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JP4483253B2 - Positive electrode material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery - Google Patents
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JP4483253B2 - Positive electrode material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery - Google Patents

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

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Description

本発明は、新規なリチウムリン酸鉄系のリチウム二次電池用正極材料、それを用いたリチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池に関するものである。本発明に係る正極材料は、初期放電容量が大きく、かつ大電流での放電時にも高放電容量が得られる二次電池用正極を与える。   The present invention relates to a novel lithium iron phosphate-based positive electrode material for lithium secondary batteries, a positive electrode for lithium secondary batteries using the same, and a lithium secondary battery. The positive electrode material according to the present invention provides a positive electrode for a secondary battery having a large initial discharge capacity and a high discharge capacity even when discharged at a large current.

近年、電子技術の進歩により、電子機器の高性能化、小型化及びポータブル化が飛躍的に進んでいる。それに伴い、長時間、便利かつ経済的に使用することができる電源として、再充電が可能な二次電池の研究が進められている。従来、二次電池としては、鉛蓄電池、アルカリ蓄電池又はリチウムイオン二次電池などが広く用いられているが、中でも、リチウムイオン二次電池は、高出力及び高エネルギー密度を実現できるものとして注目されている。   In recent years, with the advance of electronic technology, electronic devices have been dramatically improved in performance, size, and portability. Along with this, research on rechargeable secondary batteries as power sources that can be used conveniently and economically for a long time is underway. Conventionally, as a secondary battery, a lead storage battery, an alkaline storage battery, or a lithium ion secondary battery has been widely used, and among them, the lithium ion secondary battery has been attracting attention as being capable of realizing high output and high energy density. ing.

リチウムイオン二次電池では、正極材料として、TiS、MoS、NbSe若しくはV等の金属カルコゲン化合物、又はLiCoO、LiNiO、LiMnO若しくはLiMn等のリチウム遷移金属複合酸化物などが用いられている。
これらのうち、LiCoOは、リチウム金属電位に対して約4Vの電位を有する正極材料として広く実用化されており、高エネルギー密度及び高電圧を有し、様々な面において理想的な正極材料である。しかし、資源としてのCoが地球上に偏在し、かつ稀少であるために、安定供給が難しく材料コストが高いという問題がある。LiNiOは、理論容量が大きく、かつ高放電電位を有し、更にコストを低減させることができるので、好ましい正極材料である。しかし、充放電サイクルの進行に伴って結晶構造が崩壊するので、放電容量の低下を招き、更に熱安定性も悪いという問題がある。正スピネル構造を有するLiMnは、LiCoOと同等の高い電位を有し、高い電池容量を得ることができると共に、合成も容易でコストを低減させることができるので、正極材料として有望である。しかし、高温保存時における容量劣化が大きく、更にMnが電解液中へ溶解してしまうので、安定性又はサイクル特性が十分でないという問題がある。
In a lithium ion secondary battery, as a positive electrode material, a metal chalcogen compound such as TiS 2 , MoS 2 , NbSe 2 or V 2 O 5 , or a lithium transition metal composite such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 is used. An oxide or the like is used.
Among these, LiCoO 2 has been widely put into practical use as a positive electrode material having a potential of about 4 V with respect to the lithium metal potential, has high energy density and high voltage, and is an ideal positive electrode material in various aspects. is there. However, since Co as a resource is unevenly distributed on the earth and is rare, there is a problem that stable supply is difficult and material cost is high. LiNiO 2 is a preferable positive electrode material because it has a large theoretical capacity, has a high discharge potential, and can further reduce costs. However, since the crystal structure collapses as the charge / discharge cycle progresses, there is a problem that the discharge capacity is reduced and the thermal stability is also poor. LiMn 2 O 4 having a positive spinel structure has a high potential equivalent to that of LiCoO 2 and can provide a high battery capacity, and is easy to synthesize and can be reduced in cost. Therefore, it is promising as a positive electrode material. is there. However, there is a problem in that the capacity deterioration during storage at high temperature is large and Mn is dissolved in the electrolyte, so that the stability or cycle characteristics are not sufficient.

近年、オリビン構造を有する遷移金属Mのリン酸化合物(MはFe、Mn、Co、Niよりなる群から選ばれた金属である。)を正極材料として用いることが提案されている(特許文献1参照)。また、このオリビン構造を有する遷移金属Mのリン酸化合物のうち、LiFePOを正極材料として用いることも提案されている(特許文献2参照)。このLiFePOは、密度が3.6g/cmと大きく、3.4Vの高電位を発生し、理論容量も170mAh/gと大きい。しかも、LiFePOは、初期状態で電気化学的に離脱可能なLiを、Fe原子1個当たりに1個含んでいるので、正極材料として好ましい。 In recent years, it has been proposed to use a phosphate compound of transition metal M having an olivine structure (M is a metal selected from the group consisting of Fe, Mn, Co, and Ni) as a positive electrode material (Patent Document 1). reference). In addition, it has also been proposed to use LiFePO 4 as a positive electrode material among the phosphate compounds of transition metals M having the olivine structure (see Patent Document 2). This LiFePO 4 has a large density of 3.6 g / cm 3 , generates a high potential of 3.4 V, and has a large theoretical capacity of 170 mAh / g. Moreover, LiFePO 4 is preferable as a positive electrode material because it contains one Li atom that can be electrochemically detached in the initial state per one Fe atom.

オリビン構造を有するリチウムリン酸鉄化合物(LiFePO)では、鉄は3価ではなく2価で存在しているので、Fe2+/Fe3+レドックスを利用したリチウムイオンの放出・吸蔵によって充放電反応が行われる。したがって、このリチウムリン酸鉄化合物の製造は、リチウム化合物、リン化合物及び鉄(II)化合物を混合し、鉄(II)が鉄(III)に酸化されないように窒素雰囲気条件で焼成することにより行われている(特許文献1参照)。 In a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) having an olivine structure, iron exists in a divalent state instead of a trivalent state, and therefore, charge / discharge reaction is caused by release / occlusion of lithium ions using Fe 2+ / Fe 3+ redox. Done. Therefore, this lithium iron phosphate compound is produced by mixing a lithium compound, a phosphorus compound and an iron (II) compound, and firing the mixture in a nitrogen atmosphere so that iron (II) is not oxidized to iron (III). (See Patent Document 1).

しかしながら、後述する比較例1に示すように、この方法により得られる正極材料を用いて作製した電池は、レート特性が不十分である。
特開平9−134724号公報 特開平9−171827号公報
However, as shown in Comparative Example 1 to be described later, a battery manufactured using a positive electrode material obtained by this method has insufficient rate characteristics.
JP-A-9-134724 Japanese Patent Laid-Open No. 9-171827

したがって、本発明は、優れたレート特性を示す二次電池を与えるリチウム二次電池用正極材料であるオリビン構造のリチウム鉄リン酸化合物を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a lithium iron phosphate compound having an olivine structure, which is a positive electrode material for a lithium secondary battery that gives a secondary battery exhibiting excellent rate characteristics.

本発明者は、上記課題に鑑み、リチウムリン酸鉄化合物中の鉄の酸化数、すなわちFe(II)/Fe(III)で表されるモル比に着目し、検討を重ねた結果、驚くべきことに、実質的に3価の鉄を含まないリチウムリン酸鉄化合物よりも、むしろ2価の鉄と3価の鉄とを一定の比率で含有するリチウムリン酸鉄化合物を用いて作製したリチウム二次電池が優れたレート特性を示すことを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、2価の鉄[Fe(II)]及び3価の鉄[Fe(III)]からなるリチウム鉄リン酸化合物を含むリチウム二次電池用正極材料において、Fe(II)/Fe(III)のモル比が1〜50であることを特徴とするリチウム二次電池用正極材料及びその製造方法、並びにこのリチウム二次電池用正極材料を用いたリチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池、に存する。
In view of the above problems, the present inventor has paid attention to the oxidation number of iron in the lithium iron phosphate compound, that is, the molar ratio represented by Fe (II) / Fe (III), and as a result of repeated studies, it is surprising. In particular, lithium produced using a lithium iron phosphate compound containing a divalent iron and a trivalent iron in a certain ratio rather than a lithium iron phosphate compound substantially free of trivalent iron. The present invention was completed by finding that the secondary battery exhibits excellent rate characteristics.
That is, the present invention relates to a positive electrode material for a lithium secondary battery comprising a lithium iron phosphate compound comprising divalent iron [Fe (II)] and trivalent iron [Fe (III)], wherein Fe (II) / A positive electrode material for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium using the positive electrode material for a lithium secondary battery, wherein the molar ratio of Fe (III) is 1 to 50 Secondary battery.

本発明に係るリチウム二次電池の正極材料は安価に製造することができ、これを用いて作製したリチウム二次電池は優れたレート特性を示す。   The positive electrode material of the lithium secondary battery according to the present invention can be produced at low cost, and the lithium secondary battery produced using the positive electrode material exhibits excellent rate characteristics.

