物固体電解質材料に比べて、リチウムイオン伝導性が高いからである。 Examples of the inorganic solid electrolyte material include a sulfide solid electrolyte material, an oxide solid electrolyte material, a nitride solid electrolyte material, a halide solid electrolyte material, and the like, and among them, the sulfide solid electrolyte material is preferable. This is because the lithium ion conductivity is higher than that of the oxide solid electrolyte material.

硫化物固体電解質材料としては、例えば、LiS-P、LiS-P-LiI等が挙げられる。なお、上記「LiS-P」の記載は、LiS及びPを含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質材料を意味し、他の記載についても同様である。 Examples of the sulfide solid electrolyte material include Li 2 SP 2 S 5 and Li 2 SP 2 S 5 -Li I. The above description of "Li 2 SP 2 S 5" means a sulfide solid electrolyte material using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5 , and the same applies to other descriptions. be.

酸化物固体電解質材料としては、例えば、NASICON型酸化物、ガーネット型酸化物、ペロブスカイト型酸化物等が挙げられる。NASICON型酸化物としては、例えば、Li、Al、Ti、P及びOを含有する酸化物(例えばLi1.5Al0.5Ti1.5(PO)が挙げられる。ガーネット型酸化物としては、例えば、Li、La、Zr及びOを含有する酸化物(例えばLiLaZr12)が挙げられる。ペロブスカイト型酸化物としては、例えば、Li、La、Ti及びOを含有する酸化物(例えばLiLaTiO)が挙げられる。 Examples of the oxide solid electrolyte material include NASICON type oxides, garnet type oxides, perovskite type oxides and the like. Examples of the NASION-type oxide include oxides containing Li, Al, Ti, P and O (for example, Li 1.5 Al 0.5 Ti 1.5 (PO 4 ) 3 ). Examples of the garnet-type oxide include oxides containing Li, La, Zr and O (for example, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ). Examples of the perovskite-type oxide include oxides containing Li, La, Ti and O (for example, LiLaTIO 3 ).

非水系電解液に含まれる塩類としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiB(C、LiSbF、CHSOLi、CFSOLi、LiCl、LiCSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiBr、LiBOB、LiTFSI、LiFSI、CTFSI、LiPF等が挙げられる。 Examples of salts contained in the non-aqueous electrolyte solution include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiSbF 6 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiCl, LiC. 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiBr, LiBOB, LiTFSI, LiFSI, Examples thereof include CTFSI and LiPF 2 O 2 .

電解質を溶解する溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、フロロエチレンカーボネート、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、γ-ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、4メチル1,3-ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等が挙げられる。 Examples of the solvent for dissolving the electrolyte include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, fluoroethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran and 2-methyl. Examples thereof include tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl 1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, acetic acid ester, butyric acid ester, propionic acid ester and the like.

負極は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質粒子と、上記導電助剤と、上記結着剤と、を含んで構成される。
負極活物質粒子としては、リチウム元素を含むものと、リチウム元素を含まないものとが挙げられる。リチウム元素を含む負極活物質粒子として、例えば、リチウムアルミニウム合金、リチウムスズ合金等の金属リチウム、チタン酸リチウム等のリチウム酸化物、リチウムコバルト窒化物等のリチウム窒化物等が挙げられる。リチウム元素を含まない負極活物質粒子としては、例えば、メソカーボンマイクロビーズ等の黒鉛質材料、フェノール樹脂やピッチ等を焼成炭化したもの、活性炭、グラファイト等の炭素系材料、SiO、SiO等のシリコン系材料、SnO、SnO等のスズ系材料、PbO、PbO等の鉛系材料、GeO、GeO等のゲルマニウム系材料、リン系材料、ニオブ系材料、アンチモン系材料、及び、これらの材料の混合物が挙げられる。
The negative electrode is composed of negative electrode active material particles capable of occluding and releasing lithium ions, the conductive auxiliary agent, and the binder.
Examples of the negative electrode active material particles include those containing a lithium element and those not containing a lithium element. Examples of the negative electrode active material particles containing a lithium element include metallic lithium such as lithium aluminum alloy and lithium tin alloy, lithium oxide such as lithium titanate, and lithium nitride such as lithium cobalt nitride. Examples of the negative electrode active material particles containing no lithium element include graphite materials such as mesocarbon microbeads, calcined phenolic resins and pitches, carbon-based materials such as activated carbon and graphite, and SiO, SiO 2 and the like. Silicon-based materials, tin-based materials such as SnO and SnO 2 , lead-based materials such as PbO and PbO 2 , germanium-based materials such as GeO and GeO 2 , phosphorus-based materials, niobium-based materials, antimony-based materials, and these. Examples include a mixture of materials.

