JP7246199B2 - Active material, positive electrode mixture and solid battery using the same - Google Patents

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Description

本発明は、固体電池に用いられる活物質に関する。 The present invention relates to active materials used in solid-state batteries.

固体電池に用いる固体電解質には、できるだけイオン導電率が高く、且つ化学的・電気化学的に安定であることが求められている。例えばハロゲン化リチウム、窒化リチウム、リチウム酸塩又はこれらの誘導体などが固体電解質の材料候補として知られている。 Solid electrolytes used in solid batteries are required to have as high an ionic conductivity as possible and to be chemically and electrochemically stable. For example, lithium halides, lithium nitrides, lithium salts, derivatives thereof, and the like are known as candidate materials for solid electrolytes.

固体電池に用いる固体電解質の1つとして、硫化物固体電解質が検討されている。しかし硫化物固体電解質を含む固体電池は、これに対して充放電を行うと、電極活物質と硫化物固体電解質との界面抵抗が高くなり、リチウムイオンの移動が制限されるという問題がある。この理由は、電極活物質と硫化物固体電解質とが反応することによって、両者の界面に抵抗層が形成されるからであると考えられている。この問題に対して、例えば特許文献1においては、正極活物質の表面を特定の化合物で被覆することによって、界面抵抗の上昇を抑制することが試みられている。 A sulfide solid electrolyte is being studied as one of the solid electrolytes used in solid batteries. However, a solid battery containing a sulfide solid electrolyte has a problem that when it is charged and discharged, the interface resistance between the electrode active material and the sulfide solid electrolyte increases, restricting the movement of lithium ions. It is believed that the reason for this is that the reaction between the electrode active material and the sulfide solid electrolyte forms a resistance layer at the interface between the two. To address this problem, for example, Patent Document 1 attempts to suppress the increase in interfacial resistance by coating the surface of the positive electrode active material with a specific compound.

特開2018-125214号公報JP 2018-125214 A

ところで、固体電池では急速充電が期待されている。急速充電のためにはリチウムイオンを正極活物質から引き抜いて固体電解質へと受け渡す反応を速めることが必要である。しかし、現在の技術では満足すべき反応速度が得られていない。 By the way, rapid charging is expected for solid-state batteries. For rapid charging, it is necessary to speed up the reaction of extracting lithium ions from the positive electrode active material and transferring them to the solid electrolyte. However, the current technology does not provide a satisfactory reaction rate.

前記の課題に鑑み、充電時におけるリチウムイオンの移動性(脱離性)が改善されることと、正極活物質と固体電解質との反応を抑制することによって、充電特性が改善された活物質を提供することを主目的とする。 In view of the above-mentioned problems, an active material with improved charging characteristics by improving the mobility (desorption) of lithium ions during charging and by suppressing the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte. The main purpose is to provide

本発明は、固体電池に用いられる活物質であって、
前記活物質は、X線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるとともに、0.280nm以上0.310nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるものであり、
前記活物質は、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有し、該芯材粒子の表面又はその近傍にハロゲン元素が存在している、活物質を提供することによって前記の課題を解決したものである。
The present invention relates to an active material used in a solid-state battery,
The active material has at least one peak in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less in the radial distribution function obtained by measurement of the X-ray absorption fine structure, and 0.280 nm or more and 0.310 nm or less. At least one peak is observed in the range of
The active material has a core particle and a coating layer disposed on the surface of the core particle, and a halogen element is present on or near the surface of the core particle. This solves the above problems.

また本発明は、固体電池に用いられる活物質であって、
前記活物質は、X線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるとともに、0.280nm以上0.310nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるものであり、
前記活物質は、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有し、
X線光電子分光分析(XPS)により測定されるLi1sの結合エネルギーが54.0eV以上55.4eV以下にピーク頂点が観察される活物質を提供することによって前記の課題を解決したものである。
The present invention also provides an active material used in a solid-state battery,
The active material has at least one peak in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less in the radial distribution function obtained by measurement of the X-ray absorption fine structure, and 0.280 nm or more and 0.310 nm or less. At least one peak is observed in the range of
The active material has core particles and a coating layer disposed on the surface of the core particles,
The above problem is solved by providing an active material in which the Li1s binding energy measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) has a peak apex at 54.0 eV or more and 55.4 eV or less.

本発明によれば、充電時におけるリチウムイオンの移動性(脱離性)が改善されることと、正極活物質と固体電解質との反応を抑制することによって、充電特性が改善された活物質が提供される。したがって本発明の活物質を用いることで、固体電池の急速充電が可能となる。 According to the present invention, an active material with improved charge characteristics is provided by improving the mobility (detachability) of lithium ions during charging and by suppressing the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte. provided. Therefore, the use of the active material of the present invention enables rapid charging of solid-state batteries.

図1は、実施例1及び2で得られた正極活物質を対象として測定されたX線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数である。FIG. 1 is a radial distribution function obtained by measuring the X-ray absorption fine structure of the positive electrode active materials obtained in Examples 1 and 2. FIG. 図2は、実施例1及び2で得られた正極活物質を対象として測定されたX線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数にピークが存在するか否かを判定する方法を示すグラフである。FIG. 2 shows a method for determining whether or not a peak exists in the radial distribution function obtained by measuring the X-ray absorption fine structure of the positive electrode active materials obtained in Examples 1 and 2. graph. 図3は、LiNbOを対象として測定されたX線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数である。FIG. 3 is a radial distribution function obtained by X-ray absorption fine structure measurements on LiNbO 3 .

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明は、固体電池に用いられる活物質に関するものである。 The present invention will be described below based on its preferred embodiments. The present invention relates to active materials used in solid-state batteries.

A.活物質
1.ハロゲン
本発明の活物質は、好適には、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有する。芯材粒子の表面又はその近傍にはハロゲン元素が存在することが好ましい。芯材粒子の表面にハロゲン元素が存在することによって、後述するX線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数のピーク位置が特定の範囲に観察されることと相まって、充電時における活物質からのリチウムイオンの移動性(脱離性)が向上する。また、電池の充電時に生ずるおそれのある、芯材粒子に含まれる酸素と硫化物固体電解質に含まれる硫黄との反応を抑制することができ、それによってもリチウムイオンの移動(脱離)が優先的に生じるようになる。「芯材粒子の表面又はその近傍」とは、芯材粒子の表面そのもの又は表面から厚み方向に沿った200nm以内、中でも100nm以内、特に50nm以内の領域のことである。芯材粒子の表面から厚み方向に沿った所定の範囲内にハロゲン元素が存在するとは、例えば、被覆層中にハロゲン元素が存在する場合や、被覆層の最表面にハロゲン元素が存在する場合等が想定される。
A. Active material1. Halogen The active material of the present invention preferably has core particles and a coating layer disposed on the surfaces of the core particles. A halogen element is preferably present on the surface of the core particles or in the vicinity thereof. Due to the presence of a halogen element on the surface of the core particles, the peak position of the radial distribution function obtained by the measurement of the X-ray absorption fine structure described later is observed in a specific range. The mobility (detachability) of lithium ions from is improved. In addition, it is possible to suppress the reaction between the oxygen contained in the core particles and the sulfur contained in the sulfide solid electrolyte, which may occur during charging of the battery. come to occur spontaneously. “The surface of the core particle or its vicinity” means the surface itself of the core particle or a region within 200 nm, particularly within 100 nm, particularly within 50 nm from the surface along the thickness direction. The existence of a halogen element within a predetermined range along the thickness direction from the surface of the core particles means, for example, the case where the halogen element exists in the coating layer, the case where the halogen element exists in the outermost surface of the coating layer, and the like. is assumed.

また、本発明の活物質は芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有し、X線光電子分光分析(XPS)により測定されるLi1sの結合エネルギーが54.0eV以上55.4eV以下にピーク頂点が観察されることによって、後述するX線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数のピーク位置が特定の範囲に観察されることと相まって、充電時における活物質からのリチウムイオンの移動性(脱離性)が向上する。また、電池の充電時に生ずるおそれのある、芯材粒子に含まれる酸素と硫化物固体電解質に含まれる硫黄との反応を抑制することができ、それによってもリチウムイオンの移動(脱離)が優先的に生じるようになる。 Further, the active material of the present invention has a core particle and a coating layer disposed on the surface of the core particle, and the binding energy of Li1s measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 54.0 eV. The observation of the peak apex at 55.4 eV or less, coupled with the fact that the peak position of the radial distribution function obtained by the measurement of the X-ray absorption fine structure described later, is observed in a specific range, indicates that the activity during charging The mobility (detachability) of lithium ions from substances is improved. In addition, it is possible to suppress the reaction between the oxygen contained in the core particles and the sulfur contained in the sulfide solid electrolyte, which may occur during charging of the battery. come to occur spontaneously.

ハロゲン元素とは、フッ素(F)元素、塩素(Cl)元素、臭素(Br)元素及びヨウ素(I)元素のうちの少なくとも1種の元素の意味である。芯材粒子の表面に存在するハロゲン元素は1種でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。界面抵抗の一因となるハロゲン化リチウムの生成を抑える観点からは、ハロゲン元素は、塩素(Cl)元素、臭素(Br)元素が好ましく、リチウムイオンの移動性(脱離性)を一層高める観点からは、フッ素(F)元素が好ましい。 A halogen element means at least one of fluorine (F) element, chlorine (Cl) element, bromine (Br) element and iodine (I) element. The number of halogen elements present on the surface of the core particles may be one or a combination of two or more. From the viewpoint of suppressing the formation of lithium halide that contributes to interfacial resistance, the halogen element is preferably chlorine (Cl) element or bromine (Br) element, from the viewpoint of further increasing the mobility (detachability) of lithium ions. is preferably a fluorine (F) element.

芯材粒子の表面に存在するハロゲン元素は、後述するLiAO化合物に固溶されていてもよく、あるいはLiAO化合物とは別にハロゲン化合物の状態で存在していてもよい。 The halogen element existing on the surface of the core particles may be dissolved in the LiAO compound described later, or may exist in the form of a halogen compound separately from the LiAO compound.

芯材粒子の表面に存在するハロゲンの濃度は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)によって測定されるハロゲンの濃度で表して0.00075以上であることが好ましい。ハロゲン濃度が0.00075以上であれば、後述するLiAO化合物やコア粒子の酸素と、硫化物固体電解質の硫黄との反応を抑制できるから好ましい。他方、濃度の値に特に上限はないが経験的には、例えば0.155以下であれば、芯材粒子の表面がリチウムイオンの伝導性を損なわないから好ましい。この観点から、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)によって測定されるハロゲンの濃度、すなわちTOF-SIMSを使用し、二次イオン極性を負の条件によって測定される、芯材粒子の表面より集めた二次イオンのすべてのカウント数の合計(total)に対する、ハロゲンイオンに関する二次イオン種のカウント数(X)の比率(X/total)は0.00075以上であることが好ましく、中でも0.0015以上、その中でも0.0075以上、更にその中でも0.010以上、更にその中でも0.015以上、更にその中でも0.020以上、更にその中でも0.025以上であることが好ましい。TOF-SIMSによる表面分析は、例えば以下の方法で行う。 The concentration of halogen present on the surface of the core particles is preferably 0.00075 or more in terms of halogen concentration measured by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS). If the halogen concentration is 0.00075 or more, it is possible to suppress the reaction between oxygen in the LiAO compound or core particles described later and sulfur in the sulfide solid electrolyte, which is preferable. On the other hand, there is no particular upper limit to the value of the concentration, but empirically, for example, if it is 0.155 or less, the surface of the core particles does not impair the conductivity of lithium ions, so it is preferable. From this point of view, the concentration of halogen measured by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), that is, using TOF-SIMS, the secondary ion polarity is measured under negative conditions, core particles The ratio (X - /total) of the count number (X - ) of secondary ion species related to halogen ions to the sum (total) of all the count numbers of secondary ions collected from the surface of the surface is 0.00075 or more. is preferably 0.0015 or more, among them 0.0075 or more, among them 0.010 or more, among them 0.015 or more, further among them 0.020 or more, further among them 0.025 or more is preferred. Surface analysis by TOF-SIMS is performed, for example, by the following method.

<TOF-SIMSによる表面分析>
アルバック・ファイ社製の飛行時間型二次イオン質量分析(TOF-SIMS)装置である、TRIFT IVを用いて、正極活物質の粒子表面の分析を行い、その表面に存在するハロゲンの濃度を測定する。具体的には、二次イオン極性を負の条件によって測定される、正極活物質の表面より集めた二次イオンのすべてのカウント数の合計(total)に対する、フッ素イオンのカウント数(F)の比率(F/total)を測定する。
<Surface analysis by TOF-SIMS>
Using TRIFT IV, a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS) manufactured by ULVAC-Phi, the particle surface of the positive electrode active material is analyzed, and the concentration of halogen present on the surface is measured. do. Specifically, the number of counts of fluorine ions (F ) with respect to the total number of counts of all secondary ions collected from the surface of the positive electrode active material, which is measured under the condition that the secondary ion polarity is negative. ratio (F /total) is measured.

