JP2003092108A - Positive electrode material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery - Google Patents

Positive electrode material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery

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JP2003092108A
JP2003092108A JP2002198276A JP2002198276A JP2003092108A JP 2003092108 A JP2003092108 A JP 2003092108A JP 2002198276 A JP2002198276 A JP 2002198276A JP 2002198276 A JP2002198276 A JP 2002198276A JP 2003092108 A JP2003092108 A JP 2003092108A
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JP
Japan
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lithium
composite oxide
positive electrode
secondary battery
manganese composite
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JP2002198276A
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Japanese (ja)
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Koji Shima
耕司 島
Kazuhiro Kikuchi
一寛 菊地
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the output characteristics at low temperature of a layered lithium nickel manganese composite oxide. SOLUTION: A mixture of a layered lithium nickel manganese composite oxide represented by general formula (I) LiXNiYMnZQ(1- Y- Z) O2 , (in the formula, X is 0<X<=1.2; Y is 0.7<=Y/(1-Y)<=9, and 0<=(1-Y-Z)<=0.5; and Q is at least one selected from the group comprising Al, Co, and Fe.) and a spinel type nickel manganese composite oxide represented by general formula (II) LiX2 Mn(2- Y2) RY2 O4 , (in the formula, X2 is 0<X2<=1.2; Y is 0<=Y<=0.5; R is at least one selected from the group comprising Al, Fe, Ga, Bi, Sn, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ti, Ge, Nb, Ta, Zr, and Li.) is used in the positive electrode material of the lithium secondary 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、リチウム二次電池
の正極活物質(正極材料)として好適なリチウムを含有
する複合酸化物、及びこれを用いた正極並びにリチウム
二次電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite oxide containing lithium, which is suitable as a positive electrode active material (positive electrode material) of a lithium secondary battery, a positive electrode using the same, and a lithium secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】実使用可能なリチウム二次電池を提供す
る正極活物質として、リチウム遷移金属複合酸化物が有
望視されている。これら化合物の中でも、遷移金属とし
てコバルト、ニッケル、マンガンを使用する、リチウム
コバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマ
ンガン酸化物を正極活物質とすると、高性能な電池特性
を得られることが知られている。さらに、リチウム遷移
金属複合酸化物の安定化や高容量化、安全性向上、高温
での電池特性の改良のために、遷移金属サイトの一部を
他の金属元素で置換したリチウム遷移金属複合酸化物を
用いることも知られている。リチウム遷移金属複合酸化
物の例としてスピネル型リチウムマンガン酸化物LiM
24の場合、Mn価数は形式上3.5価であり、3価
と4価が半々ずつ混在している状態であるが、このMn
価数より小さい価数の他の遷移金属でMnサイトを置換
することにより、ヤーンテラー歪みのあるMn3価を減
少させて結晶構造を安定化させ、最終的に電池特性が向
上する。
2. Description of the Related Art Lithium transition metal composite oxides are regarded as promising as a positive electrode active material for providing a practically usable lithium secondary battery. Among these compounds, it is known that high performance battery characteristics can be obtained by using cobalt, nickel and manganese as transition metals, and using lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide and lithium manganese oxide as the positive electrode active material. ing. Furthermore, in order to stabilize and increase the capacity of lithium transition metal composite oxides, improve safety, and improve battery characteristics at high temperatures, lithium transition metal composite oxides in which some of the transition metal sites are replaced with other metal elements are used. It is also known to use things. Spinel type lithium manganese oxide LiM as an example of lithium transition metal composite oxide
In the case of n 2 O 4 , the Mn valence is formally 3.5 and the valence of 3 and the valence of 4 are mixed together.
By substituting the Mn site with another transition metal having a valence smaller than that of the valence, the Mn valence having Yarn-Teller strain is reduced, the crystal structure is stabilized, and finally the battery characteristics are improved.

【0003】また、コバルトのような希少で高価な元素
を用いる場合、製品としてのリチウム遷移金属複合酸化
物の値段を抑えるために置換元素を導入することが考え
られる。例えば、LiCo1-xNix2(0<x<1)
といったリチウム遷移金属複合酸化物が考えられ、高価
なCoの比率を下げるためにxを大きくし、その方向で
より性能を上げる研究がなされている。
When a rare and expensive element such as cobalt is used, it is possible to introduce a substitution element in order to suppress the price of the lithium transition metal composite oxide as a product. For example, LiCo 1-x Ni x O 2 (0 <x <1)
Such a lithium-transition metal composite oxide is considered, and studies have been conducted to increase x in order to reduce the ratio of expensive Co and further improve the performance in that direction.

【0004】これと同様に、NiとMnを比べた場合、
Niの方が高価なことから、LiNi1-xMnx2(0
<x<1)といったリチウム遷移金属複合酸化物も考え
られている。このようなニッケルとマンガンとを含有す
るリチウムニッケルマンガン複合酸化物は、電池性能の
面でも注目すべき点があり、極めて有望な材料である。
しかしながら、Solid State Ionics
311−318(1992)や、J. Mater.
Chem. 1149−1155(1996)や、
J. Power Sources 629−633
(1997)や、J. Power Sources
46−53(1998)では、目的生成物として合成可
能な範囲は0≦x≦0.5とされており、それよりxが
大きくなると単一相が得られないとされている。
Similarly, when Ni and Mn are compared,
Since Ni is more expensive, LiNi 1-x Mn x O 2 (0
Lithium transition metal composite oxides such as <x <1) are also considered. The lithium nickel manganese composite oxide containing such nickel and manganese is an extremely promising material because it has a noteworthy point in terms of battery performance.
However, Solid State Ionics
311-318 (1992) and J. Mater.
Chem. 1149-1155 (1996),
J. Power Sources 629-633
(1997), J. Power Sources
46-53 (1998), the range that can be synthesized as the target product is 0 ≦ x ≦ 0.5, and if x is larger than that, a single phase cannot be obtained.

【0005】一方、第41回電池討論会2D20(20
00)では、x=0.5に相当するNi:Mn=1:1
の層状構造をもつ結晶性の高い単一相を共沈法により合
成したとの報告がある。それによれば、このリチウム遷
移金属複合酸化物は単一相の結晶中にニッケルとマンガ
ンが均一に存在しており、ニッケルとマンガンを均一に
存在させるために原料のニッケル化合物とマンガン化合
物を原子レベルで均一に分散させる必要があり、そのた
めには共沈法が好ましいとされる。
On the other hand, the 41st Battery Symposium 2D20 (20
00), Ni: Mn = 1: 1 corresponding to x = 0.5.
It has been reported that a highly crystalline single phase having a layered structure of was synthesized by the coprecipitation method. According to it, in this lithium transition metal composite oxide, nickel and manganese are uniformly present in the single-phase crystal, and in order to make nickel and manganese evenly present, the raw material nickel compound and manganese compound are used at the atomic level. Therefore, the coprecipitation method is preferred.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らの検討によれば、上記のような層状のリチウムニッ
ケルマンガン複合酸化物は、二次電池の活物質として低
温における出力特性が劣ることが判明した。即ち、上記
層状リチウムニッケルマンガン複合酸化物においては、
結晶中におけるリチウムイオンの拡散速度がリチウムコ
バルト複合酸化物、あるいはリチウムニッケル複合酸化
物と比較し、特に低温において小さく、高いレートでの
充放電にリチウムイオンの活物質への脱ドープ・ドープ
が追従しないため、これを二次電池の活物質として用い
たときに低温における出力特性が劣るのである。
However, according to the studies made by the present inventors, the layered lithium nickel manganese composite oxide as described above is inferior in output characteristics at low temperature as an active material of a secondary battery. found. That is, in the layered lithium nickel manganese composite oxide,
The diffusion rate of lithium ions in the crystal is smaller than that of lithium cobalt composite oxide or lithium nickel composite oxide, especially at low temperatures, and dedoping / doping of lithium ion to the active material follows charge / discharge at a high rate. Therefore, when it is used as an active material of a secondary battery, the output characteristics at low temperatures are inferior.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記層状
リチウムニッケルマンガン複合酸化物の低温における出
力特性の向上方法について鋭意検討した結果、層状リチ
ウムニッケルマンガン複合酸化物に加えて、スピネル型
リチウムマンガン複合酸化物を併用することにより大幅
に低温での出力が向上することを見出し、本発明を完成
した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made earnest studies on a method for improving the output characteristics of the above layered lithium nickel manganese composite oxide at low temperatures, and as a result, in addition to the layered lithium nickel manganese composite oxide, spinel type The inventors have found that the combined use of a lithium-manganese composite oxide significantly improves the output at low temperatures, and completed the present invention.

【0008】即ち、本発明の要旨は、層状リチウムニッ
ケルマンガン複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極
材料において、さらにスピネル型リチウムマンガン複合
酸化物を含有することを特徴とするリチウム二次電池用
正極材料、並びにこれを用いたリチウム二次電池用正極
及びリチウム二次電池に存する。
That is, the gist of the present invention is a positive electrode material for a lithium secondary battery containing a layered lithium nickel manganese composite oxide, which further comprises a spinel type lithium manganese composite oxide. A positive electrode material, a positive electrode for a lithium secondary battery using the same, and a lithium secondary battery.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明で使用する層状リチウムニ
ッケルマンガン複合酸化物は、層状の結晶構造を有し、
リチウムとニッケルとマンガンとを含む酸化物である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The layered lithium nickel manganese composite oxide used in the present invention has a layered crystal structure,
It is an oxide containing lithium, nickel and manganese.

【0010】さらに、本発明で使用するリチウムニッケ
ルマンガン複合酸化物は結晶構造の安定化や高容量化、
安全性向上、高温での電池特性の改良のためにニッケル
及びマンガンサイトの一部を他の金属元素で置換するこ
とも可能である。置換元素としては、各種の元素を使用
することができるが、好ましくはアルミニウム、コバル
ト、鉄等の金属元素を挙げることができる。この中で
も、アルミニウム、コバルトがさらに好ましく、さらに
最も好ましいのはコバルトである。アルミニウム、コバ
ルトは、層状リチウムニッケルマンガン複合酸化物に容
易に固溶して単一相を得ることができるという利点があ
り、さらにアルミニウム及びコバルトは、リチウム二次
電池の正極活物質として、高性能な電池特性、特に繰り
返し充放電を行った際の放電容量維持率について良好な
性能を示すという利点がある。無論、これらの金属元素
を複数種使用してもよい。
Further, the lithium nickel manganese composite oxide used in the present invention has a stable crystal structure and a high capacity,
It is also possible to replace a part of nickel and manganese sites with another metal element for improving safety and improving battery characteristics at high temperature. Various elements can be used as the substituting element, and metal elements such as aluminum, cobalt, and iron are preferable. Among these, aluminum and cobalt are more preferable, and cobalt is the most preferable. Aluminum and cobalt have an advantage that they can be easily solid-dissolved in a layered lithium nickel manganese composite oxide to obtain a single phase. Further, aluminum and cobalt have high performance as a positive electrode active material of a lithium secondary battery. It has the advantage of exhibiting excellent battery characteristics, particularly good discharge capacity retention rate after repeated charging and discharging. Of course, a plurality of these metal elements may be used.

【0011】置換元素の、置換元素、ニッケル及びマン
ガンの合計に対する原子比は、通常0.5以下、好まし
くは0.4以下である。置換割合が多きすぎると電池材
料として使用した場合の容量が低下する傾向にある。本
発明の層状リチウムニッケルマンガン複合酸化物は、通
常下記一般式(I)で示される。
The atomic ratio of the substituting element to the total of the substituting element, nickel and manganese is usually 0.5 or less, preferably 0.4 or less. If the replacement ratio is too large, the capacity tends to decrease when used as a battery material. The layered lithium nickel manganese composite oxide of the present invention is usually represented by the following general formula (I).

【0012】[0012]

【化3】 LiXNiYMnZ(1-Y-Z)2 (I) ここで、式(I)中、Xは0<X≦1.2、好ましくは
0<X≦1.1の範囲の数を表わす。Xが大きすぎる
と、結晶構造が不安定化したり、これを使用したリチウ
ム二次電池の電池容量低下を招く恐れがある。Y及びZ
は、X+Y≦1を満たす数であり、また0.7≦Y/Z
≦9範囲の数を表す。相対的にマンガンの割合が大きく
なると単一相のリチウムニッケルマンガン複合酸化物が
合成しにくくなる。Y/Zの値として好ましい範囲はい
くつか挙げられるが、例えば1つには、ニッケル比率を
少なくしてコスト上有利でありかつ容易に合成でき、マ
ンガンが多い分放電電圧が高い故に放電特性として有利
である点で、0.8≦Y/Z≦1.5、より好ましくは
0.9≦Y/Z≦1.5である。Y/Zの値が小さすぎ
ると、単一相のリチウムニッケルマンガン複合酸化物が
合成しにくくなり、Y/Zの値が大きすぎると、放電電
圧が低くなる。もう1つには、ニッケル比率を多くして
電池容量を大きくし、高いレートでの充放電容量が良好
であり、嵩密度が高い故に単位体積当たりの電池容量が
更に大きくなる点で、1.5≦Y/Z≦9、より好まし
くはY≧0.6、Y/Z≦9、及び(1−Y−Z)≧
0.075の関係を満たす範囲である。Yの値が小さす
ぎると容量が大きくならず、Y/Zの値が大きすぎる、
又は(1−Y−Z)の値が小さすぎると結晶構造の安定
化が不充分となる。
Embedded image Li X Ni Y Mn Z Q (1-YZ) O 2 (I) Here, in the formula (I), X represents a number in the range of 0 <X ≦ 1.2, preferably 0 <X ≦ 1.1. If X is too large, the crystal structure may become unstable, or the battery capacity of the lithium secondary battery using the same may be reduced. Y and Z
Is a number satisfying X + Y ≦ 1, and 0.7 ≦ Y / Z
Represents a number in the range ≦ 9. When the proportion of manganese is relatively large, it becomes difficult to synthesize a single-phase lithium nickel manganese composite oxide. There are several preferable ranges for the value of Y / Z. For example, one of them is that the nickel ratio is small, which is advantageous in terms of cost and can be easily synthesized. In terms of advantage, 0.8 ≦ Y / Z ≦ 1.5, more preferably 0.9 ≦ Y / Z ≦ 1.5. If the Y / Z value is too small, it becomes difficult to synthesize a single-phase lithium nickel manganese composite oxide, and if the Y / Z value is too large, the discharge voltage becomes low. Secondly, the battery capacity is increased by increasing the nickel ratio, the charge / discharge capacity at a high rate is good, and the battery capacity per unit volume is further increased due to the high bulk density. 5 ≦ Y / Z ≦ 9, more preferably Y ≧ 0.6, Y / Z ≦ 9, and (1-Y−Z) ≧
It is a range that satisfies the relationship of 0.075. If the Y value is too small, the capacity does not increase, and the Y / Z value is too large.
Alternatively, if the value of (1-Y-Z) is too small, the stabilization of the crystal structure will be insufficient.