その他、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、電解質として非水系電解液を用いる場合、セパレータを備える。 In addition, the lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes a separator when a non-aqueous electrolyte solution is used as the electrolyte.

セパレータとしては、多孔性ポリマーやガラスフィルタ等が用いられる。 As the separator, a porous polymer, a glass filter or the like is used.

以上説明した本実施形態に係るリチウムイオン二次電池によれば、以下のような効果を奏する。 According to the lithium ion secondary battery according to the present embodiment described above, the following effects are obtained.

本実施形態では、リチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質粒子は、菱面体晶系で空間群R-3mの層状岩塩型構造を有し、表面部が中心部と比べて、安定性が高い一方で低容量となる化学組成により形成される正極活物質粒子とした。また、前記正極活物質粒子は、粒子の中心に下記一般式(1)で表され且つ菱面体晶系で空間群R-3mの層状岩塩型構造を有するコア粒子と、前記コア粒子を被覆する安定な層状岩塩型構造を有する被覆層と、を有するものであってもよい。
[化1]
LiNiMnCo・・・(1)
[一般式(1)中、x+y+z=1である。]
In the present embodiment, the positive electrode active material particles used in the lithium ion secondary battery have a layered rock salt type structure of a space group R-3 m in a rhombic crystal system, and the surface portion is more stable than the central portion. The positive electrode active material particles formed by the chemical composition having a high capacity but a low capacity were used. Further, the positive electrode active material particles cover the core particles represented by the following general formula (1) at the center of the particles and having a layered rock salt type structure of a space group R-3 m in a rhombic crystal system. It may have a covering layer having a stable layered rock salt type structure.
[Chemical 1]
LiNi x Mn y Coz O 2 ... (1)
[In the general formula (1), x + y + z = 1. ]

これにより、正極活物質の結晶構造変化を抑制し、リチウムイオン電池の耐久性を向上させることができる。 This makes it possible to suppress changes in the crystal structure of the positive electrode active material and improve the durability of the lithium ion battery.

また本実施形態では、前記正極活物質粒子の電子顕微鏡観察に基づく粒子径Dsemを、1~7μmとした。
これにより、上記の効果をより確実に発揮することができる。
Further, in the present embodiment, the particle diameter D sem based on the electron microscope observation of the positive electrode active material particles is set to 1 to 7 μm.
Thereby, the above-mentioned effect can be more reliably exerted.

また本実施形態では、前記最外周に形成されるコート層による前記粒子の表面被覆率は、1~75%、好ましくは1~60%、さらに好ましくは1~50%とした。
これにより、安定被覆層により正極活物質を適度に被覆し、高い容量、低い抵抗値および高い耐久性を両立することができる。
Further, in the present embodiment, the surface coverage of the particles by the coat layer formed on the outermost periphery is set to 1 to 75%, preferably 1 to 60%, and more preferably 1 to 50%.
As a result, the positive electrode active material can be appropriately coated with the stable coating layer, and high capacity, low resistance value and high durability can be achieved at the same time.

