JPWO2017119411A1 - Lithium iron manganese complex oxide - Google Patents

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Abstract

リチウムイオン二次電池用正極活物質として有用な新規化合物を提供する。
組成式:
Li1+mFeMn2−x4
[式中、mは0<m≦2を示す。xは0<x≦1を示す。]
で表されるリチウム鉄マンガン系複合酸化物。
A novel compound useful as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is provided.
Composition formula:
Li 1 + m Fe x Mn 2-x O 4
[Wherein m represents 0 <m ≦ 2. x represents 0 <x ≦ 1. ]
Lithium iron manganese complex oxide represented by

Description

本発明は、リチウム鉄マンガン系複合酸化物に関する。   The present invention relates to a lithium iron manganese composite oxide.

リチウムイオン二次電池は、エネルギー貯蔵デバイスの中で最も重要な位置を占めるものであり、近年では、プラグインハイブリッド用自動車電池等、その用途が拡大しつつある。   Lithium ion secondary batteries occupy the most important position among energy storage devices, and in recent years, their uses such as automobile batteries for plug-in hybrids are expanding.

リチウムイオン二次電池の正極に関し、現在、LiCoO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3などの正極活物質が主流となっている(非特許文献1及び2)。しかしながら、これらの正極活物質を含む正極材料には、コバルト、ニッケルなどの希少金属が大量に含まれているため高価であり、さらに、助燃性も強いため発熱事故等を引き起こす要因となっている。Currently, positive electrode active materials such as LiCoO 2 and LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 are mainly used for positive electrodes of lithium ion secondary batteries (Non-patent Documents 1 and 2). However, the positive electrode material containing these positive electrode active materials is expensive because it contains a large amount of rare metals such as cobalt and nickel, and is also a factor causing a heat generation accident and the like because of its strong combustion resistance. .

そこで、現在では、このような問題を解決可能な正極活物質として、自然界に豊富に存在する元素である鉄を利用し、強固なポリアニオン酸骨格により助燃性を大幅に抑制した鉄系ポリ(オキソ)アニオン材料、特にLiFePOが注目されている(非特許文献3)。Therefore, as a positive electrode active material that can solve these problems, iron-based poly (oxo) that uses iron, which is an element abundant in nature, and has a strong polyanionic acid skeleton to significantly reduce the combustion resistance. ) Anionic materials, especially LiFePO 4, are attracting attention (Non-patent Document 3).

Solid State Ionics,3−4,171−174,1981Solid State Ionics, 3-4, 171-174, 1981 J.Electrochem.Soc.,151(6),A914−A921,2004J. et al. Electrochem. Soc. , 151 (6), A914-A921,2004 J.Electrochem.Soc.,144(4),1188−1194,1997J. et al. Electrochem. Soc. 144 (4), 1188-1194, 1997

しかしながら、LiFePOは、1分子あたり1Li分しか可逆的に挿入及び脱離をすることができないため充放電容量が低く、高い充放電容量を達成するために1Li以上の脱離及び挿入が可能な正極活物質が求められている。However, since LiFePO 4 can reversibly insert and desorb only 1 Li + per molecule, its charge / discharge capacity is low, and in order to achieve a high charge / discharge capacity, desorption and insertion of 1 Li + or more are necessary. There is a need for possible positive electrode active materials.

本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン二次電池用正極活物質として有用な新規化合物を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such the present condition, and it aims at providing a novel compound useful as a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries.

本発明者らは、上記した本発明の課題を解決すべく鋭意検討を重ねてきた。その結果、特定の組成を有するリチウム鉄マンガン系複合酸化物の合成に成功した。さらに、当該リチウム鉄マンガン系複合酸化物は、リチウムイオンの挿入及び脱離が可能であり、リチウムイオン二次電池用正極活物質として使用できる程度に高い理論充放電容量を示すことを見出した。本発明者らは、これらの知見に基づいてさらなる研究を重ねることにより本発明を完成させるに至った。   The present inventors have intensively studied to solve the above-described problems of the present invention. As a result, we succeeded in synthesizing lithium iron manganese composite oxides with specific composition. Further, it has been found that the lithium iron manganese based composite oxide can insert and desorb lithium ions, and exhibits a theoretical charge / discharge capacity that is high enough to be used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. The present inventors have completed the present invention by conducting further research based on these findings.

即ち、本発明は、代表的には以下の項に記載の主題を包含する。
項1.
組成式:
Li1+mFeMn2−x4
[式中、mは0<m≦2を示す。xは0<x≦1を示す。]
で表されるリチウム鉄マンガン系複合酸化物。
項2.
正方晶構造又は立方晶構造を有する、上記項1に記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物。
項3.
岩塩型構造を有する、上記項1又は2に記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物。
項4.
平均粒子径が0.01〜50μmである、上記項1〜3のいずれかに記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物。
項5.
リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を加熱する工程を含む、上記項1〜4のいずれかに記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物の製造方法。
項6.
加熱温度が600℃以上である、上記項5に記載の方法。
項7.
上記項1〜4のいずれかに記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物を含む、リチウムイオン二次電池用正極活物質。
項8.
上記項7に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含む、リチウムイオン二次電池用正極。
項9.
さらに、導電助剤を含む、上記項8に記載のリチウムイオン二次電池用正極。
項10.
上記項8又は9に記載のリチウムイオン二次電池用正極を含む、リチウムイオン二次電池。
That is, the present invention typically includes the subject matters described in the following sections.
Item 1.
Composition formula:
Li 1 + m Fe x Mn 2-x O 4
[Wherein m represents 0 <m ≦ 2. x represents 0 <x ≦ 1. ]
Lithium iron manganese complex oxide represented by
Item 2.
Item 2. The lithium iron manganese composite oxide according to Item 1, which has a tetragonal structure or a cubic structure.
Item 3.
Item 3. The lithium iron manganese based composite oxide according to Item 1 or 2 having a rock salt structure.
Item 4.
Item 4. The lithium iron manganese composite oxide according to any one of Items 1 to 3, wherein the average particle size is 0.01 to 50 µm.
Item 5.
Item 5. The method for producing a lithium iron manganese-based composite oxide according to any one of Items 1 to 4, further comprising a step of heating a mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen.
Item 6.
Item 6. The method according to Item 5, wherein the heating temperature is 600 ° C or higher.
Item 7.
The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries containing the lithium iron manganese system complex oxide in any one of said claim | item 1-4.
Item 8.
The positive electrode for lithium ion secondary batteries containing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of said claim | item 7.
Item 9.
Furthermore, the positive electrode for lithium ion secondary batteries of the said claim | item 8 containing a conductive support agent.
Item 10.
The lithium ion secondary battery containing the positive electrode for lithium ion secondary batteries of said claim | item 8 or 9.

本発明のリチウム鉄マンガン系複合酸化物は、一つ以上のリチウムイオンを脱離及び挿入することができるため、リチウムイオン二次電池用正極活物質として使用することができる。特に、本発明のリチウム鉄マンガン系複合酸化物を正極活物質として用いることにより、高い充放電容量を発揮するリチウムイオン二次電池とすることができる。   The lithium iron manganese based composite oxide of the present invention can be used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery because it can desorb and insert one or more lithium ions. In particular, by using the lithium iron manganese based composite oxide of the present invention as a positive electrode active material, a lithium ion secondary battery exhibiting a high charge / discharge capacity can be obtained.

実施例1で得られたLiFeMnOのX線回折パターンを示す図である。 2 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of Li 2 FeMnO 4 obtained in Example 1. FIG. 実施例1において焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOのX線回折パターンと、他のリチウムマンガン系複合酸化物(LiNiMnO、LiCoMnO、及びLiMn)のX線回折パターンと比較した結果を示す図である。The X-ray diffraction pattern of Li 2 FeMnO 4 obtained when the firing temperature was set to 800 ° C. in Example 1 and other lithium manganese-based composite oxides (Li 2 NiMnO 4 , Li 2 CoMnO 4 , and Li 2 Mn it is a diagram showing the result of comparison with the X-ray diffraction pattern of the 2 O 4). 実施例1において焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOの走査型電子顕微鏡(SEM)による観察結果を示す図である。Is a diagram showing the observation results by the scanning electron microscope of Example 1 Li 2 FeMnO 4 that the firing temperature was obtained when the 800 ° C. In (SEM). 実施例2で用いた試験用セルの断面図である。3 is a cross-sectional view of a test cell used in Example 2. FIG. 実施例2で行った充放電特性の測定結果(0.05Cレート;55℃)を示す図である。It is a figure which shows the measurement result (0.05C rate; 55 degreeC) of the charging / discharging characteristic performed in Example 2. FIG. 実施例2で行った充放電特性の測定結果(0.05Cレート;25℃)を示す図である。It is a figure which shows the measurement result (0.05C rate; 25 degreeC) of the charging / discharging characteristic performed in Example 2. FIG. 実施例2で行った充放電特性の測定結果(0.1Cレート)を示す図である。It is a figure which shows the measurement result (0.1C rate) of the charging / discharging characteristic performed in Example 2. FIG. 実施例2で行ったカーボンとPVDFのみの電極の充放電特性の測定結果を示す。The measurement result of the charge / discharge characteristic of the electrode of only carbon and PVDF performed in Example 2 is shown. 実施例2で行ったレート特性の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the rate characteristic performed in Example 2. FIG. 実施例2で行った充放電特性の測定結果(0.05Cレート)を示す図である。なお、放電から開始した結果である。It is a figure which shows the measurement result (0.05C rate) of the charging / discharging characteristic performed in Example 2. FIG. In addition, it is the result which started from discharge. 比較例1で得られたLiFeMnOのX線回折パターンを示す図である。 4 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of LiFeMnO 4 obtained in Comparative Example 1. FIG. 比較例1において焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOの走査型電子顕微鏡(SEM)による観察結果を示す図である。It is a diagram showing the observation results by the scanning electron microscope LiFeMnO 4 obtained when the firing temperature was 800 ° C. (SEM) in Comparative Example 1. 比較例2で行った初期充放電特性の測定結果(0.05Cレート;55℃)を示す。The measurement result (0.05C rate; 55 degreeC) of the initial stage charge / discharge characteristic performed by the comparative example 2 is shown. 比較例2で行った高次サイクルにおける充放電特性の測定結果(0.05Cレート;55℃)を示す。The measurement result (0.05C rate; 55 degreeC) of the charging / discharging characteristic in the high order cycle performed by the comparative example 2 is shown.

