JP6745929B2 - Method for producing lithium-containing composite oxide, positive electrode for lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、リチウム含有複合酸化物の製造方法、該製造方法で得られたリチウム含有複合酸化物を含むリチウムイオン二次電池用正極、および該正極を有するリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a method for producing a lithium-containing composite oxide, a positive electrode for a lithium-ion secondary battery containing the lithium-containing composite oxide obtained by the production method, and a lithium-ion secondary battery having the positive electrode.
リチウムイオン二次電池の正極に含まれる正極活物質としては、リチウム含有複合酸化物、特にLiCoO2がよく知られている。しかし、近年、携帯型電子機器や車載用のリチウムイオン二次電池には、小型化、軽量化が求められ、単位質量あたりの放電容量(以下、単に放電容量と記す。)のさらなる向上や、充放電サイクルを繰り返した後に放電容量や平均放電電圧が低下しない特性(以下、サイクル特性とも記す。)のさらなる向上が要求されている。 As a positive electrode active material included in the positive electrode of a lithium ion secondary battery, a lithium-containing composite oxide, particularly LiCoO 2, is well known. However, in recent years, portable electronic devices and vehicle-mounted lithium-ion secondary batteries have been required to be smaller and lighter, further improving the discharge capacity per unit mass (hereinafter, simply referred to as discharge capacity), There is a demand for further improvement in characteristics (hereinafter, also referred to as cycle characteristics) in which the discharge capacity and the average discharge voltage do not decrease after repeating the charge/discharge cycle.
リチウムイオン二次電池の放電容量およびサイクル特性を向上できる正極活物質(リチウム含有複合酸化物)としては、LiCo1−2xNixMnxO2(ただし、0<x≦0.5である。)で表される、いわゆる3元系の正極活物質が提案されている。また、リチウムイオン二次電池の放電容量をさらに向上できる3元系の正極活物質の製造方法としては、下記の方法が提案されている。
(1)Li、Ni、MnおよびCoを含む前駆体を、酸化性雰囲気中、300℃以上800℃未満で一次熱処理した後、非酸化性雰囲気中、800℃以上で二次熱処理するリチウム含有複合酸化物の製造方法(特許文献1)。
As a positive electrode active material (lithium-containing composite oxide) capable of improving the discharge capacity and cycle characteristics of a lithium-ion secondary battery, LiCo 1-2x Ni x Mn x O 2 (where 0<x≦0.5 is satisfied. ), a so-called ternary positive electrode active material is proposed. The following method has been proposed as a method for producing a ternary-type positive electrode active material capable of further improving the discharge capacity of a lithium ion secondary battery.
(1) Lithium-containing composite material in which a precursor containing Li, Ni, Mn, and Co is subjected to a primary heat treatment in an oxidizing atmosphere at 300° C. or higher and lower than 800° C., and then a secondary heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere at 800° C. or higher. Oxide production method (Patent Document 1).
また、リチウムイオン二次電池の放電容量をさらに高くできる正極活物質としては、LiおよびMnの含有率が高い正極活物質、いわゆるリチウムリッチ系正極活物質が注目されている。リチウムリッチ系正極活物質としては、たとえば、下記のものが提案されている。
(2)α−NaFeO2型結晶構造を有し、Li1+αMe1−αO2(ただし、MeはCo、NiおよびMnを含む遷移金属元素であり、α>0であり、遷移金属元素に対するLiのモル比(Li/Me)が1.2〜1.6であり、遷移金属元素に対するCoのモル比(Co/Me)が0.02〜0.23であり、遷移金属元素に対するMnのモル比(Mn/Me)が0.62〜0.72である。)で表される正極活物質(特許文献2)。
(3)xLi2MnO3・(1−x)LiNiu+ΔMnu−ΔCowAyO2(ただし、AはMg、Sr、Ba、Cd、Zn、Al、Ga、B、Zr、Ti、Ca、Ce、Y、Nb、Cr、FeおよびVから選ばれる1種以上の元素であり、xは0.03〜0.47であり、Δは−0.3〜0.3であり、2u+w+y=1であり、wは0〜1であり、uは0〜0.5であり、y<0.1である。)で表されるリチウムリッチ複合金属酸化物(特許文献3)。
Further, as a positive electrode active material capable of further increasing the discharge capacity of a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material having a high content ratio of Li and Mn, that is, a so-called lithium-rich positive electrode active material has been attracting attention. As the lithium-rich positive electrode active material, for example, the followings have been proposed.
(2) It has an α-NaFeO 2 type crystal structure and is Li 1+α Me 1-α O 2 (where Me is a transition metal element containing Co, Ni and Mn, α>0, and is relative to the transition metal element). The molar ratio of Li (Li/Me) is 1.2 to 1.6, the molar ratio of Co to the transition metal element (Co/Me) is 0.02 to 0.23, and the ratio of Mn to the transition metal element is A positive electrode active material represented by a molar ratio (Mn/Me) of 0.62 to 0.72 (Patent Document 2).
(3) xLi 2 MnO 3 · (1-x) LiNi u + Δ Mn u-Δ Co w A y O 2 ( however, A is Mg, Sr, Ba, Cd, Zn, Al, Ga, B, Zr, Ti, One or more elements selected from Ca, Ce, Y, Nb, Cr, Fe and V, x is 0.03 to 0.47, Δ is −0.3 to 0.3, and 2u+w+y. =1, w is 0 to 1, u is 0 to 0.5, and y<0.1.) A lithium-rich composite metal oxide (Patent Document 3).
しかし、(1)の方法で得られる3元系の正極活物質は、LiおよびMnの含有率が低い。そのため、該3元系の正極活物質を含む正極を有するリチウムイオン二次電池は、近年の放電容量の向上の要求に充分に応えられるものではない。
(2)、(3)のリチウムリッチ系正極活物質は、金属元素としてMnを多く含んでいる。リチウムリッチ系正極活物質におけるMnは、高電圧での充電によって電解液から生じた分解物と接触すると電解液中に溶出しやすい。電解液にMnが溶出すると、正極活物質の結晶構造が不安定になる。そのため、リチウムリッチ系正極活物質を含む正極を有するリチウムイオン二次電池は、特に充放電の繰り返しによってサイクル特性が低下しやすく、その特性の改善が求められている。
However, the ternary positive electrode active material obtained by the method (1) has a low Li and Mn content. Therefore, a lithium ion secondary battery having a positive electrode containing the ternary positive electrode active material cannot sufficiently meet the recent demand for improvement in discharge capacity.
The lithium-rich positive electrode active materials (2) and (3) contain a large amount of Mn as a metal element. Mn in the lithium-rich positive electrode active material is likely to be eluted in the electrolytic solution when it comes into contact with a decomposition product generated from the electrolytic solution by charging at a high voltage. When Mn is eluted in the electrolytic solution, the crystal structure of the positive electrode active material becomes unstable. Therefore, a lithium-ion secondary battery having a positive electrode containing a lithium-rich positive electrode active material is likely to have deteriorated cycle characteristics, especially due to repeated charging/discharging, and improvement of the characteristics is required.
本発明者らがリチウムリッチ系正極活物質について検討したところ、リチウムリッチ系正極活物質を含む正極を有するリチウムイオン二次電池の放電容量およびサイクル特性が、リチウムリッチ系正極活物質の比表面積に依存していることを見出した。具体的には、リチウムリッチ系正極活物質の比表面積が高いと放電容量が高まるが、サイクル特性が低下する傾向がみられる。一方、リチウムリッチ系正極活物質の比表面積が低いと、放電容量が低下し、サイクル特性が高くなる傾向がみられる。このため、従来のリチウムリッチ系正極活物質では、リチウムイオン二次電池の放電容量とサイクル特性の両方の特性を高くすることは困難であった。 When the present inventors examined the lithium-rich positive electrode active material, the discharge capacity and cycle characteristics of the lithium-ion secondary battery having a positive electrode containing the lithium-rich positive electrode active material were I found that I was dependent. Specifically, when the specific surface area of the lithium-rich positive electrode active material is high, the discharge capacity increases, but the cycle characteristics tend to deteriorate. On the other hand, when the specific surface area of the lithium-rich positive electrode active material is low, the discharge capacity tends to decrease and the cycle characteristics tend to improve. Therefore, it has been difficult to improve both the discharge capacity and the cycle characteristics of the lithium-ion secondary battery with the conventional lithium-rich positive electrode active material.
本発明は、リチウムイオン二次電池の放電容量とサイクル特性とを高くできるリチウムリッチ系正極活物質に使用されるリチウム含有複合酸化物を製造する方法;該方法で得られたリチウム含有複合酸化物を含むリチウムイオン二次電池用正極;および該正極を有するリチウムイオン二次電池の提供を目的とする。 The present invention relates to a method for producing a lithium-containing composite oxide used in a lithium-rich positive electrode active material capable of enhancing the discharge capacity and cycle characteristics of a lithium-ion secondary battery; the lithium-containing composite oxide obtained by the method. An object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium-ion secondary battery containing: and a lithium-ion secondary battery having the positive electrode.
本発明者らは、LiおよびMnを多く含むリチウム含有複合酸化物を製造する際に、水酸化物の比表面積を特定の範囲に制御し、該水酸化物とリチウム化合物とを混合した混合物の熱処理条件、具体的には雰囲気および温度を特定の条件にすることによって、比表面積が低くても、リチウムイオン二次電池の放電容量とサイクル特性の両方を高くできるリチウム含有複合酸化物が得られることを見出し、本発明に到った。 The inventors of the present invention, when producing a lithium-containing composite oxide containing a large amount of Li and Mn, control the specific surface area of the hydroxide within a specific range to obtain a mixture of the hydroxide and the lithium compound. By adjusting the heat treatment conditions, specifically the atmosphere and the temperature, it is possible to obtain a lithium-containing composite oxide capable of enhancing both the discharge capacity and the cycle characteristics of the lithium-ion secondary battery even if the specific surface area is low. The inventors have found that and have reached the present invention.
すなわち、本発明の要旨は、下記の[1]〜[10]にある。
[1]Li1+aMOb(ただし、Mは2種以上の金属元素(ただし、Liを除く。)からなり、該金属元素のうち少なくとも2種はNiおよびMnであり、Niに対するMnのモル比(Mn/Ni)が1.1以上であり、aは0超0.6以下であり、bはLiおよびMの原子価を満足するのに必要なOのモル数である。)で表されるリチウム含有複合酸化物を製造する方法であって、
下記の工程(a)〜(d)を有する、リチウム含有複合酸化物の製造方法。
(a)NiおよびMnを含み、Niに対するMnのモル比(Mn/Ni)が1.1以上であり、比表面積が5〜80m2/gである水酸化物を得る工程。
(b)リチウム化合物と前記水酸化物とを、前記水酸化物に含まれるLi以外の金属元素の総モル数に対するLiのモル比(Li/M)が1超1.6以下となるように混合して混合物を得る工程。
(c)酸素濃度が5体積%以上の雰囲気中、500〜700℃の温度で前記混合物を熱処理して一次熱処理物を得る工程。
(d)酸素濃度が5体積%未満の雰囲気中、800℃以上950℃未満の温度で前記一次熱処理物を二次熱処理して前記リチウム含有複合酸化物を得る工程。
That is, the gist of the present invention lies in the following [1] to [10].
[1] Li 1+a MO b (where M is two or more metal elements (excluding Li)), at least two of which are Ni and Mn, and the molar ratio of Mn to Ni. (Mn/Ni) is 1.1 or more, a is more than 0 and 0.6 or less, and b is the number of moles of O necessary to satisfy the valences of Li and M.). A method for producing a lithium-containing composite oxide, comprising:
A method for producing a lithium-containing composite oxide, comprising the following steps (a) to (d).
(A) A step of obtaining a hydroxide containing Ni and Mn, having a molar ratio of Mn to Ni (Mn/Ni) of 1.1 or more and having a specific surface area of 5 to 80 m 2 /g.
(B) The lithium compound and the hydroxide are so adjusted that the molar ratio (Li/M) of Li to the total number of moles of metal elements other than Li contained in the hydroxide is more than 1 and not more than 1.6. Mixing to obtain a mixture.
(C) A step of obtaining a primary heat-treated product by heat-treating the mixture at a temperature of 500 to 700° C. in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or more.
(D) A step of subjecting the primary heat-treated product to secondary heat treatment at a temperature of 800° C. or higher and lower than 950° C. in an atmosphere having an oxygen concentration of less than 5% by volume to obtain the lithium-containing composite oxide.
