JP6428996B2 - Mixed active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、リチウム二次電池用混合活物質、その混合活物質を含有するリチウム二次電池用電極、及びその電極を備えたリチウム二次電池に関する。 The present invention relates to a mixed active material for a lithium secondary battery, an electrode for a lithium secondary battery containing the mixed active material, and a lithium secondary battery including the electrode.
現在、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池、特にリチウム二次電池は、携帯用端末等に広く搭載されている。これらの非水電解質二次電池には、正極活物質として主にLiCoO2が用いられている。しかし、LiCoO2の放電容量は120〜130mAh/g程度である。 Currently, non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries, in particular lithium secondary batteries, are widely installed in portable terminals and the like. In these nonaqueous electrolyte secondary batteries, LiCoO 2 is mainly used as a positive electrode active material. However, the discharge capacity of LiCoO 2 is about 120 to 130 mAh / g.
また、リチウム二次電池用正極活物質材料として、LiCoO2と他の化合物との固溶体が知られている。α−NaFeO2型結晶構造を有し、LiCoO2、LiNiO2及びLiMnO2の3つの成分の固溶体であるLi[Co1−2xNixMnx]O2(0<x≦1/2)」が、2001年に発表された。前記固溶体の一例である、LiNi1/2Mn1/2O2やLiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2は、150〜180mAh/gの放電容量を有しており、充放電サイクル性能の点でも優れる。 Further, a solid solution of LiCoO 2 and other compounds is known as a positive electrode active material for a lithium secondary battery. Li [Co 1-2x Ni x Mn x ] O 2 (0 <x ≦ 1/2) having a α-NaFeO 2 type crystal structure and being a solid solution of three components of LiCoO 2 , LiNiO 2 and LiMnO 2 Was announced in 2001. LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 and LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , which are examples of the solid solution, have a discharge capacity of 150 to 180 mAh / g, and are charged and discharged. Excellent cycle performance.
上記のようないわゆる「LiMeO2型」活物質に対し、遷移金属(Me)の比率に対するリチウム(Li)の組成比率Li/Meが1より大きく、例えばLi/Meが1.25〜1.6であるいわゆる「リチウム過剰型」活物質が知られている(たとえば、特許文献1及び2参照)。このような材料は、Li1+αMe1−αO2(α>0)と表記することができる。ここで、遷移金属(Me)の比率に対するリチウム(Li)の組成比率Li/Meをβとすると、β=(1+α)/(1−α)であるから、例えば、Li/Meが1.5のとき、α=0.2である。 For the so-called “LiMeO 2 type” active material as described above, the composition ratio Li / Me of lithium (Li) with respect to the ratio of transition metal (Me) is larger than 1, for example, Li / Me is 1.25 to 1.6. There are known so-called “lithium-rich” active materials (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Such a material can be expressed as Li 1 + α Me 1-α O 2 (α> 0). Here, when the composition ratio Li / Me of lithium (Li) with respect to the ratio of the transition metal (Me) is β, β = (1 + α) / (1-α), and thus, for example, Li / Me is 1.5. In this case, α = 0.2.
特許文献1及び2には、上記のような活物質が記載されている。また、これらの特許文献には、前記活物質を用いた電池の製造方法として、4.3V(vs.Li/Li+)を超え4.8V以下(vs.Li/Li+)の正極電位範囲に出現する、電位変化が比較的平坦な領域に少なくとも至る充電を行う製造工程を設けることにより、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.3V(vs.Li/Li+)以下又は4.4V(vs.Li/Li+)未満である充電方法が採用された場合であっても、180mAh/g以上の放電容量が得られる電池を製造できることが記載されている。 Patent Documents 1 and 2 describe active materials as described above. Further, in these patent documents, a positive electrode potential range of 4.3 V (vs. Li / Li + ) and 4.8 V or less (vs. Li / Li + ) is described as a battery manufacturing method using the active material. In this case, the maximum potential of the positive electrode during charging is 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less. Or even if it is a case where the charge method which is less than 4.4V (vs.Li/Li <+> ) is employ | adopted, it describes that the battery which can obtain the discharge capacity of 180 mAh / g or more can be manufactured.
このように、いわゆる「LiMeO2型」正極活物質の場合とは異なり、いわゆる「リチウム過剰型」正極活物質では、少なくとも最初の充電において4.3Vを超える比較的高い電位、特に4.4V以上の電位に至って行うことにより、高い放電容量が得られるという特徴がある。 Thus, unlike the so-called “LiMeO 2 type” positive electrode active material, the so-called “lithium-excess type” positive electrode active material has a relatively high potential exceeding 4.3 V, particularly 4.4 V or more, at least in the first charge. A characteristic is that a high discharge capacity can be obtained by carrying out the process to a potential of.
また、平均粒子径及び組成の異なる2種類の活物質を混合して、体積エネルギー密度等を向上させたリチウム二次電池用活物質又は電極の発明が公知である(例えば、特許文献3〜6参照)。 Moreover, the invention of the active material for lithium secondary batteries which improved the volume energy density etc. by mixing two types of active materials from which an average particle diameter and a composition differ is known (for example, patent documents 3-6) reference).
特許文献3には、「集電体の上に活物質層用スラリーを塗布し、乾燥させることにより電池用電極を製造する方法であって、前記スラリーは、第1の活物質を主成分とする多孔質構造の第1電極材料と、第2の活物質を主成分とする緻密構造の第2電極材料と、導電助剤及びバインダと、を含むことを特徴とする電池用電極の製造方法。」(請求項1)の発明が記載され、この発明の課題として、「電極層の厚みを厚くしても電池のエネルギー密度の低下を抑制でき、出力性能への影響を抑制できる電池用電極の製造方法を提供すること」(段落[0008])が示されている。 Patent Document 3 states that “a method of manufacturing a battery electrode by applying a slurry for an active material layer on a current collector and drying the slurry, wherein the slurry includes a first active material as a main component. A method for producing a battery electrode, comprising: a first electrode material having a porous structure, a second electrode material having a dense structure mainly composed of a second active material, and a conductive additive and a binder. (Claim 1) is described, and as an object of the present invention, "a battery electrode capable of suppressing a decrease in energy density of the battery even when the electrode layer is thick and suppressing an influence on output performance" Is provided "(paragraph [0008]).
特許文献4には、充電可能なリチウム2次電池用の粉体状の電極活物質であって、粒度依存性の組成を有するリチウム遷移金属酸化物LiaMbO2からなり、〔上記式中、0.9<a<1.1であり、0.9<b<1.1であり、Mは、Mn、Co及びNiから選ばれた遷移金属である〕粒子は粒度勾配を有してなり、前記粒度に応じてMの組成が変わるものであり、前記粒度の増加に応じて、1粒子におけるCoの成分比が増加するものであり、かつ、前記粒度の増加に応じて、1粒子におけるMnの成分比が減少するものであり、全ての前記粒子の全てのバルクが層状の結晶構造を有してなり、大径粒子と小径粒子とを有してなり、前記大径粒子が、組成LiaMbO2を有してなり、〔上記式中、M=MnxNiy(Co1−x−y)であり、x+y<0.35である〕前記小径粒子が、異なる組成のLiaMbO2〔上記式中、M=Mnx’Niy’(Co1−x’−y’)であり、少なくとも10%少ないコバルト(1−x’−y’)<0.9*(1−x−y)、及び、少なくとも5%多いマンガン(x’−x>0.05)を有してなる〕を有してなる、粉体状の電極活物質。」(請求項1)の発明が記載され、この発明の目的として、「高い体積測定エネルギー密度、重量測定エネルギー密度のみならず、安価で高いサイクル安定性及び安全性を有する電極活物質を提供する」(段落[0017])ことが示されている。 Patent Document 4 discloses a powdery electrode active material for a rechargeable lithium secondary battery, which is composed of a lithium transition metal oxide Li a M b O 2 having a particle size-dependent composition, In which 0.9 <a <1.1, 0.9 <b <1.1, and M is a transition metal selected from Mn, Co, and Ni) The particles have a particle size gradient The composition of M changes depending on the particle size, the component ratio of Co in one particle increases as the particle size increases, and 1 increases as the particle size increases. The component ratio of Mn in the particles decreases, all the bulks of all the particles have a layered crystal structure, large particles and small particles, and the large particles , it has a composition Li a M b O 2, [in the formula, M = Mn x Ni y ( Co -X-y) a and, x + y <0.35] the small particles, of a different composition Li a M b O 2 [in the formula, M = Mn x 'Ni y ' (Co 1-x'- y ′ ), at least 10% less cobalt (1-x′-y ′) <0.9 * (1-xy), and at least 5% more manganese (x′-x> 0.05) A powdered electrode active material. The invention of (Claim 1) is described, and as an object of the present invention, "not only a high volumetric energy density and a gravimetric energy density but also an electrode active material that is inexpensive and has high cycle stability and safety" is provided. (Paragraph [0017]).
特許文献5には、「3.0μm≦D25≦10.0μm、5.0μm≦D50≦20.0μm及び10.0μm≦D75≦25.0μmの体積粒子分布を有する第1リチウムニッケル複合酸化物と、0.01μm≦D25≦5.0μm、1.0μm≦D50≦10.0μm及び5.0μm≦D75≦15.0μmの体積粒子分布を有する第2リチウムニッケル複合酸化物と、を含むことを特徴とする、リチウム電池用正極活物質。」(請求項1)の発明が記載され、この発明の目的として、「充填密度を向上させ、熱的安定性を確保すると同時に、容量を改善させることが可能な、新規かつ改良された正極活物質、並びにこの正極活物質を採用した正極及びリチウム電池を提供すること」(段落[0007])が示されている。 Patent Document 5 states that “a first lithium nickel composite oxide having a volume particle distribution of 3.0 μm ≦ D25 ≦ 10.0 μm, 5.0 μm ≦ D50 ≦ 20.0 μm and 10.0 μm ≦ D75 ≦ 25.0 μm; A second lithium nickel composite oxide having a volume particle distribution of 0.01 μm ≦ D25 ≦ 5.0 μm, 1.0 μm ≦ D50 ≦ 10.0 μm and 5.0 μm ≦ D75 ≦ 15.0 μm. The positive electrode active material for a lithium battery is described. (Claim 1) The invention of the present invention is described. As an object of the present invention, "improvement of packing density and thermal stability, and at the same time improving capacity" It is possible to provide a new and improved positive electrode active material, and a positive electrode and a lithium battery employing this positive electrode active material "(paragraph [0007]).
特許文献6には、「Li[Li1/3M1 2/3]O2(a)(式中、M1は1種以上の金属元素であって平均価数が4価である。)と、LiM2O2(b)(式中、M2は1種以上の金属元素であって平均価数が3価である。)との固溶体を用いた固溶体正極材料において、メディアン径の異なる複数の固溶体を組み合わせてなる固溶体正極材料。」(請求項1)の発明が記載され、この発明の目的として、「タップ密度が改善され、体積当りの容量密度が向上してなるリチウムイオン電池用正極材料を提供すること」(段落[0008])が示されている。 Patent Document 6 states that “Li [Li 1/3 M 1 2/3 ] O 2 (a) (wherein M 1 is one or more metal elements and has an average valence of 4). And LiM 2 O 2 (b) (wherein M 2 is one or more metal elements and the average valence is trivalent), the median diameter differs in the solid solution positive electrode material using the solid solution A solid solution positive electrode material formed by combining a plurality of solid solutions. "(Claim 1) is described. As an object of this invention," a tap density is improved and a capacity density per volume is improved. Providing a cathode material "(paragraph [0008]) is shown.
上記したいわゆる「リチウム過剰型」活物質は、概して、いわゆる「LiMeO2型」活物質よりも高容量であるが、高率放電性能に劣ることが知られている。また、「リチウム過剰型」活物質において、前駆体に炭酸塩を用いることで、この高率放電性能が改善できることもわかっている。しかしながら、炭酸塩前駆体を用いた活物質は、電極プレス加工時に活物質の割れが生じ易く、電極の高密度化を図ることが難しいことがわかった。一方、水酸化物前駆体を用いた活物質は、炭酸塩前駆体を用いた活物質と比較して、高率放電性能に劣ることがわかっている。
また、上記のように、平均粒子径及び組成の異なる2種類の活物質を混合して、リチウム二次電池用活物質又は電極とした発明が公知であるが、高率放電性能や電極加工性を向上させることは示されていない。
The so-called “lithium-rich” active materials described above generally have a higher capacity than the so-called “LiMeO 2 type” active materials, but are known to be inferior in high rate discharge performance. It has also been found that this high rate discharge performance can be improved by using carbonate as the precursor in the “lithium-rich” active material. However, it has been found that the active material using the carbonate precursor is prone to cracking of the active material during electrode pressing, and it is difficult to increase the density of the electrode. On the other hand, it has been found that an active material using a hydroxide precursor is inferior in high rate discharge performance compared to an active material using a carbonate precursor.
Further, as described above, there is known an invention in which two types of active materials having different average particle diameters and compositions are mixed to form an active material or electrode for a lithium secondary battery. However, high-rate discharge performance and electrode workability are known. It has not been shown to improve.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、高率放電性能及び電極加工性が優れたリチウム二次電池用混合活物質、その混合活物質を用いた電極及びリチウム二次電池を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a mixed active material for a lithium secondary battery excellent in high-rate discharge performance and electrode processability, an electrode using the mixed active material, and a lithium secondary battery The task is to do.
本発明の構成及び作用効果について、技術思想を交えて説明する。但し、作用機構については推定を含んでおり、その正否は、本発明を制限するものではない。なお、本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、後述の実施の形態若しくは実験例は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。 The configuration and operational effects of the present invention will be described with the technical idea. However, the action mechanism includes estimation, and the correctness does not limit the present invention. It should be noted that the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. For this reason, the following embodiments or experimental examples are merely examples in all respects and should not be interpreted in a limited manner. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
(1)α−NaFeO2構造を有し、遷移金属(Me)がCo、Ni及びMnを含み、前記遷移金属に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1より大きい、平均粒子径D50が異なる2種類のリチウム遷移金属複合酸化物粒子を含有するリチウム二次電池用混合活物質であって、平均粒子径D50の大きい第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、平均粒子径D50が5μm以上であり、平均粒子径D50の小さい第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、平均粒子径D50が5μm以下であり、両者の差が少なくとも2μmであり、前記平均粒子径D50の大きい第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた微分細孔容積が最大値を示す細孔径が30〜40nmの範囲で、ピーク微分細孔容積が0.8mm3/(g・nm)以上であり、前記平均粒子径D50の小さい第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた微分細孔容積が最大値を示す細孔径が50〜70nmの範囲で、ピーク微分細孔容積が0.5mm3/(g・nm)以下であることを特徴とするリチウム二次電池用混合活物質。
(2)前記(1)のリチウム二次電池用混合活物質を含有するリチウム二次電池用電極。
(3)前記(2)のリチウム二次電池用電極を備えたリチウム二次電池。
In the present invention, in order to solve the above problems, the following means are adopted.
(1) It has an α-NaFeO 2 structure, the transition metal (Me) contains Co, Ni and Mn, the molar ratio Li / Me of lithium (Li) to the transition metal is larger than 1, and the average particle diameter D50 is a different two lithium secondary battery mixing active material containing a lithium transition metal composite oxide particles, a large first lithium transition metal composite oxide particle having an average particle diameter D50 is an average particle size D50 The second lithium transition metal composite oxide particles having a small average particle diameter D50 of 5 μm or more have an average particle diameter D50 of 5 μm or less, a difference between them of at least 2 μm, and a large average particle diameter D50. One lithium transition metal composite oxide particle has a pore diameter in the range of 30 to 40 nm where the differential pore volume obtained by the BJH method from the adsorption isotherm using the nitrogen gas adsorption method shows the maximum value. And a peak differential pore volume is 0.8mm 3 / (g · nm) or more, the average particle size D50 of smaller second lithium transition metal composite oxide particles, the nitrogen gas adsorption method from an adsorption isotherm using The differential pore volume obtained by the BJH method has a maximum pore diameter in the range of 50 to 70 nm, and the peak differential pore volume is 0.5 mm 3 / (g · nm) or less. Mixed active material for secondary batteries.
( 2 ) The electrode for lithium secondary batteries containing the mixed active material for lithium secondary batteries of said (1 ) .
( 3 ) The lithium secondary battery provided with the electrode for lithium secondary batteries of said ( 2 ).
本発明によれば、平均粒子径D50の異なる2種類のリチウム遷移金属複合酸化物粒子を含有する高率放電性能及び電極加工性が優れたリチウム二次電池用混合活物質、その混合活物質を用いた電極及びリチウム二次電池を提供することができる。 According to the present invention, a mixed active material for a lithium secondary battery excellent in high-rate discharge performance and electrode processability, containing two types of lithium transition metal composite oxide particles having different average particle diameters D50 , and the mixed active material The used electrode and lithium secondary battery can be provided.