また本実施形態では、前記被覆層の前記粒子における重量比を、2.0質量%以下、好ましくは0.03~1.5質量%、さらに好ましくは0.03~1.0質量%とした。
これにより、安定な構造を有する被覆層を適度な厚さで形成し、低い抵抗値と高い耐久性を両立することができる。
Further, in the present embodiment, the weight ratio of the coating layer to the particles is 2.0% by mass or less, preferably 0.03 to 1.5% by mass, and more preferably 0.03 to 1.0% by mass. ..
As a result, a coating layer having a stable structure can be formed with an appropriate thickness, and both a low resistance value and a high durability can be achieved at the same time.

次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.

[リチウムイオン二次電池の製造方法]
<実施例1>
(正極活物質粒子の作製)
上述の製造方法により、コア粒子の化学組成がLiNi2/3Co1/6Al1/6であり、コート層の化学組成がLiNi1/2Co1/5Mn3/10である正極活物質粒子を作製した。コア粒子上の上記コート層による表面被覆率を50%とした。また、正極活物質粒子の電子顕微鏡観察に基づくコア粒子径Dsemを1μm~10μmとした。
[Manufacturing method of lithium ion secondary battery]
<Example 1>
(Preparation of positive electrode active material particles)
By the above-mentioned production method, the chemical composition of the core particles is LiNi 2/3 Co 1/6 Al 1/6 O 2 and the chemical composition of the coat layer is LiNi 1/2 Co 1/5 Mn 3/10 O 2 . Certain positive electrode active material particles were prepared. The surface coverage of the coat layer on the core particles was set to 50%. Further, the core particle diameter D sem based on the electron microscope observation of the positive electrode active material particles was set to 1 μm to 10 μm.

(正極の作製)
上記正極活物質粒子、アセチレンブラック、及びPVDFをN―メチル―2―ピロリドン(NMP)に分散させて正極合剤を調製した。得られた正極合剤を、集電体としてのアルミニウム箔に塗布し、乾燥後ロールプレス機で圧縮成形した後、所定のサイズに裁断することにより、正極を作製した。
(Preparation of positive electrode)
The positive electrode active material particles, acetylene black, and PVDF were dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode mixture. The obtained positive electrode mixture was applied to an aluminum foil as a current collector, dried, compression-molded by a roll press, and then cut into a predetermined size to prepare a positive electrode.

(負極の作製)
負極活物質粒子、及びPVDFをNMPに分散させて負極合剤を調製した。得られた負極合剤を、集電体としての銅箔に塗布し、乾燥後ロールプレス機で圧縮成形した後、所定のサイズに裁断することにより、負極を作製した。
(Manufacturing of negative electrode)
Negative electrode active material particles and PVDF were dispersed in NMP to prepare a negative electrode mixture. The obtained negative electrode mixture was applied to a copper foil as a current collector, dried, compression-molded by a roll press, and then cut into a predetermined size to prepare a negative electrode.

(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
正極および負極の集電体に各々リード電極を取り付けた後、正極と負極との間にセパレータを配し、袋状のラミネートパックにそれらを収納した。次いで、これを真空乾燥させて、各部材に吸着した水分を除去した。その後、アルゴン雰囲気下でラミネートパック内に電解液を注入し、封止した。こうして得られたリチウムイオン二次電池を恒温槽に入れ微弱電流でエージングを行った。電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とを体積比3:7で混合し、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を濃度が1mol/lになるように溶解させたものを用いた。
(Manufacturing of lithium-ion secondary battery for evaluation)
After attaching the lead electrodes to the current collectors of the positive electrode and the negative electrode, separators were arranged between the positive electrode and the negative electrode, and they were stored in a bag-shaped laminate pack. Then, this was vacuum dried to remove the moisture adsorbed on each member. Then, the electrolytic solution was injected into the laminate pack under an argon atmosphere and sealed. The lithium ion secondary battery thus obtained was placed in a constant temperature bath and aged with a weak current. As the electrolytic solution, ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) are mixed at a volume ratio of 3: 7, and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved so as to have a concentration of 1 mol / l. Was used.

