JPH10241667A - Electrode active substance for nonaqueous battery - Google Patents

Electrode active substance for nonaqueous battery

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JPH10241667A
JPH10241667A JP9059904A JP5990497A JPH10241667A JP H10241667 A JPH10241667 A JP H10241667A JP 9059904 A JP9059904 A JP 9059904A JP 5990497 A JP5990497 A JP 5990497A JP H10241667 A JPH10241667 A JP H10241667A
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lithium
iron
electrode active
discharge capacity
composite oxide
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Japanese (ja)
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Takahiko Honma
隆彦 本間
Yoshio Ukiyou
良雄 右京
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode active substance for lithium-iron based nonaqueous battery which not only has its charge/ discharge reversibility but is provided with its high discharge capacity. SOLUTION: A mixed crystalline phase of a lithium-iron complex oxide α-LiFeO2 having a crystal structure of space group Fm3m and lithium-iron complex oxide β-LiFe5 O6 having a crystal structure of space group Fd3m, comprising a lithium-iron complex oxide of 0.1<=z<=0.7 in mole ratio z (Li/Fe) between lithium(Li) and iron (Fe) as an electrode active substance for nonaqueous battery.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非水系電池用電極
活物質に関し、さらに詳しくは、有機電解液のような非
水系電解液を用いるリチウム二次電池等の電極活物質と
して好適なリチウム・鉄複合酸化物に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode active material for a non-aqueous battery, and more particularly, to a lithium electrode suitable as an electrode active material for a lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte such as an organic electrolyte. The present invention relates to an iron composite oxide.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の非水系電解液を用いる非
水系電池、例えば、リチウム二次電池の正極活物質とし
ては、コバルト酸リチウム(LiCoO2 )が一般的な
材料として用いられてきたが、コスト・資源等の問題か
らこれに代わる材料として、資源的に豊富な鉄(Fe)
が正極活物質として注目されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) has been used as a general material as a positive electrode active material of a non-aqueous battery using such a non-aqueous electrolyte, for example, a lithium secondary battery. However, as an alternative material due to problems such as cost and resources, iron (Fe), which is rich in resources, is
Are attracting attention as positive electrode active materials.

【0003】鉄(Fe)を正極活物質として用いた例と
して、例えば特開平8−78019号公報には、BET
法により作製された比表面積が0.5〜20.5m2 /g
であることを特徴とするリチウム鉄複合酸化物Lix
eOy(0<x≦1.5,1.8<y<2.2)が開示され
ている。このLixFeOy 材料は、炭酸リチウム(L
2CO3)と酸化第二鉄(Fe23)とをモル比1:1
で混合して空気中で加熱処理して得られ、これを特定の
粒径(比表面積)になるように粉砕して用いると、放電
容量の大きな電池が得られるとするものである。
As an example using iron (Fe) as a positive electrode active material, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-78019 discloses a BET
The specific surface area produced by the method is 0.5 to 20.5 m 2 / g
A lithium iron composite oxide Li x F
eO y (0 <x ≦ 1.5, 1.8 <y <2.2) is disclosed. This Li x FeO y material is made of lithium carbonate (L
i 2 CO 3 ) and ferric oxide (Fe 2 O 3 ) in a molar ratio of 1: 1.
And heat-treated in the air, and pulverized to a specific particle size (specific surface area) to use, thereby obtaining a battery having a large discharge capacity.

【0004】また特開平7−134986号公報にも、
正極活物質として同じくリチウム鉄複合酸化物Lix
eOy(1.25≦x≦5.05,1.8≦y≦4.02
5)が開示されている。これによれば、LixFeO
yは、リチウムと鉄のモル比(Li/Fe)を特定して
原料を混合し500〜900℃の温度で焼成することに
より得られ、これを正極活物質として用いることにより
放電容量の大きな電池が得られるとするものである。
[0004] Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-134886 also discloses
Li x F as lithium cathode composite oxide
eO y (1.25 ≦ x ≦ 5.05, 1.8 ≦ y ≦ 4.02
5) is disclosed. According to this, Li x FeO
y is obtained by specifying the molar ratio of lithium to iron (Li / Fe), mixing the raw materials, and baking the mixture at a temperature of 500 to 900 ° C. By using this as a positive electrode active material, a battery having a large discharge capacity is obtained. Is obtained.

【0005】さらに特開平5−62679号公報には、
正極活物質としてリチウム鉄複合酸化物β−LiFeO
2 を用いることにより、放電容量が大きい電池を得る技
術が開示されている。これによれば、β−LiFeO2
を主成分とする焼成物は、リチウムと鉄のモル比(Li
/Fe)を0.8〜1.2として原料を混合し350〜5
00℃の特定温度で焼成することにより得られ、高い放
電容量が得られるとするものである。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-62679 discloses that
Lithium iron composite oxide β-LiFeO as positive electrode active material
A technique for obtaining a battery having a large discharge capacity by using No. 2 is disclosed. According to this, β-LiFeO 2
The calcined product containing as a main component has a molar ratio of lithium to iron (Li
/ Fe) is set to 0.8 to 1.2, and the raw materials are mixed.
It is obtained by firing at a specific temperature of 00 ° C., and a high discharge capacity is obtained.

【0006】また特開平8−124600号公報には、
正極活物質としてX線回折において面間隔4.8±0.3
オングストロームのピークを有する組成式LiFeO2
で与えられる複合酸化物を用いることにより、放電容量
が大きい電池を得る技術が開示されている。これによれ
ば、元素M(M:リチウム以外の1価あるいは2価の陽
イオンとなりうる元素)は、層状構造を有するMFeO
2 型の化合物をリチウム溶融塩中でイオン交換反応させ
ることによりリチウムに置換され、これにより得られる
複合酸化物LiFeO2 を用いることにより高い放電容
量が得られるとするものである。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-124600 discloses that
As a positive electrode active material, in X-ray diffraction, plane spacing is 4.8 ± 0.3
Compositional formula LiFeO 2 having angstrom peak
A technique for obtaining a battery having a large discharge capacity by using the composite oxide given by (1) is disclosed. According to this, the element M (M: an element other than lithium, which can be a monovalent or divalent cation) is a MFeO having a layered structure.
It is said that a high discharge capacity can be obtained by using a complex oxide LiFeO 2 obtained by performing ion exchange reaction of a type 2 compound in a lithium molten salt and replacing it with lithium.

【0007】さらに、特開平5−275079号公報に
は、有機リチウム化合物の溶液中に浸漬して処理した酸
化鉄、特にα−Fe23を負極活物質として用いる技術
が開示されている。この公報には、特開平3−1120
70号公報に開示された酸化第二鉄(Fe23)を負極
活物質として用いるよりもサイクル特性に優れた電池を
得る技術が開示されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-275079 discloses a technique in which iron oxide, particularly α-Fe 2 O 3, which is immersed and treated in a solution of an organic lithium compound, is used as a negative electrode active material. This publication discloses Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-1120.
There is disclosed a technique for obtaining a battery having better cycle characteristics than using ferric oxide (Fe 2 O 3 ) disclosed in Japanese Patent Publication No. 70 as a negative electrode active material.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平8−78019号公報、あるいは特開平7−13
4986号公報に開示されたものは、出発原料でのモル
比(Li/Fe)は特定されているが、これらによって
開示された電極でも放電容量は必ずしも満足のいくもの
ではなかった。
However, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-78019 or Japanese Patent Application Laid-Open No.
Although the molar ratio (Li / Fe) in the starting material is specified in the one disclosed in Japanese Patent No. 4986, the discharge capacity is not always satisfactory even with the electrodes disclosed thereby.

【0009】また特開平5−62679号公報、特開平
8−124600号公報、特開平5−275079号公
報に示されるリチウム鉄複合酸化物も高い放電容量が得
られたとはしているが、リチウム鉄複合酸化物には種々
の結晶構造を持つものがあり、リチウム(Li)と鉄
(Fe)とのモル比(Li/Fe)のみならずその合成
手段によって形成されたリチウム鉄複合酸化物の結晶構
造は異なり、その結晶構造によって電極活物質としての
放電容量に強く関係していると推測される。
The lithium-iron composite oxides disclosed in JP-A-5-62679, JP-A-8-124600, and JP-A-5-275079 alleged that a high discharge capacity was obtained. Some iron composite oxides have various crystal structures. Not only the molar ratio (Li / Fe) of lithium (Li) and iron (Fe) but also the lithium iron composite oxide The crystal structure is different, and it is presumed that the crystal structure strongly relates to the discharge capacity as the electrode active material.

【0010】そしてリチウム鉄複合酸化物の合成手段と
しては、通常の固相反応の他、溶融塩中でのイオン交換
反応や有機リチウム化合物の溶液中でのリチウム挿入反
応など種々の方法が提案されているが、採られる合成手
段によって形成される結晶構造が異なることから、どの
ような合成手段を採るかも重要な鍵になるものと推察さ
れる。
As a means for synthesizing the lithium iron composite oxide, various methods have been proposed, such as an ion exchange reaction in a molten salt and a lithium insertion reaction in a solution of an organic lithium compound, in addition to a usual solid phase reaction. However, since the crystal structure formed differs depending on the synthesis means employed, it is presumed that the choice of the synthesis means is also an important key.

【0011】本発明の解決しようとする課題は、リチウ
ム二次電池等の非水系電池に用いられる電極活物質とし
て充放電の可逆性を有するのみならず高い放電容量も備
えたリチウム鉄系複合酸化物を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a lithium-iron-based composite oxide having not only a reversible charge / discharge but also a high discharge capacity as an electrode active material used for a non-aqueous battery such as a lithium secondary battery. To provide things.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の非水系電池用電極活物質は、空間群Fm3m
の結晶構造を持つリチウム鉄複合酸化物α−LiFeO
2 と空間群Fd3mの結晶構造を持つリチウム鉄複合酸
化物β−LiFe58との混合結晶相であって、リチウ
ム(Li)と鉄(Fe)とのモル比z(Li/Fe)が
0.1≦z≦0.7であるリチウム鉄複合酸化物を含むこ
とを要旨とするものである。
In order to achieve this object, an electrode active material for a non-aqueous battery according to the present invention has a space group of Fm3m.
Α-LiFeO, a lithium-iron composite oxide having a crystal structure of
2 and a mixed crystal phase of lithium-iron composite oxide β-LiFe 5 O 8 having a crystal structure of space group Fd3m, wherein the molar ratio z (Li / Fe) of lithium (Li) and iron (Fe) is The gist of the invention is to include a lithium iron composite oxide satisfying 0.1 ≦ z ≦ 0.7.

