JP2006012426A - Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」ともいう。)および非水電解質二次電池に関する。詳しくは、電池特性が非常に向上した、層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する正極活物質および非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “positive electrode active material”) and a non-aqueous electrolyte secondary battery. More specifically, the present invention relates to a positive electrode active material having a lithium transition metal composite oxide having a layered structure and a non-aqueous electrolyte secondary battery with greatly improved battery characteristics.
非水電解質二次電池は、従来のニッケルカドミウム二次電池などに比べて作動電圧が高く、かつエネルギー密度が高いという特徴を有しており、携帯電話、ノート型パソコン、デジタルカメラ等のモバイル電子機器の電源等として広く利用されている。この非水電解質二次電池の正極活物質としては、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4に代表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられるが、中でも、モバイル電子機器にはLiCoO2が従来用いられており、十分な電池特性が得られていた。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries are characterized by higher operating voltage and higher energy density compared to conventional nickel cadmium secondary batteries, etc. Mobile electronics such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, etc. Widely used as a power source for equipment. Examples of the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery include lithium transition metal composite oxides typified by LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4. Among them, LiCoO 2 has been conventionally used for mobile electronic devices. It was used, and sufficient battery characteristics were obtained.
しかしながら、現在では、モバイル電子機器は、さまざまな機能が付与される等の高機能化や、高温や低温での使用等のため、使用環境がより一層厳しいものとなっている。また、電気自動車用バッテリー等の電源への応用が期待されており、これまでのLiCoO2を用いた非水電解質二次電池では、十分な電池特性が得られず、更なる改良が求められている。 At present, however, mobile electronic devices have a more severe usage environment due to higher functionality such as the addition of various functions and use at high and low temperatures. In addition, application to power sources such as batteries for electric vehicles is expected, and conventional non-aqueous electrolyte secondary batteries using LiCoO 2 cannot obtain sufficient battery characteristics, and further improvements are required. Yes.
特許文献1には、リチウムイオンを吸蔵放出するリチウム含有複合酸化物を正極活物質とする非水電解質二次電池において、前記リチウム含有複合酸化物は、コバルト酸リチウムの粒子表面がスピネルマンガン酸リチウム又はスピネルチタン酸リチウムで被覆されてなることを特徴とする非水電解質二次電池が記載されている。そして、これにより、内部短絡等の異常発熱時や60℃を超える高温下においても十分機能しうる、より安全性に優れた非水電解質二次電池が得られることが記載されている。
しかしながら、この正極活物質では、近年の非水電解質二次電池に要求されている過充電特性、負荷特性を満足することができなかった。また、高温特性、安全性にも向上の余地があった。
In Patent Document 1, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-containing composite oxide that occludes and releases lithium ions as a positive electrode active material, the lithium-containing composite oxide has a lithium cobalt oxide particle surface with lithium spinel manganate. Alternatively, a non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by being coated with spinel lithium titanate is described. And it is described that a non-aqueous electrolyte secondary battery with higher safety that can function sufficiently even at abnormal heat generation such as an internal short circuit or at a high temperature exceeding 60 ° C. can be obtained.
However, this positive electrode active material could not satisfy the overcharge characteristics and load characteristics required for recent nonaqueous electrolyte secondary batteries. There is also room for improvement in high temperature characteristics and safety.
本発明の目的は、より一層厳しい使用環境下においても優れた電池特性を有する非水電解質二次電池用正極活物質および非水電解質二次電池を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent battery characteristics even in a more severe use environment.
本発明は、以下の(1)〜(4)を提供する。 The present invention provides the following (1) to (4).
(1)粉末本体と、該粉末本体の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを有する粉末からなる非水電解質二次電池用正極活物質であって、
該粉末本体は、層状構造リチウム遷移金属複合酸化物を有し,
該被覆層は、スピネル構造リチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一部に酸化マンガンを有してなる、非水電解質二次電池用正極活物質。
(1) A positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a powder having a powder body and a coating layer covering at least a part of the surface of the powder body,
The powder body has a layered structure lithium transition metal composite oxide,
The coating layer is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, in which manganese oxide is included in at least part of the spinel structure lithium transition metal composite oxide.
(2)粉末本体と、該粉末本体の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを有する粉末からなる非水電解質二次電池用正極活物質であって、
該粉末本体は、層状構造リチウムニッケル複合酸化物を有し、
該被覆層は、スピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を有してなる、非水電解質二次電池用正極活物質。
(2) A positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a powder having a powder body and a coating layer covering at least a part of the surface of the powder body,
The powder body has a layered structure lithium nickel composite oxide,
The coating layer is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a spinel structure lithium manganese composite oxide.
(3)粉末本体と、該粉末本体の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを有する粉末からなる正極活物質であって、
該粉末本体は、層状構造リチウム遷移金属複合酸化物を有し,
該被覆層は、スピネル構造リチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一部に酸化マンガンを有してなる、正極活物質を用いた正極活物質層を帯状正極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状正極と、
金属リチウム、
リチウム合金、
リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物
から選択される1種を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状負極と、
帯状セパレータとを具備し、
前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している非水電解質二次電池。
(3) A positive electrode active material comprising a powder having a powder body and a coating layer covering at least a part of the surface of the powder body,
The powder body has a layered structure lithium transition metal composite oxide,
The coating layer is formed by forming a positive electrode active material layer using a positive electrode active material having manganese oxide in at least a part of a spinel structure lithium transition metal composite oxide on at least one surface of a strip-shaped positive electrode current collector. A belt-shaped positive electrode configured;
Metallic lithium,
Lithium alloy,
A strip-shaped negative electrode configured by forming a negative electrode active material layer using, as a negative electrode active material, one selected from compounds capable of occluding and releasing lithium ions on at least one surface of a strip-shaped negative electrode current collector;
A strip separator,
A non-aqueous electrolyte secondary battery in which the strip separator is interposed between the strip positive electrode and the strip negative electrode.
(4)粉末本体と、該粉末本体の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを有する粉末からなる正極活物質であって、
該粉末本体は、層状構造リチウムニッケル複合酸化物を有し,
該被覆層は、スピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を有してなる、正極活物質を用いた正極活物質層を帯状正極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状正極と、
金属リチウム、
リチウム合金、
リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物
から選択される1種を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状負極と、
帯状セパレータとを具備し、
前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している非水電解質二次電池。
(4) A positive electrode active material comprising a powder body and a powder having a coating layer covering at least a part of the surface of the powder body,
The powder body has a layered structure lithium nickel composite oxide,
The coating layer comprises a strip-shaped positive electrode formed by forming a positive electrode active material layer using a positive electrode active material on at least one surface of a strip-shaped positive electrode current collector, comprising a spinel structure lithium manganese composite oxide;
Metallic lithium,
Lithium alloy,
A strip-shaped negative electrode configured by forming a negative electrode active material layer using, as a negative electrode active material, one selected from compounds capable of occluding and releasing lithium ions on at least one surface of a strip-shaped negative electrode current collector;
A strip separator,
A non-aqueous electrolyte secondary battery in which the strip separator is interposed between the strip positive electrode and the strip negative electrode.
(1)に記載の非水電解質二次電池用正極活物質は、粉末本体と、粉末本体の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを有する粉末からなり、粉末本体は、層状構造リチウム遷移金属複合酸化物を有し、被覆層は、スピネル構造リチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一部に酸化マンガンを有してなる。
正極活物質から遷移金属が溶出すると、溶出した遷移金属は負極に析出し、リチウムを捕らえるため、電池特性は著しく低下する。また、遷移金属の溶出は、高温である程生じやすい。
本発明において、スピネル構造リチウム遷移金属複合酸化物は、結晶構造の安定性が高いため、これを被覆層とすることで、粉末本体の遷移金属の溶出が抑制されると考えられる。高温であっても粉末本体の遷移金属の溶出が抑制されるため、高温特性が向上する。
層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物は、充電により、結晶格子が膨張し、放電により収縮する。逆に、スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物は、充電により結晶格子が収縮し、放電により膨張する。したがって、層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を粉末本体とし、スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物を被覆層とすることで、結晶格子の膨張収縮が粒子レベルで相殺されると考えられるためサイクル特性が向上する。
また、本発明においては、スピネル構造リチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一部に酸化マンガンを有しているため、粉末本体と被覆層との密着性が向上し、さらに本発明の効果が向上する。
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to (1) comprises a powder having a powder body and a coating layer covering at least a part of the surface of the powder body, and the powder body has a layered structure lithium transition It has a metal composite oxide, and the coating layer has manganese oxide in at least a part of the spinel structure lithium transition metal composite oxide.
When the transition metal is eluted from the positive electrode active material, the eluted transition metal is deposited on the negative electrode and captures lithium, so that the battery characteristics are significantly deteriorated. Moreover, the elution of transition metals is more likely to occur at higher temperatures.
In the present invention, since the spinel structure lithium transition metal composite oxide has high crystal structure stability, it is considered that elution of the transition metal in the powder body is suppressed by using this as a coating layer. Since the elution of the transition metal in the powder body is suppressed even at a high temperature, the high temperature characteristics are improved.
In the lithium transition metal composite oxide having a layered structure, the crystal lattice expands by charging and contracts by discharging. On the contrary, in the lithium transition metal composite oxide having a spinel structure, the crystal lattice contracts by charging and expands by discharging. Therefore, it is considered that the expansion and contraction of the crystal lattice is offset at the particle level by using a layered lithium transition metal composite oxide as the powder body and a spinel structure lithium transition metal composite oxide as the coating layer. Improved characteristics.
Further, in the present invention, since manganese oxide is contained in at least a part of the spinel structure lithium transition metal composite oxide, the adhesion between the powder body and the coating layer is improved, and the effect of the present invention is further improved. .
(2)に記載の非水電解質二次電池用正極活物質は、粉末本体と、粉末本体の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを有する粉末からなり、粉末本体は、層状構造リチウムニッケル複合酸化物を有し、被覆層は、スピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を有してなる。
正極活物質からニッケルが溶出すると、溶出したニッケルは負極に析出し、リチウムを捕らえるため、電池特性は著しく低下する。また、ニッケルの溶出は、高温である程生じやすい。
本発明において、スピネル構造リチウム遷移金属複合酸化物は、結晶構造の安定性が高いため、これを被覆層とすることで、粉末本体のニッケルの溶出が抑制されると考えられる。高温であっても粉末本体のニッケルの溶出が抑制されるため、高温特性が向上する。
層状構造のリチウムニッケル複合酸化物は、充電により、結晶格子が膨張し、放電により収縮する。逆に、スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物は、充電により結晶格子が収縮し、放電により膨張する。したがって、層状構造のリチウムニッケル複合酸化物を粉末本体とし、スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物を被覆層とすることで、結晶格子の膨張収縮が粒子レベルで相殺されると考えられるためサイクル特性が向上する。
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to (2) comprises a powder having a powder body and a coating layer covering at least a part of the surface of the powder body, the powder body having a layered structure lithium nickel It has a composite oxide, and the coating layer has a spinel structure lithium manganese composite oxide.
When nickel is eluted from the positive electrode active material, the eluted nickel is deposited on the negative electrode and captures lithium, so that the battery characteristics are remarkably deteriorated. Also, elution of nickel is more likely to occur at higher temperatures.
In the present invention, since the spinel structure lithium transition metal composite oxide has high crystal structure stability, it is considered that elution of nickel in the powder body is suppressed by using this as a coating layer. Since elution of nickel in the powder body is suppressed even at high temperatures, the high temperature characteristics are improved.
In the lithium nickel composite oxide having a layered structure, the crystal lattice expands by charging and contracts by discharging. On the contrary, in the lithium transition metal composite oxide having a spinel structure, the crystal lattice contracts by charging and expands by discharging. Therefore, it is considered that the expansion and contraction of the crystal lattice is offset at the particle level by using the layered lithium nickel composite oxide as the powder body and the spinel lithium transition metal composite oxide as the coating layer. Will improve.
(3)に記載の非水電解質二次電池は、粉末本体と、粉末本体の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを有する粉末からなる正極活物質であって、粉末本体は、層状構造リチウム遷移金属複合酸化物を有し,被覆層は、スピネル構造リチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一部に酸化マンガンを有してなる、正極活物質を用いた正極活物質層を帯状正極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状正極と、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物から選択される1種を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状負極と、帯状セパレータとを具備し、帯状正極と帯状負極との間に帯状セパレータが介在してなる。このような構成にすることにより、高温特性、サイクル特性等に優れた非水電解質二次電池が得られる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to (3) is a positive electrode active material comprising a powder body and a coating layer that covers at least a part of the surface of the powder body, wherein the powder body has a layered structure A positive electrode active material layer using a positive electrode active material, comprising a lithium transition metal composite oxide and having a manganese oxide in at least part of the spinel structure lithium transition metal composite oxide. A negative electrode active material layer formed by forming at least one side of the body as a negative electrode active material and a negative electrode active material layer selected from metal lithium, a lithium alloy, and a compound capable of occluding and releasing lithium ions. A strip-shaped negative electrode configured by being formed on at least one surface of the current collector and a strip-shaped separator are provided, and the strip-shaped separator is interposed between the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode. By adopting such a configuration, a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in high temperature characteristics, cycle characteristics and the like can be obtained.
(4)に記載の非水電解質二次電池は、粉末本体と、粉末本体の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを有する粉末からなる正極活物質であって、粉末本体は、層状構造リチウムニッケル複合酸化物を有し,被覆層は、スピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を有してなる、正極活物質を用いた正極活物質層を帯状正極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状正極と、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物から選択される1種を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状負極と、帯状セパレータとを具備し、帯状正極と帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在してなる。このような構成にすることにより、高温特性、サイクル特性等に優れた非水電解質二次電池が得られる。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to (4) is a positive electrode active material comprising a powder body and a coating layer covering at least a part of the surface of the powder body, wherein the powder body has a layered structure By forming a positive electrode active material layer using a positive electrode active material having a lithium nickel composite oxide and having a spinel structure lithium manganese composite oxide on at least one surface of a strip-shaped positive electrode current collector A negative electrode active material layer using as a negative electrode active material a negative electrode active material selected from a configured belt-like positive electrode and metallic lithium, a lithium alloy, or a compound capable of occluding and releasing lithium ions is formed on at least one surface of the belt-like negative electrode current collector. The strip-shaped negative electrode comprised by this and the strip-shaped separator are comprised, and the said strip-shaped separator interposes between a strip-shaped positive electrode and a strip-shaped negative electrode. By adopting such a configuration, a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in high temperature characteristics, cycle characteristics and the like can be obtained.
以下、本発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質および非水電解質二次電池を具体的に説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限定されない。 Hereinafter, the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery and the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to this embodiment.
<非水電解質二次電池用正極活物質>
本発明の正極活物質は、粉末本体と、この粉末本体の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを有する粉末からなる。
本発明の正極活物質において、粉末は、通常、粒子であるが、その形態は特に限定されない。粒子は、一次粒子であっても、二次粒子であってもよく、これらが混在していてもよい。
<Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery>
The positive electrode active material of the present invention comprises a powder having a powder body and a coating layer that covers at least a part of the surface of the powder body.
In the positive electrode active material of the present invention, the powder is usually particles, but the form is not particularly limited. The particles may be primary particles, secondary particles, or a mixture of these.
本発明の第1の態様の正極活物質において、粉末本体は、少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物からなる。層状構造とは、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造が層状であることを意味する。
層状構造は、特に限定されず、例えば、層状岩塩構造、ジグザグ層状岩塩構造が挙げられる。中でも、層状岩塩構造が好ましい。
In the positive electrode active material according to the first aspect of the present invention, the powder body is composed of at least a lithium transition metal composite oxide having a layered structure. The layered structure means that the crystal structure of the lithium transition metal composite oxide is layered.
The layered structure is not particularly limited, and examples thereof include a layered rock salt structure and a zigzag layered rock salt structure. Among these, a layered rock salt structure is preferable.
層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物は特に限定されない。例えば、コバルト酸リチウム等のリチウムコバルト複合酸化物、ニッケル酸リチウム等のリチウムニッケル複合酸化物、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム等のリチウムニッケルコバルト複合酸化物、クロム酸リチウム、バナジン酸リチウム、マンガン酸リチウムである。好適には、コバルト酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムが挙げられる。 The lithium transition metal composite oxide having a layered structure is not particularly limited. For example, lithium cobalt composite oxides such as lithium cobaltate, lithium nickel composite oxides such as lithium nickelate, lithium nickel cobalt composite oxides such as nickel cobalt lithium, nickel cobalt lithium manganate, nickel cobalt lithium lithium aluminate, chromium Lithium acid, lithium vanadate, and lithium manganate. Preferable examples include lithium cobaltate, lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium aluminate and nickel cobalt lithium manganate.
コバルト酸リチウムのLi、CoおよびOの組成比を一般式LixCoOyで表したときに、xが0.95≦x≦1.10を満たす数を表し、yが1.8≦y≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。
ニッケルコバルト酸リチウムのLi、Ni、CoおよびOの組成比を一般式LikNimCopOrで表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。
ニッケルコバルトアルミン酸リチウムのLi、Ni、Co、AlおよびOの組成比を一般式LikNimCopAl(1−m−p)Orで表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pがm+p≦1を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。
ニッケルコバルトマンガン酸リチウムのLi、Ni、Co、MnおよびOの組成比を一般式LikNimCopMn(1−m−p)Orで表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pがm+p≦1を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。
When the composition ratio of Li, Co, and O of lithium cobaltate is represented by the general formula Li x CoO y , x represents a number satisfying 0.95 ≦ x ≦ 1.10, and y is 1.8 ≦ y ≦ It is preferable to represent a number satisfying 2.2.
Li of lithium nickel cobaltate, Ni, when represents a composition ratio of Co and O in the general formula Li k Ni m Co p O r , k represents a number satisfying 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m Represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, and r represents a number satisfying 1.8 ≦ r ≦ 2.2. Is preferred.
Nickel cobalt aluminate lithium Li, Ni, Co, when represents a composition ratio of Al and O in the general formula Li k Ni m Co p Al ( 1-m-p) O r, k is 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, and m + p represents m + p ≦ 1. It is preferable to represent a number that satisfies, and r represents a number that satisfies 1.8 ≦ r ≦ 2.2.
When the composition ratio of Li, Ni, Co, Mn, and O of lithium nickel cobalt manganate is expressed by the general formula Li k Ni m Co p Mn (1-mp) O r , k is 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, and m + p represents m + p ≦ 1. It is preferable to represent a number that satisfies, and r represents a number that satisfies 1.8 ≦ r ≦ 2.2.
本発明の第1の態様の正極活物質において、被覆層は、少なくとも一部に酸化マンガンを有するスピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物からなる。スピネル構造とは、複酸化物でAB2O4型の化合物(AとBは金属元素)にみられる代表的結晶構造型の一つである。
スピネル構造において、リチウム原子は8aサイトの四面体サイトを占有し、酸素原子は32eサイトを占有し、遷移金属原子(および、場合により過剰のリチウム原子)は16dサイトの八面体サイトを占有している。
In the positive electrode active material according to the first aspect of the present invention, the coating layer is composed of a lithium transition metal composite oxide having a spinel structure having manganese oxide at least partially. The spinel structure is one of typical crystal structure types found in double oxide AB 2 O 4 type compounds (A and B are metal elements).
