JP7244366B2 - Electrode materials for secondary batteries - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池用電極材料に関する。詳しくは、活物質粒子の表面に誘電体が配置された電極材料に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrode material for secondary batteries. Specifically, it relates to an electrode material in which a dielectric is arranged on the surface of active material particles.

リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等の二次電池は、軽量かつエネルギー密度が高いことから、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源さらには車両駆動用電源として好ましく用いられている。なかでもリチウムイオン二次電池は、電流密度や単位質量あたりの電池容量が高いことから、特に、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両の駆動用高出力電源として、益々の普及が期待されている。 BACKGROUND ART Secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries and nickel-metal hydride batteries are lightweight and have high energy density, and in recent years, they are preferably used as so-called portable power sources for personal computers, portable terminals, and the like, as well as power sources for driving vehicles. Among them, lithium-ion secondary batteries have high current density and high battery capacity per unit mass, so they are particularly suitable for driving vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and plug-in hybrid vehicles (PHV). As a high-output power source, it is expected to spread more and more.

例えば、リチウムイオン二次電池やナトリウムイオン二次電池等の二次電池に含有される電極材料の一形態として、コア粒子としての活物質の表面に、該活物質とは異なる物質が配置された電極材料が挙げられる。
このような物質の種類は、目的に応じて種々検討されているが、その一例として、例えば誘電性物質が挙げられる。例えば特許文献1では、強誘電体であるチタン酸バリウムが正極活物質の表面に存在する形態の正極材料を備えたリチウムイオン二次電池が開示されている。そして、特許文献1に開示されるリチウムイオン二次電池は、正極活物質の表面上のチタン酸バリウムの存在によって界面抵抗が低下したことが記載されている。
なお、特許文献2は、チタン酸バリウム粒子を製造する従来の方法の一例が開示されているが、この文献に開示される技術思想に関して電池分野との関連性はない。
For example, as one form of electrode material contained in secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and sodium ion secondary batteries, a substance different from the active material is arranged on the surface of the active material as a core particle. electrode materials.
Various types of such substances have been studied according to purposes, and one example thereof is a dielectric substance. For example, Patent Literature 1 discloses a lithium ion secondary battery including a positive electrode material in which ferroelectric barium titanate is present on the surface of the positive electrode active material. Patent document 1 describes that the interfacial resistance of the lithium-ion secondary battery disclosed in Patent Document 1 is lowered due to the presence of barium titanate on the surface of the positive electrode active material.
Although Patent Document 2 discloses an example of a conventional method for producing barium titanate particles, the technical idea disclosed in this document has no relevance to the field of batteries.

特開2014-116129号公報JP 2014-116129 A 特開2016-155748号公報JP 2016-155748 A

ところで、活物質の表面に誘電体が配置されると、該誘電体は誘電分極され得る。具体的には、例えば、正極活物質の表面に誘電体が配置されると、電解質(電解液または固体電解質)と接する面が正、および、正極活物質と接する面が負に誘電され得る。これによって、電解質中の電荷担体(例えば、リチウムイオン二次電池であれば、リチウムイオン)が正極活物質に引き寄せられて、正極活物質の界面において円滑な電池反応が進行すると考えられる。
その一方、誘電体自体は絶縁性を有するため、例えば活物質の表面における誘電体の存在比が大きくなると、このような活物質を含む活物質層において電子の自由な移動が妨げられることとなる。そうすると、活物質の表面における電池反応がかえって妨げられる虞がある。このような問題点を解決するためには、誘電体のサイズ(例えば、粒径等)を小さくすることが考えられる。
By the way, when a dielectric is placed on the surface of the active material, the dielectric can be dielectrically polarized. Specifically, for example, when a dielectric is placed on the surface of the positive electrode active material, the surface in contact with the electrolyte (electrolytic solution or solid electrolyte) can be positively dielectric, and the surface in contact with the positive electrode active material can be negatively dielectric. It is believed that this causes the charge carriers in the electrolyte (for example, lithium ions in the case of a lithium ion secondary battery) to be attracted to the positive electrode active material, allowing a smooth battery reaction to proceed at the interface of the positive electrode active material.
On the other hand, since the dielectric itself has insulating properties, for example, when the abundance ratio of the dielectric on the surface of the active material increases, the free movement of electrons is hindered in the active material layer containing such an active material. . If so, there is a risk that the battery reaction on the surface of the active material will rather be hindered. In order to solve such problems, it is conceivable to reduce the size (for example, grain size) of the dielectric.

しかしながら、典型的な誘電体(例えば、チタン酸バリウム等)は粒径を小さくするほど結晶性が低下し、これにともなって、当該誘電体の誘電性は低下してしまう。そうすると、例えば粒径が小さな誘電体を活物質の表面に配置した場合、二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池)において界面抵抗を低減させる効果は十分に得られず、良好な電池性能を実現できない虞がある。 However, typical dielectrics (eg, barium titanate, etc.) become less crystalline as the grain size is reduced, and accordingly the dielectric properties of the dielectric are reduced. Then, for example, when a dielectric with a small particle size is arranged on the surface of the active material, the effect of reducing the interfacial resistance in a secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery) cannot be sufficiently obtained, and good battery performance cannot be obtained. There is a possibility that it cannot be realized.

そこで、本発明は、上記課題を解決すべく創出されたものであり、その目的とするところは、粒径を小さく設定した場合であっても良好な誘電性を有する誘電体を活物質の表面に配置させることによって、優れた電池性能を有する二次電池を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been created to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a dielectric having good dielectric properties even when the particle size is set small on the surface of the active material. An object of the present invention is to provide a secondary battery having excellent battery performance by arranging the

本発明者は、正極活物質若しくは負極活物質の表面に、全体が略直方体形状に形成された誘電体を配置させることによって、二次電池の電池抵抗を著しく低減させ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、上記目的を実現するべく、ここで開示される二次電池用電極材料は、正極活物質若しくは負極活物質と、上記活物質の表面に配置された誘電体とを含有する。
上記誘電体は、XYO型、X型、および、XX’12型(Xは、アルカリ金属元素,アルカリ土類金属元素,希土類金属元素,Cu,PbおよびBiのうちの1種または2種以上の元素であり、X’は、遷移金属元素のうちの1種または2種以上の元素であり、Yは、遷移金属元素およびSnのうちの1種または2種以上の元素である。)のうちのいずれかの結晶構造を有する複合酸化物である。
ここで、上記誘電体は、全体が略直方体形状に形成されている。
上記活物質の表面に配置された状態の上記誘電体を走査透過電子顕微鏡(STEM)下で観察したとき、該誘電体における周縁が4つの直辺部および4つのコーナーR部からなる略矩形状の一の面において、該矩形状面の長径をL1(nm)、上記4つの直辺部のうち上記長径と略平行な2本の直辺部のうちの短い方の直辺部の長さをL2(nm)とすると、L1に対するL2の上記STEM観察下における平均比率が0.5≦L2/L1≦1.0を満たすことを特徴とする。
The inventors of the present invention found that the battery resistance of a secondary battery can be significantly reduced by disposing a generally rectangular parallelepiped dielectric on the surface of a positive electrode active material or a negative electrode active material. was completed.
That is, in order to achieve the above object, the electrode material for a secondary battery disclosed herein contains a positive electrode active material or a negative electrode active material, and a dielectric disposed on the surface of the active material.
The above dielectrics are XYO 3 type, X 2 Y 2 O 7 type, and XX′ 3 Y 4 O 12 type (where X is an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a rare earth metal element, Cu, Pb and Bi). X′ is one or two or more elements of the transition metal elements, Y is one or two of the transition metal elements and Sn It is a composite oxide having a crystal structure of any of the following elements:
Here, the dielectric is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape as a whole.
When the dielectric disposed on the surface of the active material is observed under a scanning transmission electron microscope (STEM), the dielectric has a substantially rectangular peripheral edge consisting of four straight sides and four rounded corners. On one surface, the major axis of the rectangular surface is L1 (nm), and the length of the shorter one of the two straight sides substantially parallel to the major axis out of the four right sides is L2 (nm), the average ratio of L2 to L1 under STEM observation satisfies 0.5≦L2/L1≦1.0.