【0013】この場合に「Fm3m」,あるいは「Fd
3m」とは、ヘルマン−モーガンの記号に基づく国際記
号で表示された空間群を示すものである。空間群Fm3
mの結晶構造を持つリチウム鉄複合酸化物α−LiFe
2 (JCPDS Powder Diffraction File, 17-0938)は、
岩塩型(NaCl型)構造をとるものであり、空間群F
d3mの結晶構造を持つリチウム鉄複合酸化物β−Li
Fe58(JCPDS Powder Diffraction File, 17-0114)
は、スピネル型構造をとるものである。これらの結晶は
ともに立方最密充填(c.c.p)した酸素イオン格子を
備えているが、その格子間の金属イオンであるリチウム
イオン(Li+ )と鉄イオン(Fe3+)の割合と配列の
仕方が異なっている。
In this case, "Fm3m" or "Fd
"3 m" indicates a space group represented by an international symbol based on the Herman-Morgan symbol. Space group Fm3
Lithium iron composite oxide α-LiFe having a crystal structure of m
O 2 (JCPDS Powder Diffraction File, 17-0938)
It has a rock salt type (NaCl type) structure, and the space group F
Lithium iron composite oxide β-Li having a crystal structure of d3m
Fe 5 O 8 (JCPDS Powder Diffraction File, 17-0114)
Has a spinel structure. Both of these crystals have a cubic close-packed (ccp) oxygen ion lattice, and the ratio of the metal ion lithium ion (Li + ) and iron ion (Fe 3+ ) between the lattices. And the way of arrangement is different.

【0014】すなわち、α−LiFeO2では、組成式
[Li+ 2Fe3+ 2oct4で表される割合で、リチウム
イオン(Li+ )と鉄イオン(Fe3+)が8面体サイト
(oct)に分布し、リチウムイオン(Li+ )と鉄イ
オン(Fe3+)は、不規則配列している。β−LiFe
58では、組成式(Fe3+tet[Li+ 0.5Fe3+ 1.5
oct4で表される割合で、リチウムイオン(Li+ )と
鉄イオン(Fe3+)が4面体サイト(tet)、あるい
は8面体サイト(oct)に分布し、α−LiFeO2
と同様に8面体サイト(oct)のリチウムイオン(L
+)と鉄イオン(Fe3+)は、不規則配列している。
That is, in α-LiFeO 2 , lithium ions (Li + ) and iron ions (Fe 3+ ) are octahedral sites at a ratio represented by the composition formula [Li + 2 Fe 3+ 2 ] oct O 4. (Oct), and lithium ions (Li + ) and iron ions (Fe 3+ ) are irregularly arranged. β-LiFe
In 5 O 8 , the composition formula (Fe 3+ ) tet [Li + 0.5 Fe 3+ 1.5 ]
At a rate represented by oct O 4 , lithium ions (Li + ) and iron ions (Fe 3+ ) are distributed at tetrahedral sites (tet) or octahedral sites (oct), and α-LiFeO 2
In the same manner as described above, the lithium ions (L
i + ) and iron ions (Fe 3+ ) are irregularly arranged.

【0015】この場合にその酸素量については特定でき
ていないが、α−LiFeO2 とβ−LiFe58の混
合結晶相により構成される本発明に係る非水系電池用電
極活物質、すなわちリチウム鉄複合酸化物の組成式は、
Li+ zFe3+p(0.1≦z≦0.7)に近いものと推
測され、またリチウムイオン(Li+)の不足分が鉄イ
オン(Fe3+)の増加によって電荷補償されることから
リチウムイオン(Li+)が拡散可能な空のサイト(空
孔)が形成されているものと推察される。
In this case, although the amount of oxygen cannot be specified, the electrode active material for a non-aqueous battery according to the present invention, which is composed of a mixed crystal phase of α-LiFeO 2 and β-LiFe 5 O 8 , ie, lithium The composition formula of the iron composite oxide is
Li + z Fe 3+ O p is assumed to be close to (0.1 ≦ z ≦ 0.7), also is charge compensation deficiency of the lithium-ion (Li +) is the increase in iron ions (Fe 3+) This suggests that an empty site (vacancy) through which lithium ions (Li + ) can diffuse is formed.

【0016】またα−LiFeO2とβ−LiFe58
との混合割合は定かではないがそれぞれの組成式は、α
−LiFeO2 がLi+ xFe3+2-(1-x)/2(x<1)
であり、β−LiFe58 がLi+ mFe3+
8/5-(1/5-m)/2(m<1/5)であると推察されるもの
である。したがって、本発明に係る非水系電池用電極活
物質であるリチウム鉄複合酸化物の組成式Li+ zFe3+
p のpの値の範囲は、少なくとも、2−(1−x)/
2>p>8/5−(1/5−m)/2であると推察され
るものである。
Further, α-LiFeO 2 and β-LiFe 5 O 8
Is not known, but each composition formula is α
-LiFeO 2 is Li + x Fe 3 + O 2-(1-x) / 2 (x <1)
Where β-LiFe 5 O 8 is Li + m Fe 3+ O
It is estimated that 8 / 5- (1 / 5-m) / 2 (m <1/5). Therefore, the composition formula Li + z Fe 3+ of the lithium iron composite oxide which is the electrode active material for a non-aqueous battery according to the present invention.
O range of values of p for p is at least, 2- (1-x) /
2>p> 8 / 5- (1 / 5-m) / 2.

【0017】ここで、「□」を空の8面体サイトとして
リチウム鉄複合酸化物α−LiFeO2 を組成式で表せ
ば、[Li+ 8x/3(1+x/3)Fe3+ 8/3(1+x/3)
4(1-x)/3(1+x/3 )oct4と表され、リチウム鉄複合酸
化物β−LiFe58 を組成式で表せば、(Fe3+
tet[Li+ 8m/3(1+m/3)Fe3+ 5(1-m/5)/3(1+m/3)
5(1/5-m)/3(1+m/3 )oct4と表されることになる。
Here, when “□” is an empty octahedral site and the lithium iron composite oxide α-LiFeO 2 is represented by a composition formula, [Li + 8x / 3 (1 + x / 3) Fe 3+ 8 / 3 (1 + x / 3)
4 (1-x) / 3 (1 + x / 3)] is expressed as oct O 4, if indicated lithium iron composite oxides β-LiFe 5 O 8 by the composition formula, (Fe 3+)
tet [Li + 8m / 3 (1 + m / 3) Fe 3+ 5 (1-m / 5) / 3 (1 + m / 3)
5 becomes (1/5-m) / 3 (1 + m / 3)] can be expressed as oct O 4.

【0018】このことからリチウム鉄複合酸化物α−L
iFeO2の場合には4(1−x)/3(1+x/3)
の割合で空の8面体サイトが不規則的に配列して形成さ
れ、リチウム鉄複合酸化物β−LiFe58の場合には
5(1/5−m)/3(1+m/3)の割合で空の8面
体サイトが不規則的に配列して形成されることになる。
このように空のサイトが形成されることにより、α−L
iFeO2 及びβ−LiFe58の結晶格子が膨張する
ものと推察される。
From this, the lithium iron composite oxide α-L
4 (1-x) / 3 (1 + x / 3) for iFeO 2
Empty octahedral sites are formed irregularly at a ratio of 5 (1 / 5-m) / 3 (1 + m / 3) in the case of the lithium iron composite oxide β-LiFe 5 O 8 . Empty octahedral sites will be formed irregularly in a proportion.
By forming an empty site in this manner, α-L
It is presumed that the crystal lattices of iFeO 2 and β-LiFe 5 O 8 expand.

【0019】一方、本発明に係る非水系電池用電極活物
質であるLi+ zFe3+p のzの値の範囲は上述したよ
うに0.1≦z≦0.7であることが望ましいものであ
る。これは、zの値が0.1よりも小さくなるとLi+ m
Fe3+8/5-(1/5-m)/2が主相となる他、zの値が0.7
よりも大きくなるとLi+ xFe3+2-(1-x)/2が主相と
なるため、いずれの場合においても混合結晶相としての
相乗効果が得られず、これをリチウム二次電池に適用し
ても充分な電池容量が得られないことによるものであ
る。リチウム二次電池に適用した場合に特に良好な放電
容量を得ることができる非水系電池用電極活物質として
は、混合結晶相におけるリチウム(Li)と鉄(Fe)
のモル比z(Li/Fe)がz=0.3〜0.5程度のも
のが挙げられる。
Meanwhile, it the range of values of z of a non-aqueous battery electrode active material according to the present invention Li + z Fe 3+ O p is 0.1 ≦ z ≦ 0.7, as described above It is desirable. This is because when the value of z becomes smaller than 0.1, Li + m
The main phase is Fe 3+ O 8 / 5- (1 / 5-m) / 2 , and the value of z is 0.7.
Since the becomes larger than Li + x Fe 3+ O 2- ( 1-x) / 2 is the main phase, not obtained a synergistic effect as a mixed crystal phase In either case, the lithium secondary battery of this This is because a sufficient battery capacity cannot be obtained even if it is applied to the above. As an electrode active material for a non-aqueous battery capable of obtaining a particularly good discharge capacity when applied to a lithium secondary battery, lithium (Li) and iron (Fe) in a mixed crystal phase are used.
Having a molar ratio z (Li / Fe) of about z = 0.3 to 0.5.