<実施例2>
実施例2では、化学組成がLiNi1/2Co1/5Mn3/10であるコート層によるコア粒子上の表面被覆率を25%とした以外は、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 2>
In Example 2, the same method as in Example 1 was used except that the surface coverage on the core particles by the coat layer having a chemical composition of LiNi 1/2 Co 1/5 Mn 3/10 O 2 was set to 25%. A lithium ion secondary battery was manufactured.

<比較例1>
比較例1では、コア粒子をコート層で被覆しない以外は、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the core particles were not coated with the coat layer.

<実施例3>
実施例3では、化学組成がLiNi1/2Co1/5Mn3/10であるコート層上にさらに、化学組成がLiNi1/3Co1/3Mn1/3であるコート層を被覆し、これらコート層によるコア粒子上の表面被覆率を50%とした以外は、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 3>
In Example 3, a coat having a chemical composition of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 is further coated on a coat layer having a chemical composition of LiNi 1/2 Co 1/5 Mn 3/10 O 2 . A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the layers were coated and the surface coverage on the core particles by these coated layers was 50%.

<実施例4>
実施例4では、化学組成がLiNi1/2Co1/5Mn3/10であるコート層上にさらに、化学組成がLiNi1/3Co1/3Mn1/3であるコート層を被覆し、これらコート層によるコア粒子上の表面被覆率を25%として以外は、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 4>
In Example 4, a coat having a chemical composition of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 is further coated on a coat layer having a chemical composition of LiNi 1/2 Co 1/5 Mn 3/10 O 2 . A lithium ion secondary battery was produced by the same method as in Example 1 except that the layers were coated and the surface coverage on the core particles by these coated layers was 25%.

<実施例5>
実施例5では、化学組成がLiNi8/10Co1/10Mn1/10であるコア粒子上に、化学組成がLiNi1/3Co1/3Mn1/3であるコート層を表面被覆率が50%となるように被覆した以外は、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
<Example 5>
In Example 5, a coat layer having a chemical composition of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 is placed on core particles having a chemical composition of LiNi 8/10 Co 1/10 Mn 1/10 O 2 . A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the surface coverage was 50%.

<比較例2>
比較例2では、コア粒子をコート層で被覆しない以外は、実施例5と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
<Comparative Example 2>
In Comparative Example 2, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 5 except that the core particles were not coated with the coat layer.

<充放電サイクル試験>
上記実施例及び比較例で得られた評価用電池について、以下のようにして充放電サイクル試験を行い、耐久性(性能維持率)、全抵抗比、及び被膜抵抗比を評価した。ここでいう全抵抗比とは電池としての電子(e)の抵抗比であり、被膜抵抗比とは活物質の価数変化(酸化還元)を伴う反応(Liイオンの出入等)における抵抗成分比である。充放電サイクル試験は、60℃の温度条件下、電流密度2.0mA/cmの定電流で充電上限電圧4.2Vまで充電を行い、次いで電流密度20mA/cmの定電流で放電下限電圧2.7Vまで放電を行う充放電を1サイクルとした。そして、サイクルごとに、放電容量及び被膜抵抗を測定した。性能維持率は、以下の計算式を用いて算出した。
性能維持率=(各サイクルの放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
<Charge / discharge cycle test>
The evaluation batteries obtained in the above Examples and Comparative Examples were subjected to charge / discharge cycle tests as follows to evaluate durability (performance resistivity), total resistivity, and film resistivity. The total resistance ratio here is the resistance ratio of electrons (e- ) as a battery, and the coating resistance ratio is a resistance component in a reaction (such as the ingress and egress of Li ions) accompanied by a change in the valence of the active material (oxidation-reduction). The ratio. In the charge / discharge cycle test, the battery is charged to a charge upper limit voltage of 4.2 V with a constant current of current density of 2.0 mA / cm 2 under a temperature condition of 60 ° C., and then a discharge lower limit voltage is charged with a constant current of current density of 20 mA / cm 2 . One cycle was charged and discharged to discharge up to 2.7V. Then, the discharge capacity and the coating resistance were measured for each cycle. The performance maintenance rate was calculated using the following formula.
Performance maintenance rate = (discharge capacity of each cycle / discharge capacity of the first cycle) x 100

