JP7192397B2 - Lithium-cobalt-manganese composite oxide and lithium secondary battery containing the same - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物及びこれを含むリチウム二次電池に関するものである。 The present invention relates to a lithium-cobalt-manganese composite oxide and a lithium secondary battery containing the same.

携帯電話、ノートパソコン、AV機器、および電気自動車などの電源としてリチウムイオン二次電池(LIB)が使用されている。当該二次電池の正極材料には主にLiCoOが使用されている。 Lithium ion secondary batteries (LIB) are used as power sources for mobile phones, notebook computers, AV equipment, electric vehicles, and the like. LiCoO 2 is mainly used for the positive electrode material of the secondary battery.

近年、携帯機器の電力需要増加、又はハイブリッド電気自動車などのLIB化に伴い、更にエネルギー密度が高く、安全性の高いリチウムイオン二次電池が求められている。そのため、新たな正極材料として、LiMnにおけるMnサイトの一部を他の遷移金属(Cr、Co、Ni、Fe、Cu)で置換した、4.5V以上で作動する立方晶スピネル型リチウム遷移金属酸化物の開発が盛んに行われている。 In recent years, with the increase in power demand for mobile devices and the shift to LIBs such as hybrid electric vehicles, lithium ion secondary batteries with higher energy density and higher safety are in demand. Therefore, as a new positive electrode material, cubic spinel-type lithium that operates at 4.5 V or higher, in which part of the Mn sites in LiMn 2 O 4 is replaced with other transition metals (Cr, Co, Ni, Fe, Cu) Development of transition metal oxides has been actively carried out.

Fd-3mの空間群を有する、スピネル型リチウムコバルトマンガン含有複合酸化物が知られている(特許文献1)。前記スピネル型リチウムコバルトマンガン含有複合酸化物は、リチウム源、マンガン源、及びコバルト源を混合し、噴霧熱乾燥法により湿式造粒したものを原料としており、所謂固相反応法によって製造されている。 A spinel-type lithium-cobalt-manganese-containing composite oxide having a space group of Fd-3m is known (Patent Document 1). The spinel-type lithium-cobalt-manganese-containing composite oxide is prepared by mixing a lithium source, a manganese source, and a cobalt source, wet granulating the mixture by a spray heat drying method, and is produced by a so-called solid phase reaction method. .

特許第5813277号公報Japanese Patent No. 5813277

特許文献1の固相反応法で得られるスピネル型リチウムコバルトマンガン含有複合酸化物については、リチウムとコバルトとマンガンが原子レベルで十分に分散されているとは言い難く、均質性に劣るため、4.5V以上の容量が十分に出し切れていないという課題があった。 Regarding the spinel-type lithium-cobalt-manganese-containing composite oxide obtained by the solid-phase reaction method of Patent Document 1, it is difficult to say that lithium, cobalt, and manganese are sufficiently dispersed at the atomic level, and the homogeneity is poor. There was a problem that the capacity of 0.5 V or more was not sufficiently produced.

本発明の目的は、高いエネルギー密度を有するリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物及びこれを含むリチウム二次電池を提供するものである。 An object of the present invention is to provide a lithium-cobalt-manganese composite oxide having a high energy density and a lithium secondary battery containing the same.

本発明者は高いエネルギー密度、安全性を兼備したリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物について鋭意検討した結果、特定のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を正極に用いた電池が、4.5V以上の電圧領域で大きな充放電容量を発現することを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、化学組成式がLi(1.0+a)CoMn(2.0-x-a)(4-δ)(但し、-0.15≦a≦0.15、0.9≦x≦1.1、0≦δ≦0.5である)で表され、結晶構造が立方晶スピネル型構造であり、結晶子サイズが50~100nmであり、格子歪みが0.5%以下であることを特徴とするリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物、及びこれを含むリチウム二次電池である。 As a result of intensive studies on lithium-cobalt-manganese composite oxides with high energy density and safety, the inventors of the present invention found that a battery using a specific lithium-cobalt-manganese composite oxide for the positive electrode has a voltage of 4.5V. The inventors have found that a large charge/discharge capacity is exhibited in the above voltage range, and have completed the present invention. That is, in the present invention, the chemical composition formula is Li (1.0+a) Co x Mn (2.0-xa) O (4-δ) (where -0.15 ≤ a ≤ 0.15, 0.00). 9 ≤ x ≤ 1.1, 0 ≤ δ ≤ 0.5), the crystal structure is a cubic spinel structure, the crystallite size is 50 to 100 nm, and the lattice strain is 0.5%. A lithium-cobalt-manganese composite oxide and a lithium secondary battery containing the same characterized by:

本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物は、一定の平均粒子径を保ちながら、規定した結晶子サイズであることにより、4.5V以上の作動電位での容量を効率よく発揮し、さらに構造安定性に優れ、高いエネルギー密度を実現することができた。よって、本発明が提案するリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物は、各種リチウム二次電池の正極活物質に用いることで優れた性能を提供することができる。 The lithium-cobalt-manganese composite oxide of the present invention has a specified crystallite size while maintaining a constant average particle size, so that it efficiently exhibits capacity at an operating potential of 4.5 V or more, and furthermore Excellent structural stability and high energy density could be achieved. Therefore, the lithium-cobalt-manganese composite oxide proposed by the present invention can provide excellent performance when used as a positive electrode active material for various lithium secondary batteries.

以下、本発明について詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.

本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物は、化学組成式がLi(1.0+a)CoMn(2.0-x-a)(但し、-0.15≦a≦0.15、0.9≦x≦1.1である)で表される。 The lithium-cobalt-manganese composite oxide of the present invention has a chemical composition formula of Li (1.0+a) CoxMn (2.0-xa) O4 (where -0.15≤a≤0. 15, where 0.9≤x≤1.1).

上記のaについては、-0.15≦a≦0.15であるが、aがこの範囲内であれば、立方晶スピネル型構造の合成が容易となる。当該aについては、-0.10≦a≦0.10であることが好ましく、-0.05≦a≦0.08であることがさらに好ましい。 Regarding the above a, −0.15≦a≦0.15, and if a is within this range, it becomes easy to synthesize a cubic spinel structure. The a is preferably −0.10≦a≦0.10, more preferably −0.05≦a≦0.08.

上記のxについては、0.9≦x≦1.1であるが、xがこの範囲内であれば、酸化還元反応に関与するコバルトの含有量が担保でき、5V付近(Li金属負極基準)の電池容量をより多く利用できる。なお、当該xについては、0.95≦x≦1.1であることが好ましい。 Regarding the above x, 0.9 ≤ x ≤ 1.1, but if x is within this range, the content of cobalt involved in the oxidation-reduction reaction can be secured, and around 5 V (Li metal negative electrode standard) more battery capacity. Note that x preferably satisfies 0.95≦x≦1.1.

