JP6937152B2 - Method for producing lithium composite metal oxide - Google Patents
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Description
本発明は、リチウム複合金属酸化物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a lithium composite metal oxide.
リチウム複合金属酸化物は、リチウム二次電池用正極活物質として用いられている。リチウム二次電池は、既に携帯電話用途やノートパソコン用途などの小型電源だけでなく、自動車用途や電力貯蔵用途などの中・大型電源においても、実用化が進んでいる。 Lithium composite metal oxides are used as positive electrode active materials for lithium secondary batteries. Lithium secondary batteries have already been put into practical use not only in small power sources for mobile phones and notebook computers, but also in medium- and large-sized power sources for automobiles and power storage.
リチウム複合金属酸化物の製造方法は、一般的に、原料の混合工程、焼成工程、洗浄工程を有している。洗浄工程に使用される洗浄液には、水が用いられる。例えば、特許文献1には、特定の組成のリチウム複合金属酸化物を焼成した後、該リチウム複合金属酸化物100重量部に対し、水50〜200重量部の割合で水撹拌して洗浄する工程を有する非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法が記載されている。 The method for producing a lithium composite metal oxide generally includes a raw material mixing step, a firing step, and a cleaning step. Water is used as the cleaning liquid used in the cleaning process. For example, Patent Document 1 describes a step of calcining a lithium composite metal oxide having a specific composition and then stirring and washing the lithium composite metal oxide at a ratio of 50 to 200 parts by weight of water with respect to 100 parts by weight of the lithium composite metal oxide. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is described.
リチウム二次電池の応用分野の拡大が進む中、リチウム二次電池の正極活物質には、高い初回充放電効率等のさらなる電池特性の向上が求められる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、初回充放電効率が高いリチウム複合金属酸化物の製造方法を提供することを課題とする。
As the application fields of lithium secondary batteries continue to expand, the positive electrode active material of lithium secondary batteries is required to further improve battery characteristics such as high initial charge / discharge efficiency.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for producing a lithium composite metal oxide having high initial charge / discharge efficiency.
本発明者らが鋭意検討した結果、洗浄工程を水で行うと、リチウム複合金属酸化物中のリチウムが溶出し、電池特性が低下するという課題を見出した。本発明者らが鋭意検討したところ、リチウム複合金属酸化物の洗浄工程を段階的に行い、さらに特定の洗浄液を使用することにより、上記課題を解決するに至った。
すなわち、本発明は、下記[1]〜[5]の発明を包含する。
[1]少なくともニッケルを含むリチウム複合金属酸化物の製造方法であって、リチウム複合金属酸化物を第1の洗浄液で洗浄する第1洗浄工程と、前記第1洗浄工程で得られた洗浄物を、第2の洗浄液で洗浄する第2洗浄工程と、を有し、前記第1の洗浄液は、アルカリ金属を含有する化合物を含むアルカリ性洗浄液であり、前記第2の洗浄液はアルカリ性洗浄液であり、前記第1の洗浄液中のアルカリ金属の濃度が、前記第2の洗浄液中のアルカリ金属の濃度よりも高いことを特徴とする、リチウム複合金属酸化物の製造方法。
[2]前記リチウム複合金属酸化物が下記組成式(I)で表される、[1]に記載のリチウム複合金属酸化物の製造方法。
Li[Lix(Ni(1−y−z−w)CoyMnzMw)1−x]O2 ・・・(I)
(ただし、MはFe、Cu、Ti、Mg、Al、W、B、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga及びVからなる群より選択される1種以上の金属元素であり、0≦x≦0.2、0<y≦0.4、0≦z≦0.4、0≦w≦0.1を満たす。)
[3]前記組成式(I)において、y+z+w≦0.3である、[2]に記載のリチウム複合金属酸化物の製造方法。
[4]前記第2の洗浄液が水酸化リチウム水溶液である、[1]〜[3]のいずれか1つに記載のリチウム複合金属酸化物の製造方法。
[5]前記第2の洗浄液の水酸化リチウム濃度が1質量%以上30質量%以下である、[1]〜[4]のいずれか1つに記載のリチウム複合金属酸化物の製造方法。
[6]前記第2の洗浄液がアンモニア水である[1]〜[5]のいずれか1つに記載のリチウム複合金属酸化物の製造方法。
As a result of diligent studies by the present inventors, it has been found that when the cleaning step is carried out with water, lithium in the lithium composite metal oxide is eluted and the battery characteristics are deteriorated. As a result of diligent studies by the present inventors, the above-mentioned problems have been solved by performing the cleaning step of the lithium composite metal oxide step by step and further using a specific cleaning liquid.
That is, the present invention includes the following inventions [1] to [5].
[1] A method for producing a lithium composite metal oxide containing at least nickel, wherein a first cleaning step of cleaning the lithium composite metal oxide with a first cleaning liquid and a cleaning product obtained in the first cleaning step are used. The first cleaning liquid is an alkaline cleaning liquid containing a compound containing an alkali metal, and the second cleaning liquid is an alkaline cleaning liquid. A method for producing a lithium composite metal oxide, wherein the concentration of the alkali metal in the first cleaning liquid is higher than the concentration of the alkali metal in the second cleaning liquid.
[2] The method for producing a lithium composite metal oxide according to [1], wherein the lithium composite metal oxide is represented by the following composition formula (I).
Li [Li x (Ni (1 -y-z-w) Co y Mn z M w) 1-x] O 2 ··· (I)
(However, M is one or more metal elements selected from the group consisting of Fe, Cu, Ti, Mg, Al, W, B, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga and V, and 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 <y ≦ 0.4, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.1 is satisfied.)
[3] The method for producing a lithium composite metal oxide according to [2], wherein y + z + w ≦ 0.3 in the composition formula (I).
[4] The method for producing a lithium composite metal oxide according to any one of [1] to [3], wherein the second cleaning liquid is an aqueous solution of lithium hydroxide.
[5] The method for producing a lithium composite metal oxide according to any one of [1] to [4], wherein the lithium hydroxide concentration of the second cleaning liquid is 1% by mass or more and 30% by mass or less.
[6] The method for producing a lithium composite metal oxide according to any one of [1] to [5], wherein the second cleaning liquid is aqueous ammonia.
本発明によれば、初回充放電効率が高いリチウム複合金属酸化物の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a lithium composite metal oxide having high initial charge / discharge efficiency.
<リチウム複合金属酸化物の製造方法>
本発明のリチウム複合金属酸化物の製造方法は、金属複合化合物の製造工程と、リチウム複合金属酸化物の製造工程を任意の工程とし、その後の第1洗浄工程と第2洗浄工程とを必須の工程として備える。
以下、各工程について説明する。
<Manufacturing method of lithium composite metal oxide>
In the method for producing a lithium composite metal oxide of the present invention, the manufacturing step of the metal composite compound and the manufacturing step of the lithium composite metal oxide are arbitrary steps, and the subsequent first cleaning step and the second cleaning step are indispensable. Prepare as a process.