図2及び図3において、縦軸は1000サイクル実施時における性能維持率を示し、横軸は正極活物質粒子のコア粒子径を示す。この結果から、実施例1~4及び比較例1において、コア粒子径が大きくなると、性能維持率が上昇することが確認された。また、最表面を被覆した実施例1~4は、コート層のない比較例1に比べて性能維持率が高く、表面被覆率が上がると性能維持率が向上した。さらに、実施例1と実施例3又は実施例2と実施例4を比較すると、表面被覆率が同じであっても、複数種の異なる化学組成のコート層を有する正極活物質粒子を用いたほうが、1種類のコート層により被覆された正極活物質粒子を用いたリチウムイオン二次電池に比べて、性能維持率が高いことが確認された。 In FIGS. 2 and 3, the vertical axis shows the performance maintenance rate after 1000 cycles, and the horizontal axis shows the core particle diameter of the positive electrode active material particles. From this result, it was confirmed that in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the performance maintenance rate increased as the core particle diameter increased. Further, Examples 1 to 4 having the outermost surface covered had a higher performance retention rate than Comparative Example 1 having no coat layer, and the performance retention rate improved as the surface coverage rate increased. Further, when Example 1 and Example 3 or Example 2 and Example 4 are compared, it is better to use positive electrode active material particles having a plurality of kinds of coat layers having different chemical compositions even if the surface coverage is the same. It was confirmed that the performance maintenance rate was higher than that of the lithium ion secondary battery using the positive electrode active material particles coated with one kind of coat layer.

図4及び図5において、縦軸は全抵抗比を示し、横軸は正極活物質粒子のコア粒子径を示す。この結果から、実施例1~4及び比較例1において、コア粒子径が大きくなると、全抵抗比も上昇することが確認された。また、最表面を被覆した実施例1~4は、コート層のない比較例1に比べて全抵抗比が高いことが確認された。 In FIGS. 4 and 5, the vertical axis indicates the total resistivity, and the horizontal axis indicates the core particle diameter of the positive electrode active material particles. From this result, it was confirmed that in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, as the core particle size increased, the total resistance ratio also increased. Further, it was confirmed that Examples 1 to 4 having the outermost surface covered had a higher total resistance ratio than Comparative Example 1 having no coat layer.

図6において、縦軸は各サイクル時における性能維持率を示し、横軸はサイクル数を示す。コート層のない比較例2は、放電容量の減少率が高く、1000サイクルを超えると性能維持率が0.6以下に減少するが、コート層を有する正極活物質粒子を用いた実施例5は、2000サイクル実施時においても、性能維持率が0.9付近であり、高い放電容量を維持することが確認された。 In FIG. 6, the vertical axis shows the performance maintenance rate at each cycle, and the horizontal axis shows the number of cycles. In Comparative Example 2 without a coat layer, the reduction rate of the discharge capacity is high, and the performance maintenance rate decreases to 0.6 or less after 1000 cycles, but in Example 5 using the positive electrode active material particles having a coat layer. It was confirmed that the performance maintenance rate was around 0.9 even when 2000 cycles were carried out, and that a high discharge capacity was maintained.