以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明に係るリチウム二次電池用正極材料は、リチウム鉄リン酸化合物を含み、かつ2価の鉄[Fe(II)]と3価の鉄[Fe(III)]とのモル比Fe(II)/Fe(III)が1〜50であることを特徴とするものである。
2価の鉄のリチウム鉄リン酸化合物(以下「Fe(II)リチウム鉄リン酸化合物」ということがある。)としては、具体的には、オリビン構造を有するLiFePOが挙げられる。
The present invention is described in detail below.
The positive electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention contains a lithium iron phosphate compound and has a molar ratio Fe (II) of divalent iron [Fe (II)] and trivalent iron [Fe (III)]. ) / Fe (III) is 1 to 50.
Specific examples of the divalent iron lithium iron phosphate compound (hereinafter sometimes referred to as “Fe (II) lithium iron phosphate compound”) include LiFePO 4 having an olivine structure.

3価の鉄のリチウム鉄リン酸化合物(以下「Fe(III)リチウム鉄リン酸化合物」ということがある。)としては、具体的には、LiFe(POが挙げられる。
本発明に係るリチウム二次電池用正極材料には、更に3価の鉄の鉄酸化物を含んでいてもよく、具体的には、Feが挙げられる。
本発明に係るリチウム二次電池用正極材料は、通常は上述したFe(II)リチウム鉄リン酸化合物、Fe(III)リチウム鉄リン酸化合物、及び3価の鉄の鉄酸化物の各結晶粒子が混在したものである。各結晶粒子が、均一に混在したもの、特に一次粒子結晶レベルで均一に混在したものが好ましい。
Specific examples of trivalent iron lithium iron phosphate compounds (hereinafter sometimes referred to as “Fe (III) lithium iron phosphate compounds”) include Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 .
The positive electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention may further contain an iron oxide of trivalent iron, and specifically includes Fe 2 O 3 .
The positive electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention is usually composed of the above-described crystal particles of Fe (II) lithium iron phosphate compound, Fe (III) lithium iron phosphate compound, and iron oxide of trivalent iron. Are mixed. Those in which the respective crystal particles are uniformly mixed, particularly those in which the primary particles are uniformly mixed at the crystal level are preferable.

リチウム二次電池用正極材料中の、Fe(II)/Fe(III)(モル比)が大きすぎるとレート特性が低下しやすくなるので、モル比としては20以下が好ましい。
リチウム二次電池用正極材料中のFe(II)リチウム鉄リン酸化合物/Fe(III)リチウム鉄リン酸化合物の比率(モル比)は、通常は3以上、150以下である。このモル比が小さいと作製した電池の容量が低下しやすくなるので、下限としては9以上が好ましい。逆に、モル比が大きすぎるとレート特性が低下しやすくなるので、上限としては60以下が好ましい。
If the Fe (II) / Fe (III) (molar ratio) in the positive electrode material for a lithium secondary battery is too large, the rate characteristics are liable to deteriorate, so the molar ratio is preferably 20 or less.
The ratio (molar ratio) of Fe (II) lithium iron phosphate compound / Fe (III) lithium iron phosphate compound in the positive electrode material for a lithium secondary battery is usually 3 or more and 150 or less. If this molar ratio is small, the capacity of the produced battery tends to decrease, so the lower limit is preferably 9 or more. On the other hand, if the molar ratio is too large, the rate characteristics are liable to decrease, so the upper limit is preferably 60 or less.

また、リチウム二次電池用正極材料中のFe(II)リチウム鉄リン酸化合物/3価の鉄の鉄酸化物の比率(モル比)は、通常は6以上、300以下である。このモル比が小さいと作製した電池の容量が低下しやすくなるので、下限としては18以上が好ましい。逆に、モル比が大きすぎるとレート特性が低下しやすくなるので、上限としては120以下が好ましい。   Further, the ratio (molar ratio) of Fe (II) lithium iron phosphate compound / trivalent iron oxide in the positive electrode material for a lithium secondary battery is usually 6 or more and 300 or less. If this molar ratio is small, the capacity of the produced battery tends to decrease, so the lower limit is preferably 18 or more. On the other hand, if the molar ratio is too large, the rate characteristics are liable to deteriorate, so the upper limit is preferably 120 or less.

本発明に係るリチウム二次電池用正極材料の平均一次粒径は、通常は0.01μm以上、5μm以下である。一次粒径が小さすぎると表面での副反応等が起こりやすくなるためにサイクル特性等が低下しやすくなるので、下限としては0.02μm以上、特に0.05μm以上が好ましい。逆に、一次粒径が大きすぎるとリチウム拡散の阻害や導電パス不足等によりレート特性や容量が低下しやすくなるので、上限としては1μm以下が好ましい。なお、平均一次粒径は、SEM観察によって測定することができる。また、平均二次粒径は、通常は1μm以上、50μm以下である。平均二次粒径が小さすぎるとサイクル特性や安全性が低下しやすくなるので、下限としては4μm以上が好ましい。逆に、平均二次粒径が大きすぎると内部抵抗が大きくなって十分な出力が出にくくなるので、上限としては40μm以下が好ましい。なお、平均二次粒径は公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定することができ、測定に用いる分散媒としては、例えば0.1重量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液が挙げられる。   The average primary particle size of the positive electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention is usually 0.01 μm or more and 5 μm or less. If the primary particle size is too small, side reactions and the like are likely to occur on the surface, and the cycle characteristics and the like are likely to deteriorate. Therefore, the lower limit is preferably 0.02 μm or more, particularly 0.05 μm or more. On the other hand, if the primary particle size is too large, rate characteristics and capacity are liable to be reduced due to inhibition of lithium diffusion, lack of conductive paths, etc., so the upper limit is preferably 1 μm or less. The average primary particle size can be measured by SEM observation. The average secondary particle size is usually 1 μm or more and 50 μm or less. If the average secondary particle size is too small, the cycle characteristics and safety tend to be lowered, so the lower limit is preferably 4 μm or more. On the other hand, if the average secondary particle size is too large, the internal resistance increases and it becomes difficult to produce a sufficient output. Therefore, the upper limit is preferably 40 μm or less. The average secondary particle size can be measured by a known laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus, and examples of the dispersion medium used for the measurement include 0.1 wt% sodium hexametaphosphate aqueous solution.

また、本発明に係るリチウム二次電池用正極材料のBET比表面積は、通常は0.1m/g以上、10m/g以下である。比表面積が小さすぎると一次粒径が大きくなり、レート特性や容量が低下しやすくなるので、下限としては0.2m/g以上、特に0.5m/g以上が好ましい。逆に、比表面積が大きすぎるとサイクル特性等が低下したり、塗布性に問題を生ずることがあるので、上限としては5m/g以下、更に3m/g以下、特に2m/g以下が好ましい。 Moreover, the BET specific surface area of the positive electrode material for lithium secondary batteries according to the present invention is usually 0.1 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less. If the specific surface area is too small, the primary particle size becomes large and the rate characteristics and capacity are likely to decrease. Therefore, the lower limit is preferably 0.2 m 2 / g or more, particularly preferably 0.5 m 2 / g or more. On the other hand, if the specific surface area is too large, cycle characteristics and the like may be deteriorated or problems may be caused in coating properties. Therefore, the upper limit is 5 m 2 / g or less, 3 m 2 / g or less, especially 2 m 2 / g or less. Is preferred.

本発明に係るリチウム二次電池用正極材料は、(i)リン化合物原料、(ii)リチウム化合物原料、(iii)2価の鉄化合物原料及び(iv)3価の鉄化合物原料の4成分を混合した後、1×10−3atm以下の酸素分圧の雰囲気下で焼成することにより製造することができる。
リン化合物原料としては、例えば、NHPO、(NHHPO、P等が挙げられる。これらのうち、比較的吸湿性が低く、取り扱いが容易なNHPO又は(NHHPOが好ましい。
The positive electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention comprises four components: (i) a phosphorus compound raw material, (ii) a lithium compound raw material, (iii) a divalent iron compound raw material, and (iv) a trivalent iron compound raw material. After mixing, it can be produced by firing in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 1 × 10 −3 atm or less.
Examples of the phosphorus compound raw material include NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , and P 2 O 5 . Among these, NH 4 H 2 PO 4 or (NH 4 ) 2 HPO 4 which is relatively low in hygroscopicity and easy to handle is preferable.

リチウム化合物原料としては、例えば、LiCO、LiNO、LiPO等のリチウムの無機塩;酢酸リチウム等の脂肪酸リチウムなどのリチウムの有機酸塩;LiOH、LiOH・HO等のリチウム水酸化物及びアルキルリチウム等の有機リチウム化合物などが挙げられる。これらのうち、低融点で鉄原料との反応性が高く、また焼成工程の際に有害物質が発生しないので、LiOH又はLiOH・HOが好ましい。 Examples of the lithium compound raw material include inorganic salts of lithium such as Li 2 CO 3 , LiNO 3 and Li 3 PO 4 ; organic acid salts of lithium such as fatty acid lithium such as lithium acetate; LiOH, LiOH · H 2 O and the like Examples thereof include organic lithium compounds such as lithium hydroxide and alkyl lithium. Among these, LiOH or LiOH.H 2 O is preferable because it has a low melting point and high reactivity with the iron raw material and does not generate harmful substances during the firing step.