In the spinel structure, lithium atoms occupy 8a site tetrahedral sites, oxygen atoms occupy 32e sites, and transition metal atoms (and possibly excess lithium atoms) occupy 16d site octahedron sites. Yes.
スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムチタン複合酸化物、リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物、リチウム・マンガン・コバルト複合酸化物等が挙げられる。中でも、リチウムマンガン複合酸化物が好ましい。 Examples of the spinel structure lithium transition metal composite oxide include lithium manganese composite oxide, lithium titanium composite oxide, lithium / manganese / nickel composite oxide, and lithium / manganese / cobalt composite oxide. Among these, lithium manganese composite oxide is preferable.
リチウムマンガン複合酸化物のLi、MnおよびOの組成比を一般式Li1+aMn2−aO4+dで表したときに、aが−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、dが−0.5≦d≦0.5を満たす数を表すのが好ましい。 When the composition ratio of Li, Mn and O of the lithium manganese composite oxide is represented by the general formula Li 1 + a Mn 2−a O 4 + d , a represents a number satisfying −0.2 ≦ a ≦ 0.2, d Preferably represents a number satisfying −0.5 ≦ d ≦ 0.5.
被覆層のスピネル構造リチウム遷移金属複合酸化物が少なくとも一部に有する酸化マンガンは、特に限定されない。
例えば、MnO、Mn3O4、Mn2O3、MnO2、MnO3、Mn2O7が挙げられる。好ましくは、Mn3O4、Mn2O3である。これらは安定に存在するからである。
本発明の被覆層のスピネル構造リチウム遷移金属複合酸化物は、その一部にリチウムマンガン複合酸化物を有していてもよい。リチウムマンガン複合酸化物としては、Li2MnO3等が挙げられる。
The manganese oxide which the spinel structure lithium transition metal complex oxide of a coating layer has in at least one part is not specifically limited.
Examples thereof include MnO, Mn 3 O 4 , Mn 2 O 3 , MnO 2 , MnO 3 , and Mn 2 O 7 . Mn 3 O 4 and Mn 2 O 3 are preferable. This is because they exist stably.
The spinel structure lithium transition metal composite oxide of the coating layer of the present invention may have a lithium manganese composite oxide in a part thereof. Examples of the lithium manganese composite oxide include Li 2 MnO 3 .
本発明の第2の態様の正極活物質において、粉末本体は、少なくとも層状構造のリチウムニッケル複合酸化物からなる。 In the positive electrode active material according to the second aspect of the present invention, the powder body is made of at least a layered lithium nickel composite oxide.
層状構造のリチウムニッケル複合酸化物は特に限定されない。例えば、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム等のリチウムニッケルコバルト複合酸化物である。好適には、コバルト酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムが挙げられる。
ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムは、上述した一般式で表されるのが好ましい。
The lithium nickel composite oxide having a layered structure is not particularly limited. For example, lithium nickel cobalt composite oxides such as lithium nickelate, lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium manganate, nickel cobalt lithium aluminate and the like. Preferable examples include lithium cobaltate, lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium aluminate and nickel cobalt lithium manganate.
It is preferable that nickel cobalt lithium aluminate and nickel cobalt lithium manganate are represented by the general formula described above.
本発明の第2の態様の正極活物質において、被覆層は、スピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物からなる。スピネル構造とは、複酸化物でAB2O4型の化合物(AとBは金属元素)にみられる代表的結晶構造型の一つである。
リチウムマンガン複合酸化物は、上述した一般式で表されるのが好ましい。
In the positive electrode active material according to the second aspect of the present invention, the coating layer is composed of a lithium manganese composite oxide having a spinel structure. The spinel structure is one of typical crystal structure types found in double oxide AB 2 O 4 type compounds (A and B are metal elements).
The lithium manganese composite oxide is preferably represented by the general formula described above.
以下、本発明の粉末本体に好適に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物を例示する。 Hereinafter, lithium transition metal composite oxides suitably used for the powder body of the present invention will be exemplified.
(1)コバルト酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種
リチウム遷移金属複合酸化物がコバルト酸リチウムまたはニッケルコバルト酸リチウムの場合、サイクル特性を更に向上させ、優れた負荷特性、低温特性および熱安定性の非水電解質二次電池用正極活物質となる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を、携帯電話やノートパソコン等の用途に好適に用いることができる。
リチウム遷移金属複合酸化物がニッケルコバルトアルミン酸リチウムの場合、更に負荷特性、低温特性、出力特性、サイクル特性および熱安定性が向上した非水電解質二次電池用正極活物質になる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を電気自動車、携帯電話およびノートパソコン等の用途に好適に用いることができる。
リチウム遷移金属複合酸化物がニッケルコバルトマンガン酸リチウムの場合、更に負荷特性、低温特性、出力特性およびサイクル特性が向上し、より熱安定性が向上した非水電解質二次電池用正極活物質になる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を携帯電話、電動工具および電気自動車等の用途に好適に用いることができる。
(1) When at least one lithium transition metal composite oxide selected from the group consisting of lithium cobaltate, lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium aluminate, and nickel cobalt lithium manganate is lithium cobaltate or nickel cobaltate, Cycle characteristics are further improved, and a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent load characteristics, low temperature characteristics and thermal stability is obtained. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material can be suitably used for applications such as mobile phones and notebook computers.
When the lithium transition metal composite oxide is nickel cobalt lithium aluminate, it becomes a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery with further improved load characteristics, low temperature characteristics, output characteristics, cycle characteristics, and thermal stability. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material can be suitably used for applications such as electric vehicles, mobile phones, and notebook computers.
When the lithium transition metal composite oxide is nickel cobalt lithium manganate, the load characteristics, low temperature characteristics, output characteristics and cycle characteristics are further improved, and the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is further improved in thermal stability. . Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material can be suitably used for applications such as mobile phones, electric tools, and electric vehicles.
ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムは、コバルト酸リチウムと同様の層状構造の結晶構造を有する。
しかしながら、これらには、従来、コバルト酸リチウムに比べて、ガスが多量に発生し、放電時の電位も低くなるという問題があった。
本発明においては、これらを粉末本体として、被覆層にスピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物を有することにより、充電時のガス発生を防止することができると考えられる。
また、界面抵抗が減少し、これにより常温下および低温下での負荷時の放電電位が高くなり、負荷時の容量維持率が向上する。即ち、負荷特性および低温特性が向上すると考えられる。
更に、充電時において負極にリチウムが局所的に析出するのを抑えることができると考えられる。このため、充電時にガスが発生することを抑制し、ドライアウトを防止することができるためサイクル特性が向上すると考えられる。
更に、被覆層にスピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物を有することにより、、酸素の脱離が抑制され熱安定性が向上すると考えられる。
したがって、粉末本体が、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を有し、被覆層が、スピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物を有してなる、態様は有用である。
Nickel cobalt lithium, nickel cobalt lithium lithium and nickel cobalt lithium manganate have a layered crystal structure similar to lithium cobalt oxide.
However, these methods have a problem that a large amount of gas is generated and a potential at the time of discharge is lower than that of lithium cobaltate.
In the present invention, it is considered that gas generation at the time of charging can be prevented by using these as a powder body and having a lithium manganese composite oxide having a spinel structure in the coating layer.
In addition, the interface resistance is reduced, thereby increasing the discharge potential under load at normal temperature and low temperature, and improving the capacity retention rate under load. That is, it is considered that load characteristics and low temperature characteristics are improved.
Further, it is considered that lithium can be prevented from locally depositing on the negative electrode during charging. For this reason, it is considered that the generation of gas during charging can be suppressed and dry-out can be prevented, so that the cycle characteristics are improved.
Furthermore, it is thought that by having a spinel-structured lithium manganese composite oxide in the coating layer, desorption of oxygen is suppressed and thermal stability is improved.
Accordingly, the powder body has at least one selected from the group consisting of lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium aluminate and nickel cobalt lithium manganate, and the coating layer has a spinel-structure lithium manganese composite oxide. The embodiment is useful.
(2)コバルトと同一でない遷移金属、周期表の2族、13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、コバルト酸リチウム
これらの元素を含むことで、負荷特性、低温特性、サイクル特性および熱安定性が更に向上する。
中でも、コバルト酸リチウムが、一般式LixCoOy(式中、xは0.95≦x≦1.10を満たす数を表し、yは1.8≦y≦2.2を満たす数を表す。)で表されるのが好ましい。
好適な具体例として、一般式がLiaCo1−bMbOcXdSe(式中、Mはコバルトと同一でない遷移金属ならびに周期表の2族、13族および14族の元素からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、Xはハロゲン元素から選ばれる少なくとも1種を表し、aは0.95≦a≦1.10を満たす数を表し、bは0<b≦0.10を満たす数を表し、cは1.8≦c≦2.2を満たす数を表し、dは0≦d≦0.10を満たす数を表し、eは0≦e≦0.015を満たす数を表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。
(2) transition metal that is not the same as cobalt, lithium cobalt oxide containing at least one element selected from the group consisting of Group 2, Group 13 and Group 14 elements of the periodic table, halogen element and sulfur Thus, load characteristics, low temperature characteristics, cycle characteristics and thermal stability are further improved.
Among them, lithium cobaltate is represented by the general formula Li x CoO y (wherein x represents a number satisfying 0.95 ≦ x ≦ 1.10 and y represents a number satisfying 1.8 ≦ y ≦ 2.2). .).
Preferred specific examples of the general formula is in Li a Co 1-b M b O c X d S e ( wherein, M is a Group 2 of the transition metal and the periodic table is not identical to the cobalt, the Group 13 and 14 elements of the X represents at least one selected from the group consisting of halogen elements, a represents a number satisfying 0.95 ≦ a ≦ 1.10, and b represents 0 <b ≦ 0.10. C represents a number satisfying 1.8 ≦ c ≦ 2.2, d represents a number satisfying 0 ≦ d ≦ 0.10, and e represents a number satisfying 0 ≦ e ≦ 0.015. Lithium transition metal composite oxide represented by the following formula.
(3)ニッケルおよびコバルトと同一でない遷移金属、周期表の2族、13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルト酸リチウム;ニッケルおよびコバルトと同一でない遷移金属、周期表の2族、アルミニウムと同一でない13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム;または、ニッケル、コバルトおよびマンガンと同一でない遷移金属、周期表の2族、13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム
これらの元素を含むことで、負荷特性、低温特性、出力特性、サイクル特性および熱安定性の更なる向上を実現することができる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を電動工具、電気自動車、携帯電話、ノートパソコン等の用途に好適に用いることができる。
(3) nickel cobalt oxide lithium containing at least one element selected from the group consisting of transition metals that are not identical to nickel and cobalt, elements of groups 2, 13 and 14 of the periodic table, halogen elements and sulfur; nickel And nickel cobalt lithium aluminate containing at least one element selected from the group consisting of transition metals not identical to cobalt, group 2 of the periodic table, group 13 and group 14 elements not identical to aluminum, halogen elements and sulfur; Or a nickel cobalt lithium manganate containing at least one element selected from the group consisting of transition metals not identical to nickel, cobalt and manganese, elements of Groups 2, 13 and 14 of the periodic table, halogen elements and sulfur By including these elements, load characteristics, low temperature characteristics, Further improvement of output characteristics, cycle characteristics and thermal stability can be realized. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material can be suitably used for applications such as electric tools, electric vehicles, mobile phones, and notebook computers.
中でも、CoおよびNiと同一でない遷移金属(下記式においてZがMnの場合はCo、NiおよびMnと同一でない遷移金属)、周期表の2族、13族(下記式においてZがAlの場合はAlと同一でない13族の元素)および14族の元素、ハロゲン元素ならびにSからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、一般式がLikNimCopZ(1−m−p)Or(式中、ZはAlまたはMnを表し、kは0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mは0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pは0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pはm+p≦1を満たす数を表し、rは1.8≦r≦2.2を満たす数を表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。 Among them, transition metals that are not identical to Co and Ni (when Z is Mn in the following formula, transition metals that are not identical to Co, Ni, and Mn), Groups 2 and 13 of the periodic table (when Z is Al in the formula below) The general formula is Li k Ni m Co p Z (1-mp) containing at least one element selected from the group consisting of Group 13 elements not identical to Al) and Group 14 elements, halogen elements and S O r (wherein Z represents Al or Mn, k represents a number satisfying 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, and p represents A number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, m + p representing a number satisfying m + p ≦ 1, and r representing a number satisfying 1.8 ≦ r ≦ 2.2. Metal composite oxides are preferred.
好適な具体例として、一般式がLikNimCopZ(1−m−p)Or(式中、ZはAlまたはMnを表し、kは0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mは0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pは0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pはm+p≦1を満たす数を表し、rは1.8≦r≦2.2を満たす数を表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。 As a preferable specific example, the general formula is Li k Ni m Co p Z (1-mp) O r (wherein Z represents Al or Mn, and k satisfies 0.95 ≦ k ≦ 1.10. M represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, m + p represents a number satisfying m + p ≦ 1, r Represents a number satisfying 1.8 ≦ r ≦ 2.2).
(4)チタン、アルミニウム、バナジウム、ジルコニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよび硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、コバルト酸リチウム
これらの元素が存在することによってピラー効果が生じ、結晶構造が安定することによりサイクル特性が向上すると考えられる。また、表面修飾によりサイクル特性が向上すると考えられる。
より好ましくはチタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことである。チタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことにより、更にサイクル特性が向上する。またマグネシウムを含むことによりこれらの効果に加えて、更に熱安定性が向上する。
(4) Lithium cobaltate containing at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, vanadium, zirconium, magnesium, calcium, strontium, and sulfur. It is considered that the cycle characteristics are improved by stabilizing. Moreover, it is thought that cycling characteristics improve by surface modification.
More preferably, it contains at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium. By including at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium, the cycle characteristics are further improved. In addition to these effects, the thermal stability is further improved by including magnesium.
態様(4)においては、硫黄の存在により電子の通りやすさが向上するため、更に、サイクル特性および負荷特性が向上すると考えられる。
硫黄の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫黄の合計に対して、0.03〜0.7重量%であるのが好ましい。0.03重量%より少ないと、電子の移動抵抗が低減しにくい場合がある。0.7重量%より多いと、水分吸着によりガス発生が生じる場合がある。
In the aspect (4), since the passage of electrons is improved by the presence of sulfur, it is considered that the cycle characteristics and the load characteristics are further improved.
The sulfur content is preferably 0.03 to 0.7% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and sulfur. If it is less than 0.03% by weight, it may be difficult to reduce the resistance to movement of electrons. If it is more than 0.7% by weight, gas generation may occur due to moisture adsorption.
態様(4)においては、硫黄はどのような形で存在していてもよい。例えば、硫酸根の形で存在していてもよい。
硫酸根は、硫酸イオン、硫酸イオンからその電子を除いた原子の集団およびスルホ基を含む。アルカリ金属の硫酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、有機硫酸塩ならびに有機スルホン酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましい。
中でも、アルカリ金属の硫酸塩およびアルカリ土類金属の硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましく、アルカリ金属の硫酸塩に基づくのがより好ましい。これらは、強酸強塩基の結合からなるため、化学的に安定だからである。
In the aspect (4), sulfur may be present in any form. For example, it may exist in the form of sulfate radicals.
The sulfate radical includes sulfate ions, a group of atoms obtained by removing the electrons from sulfate ions, and a sulfo group. It is preferably based on at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates, alkaline earth metal sulfates, organic sulfates and organic sulfonic acids and salts thereof.
Among them, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates and alkaline earth metal sulfates, and more preferable to use alkali metal sulfates. This is because these are chemically stable because they are composed of strong acid strong base bonds.
態様(4)においては、硫酸根はリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に存在していることが好ましい。粒子の表面に硫酸根を有することにより、硫酸根が電子を通りやすくすると考えられる。そのため、さらに負荷特性が向上する。
硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の全体を被覆している場合であっても、硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の一部を被覆している場合であっても、さらに負荷特性が向上する。
In the aspect (4), the sulfate radical is preferably present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles. By having sulfate radicals on the surface of the particles, it is considered that the sulfate radicals can easily pass electrons. Therefore, load characteristics are further improved.
Even when the sulfate radical covers the entire particle surface of the lithium transition metal composite oxide, or even when the sulfate radical covers a part of the particle surface of the lithium transition metal composite oxide. Further, load characteristics are improved.
態様(4)においては、コバルト酸リチウムのLi、CoおよびOの組成比を一般式LixCoOyで表したときに、xが0.95≦x≦1.10を満たす数を表し、yが1.8≦y≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。 In the aspect (4), when the composition ratio of Li, Co, and O of lithium cobaltate is represented by the general formula Li x CoO y , x represents a number satisfying 0.95 ≦ x ≦ 1.10. Preferably represents a number satisfying 1.8 ≦ y ≦ 2.2.
(5)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式LiaCo1−bMbOcXdSe(MはTi、Al、V、Zr、Mg、CaおよびSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を表し、Xはハロゲン元素から選ばれる少なくとも1種を表し、aは0.95≦a≦1.10を満たす数を表し、bは0≦b≦0.10を満たす数を表し、cは1.8≦c≦2.2を満たす数を表し、dは0≦d≦0.10を満たす数を表し、eは0≦e≦0.015を満たす数を表す。)で表される態様。
態様(4)と同様の理由により好ましい。
(5) at least a lithium-transition metal composite oxide is represented by the general formula Li a Co 1-b M b O c X d S e (M is Ti, Al, V, Zr, Mg, selected from the group consisting of Ca and Sr X represents at least one element selected from halogen elements, a represents a number satisfying 0.95 ≦ a ≦ 1.10, and b represents a number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.10. C represents a number satisfying 1.8 ≦ c ≦ 2.2, d represents a number satisfying 0 ≦ d ≦ 0.10, and e represents a number satisfying 0 ≦ e ≦ 0.015.) An embodiment represented by
It is preferable for the same reason as in the aspect (4).
(6)チタン、アルミニウム、バナジウム、ジルコニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよび硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種
これらの元素が存在することによってピラー効果が生じ、結晶構造が安定することによりサイクル特性が向上すると考えられる。また表面修飾によりサイクル特性が向上すると考えられる。
より好ましくはチタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことである。チタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことにより、更にサイクル特性が向上する。またマグネシウムを含むことによりこれらの効果に加えて、更に熱安定性が向上する。
(6) It consists of nickel cobalt lithium, nickel cobalt lithium aluminate and lithium nickel cobalt manganate containing at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, vanadium, zirconium, magnesium, calcium, strontium and sulfur. At least one selected from the group It is considered that the presence of these elements causes a pillar effect and improves the cycle characteristics by stabilizing the crystal structure. Moreover, it is thought that cycling characteristics improve by surface modification.
More preferably, it contains at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium. By including at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium, the cycle characteristics are further improved. In addition to these effects, the thermal stability is further improved by including magnesium.
態様(6)においては、硫黄の存在により電子の通りやすさが向上するため、更に、サイクル特性および負荷特性が向上すると考えられる。
硫黄の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫黄の合計に対して、0.03〜0.7重量%であるのが好ましい。0.03重量%より少ないと、電子の移動抵抗が低減しにくい場合がある。0.7重量%より多いと、水分吸着によりガス発生が生じる場合がある。
In aspect (6), since the passage of electrons is improved by the presence of sulfur, it is considered that the cycle characteristics and load characteristics are further improved.