【0020】さらに本発明に係る非水系電池用電極活物
質について空間群Fm3mの結晶構造を持つα−LiF
eO2 と空間群Fd3mの結晶構造を持つβ−LiFe
58とのX線回折における回折ピークを較べてみると、
β−LiFe58の回折ピークが相対的にブロード(回
折線の幅が広がった)となっている。すなわち、本発明
に係る非水系電池用電極活物質は、β−LiFe58
較べて結晶性の高いα−LiFeO2と、α−LiFe
2に較べて結晶性の低いβ−LiFe58との混合結
晶相、換言すれば結晶性の異なる二つの物質からなる混
合結晶相を主体としたものである。このうち非晶質性が
高く結晶子サイズが小さいβ−LiFe58 相が得ら
れたのは、この混合結晶相が200〜300℃という比
較的低温下での溶融塩処理法により合成されたことによ
ると推察されるものである。
Further, the electrode active material for a non-aqueous battery according to the present invention has a crystal structure of space group Fm3m.
β-LiFe with eO 2 and crystal structure of space group Fd3m
Comparing the diffraction peaks in X-ray diffraction with 5 O 8 ,
The diffraction peak of β-LiFe 5 O 8 is relatively broad (the width of the diffraction line is widened). That is, the electrode active material for a non-aqueous battery according to the present invention includes α-LiFeO 2 and α-LiFeO 2 , which have higher crystallinity than β-LiFe 5 O 8.
It is mainly composed of a mixed crystal phase with β-LiFe 5 O 8 having lower crystallinity than O 2 , in other words, a mixed crystal phase composed of two substances having different crystallinities. Among them, the β-LiFe 5 O 8 phase having a high amorphous property and a small crystallite size was obtained because the mixed crystal phase was synthesized by a molten salt treatment method at a relatively low temperature of 200 to 300 ° C. It is inferred that this is the case.

【0021】電極活物質としての挿入・脱離反応は、電
極活物質表面を介してのリチウムイオン(Li+ )の出
入りに他ならないことから、結晶格子内の格子の乱れに
加えて結晶子サイズの効果も有効に作用しているものと
推察されるものである。すなわち、結晶子表面からのリ
チウムイオン(Li+ )の出入りが容易なため、電解液
と電極活物質との間の界面反応抵抗が低減し、分極が低
減することから電流密度を高くしても高い容量を維持す
る電極活物質が構成されることになる。β−LiFe5
8では、高角度側ほど回折線がブロードになったこと
から、空孔の形成、リチウムイオン(Li+ )、鉄イオ
ン(Fe3+)及び空孔の配列の不規則性等による結晶格
子の乱れをより大きくするものと推察されるものであ
る。
Since the insertion / desorption reaction as an electrode active material is nothing but the ingress and egress of lithium ions (Li + ) through the surface of the electrode active material, in addition to the disorder of the lattice within the crystal lattice, the crystallite size It is presumed that the effect of the above is also working effectively. That is, since lithium ions (Li + ) can easily enter and exit from the crystallite surface, the interfacial reaction resistance between the electrolyte and the electrode active material is reduced, and the polarization is reduced. An electrode active material that maintains a high capacity is configured. β-LiFe 5
In O 8 , since the diffraction line became broader toward the higher angle, the crystal lattice due to the formation of vacancies, irregularities in the arrangement of lithium ions (Li + ), iron ions (Fe 3+ ), and vacancies, etc. It is presumed that the disturbance is increased.

【0022】上記構成を有する非水系電池用電極活物質
によれば、リチウム鉄複合酸化物α−LiFeO2 及び
リチウム鉄複合酸化物β−LiFe58それぞれの結晶
構造内に、格子の膨張、空孔の形成、リチウムイオン
(Li+ )、鉄イオン(Fe3+)及び空孔の配列の不規
則性等の結晶格子の乱れが導入される他、共に立方最密
充填した酸素イオン格子をもって共存していることから
それぞれの結晶格子内の格子の乱れが助長され著しく増
大することになる。そのため、リチウムイオン(Li
+ )の拡散パスが形成されることになる。これにより、
Fe3+→Fe2+、あるいはFe2+→Fe3+という価数変
化を伴って、容易にリチウムイオン(Li+)が挿入あ
るいは脱離できることになる。このリチウムイオン(L
+ )の挿入/脱離により可逆的な放電・充電が可能に
なり、良好なサイクル特性及び高い放電容量の実現に寄
与することになる。
According to the electrode active material for a non-aqueous battery having the above structure, the lattice expansion, the lattice expansion, and the crystal structure of the lithium iron composite oxide α-LiFeO 2 and the lithium iron composite oxide β-LiFe 5 O 8 respectively. In addition to the formation of vacancies, disordered crystal lattices such as lithium ions (Li + ), iron ions (Fe 3+ ) and irregularities in the arrangement of vacancies are introduced, and both have a cubic close-packed oxygen ion lattice. The coexistence promotes the disorder of the lattice in each crystal lattice and significantly increases. Therefore, lithium ion (Li
+ ) Diffusion paths are formed. This allows
Lithium ions (Li + ) can be easily inserted or desorbed with a valence change of Fe 3+ → Fe 2+ or Fe 2+ → Fe 3+ . This lithium ion (L
Reversible discharge / charge becomes possible by the insertion / desorption of i + ), which contributes to realization of good cycle characteristics and high discharge capacity.

【0023】またリチウム鉄複合酸化物β−LiFe5
8は、リチウム鉄複合酸化物α−LiFeO2 に較べ
て回折ピークが相対的にブロードとなっているためその
結晶構造内に特に大きな格子の乱れが導入される他、そ
の結晶子サイズも小さいため、より容易にリチウムイオ
ン(Li+ )が挿入・脱離できることになり、高電流密
度下における高容量で可逆的な充放電を可能ならしめる
ものである。
The lithium iron composite oxide β-LiFe 5
O 8 has a relatively broad diffraction peak as compared with the lithium iron composite oxide α-LiFeO 2 , so that particularly large lattice disorder is introduced into its crystal structure and its crystallite size is also small. Therefore, lithium ions (Li + ) can be more easily inserted and desorbed, and high capacity and reversible charge / discharge under a high current density can be achieved.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により具体
的に説明する。初めに本実施例及び比較例として非水系
電池用電極活物質を溶融塩処理法、固相反応法、イオン
交換法により作製した。表1及び表2は、本発明品であ
る実施例1〜8及び比較品である比較例1〜12の作製
条件及び反応生成物をまとめて示したものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples. First, electrode active materials for nonaqueous batteries were produced by a molten salt treatment method, a solid-phase reaction method, and an ion exchange method as Examples and Comparative Examples. Tables 1 and 2 collectively show production conditions and reaction products of Examples 1 to 8 of the present invention and Comparative Examples 1 to 12 of comparative products.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】[0026]

【表2】 [Table 2]

【0027】(実施例1)硝酸リチウム(LiNO3
と水酸化リチウム一水和物(LiOH・H2O)とを6
1:39のモル比で混合した後、これにさらにリチウム
(Li)と鉄(Fe)のモル比(Li/Fe)が30と
なるようにα型のオキシ水酸化鉄(α−FeOOH)を
混合した。各原料粉末としてはすべて市販の試薬を用い
た。この混合粉末をパイレックスガラスビーカーに入
れ、窒素ガスが充填された電気炉内において、リチウム
共融塩(LiNO3−LiOH・H2O)の共融点である
186℃より少し高めの200℃という比較的低温下で
8時間加熱処理した。冷却後、ビーカー中には、溶融に
より塊状となった試料が得られた。
Example 1 Lithium nitrate (LiNO 3 )
And lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O)
After mixing at a molar ratio of 1:39, α-type iron oxyhydroxide (α-FeOOH) was further added thereto such that the molar ratio (Li / Fe) of lithium (Li) and iron (Fe) became 30. Mixed. All commercially available reagents were used as the raw material powders. This mixed powder was placed in a Pyrex glass beaker and, in an electric furnace filled with nitrogen gas, a temperature of 200 ° C. slightly higher than 186 ° C., which is the eutectic point of lithium eutectic salt (LiNO 3 —LiOH.H 2 O). Heat treatment was carried out at a low temperature for 8 hours. After cooling, a lump-shaped sample was obtained in the beaker by melting.

【0028】試料の下部には褐色の反応生成物(リチウ
ム鉄複合酸化物)が観察された。この塊状試料の大部分
は溶融固化したリチウム塩であるので、これを多量のイ
オン交換水で洗浄し濾過して褐色の反応生成物のみを分
離した。これを120℃の乾燥機中で一昼夜乾燥し解砕
して、褐色の粉末状反応生成物を得た。
A brown reaction product (lithium iron composite oxide) was observed at the bottom of the sample. Since most of the bulk sample was a molten and solidified lithium salt, it was washed with a large amount of ion-exchanged water and filtered to separate only a brown reaction product. This was dried in a dryer at 120 ° C. for 24 hours, and crushed to obtain a brown powdery reaction product.

【0029】(実施例2)α型のオキシ水酸化鉄(α−
FeOOH)とリチウム塩(LiNO3 −LiOH・H
2O )の混合粉末の加熱温度を260℃としたこと以外
は、実施例1と同様にして試料を作製し、粉末状の反応
生成物を得た。
Example 2 α-form iron oxyhydroxide (α-
FeOOH) and lithium salt (LiNO 3 -LiOH · H
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature of the mixed powder of 2 O) was set to 260 ° C., and a powdery reaction product was obtained.

【0030】(実施例3)原料としてα型のオキシ水酸
化鉄(α−FeOOH)の代わりに蓚酸第一鉄二水和物
(FeC24・2H2O )を用いたこと以外は、実施例
1と同様にして試料を作製し、粉末状の反応生成物を得
た。
Example 3 The procedure was carried out except that ferrous oxalate dihydrate (FeC 2 O 4 .2H 2 O) was used instead of α-form iron oxyhydroxide (α-FeOOH) as a raw material. A sample was prepared in the same manner as in Example 1 to obtain a powdery reaction product.