リチウム化合物原料のリチウムは、リン化合物原料のリン1モルに対して、通常は1.0モル以上、1.2モル以下の割合で用いる。リチウム化合物の割合が低いと未反応物が残り、活物質の割合が低下しやすくなるので、下限としては1.02モル以上が好ましい。逆に、リチウム化合物の割合が高いと異相が生成しやすくなるので、上限としては1.15モル以下が好ましい。   The lithium of the lithium compound raw material is usually used at a ratio of 1.0 mol or more and 1.2 mol or less with respect to 1 mol of phosphorus of the phosphorus compound raw material. If the proportion of the lithium compound is low, unreacted substances remain and the proportion of the active material tends to decrease. Therefore, the lower limit is preferably 1.02 mol or more. On the contrary, if the proportion of the lithium compound is high, a heterogeneous phase is likely to be generated, so the upper limit is preferably 1.15 mol or less.

2価の鉄化合物原料としては、例えば、FeC・2HO、Fe(PO・8HO、Fe(CHCOO)等が挙げられる。これらのうち、反応性が高く、周囲に悪影響を与えるようなガスが発生しないので、FeC・2HOが好ましい。
2価の鉄化合物原料の鉄は、リン化合物原料のリン1モルに対して、通常は0.5モル以上、0.98モル以下の割合で用いる。2価の鉄化合物の割合が低いと充放電の主体となるLiFePOの生成割合が減り、作製したリチウム二次電池の性能が低下しやすくなるので、下限としては0.75モル以上が好ましい。逆に、2価の鉄化合物原料の割合が高いと作製した電池のレート特性が低下しやすくなるので、上限としては0.95モル以下が好ましい。
Examples of the divalent iron compound raw material include FeC 2 O 4 .2H 2 O, Fe 3 (PO 4 ) 2 .8H 2 O, Fe (CH 3 COO) 2 and the like. Of these, FeC 2 O 4 .2H 2 O is preferred because it is highly reactive and does not generate a gas that adversely affects the surroundings.
The iron of the divalent iron compound raw material is usually used at a ratio of 0.5 mol or more and 0.98 mol or less with respect to 1 mol of phosphorus of the phosphorus compound raw material. When the ratio of the divalent iron compound is low, the generation ratio of LiFePO 4 that is the main body of charge / discharge decreases, and the performance of the manufactured lithium secondary battery is likely to deteriorate. Therefore, the lower limit is preferably 0.75 mol or more. On the contrary, if the ratio of the divalent iron compound raw material is high, the rate characteristics of the produced battery are likely to be lowered, so that the upper limit is preferably 0.95 mol or less.

3価の鉄化合物原料としては、例えば、Fe、FeOOH、FePO・2HO、Fe(CHCOO)、Fe(C・5HO等が挙げられる。これらのうち、反応性が高く、周囲に悪影響を与えるようなガスが発生しないので、Fe(C・5HOが好ましい。
3価の鉄化合物原料の鉄は、リン化合物原料のリン1モルに対して、通常は0.02モル以上、0.5モル以下の割合で用いる。3価の鉄化合物の割合が低いと作製した電池のレート特性が低下しやすくなるので、下限としては0.05モル以上が好ましい。逆に、3価の鉄化合物原料の割合が高いと充放電の主体となるLiFePOの生成割合が減り、作製したリチウム二次電池の性能が低下しやすくなるので、上限としては0.25モル以下が好ましい。
Examples of the trivalent iron compound raw material include Fe 2 O 3 , FeOOH, FePO 4 .2H 2 O, Fe (CH 3 COO) 3 , Fe 2 (C 2 O 4 ) 3 .5H 2 O, and the like. . Among these, Fe 2 (C 2 O 4 ) 3 · 5H 2 O is preferable because it is highly reactive and does not generate a gas that adversely affects the surroundings.
The iron of the trivalent iron compound raw material is usually used at a ratio of 0.02 mol or more and 0.5 mol or less with respect to 1 mol of phosphorus of the phosphorus compound raw material. If the ratio of the trivalent iron compound is low, the rate characteristics of the produced battery are likely to deteriorate, so the lower limit is preferably 0.05 mol or more. On the contrary, if the ratio of the trivalent iron compound raw material is high, the generation ratio of LiFePO 4 which is the main body of charge / discharge decreases, and the performance of the manufactured lithium secondary battery is likely to be lowered. The following is preferred.

上述した4成分の混合の雰囲気は任意であるが、この段階では2価の鉄原料が酸化されないように窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを主体とする雰囲気下、特に窒素又はアルゴンを主体とする雰囲気下で混合を行うのが好ましい。
焼成時の酸素分圧が低いと3価の鉄原料が2価へ還元され、3価の鉄の割合が小さくなるので、作製した電池のレート特性が低下しやすい。したがって、酸素分圧の下限としては5×10−6atm以上、特に10−5atm以上が好ましい。逆に、酸素分圧が高いと鉄が2価から3価へ酸化されて充放電の主体となるLiFePOの生成割合が減り、作製したリチウム二次電池の性能が低下しやすくなるので、上限としては5×10−4atm以下、特に1×10−4atm以下が好ましい。
The atmosphere of mixing the four components described above is arbitrary, but in this stage, an atmosphere mainly composed of an inert gas such as nitrogen, argon, helium, etc., mainly nitrogen or argon is used so that the divalent iron raw material is not oxidized. It is preferable to perform the mixing in an atmosphere of
If the oxygen partial pressure at the time of firing is low, the trivalent iron raw material is reduced to divalent, and the proportion of trivalent iron becomes small, so that the rate characteristics of the manufactured battery are likely to deteriorate. Therefore, the lower limit of the oxygen partial pressure is preferably 5 × 10 −6 atm or more, particularly preferably 10 −5 atm or more. On the contrary, if the oxygen partial pressure is high, iron is oxidized from divalent to trivalent and the production rate of LiFePO 4 that is the main charge and discharge is reduced, and the performance of the manufactured lithium secondary battery is likely to deteriorate. Is preferably 5 × 10 −4 atm or less, particularly preferably 1 × 10 −4 atm or less.

焼成をこの酸素分圧で行うには、常用のヘリウム、アルゴン又は窒素等の不活性ガスを主として用い、これに水素、一酸化炭素等の還元性ガス又は空気や酸素等の酸化性ガスを適当に混合して調整したものを用いればよい。前記不活性ガスのうち、窒素又はアルゴンが好ましく、還元性ガスとしては水素、酸化性ガスとしては空気が好ましい。
焼成は、通常は400℃以上、800℃以下の温度で行う。焼成温度が低いと反応が不完全となったり、結晶性に劣るものが得られることがあるので、500℃以上で焼成するのが好ましい。逆に、焼成温度が高いと結晶粒子が粗大化して比表面積が低くなり、電池性能に悪影響を与えることがあるので700℃以下で焼成するのが好ましい。
To perform firing at this oxygen partial pressure, a normal inert gas such as helium, argon or nitrogen is mainly used, and a reducing gas such as hydrogen or carbon monoxide or an oxidizing gas such as air or oxygen is appropriately used. What was mixed and adjusted may be used. Of the inert gases, nitrogen or argon is preferred, hydrogen as the reducing gas, and air as the oxidizing gas.
Firing is usually performed at a temperature of 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. If the firing temperature is low, the reaction may be incomplete or a product with poor crystallinity may be obtained. Therefore, firing at 500 ° C. or higher is preferable. On the contrary, if the firing temperature is high, the crystal particles are coarsened and the specific surface area is lowered, which may adversely affect the battery performance.

焼成時間は、通常は1時間以上、100時間以下である。焼成時間が短いと反応が不完全となることがあるので、5時間以上、特に10時間以上焼成するのが好ましい。逆に、焼成時間が長いのは実用的でないので、75時間以下、特に50時間以下焼成するのが好ましい。
なお、反応を効率よく均一に行わせるため、粉砕・解砕工程を挟んで焼成を2回以上繰り返して行ってもよい。
The firing time is usually 1 hour or more and 100 hours or less. If the firing time is short, the reaction may be incomplete, and it is preferable to fire for 5 hours or more, particularly 10 hours or more. On the other hand, since it is not practical that the firing time is long, it is preferable to fire for 75 hours or less, particularly 50 hours or less.
In order to carry out the reaction efficiently and uniformly, the firing may be repeated twice or more with a pulverization / disintegration step in between.

上述したとおり、焼成雰囲気の酸素分圧によっては2価の鉄の一部は3価に酸化されるので、本発明に係るリチウム二次電池用正極材料は、(i)リン化合物原料、(ii)リチウム化合物原料及び(iii)2価の鉄化合物原料の3成分を混合した後、不活性ガスに酸素を酸素分圧1×10−4atm以上、5×10−3atm以下となるように混合した雰囲気下で焼成することによっても製造することができる。 As described above, a part of divalent iron is oxidized to trivalent depending on the oxygen partial pressure in the firing atmosphere. Therefore, the positive electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention includes (i) a phosphorus compound raw material, (ii ) After mixing the three components of the lithium compound raw material and (iii) the divalent iron compound raw material, oxygen is added to the inert gas so that the oxygen partial pressure is 1 × 10 −4 atm or more and 5 × 10 −3 atm or less. It can also be produced by firing in a mixed atmosphere.