The sulfur content is preferably 0.03 to 0.7% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and sulfur. If it is less than 0.03% by weight, it may be difficult to reduce the resistance to movement of electrons. If it is more than 0.7% by weight, gas generation may occur due to moisture adsorption.
態様(6)においては、硫黄はどのような形で存在していてもよい。例えば、硫酸根の形で存在していてもよい。
硫酸根は、硫酸イオン、硫酸イオンからその電子を除いた原子の集団およびスルホ基を含む。アルカリ金属の硫酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、有機硫酸塩ならびに有機スルホン酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましい。
中でも、アルカリ金属の硫酸塩およびアルカリ土類金属の硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましく、アルカリ金属の硫酸塩に基づくのがより好ましい。これらは、強酸強塩基の結合からなるため、化学的に安定だからである。
In the aspect (6), sulfur may be present in any form. For example, it may exist in the form of sulfate radicals.
The sulfate radical includes sulfate ions, a group of atoms obtained by removing the electrons from sulfate ions, and a sulfo group. It is preferably based on at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates, alkaline earth metal sulfates, organic sulfates and organic sulfonic acids and salts thereof.
Among them, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates and alkaline earth metal sulfates, and more preferable to use alkali metal sulfates. This is because these are chemically stable because they are composed of strong acid strong base bonds.
態様(6)においては、硫酸根はリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に存在していることが好ましい。粒子の表面に硫酸根を有することにより、硫酸根が電子を通りやすくすると考えられる。そのため、さらに負荷特性が向上する。
硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の全体を被覆している場合であっても、硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の一部を被覆している場合であっても、さらに負荷特性が向上する。
In the aspect (6), the sulfate group is preferably present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles. By having sulfate radicals on the surface of the particles, it is considered that the sulfate radicals can easily pass electrons. Therefore, load characteristics are further improved.
Even when the sulfate radical covers the entire particle surface of the lithium transition metal composite oxide, or even when the sulfate radical covers a part of the particle surface of the lithium transition metal composite oxide. Further, load characteristics are improved.
態様(6)においては、ニッケルコバルト酸リチウムのLi、Ni、CoおよびOの組成比を一般式LikNimCopOrで表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。 In the embodiment (6), when expressed Li of lithium nickel cobaltate, Ni, a composition ratio of Co and O in the general formula Li k Ni m Co p O r , k is 0.95 ≦ k ≦ 1.10 M represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, and r represents 1.8 ≦ r ≦ 2. It is preferable to represent a number satisfying 2.
態様(6)においては、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムのLi、Ni、Co、AlおよびOの組成比を一般式LikNimCopAl(1−m−p)Orで表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pがm+p≦1を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。 In the aspect (6), when the composition ratio of Li, Ni, Co, Al, and O of nickel cobalt lithium aluminate is represented by the general formula Li k Ni m Co p Al (1-mp) O r , k represents a number satisfying 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, and p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9. , M + p represents a number satisfying m + p ≦ 1, and r preferably represents a number satisfying 1.8 ≦ r ≦ 2.2.
態様(6)においては、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムのLi、Ni、Co、MnおよびOの組成比を一般式LikNimCopMn(1−m−p)Orで表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pがm+p≦1を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。 In the aspect (6), when the composition ratio of Li, Ni, Co, Mn and O of lithium nickel cobalt manganate is represented by the general formula Li k Ni m Co p Mn (1-mp) O r , k represents a number satisfying 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, and p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9. , M + p represents a number satisfying m + p ≦ 1, and r preferably represents a number satisfying 1.8 ≦ r ≦ 2.2.
本発明の粉末本体において、リチウム遷移金属複合酸化物は、ニッケルコバルト酸リチウムとニッケルコバルトアルミン酸リチウムの混合物であっても、ニッケルコバルト酸リチウムとニッケルコバルトマンガン酸リチウムの混合物であっても、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムとニッケルコバルトマンガン酸リチウムの混合物であってもよい。また、これらとコバルト酸リチウムとの混合物であってもよい。 In the powder body of the present invention, the lithium transition metal composite oxide may be a mixture of lithium nickel cobaltate and nickel cobalt lithium aluminate, or a mixture of lithium nickel cobaltate and nickel cobalt lithium manganate. It may be a mixture of lithium cobalt aluminate and lithium nickel cobalt manganate. Moreover, the mixture of these and lithium cobaltate may be sufficient.
本発明の粉末本体においては、リチウム遷移金属複合酸化物の体積基準の粒子径が50μm以上の粒子の割合は、全粒子の10体積%以下であることが好ましい。この範囲内の粉末本体であることで、高充電電位のサイクル特性および熱安定性の向上を損なうことなく、塗布特性、スラリー性状を向上することができる。 In the powder body of the present invention, the proportion of particles having a volume-based particle diameter of 50 μm or more of the lithium transition metal composite oxide is preferably 10% by volume or less of the total particles. By being a powder body within this range, it is possible to improve the coating characteristics and slurry properties without impairing the improvement of the cycle characteristics and thermal stability of the high charge potential.
リチウム遷移金属複合酸化物の比表面積は、0.2〜3m2/gであるのが好ましい。
比表面積が小さすぎると、粉末本体の粒径が大きくなりすぎて、電池特性が低下する。比表面積が大きすぎると、粉末本体表面またはその近傍で起こる電解液の酸化分解反応が増し、発生するガス量が増える。上記範囲であると、低温特性、出力特性および熱安定性の向上を損なうことなく、ガス発生を低減でき、より優れたサイクル特性および負荷特性が得られる。
比表面積は、窒素ガス吸着法により測定することができる。
The specific surface area of the lithium transition metal composite oxide is preferably 0.2 to 3 m 2 / g.
If the specific surface area is too small, the particle size of the powder body becomes too large and the battery characteristics deteriorate. When the specific surface area is too large, the oxidative decomposition reaction of the electrolytic solution occurring at or near the surface of the powder body increases, and the amount of gas generated increases. Within the above range, gas generation can be reduced without impairing improvements in low temperature characteristics, output characteristics and thermal stability, and more excellent cycle characteristics and load characteristics can be obtained.
The specific surface area can be measured by a nitrogen gas adsorption method.
リチウム遷移金属複合酸化物は、体積基準の粒子径が50μm以上の粒子の割合が、全粒子の10体積%以下であるのが好ましい。上記範囲であると、負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性の向上を損なうことなく、塗布特性およびスラリー性状を向上させることができる。 In the lithium transition metal composite oxide, the proportion of particles having a volume-based particle size of 50 μm or more is preferably 10% by volume or less of the total particles. Within the above range, the coating characteristics and slurry properties can be improved without impairing the improvement of load characteristics, low temperature characteristics, output characteristics and thermal stability.
以下、本発明の被覆層に好適に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物を例示する。 Hereinafter, lithium transition metal composite oxides suitably used for the coating layer of the present invention will be exemplified.
(1)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムとを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (1) An embodiment in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having aluminum and / or magnesium.
アルミニウムおよび/またはマグネシウムを含有すると、結晶構造が安定化するため、保存特性、負荷特性および出力特性を損なわずに、サイクル特性が優れたものになり、かつ、電池の膨れをさらに抑制することができる。 When aluminum and / or magnesium are contained, the crystal structure is stabilized, so that the storage characteristics, load characteristics, and output characteristics are not impaired, and the cycle characteristics are excellent, and the swelling of the battery is further suppressed. it can.
態様(1)においては、リチウムマンガン複合酸化物のLi、MnおよびOの組成比を一般式Li1+aMn2−aO4+dで表したときに、aが−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、dが−0.5≦d≦0.5を満たす数を表すのが好ましい。後述する態様(2)、態様(4)、態様(6)、態様(8)、および態様(10)においても同様である。
aは、0より大きいのが好ましく、また、0.15以下であるのが好ましい。化学量論比よりも過剰量のリチウムと、アルミニウムおよび/またはマグネシウムとの相乗効果によって、さらに、結晶構造の安定化が図られ、さらに、サイクル特性が向上すると考えられる。
In the aspect (1), when the composition ratio of Li, Mn and O of the lithium manganese composite oxide is represented by the general formula Li 1 + a Mn 2−a O 4 + d , a is −0.2 ≦ a ≦ 0.2. It is preferable that d represents a number satisfying −0.5 ≦ d ≦ 0.5. The same applies to modes (2), (4), (6), (8), and (10) described later.
a is preferably larger than 0, and is preferably 0.15 or less. It is considered that the crystal structure is further stabilized and the cycle characteristics are further improved by the synergistic effect of lithium in excess of the stoichiometric ratio and aluminum and / or magnesium.
(2)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、ホウ素とを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (2) An embodiment in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having aluminum and / or magnesium and boron.
ホウ素はフラックスとして作用し、結晶成長を促進させ、さらに、サイクル特性および保存特性を向上させる。 Boron acts as a flux, promotes crystal growth, and further improves cycle characteristics and storage characteristics.
(3)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式Li1+aMbMn2−a−bBcO4+d(Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウムを表し、aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0≦b≦0.2を満たす数を表し、cは0≦c≦0.02を満たす数を表し、dは−0.5≦d≦0.5を満たす数を表す。)で表される態様。 (3) The lithium transition metal composite oxide has a general formula of Li 1 + a Mb Mn 2- abB c O 4 + d (M represents aluminum and / or magnesium, and a represents −0.2 ≦ a ≦ 0.2. B represents a number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.2, c represents a number satisfying 0 ≦ c ≦ 0.02, and d satisfied −0.5 ≦ d ≦ 0.5. A mode represented by a number).
態様(3)は、サイクル特性、負荷特性、保存特性および充放電容量に優れ、かつ、電池の膨れが少ない。
態様(3)において、aは、0より大きいのが好ましい。リチウムでマンガンの一部を置換することにより、サイクル特性が向上すると考えられる。
態様(3)において、bは、0より大きいのが好ましく、0.05以上であるのがより好ましい。アルミニウムおよび/またはマグネシウムを含有すると、結晶構造が安定化するため、保存特性、負荷特性および出力特性を損なわずに、サイクル特性が優れたものになり、かつ、電池の膨れを更に抑制することができる。bは0.15以下であるのが好ましい。bが大きすぎると、放電容量が低下する。
態様(3)において、cは、0より大きいのが好ましく、0.001以上であるのがより好ましい。ホウ素はフラックスとして作用し、結晶成長を促進させ、さらに、サイクル特性および保存特性を向上させる。cは0.01以下であるのが好ましい。cが大きすぎると、サイクル特性が低下する。
Aspect (3) is excellent in cycle characteristics, load characteristics, storage characteristics and charge / discharge capacity, and has less battery swelling.
In aspect (3), a is preferably larger than 0. It is considered that the cycle characteristics are improved by substituting a part of manganese with lithium.
In the aspect (3), b is preferably larger than 0, more preferably 0.05 or more. When aluminum and / or magnesium is contained, the crystal structure is stabilized, so that the storage characteristics, load characteristics, and output characteristics are not impaired, and the cycle characteristics are excellent, and the swelling of the battery is further suppressed. it can. b is preferably 0.15 or less. When b is too large, the discharge capacity decreases.
In the aspect (3), c is preferably larger than 0, and more preferably 0.001 or more. Boron acts as a flux, promotes crystal growth, and further improves cycle characteristics and storage characteristics. c is preferably 0.01 or less. If c is too large, the cycle characteristics deteriorate.
(4)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、ホウ素と、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種とを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (4) The aspect in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having aluminum and / or magnesium, boron, and at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium and hafnium.
チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を有することで、リチウムマンガン複合酸化物粒子の単位格子の格子定数は上昇し、粒子内のリチウムイオンの易動度は上昇しインピーダンスを低減することができると考えられる。このため保存特性、負荷特性およびサイクル特性を損なわずに、かつ、電池の膨れの抑制を損なわずに、出力特性がさらに向上すると考えられる。
態様(4)において、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種以外の元素を有する理由は、態様(1)〜(3)と同様である。
By having at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium, and hafnium, the lattice constant of the unit cell of the lithium manganese composite oxide particle increases, the mobility of lithium ions in the particle increases, and the impedance decreases. I think it can be done. For this reason, it is considered that the output characteristics are further improved without impairing storage characteristics, load characteristics and cycle characteristics and without impairing suppression of battery swelling.
In aspect (4), the reason for having an element other than at least one element selected from the group consisting of titanium, zirconium and hafnium is the same as in aspects (1) to (3).
(5)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式Li1+aMbMn2−a−bDhBcO4+d(Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウムを表し、Dはチタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0≦b≦0.2を満たす数を表し、cは0≦c≦0.02を満たす数を表し、dは−0.5≦d≦0.5を満たす数を表し、hは0≦h≦0.1を満たす数を表す。)で表される態様。 (5) the group of lithium transition metal composite oxide is represented by the general formula Li 1 + a M b Mn 2 -a-b D h B c O 4 + d (M represents aluminum and / or magnesium, D is composed of titanium, zirconium and hafnium A represents a number satisfying −0.2 ≦ a ≦ 0.2, b represents a number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.2, and c represents 0 ≦ c ≦ 0. 02 represents a number satisfying 02, d represents a number satisfying −0.5 ≦ d ≦ 0.5, and h represents a number satisfying 0 ≦ h ≦ 0.1.
態様(5)において、hは、0より大きいのが好ましい。態様(4)の場合と同様の理由による。
また、hは0.01以上であるのがより好ましく、0.03以上であるのがさらに好ましく、0.08以下であるのがより好ましく、0.05以下であるのがさらに好ましい。この範囲のとき、リチウムイオンの易動度が上昇することにより、インピーダンスが低減すると考えられる。hが大きすぎると、電池特性がほとんど変化せず好ましくない。
その他の点については、態様(4)の場合と同様である。
In aspect (5), h is preferably greater than 0. For the same reason as in the case of the aspect (4).
Further, h is preferably 0.01 or more, more preferably 0.03 or more, more preferably 0.08 or less, and further preferably 0.05 or less. In this range, it is considered that the impedance is reduced by increasing the mobility of lithium ions. If h is too large, the battery characteristics hardly change, which is not preferable.
About another point, it is the same as that of the case of aspect (4).
(6)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種と、ホウ素とを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (6) An embodiment in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having aluminum and / or magnesium, at least one selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine, and boron.
ハロゲン元素はリチウムマンガン複合酸化物の粉末を球状で粒度の揃った粉末にする効果がある。これにより、サイクル特性、保存特性、負荷特性および出力特性を損なうことなく、表面の平滑性に優れ、内部抵抗が低く、かつ、結着性に優れる正極塗布面を形成させることができる。ハロゲン元素としては、フッ素および/または塩素が好ましい。 The halogen element has the effect of making the lithium manganese composite oxide powder spherical and uniform in size. As a result, a positive electrode coated surface having excellent surface smoothness, low internal resistance and excellent binding properties can be formed without impairing cycle characteristics, storage characteristics, load characteristics, and output characteristics. As the halogen element, fluorine and / or chlorine is preferable.
(7)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式Li1+aMcMn2−a−cO4・LibXdBeOf(Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウム、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、aは0<a≦0.1を満たす数を表し、bは0≦b≦0.1を満たす数を表し、cは0<c≦0.2を満たす数を表し、dは0<d≦0.05を満たす数を表し、eは0<e≦0.02を満たす数を表し、fは0≦f<0.1を満たす数を表す。)で表される態様。 (7) the lithium-transition metal composite oxide represented by the general formula Li 1 + a M c Mn 2 -a-c O 4 · Li b X d B e O f (M is aluminum and / or magnesium, X is fluorine, chlorine, bromine And at least one selected from the group consisting of iodine, a represents a number satisfying 0 <a ≦ 0.1, b represents a number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.1, and c represents 0 <c ≦ 0.1. Represents a number satisfying 0.2, d represents a number satisfying 0 <d ≦ 0.05, e represents a number satisfying 0 <e ≦ 0.02, and f satisfies 0 ≦ f <0.1. A mode represented by a number).
態様(7)においては、リチウム遷移金属複合酸化物が、Li1+aMcMn2−a−cO4で表される立方晶スピネル型リチウムマンガン複合酸化物と、LibXdBeOfで表される、1種以上の化合物からなる不純物相とで構成されるのが好ましい。
態様(7)において、aは、0.02以上であるのが好ましく、また、0.08以下であるのが好ましい。態様(3)の場合と同様の理由による。
態様(7)において、Xは、フッ素および/または塩素であるのが好ましい。dは、0.01以上であるのが好ましく、また、0.03以下であるのが好ましい。態様(6)の場合と同様の理由による。
態様(7)において、eは0.001以上であるのが好ましく、また、0.01以下であるのが好ましい。態様(3)の場合と同様の理由による。
In the aspect (7), the lithium transition metal composite oxide includes a cubic spinel-type lithium manganese composite oxide represented by Li 1 + a M c Mn 2-ac- O 4 , and Li b Xd B e O f. It is preferable to be comprised with the impurity phase which consists of 1 or more types of compounds represented by these.
In the aspect (7), a is preferably 0.02 or more, and preferably 0.08 or less. For the same reason as in the case of the aspect (3).
In embodiment (7), X is preferably fluorine and / or chlorine. d is preferably 0.01 or more, and preferably 0.03 or less. For the same reason as in the case of the aspect (6).
In the aspect (7), e is preferably 0.001 or more, and is preferably 0.01 or less. For the same reason as in the case of the aspect (3).
(8)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種と、ホウ素と、硫黄とを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (8) The lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having at least one selected from the group consisting of aluminum and / or magnesium, fluorine, chlorine, bromine and iodine, boron and sulfur. Aspect.
態様(8)においては、硫黄の存在により電子の通りやすさが向上するため、さらに、サイクル特性および負荷特性が向上すると考えられる。
硫黄の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫黄の合計に対して、0.03〜0.3重量%であるのが好ましい。0.03重量%より少ないと、電子の移動抵抗が低減しにくい場合がある。0.3重量%より多いと、水分吸着により電池の膨れが生じる場合がある。
In aspect (8), since the passage of electrons is improved by the presence of sulfur, it is considered that the cycle characteristics and load characteristics are further improved.
The sulfur content is preferably 0.03 to 0.3% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and sulfur. If it is less than 0.03% by weight, it may be difficult to reduce the resistance to movement of electrons. If it exceeds 0.3% by weight, the battery may swell due to moisture adsorption.
硫黄はどのような形で存在してもよい。例えば、硫酸根の形で存在していてもよい。
硫酸根は、硫酸イオン、硫酸イオンからその電荷を除いた原子の集団およびスルホ基を含む。アルカリ金属の硫酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、有機硫酸塩ならびに有機スルホン酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましい。
中でも、アルカリ金属の硫酸塩およびアルカリ土類金属の硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましく、アルカリ金属の硫酸塩に基づくのがより好ましい。これらは、強酸強塩基の結合からなるため、化学的に安定だからである。
Sulfur may be present in any form. For example, it may exist in the form of sulfate radicals.
The sulfate radical includes sulfate ions, a group of atoms obtained by removing the charge from sulfate ions, and sulfo groups. It is preferably based on at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates, alkaline earth metal sulfates, organic sulfates and organic sulfonic acids and salts thereof.
Among them, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates and alkaline earth metal sulfates, and more preferable to use alkali metal sulfates. This is because these are chemically stable because they are composed of strong acid strong base bonds.