【0031】(実施例4)原料として、α型のオキシ水
酸化鉄(α−FeOOH)の代わりに蓚酸第一鉄二水和
物(FeC24・2H2O)を用い、これとリチウム塩
(LiNO3−LiOH・H2O )の混合粉末の加熱温
度を260℃としたこと以外は、実施例1と同様にして
試料を作製し、粉末状の反応生成物を得た。 (実施例5〜8)試料として実施例1により得られる反
応生成物を用いた。
Example 4 Ferrous oxalate dihydrate (FeC 2 O 4 .2H 2 O) was used in place of α-form iron oxyhydroxide (α-FeOOH) as a raw material. A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature of the mixed powder of (LiNO 3 -LiOH · H 2 O) was set to 260 ° C., to obtain a powdery reaction product. (Examples 5 to 8) The reaction products obtained in Example 1 were used as samples.

【0032】(比較例1)原料として、α型の三二酸化
鉄(α−Fe23)を用いたこと以外は、実施例1と同
様にして試料を作製し、粉末状の反応生成物を得た。 (比較例2)原料として、α型の三二酸化鉄(α−Fe
23)を用い、これとリチウム塩(LiNO3−LiO
H・H2O)の混合粉末の加熱温度を260℃としたこ
と以外は実施例1と同様にして試料を作製し、粉末状の
反応生成物を得た。
Comparative Example 1 A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that α-type iron sesquioxide (α-Fe 2 O 3 ) was used as a raw material, and a powdery reaction product was prepared. I got Comparative Example 2 As a raw material, α-type iron sesquioxide (α-Fe
2 O 3 ) and a lithium salt (LiNO 3 -LiO)
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature of the mixed powder of H.H 2 O) was set to 260 ° C., to obtain a powdery reaction product.

【0033】(比較例3)原料として、α型の三二酸化
鉄(α−Fe23)を用い、これとリチウム塩(LiN
3−LiOH・H2O)の混合粉末の加熱温度を300
℃としたこと以外は、実施例1と同様にして試料を作製
し、粉末状の反応生成物を得た。
(Comparative Example 3) As a raw material, α-type iron sesquioxide (α-Fe 2 O 3 ) was used, and a lithium salt (LiN
The heating temperature of the mixed powder of O 3 —LiOH · H 2 O) is 300
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature was changed to ° C, and a powdery reaction product was obtained.

【0034】(比較例4)原料として、γ型のオキシ水
酸化鉄(α−FeOOH)を用い、硝酸リチウム(Li
NO3)と水酸化リチウム一水和物(LiOH・H2O)
とを61:39のモル比で混合したリチウム塩の代わり
に、硝酸リチウム(LiNO3 )を用いて、それらの混
合粉末の加熱温度を硝酸リチウム(LiNO3 )の融点
である255℃より高めの300℃としたこと以外は、
実施例1と同様にして試料を作製し、粉末状の反応生成
物を得た。
Comparative Example 4 As a raw material, γ-type iron oxyhydroxide (α-FeOOH) was used, and lithium nitrate (Li
NO 3 ) and lithium hydroxide monohydrate (LiOH · H 2 O)
And lithium nitrate (LiNO 3 ) in place of the lithium salt mixed at a molar ratio of 61:39, and the heating temperature of the mixed powder was raised to 255 ° C., which is the melting point of lithium nitrate (LiNO 3 ). Except that it was 300 ° C,
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 to obtain a powdery reaction product.

【0035】(比較例5)炭酸リチウム(Li2CO3
とα型の三二酸化鉄(α−Fe23)とを、モル比が
1:5となる様に混合し、径がφ25mmの金型を用い
て200kgf/cm2の圧力で一軸加圧成形して、厚
さ約10mmの成形体を作製した。管状雰囲気炉を用
い、これを100cc/minの空気気流中、900℃
の高温度で24時間焼成し解砕して試料を作製し、粉末
状の反応生成物を得た。
Comparative Example 5 Lithium Carbonate (Li 2 CO 3 )
And α-type iron sesquioxide (α-Fe 2 O 3 ) were mixed at a molar ratio of 1: 5, and uniaxially pressed at a pressure of 200 kgf / cm 2 using a mold having a diameter of φ25 mm. It was molded to produce a molded body having a thickness of about 10 mm. Using a tubular atmosphere furnace at 900 ° C. in an air flow of 100 cc / min.
And crushed for 24 hours at a high temperature to prepare a sample, thereby obtaining a powdery reaction product.

【0036】(比較例6)炭酸リチウム(Li2CO3
とγ型の三二酸化鉄(γ−Fe23)とを、モル比が
1:1となる様に混合し、径がφ18mmの金型を用い
て200kgf/cm2 の圧力で一軸加圧成形して、厚
さ約5mmの成形体を作製した。管状雰囲気炉を用い、
これを100cc/minの空気気流中、640℃の高
温度で8時間焼成し解砕して試料を作製し、粉末状の反
応生成物を得た。
Comparative Example 6 Lithium Carbonate (Li 2 CO 3 )
And γ-type iron sesquioxide (γ-Fe 2 O 3 ) are mixed at a molar ratio of 1: 1 and uniaxially pressed at a pressure of 200 kgf / cm 2 using a mold having a diameter of 18 mm. It was molded to produce a molded body having a thickness of about 5 mm. Using a tubular atmosphere furnace,
This was fired at a high temperature of 640 ° C. for 8 hours in an air stream of 100 cc / min, and crushed to prepare a sample, thereby obtaining a powdery reaction product.

【0037】(比較例7)炭酸リチウム(Li2CO3
とα型の三二酸化鉄(α−Fe23)とを、モル比が
1:1となる様に混合し、焼成温度を540℃としたこ
と以外は、比較例6と同様にして試料を作製し、粉末状
の反応生成物を得た。
Comparative Example 7 Lithium Carbonate (Li 2 CO 3 )
And α-type iron sesquioxide (α-Fe 2 O 3 ) were mixed in a molar ratio of 1: 1 and the calcination temperature was set to 540 ° C. in the same manner as in Comparative Example 6. Was prepared to obtain a powdery reaction product.

【0038】(比較例8)蓚酸ナトリウム(Na22
4)と蓚酸第一鉄二水和物(FeC24・2H2O)とを
モル比が1:2となるように混合し、径がφ25mmの
金型を用いて200kgf/cm2 の圧力で一軸加圧成
形して、厚さ約10mmの成形体を作製した。管状雰囲
気炉を用い、100cc/minの空気気流中、600
℃の温度で20時間熱分解・焼成した後解砕し、再度こ
れを成形して同様に650℃の温度で20時間再焼成し
て解砕し、粉末状のα−NaFeO2を作製した。
Comparative Example 8 Sodium Oxalate (Na 2 C 2 O)
4 ) and ferrous oxalate dihydrate (FeC 2 O 4 .2H 2 O) were mixed at a molar ratio of 1: 2, and a pressure of 200 kgf / cm 2 was used using a mold having a diameter of 25 mm. To form a molded body having a thickness of about 10 mm. Using a tubular atmosphere furnace, in an air flow of 100 cc / min, 600
After pyrolysis / firing at a temperature of 20 ° C. for 20 hours, the product was crushed, molded again, and then baked again at a temperature of 650 ° C. for 20 hours to obtain a powder α-NaFeO 2 .

【0039】次に、このα−NaFeO2をホスト材と
して、リチウム溶融塩(LiNO3)中でNa→Liの
イオン交換反応を試みた。α−NaFeO2 に対し、リ
チウム(Li)とナトリウム(Na)とのモル比(Li
/Na)が30となるように硝酸リチウム(LiNO
3 )を添加混合し、実施例1と同様に300℃で8時間
イオン交換反応させて試料を作製し、反応生成物を得
た。
Next, an ion exchange reaction of Na → Li was attempted in a molten lithium salt (LiNO 3 ) using the α-NaFeO 2 as a host material. The molar ratio of lithium (Li) and sodium (Na) (α-NaFeO 2 )
/ Na) is 30 so that lithium nitrate (LiNO
3 ) was added and mixed, and an ion exchange reaction was performed at 300 ° C. for 8 hours in the same manner as in Example 1 to prepare a sample, thereby obtaining a reaction product.

【0040】(比較例9)市販試薬のβ−NaFeO2
をホスト材として、リチウム溶融塩(LiNO3)中で
Na→Liのイオン交換反応を行った以外は、比較例8
と同様にして試料を作製し、反応生成物を得た。 (比較例10〜12)比較例10〜12としては、それ
ぞれ市販試薬であるα型三二酸化鉄(α−Fe23)、
γ型三二酸化鉄(γ−Fe23)、及び四三酸化鉄(F
34)をそのまま用いた。
Comparative Example 9 Commercially available reagent β-NaFeO 2
Comparative Example 8 except that an ion exchange reaction of Na → Li was performed in a lithium molten salt (LiNO 3 ) using
A sample was prepared in the same manner as described above to obtain a reaction product. (Comparative Examples 10 to 12) As Comparative Examples 10 to 12, α-iron sesquioxide (α-Fe 2 O 3 ) which is a commercially available reagent,
γ-type iron sesquioxide (γ-Fe 2 O 3 ) and triiron tetroxide (F
e 3 O 4 ) was used as is.

【0041】次に、本発明品及び比較品の反応生成物に
ついて粉末X線回折装置(理学電機RAD-B, CuKα線使
用)を使用してその生成相の粉末X線回折パターンを得
た。また、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法によ
り、各反応生成物の組成を調べた。この結果に基づいて
反応生成物の結晶系、空間群、格子定数、Li/Feモ
ル比等、反応生成物の特徴を同定したので、これらをま
とめて表3及び表4に示して説明する。
Next, with respect to the reaction products of the product of the present invention and the comparative product, a powder X-ray diffraction pattern of the produced phase was obtained by using a powder X-ray diffractometer (Rigaku Denki RAD-B, using CuKα ray). The composition of each reaction product was examined by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy. The characteristics of the reaction product, such as the crystal system, space group, lattice constant, and Li / Fe molar ratio, of the reaction product were identified based on the results. These characteristics are collectively shown in Tables 3 and 4 and described.