リチウム化合物原料のリチウムは、リン化合物原料のリン1モルに対して、通常は1.0モル以上、1.2モル以下の割合で用いる。リチウム化合物の割合が低いと未反応物が残り、活物質の割合が低下しやすくなるので、下限としては1.02モル以上が好ましい。逆に、リチウム化合物の割合が高いと異相が生成しやすくなるので、上限としては1.15モル以下が好ましい。   The lithium of the lithium compound raw material is usually used at a ratio of 1.0 mol or more and 1.2 mol or less with respect to 1 mol of phosphorus of the phosphorus compound raw material. If the proportion of the lithium compound is low, unreacted substances remain and the proportion of the active material tends to decrease. Therefore, the lower limit is preferably 1.02 mol or more. On the contrary, if the proportion of the lithium compound is high, a heterogeneous phase is likely to be generated, so the upper limit is preferably 1.15 mol or less.

2価の鉄化合物原料の鉄は、リン化合物原料のリンに対して、通常は等モルを用いる。
上述した3成分の混合の雰囲気は、任意であり、空気雰囲気下で行ってもよいが、混合段階で2価の化合物原料が3価に酸化されないようにする場合は窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを主体とする雰囲気下、特に窒素又はアルゴンを主体とする雰囲気下で行うのが好ましい。
The iron of the divalent iron compound raw material is usually used in an equimolar amount with respect to phosphorus of the phosphorus compound raw material.
The atmosphere of mixing the above three components is arbitrary, and may be performed in an air atmosphere. However, in order to prevent the divalent compound raw material from being oxidized to trivalent in the mixing stage, nitrogen, argon, helium, etc. It is preferable to carry out in an atmosphere mainly composed of an inert gas, particularly an atmosphere mainly composed of nitrogen or argon.

焼成時の酸素分圧が低いと生成物に占める3価の鉄化合物の割合が小さすぎて作製した電池のレート特性が低下しやすくなるので、下限としては2×10−4atm以上、特に3×10−4atm以上が好ましい。逆に、酸素分圧が高いと鉄の酸化が進みすぎて充放電の主体となるLiFePOの生成割合が減り、作製したリチウム二次電池の性能が低下しやすくなるので、上限としては2×10−3atm以下、特に1×10−3atm以下が好ましい。 If the oxygen partial pressure at the time of firing is low, the ratio of the trivalent iron compound in the product is too small, and the rate characteristics of the produced battery are likely to deteriorate. Therefore, the lower limit is 2 × 10 −4 atm or more, especially 3 × 10 −4 atm or more is preferable. On the other hand, if the oxygen partial pressure is high, the oxidation of iron proceeds too much, and the production rate of LiFePO 4 that is the main body of charge / discharge decreases, and the performance of the manufactured lithium secondary battery is likely to deteriorate. 10 -3 atm or less, particularly preferably 1 × 10 -3 atm.

焼成温度及び焼成時間は、前述した4成分を用いた製造方法と同様に行えばよい。また、反応を効率よく均一に行わせるため、粉砕・解砕工程を挟んで焼成を2回以上繰り返して行ってもよい。
上述した(i)リン化合物原料、(ii)リチウム化合物原料、(iii)2価の鉄化合物原料及び(iv)3価の鉄化合物原料の4成分を混合する製造方法、又は(i)リン化合物原料、(ii)リチウム化合物原料及び(iii)2価の鉄化合物原料の3成分を混合する製造方法では、各原料化合物を混合した後、各原料化合物に含まれている揮発分などを除くため、又は原料化合物が熱分解した際に発生する成分を除くために、予め熱処理を施してもよい。
The firing temperature and firing time may be the same as in the production method using the four components described above. Moreover, in order to perform reaction efficiently and uniformly, you may perform baking twice or more across a grinding | pulverization / disintegration process.
(I) Phosphorus compound raw material, (ii) Lithium compound raw material, (iii) Divalent iron compound raw material, and (iv) Trivalent iron compound raw material, the manufacturing method which mixes four components, or (i) Phosphorus compound In the production method in which the raw material, (ii) the lithium compound raw material, and (iii) the divalent iron compound raw material are mixed, after mixing each raw material compound, the volatile matter contained in each raw material compound is removed. Alternatively, heat treatment may be performed in advance in order to remove components generated when the raw material compound is thermally decomposed.

熱処理は、通常は80℃以上、400℃未満で行う。熱処理の温度が低いと揮発分、熱分解成分の除去が不十分となり、焼成に悪影響を与えて結晶性に劣るものが得られることがあるので150℃以上で行うのが好ましい。逆に、温度が高すぎると揮発分や熱分解成分が除去されないまま焼成反応が始まり、電池性能に悪影響を与えることがあるので、380℃以下で行うのが好ましい。   The heat treatment is usually performed at 80 ° C. or more and less than 400 ° C. When the temperature of the heat treatment is low, removal of volatile components and thermal decomposition components becomes insufficient, and there is a case where a product having an adverse effect on firing and inferior crystallinity may be obtained. On the other hand, if the temperature is too high, the firing reaction starts without removing the volatile components and thermal decomposition components, which may adversely affect the battery performance.

熱処理は、通常は10分以上、20時間以下で行う。処理時間が短いと処理が不完全となることがあるので30分以上、特に1時間以上行うのが好ましい。逆に、処理時間が長いのは実用的ではないので10時間以下行うのが好ましい。なお、反応を効率よく均一に行わせるため、粉砕・解砕工程を挟んで熱処理を2回以上繰り返してもよい。   The heat treatment is usually performed for 10 minutes or more and 20 hours or less. If the treatment time is short, the treatment may be incomplete, so it is preferable to carry out the treatment for 30 minutes or longer, particularly 1 hour or longer. On the contrary, it is not practical that the processing time is long, so it is preferable to perform the treatment for 10 hours or less. In addition, in order to perform reaction efficiently and uniformly, you may repeat heat processing 2 times or more on both sides of a grinding | pulverization / disintegration process.

本発明に係るリチウム二次電池用正極材料を正極活物質とするリチウム二次電池用正極の製造は、常法により行うことができる。所望ならば、この正極用材料に他の活物質を併用することもできる。
正極活物質層は、通常、正極材料及び結着剤、並びに必要に応じて用いられる導電材及び増粘剤等を、乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、又はこれらの材料を液体媒体中に溶解若しくは分散させてスラリー状にしたものを、正極集電体に塗布し、乾燥することにより製造することができる。
リチウム二次電池用正極材料は、正極活物質層中に、通常は10重量%以上、99.9重量%以下となるように用いる。この割合が低いと容量が不十分となることがあるので、30重量%以上、特に50重量%以上となるように用いるが好ましい。逆に、この割合が高いと正極の強度が不足することがあるので、99重量%以下となるように用いるのが好ましい。
Production of a positive electrode for a lithium secondary battery using the positive electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention as a positive electrode active material can be carried out by a conventional method. If desired, other active materials can be used in combination with this positive electrode material.
The positive electrode active material layer is usually made by pressing a positive electrode material, a binder, and a conductive material and a thickener, etc., which are used as necessary, in a dry form into a sheet shape, and then pressure-bonding it to the positive electrode current collector. Alternatively, a material obtained by dissolving or dispersing these materials in a liquid medium to form a slurry can be applied to a positive electrode current collector and dried.
The positive electrode material for a lithium secondary battery is usually used in the positive electrode active material layer so as to be 10 wt% or more and 99.9 wt% or less. If this ratio is low, the capacity may be insufficient. Therefore, it is preferably used so as to be 30% by weight or more, particularly 50% by weight or more. On the other hand, if this ratio is high, the strength of the positive electrode may be insufficient, so that it is preferably used so as to be 99% by weight or less.

結着剤としては、任意のものを用いることができる。塗布法の場合は、電極製造時に用いる液体媒体に対して安定な材料であればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレンスチレンブロック共重合体及びその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物などが挙げられる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   Any binder can be used. In the case of the coating method, any material that is stable with respect to the liquid medium used at the time of electrode production may be used. For example, resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, and nitrocellulose. Rubbery polymers such as SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluorine rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymer and hydrogenation thereof , Thermoplastic elastomeric polymers such as EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), styrene / ethylene / butadiene / ethylene copolymer, styrene / isoprene styrene block copolymer and hydrogenated products thereof; Soft resinous polymers such as tactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer; polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyfluoride Fluorine polymers such as vinylidene and polytetrafluoroethylene / ethylene copolymers; polymer compositions having ion conductivity of alkali metal ions (particularly lithium ions), and the like. In addition, these may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

正極活物質層中の結着剤の割合は、通常は0.1重量%以上、80重量%以下である。結着剤の割合が低いと正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまうことがあるので、結着剤は1重量%以上、特に5重量%以上となるように用いるのが好ましい。逆に、この割合が高いと電池容量や導電性が低下することがあるので、60重量%以下、更に40重量%以下、特に10重量%以下となるように用いるのが好ましい。   The ratio of the binder in the positive electrode active material layer is usually 0.1% by weight or more and 80% by weight or less. If the ratio of the binder is low, the positive electrode active material cannot be sufficiently retained and the positive electrode has insufficient mechanical strength, which may deteriorate battery performance such as cycle characteristics. In particular, it is preferably used so as to be 5% by weight or more. On the other hand, if this ratio is high, the battery capacity and conductivity may be lowered. Therefore, it is preferable to use 60% by weight or less, further 40% by weight or less, and particularly 10% by weight or less.