以下、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書において、数値範囲を示す場合、当該数値範囲はいずれも両端の数値を含む。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present specification, when a numerical range is indicated, the numerical range includes both numerical values.

1.リチウム鉄マンガン系複合酸化物
本発明のリチウム鉄マンガン系複合酸化物は、組成式:
Li1+mFeMn2−x4
[式中、mは0<m≦2を示す。xは0<x≦1を示す。]
で表される化合物である。なお、以下において、当該化合物を「本発明の化合物」と記載する場合がある。
1. Lithium iron manganese composite oxide The lithium iron manganese composite oxide of the present invention has a composition formula:
Li 1 + m Fe x Mn 2-x O 4
[Wherein m represents 0 <m ≦ 2. x represents 0 <x ≦ 1. ]
It is a compound represented by these. Hereinafter, the compound may be referred to as “the compound of the present invention”.

上記組成式において、mは、0<m≦2であり、リチウムイオンの挿入及び脱離のし易さ、並びに容量及び電位の観点からは、0<m≦1.5が好ましく、0.5≦m≦1.5がより好ましく、0.75≦m≦1.25がさらに好ましい。xは、0<x≦1であり、リチウムイオンの挿入及び脱離のし易さ、並びに容量及び電位の観点からは、0.25≦x≦1が好ましく、0.5≦x≦1がより好ましく、0.75≦x≦1がさらに好ましい。   In the above composition formula, m is 0 <m ≦ 2, and 0 <m ≦ 1.5 is preferable from the viewpoint of easy insertion and desorption of lithium ions, capacity and potential, and 0.5 ≦ m ≦ 1.5 is more preferable, and 0.75 ≦ m ≦ 1.25 is more preferable. x is 0 <x ≦ 1, and 0.25 ≦ x ≦ 1 is preferable and 0.5 ≦ x ≦ 1 from the viewpoint of easy insertion and desorption of lithium ions, capacity and potential. More preferably, 0.75 ≦ x ≦ 1 is more preferable.

本発明の化合物としては、具体的には、LiFeMnOが挙げられる。The compound of the present invention, specifically, include Li 2 FeMnO 4.

本発明の化合物の結晶構造は、正方晶構造又は立方晶構造であることが好ましく、正方晶構造であることがより好ましい。特に、本発明の化合物は、正方晶構造又は立方晶構造が主相であることが好ましく、正方晶構造が主相であることがより好ましい。本発明の化合物において、主相である結晶構造の存在量は特に限定的ではなく、本発明の化合物全体を基準として80mol%以上であることが好ましく、90mol%以上であることがより好ましい。このため、本発明の化合物は、単相の結晶構造からなる材料とすることもできるし、本発明の効果を損なわない範囲で、他の結晶構造を有する材料とすることもできる。なお、本発明の化合物の結晶構造は、X線回折測定により確認することができる。また、本発明の化合物が正方晶構造である場合、岩塩型構造であることが好ましい。   The crystal structure of the compound of the present invention is preferably a tetragonal structure or a cubic structure, and more preferably a tetragonal structure. In particular, the compound of the present invention preferably has a tetragonal or cubic structure as the main phase, and more preferably has a tetragonal structure as the main phase. In the compound of the present invention, the abundance of the crystal structure as the main phase is not particularly limited, and is preferably 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more based on the whole compound of the present invention. For this reason, the compound of this invention can also be used as the material which consists of a single phase crystal structure, and can also be used as the material which has another crystal structure in the range which does not impair the effect of this invention. The crystal structure of the compound of the present invention can be confirmed by X-ray diffraction measurement. Moreover, when the compound of this invention is a tetragonal structure, it is preferable that it is a rock salt type structure.

本発明の化合物は、CuKα線によるX線回折図において、種々の位置にピークを有する。例えば、回折角2θが18〜20°、37〜39°、43〜45°、61〜68°、70〜77°、及び78〜82°等にピークを有することが好ましい。中でも、43〜45°に最も高いピークを、61〜68°に2番目に高いピークを有することが好ましい。   The compound of the present invention has peaks at various positions in the X-ray diffraction pattern by CuKα rays. For example, the diffraction angle 2θ preferably has a peak at 18 to 20 °, 37 to 39 °, 43 to 45 °, 61 to 68 °, 70 to 77 °, 78 to 82 °, and the like. Especially, it is preferable to have the highest peak at 43 to 45 ° and the second highest peak at 61 to 68 °.

本発明の化合物の平均粒子径は特に限定的ではなく、性能向上の観点から0.01〜50μmであることが好ましく、0.1〜50μmであることがより好ましく、0.5〜25μmであることがさらに好ましい。なお、本発明の化合物の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)により確認することができる。   The average particle size of the compound of the present invention is not particularly limited, and is preferably 0.01 to 50 μm, more preferably 0.1 to 50 μm, and more preferably 0.5 to 25 μm from the viewpoint of improving performance. More preferably. In addition, the average particle diameter of the compound of this invention can be confirmed with a scanning electron microscope (SEM).

2.リチウム鉄マンガン系複合酸化物の製造方法
本発明の化合物の製造方法は、リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を加熱する工程を含む。なお、以下において、本発明の化合物の製造方法を「本発明の製造方法」と記載する場合がある。
2. Method for Producing Lithium Iron Manganese Complex Oxide The method for producing the compound of the present invention includes a step of heating a mixture containing lithium, iron, manganese and oxygen. Hereinafter, the method for producing the compound of the present invention may be referred to as “the method for producing the present invention”.

本発明の製造方法において、リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を得るための原料化合物としては、最終的に混合物中にリチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とが所定の比率で含まれていればよく、例えば、リチウム含有化合物、鉄含有化合物、マンガン含有化合物、酸素含有化合物等を用いることができる。   In the production method of the present invention, as a raw material compound for obtaining a mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen, finally lithium, iron, manganese, and oxygen are contained in the mixture. For example, a lithium-containing compound, an iron-containing compound, a manganese-containing compound, an oxygen-containing compound, or the like can be used.

リチウム含有化合物、鉄含有化合物、マンガン含有化合物、酸素含有化合物等の各化合物の種類については特に限定的ではなく、リチウム、鉄、マンガン、及び酸素の各元素を1種類ずつ含む4種類又はそれ以上の化合物を混合して用いることもでき、また、リチウム、鉄、マンガン及び酸素のうち、2種類又はそれ以上の元素を同時に含む化合物を原料の一部として用い、4種類未満の化合物を混合して用いることもできる。   The type of each compound such as a lithium-containing compound, an iron-containing compound, a manganese-containing compound, and an oxygen-containing compound is not particularly limited, and four or more types including one element each of lithium, iron, manganese, and oxygen These compounds can also be used as a mixture, and a compound containing two or more elements at the same time among lithium, iron, manganese and oxygen is used as a part of the raw material, and less than four compounds are mixed. Can also be used.

これらの原料化合物としては、リチウム、鉄、マンガン、及び酸素以外の金属元素(特に、希少金属元素)を含まない化合物が好ましい。また、原料化合物中に含まれるリチウム、鉄、マンガン、及び酸素の各元素以外の元素については、後述する加熱処理により離脱又は揮発していくものであることが好ましい。   As these raw material compounds, compounds containing no metal elements other than lithium, iron, manganese, and oxygen (particularly rare metal elements) are preferable. Moreover, it is preferable that elements other than each element of lithium, iron, manganese, and oxygen contained in the raw material compound are separated or volatilized by a heat treatment described later.

このような原料化合物の具体例としては以下の化合物が挙げられる。   Specific examples of such raw material compounds include the following compounds.

リチウム含有化合物としては、金属リチウム(Li);酸化リチウム(LiO);臭化リチウム(LiBr);フッ化リチウム(LiF);ヨウ化リチウム(LiI);シュウ酸リチウム(Li);水酸化リチウム(LiOH);硝酸リチウム(LiNO);塩化リチウム(LiCl);炭酸リチウム(LiCO)などが挙げられる。Examples of the lithium-containing compound include metallic lithium (Li); lithium oxide (Li 2 O); lithium bromide (LiBr); lithium fluoride (LiF); lithium iodide (LiI); lithium oxalate (Li 2 C 2 O). 4 ); lithium hydroxide (LiOH); lithium nitrate (LiNO 3 ); lithium chloride (LiCl); lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and the like.