Hereinafter, each step will be described.
本発明のリチウム複合金属酸化物の製造方法において、まず、リチウム以外の金属、すなわち、Ni、Co及びMnから構成される必須金属、並びに、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、B、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga及びVのうちいずれか1種以上の任意金属を含む金属複合化合物を調製し、当該金属複合化合物を適当なリチウム塩と焼成することが好ましい。金属複合化合物としては、金属複合水酸化物又は金属複合酸化物が好ましい。以下に、正極活物質の製造方法の一例を、金属複合化合物の製造工程と、リチウム複合金属酸化物の製造工程とに分けて説明する。 In the method for producing a lithium composite metal oxide of the present invention, first, a metal other than lithium, that is, an essential metal composed of Ni, Co and Mn, and Fe, Cu, Ti, Mg, Al, W, B, It is preferable to prepare a metal composite compound containing any one or more arbitrary metals of Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga and V, and to calcin the metal composite compound with an appropriate lithium salt. As the metal composite compound, a metal composite hydroxide or a metal composite oxide is preferable. Hereinafter, an example of a method for producing a positive electrode active material will be described separately for a process for producing a metal composite compound and a process for producing a lithium composite metal oxide.
(金属複合化合物の製造工程)
金属複合化合物は、通常公知のバッチ共沈殿法又は連続共沈殿法により製造することが可能である。以下、金属として、ニッケル、コバルト及びマンガンを含む金属複合水酸化物を例に、その製造方法を詳述する。
(Manufacturing process of metal composite compound)
The metal composite compound can be produced by a commonly known batch coprecipitation method or continuous coprecipitation method. Hereinafter, the production method thereof will be described in detail by taking a metal composite hydroxide containing nickel, cobalt and manganese as an example.
まず共沈殿法、特に特開2002−201028号公報に記載された連続法により、ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、マンガン塩溶液、及び錯化剤を反応させ、NiaCobMnc(OH)2(式中、a+b+c=1)で表される複合金属水酸化物を製造する。 First co-precipitation method, in particular by a continuous method described in 2002-201028 JP-nickel salt solution, cobalt salt solution, is reacted manganese salt solution and a complexing agent, Ni a Co b Mn c ( OH) 2 (In the formula, a + b + c = 1) is produced as a composite metal hydroxide.
上記ニッケル塩溶液の溶質であるニッケル塩としては、特に限定されないが、例えば硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル及び酢酸ニッケルのうちの何れかを使用することができる。上記コバルト塩溶液の溶質であるコバルト塩としては、例えば硫酸コバルト、硝酸コバルト、及び塩化コバルトのうちの何れかを使用することができる。上記マンガン塩溶液の溶質であるマンガン塩としては、例えば硫酸マンガン、硝酸マンガン、及び塩化マンガンのうちの何れかを使用することができる。以上の金属塩は、上記NiaCobMnc(OH)2の組成比に対応する割合で用いられる。また、溶媒として水が使用される。 The nickel salt which is the solute of the nickel salt solution is not particularly limited, and for example, any one of nickel sulfate, nickel nitrate, nickel chloride and nickel acetate can be used. As the cobalt salt which is the solute of the cobalt salt solution, for example, any one of cobalt sulfate, cobalt nitrate, and cobalt chloride can be used. As the manganese salt which is the solute of the manganese salt solution, for example, any one of manganese sulfate, manganese nitrate, and manganese chloride can be used. The above metal salts are used in a ratio corresponding to the composition ratio of the above Ni a Co b Mn c (OH) 2. Also, water is used as the solvent.
錯化剤としては、水溶液中で、ニッケル、コバルト、及びマンガンのイオンと錯体を形成可能なものであり、例えばアンモニウムイオン供給体(硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、弗化アンモニウム等)、ヒドラジン、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ウラシル二酢酸、及びグリシンが挙げられる。 The complexing agent can form a complex with ions of nickel, cobalt, and manganese in an aqueous solution, and includes, for example, an ammonium ion feeder (ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride, etc.), hydrazine, and the like. Examples include ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid, uracildiacetic acid, and glycine.
沈殿に際しては、水溶液のpH値を調整するため、必要ならばアルカリ金属水酸化物(例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム)を添加する。 At the time of precipitation, alkali metal hydroxides (for example, sodium hydroxide and potassium hydroxide) are added if necessary in order to adjust the pH value of the aqueous solution.
上記ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、及びマンガン塩溶液のほか、錯化剤を反応槽に連続して供給させると、ニッケル、コバルト、及びマンガンが反応し、NiaCobMnc(OH)2が製造される。反応に際しては、反応槽の温度が例えば20℃以上80℃以下、好ましくは30℃以上70℃以下の範囲内で制御され、反応槽内のpH値は例えばpH9以上pH13以下、好ましくはpH11以上pH13以下の範囲内で制御され、反応槽内の物質が適宜撹拌される。反応槽は、形成された反応沈殿物を分離のためオーバーフローさせるタイプのものである。 When a complexing agent is continuously supplied to the reaction vessel in addition to the nickel salt solution, cobalt salt solution, and manganese salt solution, nickel, cobalt, and manganese react with each other, and Ni a Co b Mn c (OH) 2 Is manufactured. During the reaction, the temperature of the reaction vessel is controlled within the range of, for example, 20 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, preferably 30 ° C. or higher and 70 ° C. or lower, and the pH value in the reaction vessel is, for example, pH 9 or higher and pH 13 or lower, preferably pH 11 or higher and pH 13 or lower. The substance in the reaction vessel is appropriately stirred under the control within the following range. The reaction vessel is of a type in which the formed reaction precipitate overflows for separation.
反応槽に供給する金属塩の濃度、攪拌速度、反応温度、反応pH、及び後述する焼成条件等を適宜制御することにより、最終的に得られるリチウム複合金属酸化物を所望の物性に制御することができる。 By appropriately controlling the concentration of the metal salt supplied to the reaction vessel, the stirring speed, the reaction temperature, the reaction pH, the firing conditions described later, etc., the finally obtained lithium composite metal oxide is controlled to have desired physical properties. Can be done.
以上の反応後、得られた反応沈殿物を水で洗浄した後、乾燥し、ニッケルコバルトマンガン複合化合物としてのニッケルコバルトマンガン水酸化物を単離する。また、必要に応じて弱酸水や水酸化ナトリウムや水酸化カリウムを含むアルカリ溶液で洗浄してもよい。なお、上記の例では、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物を製造しているが、ニッケルコバルトマンガン複合酸化物を調製してもよい。 After the above reaction, the obtained reaction precipitate is washed with water and then dried to isolate nickel cobalt manganese hydroxide as a nickel cobalt manganese composite compound. Further, if necessary, it may be washed with a weak acid water or an alkaline solution containing sodium hydroxide or potassium hydroxide. In the above example, the nickel-cobalt-manganese composite hydroxide is produced, but the nickel-cobalt-manganese composite oxide may be prepared.