【0013】(1−Y―Z)の値は0.5以下、好まし
くは0.4以下とする。この値が大きすぎると、置換元
素の量が多すぎる結果となり、リチウムニッケルマンガ
ン複合酸化物を正極活物質として使用したリチウム二次
電池の電池容量が大きく低下することがある。QはA
l、Co及びFeからなる群から選ばれる少なくとも一
種を表す。これらのうちより好ましいのは、Al、Co
であり、最も好ましいのはCoである。Al、Coは、
層状リチウムニッケルマンガン複合酸化物に対して容易
に固溶し、単一相のリチウム遷移金属複合酸化物として
合成することができる。更に、Al、Coに関しては、
得られるリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質とし
て用いたリチウム二次電池が高性能な電池特性、特に繰
り返し充放電を行った際の放電容量維持率について良好
な性能を示す。さらに良好な結晶性を有する層状リチウ
ムニッケルマンガン複合酸化物とするために、層状リチ
ウムニッケルマンガン複合酸化物に対して固溶せずに、
焼成時に溶融し、液相を生じる物質(以下、「不活性溶
融剤」という)を添加しても良い。これらの不活性溶融
剤は常温まで冷却した後は、層状リチウムニッケルマン
ガン複合酸化物の結晶構造内に取り込まれず、主に表面
を被覆、あるいは表面に析出した状態で存在する。上記
のような不活性溶融剤としては、ホウ素化合物、アンチ
モン化合物、あるいはカリウム、バリウム、リチウムの
ハロゲン化物、硫酸塩、モリブデン酸塩等が挙げられ
る。これらのうちより好ましいのは、ホウ素化合物、ア
ンチモン化合物である。不活性溶融剤の添加量は、N
i、Mn及び置換元素Qの合計のモル数を1とした場
合、モル比で通常0.05以下、好ましくは0.04以
下、より好ましくは0.03以下である。不活性溶融剤
の添加量が多すぎると充分な放電容量を得られない場合
がある。
The value of (1-YZ) is 0.5 or less, preferably 0.4 or less. If this value is too large, the amount of the substituting element becomes too large, and the battery capacity of the lithium secondary battery using the lithium nickel manganese composite oxide as the positive electrode active material may be significantly reduced. Q is A
Represents at least one selected from the group consisting of 1, Co and Fe. Of these, more preferable are Al and Co.
And Co is the most preferred. Al and Co are
It can be easily solid-dissolved in the layered lithium nickel manganese composite oxide and can be synthesized as a single-phase lithium transition metal composite oxide. Furthermore, regarding Al and Co,
A lithium secondary battery using the obtained lithium-transition metal composite oxide as a positive electrode active material exhibits high-performance battery characteristics, in particular, good discharge capacity retention rate after repeated charge and discharge. In order to obtain a layered lithium nickel manganese composite oxide having better crystallinity, without forming a solid solution with the layered lithium nickel manganese composite oxide,
A substance that melts during firing to generate a liquid phase (hereinafter referred to as "inert melting agent") may be added. After cooling to room temperature, these inert melting agents are not incorporated in the crystal structure of the layered lithium nickel manganese composite oxide, and are present mainly in the state of coating the surface or depositing on the surface. Examples of the above-mentioned inert melting agent include boron compounds, antimony compounds, halides of potassium, barium and lithium, sulfates, molybdates and the like. Of these, more preferred are boron compounds and antimony compounds. The amount of the inert melting agent added is N
When the total number of moles of i, Mn and the substituting element Q is 1, the molar ratio is usually 0.05 or less, preferably 0.04 or less, more preferably 0.03 or less. If the amount of the inert melting agent added is too large, a sufficient discharge capacity may not be obtained.

【0014】なお、上記一般式(I)の組成において
は、酸素量に多少の不定比性があってもよい。層状リチ
ウムニッケルマンガン複合酸化物の粒子形態は、通常、
1次粒子が凝集し、2次粒子を形成した形態を採る。平
均1次粒径としては、通常0.01μm以上、好ましく
は0.02μm以上、更に好ましくは0.1μm以上、
通常10μm以下、好ましくは5μm以下、更に好まし
くは3μm以下である。また、平均2次粒径は通常1μ
m以上、好ましくは4μm以上、通常50μm以下、好
ましくは40μm以下である。
In the composition of the general formula (I), the oxygen content may have some non-stoichiometry. The particle morphology of the layered lithium nickel manganese composite oxide is usually
The primary particles are aggregated to form secondary particles. The average primary particle diameter is usually 0.01 μm or more, preferably 0.02 μm or more, more preferably 0.1 μm or more,
It is usually 10 μm or less, preferably 5 μm or less, and more preferably 3 μm or less. The average secondary particle size is usually 1μ
m or more, preferably 4 μm or more, usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less.

【0015】リチウムニッケルマンガン複合酸化物の好
ましいBET比表面積は、組成範囲によって異なる。
0.8≦Y/Z≦1.5の組成範囲においては、通常3
2/g以上、好ましくは4m2/g以上であり、また通
常10m2/g以下、好ましくは9m2/g以下である。
1.5≦Y/Z≦9の組成範囲においては、通常0.1
2/g以上、好ましくは0.2m2/g以上であり、ま
た通常10m2/g以下、好ましくは9m2/g以下であ
る。1次粒子の大きさは、焼成温度、焼成時間、焼成雰
囲気等の製造条件等により制御することが可能である。
また、2次粒子の粒子径は、例えば、後述する噴霧乾燥
工程における気液比等の噴霧条件等の製造条件により制
御することが可能である。比表面積は1次粒子の粒径お
よび2次粒子の粒径により制御することが可能であり、
1次粒子の粒径及び/又は2次粒子の粒径を大きくする
ことにより減少する。比表面積が小さすぎると、レート
特性が不良となりやすい一方、大きすぎるとレート特性
や容量が低下するとともに、これを用いて二次電池を作
製する場合の電極作製が困難になる。又、リチウムニッ
ケルマンガン複合酸化物の粉体充填密度は、タップ密度
(200回タップ後)で、通常は0.5g/cc以上、
好ましくは0.6g/cc以上、さらに好ましくは0.
8g/cc以上である。粉体充填密度は高ければ高いほ
ど単位容積あたりのエネルギー密度を大きくすることが
できるが、現実的には通常3.0g/cc以下であり、
特に2.5g/cc以下である。
The preferred BET specific surface area of the lithium nickel manganese composite oxide depends on the composition range.
In the composition range of 0.8 ≦ Y / Z ≦ 1.5, usually 3
m 2 / g or more, preferably 4 m 2 / g or more, and usually 10 m 2 / g or less, preferably 9 m 2 / g or less.
In the composition range of 1.5 ≦ Y / Z ≦ 9, usually 0.1
m 2 / g or more, preferably 0.2 m 2 / g or more, and usually 10 m 2 / g or less, preferably 9 m 2 / g or less. The size of the primary particles can be controlled by the production conditions such as firing temperature, firing time, firing atmosphere and the like.
Further, the particle size of the secondary particles can be controlled by, for example, manufacturing conditions such as spraying conditions such as a gas-liquid ratio in a spray drying step described later. The specific surface area can be controlled by the particle size of the primary particles and the particle size of the secondary particles,
It is reduced by increasing the particle size of the primary particles and / or the particle size of the secondary particles. If the specific surface area is too small, the rate characteristic tends to be poor, while if it is too large, the rate characteristic and the capacity are deteriorated, and it becomes difficult to produce an electrode when a secondary battery is produced using this. The powder packing density of the lithium nickel manganese composite oxide is a tap density (after 200 taps), usually 0.5 g / cc or more,
It is preferably 0.6 g / cc or more, more preferably 0.
It is 8 g / cc or more. The higher the powder packing density, the higher the energy density per unit volume, but in reality, it is usually 3.0 g / cc or less,
In particular, it is 2.5 g / cc or less.

【0016】なお、本発明においては、前記リチウムニ
ッケルマンガン複合酸化物の比表面積は、公知のBET
式粉体比表面積測定装置によって測定される。この方法
の測定原理は下記の通りである。すなわち、測定方式は
連続流動法によるBET1点法測定であり、使用する吸
着ガス及びキャリアガスは窒素、空気、ヘリウムであ
る。粉体試料を混合ガスにより450℃以下の温度で過
熱脱気し、次いで液体窒素により冷却して混合ガスを吸
着させる。これを水により加温して吸着された窒素ガス
を脱着させ、熱伝導度検出器によって検出し、脱着ピー
クとしてその量を求め、試料の比表面積として算出す
る。
In the present invention, the specific surface area of the lithium nickel manganese composite oxide is the known BET.
It is measured by a powder specific surface area measuring device. The measurement principle of this method is as follows. That is, the measurement method is the BET one-point method measurement by the continuous flow method, and the adsorption gas and carrier gas used are nitrogen, air, and helium. The powder sample is heated and degassed with the mixed gas at a temperature of 450 ° C. or lower, and then cooled with liquid nitrogen to adsorb the mixed gas. This is heated with water to desorb the adsorbed nitrogen gas, which is detected by a thermal conductivity detector, the amount of which is determined as a desorption peak, and calculated as the specific surface area of the sample.

【0017】本発明で使用するリチウムニッケルマンガ
ン複合酸化物は、例えば、リチウムとニッケルとマンガ
ンと必要に応じて用いられる置換元素、及び必要に応じ
て不活性溶融剤を含む原料とを焼成することによって製
造することができる。原料として使用するリチウム源と
しては、例えば、Li2CO3、LiNO3、LiOH、
LiOH・H2O、ジカルボン酸リチウム、クエン酸リ
チウム、脂肪酸リチウム、アルキルリチウム、リチウム
ハロゲン化物等の各種のリチウム化合物を挙げることが
できる。より具体的には、例えば、Li2CO3、LiN
3、LiOH、LiOH・H2O、LiCl、LiI、
酢酸Li、Li2O等を挙げることができる。これらリ
チウム原料の中で好ましいのは、Li2CO3、LiNO
3、LiOH・H2O、酢酸Li等の水溶性のリチウム化
合物である。これらの水溶性化合物は、例えば、分散媒
として水を使用したスラリー中に溶解させることによっ
て容易に良好な特性を有するリチウムニッケルマンガン
複合酸化物を得ることができる。また、焼成処理の際に
NOx及びSOx等の有害物質を発生させない点で、窒
素原子や硫黄原子を含有しないリチウム化合物が好まし
い。最も好ましいリチウム原料は、水溶性でもあり、ま
た窒素原子や硫黄原子を含有しない、LiOH・H2
である。無論、リチウム源として複数種のものを使用し
てもよい。
Lithium nickel manga used in the present invention
Complex oxides include, for example, lithium, nickel, and manganese.
And substitution elements used as necessary, and if necessary
Manufactured by firing with a raw material containing an inert melting agent.
Can be built. With a lithium source used as a raw material
Then, for example, Li2CO3, LiNO3, LiOH,
LiOH / H2O, lithium dicarboxylate, citric acid
Lithium, lithium fatty acid, alkyl lithium, lithium
Examples of various lithium compounds such as halides
it can. More specifically, for example, Li2CO3, LiN
O3, LiOH, LiOH / H2O, LiCl, LiI,
Acetic acid Li, Li2O and the like can be mentioned. These
Among the raw materials for titanium, Li is preferable.2CO3, LiNO
3, LiOH / H2Water-soluble lithiation of O, Li acetate, etc.
It is a combination. These water-soluble compounds are, for example, dispersion media.
By dissolving in a slurry using water as
Lithium nickel manganese with good properties
A complex oxide can be obtained. Also, during the firing process
Because it does not generate harmful substances such as NOx and SOx,
Lithium compounds containing no elementary or sulfur atoms are preferred.
Yes. The most preferred lithium source is also water-soluble and
LiOH / H containing no nitrogen or sulfur atoms2O
Is. Needless to say, use multiple types of lithium sources
May be.

【0018】ニッケル源としては、例えば、Ni(O
H)2、NiO、NiOOH、NiCO3・2Ni(O
H)2・4H2O、NiC24・2H2O、Ni(NO3
2・6H 2O、NiSO4、NiSO4・6H2O、脂肪酸
ニッケル、及びニッケルハロゲン化物からなる群から選
ばれた少なくとも一種を挙げることができる。この中で
も、焼成処理の際にNOx及びSOx等の有害物質を発
生させない点で、窒素原子や硫黄原子を含有しない、N
i(OH)2、NiO、NiOOH、NiCO3・2Ni
(OH)2・4H2O、NiC24・2H2Oのようなニ
ッケル化合物が好ましい。また、さらに工業原料として
安価に入手できる観点、及び反応性が高いという観点か
ら、特に好ましいのはNi(OH)2、NiO、NiO
OHである。無論、ニッケル源として複数種のものを使
用してもよい。
As the nickel source, for example, Ni (O
H)2, NiO, NiOOH, NiCO3・ 2Ni (O
H)2・ 4H2O, NiC2OFour・ 2H2O, Ni (NO3)
2・ 6H 2O, NiSOFour, NiSOFour・ 6H2O, fatty acid
Selected from the group consisting of nickel and nickel halides
You can list at least one that was exposed. In this
Also emits harmful substances such as NOx and SOx during the firing process.
N-containing no nitrogen or sulfur atoms, because it does not grow
i (OH)2, NiO, NiOOH, NiCO3・ 2Ni
(OH)2・ 4H2O, NiC2OFour・ 2H2D like O
The Heckel compound is preferred. In addition, as an industrial raw material
From the viewpoint of being cheaply available and having high reactivity
Ni (OH) is particularly preferable.2, NiO, NiO
It is OH. Of course, multiple sources of nickel are used.
May be used.