態様(8)において、硫黄以外の元素を含有する理由は、態様(1)〜(7)と同様である。
態様(8)においては、上記各元素を含有することで、各元素の相乗効果により、高い充放電容量を有し、かつ、結着性および表面の平滑性に優れる正極板を得ることができる。
In aspect (8), the reason for containing elements other than sulfur is the same as in aspects (1) to (7).
In aspect (8), the positive electrode plate which has high charging / discharging capacity | capacitance and is excellent in binding property and surface smoothness can be obtained by the synergistic effect of each element by containing each said element. .
リチウム遷移金属複合酸化物は、少なくとも粒子の表面に硫酸根を有していてもよい。
硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に存在することにより、粒子の周りの電子の移動抵抗が極めて小さくなり、その結果、電子の通りやすさが向上し、サイクル特性および負荷特性が向上すると考えられる。
また、本発明の正極活物質を用いて高電圧電池(例えば、リチウム遷移金属複合酸化物としてLiMn1.5Ni0.5O4を用いた電池)とした場合、従来の高電圧電池において問題であった充電時における電解質の分解が抑制され、その結果、サイクル特性が向上する。電解質の分解反応は、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子と電解質との界面において、リチウム遷移金属複合酸化物が触媒として起こると考えられているが、電解質を分解させる働きのない硫酸根でリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面の全部または一部が被覆されることにより、電解質と触媒との接触面積が減り、上記反応が抑制されると考えられる。
The lithium transition metal composite oxide may have a sulfate group at least on the surface of the particle.
The presence of the sulfate radical on the surface of the lithium transition metal composite oxide particle makes the electron transfer resistance around the particle extremely small, and as a result, the ease of passing electrons is improved, and the cycle characteristics and load characteristics are improved. It is thought to improve.
In addition, when the positive electrode active material of the present invention is used to form a high voltage battery (for example, a battery using LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 as a lithium transition metal composite oxide), there is a problem in the conventional high voltage battery. Thus, the decomposition of the electrolyte during charging is suppressed, and as a result, the cycle characteristics are improved. The electrolyte decomposition reaction is thought to occur as a catalyst at the interface between the lithium transition metal composite oxide particles and the electrolyte, but the lithium transition is caused by sulfate radicals that do not function to decompose the electrolyte. By covering all or part of the surface of the metal composite oxide particles, it is considered that the contact area between the electrolyte and the catalyst is reduced, and the above reaction is suppressed.
本発明において、硫酸根はリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面にどのような形で存在していても本発明の効果を発揮する。例えば、硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の全体を被覆している場合であっても、硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の一部を被覆している場合であっても、サイクル特性および負荷特性が向上する。 In the present invention, the sulfate group exhibits the effect of the present invention regardless of the form of the sulfate group present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles. For example, even when the sulfate radical covers the entire particle surface of the lithium transition metal composite oxide, the sulfate radical covers a part of the particle surface of the lithium transition metal composite oxide. However, cycle characteristics and load characteristics are improved.
また、硫酸根は、少なくとも粒子の表面に存在していればよい。したがって、硫酸根の一部が粒子の内部に存在していてもよい。
硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に存在しているかどうかは、種々の方法によって解析することができる。例えば、オージェ電子分光法、X線光電子分光法で解析することができる。
また、硫酸根の定量としては、種々の方法を用いることができる。例えば、ICP発光分光分析法、滴定法で定量することができる。
Moreover, the sulfate radical should just exist in the surface of particle | grains at least. Therefore, a part of the sulfate radical may exist inside the particle.
Whether or not the sulfate radical is present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles can be analyzed by various methods. For example, it can be analyzed by Auger electron spectroscopy or X-ray photoelectron spectroscopy.
Moreover, various methods can be used for the determination of sulfate radicals. For example, it can be quantified by ICP emission spectrometry or titration.
(9)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式Li1+aMbMn2−a−bDhXcBdSeO4+f(Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウムを表し、Dはチタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0<b≦0.2を満たす数を表し、cは0≦c≦0.05を満たす数を表し、dは0<d≦0.02を満たす数を表し、eは0≦e≦0.1を満たす数を表し、fは−0.5≦f≦0.5を満たす数を表し、hは0≦h≦0.1を満たす数を表す。)で表される態様。 (9) the lithium-transition metal composite oxide represented by the general formula Li 1 + a M b Mn 2 -a-b D h X c B d S e O 4 + f (M represents aluminum and / or magnesium, D is titanium, zirconium, and Represents at least one selected from the group consisting of hafnium, X represents at least one selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine, and a represents a number satisfying −0.2 ≦ a ≦ 0.2. B represents a number satisfying 0 <b ≦ 0.2, c represents a number satisfying 0 ≦ c ≦ 0.05, d represents a number satisfying 0 <d ≦ 0.02, and e represents 0 ≦ e ≦ 0.1, f represents a number satisfying −0.5 ≦ f ≦ 0.5, and h represents a number satisfying 0 ≦ h ≦ 0.1. Aspect.
態様(9)において、eは、0より大きいのが好ましい。態様(8)の場合と同様の理由による。
また、eは0.0017以上であるのがより好ましく、また、0.02以下であるのが好ましい。eが小さすぎると、電子の移動抵抗が低くなる場合がある。eが大きすぎると、水分吸着により電池の膨れが生じる場合がある。
その他の点については、態様(8)の場合と同様である。
In aspect (9), e is preferably greater than 0. For the same reason as in the case of the aspect (8).
Further, e is more preferably 0.0017 or more, and is preferably 0.02 or less. If e is too small, the electron transfer resistance may be low. If e is too large, the battery may swell due to moisture adsorption.
About another point, it is the same as that of the case of aspect (8).
(10)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種と、ホウ素と、硫黄と、ナトリウムおよび/またはカルシウムとを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (10) The lithium transition metal composite oxide has at least one selected from the group consisting of aluminum and / or magnesium, fluorine, chlorine, bromine and iodine, boron, sulfur, sodium and / or calcium. The aspect which is lithium manganese complex oxide.
態様(10)においては、ナトリウムおよび/またはカルシウムを含有することにより、ホウ素(好ましくは、ホウ素と硫黄)との相乗効果により、マンガンイオンの溶出をさらに抑制することができ、実用レベルの優れたサイクル特性を実現することができる。
態様(10)において、ナトリウムおよび/またはカルシウム以外の元素を含有する理由は、態様(1)〜(9)と同様である。
In the aspect (10), by containing sodium and / or calcium, elution of manganese ions can be further suppressed by a synergistic effect with boron (preferably boron and sulfur), and the practical level is excellent. Cycle characteristics can be realized.
In aspect (10), the reason for containing elements other than sodium and / or calcium is the same as in aspects (1) to (9).
(11)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式Li1+aMbMn2−a−bDhXcBdSeAgO4+f(Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウムを表し、Dはチタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、Aはナトリウムおよび/またはカルシウムを表し、aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0<b≦0.2を満たす数を表し、cは0≦c≦0.05を満たす数を表し、dは0<d≦0.02を満たす数を表し、eは0≦e≦0.1を満たす数を表し、fは−0.5≦f≦0.5を満たす数を表し、gは0.00004≦g≦0.015を満たす数を表し、hは0≦h≦0.1を満たす数を表す。)で表される態様。 (11) lithium transition metal composite oxide is represented by the general formula Li 1 + a M b Mn 2 -a-b D h X c B d S e A g O 4 + f (M represents aluminum and / or magnesium, D is titanium, Represents at least one selected from the group consisting of zirconium and hafnium, X represents at least one selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine, A represents sodium and / or calcium, and a represents −0 .2 ≦ a ≦ 0.2, b represents a number satisfying 0 <b ≦ 0.2, c represents a number satisfying 0 ≦ c ≦ 0.05, and d represents 0 <d ≦ Represents a number satisfying 0.02, e represents a number satisfying 0 ≦ e ≦ 0.1, f represents a number satisfying −0.5 ≦ f ≦ 0.5, and g represents 0.00004 ≦ g ≦ Represents a number satisfying 0.015, h is 0 ≦ h Embodiments represented by represents.) A number satisfying 0.1.
態様(11)が好ましい理由は、態様(10)と同様である。
態様(11)において、eは、0.0017以上であるのが好ましく、また、0.02以下であるのが好ましい。eが小さすぎると、電子の移動抵抗が低くなる場合がある。eが大きすぎると、水分吸着により電池の膨れが生じる場合がある。
その他の点については、態様(10)の場合と同様である。
The reason why the aspect (11) is preferable is the same as that in the aspect (10).
In the aspect (11), e is preferably 0.0017 or more, and preferably 0.02 or less. If e is too small, the electron transfer resistance may be low. If e is too large, the battery may swell due to moisture adsorption.
About another point, it is the same as that of the case of aspect (10).
本発明の被覆層のリチウム遷移金属複合酸化物は、鉄の含有量が25ppm以下であるのが好ましく、20ppm以下であるのがより好ましく、18ppm以下であるのがさらに好ましい。鉄の含有量が多すぎると、電池の内部短絡の原因になる場合がある。 The lithium transition metal composite oxide of the coating layer of the present invention preferably has an iron content of 25 ppm or less, more preferably 20 ppm or less, and even more preferably 18 ppm or less. If the iron content is too high, it may cause an internal short circuit of the battery.
被覆層のリチウム遷移金属複合酸化物の中央粒径は、0.05μm以上であるのが好ましく、0.1μm以上であるのがさらに好ましく、0.2μm以上であるのがより好ましく、かつ、50μm以下であるのが好ましく、30μm以下であるのがさらに好ましく、20μm以下であるのがより好ましい。中央粒径が大きすぎると、粉末本体に被覆されない場合があり、小さすぎると、水分吸着等が生じ好ましくない。
中央粒径とは、二次粒子の粒度分布の体積累積頻度が50%に達する粒径を意味する。中央粒径の測定方法は、特に限定されない。例えば、レーザー回折散乱法により粒度分布を測定し、体積基準の粒子径の対数を用いた積算分布を求め、リチウム遷移金属複合酸化物粉末全体の50%を占めるときの粒子径、即ちオーバーサイズ50%の粒径として測定することができる。
The median particle size of the lithium transition metal composite oxide in the coating layer is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.2 μm or more, and 50 μm. Or less, more preferably 30 μm or less, and even more preferably 20 μm or less. If the median particle size is too large, the powder body may not be coated.
The median particle size means a particle size at which the volume cumulative frequency of the particle size distribution of the secondary particles reaches 50%. The method for measuring the median particle size is not particularly limited. For example, the particle size distribution is measured by a laser diffraction scattering method, an integrated distribution using the logarithm of the volume-based particle diameter is obtained, and the particle diameter when occupying 50% of the entire lithium transition metal composite oxide powder, ie, oversize 50 % Particle size.
本発明の正極活物質において、粉末本体の重量部を100としたときの、被覆層のリチウム遷移金属複合酸化物の重量部は、0.5以上、かつ、250以下の範囲になるように混合するのが好ましい。
粉末本体の重量部を100としたときの、被覆層のリチウム遷移金属複合酸化物の重量部は、1以上であるのがより好ましく、3以上であるのがさらに好ましく、かつ、100以下であるのがより好ましく、40以下であるのがさらに好ましく、30以下であるのがとくに好ましい。大きすぎると正極活物質の容量が低下し、小さすぎると本発明の効果が得られないため好ましくない。
In the positive electrode active material of the present invention, when the weight part of the powder main body is 100, the weight part of the lithium transition metal composite oxide of the coating layer is mixed so that it is in the range of 0.5 or more and 250 or less. It is preferable to do this.
When the weight part of the powder body is 100, the weight part of the lithium transition metal composite oxide of the coating layer is preferably 1 or more, more preferably 3 or more, and 100 or less. Is more preferably 40 or less, and particularly preferably 30 or less. If it is too large, the capacity of the positive electrode active material is reduced, and if it is too small, the effect of the present invention cannot be obtained, which is not preferable.
<非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法>
本発明の正極活物質の製造方法は特に限定されないが、例えば、以下のようにして製造することができる。
<Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery>
Although the manufacturing method of the positive electrode active material of this invention is not specifically limited, For example, it can manufacture as follows.
(1)粉末本体の作製
(i)原料混合物の作製
後述する化合物を各構成元素が所定の組成比となるように混合して、原料混合物を得る。原料混合物に用いられる化合物は、目的とする組成を構成する元素に応じて選択される。
混合の方法は、特に限定されず、例えば、水および/または有機溶媒を用いてスラリー状として混合した後、乾燥させて原料混合物とする方法;上述した化合物の水溶液を混合して沈殿させ、得られた沈殿物を乾燥させて原料混合物とする方法;これらを併用する方法が挙げられる。
(1) Production of powder body (i) Production of raw material mixture Compounds described below are mixed so that each constituent element has a predetermined composition ratio to obtain a raw material mixture. The compound used for the raw material mixture is selected according to the elements constituting the target composition.
The mixing method is not particularly limited, for example, a method of mixing in a slurry form using water and / or an organic solvent, and then drying to obtain a raw material mixture; A method of drying the resulting precipitate to obtain a raw material mixture; a method of using these together.
以下に、原料混合物に用いられる化合物を例示する。
リチウム化合物は、特に限定されないが、例えば、Li2CO3、LiOH、LiOH・H2O、Li2O、LiCl、LiNO3、Li2SO4、LiHCO3、Li(CH3COO)、フッ化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、過酸化リチウムが挙げられる。中でも、Li2CO3、LiOH、LiOH・H2O、Li2O、LiCl、LiNO3、Li2SO4、LiHCO3、Li(CH3COO)が好ましい。
Below, the compound used for a raw material mixture is illustrated.
Lithium compound is not particularly limited, for example, Li 2 CO 3, LiOH, LiOH · H 2 O, Li 2 O, LiCl, LiNO 3, Li 2 SO 4, LiHCO 3, Li (CH 3 COO), fluoride Examples include lithium, lithium bromide, lithium iodide, and lithium peroxide. Among these, Li 2 CO 3 , LiOH, LiOH · H 2 O, Li 2 O, LiCl, LiNO 3 , Li 2 SO 4 , LiHCO 3 , and Li (CH 3 COO) are preferable.
コバルト化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化コバルト、水酸化コバルト、炭酸コバルト、塩化コバルト、ヨウ化コバルト、硫酸コバルト、臭素酸コバルト、硝酸コバルトが挙げられる。中でも、CoSO4・7H2O、Co(NO3)2・6H2Oが好ましい。 The cobalt compound is not particularly limited, and examples thereof include cobalt oxide, cobalt hydroxide, cobalt carbonate, cobalt chloride, cobalt iodide, cobalt sulfate, cobalt bromate, and cobalt nitrate. Among these, CoSO 4 · 7H 2 O and Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O are preferable.
ニッケル化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、ギ酸ニッケルが挙げられる。中でも、NiSO4・6H2O、Ni(NO3)2・6H2Oが好ましい。 The nickel compound is not particularly limited, and examples thereof include nickel oxide, nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel sulfate, nickel nitrate, and nickel formate. Among these, NiSO 4 · 6H 2 O and Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O are preferable.
アルミニウム化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウムが挙げられる。中でも、Al2(SO4)3、Al(NO3)3、Al2O3、Al(OH)3が好ましい。 The aluminum compound is not particularly limited, and examples thereof include aluminum oxide, aluminum hydroxide, aluminum carbonate, aluminum chloride, aluminum iodide, aluminum sulfate, and aluminum nitrate. Among these, Al 2 (SO 4 ) 3 , Al (NO 3 ) 3 , Al 2 O 3 , and Al (OH) 3 are preferable.
マンガン化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化マンガン、水酸化マンガン、炭酸マンガン、塩化マンガン、ヨウ化マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガンが挙げられる。中でも、MnSO4、MnCl2が好ましい。 The manganese compound is not particularly limited, and examples thereof include manganese oxide, manganese hydroxide, manganese carbonate, manganese chloride, manganese iodide, manganese sulfate, and manganese nitrate. Among these, MnSO 4 and MnCl 2 are preferable.
バナジウム化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化バナジウム、水酸化バナジウム、塩化バナジウム、硫酸バナジウムが挙げられる。中でも、V2O5、VCl2が好ましい。 The vanadium compound is not particularly limited, and examples thereof include vanadium oxide, vanadium hydroxide, vanadium chloride, and vanadium sulfate. Among these, V 2 O 5 and VCl 2 are preferable.
ストロンチウム化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウムが挙げられる。中でも、SrO、Sr(OH)2が好ましい。 The strontium compound is not particularly limited, and examples thereof include strontium oxide, strontium hydroxide, strontium chloride, and strontium sulfate. Of these, SrO and Sr (OH) 2 are preferable.
カルシウム化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウムが挙げられる。中でも、CaO、CaCO3が好ましい。 The calcium compound is not particularly limited, and examples thereof include calcium oxide, calcium carbonate, calcium hydroxide, calcium chloride, and calcium nitrate. Of these, CaO and CaCO 3 are preferable.
硫黄含有化合物は、特に限定されないが、例えば、硫化物、ヨウ化硫黄、硫化水素、硫酸とその塩、硫化窒素が挙げられる。中でも、Li2SO4、MnSO4、(NH4)2SO4、Al2(SO4)3、MgSO4が好ましい。 Although a sulfur containing compound is not specifically limited, For example, sulfide, sulfur iodide, hydrogen sulfide, a sulfuric acid, its salt, and nitrogen sulfide are mentioned. Among these, Li 2 SO 4 , MnSO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 , Al 2 (SO 4 ) 3 , and MgSO 4 are preferable.
ハロゲン元素を含む化合物は、特に限定されないが、例えば、フッ化水素、フッ化酸素、フッ化水素酸、塩化水素、塩酸、酸化塩素、フッ化酸化塩素、酸化臭素、フルオロ硫酸臭素、ヨウ化水素、酸化ヨウ素、過ヨウ素酸が挙げられる。中でも、NH4F、NH4Cl、NH4Br、NH4I、LiF、LiCl、LiBr、LiI、MnF2、MnCl2、MnBr2、MnI2が好ましい。 The compound containing a halogen element is not particularly limited. For example, hydrogen fluoride, oxygen fluoride, hydrofluoric acid, hydrogen chloride, hydrochloric acid, chlorine oxide, fluorinated chlorine oxide, bromine oxide, bromine fluorosulfate, hydrogen iodide , Iodine oxide, and periodic acid. Among these, NH 4 F, NH 4 Cl, NH 4 Br, NH 4 I, LiF, LiCl, LiBr, LiI, MnF 2 , MnCl 2 , MnBr 2 , and MnI 2 are preferable.
マグネシウム化合物は、特に限定されないが、例えば、MgO、MgCO3、Mg(OH)2、MgCl2、MgSO4、Mg(NO3)2、Mg(CH3COO)2、ヨウ化マグネシウム、過塩素酸マグネシウムが挙げられる。中でも、MgSO4、Mg(NO3)2が好ましい。 Magnesium compound is not particularly limited, for example, MgO, MgCO 3, Mg ( OH) 2, MgCl 2, MgSO 4, Mg (NO 3) 2, Mg (CH 3 COO) 2, magnesium iodide, perchlorate Examples include magnesium. Among these, MgSO 4 and Mg (NO 3 ) 2 are preferable.