本発明に係るリチウム二次電池用活物質が含有するリチウム遷移金属複合酸化物の組成は、高い放電容量が得られる点から、Co、Ni及びMnを含む遷移金属元素Me、並びに、Liを含有し、遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1より大きい、典型的には、Li1+αMe1−αO2(α>0)と表記することができる、いわゆる「リチウム過剰型」のものである。 The composition of the lithium transition metal composite oxide contained in the active material for a lithium secondary battery according to the present invention includes a transition metal element Me containing Co, Ni and Mn, and Li from the point that a high discharge capacity can be obtained. The molar ratio Li / Me of the lithium (Li) to the transition metal (Me) is larger than 1, typically, Li 1 + α Me 1-α O 2 (α> 0), which can be expressed as a so-called “ “Lithium-rich” type.
本発明において、組成式Li1+αMe1−αO2において(1+α)/(1−α)で表される遷移金属元素Meに対するLiのモル比Li/Meは、1.2(α=0.09)より大きく、及び1.6(α=0.23)より小さくすることで、放電容量が大きく、及び高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得ることができるので、1.2<(1+α)/(1−α)<1.6とすることが好ましい。Li/Me比が1.2以下では、放電容量が小さくなると共に、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子のピーク微分細孔容積が0.5mm3/(g・nm)を超えて、高率放電性能が悪くなり、Li/Me比が1.6以上では、第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子のピーク微分細孔容積が0.8mm3/(g・nm)未満となり、高率放電性能が悪くなる。
なかでも、放電容量が特に大きく、及び高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得ることができるという観点から、第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は1.25≦(1+α)/(1−α)≦1.5とすることがより好ましく、1.25≦(1+α)/(1−α)≦1.4とすることが特に好ましい。また、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子としては1.3≦(1+α)/(1−α)≦1.55とすることがより好ましく、1.35≦(1+α)/(1−α)≦1.5とすることが特に好ましい。
さらに、放電容量が特に大きく、及び高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得ることができるという観点から、第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子及び第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は1.25≦(1+α)/(1−α)≦1.55とすることがより好ましく、1.25≦(1+α)/(1−α)≦1.5とすることが特に好ましい。
In the present invention, the molar ratio Li / Me of Li to the transition metal element Me represented by (1 + α) / (1-α) in the composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 is 1.2 (α = 0.0. 09) and smaller than 1.6 (α = 0.23), a lithium secondary battery having a large discharge capacity and excellent high-rate discharge performance can be obtained. It is preferable that (1 + α) / (1−α) <1.6. When the Li / Me ratio is 1.2 or less, the discharge capacity decreases, and the peak differential pore volume of the second lithium transition metal composite oxide particles exceeds 0.5 mm 3 / (g · nm) When the Li / Me ratio is 1.6 or more, the peak differential pore volume of the first lithium transition metal composite oxide particle is less than 0.8 mm 3 / (g · nm), and the high rate Discharge performance deteriorates.
Among these, from the viewpoint that a lithium secondary battery having a particularly large discharge capacity and excellent high rate discharge performance can be obtained, the first lithium transition metal composite oxide particles are 1.25 ≦ (1 + α) / ( 1−α) ≦ 1.5 is more preferable, and 1.25 ≦ (1 + α) / (1−α) ≦ 1.4 is particularly preferable. The second lithium transition metal composite oxide particles are more preferably 1.3 ≦ (1 + α) / (1-α) ≦ 1.55, and 1.35 ≦ (1 + α) / (1-α ) ≦ 1.5 is particularly preferable.
Furthermore, the first lithium transition metal composite oxide particles and the second lithium transition metal composite oxide particles from the viewpoint that a lithium secondary battery having a particularly large discharge capacity and excellent high rate discharge performance can be obtained. Is more preferably 1.25 ≦ (1 + α) / (1-α) ≦ 1.55, and particularly preferably 1.25 ≦ (1 + α) / (1-α) ≦ 1.5.
本発明においては、放電容量が大きく、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得ることができるという点で、遷移金属元素Meに対するCoのモル比Co/Meは、0.05〜0.40とすることが好ましく、0.10〜0.30とすることがより好ましい。 In the present invention, the molar ratio Co / Me of Co to the transition metal element Me is 0.05 to 0.00 in that a lithium secondary battery having a large discharge capacity and excellent high rate discharge performance can be obtained. 40 is preferable, and 0.10 to 0.30 is more preferable.
また、放電容量が大きく、高率放電性能及びサイクル特性が優れたリチウム二次電池を得るために、遷移金属元素Meに対するMnのモル比Mn/Meは0.5より大きくすることが好ましい。LiMeO2型リチウム遷移金属複合酸化物では、モル比Mn/Meを0.5より大きくした場合、充電をするとスピネル転移が起こり、α−NaFeO2構造に帰属される構造を有さないものとなり、リチウム二次電池用活物質として問題があったのに対し、リチウム過剰型リチウム遷移金属複合酸化物では、モル比Mn/Meを0.5より大きくして充電をした場合でも、α−NaFeO2構造を維持できるものであるから、モル比Mn/Meが0.5より大きいという構成は、いわゆるリチウム過剰型リチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質を特徴付けるものである。モル比Mn/Meは0.5超〜0.8が好ましく、0.5超〜0.75がより好ましい。 Further, in order to obtain a lithium secondary battery having a large discharge capacity and excellent high-rate discharge performance and cycle characteristics, the molar ratio of Mn to transition metal element Me, Mn / Me, is preferably larger than 0.5. In the LiMeO 2 type lithium transition metal composite oxide, when the molar ratio Mn / Me is larger than 0.5, spinel transition occurs when charging, and it does not have a structure attributed to the α-NaFeO 2 structure. While there was a problem as an active material for a lithium secondary battery, the lithium-excess type lithium transition metal composite oxide had α-NaFeO 2 even when charged with a molar ratio Mn / Me larger than 0.5. Since the structure can be maintained, the configuration in which the molar ratio Mn / Me is larger than 0.5 characterizes the positive electrode active material made of a so-called lithium-excess type lithium transition metal composite oxide. The molar ratio Mn / Me is preferably more than 0.5 to 0.8, more preferably more than 0.5 to 0.75.
本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、典型例としては、一般式Li1+α(CoaNibMnc)1−αO2、但し、α>0、a+b+c=1、a>0、b>0、c>0で表わされるものであり、本質的に、Li、Co、Ni及びMnからなる複合酸化物であるが、放電容量を向上させるために、Naを1000ppm以上含ませることが好ましい。Naの含有量は、2000〜10000ppmがより好ましい。 The lithium transition metal composite oxide according to the present invention typically has a general formula of Li 1 + α (Co a Ni b Mn c ) 1-α O 2 , where α> 0, a + b + c = 1, a> 0, b > 0, c> 0, which is essentially a composite oxide composed of Li, Co, Ni, and Mn. In order to improve the discharge capacity, it is preferable that Na be included at 1000 ppm or more. . As for content of Na, 2000-10000 ppm is more preferable.
Naを含有させるために、後述する水酸化物前駆体又は炭酸塩前駆体を作製する工程において、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を中和剤として使用し、洗浄工程でNaを残存させるか、及び、その後の焼成工程において炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を添加する方法を採用することができる。 In order to contain Na, a sodium precursor such as sodium hydroxide or sodium carbonate is used as a neutralizing agent in the step of preparing a hydroxide precursor or carbonate precursor described later, and Na remains in the washing step. Alternatively, a method of adding a sodium compound such as sodium carbonate in the subsequent firing step can be employed.
また、本発明の効果を損なわない範囲で、Na以外のアルカリ金属、Mg,Ca等のアルカリ土類金属、Fe,Zn等の3d遷移金属に代表される遷移金属など少量の他の金属を含有することを排除するものではない。 In addition, a small amount of other metals such as alkali metals other than Na, alkaline earth metals such as Mg and Ca, transition metals typified by 3d transition metals such as Fe and Zn, and the like are included as long as the effects of the present invention are not impaired. It does not exclude doing.
本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、α−NaFeO2構造を有している。合成後(充放電を行う前)の上記リチウム遷移金属複合酸化物は、空間群P3112あるいはR3−mに帰属される。このうち、空間群P3112に帰属されるものには、CuKα管球を用いたエックス線回折図上、2θ=21°付近に超格子ピーク(Li[Li1/3Mn2/3]O2型の単斜晶に見られるピーク)が確認される。ところが、一度でも充電を行い、結晶中のLiが脱離すると結晶の対称性が変化することにより、上記超格子ピークが消滅して、上記リチウム遷移金属複合酸化物は空間群R3−mに帰属されるようになる。ここで、P3112は、R3−mにおける3a、3b、6cサイトの原子位置を細分化した結晶構造モデルであり、R3−mにおける原子配置に秩序性が認められるときに該P3112モデルが採用される。なお、「R3−m」は本来「R3m」の「3」の上にバー「−」を施して表記すべきものである。 The lithium transition metal composite oxide according to the present invention has an α-NaFeO 2 structure. The lithium transition metal composite oxide after synthesis (before charging and discharging) is attributed to the space group P3 1 12 or R3-m. Among these, those belonging to the space group P3 1 12 are superlattice peaks (Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 near 2θ = 21 ° on the X-ray diffraction diagram using the CuKα tube. The peak observed in the monoclinic type) is confirmed. However, when charging is performed once and Li in the crystal is desorbed, the symmetry of the crystal changes, whereby the superlattice peak disappears and the lithium transition metal composite oxide belongs to the space group R3-m. Will come to be. Here, P3 1 12 is a crystal structure model in which the atomic positions of the 3a, 3b, and 6c sites in R3-m are subdivided, and when ordering is recognized in the atomic arrangement in R3-m, the P3 1 12 model Is adopted. Note that “R3-m” should be represented by adding a bar “-” on “3” of “R3m”.
本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、エックス線回折パターンを元に空間群R3−mを結晶構造モデルに用いたときに(003)面に帰属される回折ピークの半値幅が0.18°〜0.22°の範囲であることが好ましい。こうすることにより、正極活物質の放電容量を大きくし、高率放電性能を向上させることが可能となる。なお、CuKα管球を用いたときに現れる2θ=18.6°±1°の回折ピークは、空間群P3112及びR3−mではミラー指数hklにおける(003)面に指数付けされる。 The lithium transition metal composite oxide according to the present invention has a half-width of the diffraction peak attributed to the (003) plane of 0.18 ° when the space group R3-m is used as a crystal structure model based on the X-ray diffraction pattern. It is preferable to be in the range of ~ 0.22 °. By doing so, it is possible to increase the discharge capacity of the positive electrode active material and improve the high rate discharge performance. A diffraction peak of 2θ = 18.6 ° ± 1 ° that appears when using a CuKα tube is indexed to the (003) plane in the Miller index hkl in the space groups P3 1 12 and R3-m.
また、リチウム遷移金属複合酸化物は、過充電中に構造変化しないことが好ましい。これは、電位5.0V(vs.Li/Li+)まで電気化学的に酸化したとき、エックス線回折図上空間群R3−mに帰属される単一相として観察されることにより確認できる。これにより、充放電サイクル性能が優れたリチウム二次電池を得ることができる。 Moreover, it is preferable that a lithium transition metal complex oxide does not change a structure during overcharge. This can be confirmed by being observed as a single phase belonging to the space group R3-m on the X-ray diffraction diagram when electrochemically oxidized to a potential of 5.0 V (vs. Li / Li + ). Thereby, the lithium secondary battery excellent in charge / discharge cycle performance can be obtained.
さらに、リチウム遷移金属複合酸化物は、エックス線回折パターンを基にリートベルト法による結晶構造解析から求められる酸素位置パラメータが、2V(vs.Li/Li+)の放電末において0.262以下、過充電化成後の4.3V(vs.Li/Li+)の充電末において0.267以上であることが好ましい。これにより、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得ることができる。なお、酸素位置パラメータとは、空間群R3−mに帰属されるリチウム遷移金属複合酸化物のα―NaFeO2型結晶構造について、Me(遷移金属)の空間座標を(0,0,0)、Li(リチウム)の空間座標を(0,0,1/2)、O(酸素)の空間座標を(0,0,z)と定義したときの、zの値をいう。即ち、酸素位置パラメータは、O(酸素)位置がMe(遷移金属)位置からどれだけ離れているかを示す相対的な指標となる(特許文献2参照)。 Further, the lithium transition metal composite oxide has an oxygen positional parameter obtained from a crystal structure analysis by the Rietveld method based on the X-ray diffraction pattern, which is 0.262 or less at the end of the discharge of 2 V (vs. Li / Li + ). It is preferable that it is 0.267 or more at the end of charge of 4.3 V (vs. Li / Li + ) after the charge conversion. Thereby, a lithium secondary battery excellent in high rate discharge performance can be obtained. Note that the oxygen positional parameter is Me (transition metal) spatial coordinates (0, 0, 0) for the α-NaFeO 2 type crystal structure of the lithium transition metal composite oxide belonging to the space group R3-m, This is the value of z when the spatial coordinates of Li (lithium) are defined as (0, 0, 1/2) and the spatial coordinates of O (oxygen) are defined as (0, 0, z). In other words, the oxygen position parameter is a relative index indicating how far the O (oxygen) position is from the Me (transition metal) position (see Patent Document 2).
本発明に係る正極活物質は、高率放電性能及び電極加工性(プレス加工性)を向上させるために、平均粒子径D50の異なる2種類のリチウム遷移金属複合酸化物粒子を含有する。平均粒子径D50の大きいリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、炭酸塩前駆体から作製され、平均粒子径D50の小さいリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、水酸化物前駆体から作製される。
炭酸塩前駆体から作製された粒子径の大きいリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、2次粒子の粒度分布における累積体積が50%となる粒子径である平均粒子径D50が、5μm以上であることが好ましく、8μm以上であることがより好ましく、8〜18μmであることが特に好ましい。また、電極加工性(プレス加工性)を向上させるために、水酸化物前駆体から作製された粒子径の小さいリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、平均粒子径D50が、5μm以下であることが好ましく、1〜5μmであることがより好ましい。混合する2種類のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の平均粒子径D50が近いとプレス加工性が悪くなる。
The positive electrode active material according to the present invention contains two types of lithium transition metal composite oxide particles having different average particle diameters D50 in order to improve high rate discharge performance and electrode workability (press workability). The lithium transition metal composite oxide particles having a large average particle diameter D50 are prepared from a carbonate precursor, and the lithium transition metal composite oxide particles having a small average particle diameter D50 are prepared from a hydroxide precursor.
The lithium transition metal composite oxide particles having a large particle diameter produced from the carbonate precursor have an average particle diameter D50, which is a particle diameter at which the cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particles is 50%, is 5 μm or more. Is more preferable, it is more preferable that it is 8 micrometers or more, and it is especially preferable that it is 8-18 micrometers. Moreover, in order to improve electrode workability (press workability), the lithium transition metal composite oxide particles having a small particle diameter produced from the hydroxide precursor have an average particle diameter D50 of 5 μm or less. Is preferable , and it is more preferable that it is 1-5 micrometers. When the average particle diameter D50 of the two types of lithium transition metal composite oxide particles to be mixed is close, the press workability deteriorates.
本発明において、高率放電性能及び電極加工性(プレス加工性)が優れたリチウム二次電池用正極活物質を得るために、平均粒子径D50の大きい第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた微分細孔容積が最大値を示す細孔径が30〜40nmの範囲で、ピーク微分細孔容積が0.8mm3/(g・nm)以上であり、平均粒子径D50の小さい第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた微分細孔容積が最大値を示す細孔径が50〜70nmの範囲で、ピーク微分細孔容積が0.5mm3/(g・nm)以下であり、両者を混合して、活物質とする。
前記平均粒子径D50の大きい第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子と前記平均粒子径D50の小さい第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子との混合割合は、質量比で、70:30〜95:5であることが好ましく、80:20〜90:10であることがより好ましい。
In the present invention, in order to obtain a positive electrode active material for a lithium secondary battery excellent in high rate discharge performance and electrode workability (press workability), the first lithium transition metal composite oxide particles having a large average particle diameter D50 are: , The differential pore volume determined by the BJH method from the adsorption isotherm using the nitrogen gas adsorption method has a maximum pore diameter of 30 to 40 nm, and the peak differential pore volume is 0.8 mm 3 / (g · nm) or more, and the second lithium transition metal composite oxide particles having a small average particle diameter D50 are fine particles having a maximum differential pore volume determined by the BJH method from the adsorption isotherm using the nitrogen gas adsorption method. When the pore diameter is in the range of 50 to 70 nm, the peak differential pore volume is 0.5 mm 3 / (g · nm) or less, and both are mixed to obtain an active material.
The large mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide particles and the average particle size D50 of smaller second lithium transition metal composite oxide particle having an average particle diameter D50 is a weight ratio, 70: 30-95 : 5, more preferably 80:20 to 90:10.