測定に使用する条件等は以下のとおりである。
一次イオン:Au
加速電圧:30kV
測定エリア面積:10000μm (100μm×100μm)
測定時間の単位:10分
測定イオン種:Positive/Negative
電子中和:有
The conditions, etc. used for the measurement are as follows.
Primary ion: Au +
Accelerating voltage: 30 kV
Measurement area area: 10000 μm 2 (100 μm×100 μm)
Measurement time unit: 10 minutes Measurement ion species: Positive/Negative
Electronic neutralization: Yes

本発明の活物質はX線光電子分光分析(XPS)によって測定されるLi1sの結合エネルギーが、54.0eV以上55.4eV以下にピーク頂点が観察されることが好ましい。更に好ましくは54.0eV以上55.3eV以下、更に54.0eV以上55.2eV以下、更に54.0eV以上55.1eV以下、更に54.0eV以上55.0eV以下にピーク頂点が観察されることが好ましい。Li1sのXPSの結合エネルギーが前記範囲にあることは、後述するLiAO化合物のOの一部をFで置換していると推測することもできる。LiAO化合物のOの一部がFで置換されていることで、LiAO化合物や芯材粒子に含まれる酸素と、硫化物固体電解質に含まれる硫黄との反応を抑制できるので好ましい。芯材粒子の表面に存在するハロゲンは、後述するLiAO化合物に固溶されていてもよく、あるいはLiAO化合物とは別にハロゲン化合物の状態で存在していてもよい。 In the active material of the present invention, it is preferable that the Li1s binding energy measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) has a peak apex at 54.0 eV or more and 55.4 eV or less. More preferably, the peak apex is observed at 54.0 eV or more and 55.3 eV or less, further 54.0 eV or more and 55.2 eV or less, further 54.0 eV or more and 55.1 eV or less, and further 54.0 eV or more and 55.0 eV or less. preferable. It can also be inferred that the reason why the XPS binding energy of Li1s is within the above range is that part of the O in the LiAO compound described later is replaced with F. A portion of O in the LiAO compound is substituted with F, which is preferable because the reaction between oxygen contained in the LiAO compound and the core material particles and sulfur contained in the sulfide solid electrolyte can be suppressed. Halogen present on the surface of the core particles may be dissolved in the LiAO compound described later, or may exist in the form of a halogen compound separate from the LiAO compound.

2.LiAO化合物
本発明の活物質における被覆層は、Li、A(AはTi、Zr、Ta、Nb、Zn、W及びAlからなる群から選ばれた1種又は2種以上の元素)及びOを含む化合物(「LiAO化合物」とも称する。)を含有することが好ましい。芯材粒子の表面がLiAO化合物で被覆されていることにより、リチウムイオン伝導性が向上し、正極活物質と固体電解質との間のリチウムイオンの移動性を改善することができ、充電特性を高めることができる。また、正極活物質と固体電解質との間の界面抵抗を低減させることができる。なおA元素はバルブメタルと呼ばれる、同様の性質を有する一群の金属元素である。
2. LiAO compound The coating layer in the active material of the present invention contains Li, A (A is one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Ta, Nb, Zn, W and Al) and O. It is preferable to contain a compound (also referred to as a “LiAO compound”). By coating the surface of the core particles with the LiAO compound, the lithium ion conductivity is improved, the mobility of lithium ions between the positive electrode active material and the solid electrolyte can be improved, and the charge characteristics are enhanced. be able to. Moreover, the interfacial resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte can be reduced. The A element is a group of metal elements called valve metals, which have similar properties.

「芯材粒子の表面がLiAO化合物で被覆されている」状態とは、LiAO化合物が、芯材粒子の表面において、粒子として存在している態様、粒子が凝集してなる凝集粒子として存在している態様、及び層を形成して存在している態様を包含する。「層を形成して存在する」とは、LiAO化合物が厚みをもって存在している状態を意味する。 The state in which "the surface of the core material particles is coated with the LiAO compound" means that the LiAO compound exists as particles on the surface of the core particles, and exists as aggregated particles formed by aggregation of the particles. It includes an aspect in which a layer is formed and an aspect in which a layer is formed. "Present by forming a layer" means a state in which the LiAO compound is present with a thickness.

LiAO化合物が層を形成する場合、その厚みは0.5nm~200nmであることが好ましく、中でも0.7nm以上あるいは100nm以下、その中でも1nm以上あるいは50nm以下であることが好ましく、更にその中でも25nm以下であることが好ましい。このような範囲にすることで、リチウムイオンの移動性が改善でき、界面抵抗の低減を図ることができる。よって、良好なリチウムイオン伝導層として機能させることができる。層の厚みは、例えば、走査型透過電子顕微鏡(STEM)により測定することができる。また、必要に応じてエネルギー分散型X線分析(EDS)を組み合わせて観察し、測定することもできる。 When the LiAO compound forms a layer, the thickness is preferably 0.5 nm to 200 nm, more preferably 0.7 nm or more or 100 nm or less, more preferably 1 nm or more or 50 nm or less, more preferably 25 nm or less. is preferably By setting the content in such a range, the mobility of lithium ions can be improved, and the interfacial resistance can be reduced. Therefore, it can function as a good lithium ion conductive layer. The layer thickness can be measured, for example, by scanning transmission electron microscopy (STEM). Moreover, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) can be used in combination for observation and measurement, if necessary.

芯材粒子の表面の一部又は部分的にLiAO化合物が存在しない箇所があってもよい。中でも、LiAO化合物が芯材粒子の表面全体の面積の30%以上を被覆していることが好ましく、中でも40%以上、その中でも50%以上が好ましい。芯材粒子の表面をLiAO化合物が被覆していることは、例えば、前記と同様に、走査型透過電子顕微鏡(STEM)と、必要に応じてエネルギー分散型X線分析(EDS)を組み合わせて芯材粒子の表面を観察することや、オージェ電子分光分析法により確認することができる。また、芯材粒子の表面を被覆するLiAO化合物の厚みは均一でなくても構わない。 There may be a part or a part of the surface of the core particles where the LiAO compound does not exist. Among them, the LiAO compound preferably covers 30% or more of the entire surface area of the core particles, more preferably 40% or more, and more preferably 50% or more. The coating of the surface of the core material particles with the LiAO compound can be confirmed, for example, by combining scanning transmission electron microscopy (STEM) and, if necessary, energy dispersive X-ray analysis (EDS) as described above. It can be confirmed by observing the surface of the material particles or by Auger electron spectroscopy. Also, the thickness of the LiAO compound covering the surfaces of the core particles does not have to be uniform.

3.XAFS
本発明の活物質は、X線吸収微細構造(以下「XAFS」ともいう。)の測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるとともに、0.280nm以上0.310nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察される。
3. XAFS
In the active material of the present invention, at least one peak is observed in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less in the radial distribution function obtained by measurement of the X-ray absorption fine structure (hereinafter also referred to as "XAFS"). At least one peak is observed in the range of 0.280 nm to 0.310 nm.

詳細には、図1に示すとおり、本発明の活物質は、XAFSの測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察される。ピーク位置は、ピーク頂点の位置により特定される。ピークの定義については後述する。本発明において観察されるピーク位置は、例えば、0.120nm以上であってもよく、0.125nm以上であってもよく、0.130nm以上であってもよい。一方、前記ピーク位置は、例えば、0.140nm以下であってもよい。前記範囲に観察されるピークは、少なくとも1つであればよく、例えば1つのみであってもよく、2つ以上であってもよい。これとともに本発明の活物質は、0.280nm以上0.310nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察される。本発明において観察されるピーク位置は、例えば、0.285nm以上であってもよい。一方、前記ピーク位置は、例えば、0.305nm以下であってもよく、0.300nm以下であってもよい。 Specifically, as shown in FIG. 1, the active material of the present invention has at least one peak in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less in the radial distribution function obtained by XAFS measurement. A peak position is identified by the position of the peak apex. The definition of peak will be described later. The peak position observed in the present invention may be, for example, 0.120 nm or more, 0.125 nm or more, or 0.130 nm or more. On the other hand, the peak position may be 0.140 nm or less, for example. The number of peaks observed in the above range may be at least one, for example, only one, or two or more. Along with this, the active material of the present invention has at least one peak in the range of 0.280 nm or more and 0.310 nm or less. The peak position observed in the present invention may be, for example, 0.285 nm or more. On the other hand, the peak position may be, for example, 0.305 nm or less, or 0.300 nm or less.

上述したLiAO化合物に関し、これまで当該技術分野において種々のものが知られているところ、本発明においては、特定の化学構造を有する化合物を用いることが好ましい。本発明で用いられるLiAO化合物は、XAFSの測定によって得られる動径分布関数において、特定の原子間距離にピークが観察されることによって特徴付けられる。例えばLiAO化合物がLi、Nb及びOを含む化合物(以下、この化合物のことを「LiNbO化合物」ともいう。)である場合、LiNbO化合物の動径分布関数の一例は、上述した図1に示すとおりとなる。図1に示す動径分布関数の横軸は、ニオブ原子の位置を基準とした原子間距離を示している。縦軸は、ニオブ原子の周囲に位置する原子の存在確率を示している。0.115nm以上0.144nm以下の範囲に観察されるピークは、ニオブ原子と酸素原子との距離に相当するものであり、0.280nm以上0.310nm以下の範囲に観察されるピークはニオブ原子どうしの距離に相当するものである。XAFSから得られる動径分布関数において、上述した所定の範囲にピークが観察されるLiNbO化合物を被覆層に含有させることで、本発明の活物質は、リチウムイオンの移動性が改善し、結果として充電特性の向上を図ることが可能である。また、活物質と固体電解質との間の界面抵抗を低減することができる。 Various LiAO compounds have been known in the art, and it is preferable to use a compound having a specific chemical structure in the present invention. The LiAO compound used in the present invention is characterized by the observation of peaks at specific interatomic distances in the radial distribution function obtained by XAFS measurement. For example, when the LiAO compound is a compound containing Li, Nb, and O (hereinafter, this compound is also referred to as a “LiNbO compound”), an example of the radial distribution function of the LiNbO compound is as shown in FIG. becomes. The horizontal axis of the radial distribution function shown in FIG. 1 indicates the interatomic distance based on the position of the niobium atom. The vertical axis indicates the existence probability of atoms located around the niobium atom. The peak observed in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less corresponds to the distance between the niobium atom and the oxygen atom, and the peak observed in the range of 0.280 nm or more and 0.310 nm or less is the niobium atom. It corresponds to the distance between them. In the radial distribution function obtained from XAFS, by including the LiNbO compound in which the peak is observed in the predetermined range described above in the coating layer, the active material of the present invention has improved lithium ion mobility, and as a result It is possible to improve charging characteristics. Moreover, the interfacial resistance between the active material and the solid electrolyte can be reduced.

動径分布関数にピークが観察されるとは、動径分布関数が上に凸のような部分やショルダー部分を含んでいてもよいことを意味する。動径分布関数の横軸をx、縦軸をyとする関数y=f(x)を2回微分することにより得られたに二次導関数が極小値を持つ場合のことをピークを有すると定義する。本発明においてはOrigin9.1(Light Stone社製)を用いて動径分布関数を2回微分することによりピークの有無の判定を行った。なお、例えば、後述する実施例1及び2においては、図2に示すように、0.115nm以上0.144nm以下の範囲に観察されるピークについて動径分布関数を2回微分することにより極小値を持つ。このことから、実施例1及び2は、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが観察されると言える。 The observation of a peak in the radial distribution function means that the radial distribution function may include an upwardly convex portion or a shoulder portion. It has a peak when the second derivative obtained by differentiating twice the function y = f(x), where the horizontal axis of the radial distribution function is x and the vertical axis is y, has a minimum value. Then define In the present invention, the presence or absence of a peak was determined by differentiating the radial distribution function twice using Origin 9.1 (manufactured by Light Stone). In addition, for example, in Examples 1 and 2 described later, as shown in FIG. 2, the minimum value have. From this, it can be said that in Examples 1 and 2, a peak is observed in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less.

上述のとおり、本発明で好適に用いられるLiAO化合物は、XAFSから得られる動径分布関数における特定の原子間距離の所定の位置にピークを有するものである。このこととは対照的に、これまで知られているLi-A-O系の化合物は、XAFSから得られる動径分布関数において、本発明で規定する所定の位置にピークを有するものではない。例えば図3に示すとおり、従来知られているLi-A-O系の化合物の1種であるLiNbOは、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にはピークが観察されるものの、0.280nm以上0.310nm以下の範囲にピークは観察されない。 As described above, the LiAO compound preferably used in the present invention has a peak at a predetermined position with a specific interatomic distance in the radial distribution function obtained from XAFS. In contrast, conventionally known Li—A—O-based compounds do not have a peak at the predetermined position defined in the present invention in the radial distribution function obtained from XAFS. For example, as shown in FIG. 3, LiNbO 3 , which is one of the conventionally known Li--A--O compounds, has a peak in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less. No peak is observed in the range from 280 nm to 0.310 nm.