鉄含有化合物としては、金属鉄(Fe);酸化鉄(II)(FeO)、酸化鉄(III)(Fe)等の鉄酸化物;臭化鉄(II)(FeBr)、塩化鉄(II)(FeCl);水酸化鉄(II)(Fe(OH))、水酸化鉄(III)(Fe(OH))等の鉄水酸化物;炭酸鉄(II)(FeCO)、炭酸鉄(III)(Fe(CO)等の鉄炭酸塩;シュウ酸鉄(II)(FeC)等が挙げられる。Examples of the iron-containing compound include metallic iron (Fe); iron oxides such as iron oxide (II) (FeO) and iron oxide (III) (Fe 2 O 3 ); iron bromide (II) (FeBr 2 ), chloride Iron (II) (FeCl 2 ); Iron hydroxide (II) (Fe (OH) 2 ), Iron hydroxide (III) (Fe (OH) 3 ), etc .; Iron carbonate (II) (FeCO 3 ), iron carbonates such as iron (III) carbonate (Fe 2 (CO 3 ) 3 ); iron (II) oxalate (FeC 2 O 4 ) and the like.

マンガン含有化合物としては、金属マンガン(Mn);酸化マンガン(II)(MnO)、酸化マンガン(IV)(MnO)等のマンガン酸化物;水酸化マンガン(II)(Mn(OH))、水酸化マンガン(IV)(Mn(OH))等のマンガン水酸化物;炭酸マンガン(II)(MnCO)等のマンガン炭酸塩;シュウ酸マンガン(II)(MnC)等が挙げられる。Examples of manganese-containing compounds include manganese metal (Mn); manganese oxides such as manganese oxide (II) (MnO) and manganese oxide (IV) (MnO 2 ); manganese hydroxide (II) (Mn (OH) 2 ), Manganese hydroxides such as manganese hydroxide (IV) (Mn (OH) 4 ); manganese carbonates such as manganese carbonate (II) (MnCO 3 ); manganese (II) oxalate (MnC 2 O 4 ) and the like It is done.

酸素含有化合物としては、水酸化リチウム(LiOH);炭酸リチウム(LiCO);酸化鉄(II)(FeO)、酸化鉄(III)(Fe)等の鉄酸化物;水酸化鉄(II)(Fe(OH))、水酸化鉄(III)(Fe(OH))等の鉄水酸化物;炭酸鉄(II)(FeCO)、炭酸鉄(III)(Fe(CO)等の鉄炭酸塩;シュウ酸鉄(II)(FeC);酸化マンガン(II)(MnO)、酸化マンガン(IV)(MnO)等のマンガン酸化物;水酸化マンガン(II)(Mn(OH))、水酸化マンガン(IV)(Mn(OH))等のマンガン水酸化物;炭酸マンガン(II)(MnCO)等のマンガン炭酸塩;シュウ酸マンガン(II)(MnC)等が挙げられる。Examples of the oxygen-containing compound include lithium hydroxide (LiOH); lithium carbonate (Li 2 CO 3 ); iron oxides such as iron (II) oxide (FeO) and iron (III) oxide (Fe 2 O 3 ); Iron hydroxides such as iron (II) (Fe (OH) 2 ), iron hydroxide (III) (Fe (OH) 3 ); iron carbonate (II) (FeCO 3 ), iron carbonate (III) (Fe 2 Iron carbonates such as (CO 3 ) 3 ); iron (II) oxalate (FeC 2 O 4 ); manganese oxides such as manganese (II) oxide (MnO) and manganese (IV) oxide (MnO 2 ); water Manganese hydroxides such as manganese (II) oxide (Mn (OH) 2 ) and manganese hydroxide (IV) (Mn (OH) 4 ); manganese carbonates such as manganese (II) carbonate (MnCO 3 ); oxalic acid manganese (II) (MnC 2 O 4 ) , etc. And the like.

なお、これらの原料化合物は水和物を使用することもできる。   In addition, a hydrate can also be used for these raw material compounds.

また、本発明の製造方法において使用する原料化合物は、市販品を用いることもできるし、適宜合成して使用することもできる。各原料化合物を合成する場合の合成方法は特に限定的ではなく、公知の方法に従って行うことができる。   Moreover, the raw material compound used in the production method of the present invention can be a commercially available product, or can be appropriately synthesized and used. The synthesis method in the case of synthesizing each raw material compound is not particularly limited, and can be carried out according to a known method.

これら原料化合物の形状については特に制限されない。取り扱い易さ等の観点からは、粉末状であることが好ましい。また、反応性の観点からは、粒子が微細である方が好ましく、平均粒子径が1μm以下(好ましくは、10〜200nm程度、特に好ましくは60〜80nm程度)の粉末状であることがより好ましい。なお、原料化合物の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)により測定することができる。   The shape of these raw material compounds is not particularly limited. From the viewpoint of ease of handling and the like, a powder form is preferable. Further, from the viewpoint of reactivity, it is preferable that the particles are fine, and it is more preferable that the particles have a mean particle size of 1 μm or less (preferably about 10 to 200 nm, particularly preferably about 60 to 80 nm). . In addition, the average particle diameter of a raw material compound can be measured with a scanning electron microscope (SEM).

リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物は、上記した原料化合物のうち必要な材料を混合することにより得ることができる。   A mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen can be obtained by mixing necessary materials among the raw material compounds described above.

各原料化合物の混合割合については特に限定的ではなく、最終生成物である本発明の化合物が有する組成となるように混合することが好ましい。原料化合物の混合割合は、原料化合物に含まれる各元素の比率が、生成される本発明の化合物中の各元素の比率と同一となるようにすることが好ましい。   The mixing ratio of each raw material compound is not particularly limited, and it is preferable to mix so that the composition of the compound of the present invention as the final product is obtained. The mixing ratio of the raw material compounds is preferably such that the ratio of each element contained in the raw material compound is the same as the ratio of each element in the compound of the present invention to be produced.

リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を調製するための方法としては特に限定的ではなく、各原料化合物を均一に混合できる方法を採用することができる。例えば、乳鉢混合、メカニカルミリング処理、共沈法、各原料化合物を溶媒中に分散させた後に混合する方法、各原料化合物を溶媒中で一度に分散させて混合させる方法などを採用することができる。これらの中でも、乳鉢混合を採用することにより簡便な方法によって混合物を得ることができ、また、共沈法を採用することにより均一な混合物を得ることができる。   The method for preparing a mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen is not particularly limited, and a method that can uniformly mix each raw material compound can be employed. For example, mortar mixing, mechanical milling treatment, coprecipitation method, a method of mixing after each raw material compound is dispersed in a solvent, a method of dispersing each raw material compound at once in a solvent and mixing, etc. can be adopted. . Among these, a mixture can be obtained by a simple method by employing mortar mixing, and a uniform mixture can be obtained by employing a coprecipitation method.

また、混合手段としてメカニカルミリング処理を行う場合、メカニカルミリング装置としては、例えば、ボールミル、振動ミル、ターボミル、ディスクミル等を用いることができ、中でもボールミルが好ましい。また、メカニカルミリング処理を行う場合には、混合と加熱を同時に行うことが好ましい。   Moreover, when performing a mechanical milling process as a mixing means, as a mechanical milling apparatus, a ball mill, a vibration mill, a turbo mill, a disk mill etc. can be used, for example, A ball mill is especially preferable. Moreover, when performing a mechanical milling process, it is preferable to perform mixing and a heating simultaneously.

混合時及び加熱時の雰囲気は不活性雰囲気であれば特に限定的ではなく、例えば、アルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気、水素ガス雰囲気などを採用することができる。また、真空等の減圧下で混合及び加熱を行ってもよい。   The atmosphere during mixing and heating is not particularly limited as long as it is an inert atmosphere. For example, an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen, a hydrogen gas atmosphere, or the like can be employed. Further, mixing and heating may be performed under reduced pressure such as vacuum.

リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を加熱する際に、加熱温度としては特に限定的ではなく、得られる本発明の化合物の結晶性及び電極特性(容量及び電位)をより向上させる観点から、600℃以上とすることが好ましく、700℃以上とすることがより好ましく、800℃以上とすることがさらに好ましく、900℃以上とすることが特に好ましい。なお、加熱温度の上限については特に限定的ではなく、本発明の化合物の製造を容易に行うことができる程度の温度(例えば、1500℃程度)であればよい。換言すると、加熱温度としては、600〜1500℃とすることが好ましく、700〜1500℃とすることがより好ましく、800〜1500℃とすることがさらに好ましく、900〜1500℃とすることが特に好ましい。   When heating a mixture containing lithium, iron, manganese and oxygen, the heating temperature is not particularly limited, and the crystallinity and electrode characteristics (capacity and potential) of the resulting compound of the present invention are further improved. In view of the above, it is preferably 600 ° C. or higher, more preferably 700 ° C. or higher, further preferably 800 ° C. or higher, and particularly preferably 900 ° C. or higher. The upper limit of the heating temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which the compound of the present invention can be easily produced (for example, about 1500 ° C.). In other words, the heating temperature is preferably 600 to 1500 ° C, more preferably 700 to 1500 ° C, still more preferably 800 to 1500 ° C, and particularly preferably 900 to 1500 ° C. .