チタン化合物は、特に限定されない。例えばフッ化チタン、塩化チタン、臭化チタン、ヨウ化チタン、酸化チタン、硫化チタン、硫酸チタン等が挙げられる。中でもTiO、TiO2、Ti2O3、TiCl2、Ti(SO4)2が好ましい。 The titanium compound is not particularly limited. Examples thereof include titanium fluoride, titanium chloride, titanium bromide, titanium iodide, titanium oxide, titanium sulfide, and titanium sulfate. Of these, TiO, TiO 2 , Ti 2 O 3 , TiCl 2 , and Ti (SO 4 ) 2 are preferable.
ジルコニウム化合物は、特に限定されない。例えば、フッ化ジルコニウム、塩化ジルコニウム、臭化ジルコニウム、ヨウ化ジルコニウム、酸化ジルコニウム、硫化ジルコニウム、炭酸ジルコニウム等が挙げられる。中でもZrF2、ZrCl、ZrCl2、ZrBr2、ZrI2、ZrO、ZrO2、ZrS2、Zr(OH)3等が好ましい。
また、上述した各元素の2種以上を含有する化合物を用いてもよい。
The zirconium compound is not particularly limited. Examples thereof include zirconium fluoride, zirconium chloride, zirconium bromide, zirconium iodide, zirconium oxide, zirconium sulfide, zirconium carbonate and the like. Of these, ZrF 2 , ZrCl, ZrCl 2 , ZrBr 2 , ZrI 2 , ZrO, ZrO 2 , ZrS 2 , Zr (OH) 3 and the like are preferable.
Moreover, you may use the compound containing 2 or more types of each element mentioned above.
以下に、原料混合物を得る好適な方法を、具体的に説明する。
(a)上述したコバルト化合物、ジルコニウム化合物およびマグネシウム化合物から調製した。所定の組成比のコバルトイオン、ジルコニウムイオンおよびマグネシウムイオンを含有する水溶液を、攪拌している純水中に滴下する。 ついで、pH7〜11となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、40〜80℃、回転数500〜1500rpmで攪拌し反応させる。所定の組成比のコバルトイオン、ジルコニウムイオンおよびマグネシウムイオンを含有する水溶液の滴下を終了させた後、水酸化ナトリウム水溶液のみをpH9〜10になるまで滴下しつづけ、コバルト、ジルコニウムおよびマグネシウムの沈殿物を得る。なお、水酸化ナトリウム水溶液の代わりに、炭酸水素アンモニウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液等のアルカリ溶液を用いることもできる。
Below, the suitable method of obtaining a raw material mixture is demonstrated concretely.
(A) Prepared from the cobalt compound, zirconium compound and magnesium compound described above. An aqueous solution containing cobalt ions, zirconium ions and magnesium ions having a predetermined composition ratio is dropped into pure water being stirred. Next, an aqueous sodium hydroxide solution is added dropwise so that the pH is 7 to 11, and the mixture is stirred and reacted at 40 to 80 ° C. and at a rotational speed of 500 to 1500 rpm. After finishing the dropping of the aqueous solution containing cobalt ions, zirconium ions and magnesium ions of a predetermined composition ratio, only the aqueous sodium hydroxide solution was dropped until the pH reached 9 to 10, and the precipitates of cobalt, zirconium and magnesium were added. obtain. Instead of the sodium hydroxide aqueous solution, an alkaline solution such as an ammonium hydrogen carbonate aqueous solution, a sodium hydrogen carbonate aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, or a lithium hydroxide aqueous solution can also be used.
つぎに、水溶液をろ過して沈殿物を採取し、採取した沈殿物を水洗し、熱処理した後、上述したリチウム化合物と混合して、原料混合物を得る。 Next, the aqueous solution is filtered to collect a precipitate. The collected precipitate is washed with water and heat-treated, and then mixed with the above-described lithium compound to obtain a raw material mixture.
(b)上述したコバルト化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、ジルコニウム化合物から調製した。所定の組成比のコバルトイオン、ニッケルイオン、マンガンイオンおよびジルコニウムイオンを含有する水溶液を、攪拌している純水中に滴下する。 ここに、pH8〜11となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、40〜80℃、回転数500〜1500rpmで攪拌し反応させる。所定の組成比のコバルトイオン、ニッケルイオン、マンガンイオンおよびジルコニウムイオンを含有する水溶液の滴下を終了させた後、水酸化ナトリウム水溶液のみをpH9〜10になるまで滴下しつづけ、コバルト、ニッケル、マンガンおよびジルコニウムの沈殿物を得る。なお、水酸化ナトリウム水溶液の代わりに、炭酸水素アンモニウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液等のアルカリ溶液を用いることもできる。 (B) Prepared from the cobalt compound, nickel compound, manganese compound and zirconium compound described above. An aqueous solution containing cobalt ions, nickel ions, manganese ions and zirconium ions having a predetermined composition ratio is dropped into pure water being stirred. A sodium hydroxide aqueous solution is dripped here so that it may become pH 8-11, and it is made to react by stirring at 40-80 degreeC and rotation speed 500-1500 rpm. After finishing the dropping of the aqueous solution containing cobalt ions, nickel ions, manganese ions and zirconium ions having a predetermined composition ratio, only the aqueous sodium hydroxide solution was dropped until the pH reached 9 to 10, and cobalt, nickel, manganese and A zirconium precipitate is obtained. Instead of the sodium hydroxide aqueous solution, an alkaline solution such as an ammonium hydrogen carbonate aqueous solution, a sodium hydrogen carbonate aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, or a lithium hydroxide aqueous solution can also be used.
つぎに、水溶液をろ過して沈殿物を採取し、採取した沈殿物を水洗し、熱処理した後、上述したリチウム化合物と混合して、原料混合物を得る。 Next, the aqueous solution is filtered to collect a precipitate. The collected precipitate is washed with water and heat-treated, and then mixed with the above-described lithium compound to obtain a raw material mixture.
(c)上述したコバルト化合物、ニッケル化合物、アルミニウム化合物、ジルコニウム化合物から調製した。所定の組成比のコバルトイオン、ニッケルイオン、アルミニウムイオンおよびジルコニウムイオンを含有する水溶液を、攪拌している純水中に滴下する。ここに、pH8〜11となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、40〜80℃、回転数500〜1500rpmで攪拌し反応させる。所定の組成比のコバルトイオン、ニッケルイオン、アルミニウムイオンおよびジルコニウムイオンを含有する水溶液の滴下後、水酸化ナトリウム水溶液のみをpH9〜10になるまで滴下しつづけ、コバルト、ニッケル、マンガンおよびジルコニウムの沈殿物を得る。なお、水酸化ナトリウム水溶液の代わりに、炭酸水素アンモニウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液等のアルカリ溶液を用いることもできる。 (C) Prepared from the cobalt compound, nickel compound, aluminum compound and zirconium compound described above. An aqueous solution containing cobalt ions, nickel ions, aluminum ions and zirconium ions having a predetermined composition ratio is dropped into pure water being stirred. A sodium hydroxide aqueous solution is dripped here so that it may become pH 8-11, and it is made to react by stirring at 40-80 degreeC and rotation speed 500-1500 rpm. After dropwise addition of an aqueous solution containing cobalt ions, nickel ions, aluminum ions and zirconium ions of a predetermined composition ratio, only sodium hydroxide aqueous solution is continuously dropped until the pH reaches 9 to 10, and precipitates of cobalt, nickel, manganese and zirconium Get. Instead of the sodium hydroxide aqueous solution, an alkaline solution such as an ammonium hydrogen carbonate aqueous solution, a sodium hydrogen carbonate aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, or a lithium hydroxide aqueous solution can also be used.
つぎに、水溶液をろ過して沈殿物を採取し、採取した沈殿物を水洗し、熱処理した後、上述したリチウム化合物と混合して、原料混合物を得る。 Next, the aqueous solution is filtered to collect a precipitate. The collected precipitate is washed with water and heat-treated, and then mixed with the above-described lithium compound to obtain a raw material mixture.
(ii)原料混合物の焼成および粉砕
ついで、原料混合物を焼成する。焼成の温度、時間、雰囲気等は、特に限定されず、目的に応じて適宜決定することができる。
焼成温度は、400℃以上であるのが好ましく、700℃以上であるのがより好ましく、850℃以上であるのがさらに好ましい。焼成温度が低すぎると、未反応の原料が正極活物質中に残留し、正極活物質の本来の特徴を生かせない場合がある。また、焼成温度は、1200℃以下であるのが好ましく、1150℃以下であるのがより好ましく、1100℃以下であるのがさらに好ましい。焼成温度が高すぎると、副生成物が生成しやすくなり、単位重量当たりの放電容量の低下、サイクル特性の低下、作動電圧の低下を招く。
焼成の時間は、1時間以上であるのが好ましく、6時間以上であるのがより好ましい。上記範囲であると、混合物の粒子間の拡散反応が十分に進行する。
また、焼成の時間は、36時間以下であるのが好ましく、30時間以下であるのがより好ましい。上記範囲であると、合成が十分に進む。
(Ii) Firing and grinding of raw material mixture Next, the raw material mixture is fired. The firing temperature, time, atmosphere, and the like are not particularly limited, and can be appropriately determined according to the purpose.
The firing temperature is preferably 400 ° C. or higher, more preferably 700 ° C. or higher, and further preferably 850 ° C. or higher. If the firing temperature is too low, unreacted raw materials may remain in the positive electrode active material, and the original characteristics of the positive electrode active material may not be utilized. The firing temperature is preferably 1200 ° C or lower, more preferably 1150 ° C or lower, and further preferably 1100 ° C or lower. If the firing temperature is too high, by-products are likely to be generated, resulting in a decrease in discharge capacity per unit weight, a decrease in cycle characteristics, and a decrease in operating voltage.
The firing time is preferably 1 hour or longer, and more preferably 6 hours or longer. Within the above range, the diffusion reaction between the particles of the mixture proceeds sufficiently.
The firing time is preferably 36 hours or less, and more preferably 30 hours or less. When it is within the above range, the synthesis proceeds sufficiently.
焼成の雰囲気は、例えば、大気、酸素ガス、これらと窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスとの混合ガス、酸素濃度(酸素分圧)を制御した雰囲気、弱酸化雰囲気が挙げられる。 Examples of the firing atmosphere include air, oxygen gas, a mixed gas of these with an inert gas such as nitrogen gas and argon gas, an atmosphere in which the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled, and a weak oxidizing atmosphere.
焼成後、所望により、らいかい乳鉢、ボールミル、振動ミル、ピンミル、ジェットミル等を用いて粉砕し、目的とする粒度の粉体とすることもできる。 After firing, if desired, the powder may be pulverized using a rough mortar, ball mill, vibration mill, pin mill, jet mill or the like to obtain a powder having a desired particle size.
以上の製造方法を使用することにより、目的とする本発明の粉末本体を得ることができる。 By using the above production method, the intended powder body of the present invention can be obtained.
(2)被覆層の作製
(i)原料混合物の作製
上述した粉末本体と、後述する化合物を各構成元素が所定の組成比となるように混合して、原料混合物を得る。原料混合物に用いられる化合物は、目的とする組成を構成する元素に応じて選択される。
混合の方法は、特に限定されず、例えば、粉末状の化合物をそのまま混合して原料混合物とする方法;水および/または有機溶媒を用いてスラリー状として混合した後、乾燥させて原料混合物とする方法;上述した化合物の水溶液を混合して沈降させ、得られた沈殿物を乾燥させて原料混合物とする方法;これらを併用する方法が挙げられる。
(2) Preparation of coating layer (i) Preparation of raw material mixture The above-described powder body and a compound described later are mixed so that each constituent element has a predetermined composition ratio to obtain a raw material mixture. The compound used for the raw material mixture is selected according to the elements constituting the target composition.
The mixing method is not particularly limited, for example, a method of mixing powdery compounds as they are to obtain a raw material mixture; mixing in a slurry form using water and / or an organic solvent, and then drying to obtain a raw material mixture Method: A method in which an aqueous solution of the above-mentioned compound is mixed and precipitated, and the resulting precipitate is dried to obtain a raw material mixture; a method in which these are used in combination.
以下に、原料混合物に用いられる化合物を例示する。
リチウム化合物は、特に限定されないが、例えば、Li2CO3、LiOH、LiOH・H2O、Li2O、LiCl、LiNO3、Li2SO4、LiHCO3、Li(CH3COO)、フッ化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、過酸化リチウムが挙げられる。中でも、Li2CO3、LiOH、LiOH・H2O、Li2O、LiCl、LiNO3、Li2SO4、LiHCO3、Li(CH3COO)が好ましい。
Below, the compound used for a raw material mixture is illustrated.
Lithium compound is not particularly limited, for example, Li 2 CO 3, LiOH, LiOH · H 2 O, Li 2 O, LiCl, LiNO 3, Li 2 SO 4, LiHCO 3, Li (CH 3 COO), fluoride Examples include lithium, lithium bromide, lithium iodide, and lithium peroxide. Among these, Li 2 CO 3 , LiOH, LiOH · H 2 O, Li 2 O, LiCl, LiNO 3 , Li 2 SO 4 , LiHCO 3 , and Li (CH 3 COO) are preferable.
マンガン化合物は、特に限定されないが、例えば、マンガンメタル、酸化物(例えば、MnO2、Mn2O3、Mn3O4)、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩(MnCO3)、塩化物塩、ヨウ化マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガンが挙げられる。中でも、マンガンメタル、MnCO3、MnSO4、MnCl2が好ましい。 The manganese compound is not particularly limited. For example, manganese metal, oxide (eg, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 ), hydroxide, nitrate, carbonate (MnCO 3 ), chloride salt, Examples thereof include manganese iodide, manganese sulfate, and manganese nitrate. Among these, manganese metal, MnCO 3 , MnSO 4 , and MnCl 2 are preferable.
マグネシウム化合物は、特に限定されないが、例えば、MgO、MgCO3、Mg(OH)2、MgCl2、MgSO4、Mg(NO3)2、Mg(CH3COO)2、ヨウ化マグネシウム、過塩素酸マグネシウムが挙げられる。中でも、MgSO4、Mg(NO3)2が好ましい。 Magnesium compound is not particularly limited, for example, MgO, MgCO 3, Mg ( OH) 2, MgCl 2, MgSO 4, Mg (NO 3) 2, Mg (CH 3 COO) 2, magnesium iodide, perchlorate Examples include magnesium. Among these, MgSO 4 and Mg (NO 3 ) 2 are preferable.
チタン化合物は、特に限定されない。例えばフッ化チタン、塩化チタン、臭化チタン、ヨウ化チタン、酸化チタン、硫化チタン、硫酸チタン等が挙げられる。中でもTiO、TiO2、Ti2O3、TiCl2、Ti(SO4)2が好ましい。 The titanium compound is not particularly limited. Examples thereof include titanium fluoride, titanium chloride, titanium bromide, titanium iodide, titanium oxide, titanium sulfide, and titanium sulfate. Of these, TiO, TiO 2 , Ti 2 O 3 , TiCl 2 , and Ti (SO 4 ) 2 are preferable.
ホウ素化合物は、特に限定されないが、例えば、B2O3(融点460℃)、H3BO3(分解温度173℃)、リチウムホウ素複合酸化物、オルトホウ酸、酸化ホウ素、リン酸ホウ素等が用いられる。中でも、H3BO3、B2O3が好ましい。 The boron compound is not particularly limited. For example, B 2 O 3 (melting point: 460 ° C.), H 3 BO 3 (decomposition temperature: 173 ° C.), lithium boron composite oxide, orthoboric acid, boron oxide, boron phosphate, etc. are used. It is done. Among these, H 3 BO 3 and B 2 O 3 are preferable.
セリウム化合物は、特に限定されない。例えば、フッ化セリウム、塩化セリウム、臭化セリウム、ヨウ化セリウム、酸化セリウム、硫化セリウム、炭酸セリウム等が挙げられる。中でもCeF2、CeCl2、CeBr2、CeI2、CeO、CeO2、CeS2等が好ましい。 The cerium compound is not particularly limited. Examples thereof include cerium fluoride, cerium chloride, cerium bromide, cerium iodide, cerium oxide, cerium sulfide, and cerium carbonate. Among them CeF 2, CeCl 2, CeBr 2 , CeI 2, CeO, CeO 2, CeS 2 and the like are preferable.
ジルコニウム化合物は、特に限定されない。例えば、フッ化ジルコニウム、塩化ジルコニウム、臭化ジルコニウム、ヨウ化ジルコニウム、酸化ジルコニウム、硫化ジルコニウム、炭酸ジルコニウム等が挙げられる。中でもZrF2、ZrCl、ZrCl2、ZrBr2、ZrI2、ZrO、ZrO2、ZrS2、Zr(OH)3等が好ましい。 The zirconium compound is not particularly limited. Examples thereof include zirconium fluoride, zirconium chloride, zirconium bromide, zirconium iodide, zirconium oxide, zirconium sulfide, zirconium carbonate and the like. Of these, ZrF 2 , ZrCl, ZrCl 2 , ZrBr 2 , ZrI 2 , ZrO, ZrO 2 , ZrS 2 , Zr (OH) 3 and the like are preferable.
ハフニウム化合物は、特に限定されない。例えば、フッ化ハフニウム、塩化ハフニウム、臭化ハフニウム、ヨウ化ハフニウム、酸化ハフニウム、炭酸ハフニウム等が挙げられる。中でもHfF4、HfCl2、HfBr2、HfO2、Hf(OH)4、Hf2S等が好ましい。 The hafnium compound is not particularly limited. Examples thereof include hafnium fluoride, hafnium chloride, hafnium bromide, hafnium iodide, hafnium oxide, and hafnium carbonate. Among these, HfF 4 , HfCl 2 , HfBr 2 , HfO 2 , Hf (OH) 4 , Hf 2 S and the like are preferable.
硫黄化合物は、特に限定されないが、例えば、Li2SO4、MnSO4、(NH4)2SO4、Al2(SO4)3、MgSO4、硫化物、ヨウ化硫黄、硫化水素、硫酸とその塩、硫化窒素が挙げられる。中でも、Li2SO4、MnSO4、(NH4)2SO4、Al2(SO4)3、MgSO4が好ましい。 The sulfur compound is not particularly limited. For example, Li 2 SO 4 , MnSO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 , Al 2 (SO 4 ) 3 , MgSO 4 , sulfide, sulfur iodide, hydrogen sulfide, sulfuric acid and The salt and nitrogen sulfide are mentioned. Among these, Li 2 SO 4 , MnSO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 , Al 2 (SO 4 ) 3 , and MgSO 4 are preferable.
ナトリウム化合物は、特に限定されないが、例えば、Na2CO3、NaOH、Na2O、NaCl、NaNO3、Na2SO4、NaHCO3、CH3CONaが挙げられる。 Sodium compound is not particularly limited, for example, Na 2 CO 3, NaOH, Na 2 O, NaCl, NaNO 3, Na 2 SO 4, NaHCO 3, CH 3 CONa the like.
カルシウム化合物は、特に限定されないが、例えば、CaO、CaCO3、Ca(OH)2、CaCl2、CaSO4、Ca(NO3)2、Ca(CH3COO)2が挙げられる。 Calcium compound is not particularly limited, for example, CaO, CaCO 3, Ca ( OH) 2, CaCl 2, CaSO 4, Ca (NO 3) 2, Ca (CH 3 COO) 2 and the like.
ニオブ化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化ニオブ、塩化ニオブ、酸化硫酸ニオブ、フッ化ニオブ等が挙げられる。中でも、NbO2、Nb2O5が好ましい。
また、上述した各元素の2種以上を含有する化合物を用いてもよい。
The niobium compound is not particularly limited, and examples thereof include niobium oxide, niobium chloride, niobium oxide sulfate, and niobium fluoride. Among these, NbO 2 and Nb 2 O 5 are preferable.