なお、スピネル構造は一般的に酸素欠損を含むため、上記化学組成式のOは、実際には、O(4-δ)であり(0≦δ≦0.5)、酸素の一部が欠損したり、フッ素などの他の元素で置換されていてもよい。 Since the spinel structure generally contains oxygen deficiency, O 4 in the above chemical composition formula is actually O (4-δ) (0 ≤ δ ≤ 0.5), and a part of oxygen is It may be missing or substituted with another element such as fluorine.

本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物は、結晶子サイズが50~100nmである。結晶子サイズが50nm未満であると、構造不整が起こりリチウムイオンの拡散が阻害され、100nmを超えると、アニールの際の酸素吸収がされにくくなり酸素欠陥が起こり容量が低下する。充放電の際のリチウムイオンの拡散経路に影響し、4.5V以上の領域で容量をより発現しやすくなることから、シェラーの式から求められる結晶子サイズが100nm以下であることが好ましく、50~100nmであることがより好ましく、55~85nmであることがさらに好ましい。 The lithium-cobalt-manganese composite oxide of the present invention has a crystallite size of 50 to 100 nm. When the crystallite size is less than 50 nm, structural irregularity occurs and diffusion of lithium ions is inhibited. It affects the diffusion path of lithium ions during charging and discharging, and the capacity is more likely to be expressed in the region of 4.5 V or higher. It is more preferably ~100 nm, and even more preferably 55 to 85 nm.

ここで「結晶子サイズ」とは、単結晶とみなせる最大の集まりを意味し、XRD測定で観測される回折ピークの半値全幅から求めることができる。なお特許文献1に記載のファンダメンタル法により求められる結晶子サイズとは本質的に同じパラメータであり、求め方による数値の差異はないと考えられる。 Here, "crystallite size" means the largest collection that can be regarded as a single crystal, and can be obtained from the full width at half maximum of the diffraction peak observed by XRD measurement. It should be noted that the parameter is essentially the same as the crystallite size determined by the fundamental method described in Patent Document 1, and it is considered that there is no difference in numerical values depending on the determination method.

本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物は、格子歪みが0.5%以下である。格子歪みが0.5%を超えると、結晶構造の歪みが大きくなり、リチウムイオンの挿入・脱離の際に等方的に膨張・収縮しないため、結晶構造が不安定となる。結晶構造の歪みが小さく、リチウムイオンの挿入・脱離の際に等方的に膨張・収縮するため、結晶構造がより安定となるため、0.4%以下が好ましく、0.2%以下がより好ましい。 The lithium-cobalt-manganese composite oxide of the present invention has a lattice strain of 0.5% or less. If the lattice strain exceeds 0.5%, the distortion of the crystal structure becomes large, and the crystal structure becomes unstable because it does not expand or contract isotropically during lithium ion insertion/extraction. The distortion of the crystal structure is small, and the crystal structure is more stable because it expands and contracts isotropically when lithium ions are inserted and extracted. more preferred.

格子歪みは、得られたXRDパターンの回折ピークから、ウィリアムソン・ホールの式を用いることで求められる。なお特許文献1に記載のファンダメンタル法により求められる歪みとは本質的に同じパラメータであり、求め方による数値の差異はないと考えられる。 The lattice strain is obtained from the diffraction peaks of the obtained XRD pattern by using the Williamson-Hall equation. Note that the distortion obtained by the fundamental method described in Patent Document 1 is essentially the same parameter, and it is considered that there is no difference in numerical values depending on the method of obtaining.

本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の平均粒子径は、リチウムイオンの拡散距離に影響し、充放電容量の全体をさらに効率よく利用できるようになるため、1~20μmが好ましく、2~20μmがより好ましく、2~15μmがさらに好ましい。また上記の範囲であれば、電極を形成しやすく充填密度が高くなるという利点も併せ持つ。なお、当該平均粒子径とは、一次粒子が凝集した二次粒子の平均粒子径のことを表し、いわゆる凝集粒子径を表す。 The average particle size of the lithium-cobalt-manganese-based composite oxide of the present invention is preferably 1 to 20 μm because it affects the diffusion distance of lithium ions and allows more efficient utilization of the entire charge-discharge capacity. ~20 μm is more preferable, and 2 to 15 μm is even more preferable. Further, within the above range, there is also the advantage that the electrodes can be easily formed and the packing density is high. The average particle size means the average particle size of secondary particles obtained by aggregating primary particles, and represents a so-called agglomerated particle size.

本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の粒子径分布は、特に限定するものではなく、例えば、単分散の粒子径分布、二峰性の粒子径分布等が挙げられる。単分散、すなわち、モノモーダルな分布を有する粒子径分布である場合には、正極とした際にも粒子径が均一であるため、その充放電反応もより均一なものとなる。 The particle size distribution of the lithium-cobalt-manganese composite oxide of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include monodisperse particle size distribution and bimodal particle size distribution. When the particle size distribution is monodisperse, that is, monomodal, the particle size is uniform even when used as a positive electrode, so that the charging/discharging reaction becomes more uniform.

本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物は、結晶構造が立方晶スピネル型構造である。立方晶スピネル型であることにより、CoおよびMnの元素分布が均一化され、Co-Mn規則配列が実現しやすい利点がある。また、遷移金属が三次元的に配列されるため、結晶構造が強固であり安定性に優れるという利点も併せ持つ。ここに、立方晶スピネル型構造とは、結晶格子が立方晶に分類され、結晶構造はスピネル型であるものをいい、空間群がFd-3mであることが好ましい。また、立方晶スピネル型酸化物の含有率が高く主相となるため、格子定数aが8.03~8.07Åであることが好ましく、8.03~8.06Åがより好ましい。8.03~8.06Åの場合、極めて単一結晶相に近い結晶相が得られる。また、副相として、他の結晶相が0.5質量%以下であれば含有していてもよい。この程度であれば、本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の性能に影響しないと考えられるからである。 The lithium-cobalt-manganese composite oxide of the present invention has a cubic spinel crystal structure. The cubic spinel type has the advantage that the element distribution of Co and Mn is made uniform and a regular Co—Mn arrangement is easily realized. In addition, since the transition metal is arranged three-dimensionally, it also has the advantage of having a strong crystal structure and excellent stability. Here, the cubic spinel-type structure refers to a crystal lattice classified as a cubic crystal, a spinel-type crystal structure, and preferably having a space group of Fd-3m. Further, since the cubic spinel type oxide has a high content and becomes the main phase, the lattice constant a is preferably 8.03 to 8.07 Å, more preferably 8.03 to 8.06 Å. In the case of 8.03-8.06 Å, a crystal phase very close to a single crystal phase is obtained. In addition, other crystal phases may be contained as subphases as long as they are 0.5% by mass or less. This is because it is believed that this level does not affect the performance of the lithium-cobalt-manganese composite oxide of the present invention.