【0042】[0042]

【表3】 [Table 3]

【0043】[0043]

【表4】 [Table 4]

【0044】表3に示したもののうち実施例1の粉末X
線回折パターンを図1に示す。この図は、横軸に回折角
を、縦軸に各回折線の強度をとったものであり、図中
(hkl)* 及び(hkl)は、それぞれ空間群Fm3
m及び空間群Fd3mの面指数を示している。まず、空
間群Fm3mの面指数(hkl)* について回折ピーク
が認められる回折角は、10〜70゜の間に広がってい
るが、約37゜付近に(111)*の回折ピークが、約
43゜付近に(200)*の回折ピークが、約63゜付
近に(220)* の回折ピークが認められる。この図に
示す粉末X線回折パターンは、JCPDS Powder Diffracti
on Fileの17-0938のものと一致している。これにより、
生成相は、空間群Fm3mの結晶構造を持つリチウム鉄
複合酸化物α−LiFeO2を含むものであることが確
かめられた。
Of the materials shown in Table 3, powder X of Example 1
The line diffraction pattern is shown in FIG. In this figure, the horizontal axis indicates the diffraction angle, and the vertical axis indicates the intensity of each diffraction line. In the figure, (hkl) * and (hkl) indicate the space group Fm3, respectively.
m and the surface index of the space group Fd3m. First, the diffraction angle at which a diffraction peak is observed for the plane index (hkl) * of the space group Fm3m is spread between 10 and 70 °, but the diffraction peak of (111) * is approximately 43 ° and about 43 °. A diffraction peak of (200) * is observed around ゜, and a diffraction peak of (220) * is observed around 63 °. The powder X-ray diffraction pattern shown in this figure is based on the JCPDS Powder Diffracti
It is consistent with that of on File 17-0938. This allows
It was confirmed that the generated phase contained lithium-iron composite oxide α-LiFeO 2 having a crystal structure of space group Fm3m.

【0045】次に、空間群Fd3mの面指数(hkl)
についてピークが認められる回折角は、10〜70゜の
間にブロードに広がっているが、約30゜付近に(22
0)の回折ピークが、約35゜付近に(311)の回折
ピークが、約43゜付近に(400)の回折ピークが、
約57゜付近に(511)の回折ピークが、約63゜付
近に(440)の回折ピークが認められる。この図に示
すブロードな粉末X線回折パターンは、JCPDS Powder D
iffraction Fileの17-0114のものと一致している。これ
により、生成相は、空間群Fd3mの結晶構造を持つリ
チウム鉄複合酸化物β−LiFe58を含むものである
ことが確かめられた。
Next, the surface index (hkl) of the space group Fd3m
The diffraction angle at which a peak is observed is broadly spread between 10 and 70 °, but is close to about 30 ° (22
0), a (311) diffraction peak near about 35 °, a (400) diffraction peak near about 43 °,
A diffraction peak of (511) is found around 57 °, and a diffraction peak of (440) is found near 63 °. The broad X-ray powder diffraction pattern shown in this figure is JCPDS Powder D
It matches the one in iffraction File 17-0114. Accordingly, it was confirmed that the generated phase contained the lithium iron composite oxide β-LiFe 5 O 8 having a crystal structure of the space group Fd3m.

【0046】また比較的シャープな回折ピークを有する
α−LiFeO2 の格子定数aを求めたところ、a=
4.177オングストロームであり、同ファイルのa=
4.158オングストロームよりもかなり大きくなって
いることが判明した。
When the lattice constant a of α-LiFeO 2 having a relatively sharp diffraction peak was determined,
4.177 angstroms, and a =
It was found to be significantly larger than 4.158 Å.

【0047】さらにこの実施例1の反応生成物につい
て、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により、リ
チウム(Li)と鉄(Fe)の含有量を調べたところ、
それぞれ2.60%と54.9%の重量割合であることが
わかった。リチウム(Li)と鉄(Fe)とのモル比
(Li/Fe)は、0.38であった。
Further, the content of lithium (Li) and iron (Fe) of the reaction product of Example 1 was examined by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy.
The weight percentages were 2.60% and 54.9%, respectively. The molar ratio (Li / Fe) between lithium (Li) and iron (Fe) was 0.38.

【0048】実施例2の反応生成物の粉末X線回折パタ
ーンは、実施例1とほぼ同様であり、α−LiFeO2
とβ−LiFe58の混合結晶相であることが確認され
た。リチウム(Li)と鉄(Fe)とのモル比(Li/
Fe)は0.36 であり、混合結晶中におけるα−Li
FeO2の格子定数は、a=4.185であった。
The X-ray powder diffraction pattern of the reaction product of Example 2 was almost the same as that of Example 1, except that α-LiFeO 2
And a mixed crystal phase of β-LiFe 5 O 8 . The molar ratio of lithium (Li) and iron (Fe) (Li /
Fe) is 0.36, and α-Li in the mixed crystal is
The lattice constant of FeO 2 was a = 4.185.

【0049】実施例3の反応生成物の粉末X線回折パタ
ーンもやはり実施例1とほぼ同様であり、α−LiFe
2 とβ−LiFe58の混合結晶相であることが確認
された。リチウム(Li)と鉄(Fe)とのモル比(L
i/Fe)は0.46であり、混合結晶中におけるα−
LiFeO2の格子定数は、a=4.176であった。
The powder X-ray diffraction pattern of the reaction product of Example 3 was almost the same as that of Example 1, and α-LiFe
It was confirmed that it was a mixed crystal phase of O 2 and β-LiFe 5 O 8 . The molar ratio of lithium (Li) to iron (Fe) (L
i / Fe) is 0.46, and α-
The lattice constant of LiFeO 2 was a = 4.176.

【0050】実施例4の反応生成物の粉末X線回折パタ
ーンもやはり実施例1とほぼ同様であり、α−LiFe
2 とβ−LiFe58の混合結晶相であることが確認
された。リチウム(Li)と鉄(Fe)とのモル比(L
i/Fe)は0.47であり、混合結晶中におけるα−
LiFeO2の格子定数は、a=4.179であった。実
施例5〜実施例8は、実施例1と同様であるので、その
説明を割愛する。
The powder X-ray diffraction pattern of the reaction product of Example 4 was also substantially similar to that of Example 1, and α-LiFe
It was confirmed that it was a mixed crystal phase of O 2 and β-LiFe 5 O 8 . The molar ratio of lithium (Li) to iron (Fe) (L
i / Fe) is 0.47, and α-
The lattice constant of LiFeO 2 was a = 4.179. The fifth to eighth embodiments are the same as the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0051】比較例1の反応生成物の粉末X線回折パタ
ーンは、未反応の原料(α−Fe23 )による回折ピ
ークの他、その生成相が空間群Fm3mの結晶構造を持
つ立方晶系のα−LiFeO2 によるものの回折パター
ンが得られた。このα−LiFeO2の格子定数を調べ
たところ、a=4.174であった。またリチウム(L
i)と鉄(Fe)とのモル比(Li/Fe)は、0.2
8 であり、未反応のα型三二酸化鉄(α−Fe23
が混入している分、リチウム(Li)の割合が不足して
いた。
The powder X-ray diffraction pattern of the reaction product of Comparative Example 1 shows a cubic crystal having a crystal structure of space group Fm3m in addition to the diffraction peak due to the unreacted raw material (α-Fe 2 O 3 ). The diffraction pattern of the system due to α-LiFeO 2 was obtained. When the lattice constant of this α-LiFeO 2 was examined, a = 4.174. In addition, lithium (L
The molar ratio (Li / Fe) between i) and iron (Fe) is 0.2
8, unreacted α-type iron sesquioxide (α-Fe 2 O 3 )
, The proportion of lithium (Li) was insufficient.

【0052】比較例2の反応生成物の粉末X線回折パタ
ーンは、その生成相が空間群Fm3mの結晶構造を持つ
立方晶系のα−LiFeO2 によるものの回折パターン
であることが判明した。その格子定数は、a=4.17
1 であり、リチウム(Li)と鉄(Fe)とのモル比
(Li/Fe)は、0.82であった。
The powder X-ray diffraction pattern of the reaction product of Comparative Example 2 was found to be a diffraction pattern of a cubic α-LiFeO 2 having a crystal structure in the space group Fm3m. The lattice constant is a = 4.17
1 and the molar ratio of lithium (Li) to iron (Fe) (Li / Fe) was 0.82.

【0053】比較例3の反応生成物の粉末X線回折パタ
ーンは、生成相がα−LiFeO2と微量のβ−LiF
58の混合結晶相からなるリチウム鉄複合酸化物であ
ることが判明した。主相であるα−LiFeO2の格子
定数は、a=4.172であり、リチウム(Li)と鉄
(Fe)とのモル比(Li/Fe)は、0.80であっ
た。
The powder X-ray diffraction pattern of the reaction product of Comparative Example 3 showed that the product phases were α-LiFeO 2 and a trace amount of β-LiF
It was found that this was a lithium iron composite oxide composed of a mixed crystal phase of e 5 O 8 . The lattice constant of α-LiFeO 2 as the main phase was a = 4.172, and the molar ratio (Li / Fe) between lithium (Li) and iron (Fe) was 0.80.

【0054】比較例4の反応生成物の粉末X線回折パタ
ーンは、生成相が空間群Fd3mの結晶構造を持つ立方
晶系のβ−LiFe58であることがわかった。格子定
数は、a=8.353 であり、リチウム(Li)と鉄
(Fe)とのモル比(Li/Fe)は、0.06であっ
た。比較例5の反応生成物の粉末X線回折パターンは、
生成相が空間群P4132の結晶構造を持つ立方晶系の
α−LiFe58 であった。格子定数は、a=8.33
1であり、リチウム(Li)と鉄(Fe)とのモル比
(Li/Fe)は、0.20であった。
The powder X-ray diffraction pattern of the reaction product of Comparative Example 4 showed that the produced phase was a cubic β-LiFe 5 O 8 having a crystal structure of the space group Fd3m. The lattice constant was a = 8.353, and the molar ratio (Li / Fe) between lithium (Li) and iron (Fe) was 0.06. The powder X-ray diffraction pattern of the reaction product of Comparative Example 5 was
The generated phase was a cubic α-LiFe 5 O 8 having a crystal structure of the space group P4132. The lattice constant is a = 8.33
The molar ratio of lithium (Li) to iron (Fe) (Li / Fe) was 0.20.