平均粒子径D50が大きく、ピーク微分細孔容積が大きい第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、炭酸塩前駆体から作製することができる。本発明においては、高率放電性能を向上させるために、第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子のピーク微分細孔容積を0.8mm3/(g・nm)以上とするものであり、0.8〜1.7mm3/(g・nm)とすることが好ましい。
平均粒子径D50が小さく、ピーク微分細孔容積が小さい第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、水酸化物前駆体から作製することができる。本発明においては、電極加工性(プレス加工性)を向上させるために、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子のピーク微分細孔容積を0.5mm3/(g・nm)以下とするものであり、0.5〜0.3mm3/(g・nm)とすることが好ましい。
実施例に示すように、リチウム遷移金属複合酸化物の組成、及び活物質の焼成温度等を調製することにより、ピーク微分細孔容積を、上記の範囲とすることができる。
The first lithium transition metal composite oxide particles having a large average particle diameter D50 and a large peak differential pore volume can be produced from a carbonate precursor. In the present invention, in order to improve the high rate discharge performance, the peak differential pore volume of the first lithium transition metal composite oxide particles is set to 0.8 mm 3 / (g · nm) or more. It is preferable to set it as 0.8-1.7mm < 3 > / (g * nm).
The second lithium transition metal composite oxide particles having a small average particle diameter D50 and a small peak differential pore volume can be prepared from a hydroxide precursor. In the present invention, in order to improve electrode workability (press workability), the peak differential pore volume of the second lithium transition metal composite oxide particles is 0.5 mm 3 / (g · nm) or less. It is preferable to set it as 0.5-0.3mm < 3 > / (g * nm).
As shown in the examples, the peak differential pore volume can be adjusted to the above range by adjusting the composition of the lithium transition metal composite oxide, the firing temperature of the active material, and the like.
本発明に係る正極活物質のBET比表面積は、初期効率、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得るために、第一の活物質としては1m2/g以上が好ましく、2〜5m2/gがより好ましく、第二の活物質としては0.5m2/g以上が好ましく、1〜4m2/gがより好ましい。
また、タップ密度は、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得るために、両活物質ともに1.25g/cc以上が好ましく、1.7g/cc以上がより好ましい。
The BET specific surface area of the positive electrode active material according to the present invention is preferably 1 m 2 / g or more as the first active material in order to obtain a lithium secondary battery excellent in initial efficiency and high rate discharge performance, and 2 to 5 m. more preferably 2 / g, preferably at least 0.5 m 2 / g as the second active material, 1 to 4 m 2 / g is more preferable.
Further, the tap density is preferably 1.25 g / cc or more and more preferably 1.7 g / cc or more for both active materials in order to obtain a lithium secondary battery having excellent high rate discharge performance.
次に、本発明のリチウム二次電池用活物質を製造する方法について説明する。
本発明のリチウム二次電池用活物質は、基本的に、活物質を構成する金属元素(Li,Mn,Co,Ni)を目的とする活物質(酸化物)の組成通りに含有する原料を調整し、これを焼成することによって得ることができる。但し、Li原料の量については、焼成中にLi原料の一部が消失することを見込んで、1〜5%程度過剰に仕込むことが好ましい。
目的とする組成の酸化物を作製するにあたり、Li,Co,Ni,Mnのそれぞれの塩を混合・焼成するいわゆる「固相法」や、あらかじめCo,Ni,Mnを一粒子中に存在させた共沈前駆体を作製しておき、これにLi塩を混合・焼成する「共沈法」が知られている。「固相法」による合成過程では、特にMnはCo,Niに対して均一に固溶しにくいため、各元素が一粒子中に均一に分布した試料を得ることは困難である。これまで文献などにおいては固相法によってNiやCoの一部にMnを固溶(LiNi1−xMnxO2など)しようという試みが多数なされているが、「共沈法」を選択する方が原子レベルで均一相を得ることが容易である。そこで、後述する実施例においては、「共沈法」を採用した。
Next, a method for producing the active material for a lithium secondary battery of the present invention will be described.
The active material for a lithium secondary battery of the present invention basically includes a raw material containing a metal element (Li, Mn, Co, Ni) constituting the active material according to the composition of the active material (oxide). It can be obtained by adjusting and baking this. However, with respect to the amount of the Li raw material, it is preferable to add an excess of about 1 to 5% in view of the disappearance of a part of the Li raw material during firing.
In producing an oxide having a desired composition, a so-called “solid phase method” in which salts of Li, Co, Ni, and Mn are mixed and fired, or Co, Ni, and Mn were previously present in one particle. A “coprecipitation method” is known in which a coprecipitation precursor is prepared, and a Li salt is mixed and fired therein. In the synthesis process by the “solid phase method”, especially Mn is difficult to uniformly dissolve in Co and Ni, so it is difficult to obtain a sample in which each element is uniformly distributed in one particle. In literatures and the like, many attempts have been made to dissolve Mn in a part of Ni or Co (LiNi 1-x Mn x O 2 etc.) by solid phase method, but the “coprecipitation method” is selected. It is easier to obtain a homogeneous phase at the atomic level. Therefore, the “coprecipitation method” is employed in the examples described later.
共沈前駆体を作製するにあたって、Co,Ni,MnのうちMnは酸化されやすく、Co,Ni,Mnが2価の状態で均一に分布した共沈前駆体を作製することが容易ではないため、Co,Ni,Mnの原子レベルでの均一な混合は不十分なものとなりやすい。特に本発明の組成範囲においては、Mn比率がCo,Ni比率に比べて高いので、水溶液中の溶存酸素を除去することが特に重要である。溶存酸素を除去する方法としては、酸素を含まないガスをバブリングする方法が挙げられる。酸素を含まないガスとしては、限定されるものではないが、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素(CO2)等を用いることができる。なかでも、共沈炭酸塩前駆体を作製する場合には、酸素を含まないガスとして二酸化炭素を採用すると、炭酸塩がより生成しやすい環境が与えられるため、好ましい。 When preparing a coprecipitation precursor, Mn is easily oxidized among Co, Ni and Mn, and it is not easy to prepare a coprecipitation precursor in which Co, Ni and Mn are uniformly distributed in a divalent state. Uniform mixing at the atomic level of Co, Ni and Mn tends to be insufficient. In particular, in the composition range of the present invention, since the Mn ratio is higher than the Co and Ni ratios, it is particularly important to remove dissolved oxygen in the aqueous solution. Examples of the method for removing dissolved oxygen include a method of bubbling a gas not containing oxygen. The gas not containing oxygen is not limited, but nitrogen gas, argon gas, carbon dioxide (CO 2 ), or the like can be used. Among these, when producing a coprecipitated carbonate precursor, it is preferable to employ carbon dioxide as a gas not containing oxygen because an environment in which carbonate is more easily generated is provided.
溶液中でCo、Ni及びMnを含有する化合物を共沈させて前駆体を製造する工程におけるpHは限定されるものではないが、前記共沈前駆体を共沈水酸化物前駆体として作製しようとする場合には、10〜14とすることができ、前記共沈前駆体を共沈炭酸塩前駆体として作製しようとする場合には、7.5〜11とすることができる。タップ密度を大きくするためには、pHを制御することが好ましい。共沈炭酸塩前駆体については、pHを9.4以下とすることにより、タップ密度を1.25g/cc以上とすることができ、高率放電性能を向上させることができる。さらに、pHを8.0以下とすることにより、粒子成長速度を促進できるので、原料水溶液滴下終了後の撹拌継続時間を短縮できる。 Although the pH in the step of producing a precursor by co-precipitation of a compound containing Co, Ni and Mn in a solution is not limited, an attempt is made to produce the co-precipitation precursor as a co-precipitation hydroxide precursor. When it does, it can be set to 10-14, and when it is going to produce the said coprecipitation precursor as a coprecipitation carbonate precursor, it can be set to 7.5-11. In order to increase the tap density, it is preferable to control the pH. About a coprecipitation carbonate precursor, tap density can be made into 1.25 g / cc or more by making pH into 9.4 or less, and a high rate discharge performance can be improved. Furthermore, since the particle growth rate can be accelerated by adjusting the pH to 8.0 or less, the stirring continuation time after the raw material aqueous solution dropping is completed can be shortened.
前記共沈前駆体は、MnとNiとCoとが均一に混合された化合物であることが好ましい。また、錯化剤を用いた晶析反応等を用いることによって、より嵩密度の大きな前駆体を作製することもできる。その際、Li源と混合・焼成することでより高密度の活物質を得ることができるので電極面積あたりのエネルギー密度を向上させることができる。 The coprecipitation precursor is preferably a compound in which Mn, Ni, and Co are uniformly mixed. In addition, a precursor having a larger bulk density can be produced by using a crystallization reaction using a complexing agent. At that time, a higher density active material can be obtained by mixing and firing with a Li source, so that the energy density per electrode area can be improved.
前記共沈前駆体の原料は、Mn化合物としては酸化マンガン、炭酸マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン等を、Ni化合物としては、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、酢酸ニッケル等を、Co化合物としては、硫酸コバルト、硝酸コバルト、酢酸コバルト等を一例として挙げることができる。 The raw material of the coprecipitation precursor is manganese oxide, manganese carbonate, manganese sulfate, manganese nitrate, manganese acetate, etc. as the Mn compound, and nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel sulfate, nickel nitrate, nickel acetate as the Ni compound. As examples of the Co compound, cobalt sulfate, cobalt nitrate, cobalt acetate, and the like can be given as examples.
本発明においては、アルカリ性を保った反応槽に前記共沈前駆体の原料水溶液を連続的に滴下供給して共沈前駆体を得る反応晶析法を採用する。ここで、中和剤として、リチウム化合物、ナトリウム化合物、カリウム化合物等を使用することができるが、前記共沈前駆体を共沈水酸化物前駆体として作製する場合には、水酸化ナトリウム、水酸化ナトリウムと水酸化リチウム、又は、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合物を使用することが好ましく、また、前記共沈前駆体を共沈炭酸塩前駆体として作製する場合には、炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウムと炭酸リチウム、又は、炭酸ナトリウムと炭酸カリウムの混合物を使用することが好ましい。Naを1000ppm以上残存させるために、炭酸ナトリウム(水酸化ナトリウム)と炭酸リチウム(水酸化リチウム)のモル比であるNa/Li、又は、炭酸ナトリウム(水酸化ナトリウム)と炭酸カリウム(水酸化カリウム)のモル比であるNa/Kは、1/1[M]以上とすることが好ましい。Na/Li又はNa/Kを1/1[M]以上とすることにより、引き続く洗浄工程でNaが除去されすぎて1000ppm未満となってしまう虞を低減できる。 In the present invention, a reaction crystallization method is employed in which a raw material aqueous solution of the coprecipitation precursor is continuously supplied dropwise to a reaction tank that maintains alkalinity to obtain a coprecipitation precursor. Here, lithium compounds, sodium compounds, potassium compounds and the like can be used as the neutralizing agent, but when the coprecipitation precursor is prepared as a coprecipitation hydroxide precursor, sodium hydroxide, hydroxide It is preferable to use a mixture of sodium and lithium hydroxide, or sodium hydroxide and potassium hydroxide, and when preparing the coprecipitation precursor as a coprecipitation carbonate precursor, sodium carbonate, sodium carbonate It is preferable to use lithium carbonate or a mixture of sodium carbonate and potassium carbonate. Na / Li, which is a molar ratio of sodium carbonate (sodium hydroxide) and lithium carbonate (lithium hydroxide), or sodium carbonate (sodium hydroxide) and potassium carbonate (potassium hydroxide) in order to leave Na 1000 ppm or more It is preferable that Na / K which is the molar ratio is 1/1 [M] or more. By setting Na / Li or Na / K to 1/1 [M] or more, it is possible to reduce the possibility that Na will be excessively removed in the subsequent washing step and become less than 1000 ppm.
前記原料水溶液の滴下速度は、生成する共沈前駆体の1粒子内における元素分布の均一性に大きく影響を与える。特にMnは、CoやNiと均一な元素分布を形成しにくいので注意が必要である。好ましい滴下速度については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、30ml/min以下が好ましい。放電容量を向上させるためには、滴下速度は10ml/min以下がより好ましく、5ml/min以下が最も好ましい。 The dropping speed of the raw material aqueous solution greatly affects the uniformity of element distribution in one particle of the coprecipitation precursor to be generated. In particular, Mn is difficult to form a uniform element distribution with Co and Ni, so care must be taken. The preferred dropping rate is influenced by the reaction vessel size, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., but is preferably 30 ml / min or less. In order to improve the discharge capacity, the dropping rate is more preferably 10 ml / min or less, and most preferably 5 ml / min or less.
また、反応槽内に錯化剤が存在し、かつ一定の対流条件を適用した場合、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続けることにより、粒子の自転および攪拌槽内における公転が促進され、この過程で、粒子同士が衝突しつつ、粒子が段階的に同心円球状に成長する。即ち、共沈前駆体は、反応槽内に原料水溶液が滴下された際の金属錯体形成反応、及び、前記金属錯体が反応槽内の滞留中に生じる沈殿形成反応という2段階での反応を経て形成される。従って、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続ける時間を適切に選択することにより、目的とする粒子径を備えた共沈前駆体を得ることができる。 In addition, when a complexing agent is present in the reaction tank and a certain convection condition is applied, the particle rotation and revolution in the stirring tank are promoted by continuing the stirring after the dropwise addition of the raw material aqueous solution. In this process, the particles grow concentrically in stages while colliding with each other. That is, the coprecipitation precursor undergoes a reaction in two stages: a metal complex formation reaction when the raw material aqueous solution is dropped into the reaction tank, and a precipitation formation reaction that occurs while the metal complex is retained in the reaction tank. It is formed. Therefore, a coprecipitation precursor having a target particle size can be obtained by appropriately selecting a time for continuing stirring after the dropping of the raw material aqueous solution.
原料水溶液滴下終了後の好ましい攪拌継続時間については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、粒子を均一な球状粒子として成長させるために0.5h以上が好ましく、1h以上がより好ましい。また、粒子径が大きくなりすぎることで電池の低SOC領域における出力性能が充分でないものとなる虞を低減させるため、30h以下が好ましく、25h以下がより好ましく、20h以下が最も好ましい。 The preferable stirring duration after completion of dropping of the raw material aqueous solution is influenced by the size of the reaction vessel, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., but 0.5 h or more is required to grow the particles as uniform spherical particles. Preferably, 1 h or more is more preferable. Further, in order to reduce the possibility that the output performance in the low SOC region of the battery is not sufficient due to the particle size becoming too large, 30 h or less is preferable, 25 h or less is more preferable, and 20 h or less is most preferable.
また、共沈水酸化物前駆体から作製するリチウム遷移金属複合酸化物の50%粒子径(D50)を1〜8μmとするための好ましい攪拌継続時間、共沈炭酸塩前駆体から作製するリチウム遷移金属複合酸化物の50%粒子径(D50)を5〜18μmとするための好ましい攪拌継続時間は、制御するpHによって異なる。例えば、共沈水酸化物前駆体については、pHを10〜12に制御した場合には、撹拌継続時間は1〜10hが好ましく、pHを12〜14に制御した場合には、撹拌継続時間は3〜20hが好ましい。共沈炭酸塩前駆体については、pHを7.5〜8.2に制御した場合には、撹拌継続時間は1〜20hが好ましく、pHを8.3〜9.4に制御した場合には、撹拌継続時間は3〜24hが好ましい。 Moreover, the preferable stirring continuation time for making 50% particle diameter (D50) of lithium transition metal complex oxide produced from a coprecipitation hydroxide precursor into 1-8 micrometers, the lithium transition metal produced from a coprecipitation carbonate precursor A preferable stirring duration time for setting the 50% particle diameter (D50) of the composite oxide to 5 to 18 μm varies depending on the pH to be controlled. For example, for the coprecipitated hydroxide precursor, when the pH is controlled to 10 to 12, the stirring duration is preferably 1 to 10 h, and when the pH is controlled to 12 to 14, the stirring duration is 3 ~ 20h is preferred. For the coprecipitated carbonate precursor, when the pH is controlled to 7.5 to 8.2, the stirring duration is preferably 1 to 20 h, and when the pH is controlled to 8.3 to 9.4. The stirring duration is preferably 3 to 24 hours.
共沈前駆体の粒子を、中和剤として水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を使用して作製した場合、その後の洗浄工程において粒子に付着しているナトリウムイオンを洗浄除去するが、本発明においては、Naが1000ppm以上残存するような条件で洗浄除去することが好ましい。例えば、作製した共沈前駆体を吸引ろ過して取り出す際に、イオン交換水200mlによる洗浄回数を5回とするような条件を採用することができる。 When coprecipitation precursor particles are prepared using sodium compounds such as sodium hydroxide and sodium carbonate as neutralizing agents, sodium ions adhering to the particles are washed away in the subsequent washing step. In the present invention, it is preferable to wash and remove under conditions such that Na remains at 1000 ppm or more. For example, when the produced coprecipitation precursor is taken out by suction filtration, a condition such that the number of washings with 200 ml of ion-exchanged water is 5 times can be employed.