XAFSは、物質にX線を照射することで得られる吸収スペクトルを解析する手法である。物質にX線を照射することで得られる吸収スペクトルには、物質中に含まれる元素特有の急峻な立ち上がり、すなわち吸収端が観察される。この吸収端近傍±50eV程度に現れる微細構造はXANES(X-ray Absorption Near Edge Structure)と呼ばれる。また、吸収端から高エネルギー側1000eV程度に現れる振動構造はEXAFS(Extended X-ray Absorption Fine Structure)と呼ばれる。XANESとEXAFSを合わせた領域がXAFSと呼ばれる。XAFSによれば、試料中の着目元素周囲の局所構造(原子間距離、配位数)や、化学状態(価数、配位構造)の評価が可能である。またXAFSは非破壊測定法であり、且つ物質の最表面の情報が得られる測定方法であることから、本発明の活物質そのものを測定対象として用いることができ、且つ活物質における被覆層の情報を得ることができる。 XAFS is a method of analyzing an absorption spectrum obtained by irradiating a substance with X-rays. In the absorption spectrum obtained by irradiating a substance with X-rays, a sharp rise, that is, an absorption edge, peculiar to the element contained in the substance is observed. A fine structure appearing in the vicinity of the absorption edge of about ±50 eV is called XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure). A vibrational structure appearing at about 1000 eV on the high energy side from the absorption edge is called EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure). The combined region of XANES and EXAFS is called XAFS. According to XAFS, it is possible to evaluate the local structure (interatomic distance, coordination number) and the chemical state (valence, coordination structure) around the element of interest in the sample. In addition, since XAFS is a non-destructive measurement method and a measurement method that can obtain information on the outermost surface of a substance, the active material itself of the present invention can be used as a measurement target, and information on the coating layer in the active material can be obtained. can be obtained.

本発明において、活物質のXAFSを測定するには、以下に述べる手順で操作を行う。
試料調製
試料をメノウ乳鉢で粉砕した後、窒化ホウ素粉末と混合し、直径10mm、厚さ約1mmの錠剤にする。測定する試料に含まれるA元素の濃度や、LiAO化合物及び芯材粒子を構成する化合物の吸収係数に応じて、試料と窒化ホウ素の分量を適宜最適にする。
In the present invention, in order to measure the XAFS of the active material, the procedure described below is performed.
Sample preparation After grinding the sample in an agate mortar, it is mixed with boron nitride powder and made into tablets with a diameter of 10 mm and a thickness of about 1 mm. Depending on the concentration of element A contained in the sample to be measured and the absorption coefficients of the LiAO compound and the compound composing the core particles, the amounts of the sample and boron nitride are appropriately optimized.

Nb-K端のXAFSを測定するときの条件は以下のとおりである。
・実験施設:SPring-8
・実験ステーション:BL14b2
・分光器 :モノクロメータSi(311)
・高次光除去:Rhコートミラー2.4mrad×2枚
・入射X線サイズ:縦1mm×横5mm(試料前スリットサイズ)
・測定法:透過法
・検出器:イオンチャンバー
・測定吸収端 :Nb-K吸収端(18986eV)
各入射X線エネルギー(E、x軸)において、I0、Itを測定し、次式により、X線吸光度(y軸)を求め、x軸-y軸でプロットすることにより、XAFSスペクトルを得た。
X線吸光度μt=-ln(It/I0)
The conditions for measuring XAFS at the Nb-K end are as follows.
・Experimental facility: SPring-8
・Experiment station: BL14b2
・Spectrometer: Monochromator Si (311)
・High-order light removal: Rh-coated mirror 2.4 mrad x 2 pieces ・Incident X-ray size: Vertical 1 mm x Horizontal 5 mm (slit size in front of sample)
・Measurement method: transmission method ・Detector: ion chamber ・Measurement absorption edge: Nb-K absorption edge (18986 eV)
At each incident X-ray energy (E, x-axis), I0 and It were measured, the X-ray absorbance (y-axis) was determined by the following formula, and plotted on the x-y axis to obtain an XAFS spectrum. .
X-ray absorbance μt = -ln (It/I0)

以上のようにして得られたデータに基づき動径分布関数を取得して原子間距離を決定するには、以下に述べる手順で操作を行う。
EXAFSスペクトルをフーリエ変換して得られる動径分布関数について説明する。
解析ソフトウェアとして「Athena」(Demeter Ver.0.9.25)を用いる。
初めに、同ソフトウェアにてXAFSスペクトルを読み込んだ後に、バックグラウンド吸収であるPre-edge領域(吸収端から-150~-45eV程度の領域)と、Post-edge領域(吸収端から150~1300eV程度の領域)とをフィッティングして、XAFSスペクトルを規格化する。次にEXAFSスペクトル(χ(k))を抽出するために、スプライン曲線でフィッティングを行う。同ソフトウェアでの解析においてスプライン曲線のフィッティングに用いたパラメータは以下の値である。
・Rbkg=1
・Spline range in k:1~15
・Spline clamps low:None、high:None
・k-weight=3
・Plotting k-weights : 3
最後にEXAFSスペクトル(χ(k))をフーリエ変換して、動径分布関数を示すスペクトルを得る。同ソフトウェアでのフーリエ変換のパラメータは、以下の値を用いた。
・k-range:3.5~11.5
・dk:1
・window:Hanning
・arbitrary k-weight:1
・phase correction:未使用
In order to obtain the radial distribution function and determine the interatomic distance based on the data obtained as described above, the following procedure is performed.
A radial distribution function obtained by Fourier transforming the EXAFS spectrum will be described.
"Athena" (Demeter Ver. 0.9.25) is used as analysis software.
First, after reading the XAFS spectrum with the same software, the background absorption Pre-edge region (about -150 to -45 eV from the absorption edge) and Post-edge region (about 150 to 1300 eV from the absorption edge area) is fitted to normalize the XAFS spectrum. Next, spline curve fitting is performed to extract the EXAFS spectrum (χ(k)). The parameters used for spline curve fitting in the analysis with the same software are the following values.
・Rbkg=1
・Spline range in k: 1 to 15
・Spline clamps low: None, high: None
・k-weight=3
・Plotting k-weights: 3
Finally, the EXAFS spectrum (x(k)) is Fourier transformed to obtain a spectrum representing the radial distribution function. The following values were used for the parameters of the Fourier transform in the same software.
・k-range: 3.5 to 11.5
・dk: 1
・window: Hanning
・arbitrary k-weight: 1
・phase correction: unused

LiAO化合物における各元素の組成は、A元素がTa及びNbのうち、少なくとも1種の元素である場合、例えばLiAOで示すことができる。式中のx、yは元素の価数に即した範囲内で任意の値を取り得る。中でも、A元素1モルに対して、Liが1モルより過剰に含まれている組成(x>1)であることが特に好ましい。そうすることで、AとOとの化合物が生成することを抑制し、リチウムイオンの移動性が改善できる。また、活物質と固体電解質との間の界面抵抗を低減することができる。 The composition of each element in the LiAO compound can be represented by, for example, Li x AO y when the A element is at least one of Ta and Nb. x and y in the formula can take arbitrary values within the range corresponding to the valence of the element. Among them, it is particularly preferable to have a composition (x>1) in which Li is contained in excess of 1 mol with respect to 1 mol of the A element. By doing so, the formation of a compound of A and O can be suppressed, and the mobility of lithium ions can be improved. Moreover, the interfacial resistance between the active material and the solid electrolyte can be reduced.

LiAO化合物がLiAOで表される場合において、x>1を満足させる方法としては、A元素原料に対するリチウム原料の配合量を、生成が想定される組成、例えばLiAOの化学量論組成比よりも過剰にする方法を挙げることができる。この際、単にLiを過剰に添加しただけでは、本正極活物質の表面に、過剰分のLiに起因して炭酸リチウムが生成し、これが抵抗となって、かえって充電特性を悪化させる場合がある。そのため、望ましくない化合物である炭酸リチウムが生成することを考慮して、LiAOが所定の組成になるように、A元素原料配合量及びリチウム原料配合量を調整することが好ましい。 When the LiAO compound is represented by Li x AO y , as a method of satisfying x>1, the blending amount of the lithium raw material with respect to the A element raw material is adjusted to the composition expected to be produced, for example, the stoichiometric composition of LiAO 3 A method of using an excess rather than a ratio can be mentioned. At this time, if Li is simply added in excess, lithium carbonate is generated on the surface of the present positive electrode active material due to the excess Li, and this becomes resistance, which may rather deteriorate the charging characteristics. . Therefore, considering the formation of lithium carbonate, which is an undesirable compound, it is preferable to adjust the blending amount of element A raw material and the blending amount of lithium raw material so that Li x AO y has a predetermined composition.

かかる観点から、X線光電子分光分析(XPS)によって得られる、芯材粒子の表面に存在する前記A元素量に対するLi量のmol比率(Li/A)は1.0以上33.3であることが好ましい。中でも1.1以上33.3以下、更に1.3以上33.3以下、更に1.5以上33.3以下、更に2.0以上15以下、更に3.0以上15以下、更に3.0以上12以下、更に4.0以上12以下、更に5.0以上12以下が好ましい。前記mol比率(Li/A)におけるLiは、炭酸リチウム(存在する場合)に起因するものと、芯材粒子自体に起因するものを含めた値である。 From this point of view, the molar ratio (Li/A) of the amount of Li to the amount of the A element present on the surface of the core particles, which is obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), is 1.0 or more and 33.3. is preferred. Among them, 1.1 to 33.3, further 1.3 to 33.3, further 1.5 to 33.3, further 2.0 to 15, further 3.0 to 15, further 3.0 12 or less, 4.0 or more and 12 or less, more preferably 5.0 or more and 12 or less. Li in the mol ratio (Li/A) is a value including that resulting from lithium carbonate (if present) and that resulting from the core material particles themselves.

芯材粒子の表面に存在するLiとA元素との比率を前記範囲に制御するためには、芯材粒子の表面に生成する炭酸リチウムに起因するLi分を考慮した上で、前記mol比率(Li/A)を前記範囲になるように、A元素原料配合量及びリチウム原料配合量を調整することが好ましい。このようにすることで、充電特性を改善することができる。ただし、この方法に限定するものではない。 In order to control the ratio of Li and A element present on the surface of the core particles to the above range, the mol ratio ( It is preferable to adjust the blending amount of the A element raw material and the blending amount of the lithium raw material so that Li/A) falls within the above range. By doing so, the charging characteristics can be improved. However, it is not limited to this method.

本発明においては、活物質を全溶解して、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析により測定される前記A元素量(質量%)に対する、活物質を加熱分解した後イオンクロマトグラフィーにより測定されるハロゲン(X)量(ppm)の質量比率(X/A)が0.5×10-4以上であることが好ましい。A元素量に対するハロゲン量の質量比率(X/A)が0.5×10-4以上であれば、LiAO化合物や芯材粒子に含まれる酸素と硫化物固体電解質に含まれる硫黄との反応を一層抑制できる点から好ましい。前記質量比率に特に上限はないが、経験的には、例えば3000×10-4以下、更に2000×10-4以下、更に1000×10-4以下、更に500×10-4以下であれば、芯材粒子の表面がリチウムイオンの伝導性を損なわないことから好ましい。かかる観点から、A元素量に対するハロゲン量の上記質量比率(X/A)は0.5×10-4以上であることが好ましく、中でも1.5×10-4以上、その中でも1.54×10-4以上、更に3.3×10-4以上、更に5.0×10-4以上、更にその中でも25×10-4以上、更に50×10-4以上、更に70.0×10-4以上、更に100×10-4以上更にまたその中でも、150.0×10-4以上であることが更に好ましい。 In the present invention, the active material is completely dissolved, and the amount of A element (% by mass) measured by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry is measured by ion chromatography after thermally decomposing the active material. The mass ratio (X/A) of the halogen (X) amount (ppm) is preferably 0.5×10 −4 or more. If the mass ratio (X/A) of the amount of halogen to the amount of A element is 0.5 × 10 -4 or more, the reaction between the oxygen contained in the LiAO compound and the core material particles and the sulfur contained in the sulfide solid electrolyte It is preferable because it can be further suppressed. Although there is no particular upper limit to the mass ratio, empirically, for example, if it is 3000×10 −4 or less, further 2000×10 −4 or less, further 1000×10 −4 or less, further 500×10 −4 or less, It is preferable because the surfaces of the core particles do not impair the conductivity of lithium ions. From this point of view, the mass ratio (X/A) of the amount of halogen to the amount of A element is preferably 0.5 × 10 -4 or more, especially 1.5 × 10 -4 or more, especially 1.54 × 10 −4 or more, further 3.3×10 −4 or more, further 5.0×10 −4 or more, among them 25×10 −4 or more, further 50×10 −4 or more, further 70.0×10 − 4 or more, more preferably 100×10 −4 or more, more preferably 150.0×10 −4 or more.