【0019】マンガン源としては、例えば、Mn34
Mn23、MnO2、MnCO3、Mn(NO32、Mn
SO4、ジカルボン酸マンガン、クエン酸マンガン、脂
肪酸マンガン、マンガンオキシ水酸化物、マンガン水酸
化物、又はマンガンハロゲン化物を挙げることができ
る。これらマンガン原料の中でも、Mn23、Mn34
は、最終目的物である複合酸化物のマンガン酸化数に近
い価数を有しているため好ましい。さらに工業原料とし
て安価に入手できる観点、及び反応性が高いという観点
から、特に好ましいのはMn23である。無論、マンガ
ン源として複数種のものを使用してもよい。
Examples of manganese sources include Mn 3 O 4 and
Mn 2 O 3 , MnO 2 , MnCO 3 , Mn (NO 3 ) 2 , Mn
Examples include SO 4 , manganese dicarboxylate, manganese citrate, fatty acid manganese, manganese oxyhydroxide, manganese hydroxide, and manganese halide. Among these manganese raw materials, Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4
Is preferable because it has a valence close to the manganese oxidation number of the final target compound oxide. Further, Mn 2 O 3 is particularly preferable from the viewpoint of being inexpensively available as an industrial raw material and from the viewpoint of high reactivity. Of course, plural kinds of manganese sources may be used.

【0020】置換元素源としては、上記置換金属のオキ
シ水酸化物、酸化物、水酸化物、ハロゲン物の他、炭酸
塩、硝酸塩、硫酸塩等の無機酸塩や、酢酸塩、シュウ酸
塩等の有機酸塩を挙げることができる。具体的なアルミ
ニウム源としては、例えば、AlOOH、Al23、A
l(OH)3、AlCl3、Al(NO33・9H2O及
びAl2(SO43等の各種のアルミニウム化合物を挙
げることができる。中でも、焼成工程の際にNOx及び
SOx等の有害物質を発生させない点で、AlOOH、
Al23及びAl(OH) 3が好ましく、さらに好まし
くは、工業的に安価に入手できる点及び反応性が高い点
でAlOOHである。無論複数のアルミニウム化合物を
使用することもできる。
As the substitutional element source, the substitution metal
Carbonate in addition to hydroxide, oxide, hydroxide, halogen
Inorganic acid salts such as salts, nitrates, sulfates, acetates, oxalic acid
Examples thereof include organic acid salts such as salts. Concrete aluminum
Examples of the source of nickel include AlOOH and Al2O3, A
l (OH)3, AlCl3, Al (NO3)3・ 9H2O and
And Al2(SOFour)3Various aluminum compounds such as
You can get it. Above all, NOx and
In terms of not generating harmful substances such as SOx, AlOOH,
Al2O3And Al (OH) 3Is preferred and more preferred
In other words, it is industrially inexpensive and highly reactive.
And AlOOH. Of course, multiple aluminum compounds
It can also be used.

【0021】具体的なコバルト源としては、例えば、C
o(OH)2、CoO、Co23、Co34、Co(O
Ac)2・4H2O、CoCl2、Co(NO32・6H2
O、及びCo(SO42・7H2O等の各種のコバルト
化合物を挙げることができる。中でも、焼成工程の際に
NOx及びSOx等の有害物質を発生させない点で、C
o(OH)2、CoO、Co23、Co34が好まし
く、さらに好ましくは、工業的に安価に入手できる点及
び反応性が高い点でCo(OH)2である。無論複数の
コバルト化合物を使用することもできる。
As a concrete cobalt source, for example, C
o (OH) 2 , CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 , Co (O
Ac) 2 · 4H 2 O, CoCl 2, Co (NO 3) 2 · 6H 2
O, and Co (SO 4) various cobalt compounds such as 2 · 7H 2 O and the like. Among them, C is used because it does not generate harmful substances such as NOx and SOx during the firing process.
O (OH) 2 , CoO, Co 2 O 3 , and Co 3 O 4 are preferable, and Co (OH) 2 is more preferable because it is industrially available at low cost and has high reactivity. Of course, a plurality of cobalt compounds can be used.

【0022】具体的な鉄源としては、例えば、FeO
(OH)、Fe23、Fe34、FeCl2、FeC
3、FeC24・2H2O、Fe(NO33・9H
2O、FeSO 4・7H2O及びFe2(SO43・nH2
O等の各種の鉄化合物を挙げることができる。中でも、
焼成工程の際にNOx及びSOx等の有害物質を発生さ
せない点で、FeO(OH)、Fe23、Fe34が好
ましく、さらに好ましくは、工業的に安価に入手できる
点及び反応性が高い点でFeO(OH)、Fe23であ
る。無論複数の鉄化合物を使用することもできる。必要
に応じて添加される不活性溶融剤の中で、ホウ素化合物
としては、具体的には、Li247、Li224、L
647等のホウ酸リチウム、Na2610、Na2
47等のホウ酸ナトリウム、K21016、K247
のホウ酸カリウム、B23、H3BO3等から選ばれる1
種または2種以上の混合物及びこれらの分解生成物を挙
げることができる。同様に不活性溶融剤として添加され
るものの中で、アンチモン化合物しては、具体的には、
Sb23、Sb24、Sb25等の酸化アンチモン、L
iSbO3等のアンチモン酸リチウム等から選ばれる1
種または2種以上の混合物を挙げることができる。
As a concrete iron source, for example, FeO
(OH), Fe2O3, Fe3OFour, FeCl2, FeC
l3, FeC2OFour・ 2H2O, Fe (NO3)3・ 9H
2O, FeSO Four・ 7H2O and Fe2(SOFour)3・ NH2
Various iron compounds such as O can be mentioned. Above all,
No harmful substances such as NOx and SOx are generated during the firing process.
FeO (OH), Fe2O3, Fe3OFourIs good
More preferably, it is industrially available at low cost.
FeO (OH), Fe from the viewpoint of high reactivity2O3And
It Of course, it is also possible to use a plurality of iron compounds. necessary
Among the inert melting agents added according to, boron compounds
Specifically, Li2BFourO7, Li2B2OFour, L
i6BFourO7Such as lithium borate, Na2B6OTen, Na2B
FourO7Sodium borate, K, etc.2BTenO16, K2BFourO7etc
Potassium borate, B2O3, H3BO31 selected from etc.
List of species or mixtures of two or more species and their decomposition products.
You can get it. Similarly added as an inert melting agent
Among the things, the antimony compound, specifically,
Sb2O3, Sb2OFour, Sb2OFiveAntimony oxide, such as L
iSbO31 selected from lithium antimonate etc.
There may be mentioned one kind or a mixture of two or more kinds.

【0023】これらリチウム源、ニッケル源、マンガン
源、置換元素源は、乾式で混合して焼成の原料として用
いてもよく、また、湿式(即ちスラリー中)で混合後こ
れを乾燥して焼成の原料としてもよい。湿式で混合する
場合は、(1)ニッケル源とマンガン源とリチウム源と
分散媒とを含有するスラリーを湿式混合、噴霧乾燥した
後に焼成する、又は(2)ニッケル源とマンガン源と分
散媒とを含有するスラリーを湿式混合、噴霧乾燥した
後、これとリチウム源とを混合した後に焼成する、のい
ずれの方法を用いても良い。各原料は焼成前に十分に混
合しておくのが好ましいため、より良好な混合が可能
な、少なくともニッケル源とマンガン源とを湿式混合す
る方法が好ましい。以下、スラリー中での混合及び乾燥
方法について記す。スラリーに用いられる分散媒として
は、各種の有機溶媒、水性溶媒を使用することができる
が、好ましいのは水である。
These lithium source, nickel source, manganese source and substitutional element source may be dry-mixed and used as a raw material for firing, or may be wet-mixed (that is, in a slurry) and then dried and fired. It may be used as a raw material. When wet-mixing, (1) a slurry containing a nickel source, a manganese source, a lithium source, and a dispersion medium is wet-mixed, spray-dried, and then calcined, or (2) a nickel source, a manganese source, and a dispersion medium. Any method of wet-mixing and spray-drying a slurry containing a and then mixing the slurry with a lithium source and then firing the mixture may be used. Since it is preferable that the respective raw materials are sufficiently mixed before firing, a method of wet mixing at least a nickel source and a manganese source, which allows better mixing, is preferable. The mixing and drying methods in the slurry will be described below. As the dispersion medium used in the slurry, various organic solvents and aqueous solvents can be used, but water is preferable.

【0024】スラリー全体の重量に対する、リチウム
源、ニッケル源、マンガン源の総重量比、又はリチウム
源を除くニッケル源、マンガン源及び置換元素源の総重
量比は、通常10重量%以上、好ましくは12.5重量
%以上、通常50重量%以下、好ましくは35重量%以
下である。重量比が上記範囲以下の場合は、スラリー濃
度が極端に希薄なため噴霧乾燥により生成した球状粒子
が必要以上に小さくなったり破損しやすくなったりする
一方で、上記範囲以上となると、リチウム源の飽和溶解
度を超えることによりリチウム源が溶解しきれずスラリ
ーの均一性が保ちにくくなる。
The total weight ratio of the lithium source, the nickel source and the manganese source to the total weight of the slurry, or the total weight ratio of the nickel source, the manganese source and the substitutional element source excluding the lithium source is usually 10% by weight or more, preferably It is 12.5% by weight or more, usually 50% by weight or less, and preferably 35% by weight or less. If the weight ratio is less than the above range, the slurry concentration is extremely dilute and the spherical particles generated by spray drying may be smaller than necessary or may be easily broken. When the saturated solubility is exceeded, the lithium source cannot be completely dissolved and it becomes difficult to maintain the uniformity of the slurry.

【0025】スラリー中の固形物の平均粒子径は通常2
μm以下、好ましくは1μm以下、さらに好ましくは
0.5μm以下とする。スラリー中の固形物の平均粒子
径が大きすぎると、焼成工程における反応性が低下する
だけでなく、球状度が低下し、最終的な粉体充填密度が
低くなる傾向にある。この傾向は、平均粒子径で50μ
m以下の造粒粒子を製造しようとした場合に特に顕著に
なる。また、必要以上に小粒子化することは、粉砕のコ
ストアップに繋がるので、固形物の平均粒子径は通常
0.01μm以上、好ましくは0.05μm以上、さら
に好ましくは0.1μm以上とする。
The average particle size of the solid matter in the slurry is usually 2
μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less. If the average particle size of the solid matter in the slurry is too large, not only the reactivity in the firing step is lowered, but also the sphericity is lowered and the final powder packing density tends to be lowered. This tendency is 50μ in average particle size
This becomes particularly noticeable when it is attempted to produce granulated particles of m or less. Further, since making the particles smaller than necessary leads to an increase in the cost of pulverization, the average particle size of the solid is usually 0.01 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more.

【0026】スラリー中の固形物の平均粒子径を制御す
る方法としては、原料化合物を予めボールミル、ジェッ
トミル等により乾式粉砕し、これを分散媒に攪拌等によ
って分散させる方法、原料化合物を分散媒に攪拌等によ
って分散後、媒体攪拌型粉砕機等を使用して湿式粉砕す
る方法等を挙げることができる。原料化合物を分散媒に
分散後、媒体攪拌型粉砕機等を使用して湿式粉砕する方
法を用いることが好ましい。湿式粉砕することによっ
て、本発明の効果が顕著に発揮される。
As a method for controlling the average particle size of the solid matter in the slurry, a raw material compound is previously dry-milled by a ball mill, a jet mill or the like, and this is dispersed in a dispersion medium by stirring or the like, or a raw material compound is dispersed in the dispersion medium. In addition, there may be mentioned a method of carrying out wet pulverization using a medium agitation pulverizer or the like after dispersion by agitation or the like. It is preferable to use a method in which the raw material compound is dispersed in a dispersion medium and then wet-milled by using a medium agitation mill or the like. The effect of the present invention is remarkably exhibited by wet pulverization.

【0027】また、スラリーの粘度は、通常50mPa
・s以上、好ましくは100mPa・s以上、特に好ま
しくは200mPa・s以上、通常3000mPa・s
以下、好ましくは2000mPa・s以下、特に好まし
くは1600mPa・s以下である。粘度が上記範囲以
下の場合は、焼成前の乾燥に大きな負荷がかかったり、
乾燥により生成した球状粒子が必要以上に小さくなった
り破損しやすくなったりする一方で、上記範囲以上とな
ると、乾燥時のスラリー輸送に用いるチューブポンプで
の吸引ができなくなる等取り扱いが困難になる。スラリ
ーの粘度測定は、公知のBM型粘度計を用いて行うこと
ができる。BM型粘度計は、室温大気中において所定の
金属製ローターを回転させる方式を採用する測定方法で
ある。スラリーの粘度は、ローターをスラリー中に浸し
た状態でローターを回転させ、その回転軸にかかる抵抗
力(捻れの力)から算出される。但し、室温大気中とは
気温10℃〜35℃、相対湿度20%RH〜80%RH
の通常考えられる実験室レベルの環境を示す。
The viscosity of the slurry is usually 50 mPas.
-S or more, preferably 100 mPa-s or more, particularly preferably 200 mPa-s or more, usually 3000 mPa-s
The following is preferably 2000 mPa · s or less, and particularly preferably 1600 mPa · s or less. When the viscosity is less than the above range, a large load is applied to drying before firing,
While the spherical particles produced by drying become unnecessarily small or easily damaged, on the other hand, when it exceeds the above range, it becomes difficult to handle, for example, suction by a tube pump used for slurry transportation during drying becomes impossible. The viscosity of the slurry can be measured using a known BM type viscometer. The BM type viscometer is a measuring method that employs a method of rotating a predetermined metal rotor in a room temperature atmosphere. The viscosity of the slurry is calculated from the resistance force (twisting force) applied to the rotating shaft of the rotor when the rotor is rotated while being immersed in the slurry. However, the room temperature atmosphere means a temperature of 10 ° C to 35 ° C and a relative humidity of 20% RH to 80% RH.
Figure 7 illustrates a normally considered laboratory level environment.