3.リチウムイオン二次電池用正極活物質
本発明の化合物は、上記した組成及び結晶構造を有しているため、リチウムイオンを挿入及び脱離できることから、リチウムイオン二次電池用正極活物質として用いることができる。従って、本発明は、上記した本発明の化合物を含むリチウムイオン二次電池用正極活物質を包含する。なお、以下において、本発明の化合物を含むリチウムイオン二次電池用正極活物質を「本発明の正極活物質」と記載する場合がある。
3. Positive electrode active material for lithium ion secondary battery Since the compound of the present invention has the composition and crystal structure described above, lithium ions can be inserted and desorbed. Therefore, the positive electrode active material for lithium ion secondary battery should be used. Can do. Therefore, this invention includes the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries containing the compound of this invention mentioned above. In the following, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery containing the compound of the present invention may be referred to as “the positive electrode active material of the present invention”.

本発明の正極活物質は、上記した本発明の化合物と炭素材料(例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラックなどの材料)とが複合体を形成していてもよい。これにより、焼成時に炭素材料が粒子成長を抑制するため、電極特性に優れた微粒子のリチウムイオン二次電池用正極活物質を得ることが可能となる。この場合、炭素材料の含有量は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質中に好ましくは1〜30質量%、より好ましくは3〜20質量%、特に好ましくは5〜15質量%である。   In the positive electrode active material of the present invention, the above-described compound of the present invention and a carbon material (for example, a material such as carbon black such as acetylene black) may form a composite. Thus, since the carbon material suppresses particle growth during firing, it is possible to obtain a fine electrode positive electrode active material for a lithium ion secondary battery having excellent electrode characteristics. In this case, the content of the carbon material is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 3 to 20% by mass, and particularly preferably 5 to 15% by mass in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention. is there.

本発明の正極活物質は、上記した本発明の化合物を含有している。本発明の正極活物質は、上記した本発明の化合物のみで構成されていてもよいし、本発明の化合物の他に不可避不純物を含んでいてもよい。このような不可避不純物としては、上記した原料化合物などを挙げられる。不可避不純物の含有量としては、本発明の効果を損なわない範囲で、10mol%以下、好ましくは5mol%以下、より好ましくは2mol%以下である。   The positive electrode active material of the present invention contains the above-described compound of the present invention. The positive electrode active material of the present invention may be composed of only the compound of the present invention described above, or may contain inevitable impurities in addition to the compound of the present invention. Examples of such inevitable impurities include the raw material compounds described above. The content of inevitable impurities is 10 mol% or less, preferably 5 mol% or less, more preferably 2 mol% or less, as long as the effects of the present invention are not impaired.

4.リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池
本発明のリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池は、上記した本発明の化合物を正極活物質として使用すること以外は、基本的な構造は、公知の非水電解液(非水系)リチウムイオン二次電池用正極及び非水電解液(非水系)リチウムイオン二次電池と同様の構成を採用することができる。例えば、正極、負極、及びセパレータを、当該正極及び負極がセパレータによって互いに隔離されるように電池容器内に配置することができる。その後、非水電解液を当該電池容器内に充填した後、当該電池容器を密封することなどによって本発明のリチウムイオン二次電池を製造することができる。なお、本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウム二次電池であってもよい。本明細書において、「リチウムイオン二次電池」は、リチウムイオンをキャリアイオンとする二次電池を意味し、「リチウム二次電池」は、負極活物質としてリチウム金属又はリチウム合金を使用する二次電池を意味する。
4). Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery The positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery of the present invention are basically the same except that the above-described compound of the present invention is used as a positive electrode active material. Such a structure can employ the same structure as a known positive electrode for a non-aqueous electrolyte (non-aqueous) lithium ion secondary battery and a non-aqueous electrolyte (non-aqueous) lithium ion secondary battery. For example, the positive electrode, the negative electrode, and the separator can be disposed in the battery container such that the positive electrode and the negative electrode are separated from each other by the separator. Thereafter, the lithium ion secondary battery of the present invention can be manufactured by, for example, sealing the battery container after filling the battery container with the nonaqueous electrolytic solution. The lithium ion secondary battery of the present invention may be a lithium secondary battery. In the present specification, “lithium ion secondary battery” means a secondary battery using lithium ions as carrier ions, and “lithium secondary battery” means a secondary that uses lithium metal or a lithium alloy as a negative electrode active material. Means battery.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、上記した本発明の化合物を含む正極活物質を正極集電体に担持した構造を採用することができる。例えば、上記した本発明の化合物、導電助剤、及び必要に応じて結着剤を含有する正極材料を、正極集電体に塗布することにより製造することができる。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention can employ a structure in which a positive electrode active material containing the above-described compound of the present invention is supported on a positive electrode current collector. For example, the positive electrode material containing the above-described compound of the present invention, a conductive additive, and, if necessary, a binder can be produced by applying to a positive electrode current collector.

導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、気相法炭素繊維、カーボンナノファイバー、黒鉛、コークス類等の炭素材料を用いることができる。導電助剤の形状は特に限定的ではなく、例えば、粉末状等を採用することができる。   As the conductive aid, for example, a carbon material such as acetylene black, ketjen black, carbon nanotube, vapor grown carbon fiber, carbon nanofiber, graphite, coke or the like can be used. The shape of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, and for example, a powder form can be adopted.

結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を用いることができる。   As the binder, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride resin or polytetrafluoroethylene can be used.

正極材料中の各種成分の含有量としては特に限定的ではなく、広い範囲内から適宜決定することができる。例えば、上記した本発明の化合物を50〜95体積%(特に、70〜90体積%)、導電助剤を2.5〜25体積%(特に、5〜15体積%)、及び結着剤を2.5〜25体積%(特に、5〜15体積%)含有することが好ましい。   The content of various components in the positive electrode material is not particularly limited, and can be appropriately determined from a wide range. For example, 50 to 95% by volume (particularly 70 to 90% by volume) of the above-described compound of the present invention, 2.5 to 25% by volume (particularly 5 to 15% by volume) of a conductive auxiliary agent, and a binder. It is preferable to contain 2.5-25 volume% (especially 5-15 volume%).

正極集電体を構成する材料としては、例えば、アルミニウム、白金、モリブデン、ステンレス等が挙げられる。正極集電体の形状としては、例えば、多孔質体、箔、板、繊維からなるメッシュ等が挙げられる。   Examples of the material constituting the positive electrode current collector include aluminum, platinum, molybdenum, and stainless steel. Examples of the shape of the positive electrode current collector include a porous body, a foil, a plate, and a mesh made of fibers.

なお、正極集電体に対する正極材料の塗布量は特に限定的ではなく、リチウムイオン二次電池の用途等に応じて適宜決定することが好ましい。   Note that the amount of the positive electrode material applied to the positive electrode current collector is not particularly limited, and is preferably determined as appropriate according to the use of the lithium ion secondary battery.

負極を構成する負極活物質としては、例えば、リチウム金属;ケイ素;ケイ素含有Clathrate化合物;リチウム合金;M (M:Co、Ni、Mn、Sn等、M:Mn、Fe、Zn等)で表される三元又は四元酸化物;M (M:Fe、Co、Ni、Mn等)、M (M:Fe、Co、Ni、Mn等)、MnV、M(M:Sn、Ti等)、MO(M:Fe、Co、Ni、Mn、Sn、Cu等)等で表される金属酸化物;黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラフェン;上記した炭素材料;Li、Li、Li16などのような有機系化合物等が挙げられる。Examples of the negative electrode active material constituting the negative electrode include lithium metal; silicon; silicon-containing acrylate compound; lithium alloy; M 1 M 2 2 O 4 (M 1 : Co, Ni, Mn, Sn, etc., M 2 : Mn, Ternary or quaternary oxides represented by Fe, Zn, etc .; M 3 3 O 4 (M 3 : Fe, Co, Ni, Mn, etc.), M 4 2 O 3 (M 4 : Fe, Co, Ni) , Mn, etc.), MnV 2 O 6 , M 5 O 2 (M 5 : Sn, Ti etc.), M 6 O (M 6 : Fe, Co, Ni, Mn, Sn, Cu etc.) Oxides; graphite, hard carbon, soft carbon, graphene; carbon materials described above; organic systems such as Li 2 C 6 H 4 O 4 , Li 2 C 8 H 4 O 4 , Li 2 C 16 H 8 O 4 Compounds and the like.