かかる構成の二次電池用電極材料は、誘電体が、上述した結晶構造を有する複合酸化物であることによって、優れた誘電性を有する誘電体が配置された二次電池用電極材料を提供することができる。
誘電体の全体が略直方体形状に形成され、活物質の表面に配置された状態の誘電体をSTEM下で観察したとき、該誘電体における周縁が4つの直辺部および4つのコーナーR部からなる略矩形状の一の面における上記L1に対する上記L2のSTEM観察下における平均比率が所定範囲にあることによって、誘電体の粒径を小さく設定した場合であっても良好な誘電性を実現することができる。また、当該誘電体を使用することによって、活物質の表面における界面抵抗を顕著に低減させることができる。
そして、ここで開示される二次電池用電極材料を採用することによって、優れた電池性能を有する二次電池を提供することができる。
A secondary battery electrode material having such a configuration provides a secondary battery electrode material in which a dielectric having excellent dielectric properties is arranged because the dielectric is a composite oxide having the above-described crystal structure. be able to.
The entire dielectric is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, and when the dielectric placed on the surface of the active material is observed under a STEM, the peripheral edge of the dielectric extends from the four straight sides and the four corner R portions. The average ratio of L2 to L1 under STEM observation on one surface of the substantially rectangular shape is within a predetermined range, so that good dielectric properties are realized even when the grain size of the dielectric is set small. be able to. Moreover, by using the dielectric, the interfacial resistance on the surface of the active material can be significantly reduced.
By adopting the secondary battery electrode material disclosed herein, a secondary battery having excellent battery performance can be provided.

ここで開示される電極材料を模式的に示す図である。1 is a schematic diagram of an electrode material disclosed herein; FIG. 図1の電極材料における誘電体の形状を模式的に示す図である。2 is a diagram schematically showing the shape of a dielectric in the electrode material of FIG. 1; FIG. 一実施形態に係る電極材料を含む二次電池を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a secondary battery including an electrode material according to one embodiment; FIG. 誘電体が活物質の表面に配置された状態の実施例1に係る電極(正極)材料を観察した画像である。(A)は、倍率250KにおけるSTEM下の観察画像である。(B)は、倍率1500KにおけるSTEM下の観察画像である。(C)は、(B)と同一観察範囲におけるBa元素の存在をEDS解析により可視化した画像である。(D)は、(B)と同一観察範囲におけるCo元素の存在をEDS解析により可視化した画像である。(E)は、(B)と同一観察範囲におけるO元素の存在をEDS解析により可視化した画像である。(F)は、(B)と同一観察範囲におけるTi元素の存在をEDS解析により可視化した画像である。4 is an image obtained by observing the electrode (positive electrode) material according to Example 1 in a state in which the dielectric is arranged on the surface of the active material. (A) is an image observed under STEM at a magnification of 250K. (B) is an observation image under STEM at a magnification of 1500K. (C) is an image visualized by EDS analysis of the presence of Ba element in the same observation range as (B). (D) is an image visualized by EDS analysis of the presence of Co element in the same observation range as (B). (E) is an image visualized by EDS analysis of the presence of O element in the same observation range as (B). (F) is an image visualized by EDS analysis of the presence of Ti element in the same observation range as (B).

以下、適宜図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項(例えば電極材料の組成や性状)以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない他の電池構成要素や電池の一般的な製造プロセス等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、本明細書において数値範囲をA~B(ここでA,Bは任意の数値)と記載している場合は、A以上B以下を意味するものとする。A以上B以下にはAを上回る範囲とBを下回る範囲が包含される。 Preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings as appropriate. Matters other than the matters specifically mentioned in the present specification (for example, the composition and properties of the electrode material) and necessary for the implementation of the present invention (for example, other battery components that do not characterize the present invention, general battery manufacturing process, etc.) can be grasped as design matters for those skilled in the art based on the prior art in the relevant field. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in this specification and common general technical knowledge in the field. Further, in the present specification, when a numerical range is described as A to B (where A and B are arbitrary numerical values), it means A or more and B or less. The range from A to B includes the range above A and the range below B.

本明細書において、「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいう。例えば、電解質中のアルカリ金属イオンが電荷の移動を担うリチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池等は、ここでいう二次電池に包含される典型例である。
また、「活物質」とは、リチウムイオン二次電池等の二次電池において電荷担体となる化学種(例えばリチウムイオン)を化学的に吸蔵および放出(典型的には挿入および脱離)可能な物質(活物質)をいう。「誘電体」とは、導電性よりも誘電性に優れ、直流電圧に対して絶縁体といえる物質をいう。典型的には、物質固有の値である20℃における体積抵抗率(ρ)が1×10Ω・m以上の物質をいう。特に好ましい誘電体の比誘電率(20℃、1MHz)は8以上である。
以下、ここで開示される二次電池用電極材料(以下、単に「電極材料」ともいう。)の一実施形態として、リチウムイオン二次電池(以下、単に「二次電池」ともいう。)に適用する場合を例として、本発明について詳細に説明する。なお、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。
As used herein, the term “secondary battery” generally refers to an electricity storage device that can be repeatedly charged and discharged. For example, lithium-ion secondary batteries, sodium-ion secondary batteries, and the like in which alkali metal ions in the electrolyte are responsible for charge transfer are typical examples included in the secondary battery referred to here.
In addition, the "active material" is a chemical species (for example, lithium ion) that can be used as a charge carrier in a secondary battery such as a lithium ion secondary battery. A material (active material). The term "dielectric" refers to a substance that has better dielectric properties than electrical conductivity and can be said to be an insulator against a DC voltage. Typically, it refers to a substance having a volume resistivity (ρ v ) of 1×10 5 Ω·m or more at 20° C., which is a value unique to the substance. A particularly preferable dielectric constant (20° C., 1 MHz) is 8 or more.
Hereinafter, as an embodiment of the secondary battery electrode material (hereinafter also simply referred to as "electrode material") disclosed herein, a lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as "secondary battery") The present invention will be described in detail by taking the case of application as an example. However, it is not intended to limit the present invention to those described in such embodiments.

<電極材料>
まず初めに、ここで開示される電極材料を、図1を参照しつつ説明する。図1は、ここで開示される電極材料を模式的に示す図である。
ここで開示される電極材料10は、正極活物質若しくは負極活物質(図1中12の符号で示している。)と、該活物質(以下、正負の区別を特につけないときは、単に「活物質」という。)の表面に配置された誘電体14と、を含有する。ここで、「配置された」とは、活物質(粒子)の表面の一部に誘電体が付着していることを指しており、該付着した誘電体と、活物質(粒子)との結合形態を限定するものではない。
<Electrode material>
First, the electrode material disclosed herein will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically showing the electrode material disclosed herein.
The electrode material 10 disclosed herein includes a positive electrode active material or a negative electrode active material (indicated by reference numeral 12 in FIG. 1) and the active material (hereinafter, when no distinction is made between positive and negative, simply " and a dielectric 14 disposed on the surface of the active material. Here, "arranged" refers to the fact that the dielectric is attached to a part of the surface of the active material (particle), and the attached dielectric and the active material (particle) are bonded The form is not limited.