[2]前記工程(d)の雰囲気が、酸素濃度が5体積%未満であり、残部が窒素である雰囲気である、[1]のリチウム含有複合酸化物の製造方法。
[3]前記工程(d)を密閉容器内で行う、[1]または[2]のリチウム含有複合酸化物の製造方法。
[4]さらに下記工程(e)を有する、[1]〜[3]のいずれかのリチウム含有複合酸化物の製造方法。
(e)前記工程(d)の後に、酸素濃度が5体積%以上の雰囲気中、400〜800℃の温度で前記リチウム含有複合酸化物を熱処理する工程。
[5]前記リチウム含有複合酸化物が、下式(II)で表される化合物である、[1]〜[4]のいずれかのリチウム含有複合酸化物の製造方法。
Li(LiaNixCoyMnz)Ob ・・・(II)
ただし、aは0超0.6以下であり、xは0.1〜0.5であり、yは0〜0.3であり、zは0.36〜0.9であり、x+y+z=1であり、z/xは1.1以上であり、bはLiおよびMの原子価を満足するのに必要なOのモル数である。
[6]前記リチウム含有複合酸化物の比表面積が0.9〜4m2/gである、[1]〜[5]のいずれかのリチウム含有複合酸化物の製造方法。
[7]前記水酸化物の体積基準累積50%径D50が3〜18μmである、[1]〜[6]のいずれかのリチウム含有複合酸化物の製造方法。
[8]前記リチウム含有複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子であり、該二次粒子の体積基準累積50%径D50は、3〜18μmである、[1]〜[7]のいずれかのリチウム含有複合酸化物の製造方法。
[9]前記[1]〜[8]のいずれかの製造方法で得られたリチウム含有複合酸化物を含む、リチウムイオン二次電池用正極。
[10]前記[9]のリチウムイオン二次電池用正極を有する、リチウムイオン二次電池。
[2] The method for producing a lithium-containing composite oxide according to [1], wherein the atmosphere in the step (d) has an oxygen concentration of less than 5% by volume and the balance is nitrogen.
[3] The method for producing a lithium-containing composite oxide according to [1] or [2], wherein the step (d) is performed in a closed container.
[4] The method for producing a lithium-containing composite oxide according to any one of [1] to [3], further including the following step (e).
(E) A step of heat-treating the lithium-containing composite oxide after the step (d) at a temperature of 400 to 800° C. in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or more.
[5] The method for producing a lithium-containing composite oxide according to any one of [1] to [4], wherein the lithium-containing composite oxide is a compound represented by the following formula (II).
Li(Li a Ni x Co y Mn z )O b ... (II)
However, a is more than 0 and 0.6 or less, x is 0.1 to 0.5, y is 0 to 0.3, z is 0.36 to 0.9, and x+y+z=1. And z/x is 1.1 or more, and b is the number of moles of O necessary to satisfy the valences of Li and M.
[6] The method for producing a lithium-containing composite oxide according to any one of [1] to [5], wherein the lithium-containing composite oxide has a specific surface area of 0.9 to 4 m 2 /g.
[7] The method for producing a lithium-containing composite oxide according to any one of [1] to [6], wherein the volume-based cumulative 50% diameter D 50 of the hydroxide is 3 to 18 μm.
[8] The lithium-containing composite oxide is a secondary particle in which a plurality of primary particles are aggregated, and the volume-based cumulative 50% diameter D 50 of the secondary particle is 3 to 18 μm. [7] A method for producing a lithium-containing composite oxide according to any one of [7].
[9] A positive electrode for a lithium-ion secondary battery, containing the lithium-containing composite oxide obtained by the production method according to any one of [1] to [8].
[10] A lithium ion secondary battery including the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to [9].
本発明の製造方法は、リチウムイオン二次電池の放電容量とサイクル特性の両方を高くできるリチウム含有複合酸化物を提供できる。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極によれば、リチウムイオン二次電池の放電容量およびサイクル特性の両方を高くできる。
本発明のリチウムイオン二次電池は、放電容量およびサイクル特性の両方が高い。
The manufacturing method of the present invention can provide a lithium-containing composite oxide capable of enhancing both the discharge capacity and the cycle characteristics of a lithium ion secondary battery.
According to the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, both the discharge capacity and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be improved.
The lithium ion secondary battery of the present invention has high discharge capacity and cycle characteristics.
以下の用語の定義は、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。
「LiおよびMnを多く含むリチウム含有複合酸化物」とは、LiとMnのそれぞれの含有量が、リチウム含有複合酸化物中のLi以外の金属元素の合量(M)に対してモル比で、Li/Mが1超であり、Mn/Mが0.36以上である複合酸化物を意味する。
「酸素濃度が特定の範囲であり、残部が窒素またはアルゴンである雰囲気」とは、酸素以外の成分が実質的に窒素またはアルゴンであり、酸素、窒素およびアルゴン以外の他の成分を熱処理に影響を与えない範囲で含んでいてもよい雰囲気を意味する。
「D50」は、体積基準で求めた粒度分布の全体積を100%とした累積体積分布曲線において50%となる点の粒子径、すなわち体積基準累積50%径を意味する。粒度分布は、レーザー散乱粒度分布測定装置で測定した頻度分布および累積体積分布曲線で求められる。粒子径の測定は、粉末を水媒体中に超音波処理等で充分に分散させて粒度分布を測定する(たとえば、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置等を用いる)ことで行われる。
「Li」との表記は、特に言及しない限り当該金属単体ではなく、Li元素であることを示す。Ni、CoおよびMn等の他の元素の表記も同様である。
リチウム含有複合酸化物および水酸化物の組成分析は、誘導結合プラズマ分析法(以下、ICPと略す)により行う。また、リチウム含有複合酸化物の元素の比率は、初回充電(活性化処理ともいう)前のリチウム含有複合酸化物における値である。
The following definitions of terms apply throughout the specification and claims.
The “lithium-containing composite oxide containing a large amount of Li and Mn” means that the respective contents of Li and Mn are in a molar ratio with respect to the total amount (M) of metal elements other than Li in the lithium-containing composite oxide. , Li/M is more than 1 and Mn/M is 0.36 or more.
"Atmosphere in which the oxygen concentration is in a specific range and the balance is nitrogen or argon" means that the components other than oxygen are substantially nitrogen or argon, and the components other than oxygen, nitrogen and argon influence the heat treatment. Means an atmosphere that may be included in a range that does not give.
“D 50 ”means a particle diameter at a point at which 50% is reached in a cumulative volume distribution curve where the total volume distribution of particle size distribution is 100%, that is, a volume-based cumulative 50% diameter. The particle size distribution is obtained from the frequency distribution and cumulative volume distribution curve measured by a laser scattering particle size distribution measuring device. The particle size is measured by sufficiently dispersing the powder in an aqueous medium by ultrasonication or the like and measuring the particle size distribution (for example, using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device).
The notation “Li” means that the element is not the elemental metal but Li element unless otherwise specified. The same applies to the notation of other elements such as Ni, Co and Mn.
The composition analysis of the lithium-containing composite oxide and the hydroxide is performed by the inductively coupled plasma analysis method (hereinafter abbreviated as ICP). Moreover, the ratio of the elements of the lithium-containing composite oxide is a value in the lithium-containing composite oxide before the initial charging (also referred to as activation treatment).
<リチウム含有複合酸化物>
本発明の製造方法(以下、本製造方法という)で得られるリチウム含有複合酸化物は、下式(I)で表される化合物である。
Li1+aMOb ・・・(I)
<Lithium-containing composite oxide>
The lithium-containing composite oxide obtained by the production method of the present invention (hereinafter referred to as the present production method) is a compound represented by the following formula (I).
Li 1+a MO b ...(I)
bは、LiおよびMの原子価を満足するのに必要な酸素(O)のモル数である。
Mは、2種以上の金属元素(ただし、Liを除く。)を示し、該金属元素のうち少なくとも2種はNiおよびMnであり、必要に応じて他の金属元素を含んでもよい。
他の金属元素としては、Mg、Ca、Ba、Sr、Al、Co、Cr、Fe、Ti、Zr、Y、Nb、Mo、Ta、W、Ce、La等が挙げられる。高い放電容量が得られやすい点から、Mg、Al、Co、Cr、Fe、TiまたはZrが好ましく、Coがより好ましい。
他の金属元素がCoである場合、リチウム含有複合酸化物にはCoをモル比でCo/Mが0.3以下の量で含有してもよい。
他の金属元素がCo以外である場合、リチウム含有複合酸化物にはCo以外の他の金属元素の合量をモル比で、(Co以外の他の金属元素の合量)/Mが0.05以下の量で含有してもよい。
b is the number of moles of oxygen (O) required to satisfy the valences of Li and M.
M represents two or more metal elements (excluding Li), and at least two of the metal elements are Ni and Mn, and may contain other metal elements as necessary.
Examples of other metal elements include Mg, Ca, Ba, Sr, Al, Co, Cr, Fe, Ti, Zr, Y, Nb, Mo, Ta, W, Ce and La. From the viewpoint of easily obtaining a high discharge capacity, Mg, Al, Co, Cr, Fe, Ti or Zr is preferable, and Co is more preferable.
When the other metal element is Co, the lithium-containing composite oxide may contain Co in a molar ratio of Co/M of 0.3 or less.
When the other metal element is other than Co, the total content of the other metal elements other than Co is (molar ratio)/(the total content of the other metal element other than Co)/M of the lithium-containing composite oxide is 0. You may contain in the quantity of 05 or less.
リチウム含有複合酸化物中のNiに対するMnのモル比(Mn/Ni)は、1.1以上であり、この範囲であれば、リチウム含有複合酸化物をリチウムイオン二次電池の正極活物質として使用した場合に、放電容量を高くできる。リチウムイオン二次電池の充放電効率を高くするため、リチウム含有複合酸化物のMn/Niは、5以下が好ましい。Mn/Niは1.2〜4.0がより好ましく、1.3〜3.5がさらに好ましい。 The molar ratio of Mn to Ni (Mn/Ni) in the lithium-containing composite oxide is 1.1 or more, and within this range, the lithium-containing composite oxide is used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery In this case, the discharge capacity can be increased. In order to increase the charge/discharge efficiency of the lithium ion secondary battery, Mn/Ni of the lithium-containing composite oxide is preferably 5 or less. Mn/Ni is more preferably 1.2 to 4.0, further preferably 1.3 to 3.5.
式(I)のaは、0超0.6以下であり、0.1〜0.5が好ましく、0.1〜0.45がより好ましい。aが前記下限値以上であれば、式(I)のリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を高くできる。aが前記上限値以下であれば、本製造方法において、リチウム含有複合酸化物表面の遊離リチウム量を減らすことができる。遊離リチウムが多いと充放電効率やレート特性が低下するおそれや、電解液の分解が促進されて分解生成物のガス発生の要因となるおそれがある。 A in the formula (I) is more than 0 and not more than 0.6, preferably 0.1 to 0.5, and more preferably 0.1 to 0.45. When a is at least the above lower limit value, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having the lithium-containing composite oxide of formula (I) can be increased. If a is not more than the upper limit value, the amount of free lithium on the surface of the lithium-containing composite oxide can be reduced in the present production method. If the amount of free lithium is large, charge/discharge efficiency and rate characteristics may be deteriorated, or decomposition of the electrolytic solution may be promoted, which may cause gas generation of decomposition products.
リチウム含有複合酸化物としては、初期の放電容量および初期の放電電圧の高いリチウムイオン二次電池が得られる点から、下式(II)で表される化合物が好ましい。
Li(LiaNixCoyMnz)Ob ・・・(II)
As the lithium-containing composite oxide, a compound represented by the following formula (II) is preferable from the viewpoint that a lithium ion secondary battery having a high initial discharge capacity and a high initial discharge voltage can be obtained.
Li(Li a Ni x Co y Mn z )O b ... (II)
式(II)のaは、式(I)のaと同じである。 A in formula (II) is the same as a in formula (I).
式(II)のxは、0.1〜0.5であり、0.15〜0.45が好ましく、0.2〜0.4がより好ましい。xが上記範囲内であれば、式(II)のリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池の放電容量と充放電効率とを高くできる。 X in the formula (II) is 0.1 to 0.5, preferably 0.15 to 0.45, and more preferably 0.2 to 0.4. When x is in the above range, the discharge capacity and charge/discharge efficiency of the lithium ion secondary battery having the lithium-containing composite oxide of the formula (II) can be increased.
式(II)のyは、0〜0.3であり、0〜0.2が好ましく、0〜0.15がより好ましい。yが上記範囲内であれば、式(II)のリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池の放電容量と充放電効率とを高くできる。 Y in the formula (II) is 0 to 0.3, preferably 0 to 0.2, and more preferably 0 to 0.15. When y is within the above range, the discharge capacity and charge/discharge efficiency of the lithium ion secondary battery having the lithium-containing composite oxide of the formula (II) can be increased.
式(II)のzは、0.36〜0.9であり、0.5〜0.8が好ましく、0.5〜0.7がより好ましい。zが上記範囲内であれば、式(II)のリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池の放電容量と充放電効率とを高くできる。 Z of the formula (II) is 0.36 to 0.9, preferably 0.5 to 0.8, and more preferably 0.5 to 0.7. When z is in the above range, the discharge capacity and charge/discharge efficiency of the lithium ion secondary battery having the lithium-containing composite oxide of the formula (II) can be increased.