【0055】比較例6の反応生成物の粉末X線回折パタ
ーンは、生成相が空間群Fm3mの結晶構造を持つ立方
晶系のα−LiFeO2であった。格子定数は、a=4.
156であり、リチウム(Li)と鉄(Fe)とのモル
比(Li/Fe) は、0.96であった。比較例7の反
応生成物の粉末X線回折パターンは、生成相が空間群
I41/amdの結晶構造を持つ正方晶系のγ−LiF
eO2 であった。格子定数は、a=4.055,c=8.
742であり、リチウム(Li)と鉄(Fe)とのモル
比(Li/Fe)は、0.94であった。
The powder X-ray diffraction pattern of the reaction product of Comparative Example 6 was a cubic α-LiFeO 2 having a crystallographic structure in a space group of Fm3m. The lattice constant is a = 4.
156, and the molar ratio (Li / Fe) between lithium (Li) and iron (Fe) was 0.96. The powder X-ray diffraction pattern of the reaction product of Comparative Example 7 shows that the generated phase is in the space group.
Tetragonal γ-LiF having a crystal structure of I 4 1 / amd
eO 2 . The lattice constant is a = 4.055, c = 8.
742, and the molar ratio of lithium (Li) to iron (Fe) (Li / Fe) was 0.94.

【0056】比較例8の反応生成物の粉末X線回折パタ
ーンは、生成相が空間群R−3mの結晶構造を持つ三方
晶系の層状岩塩型−LiFeO2 であった。格子定数
は、a=2.961,c=14.67であり、リチウム
(Li)と鉄(Fe)とのモル比(Li/Fe)は、
0.85であった。比較例9の反応生成物の粉末X線回
折パターンは、生成相が空間群Pna21の結晶構造を
持つ斜方晶系−LiFeO2であった。格子定数は、a
=5.499,b=6.407,c=5.064であり、
リチウム(Li)と鉄(Fe)とのモル比(Li/F
e)は、0.76であった。
The powder X-ray diffraction pattern of the reaction product of Comparative Example 8 was a trigonal layered rock-salt type-LiFeO 2 having a generated phase having a crystal structure in the space group R-3m. The lattice constant is a = 2.961, c = 14.67, and the molar ratio (Li / Fe) between lithium (Li) and iron (Fe) is:
It was 0.85. The powder X-ray diffraction pattern of the reaction product of Comparative Example 9 was orthorhombic-LiFeO 2 whose generated phase had a crystal structure of the space group Pna21. The lattice constant is a
= 5.499, b = 6.407, c = 5.064,
The molar ratio of lithium (Li) to iron (Fe) (Li / F
e) was 0.76.

【0057】比較例10の粉末X線回折パターンは、空
間群R−3cの結晶構造を持つ三方晶系のα−Fe23
であった。格子定数は、a=5.037,c=13.76
であった。比較例11の粉末X線回折パターンは、空間
群P4132の結晶構造を持つ立方晶系のγ−Fe23
であった。格子定数は、a=8.348であった。比較
例12の粉末X線回折パターンは、空間群Fd3mの結
晶構造を持つ立方晶系のFe34であった。格子定数
は、a=8.396であった。
The powder X-ray diffraction pattern of Comparative Example 10 shows a trigonal α-Fe 2 O 3 having a crystal structure of space group R-3c.
Met. The lattice constants are a = 5.037 and c = 13.76.
Met. The powder X-ray diffraction pattern of Comparative Example 11 shows a cubic γ-Fe 2 O 3 having a crystal structure of space group P4132.
Met. The lattice constant was a = 8.348. The powder X-ray diffraction pattern of Comparative Example 12 was cubic Fe 3 O 4 having a crystal structure of the space group Fd3m. The lattice constant was a = 8.396.

【0058】(リチウム二次電池の試作)次に上記した
実施例1〜8及び比較例1〜12の反応生成物及び試薬
を正極活物質としてリチウム二次電池の試験用セルを組
み立てたので、図2を参照して説明する。初めに、試験
用セル10に用いた正極合材12について説明するとこ
の正極合材12は、反応生成物(α−LiFeO2 とβ
−LiFe58との混合結晶相等)に導電材としてアセ
チレンブラックと結着材としてポリフッ化ビニリデンと
を、反応生成物:アセチレンブラック:ポリフッ化ビニ
リデン=90:5:5の重量比で混合し、さらにこの混
合粉末に対してNメチル2ピロリドンを、混合粉末:N
メチル2ピロリドン=100:45の重量比で加え混練
してペースト状にしたものからなるものである。
(Trial Production of Lithium Secondary Battery) Next, a test cell of a lithium secondary battery was assembled using the reaction products and reagents of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 12 as positive electrode active materials. This will be described with reference to FIG. First, the positive electrode mixture 12 used for the test cell 10 will be described. The positive electrode mixture 12 is composed of a reaction product (α-LiFeO 2 and β
-Life 5 as a mixed crystal phase etc.) to the conductive material of the O 8 and polyvinylidene fluoride as acetylene black and a binder, the reaction products: acetylene black: polyvinylidene fluoride = 90: 5 were mixed in a weight ratio of 5 And N-methyl-2-pyrrolidone to the mixed powder, mixed powder: N
Methyl 2-pyrrolidone = 100: 45 was added and kneaded to form a paste.

【0059】そしてφ20mmの穴径を持つ厚さ0.1
mm のステンシルを用いて、厚さ50μmのアルミニ
ウム箔(正極集電板14)上にこのペーストを塗布し、
充分乾燥した後このアルミニウム箔上の正極合材を18
0℃の温度下で1500kgf/cm2 の圧力で加熱加
圧して密着させた。そして、φ15mmのポンチで打ち
抜いて正極とした。その結果、正極には正極活物質とし
ての反応生成物あるいは試薬が約10mg塗布できた。
And a thickness 0.1 having a hole diameter of φ20 mm.
This paste was applied on a 50 μm-thick aluminum foil (positive electrode current collector plate 14) using a stencil of 2 mm 2.
After drying sufficiently, the positive electrode mixture on this aluminum foil
Heating and pressurization was performed at a temperature of 0 ° C. at a pressure of 1500 kgf / cm 2 , and the substrates were brought into close contact. Then, a positive electrode was punched out with a punch having a diameter of 15 mm. As a result, about 10 mg of a reaction product or a reagent as a positive electrode active material was applied to the positive electrode.

【0060】次に、負極16には、φ15mmのポンチ
で打ち抜いた厚さ1mmの金属リチウム(Li)が用い
られている。セパレータ18としては、ポリエチレン製
の微多孔膜を用い、電解液としては、1:1の体積比で
混合したプロピレンカーボネート(PC)とジメトキシ
エタン(DME)の有機溶媒1リットル中に、1モルの
LiPF6の電解質が溶解したもの(1M−LiPF6
PC+DME)を用いた。尚、符号20は正極端子、2
2は負極端子、24は絶縁物である。
Next, the negative electrode 16 is made of metallic lithium (Li) having a thickness of 1 mm punched with a punch having a diameter of 15 mm. As the separator 18, a polyethylene microporous membrane was used. As an electrolytic solution, 1 mol of propylene carbonate (PC) and 1 mol of organic solvent of dimethoxyethane (DME) mixed in a volume ratio of 1: 1 were mixed. LiPF 6 electrolyte dissolved (1M-LiPF 6 /
(PC + DME). Reference numeral 20 denotes a positive terminal, 2
2 is a negative electrode terminal and 24 is an insulator.

【0061】次に、そのリチウム二次電池の特性を評価
したのでそれについて説明する。この特性評価は、電池
セル10を充放電試験装置に取り付け、4.2〜1.5V
(実施例5は4.2〜1.2V,実施例6は4.2〜1.0
V,比較例9は4.5〜1.5V)の電圧範囲で0.1m
A/cm2(実施例7は0.5mA/cm2,実施例8は
1.0mA/cm2)の定電流充放電を行って正極活物質
1gあたりの放電容量を調べることにより行ったもので
ある。上述した表3及び表4には、実施例1〜8及び比
較例1〜12の主たる反応生成物の特徴の他、それぞれ
についての電池特性が併せて示されている。
Next, the characteristics of the lithium secondary battery were evaluated and will be described. In this characteristic evaluation, the battery cell 10 was attached to a charge / discharge test apparatus, and 4.2 to 1.5 V
(Example 5 is 4.2 to 1.2 V, and Example 6 is 4.2 to 1.0 V.
V, Comparative Example 9 is 0.1 m in a voltage range of 4.5 to 1.5 V).
A constant current charge / discharge of A / cm 2 (Example 7: 0.5 mA / cm 2 , Example 8: 1.0 mA / cm 2 ) was carried out and the discharge capacity per 1 g of the positive electrode active material was examined. It is. Tables 3 and 4 described above also show the characteristics of the main reaction products of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 12, as well as the battery characteristics of each of them.

【0062】このうち、実施例1を用いて作製したリチ
ウム二次電池の電池特性については、図3に充放電曲線
が示され、図4にサイクル特性が示されている。図3に
示す充放電曲線は、横軸に容量(mAh/g)を、縦軸
に電圧(V)をとったものであり、1.5〜4.2Vの範
囲で充電と放電が交互に繰り返しなされていることが示
されている。これにより、充放電の可逆性が充分である
ことが判明した。
FIG. 3 shows a charge / discharge curve and FIG. 4 shows a cycle characteristic of the lithium secondary battery manufactured using Example 1. The charge / discharge curve shown in FIG. 3 is obtained by plotting the capacity (mAh / g) on the horizontal axis and the voltage (V) on the vertical axis. Charge and discharge alternate between 1.5 and 4.2 V. It is shown that this has been done repeatedly. This proved that the reversibility of charge and discharge was sufficient.