<正極活物質>
活物質12が正極活物質である場合、当該正極活物質としては、リチウムイオン二次電池の正極活物質として典型的に用いられるものを特に制限なく使用することができる。例えば、層状岩塩構造、岩塩構造、スピネル構造、ペロブスカイト構造等、種々の結晶構造のリチウム遷移金属複合酸化物を採用することができる。
正極活物質としては層状岩塩構造またはスピネル構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物が好ましく、遷移元素としてNi、Co、およびMnのうちの1種または2種以上を含むことが好ましい。例えば、層状岩塩構造のリチウム遷移金属複合酸化物の具体例として、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、あるいはリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物のような三元系リチウム含有複合酸化物が挙げられる。また、従来のものと同様、Ni、Co、Mn以外の遷移金属元素、典型金属元素等を含むリチウム遷移金属複合酸化物を使用してもよい。例えば、式:Li1+xNiCoMn(1-y-z)α2-ββで表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。ここで式中、0≦x≦0.7、0.1<y<0.9、0.1<z<0.4、0≦α≦0.1、0≦β≦0.5であり得る。Mは、Zr,Mo,W,Mg,Ca,Na,Fe,Cr,Zn,Si,Sn,Alのうちから選択される1種または2種以上の元素であり得る。また、Aは、F,Cl,Brのうちから選択される1種または2種以上の元素であり得る。
また、例えばスピネル構造の複合酸化物としては、例えば、式:Li1+xMn2-y(ここでMは存在しないか若しくはAl、Mg、Co、Fe、Ni、Znから選ばれる一種以上の金属元素、0≦x<1、0≦y<2)で表されるような複合酸化物が挙げられる。
<Positive electrode active material>
When the active material 12 is a positive electrode active material, any material typically used as a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries can be used without particular limitation. For example, lithium-transition metal composite oxides having various crystal structures such as layered rock salt structure, rock salt structure, spinel structure, and perovskite structure can be employed.
The positive electrode active material is preferably a lithium transition metal composite oxide having a layered rock salt structure or a spinel structure, and preferably contains one or more of Ni, Co, and Mn as a transition element. For example, specific examples of the lithium-transition metal composite oxide having a layered rock salt structure include lithium-nickel composite oxide, lithium-cobalt composite oxide, lithium-manganese composite oxide, or ternary lithium such as lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide. containing complex oxides. In addition, lithium transition metal composite oxides containing transition metal elements other than Ni, Co, and Mn, typical metal elements, etc., may be used as in the conventional ones. Examples thereof include lithium transition metal composite oxides represented by the formula: Li 1+x Ni y Co z Mn (1-yz) M α O 2-β A β . where 0≤x≤0.7, 0.1<y<0.9, 0.1<z<0.4, 0≤α≤0.1, 0≤β≤0.5 and obtain. M may be one or more elements selected from Zr, Mo, W, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn and Al. Also, A may be one or more elements selected from F, Cl, and Br.
Further, for example, as a composite oxide having a spinel structure, for example, the formula: Li 1+x Mn 2-y M y O 4 (where M does not exist or is one selected from Al, Mg, Co, Fe, Ni and Zn Composite oxides represented by the above metal elements, 0≦x<1, 0≦y<2) can be mentioned.

また、LiMPOあるいはLiMVOあるいはLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種以上の元素)等の一般式で表されるようなポリアニオン系化合物を正極活物質として用いてもよい。 In addition, a polyanionic compound represented by a general formula such as LiMPO 4 , LiMVO 4 or Li 2 MSiO 4 (wherein M is at least one element selected from Co, Ni, Mn and Fe) is used as a positive electrode active material. You may use it as a substance.

<負極活物質>
活物質12が負極活物質である場合、当該負極活物質としては、リチウムイオン二次電池の負極活物質として典型的に用いられるものを特に制限なく使用することができる。例えば、黒鉛(天然黒鉛および人造黒鉛)、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を好ましく採用することができる。
<Negative electrode active material>
When the active material 12 is a negative electrode active material, any material typically used as a negative electrode active material for lithium ion secondary batteries can be used without particular limitation. For example, carbon materials such as graphite (natural graphite and artificial graphite), hard carbon and soft carbon can be preferably used.

<誘電体>
次に、誘電体について図1および図2を参照しつつ詳細に説明する。図2は、図1の電極材料における誘電体の形状を模式的に示す図である。
-誘電体の形状-
・全体形状
誘電体14は、例えば全体が略直方体形状に形成されている。「略直方体形状である」とは、誘電体14の全体形状が完全な直方体である場合のみに限定されない。一見してほぼ直方体形状となっている場合も含まれる。例えば、誘電体14を構成する面および辺として、微小な凹凸がある場合も許容される。また、例えば頂点部分が丸みを帯びた形状である場合も許容される。
<Dielectric>
Next, the dielectric will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 2 is a diagram schematically showing the shape of the dielectric in the electrode material of FIG.
-Dielectric shape-
-Overall Shape The dielectric 14 is formed in, for example, a substantially rectangular parallelepiped shape as a whole. The term "substantially rectangular parallelepiped" is not limited to the case where the overall shape of the dielectric 14 is a perfect rectangular parallelepiped. It also includes the case where it looks almost like a rectangular parallelepiped at first glance. For example, the surfaces and sides forming the dielectric 14 may have minute unevenness. It is also permissible, for example, if the vertex portion has a rounded shape.

・平面視
平面視においては、図示されるように、誘電体14は略矩形状として観察され得る。「略矩形状である」とは、誘電体14の平面視が完全な矩形である場合のみに限定されない。一見してほぼ矩形状となっている場合も含まれる。具体的には、例えば、電極材料10を例えば走査透過電子顕微鏡(STEM)下で観察したとき、誘電体14における周縁が4つの直辺部(146a、146b、146c、146d)および4つのコーナーR部148からなる略矩形状の一の面142として観察され得る。略矩形状面142において、該略矩形状面142の長径をL1(nm)、4つの直辺部のうち長径と略平行な2本の直辺部(146aおよび146c)のうちの短い方の直辺部の長さをL2(nm)とする。このとき、L1に対するL2のSTEM観察下における平均比率が0.5≦L2/L1≦1.0を満たすことが好ましい。誘電体14が所定の形状であることによって、平均粒径を小さく設定した場合であっても、良好な誘電性を実現できる。そして、活物質12の表面における界面抵抗が顕著に低減され得る。
ここで、長径と2本の直辺部(146aおよび146c)が「略平行である」とは、完全に平行な場合のみに限定されない。一見してほぼ平行となっている場合も含まれる。例えば、2本の直辺部(146aおよび146c)は完全な直線に限定されず、微小な凹凸を有し得る。また、2本の直辺部(146aおよび146c)は長径に対して±10°の範囲内の傾きを許容し得る。さらに、平均L2/L1比率の算出は、具体的には、例えば、電極材料10のSTEM観察を行い、100個程度の誘電体14のL1およびL2を計測して行う。
- Planar View In a plan view, the dielectric 14 can be observed as a substantially rectangular shape as illustrated. The term “substantially rectangular” is not limited to the case where the dielectric 14 is perfectly rectangular in plan view. It also includes the case where it looks almost rectangular at first glance. Specifically, for example, when the electrode material 10 is observed under a scanning transmission electron microscope (STEM), for example, the dielectric 14 has four straight sides (146a, 146b, 146c, 146d) and four corners R It can be seen as a substantially rectangular surface 142 consisting of a portion 148 . In the substantially rectangular surface 142, the major axis of the substantially rectangular surface 142 is L1 (nm), and the shorter one of the two straight sides (146a and 146c) substantially parallel to the major axis out of the four straight sides is Let L2 (nm) be the length of the straight side. At this time, the average ratio of L2 to L1 under STEM observation preferably satisfies 0.5≦L2/L1≦1.0. Since the dielectric 14 has a predetermined shape, good dielectric properties can be achieved even when the average grain size is set small. Also, the interfacial resistance on the surface of the active material 12 can be significantly reduced.
Here, "substantially parallel" with the major axis and the two straight sides (146a and 146c) is not limited to being completely parallel. A case where they are almost parallel at first glance is also included. For example, the two straight sides (146a and 146c) are not limited to perfectly straight lines, but may have minute irregularities. Also, the two straight sides (146a and 146c) can be tilted within a range of ±10° with respect to the major axis. Further, the average L2/L1 ratio is specifically calculated by, for example, performing STEM observation of the electrode material 10 and measuring L1 and L2 of about 100 dielectrics 14 .

-性質-
誘電体14は、活物質12の表面に配置されることにより、充放電時において以下のようなメカニズムによって、活物質の表面における界面抵抗を顕著に低減させることができる。
1.誘電体14の誘電分極によって、電解質中のリチウムイオンを活物質12の近傍(具体的には、例えば、誘電体14における誘電分極した部位)に誘引し、活物質12におけるリチウムイオンの吸蔵および放出を促進させる。
2.次いで、誘引されたリチウムイオンの溶媒和エネルギー(即ち、リチウムイオンと電解質との結合エネルギー)を低下させることによって、リチウムイオンの脱溶媒和を促進させる。
3.活物質12の格子欠陥から侵入したリチウムイオンの移動速度を増大させる。
-nature-
By arranging the dielectric 14 on the surface of the active material 12, the interfacial resistance on the surface of the active material can be significantly reduced by the following mechanism during charging and discharging.
1. The dielectric polarization of the dielectric 14 attracts lithium ions in the electrolyte to the vicinity of the active material 12 (specifically, for example, dielectrically polarized sites in the dielectric 14), and the active material 12 absorbs and releases lithium ions. promote
2. Desolvation of the lithium ions is then facilitated by lowering the solvation energy of the attracted lithium ions (ie, the binding energy between the lithium ions and the electrolyte).
3. It increases the movement speed of lithium ions entering from lattice defects in the active material 12 .