(リチウム複合金属酸化物の製造工程)
上記金属複合酸化物又は水酸化物を乾燥した後、リチウム塩と混合する。乾燥条件は、特に制限されないが、例えば、金属複合酸化物又は水酸化物が酸化・還元されない条件(酸化物が酸化物のまま維持される、水酸化物が水酸化物のまま維持される)、金属複合水酸化物が酸化される条件(水酸化物が酸化物に酸化される)、金属複合酸化物が還元される条件(酸化物が水酸化物に還元される)のいずれの条件でもよい。酸化・還元がされない条件のためには、窒素、ヘリウム及びアルゴン等の希ガス等の不活性ガスを使用すればよく、水酸化物が酸化される条件では、酸素又は空気を雰囲気下として行えばよい。また、金属複合酸化物が還元される条件としては、不活性ガス雰囲気下、ヒドラジン、亜硫酸ナトリウム等の還元剤を使用すればよい。リチウム塩としては、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、水酸化リチウム、水酸化リチウム水和物、酸化リチウムのうち何れか一つ、または、二つ以上を混合して使用することができる。
金属複合酸化物又は水酸化物の乾燥後に、適宜分級を行ってもよい。以上のリチウム塩と金属複合金属水酸化物とは、最終目的物の組成比を勘案して用いられる。例えば、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物を用いる場合、リチウム塩と当該複合金属水酸化物は、LiNiaCobMncO2(式中、a+b+c=1)の組成比に対応する割合で用いられる。ニッケルコバルトマンガン複合金属水酸化物及びリチウム塩の混合物を焼成することによって、リチウム−ニッケルコバルトマンガン複合酸化物が得られる。なお、焼成には、所望の組成に応じて乾燥空気、酸素雰囲気、不活性雰囲気等が用いられ、必要ならば複数の加熱工程が実施される。
(Lithium composite metal oxide manufacturing process)
The metal composite oxide or hydroxide is dried and then mixed with a lithium salt. The drying conditions are not particularly limited, but for example, conditions under which the metal composite oxide or hydroxide is not oxidized or reduced (the oxide is maintained as an oxide, the hydroxide is maintained as a hydroxide). , The condition that the metal composite hydroxide is oxidized (the hydroxide is oxidized to the oxide) and the condition that the metal composite oxide is reduced (the oxide is reduced to the hydroxide) good. An inert gas such as a rare gas such as nitrogen, helium or argon may be used under the condition that the oxidation / reduction is not carried out, and oxygen or air may be used as an atmosphere under the condition that the hydroxide is oxidized. good. Further, as a condition for reducing the metal composite oxide, a reducing agent such as hydrazine or sodium sulfite may be used in an inert gas atmosphere. As the lithium salt, any one or a mixture of lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, lithium hydroxide, lithium hydroxide hydrate, and lithium oxide can be used.
After drying the metal composite oxide or hydroxide, classification may be performed as appropriate. The above lithium salt and metal composite metal hydroxide are used in consideration of the composition ratio of the final target product. For example, when using a nickel-cobalt-manganese composite hydroxide, lithium salt and the composite metal hydroxide is used in a proportion corresponding to LiNi a Co b Mn c O 2 ( where, a + b + c = 1 ) composition ratio of .. A lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide is obtained by calcining a mixture of a nickel-cobalt-manganese composite metal hydroxide and a lithium salt. For firing, dry air, an oxygen atmosphere, an inert atmosphere, or the like is used according to a desired composition, and a plurality of heating steps are carried out if necessary.
上記金属複合酸化物又は水酸化物と、水酸化リチウム、炭酸リチウム等のリチウム化合物との焼成温度としては、特に制限はないが、600℃以上1100℃以下であることが好ましく、750℃以上1050℃以下であることがより好ましく、800℃以上1025℃以下がさらに好ましい。 The firing temperature of the metal composite oxide or hydroxide and a lithium compound such as lithium hydroxide or lithium carbonate is not particularly limited, but is preferably 600 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, and is 750 ° C. or higher and 1050 ° C. or higher. The temperature is more preferably 800 ° C. or higher, and further preferably 800 ° C. or higher and 1025 ° C. or lower.
焼成時間は、3時間以上50時間以下が好ましい。焼成時間が50時間を超えると、リチウムの揮発によって実質的に電池性能に劣る傾向となる。焼成時間が3時間より少ないと、結晶の発達が悪く、電池性能が悪くなる傾向となる。なお、上記の焼成の前に、仮焼成を行うことも有効である。この様な仮焼成の温度は、300℃以上850℃以下の範囲で、1時間以上10時間以下行うことが好ましい。 The firing time is preferably 3 hours or more and 50 hours or less. If the firing time exceeds 50 hours, the battery performance tends to be substantially inferior due to the volatilization of lithium. If the firing time is less than 3 hours, crystal development tends to be poor and battery performance tends to be poor. It is also effective to perform temporary firing before the above firing. The temperature of such temporary firing is preferably 1 hour or more and 10 hours or less in the range of 300 ° C. or higher and 850 ° C. or lower.
(洗浄工程)
本実施形態は、第1の洗浄工程と、前記第1洗浄工程で得られた洗浄物を洗浄する第2の洗浄工程と、を有する。第1の洗浄工程は原料に由来する残留する炭酸リチウムを洗浄し、除去する工程である。第2の洗浄工程は、第1の洗浄工程で用いた洗浄液の残留成分を洗浄し、除去する工程である。
(Washing process)
The present embodiment includes a first cleaning step and a second cleaning step of cleaning the cleaning product obtained in the first cleaning step. The first cleaning step is a step of cleaning and removing residual lithium carbonate derived from the raw material. The second cleaning step is a step of cleaning and removing residual components of the cleaning liquid used in the first cleaning step.
・第1洗浄工程
焼成後に、第1の洗浄液で洗浄する第1洗浄工程を行う。第1の洗浄液は、アルカリ金属を含有する化合物を含むアルカリ性洗浄液である。
前記アルカリ性洗浄液が含むアルカリ金属を含有する化合物としては、例えば、LiOH(水酸化リチウム)、NaOH(水酸化ナトリウム)、KOH(水酸化カリウム)、Li2CO3(炭酸リチウム)、Na2CO3(炭酸ナトリウム)、及びK2CO3(炭酸カリウム)からなる群より選ばれる1種以上の無水物並びにその水和物を挙げることができる。リチウム複合金属酸化物からのリチウムの溶出をより抑制できる観点から、水酸化リチウム又は炭酸リチウムが好ましく、水酸化リチウムがより好ましい。
-First cleaning step After firing, the first cleaning step of cleaning with the first cleaning liquid is performed. The first cleaning solution is an alkaline cleaning solution containing a compound containing an alkali metal.