【0063】また図4に示すサイクル特性は、横軸にサ
イクル数を、縦軸に放電容量をとったものであり、1.
5〜4.2Vの範囲で充電と放電を繰り返したときのそ
の放電容量を示したものである。これによれば放電容量
は、1サイクル目から10サイクル目にわたって130
〜140mAh/g付近でほぼ安定した結果(平均13
1mAh/g)を示していることがわかった。これによ
り、従来のもの(20mAh/g程度)に較べて遥かに
大きな放電容量が繰り返して得られることがわかった。
The cycle characteristics shown in FIG. 4 are obtained by plotting the number of cycles on the horizontal axis and the discharge capacity on the vertical axis.
It shows the discharge capacity when charging and discharging are repeated in the range of 5 to 4.2V. According to this, the discharge capacity becomes 130 over the first to tenth cycles.
~ 140 mAh / g, almost stable results (average 13
1 mAh / g). As a result, it was found that a discharge capacity much larger than that of the conventional one (about 20 mAh / g) was repeatedly obtained.

【0064】実施例2を用いて作製したリチウム二次電
池の電池特性については、放電容量が130mAh/g
であり、従来のものよりもかなり大きな放電容量を示す
他、充放電の可逆性も充分であることが判明した。実施
例3を用いて作製したリチウム二次電池の電池特性につ
いては、放電容量が128mAh/gであり、従来のも
のよりもかなり大きな放電容量を示す他、充放電の可逆
性も充分であることが判明した。
Regarding the battery characteristics of the lithium secondary battery manufactured using Example 2, the discharge capacity was 130 mAh / g.
In addition to showing a considerably larger discharge capacity than the conventional one, it was also found that the reversibility of charge and discharge was sufficient. Regarding the battery characteristics of the lithium secondary battery manufactured by using Example 3, the discharge capacity was 128 mAh / g, which was significantly larger than that of the conventional battery, and the reversibility of charge and discharge was sufficient. There was found.

【0065】実施例4を用いて作製したリチウム二次電
池の電池特性については、放電容量が128mAh/g
であり、従来のものよりもかなり大きな放電容量を示す
他、充放電の可逆性も充分であることが判明した。実施
例5を用いて作製したリチウム二次電池の電池特性は、
電圧範囲を 4.2〜1.2V として調べたものである
が、その放電容量は148mAh/gを示し、従来のも
のよりもかなり大きな放電容量を示す他、充放電の可逆
性も充分であることが判明した。
Regarding the battery characteristics of the lithium secondary battery manufactured using Example 4, the discharge capacity was 128 mAh / g.
In addition to showing a considerably larger discharge capacity than the conventional one, it was also found that the reversibility of charge and discharge was sufficient. The battery characteristics of the lithium secondary battery manufactured using Example 5 were as follows:
The voltage range of 4.2 to 1.2 V was examined. The discharge capacity was 148 mAh / g, which was much larger than the conventional one, and the reversibility of charge and discharge was sufficient. It has been found.

【0066】実施例6を用いて作製したリチウム二次電
池の電池特性は、電圧範囲を 4.2〜1.0V として電
池特性を調べたものであるが、その放電容量は259m
Ah/gを示し、従来のものよりもかなり大きな放電容
量を示す他、充放電の可逆性も充分であることが判明し
た。
The battery characteristics of the lithium secondary battery manufactured using Example 6 were obtained by examining the battery characteristics in a voltage range of 4.2 to 1.0 V. The discharge capacity was 259 m.
Ah / g, a discharge capacity considerably larger than that of the conventional one, and reversibility of charge and discharge was found to be sufficient.

【0067】実施例7を用いて作製したリチウム二次電
池の電池特性は、充放電電流を 0.5mA/cm2 とし
て電池特性を調べたものであるが、その放電容量は10
8mAh/gを示した。実施例8を用いて作製したリチ
ウム二次電池の電池特性は、充放電電流を 1.0mA/
cm2 として電池特性を調べたものであるが、その放電
容量は70mAh/gを示した。これら実施例7,8の
ものによれば、電流密度を実用的なレベルにまで高めて
も、従来のものよりもかなり大きな放電容量を示すこと
が判明した。また充放電の可逆性もきわめて高いことが
判明した。
The battery characteristics of the lithium secondary battery manufactured using Example 7 were obtained by examining the battery characteristics at a charge / discharge current of 0.5 mA / cm 2.
8 mAh / g. The battery characteristics of the lithium secondary battery manufactured using Example 8 were such that the charge / discharge current was 1.0 mA /
When the battery characteristics were examined in terms of cm 2 , the discharge capacity was 70 mAh / g. According to those of Examples 7 and 8, it was found that even when the current density was increased to a practical level, the discharge capacity was considerably larger than that of the conventional one. It was also found that the reversibility of charge and discharge was extremely high.

【0068】比較例1〜12を用いて、実施例1と同様
にして電池特性を調べたところ、次のようになった。比
較例1〜3を用いて作製したリチウム二次電池の電池特
性は、それぞれ放電容量が41mAh/g,52mAh
/g,58mAh/gとなり、あまり大きな放電容量は
得られなかった。これら比較例1〜3の結果からα−L
iFeO2 のみからなる場合、あるいはリチウム(L
i)と鉄(Fe)とのモル比(Li/Fe)が1に近
く、かつα−LiFeO2 が主相になる場合には、あま
り大きな放電容量が得られないことがわかった。
Using Comparative Examples 1 to 12, the battery characteristics were examined in the same manner as in Example 1. The results were as follows. The battery characteristics of the lithium secondary batteries manufactured using Comparative Examples 1 to 3 were as follows: discharge capacity was 41 mAh / g and 52 mAh, respectively.
/ G, 58 mAh / g, and a very large discharge capacity could not be obtained. From the results of Comparative Examples 1 to 3, α-L
iFeO 2 only or lithium (L
It was found that when the molar ratio (Li / Fe) between i) and iron (Fe) was close to 1 and α-LiFeO 2 was the main phase, a very large discharge capacity could not be obtained.

【0069】比較例4を用いて作製したリチウム二次電
池の電池特性は、放電容量が67mAh/gとなり、あ
まり大きな放電容量は得られないことがわかった。この
結果から、リチウム(Li)と鉄(Fe)とのモル比
(Li/Fe)が0に近く、β−LiFe58のみから
なる場合には、あまり大きな放電容量が得られないこと
がわかった。
The battery characteristics of the lithium secondary battery manufactured using Comparative Example 4 were as follows. The discharge capacity was 67 mAh / g, and it was found that a very large discharge capacity could not be obtained. From this result, the molar ratio of lithium (Li) and iron (Fe) (Li / Fe) is close to 0, if consisting only of β-LiFe 5 O 8 is that not too large discharge capacity can be obtained all right.

【0070】比較例5を用いて作製したリチウム二次電
池の電池特性は、放電容量が16mAh/gとなり、従
来のものと同程度の容量しか得られないことがわかっ
た。この結果から、空間群がP4132であり、リチウ
ム(Li)と鉄(Fe)とのモル比(Li/Fe)が化
学量論比(0.2)であるα−LiFe58の場合に
は、あまり大きな放電容量は得られないことがわかっ
た。
As for the battery characteristics of the lithium secondary battery manufactured using Comparative Example 5, the discharge capacity was 16 mAh / g, and it was found that only the same capacity as that of the conventional battery could be obtained. From these results, it can be seen that the space group is P 4132 and α-LiFe 5 O 8 in which the molar ratio (Li / Fe) between lithium (Li) and iron (Fe) is the stoichiometric ratio (0.2). It was found that a large discharge capacity could not be obtained.

【0071】比較例6を用いて作製したリチウム二次電
池の電池特性は、放電容量が12mAh/gとなり、従
来のものと同程度の容量しか得られないことがわかっ
た。この結果から、α−LiFeO2 のみからなり、リ
チウム(Li)と鉄(Fe)とのモル比(Li/Fe)
がほぼ化学量論比(1)である場合には、あまり大きな
放電容量は得られないことがわかった。
As for the battery characteristics of the lithium secondary battery manufactured using Comparative Example 6, the discharge capacity was 12 mAh / g, and it was found that only the same capacity as that of the conventional battery could be obtained. From these results, it can be seen that the composition is composed of only α-LiFeO 2 and has a molar ratio of lithium (Li) to iron (Fe) (Li / Fe).
It was found that when the stoichiometric ratio was almost the stoichiometric ratio (1), a very large discharge capacity could not be obtained.

【0072】比較例7〜9を用いて作製したリチウム二
次電池の電池特性は、それぞれ放電容量が10mAh/
g,15mAh/g,43mAh/gとなり、従来のも
のと同程度の容量しか得られないことがわかった。これ
ら比較例7〜9の結果から、空間群が異なりα−LiF
eO2 やβ−LiFe58とは違った結晶構造を持つリ
チウム鉄複合酸化物の場合には、あまり大きな放電容量
が得られないことがわかった。
The battery characteristics of the lithium secondary batteries produced using Comparative Examples 7 to 9 were as follows: the discharge capacity was 10 mAh /
g, 15 mAh / g, and 43 mAh / g, indicating that only the same capacity as the conventional one can be obtained. From the results of Comparative Examples 7 to 9, the space groups were different and α-LiF
It was found that in the case of a lithium iron composite oxide having a crystal structure different from that of eO 2 or β-LiFe 5 O 8 , a very large discharge capacity could not be obtained.

【0073】比較例10〜12(市販試薬)を用いて作
製したリチウム二次電池の電池特性は、放電容量がそれ
ぞれ26mAh/g,26mAh/g,13mAh/g
となり、やはり従来のものと同程度の容量しか得られな
いことがわかった。
The battery characteristics of the lithium secondary batteries prepared using Comparative Examples 10 to 12 (commercially available reagents) were as follows: discharge capacity was 26 mAh / g, 26 mAh / g, and 13 mAh / g, respectively.
It was found that only the same capacity as that of the conventional device could be obtained.