本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のBET比表面積は、特に限定するものではないが、より高い充填性が得られやすいという点で、0.05~5m/gであることが好ましく、0.05~1m/g以下であることがより好ましく、0.05~0.5m/g以下であることがさらに好ましい。一般的には、充填性とBET比表面積とは相関関係があるため、低比表面積の方が高い充填性の粉末が得られやすい。 The BET specific surface area of the lithium-cobalt-manganese-based composite oxide of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 5 m 2 /g from the viewpoint that higher filling properties can be easily obtained. It is preferably 0.05 to 1 m 2 /g or less, and even more preferably 0.05 to 0.5 m 2 /g or less. Generally, since there is a correlation between the fillability and the BET specific surface area, a powder with a low specific surface area can be easily obtained with a high fillability.

次に、本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の製造方法について説明する。 Next, the method for producing the lithium-cobalt-manganese composite oxide of the present invention will be described.

本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物は、例えば、マンガン化合物及びコバルト化合物と、リチウム化合物を混合し、焼成し、アニール(熱処理)することで得ることができる。 The lithium-cobalt-manganese-based composite oxide of the present invention can be obtained, for example, by mixing a manganese compound, a cobalt compound, and a lithium compound, firing, and annealing (heat treatment).

マンガン化合物は任意のものを用いることができる。マンガン化合物として、例えば、炭酸マンガン、硝酸マンガン、塩化マンガン、二酸化マンガン、四三酸化マンガンなどが例示できる。 Any manganese compound can be used. Examples of manganese compounds include manganese carbonate, manganese nitrate, manganese chloride, manganese dioxide, and trimanganese tetraoxide.

コバルト化合物は任意のものを用いることができる。例えば、塩基性炭酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルト、オキシ水酸化コバルト、水酸化コバルト、酸化コバルト、含水酸化コバルトなどが例示できる。 Any cobalt compound can be used. Examples include basic cobalt carbonate, cobalt nitrate, cobalt chloride, cobalt oxyhydroxide, cobalt hydroxide, cobalt oxide, and hydrous cobalt oxide.

なお、マンガン化合物及びコバルト化合物は形態や状態が限定されるものではなく、共沈法などにより得られる複合化合物(コバルト-マンガン系複合化合物)を原料として用いることで、より金属元素の均質性に優れたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を得ることができる。 The form and state of the manganese compound and cobalt compound are not limited, and by using a composite compound (cobalt-manganese composite compound) obtained by a coprecipitation method or the like as a raw material, the homogeneity of the metal elements can be improved. An excellent lithium-cobalt-manganese composite oxide can be obtained.

コバルト-マンガン系複合化合物は、pH8.0~12.0の条件下、コバルト塩化合物とマンガン塩化合物を含む水溶液と酸化剤を混合することによって製造することができる。 A cobalt-manganese composite compound can be produced by mixing an aqueous solution containing a cobalt salt compound and a manganese salt compound with an oxidizing agent under pH conditions of 8.0 to 12.0.

コバルト塩化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、コバルト硫酸塩、コバルト塩化物、コバルト硝酸塩、コバルト酢酸塩などを例示することができる。コバルト塩化合物を含む水溶液としては、特に限定するものではないが、例えば、コバルト硫酸塩、コバルト塩化物、コバルト硝酸塩、コバルト酢酸塩などを溶解させた水溶液や、硫酸、塩酸、硝酸などの無機酸、酢酸などの酸にコバルトを溶解した水溶液等を挙げることができる。当該コバルト塩化合物としては、硫酸コバルトが好ましい。 Examples of the cobalt salt compound include, but are not limited to, cobalt sulfate, cobalt chloride, cobalt nitrate, and cobalt acetate. The aqueous solution containing a cobalt salt compound is not particularly limited, but examples include aqueous solutions in which cobalt sulfate, cobalt chloride, cobalt nitrate, cobalt acetate, etc. are dissolved, and inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid. , an aqueous solution in which cobalt is dissolved in an acid such as acetic acid, and the like. Cobalt sulfate is preferable as the cobalt salt compound.

マンガン塩化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、マンガン硫酸塩、マンガン塩化物、マンガン硝酸塩、マンガン酢酸塩などを例示することができる。マンガン塩化合物を含む水溶液としては、特に限定するものではないが、例えば、マンガン硫酸塩、マンガン塩化物、マンガン硝酸塩、マンガン酢酸塩などを溶解させた水溶液や、硫酸、塩酸、硝酸などの無機酸、酢酸などの酸にマンガンを溶解した水溶液等を挙げることができる。当該マンガン塩化合物としては、硫酸マンガンが好ましい。 Examples of the manganese salt compound include, but are not limited to, manganese sulfate, manganese chloride, manganese nitrate, and manganese acetate. The aqueous solution containing a manganese salt compound is not particularly limited. , an aqueous solution in which manganese is dissolved in an acid such as acetic acid, and the like. Manganese sulfate is preferable as the manganese salt compound.

また、コバルト-マンガン系複合化合物の製造において、コバルトとマンガンの割合は、目的とするコバルト-マンガン系複合化合物のコバルト:マンガンの割合となるようにすることが好ましい。 In the production of the cobalt-manganese composite compound, the ratio of cobalt and manganese is preferably adjusted to the cobalt:manganese ratio of the desired cobalt-manganese composite compound.

金属塩水溶液中のコバルト、マンガンの合計濃度(金属濃度)は任意であるが、生産性に優れるという点で、1.0mol/L以上が好ましく、2.0mol/L以上がより好ましい。 The total concentration of cobalt and manganese (metal concentration) in the aqueous metal salt solution is arbitrary, but is preferably 1.0 mol/L or more, more preferably 2.0 mol/L or more, in terms of excellent productivity.

pH8.0~12.0の反応条件を維持するためには、酸や塩基を適宜添加混合することが好ましい。当該酸については、特に限定するものではないが、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、又は酢酸などを挙げることができる。当該塩基については、特に限定するものではないが、例えば、苛性ソーダ、苛性カリ、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、炭酸ソーダ、重炭酸ソーダ等を挙げることができる。 In order to maintain the reaction conditions of pH 8.0 to 12.0, it is preferable to appropriately add and mix an acid or a base. Examples of the acid include, but are not limited to, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and acetic acid. The base is not particularly limited, but examples include caustic soda, caustic potash, lithium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, sodium carbonate, sodium bicarbonate and the like.