Examples of the alkali metal-containing compound contained in the alkaline cleaning solution include LiOH (lithium hydroxide), NaOH (sodium hydroxide), KOH (potassium hydroxide), Li 2 CO 3 (lithium carbonate), and Na 2 CO 3. Examples thereof include one or more anhydrides selected from the group consisting of (sodium carbonate) and K 2 CO 3 (potassium carbonate), and hydrates thereof. Lithium hydroxide or lithium carbonate is preferable, and lithium hydroxide is more preferable, from the viewpoint of being able to further suppress the elution of lithium from the lithium composite metal oxide.
第1の洗浄液は、上記アルカリ金属を含有する化合物を水に溶解させることにより調製できる。アルカリ金属を含有する化合物の水溶液の濃度は、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が特に好ましい。また、30質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましく、20質量%以下が特に好ましい。
第1の洗浄液の濃度が、上記下限値以上であることにより、リチウム複合金属酸化物からのリチウムの溶出をより抑制できる。
第1の洗浄液の濃度が、上記上限値以下であることにより、製造されるリチウム複合金属酸化物中に、アルカリ金属を含有する化合物が残留することを抑制できる。
The first cleaning liquid can be prepared by dissolving the above-mentioned compound containing an alkali metal in water. The concentration of the aqueous solution of the compound containing an alkali metal is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and particularly preferably 10% by mass or more. Further, 30% by mass or less is preferable, 25% by mass or less is more preferable, and 20% by mass or less is particularly preferable.
When the concentration of the first cleaning liquid is at least the above lower limit value, the elution of lithium from the lithium composite metal oxide can be further suppressed.
When the concentration of the first cleaning liquid is not more than the above upper limit value, it is possible to prevent the compound containing an alkali metal from remaining in the produced lithium composite metal oxide.
本実施形態においては、前記第1の洗浄液中のアルカリ金属の濃度が、後述する第2の洗浄液中のアルカリ金属の濃度よりも高いことを特徴とする。
第1の洗浄液を用いて洗浄工程を行うことにより、洗浄液中にリチウム複合金属酸化物中のリチウム成分が溶出することを抑制できると推察される。このため、製造されるリチウム複合金属酸化物の粒子表面のリチウム成分の濃度傾斜が小さく、粒子表面のリチウム濃度を高くできると考えられる。これにより、初回充放電効率が高いリチウム複合金属酸化物を製造することができる。
The present embodiment is characterized in that the concentration of the alkali metal in the first cleaning liquid is higher than the concentration of the alkali metal in the second cleaning liquid described later.
It is presumed that by performing the cleaning step using the first cleaning liquid, it is possible to suppress the elution of the lithium component in the lithium composite metal oxide into the cleaning liquid. Therefore, it is considered that the concentration gradient of the lithium component on the particle surface of the produced lithium composite metal oxide is small and the lithium concentration on the particle surface can be increased. As a result, a lithium composite metal oxide having high initial charge / discharge efficiency can be produced.
・第2洗浄工程
第1洗浄工程後、第2の洗浄液で洗浄する第2工程を有する。第2の洗浄液はアルカリ性洗浄液である。
第2の洗浄液が含有するアルカリ成分としては、例えば、LiOH(水酸化リチウム)、NaOH(水酸化ナトリウム)、KOH(水酸化カリウム)、Li2CO3(炭酸リチウム)、Na2CO3(炭酸ナトリウム)、K2CO3(炭酸カリウム)および(NH4)2CO3(炭酸アンモニウム)からなる群より選ばれる1種以上の無水物並びにその水和物を挙げることができる。第2の洗浄液は水酸化リチウム水溶液であることが好ましい。また、第2の洗浄液として、アンモニア水を使用することもできる。
-Second cleaning step After the first cleaning step, there is a second step of cleaning with a second cleaning liquid. The second cleaning solution is an alkaline cleaning solution.
Examples of the alkaline component contained in the second cleaning liquid include LiOH (lithium hydroxide), NaOH (sodium hydroxide), KOH (potassium hydroxide), Li 2 CO 3 (lithium carbonate), and Na 2 CO 3 (carbonate). Examples thereof include one or more anhydrides selected from the group consisting of (sodium), K 2 CO 3 (potassium carbonate) and (NH 4 ) 2 CO 3 (ammonium carbonate), and hydrates thereof. The second cleaning liquid is preferably an aqueous solution of lithium hydroxide. Ammonia water can also be used as the second cleaning liquid.
第2の洗浄液としてのアルカリ性洗浄液は、アルカリ成分としてアルカリ金属を含む洗浄液であってもよく、アルカリ成分としてアルカリ金属を含まずにアンモニア水を洗浄液として使用してもよく、アルカリ成分としてアルカリ金属を含み、さらにアンモニア水を含む洗浄液を使用してもよい。本実施形態において、第2のアルカリ洗浄液がアルカリ成分としてアルカリ金属を含む場合には、前記第1の洗浄液中のアルカリ金属の濃度が、第2の洗浄液中のアルカリ金属の濃度よりも高いことを特徴とする。
第2のアルカリ性洗浄液として、アルカリ成分としてアルカリ金属を含まずにアンモニア水を使用する場合には、第2のアルカリ性洗浄液中のアンモニアおよびアンモニウムイオン濃度が、第1の洗浄液中のアルカリ金属の濃度より高くてもよい。
前記第1の洗浄液中のアルカリ金属の濃度は、第2の洗浄液中のアルカリ金属の濃度に比べて、2倍以上であることが好ましい。
The alkaline cleaning liquid as the second cleaning liquid may be a cleaning liquid containing an alkali metal as an alkaline component, ammonia water may be used as a cleaning liquid without containing an alkali metal as an alkaline component, and an alkali metal may be used as an alkaline component. A cleaning solution containing, and further containing aqueous ammonia, may be used. In the present embodiment, when the second alkaline cleaning solution contains an alkali metal as an alkaline component, the concentration of the alkali metal in the first cleaning solution is higher than the concentration of the alkali metal in the second cleaning solution. It is a feature.
When ammonia water is used as the second alkaline cleaning solution without containing an alkali metal as an alkaline component, the concentration of ammonia and ammonium ions in the second alkaline cleaning solution is higher than the concentration of the alkali metal in the first cleaning solution. It may be expensive.
The concentration of the alkali metal in the first cleaning liquid is preferably twice or more the concentration of the alkali metal in the second cleaning liquid.
第2の洗浄液は、上記アルカリ成分を水に溶解させることにより調製できる。アルカリ成分の水溶液の濃度は、0.1質量%以上が好ましく、1.0質量%以上がより好ましく、2.0質量%以上が特に好ましい。また、上限値は前記第1の洗浄液中のアルカリ成分の濃度よりも低ければよく、例えば、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下が特に好ましい。
第2の洗浄液の濃度が、上記下限値以上であることにより、製造されるリチウム複合金属酸化物中に含まれるリチウム成分が溶出する事を抑制しつつ、第1の洗浄液の残留成分を洗浄により除去できる。
第2の洗浄液の濃度が、上記上限値以下であることにより、第2の洗浄液に含まれるアルカリ金属を含有する化合物が残留する事を抑制しつつ、第1の洗浄液の残留成分を洗浄により除去できる。
The second cleaning solution can be prepared by dissolving the above alkaline component in water. The concentration of the aqueous solution of the alkaline component is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1.0% by mass or more, and particularly preferably 2.0% by mass or more. Further, the upper limit value may be lower than the concentration of the alkaline component in the first cleaning liquid, for example, 30% by mass or less is preferable, 20% by mass or less is more preferable, and 10% by mass or less is particularly preferable.