正極活物質層には、通常、導電性を高めるために導電材を含有させる。導電剤には任意のものを用いることができるが、例えば、銅、ニッケル等の金属材料;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト);アセチレンブラック等のカーボンブラック;ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料などが挙げられる。なお、これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   The positive electrode active material layer usually contains a conductive material in order to increase conductivity. Any conductive agent can be used, for example, metal materials such as copper and nickel; graphite such as natural graphite and artificial graphite; graphite black such as acetylene black; and amorphous carbon such as needle coke. And carbon materials. In addition, these may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.

正極活物質中の導電材の割合は、通常は0.01重量%以上、50重量%以下である。導電材の割合が低いと導電性が不十分になることがあるので、導電剤は0.1重量%以上、特に1重量%以上となるように用いるのが好ましい。逆に、この割合が高いと電池容量が低下することがあるので、30重量%以下、特に15重量%以下となるように用いるのが好ましい。   The proportion of the conductive material in the positive electrode active material is usually 0.01% by weight or more and 50% by weight or less. If the proportion of the conductive material is low, the conductivity may be insufficient. Therefore, the conductive agent is preferably used in an amount of 0.1% by weight or more, particularly 1% by weight or more. On the contrary, if this ratio is high, the battery capacity may be lowered, so that it is preferably used so that it is 30 wt% or less, particularly 15 wt% or less.

スラリーを形成するための溶媒としては、上述した正極材料、結着剤、並びに必要に応じて使用される増粘剤及び導電材を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、任意であり、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。水系溶媒としては、例えば、水、アルコール水溶液などが挙げられる。有機系溶媒としては、例えば、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N−N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジメチルエーテル、ジメチルアセタミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。なお、水系溶媒を用いる場合には、増粘剤に併せて分散剤を加え、SBR等のラテックスを用いてスラリー化する。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   The solvent for forming the slurry may be any solvent as long as it can dissolve or disperse the positive electrode material, the binder, and the thickener and conductive material used as necessary. Either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. Examples of the aqueous solvent include water and an aqueous alcohol solution. Examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran (THF). ), Toluene, acetone, dimethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane and the like. When an aqueous solvent is used, a dispersant is added together with the thickener, and the slurry is made into a slurry using a latex such as SBR. These solvents may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio.

正極活物質層の厚さは、通常は10〜200μm程度である。なお、塗布・乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるため、ローラープレス等により圧密するのが好ましい。
正極集電体の材質としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料などが挙げられる。中でも、金属材料、特にアルミニウムが好ましい。金属材料を用いた集電体の形状としては、金属箔、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル及び発泡メタル等が挙げられる。また、炭素材料を用いた集電体の形状としては、炭素板、炭素薄膜等が挙げられる。中でも、現在工業化製品に使用されているため、金属薄膜が好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。薄膜の厚さは任意であるが、通常は1μm以上、100mm以下である。薄膜が薄いと集電体の強度が不足することがあるので、薄膜は3μm以上、特に5μm以上の厚さが好ましい。逆に、薄膜が厚いと取り扱い性が悪くなるので、1mm以下、特に50μm以下の厚さが好ましい。
The thickness of the positive electrode active material layer is usually about 10 to 200 μm. The positive electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material.
Examples of the material of the positive electrode current collector include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum; and carbon materials such as carbon cloth and carbon paper. Among these, a metal material, particularly aluminum, is preferable. Examples of the shape of the current collector using a metal material include metal foil, metal thin film, expanded metal, punch metal, and foam metal. In addition, examples of the shape of the current collector using a carbon material include a carbon plate and a carbon thin film. Of these, metal thin films are preferred because they are currently used in industrialized products. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape. The thickness of the thin film is arbitrary, but is usually 1 μm or more and 100 mm or less. If the thin film is thin, the strength of the current collector may be insufficient. Therefore, the thickness of the thin film is preferably 3 μm or more, particularly 5 μm or more. On the contrary, if the thin film is thick, the handleability is deteriorated, and therefore a thickness of 1 mm or less, particularly 50 μm or less is preferable.

本発明に係るリチウム二次電池は、リチウムを吸蔵・放出可能な負極、リチウム塩を電解質として含有する非水電解液及びリチウムを吸蔵・放出可能な正極を備えたリチウム二次電池であって、正極として前記リチウム二次電池用正極を用いるものである。更に、正極と負極との間に、非水電解質を保持するセパレーターを備えていてもよい。正極と負極との接触による短絡を効果的に防止するには、このようにセパレーターを介在させるのが好ましい。   A lithium secondary battery according to the present invention is a lithium secondary battery comprising a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt as an electrolyte, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, The positive electrode for a lithium secondary battery is used as the positive electrode. Furthermore, you may provide the separator holding a nonaqueous electrolyte between a positive electrode and a negative electrode. In order to effectively prevent a short circuit due to contact between the positive electrode and the negative electrode, it is preferable to interpose a separator in this way.

負極は通常、正極の場合と同様に、負極集電体上に負極活物質層を設けて構成される。
負極集電体の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が用いられる。金属材料を用いた負極集電体の形状としては、金属箔、金属薄膜等が挙げられる。また、炭素材料を用いた負極集電体の形状としては、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。中でも、現在工業化製品に使用されているので、金属薄膜が好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。負極集電体として金属薄膜を使用する場合、その好ましい厚さは、正極集電体と同様である。
The negative electrode is usually configured by providing a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, as in the case of the positive electrode.
As a material of the negative electrode current collector, a metal material such as copper, nickel, stainless steel, or nickel-plated steel; a carbon material such as carbon cloth or carbon paper is used. Examples of the shape of the negative electrode current collector using a metal material include a metal foil and a metal thin film. In addition, examples of the shape of the negative electrode current collector using a carbon material include a carbon plate, a carbon thin film, and a carbon cylinder. Among these, metal thin films are preferred because they are currently used in industrialized products. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape. When a metal thin film is used as the negative electrode current collector, the preferred thickness is the same as that of the positive electrode current collector.

負極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば任意であり、通常は安全性の高さの面から、リチウムを吸蔵・放出できる炭素材料が用いられる。
炭素材料としては、任意のものを用いることができ、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛等の黒鉛(グラファイト)や、様々な熱分解条件での有機物の熱分解物などが挙げられる。有機物の熱分解物としては、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチの炭化物、石油系ピッチの炭化物、又はこれらピッチを酸化処理したものの炭化物、ニードルコークス、ピッチコークス、フェノール樹脂、結晶セルロース等の炭化物等及びこれらを一部黒鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。中でも黒鉛、特に種々の原料から得た易黒鉛性ピッチに高温熱処理を施すことによって製造された人造黒鉛、精製天然黒鉛、又はこれらの黒鉛にピッチを含む黒鉛材料等であって種々の表面処理を施したものが好ましい。これらの炭素材料は、それぞれ1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
As the negative electrode active material, any material can be used as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions, and a carbon material that can occlude and release lithium is usually used from the viewpoint of high safety.
Arbitrary things can be used as a carbon material, For example, graphite (graphite), such as artificial graphite and natural graphite, the thermal decomposition thing of organic substance on various thermal decomposition conditions, etc. are mentioned. Examples of pyrolysis products of organic matter include coal-based coke, petroleum-based coke, coal-based pitch carbide, petroleum-based pitch carbide, or carbide obtained by oxidizing these pitches, needle coke, pitch coke, phenol resin, crystalline cellulose, etc. And carbon materials obtained by partially graphitizing these, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fibers, and the like. Above all, it is artificial graphite, refined natural graphite produced by subjecting graphite, especially easy-graphite pitch obtained from various raw materials to high-temperature heat treatment, or graphite material containing pitch in these graphite, and various surface treatments. What has been applied is preferred. One of these carbon materials may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

負極活物質として黒鉛材料を用いる場合、学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)が、通常0.335nm以上、0.34nm以下、好ましくは0.337nm以下であるものが好ましい。
また、黒鉛材料の灰分は、黒鉛材料の重量に対して通常1重量%以下である。0.5重量%以下、特に0.1重量%以下が好ましい。
When a graphite material is used as the negative electrode active material, the d value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is usually 0.335 nm or more and 0.34 nm or less, preferably 0.8. What is 337 nm or less is preferable.
The ash content of the graphite material is usually 1% by weight or less with respect to the weight of the graphite material. It is preferably 0.5% by weight or less, particularly preferably 0.1% by weight or less.

更に、学振法によるX線回折で求めた黒鉛材料の結晶子サイズ(Lc)は、通常30nm以上であり、50nm以上、特に100nm以上が好ましい。
また、レーザー回折・散乱法により求めた黒鉛材料のメジアン径は、通常1μm以上、100μm以下である。メジアン径の下限としては3μm以上、更に5μm以上、特に7μm以上が好ましい。また、上限としては50μm以下、更に40μm以下、特に30μm以下が好ましい。
Further, the crystallite size (Lc) of the graphite material determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is usually 30 nm or more, preferably 50 nm or more, particularly preferably 100 nm or more.
Further, the median diameter of the graphite material determined by the laser diffraction / scattering method is usually 1 μm or more and 100 μm or less. The lower limit of the median diameter is preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and particularly preferably 7 μm or more. Further, the upper limit is preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, and particularly preferably 30 μm or less.