式(II)においてx、yおよびzの合量(x+y+z)は1である。z/xは、前記したリチウム含有複合酸化物中のNiに対するMnのモル比(Mn/Ni)と同じである。 In the formula (II), the total amount (x+y+z) of x, y and z is 1. z/x is the same as the molar ratio of Mn to Ni in the lithium-containing composite oxide (Mn/Ni).
リチウム含有複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子であることが好ましい。
リチウム含有複合酸化物の二次粒子のD50は、3〜18μmが好ましく、3〜15μmがより好ましく、3〜12μmが特に好ましい。リチウム含有複合酸化物の二次粒子のD50が前記範囲内にあれば、リチウムイオン二次電池の放電容量を高くできる。
The lithium-containing composite oxide is preferably secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated.
The D 50 of the secondary particles of the lithium-containing composite oxide is preferably 3 to 18 μm, more preferably 3 to 15 μm, and particularly preferably 3 to 12 μm. When the D 50 of the secondary particles of the lithium-containing composite oxide is within the above range, the lithium ion secondary battery can have a high discharge capacity.
リチウム含有複合酸化物の一次粒子のD50は、10〜500nmが好ましい。リチウム含有複合酸化物の一次粒子のD50が前記範囲内にあれば、リチウムイオン二次電池を製造したときに、電解液が正極における正極活物質間に充分に行き渡りやすくなる。 The D 50 of the primary particles of the lithium-containing composite oxide is preferably 10 to 500 nm. When the D 50 of the primary particles of the lithium-containing composite oxide is within the above range, the electrolyte solution can easily be sufficiently distributed between the positive electrode active materials in the positive electrode when the lithium ion secondary battery is manufactured.
リチウム含有複合酸化物の比表面積は、0.9〜4m2/gが好ましく、1〜3m2/gがより好ましい。リチウム含有複合酸化物の比表面積が前記範囲内にあれば、リチウムイオン二次電池の放電容量とサイクル特性の両方を高くできる。リチウム含有複合酸化物の比表面積が0.9m2/g未満では放電容量が低下するおそれがある。リチウム含有複合酸化物の比表面積が4m2/gを超えると、サイクル特性が悪化すおそれがある。
リチウム含有複合酸化物の比表面積は、BET法(Brunauer,Emmet,Teller)により測定される値である。比表面積の測定では、吸着ガスとして窒素を使用する。具体的には、実施例に記載の方法で算出される。
The specific surface area of the lithium-containing composite oxide is preferably 0.9 to 4 m 2 /g, more preferably 1 to 3 m 2 /g. When the specific surface area of the lithium-containing composite oxide is within the above range, both the discharge capacity and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be increased. If the specific surface area of the lithium-containing composite oxide is less than 0.9 m 2 /g, the discharge capacity may decrease. If the specific surface area of the lithium-containing composite oxide exceeds 4 m 2 /g, the cycle characteristics may deteriorate.
The specific surface area of the lithium-containing composite oxide is a value measured by the BET method (Brunauer, Emmet, Teller). Nitrogen is used as an adsorption gas in the measurement of the specific surface area. Specifically, it is calculated by the method described in the examples.
リチウム含有複合酸化物は、そのままでも、または表面処理を施しても、リチウムイオン二次電池用正極活物質として用いることができる。
表面処理は、リチウム含有複合酸化物を構成する物質とは異なる組成の物質(表面付着物質)を、リチウム含有複合酸化物の表面に付着させる処理である。表面付着物質としては、たとえば、酸化物(酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等)、硫酸塩(硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等)、炭酸塩(炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等)等が挙げられる。
The lithium-containing composite oxide can be used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, either as it is or after surface treatment.
The surface treatment is a treatment for adhering a substance (surface-adhering substance) having a composition different from that of the substance forming the lithium-containing composite oxide onto the surface of the lithium-containing composite oxide. Examples of the surface-adhering substance include oxides (aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, etc.), sulfates (sodium sulfate, potassium sulfate, sulfuric acid). Magnesium, calcium sulfate, aluminum sulfate, etc.), carbonates (calcium carbonate, magnesium carbonate, etc.) and the like.
表面付着物質の量は、リチウム含有複合酸化物に対して0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましく、0.1質量%以上が特に好ましい。表面付着物質の量は、リチウム含有複合酸化物に対して10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、3質量%以下が特に好ましい。リチウム含有複合酸化物の表面に表面付着物質が存在することで、リチウム含有複合酸化物の表面での非水電解液の酸化反応を抑制でき、電池寿命を向上できる。 The amount of the surface-adhering substance is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.05% by mass or more, and particularly preferably 0.1% by mass or more, based on the lithium-containing composite oxide. The amount of the surface-adhering substance is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 3% by mass or less, based on the lithium-containing composite oxide. The presence of the surface-adhering substance on the surface of the lithium-containing composite oxide can suppress the oxidation reaction of the non-aqueous electrolytic solution on the surface of the lithium-containing composite oxide and improve the battery life.
リチウム含有複合酸化物の製造方法および該製造方法で得られたリチウム含有複合酸化物の表面処理については、以下に説明する。 The method for producing the lithium-containing composite oxide and the surface treatment of the lithium-containing composite oxide obtained by the production method will be described below.
<リチウム含有複合酸化物の製造方法>
本製造方法は、下記の工程(a)〜(d)を有する方法である。
(a)NiおよびMnを含み、Niに対するMnのモル比(Mn/Ni)が1.1以上であり、比表面積が5〜80m2/gである水酸化物を得る工程。
(b)リチウム化合物と水酸化物とを、水酸化物に含まれるLi以外の金属元素の総モル数に対するLiのモル比(Li/M)が1超1.6以下となるように混合して混合物を得る工程。
(c)酸素濃度が5体積%以上の雰囲気中、500〜700℃の温度で混合物を熱処理して一次熱処理物を得る工程。
(d)酸素濃度が5体積%未満の雰囲気中、800℃以上950℃未満の温度で一次熱処理物を二次熱処理してリチウム含有複合酸化物を得る工程。
<Method for producing lithium-containing composite oxide>
This manufacturing method is a method including the following steps (a) to (d).
(A) A step of obtaining a hydroxide containing Ni and Mn, having a molar ratio of Mn to Ni (Mn/Ni) of 1.1 or more and having a specific surface area of 5 to 80 m 2 /g.
(B) A lithium compound and a hydroxide are mixed so that the molar ratio (Li/M) of Li to the total number of moles of metal elements other than Li contained in the hydroxide is more than 1 and 1.6 or less. To obtain a mixture.
(C) A step of obtaining a primary heat-treated product by heat-treating the mixture at a temperature of 500 to 700° C. in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or more.
(D) A step of subjecting the primary heat-treated product to secondary heat treatment at a temperature of 800° C. or higher and lower than 950° C. in an atmosphere having an oxygen concentration of less than 5% by volume to obtain a lithium-containing composite oxide.
(工程(a))
工程(a)は、NiおよびMnを含み、Niに対するMnのモル比(Mn/Ni)が1.1以上であり、比表面積が5〜80m2/gである水酸化物を得る工程である。該水酸化物には、一部酸化されているオキシ水酸化物も含む。
該水酸化物を使用して製造すれば、Mn/Niが高いリチウム含有複合酸化物が得られる。さらに、該水酸化物を使用して製造すれば、リチウム含有複合酸化物の比表面積を所望の範囲に収めることができ、得られたリチウム含有複合酸化物を有するリチウムイオン二次電池の放電容量とサイクル特性の両方を高くできる。
(Process (a))
The step (a) is a step of obtaining a hydroxide containing Ni and Mn, having a molar ratio of Mn to Ni (Mn/Ni) of 1.1 or more and having a specific surface area of 5 to 80 m 2 /g. .. The hydroxide also includes oxyhydroxide which is partially oxidized.
A lithium-containing composite oxide having a high Mn/Ni can be obtained by using the hydroxide. Furthermore, if the hydroxide is used for production, the specific surface area of the lithium-containing composite oxide can be kept within a desired range, and the discharge capacity of the lithium-ion secondary battery having the obtained lithium-containing composite oxide. And both cycle characteristics can be improved.
水酸化物に含まれる金属元素には、少なくともNiおよびMnが含まれ、必要に応じて他の金属元素も含まれてよい。他の金属元素としては、Mg、Ca、Ba、Sr、Al、Co、Cr、Fe、Ti、Zr、Y、Nb、Mo、Ta、W、Ce、La等が挙げられる。高い放電容量が得られやすい点から、Mg、Al、Co、Cr、Fe、TiまたはZrが好ましく、Coがより好ましい。 The metal element contained in the hydroxide contains at least Ni and Mn, and may contain other metal elements as necessary. Examples of other metal elements include Mg, Ca, Ba, Sr, Al, Co, Cr, Fe, Ti, Zr, Y, Nb, Mo, Ta, W, Ce and La. From the viewpoint of easily obtaining a high discharge capacity, Mg, Al, Co, Cr, Fe, Ti or Zr is preferable, and Co is more preferable.
水酸化物に含まれるNiに対するMnのモル比(Mn/Ni)は、1.1以上であり、1.1〜5が好ましく、1.2〜4がより好ましく、1.3〜3.5がさらに好ましい。水酸化物のMn/Niがこの範囲にあれば、この水酸化物を使用して製造されるリチウム含有複合酸化物をリチウムイオン二次電池の正極活物質として使用した場合に、放電容量を高くできる。 The molar ratio of Mn to Ni contained in the hydroxide (Mn/Ni) is 1.1 or more, preferably 1.1 to 5, more preferably 1.2 to 4, and 1.3 to 3.5. Is more preferable. When the Mn/Ni of the hydroxide is in this range, the discharge capacity is high when the lithium-containing composite oxide produced by using this hydroxide is used as the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery. it can.
水酸化物のD50は、3〜18μmが好ましく、3〜15μmがより好ましく、3〜12μmが特に好ましい。水酸化物のD50が前記範囲内にあれば、リチウム含有複合酸化物のD50を所望の範囲にできる。D50が所望の範囲にあるリチウム含有複合酸化物は、リチウムイオン二次電池の放電容量を高くできる。 The D 50 of the hydroxide is preferably 3 to 18 μm, more preferably 3 to 15 μm, and particularly preferably 3 to 12 μm. If D 50 of the hydroxide within the range, the D 50 of the lithium-containing composite oxide in a desired range. The lithium-containing composite oxide having D 50 in the desired range can increase the discharge capacity of the lithium ion secondary battery.
水酸化物の比表面積は、5〜80m2/gであり、10〜60m2/gが好ましく、20〜40m2/gがより好ましい。水酸化物の比表面積が前記範囲内にあれば、得られるリチウム含有複合酸化物の比表面積を適正な範囲内に制御できる。適正な比表面積を有するリチウム含有複合酸化物は、リチウムイオン二次電池の放電容量とサイクル特性の両方を高くできる。 The specific surface area of the hydroxide is 5~80m 2 / g, preferably from 10~60m 2 / g, 20~40m 2 / g is more preferable. When the specific surface area of the hydroxide is within the above range, the specific surface area of the obtained lithium-containing composite oxide can be controlled within an appropriate range. The lithium-containing composite oxide having an appropriate specific surface area can improve both the discharge capacity and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery.
水酸化物の調製方法としては、金属元素の比率を所望の範囲に調整しやすく、水酸化物の比表面積を調整しやすい点から、共沈法が好ましい。
共沈法は、2種以上の金属元素を含む溶液から、所望の2種以上の金属元素を含む難溶性の化合物(共沈物)を析出させる方法である。共沈法の一例としては、反応槽に、金属元素を含む金属塩の水溶液と、pH調整液とを添加し、混合し、混合液中のpHを一定に保ちながら、反応させて、金属元素を含む共沈物を析出させる方法が挙げられる。混合液のpHを10以上で行う場合、共沈物は水酸化物とみなされる。
As a method for preparing the hydroxide, the coprecipitation method is preferable because it is easy to adjust the ratio of the metal element to a desired range and the specific surface area of the hydroxide is easily adjusted.
The coprecipitation method is a method of precipitating a sparingly soluble compound (coprecipitate) containing a desired two or more kinds of metal elements from a solution containing two or more kinds of metal elements. As an example of the coprecipitation method, an aqueous solution of a metal salt containing a metal element and a pH adjusting solution are added to a reaction tank, mixed, and allowed to react with each other while keeping the pH in the mixed solution constant, to react with the metal element. A method of precipitating a coprecipitate containing When the pH of the mixed solution is 10 or more, the coprecipitate is regarded as a hydroxide.