リチウム合金としては、例えば、リチウム及びアルミニウムを構成元素として含む合金、リチウム及び亜鉛を構成元素として含む合金、リチウム及び鉛を構成元素として含む合金、リチウム及びマンガンを構成元素として含む合金、リチウム及びビスマスを構成成分として含む合金、リチウム及びニッケルを構成元素として含む合金、リチウム及びアンチモンを構成元素として含む合金、リチウム及びスズを構成元素として含む合金、リチウム及びインジウムを構成元素として含む合金;金属(スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル等)とカーボンを構成元素として含むMXene系合金、M BC系合金(M:Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta等)等の四元系層状炭化又は窒化化合物等が挙げられる。Examples of lithium alloys include alloys containing lithium and aluminum as constituent elements, alloys containing lithium and zinc as constituent elements, alloys containing lithium and lead as constituent elements, alloys containing lithium and manganese as constituent elements, lithium and bismuth. Alloys containing lithium and nickel as constituent elements, alloys containing lithium and antimony as constituent elements, alloys containing lithium and tin as constituent elements, alloys containing lithium and indium as constituent elements; metal (scandium) , Titanium, vanadium, chromium, zirconium, niobium, molybdenum, hafnium, tantalum, and the like) and carbon containing MXene alloy, M 7 x BC 3 alloy (M 7 : Sc, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf Ta, etc.) quaternary layered carbide or nitride compounds such like.

負極は、負極活物質から構成することもでき、また、負極活物質、導電助剤、及び必要に応じて結着剤を含有する負極材料が負極集電体上に担持する構成を採用することもできる。負極材料が負極集電体上に担持する構成を採用する場合、負極活物質、導電助剤、及び必要に応じて結着剤を含有する負極合剤を、負極集電体に塗布することで製造することができる。   The negative electrode can be composed of a negative electrode active material, and a configuration in which a negative electrode material containing a negative electrode active material, a conductive additive, and a binder as required is supported on the negative electrode current collector is adopted. You can also. When adopting a configuration in which the negative electrode material is supported on the negative electrode current collector, a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a conductive additive, and a binder as necessary is applied to the negative electrode current collector. Can be manufactured.

負極が負極活物質から構成する場合、上記の負極活物質を電極に適した形状(板状等)
に成形して得ることができる。
When the negative electrode is composed of a negative electrode active material, the above negative electrode active material has a shape suitable for an electrode (plate shape, etc.)
It can be obtained by molding.

また、負極材料が負極集電体上に担持する構成を採用する場合、導電助剤及び結着剤の種類、並びに負極活物質、導電助剤及び結着剤の含有量は上記した正極のものを適用することができる。負極集電体を構成する材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等が挙げられる。前記負極集電体の形状としては、例えば、多孔質体、箔、板、繊維からなるメッシュ等が挙げられる。なお、負極集電体に対する負極材料の塗布量は、リチウムイオン二次電池の用途等に応じて適宜決定することが好ましい。   In addition, when adopting a configuration in which the negative electrode material is supported on the negative electrode current collector, the types of the conductive auxiliary agent and the binder, and the negative electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder content are those of the positive electrode described above. Can be applied. Examples of the material constituting the negative electrode current collector include aluminum, copper, nickel, and stainless steel. Examples of the shape of the negative electrode current collector include a porous body, a foil, a plate, and a mesh made of fibers. In addition, it is preferable to determine suitably the application quantity of the negative electrode material with respect to a negative electrode collector according to the use etc. of a lithium ion secondary battery.

セパレータとしては、電池中で正極と負極とを隔離し、かつ電解液を保持して正極と負極との間のイオン伝導性を確保することができる材料からなるものであれば制限はない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、末端アミノ化ポリエチレンオキシド等のポリオレフィン樹脂;ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂;アクリル樹脂;ナイロン;芳香族アラミド;無機ガラス;セラミックス等の材質からなり、多孔質膜、不織布、織布等の形態の材料を用いることができる。   The separator is not limited as long as it is made of a material that can separate the positive electrode and the negative electrode in the battery and can hold the electrolytic solution to ensure the ionic conductivity between the positive electrode and the negative electrode. For example, polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, polyimide, polyvinyl alcohol, terminal aminated polyethylene oxide; fluorine resin such as polytetrafluoroethylene; acrylic resin; nylon; aromatic aramid; inorganic glass; Materials in the form of a membrane, nonwoven fabric, woven fabric, etc. can be used.

非水電解液は、リチウムイオンを含む電解液が好ましい。このような電解液としては、例えば、リチウム塩の溶液、リチウムを含む無機材料で構成されるイオン液体等が挙げられる。   The nonaqueous electrolytic solution is preferably an electrolytic solution containing lithium ions. Examples of such an electrolytic solution include a lithium salt solution, an ionic liquid composed of an inorganic material containing lithium, and the like.

リチウム塩としては、例えば、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム等のハロゲン化リチウム、過塩素酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、ヘキサフルオロヒ酸リチウム等のリチウム無機塩化合物;ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドリチウム、ビス(パフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム、安息香酸リチウム、サリチル酸リチウム、フタル酸リチウム、酢酸リチウム、プロピオン酸リチウム、グリニャール試薬等のリチウム有機塩化合物等が挙げられる。   Examples of lithium salts include lithium halides such as lithium chloride, lithium bromide, and lithium iodide; lithium inorganic salts such as lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, and lithium hexafluoroarsenate. Compound: Lithium organic salt compounds such as bis (trifluoromethylsulfonyl) imide lithium, bis (perfluoroethanesulfonyl) imide lithium, lithium benzoate, lithium salicylate, lithium phthalate, lithium acetate, lithium propionate, Grignard reagent, etc. Can be mentioned.

また、溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメトルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート化合物;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン化合物;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メトキシメタン、グライム、ジメトキシエタン、ジメトキメタン、ジエトキメタン、ジエトキエタン、プロピレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル化合物;アセトニトリル;N,N−ジメチルホルムアミド;N−プロピル−N−メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等が挙げられる。   Examples of the solvent include carbonate compounds such as propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethol carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate; lactone compounds such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, diethyl Ether compounds such as ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, methoxymethane, glyme, dimethoxyethane, dimethoxymethane, dietoxmethane, dietochiethane, propylene glycol dimethyl ether; acetonitrile; N, N-dimethylformamide; N-propyl-N-methylpyrrolidinium bis (Trifluoromethanesulfonyl) imide etc. are mentioned.

また、上記非水電解液の代わりに固体電解質を使用することもできる。固体電解質としては、例えば、Li10GeP12、Li11、LiLaZr12、La0.51Li0.34TiO2.94等のリチウムイオン伝導体等が列挙される。Further, a solid electrolyte can be used instead of the non-aqueous electrolyte. Examples of the solid electrolyte include lithium ion conductors such as Li 10 GeP 2 S 12 , Li 7 P 3 S 11 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94, and the like. Enumerated.

このような本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明の化合物が用いられているので、酸化還元反応(充放電反応)に際し、より高い電位及びエネルギー密度を確保することができ、しかも、安全性(ポリアニオン骨格)及び実用性に優れる。したがって、本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、小型化及び高性能化が求められるデバイス等に好適に用いることができる。   In such a lithium ion secondary battery of the present invention, since the compound of the present invention is used, a higher potential and energy density can be ensured in the oxidation-reduction reaction (charge / discharge reaction), and safety is ensured. Excellent (polyanion skeleton) and practicality. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention can be suitably used, for example, for devices that are required to be downsized and high performance.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to the following example.

実施例1:Li FeMnO の合成
原料粉体として、LiCO(レアメタリック社製;99.9%(3N))、Fe・2HO(純正化学社製;99.9%(3N))、及びMnO(レアメタリック社製;99.99%(4N))を用いた。LiCO、Fe・2HO、及びMnOをリチウム:鉄:マンガン(モル比)が2:1:1となるように秤量し、ジルコニアボール(15mmΦ×10個)と共にクロム鋼製容器に入れ、アセトンを加えて遊星ボールミル(Fritsch社製、商品名:P−6)にて、400rpmで24時間粉砕混合した。その後、減圧下でアセトンを除去した後、回収した粉末を手押しでペレット成型し、アルゴン気流下にて600℃、700℃、800℃、900℃、又は1000℃で1時間焼成した。このとき、昇温速度を400℃/hとした。また、冷却速度は300℃まで100℃/hとし、以降は自然冷却により室温まで放冷した。得られた各生成物(LiFeMnO)を粉末X線回折(XRD)により確認した。結果を図1に示す。
Example 1: As a synthetic raw material powder of Li 2 FeMnO 4 , Li 2 CO 3 (manufactured by Rare Metallic; 99.9% (3N)), Fe 2 C 2 O 4 .2H 2 O (manufactured by Junsei Kagaku); 99.9% (3N)) and MnO 2 (Rare Metallic; 99.99% (4N)) were used. Li 2 CO 3 , Fe 2 C 2 O 4 .2H 2 O, and MnO 2 were weighed so that lithium: iron: manganese (molar ratio) was 2: 1: 1, and zirconia balls (15 mmΦ × 10) The mixture was placed in a chrome steel container, added with acetone, and pulverized and mixed at 400 rpm for 24 hours in a planetary ball mill (manufactured by Fritsch, trade name: P-6). Then, after removing acetone under reduced pressure, the recovered powder was pelleted by hand pressing and calcined at 600 ° C., 700 ° C., 800 ° C., 900 ° C., or 1000 ° C. for 1 hour under an argon stream. At this time, the temperature rising rate was 400 ° C./h. The cooling rate was set to 100 ° C./h up to 300 ° C., and thereafter, the mixture was naturally cooled to room temperature. Each obtained product (Li 2 FeMnO 4 ) was confirmed by powder X-ray diffraction (XRD). The results are shown in FIG.