共沈前駆体は、80℃〜100℃未満で、空気雰囲気中、常圧下で乾燥させることが好ましい。100℃以上にて乾燥を行うことで短時間でより多くの水分を除去できるが、80℃にて長時間かけて乾燥させることで、より優れた電極特性を示す活物質とすることができる。その理由は必ずしも明らかではないが、炭酸塩前駆体については、以下のように発明者は推察している。すなわち、炭酸塩前駆体は比表面積が50〜100m2/gの多孔体であるため、水分を吸着しやすい構造となっている。そこで、低い温度で乾燥させることによって、前駆体の状態において細孔にある程度の吸着水が残っている状態とした方が、Li塩と混合して焼成する焼成工程において、細孔から除去される吸着水と入れ替わるように、その細孔に溶融したLiが入り込むことができ、これによって、100℃で乾燥を行った場合と比べて、より均一な組成の活物質が得られるためではないかと推察している。なお、100℃にて乾燥を行って得られた炭酸塩前駆体は黒茶色を呈するが、80℃にて乾燥を行って得られた炭酸塩前駆体は肌色を呈するので、前駆体の色によって区別ができる。 The coprecipitation precursor is preferably dried at 80 ° C. to less than 100 ° C. in an air atmosphere under normal pressure. By drying at 100 ° C. or higher, more water can be removed in a short time, but by drying at 80 ° C. for a long time, an active material having more excellent electrode characteristics can be obtained. The reason for this is not always clear, but the inventors have inferred the carbonate precursor as follows. That is, since the carbonate precursor is a porous body having a specific surface area of 50 to 100 m 2 / g, it has a structure that easily adsorbs moisture. Therefore, by drying at a low temperature, a state in which a certain amount of adsorbed water remains in the pores in the state of the precursor is removed from the pores in the firing step of mixing with the Li salt and firing. It is inferred that molten Li can enter the pores so as to replace the adsorbed water, and thereby, an active material having a more uniform composition can be obtained as compared with the case of drying at 100 ° C. doing. In addition, although the carbonate precursor obtained by drying at 100 ° C. exhibits a black brown color, the carbonate precursor obtained by drying at 80 ° C. exhibits a skin color, so depending on the color of the precursor Can be distinguished.
そこで、上記知見された前駆体の差異を定量的に評価するため、それぞれの前駆体の色相を測定し、JIS Z 8721に準拠した日本塗料工業会が発行する塗料用標準色(JPMA Standard Paint Colors)2011年度F版と比較した。色相の測定には、コニカミノルタ社製カラーリーダーCR10を用いた。この測定方法によれば、明度を表すdL*の値は、白い方が大きくなり、黒い方が小さくなる。また、色相を表すda*の値は、赤色が強い方が大きくなり、緑色が強い方(赤色が弱い方)が小さくなる。また、色相を表すdb*の値は、黄色が強い方が大きくなり、青色が強い方(黄色が弱い方)が小さくなる。
100℃乾燥品(比較例)の色相は、標準色F05−20Bと比べて、赤色方向に標準色F05−40Dに至る範囲内にあり、また、標準色FN−10と比べて、白色方向に標準色FN−25に至る範囲内にあることがわかった。中でも、標準色F05−20Bが呈する色相との色差が最も小さいものと認められた。
一方、80℃乾燥品(実施例)の色相は、標準色F19−50Fと比べて、白色方向に標準色F19−70Fに至る範囲内にあり、また、標準色F09−80Dと比べて、黒色方向に標準色F09−60Hに至る範囲内にあることがわかった。中でも、標準色F19−50Fが呈する色相との色差が最も小さいものと認められた。
以上の知見から、炭酸塩前駆体の色相は、標準色F05−20Bに比べて、dL,da及びdbの全てにおいて+方向であるものが好ましく、dLが+5以上、daが+2以上、dbが+5以上であることがより好ましいといえる。
Therefore, in order to quantitatively evaluate the difference in the precursors found above, the hues of the respective precursors are measured, and standard colors for paints (JPMA Standard Paint Colors) issued by the Japan Paint Manufacturers Association in accordance with JIS Z 8721. ) Compared with the 2011 F version. For measuring the hue, a color reader CR10 manufactured by Konica Minolta Co., Ltd. was used. According to this measuring method, the value of dL * representing lightness is larger in white and smaller in black. Further, the value of da * representing the hue is larger when red is stronger and smaller when green is stronger (red is weaker). Further, the value of db * representing the hue becomes larger when yellow is strong, and becomes smaller when blue is strong (yellow is weak).
The hue of the 100 ° C. dried product (Comparative Example) is in the range reaching the standard color F05-40D in the red direction compared to the standard color F05-20B, and in the white direction compared to the standard color FN-10. It was found to be within the range leading to the standard color FN-25. Among these, it was recognized that the color difference from the hue exhibited by the standard color F05-20B was the smallest.
On the other hand, the hue of the 80 ° C. dried product (Example) is in the range reaching the standard color F19-70F in the white direction as compared with the standard color F19-50F, and is black compared with the standard color F09-80D. It was found that it was in the range reaching the standard color F09-60H in the direction. Especially, it was recognized that the color difference with the hue which standard color F19-50F exhibits is the smallest.
From the above knowledge, the hue of the carbonate precursor is preferably positive in all of dL, da and db as compared with the standard color F05-20B, dL is +5 or more, da is +2 or more, and db is It can be said that +5 or more is more preferable.
本発明のリチウム二次電池用活物質は、前記水酸化物前駆体又は炭酸塩前駆体とLi化合物とを混合した後、熱処理することで好適に作製することができる。Li化合物としては、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム等を用いることで好適に製造することができる。但し、Li化合物の量については、焼成中にLi化合物の一部が消失することを見込んで、1〜5%程度過剰に仕込むことが好ましい。 The active material for a lithium secondary battery of the present invention can be suitably produced by mixing the hydroxide precursor or carbonate precursor and the Li compound and then performing a heat treatment. As a Li compound, it can manufacture suitably by using lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, etc. However, with respect to the amount of the Li compound, it is preferable to add an excess of about 1 to 5% in view of the disappearance of a part of the Li compound during firing.
本発明においては、リチウム遷移金属複合酸化物中のNaの含有量を1000ppm以上とするために、前記水酸化物前駆体又は炭酸塩前駆体に含まれるNaが1000ppm以下であっても、焼成工程においてLi化合物と共にNa化合物を、前記水酸化物前駆体又は炭酸塩前駆体と混合することで活物質中に含まれるNa量を1000ppm以上とすることができる。Na化合物としては炭酸ナトリウムが好ましい。 In the present invention, in order to make the content of Na in the lithium transition metal composite oxide 1000 ppm or more, even if Na contained in the hydroxide precursor or carbonate precursor is 1000 ppm or less, the firing step The amount of Na contained in the active material can be set to 1000 ppm or more by mixing the Na compound together with the Li compound and the hydroxide precursor or carbonate precursor. As the Na compound, sodium carbonate is preferable.
焼成温度は、活物質の可逆容量に影響を与える。
焼成温度が高すぎると、得られた活物質が酸素放出反応を伴って崩壊すると共に、主相の六方晶に加えて単斜晶のLi[Li1/3Mn2/3]O2型に規定される相が、固溶相としてではなく、分相して観察される傾向がある。このような分相が多く含まれすぎると、活物質の可逆容量の減少を導くので好ましくない。このような材料では、X線回折図上35°付近及び45°付近に不純物ピークが観察される。従って、焼成温度は、活物質の酸素放出反応の影響する温度未満とすることが好ましい。活物質の酸素放出温度は、本発明に係る組成範囲においては、概ね1000℃以上であるが、活物質の組成によって酸素放出温度に若干の差があるので、あらかじめ活物質の酸素放出温度を確認しておくことが好ましい。特に試料に含まれるCo量が多いほど前駆体の酸素放出温度は低温側にシフトすることが確認されているので注意が必要である。活物質の酸素放出温度を確認する方法としては、焼成反応過程をシミュレートするために、共沈前駆体とリチウム化合物を混合したものを熱重量分析(DTA−TG測定)に供してもよいが、この方法では測定機器の試料室に用いている白金が揮発したLi成分により腐食されて機器を痛めるおそれがあるので、あらかじめ500℃程度の焼成温度を採用してある程度結晶化を進行させた組成物を熱重量分析に供するのが良い。
The firing temperature affects the reversible capacity of the active material.
When the firing temperature is too high, the obtained active material collapses with an oxygen releasing reaction, and in addition to the hexagonal crystal of the main phase, the monoclinic Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 type is obtained. The defined phase tends to be observed as a phase separation rather than as a solid solution phase. If too many such phase separations are contained, it is not preferable because it leads to a reduction in the reversible capacity of the active material. In such materials, impurity peaks are observed around 35 ° and 45 ° on the X-ray diffraction pattern. Therefore, the firing temperature is preferably less than the temperature at which the oxygen release reaction of the active material affects. The oxygen release temperature of the active material is approximately 1000 ° C. or higher in the composition range according to the present invention. However, there is a slight difference in the oxygen release temperature depending on the composition of the active material. It is preferable to keep it. In particular, it is confirmed that the oxygen release temperature of the precursor shifts to the lower temperature side as the amount of Co contained in the sample increases. As a method for confirming the oxygen release temperature of the active material, a mixture of a coprecipitation precursor and a lithium compound may be subjected to thermogravimetric analysis (DTA-TG measurement) in order to simulate the firing reaction process. In this method, the platinum used in the sample chamber of the measuring instrument may be corroded by the Li component volatilized, and the instrument may be damaged. Therefore, a composition in which crystallization is advanced to some extent by adopting a firing temperature of about 500 ° C. in advance. Goods should be subjected to thermogravimetric analysis.
一方、焼成温度が低すぎると、結晶化が十分に進まず、電極特性が低下する傾向がある。本発明において、共沈水酸化物を前駆体として用いたときには焼成温度は少なくとも700℃以上とすることが好ましい。また、共沈炭酸塩を前駆体として用いたときには焼成温度は少なくとも800℃以上とすることが好ましい。特に、前駆体が共沈炭酸塩である場合の最適な焼成温度は、前駆体に含まれるCo量が多いほど、より低い温度となる傾向がある。このように1次粒子を構成する結晶子を十分に結晶化させることにより、結晶粒界の抵抗を軽減し、円滑なリチウムイオン輸送を促すことができる。
本発明者らは、本発明活物質の回折ピークの半値幅を詳細に解析することにより、前駆体が共沈水酸化物である場合においては、焼成温度が650℃未満の温度で合成した試料においては格子内にひずみが残存しており、650℃以上の温度で合成することで顕著にひずみを除去することができること、及び、前駆体が共沈炭酸塩である場合においては、焼成温度が750℃未満の温度で合成した試料においては格子内にひずみが残存しており、750℃以上の温度で合成することで顕著にひずみを除去することができることを確認した。また、結晶子のサイズは合成温度が上昇するに比例して大きくなるものであった。よって、本発明活物質の組成においても、系内に格子のひずみがほとんどなく、かつ結晶子サイズが十分成長した粒子を志向することで良好な放電容量を得られるものであった。具体的には、格子定数に及ぼすひずみ量が2%以下、かつ結晶子サイズが50nm以上に成長しているような合成温度(焼成温度)及びLi/Me比組成を採用することが好ましいことがわかった。これらを電極として成型して充放電をおこなうことで膨張収縮による変化も見られるが、充放電過程においても結晶子サイズは30nm以上を保っていることが得られる効果として好ましい。
On the other hand, if the firing temperature is too low, crystallization does not proceed sufficiently and the electrode characteristics tend to deteriorate. In the present invention, when coprecipitated hydroxide is used as a precursor, the firing temperature is preferably at least 700 ° C. or higher. When coprecipitated carbonate is used as a precursor, the firing temperature is preferably at least 800 ° C. or higher. In particular, when the precursor is a coprecipitated carbonate, the optimum firing temperature tends to be lower as the amount of Co contained in the precursor is larger. Thus, by sufficiently crystallizing the crystallites constituting the primary particles, the resistance of the crystal grain boundary can be reduced and smooth lithium ion transport can be promoted.
The present inventors analyzed the half width of the diffraction peak of the active material of the present invention in detail, and in the case where the precursor is a coprecipitated hydroxide, in the sample synthesized at a temperature of less than 650 ° C. Strain remains in the lattice and can be remarkably removed by synthesizing at a temperature of 650 ° C. or higher, and when the precursor is a coprecipitated carbonate, the firing temperature is 750. In the sample synthesized at a temperature of less than 0 ° C., strain remained in the lattice, and it was confirmed that the strain could be remarkably removed by synthesis at a temperature of 750 ° C. or higher. The crystallite size was increased in proportion to the increase in the synthesis temperature. Therefore, even in the composition of the active material of the present invention, a favorable discharge capacity can be obtained by aiming at a particle having almost no lattice distortion in the system and having a sufficiently grown crystallite size. Specifically, it is preferable to employ a synthesis temperature (firing temperature) and a Li / Me ratio composition in which the strain amount affecting the lattice constant is 2% or less and the crystallite size is grown to 50 nm or more. all right. Although changes due to expansion and contraction are observed by charging and discharging by molding these as electrodes, it is preferable as an effect that the crystallite size is maintained at 30 nm or more in the charging and discharging process.
上記のように、焼成温度は、活物質の酸素放出温度に関係するが、活物質から酸素が放出される焼成温度に至らずとも、900℃以上において1次粒子が大きく成長することによる結晶化現象が見られる。これは、焼成後の活物質を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより確認できる。900℃を超えた合成温度を経て合成した活物質は1次粒子が0.5μm以上に成長しており、充放電反応中における活物質中のLi+移動に不利な状態となり、高率放電性能が低下する。1次粒子の大きさは0.5μm未満であることが好ましく、0.3μm以下であることがより好ましい。 As described above, the calcination temperature is related to the oxygen release temperature of the active material, but crystallization is caused by large growth of primary particles at 900 ° C. or higher without reaching the calcination temperature at which oxygen is released from the active material. The phenomenon is seen. This can be confirmed by observing the fired active material with a scanning electron microscope (SEM). The active material synthesized through a synthesis temperature exceeding 900 ° C. has primary particles grown to 0.5 μm or more, and is in a disadvantageous state for Li + movement in the active material during the charge / discharge reaction, and has a high rate discharge performance. Decreases. The size of the primary particles is preferably less than 0.5 μm, and more preferably 0.3 μm or less.
実施例に示すように、ピーク微分細孔容積は、焼成温度の影響を受け、焼成温度が高くなると、ピーク微分細孔容積は小さくなるから、炭酸塩前駆体のピーク微分細孔容積を0.8mm3/(g・nm)以上とするために、焼成温度は950℃より低いことが好ましい。また、焼成温度が低くなると、ピーク微分細孔容積は大きくなるから、水酸化物前駆体のピーク微分細孔容積を0.5mm3/(g・nm)以下とするために、焼成温度は750℃より高いことが好ましい。
本発明において、Li/Meのモル比(1+α)/(1−α)が1.2<(1+α)/(1−α)<1.6のリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質とする場合、焼成温度は、炭酸塩前駆体については800〜900℃とすることが好ましく、水酸化物前駆体については800〜950℃とすることが好ましい。
As shown in the examples, the peak differential pore volume is affected by the calcination temperature, and the peak differential pore volume decreases as the calcination temperature increases. In order to set it to 8 mm < 3 > / (g * nm) or more, it is preferable that a calcination temperature is lower than 950 degreeC. In addition, since the peak differential pore volume increases as the firing temperature decreases, the firing temperature is set to 750 in order to keep the peak differential pore volume of the hydroxide precursor to 0.5 mm 3 / (g · nm) or less. It is preferable to be higher than ° C.
In the present invention, a lithium transition metal composite oxide having a Li / Me molar ratio (1 + α) / (1-α) of 1.2 <(1 + α) / (1-α) <1.6 is used as a positive electrode active material. In this case, the firing temperature is preferably 800 to 900 ° C. for the carbonate precursor, and preferably 800 to 950 ° C. for the hydroxide precursor.
本発明に係る正極活物質が、高い放電容量を備えたものとするためには、リチウム遷移金属複合酸化物を構成する遷移金属元素が層状岩塩型結晶構造の遷移金属サイト以外の部分に存在する割合が小さいものであることが好ましい。これは、焼成工程に供する前駆体において、前駆体コア粒子のCo,Ni,Mnといった遷移金属元素が十分に均一に分布していること、及び、活物質試料の結晶化を促すための適切な焼成工程の条件を選択することによって達成できる。焼成工程に供する前駆体コア粒子中の遷移金属の分布が均一でない場合、十分な放電容量が得られないものとなる。この理由については必ずしも明らかではないが、焼成工程に供する前駆体コア粒子中の遷移金属の分布が均一でない場合、得られるリチウム遷移金属複合酸化物は、層状岩塩型結晶構造の遷移金属サイト以外の部分、即ちリチウムサイトに遷移金属元素の一部が存在するものとなる、いわゆるカチオンミキシングが起こることに由来するものと本発明者らは推察している。同様の推察は焼成工程における結晶化過程においても適用でき、活物質試料の結晶化が不十分であると層状岩塩型結晶構造におけるカチオンミキシングが起こりやすくなる。前記遷移金属元素の分布の均一性が高いものは、X線回折測定結果を空間群R3−mに帰属した場合の(003)面と(104)面の回折ピークの強度比が大きいものとなる傾向がある。本発明において、X線回折測定による前記(003)面と(104)面の回折ピークの強度比I(003)/I(104)は、放電末において1.0以上、充電末において1.75以上であることが好ましい。前駆体の合成条件や合成手順が不適切である場合、前記ピーク強度比はより小さい値となり、しばしば1未満の値となる。 In order for the positive electrode active material according to the present invention to have a high discharge capacity, the transition metal element constituting the lithium transition metal composite oxide is present in a portion other than the transition metal site of the layered rock salt type crystal structure. It is preferable that the ratio is small. This is because, in the precursor to be subjected to the firing step, the transition metal elements such as Co, Ni, and Mn in the precursor core particles are sufficiently uniformly distributed, and appropriate for promoting the crystallization of the active material sample. This can be achieved by selecting the conditions for the firing process. If the distribution of the transition metal in the precursor core particles subjected to the firing step is not uniform, a sufficient discharge capacity cannot be obtained. Although the reason for this is not necessarily clear, when the distribution of the transition metal in the precursor core particles to be subjected to the firing step is not uniform, the resulting lithium transition metal composite oxide has a layered rock salt type crystal structure other than the transition metal site. The present inventors speculate that this is due to the occurrence of so-called cation mixing, in which a part of the transition metal element is present at the lithium site. The same inference can be applied to the crystallization process in the firing step. If the crystallization of the active material sample is insufficient, cation mixing in the layered rock salt type crystal structure is likely to occur. When the distribution uniformity of the transition metal element is high, the intensity ratio of the diffraction peaks of the (003) plane and the (104) plane when the X-ray diffraction measurement result belongs to the space group R3-m is large. Tend. In the present invention, the intensity ratio I (003) / I (104) of diffraction peaks of the (003) plane and the (104) plane measured by X-ray diffraction measurement is 1.0 or more at the end of discharge and 1.75 at the end of charge. The above is preferable. If the precursor synthesis conditions and procedure are inadequate, the peak intensity ratio will be smaller and often less than 1.