【0028】上記のようにして得られたスラリーは、通
常乾燥された後焼成処理に供される。乾燥方法としては
噴霧乾燥が好ましい。噴霧乾燥を行うことによって、簡
易な方法で球状のリチウムニッケルマンガン複合酸化物
を得ることができ、その結果、充填密度を向上させるこ
とができる。噴霧乾燥の方法は特に制限されないが、例
えば、ノズルの先端に気体流とスラリーとを流入させる
ことによってノズルからスラリー成分の液滴(本明細書
においては、これを単に「液滴」という場合がある。)
を吐出させ、適当な乾燥ガス温度や送風量を用いて飛散
した該液滴を迅速に乾燥させる方法を用いることができ
る。気体流として供給する気体としては、空気、窒素等
を用いることができるが、通常は空気が用いられる。こ
れらは加圧して使用することが好ましい。気体流は、ガ
ス線速として、通常100m/s以上、好ましくは20
0m/s以上、さらに好ましくは300m/s以上で噴
射される。あまり小さすぎると適切な液滴が形成しにく
くなる。ただし、あまりに大きな線速は得にくいので、
通常噴射速度は1000m/s以下である。使用される
ノズルの形状は、微少な液滴を吐出することができるも
のであればよく、従来から公知のもの、例えば、特許第
2797080号公報に記載されているような液滴を微
細化できるようなノズルを使用することもできる。な
お、液滴は環状に噴霧されることが、生産性向上の点で
好ましい。飛散した液滴は、これを乾燥する。前述の通
り、飛散した該液滴を迅速に乾燥させるように、適当な
温度や送風等の処理が施されるが、乾燥塔上部から下部
に向かいダウンフローで乾燥ガスを導入するのが好まし
い。この様な構造とすることにより、乾燥塔単位容積当
たりの処理量を大幅に向上させることができる。また、
液滴を略水平方向に噴霧する場合、水平方向に噴霧され
た液滴をダウンフローガスで抑え込むことにより、乾燥
塔の直径を大きく低減させることが可能となり、安価且
つ大量に製造することが可能となる。乾燥ガス温度は、
通常50℃以上、好ましくは70℃以上とし、通常12
0℃以下、好ましくは100℃以下とする。温度が高す
ぎると、得られた造粒粒子が中空構造の多いものとな
り、粉体の充填密度が低下する傾向にあり、一方、低す
ぎると粉体出口部分での水分結露による粉体固着・閉塞
等の問題が生じる可能性がある。
The slurry obtained as described above is usually dried and then subjected to firing treatment. Spray drying is preferred as the drying method. By performing spray drying, a spherical lithium nickel manganese composite oxide can be obtained by a simple method, and as a result, the packing density can be improved. The method of spray drying is not particularly limited, but for example, a droplet of the slurry component from the nozzle by causing a gas flow and a slurry to flow into the tip of the nozzle (this may be simply referred to as “droplet” in this specification). is there.)
Can be used to rapidly dry the scattered droplets by using an appropriate drying gas temperature and blowing amount. Air, nitrogen or the like can be used as the gas supplied as the gas flow, but air is usually used. It is preferable to use these under pressure. The gas flow has a gas linear velocity of usually 100 m / s or more, preferably 20 m / s or more.
The injection is performed at 0 m / s or more, more preferably 300 m / s or more. If it is too small, it becomes difficult to form appropriate droplets. However, since it is difficult to obtain a too high linear velocity,
The normal injection speed is 1000 m / s or less. The nozzle used may have any shape as long as it can eject minute liquid droplets, and a conventionally known one, for example, a liquid droplet described in Japanese Patent No. 2977080 can be miniaturized. Such nozzles can also be used. In addition, it is preferable that the droplets are sprayed in an annular shape from the viewpoint of improving productivity. The scattered droplets are dried. As described above, treatment such as appropriate temperature and air blowing is performed so as to quickly dry the scattered droplets, but it is preferable to introduce the drying gas from the upper part of the drying tower to the lower part by downflow. With such a structure, the throughput per unit volume of the drying tower can be greatly improved. Also,
When spraying liquid droplets in a substantially horizontal direction, by suppressing the liquid droplets sprayed in the horizontal direction with downflow gas, it is possible to greatly reduce the diameter of the drying tower, making it possible to manufacture inexpensively in large quantities. Becomes The dry gas temperature is
It is usually 50 ° C or higher, preferably 70 ° C or higher, and usually 12
The temperature is 0 ° C or lower, preferably 100 ° C or lower. If the temperature is too high, the resulting granulated particles will have many hollow structures, and the packing density of the powder will tend to decrease, while if it is too low, the powder will stick to the powder due to water condensation at the powder outlet. Problems such as blockages may occur.

【0029】この様にして噴霧乾燥することによって原
料となる造粒粒子が得られる。造粒粒子径としては、平
均粒子径で好ましくは50μm以下、さらに好ましくは
30μm以下となるようにする。ただし、あまりに小さ
な粒径は得にくい傾向にあるので、通常は4μm以上、
好ましくは5μm以上である。造粒粒子の粒子径は、噴
霧形式、加圧気体流供給速度、スラリー供給速度、乾燥
温度等を適宜選定することによって制御することができ
る。
By spray-drying in this manner, granulated particles as a raw material can be obtained. The average particle size of the granulated particles is preferably 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less. However, since it tends to be difficult to obtain a particle size that is too small, it is usually 4 μm or more,
It is preferably at least 5 μm. The particle size of the granulated particles can be controlled by appropriately selecting the spray type, pressurized gas flow supply rate, slurry supply rate, drying temperature and the like.

【0030】リチウム、マンガン、及びニッケルを含む
原料は、焼成処理される。又は、リチウム源を含有しな
いスラリーを乾燥して得られた、ニッケル、マンガン等
を含む原料は、リチウム源と混合された後焼成処理され
る。焼成処理された後にリチウム源と混合して更に焼成
処理に供しても良い。混合方法としては、手振り混合、
ボールミル等を用いた機械式混合等が挙げられる。焼成
温度としては、原料として使用されるリチウム源、マン
ガン源、及びニッケル源の種類、焼成時間、焼成雰囲気
によって異なるものの、通常700℃以上、好ましくは
750℃以上、さらに好ましくは800℃以上であり、
また通常1050℃以下、好ましくは950℃以下であ
る。通常、焼成温度が高いと、得られるリチウムニッケ
ルマンガン複合酸化物の比表面積は小さくなる。温度が
低すぎると、結晶性が良く、目的の比表面積の層状リチ
ウムニッケルマンガン複合酸化物を得るために長時間の
焼成時間を要する傾向にある。また、温度が高すぎる
と、目的とする比表面積を有する層状リチウムニッケル
マンガン複合酸化物が得られなかったり、目的以外の結
晶相が生成したり、欠陥が多い層状リチウムニッケルマ
ンガン複合酸化物が生成したりして、該リチウム遷移金
属複合酸化物を正極活物質として使用したリチウム二次
電池の電池容量が低下あるいは充放電による結晶構造の
崩壊による劣化を招くことがある。
A raw material containing lithium, manganese, and nickel is calcined. Alternatively, a raw material containing nickel, manganese, etc., obtained by drying a slurry not containing a lithium source, is mixed with a lithium source and then calcined. After the firing treatment, the lithium source may be mixed and further subjected to the firing treatment. As a mixing method, hand shaking mixing,
Mechanical mixing using a ball mill or the like can be mentioned. The firing temperature is usually 700 ° C. or higher, preferably 750 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher, although it varies depending on the types of lithium source, manganese source, and nickel source used as raw materials, the firing time, and the firing atmosphere. ,
It is usually 1050 ° C or lower, preferably 950 ° C or lower. Generally, when the firing temperature is high, the specific surface area of the obtained lithium nickel manganese composite oxide is small. If the temperature is too low, the crystallinity is good, and a long firing time tends to be required to obtain the layered lithium nickel manganese composite oxide having the target specific surface area. Further, if the temperature is too high, a layered lithium nickel manganese composite oxide having a target specific surface area cannot be obtained, a crystal phase other than the target is generated, or a layered lithium nickel manganese composite oxide having many defects is generated. As a result, the battery capacity of a lithium secondary battery using the lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material may decrease, or deterioration due to the collapse of the crystal structure due to charge / discharge may occur.

【0031】焼成時間は温度によっても異なるが、通常
前述の温度範囲であれば30分以上、50時間以下であ
る。焼成時間が短すぎると結晶性の良い層状リチウムニ
ッケルマンガン複合酸化物が得られにくくなり、また長
すぎるのはあまり実用的ではない。結晶欠陥が少ない層
状リチウムニッケルマンガン複合酸化物を得るために
は、焼成反応後、ゆっくりと冷却することが好ましく、
例えば5℃/min.以下の冷却速度で徐冷することが
好ましい。
Although the firing time varies depending on the temperature, it is usually 30 minutes or more and 50 hours or less in the above temperature range. If the firing time is too short, it becomes difficult to obtain a layered lithium nickel manganese composite oxide having good crystallinity, and if it is too long, it is not practical. In order to obtain a layered lithium nickel manganese composite oxide with few crystal defects, it is preferable to cool slowly after the firing reaction,
For example, 5 ° C./min. It is preferable to gradually cool at the following cooling rate.

【0032】焼成時の雰囲気は、製造する化合物の組成
や構造に応じて、空気等の酸素含有ガス雰囲気や、窒素
やアルゴン等の不活性ガス雰囲気とすることができる
が、層状リチウムニッケルマンガン複合酸化物の場合、
ニッケルは原料の2価から目的生成物の3価へ酸化され
る必要があることから、好ましくは空気又は酸素であ
る。
The atmosphere during firing may be an oxygen-containing gas atmosphere such as air or an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon depending on the composition and structure of the compound to be produced. In the case of oxides,
Nickel is preferably air or oxygen because it needs to be oxidized from divalent raw material to trivalent desired product.

【0033】焼成に使用する加熱装置は、上記の温度、
雰囲気を達成できるものであれば特に制限はなく、例え
ば箱形炉、管状炉、トンネル炉、ロータリーキルン等を
使用することができる。なお、本発明においては、スラ
リー中の固形分の平均粒子径、噴霧乾燥後の造粒粒子の
平均粒子径、及び層状リチウムニッケルマンガン複合酸
化物の平均2次粒子径は、公知のレーザー回折/散乱式
粒度分布測定装置によって測定される。この方法の測定
原理は下記の通りである。すなわち、スラリー又は粉体
を分散媒に分散させ、該試料溶液にレーザー光を照射
し、粒子に入射されて散乱(回折)した散乱光をディテ
クタで検出する。検出された散乱光の散乱角θ(入射方
向と散乱方向の角度)は、大きい粒子の場合は前方散乱
(0<θ<90°)となり、小さい粒子の場合は側方散
乱又は後方散乱(90°<θ<180°)となる。測定
された角度分布値から、入射光波長及び粒子の屈折率等
の情報を用いて粒子径分布を算出する。更に得られた粒
子径分布から平均粒子径を算出する。測定の際に用いる
分散媒としては、例えば0.1重量%ヘキサメタリン酸
ナトリウム水溶液を挙げることができる。また、層状リ
チウムニッケルマンガン複合酸化物の平均1次粒子径は
SEM写真等から求めることができる。
The heating device used for firing has the above-mentioned temperature,
There is no particular limitation as long as the atmosphere can be achieved, and for example, a box furnace, a tubular furnace, a tunnel furnace, a rotary kiln or the like can be used. In the present invention, the average particle size of the solid content in the slurry, the average particle size of the granulated particles after spray drying, and the average secondary particle size of the layered lithium nickel manganese composite oxide are known laser diffraction / It is measured by a scattering type particle size distribution measuring device. The measurement principle of this method is as follows. That is, slurry or powder is dispersed in a dispersion medium, the sample solution is irradiated with laser light, and scattered light that is incident on particles and scattered (diffracted) is detected by a detector. The scattering angle θ (angle between the incident direction and the scattering direction) of the detected scattered light is forward scattering (0 <θ <90 °) for large particles, and side scattering or back scattering (90 °) for small particles. ° <θ <180 °). From the measured angular distribution value, the particle size distribution is calculated using information such as the incident light wavelength and the particle refractive index. Further, the average particle size is calculated from the obtained particle size distribution. The dispersion medium used in the measurement may be, for example, a 0.1 wt% sodium hexametaphosphate aqueous solution. The average primary particle diameter of the layered lithium nickel manganese composite oxide can be determined from SEM photographs and the like.

【0034】本発明で使用するスピネル型リチウムマン
ガン複合酸化物はスピネル型の結晶構造を有し、リチウ
ムとマンガンとを含む酸化物である。さらに、本発明の
スピネル型リチウムマンガン複合酸化物はの結晶構造の
安定化や高容量化、安全性向上、高温での電池特性の改
良のためにマンガンサイトの一部を他の金属元素で置換
することも可能である。
The spinel type lithium manganese composite oxide used in the present invention is an oxide having a spinel type crystal structure and containing lithium and manganese. Further, the spinel type lithium manganese composite oxide of the present invention has a part of manganese site substituted with another metal element in order to stabilize the crystal structure, increase capacity, improve safety, and improve battery characteristics at high temperature. It is also possible to do so.

【0035】置換元素としては、各種の元素を使用する
ことができるが、好ましくはAl、Fe、Ga、Bi、
Sn、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、T
i、Ge、Nb、Ta、Zr及びLi等の金属元素を挙
げることができる。この中でも、Al、Fe、Ga、C
r、Co、Mg、Tiがさらに好ましい。無論、これら
の金属元素を複数種使用してもよい。
Various elements can be used as the substituting element, but Al, Fe, Ga, Bi, and
Sn, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, T
Metal elements such as i, Ge, Nb, Ta, Zr and Li can be mentioned. Among these, Al, Fe, Ga, C
More preferred are r, Co, Mg, and Ti. Of course, a plurality of these metal elements may be used.

【0036】本発明におけるスピネル型リチウムマンガ
ン複合酸化物は、通常下記一般式(II)で示される。
The spinel type lithium manganese composite oxide in the present invention is usually represented by the following general formula (II).