図7において、縦軸は各サイクル時における被膜抵抗比を示し、横軸はサイクル数を示す。コート層のない比較例2は、初期放電時の被膜抵抗比は低いが充放電を繰り返すと上昇し1000サイクルを超えると、被膜抵抗比が30を超える。一方、実施例5は、初期放電時の被膜抵抗比は比較例2よりも高いが、2000サイクル実施時においても、顕著な上昇は見られず、低い被膜抵抗比を維持することが確認された。 In FIG. 7, the vertical axis shows the film resistivity at each cycle, and the horizontal axis shows the number of cycles. In Comparative Example 2 without a coat layer, the film resistivity at the time of initial discharge is low, but increases with repeated charging and discharging, and when it exceeds 1000 cycles, the film resistivity exceeds 30. On the other hand, in Example 5, the film resistivity at the time of initial discharge was higher than that of Comparative Example 2, but no significant increase was observed even at the time of 2000 cycles, and it was confirmed that a low film resistivity was maintained. ..

1 正極活物質粒子
2 コア粒子
3 コート層
4 コート層
1 Positive electrode active material particles 2 Core particles 3 Coat layer 4 Coat layer

Claims (12)

菱面体晶系で空間群R-3mの層状岩塩構造を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子であって、
表面部が中心部と比べて、安定性が高い一方で低容量となる化学組成により形成され、
前記リチウムイオン二次電池用正極活物質粒子は、コア粒子と、該コア粒子の表面上に形成されるコート層と、を含み、
前記コア粒子上の前記コート層による被覆率が、前記コア粒子の表面積に対して1%~75%であるリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子。
It is a positive electrode active material particle for a lithium ion secondary battery having a layered rock salt structure of a space group R-3 m in a rhombic crystal system.
The surface is formed by a chemical composition that is more stable but has a lower volume than the central part.
The positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery include core particles and a coat layer formed on the surface of the core particles.
Positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery in which the coverage of the coat layer on the core particles is 1% to 75% with respect to the surface area of the core particles.
菱面体晶系で空間群R-3mの層状岩塩構造を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子であって、It is a positive electrode active material particle for a lithium ion secondary battery having a layered rock salt structure of a space group R-3 m in a rhombic crystal system.
表面部が中心部と比べて、安定性が高い一方で低容量となる化学組成により形成され、The surface is formed by a chemical composition that is more stable but has a lower volume than the central part.
前記リチウムイオン二次電池用正極活物質粒子は、コア粒子と、該コア粒子の表面上に形成されるコート層と、を含み、The positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery include core particles and a coat layer formed on the surface of the core particles.
前記コア粒子上の前記コート層による被覆率が、前記コア粒子の表面積に対して1%~50%であるリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子。Positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery in which the coverage of the coat layer on the core particles is 1% to 50% with respect to the surface area of the core particles.
下記一般式(1)で表され、
表面部の化学組成が中心部の化学組成と比べて、Mn及びCoのモル比が高い一方でNiのモル比が低い請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子。
[化1]
LiNiMnCo・・・(1)
[一般式(1)中、x+y+z=1である。]
Expressed by the following general formula (1)
The positive electrode active material particle for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the chemical composition of the surface portion has a high molar ratio of Mn and Co but a low molar ratio of Ni as compared with the chemical composition of the central portion.
[Chemical 1]
LiNi x Mn y Coz O 2 ... (1)
[In the general formula (1), x + y + z = 1. ]
菱面体晶系で空間群R-3mの層状岩塩構造を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子であって、It is a positive electrode active material particle for a lithium ion secondary battery having a layered rock salt structure of a space group R-3 m in a rhombic crystal system.
表面部が中心部と比べて、安定性が高い一方で低容量となる化学組成により形成され、The surface is formed by a chemical composition that is more stable but has a lower volume than the central part.
前記リチウムイオン二次電池用正極活物質粒子は、コア粒子と、該コア粒子の表面上に形成されるコート層と、を含み、The positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery include core particles and a coat layer formed on the surface of the core particles.
前記コア粒子が、下記一般式(2)で表され、The core particles are represented by the following general formula (2).
前記コート層が、下記一般式(1)で表され、The coat layer is represented by the following general formula (1).