負極材料としては、限定されるものではなく、リチウムイオンを吸蔵及び放出することのできる形態のものであればどれを選択してもよい。例えば、Li[Li1/3Ti5/3]O4に代表されるスピネル型結晶構造を有するチタン酸リチウム等のチタン系材料、SiやSb,Sn系などの合金系材料リチウム金属、リチウム合金(リチウム−シリコン、リチウム−アルミニウム,リチウム−鉛,リチウム−スズ,リチウム−アルミニウム−スズ,リチウム−ガリウム,及びウッド合金等のリチウム金属含有合金)、リチウム複合酸化物(リチウム−チタン)、酸化珪素の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えばグラファイト、ハードカーボン、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)等が挙げられる。 The negative electrode material is not limited, and any negative electrode material that can occlude and release lithium ions may be selected. For example, titanium-based materials such as lithium titanate having a spinel crystal structure represented by Li [Li 1/3 Ti 5/3 ] O 4 , alloy-based materials such as Si, Sb, and Sn-based lithium metal, lithium alloys (Lithium metal-containing alloys such as lithium-silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloys), lithium composite oxide (lithium-titanium), silicon oxide In addition, an alloy capable of inserting and extracting lithium, a carbon material (for example, graphite, hard carbon, low-temperature fired carbon, amorphous carbon, etc.) can be used.
正極活物質の粉体および負極材料の粉体は、平均粒子サイズ100μm以下であることが望ましい。特に、正極活物質の粉体は、非水電解質電池の高出力特性を向上する目的で10μm以下であることが望ましい。粉体を所定の形状で得るためには粉砕機や分級機が用いられる。例えば乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェトミル、旋回気流型ジェットミルや篩等が用いられる。粉砕時には水、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、特に限定はなく、篩や風力分級機などが、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。 It is desirable that the positive electrode active material powder and the negative electrode material powder have an average particle size of 100 μm or less. In particular, the positive electrode active material powder is desirably 10 μm or less for the purpose of improving the high output characteristics of the non-aqueous electrolyte battery. In order to obtain the powder in a predetermined shape, a pulverizer or a classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, a counter jet mill, a swirling air flow type jet mill or a sieve is used. At the time of pulverization, wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as hexane may be used. There is no particular limitation on the classification method, and a sieve, an air classifier, or the like is used as needed for both dry and wet methods.
以上、正極及び負極の主要構成成分である正極活物質及び負極材料について詳述したが、前記正極及び負極には、前記主要構成成分の他に、導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等が、他の構成成分として含有されてもよい。 The positive electrode active material and the negative electrode material, which are the main components of the positive electrode and the negative electrode, have been described in detail above. In addition to the main components, the positive electrode and the negative electrode include a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler. Etc. may be contained as other constituents.
導電剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば限定されないが、通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛,鱗片状黒鉛,土状黒鉛等)、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウイスカー、炭素繊維、金属(銅,ニッケル,アルミニウム,銀,金等)粉、金属繊維、導電性セラミックス材料等の導電性材料を1種またはそれらの混合物として含ませることができる。 The conductive agent is not limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance. Usually, natural graphite (such as scaly graphite, scaly graphite, earthy graphite), artificial graphite, carbon black, acetylene black, Conductive materials such as ketjen black, carbon whisker, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) powder, metal fiber, and conductive ceramic material can be included as one kind or a mixture thereof. .
これらの中で、導電剤としては、電子伝導性及び塗工性の観点よりアセチレンブラックが望ましい。導電剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して0.1重量%〜50重量%が好ましく、特に0.5重量%〜30重量%が好ましい。特にアセチレンブラックを0.1〜0.5μmの超微粒子に粉砕して用いると必要炭素量を削減できるため望ましい。これらの混合方法は、物理的な混合であり、その理想とするところは均一混合である。そのため、V型混合機、S型混合機、擂かい機、ボールミル、遊星ボールミルといったような粉体混合機を乾式、あるいは湿式で混合することが可能である。 Among these, as the conductive agent, acetylene black is desirable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. The addition amount of the conductive agent is preferably 0.1% by weight to 50% by weight, and particularly preferably 0.5% by weight to 30% by weight with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode. In particular, it is desirable to use acetylene black by pulverizing into ultrafine particles of 0.1 to 0.5 μm because the required carbon amount can be reduced. These mixing methods are physical mixing, and the ideal is uniform mixing. Therefore, powder mixers such as V-type mixers, S-type mixers, crackers, ball mills, and planetary ball mills can be mixed dry or wet.
前記結着剤としては、通常、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),ポリフッ化ビニリデン(PVDF),ポリエチレン,ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM),スルホン化EPDM,スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーを1種または2種以上の混合物として用いることができる。結着剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%が好ましい。 The binder is usually a thermoplastic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene. Polymers having rubber elasticity such as rubber (SBR) and fluororubber can be used as one kind or a mixture of two or more kinds. The addition amount of the binder is preferably 1 to 50% by weight, particularly preferably 2 to 30% by weight, based on the total weight of the positive electrode or the negative electrode.
フィラーとしては、電池性能に悪影響を及ぼさない材料であれば何でも良い。通常、ポリプロピレン,ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー、無定形シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素等が用いられる。フィラーの添加量は、正極または負極の総重量に対して添加量は30重量%以下が好ましい。 As the filler, any material that does not adversely affect the battery performance may be used. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, amorphous silica, alumina, zeolite, glass, carbon and the like are used. The addition amount of the filler is preferably 30% by weight or less with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode.
正極及び負極は、前記主要構成成分(正極においては正極活物質、負極においては負極材料)、およびその他の材料を混練し合剤とし、N−メチルピロリドン,トルエン等の有機溶媒又は水に混合させた後、得られた混合液をアルミニウム箔、銅箔等の集電体の上に塗布し、または圧着して50℃〜250℃程度の温度で、2時間程度加熱処理することにより好適に作製される。前記塗布方法については、例えば、アプリケーターロールなどのローラーコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレード方式、スピンコーティング、バーコータ等の手段を用いて任意の厚さ及び任意の形状に塗布することが望ましいが、これらに限定されるものではない。 The positive electrode and the negative electrode are prepared by mixing the main constituents (positive electrode active material in the positive electrode, negative electrode material in the negative electrode) and other materials into a mixture and mixing with an organic solvent such as N-methylpyrrolidone or toluene or water. After that, the obtained mixed solution is applied on a current collector such as an aluminum foil or a copper foil, or is pressed and heat-treated at a temperature of about 50 ° C. to 250 ° C. for about 2 hours. Is done. About the application method, for example, it is desirable to apply to any thickness and any shape using means such as roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, etc. It is not limited.
本発明に係るリチウム二次電池に用いる非水電解質は、限定されるものではなく、一般にリチウム電池等への使用が提案されているものが使用可能である。非水電解質に用いる非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状炭酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;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等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル類;テトラヒドロフランまたはその誘導体;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジブトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキソランまたはその誘導体;エチレンスルフィド、スルホラン、スルトンまたはその誘導体等の単独またはそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 The nonaqueous electrolyte used for the lithium secondary battery according to the present invention is not limited, and those generally proposed for use in lithium batteries and the like can be used. Nonaqueous solvents used for the nonaqueous electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate and vinylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate, Chain carbonates such as diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl butyrate; tetrahydrofuran or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxy Ethers such as ethane, 1,4-dibutoxyethane and methyldiglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or derivatives thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or derivatives thereof Examples thereof include a conductor alone or a mixture of two or more thereof, but are not limited thereto.
非水電解質に用いる電解質塩としては、例えば、LiClO4,LiBF4,LiAsF6,LiPF6,LiSCN,LiBr,LiI,Li2SO4,Li2B10Cl10,NaClO4,NaI,NaSCN,NaBr,KClO4,KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCF3SO3,LiN(CF3SO2)2,LiN(C2F5SO2)2,LiN(CF3SO2)(C4F9SO2),LiC(CF3SO2)3,LiC(C2F5SO2)3,(CH3)4NBF4,(CH3)4NBr,(C2H5)4NClO4,(C2H5)4NI,(C3H7)4NBr,(n−C4H9)4NClO4,(n−C4H9)4NI,(C2H5)4N−maleate,(C2H5)4N−benzoate,(C2H5)4N−phthalate、ステアリルスルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸リチウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機イオン塩等が挙げられ、これらのイオン性化合物を単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。 Examples of the electrolyte salt used for the nonaqueous electrolyte include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr. , KClO 4 , KSCN, and other inorganic ion salts containing one of lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K), LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , ( CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 , (n-C 4 H 9) 4 NI, ( C 2 H 5) 4 N-mal ate, include (C 2 H 5) 4 N -benzoate, (C 2 H 5) 4 N-pht h alate, lithium stearyl sulfonate, lithium octyl sulfonate, organic ion salts such as lithium dodecylbenzenesulfonate These ionic compounds can be used alone or in admixture of two or more.
さらに、LiPF6又はLiBF4と、LiN(C2F5SO2)2のようなパーフルオロアルキル基を有するリチウム塩とを混合して用いることにより、さらに電解質の粘度を下げることができるので、低温特性をさらに高めることができ、また、自己放電を抑制することができ、より望ましい。 Furthermore, by mixing and using LiPF 6 or LiBF 4 and a lithium salt having a perfluoroalkyl group such as LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , the viscosity of the electrolyte can be further reduced. The low temperature characteristics can be further improved, and self-discharge can be suppressed, which is more desirable.
また、非水電解質として常温溶融塩やイオン液体を用いてもよい。 Moreover, you may use normal temperature molten salt and an ionic liquid as a nonaqueous electrolyte.
非水電解質における電解質塩の濃度としては、高い電池特性を有する非水電解質電池を確実に得るために、0.1mol/l〜5mol/lが好ましく、さらに好ましくは、0.5mol/l〜2.5mol/lである。 The concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol / l to 5 mol / l, more preferably 0.5 mol / l to 2 in order to reliably obtain a non-aqueous electrolyte battery having high battery characteristics. .5 mol / l.
セパレータとしては、優れた高率放電性能を示す多孔膜や不織布等を、単独あるいは併用することが好ましい。非水電解質電池用セパレータを構成する材料としては、例えばポリエチレン,ポリプロピレン等に代表されるポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート,ポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等を挙げることができる。 As the separator, it is preferable to use a porous film or a non-woven fabric exhibiting excellent high rate discharge performance alone or in combination. Examples of the material constituting the separator for a nonaqueous electrolyte battery include polyolefin resins typified by polyethylene and polypropylene, polyester resins typified by polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, and vinylidene fluoride-hexa. Fluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, fluorine Vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - tetrafluoroethylene - hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - ethylene - can be mentioned tetrafluoroethylene copolymer.
セパレータの空孔率は強度の観点から98体積%以下が好ましい。また、充放電特性の観点から空孔率は20体積%以上が好ましい。 The porosity of the separator is preferably 98% by volume or less from the viewpoint of strength. Further, the porosity is preferably 20% by volume or more from the viewpoint of charge / discharge characteristics.
また、セパレータは、例えばアクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタアクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン等のポリマーと電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。非水電解質を上記のようにゲル状態で用いると、漏液を防止する効果がある点で好ましい。 The separator may be a polymer gel composed of a polymer such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinyl pyrrolidone, polyvinylidene fluoride, and an electrolyte. Use of the non-aqueous electrolyte in the gel state as described above is preferable in that it has an effect of preventing leakage.
さらに、セパレータは、上述したような多孔膜や不織布等とポリマーゲルを併用して用いると、電解質の保液性が向上するため望ましい。即ち、ポリエチレン微孔膜の表面及び微孔壁面に厚さ数μm以下の親溶媒性ポリマーを被覆したフィルムを形成し、前記フィルムの微孔内に電解質を保持させることで、前記親溶媒性ポリマーがゲル化する。 Furthermore, it is desirable that the separator be used in combination with the above-described porous film, non-woven fabric, or the like and a polymer gel because the liquid retention of the electrolyte is improved. That is, by forming a film in which the surface of the polyethylene microporous membrane and the microporous wall are coated with a solvophilic polymer having a thickness of several μm or less, and holding the electrolyte in the micropores of the film, Gels.
前記親溶媒性ポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデンの他、エチレンオキシド基やエステル基等を有するアクリレートモノマー、エポキシモノマー、イソシアナート基を有するモノマー等が架橋したポリマー等が挙げられる。該モノマーは、ラジカル開始剤を併用して加熱や紫外線(UV)を用いたり、電子線(EB)等の活性光線等を用いて架橋反応を行わせることが可能である。 Examples of the solvophilic polymer include polyvinylidene fluoride, an acrylate monomer having an ethylene oxide group or an ester group, an epoxy monomer, a polymer having a monomer having an isocyanate group, and the like crosslinked. The monomer can be subjected to a crosslinking reaction using a radical initiator in combination with heating or ultraviolet rays (UV), or using an actinic ray such as an electron beam (EB).
本発明のリチウム二次電池の構成については特に限定されるものではなく、正極、負極及びロール状のセパレータを有する円筒型電池、角型電池、扁平型電池等が一例として挙げられる。本発明のリチウム二次電池を電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)などの自動車用電源として用いる場合には、複数のリチウム二次電池を有するバッテリーモジュール(組電池)として搭載することができる。 The configuration of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery having a positive electrode, a negative electrode, and a roll separator, a square battery, and a flat battery. When the lithium secondary battery of the present invention is used as a power source for an automobile such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), and a plug-in hybrid vehicle (PHEV), a battery module (set) having a plurality of lithium secondary batteries is used. Battery).
本発明のリチウム二次電池は、組電池や電池パックのような蓄電装置を構成してもよい。図2に示すように、組電池101は、複数のリチウム二次電池100を複数個集合して構成したものである。電池パック102は、複数の組電池101を備えていてもよい。
The lithium secondary battery of the present invention may constitute a power storage device such as an assembled battery or a battery pack. As shown in FIG. 2, the assembled
従来の正極活物質も、本発明の活物質も、正極電位が4.5V(vs.Li/Li+)付近に至って充放電が可能である。しかしながら、使用する非水電解質の種類によっては、充電時の正極電位が高すぎると、非水電解質が酸化分解され電池性能の低下を引き起こす虞がある。したがって、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.3V(vs.Li/Li+)以下となるような充電方法を採用しても、充分な放電容量が得られるリチウム二次電池が求められる場合がある。本発明の活物質を用いると、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.5V(vs.Li/Li+)より低くなるような、例えば、4.4V(vs.Li/Li+)以下や4.3V(vs.Li/Li+)以下となるような充電方法を採用しても、約200mAh/g以上という従来の正極活物質の容量を超える放電電気量を取り出すことが可能である。
本願明細書に記載した合成条件及び合成手順を採用することにより、上記のような高性能の正極活物質を得ることができる。
Both the conventional positive electrode active material and the active material of the present invention can be charged / discharged when the positive electrode potential reaches around 4.5 V (vs. Li / Li + ). However, depending on the type of nonaqueous electrolyte used, if the positive electrode potential during charging is too high, the nonaqueous electrolyte may be oxidized and decomposed, resulting in a decrease in battery performance. Therefore, in use, a lithium secondary battery capable of obtaining a sufficient discharge capacity even when a charging method is adopted in which the maximum potential of the positive electrode during charging is 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less. May be required. When the active material of the present invention is used, for example, 4.4 V (vs. Li / Li) such that the maximum potential of the positive electrode during charging is lower than 4.5 V (vs. Li / Li + ) during use. + ) Or less and 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less, even if a charging method is adopted, it is possible to take out a discharge electric quantity exceeding the capacity of the conventional positive electrode active material of about 200 mAh / g or more. Is possible.