当該酸や塩基を添加する際、酸や塩基については、直接添加してもよいし、水溶液として添加してもよい。水溶液として添加する場合、その濃度については、特に限定するものではないが、例えば、1mol/L以上を例示することができる。 When adding the acid or base, the acid or base may be added directly or may be added as an aqueous solution. When added as an aqueous solution, the concentration is not particularly limited, but for example, 1 mol/L or more can be exemplified.

pH8.0~12.0の反応条件を維持するためには、苛性ソーダ水溶液を添加することが好ましく、苛性ソーダ水溶液としては、例えば、固形状水酸化ナトリウムを水溶させたものや食塩電解から生成した水酸化ナトリウム水溶液を濃度調製したもの等を用いることができる。 In order to maintain the reaction conditions of pH 8.0 to 12.0, it is preferable to add an aqueous solution of caustic soda. A concentration-adjusted sodium oxide aqueous solution can be used.

コバルト-マンガン系複合化合物の製造において、pHを制御するために酸や塩基を添加混合する方法としては、特に限定するものではなく、例えば、連続的に行ってもよく、断続的に行ってもよい。 In the production of the cobalt-manganese composite compound, the method of adding and mixing an acid or a base to control the pH is not particularly limited. For example, it may be performed continuously or intermittently. good.

酸化剤は、特に限定するものではないが、例えば、有酸素ガス又は過酸化水素水を挙げることができる。有酸素ガスとしては、特に限定するものではないが、例えば、空気、酸素等を例示することができる。経済上、空気が最も好ましい。空気や酸素などのガスはバブラーなどを用いてバブリングさせることで添加する。一方、過酸化水素水は金属塩水溶液や苛性ソーダ水溶液と同様に混合することができる。 Examples of the oxidizing agent include, but are not limited to, aerobic gas and hydrogen peroxide water. Examples of the aerobic gas include, but are not limited to, air, oxygen, and the like. Air is most preferred economically. A gas such as air or oxygen is added by bubbling using a bubbler or the like. On the other hand, the hydrogen peroxide solution can be mixed in the same manner as the metal salt solution and the caustic soda solution.

コバルト塩化合物とマンガン塩化合物を含む水溶液に酸化剤を添加するときの温度は、特に限定するものではないが、通常、40℃以上であることが好ましい。 Although the temperature at which the oxidizing agent is added to the aqueous solution containing the cobalt salt compound and the manganese salt compound is not particularly limited, it is usually preferably 40° C. or higher.

コバルト-マンガン系複合化合物の製造方法については、特に雰囲気制御は必要なく、通常の大気雰囲気下で行うことが可能である。 The method for producing the cobalt-manganese composite compound does not require any special atmosphere control, and can be carried out in a normal atmospheric atmosphere.

コバルト-マンガン系複合化合物の製造方法については、バッチ式、連続式のどちらでも可能である。バッチ式の場合、混合時間は任意である。例えば、3~48時間が挙げられる。 The method for producing the cobalt-manganese composite compound can be either a batch system or a continuous system. Mixing time is arbitrary in the case of batch type. Examples include 3 to 48 hours.

コバルト-マンガン系複合化合物の製造方法によって析出したコバルト-マンガン系複合化合物については、濾過などの操作によって単離することができ、さらに、取り扱い上、さらに洗浄を行って、乾燥することが好ましい。 The cobalt-manganese composite compound precipitated by the method for producing a cobalt-manganese composite compound can be isolated by an operation such as filtration, and it is preferable to further wash and dry it in terms of handling.

洗浄によって、コバルト-マンガン系複合化合物に付着、吸着した不純物を除去することができる。洗浄方法としては、特に限定するものではないが、例えば、水(例えば、純水、水道水、河川水等)にコバルト-マンガン系複合化合物を添加し、不純物を水に溶解させる方法が例示できる。 Impurities adhering to and adsorbed to the cobalt-manganese composite compound can be removed by washing. The washing method is not particularly limited, but for example, a method of adding a cobalt-manganese complex compound to water (for example, pure water, tap water, river water, etc.) and dissolving impurities in the water can be exemplified. .

乾燥によって、コバルト-マンガン系複合化合物の水分を除去することができる。乾燥方法としては、特に限定するものではないが、例えば、コバルト-マンガン系複合化合物を110~150℃で2~15時間で加熱乾燥する等が挙げられる。 Moisture in the cobalt-manganese composite compound can be removed by drying. Although the drying method is not particularly limited, for example, the cobalt-manganese composite compound is dried by heating at 110 to 150° C. for 2 to 15 hours.

コバルト-マンガン系複合化合物の製造では、洗浄し、乾燥した後に、粉砕を行ってもよい。 In the production of the cobalt-manganese composite compound, it may be washed, dried and then pulverized.

粉砕では、用途に適した平均粒子径の粉末とする。所望の平均粒子径となれば粉砕条件は任意であり、例えば、湿式粉砕、乾式粉砕等の方法で粉砕することが例示できる。 In pulverization, a powder having an average particle size suitable for the application is obtained. Pulverization conditions are arbitrary as long as the desired average particle size is obtained. For example, wet pulverization, dry pulverization, or the like can be used.

以上の方法で得られたコバルト-マンガン系複合化合物は、リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の製造に使用することができる。 The cobalt-manganese composite compound obtained by the above method can be used for producing a lithium-cobalt-manganese composite oxide.

コバルト-マンガン系複合酸化物を原料として、本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を製造する場合、その製造方法は、コバルト-マンガン系複合酸化物とリチウム化合物とを混合する混合工程と、焼成工程と、アニール工程を有するものである。 When producing the lithium-cobalt-manganese-based composite oxide of the present invention using a cobalt-manganese-based composite oxide as a raw material, the manufacturing method includes a mixing step of mixing the cobalt-manganese-based composite oxide and the lithium compound. , a firing process and an annealing process.

混合工程において、リチウム化合物は任意のものを用いることができる。リチウム化合物として、例えば、水酸化リチウム、酸化リチウム、炭酸リチウム、ヨウ化リチウム、硝酸リチウム、シュウ酸リチウム及びアルキルリチウムの群から選ばれる1種以上が例示できる。好ましいリチウム化合物として、水酸化リチウム、酸化リチウム及び炭酸リチウムの群から選ばれるいずれか1種以上が例示できる。 Any lithium compound can be used in the mixing step. Examples of lithium compounds include one or more selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium oxide, lithium carbonate, lithium iodide, lithium nitrate, lithium oxalate, and alkyllithium. As a preferable lithium compound, any one or more selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium oxide and lithium carbonate can be exemplified.