本発明においては、X線光電子分光分析(XPS)によって得られる、活物質(粒子)の表面に存在する前記A元素量に対するハロゲン(X)量のmol比率(X/A)が0.011以上であることが好ましい。活物質(粒子)の表面に存在するA元素量に対するハロゲン量のmol比率(X/A)が0.011以上であれば、LiAO化合物や芯材粒子に含まれる酸素と硫化物固体電解質に含まれる硫黄との反応を一層抑制できる点から好ましい。X/Aの値に特に上限はないが、経験的には例えば当該mol比率(X/A)が1.95以下であれば、芯材粒子の表面がリチウムイオンの伝導性を損なわないから好ましい。かかる観点から、X線光電子分光分析(XPS)によって得られる、活物質(粒子)の表面に存在するA元素量に対するハロゲン量のmol比率(X/A)は、0.011以上1.95以下、更に0.011以上1.50以下、更に0.011以上1.00以下、更に0.011以上0.50以下、更に0.015以上0.50以下、更に0.020以上0.50以下、更に0.025以上0.50以下、更に0.030以上0.50以下であることが好ましい。中でも(X/A)の下限値は、0.033以上、その中でも0.055以上、更にその中でも0.11以上であることが好ましい。 In the present invention, the molar ratio (X/A) of the amount of halogen (X) to the amount of element A present on the surface of the active material (particle) obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 0.011 or more. is preferably If the molar ratio (X/A) of the amount of halogen to the amount of A element present on the surface of the active material (particle) is 0.011 or more, oxygen and sulfide contained in the LiAO compound and the core material particles are contained in the solid electrolyte. It is preferable from the point of being able to further suppress the reaction with sulfur. There is no particular upper limit to the value of X/A, but empirically, for example, if the mol ratio (X/A) is 1.95 or less, the surface of the core particles does not impair the conductivity of lithium ions, so it is preferable. . From this point of view, the molar ratio (X/A) of the amount of halogen to the amount of A element present on the surface of the active material (particle) obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 0.011 or more and 1.95 or less. , further 0.011 to 1.50, further 0.011 to 1.00, further 0.011 to 0.50, further 0.015 to 0.50, further 0.020 to 0.50 , 0.025 or more and 0.50 or less, more preferably 0.030 or more and 0.50 or less. Above all, the lower limit of (X/A) is preferably 0.033 or more, more preferably 0.055 or more, and more preferably 0.11 or more.

活物質と固体電解質との界面抵抗を小さくする観点から、本発明の活物質はその水分率が一定の範囲に調整されていることが有利である。詳細には、活物質の水分率が過度に高いと、活物質と硫化物固体電解質との間の界面抵抗が上昇する場合がある。 From the viewpoint of reducing the interfacial resistance between the active material and the solid electrolyte, it is advantageous that the moisture content of the active material of the present invention is adjusted within a certain range. Specifically, if the moisture content of the active material is too high, the interfacial resistance between the active material and the sulfide solid electrolyte may increase.

活物質における芯材粒子が層状化合物を含む場合、該活物質は、カールフィッシャー法によって測定された110℃までの水分率B(質量ppm)が、例えば、50ppm以上であってもよく、140ppm以上であってもよく、200ppm以上であってもよい。一方、前記水分率Bは、例えば、8000ppm以下であってもよく、7000ppm以下であってもよく、3500ppm以下であってもよく、3000ppm以下であってもよい。 When the core particles in the active material contain a layered compound, the active material may have a moisture content B (mass ppm) up to 110° C. measured by the Karl Fischer method of, for example, 50 ppm or more, or 140 ppm or more. or 200 ppm or more. On the other hand, the moisture content B may be, for example, 8000 ppm or less, 7000 ppm or less, 3500 ppm or less, or 3000 ppm or less.

活物質における芯材粒子がスピネル型化合物を含む場合、該活物質は、カールフィッシャー法によって測定された110℃までの水分率B(質量ppm)が、例えば、1ppm以上であってもよく、50ppm以上であってもよく、100ppm以上であってもよく、200ppm以上であってもよい。一方、前記水分率Bは、例えば、8000ppm以下であってもよく、5000ppm以下であってもよく、3500ppm以下であってもよく、2000ppm以下であってもよく、1000ppm以下であってもよい。 When the core particles in the active material contain a spinel compound, the active material has a moisture content B (mass ppm) up to 110° C. measured by the Karl Fischer method, for example, may be 1 ppm or more, and may be 50 ppm. or more, 100 ppm or more, or 200 ppm or more. On the other hand, the moisture content B may be, for example, 8000 ppm or less, 5000 ppm or less, 3500 ppm or less, 2000 ppm or less, or 1000 ppm or less.

本発明の活物質は、そのBET比表面積A(m/g)が、0.2m/g以上であってもよく、0.3m/g以上であってもよく、0.4m/g以上であってもよく、0.5m/g以上であってもよい。5.0m/g以下であってもよく、3.0m/g以下であってもよく、2.5m/g以下であってもよく、2.0m/g以下であってもよい。 The active material of the present invention may have a BET specific surface area A (m 2 /g) of 0.2 m 2 /g or more, 0.3 m 2 /g or more, or 0.4 m 2 /g or more, or 0.5 m 2 /g or more. It may be 5.0 m 2 /g or less, 3.0 m 2 /g or less, 2.5 m 2 /g or less, or 2.0 m 2 /g or less good.

更に、本発明の活物質は、BET比表面積A(m/g)に対するカールフィッシャー法によって測定された110℃までの水分率B(質量ppm)の比であるB/Aの値が、例えば1以上であってもよく、20以上であってもよく、40以上であってもよく、50以上であってもよく、100以上であってもよく、200以上であってもよい。一方、前記B/Aの値は、例えば8000以下であってもよく、5000以下であってもよく、3500以下であってもよく、2000以下であってもよく、1500ppm以下であってもよく、1000以下であってもよく、1000未満であってもよい。B/Aの値は、活物質を構成する物質の種類に応じて、適切な範囲を選定することが、活物質と硫化物固体電解質との反応を一層抑制させ、界面抵抗を低減させるといった観点から有利である。 Furthermore, in the active material of the present invention, the value of B/A, which is the ratio of the moisture content B (mass ppm) up to 110 ° C. measured by the Karl Fischer method to the BET specific surface area A (m 2 /g), is, for example, It may be 1 or more, 20 or more, 40 or more, 50 or more, 100 or more, or 200 or more. On the other hand, the B/A value may be, for example, 8000 or less, 5000 or less, 3500 or less, 2000 or less, or 1500 ppm or less. , 1000 or less, or less than 1000. For the value of B/A, selecting an appropriate range according to the type of material constituting the active material further suppresses the reaction between the active material and the sulfide solid electrolyte, thereby reducing the interfacial resistance. is advantageous from

詳細には、芯材粒子が、コバルト酸リチウム(LiCoO)やニッケルコバルトマンガン酸リチウム(Li(Ni,Co,Mn)O)などの層状化合物から構成されている場合には、B/Aの値は、例えば、50以上であってもよく、100以上であってもよく、200以上であってもよい。一方、前記B/Aの値は、例えば、8000以下であってもよく、5000以下であってもよく、2000以下であってもよい。
また、芯材粒子が、ニッケルマンガン酸リチウム(LiNi0.5Mn1.5)などのスピネル型化合物から構成される場合には、B/Aの値は、例えば、5以上であってもよく、20以上であってもよく、50以上であってもよく、100以上であってもよく、150以上であってもよく、200以上であってもよい。一方、前記B/Aの値は、8000以下であってもよく、5000以下であってもよく、2000以下であってもよく、1500以下でもよい。
Specifically, when the core particles are composed of a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or lithium nickel-cobalt manganate (Li(Ni, Co, Mn) O 2 ), B/A may be, for example, 50 or more, 100 or more, or 200 or more. On the other hand, the B/A value may be, for example, 8000 or less, 5000 or less, or 2000 or less.
Further, when the core particles are composed of a spinel compound such as lithium nickel manganate (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ), the value of B/A is, for example, 5 or more. may be 20 or more, 50 or more, 100 or more, 150 or more, or 200 or more. On the other hand, the B/A value may be 8000 or less, 5000 or less, 2000 or less, or 1500 or less.

なお、当該技術分野においてこれまでは、一般に、活物質の水分率は低ければ低いほど好ましいと考えられてきた。この理由は、硫化物固体電解質が水と反応して劣化すると考えられていたからである。しかし本発明者の詳細な検討の結果、活物質の水分率が過度に低い場合にも、活物質と硫化物固体電解質との間の界面抵抗が上昇する傾向にあることが判明した。この理由は、活物質に若干量の水分が存在することで、活物質と硫化物固体電解質との密着性が高まり、良好な界面が形成され、そのことに起因して界面抵抗が低下するためであると本発明者は考えている。なお、活物質の水分率の測定の対象となる水は、活物質に含まれる付着水及び結晶水の双方を包含する。 In the technical field, it has been generally believed that the lower the moisture content of the active material, the better. The reason for this is that the sulfide solid electrolyte was thought to react with water and deteriorate. However, as a result of detailed studies by the present inventors, it was found that the interfacial resistance between the active material and the sulfide solid electrolyte tends to increase even when the moisture content of the active material is excessively low. The reason for this is that the presence of a small amount of water in the active material enhances the adhesion between the active material and the sulfide solid electrolyte, forming a good interface, which reduces the interfacial resistance. The inventor believes that Note that the water to be measured for the moisture content of the active material includes both adhering water and water of crystallization contained in the active material.

活物質の水分率に関し、カールフィッシャー法によって測定された水分率Bを、BET比表面積Aで除す理由は、活物質の水分率を規格化するためである。カールフィッシャー法によって水分率を測定する手順は、以下のとおりである。すなわち、カールフィッシャー水分計を用いて、110℃又は250℃に測定サンプルを加熱し、放出された水分量(ppm)を測定する。測定はアルゴン雰囲気中で行い、例えば測定装置として899 Coulometer(Metrohm社製)と860 KF Thermoprep(Metrohm社製)を用いる。 Regarding the moisture content of the active material, the reason for dividing the moisture content B measured by the Karl Fischer method by the BET specific surface area A is to normalize the moisture content of the active material. The procedure for measuring the moisture content by the Karl Fischer method is as follows. That is, using a Karl Fischer moisture meter, a measurement sample is heated to 110° C. or 250° C., and the amount of water released (ppm) is measured. Measurement is performed in an argon atmosphere, and for example, 899 Coulometer (manufactured by Metrohm) and 860 KF Thermoprep (manufactured by Metrohm) are used as measuring devices.

一方、BET比表面積は、例えば、測定装置として全自動比表面積測定装置Macsorb(株式会社マウンテック製)を用い、BET1点法によって求める。具体的には、サンプルをガラスセル(標準セル)に秤量し、窒素ガスでガラスセル内を置換した後、前記窒素ガス雰囲気中で250℃15分間、熱処理する。その後、窒素・ヘリウム混合ガスを流しながら、4分間冷却を行う。冷却後、サンプル(粉体)をBET1点法にて測定する。なお、冷却時及び測定時の吸着ガスは、窒素30vol%:ヘリウム70vol%の混合ガスを用いる。 On the other hand, the BET specific surface area is determined by the BET one-point method using, for example, a fully automatic specific surface area measuring apparatus Macsorb (manufactured by Mountec Co., Ltd.) as a measuring apparatus. Specifically, the sample is weighed in a glass cell (standard cell), and after the inside of the glass cell is replaced with nitrogen gas, the sample is heat-treated at 250° C. for 15 minutes in the nitrogen gas atmosphere. After that, cooling is performed for 4 minutes while flowing a nitrogen/helium mixed gas. After cooling, the sample (powder) is measured by the BET single-point method. A mixed gas of 30 vol % nitrogen and 70 vol % helium is used as the adsorbed gas during cooling and measurement.

活物質のB/Aの値は、例えば、後述する方法によって活物質を製造した後に、該活物質を熱処理したり、あるいは真空加熱乾燥したりすることで調整できる。 The B/A value of the active material can be adjusted, for example, by heat-treating the active material after manufacturing it by the method described later, or by drying it by heating in a vacuum.

活物質に含まれるLiAO化合物の割合を、便宜上、活物質の質量に対するA元素の質量の割合として表すると、例えば、0.01質量%以上であってもよく、0.1質量%以上であってもよく、0.5質量%以上であってもよく、1質量%以上であってもよい。一方、前記割合は、例えば、10質量%以下であってもよく、5質量%以下であってもよく、3質量%以下であってもよい。当該割合は、活物質を溶解した溶液を対象としたICP発光分光分析法によって求めることができる。また、当該割合は、後述する活物質の製造方法において、使用するA元素源化合物の量を調整することでコントロールできる。 If the ratio of the LiAO compound contained in the active material is expressed as the ratio of the mass of the A element to the mass of the active material for convenience, it may be, for example, 0.01% by mass or more, or 0.1% by mass or more. may be 0.5% by mass or more, or 1% by mass or more. On the other hand, the ratio may be, for example, 10% by mass or less, 5% by mass or less, or 3% by mass or less. The ratio can be obtained by ICP emission spectroscopic analysis for the solution in which the active material is dissolved. Moreover, the ratio can be controlled by adjusting the amount of the A element source compound used in the method for producing an active material, which will be described later.

活物質の表面に炭酸イオンが存在する場合、炭酸イオンの量は所定の範囲内であることが好ましい。これにより、活物質と硫化物固体電解質との反応を効果的に抑制することができるからである。活物質の表面に存在する炭酸イオンの量は、活物質に対して2.0質量%未満であることが好ましく、中でも1.5質量%未満、その中でも1.0質量%未満、更にその中でも0.5質量%未満、更にその中でも0.35質量%未満、更にその中でも0.30質量%未満、更にその中でも0.20質量%未満であることが好ましい。活物質の表面に存在する炭酸イオンの量を低下させる方法としては、例えば、窒素雰囲気下や酸素雰囲気下などの二酸化炭素を含まない雰囲気で焼成する方法が挙げられる。 When carbonate ions are present on the surface of the active material, the amount of carbonate ions is preferably within a predetermined range. This is because it is possible to effectively suppress the reaction between the active material and the sulfide solid electrolyte. The amount of carbonate ions present on the surface of the active material is preferably less than 2.0% by mass, particularly less than 1.5% by mass, particularly less than 1.0% by mass, and more particularly less than 1.0% by mass. It is preferably less than 0.5% by weight, more preferably less than 0.35% by weight, more preferably less than 0.30% by weight, more preferably less than 0.20% by weight. As a method for reducing the amount of carbonate ions present on the surface of the active material, for example, there is a method of firing in an atmosphere that does not contain carbon dioxide, such as a nitrogen atmosphere or an oxygen atmosphere.