By adopting the synthesis conditions and synthesis procedures described in the present specification, a high-performance positive electrode active material as described above can be obtained.
(実施例1)
[第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製]
硫酸コバルト7水和物14.08g、硫酸ニッケル6水和物21.00g及び硫酸マンガン5水和物65.27gを秤量し、これらの全量をイオン交換水200mlに溶解させ、Co:Ni:Mnのモル比が12.5:20.0:67.5となる2.0Mの硫酸塩水溶液を作製した。一方、2Lの反応槽に750mlのイオン交換水を注ぎ、CO2ガスを30minバブリングさせることにより、イオン交換水中にCO2を溶解させた。反応槽の温度を50℃(±2℃)に設定し、攪拌モーターを備えたパドル翼を用いて反応槽内を700rpmの回転速度で攪拌しながら、前記硫酸塩水溶液を3ml/minの速度で滴下した。ここで、滴下の開始から終了までの間、2.0Mの炭酸ナトリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液を適宜滴下することにより、反応槽中のpHが常に7.9(±0.05)を保つように制御した。滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに20h継続した。攪拌の停止後、12h以上静置した。
(Example 1)
[Production of first lithium transition metal composite oxide particles]
Cobalt sulfate heptahydrate (14.08 g), nickel sulfate hexahydrate (21.00 g) and manganese sulfate pentahydrate (65.27 g) were weighed, and all of these were dissolved in 200 ml of ion-exchanged water, and Co: Ni: Mn A 2.0 M aqueous sulfate solution having a molar ratio of 12.5: 20.0: 67.5 was prepared. On the other hand, 750 ml of ion exchange water was poured into a 2 L reaction tank, and CO 2 gas was bubbled for 30 minutes to dissolve CO 2 in the ion exchange water. The temperature of the reaction vessel was set to 50 ° C. (± 2 ° C.), and the aqueous sulfate solution was stirred at a rate of 3 ml / min while stirring the inside of the reaction vessel at a rotational speed of 700 rpm using a paddle blade equipped with a stirring motor. It was dripped. Here, during the period from the start to the end of the dropping, an aqueous solution containing 2.0 M sodium carbonate and 0.4 M ammonia is appropriately dropped, so that the pH in the reaction tank is always 7.9 (± 0.05 ) Was controlled. After completion of the dropwise addition, stirring in the reaction vessel was continued for 20 hours. After the stirring was stopped, the mixture was allowed to stand for 12 hours or more.
次に、吸引ろ過装置を用いて、反応槽内に生成した共沈炭酸塩の粒子を分離し、さらにイオン交換水を用いて200mlによる洗浄を1回としたときに、5回の洗浄を行う条件で粒子に付着しているナトリウムイオンを洗浄除去し、電気炉を用いて、空気雰囲気中、常圧下、80℃にて20h乾燥させた。その後、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、共沈炭酸塩前駆体を作製した。 Next, using a suction filtration device, the coprecipitated carbonate particles generated in the reaction vessel are separated, and further, washing is performed 5 times when 200 ml is washed once with ion-exchanged water. Sodium ions adhering to the particles were washed and removed under the conditions, and dried for 20 hours at 80 ° C. under normal pressure in an air atmosphere using an electric furnace. Then, in order to arrange | equalize a particle size, it grind | pulverized for several minutes with the smoked automatic mortar. In this way, a coprecipitated carbonate precursor was produced.
前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gを加え、瑪瑙製自動乳鉢を用いてよく混合し、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が130:100である混合粉体を調製した。ペレット成型機を用いて、6MPaの圧力で成型し、直径25mmのペレットとした。ペレット成型に供した混合粉体の量は、想定する最終生成物の質量が2gとなるように換算して決定した。前記ペレット1個を全長約100mmのアルミナ製ボートに載置し、箱型電気炉(型番:AMF20)に設置し、空気雰囲気中、常圧下、常温から900℃まで10時間かけて昇温し、900℃で4h焼成した。前記箱型電気炉の内部寸法は、縦10cm、幅20cm、奥行き30cmであり、幅方向20cm間隔に電熱線が入っている。焼成後、ヒーターのスイッチを切り、アルミナ製ボートを炉内に置いたまま自然放冷した。この結果、炉の温度は5時間後には約200℃程度にまで低下するが、その後の降温速度はやや緩やかである。一昼夜経過後、炉の温度が100℃以下となっていることを確認してから、ペレットを取り出し、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、平均粒子径D50の大きい第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子である、Naを2100ppm含むリチウム遷移金属複合酸化物Li1.13Co0.11Ni0.17Mn0.59O2からなる粒子を作製した。 Add 0.970 g of lithium carbonate to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor and mix well using a smoked automatic mortar, and the molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) is 130: 100 A powder was prepared. Using a pellet molding machine, molding was performed at a pressure of 6 MPa to obtain pellets having a diameter of 25 mm. The amount of the mixed powder subjected to pellet molding was determined by conversion so that the mass of the assumed final product was 2 g. One pellet was placed on an alumina boat having a total length of about 100 mm, placed in a box-type electric furnace (model number: AMF20), heated in air at atmospheric pressure and normal temperature to 900 ° C. over 10 hours, Firing was performed at 900 ° C. for 4 hours. The box-type electric furnace has internal dimensions of 10 cm in length, 20 cm in width, and 30 cm in depth, and heating wires are inserted at intervals of 20 cm in the width direction. After firing, the heater was turned off and allowed to cool naturally with the alumina boat placed in the furnace. As a result, the temperature of the furnace decreases to about 200 ° C. after 5 hours, but the subsequent temperature decrease rate is somewhat moderate. After the passage of day and night, it was confirmed that the furnace temperature was 100 ° C. or lower, and then the pellets were taken out and pulverized for several minutes in a smoked automatic mortar in order to make the particle diameter uniform. Thus, lithium transition metal composite oxide Li 1.13 Co 0.11 Ni 0.17 Mn 0.59 containing 2100 ppm of Na, which is the first lithium transition metal composite oxide particle having a large average particle diameter D50. Particles made of O 2 were prepared.
[第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製]
硫酸コバルト7水和物14.08g、硫酸ニッケル6水和物21.00g及び硫酸マンガン5水和物65.27gを秤量し、これらの全量をイオン交換水200mlに溶解させ、Co:Ni:Mnのモル比が12.5:20.0:67.5となる2.0Mの硫酸塩水溶液を作製した。一方、2Lの反応槽に750mlのイオン交換水を注ぎ、Arガスを30minバブリングさせることにより、イオン交換水中の溶存酸素を除去した。反応槽の温度を50℃(±2℃)に設定し、攪拌モーターを備えたパドル翼を用いて反応槽内を700rpmの回転速度で攪拌しながら、前記硫酸塩水溶液を3ml/minの速度で滴下した。ここで、滴下の開始から終了までの間、2.0Mの水酸化ナトリウム及び1.0Mのアンモニアを含有する水溶液を適宜滴下することにより、反応槽中のpHが常に11.5(±0.05)を保つように制御した。滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに3h継続した。攪拌の停止後、12h以上静置した。
[Production of second lithium transition metal composite oxide particles]
Cobalt sulfate heptahydrate (14.08 g), nickel sulfate hexahydrate (21.00 g) and manganese sulfate pentahydrate (65.27 g) were weighed, and all of these were dissolved in 200 ml of ion-exchanged water, and Co: Ni: Mn A 2.0 M aqueous sulfate solution having a molar ratio of 12.5: 20.0: 67.5 was prepared. On the other hand, 750 ml of ion exchange water was poured into a 2 L reaction tank, and Ar gas was bubbled for 30 minutes to remove dissolved oxygen in the ion exchange water. The temperature of the reaction vessel was set to 50 ° C. (± 2 ° C.), and the aqueous sulfate solution was stirred at a rate of 3 ml / min while stirring the inside of the reaction vessel at a rotational speed of 700 rpm using a paddle blade equipped with a stirring motor. It was dripped. Here, during the period from the start to the end of the dropping, an aqueous solution containing 2.0 M sodium hydroxide and 1.0 M ammonia is appropriately dropped, so that the pH in the reaction tank is always 11.5 (± 0. 05). After completion of the dropping, stirring in the reaction vessel was continued for 3 hours. After the stirring was stopped, the mixture was allowed to stand for 12 hours or more.
次に、吸引ろ過装置を用いて、反応槽内に生成した共沈水酸化物の粒子を分離し、さらにイオン交換水を用いて200mlによる洗浄を1回としたときに、5回の洗浄を行う条件で粒子に付着しているナトリウムイオンを洗浄除去し、電気炉を用いて、空気雰囲気中、常圧下、80℃にて20h乾燥させた。その後、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、共沈水酸化物前駆体を作製した。 Next, using a suction filtration device, the coprecipitated hydroxide particles produced in the reaction vessel are separated, and further, washing is performed 5 times when the washing with 200 ml is performed once using ion-exchanged water. Sodium ions adhering to the particles were washed and removed under the conditions, and dried for 20 hours at 80 ° C. under normal pressure in an air atmosphere using an electric furnace. Then, in order to arrange | equalize a particle size, it grind | pulverized for several minutes with the smoked automatic mortar. In this way, a coprecipitated hydroxide precursor was produced.
前記共沈水酸化物前駆体1.729gに、水酸化リチウム一水和物1.160gを加え、瑪瑙製自動乳鉢を用いてよく混合し、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が140:100である混合粉体を調製した。ペレット成型機を用いて、6MPaの圧力で成型し、直径25mmのペレットとした。ペレット成型に供した混合粉体の量は、想定する最終生成物の質量が2gとなるように換算して決定した。前記ペレット1個を全長約100mmのアルミナ製ボートに載置し、箱型電気炉(型番:AMF20)に設置し、空気雰囲気中、常圧下、常温から900℃まで10時間かけて昇温し、900℃で4h焼成した。前記箱型電気炉の内部寸法は、縦10cm、幅20cm、奥行き30cmであり、幅方向20cm間隔に電熱線が入っている。焼成後、ヒーターのスイッチを切り、アルミナ製ボートを炉内に置いたまま自然放冷した。この結果、炉の温度は5時間後には約200℃程度にまで低下するが、その後の降温速度はやや緩やかである。一昼夜経過後、炉の温度が100℃以下となっていることを確認してから、ペレットを取り出し、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、平均粒子径D50の小さい第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子である、Naを1000ppm含むリチウム遷移金属複合酸化物Li1.17Co0.10Ni0.17Mn0.56O2を作製した。 To 1.729 g of the coprecipitated hydroxide precursor, 1.160 g of lithium hydroxide monohydrate is added and mixed well using a smoked automatic mortar. The molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) is 140. : A mixed powder of 100 was prepared. Using a pellet molding machine, molding was performed at a pressure of 6 MPa to obtain pellets having a diameter of 25 mm. The amount of the mixed powder subjected to pellet molding was determined by conversion so that the mass of the assumed final product was 2 g. One pellet was placed on an alumina boat having a total length of about 100 mm, placed in a box-type electric furnace (model number: AMF20), heated in air at atmospheric pressure and normal temperature to 900 ° C. over 10 hours, Firing was performed at 900 ° C. for 4 hours. The box-type electric furnace has internal dimensions of 10 cm in length, 20 cm in width, and 30 cm in depth, and heating wires are inserted at intervals of 20 cm in the width direction. After firing, the heater was turned off and allowed to cool naturally with the alumina boat placed in the furnace. As a result, the temperature of the furnace decreases to about 200 ° C. after 5 hours, but the subsequent temperature decrease rate is somewhat moderate. After the passage of day and night, it was confirmed that the furnace temperature was 100 ° C. or lower, and then the pellets were taken out and pulverized for several minutes in a smoked automatic mortar in order to make the particle diameter uniform. Thus, lithium transition metal composite oxide Li 1.17 Co 0.10 Ni 0.17 Mn 0.56 containing 1000 ppm of Na, which is the second lithium transition metal composite oxide particle having a small average particle diameter D50. O 2 was produced.
上記のようにしてそれぞれ得られた第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子及び第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子を8:2の質量比で混合して、実施例1に係る混合活物質を作製した。
このリチウム遷移金属複合酸化物がα−NaFeO2構造を有することをエックス線回折測定により確認した。
The first lithium transition metal composite oxide particles and the second lithium transition metal composite oxide particles obtained as described above were mixed at a mass ratio of 8: 2, and the mixed active material according to Example 1 Was made.
It was confirmed by X-ray diffraction measurement that this lithium transition metal composite oxide had an α-NaFeO 2 structure.
(実施例2)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、原料水溶液滴下終了後の反応槽内の攪拌継続時間を20hから5hに変更した他は、実施例1と同様にして、実施例2に係る混合活物質を作製した。
(Example 2)
In the production process of the first lithium transition metal composite oxide particles, Example 2 was performed in the same manner as in Example 1 except that the stirring continuation time in the reaction vessel after completion of dropping of the raw material aqueous solution was changed from 20 h to 5 h. Such a mixed active material was produced.
(実施例3)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、原料水溶液滴下終了後の反応槽内の攪拌継続時間を20hから3hに変更した他は、実施例1と同様にして、実施例3に係る混合活物質を作製した。
Example 3
In the production process of the first lithium transition metal composite oxide particles, Example 3 was performed in the same manner as in Example 1 except that the stirring continuation time in the reaction tank after the dropping of the raw material aqueous solution was changed from 20 h to 3 h. Such a mixed active material was produced.
(実施例4)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.022gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.17Co0.10Ni0.17Mn0.56O2からなる粒子を作製した他は、実施例2と同様にして、実施例4に係る混合活物質を作製した。
(Example 4)
In the step of preparing the first lithium transition metal composite oxide particles, 1.022 g of lithium carbonate is added to 2.228 g of the prepared coprecipitated carbonate precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1.17 Co 0. A mixed active material according to Example 4 was produced in the same manner as in Example 2 except that particles made of 10 Ni 0.17 Mn 0.56 O 2 were produced.
(実施例5)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈炭酸塩前駆体2.253gに、炭酸リチウム0.996gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.15Co0.11Ni0.17Mn0.57O2からなる粒子を作製した他は、実施例2と同様にして、実施例5に係る混合活物質を作製した。
(Example 5)
In the step of preparing the first lithium transition metal composite oxide particles, 0.996 g of lithium carbonate is added to 2.253 g of the prepared coprecipitated carbonate precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1.15 Co 0. A mixed active material according to Example 5 was produced in the same manner as in Example 2 except that particles made of 11 Ni 0.17 Mn 0.57 O 2 were produced.
(実施例6)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈炭酸塩前駆体2.304gに、炭酸リチウム0.943gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.11Co0.11Ni0.18Mn0.60O2からなる粒子を作製した他は、実施例2と同様にして、実施例6に係る混合活物質を作製した。
(Example 6)
In the step of preparing the first lithium transition metal composite oxide particles, 0.943 g of lithium carbonate is added to 2.304 g of the prepared coprecipitated carbonate precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1.11 Co 0. A mixed active material according to Example 6 was produced in the same manner as in Example 2 except that particles made of 11 Ni 0.18 Mn 0.60 O 2 were produced.
(実施例7)
第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈水酸化物前駆体1.749gに、水酸化リチウム一水和物1.131gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.15Co0.11Ni0.17Mn0.57O2からなる粒子を作製した他は、実施例2と同様にして、実施例7に係る混合活物質を作製した。
(Example 7)
In the step of preparing the second lithium transition metal composite oxide particles, 1.131 g of lithium hydroxide monohydrate was added to 1.749 g of the prepared coprecipitated hydroxide precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1 was added. A mixed active material according to Example 7 was prepared in the same manner as in Example 2, except that particles made of .15 Co 0.11 Ni 0.17 Mn 0.57 O 2 were prepared.
(実施例8)
第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈水酸化物前駆体1.768gに、水酸化リチウム一水和物1.102gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.13Co0.11Ni0.17Mn0.59O2からなる粒子を作製した他は、実施例2と同様にして、実施例8に係る混合活物質を作製した。
(Example 8)
In the production process of the second lithium transition metal composite oxide particles, 1.102 g of lithium hydroxide monohydrate is added to 1.768 g of the prepared coprecipitated hydroxide precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1 is added. .13 A mixed active material according to Example 8 was prepared in the same manner as in Example 2, except that particles made of Co 0.11 Ni 0.17 Mn 0.59 O 2 were prepared.
(実施例9)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈炭酸塩前駆体2.204gに、炭酸リチウム1.047gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.18Co0.10Ni0.17Mn0.55O2からなる粒子を作製して、焼成温度を900℃から850℃に変更し、また、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈水酸化物前駆体1.720gに、水酸化リチウム一水和物1.174gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.18Co0.10Ni0.17Mn0.55O2からなる粒子を作製した他は、実施例2と同様にして、実施例9に係る混合活物質を作製した。
Example 9
In the step of preparing the first lithium transition metal composite oxide particles, 1.047 g of lithium carbonate is added to 2.204 g of the prepared coprecipitated carbonate precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1.18 Co 0. 10 Ni 0.17 Mn 0.55 O 2 was produced, the firing temperature was changed from 900 ° C. to 850 ° C., and the second lithium transition metal composite oxide particles were produced in the production process. 1.174 g of lithium hydroxide monohydrate is added to 1.720 g of the coprecipitated hydroxide precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1.18 Co 0.10 Ni 0.17 Mn 0.55 O 2 is added. A mixed active material according to Example 9 was prepared in the same manner as in Example 2 except that the resulting particles were prepared.