黒鉛材料のBET法比表面積は、通常0.5m/g以上、25.0m/g以下である。BET法比表面積の下限としては0.7m/g以上、更に1.0m/g以上、特に1.5m/g以上が好ましい。また、上限としては20.0m/g以下、更に15.0m/g以下、特に10.0m/g以下が好ましい。
黒鉛材料についてアルゴンレーザー光を用いたラマンスペクトル分析を行った場合に、1580〜1620cm−1の範囲で検出されるピークPの強度Iと、1350〜1370cm−1の範囲で検出されるピークPの強度Iとの強度比I/Iが、0以上、0.5以下であるものが好ましい。また、ピークPの半値幅は26cm−1以下、特に25cm−1以下であるものが好ましい。なお、上述の各種の炭素材料の他に、リチウムの吸蔵及び放出が可能なその他の材料を負極活物質として用いることもできる。炭素材料以外の負極活物質の具体例としては、酸化錫や酸化ケイ素などの金属酸化物、リチウム単体やリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金などが挙げられる。これらの炭素材料以外の材料は、それぞれ1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、上述の炭素材料と組み合わせて用いてもよい。
The BET specific surface area of the graphite material is usually 0.5 m 2 / g or more and 25.0 m 2 / g or less. The lower limit of the BET specific surface area is preferably 0.7 m 2 / g or more, more preferably 1.0 m 2 / g or more, and particularly preferably 1.5 m 2 / g or more. Moreover, as an upper limit, 20.0 m < 2 > / g or less, Furthermore 15.0 m < 2 > / g or less, Especially 10.0 m < 2 > / g or less are preferable.
When performing Raman spectrum analysis using an argon laser beam on the graphite material, the intensity I A of the peak P A is detected in the range of 1580~1620Cm -1, peaks detected in a range of 1350 -1 intensity ratio I a / I B of the intensity I B of P B are 0 or more, is preferable 0.5 or less. Further, the half width of the peak P A is 26cm -1 or less, it is preferred in particular 25 cm -1 or less. In addition to the various carbon materials described above, other materials capable of inserting and extracting lithium can be used as the negative electrode active material. Specific examples of the negative electrode active material other than the carbon material include metal oxides such as tin oxide and silicon oxide, and lithium alloys such as lithium alone and lithium aluminum alloys. One of these materials other than the carbon material may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Moreover, you may use in combination with the above-mentioned carbon material.

負極活物質層は、通常は正極活物質層の場合と同様に、上述した負極活物質と、バインダーと、必要に応じて増粘剤及び導電材とを溶媒でスラリー化したものとを、負極集電体に塗布し、乾燥することにより製造することができる。スラリーを形成する溶媒やバインダー、増粘剤、導電材等としては、正極活物質について上述したものと同様のものを使用することができる。   As in the case of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer is usually formed by slurrying the above-described negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a thickener and a conductive material with a solvent. It can manufacture by apply | coating to a collector and drying. As the solvent, binder, thickener, conductive material and the like forming the slurry, the same materials as those described above for the positive electrode active material can be used.

電解液としては、例えば、公知の有機電解液、高分子固体電解質、ゲル状電解質、無機固体電解質等を用いることができるが、中でも有機電解液が好ましい。
有機電解液は、有機溶媒に電解質を溶解させることにより調製する。
有機溶媒は、電解液に常用されている任意のものを用いることができるが、例えばカーボネート類、エーテル類、ケトン類、スルホラン系化合物、ラクトン類、ニトリル類、塩素化炭化水素類、エーテル類、アミン類、エステル類、アミド類、リン酸エステル化合物等を使用することができる。例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、4−メチル−2−ペンタノン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、1,2−ジクロロエタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等の単独溶媒又は2種類以上の混合溶媒が挙げられる。
As the electrolytic solution, for example, a known organic electrolytic solution, a polymer solid electrolyte, a gel electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like can be used. Among them, an organic electrolytic solution is preferable.
The organic electrolytic solution is prepared by dissolving an electrolyte in an organic solvent.
As the organic solvent, any one commonly used in an electrolytic solution can be used. For example, carbonates, ethers, ketones, sulfolane compounds, lactones, nitriles, chlorinated hydrocarbons, ethers, Amines, esters, amides, phosphate ester compounds and the like can be used. For example, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 4-methyl-2-pentanone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-di Ethoxyethane, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, butyronitrile, valeronitrile, 1,2-dichloroethane , A single solvent such as dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, or a mixed solvent of two or more.

有機溶媒には、電解質を解離させるために、高誘電率溶媒を含めるのが好ましい。ここで、高誘電率溶媒とは、25℃における比誘電率が20以上の化合物を意味する。高誘電率溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、及びそれらの水素原子をハロゲン等の他の元素又はアルキル基等で置換した化合物が挙げられる。高誘電率溶媒の電解液に占める割合は、好ましくは20重量%以上、更に好ましくは30重量%以上、最も好ましくは40重量%以上である。   The organic solvent preferably includes a high dielectric constant solvent in order to dissociate the electrolyte. Here, the high dielectric constant solvent means a compound having a relative dielectric constant of 20 or more at 25 ° C. Examples of the high dielectric constant solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, and compounds obtained by substituting those hydrogen atoms with other elements such as halogen or alkyl groups. The proportion of the high dielectric constant solvent in the electrolytic solution is preferably 20% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, and most preferably 40% by weight or more.

電解質としては、従来公知の任意のもの使用することができる。例えば、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiB(C、LiCl、LiBr、CHSOLi、CFSOLi、LiN(SOCF、LiN(SO、LiC(SOCF、LiN(SOCF等のリチウム塩や高分子固体電解質が挙げられる。これらは任意の1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、CO、NO、CO、SO等のガスやポリサルファイドS 2−など負極表面にリチウムイオンの効率よい充放電を可能にする良好な被膜を形成する添加剤を、任意の割合で上記単独又は混合溶媒に添加してもよい。 As the electrolyte, any conventionally known electrolyte can be used. For example, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCl, LiBr, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN ( Examples thereof include lithium salts such as SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , and LiN (SO 3 CF 3 ) 2, and polymer solid electrolytes. Any one of these may be used alone, or two or more may be used in any combination and ratio. Further, any ratio of an additive that forms a good film that enables efficient charge and discharge of lithium ions on the negative electrode surface, such as gas such as CO 2 , N 2 O, CO, and SO 2 and polysulfide S x 2− And may be added to the above alone or in a mixed solvent.

リチウム塩は、電解液中に、通常は0.5mol/L以上、1.5mol/L以下となるように含有させる。この範囲外では、伝導度が低下し、電池特性に悪影響を与えることがあるので、下限としては0.75mol/L以上、上限としては1.25mol/L以下が好ましい。
高分子固体電解質としては、従来公知の任意の結晶質・非晶質の無機物を用いることができる。結晶質の無機固体電解質としては、例えば、LiI、LiN、Li1+xTi2−x(PO(M=Al、Sc、Y、La)、Li0.5―3xRE0.5+xTiO(RE=La、Pr、Nd、Sm)等が挙げられる。非晶質の無機固体電解質としては、例えば、4.9LiI−34.1LiO−61B、33.3LiO−66.7SiO等の酸化物ガラス等が挙げられる。これらは任意の1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いてもよい。
The lithium salt is usually contained in the electrolyte so as to be 0.5 mol / L or more and 1.5 mol / L or less. Outside this range, the conductivity may decrease and adversely affect battery characteristics. Therefore, the lower limit is preferably 0.75 mol / L or more and the upper limit is 1.25 mol / L or less.
As the polymer solid electrolyte, any conventionally known crystalline / amorphous inorganic substance can be used. Examples of the crystalline inorganic solid electrolyte include LiI, Li 3 N, Li 1 + x M x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (M = Al, Sc, Y, La), Li 0.5-3x RE 0. .5 + x TiO 3 (RE = La, Pr, Nd, Sm) and the like. Examples of the amorphous inorganic solid electrolyte include oxide glasses such as 4.9LiI-34.1Li 2 O-61B 2 O 5 and 33.3Li 2 O-66.7SiO 2 . Any one of these may be used alone, or two or more may be used in any combination and ratio.