芯材粒子が層状化合物を含む場合、活物質の表面に存在する炭酸イオンの量は、活物質に対して0.35質量%未満であることが好ましく、中でも0.30質量%未満、その中でも0.20質量%未満であることが更に好ましい。
一方、芯材粒子がスピネル型化合物を含む場合、活物質の表面に存在する炭酸イオンの量は、活物質に対して2.0質量%未満であることが好ましく、中でも1.5質量%未満、その中でも1.0質量%未満、更にその中でも0.5質量%未満、更にその中でも0.3質量%未満、更にその中でも0.2質量%未満であることが好ましい。
When the core particles contain a layered compound, the amount of carbonate ions present on the surface of the active material is preferably less than 0.35% by mass, especially less than 0.30% by mass, especially less than 0.30% by mass. More preferably, it is less than 0.20% by mass.
On the other hand, when the core particles contain a spinel compound, the amount of carbonate ions present on the surface of the active material is preferably less than 2.0% by mass, more preferably less than 1.5% by mass, relative to the active material. , among these, less than 1.0% by mass, among these, less than 0.5% by mass, among these, less than 0.3% by mass, and among these, preferably less than 0.2% by mass.

炭酸イオンの量の測定方法としては、例えば以下のような方法が挙げられる。すなわち、0.48gの活物質を、純水48mLに入れて5分攪拌した後、ろ過を行う。このようにして炭酸イオンを抽出した液を対象としてイオンクロマトグラフィー測定を行い、CO 2-を定量することで、炭酸イオンの量を求めることができる。測定装置には、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製 DIONEX ICS-2000を用い、カラムにDIONEX IonPac AS17-C、キャリア液(溶離液)に水酸化カリウム水溶液を用い、35℃の条件下で測定を行うことができる。 Examples of methods for measuring the amount of carbonate ions include the following methods. That is, 0.48 g of the active material is added to 48 mL of pure water, stirred for 5 minutes, and then filtered. The amount of carbonate ions can be obtained by subjecting the liquid from which carbonate ions have been extracted in this manner to ion chromatography measurement and quantifying CO 3 2− . DIONEX ICS-2000 manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. is used as the measurement apparatus, DIONEX IonPac AS17-C is used as the column, and an aqueous potassium hydroxide solution is used as the carrier liquid (eluent), and the measurement is performed under the conditions of 35°C. be able to.

活物質は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積50容量%における体積累積粒径D50が、例えば20μm以下、中でも15μm未満、その中でも1μm超10μm未満、その中でも更に2μm超8μm以下であることがより一層好ましい。D50が20μm以下であることにより、例えば活物質を正極合剤に用いた場合に、当該正極合剤中の硫化物固体電解質と良好な接触を確保でき、活物質中のリチウムイオン利用率を高めることができる。またD50が1μmより大きいことにより、粒子が凝集してスラリー粘度が上昇するのを防ぐことができる。活物質のD50を前記範囲に調整するには、スプレードライ造粒法や転動流動層造粒法の運転条件の調整、あるいは解砕条件の調整等を行えばよいが、これらの調整方法に限定されるものではない。 The active material has a volume cumulative particle diameter D50 at a cumulative volume of 50% by volume measured by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method, for example, 20 μm or less, especially less than 15 μm, more than 1 μm and less than 10 μm, more than 2 μm and less than 8 μm. It is even more preferable to have When D50 is 20 μm or less, for example, when the active material is used in the positive electrode mixture, good contact with the sulfide solid electrolyte in the positive electrode mixture can be ensured, and the lithium ion utilization rate in the active material can be improved. can be enhanced. In addition, when D50 is larger than 1 μm, it is possible to prevent particles from aggregating and increasing slurry viscosity. In order to adjust the D50 of the active material within the above range, the operating conditions of the spray dry granulation method or the tumbling fluidized bed granulation method may be adjusted, or the pulverization conditions may be adjusted. is not limited to

4.芯材粒子
芯材粒子は、活物質として機能するものであればよく、特に限定されない。芯材粒子は、例えば、リチウム金属複合酸化物を含んでいてもよい。リチウム金属複合酸化物としては、公知のリチウム金属複合酸化物を用いることができる。例えば一般式LiMO2(Mは金属元素)で示される層状岩塩構造のリチウム含有複合酸化物、一般式LiM2で示されるスピネル構造のリチウム含有複合酸化物、一般式LiMPO(Mは金属元素)又はLiMSiO(Mは金属元素)で示されるオリビン構造のリチウム含有複合酸化物のうちのいずれか1種あるいは二種類以上の組み合わせであってもよい。ただし、これらに限定するものではない。
4. Core Particle The core particle is not particularly limited as long as it functions as an active material. The core particles may contain, for example, a lithium metal composite oxide. A known lithium metal composite oxide can be used as the lithium metal composite oxide. For example, a lithium-containing composite oxide having a layered rock salt structure represented by the general formula LiMO 2 (M is a metal element), a lithium-containing composite oxide having a spinel structure represented by the general formula LiM 2 O 4 , and a lithium-containing composite oxide represented by the general formula LiMPO 4 (M is a metal element). element) or a lithium-containing composite oxide having an olivine structure represented by LiMSiO 4 (M is a metal element), or a combination of two or more thereof. However, it is not limited to these.

リチウム金属複合酸化物における金属元素Mとしては、例えば遷移元素及び典型元素の双方を用いることができ、好ましくは遷移元素が用いられる。リチウム金属複合酸化物としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(Li(Ni,Co,Mn)O)、マンガン酸リチウム(LiMn)、及びニッケルマンガン酸リチウム(LiNi0.5Mn1.54)などのリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。これらの酸化物の構造は、特に制限されるものではなく、例えば層状岩塩型化合物であってもよく、あるいはスピネル型化合物であってもよい。 As the metal element M in the lithium metal composite oxide, for example, both transition elements and typical elements can be used, and transition elements are preferably used. Examples of lithium metal composite oxides include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium nickel cobalt manganate (Li(Ni, Co, Mn) O 2 ), lithium manganate (LiMn 2 ) , O 4 ), and lithium transition metal oxides such as lithium nickel manganate (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ) . The structure of these oxides is not particularly limited, and may be, for example, a layered rock salt type compound or a spinel type compound.

スピネル型化合物の芯材粒子は、Li、Mn及びOとこれら以外の1種類以上の元素を含む粒子であることが好ましい。また、添加元素として、Na、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、In、Ta、W、Re及びCeからなる群から選択される1種以上の元素の組み合わせで添加することが可能である。この中でもNa、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo及びWからなる群から選択されることが好ましい。 The core particles of the spinel-type compound are preferably particles containing Li, Mn, O and one or more elements other than these. Further, as additive elements, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, In, Ta, W, Re and It is possible to add a combination of one or more elements selected from the group consisting of Ce. Among these, it is preferably selected from the group consisting of Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, Mo and W.

更に、下記のとおり、添加元素種・添加元素量を選定することで、主に金属Li基準電位で、4.5V以上の作動電位を発現することができる。スピネル型化合物の芯材粒子を、Li、Mn及びOとこれら以外の1種類以上の元素を含む粒子とし、前記の「これら以外の1種類以上の元素」のうち、少なくとも1元素がNi、Co、Feからなる群から選択される元素M1とすることで、主に金属Li基準電位で、4.5V以上の作動電位を発現することができる。芯材粒子に含まれるM1元素の量は、芯材粒子中の全元素に対して、例えば7質量%以上であることが好ましく、中でも9質量%以上であることが好ましく、その中でも11質量%以上であることが好ましい。一方、芯材粒子に含まれるM1元素の量は、芯材粒子中の全元素に対して、例えば35質量%以下が好ましく、30質量%以下が好ましく、25質量%が好ましい。これらの元素が含まれると、主に金属Li基準電位で、4.5V以上の作動電位を発現する。M1元素以外にもM2元素を含んでいてもよく、M2元素としては、Na、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、In、Ta、W、Re及びCeからなる群から選択される1種以上の元素の組み合わせからであればよい。前記のM2元素の中でもNa、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo及びWからなる群から選択されることが好ましい。 Furthermore, as described below, by selecting the additive element species and the additive element amount, it is possible to express an operating potential of 4.5 V or more mainly at the metal Li reference potential. The core material particles of the spinel compound are particles containing Li, Mn and O and one or more elements other than these, and at least one element is Ni, Co , and Fe, it is possible to express an operating potential of 4.5 V or more mainly at the metal Li reference potential. The amount of the M1 element contained in the core particles is preferably, for example, 7% by mass or more, preferably 9% by mass or more, and among these, 11% by mass, based on the total elements in the core particles. It is preferable that it is above. On the other hand, the amount of the M1 element contained in the core particles is, for example, preferably 35% by mass or less, preferably 30% by mass or less, and preferably 25% by mass with respect to all elements in the core particles. When these elements are contained, an operating potential of 4.5 V or higher is developed mainly at the metal Li reference potential. In addition to the M1 element, the M2 element may be included, and the M2 element includes Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Y, Zr. , Nb, Mo, In, Ta, W, Re and Ce. Among the M2 elements, it is preferably selected from the group consisting of Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, Mo and W.

芯材粒子がリチウム金属複合酸化物を含む場合、芯材粒子におけるリチウム金属複合酸化物の含有量は、例えば80質量%以上であってもよく、90質量%以上であってもよく、95質量%以上であってもよい。また、芯材粒子は、リチウム金属複合酸化物のみからなるものであってもよい。リチウム金属複合酸化物は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 When the core particles contain a lithium metal composite oxide, the content of the lithium metal composite oxide in the core particles may be, for example, 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass. % or more. Moreover, the core material particles may consist of only the lithium metal composite oxide. Only one type of lithium metal composite oxide may be used, or two or more types may be used in combination.

5.活物質の製造方法
次に、本発明の活物質の好適な製造方法について説明する。本発明の活物質は例えば、ハロゲンを含有する水溶性A元素塩及び水酸化リチウムを水に溶解して表面処理液を調製し、この表面処理液中に芯材粒子を投入し、混練してスラリー状とし、これを乾燥することによって好適に製造できる。ただし、活物質の製造方法をこのような方法に限定するものではない。例えば、転動流動コーティング法(ゾルゲル法)、メカノフュージョン法、CVD法及びPVD法等でも、条件を調整することにより製造することは可能である。
5. Method for Producing Active Material Next, a preferred method for producing the active material of the present invention will be described. For the active material of the present invention, for example, a water-soluble salt of element A containing halogen and lithium hydroxide are dissolved in water to prepare a surface treatment liquid, and core particles are added to the surface treatment liquid and kneaded. It can be suitably produced by making it into a slurry and drying it. However, the manufacturing method of the active material is not limited to such a method. For example, rolling fluid coating method (sol-gel method), mechanofusion method, CVD method, PVD method, etc. can be used by adjusting the conditions.

水溶性A元素塩の例としては、塩化A元素、フッ化A元素酸カリウム、シュウ酸A元素アンモニウム、ペルオキソA元素酸アンモニウムなどを挙げることができる。中でも、炭素系不純物残留を抑制する観点から、ペルオキソA元素酸アンモニウムが好ましい。 Examples of water-soluble element A salts include element A chloride, potassium element A fluoride, ammonium element A oxalate, ammonium peroxo element A, and the like. Among them, ammonium peroxo-A element is preferable from the viewpoint of suppressing residual carbon-based impurities.

前記の製法において、表面処理液中に芯材粒子を投入してスラリーとし、該スラリーを90℃以上で加熱することによりLiAO化合物が生成する。これとともに、ハロゲン及びLiAO化合物を芯材粒子の表面に固着させることができる。LiAO化合物は芯材粒子の表面に吸着しやすい性質を持つため、該スラリーを乾燥させることにより、芯材粒子の表面にLiAO化合物及びハロゲンを含んで構成された被覆層を形成することができる。この方法に代えて、90℃以上に加熱した表面処理液を用いて、それを芯材粒子に噴霧してもよい。その後、必要に応じて解砕及び熱処理を行う。 In the above manufacturing method, the LiAO compound is produced by adding the core material particles to the surface treatment liquid to form a slurry and heating the slurry at 90° C. or higher. Along with this, the halogen and the LiAO compound can be fixed to the surfaces of the core particles. Since the LiAO compound has the property of being easily adsorbed on the surface of the core particles, by drying the slurry, it is possible to form a coating layer containing the LiAO compound and halogen on the surface of the core particles. Instead of this method, a surface treatment liquid heated to 90° C. or higher may be used and sprayed onto the core particles. Thereafter, pulverization and heat treatment are performed as necessary.