(実施例10)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈炭酸塩前駆体2.180gに、炭酸リチウム1.071gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.20Co0.10Ni0.16Mn0.54O2からなる粒子を作製して、焼成温度を900℃から800℃に変更し、また、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈水酸化物前駆体1.692gに、水酸化リチウム一水和物1.216gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.20Co0.10Ni0.16Mn0.54O2からなる粒子を作製した他は、実施例2と同様にして、実施例10に係る混合活物質を作製した。
(Example 10)
In the step of preparing the first lithium transition metal composite oxide particles, 1.071 g of lithium carbonate is added to 2.180 g of the prepared coprecipitated carbonate precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1.20 Co 0. 10 Ni 0.16 Mn 0.54 O 2 particles were produced, the firing temperature was changed from 900 ° C. to 800 ° C., and produced in the production process of the second lithium transition metal composite oxide particles. Lithium transition metal complex oxide Li 1.20 Co 0.10 Ni 0.16 Mn 0.54 O 2 is added to 1.292 g of the coprecipitated hydroxide precursor, and 1.216 g of lithium hydroxide monohydrate. A mixed active material according to Example 10 was produced in the same manner as Example 2 except that the particles to be produced were produced.
(実施例11)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈炭酸塩前駆体2.157gに、炭酸リチウム1.095gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.21Co0.10Ni0.16Mn0.53O2からなる粒子を作製して、焼成温度を900℃から800℃に変更し、また、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈水酸化物前駆体1.674gに、水酸化リチウム一水和物1.244gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.21Co0.10Ni0.16Mn0.53O2からなる粒子を作製した他は、実施例2と同様にして、実施例11に係る混合活物質を作製した。
(Example 11)
In the step of preparing the first lithium transition metal composite oxide particles, 1.095 g of lithium carbonate is added to 2.157 g of the prepared coprecipitated carbonate precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1.21 Co 0. 10 Ni 0.16 Mn 0.53 O 2 particles were produced, the firing temperature was changed from 900 ° C. to 800 ° C., and produced in the production process of the second lithium transition metal composite oxide particles. Lithium transition metal composite oxide Li 1.21 Co 0.10 Ni 0.16 Mn 0.53 O 2 is added to 1.474 g of the coprecipitated hydroxide precursor. A mixed active material according to Example 11 was produced in the same manner as in Example 2 except that the particles to be produced were produced.
(実施例12)
第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈水酸化物前駆体1.788gに、水酸化リチウム一水和物1.071gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.11Co0.11Ni0.18Mn0.60O2からなる粒子を作製して、焼成温度を900℃から950℃に変更した他は、実施例2と同様にして、実施例12に係る混合活物質を作製した。
(Example 12)
In the step of preparing the second lithium transition metal composite oxide particles, 1.071 g of lithium hydroxide monohydrate is added to 1.788 g of the prepared coprecipitated hydroxide precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1 is added. .11 Co 0.11 Ni 0.18 Mn 0.60 O 2 was produced, and the firing temperature was changed from 900 ° C. to 950 ° C. Such a mixed active material was produced.
(実施例13)
第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、焼成温度を900℃から925℃に変更した他は、実施例8と同様にして、実施例13に係る混合活物質を作製した。
(Example 13)
A mixed active material according to Example 13 was produced in the same manner as in Example 8, except that the firing temperature was changed from 900 ° C. to 925 ° C. in the production process of the second lithium transition metal composite oxide particles.
(実施例14)
第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、焼成温度を900℃から925℃に変更した他は、実施例7と同様にして、実施例14に係る混合活物質を作製した。
(Example 14)
A mixed active material according to Example 14 was produced in the same manner as in Example 7, except that the firing temperature was changed from 900 ° C. to 925 ° C. in the production process of the second lithium transition metal composite oxide particles.
(実施例15)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、原料水溶液滴下終了後の反応槽内の攪拌継続時間を20hから1hに変更し、また、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、原料水溶液滴下終了後の反応槽内の攪拌継続時間を3hから2hに変更した他は、実施例1と同様にして、実施例15に係る混合活物質を作製した。
(Example 15)
In the production process of the first lithium transition metal composite oxide particles, the stirring continuation time in the reaction vessel after completion of dropping of the raw material aqueous solution was changed from 20 h to 1 h, and the production of the second lithium transition metal composite oxide particles A mixed active material according to Example 15 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the stirring continuation time in the reaction vessel after completion of dropping of the raw material aqueous solution was changed from 3 h to 2 h.
(実施例16)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、原料水溶液滴下終了後の反応槽内の攪拌継続時間を20hから1hに変更し、また、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、原料水溶液滴下終了後の反応槽内の攪拌継続時間を3hから1hに変更した他は、実施例1と同様にして、実施例16に係る混合活物質を作製した。
(Example 16)
In the production process of the first lithium transition metal composite oxide particles, the stirring continuation time in the reaction vessel after completion of dropping of the raw material aqueous solution was changed from 20 h to 1 h, and the production of the second lithium transition metal composite oxide particles A mixed active material according to Example 16 was produced in the same manner as in Example 1, except that the stirring continuation time in the reaction vessel after completion of dropping of the raw material aqueous solution was changed from 3 h to 1 h.
(比較例1)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、原料水溶液滴下終了後の反応槽内の攪拌継続時間を20hから1hに変更した他は、実施例1と同様にして、比較例1に係る混合活物質を作製した。
(Comparative Example 1)
In the production process of the first lithium transition metal composite oxide particles, the same procedure as in Example 1 was performed except that the stirring duration in the reaction vessel after completion of dropping of the raw material aqueous solution was changed from 20 h to 1 h. Such a mixed active material was produced.
(比較例2)
第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子を混合しないで、第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子のみとした他は、実施例2と同様にして、比較例2に係る活物質を作製した。
(Comparative Example 2)
An active material according to Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 2, except that only the first lithium transition metal composite oxide particles were used without mixing the second lithium transition metal composite oxide particles.
(比較例3)
第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の代わりに、比較例1で作製した第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子を混合した他は、実施例2と同様にして、比較例3に係る混合活物質を作製した。
(Comparative Example 3)
The mixing according to Comparative Example 3 was performed in the same manner as in Example 2 except that the first lithium transition metal composite oxide particles prepared in Comparative Example 1 were mixed instead of the second lithium transition metal composite oxide particles. An active material was prepared.
(比較例4)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子を混合しないで、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子のみとした他は、実施例1と同様にして、比較例4に係る活物質を作製した。
(Comparative Example 4)
An active material according to Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that only the second lithium transition metal composite oxide particles were used without mixing the first lithium transition metal composite oxide particles.
(比較例5)
第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、原料水溶液滴下終了後の反応槽内の攪拌継続時間を3hから4hに変更した他は、実施例1と同様にして作製したリチウム遷移金属複合酸化物粒子を、第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子として、これを、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子と混合した他は、実施例1と同様にして、比較例5に係る混合活物質を作製した。
(Comparative Example 5)
The lithium transition metal produced in the same manner as in Example 1 except that in the production process of the second lithium transition metal composite oxide particles, the stirring duration in the reaction vessel after the dropping of the raw material aqueous solution was changed from 3h to 4h. The composite oxide particles were used as the first lithium transition metal composite oxide particles, and this was mixed with the second lithium transition metal composite oxide particles in the same manner as in Example 1 according to Comparative Example 5. A mixed active material was prepared.
(比較例6)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、焼成温度を900℃から950℃に変更した他は、実施例2と同様にして、比較例6に係る混合活物質を作製した。
(Comparative Example 6)
A mixed active material according to Comparative Example 6 was produced in the same manner as in Example 2 except that the firing temperature was changed from 900 ° C. to 950 ° C. in the production process of the first lithium transition metal composite oxide particles.
(比較例7)
第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、焼成温度を900℃から750℃に変更した他は、実施例2と同様にして、比較例7に係る混合活物質を作製した。
(Comparative Example 7)
A mixed active material according to Comparative Example 7 was produced in the same manner as in Example 2 except that the firing temperature was changed from 900 ° C. to 750 ° C. in the production process of the second lithium transition metal composite oxide particles.
(比較例8)
第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈炭酸塩前駆体2.134gに、炭酸リチウム1.118gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.23Co0.10Ni0.15Mn0.52O2からなる粒子を作製して、焼成温度を900℃から800℃に変更した他は、実施例2と同様にして、比較例8に係る混合活物質を作製した。
(Comparative Example 8)
In the step of preparing the first lithium transition metal composite oxide particles, 1.118 g of lithium carbonate is added to 2.134 g of the prepared coprecipitated carbonate precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1.23 Co 0. The mixed active material according to Comparative Example 8 was prepared in the same manner as in Example 2 except that particles made of 10 Ni 0.15 Mn 0.52 O 2 were prepared and the firing temperature was changed from 900 ° C. to 800 ° C. Produced.
(比較例9)
第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の作製工程において、作製した前記共沈水酸化物前駆体1.809gに、水酸化リチウム一水和物1.040gを加え、リチウム遷移金属複合酸化物Li1.09Co0.11Ni0.19Mn0.61O2からなる粒子を作製した他は、実施例2と同様にして、比較例9に係る混合活物質を作製した。
(Comparative Example 9)
In the step of preparing the second lithium transition metal composite oxide particles, 1.040 g of lithium hydroxide monohydrate is added to 1.809 g of the prepared coprecipitated hydroxide precursor, and the lithium transition metal composite oxide Li 1 is added. A mixed active material according to Comparative Example 9 was prepared in the same manner as in Example 2 except that particles made of 0.09 Co 0.11 Ni 0.19 Mn 0.61 O 2 were prepared.
<リチウム二次電池の作製及び評価>
実施例1〜16及び比較例1〜9のそれぞれの活物質を用いて、以下の手順でリチウム二次電池(モデルセル)を作製し、電池特性を評価した。
<Production and evaluation of lithium secondary battery>
Using each of the active materials of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 9, lithium secondary batteries (model cells) were produced by the following procedure, and battery characteristics were evaluated.
正極活物質、アセチレンブラック(AB)及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)を、質量比90:5:5の割合で混合した。この混合物を、分散媒としてN−メチルピロリドンを加えて混練分散し、固形分濃度が43質量%の塗布液を調製した。なお、PVdFについては、固形分が溶解分散された液を用いることによって、固形質量換算した。該塗布液を厚さ20μmのアルミニウム箔集電体に塗布し、120℃のホットプレート上でNMPを乾燥除去し、ロールプレス機に数回通すことにより正極合剤層の多孔度を35%に調整した。このようにして、作用面積が50mm×30mmの正極板を作製した。 The positive electrode active material, acetylene black (AB), and polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed at a mass ratio of 90: 5: 5. This mixture was kneaded and dispersed by adding N-methylpyrrolidone as a dispersion medium to prepare a coating solution having a solid content concentration of 43% by mass. In addition, about PVdF, it converted into solid mass by using the liquid by which solid content was melt | dissolved and dispersed. The coating solution is applied to an aluminum foil current collector with a thickness of 20 μm, NMP is removed by drying on a hot plate at 120 ° C., and the porosity of the positive electrode mixture layer is reduced to 35% by passing through a roll press several times. It was adjusted. In this way, a positive electrode plate having an active area of 50 mm × 30 mm was produced.
対極(負極)には、正極の単独挙動を観察するため、リチウム金属を用いた。このリチウム金属は、ニッケル箔集電体に密着させた。ただし、非水電解質二次電池の容量が十分に正極規制となるような調製が実施された。 Lithium metal was used for the counter electrode (negative electrode) in order to observe the single behavior of the positive electrode. This lithium metal was adhered to a nickel foil current collector. However, preparation was performed such that the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery was sufficiently positive electrode regulated.
電解液としては、EC/EMC/DMCの体積比が6:7:7である混合溶媒に、LiPF6を、その濃度が1mol/lとなるように溶解させたものを用いた。セパレータとしては、ポリエチレン製の微孔膜を用いた。外装体には、ポリエチレンテレフタレート(15μm)/アルミニウム箔(50μm)/金属接着性ポリプロピレンフィルム(50μm)からなる金属樹脂複合フィルムを用いた。この外装体に、正極端子、負極端子および参照極端子の開放端部が、外部に露出するように電極を収納した。前記電解液を0.5ml注液後、前記金属樹脂複合フィルムの内面同士が向かい合った融着代を気密封止した。 As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent having a volume ratio of EC / EMC / DMC of 6: 7: 7 so that its concentration becomes 1 mol / l was used. As the separator, a microporous membrane made of polyethylene was used. A metal resin composite film made of polyethylene terephthalate (15 μm) / aluminum foil (50 μm) / metal-adhesive polypropylene film (50 μm) was used for the outer package. The electrode was accommodated in this exterior body so that the open ends of the positive electrode terminal, the negative electrode terminal, and the reference electrode terminal were exposed to the outside. After injecting 0.5 ml of the electrolytic solution, the fusion allowance in which the inner surfaces of the metal resin composite film face each other was hermetically sealed.
上記のようにして作製された非水電解質二次電池に対して、25℃の下、2サイクルの初期充放電工程を実施した。充電は、電流0.1CmA、電圧4.6Vの定電流定電圧充電とした。充電終止条件については、電流値が0.02CmAに減衰した時点とした。放電は、電流0.1CmA、終止電圧2.0Vの定電流放電とした。全てのサイクルにおいて、充電後及び放電後に、10分の休止時間を設定した。このようにして、実施例及び比較例に係る非水電解質二次電池を完成した。 The initial charge / discharge process of 2 cycles was implemented at 25 degreeC with respect to the nonaqueous electrolyte secondary battery produced as mentioned above. The charging was constant current constant voltage charging with a current of 0.1 CmA and a voltage of 4.6V. The charge termination condition was the time when the current value attenuated to 0.02 CmA. The discharge was a constant current discharge with a current of 0.1 CmA and a final voltage of 2.0 V. In all cycles, a 10 minute rest period was set after charging and discharging. Thus, the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on an Example and a comparative example was completed.
完成した非水電解質二次電池について、3サイクルの充放電を行った。電圧制御は、全て、正極電位に対して行った。この充放電サイクルの条件は、充電電圧を4.3Vとしたことを除いては、前記初期充放電工程の条件と同一である。全てのサイクルにおいて、充電後及び放電後に、30分の休止時間を設定した。次に、高率放電試験を行った。高率放電試験の充電条件は前記初期充放電工程の条件と同一であり、放電条件は、放電電流を1CmAに変更したことを除いて前記初期充放電工程の条件と同一である。このときに得られた放電容量を「1C容量(mAh)」とした。 The completed nonaqueous electrolyte secondary battery was charged and discharged for 3 cycles. All voltage control was performed on the positive electrode potential. The conditions for this charge / discharge cycle are the same as the conditions for the initial charge / discharge step, except that the charge voltage is 4.3V. In all cycles, a 30 minute rest period was set after charging and after discharging. Next, a high rate discharge test was performed. The charging conditions of the high rate discharge test are the same as the conditions of the initial charge / discharge process, and the discharge conditions are the same as the conditions of the initial charge / discharge process except that the discharge current is changed to 1 CmA. The discharge capacity obtained at this time was defined as “1C capacity (mAh)”.
<活物質におけるリチウム遷移金属複合酸化物粒子の平均粒子径D50及びピーク微分容積の測定>
実施例1〜16及び比較例1〜9の活物質におけるリチウム遷移金属複合酸化物粒子の平均粒子径D50およびピーク微分細孔容積については、試験電池における電極(正極板)中における活物質を採取することで行った。放電状態にて解体した電極を取り出し、DMCをもちいて電極に付着した電解液をよく洗浄した。その後、アルミニウム箔集電体(基板)上の合剤を採取し、この合剤を前述の小型電気炉を用いて600℃で4時間焼成することで導電剤であるカーボンおよび結着剤であるPVdFバインダーを除去し、混合活物質のみを得た。その後、分級を行い、平均粒子径D50の異なる2つの活物質(平均粒子径D50の大きい第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子及び平均粒子径D50の小さい第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子)を分離した。なお、比較例2及び4は混合活物質ではなかった。
<Measurement of average particle diameter D50 and peak differential volume of lithium transition metal composite oxide particles in active material>
About the average particle diameter D50 and peak differential pore volume of the lithium transition metal composite oxide particles in the active materials of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 9, the active material in the test battery (positive electrode plate) was collected. It was done by doing. The electrode disassembled in the discharged state was taken out, and the electrolyte solution adhering to the electrode was thoroughly washed using DMC. Thereafter, the mixture on the aluminum foil current collector (substrate) is collected, and this mixture is baked at 600 ° C. for 4 hours using the above-mentioned small electric furnace, thereby being carbon as a conductive agent and a binder. The PVdF binder was removed to obtain only the mixed active material. Thereafter, classification, mean particle diameter D50 of two different active material (mean large first lithium transition metal composite oxide particles and small average particle size D50 second lithium transition metal composite oxide particles having a particle diameter D50 ). Comparative Examples 2 and 4 were not mixed active materials.