-誘電体の結晶構造-
誘電体14としては、XYO型、X型、および、XX’12型のうちのいずれかの結晶構造を有する複合酸化物が好適例として挙げられる。
Xは、アルカリ金属元素(具体的には、例えば、Na,K,Rb,Cs等の1族元素),アルカリ土類金属元素(具体的には、例えば、Ca,Sr,Ba等の2族元素),希土類金属元素(具体的には、例えば、La,Ce,Nd,Sm,Gd,Yb等),Cu,PbおよびBiのうちの1種または2種以上の元素である。X’は、例えば遷移金属元素(詳しくは後述)のうちの1種または2種以上の元素であり、Xと異なる元素である。
Yは、遷移金属元素およびSnのうちの1種または2種以上の元素である。遷移金属元素は例えば、IUPAC分類の第3~11族に属する元素である。具体的には、例えば、4族元素(例えばTi,Zr,Hf等)、5族元素(例えばV,Nb,Ta等)、6族元素(Cr,Mo,W等)、7族元素(Mn,Tc等)、8族元素(Fe,Ru,Os等)、9族元素(Co,Rh,Ir等)、10族元素(Ni,Pd,Pt等)、11族元素(Cu,Ag,Au等)、希土類金属元素(La,Ce,Sm等)が挙げられる。
また、Yは、Xと異なる元素を含むことが好ましく、Xと異なる元素からなることがより好ましい。例えば、BaTiOおよびSrTiO等が好ましい。なお、誘電体14の結晶構造は、CuKα線を用いたXRD測定によって確認することができる。
-Crystal Structure of Dielectrics-
Preferred examples of the dielectric 14 include composite oxides having a crystal structure of one of XYO 3 type, X 2 Y 2 O 7 type, and XX' 3 Y 4 O 12 type.
X is an alkali metal element (specifically, for example, Group 1 elements such as Na, K, Rb, Cs), an alkaline earth metal element (specifically, for example, Group 2 elements such as Ca, Sr, Ba elements), rare earth metal elements (specifically, La, Ce, Nd, Sm, Gd, Yb, etc.), Cu, Pb and Bi, or one or more elements. X′ is, for example, one or more elements among transition metal elements (details will be described later), and is an element different from X.
Y is one or more elements selected from transition metal elements and Sn. Transition metal elements are, for example, elements belonging to Groups 3-11 of the IUPAC classification. Specifically, for example, Group 4 elements (eg Ti, Zr, Hf, etc.), Group 5 elements (eg, V, Nb, Ta, etc.), Group 6 elements (Cr, Mo, W, etc.), Group 7 elements (Mn , Tc, etc.), Group 8 elements (Fe, Ru, Os, etc.), Group 9 elements (Co, Rh, Ir, etc.), Group 10 elements (Ni, Pd, Pt, etc.), Group 11 elements (Cu, Ag, Au etc.) and rare earth metal elements (La, Ce, Sm, etc.).
Moreover, Y preferably contains an element different from X, and more preferably consists of an element different from X. For example, BaTiO 3 and SrTiO 3 are preferred. The crystal structure of the dielectric 14 can be confirmed by XRD measurement using CuKα rays.

-誘電体の比誘電率-
誘電体14の比誘電率は、8~500(好ましくは50以上、より好ましくは100以上、さらに好ましくは200以上)またはそれ以上である。また、常温(20℃)における体積抵抗率が1×10Ω・m以上(好ましくは1×10Ω・m以上、さらに好ましくは1×1010Ω・m以上)である。これによって、活物質12の表面においてリチウムイオンの吸蔵および放出を促進させることができ、界面抵抗を低減させることができる。
-誘電体の平均粒径-
誘電体14の平均粒径は概ね1000nm以下であるが、典型的には3~100nmであることが好ましい。平均粒径が3nm未満であると、誘電体14の結晶構造の安定性が低下し得るが、本発明においては、誘電体14が所定の形状であることによって、平均粒径を小さく設定した場合であっても、良好な誘電性を実現できる。一方、平均粒径が100nmより大きくなると、誘電体14の絶縁性によって活物質12の表面における電池反応の進行が妨げられ得る。
なお、誘電体の平均粒径は、例えば、STEM下で電極材料を観察した場合における平均長径(即ち、L1)であり得る。例えば、電極材料10のSTEM観察を行い、100個程度の誘電体14のL1を計測して平均粒径を算出する。
-Dielectric Constant-
The relative permittivity of the dielectric 14 is 8 to 500 (preferably 50 or higher, more preferably 100 or higher, still more preferably 200 or higher) or higher. In addition, the volume resistivity at normal temperature (20° C.) is 1×10 5 Ω·m or more (preferably 1×10 6 Ω·m or more, more preferably 1×10 10 Ω·m or more). As a result, it is possible to promote the intercalation and deintercalation of lithium ions on the surface of the active material 12 and reduce the interfacial resistance.
-Average particle size of dielectric material-
The average grain size of the dielectric 14 is approximately 1000 nm or less, but typically 3 to 100 nm is preferred. If the average grain size is less than 3 nm, the stability of the crystal structure of the dielectric 14 may deteriorate. However, good dielectric properties can be achieved. On the other hand, if the average particle size is larger than 100 nm, the insulating properties of the dielectric 14 may hinder the progress of the battery reaction on the surface of the active material 12 .
Note that the average particle diameter of the dielectric may be, for example, the average major axis (ie, L1) when the electrode material is observed under STEM. For example, the STEM observation of the electrode material 10 is performed, L1 of about 100 dielectrics 14 is measured, and the average grain size is calculated.

-誘電体の製造方法-
誘電体14の製造方法としては、誘電体14が、上述したような所望の形状に形成される限りにおいては特に限定されず、従来公知の種々の方法が採用され得る。一例では、上掲の特許文献2に記載されるような水熱法が採用され得る。なお、本発明における具体的な材料、手順、反応条件等は後述する各実施例に記載されている。そして、当該方法にはオートクレーブを用いた水熱処理が包含される。水熱処理時における、材料の混合物のpH、温度条件、および、処理時間を必要に応じて変更することによって、誘電体14の形状、平均L2/L1比率、および、粒径が異なる誘電体14を製造することができる。
-Manufacturing method of dielectric-
A method for manufacturing the dielectric 14 is not particularly limited as long as the dielectric 14 is formed into the desired shape as described above, and various conventionally known methods can be employed. In one example, a hydrothermal method, such as that described in US Pat. Specific materials, procedures, reaction conditions, etc. in the present invention are described in each example described later. The method includes hydrothermal treatment using an autoclave. Dielectrics 14 with different shapes, average L2/L1 ratios, and grain sizes can be produced by changing the pH, temperature conditions, and processing time of the material mixture during the hydrothermal treatment as needed. can be manufactured.

<電極材料の製造方法>
活物質の表面に誘電体を付着させる方法は、特に限定されない。例えば、予め活物質および誘電体をそれぞれ用意しておき、従来法(例えば、活物質に被覆物を形成させるような従来法)によって活物質の表面に誘電体を配置させることができる。
上記従来法の一例として、種々のメカノケミカル装置を用いて行う、メカノケミカル処理が特に好ましく挙げられる。例えば、ボールミル、遊星ミル、ビーズミル等の粉砕および混合装置を使用することにより、所望のメカノケミカル反応を生じさせ、電極材料を製造することができる。
具体的には、例えば、まず所定のメカノケミカル装置(ボールミル等)に、活物質(粉末材料)と、誘電体粒子(粉末材料)とを投入する。次いで、所定の回転数で運動エネルギーを所定時間与える。これによって、活物質の表面に誘電体を付着させることができる。そして、メカノケミカル処理後、概ね200~1000℃(例えば300~800℃)の温度において焼成処理を行うことによって、誘電体を活物質の表面に焼結させることができる。
<Method for producing electrode material>
The method of attaching the dielectric to the surface of the active material is not particularly limited. For example, an active material and a dielectric can be prepared in advance, and the dielectric can be placed on the surface of the active material by a conventional method (for example, a conventional method such as forming a coating on the active material).
As an example of the conventional method, a mechanochemical treatment using various mechanochemical apparatuses is particularly preferable. For example, by using a pulverizing and mixing device such as a ball mill, planetary mill, bead mill, etc., desired mechanochemical reactions can be caused to produce the electrode material.
Specifically, for example, first, an active material (powder material) and dielectric particles (powder material) are put into a predetermined mechanochemical device (ball mill or the like). Next, kinetic energy is applied for a predetermined period of time at a predetermined number of revolutions. This allows the dielectric to adhere to the surface of the active material. After the mechanochemical treatment, the dielectric can be sintered on the surface of the active material by firing at a temperature of approximately 200 to 1000° C. (eg, 300 to 800° C.).