金属塩としては、金属元素の硝酸塩、酢酸塩、塩化物塩、硫酸塩が挙げられ、材料コストが比較的安価であり、優れた電池特性が得られる点から、硫酸塩が好ましい。本製造方法において使用する金属塩としては、Niの硫酸塩、Mnの硫酸塩、およびCoの硫酸塩がより好ましい。 Examples of the metal salt include nitrates, acetates, chlorides and sulphates of metal elements, and the sulphate is preferable from the viewpoint of relatively low material cost and excellent battery characteristics. As the metal salt used in the present production method, a sulfate of Ni, a sulfate of Mn, and a sulfate of Co are more preferable.
Niの硫酸塩としては、たとえば、硫酸ニッケル(II)・六水和物、硫酸ニッケル(II)・七水和物、硫酸ニッケル(II)アンモニウム・六水和物等が挙げられる。
Coの硫酸塩としては、たとえば、硫酸コバルト(II)・七水和物、硫酸コバルト(II)アンモニウム・六水和物等が挙げられる。
Mnの硫酸塩としては、たとえば、硫酸マンガン(II)・五水和物、硫酸マンガン(II)アンモニウム・六水和物等が挙げられる。
Examples of the sulfate of Ni include nickel (II) sulfate hexahydrate, nickel (II) sulfate heptahydrate, and nickel (II) sulfate ammonium hexahydrate.
Examples of the Co sulfate include cobalt (II) sulfate heptahydrate, cobalt (II) sulfate ammonium hexahydrate, and the like.
Examples of the Mn sulfate include manganese (II) sulfate pentahydrate, ammonium manganese (II) sulfate hexahydrate, and the like.
金属塩の水溶液の金属元素の合計の濃度は、0.1〜3mol/kgが好ましく、0.5〜2.5mol/kgがより好ましい。金属元素の合計の濃度が前記下限値以上であれば、生産性に優れるため好ましい。金属元素の濃度が前記上限値以下であれば、金属塩を水に充分に溶解できるため好ましい。 The total concentration of metal elements in the aqueous solution of the metal salt is preferably 0.1 to 3 mol/kg, more preferably 0.5 to 2.5 mol/kg. When the total concentration of the metal elements is at least the lower limit value described above, the productivity is excellent, which is preferable. When the concentration of the metal element is not more than the upper limit value, the metal salt can be sufficiently dissolved in water, which is preferable.
金属塩の水溶液には、水以外の水性媒体を含んでいてもよい。
水以外の水性媒体としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ブタンジオール、グリセリン等が挙げられる。水以外の水性媒体の割合は、安全面、環境面、取扱い性、コストの点から、水100質量部に対して、0〜20質量部が好ましく、0〜10質量部がより好ましく、0〜1質量部が特に好ましい。
The aqueous solution of the metal salt may contain an aqueous medium other than water.
Examples of the aqueous medium other than water include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, polyethylene glycol, butanediol, glycerin and the like. From the viewpoint of safety, environment, handleability, and cost, the proportion of an aqueous medium other than water is preferably 0 to 20 parts by mass, more preferably 0 to 10 parts by mass, and 0 to 100 parts by mass of water. 1 part by mass is particularly preferred.
工程(a)において、pH調整液としては、強アルカリを含む水溶液が好ましい。
強アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび水酸化リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
混合液には、金属元素の溶解度を調整するために、アンモニア水溶液または硫酸アンモニウム水溶液を加えてもよい。
In the step (a), the pH adjusting liquid is preferably an aqueous solution containing a strong alkali.
As the strong alkali, at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide is preferable.
An aqueous ammonia solution or an aqueous ammonium sulfate solution may be added to the mixed solution in order to adjust the solubility of the metal element.
金属塩の水溶液とpH調整液とは、反応槽中で撹拌しながら混合することが好ましい。
撹拌装置としては、スリーワンモータ等が挙げられる。撹拌翼としては、アンカー型、プロペラ型、パドル型等が挙げられる。
反応温度は、反応促進の点から、20〜80℃が好ましく、25〜60℃がより好ましい。
It is preferable that the aqueous solution of the metal salt and the pH adjusting liquid are mixed while stirring in a reaction tank.
Examples of the stirring device include a three-one motor. Examples of the stirring blade include an anchor type, a propeller type, and a paddle type.
From the viewpoint of accelerating the reaction, the reaction temperature is preferably 20 to 80°C, more preferably 25 to 60°C.
金属塩の水溶液とpH調整液との混合は、水酸化物の酸化を抑制する点から、窒素雰囲気下またはアルゴン雰囲気下で行うことが好ましく、コストの点から、窒素雰囲気下で行うことが特に好ましい。
金属塩の水溶液とpH調整液との混合中は、共沈反応を適切に進める点から、反応槽内のpHを10〜12の範囲で設定したpHに保つことが好ましい。
The mixing of the aqueous solution of the metal salt and the pH adjusting liquid is preferably performed under a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere from the viewpoint of suppressing the oxidation of hydroxide, and from the viewpoint of cost, it is particularly preferable to perform under a nitrogen atmosphere. preferable.
During the mixing of the aqueous solution of the metal salt and the pH adjusting liquid, it is preferable to keep the pH in the reaction tank at the set pH in the range of 10 to 12 from the viewpoint of appropriately promoting the coprecipitation reaction.
得られた水酸化物は、不純物イオンを取り除くために、洗浄されることが好ましい。洗浄方法としては、加圧ろ過と蒸留水への分散とを繰り返し行う方法等が挙げられる。洗浄を行う場合、水酸化物を蒸留水へ分散させたときの上澄み液またはろ液の電気伝導度が50mS/m以下になるまで繰り返すことが好ましく、20mS/m以下になるまで繰り返すことがより好ましい。 The hydroxide obtained is preferably washed to remove impurity ions. Examples of the washing method include a method in which pressure filtration and dispersion in distilled water are repeated. In the case of washing, it is preferable to repeat until the electric conductivity of the supernatant liquid or the filtrate when the hydroxide is dispersed in distilled water becomes 50 mS/m or less, more preferably 20 mS/m or less. preferable.
洗浄後、必要に応じて水酸化物を乾燥させてもよい。
乾燥温度は、60〜200℃が好ましく、80〜130℃がより好ましい。乾燥温度が前記下限値以上であれば、乾燥時間を短縮できる。乾燥温度が前記上限値以下であれば、水酸化物の酸化の進行を抑えることができる。
乾燥時間は、水酸化物の量により適切に設定すればよく、1〜300時間が好ましく、5〜120時間がより好ましい。
After washing, the hydroxide may be dried if necessary.
The drying temperature is preferably 60 to 200°C, more preferably 80 to 130°C. When the drying temperature is at least the lower limit value, the drying time can be shortened. When the drying temperature is at most the above upper limit value, the progress of oxidation of hydroxide can be suppressed.
The drying time may be appropriately set depending on the amount of hydroxide, and is preferably 1 to 300 hours, more preferably 5 to 120 hours.
(工程(b))
工程(b)は、リチウム化合物と工程(a)で得られた水酸化物とを、水酸化物に含まれるLi以外の金属元素の総モル数に対するLiのモル比(Li/M)が1超1.6以下となるように混合して混合物を得る工程である。
(Process (b))
In the step (b), the lithium compound and the hydroxide obtained in the step (a) have a molar ratio (Li/M) of Li of 1 to the total number of moles of metal elements other than Li contained in the hydroxide. This is a step of obtaining a mixture by mixing so as to have a super 1.6 or less.
リチウム化合物は、後述する工程(c)と(d)において水酸化物と混合して熱処理され、リチウム含有複合酸化物が得られるものであれば、特に限定されない。リチウム化合物としては、炭酸リチウム、水酸化リチウム、酢酸リチウム、および硝酸リチウムが好ましく、安価である点から、炭酸リチウムがより好ましい。 The lithium compound is not particularly limited as long as it is mixed with a hydroxide and heat-treated in steps (c) and (d) described below to obtain a lithium-containing composite oxide. As the lithium compound, lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium acetate, and lithium nitrate are preferable, and lithium carbonate is more preferable because it is inexpensive.
混合物中のリチウム化合物の量は、水酸化物に含まれる金属元素の総モル数に合わせて適宜調整する。Li/Mが1超であれば、LiおよびMnを多く含むリチウム含有複合酸化物が得られる。Li/Mが1.6以下であれば、焼成した場合に、リチウム含有複合酸化物の結晶構造に寄与しないLi(遊離リチウム)を低減できる。遊離リチウムが多くなるとリチウムイオン二次電池の充放電効率やレート特性が低下するおそれがあり、リチウムイオン二次電池の使用時に電解液の分解が促進されて分解生成物のガスが発生する要因となるおそれがある。Li/Mは、1.1〜1.5が好ましく、1.1〜1.45がより好ましい。 The amount of the lithium compound in the mixture is appropriately adjusted according to the total number of moles of metal elements contained in the hydroxide. When Li/M is more than 1, a lithium-containing composite oxide containing a large amount of Li and Mn can be obtained. When Li/M is 1.6 or less, Li (free lithium) that does not contribute to the crystal structure of the lithium-containing composite oxide when fired can be reduced. If the amount of free lithium increases, the charge/discharge efficiency and rate characteristics of the lithium-ion secondary battery may deteriorate, and the decomposition of the electrolyte is promoted during use of the lithium-ion secondary battery, causing the generation of decomposition product gas. May be. 1.1-1.5 are preferable and, as for Li/M, 1.1-1.45 are more preferable.
(工程(c))
工程(c)は、酸素濃度が5体積%以上の雰囲気中、500〜700℃の温度で工程(b)で得られた混合物を一次熱処理して、酸化物の一次熱処理物を得る工程である。
(Process (c))
The step (c) is a step of primary heat treating the mixture obtained in the step (b) at a temperature of 500 to 700° C. in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or more to obtain a primary heat-treated oxide product. ..
一次熱処理は、電気炉、連続焼成炉、ロータリーキルン等で行う。
一次熱処理は、酸素濃度が5体積%以上の雰囲気中で行えばよく、空気中で行うことが好ましい。また、一次熱処理は、空気を供給しながら行うことがより好ましい。
The primary heat treatment is performed in an electric furnace, a continuous firing furnace, a rotary kiln or the like.
The primary heat treatment may be performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or more, and is preferably performed in air. In addition, the primary heat treatment is more preferably performed while supplying air.
一次熱処理の温度は、500〜700℃であり、500〜600℃が好ましい。一次熱処理の温度が前記範囲内であれば、水酸化物とリチウム化合物との反応を均一に進行でき、結晶性の高い一次熱処理物が得られる。
一次熱処理の時間は、3〜10時間が好ましい。一次熱処理の時間が前記範囲内であれば、水酸化物とリチウム化合物との反応を充分に進行させることができ、結晶性の高い一次熱処理物が得られる。
なお、一次熱処理物の結晶性が低く、一次熱処理物が異相を有する場合、リチウムイオン二次電池の放電容量の低下の原因となるおそれがある。
The temperature of the primary heat treatment is 500 to 700°C, preferably 500 to 600°C. When the temperature of the primary heat treatment is within the above range, the reaction between the hydroxide and the lithium compound can proceed uniformly, and a primary heat treatment product with high crystallinity can be obtained.
The time of the primary heat treatment is preferably 3 to 10 hours. When the time of the primary heat treatment is within the above range, the reaction between the hydroxide and the lithium compound can be sufficiently advanced, and the primary heat treatment product having high crystallinity can be obtained.
When the crystallinity of the primary heat-treated product is low and the primary heat-treated product has a different phase, it may cause a decrease in the discharge capacity of the lithium ion secondary battery.
(工程(d))
工程(d)は、酸素濃度が5体積%未満の雰囲気中、800℃以上950℃未満の温度で一次熱処理物を二次熱処理してリチウム含有複合酸化物を得る工程である。
(Process (d))
The step (d) is a step of secondarily heat-treating the primary heat-treated product at a temperature of 800° C. or higher and lower than 950° C. in an atmosphere having an oxygen concentration of less than 5% by volume to obtain a lithium-containing composite oxide.
工程(d)の二次熱処理は、炉内を密閉できる容器で行うことが好ましく、炉内を真空状態にできる容器で行うことがより好ましい。該容器としては、たとえば、タンマン管式雰囲気電気炉等が挙げられる。該容器を用いることによって、酸素濃度が5体積%未満の雰囲気を維持した状態で二次熱処理を行うことができる。 The secondary heat treatment of the step (d) is preferably performed in a container capable of hermetically closing the furnace, and more preferably performed in a container capable of evacuating the furnace. Examples of the container include a Tammann tube type atmospheric electric furnace and the like. By using the container, the secondary heat treatment can be performed while maintaining the atmosphere in which the oxygen concentration is less than 5% by volume.