次の条件及び手順に沿って、上記のようにして分離した第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子及び第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の粒度分布測定を行った。測定装置には日機装社製Microtrac (型番:MT3000)を用いた。前記測定装置は、光学台、試料供給部及び制御ソフトを搭載したコンピューターを備えており、光学台にはレーザー光透過窓を有する湿式セルが設置される。測定原理は、測定対象試料が分散溶媒中に分散している分散液が循環している湿式セルにレーザー光を照射し、測定試料からの散乱光分布を粒度分布に変換する方式である。前記分散液は試料供給部に蓄えられ、ポンプによって湿式セルに循環供給される。前記試料供給部は、常に超音波振動が加えられている。今回の測定では、分散溶媒として水を用いた。又、測定制御ソフトにはMicrotrac DHS for Win98 (MT3000)を使用した。前記測定装置に設定入力する「物質情報」については、溶媒の「屈折率」として1.33を設定し、「透明度」として「透過(TRANSPARENT)」を選択し、「球形粒子」として「非球形」を選択した。試料の測定に先立ち、「Set Zero」操作を行う。「Set zero」操作は、粒子からの散乱光以外の外乱要素(ガラス、ガラス壁面の汚れ、ガラス凹凸など)が後の測定に与える影響を差し引くための操作であり、試料供給部に分散溶媒である水のみを入れ、湿式セルに分散溶媒である水のみが循環している状態でバックグラウンド操作を行い、バックグラウンドデータをコンピューターに記憶させる。続いて「Sample LD (Sample Loading)」操作を行う。Sample LD操作は、測定時に湿式セルに循環供給される分散液中の試料濃度を最適化するための操作であり、測定制御ソフトの指示に従って試料供給部に測定対象試料を手動で最適量に達するまで投入する操作である。続いて、「測定」ボタンを押すことで測定操作が行われる。前記測定操作を2回繰り返し、その平均値として測定結果がコンピューターから出力される。測定結果は、粒度分布ヒストグラム、並びに、D10、D50及びD90の各値(D10、D50及びD90は、二次粒子の粒度分布における累積体積がそれぞれ10%、50%及び90%となる粒度)として取得される。 The particle size distribution of the first lithium transition metal composite oxide particles and the second lithium transition metal composite oxide particles separated as described above was measured according to the following conditions and procedures. Microtrac (model number: MT3000) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. was used as the measuring device. The measurement apparatus includes an optical bench, a sample supply unit, and a computer equipped with control software. A wet cell having a laser light transmission window is installed on the optical bench. The measurement principle is a method in which a wet cell in which a dispersion liquid in which a sample to be measured is dispersed in a dispersion solvent circulates is irradiated with laser light, and the scattered light distribution from the measurement sample is converted into a particle size distribution. The dispersion is stored in a sample supply unit and circulated and supplied to a wet cell by a pump. The sample supply unit is always subjected to ultrasonic vibration. In this measurement, water was used as a dispersion solvent. Moreover, Microtrac DHS for Win98 (MT3000) was used for the measurement control software. For the “substance information” to be set and input to the measuring apparatus, 1.33 is set as the “refractive index” of the solvent, “TRANSPARENT” is selected as the “transparency”, and “non-spherical” is selected as the “spherical particle”. Was selected. Prior to sample measurement, perform “Set Zero” operation. The “Set zero” operation is an operation to subtract the influence of disturbance elements other than the scattered light from the particles (glass, dirt on the glass wall, glass irregularities, etc.) on subsequent measurements. A background operation is performed in a state where only certain water is added and only water as a dispersion solvent is circulating in the wet cell, and the background data is stored in the computer. Next, perform the “Sample LD (Sample Loading)” operation. The Sample LD operation is an operation for optimizing the sample concentration in the dispersion that is circulated and supplied to the wet cell during measurement, and manually reaches the optimum amount of the sample to be measured in the sample supply unit according to the instructions of the measurement control software. It is an operation to throw up. Subsequently, the measurement operation is performed by pressing the “Measure” button. The measurement operation is repeated twice, and the measurement result is output from the computer as the average value. The measurement results are as a particle size distribution histogram and values of D10, D50, and D90 (D10, D50, and D90 are particle sizes at which the cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particles is 10%, 50%, and 90%, respectively) To be acquired.
実施例1〜16及び比較例1〜9の活物質について、第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子及び第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の測定された平均粒子径D50の値を「粒子径(μm)」として表1に示す。
その測定の結果、実施例1〜16、比較例1〜3、5〜9の第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子(比較例5は水酸化物前駆体からのもの)は、平均粒子径D50が5〜18μmであり、実施例1〜16、比較例1、3〜9の第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子(比較例3は炭酸塩前駆体からのもの)は、平均粒子径D50が2〜5μmであった。
For the active materials of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 9, the measured average particle diameter D50 of the first lithium transition metal composite oxide particles and the second lithium transition metal composite oxide particles is expressed as “ particle The diameter (μm) ”is shown in Table 1.
As a result of the measurement, the first lithium transition metal composite oxide particles of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 3 and 5 to 9 (Comparative Example 5 is from a hydroxide precursor) have an average particle diameter. D50 is 5 to 18 μm, and the second lithium transition metal composite oxide particles of Examples 1 to 16, Comparative Examples 1 and 3 to 9 (Comparative Example 3 is from a carbonate precursor) have an average particle diameter D50 was 2 to 5 μm.
ピーク微分細孔容積の測定には、Quantachrome社製の「autosorb iQ」及び制御・解析ソフト「ASiQwin」を用いた。測定対象の試料(上記のようにして分離した第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子又は第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子)1.00gを測定用のサンプル管に入れ、120℃にて12h真空乾燥することで、測定試料中の水分を十分に除去した。次に、液体窒素を用いた窒素ガス吸着法により、相対圧力P/P0(P0=約770mmHg)が0から1の範囲内で吸着側および脱離側の等温線を測定した。そして、脱離側の等温線を用いてBJH法により計算することにより細孔分布を評価し、ピーク微分細孔容積を求めた。 For the measurement of the peak differential pore volume, “autosorb iQ” manufactured by Quantachrome and control / analysis software “ASiQwin” were used. 1.00 g of a sample to be measured (first lithium transition metal composite oxide particles or second lithium transition metal composite oxide particles separated as described above) is placed in a measurement sample tube, and at 120 ° C. Water in the measurement sample was sufficiently removed by vacuum drying for 12 hours. Next, the adsorption side and desorption side isotherms were measured by a nitrogen gas adsorption method using liquid nitrogen within a relative pressure P / P0 (P0 = about 770 mmHg) range of 0 to 1. And pore distribution was evaluated by calculating by BJH method using the desorption side isotherm, and the peak differential pore volume was obtained.
実施例1〜16及び比較例1〜9の活物質について、第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子及び第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の測定されたピーク微分細孔容積の値を表1に示す。また、第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子及び第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の微分細孔容積カーブを代表して、図1に示す。
その測定の結果、実施例1〜16、比較例1〜3、7、9の第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、微分細孔容積が最大値を示す細孔径が30〜40nmの範囲でピーク微分細孔容積は0.8〜1.7mm3/(g・nm)であり、実施例1〜16、比較例1、4〜6、8の第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、細孔径が50〜70nmの範囲でピーク微分細孔容積は0.3〜0.5mm3/(g・nm)であった。比較例5の第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子(水酸化物前駆体からのもの)は、細孔径が50〜70nmの範囲でピーク微分細孔容積は0.3mm3/(g・nm)であり、比較例6及び比較例8の第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子(炭酸塩前駆体からのもの)は、微分細孔容積が最大値を示す細孔径が30〜40nmの範囲でピーク微分細孔容積は、それぞれ0.6mm3/(g・nm)及び0.7mm3/(g・nm)であった。比較例3の第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子(炭酸塩前駆体からのもの)は、微分細孔容積が最大値を示す細孔径が30〜40nmの範囲でピーク微分細孔容積は1.4mm3/(g・nm)であり、比較例7及び比較例9の第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子(水酸化物前駆体からのもの)は、細孔径が50〜70nmの範囲でピーク微分細孔容積は0.7mm3/(g・nm)であった。
Table 1 shows measured peak differential pore volume values of the first lithium transition metal composite oxide particles and the second lithium transition metal composite oxide particles for the active materials of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 9. It is shown in 1. FIG. 1 shows a differential pore volume curve of the first lithium transition metal composite oxide particles and the second lithium transition metal composite oxide particles.
As a result of the measurement, the first lithium transition metal composite oxide particles of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 3, 7 and 9 have a pore diameter of 30 to 40 nm in which the differential pore volume shows the maximum value. And the peak differential pore volume is 0.8 to 1.7 mm 3 / (g · nm), and the second lithium transition metal composite oxide particles of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1, 4 to 6, and 8 The pore differential diameter was in the range of 50 to 70 nm, and the peak differential pore volume was 0.3 to 0.5 mm 3 / (g · nm). The first lithium transition metal composite oxide particles of Comparative Example 5 (from the hydroxide precursor) had a pore diameter in the range of 50 to 70 nm and a peak differential pore volume of 0.3 mm 3 / (g · nm). The first lithium transition metal composite oxide particles of Comparative Example 6 and Comparative Example 8 (from the carbonate precursor) have a pore diameter in the range of 30 to 40 nm where the differential pore volume shows the maximum value. The peak differential pore volumes were 0.6 mm 3 / (g · nm) and 0.7 mm 3 / (g · nm), respectively. The second lithium transition metal composite oxide particle of Comparative Example 3 (from the carbonate precursor) has a peak differential pore volume of 1 in a pore diameter range of 30 to 40 nm where the differential pore volume shows a maximum value. 4 mm 3 / (g · nm), and the second lithium transition metal composite oxide particles of Comparative Example 7 and Comparative Example 9 (from the hydroxide precursor) have a pore diameter in the range of 50 to 70 nm. The peak differential pore volume was 0.7 mm 3 / (g · nm).
<プレス加工性試験>
上記方法にて解体して得られた電極(正極板)をDMCで洗浄後、十分乾燥したのちに20kNの平板プレス(理研製油圧ポンプ TYPE P−1B、プレス台CDM−20M)を行い、アルミ箔(集電体)からの合剤剥離をチェックした。2t/cm2のプレス圧を加えた後に、極板を折り曲げた時、合剤が剥離しないものを○、剥離したものを×とした。その結果、実施例1〜16、比較例4〜6、8、9の活物質を使用した合剤は、集電体からの剥離は認められなかった。比較例1〜3の活物質を使用した合剤は、集電体から剥離した。
<Press workability test>
After the electrode (positive electrode plate) obtained by disassembling by the above method is washed with DMC and sufficiently dried, a 20 kN flat plate press (RIKEN hydraulic pump TYPE P-1B, press stand CDM-20M) is applied to form aluminum. The mixture peeling from the foil (current collector) was checked. When the electrode plate was bent after applying a press pressure of 2 t / cm 2 , the mixture was not peeled off, and the peeled plate was crossed. As a result, the mixture using the active materials of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 4 to 6, 8, and 9 did not peel from the current collector. The mixture using the active materials of Comparative Examples 1 to 3 was peeled from the current collector.
実施例1〜16及び比較例1〜9に係る活物質について、平均粒子径D50(粒子径)、ピーク微分細孔容積の測定結果、上記の活物質をそれぞれ用いたリチウム二次電池の試験結果を表1に示す。 About the active material which concerns on Examples 1-16 and Comparative Examples 1-9, average particle diameter D50 (particle diameter) , the measurement result of a peak differential pore volume, the test result of the lithium secondary battery using said active material, respectively Is shown in Table 1.
表1より、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた微分細孔容積が最大値を示す細孔径が30〜40nmの範囲で、ピーク微分細孔容積が0.8mm3/(g・nm)以上である平均粒子径D50の大きい第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子と、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた微分細孔容積が最大値を示す細孔径が50〜70nmの範囲で、ピーク微分細孔容積が0.5mm3/(g・nm)以下である平均粒子径D50の小さい第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子とを混合してリチウム二次電池用正極活物質とすることにより、1C容量が180mAh/g以上となって高率放電性能が向上すると共に、プレス加工性試験により集電体からの合剤剥離はなくプレス加工性が向上することがわかる(実施例1〜16参照)。 From Table 1, the differential pore volume obtained by the BJH method from the adsorption isotherm using the nitrogen gas adsorption method has a maximum pore diameter in the range of 30 to 40 nm and the peak differential pore volume is 0.8 mm 3 / The differential pore volume obtained by the BJH method from the first lithium transition metal composite oxide particles having a large average particle diameter D50 of (g · nm) or more and the adsorption isotherm using the nitrogen gas adsorption method is the maximum value. A second lithium transition metal composite oxide particle having a small average particle diameter D50 having a peak differential pore size in the range of 50 to 70 nm and a peak differential pore volume of 0.5 mm 3 / (g · nm) or less; By using a positive electrode active material for a lithium secondary battery, the 1C capacity becomes 180 mAh / g or more and high-rate discharge performance is improved, and there is no peeling of the mixture from the current collector by a press workability test. Improved (See Examples 1 to 16).
これに対して、ピーク微分細孔容積が本発明の要件を満たしても、第一及び第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子の平均粒子径D50が同じ場合は、1C容量が180mAh/g以上であり高率放電性能は優れているが、プレス加工性試験により集電体から合剤が剥離してプレス加工性は悪い(比較例1参照)。
Li/Me比が1.2より大きく、1.6より小さい場合であって、第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子のみの場合、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子のピーク微分細孔容積が0.5mm3/(g・nm)を超える場合は、高率放電性能は優れているが、プレス加工性は悪い(比較例2、3、7参照)。Li/Me比が1.2以下になると、第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子のピーク微分細孔容積が0.5mm3/(g・nm)を超える場合でも、プレス加工性は改善されるが、高率放電性能は低下する(比較例9参照)。
第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子のみの場合、焼成温度が高すぎたり、Li/Me比が大きすぎたりして、第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子のピーク微分細孔容積が0.8mm3/(g・nm)未満になる場合は、プレス加工性は優れているが、高率放電性能は悪い(比較例4〜6、8参照)。
On the other hand, even if the peak differential pore volume satisfies the requirements of the present invention, if the average particle diameter D50 of the first and second lithium transition metal composite oxide particles is the same, the 1C capacity is 180 mAh / g or more. Although the high rate discharge performance is excellent, the mixture is peeled from the current collector by the press workability test, and the press workability is poor (see Comparative Example 1).
When the Li / Me ratio is larger than 1.2 and smaller than 1.6, and only the first lithium transition metal composite oxide particles, the peak differential pores of the second lithium transition metal composite oxide particles When the volume exceeds 0.5 mm 3 / (g · nm), high-rate discharge performance is excellent, but press workability is poor (see Comparative Examples 2, 3, and 7). When the Li / Me ratio is 1.2 or less, the press workability is improved even when the peak differential pore volume of the second lithium transition metal composite oxide particles exceeds 0.5 mm 3 / (g · nm). However, the high rate discharge performance decreases (see Comparative Example 9).
In the case of only the second lithium transition metal composite oxide particles, the firing temperature is too high or the Li / Me ratio is too large, and the peak differential pore volume of the first lithium transition metal composite oxide particles is 0. When it is less than 0.8 mm 3 / (g · nm), the press workability is excellent, but the high rate discharge performance is poor (see Comparative Examples 4 to 6 and 8).
以上のとおり、本発明においては、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた微分細孔容積が最大値を示す細孔径が30〜40nmの範囲で、ピーク微分細孔容積が0.8mm3/(g・nm)以上である平均粒子径D50の大きい第一のリチウム遷移金属複合酸化物粒子と、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた微分細孔容積が最大値を示す細孔径が50〜70nmの範囲で、ピーク微分細孔容積が0.5mm3/(g・nm)以下である平均粒子径D50の小さい第二のリチウム遷移金属複合酸化物粒子とを混合してリチウム二次電池用正極活物質とすることにより、高率放電性能及び電極加工性が顕著に向上するという効果を奏するものである。 As described above, in the present invention, the peak differential pore volume is 30 to 40 nm in which the differential pore volume obtained by the BJH method from the adsorption isotherm using the nitrogen gas adsorption method shows the maximum value, and the peak differential pore volume is Differential lithium determined by BJH method from first lithium transition metal composite oxide particles having a large average particle diameter D50 of 0.8 mm 3 / (g · nm) or more and an adsorption isotherm using a nitrogen gas adsorption method Second lithium transition metal composite oxide having a small average particle diameter D50 having a maximum pore size in the range of 50 to 70 nm and a peak differential pore volume of 0.5 mm 3 / (g · nm) or less By mixing the particles to obtain a positive electrode active material for a lithium secondary battery, the high rate discharge performance and electrode processability are remarkably improved.
本発明の高率放電性能及び電極加工性が優れた正極活物質を用いたリチウム二次電池は、特にハイブリッド自動車用、電気自動車用のリチウム二次電池として有用である。 The lithium secondary battery using the positive electrode active material excellent in high rate discharge performance and electrode processability of the present invention is particularly useful as a lithium secondary battery for hybrid vehicles and electric vehicles.
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