【0074】以上の結果から、本実施例の電極活物質は
比較例(従来のもの)に較べてかなり大きな放電容量を
達成していることが明らかである。この場合に、リチウ
ム(Li)と鉄(Fe)とのモル比は、本発明品と比較
品との比較からモル比z(Li/Fe)がz=0.3〜
0.5程度ものが特に望ましいといえるが、結晶構造に
空孔の形成や、リチウムイオン、鉄イオン及び空孔の配
列の不規則性といった結晶格子の乱れが導入される必要
から少なくとも0.1≦z≦0.7であることが必要とさ
れる。
From the above results, it is clear that the electrode active material of this example achieved a considerably large discharge capacity as compared with the comparative example (conventional one). In this case, the molar ratio between lithium (Li) and iron (Fe) is such that the molar ratio z (Li / Fe) is z = 0.3 to from the comparison between the product of the present invention and the comparative product.
A value of about 0.5 is particularly desirable, but at least 0.1 is necessary because it is necessary to introduce vacancies in the crystal structure and disorder of the crystal lattice such as irregularities in the arrangement of lithium ions, iron ions and vacancies. It is required that ≦ z ≦ 0.7.

【0075】また反応生成物である正極活物質は、リチ
ウム鉄複合酸化物α−LiFeO2及びリチウム鉄複合
酸化物β−LiFe58それぞれの結晶構造内に、格子
の膨張、空孔の形成、リチウムイオン(Li+ )、鉄イ
オン(Fe3+)及び空孔の配列の不規則性等の結晶格子
の乱れが導入され得るようにリチウム(Li)と鉄(F
e)とのモル比z(Li/Fe)を0.1≦z≦0.7と
した他、共に立方最密充填した酸素イオン格子をもって
共存していることからそれぞれの結晶格子内の格子の乱
れが助長され著しく増大することになる。
The positive electrode active material, which is a reaction product, has a lattice expansion and voids formed in the crystal structures of the lithium iron composite oxide α-LiFeO 2 and the lithium iron composite oxide β-LiFe 5 O 8. , lithium ion (Li +), iron ions (Fe 3+) and lithium as disorder of the crystal lattice can be introduced irregularities such arrays of holes (Li) and iron (F
e) and the molar ratio z (Li / Fe) with 0.1 ≦ z ≦ 0.7, and both coexist with a cubic close-packed oxygen ion lattice. Turbulence is encouraged and will increase significantly.

【0076】これらの特徴により、リチウムイオン(L
+ )の拡散パスが形成されるから、Fe3+→Fe2+
あるいはFe2+→Fe3+という価数変化を伴って、容易
にリチウムイオン(Li+ )が挿入あるいは脱離できる
ことになる。さらにリチウム鉄複合酸化物β−LiFe
58は、リチウム鉄複合酸化物α−LiFeO2 に較べ
て回折ピークが相対的にブロードとなっているためその
結晶構造内に特に大きな格子の乱れが導入される他、そ
の結晶子サイズも小さい。これらのことからリチウムイ
オン(Li+ )の挿入/脱離がより容易になされるから
可逆的な放電・充電が可能になり、良好なサイクル特性
及び高い放電容量の実現に寄与することになる。
With these features, lithium ion (L
i + ) is formed, so that Fe 3+ → Fe 2+ ,
Alternatively, lithium ions (Li + ) can be easily inserted or removed with a valence change of Fe 2+ → Fe 3+ . Further, a lithium iron composite oxide β-LiFe
5 O 8 has a relatively broad diffraction peak as compared with the lithium-iron composite oxide α-LiFeO 2 , so that particularly large lattice disorder is introduced into its crystal structure, and its crystallite size also increases. small. From these facts, insertion / desorption of lithium ions (Li + ) is made easier, so that reversible discharge / charge becomes possible, which contributes to realization of good cycle characteristics and high discharge capacity.

【0077】また本実施例によれば反応生成物は、20
0〜300℃という比較的低温の温度範囲で加熱処理が
施された後得られるものであるから、反応容器や電気炉
の腐食を低減することができるため、製造設備を長期に
わたって使用することが可能になり、生産コストを抑え
ることも可能になる。
According to this example, the reaction product was 20
Since it is obtained after heat treatment in a relatively low temperature range of 0 to 300 ° C., corrosion of a reaction vessel and an electric furnace can be reduced, so that manufacturing equipment can be used for a long time. It will be possible to reduce production costs.

【0078】本発明は、上記した実施例に何ら限定され
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
の電池に適用することが可能である。例えば上記実施例
では、本実施例に係る電極活物質をリチウム二次電池の
正極活物質とした場合のみを例として説明したが、本実
施例に係る電極活物質は、一次電池、二次電池あるいは
正極負極を問わず、非水系電池に適用可能なものであ
る。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to various batteries without departing from the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, only the case where the electrode active material according to the present embodiment is used as the positive electrode active material of a lithium secondary battery has been described as an example, but the electrode active material according to the present embodiment is a primary battery, a secondary battery, Alternatively, the present invention can be applied to a non-aqueous battery regardless of whether it is a positive electrode or a negative electrode.

【0079】[0079]

【発明の効果】本発明の非水系電池用電極活物質は、空
間群Fm3mの結晶構造を持つリチウム鉄複合酸化物α
−LiFeO2 と空間群Fd3mの結晶構造を持つリチ
ウム鉄複合酸化物β−LiFe58との混合結晶相であ
って、リチウム(Li)と鉄(Fe)とのモル比z(L
i/Fe)が0.1≦z≦0.7であるリチウム鉄複合酸
化物を主体とするものである。そして結晶構造内に導入
した結晶格子の乱れを介してリチウムイオンの挿入・脱
離反応が起こることにより充放電の可逆性を有すると同
時に高い放電容量も備えた電極活物質が得られるもので
ある。
The electrode active material for a non-aqueous battery according to the present invention is a lithium iron composite oxide α having a crystal structure of space group Fm3m.
-LiFeO 2 and a mixed crystal phase of a lithium iron composite oxide β-LiFe 5 O 8 having a crystal structure of a space group Fd3m, and a molar ratio z (L) of lithium (Li) and iron (Fe)
(i / Fe) is mainly composed of a lithium iron composite oxide in which 0.1 ≦ z ≦ 0.7. In addition, lithium ion insertion / desorption reactions occur through disorder of the crystal lattice introduced into the crystal structure, whereby an electrode active material having reversibility of charge / discharge and high discharge capacity can be obtained. .

【0080】そしてこのように充放電の可逆性を有する
ほかに、高い充放電容量が確保されるものであるから、
パソコンや携帯電話などの通信事務機器用、あるいは近
い将来の需要が期待される電気自動車電源用への適用な
どが期待されるものである。
In addition to the reversibility of charge / discharge, a high charge / discharge capacity is ensured.
It is expected to be applied to communication office equipment such as personal computers and mobile phones, or to electric vehicle power supplies for which demand is expected in the near future.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明品である実施例1の反応生成物について
の結晶構造を解析するためX線回折パターンを示した図
である。
FIG. 1 is a view showing an X-ray diffraction pattern for analyzing a crystal structure of a reaction product of Example 1 which is a product of the present invention.

【図2】本発明品の電池特性を試験するためのリチウム
二次電池の電池セルの構成を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a battery cell of a lithium secondary battery for testing battery characteristics of the product of the present invention.

【図3】実施例1の反応生成物を正極活物質として用い
たリチウム二次電池の充放電特性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing charge / discharge characteristics of a lithium secondary battery using the reaction product of Example 1 as a positive electrode active material.

【図4】実施例1の反応生成物を正極活物質として用い
たリチウム二次電池のサイクル特性を示す図である。
FIG. 4 is a view showing cycle characteristics of a lithium secondary battery using the reaction product of Example 1 as a positive electrode active material.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 空間群Fm3mの結晶構造を持つリチウ
ム鉄複合酸化物α−LiFeO2 と空間群Fd3mの結
晶構造を持つリチウム鉄複合酸化物β−LiFe58
の混合結晶相であって、リチウム(Li)と鉄(Fe)
とのモル比z(Li/Fe)が0.1≦z≦0.7である
リチウム鉄複合酸化物を含むことを特徴とする非水系電
池用電極活物質。
1. A mixed crystal phase of a lithium iron composite oxide α-LiFeO 2 having a crystal structure of a space group Fm3m and a lithium iron composite oxide β-LiFe 5 O 8 having a crystal structure of a space group Fd3m. , Lithium (Li) and iron (Fe)
A lithium iron composite oxide having a molar ratio z (Li / Fe) of 0.1 ≦ z ≦ 0.7 with the electrode active material for a non-aqueous battery.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001283852A (en) * 2000-04-03 2001-10-12 Japan Storage Battery Co Ltd Positive active material for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2009234810A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Saitama Univ Rock salt type lithium ferrite, method for producing the same, method for absorbing carbon dioxide, carbon dioxide absorber and carbon dioxide separation unit
WO2011125202A1 (en) * 2010-04-08 2011-10-13 トヨタ自動車株式会社 Lithium secondary battery
WO2013084907A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 株式会社 日立製作所 Lithium ion secondary battery
WO2014136177A1 (en) * 2013-03-04 2014-09-12 株式会社日立製作所 Negative electrode active material for lithium ion secondary battery
KR20210097025A (en) * 2020-01-29 2021-08-06 주식회사 엘지에너지솔루션 Positive electrode active material for secondary battery and lithium secondary battery comprising the same

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001283852A (en) * 2000-04-03 2001-10-12 Japan Storage Battery Co Ltd Positive active material for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2009234810A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Saitama Univ Rock salt type lithium ferrite, method for producing the same, method for absorbing carbon dioxide, carbon dioxide absorber and carbon dioxide separation unit
WO2011125202A1 (en) * 2010-04-08 2011-10-13 トヨタ自動車株式会社 Lithium secondary battery
WO2013084907A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 株式会社 日立製作所 Lithium ion secondary battery
JP2013120740A (en) * 2011-12-09 2013-06-17 Hitachi Ltd Lithium ion secondary battery
WO2014136177A1 (en) * 2013-03-04 2014-09-12 株式会社日立製作所 Negative electrode active material for lithium ion secondary battery
KR20210097025A (en) * 2020-01-29 2021-08-06 주식회사 엘지에너지솔루션 Positive electrode active material for secondary battery and lithium secondary battery comprising the same

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