When the concentration of the second cleaning liquid is equal to or higher than the above lower limit value, the residual components of the first cleaning liquid can be cleaned by cleaning while suppressing the elution of the lithium component contained in the produced lithium composite metal oxide. Can be removed.
When the concentration of the second cleaning liquid is not more than the above upper limit value, the residual component of the first cleaning liquid is removed by cleaning while suppressing the residual alkali metal-containing compound contained in the second cleaning liquid. can.
第1洗浄工程及び第2洗浄工程において、洗浄液とリチウム複合金属酸化物とを接触させる方法としては、各洗浄液の水溶液中に、リチウム複合金属酸化物を投入して撹拌する方法や、各洗浄液の水溶液をシャワー水として、リチウム複合金属酸化物にかける方法や、第1の洗浄液により洗浄し、次いで、第1の洗浄液から分離したリチウム複合金属酸化物のウェットケーキを第2の洗浄液に投入し、撹拌する方法(リスラリー、リパルプ)が挙げられる。
好ましい実施形態としては、第1の洗浄液に、リチウム複合金属酸化物を投入して撹拌した後、各洗浄液の水溶液からリチウム複合金属酸化物を分離し、次いで、第2の洗浄液をシャワー水として、分離後のリチウム複合金属酸化物にかける方法等が挙げられる。
In the first cleaning step and the second cleaning step, as a method of bringing the cleaning liquid into contact with the lithium composite metal oxide, a method of adding the lithium composite metal oxide into the aqueous solution of each cleaning liquid and stirring the mixture, or a method of stirring each cleaning liquid. A method of applying the aqueous solution to the lithium composite metal oxide as shower water, or washing with the first cleaning liquid, and then adding the lithium composite metal oxide wet cake separated from the first cleaning liquid to the second cleaning liquid. Examples thereof include a stirring method (reslurry, repulp).
In a preferred embodiment, the lithium composite metal oxide is added to the first cleaning liquid and stirred, and then the lithium composite metal oxide is separated from the aqueous solution of each cleaning liquid, and then the second cleaning liquid is used as shower water. Examples thereof include a method of applying to a lithium composite metal oxide after separation.
(乾燥工程)
上記洗浄工程後、ろ過等により洗浄液からリチウム複合金属酸化物を分離する。その後乾燥し、粉砕後に適宜分級され、リチウム二次電池に適用可能な正極活物質とされる。
(Drying process)
After the above cleaning step, the lithium composite metal oxide is separated from the cleaning liquid by filtration or the like. After that, it is dried, pulverized, and appropriately classified to obtain a positive electrode active material applicable to a lithium secondary battery.
本実施形態において、製造されるリチウム複合金属酸化物は下記組成式(I)で表されることが好ましい。
Li[Lix(Ni(1−y−z−w)CoyMnzMw)1−x]O2 ・・・(I)
(ただし、MはFe、Cu、Ti、Mg、Al、W、B、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga及びVからなる群より選択される1種以上の金属元素であり、0≦x≦0.2、0<y≦0.4、0≦z≦0.4、0≦w≦0.1を満たす。)
In the present embodiment, the lithium composite metal oxide produced is preferably represented by the following composition formula (I).
Li [Li x (Ni (1 -y-z-w) Co y Mn z M w) 1-x] O 2 ··· (I)
(However, M is one or more metal elements selected from the group consisting of Fe, Cu, Ti, Mg, Al, W, B, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga and V, and 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 <y ≦ 0.4, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.1 is satisfied.)
サイクル特性が高いリチウム二次電池を得る観点から、前記組成式(I)におけるxは0を超えることが好ましく、0.01以上であることがより好ましく、0.02以上であることが特に好ましい。また、初回クーロン効率がより高いリチウム二次電池を得る観点から、前記組成式(I)におけるxは0.1以下であることが好ましく、0.08以下であることがより好ましく、0.06以下であることが特に好ましい。
xの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
From the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having high cycle characteristics, x in the composition formula (I) is preferably more than 0, more preferably 0.01 or more, and particularly preferably 0.02 or more. .. Further, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having a higher initial coulombic efficiency, x in the composition formula (I) is preferably 0.1 or less, more preferably 0.08 or less, and 0.06. The following is particularly preferable.
The upper limit value and the lower limit value of x can be arbitrarily combined.
また、電池抵抗が低いリチウム二次電池を得る観点から、前記組成式(I)におけるyは0.005以上であることが好ましく、0.01以上であることがより好ましく、0.05以上であることが特に好ましい。また、熱的安定性が高いリチウム二次電池を得る観点から、前記組成式(I)におけるyは0.35以下であることがより好ましく、0.33以下であることが特に好ましい。
yの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
Further, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having a low battery resistance, y in the composition formula (I) is preferably 0.005 or more, more preferably 0.01 or more, and 0.05 or more. It is particularly preferable to have. Further, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having high thermal stability, y in the composition formula (I) is more preferably 0.35 or less, and particularly preferably 0.33 or less.
The upper limit value and the lower limit value of y can be arbitrarily combined.
また、サイクル特性が高いリチウム二次電池を得る観点から、前記組成式(I)におけるzは0.01以上であることが好ましく、0.03以上であることがより好ましく、0.1以上であることが特に好ましい。また、高温(例えば60℃環境下)での保存特性が高いリチウム二次電池を得る観点から、前記組成式(I)におけるzは0.4以下であることが好ましく、0.38以下であることがより好ましく、0.35以下であることが特に好ましい。
zの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
Further, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having high cycle characteristics, z in the composition formula (I) is preferably 0.01 or more, more preferably 0.03 or more, and 0.1 or more. It is particularly preferable to have. Further, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having high storage characteristics at a high temperature (for example, in an environment of 60 ° C.), z in the composition formula (I) is preferably 0.4 or less, preferably 0.38 or less. It is more preferable, and it is particularly preferable that it is 0.35 or less.
The upper limit value and the lower limit value of z can be arbitrarily combined.
また、電池抵抗が低いリチウム二次電池を得る観点から、前記組成式(I)におけるwは0を超えることが好ましく、0.0005以上であることがより好ましく、0.001以上であることが特に好ましい。また、高い電流レートにおいて放電容量が高いリチウム二次電池を得る観点から、前記組成式(I)におけるwは0.09以下であることが好ましく、0.08以下であることがより好ましく、0.07以下であることが特に好ましい。
wの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
Further, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having a low battery resistance, w in the composition formula (I) is preferably more than 0, more preferably 0.0005 or more, and more preferably 0.001 or more. Especially preferable. Further, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having a high discharge capacity at a high current rate, w in the composition formula (I) is preferably 0.09 or less, more preferably 0.08 or less, and 0. It is particularly preferable that it is .07 or less.