電解液として有機電解液を用いる場合には、電極同士の短絡を防止するために、通常、正極と負極との間にセパレーターが介装される。セパレーターの材質や形状は任意だが、使用する有機電解液に対して安定で、保液性に優れ、かつ電極同士の短絡を確実に防止できるものが好ましい。セパレーターとしては、例えば、各種の高分子材料からなる微多孔性のフィルム、シート、不織布等が挙げられる。高分子材料の具体例としては、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン等のポリオレフィン高分子が挙げられる。これらのうち、セパレーターの重要な因子である化学的及び電気化学的な安定性の点からはポリオレフィン系高分子が好ましく、電池におけるセパレーターの使用目的の一つである自己閉塞温度の点からはポリエチレンが好ましい。ポリエチレンとしては、高温形状維持性の点から、超高分子ポリエチレンが好ましく、その分子量としては50万以上、500万以下が好ましい。分子量が大きすぎると、流動性が低くなりすぎて加熱時にセパレーターの孔が閉塞しないことがあるので、分子量の下限としては100万以上、特に150万以上が好ましい。逆に、分子量の上限としては400万以下、特に300万以下が好ましい。   When an organic electrolyte is used as the electrolyte, a separator is usually interposed between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit between the electrodes. The material and shape of the separator are arbitrary, but those that are stable with respect to the organic electrolyte used, have excellent liquid retention properties, and can reliably prevent short-circuiting between electrodes are preferable. Examples of the separator include microporous films, sheets, and nonwoven fabrics made of various polymer materials. Specific examples of the polymer material include polyolefin polymers such as nylon, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, and polybutene. Of these, polyolefin polymers are preferred from the viewpoint of chemical and electrochemical stability, which is an important factor of separators, and polyethylene is preferred from the viewpoint of self-occluding temperature, which is one of the purposes of use of separators in batteries. Is preferred. As the polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene is preferable from the viewpoint of maintaining high-temperature shape, and the molecular weight is preferably 500,000 to 5,000,000. If the molecular weight is too large, the fluidity is too low and the pores of the separator may not be clogged during heating. Therefore, the lower limit of the molecular weight is preferably 1,000,000 or more, particularly 1.5 million or more. Conversely, the upper limit of the molecular weight is preferably 4 million or less, particularly 3 million or less.

本発明に係るリチウム二次電池は、上述した正極と、負極と、電解質と、必要に応じて用いられるセパレーターとを、適切な形状に組み立てることにより製造される。更に、必要に応じて外装ケース等の他の構成要素を用いてもよい。
本発明に係るリチウム二次電池の形状は任意であり、一般的に採用されている各種形状の中から、その用途に応じて適宜選択することができる。例えば、シート電極及びセパレーターをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレーターを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレーターを積層したコインタイプなどが挙げられる。また、電池を組み立てる方法も任意であり、目的とする電池の形状に合わせて、通常用いられている各種方法の中から適宜選択することができる。
The lithium secondary battery according to the present invention is manufactured by assembling the positive electrode, the negative electrode, the electrolyte, and the separator used as necessary into an appropriate shape. Furthermore, you may use other components, such as an exterior case, as needed.
The shape of the lithium secondary battery according to the present invention is arbitrary, and can be appropriately selected from various commonly employed shapes according to the application. For example, a cylinder type in which a sheet electrode and a separator are spirally formed, a cylinder type having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a coin type in which a pellet electrode and a separator are stacked, and the like can be given. Moreover, the method of assembling the battery is arbitrary, and can be appropriately selected from various commonly used methods according to the shape of the target battery.

以上、本発明に係るリチウム二次電池の一般的な実施形態について説明したが、本発明に係るリチウム二次電池は上記実施形態に制限されるものではなく、その要旨を超えない限りにおいて、各種の変形を加えて実施することができる。
本発明に係るリチウム二次電池の用途は特に限定されず、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、ストロボ、カメラ電力のロードレベリング等の電源や、電気自転車、電気スクーター、電気自動車等の電源が挙げられる。
As mentioned above, although general embodiment of the lithium secondary battery which concerns on this invention was described, the lithium secondary battery which concerns on this invention is not restrict | limited to the said embodiment, As long as the summary is not exceeded, it is various. It is possible to carry out with the modification of.
The use of the lithium secondary battery according to the present invention is not particularly limited, and can be used for various known uses. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, and transceivers. , Electronic notebooks, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, motors, lighting equipment, toys, game machines, watches, strobes, camera power load leveling, electric bicycles, electric scooters, electric cars And the like.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により制約されるものではない。
なお、Fe(II)/Fe(III)(モル比)は、以下の方法により測定した。
<o−フェナントロリン発色法によるFe(II)/Fe(III)分別定量>
大気との接触を遮断し、十分に窒素置換した塩酸10mLに試料10mgを30分間超音波を照射して溶解させた。この溶解液0.5mLを分取し、予め十分に窒素置換しておいたB液(発色液:10mL+HO:89mL)を加えて1時間静置した。この溶液に水を加えて100mLとし、508nmにおける吸光度を測定することにより、Fe(II)濃度を定量した。同じ溶解液0.5mlを分取し、A液(塩酸ヒドロキシルアミン10%水溶液:1mL+HO:70mL)を加えて15分間静置した後、発色液:10mLを加えて1時間静置した。この溶液に水を加えて100mLとし、508nmにおける吸光度を測定することにより、全Fe濃度を定量した。全Fe濃度からFe(II)濃度を差し引いたものをFe(III)濃度とし、Fe(II)/Fe(III)分率を求めた。
*発色液:0.05% o−フェナントロリン+1.2M NaOAc+0.1M NaFaq.
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not restrict | limited by a following example, unless the summary is exceeded.
In addition, Fe (II) / Fe (III) (molar ratio) was measured by the following method.
<Fe (II) / Fe (III) fractional determination by o-phenanthroline coloring method>
The contact with the atmosphere was cut off, and 10 mg of the sample was dissolved in 10 mL of hydrochloric acid sufficiently substituted with nitrogen by irradiating with ultrasonic waves for 30 minutes. 0.5 mL of this lysate was fractionated, and B solution (coloring solution * : 10 mL + H 2 O: 89 mL) that had been sufficiently purged with nitrogen in advance was added and allowed to stand for 1 hour. Water was added to this solution to 100 mL, and the absorbance at 508 nm was measured to quantify the Fe (II) concentration. Was taken of the same solution 0.5 ml, A solution (hydroxylamine hydrochloride 10% aqueous solution: 1mL + H 2 O: 70mL ) After addition was allowed to stand for 15 minutes, color development solution *: was added to 10mL and allowed to stand for 1 hour . Water was added to this solution to make 100 mL, and the total Fe concentration was quantified by measuring the absorbance at 508 nm. The Fe (III) concentration was obtained by subtracting the Fe (II) concentration from the total Fe concentration, and the Fe (II) / Fe (III) fraction was determined.
* Coloring solution: 0.05% o-phenanthroline + 1.2M NaOAc + 0.1M NaFaq.

(実施例1)
LiOH・HO、FeC・2HO及び(NHHPOをLi/Fe/PO=1.05/1/1(モル比)の割合となるように、空気雰囲気下、乳鉢を用いて混合し、得られた混合物を酸素分圧1.4×10−3atmのアルゴンガス雰囲気下、350℃で3時間加熱した。次に、これを解砕し、酸素分圧1.4×10−3atmのアルゴンガス雰囲気下で675℃、24時間加熱した。室温まで放冷した後、解砕し、再び酸素分圧酸素分圧1.4×10−3atmのアルゴンガス雰囲気で675℃、24時間加熱してLiFePO、LiFe(PO及びFeからなる混合相である正極活物質材料を得た。得られた正極活物質材料のFe(II)/Fe(III)(モル比)は1.2、BET比表面積は1.56m/gであった。
Example 1
LiOH.H 2 O, FeC 2 O 4 .2H 2 O, and (NH 4 ) 2 HPO 4 have an air atmosphere such that Li / Fe / PO 4 = 1.05 / 1/1 (molar ratio). Under mixing using a mortar, the obtained mixture was heated at 350 ° C. for 3 hours under an argon gas atmosphere with an oxygen partial pressure of 1.4 × 10 −3 atm. Next, this was crushed and heated at 675 ° C. for 24 hours in an argon gas atmosphere with an oxygen partial pressure of 1.4 × 10 −3 atm. After being allowed to cool to room temperature, it was crushed and again heated in an argon gas atmosphere with an oxygen partial pressure of oxygen partial pressure of 1.4 × 10 −3 atm at 675 ° C. for 24 hours to obtain LiFePO 4 , Li 3 Fe 2 (PO 4 ). Thus , a positive electrode active material having a mixed phase composed of 3 and Fe 2 O 3 was obtained. The obtained positive electrode active material had an Fe (II) / Fe (III) (molar ratio) of 1.2 and a BET specific surface area of 1.56 m 2 / g.

(比較例1)
実施例1において、アルゴンガスに代えて、アルゴンガス/水素ガス=96/4(容量比)の混合ガス(酸素分圧1.5×10−6atm)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、オリビン構造を有するLiFePOの単一相である正極活物質材料を得た。得られた正極活物質材料のFe(II)/Fe(III)(モル比)は58、BET比表面積は1.67m/gであった。
(Comparative Example 1)
Example 1 is different from Example 1 except that a mixed gas (oxygen partial pressure 1.5 × 10 −6 atm) of argon gas / hydrogen gas = 96/4 (volume ratio) is used instead of argon gas. Similarly, a positive electrode active material having a single phase of LiFePO 4 having an olivine structure was obtained. The obtained positive electrode active material had an Fe (II) / Fe (III) (molar ratio) of 58 and a BET specific surface area of 1.67 m 2 / g.