焼成工程では、混合工程で得られた混合物を焼成することによってリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を製造することができる。焼成は、特に限定するものではないが、通常、500~1000℃の温度範囲で行うことができるが、結晶成長を促進させるためにも700~1000℃の温度範囲で行うことが好ましい。当該焼成については、空気中、酸素中など各種の雰囲気で行うことができる。 In the firing step, a lithium-cobalt-manganese composite oxide can be produced by firing the mixture obtained in the mixing step. Firing is not particularly limited, but can usually be carried out at a temperature range of 500 to 1000° C., preferably at a temperature range of 700 to 1000° C. in order to promote crystal growth. The firing can be performed in various atmospheres such as air and oxygen.

アニール工程では、500~800℃の温度範囲が好ましく、600~750℃の温度範囲がより好ましく、例えば、大気や酸素の雰囲気下に0.5~300時間置くことで、酸素を取り込みやすくすることが好ましい。アニール工程を行わない場合、酸素の欠損量が大きくなり、充放電容量が低下する。 In the annealing step, a temperature range of 500 to 800° C. is preferable, and a temperature range of 600 to 750° C. is more preferable. is preferred. If the annealing step is not performed, the amount of oxygen deficiency increases and the charge/discharge capacity decreases.

リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の製造では、洗浄し、乾燥した後に、粉砕を行ってもよい。粉砕では、用途に適した平均粒子径の粉末とする。所望の平均粒子径となれば粉砕条件は任意であり、例えば、湿式粉砕、乾式粉砕等の方法で粉砕することが例示できる。 In the production of the lithium-cobalt-manganese composite oxide, it may be washed, dried and then pulverized. In pulverization, a powder having an average particle size suitable for the application is obtained. Pulverization conditions are arbitrary as long as the desired average particle size is obtained. For example, wet pulverization, dry pulverization, or the like can be used.

このように得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物は、リチウム二次電池の正極活物質として用いられる。 The lithium-cobalt-manganese composite oxide thus obtained is used as a positive electrode active material for lithium secondary batteries.

本発明のリチウム二次電池に用いる負極活物質としては、金属リチウムおよびリチウムまたはリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用いることができる。例えば、金属リチウム、リチウム/アルミニウム合金、リチウム/スズ合金、リチウム/鉛合金および電気化学的にリチウムイオンを挿入・脱離することができる炭素材料が例示され、電気化学的にリチウムイオンを挿入・脱離することができる炭素材料が安全性および電池の特性の面から特に好適である。 As the negative electrode active material used in the lithium secondary battery of the present invention, metallic lithium and materials capable of intercalating and deintercalating lithium or lithium ions can be used. Examples include metallic lithium, lithium/aluminum alloy, lithium/tin alloy, lithium/lead alloy, and carbon materials capable of electrochemically intercalating/deintercalating lithium ions. A carbon material that can be desorbed is particularly preferred from the standpoint of safety and battery characteristics.

本発明のリチウム二次電池で用いる電解質としても特に制限はなく、例えば、カーボネート類、スルホラン類、ラクトン類、エーテル顆等の有機溶媒中にリチウム塩を溶解したものや、リチウムイオン導電性の固体電解質を用いることができる。 The electrolyte used in the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited. Electrolytes can be used.

本発明のリチウム二次電池で用いるセパレーターとしては、特に制限はないが、例えば、ポリエチレン製、ポリプロピレン製の微細多孔膜等を用いることができる。 The separator used in the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but for example, a microporous film made of polyethylene or polypropylene can be used.

以上のようなリチウム二次電池の構成の一例として、例えば、導電剤との混合物をペレット状に成型した後、100~200℃で減圧乾燥して得られる成形物を電池用正極とし、金属リチウム箔からなる負極、およびエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを溶解した電解液を用いたもの等が挙げられる。 As an example of the configuration of the lithium secondary battery as described above, for example, after molding a mixture with a conductive agent into a pellet shape, the molded product obtained by drying under reduced pressure at 100 to 200 ° C. is used as a battery positive electrode, and metallic lithium Examples include those using a negative electrode made of foil, and an electrolytic solution obtained by dissolving lithium hexafluorophosphate in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate.

実施例1のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンである。1 is an XRD pattern of the lithium-cobalt-manganese composite oxide of Example 1. FIG. 実施例1のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron micrograph of the lithium-cobalt-manganese composite oxide of Example 1. FIG. 実施例2のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンである。4 is an XRD pattern of the lithium-cobalt-manganese composite oxide of Example 2. FIG. 実施例3のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンである。4 is an XRD pattern of the lithium-cobalt-manganese composite oxide of Example 3. FIG. 実施例4のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンである。4 is an XRD pattern of the lithium-cobalt-manganese composite oxide of Example 4. FIG. 比較例1のリチウム-ニッケル-マンガン系複合酸化物のXRDパターンである。4 is an XRD pattern of the lithium-nickel-manganese composite oxide of Comparative Example 1. FIG. 比較例1のリチウム-ニッケル-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of the lithium-nickel-manganese composite oxide of Comparative Example 1. FIG. 比較例2のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンである。4 is an XRD pattern of the lithium-cobalt-manganese composite oxide of Comparative Example 2. FIG. 比較例2のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of the lithium-cobalt-manganese composite oxide of Comparative Example 2. FIG.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、これらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

<粉末X線回折測定>
X線回折装置(商品名:Ultima4、リガク製)を使用し、得られた試料の粉末X線回折測定を行った。線源にはCuKα線(λ=1.5405Å)を用い、測定モードはステップスキャン、スキャン条件はサンプリング幅2θ=0.04°、計測時間は4秒、測定範囲は2θとして10°から90°の範囲で測定した。
<Powder X-ray diffraction measurement>
Using an X-ray diffractometer (trade name: Ultima4, manufactured by Rigaku), the obtained sample was subjected to powder X-ray diffraction measurement. CuKα rays (λ = 1.5405 Å) are used as the radiation source, the measurement mode is step scan, the scan conditions are sampling width 2θ = 0.04°, measurement time is 4 seconds, and the measurement range is 10° to 90° as 2θ. measured in the range of

<結晶構造の解析と格子定数の測定>
上記の条件のXRD測定で得られたXRDパターンにおいて、立方晶スピネル型結晶相の構造精密化をRietveld法で行った。X線回折装置に付属の解析ソフトウェアPDXL-2を用いてパターンフィッティングすることにより、格子定数aを求めた。
<Analysis of crystal structure and measurement of lattice constant>
In the XRD pattern obtained by the XRD measurement under the above conditions, structural refinement of the cubic spinel crystal phase was performed by the Rietveld method. The lattice constant a was obtained by pattern fitting using the analysis software PDXL-2 attached to the X-ray diffractometer.