前記のスラリーを乾燥することにより特定の構造を有するLiAO化合物及びハロゲンを含む被覆層を得ることができる。スラリーを乾燥させるには、例えばスプレードライ造粒法や、転動流動層造粒法を用いることができる。その後必要に応じて熱処理を行えばよい。具体的には、炭酸ガスを極力含まない、酸素や窒素、アルゴン雰囲気下で熱処理することが好ましい。乾燥及び熱処理温度は、好ましくは105℃以上700℃以下、更に好ましくは150℃以上700℃以下、一層好ましくは200℃以上700℃以下、より一層好ましくは255℃以上700℃以下、更に好ましくは305℃以上700℃以下、その中でも更に好ましくは355℃以上700℃以下、その中でも更に好ましくは405℃以上700℃以下とすることができる。熱処理時間は、好ましくは1時間以上20時間以下、更に好ましくは1時間以上15時間以下、一層好ましくは1時間以上10時間以下とする。これによって、XAFSから得られる動径分布関数における特定の原子間距離の位置にピークを有するLiAO化合物を首尾よく生成させることができる。 By drying the slurry, a coating layer containing a LiAO compound having a specific structure and halogen can be obtained. To dry the slurry, for example, a spray dry granulation method or a tumbling fluidized bed granulation method can be used. After that, heat treatment may be performed as necessary. Specifically, the heat treatment is preferably performed in an oxygen, nitrogen, or argon atmosphere containing as little carbon dioxide as possible. The drying and heat treatment temperature is preferably 105° C. or higher and 700° C. or lower, more preferably 150° C. or higher and 700° C. or lower, still more preferably 200° C. or higher and 700° C. or lower, still more preferably 255° C. or higher and 700° C. or lower, still more preferably 305° C. °C or higher and 700 °C or lower, more preferably 355 °C or higher and 700 °C or lower, even more preferably 405 °C or higher and 700 °C or lower. The heat treatment time is preferably 1 hour or more and 20 hours or less, more preferably 1 hour or more and 15 hours or less, and still more preferably 1 hour or more and 10 hours or less. This can successfully produce LiAO compounds having peaks at specific interatomic distances in the radial distribution function obtained from XAFS.

本発明で用いる芯材粒子は、例えばリチウム塩化合物、マンガン塩化合物、ニッケル塩化合物及びコバルト塩化合物などの原料を秤量して混合し、湿式粉砕機等で粉砕した後、造粒し、焼成し、必要に応じて熱処理し、好ましい条件で解砕し、更に必要に応じて分級して得ることができる。この方法に代えて、マンガン塩化合物、ニッケル塩化合物及びコバルト塩化合物を含む水溶液に水酸化ナトリウムなどの塩基性物質を添加して金属複合水酸化物を沈殿させ、次いで該金属複合水酸化物とリチウム塩化合物とを混合して焼成することでも、芯材粒子を得ることができる。 The core particles used in the present invention are obtained by weighing and mixing raw materials such as lithium salt compounds, manganese salt compounds, nickel salt compounds and cobalt salt compounds, pulverizing them with a wet pulverizer or the like, granulating them, and firing them. , Heat treatment if necessary, pulverization under preferable conditions, and classification if necessary. Instead of this method, a basic substance such as sodium hydroxide is added to an aqueous solution containing a manganese salt compound, a nickel salt compound and a cobalt salt compound to precipitate a metal composite hydroxide, and then the metal composite hydroxide is Core particles can also be obtained by mixing with a lithium salt compound and firing.

原料であるリチウム塩化合物としては、例えば、水酸化リチウム(LiOH)、炭酸リチウム(LiCO)、硝酸リチウム(LiNO)、LiOH・HO、酸化リチウム(LiO)、脂肪酸リチウム及びリチウムハロゲン化物等が挙げられる。中でもリチウムの水酸化物、炭酸塩、硝酸塩が好ましい。 Lithium salt compounds as raw materials include, for example, lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium nitrate (LiNO 3 ), LiOH·H 2 O, lithium oxide (Li 2 O), fatty acid lithium. and lithium halides. Among them, lithium hydroxide, carbonate and nitrate are preferable.

マンガン塩化合物としては、例えば、炭酸マンガン、硝酸マンガン、塩化マンガン及び二酸化マンガン等が挙げられる。中でも炭酸マンガン及び二酸化マンガンが好ましく、電解法によって得られる電解二酸化マンガンが特に好ましい。
ニッケル塩化合物としては、例えば、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル及び酸化ニッケル等が挙げられ、中でも炭酸ニッケル、水酸化ニッケル及び酸化ニッケルが好ましい。
コバルト塩化合物としては、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、水酸化コバルト及び酸化コバルト等が挙げられ、中でも塩基性炭酸コバルト、水酸化コバルト、酸化コバルト及びオキシ水酸化コバルトが好ましい。
Manganese salt compounds include, for example, manganese carbonate, manganese nitrate, manganese chloride and manganese dioxide. Among them, manganese carbonate and manganese dioxide are preferred, and electrolytic manganese dioxide obtained by electrolysis is particularly preferred.
Nickel salt compounds include, for example, nickel carbonate, nickel nitrate, nickel chloride, nickel oxyhydroxide, nickel hydroxide and nickel oxide, among which nickel carbonate, nickel hydroxide and nickel oxide are preferred.
Examples of cobalt salt compounds include basic cobalt carbonate, cobalt nitrate, cobalt chloride, cobalt oxyhydroxide, cobalt hydroxide and cobalt oxide, among which basic cobalt carbonate, cobalt hydroxide, cobalt oxide and oxywater. Cobalt oxide is preferred.

上述した原料の混合は、水や分散剤などの液媒体を加えて湿式混合してスラリー化させることが好ましい。そして、後述するスプレードライ法を採用する場合には、得られたスラリーを湿式粉砕機で粉砕することが好ましいが、乾式粉砕しても構わない。 The raw materials described above are preferably mixed by adding a liquid medium such as water or a dispersant and wet-mixing to form a slurry. When the spray drying method described later is employed, the obtained slurry is preferably pulverized with a wet pulverizer, but dry pulverization may also be used.

上述した造粒の方法は、前工程で粉砕された各種原料が分離せずに造粒粒子内で分散していれば湿式でも乾式でもよい。例えば、押し出し造粒法、転動造粒法、流動造粒法、混合造粒法、噴霧乾燥造粒法、加圧成型造粒法及びロール等を用いたフレーク造粒法等が挙げられる。 The granulation method described above may be either a wet method or a dry method as long as the various raw materials pulverized in the previous step are not separated and are dispersed within the granulated particles. Examples thereof include extrusion granulation, tumbling granulation, fluidized granulation, mixing granulation, spray drying granulation, pressure molding granulation, and flake granulation using rolls.

湿式造粒した場合には、焼成前に充分に乾燥させることが必要である。乾燥方法としては、噴霧熱乾燥法、熱風乾燥法、真空乾燥法、フリーズドライ法などの公知の乾燥方法によって乾燥させればよく、中でも噴霧熱乾燥法が好ましい。噴霧熱乾燥法は、熱噴霧乾燥機(スプレードライヤー)を用いて行うことが好ましい。 In the case of wet granulation, it is necessary to dry sufficiently before firing. As a drying method, a known drying method such as a spray heat drying method, a hot air drying method, a vacuum drying method, a freeze drying method, or the like may be used, and the spray heat drying method is particularly preferable. The spray heat drying method is preferably carried out using a thermal spray dryer (spray dryer).

焼成は、焼成炉にて、大気雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、酸素分圧を調整した雰囲気下、二酸化炭素ガス雰囲気下又はその他の雰囲気下において、例えば700℃より高く、1000℃以下の温度、好ましくは750℃以上1000℃未満、より好ましくは800℃以上950℃以下の温度にて0.5時間以上30時間以下で保持することが好ましい。この際、遷移金属が原子レベルで固溶し単一相となる焼成条件を選択することが好ましい。焼成炉の種類は特に限定されず、例えばロータリーキルン、静置炉及びその他の焼成炉を用いて焼成することができる。 Firing is carried out in a firing furnace at a temperature of, for example, 700° C. or higher and 1000° C. or lower in an atmospheric atmosphere, an oxygen gas atmosphere, an atmosphere with an adjusted oxygen partial pressure, a carbon dioxide gas atmosphere, or other atmospheres. Preferably, the temperature is 750° C. or more and less than 1000° C., more preferably 800° C. or more and 950° C. or less, and the temperature is maintained for 0.5 hours or more and 30 hours or less. At this time, it is preferable to select firing conditions under which the transition metal is solid-dissolved at the atomic level and becomes a single phase. The type of firing furnace is not particularly limited, and firing can be performed using, for example, a rotary kiln, a stationary furnace, or other firing furnaces.

焼成後の熱処理は、結晶構造の調整が必要な場合に行うことが好ましく、例えば大気雰囲気下、酸素ガス雰囲気下又は酸素分圧を調整した雰囲気下などの酸化雰囲気の条件で熱処理を行う。 The heat treatment after firing is preferably performed when the crystal structure needs to be adjusted. For example, the heat treatment is performed under the conditions of an oxidizing atmosphere such as an air atmosphere, an oxygen gas atmosphere, or an atmosphere with an adjusted oxygen partial pressure.

このようにして得られた活物質は、水分率を一層低くするために、例えば再度熱処理を実施したり、活物質を真空加熱乾燥に付したりしてもよい。 In order to further lower the moisture content of the active material thus obtained, for example, the active material may be subjected to heat treatment again, or the active material may be subjected to vacuum heat drying.

6.活物質の用途
本発明の活物質は、通常、正極活物質として用いることができる。また、本発明の活物質は、固体電池に用いられるものである。特に本発明の活物質は、固体電解質として硫化物固体電解質を含む固体電池に用いられることが有利である。固体電池において、本発明の活物質と、硫化物固体電解質との接触部分が存在することにより、本発明の効果を享受することができる。ここで「活物質と、硫化物固体電解質との接触部分が存在する」とは、(ア)正極合剤中に硫化物固体電解質を含有させること(この場合、固体電解質層は非硫化物でも可。)、(イ)正極合剤中に硫化物固体電解質を含有させず、固体電解質層に硫化物固体電解質を含有させること、及び(ウ)正極合剤中に硫化物固体電解質を含有させ、且つ固体電解質層に硫化物固体電解質を含有させることのいずれかを意味する。
6. Use of Active Material The active material of the present invention can usually be used as a positive electrode active material. Moreover, the active material of the present invention is used in a solid battery. In particular, the active material of the present invention is advantageously used in a solid battery containing a sulfide solid electrolyte as the solid electrolyte. In the solid battery, the presence of the contact portion between the active material of the present invention and the sulfide solid electrolyte makes it possible to enjoy the effects of the present invention. Here, "there is a contact portion between the active material and the sulfide solid electrolyte" means (a) containing the sulfide solid electrolyte in the positive electrode mixture (in this case, the solid electrolyte layer may be non-sulfide ), (a) do not contain a sulfide solid electrolyte in the positive electrode mixture and contain a sulfide solid electrolyte in the solid electrolyte layer, and (c) contain a sulfide solid electrolyte in the positive electrode mixture. and that the solid electrolyte layer contains a sulfide solid electrolyte.

B.正極合剤
本発明の正極合剤は、活物質と、固体電解質とを含む。なお、正極合剤に含まれる活物質については、前記「A.活物質」の項に記載した内容と同様とすることができるため、ここでの記載は省略する。
B. Positive Electrode Mixture The positive electrode mixture of the present invention contains an active material and a solid electrolyte. Note that the active material contained in the positive electrode mixture can be the same as described in the above section "A. Active material", so description thereof will be omitted here.

本発明で用いる固体電解質は、一般的な固体電池に用いられる固体電解質と同様とすることができる。例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、窒化物固体電解質、ハロゲン化物固体電解質等が挙げられるが、中でも硫黄(S)元素を含有する硫化物固体電解質であることが好ましい。本発明における硫化物固体電解質は、例えば、Li及びSを含みリチウムイオン伝導性を有するものであってもよい。硫化物固体電解質は、結晶性材料、ガラスセラミックス、ガラスのいずれであってもよい。硫化物固体電解質は、アルジロダイト型構造の結晶相を有していてもよい。このような硫化物固体電解質としては、例えば、LiS-P、LiS-P-LiX(「X」は1種以上のハロゲン元素を示す。)、LiS-P-P、LiS-LiPO-P、LiPS、Li、Li10GeP12、Li3.25Ge0.250.75、Li11、Li3.250.95、Li7-xPS6-x(Argyrodite型固体電解質、「X」は1種以上のハロゲン元素を示し、0.2<x<2.0又は0.2<x<1.8である。)などが挙げられる。 The solid electrolyte used in the present invention can be the same as solid electrolytes used in general solid batteries. Examples include sulfide solid electrolytes, oxide solid electrolytes, nitride solid electrolytes, halide solid electrolytes, etc. Among them, sulfide solid electrolytes containing sulfur (S) are preferred. The sulfide solid electrolyte in the present invention may contain, for example, Li and S and have lithium ion conductivity. The sulfide solid electrolyte may be any of crystalline material, glass ceramics, and glass. The sulfide solid electrolyte may have a crystal phase with an aldirodite structure. Examples of such sulfide solid electrolytes include Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiX ("X" represents one or more halogen elements), Li 2 S -P2S5 - P2O5 , Li2S - Li3PO4 - P2S5 , Li3PS4 , Li4P2S6 , Li10GeP2S12 , Li3.25Ge0 _ _ .25 P 0.75 S 4 , Li 7 P 3 S 11 , Li 3.25 P 0.95 S 4 , Li 7-x PS 6-x X x (Argyrodite type solid electrolyte, "X" is one or more and 0.2<x<2.0 or 0.2<x<1.8).