Moreover, you may use the compound containing 2 or more types of each element mentioned above.
以下に、原料混合物を得る好適な方法を、被覆層のリチウム遷移金属複合酸化物がマグネシウムとジルコニウムとホウ素を有するリチウムマンガン複合酸化物である正極活物質を例に挙げて、具体的に説明する。
粉末本体のコバルト酸リチウムを純水中で攪拌させる。上述したマンガン化合物およびマグネシウム化合物から調製した、所定の組成比のマンガンイオンおよびマグネシウムイオンを含有する水溶液を、攪拌している溶液中に滴下する。
ついで、炭酸水素アンモニウム水溶液を滴下し、マンガンおよびマグネシウムを沈殿させ、マンガンおよびマグネシウムの塩を得て、コバルト酸リチウムに被覆層を形成する。なお、炭酸水素アンモニウム水溶液の代わりに、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液等のアルカリ溶液を用いることもできる。
Hereinafter, a preferred method for obtaining the raw material mixture will be specifically described by taking as an example a positive electrode active material in which the lithium transition metal composite oxide of the coating layer is a lithium manganese composite oxide having magnesium, zirconium and boron. .
The lithium cobaltate of the powder body is stirred in pure water. An aqueous solution containing manganese ions and magnesium ions having a predetermined composition ratio prepared from the above-described manganese compound and magnesium compound is dropped into the stirring solution.
Next, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution is added dropwise to precipitate manganese and magnesium to obtain manganese and magnesium salts, and a coating layer is formed on lithium cobalt oxide. In place of the ammonium hydrogen carbonate aqueous solution, an alkali solution such as a sodium hydroxide aqueous solution, a sodium hydrogen carbonate aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, or a lithium hydroxide aqueous solution can also be used.
つぎに、水溶液をろ過して沈殿物を採取し、採取した沈殿物を水洗し、熱処理した後、上述したリチウム化合物、ジルコニウム化合物およびホウ素化合物と混合して、原料混合物を得る。 Next, the aqueous solution is filtered to collect a precipitate. The collected precipitate is washed with water and heat-treated, and then mixed with the above-described lithium compound, zirconium compound and boron compound to obtain a raw material mixture.
(ii)原料混合物の焼成および粉砕
ついで、原料混合物を焼成する。焼成の温度、時間、雰囲気等は、特に限定されず、目的に応じて適宜決定することができる。
焼成温度は、400℃以上であるのが好ましく、700℃以上であるのがより好ましい。焼成温度が低すぎると、未反応の原料が残留し、被覆層に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物の本来の特徴を生かせない場合がある。また、焼成温度は、1100℃以下であるのが好ましく、950℃以下であるのがより好ましい。焼成温度が高すぎると、粒径が大きくなり過ぎて電池特性が低下する場合がある。また、粉末本体に被覆されるリチウム遷移金属複合酸化物が増大するため、容量が低下する場合がある。
焼成時間は、一般に、1〜24時間であるのが好ましく、6〜12時間であるのがより好ましい。焼成時間が短すぎると、原料粒子間の拡散反応が進行しない。焼成時間が長すぎると、拡散反応がほぼ完了した後の焼成が無駄となり、また、焼結による粗大粒子が形成されてしまう場合がある。
(Ii) Firing and grinding of raw material mixture Next, the raw material mixture is fired. The firing temperature, time, atmosphere, and the like are not particularly limited, and can be appropriately determined according to the purpose.
The firing temperature is preferably 400 ° C. or higher, and more preferably 700 ° C. or higher. If the firing temperature is too low, unreacted raw materials remain, and the original characteristics of the lithium transition metal composite oxide used for the coating layer may not be utilized. The firing temperature is preferably 1100 ° C. or lower, and more preferably 950 ° C. or lower. If the firing temperature is too high, the particle size may become too large and the battery characteristics may deteriorate. Moreover, since the lithium transition metal composite oxide coated on the powder body increases, the capacity may decrease.
In general, the firing time is preferably 1 to 24 hours, and more preferably 6 to 12 hours. When the firing time is too short, the diffusion reaction between the raw material particles does not proceed. If the firing time is too long, firing after the diffusion reaction is almost completed is wasted, and coarse particles may be formed by sintering.
焼成は、複数の焼成工程に分けてもよい。例えば第一の焼成工程を350〜550℃で、1〜24時間行い、第二の焼成工程を650〜1000℃で、1〜24時間行うことができる。 The firing may be divided into a plurality of firing steps. For example, a 1st baking process can be performed at 350-550 degreeC for 1 to 24 hours, and a 2nd baking process can be performed at 650-1000 degreeC for 1 to 24 hours.
焼成の雰囲気は、例えば、大気、酸素ガス、これらと窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスとの混合ガス、酸素濃度(酸素分圧)を制御した雰囲気、弱酸化雰囲気が挙げられる。中でも、酸素濃度を制御した雰囲気が好ましい。 Examples of the firing atmosphere include air, oxygen gas, a mixed gas of these with an inert gas such as nitrogen gas and argon gas, an atmosphere in which the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled, and a weak oxidizing atmosphere. Among these, an atmosphere in which the oxygen concentration is controlled is preferable.
焼成後、所望により、らいかい乳鉢、ボールミル、振動ミル、ピンミル、ジェットミル等を用いて粉砕し、目的とする粒度の粉体とすることもできる。 After firing, if desired, the powder may be pulverized using a rough mortar, ball mill, vibration mill, pin mill, jet mill or the like to obtain a powder having a desired particle size.
上述した製造方法により、本発明の正極活物質を得ることができる。 The positive electrode active material of the present invention can be obtained by the manufacturing method described above.
以下、本発明の正極活物質の具体的な製造方法について説明する。
所定の組成比のコバルトイオン、ニッケルイオンおよびジルコニウムイオンを含有する水溶液を、攪拌している純水中に滴下する。ここに、pH=9となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、80℃、回転数650rpmでコバルト、ニッケルおよびジルコニウムを沈殿させ、コバルト、ニッケルおよびジルコニウムの沈殿物を得る。得られる沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、酸化アルミニウムおよび水酸化リチウム一水和物と混合し、大気雰囲気中にて約750℃で約10時間焼成する。これを粉砕して粉末本体を得る。
得られる粉末本体の組成比は、Li:Ni:Co:Al:Zr=1.04:0.7:0.2:0.1:0.01である。
得られる粉末本体を純水中で攪拌させる。硫酸マンガンおよび硫酸マグネシウムから調製した、所定の組成比のマンガンイオンおよびマグネシウムイオンを含有する水溶液を、攪拌している溶液中に滴下する。
ついで、炭酸水素アンモニウム水溶液を滴下し、マンガンおよびマグネシウムを沈殿させ、マンガンおよびマグネシウムの塩を得て、粉末本体に被覆層を形成する。これをろ過、水洗後、熱処理したのち、炭酸リチウムと混合し、大気雰囲気中にて約700℃で約10時間焼成する。これを粉砕して本発明の正極活物質を得る。
X線回折法(XRD)により、被覆層がスピネル構造のマグネシウムが添加されたマンガン酸リチウムであることがわかる。
Hereinafter, a specific method for producing the positive electrode active material of the present invention will be described.
An aqueous solution containing cobalt ions, nickel ions and zirconium ions having a predetermined composition ratio is dropped into pure water being stirred. Here, a sodium hydroxide aqueous solution is dropped so that pH = 9, and cobalt, nickel and zirconium are precipitated at 80 ° C. and at a rotational speed of 650 rpm to obtain a precipitate of cobalt, nickel and zirconium. The resulting precipitate is filtered, washed with water, heat-treated, mixed with aluminum oxide and lithium hydroxide monohydrate, and calcined at about 750 ° C. for about 10 hours in an air atmosphere. This is pulverized to obtain a powder body.
The composition ratio of the obtained powder main body is Li: Ni: Co: Al: Zr = 1.04: 0.7: 0.2: 0.1: 0.01.
The resulting powder body is stirred in pure water. An aqueous solution containing manganese ions and magnesium ions having a predetermined composition ratio, prepared from manganese sulfate and magnesium sulfate, is dropped into the stirring solution.
Next, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution is added dropwise to precipitate manganese and magnesium to obtain a salt of manganese and magnesium to form a coating layer on the powder body. This is filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and fired at about 700 ° C. for about 10 hours in an air atmosphere. This is pulverized to obtain the positive electrode active material of the present invention.
It can be seen by X-ray diffraction (XRD) that the coating layer is lithium manganate to which magnesium having a spinel structure is added.
<正極合剤>
つぎに、正極合剤について説明する。
正極合剤は、粉末本体と、粉末本体の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを有する粉末からなる正極活物質と導電剤を有する。
本発明の正極合剤に用いられる正極活物質は、上述した本発明の正極活物質である。
<Positive electrode mixture>
Next, the positive electrode mixture will be described.
The positive electrode mixture includes a positive electrode active material and a conductive agent that are made of a powder having a powder body and a coating layer that covers at least a part of the surface of the powder body.
The positive electrode active material used for the positive electrode mixture of the present invention is the above-described positive electrode active material of the present invention.
本発明の正極合剤において、導電剤は、特に限定されないが、例えば、天延黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコースト等の無定形炭素などの炭素材料が挙げられる。
好ましくは、アセチレンブラックおよび/または人造黒鉛である。これらは伝導性に優れるため、さらにサイクル特性および負荷特性が向上する。
In the positive electrode mixture of the present invention, the conductive agent is not particularly limited, and examples thereof include carbon materials such as graphite such as Tennobu graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon such as needle coast. .
Acetylene black and / or artificial graphite are preferable. Since these are excellent in conductivity, cycle characteristics and load characteristics are further improved.
本発明の正極合剤において、間とは、リチウム遷移金属複合酸化物と接触する導電剤との間をいう。
本発明において、正極合剤は、正極活物質、導電剤、結着剤および結着剤の溶媒からなるペースト状のものだけでなく、正極集電体に塗布した後、乾燥させて結着剤の溶媒をとばした後の状態も含む。
In the positive electrode mixture of the present invention, “between” means between the conductive agent in contact with the lithium transition metal composite oxide.
In the present invention, the positive electrode mixture is not only a paste-like material composed of a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and a solvent for the binder, but also after being applied to the positive electrode current collector and then dried. This includes a state after the solvent is skipped.
本発明の正極合剤は、上述した本発明の正極活物質を用いることにより、それぞれの正極活物質の効果を損なうことなく、集電体への塗布特性が向上する。これにより、電池特性が向上し、さらに塗布特性の向上した正極合剤となる。 By using the positive electrode active material of the present invention described above, the positive electrode mixture of the present invention improves the coating properties to the current collector without impairing the effect of each positive electrode active material. Thereby, battery characteristics are improved, and a positive electrode mixture with improved coating characteristics is obtained.
本発明の正極合剤は、製造方法を特に限定されないが、例えば、以下のようにして製造することができる。 Although the manufacturing method of the positive electrode mixture of the present invention is not particularly limited, for example, it can be manufactured as follows.
(1)正極活物質の作製
上述した本発明の正極活物質の製造方法により、正極活物質を得ることができる。
(1) Production of positive electrode active material A positive electrode active material can be obtained by the method for producing a positive electrode active material of the present invention described above.
(2)正極合剤の調整
得られた正極活物質の粉末に、アセチレンブラック、黒鉛等のカーボン系導電剤、結着剤および結着剤の溶媒または分散媒とを混合することにより正極合剤を調製する。
(2) Preparation of positive electrode mixture The positive electrode active material powder is mixed with a carbon-based conductive agent such as acetylene black and graphite, a binder, and a binder solvent or dispersion medium. To prepare.
本発明の正極活物質および正極合剤は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等の非水電解質二次電池に好適に用いられる。 The positive electrode active material and the positive electrode mixture of the present invention are suitably used for nonaqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and lithium ion polymer secondary batteries.
<非水電解質二次電池>
本発明の非水電解質二次電池は、上述した本発明の正極活物質を用いた非水電解質二次電池である。本発明の正極活物質は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等の非水電解質二次電池に好適に用いられる。
<Nonaqueous electrolyte secondary battery>
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery using the above-described positive electrode active material of the present invention. The positive electrode active material of the present invention is suitably used for non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and lithium ion polymer secondary batteries.
非水電解質二次電池は、従来公知の非水電解質二次電池において、正極活物質の少なくとも一部として本発明の正極活物質を用いればよく、他の構成は特に限定されない。例えば、リチウムイオン二次電池には電解液が用いられ、リチウムイオンポリマー二次電池には固体電解質(ポリマー電解質)が用いられる。リチウムイオンポリマー二次電池に用いられる固体電解質としては、後述する固体電解質が挙げられる。
以下、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。
The non-aqueous electrolyte secondary battery may be a known non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material of the present invention as at least a part of the positive electrode active material, and other configurations are not particularly limited. For example, an electrolytic solution is used for a lithium ion secondary battery, and a solid electrolyte (polymer electrolyte) is used for a lithium ion polymer secondary battery. Examples of the solid electrolyte used in the lithium ion polymer secondary battery include a solid electrolyte described later.
Hereinafter, a lithium ion secondary battery will be described as an example.
負極活物質としては、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料またはリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物を使用することができる。リチウム合金としては、例えば、LiAl合金,LiSn合金,LiPb合金が挙げられる。リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料としては、例えば、グラファイト,黒鉛等の炭素材料が挙げられる。リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物としては、例えば、酸化スズ、酸化チタン等の酸化物が挙げられる。 As the negative electrode active material, metallic lithium, a lithium alloy, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, or a compound capable of occluding and releasing lithium ions can be used. Examples of the lithium alloy include a LiAl alloy, a LiSn alloy, and a LiPb alloy. Examples of the carbon material capable of occluding and releasing lithium ions include carbon materials such as graphite and graphite. Examples of the compound capable of occluding and releasing lithium ions include oxides such as tin oxide and titanium oxide.
電解液としては、作動電圧で変質したり、分解したりしない化合物であれば特に限定されない。電解質には、電解液も含まれる。
電解液に用いられる溶媒としては、例えば、ジメトキシエタン,ジエトキシエタン,エチレンカーボネート,プロピレンカーボネート,ジメチルカーボネート,ジエチルカーボネート,エチルメチルカーボネート,メチルホルメート,γ−ブチロラクトン,2−メチルテトラヒドロフラン,ジメチルスルホキシド,スルホラン等の有機溶媒が挙げられる。これらは単独でまたは2種類以上を混合して用いることができる。
The electrolyte solution is not particularly limited as long as it is a compound that does not change or decompose with the operating voltage. The electrolyte includes an electrolytic solution.
Examples of the solvent used in the electrolytic solution include dimethoxyethane, diethoxyethane, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl formate, γ-butyrolactone, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, Organic solvents such as sulfolane can be mentioned. These can be used alone or in admixture of two or more.
電解液に用いられる電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム,四フッ化ホウ酸リチウム,六フッ化リン酸リチウム,トリフルオロメタン酸リチウム等のリチウム塩が挙げられる。
上述した溶媒と電解質とを混合して電解液とする。ここで、ゲル化剤等を添加し、ゲル状として使用してもよい。また、吸湿性ポリマーに吸収させて使用してもよい。
更に、無機系または有機系のリチウムイオンの導電性を有する固体電解質を使用してもよい。
Examples of the electrolyte used for the electrolytic solution include lithium salts such as lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, and lithium trifluoromethanoate.
The above-described solvent and electrolyte are mixed to obtain an electrolytic solution. Here, a gelling agent or the like may be added and used as a gel. Moreover, you may make it absorb and use a hygroscopic polymer.
Further, a solid electrolyte having conductivity of inorganic or organic lithium ions may be used.
セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン製、ポリプロピレン製等の多孔性膜等が挙げられる。 Examples of the separator include a porous film made of polyethylene or polypropylene.
結着剤としては、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、ポリアミドアクリル樹脂等が挙げられる。 Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyamide acrylic resin, and the like.
本発明の正極活物質と、上述した負極活物質、電解質、セパレーターおよび結
着剤を用いて、定法に従い、本発明の非水電解質二次電池を得ることができる。
Using the positive electrode active material of the present invention and the above-described negative electrode active material, electrolyte, separator, and binder, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be obtained according to a conventional method.
正極活物質として、本発明の正極活物質とともにマンガン酸リチウムを用いることにより、サイクル特性、負荷特性および熱安定性が向上するだけでなく、過充電特性および安全性にも優れた非水電解質二次電池を得ることができる。 By using lithium manganate as the positive electrode active material together with the positive electrode active material of the present invention, not only the cycle characteristics, load characteristics and thermal stability are improved, but also the non-aqueous electrolyte having excellent overcharge characteristics and safety. A secondary battery can be obtained.
一般式LiaMn3−aO4+f(aは0.8≦a≦1.2を満たす数を表し、fは−0.5≦f≦0.5を満たす数を表す。)で表されるマンガン酸リチウムが好ましい。前記マンガン酸リチウムは、その一部がマグネシウム、アルミニウム、カルシウム、バナジウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ホウ素およびスズからなる群から選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。 Represented by the general formula Li a Mn 3−a O 4 + f (a represents a number satisfying 0.8 ≦ a ≦ 1.2, and f represents a number satisfying −0.5 ≦ f ≦ 0.5). Lithium manganate is preferred. The lithium manganate is selected from the group consisting of magnesium, aluminum, calcium, vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, strontium, zirconium, niobium, molybdenum, boron and tin. It may be substituted with at least one selected from the above.
本発明の正極活物質とともに用いるマンガン酸リチウムは、少なくともスピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池用正極活物質である。このリチウム遷移金属複合酸化物の好適な態様として、以下の(1)〜(7)が挙げられる。 The lithium manganate used together with the positive electrode active material of the present invention is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a lithium transition metal composite oxide having a spinel structure. As preferred embodiments of the lithium transition metal composite oxide, the following (1) to (7) may be mentioned.
(1)一般式Li1+aMgbTicMn2−a−b−cBdO4+e(aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0.005≦b≦0.10を満たす数を表し、cは0.005≦c≦0.05を満たす数を表し、dは0.002≦d≦0.02を満たす数を表し、eは−0.5≦e≦0.5を満たす数を表す。)で表される態様。 (1) In formula Li 1 + a Mg b Ti c Mn 2-a-b-c B d O 4 + e (a represents a number satisfying -0.2 ≦ a ≦ 0.2, b is 0.005 ≦ b ≦ 0.10 represents a number satisfying 0.10, c represents a number satisfying 0.005 ≦ c ≦ 0.05, d represents a number satisfying 0.002 ≦ d ≦ 0.02, and e represents −0.5 ≦ e represents a number satisfying e ≦ 0.5.)