<化学組成の測定>
得られた試料の組成分析は誘導結合プラズマ発光分析法(ICP法)により行った。すなわち、試料粉末と過酸化水素水と塩酸水溶液とを加熱酸溶解することで、測定溶液を調製した。一般的な誘導結合プラズマ発光分析装置(商品名:OPTIMA3000DV、PERKIN ELMER製)を用い、得られた測定溶液を測定することで、得られた試料の化学組成を分析した。
<Measurement of chemical composition>
Composition analysis of the obtained sample was performed by inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP method). That is, the measurement solution was prepared by heating and acid-dissolving the sample powder, the hydrogen peroxide solution, and the hydrochloric acid aqueous solution. The chemical composition of the obtained sample was analyzed by measuring the obtained measurement solution using a general inductively coupled plasma emission spectrometer (trade name: OPTIMA3000DV, manufactured by PERKIN ELMER).

<平均粒子径の測定>
得られた試料の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(商品名:マイクロトラックMT3300EXII、マイクロトラックベル製)を使用してHRAモードで測定した。
<Measurement of average particle size>
The average particle size of the obtained sample was measured in HRA mode using a laser diffraction particle size distribution analyzer (trade name: Microtrac MT3300EXII, manufactured by Microtrac Bell).

<比表面積の測定>
流動式比表面積自動測定装置(商品名:フローソーブ3-2305、Micrometrics社製)を用い、得られた複合酸化物1.0gを窒素気流中150℃、1時間前処理した後、BET1点法にて吸脱着面積を測定した後、重量で除することで比表面積(m/g)を求めた。
<Measurement of specific surface area>
1.0 g of the obtained composite oxide was pretreated in a nitrogen stream at 150° C. for 1 hour using an automatic flow-type specific surface area measuring device (trade name: Flowsorb 3-2305, manufactured by Micrometrics), and then subjected to the BET 1-point method. The specific surface area (m 2 /g) was obtained by dividing the adsorption/desorption area by the weight.

<電池性能評価>
リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の正極としての電池特性試験を行った。
<Battery performance evaluation>
A battery characteristic test was performed on the positive electrode of the lithium-cobalt-manganese composite oxide.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の粉末(正極活物質)と、導電助剤としてアセチレンブラック、結着剤としてPVDFを質量比で88:6:6で混合し、NMPを加えてペースト状に調整した。このペーストを厚さ10.7μmのAl箔集電体に塗布し、150℃で減圧乾燥させた。その後、φ13mmの大きさに切りだし、2t/mでプレスして正極とした。得られた電池用正極と、金属リチウム箔(厚さ0.2mm)からなる負極、およびエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを1mol/dmの濃度で溶解した電解液を用いて電池を構成した。当該電池を用いて定電流で電池電圧が5.4Vから3.0Vの間、室温下で充放電させた。電流密度10mA/gで充放電し、それぞれの比容量(mAh/g)を測定した。 The resulting lithium-cobalt-manganese composite oxide powder (positive electrode active material), acetylene black as a conductive aid, and PVDF as a binder were mixed at a mass ratio of 88:6:6, and NMP was added. Adjusted to a paste. This paste was applied to an Al foil current collector having a thickness of 10.7 μm and dried at 150° C. under reduced pressure. After that, it was cut into a size of φ13 mm and pressed at 2 t/m 2 to obtain a positive electrode. The resulting battery positive electrode, negative electrode made of metallic lithium foil (thickness: 0.2 mm), and electrolytic solution in which lithium hexafluorophosphate was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a concentration of 1 mol/dm3. A battery was constructed using the liquid. The battery was charged and discharged at a constant current at a battery voltage between 5.4 V and 3.0 V at room temperature. It was charged and discharged at a current density of 10 mA/g, and each specific capacity (mAh/g) was measured.

実施例1
硫酸コバルト及び硫酸マンガンを純水に溶解し、1.0mol/L(リットル)の硫酸コバルト及び1.0mol/Lの硫酸マンガンを含む水溶液(金属塩水溶液)を得た。金属塩水溶液中の全金属の合計濃度は2.0mol/Lであった。
Example 1
Cobalt sulfate and manganese sulfate were dissolved in pure water to obtain an aqueous solution (metal salt aqueous solution) containing 1.0 mol/L (liter) of cobalt sulfate and 1.0 mol/L of manganese sulfate. The total concentration of all metals in the metal salt aqueous solution was 2.0 mol/L.

また、内容積1Lの反応容器に純水300gを入れた後、これを60℃まで昇温し、維持した。 Further, after putting 300 g of pure water into a reaction vessel having an inner volume of 1 L, the temperature was raised to 60° C. and maintained.

得られた金属塩水溶液を供給速度0.46g/minで反応容器に連続供給した。また、酸化剤として、空気を供給速度1L/minで反応容器中にバブリングした。さらに、金属塩水溶液及び空気供給の際、pHが8.5となるように、2.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液(苛性ソーダ水溶液)を断続的に添加しながら連続的に反応を進行させた(反応時の酸化還元電位は0.08Vであった)。前記反応により、かかる反応容器中で、コバルト-マンガン系複合化合物が析出し、スラリーが得られた。反応容器内のスラリーをろ過し、純水で洗浄することによって、ウェットケーキを得た。当該ウェットケーキを110℃で15時間乾燥することで、コバルト-マンガン系複合化合物を得た。 The obtained metal salt aqueous solution was continuously supplied to the reactor at a supply rate of 0.46 g/min. As an oxidant, air was bubbled into the reactor at a supply rate of 1 L/min. Furthermore, when supplying the metal salt aqueous solution and air, the reaction was allowed to proceed continuously while intermittently adding a 2.5 mol/L sodium hydroxide aqueous solution (caustic soda aqueous solution) so that the pH was 8.5. (The oxidation-reduction potential during the reaction was 0.08 V). Due to the above reaction, a cobalt-manganese composite compound was precipitated in the reaction vessel to obtain a slurry. A wet cake was obtained by filtering the slurry in the reaction vessel and washing with pure water. The wet cake was dried at 110° C. for 15 hours to obtain a cobalt-manganese composite compound.