例えばこのようなメカノケミカル処理によって電極材料を製造する場合の活物質量と誘電体量との比率は、材料となる活物質および誘電体それぞれの組成や形状等によって異なり得る。そのため当該比率は特に限定されないが、概ね誘電体量は、活物質量に対して0.05~20mol%の範囲内であることが好ましく、0.1~10mol%の範囲内であることが特に好ましい。誘電体量の比率が0.05mol%未満であると、本発明の効果を実現させる程度、活物質の表面に誘電体を配置することが困難となり得る。また、誘電体量の比率が20mol%より大きくなると、誘電体の絶縁性によって活物質の表面における電池反応の進行が妨げられ得る。 For example, when an electrode material is produced by such mechanochemical treatment, the ratio between the amount of active material and the amount of dielectric material may vary depending on the composition, shape, etc. of the active material and dielectric material. Therefore, the ratio is not particularly limited, but generally the amount of dielectric material is preferably in the range of 0.05 to 20 mol%, particularly in the range of 0.1 to 10 mol%, with respect to the amount of active material. preferable. If the ratio of the dielectric amount is less than 0.05 mol %, it may be difficult to dispose the dielectric on the surface of the active material to the extent that the effects of the present invention are realized. In addition, if the ratio of the dielectric amount is more than 20 mol %, the progress of the battery reaction on the surface of the active material may be hindered by the insulating properties of the dielectric.

<検出手段>
活物質の表面に配置された誘電体の存在は、種々の検出手段によって検出(観察)することができる。
例えば、走査電池顕微鏡(SEM)、透過電子顕微鏡(TEM)、およびSTEM等の電子顕微鏡を用いることができる。
また、走査型電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分析装置(STEM-EDS、STEM-EDX)、二次イオン質量分析(SIMS)、X線光電子分光分析(XPS)、X線回折(XRD)、蛍光X線分析(XRF)等の手法を採用し、元素組成および結晶性等を定性的および定量的に解析することができる。
<Detection Means>
The presence of the dielectric placed on the surface of the active material can be detected (observed) by various detection means.
For example, electron microscopes such as scanning cell microscopes (SEM), transmission electron microscopes (TEM), and STEM can be used.
In addition, scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectrometer (STEM-EDS, STEM-EDX), secondary ion mass spectrometry (SIMS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), fluorescence Techniques such as X-ray analysis (XRF) can be employed to qualitatively and quantitatively analyze elemental composition, crystallinity, and the like.

<作用効果:界面抵抗の低減>
ここで開示される電極材料は、誘電体が所定の結晶構造を有する複合酸化物であることによって、優れた誘電性が実現される。また、誘電体の全体が略直方体形状に形成され、誘電体がSTEM下で観察した時において所定の形状を取ることによって、誘電体の粒径を小さく設定した場合であっても良好な誘電性を実現することができる。そして、活物質の表面における界面抵抗を顕著に低減させることができる。
<Action and effect: reduction of interfacial resistance>
The electrode material disclosed herein achieves excellent dielectric properties because the dielectric is a composite oxide having a predetermined crystal structure. In addition, the entire dielectric is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, and the dielectric has a predetermined shape when observed under an STEM. can be realized. Then, the interfacial resistance on the surface of the active material can be significantly reduced.

<二次電池の提供>
ここで開示される電極材料は、上述のように活物質の表面における界面抵抗の低減を実現することができるため、二次電池の電極(即ち、正極および/または負極)の構成に好適に用いることができる。即ち、二次電池は正極および負極の少なくともいずれか一方の電極の構成に、ここで開示される電極材料を用いることができる。これによって、良好な電池性能を有する二次電池を提供することができる。
<Provision of secondary batteries>
Since the electrode material disclosed herein can reduce the interfacial resistance on the surface of the active material as described above, it is suitably used for the configuration of the electrode (that is, the positive electrode and / or the negative electrode) of the secondary battery. be able to. That is, the secondary battery can use the electrode material disclosed herein for the configuration of at least one of the positive electrode and the negative electrode. This makes it possible to provide a secondary battery with good battery performance.

<二次電池の例>
ここで開示される電極材料を電極に備えること以外は、二次電池の構築方法、使用される各種材料、電池の形態等に制限はなく、従来と同様でよい。
例えば、電解質として非水電解液を備える非水電解液二次電池(例えば非水電解液リチウムイオン二次電池)、電解質として固体電解質を備える全固体電池(例えば全固体リチウムイオン二次電池)、電解質としてゲル状のポリマーを備える二次電池(例えばリチウムイオンポリマー二次電池)等、種々の形態の二次電池を提供することができる。
<Example of secondary battery>
There are no restrictions on the method of constructing the secondary battery, the various materials used, the form of the battery, etc., except that the electrodes are provided with the electrode material disclosed herein, and may be the same as conventional ones.
For example, a non-aqueous electrolyte secondary battery (e.g. non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery) having a non-aqueous electrolyte as an electrolyte, an all-solid battery having a solid electrolyte as an electrolyte (e.g. all-solid lithium ion secondary battery), Various forms of secondary batteries can be provided, such as a secondary battery (for example, a lithium ion polymer secondary battery) including a gel polymer as an electrolyte.

次に、ここで開示される電極材料を含み得る二次電池について図3を参照しつつ説明する。図3は、一実施形態に係る電極材料を含む二次電池を模式的に示す断面図である。
図示されるように、二次電池100は、扁平形状の捲回電極体20と電池ケース30と図示しない電解質(非水電解液)とを備えている。
電池ケース30は、上端部に開口部を有する有底直方体状のケース本体32と、その開口部に取り付けられて該開口部を塞ぐ蓋体34とから構成される。電池ケース30は、例えばアルミニウム製である。蓋体34には外部接続用の正極端子42、負極端子44、および安全弁36が形成されている。
捲回電極体20は、長尺なシート状の正極50、負極60、およびセパレータ(70、72)を重ね合わせ、長手方向に捲回することにより構成されている。
Next, a secondary battery that can contain the electrode material disclosed herein will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a secondary battery including an electrode material according to one embodiment.
As shown, the secondary battery 100 includes a flat wound electrode assembly 20, a battery case 30, and an electrolyte (non-aqueous electrolyte) not shown.
The battery case 30 is composed of a bottomed rectangular parallelepiped case main body 32 having an opening at the upper end, and a lid 34 attached to the opening to close the opening. The battery case 30 is made of aluminum, for example. A positive electrode terminal 42 for external connection, a negative electrode terminal 44 and a safety valve 36 are formed on the lid 34 .
The wound electrode body 20 is configured by stacking long sheet-like positive electrodes 50, negative electrodes 60, and separators (70, 72) and winding them in the longitudinal direction.