工程(d)の二次熱処理の雰囲気の酸素濃度は、5体積%未満であり、1体積%以下が好ましく、0.5体積%以下がより好ましく、0.01体積%以下がさらに好ましい。工程(d)の雰囲気の酸素濃度が前記範囲内であれば、二次熱処理後のリチウム含有複合酸化物を含む正極を有するリチウムイオン二次電池の放電容量およびサイクル特性を高くできる。 The oxygen concentration in the atmosphere of the secondary heat treatment in step (d) is less than 5% by volume, preferably 1% by volume or less, more preferably 0.5% by volume or less, and further preferably 0.01% by volume or less. When the oxygen concentration in the atmosphere of step (d) is within the above range, the discharge capacity and cycle characteristics of the lithium ion secondary battery having the positive electrode containing the lithium-containing composite oxide after the secondary heat treatment can be improved.
工程(d)の二次熱処理の雰囲気は、酸素濃度が前記範囲内であり、残部が不活性ガスである雰囲気が好ましい。このような雰囲気としては、酸素濃度が前記範囲内であり、残部が窒素またはアルゴンである雰囲気が好ましい。取扱いの容易性および製造コストの点から、残部が窒素である雰囲気がより好ましい。工程(d)の雰囲気は、用いるガスの純度によって制御できる。 The atmosphere for the secondary heat treatment in step (d) is preferably an atmosphere in which the oxygen concentration is within the above range and the balance is an inert gas. As such an atmosphere, an atmosphere in which the oxygen concentration is within the above range and the balance is nitrogen or argon is preferable. From the viewpoint of easy handling and manufacturing cost, an atmosphere in which the balance is nitrogen is more preferable. The atmosphere of step (d) can be controlled by the purity of the gas used.
工程(d)の二次熱処理の温度は、800℃以上950℃未満であり、800〜900℃が好ましい。二次熱処理の温度が前記範囲内であれば、二次熱処理の効果を充分に発揮できる。二次熱処理後のリチウム含有複合酸化物を含む正極を有するリチウムイオン二次電池の放電容量およびサイクル特性を高くできる。
工程(d)の二次熱処理の時間は、4〜20時間が好ましい。二次熱処理の時間が前記範囲内であれば、結晶性の高いリチウム含有複合酸化物が得られる。
The temperature of the secondary heat treatment of the step (d) is 800°C or higher and lower than 950°C, preferably 800 to 900°C. When the temperature of the secondary heat treatment is within the above range, the effect of the secondary heat treatment can be sufficiently exhibited. The discharge capacity and cycle characteristics of the lithium ion secondary battery having the positive electrode containing the lithium-containing composite oxide after the secondary heat treatment can be improved.
The time of the secondary heat treatment in step (d) is preferably 4 to 20 hours. When the time of the secondary heat treatment is within the above range, a lithium-containing composite oxide having high crystallinity can be obtained.
本製造方法は、工程(a)〜(d)を行った後に他の工程を行うことが好ましい。他の工程としては、リチウム含有複合酸化物を再度加熱する工程(工程(e))や、リチウム含有複合酸化物の表面処理する工程(工程(f))等が挙げられる。他の工程は、いずれか一つを行ってもよく、全てを行ってもよい。また、他の工程を行う順序は限定されない。 In this manufacturing method, it is preferable to perform other steps after performing steps (a) to (d). Other steps include a step of heating the lithium-containing composite oxide again (step (e)), a step of surface-treating the lithium-containing composite oxide (step (f)), and the like. Any one of the other steps may be performed, or all of them may be performed. The order of performing other steps is not limited.
(工程(e))
工程(e)は、酸素濃度が5体積%以上の雰囲気中、400〜800℃の温度で熱処理する工程である。工程(e)を行うと、リチウム含有複合酸化物の結晶内に入らず、リチウム含有複合酸化物の表面に付着しているLi(以下、遊離Liという)を低減できる。その結果、電極作製時のスラリがゲル化しにくく、スラリの取扱いが容易になる。遊離Liはリチウム化合物としてリチウム含有複合酸化物の表面に存在している場合が多い。
工程(e)の温度は、450〜750℃がより好ましく、500〜700℃がさらに好ましい。工程(e)の熱処理時間は0.1〜20時間が好ましく、0.5〜10時間がより好ましい。
(Process (e))
The step (e) is a step of performing heat treatment at a temperature of 400 to 800° C. in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or more. By performing the step (e), Li (hereinafter referred to as free Li) that does not enter the crystal of the lithium-containing composite oxide and is attached to the surface of the lithium-containing composite oxide can be reduced. As a result, the slurry at the time of manufacturing the electrode is unlikely to gel, and the handling of the slurry becomes easy. Free Li is often present on the surface of the lithium-containing composite oxide as a lithium compound.
The temperature of step (e) is more preferably 450 to 750°C, further preferably 500 to 700°C. The heat treatment time of the step (e) is preferably 0.1 to 20 hours, more preferably 0.5 to 10 hours.
遊離Liの低減は、リチウム含有複合酸化物に含まれるLiの量に対する遊離Liの量のモル比率を算出することで評価する。遊離Liの量は、リチウム含有複合酸化物を水に分散させ撹拌した後に、ろ過して、得られたろ液に含まれるLiの量とする。ろ液に含まれるLiの量の測定方法は実施例に記載の方法で算出する。 The reduction of free Li is evaluated by calculating the molar ratio of the amount of free Li to the amount of Li contained in the lithium-containing composite oxide. The amount of free Li is the amount of Li contained in the obtained filtrate after dispersing the lithium-containing composite oxide in water and stirring. The method for measuring the amount of Li contained in the filtrate is calculated by the method described in Examples.
(工程(f))
工程(f)は、本製造方法で得られたリチウム含有複合酸化物を表面処理する工程である。表面処理は、たとえば、所定量の表面付着物質を含む液(コート液)を正極活物質に噴霧し、コート液の溶媒を焼成により除去する、あるいは、コート液中に正極活物質を浸漬し、ろ過による固液分離、焼成による溶媒除去を行う、ことによって実施できる。
(Process (f))
Step (f) is a step of surface-treating the lithium-containing composite oxide obtained by this production method. The surface treatment is, for example, spraying a liquid (coating liquid) containing a predetermined amount of surface-adhering substance on the positive electrode active material and removing the solvent of the coating liquid by firing, or immersing the positive electrode active material in the coating liquid, It can be carried out by performing solid-liquid separation by filtration and solvent removal by calcination.
(作用機序)
以上説明した本製造方法にあっては、LiおよびMnを多く含むリチウム含有複合酸化物を製造する際に、水酸化物の比表面積を特定の範囲に制御し、該水酸化物とリチウム化合物とを混合した混合物の熱処理条件、具体的には雰囲気および温度を特定の条件にしている。その結果、リチウム含有複合酸化物の比表面積を低くできるため、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を高くできるリチウム含有複合酸化物を得ることができる。さらに、比表面積が低くても、リチウムイオン二次電池の放電容量を高くできるリチウム含有複合酸化物を得ることができる。
(Mechanism of action)
In the production method described above, when producing a lithium-containing composite oxide containing a large amount of Li and Mn, the specific surface area of the hydroxide is controlled within a specific range, and the hydroxide and the lithium compound are combined. The heat treatment conditions of the mixture obtained by mixing, specifically, the atmosphere and the temperature are set to specific conditions. As a result, the specific surface area of the lithium-containing composite oxide can be reduced, so that the lithium-containing composite oxide that can improve the cycle characteristics of the lithium-ion secondary battery can be obtained. Furthermore, even if the specific surface area is low, it is possible to obtain a lithium-containing composite oxide capable of increasing the discharge capacity of a lithium ion secondary battery.
<リチウムイオン二次電池用正極>
本発明のリチウムイオン二次電池用正極(以下、本正極という)は、本製造方法で得られたリチウム含有複合酸化物、すなわち正極活物質を含むものである。具体的には、本製造方法で得られた正極活物質、導電材およびバインダを含む正極活物質層が、正極集電体上に形成されたものである。
<Lithium-ion secondary battery positive electrode>
The positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention (hereinafter referred to as the present positive electrode) contains the lithium-containing composite oxide obtained by the present production method, that is, the positive electrode active material. Specifically, the positive electrode active material layer containing the positive electrode active material, the conductive material, and the binder obtained by the present manufacturing method is formed on the positive electrode current collector.
(導電材)
導電材としては、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等)、黒鉛、気相成長カーボン繊維、カーボンナノチューブ等が挙げられる。
(Conductive material)
Examples of the conductive material include carbon black (acetylene black, Ketjen black, etc.), graphite, vapor grown carbon fiber, carbon nanotube, and the like.
(バインダ)
バインダとしては、フッ素系樹脂(ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等)、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、不飽和結合を有する重合体または共重合体(スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等)、アクリル酸系重合体または共重合体(アクリル酸共重合体、メタクリル酸共重合体等)等が挙げられる。
(Binder)
As the binder, a fluorine-based resin (polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc.), polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), a polymer or copolymer having an unsaturated bond (styrene/butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, etc.) ), acrylic acid-based polymers or copolymers (acrylic acid copolymers, methacrylic acid copolymers, etc.) and the like.
(正極集電体)
正極集電体としては、アルミニウム箔、ステンレススチール箔等が挙げられる。
(Positive electrode current collector)
Examples of the positive electrode current collector include aluminum foil and stainless steel foil.
(正極の製造方法)
リチウムイオン二次電池用正極は、たとえば、下記の方法によって製造できる。
正極活物質、導電材およびバインダを、媒体に溶解または分散させてスラリを得る。得られたスラリを正極集電体に塗工し、乾燥などにより、媒体を除去することによって、正極活物質の層を形成する。必要に応じて、正極活物質の層を形成した後に、ロールプレス等で圧延してもよい。これにより、リチウムイオン二次電池用正極を得る。
または前記正極活物質、導電材およびバインダを、媒体と混練することによって、混練物を得る。得られた混練物を正極集電体に圧延することによりリチウムイオン二次電池用正極を得る。
(Manufacturing method of positive electrode)
The positive electrode for a lithium ion secondary battery can be manufactured by the following method, for example.
A positive electrode active material, a conductive material and a binder are dissolved or dispersed in a medium to obtain a slurry. The obtained slurry is applied to the positive electrode current collector, and the medium is removed by drying or the like to form a layer of the positive electrode active material. If necessary, the positive electrode active material layer may be formed and then rolled by a roll press or the like. As a result, a positive electrode for a lithium ion secondary battery is obtained.
Alternatively, a kneaded material is obtained by kneading the positive electrode active material, the conductive material and the binder with a medium. The obtained kneaded product is rolled into a positive electrode current collector to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery.
(作用機序)
以上説明した本正極にあっては、本製造方法で得られたリチウム含有複合酸化物を含むため、リチウムイオン二次電池の放電容量およびサイクル特性の両方を高くできる。すなわち、本製造方法で得られたリチウム含有複合酸化物は、LiおよびMnを多く含むリチウム含有複合酸化物(リチウムリッチ系正極活物質)によるリチウムイオン二次電池の高い放電容量とサイクル特性の両方を高くできる。このようなリチウム含有複合酸化物を含むことによって、本正極は、リチウムイオン二次電池の放電容量およびサイクル特性の両方を高くできる。
(Mechanism of action)
Since the positive electrode described above includes the lithium-containing composite oxide obtained by the present manufacturing method, both the discharge capacity and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be improved. That is, the lithium-containing composite oxide obtained by the present production method has both high discharge capacity and cycle characteristics of a lithium-ion secondary battery using a lithium-containing composite oxide containing a large amount of Li and Mn (lithium-rich positive electrode active material). Can be higher. By including such a lithium-containing composite oxide, the present positive electrode can improve both the discharge capacity and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery.
<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池(以下、本電池という)は、本正極を有するものである。具体的には、本正極と、負極と、非水電解質とを有するものである。
<Lithium-ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of the present invention (hereinafter referred to as the present battery) has the present positive electrode. Specifically, it has the present positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte.
(負極)
負極は、負極活物質を含むものである。具体的には、負極活物質、必要に応じて導電材およびバインダを含む負極活物質層が、負極集電体上に形成されたものである。
(Negative electrode)
The negative electrode contains a negative electrode active material. Specifically, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material and, if necessary, a conductive material and a binder is formed on a negative electrode current collector.
負極活物質:
負極活物質は、比較的低い電位でリチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料であればよい。負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金、リチウム化合物、炭素材料、周期表14族の金属を主体とする酸化物、周期表15族の金属を主体とする酸化物、炭素化合物、炭化ケイ素化合物、酸化ケイ素化合物、硫化チタン、炭化ホウ素化合物等が挙げられる。
Negative electrode active material:
The negative electrode active material may be any material that can absorb and release lithium ions at a relatively low potential. Examples of the negative electrode active material include lithium metal, lithium alloys, lithium compounds, carbon materials, oxides mainly containing metals of Group 14 of the periodic table, oxides mainly containing metals of Group 15 of the periodic table, carbon compounds, and silicon carbide compounds. , Silicon oxide compounds, titanium sulfide, boron carbide compounds and the like.