前記コート層の表面部の化学組成が前記コア粒子と前記コート層との界面の化学組成と比べて、Mn及びCoのモル比が高い一方でNiのモル比が低く、The chemical composition of the surface portion of the coat layer is higher than the chemical composition of the interface between the core particles and the coat layer, while the molar ratio of Mn and Co is high, while the molar ratio of Ni is low.
前記コア粒子上の前記コート層による被覆率が、前記コア粒子の表面積に対して1%~75%であるリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子。Positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery in which the coverage of the coat layer on the core particles is 1% to 75% with respect to the surface area of the core particles.
[化1][Chemical 1]
LiNiLiNi x MnMn y CoCo z O 2 ・・・(1)... (1)
[一般式(1)中、x+y+z=1である。][In the general formula (1), x + y + z = 1. ]
[化2][Chemical 2]
LiNiLiNi x CoCo y AlAl z O 2 ・・・(2)... (2)
[一般式(2)中、x+y+z=1である。][In the general formula (2), x + y + z = 1. ]
菱面体晶系で空間群R-3mの層状岩塩構造を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子であって、It is a positive electrode active material particle for a lithium ion secondary battery having a layered rock salt structure of a space group R-3 m in a rhombic crystal system.
表面部が中心部と比べて、安定性が高い一方で低容量となる化学組成により形成され、The surface is formed by a chemical composition that is more stable but has a lower volume than the central part.
前記リチウムイオン二次電池用正極活物質粒子は、コア粒子と、該コア粒子の表面上に形成されるコート層と、を含み、The positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery include core particles and a coat layer formed on the surface of the core particles.
前記コア粒子が、下記一般式(2)で表され、The core particles are represented by the following general formula (2).
前記コート層が、下記一般式(1)で表され、The coat layer is represented by the following general formula (1).
前記コート層の表面部の化学組成が前記コア粒子と前記コート層との界面の化学組成と比べて、Mn及びCoのモル比が高い一方でNiのモル比が低く、The chemical composition of the surface portion of the coat layer is higher than the chemical composition of the interface between the core particles and the coat layer, while the molar ratio of Mn and Co is high, while the molar ratio of Ni is low.
前記コア粒子上の前記コート層による被覆率が、前記コア粒子の表面積に対して1%~50%であるリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子。Positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery in which the coverage of the coat layer on the core particles is 1% to 50% with respect to the surface area of the core particles.
[化1][Chemical 1]
LiNiLiNi x MnMn y CoCo z O 2 ・・・(1)... (1)
[一般式(1)中、x+y+z=1である。][In the general formula (1), x + y + z = 1. ]
[化2][Chemical 2]
LiNiLiNi x CoCo y AlAl z O 2 ・・・(2)... (2)
[一般式(2)中、x+y+z=1である。][In the general formula (2), x + y + z = 1. ]
前記化学組成が離散的に変化する請求項1~5のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子。 The positive electrode active material particle for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the chemical composition changes discretely. 前記化学組成が連続的に変化する請求項1~5のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子。 The positive electrode active material particle for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the chemical composition continuously changes. 前記コア粒子と前記コート層との合計質量に対して前記コート層の質量が、0.1質量%~50質量%である請求項1~7のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the mass of the coat layer is 0.1% by mass to 50% by mass with respect to the total mass of the core particles and the coat layer. Active material particles. 前記コア粒子と前記コート層との合計質量に対して前記コート層の質量が、0.1質量%~20質量%である請求項1~7のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the mass of the coat layer is 0.1% by mass to 20% by mass with respect to the total mass of the core particles and the coat layer. Active material particles. 前記コア粒子の格子定数に対する前記コート層の格子定数の比が1~2である請求項1~9に記載のいずれかにリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子。 The positive electrode active material particle for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 9 , wherein the ratio of the lattice constant of the coat layer to the lattice constant of the core particles is 1 to 2. 請求項1~10のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子を含むリチウムイオン二次電池用正極。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery containing the positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 10 . 請求項11に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、負極と、電解質と、を備えるリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery comprising the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte for the lithium ion secondary battery according to claim 11 .
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