なお、粉末X線回折(XRD)測定には、X線回折測定装置(リガク社製、商品名:RINT2200)を使用し、X線源はモノクロメーターで単色化されたCuKαを使用した。測定条件は、管電圧を5kV、管電流を300mAとしてデータ収集を行った。このとき、強度を約10000カウントとなるよう、走査速度を設定した。また、測定に使用する試料は粒子が均一となるように十分に粉砕した。構造解析には、リートベルト解析を行い、解析プログラムにはJANA−2006を使用した。   In addition, for powder X-ray diffraction (XRD) measurement, an X-ray diffraction measurement apparatus (manufactured by Rigaku Corporation, trade name: RINT2200) was used, and an X-ray source was CuKα monochromatized with a monochromator. Data were collected under the measurement conditions of a tube voltage of 5 kV and a tube current of 300 mA. At this time, the scanning speed was set so that the intensity was about 10,000 counts. The sample used for measurement was sufficiently pulverized so that the particles were uniform. Rietveld analysis was performed for the structural analysis, and JANA-2006 was used as the analysis program.

図1から、焼成温度が600℃以上である場合には、少なくとも2θ値30〜65°に複数の主要ピークが見られることが確認された。これらのピークは、単相のLiFeMnOに対応することから、生成物として単相のLiFeMnOが得られていることが分かった。また、前記2θ値35〜65°に見られるピークは、焼成温度が高いほど強いピークとなっていることから、焼成温度は高い方が好ましいことが分かった。From FIG. 1, it was confirmed that when the firing temperature was 600 ° C. or higher, a plurality of main peaks were observed at least at 2θ values of 30 to 65 °. These peaks, since it corresponds to the Li 2 FeMnO 4 single-phase, Li 2 FeMnO 4 single-phase is found to be obtained as a product. Moreover, since the peak seen in the said 2 (theta) value 35-65 degree becomes a strong peak, so that baking temperature is high, it turned out that the one where baking temperature is higher is preferable.

また、図1から、得られたLiFeMnOの結晶は、粉末X線回折によるX線回折パターンにおいて、2θで表される回折角度が18〜20°、37〜39°、43〜45°、61〜68°、70〜77°、及び78〜82°にピークを有することが分かった。当該結果から、得られたLiFeMnOの結晶は、正方晶構造(空間群P4/nbm)を有し、格子定数がa=b=3.596〜3.610Å、c=14.366〜14.498Å、α=β=γ=90°であり、単位格子体積(V)が187.2〜187.5Åである結晶であることが分かった。また、c/a=3.9950であることから、得られたLiFeMnOの結晶は、岩塩型構造を有することが分かった。Also, from FIG. 1, the obtained Li 2 FeMnO 4 crystal has a diffraction angle represented by 2θ of 18 to 20 °, 37 to 39 °, and 43 to 45 ° in an X-ray diffraction pattern by powder X-ray diffraction. , 61-68 °, 70-77 °, and 78-82 °. From the results, the obtained crystal of Li 2 FeMnO 4 has a tetragonal structure (space group P4 / nbm), and the lattice constants are a = b = 3.596 to 3.610Å, c = 14.366 to 14.498A, an α = β = γ = 90 ° , the unit cell volume (V) was found to be crystalline is 187.2~187.5Å 3. Further, since it is c / a = 3.9950, the resulting Li 2 FeMnO 4 crystal was found to have a rock-salt structure.

さらに、焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOと、他の既知のリチウムマンガン系複合酸化物(LiNiMnO、LiCoMnO、及びLiMn)とのX線回折パターンを比較した結果を図2に示す。なお、LiNiMnO、LiCoMnO、及びLiMnは、原料化合物を変更したこと以外は上記と同様の方法で合成した試料である。また、LiFeMnO、LiNiMnO、LiCoMnO、及びLiMn、並びにその他の鉄マンガン系複合酸化物(KFeMnO、NaFeMnO、MgFeMnO、LiFeMnO)の各格子定数の比較を下記表1に示す。Furthermore, Li 2 FeMnO 4 obtained when the firing temperature is 800 ° C., and other known lithium manganese based composite oxides (Li 2 NiMnO 4 , Li 2 CoMnO 4 , and Li 2 Mn 2 O 4 ) The result of comparing the X-ray diffraction patterns is shown in FIG. Incidentally, Li 2 NiMnO 4, Li 2 CoMnO 4, and Li 2 Mn 2 O 4, except that changing the starting compound is a sample synthesized in the same manner as described above. In addition, Li 2 FeMnO 4 , Li 2 NiMnO 4 , Li 2 CoMnO 4 , and Li 2 Mn 2 O 4 , and other iron-manganese composite oxides (K 2 FeMnO 4 , Na 2 FeMnO 4 , MgFeMnO 4 , LiFeMnO 4) Table 1 below shows a comparison of the lattice constants.

Figure 2017119411
Figure 2017119411

図2から、LiFeMnOと、他のリチウムマンガン系複合酸化物(LiNiMnO、LiCoMnO、及びLiMn)とは、全く異なるX線回折パターンを示すことが確認された。From FIG. 2, it can be seen that Li 2 FeMnO 4 and other lithium manganese based composite oxides (Li 2 NiMnO 4 , Li 2 CoMnO 4 , and Li 2 Mn 2 O 4 ) exhibit completely different X-ray diffraction patterns. confirmed.

さらに、焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOを走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。結果を図3に示す。なお、図3中、スケールバーは7.69μmを示す。図3から、粒子径約1〜20μmのLiFeMnOが得られていることが分かった。Furthermore, Li 2 FeMnO 4 obtained when the firing temperature was 800 ° C. was observed with a scanning electron microscope (SEM). The results are shown in FIG. In FIG. 3, the scale bar indicates 7.69 μm. From FIG. 3, it was found that Li 2 FeMnO 4 having a particle diameter of about 1 to 20 μm was obtained.

実施例2:充放電特性の測定
充放電測定を行うために、上記実施例1において焼成温度800℃の場合に得られたLiFeMnO、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及びアセチレンブラック(AB)が体積比85:7.5:7.5となるようにめのう乳鉢で混合し、得られたスラリーを正極集電体であるアルミニウム箔(厚さ20μm)上に塗布し、これを直径8mmの円形に打ち抜き、正極とした。また、試料が正極集電体から剥がれないようにするため、30〜40mPaで圧着した。
Example 2: Measurement of charge / discharge characteristics In order to perform charge / discharge characteristics, Li 2 FeMnO 4 , polyvinylidene fluoride (PVDF), and acetylene black (AB) obtained at the firing temperature of 800 ° C in Example 1 above. Were mixed in an agate mortar so that the volume ratio was 85: 7.5: 7.5, and the resulting slurry was applied onto an aluminum foil (thickness 20 μm) as a positive electrode current collector, It was punched into a circle and used as a positive electrode. Moreover, in order to prevent a sample from peeling from a positive electrode electrical power collector, it crimped | bonded by 30-40 mPa.

負極には14mmφで打ち抜いた金属リチウムを使用し、セパレータは18mmφで切り抜いた多孔質膜(商品名:celgard 2500)を2枚使用した。電解液は、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を体積比1:2で混合した溶媒に支持電解質としてLiPFを1mol/dmの濃度で溶解した電解液(岸田化学社製)を使用した。電池の作製は、金属リチウムを使用すること、及び電解液に水分が混入した場合に抵抗増分増加の要因となること等の理由により、アルゴン雰囲気下のグローブブックス内で行った。セルは、図4に示すCR2032型コインセルを用いた。定電流充放電特性の測定は、0.05Cレート又は0.1Cレートで、電圧切り替え器を用い、電流10mA/g、上限電圧4.8V、下限電圧1.5Vに設定し、充電より開始した。また、充放電測定は、55℃恒温槽内にセルを入れた状態又は室温(25℃)で行った。0.05Cレート(55℃)での充放電特性の測定結果(各サイクルと放電容量との関係)を図5に、0.05Cレート(25℃)での充放電特性の測定結果(各サイクルと放電容量との関係)を図6に、0.1Cレート(55℃)での充放電特性の測定結果(各サイクルと放電容量との関係)を図7に示す。なお、Cレートとは電極活物質から理論容量分の充放電を1時間で行うのに必要な電流密度のことをいう。Metal lithium punched out at 14 mmφ was used for the negative electrode, and two porous membranes (trade name: celgard 2500) cut out at 18 mmφ were used as the separator. The electrolytic solution is an electrolytic solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) in which LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1 mol / dm 3 as a supporting electrolyte in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 1: 2. used. The battery was produced in Globe Books under an argon atmosphere because of the use of metallic lithium and the cause of increased resistance when water was mixed in the electrolyte. As the cell, a CR2032-type coin cell shown in FIG. 4 was used. The measurement of the constant current charge / discharge characteristics was started from charging at a 0.05C rate or a 0.1C rate, using a voltage switch, setting a current of 10 mA / g, an upper limit voltage of 4.8 V, and a lower limit voltage of 1.5 V. . The charge / discharge measurement was performed in a state where the cell was placed in a 55 ° C. constant temperature bath or at room temperature (25 ° C.). Fig. 5 shows the measurement results of charge / discharge characteristics at 0.05C rate (55 ° C) (relationship between each cycle and discharge capacity), and the measurement results of charge / discharge characteristics at 0.05C rate (25 ° C) (each cycle). 6 shows the relationship between the discharge capacity and the discharge capacity, and FIG. 7 shows the measurement results of the charge / discharge characteristics at the 0.1 C rate (55 ° C.) (the relation between each cycle and the discharge capacity). The C rate refers to the current density required to charge / discharge the theoretical capacity from the electrode active material in one hour.