負極活物質の炭素材料としては、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等)、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック類等が挙げられる。 Examples of the carbon material of the negative electrode active material include non-graphitizable carbon, artificial graphite, natural graphite, pyrolytic carbons, cokes (pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), graphites, glassy carbons, organic high carbons. Examples thereof include calcined molecular compounds (phenolic resins, furan resins, etc., which are calcined at an appropriate temperature to be carbonized), carbon fibers, activated carbon, carbon blacks, and the like.
負極活物質に使用する周期表14族の金属としては、Si、Snが挙げられ、Siが好ましい。
他の負極活物質としては、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等の酸化物、その他の窒化物等が挙げられる。
Examples of the metal of Group 14 of the periodic table used for the negative electrode active material include Si and Sn, and Si is preferable.
Examples of other negative electrode active materials include oxides such as iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide and tin oxide, and other nitrides.
負極の導電材、バインダ:
負極の導電材、バインダとしては、正極と同様のものを用いることができる。
Negative electrode conductive material, binder:
As the conductive material and binder for the negative electrode, the same materials as those for the positive electrode can be used.
負極集電体:
負極集電体としては、ニッケル箔、銅箔等の金属箔が挙げられる。
Negative electrode current collector:
Examples of the negative electrode current collector include metal foils such as nickel foil and copper foil.
負極の製造方法:
負極は、たとえば、下記の方法によって製造できる。
負極活物質、導電材およびバインダを、媒体に溶解または分散させてスラリを得る。得られたスラリを負極集電体に塗布、乾燥、プレスすること等によって媒体を除去し、負極を得る。
Negative electrode manufacturing method:
The negative electrode can be manufactured, for example, by the following method.
A negative electrode active material, a conductive material and a binder are dissolved or dispersed in a medium to obtain a slurry. The medium is removed by applying the obtained slurry to a negative electrode current collector, drying, pressing, etc. to obtain a negative electrode.
(非水電解質)
非水電解質としては、有機溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液;無機固体電解質;電解質塩を混合または溶解させた固体状またはゲル状の高分子電解質等が挙げられる。
(Non-aqueous electrolyte)
Examples of the non-aqueous electrolyte include a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt is dissolved in an organic solvent; an inorganic solid electrolyte; a solid or gel polymer electrolyte in which an electrolyte salt is mixed or dissolved.
有機溶媒:
有機溶媒としては、非水電解液用の有機溶媒として公知のものが挙げられる。具体的には、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等が挙げられる。電圧安定性の点からは、環状カーボネート類(プロピレンカーボネート等)、鎖状カーボネート類(ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等)が好ましい。有機溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。
Organic solvent:
Examples of the organic solvent include those known as organic solvents for non-aqueous electrolyte solutions. Specifically, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, acetic acid ester, butyric acid. Examples thereof include esters and propionic acid esters. From the viewpoint of voltage stability, cyclic carbonates (propylene carbonate, etc.) and chain carbonates (dimethyl carbonate, diethyl carbonate, etc.) are preferable. As the organic solvent, one type may be used alone, or two or more types may be mixed and used.
無機固体電解質:
無機固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有する材料であればよい。
無機固体電解質としては、窒化リチウム、ヨウ化リチウム等が挙げられる。
Inorganic solid electrolyte:
The inorganic solid electrolyte may be any material having lithium ion conductivity.
Examples of the inorganic solid electrolyte include lithium nitride and lithium iodide.
固体状高分子電解質:
固体状高分子電解質に用いられる高分子としては、エーテル系高分子化合物(ポリエチレンオキサイド、その架橋体等)、ポリメタクリレートエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物等が挙げられる。該高分子化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。
ゲル状高分子電解質:
ゲル状高分子電解質に用いられる高分子としては、フッ素系高分子化合物(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等)、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル共重合体、エーテル系高分子化合物(ポリエチレンオキサイド、その架橋体等)等が挙げられる。共重合体に共重合させるモノマとしては、ポリプロピレンオキサイド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル等が挙げられる。
該高分子化合物としては、酸化還元反応に対する安定性の点から、フッ素系高分子化合物が好ましい。
Solid polyelectrolyte:
Examples of the polymer used for the solid polymer electrolyte include ether polymer compounds (polyethylene oxide, crosslinked products thereof, etc.), polymethacrylate ester polymer compounds, acrylate polymer compounds and the like. The polymer compounds may be used alone or in combination of two or more.
Gel polyelectrolyte:
Examples of the polymer used for the gel polymer electrolyte include fluorine-based polymer compounds (polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, etc.), polyacrylonitrile, acrylonitrile copolymer, ether-based polymer compound ( Polyethylene oxide, its cross-linked product, etc.) and the like. Examples of the monomer to be copolymerized with the copolymer include polypropylene oxide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate and butyl acrylate.
As the polymer compound, a fluorine-based polymer compound is preferable from the viewpoint of stability against redox reaction.
電解質塩:
電解質塩は、リチウムイオン二次電池に用いられるものであればよい。電解質塩としては、LiClO4、LiPF6、LiBF4、CH3SO3Li等が挙げられる。
Electrolyte salt:
Any electrolyte salt may be used as long as it is used in a lithium ion secondary battery. Examples of the electrolyte salt include LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , CH 3 SO 3 Li, and the like.
(セパレータ)
正極と負極の間には、短絡を防止するためにセパレータを介在させてもよい。セパレータとしては、多孔膜が挙げられる。非水電解液は該多孔膜に含浸させて用いる。また、多孔膜に非水電解液を含浸させてゲル化させたものをゲル状電解質として用いてもよい。
(Separator)
A separator may be interposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit. The separator may be a porous film. The non-aqueous electrolyte is used by impregnating the porous membrane. In addition, a gelled electrolyte obtained by impregnating a porous membrane with a non-aqueous electrolyte may be used as the gel electrolyte.
(電池外装体)
電池外装体の材料としては、ニッケルメッキを施した鉄、ステンレス、アルミニウムまたはその合金、ニッケル、チタン、樹脂材料、フィルム材料等が挙げられる。
(Battery exterior body)
Examples of the material of the battery exterior body include nickel-plated iron, stainless steel, aluminum or an alloy thereof, nickel, titanium, a resin material, a film material, and the like.
(形状)
リチウムイオン二次電池の形状としては、コイン型、シート状(フィルム状)、折り畳み状、巻回型有底円筒型、ボタン型等が挙げられ、用途に応じて適宜選択することができる。
(shape)
Examples of the shape of the lithium ion secondary battery include a coin shape, a sheet shape (film shape), a folding shape, a winding bottomed cylindrical shape, a button shape, and the like, and can be appropriately selected according to the application.
(作用機序)
以上説明した本電池にあっては、本正極を有するため、放電容量およびサイクル特性の両方が高い。すなわち、本製造方法で得られたリチウム含有複合酸化物は、LiおよびMnを多く含むリチウム含有複合酸化物(リチウムリッチ系正極活物質)によるリチウムイオン二次電池の高い放電容量を維持したまま、サイクル特性を高くできる。このようなリチウム含有複合酸化物を含む正極を有することによって、本電池は、放電容量およびサイクル特性の両方を高くできる。
(Mechanism of action)
Since the present battery described above has the present positive electrode, both the discharge capacity and the cycle characteristics are high. That is, the lithium-containing composite oxide obtained by the present production method is a lithium-containing composite oxide containing a large amount of Li and Mn (lithium-rich positive electrode active material) while maintaining a high discharge capacity of a lithium-ion secondary battery, The cycle characteristics can be improved. By having a positive electrode containing such a lithium-containing composite oxide, the present battery can have improved discharge capacity and cycle characteristics.
以下に、実施例を用いて本発明を説明する。
例1〜6および例13〜15は実施例であり、例7〜12は比較例である。
The present invention will be described below with reference to examples.
Examples 1 to 6 and Examples 13 to 15 are examples, and Examples 7 to 12 are comparative examples.
(比表面積)
水酸化物(共沈物)およびリチウム含有複合酸化物の比表面積は、比表面積測定装置(マウンテック社製、HM model−1208)を用い、窒素吸着BET(Brunauer,Emmett,Teller)法により算出した。脱気は、200℃、20分の条件で行った。
(Specific surface area)
The specific surface areas of the hydroxide (coprecipitate) and the lithium-containing composite oxide were calculated by a nitrogen adsorption BET (Brunauer, Emmett, Teller) method using a specific surface area measuring device (HM model-1208 manufactured by Mountech Co., Ltd.). .. Deaeration was performed under the conditions of 200° C. and 20 minutes.
(粒子径)
水酸化物(共沈物)またはリチウム含有複合酸化物を水中に超音波処理によって充分に分散させ、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(日機装社製、MT−3300EX)により測定を行い、頻度分布および累積体積分布曲線を得ることで体積基準の粒度分布を得た。得られた累積体積分布曲線において50%となる点の粒子径をD50とした。
(Particle size)
A hydroxide (coprecipitate) or a lithium-containing composite oxide is sufficiently dispersed in water by ultrasonication, and a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., MT-3300EX) is used for measurement. A volume-based particle size distribution was obtained by obtaining a frequency distribution and a cumulative volume distribution curve. The particle diameter at the point at which 50% was obtained in the obtained cumulative volume distribution curve was defined as D 50 .
(組成分析)
水酸化物(共沈物)およびリチウム含有複合酸化物の組成分析は、プラズマ発光分析装置(SIIナノテクノロジー社製、SPS3100H)により行った。
(Composition analysis)
The composition analysis of the hydroxide (coprecipitate) and the lithium-containing composite oxide was performed by a plasma emission spectrometer (SII3 Nanotechnology SPS3100H).
(正極の製造)
リチウム含有複合酸化物と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデンを12.0質量%含む溶液(溶媒:N−メチルピロリドン)とを混合し、さらに、N−メチルピロリドンを添加してスラリを調製した。リチウム含有複合酸化物とアセチレンブラックとポリフッ化ビニリデンとは、80:10:10の質量比とした。
スラリを、厚さ20μmのアルミニウム箔(正極集電体)に、ドクタブレードを用いて片面塗工した。塗工時のギャップは、200μmで行った。120℃で乾燥した後、ロールプレス圧延を2回行い、正極を作製した。
(Manufacture of positive electrode)
A lithium-containing composite oxide, acetylene black, and a solution (solvent: N-methylpyrrolidone) containing 12.0 mass% of polyvinylidene fluoride were mixed, and N-methylpyrrolidone was further added to prepare a slurry. The mass ratio of the lithium-containing composite oxide, acetylene black, and polyvinylidene fluoride was 80:10:10.
The slurry was applied on one side of a 20 μm thick aluminum foil (positive electrode current collector) using a doctor blade. The gap during coating was 200 μm. After drying at 120° C., roll press rolling was performed twice to produce a positive electrode.
(リチウム二次電池の製造)
負極として、負極活物質層が厚さ500μmの金属リチウム箔であり、負極集電体が厚さ1mmのステンレス板であるものを用意した。
セパレータとして、厚さ25μmの多孔質ポリプロピレンを用意した。
非水電解液として、濃度1mol/dm3のLiPF6溶液を用意した。非水電解液の溶媒には、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート(体積比で1:1)の混合溶液を用いた。
前記正極、負極、セパレータ、非水電解液を用い、ステンレス鋼製簡易密閉セル型のリチウム二次電池をアルゴングローブボックス内で組み立てた。
(Manufacture of lithium secondary battery)
As the negative electrode, a negative electrode active material layer made of a metal lithium foil having a thickness of 500 μm and a negative electrode current collector made of a stainless plate having a thickness of 1 mm was prepared.
As the separator, 25 μm-thick porous polypropylene was prepared.
A LiPF6 solution having a concentration of 1 mol/dm3 was prepared as the non-aqueous electrolyte. A mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate (volume ratio 1:1) was used as a solvent of the non-aqueous electrolyte.
Using the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the nonaqueous electrolytic solution, a stainless steel simple closed cell type lithium secondary battery was assembled in an argon glove box.
(放電容量)
リチウム二次電池について、リチウム含有複合酸化物1gにつき20mAの負荷電流で4.6Vまで充電し、リチウム含有複合酸化物1gにつき20mAの負荷電流で2.0Vまで放電し、放電容量を測定した。
(Discharge capacity)
The lithium secondary battery was charged to 4.6 V at a load current of 20 mA per 1 g of the lithium-containing composite oxide and discharged to 2.0 V at a load current of 20 mA per 1 g of the lithium-containing composite oxide to measure the discharge capacity.
(サイクル特性)
次いで、リチウム含有複合酸化物1gにつき200mAの負荷電流で4.6Vまで充電し、リチウム含有複合酸化物1gにつき200mAの負荷電流で2.0Vまで高レート放電する充放電サイクルを100回繰り返した。このとき、1サイクル目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の割合をサイクル維持率とした。
(Cycle characteristics)
Next, 100 g of a charge/discharge cycle was performed in which 1 g of the lithium-containing composite oxide was charged to 4.6 V at a load current of 200 mA, and 1 g of the lithium-containing composite oxide was discharged at a high rate to 2.0 V at a load current of 200 mA. At this time, the ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the discharge capacity at the first cycle was defined as the cycle maintenance rate.