正極50は、シート状のアルミ箔等からなる正極集電体52の一方の表面若しくは両方の表面に、正極活物質またはここで開示される電極材料(正極材料)を導電材、バインダ等の添加材とともに混合して調製した組成物(例えば、非水系溶媒を加えて調製したペースト状(スラリー状)供給材料を、所定の厚みに付着させることにより形成された正極活物質層54を有する。また、正極集電体52には、正極活物質層54が塗工されない未塗工部52aが設定されており、正極端子42の先端部分42aが接合されている。
負極60は、シート状の銅箔等からなる負極集電体62の一方の表面若しくは両方の表面に、負極活物質またはここで開示される電極材料(負極材料)をバインダ、増粘剤等の添加材とともに混合して調製した組成物(例えば、非水系溶媒を加えて調製したペースト状(スラリー状)供給材料を、所定の厚みに付着させることにより形成された負極活物質層64を有する。また、負極集電体62には、負極活物質層64が塗工されない未塗工部62aが設定されており、負極端子44の先端部分44aが接合されている。
また、セパレータ(70、72)は、例えば、ポリプロピレン(PP)やポリエチレン(PE)等の多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。
The positive electrode 50 is formed by adding a positive electrode active material or an electrode material disclosed herein (positive electrode material) to one or both surfaces of a positive electrode current collector 52 made of a sheet-shaped aluminum foil or the like, and adding a conductive material, a binder, or the like. The positive electrode active material layer 54 is formed by adhering a composition (for example, a paste (slurry)) supply material prepared by adding a non-aqueous solvent to a predetermined thickness. The positive electrode current collector 52 has an uncoated portion 52a where the positive electrode active material layer 54 is not coated, to which the tip portion 42a of the positive electrode terminal 42 is joined.
In the negative electrode 60, a negative electrode active material or an electrode material (negative electrode material) disclosed herein is applied to one surface or both surfaces of a negative electrode current collector 62 made of a sheet-like copper foil or the like as a binder, a thickener, or the like. The negative electrode active material layer 64 is formed by depositing a composition prepared by mixing with additives (for example, a paste (slurry) supply material prepared by adding a non-aqueous solvent to a predetermined thickness). Further, the negative electrode current collector 62 is provided with an uncoated portion 62a where the negative electrode active material layer 64 is not coated, to which the tip portion 44a of the negative electrode terminal 44 is joined.
As the separators (70, 72), for example, a separator having a single layer structure or a separator having a laminated structure made of a porous polyolefin resin such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) can be used.

上述した二次電池の構造、構築材料、等の説明は一般的であり、特に本発明を特徴付けるものではないため、これ以上の詳細な説明や図示は省略する。当業者であれば、ここで開示される電極材料を使用すること以外は、従来の材料や製造プロセスを採用することにより、種々の形態、サイズのリチウムイオン二次電池その他の二次電池を容易に構築することができる。 The above description of the structure of the secondary battery, construction materials, etc. is general and does not particularly characterize the present invention, so further detailed description and illustrations will be omitted. Other than using the electrode materials disclosed herein, those skilled in the art can readily fabricate lithium ion secondary batteries and other secondary batteries of various shapes and sizes by employing conventional materials and manufacturing processes. can be built to

以下、本発明に関するいくつかの試験例を説明するが、本発明を試験例に示すものに限定することを意図したものではない。 Several test examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the test examples.

≪試験例1.誘電体の形状の検討≫
-実施例1-
[誘電体の作製]
まず初めに、所定量の水酸化バリウム八水和物、チタニウムビス(アンモニウムラクテート)ジヒドロキシド、水酸化ナトリウム、tert-ブチルアミン、および、オレイン酸を純水中で混合した。そして、混合物のpHを適宜調整し、所定温度条件の下、所定処理時間のオートクレーブによる水熱処理を実施した。
水熱処理後の上記混合物をろ過し、得られた誘電体(BaTiO)を水洗および乾燥させた。
[正極材料の作製]
正極活物質として、層状岩塩構造のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(具体的には、LiNiCoMnO)を用意した。次に、正極活物質および上記BaTiOをボールミルに投入してメカノケミカル処理を行い、大気雰囲気において(300℃の温度条件で焼成処理を行った。そして、これにより、正極活物質の表面に誘電体(BaTiO)が配置された正極材料を得た。
<<Test Example 1. Examination of the shape of the dielectric material>>
-Example 1-
[Fabrication of dielectric]
First, predetermined amounts of barium hydroxide octahydrate, titanium bis(ammonium lactate) dihydroxide, sodium hydroxide, tert-butylamine, and oleic acid were mixed in pure water. Then, the pH of the mixture was appropriately adjusted, and a hydrothermal treatment was performed in an autoclave for a predetermined treatment time under predetermined temperature conditions.
After the hydrothermal treatment, the mixture was filtered, and the obtained dielectric (BaTiO 3 ) was washed with water and dried.
[Preparation of positive electrode material]
A lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (specifically, LiNiCoMnO 2 ) having a layered rock salt structure was prepared as a positive electrode active material. Next, the positive electrode active material and the above BaTiO 3 were put into a ball mill and subjected to mechanochemical treatment, followed by firing treatment in an air atmosphere at a temperature of 300°C. A positive electrode material in which the body (BaTiO 3 ) was arranged was obtained.

[正極材料の観察および元素組成解析]
上記得た正極材料について、正極活物質の表面にBaTiOが配置されていること、および、正極材料の元素組成(具体的には、Ba、Co、O、およびTiの各元素)を確認するために、STEM-EDSを行った。結果を図4(A)~(F)に示す。図4は、誘電体が活物質の表面に配置された状態の実施例1に係る電極(正極)材料を観察した画像である。(A)は、倍率250KにおけるSTEM下の観察画像である。(B)は、倍率1500KにおけるSTEM下の観察画像である。(C)~(F)は、(B)と同一観察範囲におけるBa、Co、O、およびTiの各元素の存在をEDS解析により可視化した画像である。
図示されるように、正極活物質の表面に略矩形状の誘電体が配置されていることが確認された。また、STEM-EDSによると、略矩形状の誘電体部分においてBa元素、Ti元素が検出された。一方、正極活物質部分においてはCo元素およびO元素が検出された。
-比較例1-
オートクレーブによる水熱処理を行わなかったこと以外は実施例1と同様にして比較例1に係る正極材料(誘電体:BaTiO)を作製した。
[Observation and elemental composition analysis of positive electrode material]
Regarding the positive electrode material obtained above, confirm that BaTiO 3 is arranged on the surface of the positive electrode active material, and the elemental composition of the positive electrode material (specifically, each element of Ba, Co, O, and Ti). Therefore, STEM-EDS was performed. The results are shown in FIGS. 4(A) to 4(F). FIG. 4 is an image obtained by observing the electrode (positive electrode) material according to Example 1 in a state in which the dielectric is arranged on the surface of the active material. (A) is an image observed under STEM at a magnification of 250K. (B) is an observation image under STEM at a magnification of 1500K. (C) to (F) are images visualized by EDS analysis of the presence of elements Ba, Co, O, and Ti in the same observation range as (B).
As shown in the figure, it was confirmed that a substantially rectangular dielectric was arranged on the surface of the positive electrode active material. Also, according to STEM-EDS, Ba element and Ti element were detected in the substantially rectangular dielectric portion. On the other hand, Co element and O element were detected in the positive electrode active material portion.
-Comparative Example 1-
A positive electrode material (dielectric: BaTiO 3 ) according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1, except that the hydrothermal treatment using an autoclave was not performed.

[誘電体の平均L2/L1比率の算出]
実施例1および比較例1の計2種類の正極材料について、誘電体の平均L2/L1比率を算出した。具体的には、2種類の正極材料それぞれのSTEM観察を行い、観察された誘電体100個のL1およびL2を計測して平均L2/L1比率を算出した。その結果、実施例1における平均L2/L1比率は0.5≦L2/L1≦1.0の範囲内であった。一方、比較例1における平均L2/L1比率は当該範囲に含まれなかった。具体的な数値を表1に示す。
[Calculation of average L2/L1 ratio of dielectric]
The average L2/L1 ratio of the dielectric was calculated for a total of two positive electrode materials of Example 1 and Comparative Example 1. Specifically, STEM observation was performed for each of the two kinds of positive electrode materials, L1 and L2 of 100 observed dielectrics were measured, and an average L2/L1 ratio was calculated. As a result, the average L2/L1 ratio in Example 1 was within the range of 0.5≦L2/L1≦1.0. On the other hand, the average L2/L1 ratio in Comparative Example 1 was outside the range. Table 1 shows specific numerical values.