図5に示すように、0.05Cレート(55℃)において初期充電容量は280mAh/g(約1.9Li分)であり、LiFeMnOの理論容量は約285mAh/gであることから、理論容量に極めて近い値が得られたことが分かった。また、平均作動電圧は2.8Vであり、かつ可逆的に引き出せる充放電容量は約250mAh/g(約1.8Li分)である。これは700Wh/kgに相当するエネルギー密度であり、LiFeMnOは高容量・高エネルギー密度を有する正極活物質として大いに期待される。また、図6から、室温においてはせいぜい1Li分の容量しか可逆的に脱離・挿入しないことが確認された。当該結果から、LiFeMnOは、作動温度を上げることによって性能を最大に引き出せることが分かった。さらに、図7から、0.1Cレートにおいて初期放電と高次サイクルに良好なサイクル特性が得られることが分かった。また、0.1Cレートにおいて引き出せる容量は約200mAh/gであることが分かった。As shown in FIG. 5, the initial charge capacity is 280 mAh / g (about 1.9 Li + min) at a 0.05 C rate (55 ° C.), and the theoretical capacity of Li 2 FeMnO 4 is about 285 mAh / g. It was found that a value very close to the theoretical capacity was obtained. The average operating voltage is 2.8 V, and the charge / discharge capacity that can be reversibly extracted is about 250 mAh / g (about 1.8 Li + min). This is an energy density corresponding to 700 Wh / kg, and Li 2 FeMnO 4 is highly expected as a positive electrode active material having a high capacity and a high energy density. Further, from FIG. 6, it was confirmed that at room temperature, only a capacity of 1 Li + was reversibly removed / inserted at most. From the results, it was found that Li 2 FeMnO 4 can maximize the performance by raising the operating temperature. Further, FIG. 7 shows that good cycle characteristics can be obtained for the initial discharge and the high-order cycle at the 0.1 C rate. Moreover, it turned out that the capacity | capacitance which can be pulled out at 0.1 C rate is about 200 mAh / g.

また、LiFeMnOを用いないこと以外は上記と同様にして正極を作製し、上記と同様の条件によりC/20レート(55℃)で充放電試験を行った。結果を図8に示す。A positive electrode was prepared in the same manner as described above except that Li 2 FeMnO 4 was not used, and a charge / discharge test was performed at a C / 20 rate (55 ° C.) under the same conditions as described above. The results are shown in FIG.

図8から、LiFeMnOを用いない電極では充放電容量が得られないことが確認された。図5と図8とを比較することにより、図5において示された高い充放電容量は、LiFeMnOに由来するものであることが分かった。From FIG. 8, it was confirmed that a charge / discharge capacity could not be obtained with an electrode not using Li 2 FeMnO 4 . By comparing FIG. 5 with FIG. 8, it was found that the high charge / discharge capacity shown in FIG. 5 was derived from Li 2 FeMnO 4 .

さらに、LiFeMnOのレート特性を検討した。具体的には、0.05Cレートで充電を行った後、0.05Cレート、0.1Cレート、又は0.2Cレートにおける初回放電容量を測定した。結果を図9に示す。Furthermore, the rate characteristics of Li 2 FeMnO 4 were examined. Specifically, after charging at a 0.05 C rate, the initial discharge capacity at a 0.05 C rate, a 0.1 C rate, or a 0.2 C rate was measured. The results are shown in FIG.

図9から、0.1Cレートにおいて得られる容量は225mAh/gであり、0.2Cレートにおいて得られる容量は100mAh/gであった。これらの結果から、LiFeMnOは、良好なレート特性を示すことが分かった。From FIG. 9, the capacity obtained at the 0.1 C rate was 225 mAh / g, and the capacity obtained at the 0.2 C rate was 100 mAh / g. From these results, it was found that Li 2 FeMnO 4 exhibits good rate characteristics.

また、0.05Cレートで、放電から開始したこと以外は上記と同様にして電流充放電特性の測定を行った。結果を図10に示す。   Further, the current charge / discharge characteristics were measured in the same manner as described above except that the discharge was started at 0.05 C rate. The results are shown in FIG.

図10から、初期放電後、LiFeMnOから引き出せる容量は約360mAh/gであった。当該結果から、LiFeMnOを初回放電する、即ち、さらにリチウムを挿入すると、より高い容量が得られることが分かった。従って、LiFeMnOは、高容量の正極活物質として大いに期待される。From FIG. 10, the capacity that can be extracted from Li 2 FeMnO 4 after the initial discharge was about 360 mAh / g. From the result, it was found that when Li 2 FeMnO 4 is discharged for the first time, that is, when lithium is further inserted, a higher capacity can be obtained. Therefore, Li 2 FeMnO 4 is highly expected as a high capacity positive electrode active material.

比較例1:LiFeMnO の合成
原料粉体としてLiCO(レアメタリック社製;99.9%(3N))、Fe(純正化学、99.9%(3N))、及びMnO(レアメタリック、99.99%(4N))を用いた。LiCO、Fe及びMnOをリチウム:鉄:マンガン(モル比)が1:1:2となるように秤量し、めのう乳鉢で約30分混合して原料混合物を得た。その後、原料混合物をジルコニアボール(15mmΦ×10個)と共にクロム鋼製容器に入れ、アセトンを加えて遊星ボールミル(Fritsch;P−6)にて、400rpmで6時間粉砕混合した。その後、減圧下でアセトンを留去したのち、回収した粉末を40MPaでペレット成型し、空気中、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、又は900℃で3時間焼成した。その後は自然冷却により室温まで放冷した。得られた各生成物を実施例1と同様にして粉末X線回折(XRD)により確認した。結果を図11に示す。
Comparative Example 1: Li 2 CO 3 (manufactured by Rare Metallic; 99.9% (3N)), Fe 2 O 3 (pure chemistry, 99.9% (3N)), and MnO as synthetic raw material powders of LiFeMnO 4 2 (rare metallic, 99.99% (4N)) was used. Li 2 CO 3 , Fe 2 O 3 and MnO 2 were weighed so that lithium: iron: manganese (molar ratio) was 1: 1: 2, and mixed in an agate mortar for about 30 minutes to obtain a raw material mixture. Then, the raw material mixture was put into a chrome steel container together with zirconia balls (15 mmΦ × 10), added with acetone, and pulverized and mixed at 400 rpm for 6 hours in a planetary ball mill (Fritsch; P-6). Then, after distilling off acetone under reduced pressure, the recovered powder is pellet-molded at 40 MPa, and in air at 550 ° C., 600 ° C., 650 ° C., 700 ° C., 750 ° C., 800 ° C., 850 ° C., or 900 ° C. Baked for 3 hours. Thereafter, it was allowed to cool to room temperature by natural cooling. Each obtained product was confirmed by powder X-ray diffraction (XRD) in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

図11から、得られたLiFeMnOの結晶は、立方晶(空間群Fd−3m)を有し、格子定数がa=b=c=8.286〜8.306Å、α=β=γ=90°であり、単位格子体積(V)が568.9〜573.0Åである結晶であることが分かった。また、c/a=1であることから、得られたLiFeMnOの結晶は、スピネル型構造を有することが分かった。From FIG. 11, the obtained LiFeMnO 4 crystal has cubic crystals (space group Fd-3m), the lattice constant is a = b = c = 8.286 to 8.306Å, and α = β = γ = 90. a °, the unit cell volume (V) was found to be crystalline is 568.9~573.0Å 3. Since c / a = 1, it was found that the obtained LiFeMnO 4 crystal had a spinel structure.

さらに、焼成温度を800℃とした場合に得られたLiFeMnOを走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。結果を図12に示す。なお、図12中、スケールバーは1.53μmを示す。図12から、粒子径約0.3〜3μmのLiFeMnOが得られていることが分かった。Furthermore, LiFeMnO 4 obtained when the firing temperature was 800 ° C. was observed with a scanning electron microscope (SEM). The results are shown in FIG. In FIG. 12, the scale bar indicates 1.53 μm. From FIG. 12, it was found that LiFeMnO 4 having a particle size of about 0.3 to 3 μm was obtained.

比較例2:充放電特性の測定
充放電測定を行うために、上記比較例1において焼成温度800℃の場合に得られたLiFeMnO、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及びアセチレンブラック(AB)が体積比85:7.5:7.5となるようにめのう乳鉢で混合し、得られたスラリーを正極集電体であるアルミニウム箔(厚さ20μm)上に塗布し、これを直径8mmの円形に打ち抜き、正極とした。また、試料が正極集電体から剥がれないようにするため、30〜40mPaで圧着した。
Comparative Example 2: Measurement of charge / discharge characteristics In order to perform charge / discharge characteristics, the volume of LiFeMnO 4 , polyvinylidene fluoride (PVDF), and acetylene black (AB) obtained in the case of the firing temperature of 800 ° C. in Comparative Example 1 described above was volume. The mixture was mixed in an agate mortar so that the ratio was 85: 7.5: 7.5, and the resulting slurry was applied onto an aluminum foil (thickness 20 μm) as a positive electrode current collector, and this was formed into a circle having a diameter of 8 mm. Punched into a positive electrode. Moreover, in order to prevent a sample from peeling from a positive electrode electrical power collector, it crimped | bonded by 30-40 mPa.