<電池の作製及び評価>
実施例1又は比較例1の正極活物質材料75重量部、アセチレンブラック20重量部、及びポリテトラフルオロエチレンパウダー5重量部を乳鉢により十分混合し、薄くシート状にしたものを9mmφのポンチで全体重量が約8mgになるように打ち抜いた。これをアルミニウムエキスパンドメタルに圧着して、9mmφの正極とした。この正極を試験極とし、リチウム金属を対極とするコインセルについて、充電上限電圧を4.35V、放電下限電圧を2.0Vとして、1サイクル目に0.2mA/cmの定電流定電圧充電・定電流放電を、2サイクル目に0.2mA/cmの定電流定電圧充電・定電流放電を行い、続いて3〜10サイクル目を0.5mA/cmの定電流充電、0.2mA/cm、0.5mA/cm、1mA/cm、3mA/cm、5mA/cm、7mA/cm、9mA/cm、11mA/cmの各放電での試験を行った。このときの1サイクル目の0.2mA/cmでの初期放電容量(mAh/g)、及び10サイクル目の11mA/cmでのハイレート放電容量(mAh/g)を測定した。得られた結果及び初期放電容量/ハイレート放電容量の比率を表1に示す。
<Production and evaluation of battery>
75 parts by weight of the positive electrode active material of Example 1 or Comparative Example 1, 20 parts by weight of acetylene black, and 5 parts by weight of polytetrafluoroethylene powder were thoroughly mixed in a mortar, and a thin sheet was used as a whole with a 9 mmφ punch. Punched out to a weight of about 8 mg. This was pressure-bonded to an aluminum expanded metal to obtain a 9 mmφ positive electrode. For a coin cell having this positive electrode as a test electrode and a lithium metal as a counter electrode, a charge upper limit voltage is 4.35 V, a discharge lower limit voltage is 2.0 V, and a constant current constant voltage charge of 0.2 mA / cm 2 in the first cycle. Constant current discharge is performed at a constant current / constant voltage charge / constant current discharge of 0.2 mA / cm 2 in the second cycle, followed by a constant current charge of 0.5 mA / cm 2 at the third to 10th cycles, 0.2 mA. / cm 2, were tested in each discharge 0.5mA / cm 2, 1mA / cm 2, 3mA / cm 2, 5mA / cm 2, 7mA / cm 2, 9mA / cm 2, 11mA / cm 2. The initial discharge capacity at 0.2 mA / cm 2 in the first cycle of this time (mAh / g), and 10 th cycle high-rate discharge capacity at 11 mA / cm 2 a (mAh / g) was measured. Table 1 shows the obtained results and the ratio of initial discharge capacity / high rate discharge capacity.

Figure 0004483253
Figure 0004483253

表1から本発明に係るリチウム二次電池用正極材料を用いて作製したリチウム二次電池は、レート特性が向上していることがわかる。Fe(II)/Fe(III)のモル比が1〜50の正極材料を用いることによりレート特性が向上する理由については明らかではないが、2価の鉄と3価の鉄からなるリチウム鉄リン酸化合物が一次粒子結晶レベルで混在するような粒子形態をとることにより、2価の鉄のリチウム鉄リン酸化合物のみが存在する場合とは異なる粒子形態となり、この粒子形態が高い電流密度にも応答しやすい状態であるためと推測される。   Table 1 shows that the lithium secondary battery produced using the positive electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention has improved rate characteristics. Although it is not clear why the rate characteristics are improved by using a positive electrode material having a Fe (II) / Fe (III) molar ratio of 1 to 50, lithium iron phosphorus composed of divalent iron and trivalent iron By taking the particle form in which the acid compound is mixed at the primary particle crystal level, the particle form is different from the case where only the divalent iron lithium iron phosphate compound exists, and this particle form also has a high current density. This is presumed to be because it is easy to respond.

Claims (8)

2価の鉄[Fe(II)]及び3価の鉄[Fe(III)]からなるリチウム鉄リン酸化合物を含むリチウム二次電池用正極材料において、2価の鉄のリチウム鉄リン酸化合物が、オリビン構造を有するLiFePOであり、3価の鉄のリチウム鉄リン酸化合物が、LiFe(POであって、3価の鉄の鉄酸化物として、Fe を含み、Fe(II)/Fe(III)のモル比が1〜50であることを特徴とするリチウム二次電池用正極材料。 In a positive electrode material for a lithium secondary battery including a lithium iron phosphate compound composed of divalent iron [Fe (II)] and trivalent iron [Fe (III)], a lithium iron phosphate compound of divalent iron LiFePO 4 having an olivine structure, the lithium iron phosphate compound of trivalent iron is Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 , and Fe 2 O 3 is used as the iron oxide of trivalent iron. A positive electrode material for a lithium secondary battery, wherein the molar ratio of Fe (II) / Fe (III) is 1 to 50. BET比表面積が、0.5〜3m/gであることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用正極材料。 BET specific surface area is 0.5-3 m < 2 > / g, The positive electrode material for lithium secondary batteries of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. 2価の鉄[Fe(II)]及び3価の鉄[Fe(III)]からなるリチウム鉄リン酸化合  Lithium iron phosphoric acid compound composed of divalent iron [Fe (II)] and trivalent iron [Fe (III)]
物を含むリチウム二次電池用正極材料において、2価の鉄のリチウム鉄リン酸化合物が、オリビン構造を有するLiFePOLithium secondary battery positive electrode material containing lithium, a lithium iron phosphate compound of divalent iron is LiFePO having an olivine structure 4 であり、3価の鉄のリチウム鉄リン酸化合物が、LiLithium iron phosphate compound of trivalent iron is Li 3 FeFe 2 (PO(PO 4 ) 3 であって、Fe(II)/Fe(III)のモル比が1〜50でありAnd the molar ratio of Fe (II) / Fe (III) is 1-50.
、BET比表面積が、0.5〜3m, BET specific surface area is 0.5-3m 2 /gであることを特徴とするリチウム二次電池用正極材料。 / G for a positive electrode material for a lithium secondary battery.
リン化合物原料のリン1モルに対して、リチウム化合物原料のリチウム1.02モル以上、1.2モル以下、2価の鉄化合物原料の鉄0.5モル以上、0.98モル以下、及び3価の鉄化合物原料の鉄0.02モル以上、0.5モル以下を混合した後、1×10−3atm以下の酸素分圧の雰囲気下で焼成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のリチウム二次電池正極材料の製造方法。 1.02 mol or more and 1.2 mol or less of lithium of the lithium compound material, and 0.5 mol or more and 0.98 mol or less of the iron of the divalent iron compound material with respect to 1 mol of phosphorus of the phosphorus compound material, and 3 The iron of the valence iron compound raw material is mixed in an amount of 0.02 mol to 0.5 mol and calcined in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 1 × 10 −3 atm or less. The manufacturing method of the lithium secondary battery positive electrode material in any one of these. リン化合物原料のリン1モルに対して、リチウム化合物原料のリチウム1.02モル以上1.2モル以下、2価の鉄化合物原料の鉄1モルの割合で混合した後、1×10 −4 atm以上、5×10−3atm以下の酸素分圧に制御された雰囲気下で焼成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のリチウム二次電池正極材料の製造方法。 1 × 10 −4 atm after mixing at a ratio of 1.02 mol to 1.2 mol of lithium of the lithium compound raw material and 1 mol of iron of the divalent iron compound raw material to 1 mol of phosphorus of the phosphorus compound raw material The method for producing a positive electrode material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein firing is performed in an atmosphere controlled to an oxygen partial pressure of 5 × 10 -3 atm or less. 集電体上に、請求項1乃至3のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極材料と結着剤とを含有する正極活物質層を有することを特徴とするリチウム二次電池用正極。   A positive electrode for a lithium secondary battery comprising a positive electrode active material layer containing the positive electrode material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3 and a binder on a current collector. リチウムを吸蔵・放出可能な負極、リチウム塩を電解質として含有する非水電解液及びリチウムを吸蔵・放出可能な正極を備えたリチウム二次電池であって、正極が請求項6記載の正極であることを特徴とするリチウム二次電池。   A lithium secondary battery comprising a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt as an electrolyte, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, wherein the positive electrode is the positive electrode according to claim 6. A lithium secondary battery characterized by that. 2価の鉄[Fe(II)]及び3価の鉄[Fe(III)]からなるリチウム鉄リン酸化合
物を含むリチウム二次電池用正極材料において、Fe(II)/Fe(III)のモル比が1
〜50であることを特徴とするリチウム二次電池用正極材料の製造方法であって、リン化合物原料のリン1モルに対して、リチウム化合物原料のリチウム1.02モル以上、1.2モル以下、2価の鉄化合物原料の鉄0.5モル以上、0.98モル以下、及び3価の鉄化合物原料の鉄0.02モル以上、0.5モル以下を混合した後、1×10−3atm以下の酸素分圧の雰囲気下で焼成することを特徴とするリチウム二次電池正極材料の製造方法。
In a positive electrode material for a lithium secondary battery including a lithium iron phosphate compound composed of divalent iron [Fe (II)] and trivalent iron [Fe (III)], the mole of Fe (II) / Fe (III) Ratio is 1
It is a manufacturing method of the positive electrode material for lithium secondary batteries characterized by being -50, Comprising: 1.02 mol or more and 1.2 mol or less of lithium of a lithium compound raw material with respect to 1 mol of phosphorus of a phosphorus compound raw material After mixing 0.5 mol or more and 0.98 mol or less of iron of the divalent iron compound raw material and 0.02 mol or more and 0.5 mol or less of iron of the trivalent iron compound raw material, 1 × 10 − A method for producing a positive electrode material for a lithium secondary battery, comprising firing in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 3 atm or less.
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