[二次電池の構築]
上記2種類の正極材料を用いて、二次電池を構築した。
具体的には、まず、上記正極材料と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、質量比が、正極活物質:AB:PVdF=94:3:3となるように秤量し、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)中で混合して正極スラリーを調製した。この正極スラリーを、帯状のアルミニウム箔(正極集電体、15μm)の長手方向に沿って塗付し、120℃で乾燥させた。そして、乾燥させた正極スラリーをアルミニウム箔と共にプレスした。これにより、正極集電体上に正極活物質層を備えた帯状の正極シートを作製した。
[Construction of secondary battery]
A secondary battery was constructed using the above two kinds of positive electrode materials.
Specifically, first, the positive electrode material, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are mixed in a mass ratio of positive electrode active material: AB:PVdF=94:3. :3 and mixed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode slurry. This positive electrode slurry was applied along the longitudinal direction of a strip-shaped aluminum foil (positive electrode current collector, 15 μm) and dried at 120°C. Then, the dried positive electrode slurry was pressed together with an aluminum foil. Thus, a strip-shaped positive electrode sheet having a positive electrode active material layer on the positive electrode current collector was produced.

次に、銅箔(負極集電体、10μm)上に、天然黒鉛(負極活物質)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)またはPVdFとを、質量比が、負極活物質:CMC:SBRまたはPVdF=98:1:1となるように秤量し、水またはNMP中で混合して負極スラリーを調製した。これを用い、上述したような手法によって負極活物質層を備えた帯状の負極シートを用意した。次に、上記作製した正極シートと負極シートとを、帯状のセパレータシート(厚み20μmのPP/PE/PP構造のセパレータ)を介して対向させて、長手方向に捲回することによって、捲回電極体を作製した。そして、正極シートには正極集電部材を、負極シートには負極集電部材を、それぞれ溶接した。
次に、非水電解液として、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを、EC:DMC:EMC=3:4:3の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPFを1.0Mの濃度で溶解させたものを用意した。
そして、上記作製した捲回電極体と非水電解液とを電池ケースに収容して、二次電池(実施例1および比較例1)を構築した。二次電池の電池容量は、5Ahであった。
Next, on a copper foil (negative electrode current collector, 10 μm), natural graphite (negative electrode active material), carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener, and styrene-butadiene rubber (SBR) or PVdF as a binder are applied. , The mass ratio was negative electrode active material:CMC:SBR or PVdF=98:1:1, and mixed in water or NMP to prepare a negative electrode slurry. Using this, a strip-shaped negative electrode sheet provided with a negative electrode active material layer was prepared by the method described above. Next, the positive electrode sheet and the negative electrode sheet prepared above are opposed to each other with a strip-shaped separator sheet (20 μm-thick PP/PE/PP structure separator) interposed therebetween, and wound in the longitudinal direction to obtain a wound electrode. made the body. Then, the positive electrode current collecting member was welded to the positive electrode sheet, and the negative electrode current collecting member was welded to the negative electrode sheet.
Next, as a non-aqueous electrolyte, a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of EC:DMC:EMC = 3:4:3, A 1.0M solution of LiPF 6 as a supporting salt was prepared.
Then, the wound electrode body and the non-aqueous electrolytic solution prepared above were housed in a battery case to construct a secondary battery (Example 1 and Comparative Example 1). The battery capacity of the secondary battery was 5 Ah.

[IV抵抗測定]
所定条件で活性化した上記二次電池をSOC50%に調整し、100Ahの電流値で10秒間の放電を行った。このときの電圧降下量ΔVを取得し、電流値とΔVを用いて電池抵抗を算出した。比較例1の二次電池における抵抗を100%とし、実施例における二次電池の抵抗の比を求めた。結果を表1に示す。
[IV resistance measurement]
The above secondary battery activated under predetermined conditions was adjusted to SOC 50%, and discharged at a current value of 100 Ah for 10 seconds. The voltage drop amount ΔV at this time was acquired, and the battery resistance was calculated using the current value and ΔV. Taking the resistance of the secondary battery of Comparative Example 1 as 100%, the resistance ratio of the secondary battery of the example was obtained. Table 1 shows the results.

Figure 0007244366000001
Figure 0007244366000001

表1に示されるように、実施例1に係る誘電体は、平均L2/L1比率が所定範囲を満たすことが確認された。そして、このような誘電体が正極活物質の表面に配置されることにより、二次電池のIV抵抗が低下することが確認された。 As shown in Table 1, it was confirmed that the average L2/L1 ratio of the dielectric according to Example 1 satisfies a predetermined range. It was also confirmed that the IV resistance of the secondary battery was lowered by arranging such a dielectric on the surface of the positive electrode active material.

≪試験例2.誘電体の粒径の検討≫
本試験例では、誘電体の粒径を適宜異ならせて正極材料を作製し、当該正極材料を用いて構築した二次電池について、試験例1と同様の評価を行った。
-実施例2-
水熱処理前の混合物のpH、および水熱処理の条件(例えば、温度条件、および処理時間)を適宜変更した以外は、実施例1と同じ材料、プロセスによって実施例2に係る正極材料を作製した。当該正極材料をSTEM下で観察し、試験例1と同様に平均L2/L1比率を算出した。また、試験例1と同様に二次電池を構築して同様の特性評価を行った。結果を表2の該当欄に示す。なお、表2中「平均粒径(nm)」とあるのは、上記STEM下の観察において測定されたL1(nm)に相当するものを示している。
<<Test Example 2. Investigation of particle size of dielectric material>>
In this test example, the particle size of the dielectric material was appropriately varied to prepare positive electrode materials, and the secondary batteries constructed using the positive electrode materials were evaluated in the same manner as in test example 1.
-Example 2-
A positive electrode material according to Example 2 was produced using the same materials and processes as in Example 1, except that the pH of the mixture before the hydrothermal treatment and the hydrothermal treatment conditions (e.g., temperature conditions and treatment time) were changed as appropriate. The positive electrode material was observed under STEM, and the average L2/L1 ratio was calculated in the same manner as in Test Example 1. Also, a secondary battery was constructed in the same manner as in Test Example 1, and the same characteristics were evaluated. The results are shown in the corresponding columns of Table 2. Note that "average particle size (nm)" in Table 2 indicates the value corresponding to L1 (nm) measured in the observation under the STEM.

Figure 0007244366000002
Figure 0007244366000002

表2に示されるように、実施例2に係る誘電体は、平均L2/L1比率が所定範囲を満たすことが確認された。また、このような誘電体が正極活物質の表面に配置されることにより、平均粒径を小さく設定した場合であっても、二次電池のIV抵抗が低下することが確認された。 As shown in Table 2, it was confirmed that the average L2/L1 ratio of the dielectric according to Example 2 satisfies a predetermined range. Moreover, it was confirmed that the IV resistance of the secondary battery was lowered even when the average particle diameter was set small by arranging such a dielectric on the surface of the positive electrode active material.

≪試験例3.誘電体の添加量の検討≫
本試験例では、誘電体の添加量(mol%)を適宜異ならせて正極材料を作製し、当該正極材料を用いて構築した二次電池について、試験例1と同様の評価を行った。
-実施例3~7-
メカノケミカル処理において、実施例2に係る誘電体を使用し、正極活物質に添加する誘電体の添加量(mol%)を適宜変更した以外は、実施例1と同じ材料、プロセスによって二次電池を構築した。そして、試験例1と同様の特性評価を行った。結果を表3の該当欄に示す。
<<Test Example 3. Examination of the amount of dielectric added>>
In this test example, positive electrode materials were produced by appropriately varying the amount (mol %) of the dielectric added, and secondary batteries constructed using the positive electrode materials were evaluated in the same manner as in test example 1.
- Examples 3 to 7 -
In the mechanochemical treatment, the dielectric according to Example 2 was used, and the secondary battery was produced using the same materials and processes as in Example 1, except that the amount (mol%) of the dielectric added to the positive electrode active material was changed as appropriate. built. Then, the same characteristic evaluation as in Test Example 1 was performed. The results are shown in the corresponding columns of Table 3.

Figure 0007244366000003
Figure 0007244366000003

表3に示されるように、実施例2~7に係る誘電体が正極活物質の表面に配置されることにより、二次電池のIV抵抗が低下することが確認された。そして、メカノケミカル処理における誘電体の添加量については、0.05~20mol%が好適であり、0.1~10mol%がさらに好適であった。 As shown in Table 3, it was confirmed that the IV resistance of the secondary battery was lowered by disposing the dielectrics according to Examples 2 to 7 on the surface of the positive electrode active material. The addition amount of the dielectric in the mechanochemical treatment was preferably 0.05 to 20 mol %, more preferably 0.1 to 10 mol %.