得られたコバルト-マンガン系複合化合物と炭酸リチウムを混合し、空気流中、900℃で12時間焼成した後、700℃で24時間、650℃で24時間、600℃で150時間アニールすることにより、リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。製造条件を表1に示す。 The resulting cobalt-manganese composite compound and lithium carbonate were mixed, baked in an air stream at 900° C. for 12 hours, and then annealed at 700° C. for 24 hours, 650° C. for 24 hours, and 600° C. for 150 hours. , a lithium-cobalt-manganese composite oxide was obtained. Table 1 shows the manufacturing conditions.

Figure 0007192397000001
Figure 0007192397000001

化学組成分析の結果から、化学組成式Li1.01Co1.01Mn0.99と表すことができた。 From the results of the chemical composition analysis, it was possible to express the chemical composition formula as Li 1.01 Co 1.01 Mn 0.99 O 4 .

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンを図1に示す。図1からは、空間群Fd-3mに帰属される立方晶スピネル型構造であることがいえた。 FIG. 1 shows the XRD pattern of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 1, it can be said that the crystal has a cubic spinel structure belonging to the space group Fd-3m.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真を図2に示す。 A scanning electron micrograph of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide is shown in FIG.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表2に示す。 Table 2 shows the measurement results of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide.

Figure 0007192397000002
Figure 0007192397000002

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の電池性能評価の結果を表3に示す。表3から、4.7V以上の放電容量が大きく、高エネルギー密度を有していることが示された。 Table 3 shows the battery performance evaluation results of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide. From Table 3, it was shown that the discharge capacity of 4.7 V or higher is large and the battery has a high energy density.

Figure 0007192397000003
Figure 0007192397000003

実施例2
実施例1と同様な方法で得たコバルト-マンガン系複合化合物と炭酸リチウムを混合し、900℃で12時間焼成した後、700℃で24時間、650℃で24時間、600℃で24時間アニールした以外は実施例1と同様の方法でリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。製造条件を表1に示す。
Example 2
A cobalt-manganese composite compound obtained in the same manner as in Example 1 was mixed with lithium carbonate, fired at 900°C for 12 hours, then annealed at 700°C for 24 hours, 650°C for 24 hours, and 600°C for 24 hours. A lithium-cobalt-manganese composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, except that Table 1 shows the manufacturing conditions.

化学組成分析の結果から、化学組成式Li0.97Co1.01Mn0.99と表すことができた。 From the results of the chemical composition analysis, it could be represented as a chemical composition formula Li 0.97 Co 1.01 Mn 0.99 O 4 .

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンを図3に示す。図3からは、空間群Fd-3mに帰属される立方晶スピネル型構造であることがいえた。 FIG. 3 shows the XRD pattern of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 3, it can be said that the crystal has a cubic spinel structure belonging to the space group Fd-3m.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表2に示す。 Table 2 shows the measurement results of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の電池性能評価の結果を表3に示す。 Table 3 shows the battery performance evaluation results of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide.

実施例3
実施例1と同様な方法で得たコバルト-マンガン系複合化合物と炭酸リチウムを混合し、900℃で12時間焼成した後、700℃で12時間アニールした以外は実施例1と同様の方法でリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。製造条件を表1に示す。
Example 3
A cobalt-manganese composite compound obtained in the same manner as in Example 1 and lithium carbonate were mixed, fired at 900° C. for 12 hours, and then annealed at 700° C. for 12 hours. - A cobalt-manganese composite oxide was obtained. Table 1 shows the manufacturing conditions.

化学組成分析の結果から、化学組成式Li0.94Co1.02Mn0.98と表すことができた。 From the results of the chemical composition analysis, it was possible to express the chemical composition formula as Li 0.94 Co 1.02 Mn 0.98 O 4 .

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンを図4に示す。図4からは、空間群Fd-3mに帰属される立方晶スピネル型構造であることがいえた。 FIG. 4 shows the XRD pattern of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 4, it can be said that the crystal has a cubic spinel structure belonging to the space group Fd-3m.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表2に示す。 Table 2 shows the measurement results of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の電池性能評価の結果を表3に示す。 Table 3 shows the battery performance evaluation results of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide.

実施例4
実施例1と同様な方法で得たコバルト-マンガン系複合化合物と炭酸リチウムを混合し、850℃で12時間焼成した後、700℃で24時間、650℃で24時間、600℃で24時間アニールした以外は実施例1と同様の方法でリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。製造条件を表1に示す。
Example 4
A cobalt-manganese composite compound obtained in the same manner as in Example 1 was mixed with lithium carbonate, fired at 850°C for 12 hours, then annealed at 700°C for 24 hours, 650°C for 24 hours, and 600°C for 24 hours. A lithium-cobalt-manganese composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, except that Table 1 shows the manufacturing conditions.

化学組成分析の結果から、化学組成式Li0.94Co1.01Mn0.99と表すことができた。 From the results of the chemical composition analysis, it could be expressed as the chemical composition formula Li 0.94 Co 1.01 Mn 0.99 O 4 .

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンを図5に示す。図5からは、空間群Fd-3mに帰属される立方晶スピネル型構造であることがいえた。 FIG. 5 shows the XRD pattern of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 5, it can be said that the crystal has a cubic spinel structure belonging to the space group Fd-3m.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表2に示す。 Table 2 shows the measurement results of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の電池性能評価の結果を表3に示す。 Table 3 shows the battery performance evaluation results of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide.

比較例1
硫酸ニッケル及び硫酸マンガンを純水に溶解し、0.5mol/L(リットル)の硫酸ニッケル及び1.5mol/Lの硫酸マンガンを含む水溶液(金属塩水溶液)を得た。金属塩水溶液中の全金属の合計濃度は2.0mol/Lであった。
Comparative example 1
Nickel sulfate and manganese sulfate were dissolved in pure water to obtain an aqueous solution (metal salt aqueous solution) containing 0.5 mol/L (liter) of nickel sulfate and 1.5 mol/L of manganese sulfate. The total concentration of all metals in the metal salt aqueous solution was 2.0 mol/L.

また、内容積1Lの反応容器に純水300gを入れた後、これを80℃まで昇温し、維持した。 Further, after putting 300 g of pure water into a reaction vessel having an inner volume of 1 L, the temperature was raised to 80° C. and maintained.