負極には14mmφで打ち抜いた金属リチウムを使用し、セパレータは18mmφで切り抜いた多孔質膜(商品名:celgard 2500)を2枚使用した。電解液は、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を体積比1:2で混合した溶媒に支持電解質としてLiPFを1mol/dmの濃度で溶解した電解液(岸田化学社製)を使用した。電池の作製は、金属リチウムを使用すること、及び電解液に水分が混入した場合に抵抗増分増加の要因となること等の理由により、アルゴン雰囲気下のグローブブックス内で行った。セルは、図4に示すCR2032型コインセルを用いた。定電流充放電特性の測定は、0.05Cレートで、電圧切り替え器を用い、電流10mA/g、上限電圧4.8V、下限電圧1.5Vに設定し、充電より開始した。また、充放電測定は、55℃恒温槽内にセルを入れた状態で行った。0.05Cレート(55℃)での初期充放電特性の測定結果(各サイクルと放電容量との関係)を図13に、0.05Cレート(55℃)での高次サイクルにおける充放電特性の測定結果(各サイクルと放電容量との関係)を図14に示す。なお、Cレートとは電極活物質から理論容量分の充放電を1時間で行うのに必要な電流密度のことをいう。Metal lithium punched out at 14 mmφ was used for the negative electrode, and two porous membranes (trade name: celgard 2500) cut out at 18 mmφ were used as the separator. The electrolytic solution is an electrolytic solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) in which LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1 mol / dm 3 as a supporting electrolyte in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 1: 2. used. The battery was produced in Globe Books under an argon atmosphere because of the use of metallic lithium and the cause of increased resistance when water was mixed in the electrolyte. As the cell, a CR2032-type coin cell shown in FIG. 4 was used. The measurement of the constant current charge / discharge characteristics was started from charging at a rate of 0.05 C, using a voltage switch, setting a current of 10 mA / g, an upper limit voltage of 4.8 V, and a lower limit voltage of 1.5 V. Moreover, the charge / discharge measurement was performed in a state where the cell was placed in a 55 ° C. constant temperature bath. FIG. 13 shows the measurement results (relationship between each cycle and discharge capacity) of the initial charge / discharge characteristics at the 0.05C rate (55 ° C.), and the charge / discharge characteristics at the higher cycle at the 0.05C rate (55 ° C.). The measurement results (relationship between each cycle and the discharge capacity) are shown in FIG. The C rate refers to the current density required to charge / discharge the theoretical capacity from the electrode active material in one hour.

図13に示すように、スピネル型LiFeMnOの0.05Cレートにおける初期充放電容量は130mAh/gであることが確認された。実施例1で得られた岩塩型LiFeMnOと比較すると、スピネル型LiFeMnOの初期充放電容量は、岩塩型LiFeMnOよりも大きく劣ることが分かった。As shown in FIG. 13, it was confirmed that the initial charge / discharge capacity of spinel-type LiFeMnO 4 at a 0.05C rate was 130 mAh / g. When compared with the rock salt type Li 2 FeMnO 4 obtained in Example 1, it was found that the initial charge / discharge capacity of the spinel type LiFeMnO 4 was significantly inferior to the rock salt type Li 2 FeMnO 4 .

さらに、図14から、スピネル型LiFeMnOは、比較的安定な作動特性を有するものの、抽出できる容量は岩塩型岩塩型LiFeMnOに比して大きく劣ることが分かった。Furthermore, FIG. 14 shows that spinel-type LiFeMnO 4 has relatively stable operating characteristics, but the extractable capacity is greatly inferior to that of the rock-salt-type rock-salt-type Li 2 FeMnO 4 .

1 リチウムイオン二次電池
2 負極端子
3 負極
4 電解液が含浸されたセパレータ
5 絶縁パッキング
6 正極
7 正極缶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 2 Negative electrode terminal 3 Negative electrode 4 Separator impregnated with electrolyte 5 Insulation packing 6 Positive electrode 7 Positive electrode can

Claims (10)

組成式:
Li1+mFeMn2−x4
[式中、mは0<m≦2を示す。xは0<x≦1を示す。]
で表されるリチウム鉄マンガン系複合酸化物。
Composition formula:
Li 1 + m Fe x Mn 2-x O 4
[Wherein m represents 0 <m ≦ 2. x represents 0 <x ≦ 1. ]
Lithium iron manganese complex oxide represented by
正方晶構造又は立方晶構造を有する、請求項1に記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物。 The lithium iron manganese composite oxide according to claim 1, which has a tetragonal structure or a cubic structure. 岩塩型構造を有する、請求項1又は2に記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物。 The lithium iron manganese complex oxide according to claim 1 or 2, having a rock salt structure. 平均粒子径が0.01〜50μmである、請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物。 The lithium iron manganese composite oxide according to any one of claims 1 to 3, wherein an average particle diameter is 0.01 to 50 µm. リチウムと、鉄と、マンガンと、酸素とを含む混合物を加熱する工程を含む、請求項1〜4のいずれかに記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物の製造方法。 The manufacturing method of the lithium iron manganese system complex oxide in any one of Claims 1-4 including the process of heating the mixture containing lithium, iron, manganese, and oxygen. 加熱温度が600℃以上である、請求項5に記載の方法。 The method according to claim 5, wherein the heating temperature is 600 ° C. or higher. 請求項1〜4のいずれかに記載のリチウム鉄マンガン系複合酸化物を含む、リチウムイオン二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries containing the lithium iron manganese system complex oxide in any one of Claims 1-4. 請求項7に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含む、リチウムイオン二次電池用正極。 The positive electrode for lithium ion secondary batteries containing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of Claim 7. さらに、導電助剤を含む、請求項8に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 Furthermore, the positive electrode for lithium ion secondary batteries of Claim 8 containing a conductive support agent. 請求項8又は9に記載のリチウムイオン二次電池用正極を含む、リチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery containing the positive electrode for lithium ion secondary batteries of Claim 8 or 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6803028B2 (en) * 2016-08-29 2020-12-23 株式会社豊田自動織機 Method for manufacturing lithium metal composite oxide powder and lithium metal composite oxide powder
WO2018163519A1 (en) * 2017-03-06 2018-09-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active material and battery
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WO2018220882A1 (en) * 2017-05-29 2018-12-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 Positive electrode active substance and battery
TWI663128B (en) * 2018-03-27 2019-06-21 國立清華大學 Electrode material for secondary battery and secondary battery
CN112005409B (en) * 2018-08-31 2024-08-13 松下知识产权经营株式会社 Positive electrode active material and battery provided with same
CN113307307B (en) * 2021-05-17 2022-11-29 北京工业大学 Method for preparing lithium-rich iron manganese of lithium ion battery anode material by dry method
CN113603146B (en) * 2021-07-30 2023-05-09 蜂巢能源科技有限公司 Iron-manganese-based positive electrode material and preparation method and application thereof
CN113683122B (en) * 2021-08-19 2022-12-09 蜂巢能源科技有限公司 Iron-manganese-based positive electrode material, and preparation method and application thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0487268A (en) * 1990-07-27 1992-03-19 Seiko Electronic Components Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JPH08298115A (en) * 1995-04-26 1996-11-12 Japan Storage Battery Co Ltd Positive electrode active material for lithium battery and manufacture thereof
JPH09245836A (en) * 1996-03-08 1997-09-19 Fuji Photo Film Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2000113889A (en) * 1998-10-01 2000-04-21 Ngk Insulators Ltd Lithium secondary battery
JP2002313335A (en) * 2001-04-12 2002-10-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Lithium manganese composite oxide for use in positive electrode active material of lithium secondary battery and its manufacturing method
JP2009176583A (en) * 2008-01-25 2009-08-06 Nec Tokin Corp Lithium secondary battery

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0487268A (en) * 1990-07-27 1992-03-19 Seiko Electronic Components Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JPH08298115A (en) * 1995-04-26 1996-11-12 Japan Storage Battery Co Ltd Positive electrode active material for lithium battery and manufacture thereof
JPH09245836A (en) * 1996-03-08 1997-09-19 Fuji Photo Film Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2000113889A (en) * 1998-10-01 2000-04-21 Ngk Insulators Ltd Lithium secondary battery
JP2002313335A (en) * 2001-04-12 2002-10-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Lithium manganese composite oxide for use in positive electrode active material of lithium secondary battery and its manufacturing method
JP2009176583A (en) * 2008-01-25 2009-08-06 Nec Tokin Corp Lithium secondary battery

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AMINE, K. ET AL.: "Preparation and electrochemical investigation of LiMn2_xMexO4 (Me: Ni, Fe, and x= 0.5, 1 ) cathode m", JOURNAL OF POWER SOURCES, vol. 68, JPN6017004162, 1997, pages 604 - 608, XP005496989, ISSN: 0004456208, DOI: 10.1016/S0378-7753(96)02590-6 *

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