態様(1)は、サイクル特性、高温サイクル特性および負荷特性に優れる。
態様(1)において、aは、0より大きいのが好ましい。リチウムでマンガンの一部を置換することにより、サイクル特性が向上すると考えられる。
態様(1)において、bは、0.01以上であるのが好ましく、0.02以上であるのがより好ましく、また、0.08以下であるのが好ましく、0.07以下であるのがより好ましい。bが大きすぎると、+3価のマンガンイオンが減少するため充放電容量は低下する。bが小さすぎると、遷移金属のイオンの溶出が増大し、ガス発生を引き起こすため、高温特性が劣化する。
態様(1)において、cは、0.01以上であるのが好ましく、0.02以上であるのがより好ましく、また、0.08以下であるのが好ましく、0.07以下であるのがより好ましい。cが大きすぎると、充放電効率が低下する。cが小さすぎると、十分な負荷特性、サイクル特性が得られない。
態様(1)において、dは、0.003以上であるのが好ましく、また、0.008以下であるのが好ましい。dが大きすぎると、初期容量が低下する。また、遷移金属のイオンの溶出が増大し、ガス発生を引き起こすため、高温特性が劣化する。dが小さすぎると、一次粒子径が成長しないため、粒子の充填性が向上しない。
Aspect (1) is excellent in cycle characteristics, high temperature cycle characteristics and load characteristics.
In aspect (1), a is preferably larger than 0. It is considered that the cycle characteristics are improved by substituting a part of manganese with lithium.
In the aspect (1), b is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, and preferably 0.08 or less, and 0.07 or less. More preferred. If b is too large, + 3-valent manganese ions decrease, and the charge / discharge capacity decreases. If b is too small, elution of transition metal ions increases and gas generation occurs, so that the high temperature characteristics deteriorate.
In the aspect (1), c is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, and preferably 0.08 or less, and 0.07 or less. More preferred. When c is too large, the charge / discharge efficiency decreases. If c is too small, sufficient load characteristics and cycle characteristics cannot be obtained.
In the aspect (1), d is preferably 0.003 or more, and is preferably 0.008 or less. If d is too large, the initial capacity decreases. In addition, the elution of transition metal ions increases, causing gas generation, resulting in deterioration of high temperature characteristics. If d is too small, the primary particle size does not grow, and the particle packing property is not improved.
(2)リチウム遷移金属複合酸化物が、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (2) The aspect in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium and hafnium.
チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を有することで、リチウムマンガン複合酸化物粒子の単位格子の格子定数は上昇し、粒子内のリチウムイオンの易動度は上昇しインピーダンスを低減することができると考えられる。このためサイクル特性および高温サイクル特性の向上を損なわずに、出力特性が向上すると考えられる。 By having at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium, and hafnium, the lattice constant of the unit cell of the lithium manganese composite oxide particle increases, the mobility of lithium ions in the particle increases, and the impedance decreases. I think it can be done. For this reason, it is thought that output characteristics improve, without impairing improvement of cycling characteristics and high temperature cycling characteristics.
(3)リチウム遷移金属複合酸化物が、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種と、硫黄とを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (3) The aspect in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium and hafnium and sulfur.
態様(3)においては、硫黄の存在により電子の通りやすさが向上するため、さらに、サイクル特性および負荷特性が向上すると考えられる。
硫黄の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫黄の合計に対して、0.03〜0.3重量%であるのが好ましい。0.03重量%より少ないと、電子の移動抵抗が低減しにくい場合がある。0.3重量%より多いと、水分吸着により電池の膨れが生じる場合がある。
In the aspect (3), the easiness of passing electrons is improved by the presence of sulfur, so that it is considered that the cycle characteristics and the load characteristics are further improved.
The sulfur content is preferably 0.03 to 0.3% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and sulfur. If it is less than 0.03% by weight, it may be difficult to reduce the resistance to movement of electrons. If it exceeds 0.3% by weight, the battery may swell due to moisture adsorption.
硫黄はどのような形で存在してもよい。例えば、硫酸根の形で存在していてもよい。
硫酸根は、硫酸イオン、硫酸イオンからその電荷を除いた原子の集団およびスルホ基を含む。アルカリ金属の硫酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、有機硫酸塩ならびに有機スルホン酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましい。
中でも、アルカリ金属の硫酸塩およびアルカリ土類金属の硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましく、アルカリ金属の硫酸塩に基づくのがより好ましい。これらは、強酸強塩基の結合からなるため、化学的に安定だからである。
Sulfur may be present in any form. For example, it may exist in the form of sulfate radicals.
The sulfate radical includes sulfate ions, a group of atoms obtained by removing the charge from sulfate ions, and sulfo groups. It is preferably based on at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates, alkaline earth metal sulfates, organic sulfates and organic sulfonic acids and salts thereof.
Among them, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates and alkaline earth metal sulfates, and more preferable to use alkali metal sulfates. This is because these are chemically stable because they are composed of strong acid strong base bonds.
態様(3)において、硫黄以外の元素を含有する理由は、態様(ii)と同様である。
態様(3)においては、上記各元素を含有することで、各元素の相乗効果により、高い充放電容量を有し、かつ、結着性および表面の平滑性に優れる正極板を得ることができる。
In aspect (3), the reason for containing elements other than sulfur is the same as in aspect (ii).
In aspect (3), the positive electrode plate which has high charging / discharging capacity | capacitance, and is excellent in binding property and surface smoothness can be obtained by containing each said element by the synergistic effect of each element. .
リチウム遷移金属複合酸化物は、少なくとも粒子の表面に硫酸根を有していてもよい。
硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に存在することにより、粒子の周りの電子の移動抵抗が極めて小さくなり、その結果、電子の通りやすさが向上し、サイクル特性および負荷特性が向上すると考えられる。
また、本発明の正極活物質を用いて高電圧電池(例えば、リチウム遷移金属複合酸化物としてLiMn1.5Ni0.5O4を用いた電池)とした場合、従来の高電圧電池において問題であった充電時における電解質の分解が抑制され、その結果、サイクル特性が向上する。電解質の分解反応は、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子と電解質との界面において、リチウム遷移金属複合酸化物が触媒として起こると考えられているが、電解質を分解させる働きのない硫酸根でリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面の全部または一部が被覆されることにより、電解質と触媒との接触面積が減り、上記反応が抑制されると考えられる。
The lithium transition metal composite oxide may have a sulfate group at least on the surface of the particle.
The presence of the sulfate radical on the surface of the lithium transition metal composite oxide particle makes the electron transfer resistance around the particle extremely small, and as a result, the ease of passing electrons is improved, and the cycle characteristics and load characteristics are improved. It is thought to improve.
In addition, when the positive electrode active material of the present invention is used to form a high voltage battery (for example, a battery using LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 as a lithium transition metal composite oxide), there is a problem in the conventional high voltage battery. Thus, the decomposition of the electrolyte during charging is suppressed, and as a result, the cycle characteristics are improved. The electrolyte decomposition reaction is thought to occur as a catalyst at the interface between the lithium transition metal composite oxide particles and the electrolyte, but the lithium transition is caused by sulfate radicals that do not function to decompose the electrolyte. By covering all or part of the surface of the metal composite oxide particles, it is considered that the contact area between the electrolyte and the catalyst is reduced, and the above reaction is suppressed.
本発明において、硫酸根はリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面にどのような形で存在していても本発明の効果を発揮する。例えば、硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の全体を被覆している場合であっても、硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の一部を被覆している場合であっても、サイクル特性および負荷特性が向上する。 In the present invention, the sulfate group exhibits the effect of the present invention regardless of the form of the sulfate group present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles. For example, even when the sulfate radical covers the entire particle surface of the lithium transition metal composite oxide, the sulfate radical covers a part of the particle surface of the lithium transition metal composite oxide. However, cycle characteristics and load characteristics are improved.
また、硫酸根は、少なくとも粒子の表面に存在していればよい。したがって、硫酸根の一部が粒子の内部に存在していてもよい。
硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に存在しているかどうかは、種々の方法によって解析することができる。例えば、オージェ電子分光法、X線光電子分光法で解析することができる。
また、硫酸根の定量としては、種々の方法を用いることができる。例えば、ICP発光分光分析法、滴定法で定量することができる。
Moreover, the sulfate radical should just exist in the surface of particle | grains at least. Therefore, a part of the sulfate radical may exist inside the particle.
Whether or not the sulfate radical is present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles can be analyzed by various methods. For example, it can be analyzed by Auger electron spectroscopy or X-ray photoelectron spectroscopy.
Moreover, various methods can be used for the determination of sulfate radicals. For example, it can be quantified by ICP emission spectrometry or titration.
(4)リチウム遷移金属複合酸化物が、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種と、硫黄と、ナトリウムおよび/またはカルシウムとを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (4) The aspect in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium and hafnium, sulfur, sodium and / or calcium.
態様(4)においては、ナトリウムおよび/またはカルシウムを含有することにより、ホウ素(好ましくは、ホウ素と硫黄)との相乗効果により、マンガンイオンの溶出をさらに抑制することができ、実用レベルの優れたサイクル特性を実現することができる。
態様(4)において、ナトリウムおよび/またはカルシウム以外の元素を含有する理由は、態様(2)および(3)と同様である。
In the aspect (4), by containing sodium and / or calcium, elution of manganese ions can be further suppressed by a synergistic effect with boron (preferably boron and sulfur), and the practical level is excellent. Cycle characteristics can be realized.
In aspect (4), the reason for containing elements other than sodium and / or calcium is the same as in aspects (2) and (3).
(5)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムとを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (5) An embodiment in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having aluminum and / or magnesium.
アルミニウムおよび/またはマグネシウムを含有すると、結晶構造が安定化するため、保存特性、負荷特性および出力特性を損なわずに、サイクル特性が優れたものになり、かつ、電池の膨れをさらに抑制することができる。 When aluminum and / or magnesium are contained, the crystal structure is stabilized, so that the storage characteristics, load characteristics, and output characteristics are not impaired, and the cycle characteristics are excellent, and the swelling of the battery is further suppressed. it can.
(6)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、ホウ素とを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (6) The aspect in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having aluminum and / or magnesium and boron.
ホウ素はフラックスとして作用し、結晶成長を促進させ、さらに、サイクル特性および保存特性を向上させる。 Boron acts as a flux, promotes crystal growth, and further improves cycle characteristics and storage characteristics.
(7)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式Li1+aMbMn2−a−bBcO4+d(Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウムを表し、aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0≦b≦0.2を満たす数を表し、cは0≦c≦0.02を満たす数を表し、dは−0.5≦d≦0.5を満たす数を表す。)で表される態様。 (7) The lithium transition metal composite oxide has a general formula of Li 1 + a Mb Mn 2- abB c O 4 + d (M represents aluminum and / or magnesium, and a represents −0.2 ≦ a ≦ 0.2. B represents a number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.2, c represents a number satisfying 0 ≦ c ≦ 0.02, and d satisfied −0.5 ≦ d ≦ 0.5. A mode represented by a number).
態様(7)は、サイクル特性、負荷特性、保存特性および充放電容量に優れ、かつ、電池の膨れが少ない。
態様(7)において、aは、0より大きいのが好ましい。リチウムでマンガンの一部を置換することにより、サイクル特性が向上すると考えられる。
態様(7)において、bは、0より大きいのが好ましく、0.05以上であるのがより好ましい。アルミニウムおよび/またはマグネシウムを含有すると、結晶構造が安定化するため、保存特性、負荷特性および出力特性を損なわずに、サイクル特性が優れたものになり、かつ、電池の膨れを更に抑制することができる。bは0.15以下であるのが好ましい。bが大きすぎると、放電容量が低下する。
態様(7)において、cは、0より大きいのが好ましく、0.001以上であるのがより好ましい。ホウ素はフラックスとして作用し、結晶成長を促進させ、さらに、サイクル特性および保存特性を向上させる。cは0.01以下であるのが好ましい。cが大きすぎると、サイクル特性が低下する。
Aspect (7) is excellent in cycle characteristics, load characteristics, storage characteristics and charge / discharge capacity, and has less battery swelling.
In aspect (7), a is preferably larger than 0. It is considered that the cycle characteristics are improved by substituting a part of manganese with lithium.
In the aspect (7), b is preferably larger than 0, more preferably 0.05 or more. When aluminum and / or magnesium is contained, the crystal structure is stabilized, so that the storage characteristics, load characteristics, and output characteristics are not impaired, and the cycle characteristics are excellent, and the swelling of the battery is further suppressed. it can. b is preferably 0.15 or less. When b is too large, the discharge capacity decreases.
In the aspect (7), c is preferably larger than 0, and more preferably 0.001 or more. Boron acts as a flux, promotes crystal growth, and further improves cycle characteristics and storage characteristics. c is preferably 0.01 or less. If c is too large, the cycle characteristics deteriorate.
本発明の正極活物質とともに用いるマンガン酸リチウムは、製造方法は特に限定されないが、例えば、次のようにして製造することができる。 The production method of the lithium manganate used together with the positive electrode active material of the present invention is not particularly limited, and can be produced, for example, as follows.
化合物を各構成元素が所定の組成比となるように混合して、原料混合物を得る。原料混合物に用いられる化合物は、目的とする組成を構成する元素に応じて選択される。
混合の方法は、特に限定されず、例えば、粉末状の化合物をそのまま混合して原料混合物とする方法;水および/または有機溶媒を用いてスラリー状として混合した後、乾燥させて原料混合物とする方法;上述した化合物の水溶液を混合して沈降させ、得られた沈殿物を乾燥させて原料混合物とする方法;これらを併用する方法が挙げられる。
ついで、原料混合物を焼成し、マンガン酸リチウムが得られる。焼成の温度、時間、雰囲気等は、特に限定されず、目的に応じて適宜決定することができる。
焼成後、所望により、らいかい乳鉢、ボールミル、振動ミル、ピンミル、ジェットミル等を用いて粉砕し、目的とする粒度の粉体とすることもできる。
A compound is mixed so that each constituent element has a predetermined composition ratio to obtain a raw material mixture. The compound used for the raw material mixture is selected according to the elements constituting the target composition.
The mixing method is not particularly limited, for example, a method of mixing powdery compounds as they are to obtain a raw material mixture; mixing in a slurry form using water and / or an organic solvent, and then drying to obtain a raw material mixture Method: A method in which an aqueous solution of the above-mentioned compound is mixed and precipitated, and the resulting precipitate is dried to obtain a raw material mixture; a method in which these are used in combination.
Next, the raw material mixture is fired to obtain lithium manganate. The firing temperature, time, atmosphere, and the like are not particularly limited, and can be appropriately determined according to the purpose.
After firing, if desired, the powder may be pulverized using a rough mortar, ball mill, vibration mill, pin mill, jet mill or the like to obtain a powder having a desired particle size.
本発明の正極活物質を用いて正極を製造する好ましい方法を以下に説明する。
本発明の正極活物質の粉末に、アセチレンブラック、黒鉛等のカーボン系導電剤、結着剤および結着剤の溶媒または分散媒とを混合することにより正極合剤を調製する。得られた正極合剤をスラリーまたは混練物とし、アルミニウム箔等の帯状の集電体に塗布し、または担持させ、プレス圧延して正極活物質層を帯状集電体に形成させる。
図1は、正極の模式的な断面図である。図1に示されているように、正極13は、正極活物質5を結着剤4により帯状集電体12上に保持させてなる。
A preferred method for producing a positive electrode using the positive electrode active material of the present invention will be described below.
A positive electrode mixture is prepared by mixing the positive electrode active material powder of the present invention with a carbon-based conductive agent such as acetylene black and graphite, a binder, and a binder solvent or dispersion medium. The obtained positive electrode mixture is made into a slurry or a kneaded product, applied to or supported on a band-shaped current collector such as an aluminum foil, and press-rolled to form a positive electrode active material layer on the band-shaped current collector.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a positive electrode. As shown in FIG. 1, the positive electrode 13 is obtained by holding the positive electrode active material 5 on the strip-shaped current collector 12 with the binder 4.
本発明の正極活物質は、導電剤粉末との混合性に優れ、電池の内部抵抗が小さいと考えられる。したがって、充放電特性、特に放電容量に優れる。
また、本発明の正極合剤は、結着剤と混練するとき、流動性に優れ、また、結着剤の高分子と絡まりやすく、優れた結着性を有する。
It is considered that the positive electrode active material of the present invention is excellent in mixing with the conductive agent powder and has a low internal resistance of the battery. Accordingly, the charge / discharge characteristics, particularly the discharge capacity, are excellent.
In addition, the positive electrode mixture of the present invention has excellent fluidity when kneaded with the binder, and is easily entangled with the binder polymer and has excellent binding properties.
本発明の非水電解質二次電池の好適な態様として、本発明の正極活物質を用いた正極活物質層を、帯状正極集電体の両面に形成させることにより構成した帯状正極と、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料またはリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物から選択される1種を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の両面に形成させることにより構成した帯状負極と、帯状セパレータとを具備し、前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している非水電解質二次電池が挙げられる。
本発明の正極活物質を用いた正極活物質層を、帯状正極集電体の両面に形成させ、上記負極活物質を用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の両面に形成させることにより、本発明の電池特性を損なわずに、より高い充放電容量を有する非水電解質二次電池を得ることができる。
As a preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a strip-shaped positive electrode formed by forming a positive electrode active material layer using the positive electrode active material of the present invention on both surfaces of a strip-shaped positive electrode current collector, and metallic lithium A negative electrode active material layer using one selected from a lithium alloy, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, or a compound capable of occluding and releasing lithium ions as a negative electrode active material is formed on both sides of a strip-shaped negative electrode current collector Examples include a non-aqueous electrolyte secondary battery that includes a strip-shaped negative electrode and a strip-shaped separator, and the strip-shaped separator is interposed between the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode.
A positive electrode active material layer using the positive electrode active material of the present invention is formed on both surfaces of a strip-shaped positive electrode current collector, and a negative electrode active material layer using the negative electrode active material is formed on both surfaces of the strip-shaped negative electrode current collector. Thus, a nonaqueous electrolyte secondary battery having a higher charge / discharge capacity can be obtained without impairing the battery characteristics of the present invention.
また、本発明の非水電解質二次電池の別の好適な態様として、正極、負極、セパレータおよび非水電解質を有する非水電解質二次電池であって、下記Iを正極の正極活物質として、下記IIを負極の負極活物質として用いる非水電解質二次電池が挙げられる。この非水電解質二次電池は、負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性だけでなく、過充電特性および安全性にも優れている。 Further, as another preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a nonaqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, a separator and a nonaqueous electrolyte, wherein the following I is used as a positive electrode active material of the positive electrode, A non-aqueous electrolyte secondary battery using the following II as a negative electrode active material of the negative electrode can be mentioned. This non-aqueous electrolyte secondary battery is excellent not only in load characteristics, low temperature characteristics, output characteristics and thermal stability, but also in overcharge characteristics and safety.
I:一般式がLiaMn3−aO4+f(aは0.8≦a≦1.2を満たす数を表し、fは−0.5≦f≦0.5を満たす数を表す。)で表されるマンガン酸リチウムと、本発明の正極活物質に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物とを、前記マンガン酸リチウムの重量をAとし、前記リチウム遷移金属複合酸化物の重量をBとした場合に0.2≦B/(A+B)≦0.8の範囲になるように混合する非水電解質二次電池用正極活物質。
II:金属リチウム、リチウム合金およびリチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料およびリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種からなる負極活物質。
I: general formula Li a Mn 3-a O 4 + f (a is a number satisfying 0.8 ≦ a ≦ 1.2, f is a number satisfying -0.5 ≦ f ≦ 0.5.) And the lithium transition metal composite oxide used in the positive electrode active material of the present invention, the weight of the lithium manganate is A, and the weight of the lithium transition metal composite oxide is B. In some cases, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is mixed so that 0.2 ≦ B / (A + B) ≦ 0.8.
II: A negative electrode active material comprising at least one selected from the group consisting of metallic lithium, lithium alloys, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, and a compound capable of occluding and releasing lithium ions.