The upper limit value and the lower limit value of w can be arbitrarily combined.
前記組成式(I)におけるMはFe、Cu、Ti、Mg、Al、W、B、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga及びVからなる群より選択される1種以上の金属を表す。 M in the composition formula (I) represents one or more metals selected from the group consisting of Fe, Cu, Ti, Mg, Al, W, B, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga and V. ..
また、サイクル特性が高いリチウム二次電池を得る観点から、組成式(I)におけるMは、Ti、Mg、Al、W、B、Zrからなる群より選択される1種以上の金属であることが好ましく、熱的安定性が高いリチウム二次電池を得る観点から、Al、W、B、Zrからなる群より選択される1種以上の金属であることがより好ましい。 Further, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having high cycle characteristics, M in the composition formula (I) is one or more metals selected from the group consisting of Ti, Mg, Al, W, B and Zr. Is preferable, and from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having high thermal stability, it is more preferable that the metal is one or more selected from the group consisting of Al, W, B, and Zr.
(層状構造)
リチウムニッケル複合酸化物の結晶構造は、層状構造であり、六方晶型の結晶構造又は単斜晶型の結晶構造であることがより好ましい。
(Layered structure)
The crystal structure of the lithium nickel composite oxide is a layered structure, and more preferably a hexagonal crystal structure or a monooblique crystal structure.
六方晶型の結晶構造は、P3、P31、P32、R3、P−3、R−3、P312、P321、P3112、P3121、P3212、P3221、R32、P3m1、P31m、P3c1、P31c、R3m、R3c、P−31m、P−31c、P−3m1、P−3c1、R−3m、R−3c、P6、P61、P65、P62、P64、P63、P−6、P6/m、P63/m、P622、P6122、P6522、P6222、P6422、P6322、P6mm、P6cc、P63cm、P63mc、P−6m2、P−6c2、P−62m、P−62c、P6/mmm、P6/mcc、P63/mcm、P63/mmcからなる群から選ばれるいずれか一つの空間群に帰属される。
Hexagonal crystal structures are P3, P3 1 , P3 2 , R3, P-3, R-3, P312, P321, P3 1 12,
また、単斜晶型の結晶構造は、P2、P21、C2、Pm、Pc、Cm、Cc、P2/m、P21/m、C2/m、P2/c、P21/c、C2/cからなる群から選ばれるいずれか一つの空間群に帰属される。 The monoclinic crystal structure is P2, P2 1 , C2, Pm, Pc, Cm, Cc, P2 / m, P2 1 / m, C2 / m, P2 / c, P2 1 / c, C2 /. It belongs to any one space group selected from the group consisting of c.
これらのうち、放電容量が高いリチウム二次電池を得る観点から、結晶構造は、空間群R−3mに帰属される六方晶型の結晶構造、又はC2/mに帰属される単斜晶型の結晶構造であることが特に好ましい。 Of these, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having a high discharge capacity, the crystal structure is a hexagonal crystal structure belonging to the space group R-3m or a monoclinic crystal structure belonging to C2 / m. It is particularly preferable to have a crystal structure.
本発明に用いるリチウム化合物は、炭酸リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、酢酸リチウム、水酸化リチウム、酸化リチウム、塩化リチウム、フッ化リチウムのうち何れか一つ、又は、二つ以上を混合して使用することができる。これらの中では、水酸化リチウム及び炭酸リチウムのいずれか一方又は両方が好ましい。
リチウム二次電池用正極活物質のハンドリング性を高める観点から、リチウム複合金属酸化物粉末に含まれる炭酸リチウム成分は0.4質量%以下であることが好ましく、0.39質量%以下であることがより好ましく、0.38質量%以下であることが特に好ましい。
また、リチウム二次電池用正極活物質のハンドリング性を高める観点から、リチウム複合金属酸化物粉末に含まれる水酸化リチウム成分は0.35質量%以下であることが好ましく、0.25質量%以下であることがより好ましく、0.2質量%以下であることが特に好ましい。
The lithium compound used in the present invention is used by using any one or a mixture of lithium carbonate, lithium nitrate, lithium sulfate, lithium acetate, lithium hydroxide, lithium oxide, lithium chloride and lithium fluoride. can do. Among these, either one or both of lithium hydroxide and lithium carbonate is preferable.
From the viewpoint of improving the handleability of the positive electrode active material for a lithium secondary battery, the lithium carbonate component contained in the lithium composite metal oxide powder is preferably 0.4% by mass or less, and preferably 0.39% by mass or less. Is more preferable, and 0.38% by mass or less is particularly preferable.
Further, from the viewpoint of improving the handleability of the positive electrode active material for the lithium secondary battery, the lithium hydroxide component contained in the lithium composite metal oxide powder is preferably 0.35% by mass or less, preferably 0.25% by mass or less. Is more preferable, and 0.2% by mass or less is particularly preferable.
<リチウム二次電池>
次いで、リチウム二次電池の構成を説明しながら、本発明のリチウム二次電池用正極活物質を、リチウム二次電池の正極活物質として用いた正極、およびこの正極を有するリチウム二次電池について説明する。
<Lithium secondary battery>
Next, while explaining the configuration of the lithium secondary battery, the positive electrode using the positive electrode active material for the lithium secondary battery of the present invention as the positive electrode active material of the lithium secondary battery, and the lithium secondary battery having this positive electrode will be described. do.
本実施形態のリチウム二次電池の一例は、正極および負極、正極と負極との間に挟持されるセパレータ、正極と負極との間に配置される電解液を有する。 An example of the lithium secondary battery of the present embodiment has a positive electrode and a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution arranged between the positive electrode and the negative electrode.
図1は、本実施形態のリチウム二次電池の一例を示す模式図である。本実施形態の円筒型のリチウム二次電池10は、次のようにして製造する。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the lithium secondary battery of the present embodiment. The cylindrical lithium
まず、図1(a)に示すように、帯状を呈する一対のセパレータ1、一端に正極リード21を有する帯状の正極2、および一端に負極リード31を有する帯状の負極3を、セパレータ1、正極2、セパレータ1、負極3の順に積層し、巻回することにより電極群4とする。
First, as shown in FIG. 1A, a pair of strip-shaped separators 1, a strip-shaped positive electrode 2 having a
次いで、図1(b)に示すように、電池缶5に電極群4および不図示のインシュレーターを収容した後、缶底を封止し、電極群4に電解液6を含浸させ、正極2と負極3との間に電解質を配置する。さらに、電池缶5の上部をトップインシュレーター7および封口体8で封止することで、リチウム二次電池10を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 1 (b), after accommodating the
電極群4の形状としては、例えば、電極群4を巻回の軸に対して垂直方向に切断したときの断面形状が、円、楕円、長方形、角を丸めた長方形となるような柱状の形状を挙げることができる。
The shape of the
また、このような電極群4を有するリチウム二次電池の形状としては、国際電気標準会議(IEC)が定めた電池に対する規格であるIEC60086、又はJIS C 8500で定められる形状を採用することができる。例えば、円筒型、角型などの形状を挙げることができる。
Further, as the shape of the lithium secondary battery having such an
さらに、リチウム二次電池は、上記巻回型の構成に限らず、正極、セパレータ、負極、セパレータの積層構造を繰り返し重ねた積層型の構成であってもよい。積層型のリチウム二次電池としては、いわゆるコイン型電池、ボタン型電池、ペーパー型(又はシート型)電池を例示することができる。 Further, the lithium secondary battery is not limited to the above-mentioned winding type configuration, and may have a laminated configuration in which a laminated structure of a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator is repeatedly laminated. Examples of the laminated lithium secondary battery include so-called coin-type batteries, button-type batteries, and paper-type (or sheet-type) batteries.