【0037】[0037]

【化4】 LiX2Mn(2-Y2)Y24 (II) ここで、式(II)中、X2は0<X2≦1.2、好まし
くは0<X2≦1.1の範囲の数を表わす。X2が大き
すぎると、結晶構造が不安定化したり、これを使用した
リチウム二次電池の電池容量低下を招く恐れがある。Y
2は他元素によるマンガンの置換量を表す数であり、
0.5以下、好ましくは0.35以下、さらに好ましく
は0.25以下とする。Y2の値は0でもよい。置換元
素の量が多すぎると、スピネル型リチウムマンガン複合
酸化物を正極活物質として使用したリチウム二次電池の
電池容量が大きく低下することがある。
Li X2 Mn (2-Y2) R Y2 O 4 (II) In the formula (II), X2 is in the range of 0 <X2 ≦ 1.2, preferably 0 <X2 ≦ 1.1. Represents a number. If X2 is too large, the crystal structure may become unstable, or the battery capacity of the lithium secondary battery using the same may be reduced. Y
2 is a number representing the substitution amount of manganese by another element,
It is 0.5 or less, preferably 0.35 or less, and more preferably 0.25 or less. The value of Y2 may be 0. If the amount of the substituting element is too large, the battery capacity of the lithium secondary battery using the spinel type lithium manganese composite oxide as the positive electrode active material may be significantly reduced.

【0038】RはAl、Fe、Ga、Bi、Sn、V、
Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Ti、Ge、N
b、Ta、Zr及びLiからなる群から選ばれる少なく
とも一種を表す。これらのうちより好ましいのは、A
l、Fe、Ga、Cr、Co、Mg、Tiであり、得ら
れるリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として用
いたリチウム二次電池が高性能な電池特性、特に繰り返
し充放電を行った際の放電容量維持率について良好な性
能を示す。さらに良好な結晶性を有するスピネル型リチ
ウムマンガン複合酸化物とするために、スピネル型リチ
ウムマンガン複合酸化物に対して固溶せずに、焼成時に
溶融し、液相を生じる物質(以下、「不活性溶融剤」と
いう)を添加しても良い。これらの不活性溶融剤は常温
まで冷却した後は、スピネル型リチウムマンガン複合酸
化物の結晶構造内に取り込まれず、主に表面を被覆、あ
るいは表面に析出した状態で存在する。上記のような不
活性溶融剤としては、ホウ素化合物、アンチモン化合
物、あるいはカリウム、バリウム、リチウムのハロゲン
化物、硫酸塩、モリブデン酸塩等が挙げられる。これら
のうちより好ましいのは、ホウ素化合物、アンチモン化
合物である。不活性溶融剤の添加量は、Mn及び置換元
素Rの合計のモル数を1とした場合、モル比で通常0.
05以下、好ましくは0.04以下、より好ましくは
0.03以下である。不活性溶融剤の添加量が多すぎる
と充分な放電容量を得られない場合がある。
R is Al, Fe, Ga, Bi, Sn, V,
Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ti, Ge, N
It represents at least one selected from the group consisting of b, Ta, Zr and Li. Of these, more preferred is A
1, Fe, Ga, Cr, Co, Mg, Ti, and a lithium secondary battery using the obtained lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material has high performance battery characteristics, especially when repeatedly charged and discharged. The discharge capacity retention ratio of No. 1 shows good performance. In order to obtain a spinel-type lithium-manganese composite oxide having better crystallinity, a substance that does not form a solid solution with the spinel-type lithium-manganese composite oxide and that melts during firing to generate a liquid phase (hereinafter referred to as " It may be added). After cooling to room temperature, these inert melting agents are not taken into the crystal structure of the spinel type lithium manganese composite oxide, and are present mainly in the state of coating the surface or precipitating on the surface. Examples of the above-mentioned inert melting agent include boron compounds, antimony compounds, halides of potassium, barium and lithium, sulfates, molybdates and the like. Of these, more preferred are boron compounds and antimony compounds. When the total number of moles of Mn and the substituting element R is 1, the amount of the inert melting agent added is usually 0.
It is 05 or less, preferably 0.04 or less, and more preferably 0.03 or less. If the amount of the inert melting agent added is too large, a sufficient discharge capacity may not be obtained.

【0039】なお、上記一般式(II)の組成において
は、酸素量に多少の不定比性があってもよい。スピネル
型リチウムマンガン複合酸化物は、平均1次粒子径とし
ては、通常0.01μm以上、好ましくは0.02μm
以上、更に好ましくは0.1μm以上、通常10μm以
下、好ましくは5μm以下、更に好ましくは3μm以下
である。また、平均2次粒子径は通常1μm以上、好ま
しくは4μm以上、通常50μm以下、好ましくは40
μm以下である。
In the composition of the general formula (II), the oxygen content may have some non-stoichiometry. The spinel type lithium manganese composite oxide has an average primary particle diameter of usually 0.01 μm or more, preferably 0.02 μm.
The above is more preferably 0.1 μm or more, usually 10 μm or less, preferably 5 μm or less, and more preferably 3 μm or less. The average secondary particle diameter is usually 1 μm or more, preferably 4 μm or more, usually 50 μm or less, preferably 40
μm or less.

【0040】さらに、本発明のスピネル型リチウムマン
ガン複合酸化物は、BET比表面積が0.1m2/g以
上10m2/g以下、好ましくは0.2m2/g以上3m
2/g以下である。BET比表面積は前述のリチウムニ
ッケルマンガン複合酸化物を測定した場合と同様の方法
により測定することが可能である。スピネル型リチウム
マンガン複合酸化物の比表面積、1次粒子径、2次粒子
径は、層状リチウムニッケルマンガン複合酸化物を製造
する場合と同様の方法により制御することが可能であ
る。比表面積が小さすぎるとレート特性が不良となりや
すい一方、大きすぎるとレート特性や容量が低下すると
ともに、これを用いて二次電池を作製する場合の電極作
製が困難になりやすい。又、スピネル型リチウムマンガ
ン複合酸化物の粉体充填密度は、タップ密度(200回
タップ後)で、通常は0.5g/cc以上、好ましくは
0.6g/cc以上、さらに好ましくは0.8g/cc
以上である。粉体充填密度は高ければ高いほど単位容積
あたりのエネルギー密度を大きくすることができるが、
現実的には通常3.0g/cc以下であり、特に2.5
g/cc以下である。
Further, the spinel type lithium manganese composite oxide of the present invention has a BET specific surface area of 0.1 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less, preferably 0.2 m 2 / g or more and 3 m.
2 / g or less. The BET specific surface area can be measured by the same method as in the case of measuring the lithium nickel manganese composite oxide described above. The specific surface area, primary particle diameter, and secondary particle diameter of the spinel type lithium manganese composite oxide can be controlled by the same method as in the case of producing the layered lithium nickel manganese composite oxide. If the specific surface area is too small, the rate characteristic tends to be poor, while if it is too large, the rate characteristic and the capacity are deteriorated, and it becomes difficult to produce an electrode when a secondary battery is produced using this. The powder packing density of the spinel type lithium manganese composite oxide is a tap density (after 200 taps), usually 0.5 g / cc or more, preferably 0.6 g / cc or more, and more preferably 0.8 g. / Cc
That is all. The higher the powder packing density, the greater the energy density per unit volume, but
In reality, it is usually 3.0 g / cc or less, especially 2.5.
It is less than or equal to g / cc.

【0041】本発明のスピネル型リチウムマンガン複合
酸化物は、前述のリチウムニッケルマンガン複合酸化物
と同様の方法により、例えば、リチウムとマンガンと必
要に応じて用いられる置換元素、及び不活性溶融剤とを
含む原料を混合、焼成することによって製造することが
できる。原料として使用するリチウム源、マンガン源、
置換元素源、及び不活性溶融剤としては前述のリチウム
ニッケルマンガン複合酸化物の場合と同様のものを使用
することができる。
The spinel type lithium manganese composite oxide of the present invention is prepared by the same method as the above-mentioned lithium nickel manganese composite oxide, for example, lithium and manganese, a substitution element optionally used, and an inert melting agent. It can be manufactured by mixing and firing raw materials containing. Lithium source, manganese source,
As the substitute element source and the inert melting agent, the same ones as in the case of the above-mentioned lithium nickel manganese composite oxide can be used.

【0042】その他、前述のリチウムニッケルマンガン
複合酸化物を製造する場合と同様の方法によりスピネル
型リチウムマンガン複合酸化物を製造することができ
る。本発明の正極材料は、前記のリチウムニッケルマン
ガン複合酸化物とスピネル型リチウムマンガン複合酸化
物を混合してリチウム遷移金属複合酸化物を混合するこ
とにより得られる。また、単に混合するだけでなく、リ
チウムニッケルマンガン複合酸化物でスピネル型リチウ
ムマンガン複合酸化物で被覆しても良いし、あるいはリ
チウムニッケルマンガン複合酸化物とスピネル型リチウ
ムマンガン複合酸化物を混合後造粒し複合化しても良
い。
Besides, the spinel type lithium manganese composite oxide can be manufactured by the same method as in the case of manufacturing the lithium nickel manganese composite oxide described above. The positive electrode material of the present invention is obtained by mixing the lithium nickel manganese composite oxide and the spinel type lithium manganese composite oxide described above and then mixing the lithium transition metal composite oxide. Further, in addition to simply mixing, it may be coated with a spinel type lithium manganese complex oxide with a lithium nickel manganese complex oxide, or after mixing the lithium nickel manganese complex oxide and the spinel type lithium manganese complex oxide. It may be granulated and compounded.

【0043】リチウムニッケルマンガン複合酸化物とス
ピネル型リチウムマンガン複合酸化物の混合割合は、リ
チウムニッケルマンガン複合酸化物の含有量(重量)を
A、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物の含有量
(重量)をBとした場合、A/(A+B)の値(重量
比)として通常0.05以上、好ましくは0.1以上、
さらに好ましくは0.2以上、最も好ましくは0.3以
上とし、また通常0.95以下、好ましくは0.9以
下、さらに好ましくは0.8以下、最も好ましくは0.
7以下とする。A/(A+B)の値が小さすぎると、高
温でのサイクル特性が不良となる傾向にあり、A/(A
+B)の値が大きすぎると低温における出力特性の甲条
項かが不十分となるやすい。
The mixing ratio of the lithium nickel manganese composite oxide and the spinel type lithium manganese composite oxide is such that the content (weight) of the lithium nickel manganese composite oxide is A and the content (weight) of the spinel type lithium manganese composite oxide. When is B, the value (weight ratio) of A / (A + B) is usually 0.05 or more, preferably 0.1 or more,
It is more preferably 0.2 or more, most preferably 0.3 or more, and is usually 0.95 or less, preferably 0.9 or less, more preferably 0.8 or less, most preferably 0.
7 or less. If the value of A / (A + B) is too small, the cycle characteristics at high temperature tend to be poor, and A / (A
If the value of + B) is too large, the output characteristic at low temperature tends to be insufficient.

【0044】リチウムニッケルマンガン複合酸化物と、
スピネル型リチウムマンガン複合酸化物を混合、複合化
する方法は乾式混合あるいは湿式混合のいずれを用いて
も良いが、特に乾式混合が好適に用いられる。方法とし
ては、ボールミルや、レディゲミキサー、メカノフュー
ジョン、ハイブリダイザー等公知の方法を用いることが
できる。
Lithium nickel manganese composite oxide,
As a method for mixing and forming the spinel type lithium manganese composite oxide, either dry mixing or wet mixing may be used, but dry mixing is particularly preferably used. As the method, a known method such as a ball mill, a Loedige mixer, a mechanofusion, a hybridizer or the like can be used.

【0045】本発明の正極材料を用いて、リチウム二次
電池を作製することができる。リチウム二次電池は、通
常正極、負極及び電解質層を有する。本発明の二次電池
の一例としては、正極、負極、電解液、セパレーターか
らなる二次電池が挙げられ、この場合正極と負極との間
には電解質が存在し、かつセパレーターが正極と負極が
接触しないようにそれらの間に配置される。
A lithium secondary battery can be manufactured using the positive electrode material of the present invention. A lithium secondary battery usually has a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte layer. Examples of the secondary battery of the present invention include a secondary battery consisting of a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, in which case there is an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, and the separator has a positive electrode and a negative electrode. Placed between them so that they do not touch.

【0046】正極は、通常前記リチウムニッケルマンガ
ン複合酸化物とリチウムマンガン複合酸化物とを含む正
極材料とバインダーとを含有する。また、通常、正極
は、前記正極材料とバインダーとを含有する正極層を集
電体上に形成してなる。このような正極層は、前記正極
材料、バインダー及び必要に応じて導電剤等を溶媒でス
ラリー化したものを正極集電体に塗布し、乾燥すること
により製造することができる。
The positive electrode usually contains a positive electrode material containing the lithium nickel manganese composite oxide and the lithium manganese composite oxide, and a binder. In addition, the positive electrode is usually formed by forming a positive electrode layer containing the positive electrode material and a binder on a current collector. Such a positive electrode layer can be produced by applying a slurry of the above positive electrode material, a binder and, if necessary, a conductive agent and the like to a solvent on a positive electrode current collector and drying.

【0047】正極層中には、LiFePO4等のよう
に、前記リチウムニッケルマンガン複合酸化物及びリチ
ウムマンガン複合酸化物以外のリチウムイオンを吸蔵・
放出しうる活物質をさらに含有していてもよい。正極層
中の活物質の割合は、通常10重量%以上、好ましくは
30重量%以上、さらに好ましくは50重量%以上であ
り、通常99.9重量%以下、好ましくは99重量%以
下である。多すぎると電極の機械的強度が劣る傾向にあ
り、少なすぎると容量等電池性能が劣る傾向にある。
The positive electrode layer occludes lithium ions other than the lithium nickel manganese composite oxide and the lithium manganese composite oxide, such as LiFePO 4.
It may further contain a releasable active material. The proportion of the active material in the positive electrode layer is usually 10% by weight or more, preferably 30% by weight or more, more preferably 50% by weight or more, and usually 99.9% by weight or less, preferably 99% by weight or less. If it is too large, the mechanical strength of the electrode tends to be poor, and if it is too small, the battery performance such as capacity tends to be poor.