(例1)
工程(a):
硫酸ニッケル(II)六水和物、硫酸コバルト(II)七水和物および硫酸マンガン(II)五水和物を、Ni、CoおよびMnのモル比が表1に示す比になるように、かつ硫酸塩の合計量(金属元素の合計の濃度)が1.5mol/kgとなるように蒸留水に溶解して、硫酸塩水溶液を得た。
pH調整液として、水酸化ナトリウムを、濃度が48質量%となるように蒸留水に溶解した水酸化ナトリウム水溶液を使用した。
硫酸アンモニウムを、濃度が0.75mol/kgとなるように蒸留水に溶解して硫酸アンモニウム水溶液を得た。
(Example 1)
Process (a):
Nickel (II) sulphate hexahydrate, cobalt (II) sulphate heptahydrate and manganese (II) sulphate pentahydrate so that the molar ratios of Ni, Co and Mn are as shown in Table 1. In addition, it was dissolved in distilled water so that the total amount of sulfate (total concentration of metal elements) was 1.5 mol/kg to obtain a sulfate aqueous solution.
As the pH adjusting liquid, an aqueous sodium hydroxide solution in which sodium hydroxide was dissolved in distilled water to a concentration of 48% by mass was used.
Ammonium sulfate was dissolved in distilled water to a concentration of 0.75 mol/kg to obtain an ammonium sulfate aqueous solution.
2Lのバッフル付きガラス製反応槽に蒸留水を入れてマントルヒータで50℃に加熱した。反応槽内の溶液をパドル型の撹拌翼で撹拌しながら、硫酸塩水溶液を5.0g/分、硫酸アンモニウム水溶液を0.5g/分の速度で添加し、かつ混合液のpHを11.0に保つようにpH調整液を添加して、Ni、CoおよびMnを含む水酸化物(共沈物)を析出させた。原料溶液を添加している間、反応槽内に窒素ガスを流量1.0L/分で流した。また、反応槽内の液量が2Lを超えないように連続的に液の抜き出しを行った。得られた水酸化物から不純物イオンを取り除くため、加圧ろ過と蒸留水への分散を繰り返し、洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が20mS/mとなった時点で洗浄を終了し、120℃で15時間乾燥させた。 Distilled water was put into a 2 L baffled glass reaction tank and heated to 50° C. with a mantle heater. While stirring the solution in the reaction tank with a paddle type stirring blade, 5.0 g/min of a sulfate aqueous solution and 0.5 g/min of an ammonium sulfate aqueous solution were added, and the pH of the mixed solution was adjusted to 11.0. A pH adjusting solution was added so as to keep the hydroxide (coprecipitate) containing Ni, Co and Mn precipitated. While the raw material solution was being added, nitrogen gas was caused to flow in the reaction tank at a flow rate of 1.0 L/min. Further, the liquid was continuously withdrawn so that the liquid amount in the reaction tank did not exceed 2 L. In order to remove impurity ions from the obtained hydroxide, pressure filtration and dispersion in distilled water were repeated for washing. When the electric conductivity of the filtrate reached 20 mS/m, the washing was terminated and the filtrate was dried at 120°C for 15 hours.
工程(b):
洗浄および乾燥後の水酸化物(18.00g)とLi含有量が26.9mol/kgの炭酸リチウム(8.66g)を混合し、混合物を得た。
Step (b):
The hydroxide (18.00 g) after washing and drying was mixed with lithium carbonate (8.66 g) having a Li content of 26.9 mol/kg to obtain a mixture.
工程(c):
電気炉内にて、空気を供給しながら、空気中、600℃で混合物を5時間かけて一次熱処理し、一次熱処理物を得た。
Step (c):
In an electric furnace, while supplying air, the mixture was subjected to primary heat treatment in air at 600° C. for 5 hours to obtain a primary heat treated product.
工程(d):
タンマン管式雰囲気電気炉内にて、酸素濃度が0.01体積%で残部が窒素である雰囲気中で、850℃で一次熱処理物を16時間かけて二次熱処理し、リチウム含有複合酸化物を得た。
リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
Step (d):
In a Tammann tube atmosphere electric furnace, the primary heat-treated product was subjected to secondary heat treatment at 850° C. for 16 hours in an atmosphere having an oxygen concentration of 0.01% by volume and the balance being nitrogen to obtain a lithium-containing composite oxide. Obtained.
The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
(例2)
工程(a):
硫酸ニッケル(II)六水和物および硫酸マンガン(II)五水和物を、NiおよびMnのモル比が表1に示す比になるように、かつ硫酸塩の合計量(金属元素の合計の濃度)が1.5mol/kgとなるように蒸留水に溶解して、硫酸塩水溶液を得た。
例1と同様の方法でNiおよびMnを含む水酸化物を得た。
(Example 2)
Process (a):
Nickel (II) sulphate hexahydrate and manganese (II) sulphate pentahydrate were added such that the molar ratios of Ni and Mn were as shown in Table 1 and the total amount of sulphate (of the total metal elements It was dissolved in distilled water so that the concentration) would be 1.5 mol/kg to obtain a sulfate aqueous solution.
A hydroxide containing Ni and Mn was obtained in the same manner as in Example 1.
工程(b):
得られた水酸化物(30.00g)とLi含有量が26.9mol/kgの炭酸リチウム(19.25g)を混合し、混合物を得た。工程(c)と工程(d)は、例1と同様にして行った。リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
Step (b):
The obtained hydroxide (30.00 g) was mixed with lithium carbonate (19.25 g) having a Li content of 26.9 mol/kg to obtain a mixture. The steps (c) and (d) were performed in the same manner as in Example 1. The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
(例3)
工程(d)の二次熱処理の温度を800℃とした以外は例1と同様にして、リチウム含有複合酸化物を得た。
リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
(Example 3)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the secondary heat treatment in step (d) was 800°C.
The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
(例4)
工程(d)の二次熱処理の温度を900℃とした以外は例1と同様にして、リチウム含有複合酸化物を得た。
リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
(Example 4)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the secondary heat treatment in step (d) was 900°C.
The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
(例5)
工程(d)の二次熱処理の雰囲気を、酸素濃度が0.5体積%で残部が窒素である雰囲気とした以外は例1と同様にして、リチウム含有複合酸化物を得た。
リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
(Example 5)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the atmosphere for the secondary heat treatment in step (d) was an atmosphere in which the oxygen concentration was 0.5% by volume and the balance was nitrogen.
The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
(例6)
工程(d)の二次熱処理の雰囲気を、酸素濃度が1体積%で残部が窒素である雰囲気とした以外は例1と同様にして、リチウム含有複合酸化物を得た。
リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
(Example 6)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the atmosphere of the secondary heat treatment in the step (d) was an atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume and the balance being nitrogen.
The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
(例7)
工程(d)の二次熱処理の雰囲気を空気とした以外は例1と同様にして、リチウム含有複合酸化物を得た。
リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
(Example 7)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the atmosphere of the secondary heat treatment in step (d) was air.
The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
(例8)
工程(d)の二次熱処理の雰囲気を空気とし、温度を1000℃にした以外は例1と同様にして、リチウム含有複合酸化物を得た。
リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
(Example 8)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the atmosphere of the secondary heat treatment in step (d) was air and the temperature was 1000°C.
The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
(例9)
工程(d)の二次熱処理の温度を950℃とした以外は例1と同様にして、リチウム含有複合酸化物を得た。
リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
(Example 9)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the secondary heat treatment in step (d) was 950°C.
The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
(例10)
工程(d)の二次熱処理の雰囲気を空気とした以外は例2と同様にして、リチウム含有複合酸化物を得た。
リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
(Example 10)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 2 except that the atmosphere of the secondary heat treatment in step (d) was air.
The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
(例11)
工程(d)の二次熱処理の雰囲気を、酸素濃度が10体積%で残部が窒素である雰囲気とした以外は例1と同様にして、リチウム含有複合酸化物を得た。
リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
(Example 11)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the atmosphere of the secondary heat treatment in step (d) was an atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume and the balance being nitrogen.
The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
(例12)
工程(a):
硫酸ニッケル(II)六水和物、硫酸コバルト(II)七水和物および硫酸マンガン(II)五水和物を、Ni、CoおよびMnのモル比が表1に示す比になるように、かつ硫酸塩の合計量(金属元素の合計の濃度)が1.5mol/kgとなるように蒸留水に溶解して、硫酸塩水溶液を得た。
pH調整液として、炭酸ナトリウムを、濃度が1.5mol/Lとなるように蒸留水に溶解した炭酸ナトリウム水溶液を使用した。
硫酸アンモニウムを、濃度が0.375mol/kgとなるように蒸留水に溶解して硫酸アンモニウム水溶液を得た。
(Example 12)
Process (a):
Nickel (II) sulphate hexahydrate, cobalt (II) sulphate heptahydrate and manganese (II) sulphate pentahydrate so that the molar ratios of Ni, Co and Mn are as shown in Table 1. In addition, it was dissolved in distilled water so that the total amount of sulfate (total concentration of metal elements) was 1.5 mol/kg to obtain a sulfate aqueous solution.
As the pH adjusting liquid, an aqueous sodium carbonate solution in which sodium carbonate was dissolved in distilled water so that the concentration became 1.5 mol/L was used.
Ammonium sulfate was dissolved in distilled water to a concentration of 0.375 mol/kg to obtain an ammonium sulfate aqueous solution.
2Lのバッフル付きガラス製反応槽に蒸留水を入れてマントルヒータで30℃に加熱した。反応槽内の溶液をパドル型の撹拌翼で撹拌しながら、硫酸塩水溶液を2.5g/分、硫酸アンモニウム水溶液を0.5g/分の速度で添加し、かつ混合液のpHを10.0に保つように炭酸塩水溶液を添加して、Ni、CoおよびMnを含む炭酸塩(共沈物)を析出させた。原料溶液を添加している間、反応槽内の液量が2Lを超えないように連続的に液の抜き出しを行った。得られた炭酸塩から不純物イオンを取り除くため、加圧ろ過と蒸留水への分散を繰り返し、洗浄を行った。上澄み液の電気伝導度が20mS/mとなった時点で洗浄を終了し、120℃で15時間乾燥させた。 Distilled water was put into a 2 L glass reaction tank equipped with a baffle and heated to 30° C. with a mantle heater. While stirring the solution in the reaction tank with a paddle type stirring blade, an aqueous solution of sulfate was added at a rate of 2.5 g/min and an aqueous solution of ammonium sulfate was added at a rate of 0.5 g/min, and the pH of the mixed solution was adjusted to 10.0. An aqueous carbonate solution was added so as to keep the solution, and a carbonate (coprecipitate) containing Ni, Co and Mn was deposited. While the raw material solution was being added, the liquid was continuously extracted so that the liquid amount in the reaction tank did not exceed 2 L. In order to remove impurity ions from the obtained carbonate, pressure filtration and dispersion in distilled water were repeated for washing. When the electric conductivity of the supernatant was 20 mS/m, the washing was completed and the supernatant was dried at 120°C for 15 hours.
工程(b):
洗浄および乾燥後の炭酸塩(18.00g)とLi含有量が26.9mol/kgの炭酸リチウム(7.29g)を混合し、混合物を得た。工程(c)と工程(d)は、例1と同様にして行った。リチウム含有複合酸化物の製造条件およびリチウム二次電池の評価結果を表1、表2に示す。
Step (b):
A carbonate (18.00 g) after washing and drying was mixed with lithium carbonate (7.29 g) having a Li content of 26.9 mol/kg to obtain a mixture. The steps (c) and (d) were performed in the same manner as in Example 1. The production conditions of the lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery are shown in Tables 1 and 2.
例1〜6は、リチウム含有複合酸化物の製造条件として、工程(a)と(b)で水酸化物を使用し、工程(d)の雰囲気を、酸素濃度が5体積%未満の雰囲気とし、熱処理温度を800℃以上950℃未満としている。これらの条件で得られたリチウム含有複合酸化物を有するリチウム二次電池は、放電容量が高く、サイクル維持率が高い。
例1、2と例8とを比較すると、得られたリチウム含有複合酸化物の比表面積は同等であるが、例1、2で得られたリチウム含有複合酸化物を有するリチウム二次電池は、放電容量とサイクル維持率が高い。これから、リチウム含有複合酸化物を有するリチウム二次電池の放電容量およびサイクル維持率は、リチウム含有複合酸化物の製造条件に影響を受けるといえる。
例1、2と例12とを比較すると、例1、2は、リチウム含有複合酸化物の比表面積が高く、得られたリチウム含有複合酸化物を有するリチウム二次電池の放電容量が高い。例1、2と例12との製造条件を比較すると、工程(a)で得られる化合物の種類が、相違すること以外の条件は同じである。これから、リチウム含有複合酸化物の製造において、工程(a)、(b)で水酸化物を使用することで、得られるリチウム含有複合酸化物を有するリチウム二次電池の放電容量とサイクル維持率を高くできるといえる。
In Examples 1 to 6, hydroxide was used in the steps (a) and (b) as the production conditions of the lithium-containing composite oxide, and the atmosphere in the step (d) was an atmosphere having an oxygen concentration of less than 5% by volume. The heat treatment temperature is 800° C. or higher and lower than 950° C. The lithium secondary battery having the lithium-containing composite oxide obtained under these conditions has a high discharge capacity and a high cycle retention rate.