本発明の正極合剤に含まれる活物質は、本発明の活物質のみであってもよく、その他の活物質と組み合わせて使用することもできる。その他の活物質としては、前記の公知のリチウム遷移金属複合酸化物からなる粒子が挙げられ、当該粒子は被覆層を有していてもよく、あるいは有していなくてもよい。組み合わせて使用する場合は、活物質全体に対して本発明の活物質を50モル%以上、更に好ましくは70%以上含有していることが好ましい。 The active material contained in the positive electrode mixture of the present invention may be the active material of the present invention alone, or may be used in combination with other active materials. Other active materials include particles made of the above-described known lithium-transition metal composite oxide, and the particles may or may not have a coating layer. When used in combination, the content of the active material of the present invention is preferably 50 mol % or more, more preferably 70 mol % or more, based on the total active material.

本発明の正極合剤における硫化物固体電解質の割合は、典型的には5質量%以上50質量%以下である。また、正極合剤は、必要に応じて導電助剤やバインダー等の他の材料を含んでもよい。また、前記正極合剤と溶剤とを混合してペーストを作製し、アルミニウム箔等の集電体上に塗布、乾燥させることによって正極層を作製できる。 The proportion of the sulfide solid electrolyte in the positive electrode mixture of the present invention is typically 5% by mass or more and 50% by mass or less. Moreover, the positive electrode mixture may contain other materials such as a conductive aid and a binder as necessary. Alternatively, the positive electrode layer can be produced by mixing the positive electrode material mixture and a solvent to prepare a paste, applying the paste on a current collector such as an aluminum foil, and drying the paste.

C.固体電池
本発明の固体電池は、正極層、負極層、及び固体電解質層を備え、前記正極層が、上述した正極合剤を含む。
C. Solid Battery The solid battery of the present invention includes a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer, and the positive electrode layer contains the positive electrode mixture described above.

本発明の固体電池は、例えば、前記のようにして作製した正極層、固体電解質層、及び負極層を3層重ねて加圧成型することによって作製できる。「固体電池」とは、液状物質又はゲル状物質を電解質として一切含まない固体電池の他、例えば50質量%以下、30質量%以下、10質量%以下の液状物質又はゲル状物質を電解質として含む態様も包含する。 The solid battery of the present invention can be produced, for example, by stacking three layers of the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer produced as described above, and molding them under pressure. "Solid battery" means a solid battery that does not contain any liquid or gel material as an electrolyte, or a solid battery that contains, for example, 50% by mass or less, 30% by mass or less, or 10% by mass or less of liquid or gel material as an electrolyte. Aspects are also included.

前記負極層に用いる負極活物質は、一般的な固体電池に用いられる負極活物質と同様とすることができる。具体的な負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出する材料、例えば炭素材料、シリコン及びSi-Oなどの酸化ケイ素系化合物、スズ系化合物、チタン酸リチウム等の公知の材料を用いることができる。前記炭素材料としては、例えばポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂、セルロースなどの有機高分子化合物を焼結したもの、人造黒鉛や天然黒鉛を挙げることができる。前記負極層は、このような負極活物質を用いる以外は正極層の作製と同様にして作製できる。 The negative electrode active material used for the negative electrode layer can be the same as the negative electrode active material used for general solid batteries. Specific negative electrode active materials that can be used include materials that occlude and release lithium ions, such as carbon materials, silicon oxide-based compounds such as silicon and Si—O, tin-based compounds, and known materials such as lithium titanate. . Examples of the carbon material include sintered organic polymer compounds such as polyacrylonitrile, phenolic resin, phenolic novolak resin, cellulose, artificial graphite, and natural graphite. The negative electrode layer can be produced in the same manner as the positive electrode layer, except that such a negative electrode active material is used.

[その他の語句の説明]
本明細書において「X~Y」(X,Yは任意の数字)と表現する場合、特に断らない限り「X以上Y以下」の意とともに、「好ましくはXより大きい」あるいは「好ましくはYより小さい」の意も包含する。また、「X以上」(Xは任意の数字)あるいは「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、「Xより大きいことが好ましい」あるいは「Y未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。
[explanation of other terms]
In this specification, when the expression “X to Y” (X and Y are arbitrary numbers) is used, unless otherwise specified, it means “X or more and Y or less” and “preferably larger than X” or “preferably larger than Y”. It also includes the meaning of "small". In addition, when expressing "X or more" (X is an arbitrary number) or "Y or less" (Y is an arbitrary number), "preferably larger than X" or "preferably less than Y" It also includes intent.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「%」は「質量%」を意味する。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the scope of the invention is not limited to such examples. "%" means "% by mass" unless otherwise specified.

〔実施例1〕
(1)芯材粒子の製造
硫酸ニッケルと硫酸コバルトと硫酸マンガンとを溶解した水溶液に、水酸化ナトリウムを供給し、共沈法によって金属複合水酸化物を作製した。この金属複合水酸化物におけるニッケル、コバルト及びマンガンのモル比は、Ni:Co:Mn=0.33:0.33:0.33であった。この金属複合水酸化物を炭酸リチウムと混合し、静置式電気炉を用いて大気下で720℃、5時間仮焼成した後、大気下で905℃、22時間本焼成してリチウム金属複合酸化物を得た。このリチウム金属複合酸化物を乳鉢で解砕し、次いで目開き53μmの篩で分級し、篩下のリチウム金属複合酸化物粉体からなる芯材粒子を回収した。芯材粒子は層状岩塩型化合物であり、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比は、前記金属複合水酸化物と同様に、Ni:Co:Mn=0.33:0.33:0.33であった。
[Example 1]
(1) Production of Core Particles Sodium hydroxide was supplied to an aqueous solution in which nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate were dissolved, and a metal composite hydroxide was produced by a coprecipitation method. The molar ratio of nickel, cobalt and manganese in this metal composite hydroxide was Ni:Co:Mn=0.33:0.33:0.33. This metal composite hydroxide is mixed with lithium carbonate, calcined in the atmosphere at 720° C. for 5 hours using a stationary electric furnace, and then fired in the atmosphere at 905° C. for 22 hours to obtain a lithium metal composite oxide. got This lithium metal composite oxide was pulverized in a mortar and then classified with a sieve having an opening of 53 μm to collect core particles of the lithium metal composite oxide powder under the sieve. The core material particles are layered rock salt type compounds, and the molar ratio of nickel, cobalt and manganese was Ni:Co:Mn=0.33:0.33:0.33 as in the metal composite hydroxide. rice field.

(2)正極活物質の製造
前記A元素としてNbを用いた。フッ素を含有するペルオキソニオブ酸アンモニウム5g及び水酸化リチウム0.70gをイオン交換水100mLに溶解して表面処理液を調製した。この表面処理液を処理液Aという。
33mLの処理液A中に前記(1)で得られた芯材粒子20gを投入し、90℃以上で加熱した。90℃以上で加熱することにより、リチウム原料とペルオキソニオブ酸アンモニウムとが溶液内で反応する。これにより、芯材粒子の表面に吸着しやすい性質を持つLi-Nb-O系化合物が、芯材粒子の表面に生成する。その後、熱風炉を用い120℃で乾燥し、更に500℃で5時間にわたり熱処理して正極活物質を得た。得られた正極活物質のD50は以下の表1に示すとおりであった。このサンプルはXAFSの測定によって得られる動径分布関数において0.115nm以上0.144nm以下の範囲に1本ピークを有し、0.280nm以上0.310nm以下の範囲にも1本ピークを有した。
(2) Production of Positive Electrode Active Material Nb was used as the A element. A surface treatment liquid was prepared by dissolving 5 g of fluorine-containing ammonium peroxoniobate and 0.70 g of lithium hydroxide in 100 mL of ion-exchanged water. This surface treatment liquid is called treatment liquid A.
20 g of the core particles obtained in the above (1) were put into 33 mL of treatment liquid A and heated at 90° C. or higher. By heating at 90° C. or higher, the lithium raw material and ammonium peroxoniobate react in the solution. As a result, a Li—Nb—O-based compound having a property of being easily adsorbed on the surfaces of the core particles is produced on the surfaces of the core particles. After that, it was dried at 120° C. using a hot air oven and heat-treated at 500° C. for 5 hours to obtain a positive electrode active material. The D50 of the obtained positive electrode active material was as shown in Table 1 below. This sample had one peak in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less in the radial distribution function obtained by XAFS measurement, and also had one peak in the range of 0.280 nm or more and 0.310 nm or less. .

〔実施例2〕
(1)において、芯材粒子の組成をNi:Co:Mn=0.6:0.2:0.2に設定した。また(2)において、スプレードライ造粒法によって140℃で乾燥し、その後700℃で5時間にわたり熱処理して正極活物質を得た。これら以外は実施例1と同様にして正極活物質を得た。このサンプルはXAFSの測定によって得られる動径分布関数において0.115nm以上0.144nm以下の範囲に1本ピークを有し、0.280nm以上0.310nm以下の範囲にも1本ピークを有した。
[Example 2]
In (1), the composition of the core particles was set to Ni:Co:Mn=0.6:0.2:0.2. In (2), the positive electrode active material was obtained by drying at 140° C. by a spray dry granulation method and then heat-treating at 700° C. for 5 hours. A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except for these. This sample had one peak in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less in the radial distribution function obtained by XAFS measurement, and also had one peak in the range of 0.280 nm or more and 0.310 nm or less. .

〔比較例1〕
実施例1において(2)を行わなかった。これら以外は実施例1と同様にして正極活物質を得た。
[Comparative Example 1]
(2) in Example 1 was not performed. A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except for these.

〔評価〕
実施例及び比較例で得られた正極活物質について、上述の方法で、BET比表面積A(m/g)に対するカールフィッシャー法によって測定された110℃までの水分率B(質量ppm)の比であるB/Aの値、粒径D50、BET比表面積及び水分率(110℃及び250℃)、並びに残留炭酸イオンの濃度を測定した。また、実施例及び比較例で得られた正極活物質の各種物性値を次のように測定した。それらの結果を以下の表1に示す。
〔evaluation〕
For the positive electrode active materials obtained in Examples and Comparative Examples, the ratio of the moisture content B (mass ppm) up to 110 ° C. measured by the Karl Fischer method to the BET specific surface area A (m 2 /g) by the method described above. B/A value, particle size D 50 , BET specific surface area and moisture content (110° C. and 250° C.), and concentration of residual carbonate ions were measured. Various physical property values of the positive electrode active materials obtained in Examples and Comparative Examples were measured as follows. The results are shown in Table 1 below.

<化学分析>
誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析によって、正極活物質に含まれる各元素の含有量を測定した。
<Chemical analysis>
The content of each element contained in the positive electrode active material was measured by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

<フッ素量の分析>
正極活物質を酸素及び水蒸気気流で加熱分解し、正極活物質中のフッ素を過酸化水素溶液に捕集して試料溶液を調製した。次いで、試料溶液のイオンクロマトグラフィー測定を行い、フッ化物イオンを定量することでフッ素量を測定した。測定装置には、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製ICS-2100を用い、カラムに Ion Pac AS19、キャリア液(溶離液)に水酸化カリウム水溶液を用い、35℃で測定を行った。このようにして正極活物質に対するフッ素量の質量の割合(ppm)を求め、ICPより求めたニオブ(Nb)元素の含有量(質量%)に対する、イオンクロマトグラフィーにより求めたフッ素量(ppm)の質量比率として「F/Nb」を計算した。なお、前記の測定条件はフッ素以外のハロゲンにも適応することができる。
<Analysis of fluorine content>
A positive electrode active material was thermally decomposed in a stream of oxygen and water vapor, and fluorine in the positive electrode active material was captured in a hydrogen peroxide solution to prepare a sample solution. Then, the sample solution was subjected to ion chromatography measurement, and the amount of fluorine was measured by quantifying fluoride ions. ICS-2100 manufactured by Thermo Fisher Scientific was used as a measurement apparatus, Ion Pac AS19 was used as a column, and an aqueous potassium hydroxide solution was used as a carrier liquid (eluent), and the measurement was performed at 35°C. In this way, the mass ratio (ppm) of the amount of fluorine to the positive electrode active material is obtained, and the amount of fluorine (ppm) obtained by ion chromatography with respect to the content (% by mass) of the niobium (Nb) element obtained by ICP. "F/Nb" was calculated as a mass ratio. The above measurement conditions can also be applied to halogen other than fluorine.