以下、各構成について順に説明する。
(正極)
本実施形態の正極は、まず正極活物質、導電材およびバインダーを含む正極合剤を調整し、正極合剤を正極集電体に担持させることで製造することができる。
Hereinafter, each configuration will be described in order.
(Positive electrode)
The positive electrode of the present embodiment can be manufactured by first preparing a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder, and then supporting the positive electrode mixture on a positive electrode current collector.
(導電材)
本実施形態の正極が有する導電材としては、炭素材料を用いることができる。炭素材料として黒鉛粉末、カーボンブラック(例えばアセチレンブラック)、繊維状炭素材料などを挙げることができる。カーボンブラックは、微粒で表面積が大きいため、少量を正極合剤中に添加することにより正極内部の導電性を高め、充放電効率および出力特性を向上させることができるが、多く入れすぎるとバインダーによる正極合剤と正極集電体との結着力、および正極合剤内部の結着力がいずれも低下し、かえって内部抵抗を増加させる原因となる。
(Conductive material)
A carbon material can be used as the conductive material contained in the positive electrode of the present embodiment. Examples of the carbon material include graphite powder, carbon black (for example, acetylene black), and fibrous carbon material. Since carbon black is fine and has a large surface area, it is possible to improve the conductivity inside the positive electrode by adding a small amount to the positive electrode mixture, and improve the charge / discharge efficiency and output characteristics. Both the binding force between the positive electrode mixture and the positive electrode current collector and the binding force inside the positive electrode mixture decrease, which causes an increase in internal resistance.
正極合剤中の導電材の割合は、正極活物質100質量部に対して5質量部以上20質量部以下であると好ましい。導電材として黒鉛化炭素繊維、カーボンナノチューブなどの繊維状炭素材料を用いる場合には、この割合を下げることも可能である。 The ratio of the conductive material in the positive electrode mixture is preferably 5 parts by mass or more and 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. When a fibrous carbon material such as graphitized carbon fiber or carbon nanotube is used as the conductive material, this ratio can be reduced.
(バインダー)
本実施形態の正極が有するバインダーとしては、熱可塑性樹脂を用いることができる。この熱可塑性樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(以下、PVdFということがある。)、ポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEということがある。)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体、六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体、四フッ化エチレン・パーフルオロビニルエーテル系共重合体などのフッ素樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂;を挙げることができる。
(binder)
A thermoplastic resin can be used as the binder contained in the positive electrode of the present embodiment. The thermoplastic resin includes polyvinylidene fluoride (hereinafter, may be referred to as PVdF), polytetrafluoroethylene (hereinafter, may be referred to as PTFE), ethylene tetrafluoride, propylene hexafluoride, and vinylidene fluoride. Fluororesin such as copolymer, propylene hexafluoride / vinylidene fluoride-based copolymer, ethylene tetrafluoride / perfluorovinyl ether-based copolymer; polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene; can be mentioned.
これらの熱可塑性樹脂は、2種以上を混合して用いてもよい。バインダーとしてフッ素樹脂およびポリオレフィン樹脂を用い、正極合剤全体に対するフッ素樹脂の割合を1質量%以上10質量%以下、ポリオレフィン樹脂の割合を0.1質量%以上2質量%以下とすることによって、正極集電体との密着力および正極合剤内部の結合力がいずれも高い正極合剤を得ることができる。 Two or more kinds of these thermoplastic resins may be mixed and used. Fluororesin and polyolefin resin are used as binders, and the ratio of fluororesin to the entire positive electrode mixture is 1% by mass or more and 10% by mass or less, and the ratio of polyolefin resin is 0.1% by mass or more and 2% by mass or less. It is possible to obtain a positive electrode mixture having high adhesion to the current collector and high bonding force inside the positive electrode mixture.
(正極集電体)
本実施形態の正極が有する正極集電体としては、Al、Ni、ステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を用いることができる。なかでも、加工しやすく、安価であるという点でAlを形成材料とし、薄膜状に加工したものが好ましい。
(Positive current collector)
As the positive electrode current collector included in the positive electrode of the present embodiment, a band-shaped member made of a metal material such as Al, Ni, or stainless steel can be used. Of these, Al is used as a forming material and processed into a thin film because it is easy to process and inexpensive.
正極集電体に正極合剤を担持させる方法としては、正極合剤を正極集電体上で加圧成型する方法が挙げられる。また、有機溶媒を用いて正極合剤をペースト化し、得られる正極合剤のペーストを正極集電体の少なくとも一面側に塗布して乾燥させ、プレスし固着することで、正極集電体に正極合剤を担持させてもよい。 Examples of the method of supporting the positive electrode mixture on the positive electrode current collector include a method of pressure molding the positive electrode mixture on the positive electrode current collector. Further, the positive electrode mixture is made into a paste using an organic solvent, and the obtained positive electrode mixture paste is applied to at least one surface side of the positive electrode current collector, dried, pressed and fixed to the positive electrode current collector. The mixture may be carried.
正極合剤をペースト化する場合、用いることができる有機溶媒としては、N,N―ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチレントリアミンなどのアミン系溶媒;テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒;メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒;酢酸メチルなどのエステル系溶媒;ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPということがある。)などのアミド系溶媒;が挙げられる。 When the positive electrode mixture is made into a paste, the organic solvents that can be used include amine solvents such as N, N-dimethylaminopropylamine and diethylenetriamine; ether solvents such as tetrahydrofuran; ketone solvents such as methyl ethyl ketone; methyl acetate. Etc.; amide-based solvents such as dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter, may be referred to as NMP);
正極合剤のペーストを正極集電体へ塗布する方法としては、例えば、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法および静電スプレー法が挙げられる。 Examples of the method of applying the paste of the positive electrode mixture to the positive electrode current collector include a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method and an electrostatic spray method.