【0048】また、正極に使用されるバインダーとして
は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオ
ロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、EPDM
(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、SB
R(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニ
トリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニ
ル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロ
セルロース等が挙げられる。正極層中のバインダーの割
合は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以
上、さらに好ましくは5重量%以上であり、通常80重
量%以下、好ましくは60重量%以下、さらに好ましく
は40重量%以下、最も好ましくは10重量%以下であ
る。バインダーの割合が低すぎると、活物質を十分に保
持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等
の電池性能を悪化させることがあり、一方高すぎると電
池容量や導電性を下げることがある。
Examples of the binder used for the positive electrode include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride and EPDM.
(Ethylene-propylene-diene terpolymer), SB
Examples thereof include R (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluororubber, polyvinyl acetate, polymethylmethacrylate, polyethylene and nitrocellulose. The proportion of the binder in the positive electrode layer is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and usually 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less, more preferably It is 40% by weight or less, and most preferably 10% by weight or less. If the proportion of the binder is too low, the active material cannot be sufficiently retained and the mechanical strength of the positive electrode is insufficient, which may deteriorate the battery performance such as cycle characteristics, while if it is too high, the battery capacity and conductivity are reduced. Sometimes.

【0049】正極層は、通常導電性を高めるため導電剤
を含有する。導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の
黒鉛や、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニ
ードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料を挙げるこ
とができる。正極中の導電剤の割合は、通常0.01重
量%以上、好ましくは0.1重量%以上、さらに好まし
くは1重量%以上であり、通常50重量%以下、好まし
くは30重量%以下、さらに好ましくは15重量%以下
である。導電剤の割合が低すぎると導電性が不十分にな
ることがあり、逆に高すぎると電池容量が低下すること
がある。
The positive electrode layer usually contains a conductive agent in order to enhance conductivity. Examples of the conductive agent include graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and carbon materials such as amorphous carbon such as needle coke. The proportion of the conductive agent in the positive electrode is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more and usually 50% by weight or less, preferably 30% by weight or less, It is preferably 15% by weight or less. If the proportion of the conductive agent is too low, the conductivity may be insufficient, and conversely, if it is too high, the battery capacity may decrease.

【0050】また、スラリー溶媒としては、バインダー
を溶解あるいは分散するものであれば特に制限はない
が、通常は有機溶剤が使用される。例えば、N−メチル
ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトア
ミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メ
チル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N−N
−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、
テトラヒドロフラン等を挙げることができる。また、水
に分散剤、増粘剤等を加えてSBR等のラテックスで活
物質をスラリー化することもできる。
The slurry solvent is not particularly limited as long as it dissolves or disperses the binder, but an organic solvent is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN
-Dimethylaminopropylamine, ethylene oxide,
Tetrahydrofuran etc. can be mentioned. It is also possible to add a dispersant, a thickener and the like to water to make the active material into a slurry with a latex such as SBR.

【0051】正極層の厚さは、通常1〜1000μm、
好ましくは10〜200μm程度である。厚すぎると導
電性が低下する傾向にあり、薄すぎると容量が低下する
傾向にある。正極に使用する集電体の材質としては、ア
ルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が用い
られ、好ましくはアルミニウムである。集電体の厚さ
は、通常1〜1000μm、好ましくは5〜500μm
程度である。厚すぎるとリチウム二次電池全体としての
容量が低下し、薄すぎると機械的強度が不足することが
ある。
The thickness of the positive electrode layer is usually 1 to 1000 μm,
It is preferably about 10 to 200 μm. If it is too thick, the conductivity tends to decrease, and if it is too thin, the capacity tends to decrease. As the material of the current collector used for the positive electrode, aluminum, stainless steel, nickel-plated steel or the like is used, and aluminum is preferable. The thickness of the current collector is usually 1 to 1000 μm, preferably 5 to 500 μm
It is a degree. If it is too thick, the capacity of the lithium secondary battery as a whole may be reduced, and if it is too thin, the mechanical strength may be insufficient.

【0052】なお、塗布・乾燥によって得られた正極層
は、活物質の充填密度を上げるためローラープレス等に
より圧密されるのが好ましい。二次電池の負極に使用さ
れる負極の活物質としては、リチウムやリチウムアルミ
ニウム合金等のリチウム合金であっても良いが、より安
全性が高く、リチウムを吸蔵、放出できる炭素材料が好
ましい。
The positive electrode layer obtained by coating and drying is preferably compacted by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material. The negative electrode active material used for the negative electrode of the secondary battery may be lithium or a lithium alloy such as a lithium aluminum alloy, but a carbon material having higher safety and capable of absorbing and releasing lithium is preferable.

【0053】前記炭素材料は特に限定されないが、黒鉛
及び、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチ
の炭化物、石油系ピッチの炭化物、あるいはこれらピッ
チを酸化処理したものの炭化物、ニードルコークス、ピ
ッチコークス、フェノール樹脂、結晶セルロース等の炭
化物等及びこれらを一部黒鉛化した炭素材、ファーネス
ブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等が
挙げられる。
The carbon material is not particularly limited, but is not limited to graphite, coal-based coke, petroleum-based coke, coal-based pitch carbide, petroleum-based pitch carbide, or carbide obtained by oxidizing these pitches, needle coke, pitch coke. Examples thereof include phenolic resins, carbides such as crystalline cellulose, and carbon materials obtained by partially graphitizing these, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fibers, and the like.

【0054】更に、負極活物質として、SnO、SnO
2、Sn1-xxO(M=Hg、P、B、Si、Geまた
はSb、ただし0≦x<1)、Sn32(OH)2 、S
3- xx2(OH)2(M=Mg、P、B、Si、G
e、Sb又はMn、ただし0≦x<3)、LiSi
2、SiO2又はLiSnO2等を挙げることができ
る。なお、これらの中から選ばれる2種以上の混合物を
負極活物質として用いてもよい。
Further, as the negative electrode active material, SnO, SnO
2 , Sn 1-x M x O (M = Hg, P, B, Si, Ge or Sb, where 0 ≦ x <1), Sn 3 O 2 (OH) 2 , S
n 3- x M x O 2 (OH) 2 (M = Mg, P, B, Si, G
e, Sb or Mn, where 0 ≦ x <3), LiSi
O 2, can be mentioned SiO 2 or LiSnO 2 like. A mixture of two or more selected from these may be used as the negative electrode active material.

【0055】負極は通常、正極の場合と同様、負極層を
集電体上に形成されてなる。この際使用するバインダー
や、必要に応じて使用される導電剤等やスラリー溶媒と
しては、正極で使用するものと同様のものを使用するこ
とができる。また、負極の集電体としては、銅、ニッケ
ル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用され、好
ましくは銅が用いられる。
As in the case of the positive electrode, the negative electrode is usually formed by forming a negative electrode layer on a current collector. The binder used at this time, and the conductive agent and the like used as necessary and the slurry solvent may be the same as those used for the positive electrode. Further, as the current collector of the negative electrode, copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel or the like is used, and preferably copper is used.

【0056】正極と負極との間にセパレーターを使用す
る場合は、微多孔性の高分子フィルムが用いられ、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリエステル、ナイロン、セ
ルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホ
ン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポ
リプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン等のポリオレ
フィン高分子を用いることができる。また、ガラス繊維
等の不織布フィルターや、ガラス繊維と高分子繊維との
不織布フィルターを用いることもできる。セパレータの
化学的及び電気化学的安定性は重要な因子である。この
点からポリオレフィン系高分子が好ましく、電池セパレ
ータの目的の一つである自己閉塞温度の点からポリエチ
レン製であることが望ましい。
When a separator is used between the positive electrode and the negative electrode, a microporous polymer film is used, and polytetrafluoroethylene, polyester, nylon, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyfluorine is used. Polyolefin polymers such as vinylidene, polypropylene, polyethylene and polybutene can be used. Further, a non-woven filter of glass fiber or the like, or a non-woven filter of glass fiber and polymer fiber can also be used. The chemical and electrochemical stability of the separator is an important factor. From this point of view, the polyolefin-based polymer is preferable, and from the viewpoint of the self-closing temperature which is one of the purposes of the battery separator, it is preferable to be made of polyethylene.

【0057】ポリエチレンセパレーターの場合、高温形
状維持性の点から超高分子量ポリエチレンであることが
好ましく、その分子量の下限は好ましくは50万、さら
に好ましくは100万、最も好ましくは150万であ
る。他方分子量の上限は、好ましくは500万、更に好
ましくは400万、最も好ましくは300万である。分
子量が大きすぎると、流動性が低すぎて加熱された時セ
パレーターの孔が閉塞しない場合があるからである。
In the case of a polyethylene separator, ultrahigh molecular weight polyethylene is preferable from the viewpoint of shape retention at high temperature, and the lower limit of its molecular weight is preferably 500,000, more preferably 1,000,000, and most preferably 1,500,000. On the other hand, the upper limit of the molecular weight is preferably 5,000,000, more preferably 4,000,000, and most preferably 3,000,000. This is because if the molecular weight is too large, the fluidity is so low that the pores of the separator may not be closed when heated.

【0058】また、本発明のリチウム二次電池における
電解質層を構成する電解質には、例えば公知の有機電解
液、高分子固体電解質、ゲル状電解質、無機固体電解質
等を用いることができるが、中でも有機電解液が好まし
い。有機電解液は、有機溶媒と溶質から構成される。有
機溶媒としては特に限定されるものではないが、例えば
カーボネート類、エーテル類、ケトン類、スルホラン系
化合物、ラクトン類、ニトリル類、塩素化炭化水素類、
エーテル類、アミン類、エステル類、アミド類、リン酸
エステル化合物等を使用することができる。これらの代
表的なものを列挙すると、ジメチルカーボネート、ジエ
チルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピ
レンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカ
ーボネート、ビニレンカーボネート、テトラヒドロフラ
ン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサ
ン、4−メチル−2−ペンタノン、1,2−ジメトキシ
エタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクト
ン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオ
キソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスル
ホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニ
トリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、1,2−ジ
クロロエタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホ
キシド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等の単独
もしくは二種類以上の混合溶媒が使用できる。
As the electrolyte constituting the electrolyte layer in the lithium secondary battery of the present invention, for example, a known organic electrolytic solution, polymer solid electrolyte, gel electrolyte, inorganic solid electrolyte or the like can be used, among which, among others, Organic electrolytes are preferred. The organic electrolytic solution is composed of an organic solvent and a solute. The organic solvent is not particularly limited, for example, carbonates, ethers, ketones, sulfolane compounds, lactones, nitriles, chlorinated hydrocarbons,
Ethers, amines, esters, amides, phosphoric acid ester compounds and the like can be used. Typical examples of these are dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 4-methyl-2. -Pentanone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propio Nitrile, benzonitrile, butyronitrile, valeronitrile, 1,2-dichloroethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, etc. alone or A mixed solvent of two or more can be used.

【0059】上述の有機溶媒には、電解質を解離させる
ために高誘電率溶媒が含まれることが好ましい。ここ
で、高誘電率溶媒とは、25℃における比誘電率が20
以上の化合物を意味する。高誘電率溶媒の中で、エチレ
ンカーボネート、プロピレンカーボネート及びそれらの
水素原子をハロゲン等の他の元素又はアルキル基等で置
換した化合物が電解液中に含まれることが好ましい。高
誘電率化合物の電解液に占める割合は、好ましくは20
重量%以上、更に好ましくは30重量%以上、最も好ま
しくは40重量%以上である。該化合物の含有量が少な
いと、所望の電池特性が得られない場合があるからであ
る。
The above-mentioned organic solvent preferably contains a high dielectric constant solvent in order to dissociate the electrolyte. Here, the high dielectric constant solvent has a relative dielectric constant of 20 at 25 ° C.
The above compounds are meant. In the high dielectric constant solvent, it is preferable that the electrolytic solution contains ethylene carbonate, propylene carbonate, and a compound in which hydrogen atoms thereof are replaced by another element such as halogen or an alkyl group. The ratio of the high dielectric constant compound in the electrolytic solution is preferably 20.
It is at least 30% by weight, more preferably at least 30% by weight, and most preferably at least 40% by weight. This is because if the content of the compound is small, desired battery characteristics may not be obtained.

【0060】またこの溶媒に溶解させる溶質として特に
限定されるものではないが、従来公知のいずれもが使用
でき、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiB
4、LiB(C654 、LiCl、LiBr、CH3
SO3Li、CF3SO3Li、LiN(SO2CF32
LiN(SO2252、LiC(SO2CF33、L
iN(SO3CF32等が挙げられ、これらのうち少な
くとも1種以上のものを用いることができる。また、C
2 、 N2O、CO、SO2 等のガスやポリサルファイ
ドSx 2-など負極表面にリチウムイオンの効率よい充放
電を可能にする良好な皮膜を生成する添加剤を任意の割
合で上記単独又は混合溶媒に添加してもよい。
The solute to be dissolved in this solvent is not particularly limited, but any conventionally known solute can be used, such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 and LiB.
F 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCl, LiBr, CH 3
SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ,
LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , L
iN (SO 3 CF 3 ) 2 and the like can be used, and at least one or more of these can be used. Also, C
Gases such as O 2 , N 2 O, CO, and SO 2 and polysulfide S x 2-, such as the above additives alone, in any proportion, are additives that form a good film that enables efficient charging and discharging of lithium ions on the negative electrode surface. Alternatively, it may be added to the mixed solvent.

【0061】高分子固体電解質を使用する場合にも、高
分子としては、公知のものを用いることができる。特に
リチウムイオンに対するイオン導電性の高い高分子を使
用することが好ましく、例えば、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミン等
が好ましく使用される。またこの高分子に対して上記の
溶質と共に、上記の溶媒を加えてゲル状電解質として使
用することも可能である。
When the polymer solid electrolyte is used, the known polymer can be used. In particular, it is preferable to use a polymer having high ionic conductivity with respect to lithium ions, and for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethyleneimine and the like are preferably used. It is also possible to add the above solvent to the polymer together with the above solute and use it as a gel electrolyte.