<XPSによる表面分析>
アルバック・ファイ社製のXPS装置である、QUANTUM2000を用いて、正極活物質の粒子表面の分析を行った。測定に使用した条件等は以下のとおりである。
励起X線:モノマーAl-Kα線(1486.6eV)
出力:100W
加速電圧:20kV
X線照射径:100μmφ
測定面積:100μm×1mm
Take of Angle:45°
パスエネルギー:23.5eV
エネルギーステップ:0.1eV
<Surface analysis by XPS>
The particle surface of the positive electrode active material was analyzed using QUANTUM 2000, which is an XPS device manufactured by ULVAC-Phi. The conditions, etc. used for the measurement are as follows.
Excitation X-ray: Monomer Al-Kα ray (1486.6 eV)
Output: 100W
Accelerating voltage: 20 kV
X-ray irradiation diameter: 100 μmφ
Measurement area: 100 μm × 1 mm
Take of Angle: 45°
Pass energy: 23.5 eV
Energy step: 0.1 eV

データ解析ソフトウェア(アルバック・ファイ社製「マルチパックVer9.0」)を用いてXPSデータの解析を行った。バックグラウンドモードはIterated Shirleyを使用した。NiのLMMピーク、MnのLMMピークの干渉を考慮し、次に示すとおり元素ごとに計算に用いる軌道を決定した。
Li:1s
Ni:2p1
Nb:3d
Mn:2p1
Ti:2p3
C:1s
O:1s
F:1s
N:1s
The XPS data was analyzed using data analysis software ("Multipack Ver9.0" manufactured by ULVAC-PHI). Background mode used Iterated Shirley. Considering the interference of the LMM peak of Ni and the LMM peak of Mn, the trajectory used for calculation was determined for each element as shown below.
Li: 1s
Ni: 2p1
Nb: 3d
Mn: 2p1
Ti: 2p3
C: 1s
O: 1s
F: 1s
N: 1s

より具体的には、正極活物質についてXPSを用いて、前記条件で正極活物質の表面を分析し、得られたX線光電子分光スペクトルからピーク面積を求め、上掲した元素すべてについて原子組成百分率を計算した。以降、この計算より得た値を定量とする。Nbの定量に対するFの定量の比率(F/Nb)、及び、Nbの定量に対するLiの定量の比率(Li/Nb)を求めた。 More specifically, using XPS for the positive electrode active material, the surface of the positive electrode active material is analyzed under the above conditions, the peak area is obtained from the obtained X-ray photoelectron spectroscopy spectrum, and the atomic composition percentage for all the elements listed above was calculated. Henceforth, the value obtained from this calculation is defined as a quantitative value. The ratio of F to Nb (F/Nb) and the ratio of Li to Nb (Li/Nb) were determined.

<固体リチウム二次電池の作製と評価>
正極活物質(サンプル)と固体電解質を用いて、固体リチウム二次電池を作製し、電池特性評価(充電特性)を行った。
<Production and Evaluation of Solid Lithium Secondary Battery>
Using the positive electrode active material (sample) and the solid electrolyte, a solid lithium secondary battery was produced, and the battery characteristics (charging characteristics) were evaluated.

(材料)
実施例及び比較例で作製した正極活物質を用い、負極活物質としてグラファイト(Gr)粉末を用い、固体電解質粉末として組成式:Li5.4PS4.8Cl0.8Br0.8で示される粉末を用いた。正極合剤粉末は、正極活物質、固体電解質粉末及び導電材であるVGCF(登録商標)粉末を80:17:3の質量割合で乳鉢混合することで調製した。負極合剤粉末は、負極活物質(グラファイト)及び固体電解質を64:36の質量割合で乳鉢混合することで調製した。
(material)
Using the positive electrode active materials produced in Examples and Comparative Examples, using graphite (Gr) powder as the negative electrode active material, and using the composition formula: Li 5.4 PS 4.8 Cl 0.8 Br 0.8 as the solid electrolyte powder The indicated powder was used. The positive electrode mixture powder was prepared by mixing the positive electrode active material, solid electrolyte powder, and VGCF (registered trademark) powder as a conductive material in a mass ratio of 80:17:3 in a mortar. The negative electrode mixture powder was prepared by mixing a negative electrode active material (graphite) and a solid electrolyte in a mass ratio of 64:36 in a mortar.

(固体リチウム二次電池の作製)
正極合剤粉末14.5mgを密閉型セルの絶縁筒内(φ9mm)に充填して、500MPaで一軸成型することで正極合剤粉末ペレットを作製した。得られた正極ペレットを密閉型セルの絶縁筒内(φ10.5mm)に移し、正極ペレット上に固体電解質粉末50mgを充填した。次に、正極合剤ペレットとともに184MPaで一軸成型した後、固体電解質の上に24.7mgのグラファイト粉末を充填し、551MPaで一軸成型した。更に、加圧ネジで締め込み、固体リチウム二次電池を作製した。
(Production of solid lithium secondary battery)
A positive electrode mixture powder pellet of 14.5 mg was filled in an insulating cylinder (φ9 mm) of a closed cell and uniaxially molded at 500 MPa to prepare a positive electrode mixture powder pellet. The obtained positive electrode pellet was transferred into an insulating cylinder (φ10.5 mm) of a closed cell, and 50 mg of solid electrolyte powder was filled on the positive electrode pellet. Next, after uniaxially molding at 184 MPa together with the positive electrode mixture pellet, 24.7 mg of graphite powder was filled on the solid electrolyte and uniaxially molded at 551 MPa. Furthermore, they were tightened with pressure screws to produce a solid lithium secondary battery.

(電池特性評価)
実施例及び比較例の固体リチウム二次電池について、1サイクルに充電終止電圧4.5Vまで0.3Cで定電流充電を行った。その後、4.5Vで電流値が0.01Cになるまで定電圧充電を行った。4.5Vに到達するまで定電流充電で得られた容量をCC容量とする。CC容量を1サイクル目の全充電容量で除した値に100を乗じた値を充電特性とした。比較例1の充電特性を実施例1及び2の充電特性から引いた値を、比較例1の充電特性で除した値に100を乗じ、それによって得られた値を充電特性改善率とし、表に記載した。前記充電特性改善率は、充電時におけるリチウムイオンの移動性(脱離性)の改善率を示しており、当該充電特性改善率により、急速充電について評価することができる。
(Battery characteristic evaluation)
The solid lithium secondary batteries of Examples and Comparative Examples were charged at a constant current of 0.3 C to a final charge voltage of 4.5 V in one cycle. After that, constant voltage charging was performed until the current value reached 0.01C at 4.5V. The capacity obtained by constant current charging until reaching 4.5 V is taken as the CC capacity. A value obtained by dividing the CC capacity by the total charge capacity in the first cycle and multiplying the value by 100 was taken as the charging characteristic. The value obtained by subtracting the charging characteristics of Comparative Example 1 from the charging characteristics of Examples 1 and 2 is divided by the charging characteristics of Comparative Example 1 and multiplied by 100. described in The charging characteristic improvement rate indicates the improvement rate of lithium ion mobility (detachability) during charging, and rapid charging can be evaluated based on the charging characteristic improvement rate.

Figure 0007246199000001
Figure 0007246199000001

表1に示す結果から明らかなとおり、各実施例で得られた正極活物質を用いた固体電池は、比較例よりも充電特性が良好であり、急速充電に適したものであることが判る。 As is clear from the results shown in Table 1, the solid-state batteries using the positive electrode active materials obtained in each example have better charging characteristics than the comparative examples, and are suitable for rapid charging.

Claims (13)

固体電池に用いられる活物質であって、
前記活物質は、X線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるとともに、0.280nm以上0.310nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるものであり、
前記活物質は、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有し、該芯材粒子の表面又はその近傍にハロゲン元素が存在しており、
前記被覆層が、リチウム(Li)元素、A元素(AはTi、Zr、Ta、Nb、Zn、W及びAlからなる群から選ばれた1種又は2種以上の元素)及び酸素(O)元素を含有する化合物からなり、
前記化合物は、前記A元素1モルに対してリチウム(Li)元素が1モルより過剰に含まれている組成である、活物質。
An active material used in a solid-state battery,
The active material has at least one peak in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less in the radial distribution function obtained by measurement of the X-ray absorption fine structure, and 0.280 nm or more and 0.310 nm or less. At least one peak is observed in the range of
The active material has a core particle and a coating layer disposed on the surface of the core particle, and a halogen element is present on or near the surface of the core particle,
The coating layer includes a lithium (Li) element, an A element (A is one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Ta, Nb, Zn, W and Al) and oxygen (O) consisting of a compound containing an element,
The active material, wherein the compound contains a lithium (Li) element in excess of 1 mol with respect to 1 mol of the A element .
固体電池に用いられる活物質であって、
前記活物質は、X線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるとともに、0.280nm以上0.310nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるものであり、
前記活物質は、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有し、
X線光電子分光分析(XPS)により測定されるLi1sの結合エネルギーが54.0eV以上55.4eV以下にピーク頂点が観察され
前記被覆層が、リチウム(Li)元素、A元素(AはTi、Zr、Ta、Nb、Zn、W及びAlからなる群から選ばれた1種又は2種以上の元素)及び酸素(O)元素を含有する化合物からなり、
前記化合物は、前記A元素1モルに対してリチウム(Li)元素が1モルより過剰に含まれている組成である活物質。
An active material used in a solid-state battery,
The active material has at least one peak in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less in the radial distribution function obtained by measurement of the X-ray absorption fine structure, and 0.280 nm or more and 0.310 nm or less. At least one peak is observed in the range of
The active material has core particles and a coating layer disposed on the surface of the core particles,
A peak apex is observed at a binding energy of Li1s measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of 54.0 eV or more and 55.4 eV or less ,
The coating layer includes a lithium (Li) element, an A element (A is one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Ta, Nb, Zn, W and Al) and oxygen (O) consisting of a compound containing an element,
The compound is an active material having a composition in which the lithium (Li) element is contained in excess of 1 mol with respect to 1 mol of the A element.
前記被覆層の厚みが0.5nm以上200nm以下である請求項1又は2に記載の活物質。3. The active material according to claim 1, wherein the coating layer has a thickness of 0.5 nm or more and 200 nm or less. 前記活物質を全溶解して誘導結合プラズマ発光分光分析により測定されるA元素量(質量%)に対する、該活物質を加熱分解した後イオンクロマトグラフィーにより測定されるハロゲン(X)元素量(ppm)の質量比率(X/A)が0.5×10-4以上である請求項1ないし3のいずれか一項に記載の活物質。 Halogen (X) element amount (ppm) measured by ion chromatography after thermally decomposing the active material with respect to the amount of A element (% by mass) measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry after dissolving the active material completely ) has a mass ratio (X/A) of 0.5×10 −4 or more . X線光電子分光分析によって測定される、前記芯材粒子の表面に存在するA元素量に対するハロゲン(X)元素量のmol比率(X/A)が0.011以上である請求項1ないし4のいずれか一項に記載の活物質。 5. The molar ratio (X/A) of the amount of halogen (X) element to the amount of A element present on the surface of the core particles measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.011 or more. The active material according to any one of the items . X線光電子分光分析によって測定される、前記芯材粒子の表面に存在するA元素量に対する、リチウム(Li)元素量のmol比率(Li/A)が1.0以上33.3以下である請求項ないし5のいずれか一項に記載の活物質。 The molar ratio (Li/A) of the amount of lithium (Li) element to the amount of A element present on the surface of the core particles measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 1.0 or more and 33.3 or less. Item 6. The active material according to any one of Items 1 to 5. ハロゲン(X)元素がフッ素(F)元素である請求項1ないし6のいずれか一項に記載の活物質。 7. The active material according to any one of claims 1 to 6, wherein the halogen (X) element is fluorine (F) element. 前記芯材粒子が、一般式LiMO(Mは金属元素)で示される層状岩塩構造のリチウム金属複合酸化物又はLiM(Mは金属元素)で示されるスピネル構造のリチウム金属複合酸化物からなる請求項1ないし7のいずれか一項に記載の活物質。 The core material particles are a lithium metal composite oxide having a layered rock salt structure represented by the general formula LiMO 2 (M is a metal element) or a lithium metal composite oxide having a spinel structure represented by LiM 2 O 4 (M is a metal element). The active material according to any one of claims 1 to 7, comprising: BET比表面積A(m/g)に対するカールフィッシャー法によって測定された110℃までの水分率B(質量ppm)の比であるB/Aの値が1以上8000以下である請求項1ないし8のいずれか一項に記載の活物質。 Claims 1 to 8, wherein the value of B/A, which is the ratio of the moisture content B (mass ppm) up to 110°C measured by the Karl Fischer method to the BET specific surface area A (m 2 /g), is 1 or more and 8000 or less. The active material according to any one of . 請求項1ないし9のいずれか一項に記載の活物質と、固体電解質とを含む正極合剤。 A positive electrode mixture comprising the active material according to claim 1 and a solid electrolyte. 前記固体電解質が、リチウム(Li)元素、リン(P)元素及び硫黄(S)元素を含み、且つリチウムイオン伝導性を有する請求項10に記載の正極合剤。 11. The positive electrode mixture according to claim 10, wherein the solid electrolyte contains lithium (Li) element, phosphorus (P) element and sulfur (S) element, and has lithium ion conductivity. 前記固体電解質が、アルジロダイト型構造の結晶相を有する請求項11に記載の正極合剤。 12. The positive electrode mixture according to claim 11, wherein the solid electrolyte has a crystal phase with an aldirodite structure. 正極層、負極層、及び固体電解質層を備えた固体電池において、
前記正極層が、請求項1ないし9のいずれか一項に記載の活物質を含む固体電池。
In a solid battery comprising a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer,
A solid state battery, wherein the positive electrode layer comprises the active material according to any one of claims 1 to 9.
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