上記Iの正極活物質においては、0.4≦B/(A+B)≦0.6の範囲になるように混合することが好ましい。0.4≦B/(A+B)≦0.6の範囲であれば、負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性だけでなく、過充電特性および安全性の向上が著しいからである。
なお、上記Iの正極活物質においては、マンガン酸リチウムの一部が、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、バナジウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ホウ素およびスズからなる群から選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。
上記IIの負極活物質に用いられるリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物としては、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を含むスピネル構造からなる一般式がLiaTibO4+c(aは0.8≦a≦1.5を満たす数を表し、bは1.5≦b≦2.2を満たす数を表し、cは−0.5≦c≦0.5を満たす数を表す。)で表される非水電解質二次電池用負極活物質が好ましい。このとき負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性だけでなく、サイクル特性が非常に向上した非水電解質二次電池を得ることができる。
In the positive electrode active material of I described above, it is preferable to mix so that 0.4 ≦ B / (A + B) ≦ 0.6. This is because, in the range of 0.4 ≦ B / (A + B) ≦ 0.6, not only the load characteristics, the low temperature characteristics, the output characteristics, and the thermal stability, but also the overcharge characteristics and safety are remarkably improved.
In the positive electrode active material of I, a part of lithium manganate is magnesium, aluminum, calcium, vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, strontium, zirconium, niobium, molybdenum. , May be substituted with at least one selected from the group consisting of boron and tin.
As a compound capable of occluding and releasing lithium ions used for the negative electrode active material of II, a general formula consisting of a spinel structure containing an alkali metal and / or an alkaline earth metal is Li a Ti b O 4 + c (a is 0.8). ≦ a ≦ 1.5, b represents a number satisfying 1.5 ≦ b ≦ 2.2, and c represents a number satisfying −0.5 ≦ c ≦ 0.5. The negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is preferred. At this time, it is possible to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery in which not only load characteristics, low temperature characteristics, output characteristics and thermal stability but also cycle characteristics are greatly improved.
本発明の非水電解質二次電池の形状は、特に限定されず、円筒型、コイン型、角型、ラミネート型等とすることができる。
図2は、円筒型電池の模式的な断面図である。図2に示されるように、円筒型電池20においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、集電体12上に負極活物質層を形成させた負極11とがセパレーター14を介して、繰り返し積層されている。
図3は、コイン型電池の模式的な部分断面図である。図3に示されるように、コイン型電池30においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、負極11とが、セパレーター14を介して、積層されている。
図4は、角型電池の模式的な斜視図である。図4に示されるように、角型電池40においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、集電体12上に負極活物質層を形成させた負極11とが、セパレーター14を介して、繰り返し積層されている。
The shape of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, a laminate shape, or the like.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a cylindrical battery. As shown in FIG. 2, in the cylindrical battery 20, the positive electrode 13 in which the positive electrode active material layer is formed on the current collector 12, and the negative electrode 11 in which the negative electrode active material layer is formed on the current collector 12. Are repeatedly laminated via the separator 14.
FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a coin-type battery. As shown in FIG. 3, in the coin-type battery 30, the positive electrode 13 in which the positive electrode active material layer is formed on the current collector 12 and the negative electrode 11 are stacked via the separator 14.
FIG. 4 is a schematic perspective view of a prismatic battery. As shown in FIG. 4, in the square battery 40, the positive electrode 13 in which the positive electrode active material layer is formed on the current collector 12, and the negative electrode 11 in which the negative electrode active material layer is formed on the current collector 12. However, they are repeatedly laminated via the separator 14.
<非水電解質二次電池の用途>
本発明の正極活物質を用いた非水電解質二次電池の用途は特に限定されない。例えばノートパソコン、ペン入力パソコン、ポケットパソコン、ノート型ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤ、携帯電話、コードレスフォン子機、電子手帳、電卓、液晶テレビ、電気シェーバ、電動工具、電子翻訳機、自動車電話、携帯プリンタ、トランシーバ、ページャ、ハンディターミナル、携帯コピー、音声入力機器、メモリカード、バックアップ電源、テープレコーダ、ラジオ、ヘッドホンステレオ、ハンディクリーナ、ポータブルコンパクトディスク(CD)プレーヤ、ビデオムービ、ナビゲーションシステム等の機器の電源として用いることができる。
また、照明機器、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、冷蔵庫、オーブン電子レンジ、食器洗浄器、洗濯機、乾燥器、ゲーム機器、玩具、ロードコンディショナ、医療機器、自動車、電気自動車、ゴルフカート、電動カート、電力貯蔵システム等の電源として用いることができる。
さらに、用途は、民生用に限定されず、軍需用または宇宙用とすることもできる。
<Applications of non-aqueous electrolyte secondary batteries>
The use of the nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material of the present invention is not particularly limited. For example, notebook computers, pen input computers, pocket computers, notebook word processors, pocket word processors, electronic book players, mobile phones, cordless phones, electronic notebooks, calculators, LCD TVs, electric shavers, electric tools, electronic translators, car phones , Portable printer, transceiver, pager, handy terminal, portable copy, voice input device, memory card, backup power supply, tape recorder, radio, headphone stereo, handy cleaner, portable compact disc (CD) player, video movie, navigation system, etc. It can be used as a power source for equipment.
Also, lighting equipment, air conditioner, TV, stereo, water heater, refrigerator, oven microwave, dishwasher, washing machine, dryer, game machine, toy, road conditioner, medical equipment, automobile, electric car, golf cart, It can be used as a power source for electric carts, power storage systems and the like.
Furthermore, the application is not limited to consumer use, and may be used for military use or space.
以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限られるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
1.正極活物質の作製
〔実施例1〕
攪拌している純水中に所定の組成比となるように硫酸コバルト水溶液とオキシ塩化ジルコニウム水溶液を滴下した。オキシ塩化ジルコニウム水溶液は、ジルコニウムがコバルトに対して0.2mol%となるように滴下した。更にpH7〜7.5となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、60℃、回転数650rpmで反応させた。硫酸コバルト水溶液およびオキシ塩化ジルコニウム水溶液の滴下を終了させた後、水酸化ナトリウム水溶液のみをpH9.4〜9.6になるまで滴下しつづけ、コバルトとジルコニウムを沈殿させ、沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、炭酸リチウムと混合し、大気中にて995℃で7時間焼成した。このようにして粉末本体を得た。
得られた粉末本体は、0.2mol%のジルコニウムが存在するLiCoO2であった。
得られた粉末本体を純水中で攪拌させた。硫酸マンガンから調製した、所定の組成比のマンガンイオンを含有する水溶液を、攪拌している溶液中に滴下した。この水溶液は、マンガンが粉末本体に対して50mol%となるように滴下した。
ついで、水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、マンガンを沈殿させ、マンガンの塩を得て、粉末本体に被覆層を形成した。これをろ過、水洗後、熱処理したのち、炭酸リチウムと混合し、大気雰囲気中にて約500℃で約10時間焼成した。これを粉砕して本発明の正極活物質を得た。
X線回折法(XRD)により、被覆層が酸化マンガンを有するスピネル構造のマンガン酸リチウムであることがわかった。
1. Preparation of positive electrode active material [Example 1]
An aqueous cobalt sulfate solution and an aqueous zirconium oxychloride solution were dropped into the stirring pure water so as to have a predetermined composition ratio. The zirconium oxychloride aqueous solution was added dropwise so that zirconium was 0.2 mol% with respect to cobalt. Furthermore, sodium hydroxide aqueous solution was dripped so that it might become pH 7-7.5, and it was made to react at 60 degreeC and rotation speed 650rpm. After finishing the dropping of the cobalt sulfate aqueous solution and the zirconium oxychloride aqueous solution, only the sodium hydroxide aqueous solution was continuously dropped until the pH reached 9.4 to 9.6 to precipitate cobalt and zirconium, thereby obtaining a precipitate. The obtained precipitate was filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and calcined at 995 ° C. for 7 hours in the air. In this way, a powder body was obtained.
The obtained powder body was LiCoO 2 in which 0.2 mol% of zirconium was present.
The obtained powder body was stirred in pure water. An aqueous solution containing manganese ions having a predetermined composition ratio prepared from manganese sulfate was dropped into the stirring solution. This aqueous solution was added dropwise so that manganese was 50 mol% with respect to the powder body.
Next, an aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to precipitate manganese to obtain a manganese salt, and a coating layer was formed on the powder body. This was filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and fired at about 500 ° C. for about 10 hours in an air atmosphere. This was pulverized to obtain the positive electrode active material of the present invention.
It was found by X-ray diffraction (XRD) that the coating layer was spinel lithium manganate having manganese oxide.
〔実施例2〕
被覆層の形成において、約700℃で焼成する以外は、実施例1と同様の方法で本発明の正極活物質を得た。
X線回折法(XRD)により、被覆層が酸化マンガンを有するスピネル構造のマンガン酸リチウムであることがわかった。
[Example 2]
A positive electrode active material of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the coating layer was formed by baking at about 700 ° C.
It was found by X-ray diffraction (XRD) that the coating layer was spinel lithium manganate having manganese oxide.
〔実施例3〕
被覆層の形成において、硫酸マンガンから調製した、所定の組成比のマンガンイオンを含有する水溶液を、マンガンが粉末本体に対して200mol%となるように滴下する以外は、実施例1と同様の方法で本発明の正極活物質を得た。
X線回折法(XRD)により、被覆層が酸化マンガンを有するスピネル構造のマンガン酸リチウムであることがわかった。
Example 3
In the formation of the coating layer, the same method as in Example 1 except that an aqueous solution containing manganese ions having a predetermined composition ratio prepared from manganese sulfate is dropped so that manganese is 200 mol% with respect to the powder body. Thus, the positive electrode active material of the present invention was obtained.
It was found by X-ray diffraction (XRD) that the coating layer was spinel lithium manganate having manganese oxide.
〔実施例4〕
被覆層の形成において、約700℃で焼成する以外は、実施例3と同様の方法で本発明の正極活物質を得た。
X線回折法(XRD)により、被覆層が酸化マンガンを有するスピネル構造のマンガン酸リチウムであることがわかった。
Example 4
A positive electrode active material of the present invention was obtained in the same manner as in Example 3 except that the coating layer was fired at about 700 ° C.
It was found by X-ray diffraction (XRD) that the coating layer was spinel lithium manganate having manganese oxide.
〔実施例5〕
粉末本体の形成は実施例1と同様の方法で行った。
得られた粉末本体を純水中で攪拌させた。硫酸マンガンから調製した、所定の組成比のマンガンイオンを含有する水溶液を、攪拌している溶液中に滴下した。この水溶液は、マンガンが粉末本体に対して20mol%となるように滴下した。
ついで、水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、マンガンを沈殿させ、マンガンの塩を得て、粉末本体に被覆層を形成した。これをろ過、水洗後、熱処理したのち、約600℃で約10時間焼成した。これを粉砕して本発明の正極活物質を得た。
X線回折法(XRD)により、被覆層が酸化マンガンを有するスピネル構造のマンガン酸リチウムであることがわかった。
Example 5
The powder body was formed in the same manner as in Example 1.
The obtained powder body was stirred in pure water. An aqueous solution containing manganese ions having a predetermined composition ratio prepared from manganese sulfate was dropped into the stirring solution. This aqueous solution was added dropwise so that manganese was 20 mol% with respect to the powder body.
Next, an aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to precipitate manganese to obtain a manganese salt, and a coating layer was formed on the powder body. This was filtered, washed with water, heat-treated and then fired at about 600 ° C. for about 10 hours. This was pulverized to obtain the positive electrode active material of the present invention.
It was found by X-ray diffraction (XRD) that the coating layer was spinel lithium manganate having manganese oxide.
〔実施例6〕
被覆層の形成において、約950℃で焼成する以外は、実施例5と同様の方法で本発明の正極活物質を得た。
X線回折法(XRD)により、被覆層が酸化マンガンを有するスピネル構造のマンガン酸リチウムであることがわかった。
Example 6
A positive electrode active material of the present invention was obtained in the same manner as in Example 5 except that the coating layer was formed by baking at about 950 ° C.
It was found by X-ray diffraction (XRD) that the coating layer was spinel lithium manganate having manganese oxide.
〔比較例1〕
攪拌している純水中に所定の組成比となるように硫酸コバルト水溶液とオキシ塩化ジルコニウム水溶液を滴下した。オキシ塩化ジルコニウム水溶液は、ジルコニウムがコバルトに対して0.2mol%となるように滴下した。更にpH7〜7.5となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、60℃、回転数650rpmで反応させた。硫酸コバルト水溶液およびオキシ塩化ジルコニウム水溶液の滴下を終了させた後、水酸化ナトリウム水溶液のみをpH9.4〜9.6になるまで滴下しつづけ、コバルトとジルコニウムを沈殿させ、沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、炭酸リチウムと混合し、大気中にて995℃で7時間焼成した。このようにして正極活物質を得た。
得られた正極活物質は、0.2mol%のジルコニウムが存在するLiCoO2であった。
[Comparative Example 1]
An aqueous cobalt sulfate solution and an aqueous zirconium oxychloride solution were dropped into the stirring pure water so as to have a predetermined composition ratio. The zirconium oxychloride aqueous solution was added dropwise so that zirconium was 0.2 mol% with respect to cobalt. Furthermore, sodium hydroxide aqueous solution was dripped so that it might become pH 7-7.5, and it was made to react at 60 degreeC and rotation speed 650rpm. After finishing the dropping of the cobalt sulfate aqueous solution and the zirconium oxychloride aqueous solution, only the sodium hydroxide aqueous solution was continuously dropped until the pH reached 9.4 to 9.6 to precipitate cobalt and zirconium, thereby obtaining a precipitate. The obtained precipitate was filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and calcined at 995 ° C. for 7 hours in the air. In this way, a positive electrode active material was obtained.
The obtained positive electrode active material was LiCoO 2 in which 0.2 mol% of zirconium was present.
2.正極活物質の性状
(1)正極活物質のCo溶出量
得られた正極活物質を110℃で15時間乾燥させた後、エチレンカーボネート/ジエチルカーボネート=3/7の混合溶媒にLiPF6を1mol/Lの濃度で溶解した電解液と、正極活物質と電解液の比率を重量比で1:5にして混合させ、85℃で48時間保存した。これをフィルターろ過により正極活物質を取り除いた後、ICP分光分析法によりMnの溶出量(電解液の重量に対するMn元素の重量)を測定した。Coの溶出量が少ないほど高温特性に優れると言える。
2. Properties of Positive Electrode Active Material (1) Co Elution Amount of Positive Electrode Active Material After the obtained positive electrode active material was dried at 110 ° C. for 15 hours, 1 mol / liter of LiPF 6 was added to a mixed solvent of ethylene carbonate / diethyl carbonate = 3/7. The electrolyte solution dissolved at a concentration of L was mixed with the ratio of the positive electrode active material and the electrolyte solution at a weight ratio of 1: 5, and stored at 85 ° C. for 48 hours. After removing the positive electrode active material by filtering this, the elution amount of Mn (weight of the Mn element with respect to the weight of the electrolytic solution) was measured by ICP spectroscopy. It can be said that the smaller the Co elution amount, the better the high temperature characteristics.
結果を第1表に示す。 The results are shown in Table 1.
第1表から、本発明の正極活物質は、Coの溶出量が少なく、高温特性に優れていることが分かる。 From Table 1, it can be seen that the positive electrode active material of the present invention has a small amount of Co elution and is excellent in high temperature characteristics.
本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、非水電解質二次電池用正極合剤および非水電解質二次電池に利用することができる。
本発明の非水電解質二次電池は、携帯電話、ノート型パソコン、デジタルカメラ等のモバイル機器および電気自動車用バッテリー等の電源等に利用することができる。
The positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be used for a positive electrode mixture for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a nonaqueous electrolyte secondary battery.
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be used as a power source for mobile devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and batteries for electric vehicles.
4 結着剤
5 活物質
6 ジルコニウム
11 負極
12 集電体
13 正極
14 セパレーター
20 円筒型電池
30 コイン型電池
40 角型電池
4 Binder 5 Active Material 6 Zirconium 11 Negative Electrode 12 Current Collector 13 Positive Electrode 14 Separator 20 Cylindrical Battery 30 Coin Battery 40 Square Battery
Claims (4)
該粉末本体は、層状構造リチウム遷移金属複合酸化物を有し,
該被覆層は、スピネル構造リチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一部に酸化マンガンを有してなる、非水電解質二次電池用正極活物質。 A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a powder body and a powder having a coating layer covering at least a part of the surface of the powder body,
The powder body has a layered structure lithium transition metal composite oxide,
The coating layer is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, in which manganese oxide is included in at least part of the spinel structure lithium transition metal composite oxide.
該粉末本体は、層状構造リチウムニッケル複合酸化物を有し、
該被覆層は、スピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を有してなる、非水電解質二次電池用正極活物質。 A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a powder body and a powder having a coating layer covering at least a part of the surface of the powder body,
The powder body has a layered structure lithium nickel composite oxide,
The coating layer is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a spinel structure lithium manganese composite oxide.
該粉末本体は、層状構造リチウム遷移金属複合酸化物を有し,
該被覆層は、スピネル構造リチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一部に酸化マンガンを有してなる、正極活物質を用いた正極活物質層を帯状正極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状正極と、
金属リチウム、
リチウム合金、
リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物
から選択される1種を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状負極と、
帯状セパレータとを具備し、
前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している非水電解質二次電池。 A positive electrode active material comprising a powder body and a powder having a coating layer covering at least a part of the surface of the powder body,
The powder body has a layered structure lithium transition metal composite oxide,
The coating layer is formed by forming a positive electrode active material layer using a positive electrode active material having manganese oxide in at least a part of a spinel structure lithium transition metal composite oxide on at least one surface of a strip-shaped positive electrode current collector. A belt-shaped positive electrode configured;
Metallic lithium,
Lithium alloy,
A strip-shaped negative electrode configured by forming a negative electrode active material layer using, as a negative electrode active material, one selected from compounds capable of occluding and releasing lithium ions on at least one surface of a strip-shaped negative electrode current collector;
A strip separator,
A non-aqueous electrolyte secondary battery in which the strip separator is interposed between the strip positive electrode and the strip negative electrode.
該粉末本体は、層状構造リチウムニッケル複合酸化物を有し,
該被覆層は、スピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を有してなる、正極活物質を用いた正極活物質層を帯状正極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状正極と、
金属リチウム、
リチウム合金、
リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物
から選択される1種を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状負極と、
帯状セパレータとを具備し、
前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している非水電解質二次電池。 A positive electrode active material comprising a powder body and a powder having a coating layer covering at least a part of the surface of the powder body,
The powder body has a layered structure lithium nickel composite oxide,
The coating layer comprises a strip-shaped positive electrode formed by forming a positive electrode active material layer using a positive electrode active material on at least one surface of a strip-shaped positive electrode current collector, comprising a spinel structure lithium manganese composite oxide;
Metallic lithium,
Lithium alloy,
A strip-shaped negative electrode configured by forming a negative electrode active material layer using, as a negative electrode active material, one selected from compounds capable of occluding and releasing lithium ions on at least one surface of a strip-shaped negative electrode current collector;
A strip separator,
A non-aqueous electrolyte secondary battery in which the strip separator is interposed between the strip positive electrode and the strip negative electrode.
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