【0062】無機固体電解質を使用する場合にも、この
無機物に公知の結晶質、非晶質固体電解質を用いること
ができる。結晶質の固体電解質としては例えば、Li
I、Li3N、Li1+xxTi2-x(PO43(M=A
l,Sc,Y,La)、Li0.5- 3xRE0.5+xTiO
3(RE=La,Pr,Nd,Sm)等が挙げられ、非
晶質の固体電解質としては例えば、4.9LiI−3
4.1Li2O−61B25,33.3Li2O−66.
7SiO2等の酸化物ガラスや0.45LiI−0.3
7Li2S−0.26B23,0.30LiI−0.4
2Li2S−0.28SiS 2等の硫化物ガラス等が挙げ
られる。これらのうち少なくとも1種以上のものを用い
ることができる。
Even when an inorganic solid electrolyte is used, this
Use of known crystalline and amorphous solid electrolytes for inorganic substances
You can Examples of the crystalline solid electrolyte include Li
I, Li3N, Li1 + xMxTi2-x(POFour)3(M = A
l, Sc, Y, La), Li0.5- 3xRE0.5 + xTiO
3(RE = La, Pr, Nd, Sm), etc.
As the crystalline solid electrolyte, for example, 4.9 LiI-3
4.1 Li2O-61B2OFive, 33.3Li2O-66.
7 SiO2Oxide glass such as 0.45LiI-0.3
7Li2S-0.26B2S3, 0.30LiI-0.4
2 Li2S-0.28SiS 2Such as sulfide glass
To be Use at least one of these
You can

【0063】[0063]

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて更に説明する
が、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例
に制約されるものではない <層状リチウムニッケルマンガン複合酸化物製造例1>
LiOH・H2O、Ni(OH)2、Mn23をそれぞれ
最終的な層状リチウムニッケルマンガン複合酸化物中の
組成で、Li:Ni:Mn=1.05:0.50:0.
50(モル比)となるように秤量し、これに純水を加え
て固形分濃度12.5重量%のスラリーを調整した。こ
のスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕
機(シンマルエンタープライゼス社製:ダイノーミルK
DL−A型)を用いて、スラリー中の固形分の平均粒子
径が0.30μmになるまで粉砕した。300mlポッ
トを用い、粉砕時間は6時間であった。このスラリーの
粘度をBM型粘度計(トキメック社製)により測定し
た。測定は室温大気中で行い、特定の金属製ローターを
装置本体の回転軸に固定し、該ローターをスラリー液面
下に浸し、回転軸を回転させてローターにかかる抵抗力
(捻れの力)により粘度を算出した。その結果、初期粘
度は1510mPa・sであった。
EXAMPLES The present invention will be further described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist. <Production of Layered Lithium Nickel Manganese Composite Oxide Example 1>
LiOH.H 2 O, Ni (OH) 2 , and Mn 2 O 3 are respectively contained in the final layered lithium nickel manganese composite oxide, and Li: Ni: Mn = 1.05: 0.50: 0.
It was weighed to be 50 (molar ratio), and pure water was added to this to prepare a slurry having a solid content concentration of 12.5% by weight. While stirring this slurry, a circulation type medium stirring type wet pulverizer (manufactured by Shinmaru Enterprises Co., Ltd .: Dyno Mill K)
DL-A type) was used to grind until the average particle size of the solid content in the slurry became 0.30 μm. The milling time was 6 hours using a 300 ml pot. The viscosity of this slurry was measured with a BM type viscometer (manufactured by Tokimec). The measurement is carried out in the atmosphere at room temperature, a specific metal rotor is fixed to the rotating shaft of the main body of the device, the rotor is immersed below the liquid surface of the slurry, and the rotating shaft is rotated to generate a resistance force (twisting force) on the rotor. The viscosity was calculated. As a result, the initial viscosity was 1510 mPa · s.

【0064】次にこのスラリーを二流体ノズル型スプレ
ードライヤー(大川原化工機社製:L−8型スプレード
ライヤー)を用いて噴霧乾燥を行った。この時の乾燥ガ
スとして空気を用い、乾燥ガス導入量は45m3/mi
n、乾燥ガス入り口温度は90℃とした。そして、噴霧
乾燥により得られた造粒粒子を900℃で10時間空気
中で焼成することにより、ほぼ仕込みのモル比組成のリ
チウムニッケルマンガン複合酸化物を得た。
Next, this slurry was spray-dried using a two-fluid nozzle type spray dryer (manufactured by Okawara Kakoki Co., Ltd .: L-8 type spray dryer). Air was used as the dry gas at this time, and the amount of the dry gas introduced was 45 m 3 / mi.
n, the drying gas inlet temperature was 90 ° C. Then, the granulated particles obtained by spray drying were fired in air at 900 ° C. for 10 hours to obtain a lithium nickel manganese composite oxide having a molar ratio composition almost charged.

【0065】得られたリチウムニッケルマンガン複合酸
化物は、平均2次粒子径4.9μm、最大粒径15μm
のほぼ球状の形状を有する粒子であった。なお、スラリ
ー中の固形分の平均粒子径、及び得られたリチウムニッ
ケルマンガン複合酸化物の平均粒子径・最大粒径は、レ
ーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製:
LA−920型粒度分布測定装置)を用いて求めた。具
体的には、室温大気中で、スラリー又は焼成物粉末を
0.1%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に超音波分
散及び攪拌により分散させ、透過率を70%〜95%の
間に調節し、測定される粒度分布より平均粒径及び最大
粒径を求めた。
The obtained lithium nickel manganese composite oxide has an average secondary particle diameter of 4.9 μm and a maximum particle diameter of 15 μm.
The particles had a substantially spherical shape. The average particle size of the solid content in the slurry and the average particle size and maximum particle size of the obtained lithium nickel manganese composite oxide are measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Horiba Ltd .:
The particle size distribution was measured using a LA-920 type particle size distribution measuring device). Specifically, in a room temperature atmosphere, the slurry or the calcined product powder is dispersed in a 0.1% sodium hexametaphosphate aqueous solution by ultrasonic dispersion and stirring, and the transmittance is adjusted between 70% and 95%, and then measured. The average particle size and the maximum particle size were determined from the particle size distribution.

【0066】得られたリチウムニッケルマンガン複合酸
化物の粉末X線回折を測定したところ、得られたリチウ
ムニッケルマンガン複合酸化物Li1.05Ni0.5Mn0.5
2が菱面体晶の層状構造を有していることが確認され
た。この粉末5gを10mlのガラス製メスシリンダー
に入れ、200回タップした後の粉体充填密度(タップ
密度)を測定した結果、0.9g/ccであった。
When the powder X-ray diffraction of the obtained lithium nickel manganese composite oxide was measured, the obtained lithium nickel manganese composite oxide Li 1.05 Ni 0.5 Mn 0.5
It was confirmed that O 2 had a rhombohedral layered structure. 5 g of this powder was placed in a 10-ml glass graduated cylinder, and the powder packing density (tap density) after tapping 200 times was measured and found to be 0.9 g / cc.

【0067】この粉末のBET比表面積を測定した結
果、5.0m2/gであった。比表面積の測定は、BE
T式粉体比表面積測定装置(大倉理研製:AMS800
0型全自動粉体比表面積測定装置)を用いて求めた。ま
た、SEM写真により求めた平均1次粒子径は0.1μ
mであった。<層状リチウムニッケルマンガン複合酸化
物製造例2>LiOH・H2O(本荘ケミカル製)、N
iO2(正同化学製)、Mn23(電解二酸化マンガン
を焼成し自製)、Co(OH)2(伊勢化学製)をそれ
ぞれ最終的な層状リチウムニッケルマンガン複合酸化物
中の組成で、Li:Ni:Mn:Co=1.05:0.
65:0.15:0.20(モル比)となるように秤量
し、これに純水を加えて固形分濃度25重量%のスラリ
ーを調整し、製造例1と同様に粉砕した。このスラリー
にH3BO3をモル比でB/(Ni+Mn+Co)=0.
01となるように添加、溶解した。得られたスラリーを
製造例1と同様に噴霧乾燥後、830℃で焼成し、リチ
ウム遷移金属複合酸化物を得た。製造例1と同様の方法
にて求めた平均2次粒子径、最大粒径は、それぞれ7.
5μm、17μmであった。タップ密度、BET比表面
積は、それぞれ1.7g/cc、0.8m2/gであっ
た。また、SEM写真により求めた平均1次粒子径は
0.2μmであった。<スピネル型リチウムマンガン複
合酸化物製造例1>LiOH・H2O、Mn23、Al
OOHをそれぞれ最終的なスピネル型リチウムマンガン
複合酸化物中の組成で、Li:Mn:Al=1.04:
1.88:0.12(モル比)となるように秤量し、こ
れに純水を加えて固形分濃度35重量%のスラリーを調
整し、比較例1と同様の手順にて湿式粉砕、噴霧乾燥に
より造粒粒子を得た。この造粒粒子を窒素気流下で90
0℃まで5℃/min.で昇温し、900℃到達後に空
気気流下にて5時間焼成し、1℃/min.で300℃
まで冷却後、放冷した。
The BET specific surface area of this powder was measured and found to be 5.0 m 2 / g. The specific surface area can be measured by BE
T type powder specific surface area measuring device (Okura Riken: AMS800
It was determined using a 0 type fully automatic powder specific surface area measuring device). Moreover, the average primary particle diameter determined by the SEM photograph is 0.1 μm.
It was m. <Layered Lithium Nickel Manganese Composite Oxide Production Example 2> LiOH · H 2 O (manufactured by Honjo Chemical), N
iO 2 (manufactured by Shodo Kagaku), Mn 2 O 3 (manufactured by firing electrolytic manganese dioxide), and Co (OH) 2 (manufactured by Ise Chemical) in the final layered lithium nickel manganese composite oxide, Li: Ni: Mn: Co = 1.05: 0.
It was weighed to be 65: 0.15: 0.20 (molar ratio), pure water was added to this to prepare a slurry having a solid content concentration of 25% by weight, and the slurry was pulverized in the same manner as in Production Example 1. H 3 BO 3 was added to this slurry in a molar ratio of B / (Ni + Mn + Co) = 0.
It was added and dissolved so as to be 01. The obtained slurry was spray dried in the same manner as in Production Example 1 and then calcined at 830 ° C. to obtain a lithium transition metal composite oxide. The average secondary particle diameter and the maximum particle diameter obtained by the same method as in Production Example 1 are 7.
It was 5 μm and 17 μm. The tap density and BET specific surface area were 1.7 g / cc and 0.8 m 2 / g, respectively. The average primary particle diameter determined by SEM photograph was 0.2 μm. <Spinel-type lithium manganese complex oxide Production Example 1> LiOH · H 2 O, Mn 2 O 3, Al
OOH is the composition in the final spinel type lithium manganese composite oxide, and Li: Mn: Al = 1.04:
Weighed to be 1.88: 0.12 (molar ratio), pure water was added to this to prepare a slurry having a solid content concentration of 35% by weight, and wet pulverization and spraying were carried out in the same procedure as in Comparative Example 1. Granulated particles were obtained by drying. 90% of the granulated particles under a nitrogen stream
5 ° C./min up to 0 ° C. The temperature is raised at 900 ° C., and after reaching 900 ° C., firing is performed for 5 hours in an air stream, and the temperature is 1 ° C./min. At 300 ° C
After cooling to, it was left to cool.

【0068】得られたリチウムマンガン複合酸化物の粉
末X線回折を測定したところ、得られたリチウムマンガ
ン複合酸化物Li1.04Ni1.88Al0.124が立方晶の
スピネル型の構造を有していることが確認された。層状
リチウムニッケルマンガン複合酸化物製造例と同様の方
法にて求めた平均2次粒子径、最大粒径は、それぞれ1
6μm、34μmであった。タップ密度、BET比表面
積を求めた結果、それぞれ、1.7g/cc、0.9m
2/gであった。また、SEM観察により求めた平均1
次粒子径は1μmであった。 <実施例1>層状リチウムニッケルマンガン複合酸化物
製造例1で得られた層状リチウムニッケルマンガン複合
酸化物とスピネル型リチウムマンガン複合酸化物製造例
1で得られたスピネル型リチウムマンガン複合酸化物と
を1:1(重量比)となるように乳鉢にて混合し、本発
明の正極材料を得た。
When the powder X-ray diffraction of the obtained lithium manganese composite oxide was measured, the obtained lithium manganese composite oxide Li 1.04 Ni 1.88 Al 0.12 O 4 had a cubic spinel structure. It was confirmed. The average secondary particle diameter and the maximum particle diameter obtained by the same method as in the production example of the layered lithium nickel manganese composite oxide were 1
It was 6 μm and 34 μm. As a result of obtaining tap density and BET specific surface area, 1.7 g / cc and 0.9 m, respectively.
It was 2 / g. The average of 1 obtained by SEM observation
The secondary particle size was 1 μm. <Example 1> The layered lithium nickel manganese composite oxide obtained in Production Example 1 of the layered lithium nickel manganese oxide and the spinel type lithium manganese composite oxide obtained in Production Example 1 of the spinel type lithium manganese complex oxide were prepared. The positive electrode material of the present invention was obtained by mixing in a mortar at a ratio of 1: 1 (weight ratio).

【0069】以下の方法で、得られた正極材料を用いて
リチウム二次電池を作製し、電池評価を行った。 A.初期放電容量の測定 前記正極材料を75重量%、アセチレンブラックを20
重量%、ポリテトラフルオロエチレンパウダーを5重量
%の割合で秤量したものを乳鉢で十分混合し、薄くシー
ト状にしたものを9mmφのポンチを用いて打ち抜い
た。この際、全体重量は約8mgになるように調整し
た。これをAlのエキスパンドメタルに圧着して正極と
した。
A lithium secondary battery was produced using the obtained positive electrode material by the following method, and the battery was evaluated. A. Measurement of initial discharge capacity 75% by weight of the positive electrode material and 20% of acetylene black
What was weighed in an amount of 5% by weight and 5% by weight of polytetrafluoroethylene powder were thoroughly mixed in a mortar, and a thin sheet was punched out using a 9 mmφ punch. At this time, the total weight was adjusted to be about 8 mg. This was pressed onto an expanded metal of Al to obtain a positive electrode.

【0070】得られた前記正極を試験極とし、Li金属
を対極としてコインセルを組んだ。これに、0.5mA
/cm2の定電流充電、即ち正極からリチウムイオンを
放出させる反応を上限4.3Vで行い、0.5mA/c
2の定電流放電、即ち正極にリチウムイオンを吸蔵さ
せる反応を下限3.0Vで行った際の正極活物質単位重
量当たりの初期放電容量(mAh/g)を測定した。 B.クロノポテンショメトリーの測定 低温における出力を評価するため、下記の方法によりク
ロノポテンショメトリーの測定を行った。
A coin cell was assembled with the obtained positive electrode as a test electrode and Li metal as a counter electrode. To this, 0.5 mA
/ MA 2 constant current charging, that is, the reaction of releasing lithium ions from the positive electrode is performed at an upper limit of 4.3 V, and 0.5 mA / c
The initial discharge capacity (mAh / g) per unit weight of the positive electrode active material was measured when a constant current discharge of m 2 , that is, a reaction of occluding lithium ions in the positive electrode was performed at a lower limit of 3.0V. B. Measurement of Chronopotentiometry In order to evaluate the output at low temperature, chronopotentiometry was measured by the following method.