Comparing Examples 1 and 2 with Example 8, the specific surface areas of the obtained lithium-containing composite oxides are the same, but the lithium secondary batteries having the lithium-containing composite oxides obtained in Examples 1 and 2 are High discharge capacity and cycle maintenance rate. From this, it can be said that the discharge capacity and cycle retention rate of the lithium secondary battery having the lithium-containing composite oxide are affected by the manufacturing conditions of the lithium-containing composite oxide.
Comparing Examples 1 and 2 with Example 12, Examples 1 and 2 have a high specific surface area of the lithium-containing composite oxide and a high discharge capacity of the lithium secondary battery having the obtained lithium-containing composite oxide. Comparing the production conditions of Examples 1 and 2 and Example 12, the conditions are the same except that the type of compound obtained in step (a) is different. From this, by using the hydroxide in the steps (a) and (b) in the production of the lithium-containing composite oxide, the discharge capacity and the cycle maintenance rate of the lithium secondary battery having the lithium-containing composite oxide obtained can be improved. It can be said that it can be raised.
例1と例9とを比較すると、例1は、得られたリチウム含有複合酸化物の比表面積が高く、リチウム二次電池の放電容量とサイクル維持率が高い。例1と例9との製造条件を比較すると、工程(d)の熱処理の温度が相違する以外は同じである。これから、工程(d)の熱処理の温度を所定の温度域とすることで、リチウム含有複合酸化物の比表面積を所望の大きさにでき、得られるリチウム含有複合酸化物を有するリチウム二次電池の放電容量とサイクル維持率を高くできるといえる。
例1と例7とを比較すると、例1は、得られたリチウム含有複合酸化物の比表面積が低く、リチウム二次電池のサイクル維持率が高い。例1と例7との製造条件を比較すると、工程(d)の熱処理の雰囲気が相違する以外は同じである。これから、工程(d)の熱処理の雰囲気を酸素濃度が5体積%未満の雰囲気とすることで、リチウム含有複合酸化物の比表面積を所望の大きさにでき、得られるリチウム含有複合酸化物を有するリチウム二次電池のサイクル維持率を高くできるといえる。
Comparing Example 1 and Example 9, in Example 1, the obtained lithium-containing composite oxide has a high specific surface area, and the lithium secondary battery has a high discharge capacity and a high cycle retention rate. Comparing the manufacturing conditions of Example 1 and Example 9, they are the same except that the temperature of the heat treatment of step (d) is different. From this, by setting the temperature of the heat treatment in the step (d) to a predetermined temperature range, the specific surface area of the lithium-containing composite oxide can be made a desired size, and the lithium secondary battery having the obtained lithium-containing composite oxide can be obtained. It can be said that the discharge capacity and the cycle maintenance rate can be increased.
Comparing Example 1 and Example 7, in Example 1, the specific surface area of the obtained lithium-containing composite oxide is low, and the cycle retention rate of the lithium secondary battery is high. Comparing the manufacturing conditions of Example 1 and Example 7, they are the same except that the atmosphere of the heat treatment of step (d) is different. From this, by setting the atmosphere of the heat treatment of the step (d) to an atmosphere having an oxygen concentration of less than 5% by volume, the specific surface area of the lithium-containing composite oxide can be set to a desired size, and the obtained lithium-containing composite oxide is obtained. It can be said that the cycle maintenance rate of the lithium secondary battery can be increased.
(遊離Li量の測定)
リチウム含有複合酸化物1gを蒸留水10gに分散して30分撹拌した後に、メンブレンフィルターでろ過した。ろ液に蒸留水をさらに60g追加してpHを測定した。この時のpHを初期pHとした。
次に蒸留水を加えたろ液を用いて0.02mol/Lの塩酸でpH4.0まで滴定を行った。この時、初期pHからpH8.5までの滴定量がLiOHとLi2CO3の中和に対応し、pH8.5〜4.0の滴定量がLi2CO3の中和に対応すると仮定して、ろ過液に含まれるLiOHとLi2CO3の含有量を求めた。
リチウム含有複合酸化物1gに含まれるLiの量に対する、ろ液中のLiOHのモル比率を遊離LiOH比率とした。リチウム含有複合酸化物1gに含まれるLiの量に対する
、ろ液中のLi2CO3に含まれるLiの量のモル比率を遊離Li2CO3比率とした遊離LiOH比率と遊離Li2CO3比率の和を遊離Li比率とした。
(Measurement of free Li amount)
1 g of the lithium-containing composite oxide was dispersed in 10 g of distilled water, stirred for 30 minutes, and then filtered with a membrane filter. Further, 60 g of distilled water was added to the filtrate to measure the pH. The pH at this time was defined as the initial pH.
Next, the filtrate containing distilled water was titrated with 0.02 mol/L hydrochloric acid to pH 4.0. At this time, assuming that the titration amount from the initial pH to pH 8.5 corresponds to the neutralization of LiOH and Li2CO3, and the titration amount of pH 8.5 to 4.0 corresponds to the neutralization of Li2CO3, it is included in the filtrate. The contents of LiOH and Li 2 CO 3 that were generated were determined.
The molar ratio of LiOH in the filtrate to the amount of Li contained in 1 g of the lithium-containing composite oxide was defined as the free LiOH ratio. The free Li ratio is the sum of the free LiOH ratio and the free Li 2 CO 3 ratio, where the molar ratio of the amount of Li contained in Li 2 CO 3 in the filtrate to the amount of Li contained in 1 g of the lithium-containing composite oxide is the free Li 2 CO 3 ratio. And
(例13)
工程(a)〜(d)を例1と同様の方法で行い、ついで下記工程(e)を行った。
工程(e):
電気炉内にて、空気を供給しながら、空気中、450℃でリチウム含有複合酸化物を5時間かけて熱処理し、リチウム含有複合酸化物を得た。得られたリチウム含有複合酸化物の遊離Li比率とリチウム含有複合酸化物を有するリチウム二次電池の評価結果を表3に示す。
(Example 13)
The steps (a) to (d) were performed in the same manner as in Example 1, and then the following step (e) was performed.
Process (e):
While supplying air in an electric furnace, the lithium-containing composite oxide was heat-treated in air at 450° C. for 5 hours to obtain a lithium-containing composite oxide. Table 3 shows the free Li ratio of the obtained lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery having the lithium-containing composite oxide.
(例14)
工程(e)において、熱処理温度を550℃とすること以外は、例13と同様にしてリチウム含有複合酸化物を得た。得られたリチウム含有複合酸化物の遊離Li比率とリチウム含有複合酸化物を有するリチウム二次電池の評価結果を表3に示す。
(Example 14)
In step (e), a lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 13 except that the heat treatment temperature was 550°C. Table 3 shows the free Li ratio of the obtained lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery having the lithium-containing composite oxide.
(例15)
工程(e)において、熱処理温度を650℃とすること以外は、例13と同様にしてリチウム含有複合酸化物を得た。得られたリチウム含有複合酸化物の遊離Li比率とリチウム含有複合酸化物を有するリチウム二次電池の評価結果を表3に示す。
(Example 15)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 13 except that the heat treatment temperature was 650° C. in the step (e). Table 3 shows the free Li ratio of the obtained lithium-containing composite oxide and the evaluation results of the lithium secondary battery having the lithium-containing composite oxide.
表3に示すとおり、工程(e)はリチウム含有複合酸化物の遊離Li比率の低減に寄与していることが分かる。特に、遊離Li比率を低減する効果は、工程(e)を550℃以上の温度で行うと顕著になることが示された。 As shown in Table 3, it can be seen that the step (e) contributes to the reduction of the free Li ratio of the lithium-containing composite oxide. In particular, it was shown that the effect of reducing the free Li ratio becomes remarkable when the step (e) is performed at a temperature of 550° C. or higher.
本製造方法で得られたリチウム含有複合酸化物は、リチウムイオン二次電池用正極活物質として有用である。
なお、2013年10月28日に出願された日本特許出願2013−223344号、
および2014年6月4日に出願された日本特許出願2014−116015号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、
取り入れるものである。
The lithium-containing composite oxide obtained by this production method is useful as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.
In addition, Japanese Patent Application No. 2013-223344 filed on October 28, 2013,
And the entire contents of the specification, claims and abstract of Japanese Patent Application No. 2014-116015 filed on June 4, 2014 are cited herein as disclosure of the specification of the present invention.
It is something to incorporate.
Claims (7)
Li(LiaNixCoyMnz)Ob ・・・(II)
(式(II)中、aは0を超え、0.6以下であり、xは0.1〜0.5であり、yは0〜0.3であり、zは0.36〜0.9であり、(x+y+z)は1であり、Niに対するMnのモル比(Mn/Ni)は1.2〜3.5であり、bはLi、Ni、Co、Mnの原子価を満足するのに必要なOのモル数である。) A lithium-containing composite oxide represented by the following formula (II) and having a specific surface area of 1 to 3 m 2 /g.
Li(Li a Ni x Co y Mn z )O b ... (II)
(In Formula (II), a is more than 0 and is 0.6 or less, x is 0.1 to 0.5, y is 0 to 0.3, and z is 0.36 to 0. 9, (x+y+z) is 1, the molar ratio of Mn to Ni (Mn/Ni) is 1.2 to 3.5 , and b satisfies the valences of Li, Ni, Co, and Mn. Is the number of moles of O necessary for.)
前記二次粒子のD50は、3〜18μmである、請求項1に記載のリチウム含有複合酸化物。 The lithium-containing composite oxide is a secondary particle in which a plurality of primary particles are aggregated,
The D 50 of the secondary particles is 3~18Myuemu, lithium-containing complex oxide according to claim 1.
前記表面付着物質は、
酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムからなる群より選択される1種以上である、請求項1又は2に記載のリチウム含有複合酸化物。 The lithium-containing composite oxide comprises a surface-adhering substance on the surface,
The surface-adhering substance is
Group consisting of aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate, aluminum sulfate, calcium carbonate, magnesium carbonate The lithium-containing composite oxide according to claim 1 or 2, which is one or more selected from the following.
(測定方法)
リチウム含有複合酸化物1gを蒸留水10gに分散して30分撹拌した後に、メンブレンフィルターでろ過する。ろ液に蒸留水をさらに60g追加してpHを測定する。この時のpHを初期pHとする。
次に蒸留水を加えたろ液を用いて0.02mol/Lの塩酸でpH4.0まで滴定を行う。この時、初期pHからpH8.5までの滴定量がLiOHとLi2CO3の中和に対応し、pH8.5〜4.0の滴定量がLi2CO3の中和に対応すると仮定して、ろ過液に含まれるLiOHとLi2CO3の含有量を求める。
リチウム含有複合酸化物1gに含まれるLiの量に対する、ろ液中のLiOHのモル比率を遊離LiOH比率とする。リチウム含有複合酸化物1gに含まれるLiの量に対する、ろ液中のLi2CO3に含まれるLiの量のモル比率を遊離Li2CO3比率とする。遊離LiOH比率と遊離Li2CO3比率の和を遊離リチウム比率とする。 The lithium-containing composite oxide according to any one of claims 1 to 4, wherein a free lithium ratio measured by the following measuring method is 0.71 mol% or less.
(Measuring method)
1 g of the lithium-containing composite oxide is dispersed in 10 g of distilled water, stirred for 30 minutes, and then filtered with a membrane filter. Add 60 g of distilled water to the filtrate and measure the pH. The pH at this time is the initial pH.
Next, the filtrate containing distilled water is used to perform titration with 0.02 mol/L hydrochloric acid until the pH reaches 4.0. At this time, it is assumed that the titration amount from the initial pH to pH 8.5 corresponds to the neutralization of LiOH and Li 2 CO 3 , and the titration amount of pH 8.5 to 4.0 corresponds to the neutralization of Li 2 CO 3. Then, the contents of LiOH and Li 2 CO 3 contained in the filtrate are obtained.
The molar ratio of LiOH in the filtrate to the amount of Li contained in 1 g of the lithium-containing composite oxide is defined as the free LiOH ratio. The molar ratio of the amount of Li contained in Li 2 CO 3 in the filtrate to the amount of Li contained in 1 g of the lithium-containing composite oxide is defined as the free Li 2 CO 3 ratio. The sum of the free LiOH ratio and the free Li 2 CO 3 ratio is defined as the free lithium ratio.
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