≪試験例4.活物質の種類の検討≫
本試験例では、活物質の種類を適宜異ならせて電極材料(即ち、正極材料および負極材料)を作製し、当該電極材料を用いて構築した二次電池について、試験例1と同様の評価を行った。
-実施例8-
メカノケミカル処理において、実施例2に係る誘電体を使用し、正極活物質としてスピネル構造正極活物質を使用し、さらに、正極活物質に添加する誘電体の添加量を1mol%とした以外は、実施例1と同じ材料、プロセスによって二次電池を構築した。
-実施例9-
実施例2に係る誘電体を添加量1mol%で天然黒鉛の表面に配置したものを負極活物質として使用し、表面に誘電体が配置されていない正極活物質を使用した以外は、実施例1と同じ材料、プロセスによって二次電池を構築した。
-比較例2-
メカノケミカル処理において、比較例1に係る誘電体を使用し、正極活物質としてスピネル構造正極活物質を使用し、さらに、正極活物質に添加する誘電体の添加量を1mol%とした以外は、実施例1と同じ材料、プロセスによって二次電池を構築した。
-比較例3-
比較例1に係る誘電体を添加量1mol%で天然黒鉛の表面に配置したものを負極活物質として使用し、表面に誘電体が配置されていない正極活物質を使用した以外は、実施例1と同じ材料、プロセスによって二次電池を構築した。
そして、試験例と同様にして、上記4種類の二次電池の特性評価を行った。結果を表4に示す。
<<Test Example 4. Examination of the type of active material≫
In this test example, electrode materials (i.e., positive electrode material and negative electrode material) were produced by appropriately changing the type of active material, and the same evaluation as in test example 1 was performed on the secondary battery constructed using the electrode material. gone.
-Example 8-
In the mechanochemical treatment, except that the dielectric according to Example 2 was used, the spinel structure positive electrode active material was used as the positive electrode active material, and the amount of the dielectric added to the positive electrode active material was 1 mol%. A secondary battery was constructed using the same materials and processes as in Example 1.
-Example 9-
Example 1 except that a negative electrode active material in which the dielectric according to Example 2 was added in an amount of 1 mol% and placed on the surface of natural graphite was used as a negative electrode active material, and a positive electrode active material in which no dielectric was placed on the surface was used. A secondary battery was constructed using the same materials and processes as
-Comparative Example 2-
In the mechanochemical treatment, the dielectric according to Comparative Example 1 was used, the spinel structure positive electrode active material was used as the positive electrode active material, and the amount of the dielectric added to the positive electrode active material was 1 mol%. A secondary battery was constructed using the same materials and processes as in Example 1.
-Comparative Example 3-
Example 1 except that a negative electrode active material in which the dielectric according to Comparative Example 1 was added in an amount of 1 mol% and placed on the surface of natural graphite was used as a negative electrode active material, and a positive electrode active material in which no dielectric was placed on the surface was used. A secondary battery was constructed using the same materials and processes as
Then, in the same manner as in the test example, the characteristics of the four types of secondary batteries were evaluated. Table 4 shows the results.

Figure 0007244366000004
Figure 0007244366000004

表4に示されるように、活物質の種類によらず、所定の誘電体が活物質の表面に配置されることにより、二次電池のIV抵抗が低下することが確認された。 As shown in Table 4, it was confirmed that the IV resistance of the secondary battery was lowered by arranging a predetermined dielectric on the surface of the active material, regardless of the type of active material.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態や試験例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、ここでは二次電池の一例としてリチウムイオン二次電池を例示したが、ナトリウムイオン二次電池およびマグネシウムイオン二次電池に適用した場合であっても同様の効果を実現し得る。 Although the present invention has been described in detail above, the above-described embodiments and test examples are merely examples, and the invention disclosed herein includes various modifications and alterations of the above-described specific examples. For example, although a lithium ion secondary battery is illustrated here as an example of a secondary battery, similar effects can be achieved even when applied to a sodium ion secondary battery and a magnesium ion secondary battery.

10 電極材料
12 活物質
14 誘電体
142 面
146a 直辺部
146b 直辺部
146c 直辺部
146d 直辺部
148 コーナーR部
20 捲回電極体
30 電池ケース
32 ケース本体
34 蓋体
36 安全弁
42 正極端子
42a 先端部分
44 負極端子
44a 先端部分
50 正極
52 正極集電体
52a 未塗工部
54 正極活物質層
60 負極
62 負極集電体
62a 未塗工部
64 負極活物質層
70,72 セパレータ
100 リチウムイオン二次電池
L1 長径
L2 長さ
10 Electrode material 12 Active material 14 Dielectric 142 Surface 146a Straight side 146b Straight side 146c Straight side 146d Straight side 148 Corner R 20 Wound electrode body 30 Battery case 32 Case main body 34 Lid 36 Safety valve 42 Positive electrode terminal 42a Tip portion 44 Negative electrode terminal 44a Tip portion 50 Positive electrode 52 Positive electrode current collector 52a Uncoated portion 54 Positive electrode active material layer 60 Negative electrode 62 Negative electrode current collector 62a Uncoated portion 64 Negative electrode active material layers 70, 72 Separator 100 Lithium ion Secondary battery L1 Long diameter L2 Length

Claims (4)

正極活物質若しくは負極活物質と、前記活物質の表面に配置された誘電体と、を含有する二次電池用電極材料であって、
前記誘電体は、XYO型、X型、および、XX’12(Xは、アルカリ金属元素,アルカリ土類金属元素,希土類金属元素,Cu,PbおよびBiのうちの1種または2種以上の元素であり、X’は、遷移金属元素のうちの1種または2種以上の元素であり、Yは、遷移金属元素およびSnのうちの1種または2種以上の元素である。)のうちのいずれかの結晶構造を有する複合酸化物であり、
ここで、前記誘電体は、全体が略直方体形状に形成されており、
前記活物質の表面に配置された状態の前記誘電体を走査透過電子顕微鏡(STEM)下で観察したとき、該誘電体における周縁が4つの直辺部および4つのコーナーR部からなる略矩形状の一の面において、該略矩形状面の長径をL1(nm)、前記4つの直辺部のうち前記長径と略平行な2本の直辺部のうちの短い方の直辺部の長さをL2(nm)とすると、L1に対するL2の前記STEM観察下における平均比率が0.5≦L2/L1≦1.0を満たす、
ことを特徴とする、二次電池用電極材料。
An electrode material for a secondary battery containing a positive electrode active material or a negative electrode active material and a dielectric disposed on the surface of the active material,
The dielectrics are XYO 3 type, X 2 Y 2 O 7 type, and XX′ 3 Y 4 O 12 (where X is an alkali metal element, alkaline earth metal element, rare earth metal element, Cu, Pb and Bi). X′ is one or two or more elements of the transition metal elements, Y is one or two of the transition metal elements and Sn are the above elements.) A composite oxide having a crystal structure of any one of
Here, the dielectric is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape as a whole,
When the dielectric disposed on the surface of the active material is observed under a scanning transmission electron microscope (STEM), the dielectric has a substantially rectangular peripheral edge consisting of four straight sides and four rounded corners. In one surface, L1 (nm) is the major axis of the substantially rectangular surface, and the length of the shorter one of the four right side parts substantially parallel to the major axis When the height is L2 (nm), the average ratio of L2 to L1 under the STEM observation satisfies 0.5 ≤ L2 / L1 ≤ 1.0,
An electrode material for a secondary battery, characterized by:
前記XYOSaid XYO 3 型の結晶構造を有する誘電体において、In a dielectric having a crystal structure of the type
Xは、アルカリ土類金属元素、Pb、または、Biであり、X is an alkaline earth metal element, Pb, or Bi;
Yは、第4族元素であることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池用電極材料。2. The electrode material for a secondary battery according to claim 1, wherein Y is a Group 4 element.
前記誘電体の平均粒径が3nm以上100nm以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の二次電池用電極材料。3. The electrode material for a secondary battery according to claim 1, wherein said dielectric has an average particle size of 3 nm or more and 100 nm or less. 前記誘電体の比誘電率が8以上500以下であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の二次電池用電極材料。4. The electrode material for a secondary battery according to claim 1, wherein the dielectric has a dielectric constant of 8 or more and 500 or less.
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