【0071】負極活物質としての平均粒径約8〜10μ
mの黒鉛粉末(d002=3.35Å)と、バインダー
としてのポリフッ化ビニリデンとを重量比で92.5:
7.5の割合で秤量し、これをN−メチルピロリドン溶
液中で混合し、負極合剤スラリーとした。このスラリー
を厚さ20μmの銅箔の片面に塗布し、乾燥して溶媒を
蒸発させた後、12mmφに打ち抜き、0.5ton/
cm2でプレス処理をしたものを負極とした。次に正
極:負極の容量比が1:1.2となるように、正極、負
極を組み合わせ、非水電解液溶液として、1mol/L
の六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を溶解させた
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート
(DEC)の体積分率3:7の混合溶媒を電解液として
用いてコインセルを組んだ。充電、放電の電圧範囲を上
限電圧4.2V、下限電圧3.0Vとし、1/3C定電
流充放電により、充電深度40%に調整したコインセル
を−30℃の低温雰囲気に1時間以上保持した後、1.
5Cの定電流で放電を行い、放電をする直前の電圧と放
電開始10秒後の到達電圧の差ΔV(V)を測定した。
ΔVが小さいほど電圧の降下が小さく、低温における出
力が大きいことを示している。 C.50℃・100サイクル容量維持率の測定 上記Bと同様に黒鉛を負極活物質としてコインセルを組
み、上限電圧4.2V、下限電圧3.0Vにて1C定電
流充放電により50℃にてサイクル試験を行った。
Average particle size of the negative electrode active material is about 8 to 10 μm.
m graphite powder (d002 = 3.35Å) and polyvinylidene fluoride as a binder in a weight ratio of 92.5:
It was weighed at a ratio of 7.5 and mixed in an N-methylpyrrolidone solution to obtain a negative electrode mixture slurry. This slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 20 μm, dried to evaporate the solvent, punched out to 12 mmφ, and 0.5 ton /
A negative electrode was obtained by pressing with cm 2 . Next, the positive electrode and the negative electrode were combined so that the capacity ratio of the positive electrode to the negative electrode was 1: 1.2, and 1 mol / L as a non-aqueous electrolyte solution.
A coin cell was assembled using a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) having a volume fraction of 3: 7 in which lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved as an electrolytic solution. The voltage range of charging and discharging was set to the upper limit voltage of 4.2V and the lower limit voltage of 3.0V, and the coin cell adjusted to the charging depth of 40% by 1 / 3C constant current charging / discharging was kept in the low temperature atmosphere of −30 ° C. for 1 hour or more. After that, 1.
Discharge was performed at a constant current of 5 C, and the difference ΔV (V) between the voltage immediately before discharge and the reached voltage 10 seconds after the start of discharge was measured.
It is shown that the smaller ΔV is, the smaller the voltage drop is, and the larger the output is at low temperature. C. 50 ° C / 100 cycle capacity retention measurement A coin cell was assembled using graphite as a negative electrode active material in the same manner as in B above, and a cycle test was performed at 50 ° C by 1C constant current charge / discharge at an upper limit voltage of 4.2V and a lower limit voltage of 3.0V. I went.

【0072】この時50℃での1C充放電100サイク
ル試験部分の1サイクル目放電容量Qh(1)に対す
る、100サイクル目の放電容量Qh(100)の割合
を高温サイクル容量維持率P、即ち
At this time, the ratio of the discharge capacity Qh (100) at the 100th cycle to the discharge capacity Qh (1) at the 100th cycle relative to the discharge capacity Qh (1) at the 100th cycle of 1C charge / discharge at 50 ° C.

【0073】[0073]

【数1】 P[%]={Qh(100)/Qh(1)}×100 とし、この値で電池の高温特性を比較した。表−1に、
上記A、B及びCの評価結果を示す。 <実施例2>層状リチウムニッケルマンガン複合酸化物
として、層条リチウムニツケルマンガン複合酸化物製造
例2で得られたものを使用し、充電の上限電圧をLi金
属を対極とした場合4.2V、黒鉛を対極とした場合、
4.1Vとした以外、実施例1と同様にしてリチウム二
次電池を作製、評価した。結果を表−1に示す。 <比較例1>前記層状リチウムニッケルマンガン複合酸
化物製造例1で得られた層状リチウムニッケルマンガン
複合酸化物を単独で正極材料として用いたこと以外実施
例1と同様にしてリチウム二次電池を作製、評価した。
結果を表−1に示す。 <比較例2>前記層状リチウムニッケルマンガン複合酸
化物製造例2で得られた層状リチウムニッケルマンガン
複合酸化物を単独で正極材料として用い、実施例2と同
様にしてリチウム二次電池を作製、評価した。結果を表
−1に示す。
## EQU1 ## P [%] = {Qh (100) / Qh (1)} × 100, and the high temperature characteristics of the batteries were compared with this value. In Table-1,
The evaluation results of A, B and C are shown below. <Example 2> As the layered lithium nickel manganese composite oxide, the one obtained in Production Example 2 of layered lithium nickel manganese composite oxide was used, and the upper limit voltage of charging was 4.2 V when the Li metal was the counter electrode. If graphite is used as the counter electrode,
A lithium secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the voltage was 4.1V. The results are shown in Table-1. Comparative Example 1 A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the layered lithium nickel manganese composite oxide obtained in Production Example 1 was used alone as the positive electrode material. ,evaluated.
The results are shown in Table-1. <Comparative Example 2> The layered lithium nickel manganese composite oxide obtained in Production Example 2 of the layered lithium nickel manganese oxide was used alone as a positive electrode material, and a lithium secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2. did. The results are shown in Table-1.

【0074】[0074]

【表1】 表−1に示す通り、実施例1及び2の層状リチウムニッ
ケル複合酸化物とスピネル型リチウムニッケル複合酸化
物を混合したリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質
とすることによって、比較例1及び2の層状リチウムニ
ッケルマンガン複合酸化物を単独で用いた場合に対し、
−30℃における電圧降下が小さく、出力が大きく向上
していることが判る。
[Table 1] As shown in Table 1, Comparative Examples 1 and 2 were prepared by using the lithium transition metal composite oxide obtained by mixing the layered lithium nickel composite oxide of Examples 1 and 2 and the spinel type lithium nickel composite oxide as the positive electrode active material. In contrast to the case where the layered lithium nickel manganese composite oxide is used alone,
It can be seen that the voltage drop at -30 ° C is small and the output is greatly improved.

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明によれば、容量、レート特性、サ
イクル特性等の電池性能に優れ、安全性が高く、安価な
リチウム二次電池に使用する正極材料を得ることができ
る。特に、本発明によれば、従来の方法に比べて低温に
おける出力特性や高温でのサイクル特性、低温での出力
特性に優れたリチウム二次電池とすることができる正極
材料を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a positive electrode material for use in a lithium secondary battery, which is excellent in battery performance such as capacity, rate characteristics and cycle characteristics, has high safety, and is inexpensive. In particular, according to the present invention, it is possible to provide a positive electrode material that can be a lithium secondary battery having excellent output characteristics at low temperatures, cycle characteristics at high temperatures, and output characteristics at low temperatures, as compared with conventional methods. .

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H029 AJ02 AJ03 AJ05 AJ12 AJ14 AK03 AL07 AL12 AM03 AM05 AM07 BJ03 DJ16 DJ17 HJ01 HJ02 HJ05 HJ07 5H050 AA02 AA06 AA07 AA08 AA15 AA19 BA16 BA17 CA08 CA09 CB08 CB12 CB29 FA17 FA19 HA01 HA02 HA05 HA07    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 5H029 AJ02 AJ03 AJ05 AJ12 AJ14                       AK03 AL07 AL12 AM03 AM05                       AM07 BJ03 DJ16 DJ17 HJ01                       HJ02 HJ05 HJ07                 5H050 AA02 AA06 AA07 AA08 AA15                       AA19 BA16 BA17 CA08 CA09                       CB08 CB12 CB29 FA17 FA19                       HA01 HA02 HA05 HA07

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 層状リチウムニッケルマンガン複合酸化
物を含むリチウム二次電池用正極材料において、さらに
スピネル型リチウムマンガン複合酸化物を含有すること
を特徴とするリチウム二次電池用正極材料。
1. A positive electrode material for a lithium secondary battery, which contains a layered lithium nickel manganese composite oxide, further containing a spinel type lithium manganese composite oxide.
【請求項2】 層状リチウムニッケルマンガン複合酸化
物が、下記一般式(I)で表される請求項1に記載のリ
チウム二次電池用正極材料。 【化1】 LiXNiYMnZ(1-Y-Z)2 (I) (式中、Xは0<X≦1.2の範囲の数を表す。Y及び
Zは0.7≦Y/Z≦9、及び0≦(1−Y−Z)≦
0.5の関係を満たす数を表す。QはAl、Co、Fe
からなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を表
す。)
2. The positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the layered lithium nickel manganese composite oxide is represented by the following general formula (I). Embedded image Li X Ni Y Mn Z Q (1-YZ) O 2 (I) (In the formula, X represents a number in the range of 0 <X ≦ 1.2. Y and Z are 0.7 ≦ Y. / Z ≦ 9, and 0 ≦ (1-Y−Z) ≦
It represents a number that satisfies the relationship of 0.5. Q is Al, Co, Fe
Represents at least one element selected from the group consisting of )
【請求項3】 層状リチウムニッケルマンガン複合酸化
物の組成が、上記一般式(I)で表され、式中、Y及び
Zは0.7≦Y/Z≦1.5の関係を満たすことを特徴
とする請求項2に記載のリチウム二次電池用正極材料。
3. The composition of the layered lithium nickel manganese composite oxide is represented by the above general formula (I), wherein Y and Z satisfy the relationship of 0.7 ≦ Y / Z ≦ 1.5. The positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 2, which is characterized in that.
【請求項4】 層状リチウムニッケルマンガン複合酸化
物の比表面積が3m2/g以上10m2/g以下であり、
平均1次粒径が0.01μm以上10μm以下である請
求項3に記載のリチウム二次電池用正極材料。
4. The layered lithium nickel manganese composite oxide has a specific surface area of 3 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less,
The positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 3, wherein the average primary particle size is 0.01 μm or more and 10 μm or less.
【請求項5】 層状リチウムニッケルマンガン複合酸化
物の組成が、上記一般式(I)で表され、式中、Y及び
Zは1.5≦Y/Z≦9の関係を満たすことを特徴とす
る請求項2に記載のリチウム二次電池用正極材料。
5. The composition of the layered lithium nickel manganese composite oxide is represented by the above general formula (I), wherein Y and Z satisfy the relationship of 1.5 ≦ Y / Z ≦ 9. The positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 2.
【請求項6】 層状リチウムニッケルマンガン複合酸化
物の組成が、上記一般式(I)で表され、式中、Y及び
Zは、Y≧0.6、Y/Z≦9、及び(1−Y−Z)≧
0.075の関係を満たすことを特徴とする請求項2に
記載のリチウム二次電池用正極材料。
6. The composition of the layered lithium nickel manganese composite oxide is represented by the above general formula (I), wherein Y and Z are Y ≧ 0.6, Y / Z ≦ 9, and (1- Y-Z) ≧
The positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 2, which satisfies the relationship of 0.075.
【請求項7】 層状リチウムニッケルマンガン複合酸化
物の比表面積が0.1m2/g以上10m2/g以下であ
り、平均1次粒径が0.01μm以上10μm以下であ
る請求項5又は6に記載のリチウム二次電池用正極材
料。
7. The layered lithium nickel manganese composite oxide has a specific surface area of 0.1 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less, and an average primary particle size of 0.01 μm or more and 10 μm or less. The positive electrode material for a lithium secondary battery according to.
【請求項8】 スピネル型リチウムマンガン複合酸化物
が、下記一般式(II)で表される請求項1乃至7のいず
れか1つに記載のリチウム二次電池用正極材料。 【化2】 LiX2Mn(2-Y2)Y24 (II) (式中、X2は0<X2≦1.2の範囲の数を表す。Y
2は0≦Y≦0.5の範囲の数を表す。RはAl、F
e、Ga、Bi、Sn、V、Cr、Co、Ni、Cu、
Zn、Mg、Ti、Ge、Nb、Ta、Zr及びLiか
らなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を表す。)
8. The positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the spinel type lithium manganese composite oxide is represented by the following general formula (II). Embedded image Li X2 Mn (2-Y2) R Y2 O 4 (II) (In the formula, X2 represents a number in the range of 0 <X2 ≦ 1.2. Y
2 represents a number in the range of 0 ≦ Y ≦ 0.5. R is Al, F
e, Ga, Bi, Sn, V, Cr, Co, Ni, Cu,
It represents at least one element selected from the group consisting of Zn, Mg, Ti, Ge, Nb, Ta, Zr and Li. )
【請求項9】 上記層状リチウムニッケルマンガン複合
酸化物の含有量をA、と上記スピネル型リチウムマンガ
ン複合酸化物の含有量をBとしたとき、0.05≦A/
(A+B)≦0.95(重量比)の関係を満たすことを
特徴とする請求項1乃至8ののいずれか1つに記載のリ
チウム二次電池用正極材料。
9. When the content of the layered lithium nickel manganese composite oxide is A and the content of the spinel type lithium manganese composite oxide is B, 0.05 ≦ A /
The positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the relationship of (A + B) ≦ 0.95 (weight ratio) is satisfied.
【請求項10】 請求項1乃至9のいずれかに記載のリ
チウム二次電池用正極材料を使用したリチウム二次電池
用正極。
10. A positive electrode for a lithium secondary battery, which uses the positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1.
【請求項11】 請求項10に記載のリチウム二次電池
用正極と、負極と、電解質とを有することを特徴とする
リチウム二次電池。
11. A lithium secondary battery comprising the positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 10, a negative electrode, and an electrolyte.
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