得られた金属塩水溶液を供給速度0.46g/minで反応容器に連続供給した。また、酸化剤として、空気を供給速度1L/minで反応容器中にバブリングした。さらに、金属塩水溶液及び空気供給の際、pHが9.25となるように、2.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液(苛性ソーダ水溶液)を断続的に添加しながら連続的に反応を進行させた(反応時の酸化還元電位は0.08Vであった)。前記反応により、かかる反応容器中で、ニッケル-マンガン系複合化合物が析出し、スラリーが得られた。反応容器内のスラリーをろ過し、純水で洗浄することによって、ウェットケーキを得た。当該ウェットケーキを110℃で15時間乾燥することで、ニッケル-マンガン系複合化合物を得た。 The obtained metal salt aqueous solution was continuously supplied to the reactor at a supply rate of 0.46 g/min. As an oxidant, air was bubbled into the reactor at a supply rate of 1 L/min. Furthermore, when supplying the metal salt aqueous solution and air, the reaction was allowed to proceed continuously while intermittently adding a 2.5 mol/L sodium hydroxide aqueous solution (caustic soda aqueous solution) so that the pH was 9.25. (The oxidation-reduction potential during the reaction was 0.08 V). As a result of the reaction, a nickel-manganese composite compound was precipitated in the reaction vessel to obtain a slurry. A wet cake was obtained by filtering the slurry in the reaction vessel and washing with pure water. The wet cake was dried at 110° C. for 15 hours to obtain a nickel-manganese composite compound.

得られたニッケル-マンガン系複合化合物と炭酸リチウムを混合し空気流中、900℃で12時間焼成した後、700℃で48時間アニールしたことにより、リチウム-ニッケル-マンガン系複合酸化物を得た。製造条件を表1に示す。 The resulting nickel-manganese composite compound and lithium carbonate were mixed, sintered in an air stream at 900° C. for 12 hours, and then annealed at 700° C. for 48 hours to obtain a lithium-nickel-manganese composite oxide. . Table 1 shows the manufacturing conditions.

化学組成分析の結果から、化学組成式Li0.91Ni0.50Mn1.50と表すことができた。 From the results of the chemical composition analysis, it was possible to express the chemical composition formula as Li 0.91 Ni 0.50 Mn 1.50 O 4 .

得られたリチウム-ニッケル-マンガン系複合酸化物のXRDパターンを図6に示す。図6からは、空間群Fd-3mに帰属される立方晶スピネル型構造であることがいえた。 FIG. 6 shows the XRD pattern of the obtained lithium-nickel-manganese composite oxide. From FIG. 6, it can be said that the crystal has a cubic spinel structure belonging to the space group Fd-3m.

得られたリチウム-ニッケル-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真を図7に示す。 A scanning electron micrograph of the resulting lithium-nickel-manganese composite oxide is shown in FIG.

得られたリチウム-ニッケル-マンガン系複合酸化物の測定結果を表2に示す。 Table 2 shows the measurement results of the obtained lithium-nickel-manganese composite oxide.

得られたリチウム-ニッケル-マンガン系複合酸化物の電池性能評価の結果を表3に示す。 Table 3 shows the battery performance evaluation results of the obtained lithium-nickel-manganese composite oxide.

比較例2
実施例1と同様な方法で得たコバルト-マンガン系複合化合物と炭酸リチウムを混合し、900℃で12時間焼成した後、アニールを行うことなくリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。製造条件を表1に示す。
Comparative example 2
A cobalt-manganese composite compound obtained in the same manner as in Example 1 and lithium carbonate were mixed and fired at 900° C. for 12 hours to obtain a lithium-cobalt-manganese composite oxide without annealing. Table 1 shows the manufacturing conditions.

化学組成分析の結果から、化学組成式Li1.00Co1.01Mn0.99と表すことができた。 From the results of the chemical composition analysis, it was possible to express the chemical composition formula Li 1.00 Co 1.01 Mn 0.99 O 4 .

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンを図8に示す。図8からは、空間群Fd-3mに帰属される立方晶スピネル型構造に加え、2θ=20~23°近傍に複数のピークが確認できることからLiMnOに分相していることが分かった。 FIG. 8 shows the XRD pattern of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 8, in addition to the cubic spinel structure attributed to the space group Fd-3m, multiple peaks can be confirmed in the vicinity of 2θ = 20 to 23°, so it is understood that Li 2 MnO 3 is phase split. rice field.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真を図9に示す。 A scanning electron micrograph of the resulting lithium-cobalt-manganese composite oxide is shown in FIG.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表2に示す。 Table 2 shows the measurement results of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の電池性能評価の結果を表3に示す。 Table 3 shows the battery performance evaluation results of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide.

本発明のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物は、リチウム二次電池の正極活物質として使用することができ、そのリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を電池用正極として使用した高エネルギー密度で高性能なリチウム二次電池を構成することが可能となる。 The lithium-cobalt-manganese composite oxide of the present invention can be used as a positive electrode active material for lithium secondary batteries, and the lithium-cobalt-manganese composite oxide can be used as a positive electrode for batteries with a high energy density. It becomes possible to configure a high-performance lithium secondary battery.

Claims (5)

化学組成式がLi(1.0+a)CoxMn(2.0-x-a)O4(但し、-0.15≦a≦0.15、0.9≦x≦1.1である)で表され、結晶構造が立方晶スピネル型構造であり、結晶子サイズが50~85nmであり、格子歪みが0.5%以下であることを特徴とするリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物。 The chemical composition formula is represented by Li(1.0+a)CoxMn(2.0-xa)O4 (where -0.15 ≤ a ≤ 0.15 and 0.9 ≤ x ≤ 1.1) A lithium-cobalt-manganese composite oxide characterized by having a cubic spinel crystal structure, a crystallite size of 50 to 85 nm, and a lattice strain of 0.5% or less. 平均粒子径が1~20μmであることを特徴とする請求項1に記載のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物。 2. The lithium-cobalt-manganese composite oxide according to claim 1, which has an average particle size of 1 to 20 μm. 空間群がFd-3mであり、格子定数aが8.03~8.07Åであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物。 3. The lithium-cobalt-manganese composite oxide according to claim 1, wherein the space group is Fd-3m and the lattice constant a is 8.03 to 8.07 Å. BET比表面積が0.05~5m/gであることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれかの項に記載のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物。 The lithium-cobalt-manganese composite oxide according to any one of claims 1 to 3, which has a BET specific surface area of 0.05 to 5 m 2 /g. 請求項1~請求項4のいずれかの項に記載のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を含むことを特徴とするリチウム二次電池。 A lithium secondary battery comprising the lithium-cobalt-manganese composite oxide according to any one of claims 1 to 4.
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