以上に挙げられた方法により、正極を製造することができる。
(負極)
本実施形態のリチウム二次電池が有する負極は、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能であればよく、負極活物質を含む負極合剤が負極集電体に担持されてなる電極、および負極活物質単独からなる電極を挙げることができる。
The positive electrode can be manufactured by the method described above.
(Negative electrode)
The negative electrode of the lithium secondary battery of the present embodiment may be capable of doping and dedoping lithium ions at a lower potential than that of the positive electrode, and a negative electrode mixture containing a negative electrode active material is supported on the negative electrode current collector. Examples of the electrode and an electrode composed of the negative electrode active material alone.
(負極活物質)
負極が有する負極活物質としては、炭素材料、カルコゲン化合物(酸化物、硫化物など)、窒化物、金属又は合金で、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能な材料が挙げられる。
(Negative electrode active material)
Examples of the negative electrode active material of the negative electrode include carbon materials, chalcogen compounds (oxides, sulfides, etc.), nitrides, metals, or alloys that can be doped and dedoped with lithium ions at a lower potential than that of the positive electrode. Be done.
負極活物質として使用可能な炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維および有機高分子化合物焼成体を挙げることができる。 Examples of the carbon material that can be used as the negative electrode active material include graphite such as natural graphite and artificial graphite, coke, carbon black, pyrolytic carbon, carbon fiber, and a calcined organic polymer compound.
負極活物質として使用可能な酸化物としては、SiO2、SiOなど式SiOx(ここで、xは正の実数)で表されるケイ素の酸化物;TiO2、TiOなど式TiOx(ここで、xは正の実数)で表されるチタンの酸化物;V2O5、VO2など式VOx(ここで、xは正の実数)で表されるバナジウムの酸化物;Fe3O4、Fe2O3、FeOなど式FeOx(ここで、xは正の実数)で表される鉄の酸化物;SnO2、SnOなど式SnOx(ここで、xは正の実数)で表されるスズの酸化物;WO3、WO2など一般式WOx(ここで、xは正の実数)で表されるタングステンの酸化物;Li4Ti5O12、LiVO2などのリチウムとチタン又はバナジウムとを含有する複合金属酸化物;を挙げることができる。 Oxides that can be used as the negative electrode active material include silicon oxides represented by the formula SiO x (where x is a positive real number) such as SiO 2 , SiO; the formula TiO x such as TiO 2 and TiO (here). , X is a positive real number) titanium oxide; V 2 O 5 , VO 2, etc. Formula VO x (where x is a positive real number) vanadium oxide; Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , FeO, etc. Iron oxide represented by the formula FeO x (where x is a positive real number); SnO 2 , SnO, etc. Formula SnO x (where x is a positive real number) Oxides of tin; oxides of tungsten represented by the general formula WO x (where x is a positive real number) such as WO 3 and WO 2 ; lithium and titanium such as Li 4 Ti 5 O 12 and LiVO 2. Alternatively, a composite metal oxide containing vanadium; can be mentioned.
負極活物質として使用可能な硫化物としては、Ti2S3、TiS2、TiSなど式TiSx(ここで、xは正の実数)で表されるチタンの硫化物;V3S4、VS2、VSなど式VSx(ここで、xは正の実数)で表されるバナジウムの硫化物;Fe3S4、FeS2、FeSなど式FeSx(ここで、xは正の実数)で表される鉄の硫化物;Mo2S3、MoS2など式MoSx(ここで、xは正の実数)で表されるモリブデンの硫化物;SnS2、SnSなど式SnSx(ここで、xは正の実数)で表されるスズの硫化物;WS2など式WSx(ここで、xは正の実数)で表されるタングステンの硫化物;Sb2S3など式SbSx(ここで、xは正の実数)で表されるアンチモンの硫化物;Se5S3、SeS2、SeSなど式SeSx(ここで、xは正の実数)で表されるセレンの硫化物;を挙げることができる。 Sulfides that can be used as the negative electrode active material include Ti 2 S 3 , TiS 2 , TiS, and other sulfides of titanium represented by the formula TiS x (where x is a positive real number); V 3 S 4 , VS. 2. VS, etc. The sulfide of vanadium represented by the formula VS x (where x is a positive real number); Fe 3 S 4 , FeS 2 , FeS, etc. formula FeS x (where x is a positive real number) sulfides of iron represented; Mo 2 S 3, MoS 2, etc. formula MoS x (wherein, x represents a positive real number) sulfides of molybdenum represented by; SnS 2, SnS formula SnS x (wherein such, Tin sulfide represented by x is a positive real number); WS 2 and the like formula WS x (where x is a positive real number) and represented by tungsten sulfide; Sb 2 S 3 and the like formula SbS x (here) in, x is antimony represented by a positive real number); Se 5 S 3, SeS 2, SeS formula SeS x (wherein such, sulfide selenium x is represented by a positive real number); the Can be mentioned.
負極活物質として使用可能な窒化物としては、Li3N、Li3−xAxN(ここで、AはNiおよびCoのいずれか一方又は両方であり、0<x<3である。)などのリチウム含有窒化物を挙げることができる。 The nitrides that can be used as the negative electrode active material include Li 3 N and Li 3-x A x N (where A is either or both of Ni and Co, and 0 <x <3). Such as lithium-containing nitrides can be mentioned.
これらの炭素材料、酸化物、硫化物、窒化物は、1種のみ用いてもよく2種以上を併用して用いてもよい。また、これらの炭素材料、酸化物、硫化物、窒化物は、結晶質又は非晶質のいずれでもよい。 These carbon materials, oxides, sulfides, and nitrides may be used alone or in combination of two or more. Further, these carbon materials, oxides, sulfides and nitrides may be either crystalline or amorphous.
また、負極活物質として使用可能な金属としては、リチウム金属、シリコン金属およびスズ金属などを挙げることができる。 Examples of the metal that can be used as the negative electrode active material include lithium metal, silicon metal, and tin metal.
負極活物質として使用可能な合金としては、Li−Al、Li−Ni、Li−Si、Li−Sn、Li−Sn−Niなどのリチウム合金;Si−Znなどのシリコン合金;Sn−Mn、Sn−Co、Sn−Ni、Sn−Cu、Sn−Laなどのスズ合金;Cu2Sb、La3Ni2Sn7などの合金;を挙げることもできる。 Alloys that can be used as the negative electrode active material include lithium alloys such as Li-Al, Li-Ni, Li-Si, Li-Sn, and Li-Sn-Ni; silicon alloys such as Si-Zn; Sn-Mn, Sn. Tin alloys such as −Co, Sn—Ni, Sn—Cu, Sn—La; alloys such as Cu 2 Sb, La 3 Ni 2 Sn 7 ; can also be mentioned.
これらの金属や合金は、例えば箔状に加工された後、主に単独で電極として用いられる。 These metals and alloys are mainly used alone as electrodes after being processed into a foil, for example.
上記負極活物質の中では、充電時に未充電状態から満充電状態にかけて負極の電位がほとんど変化しない(電位平坦性がよい)、平均放電電位が低い、繰り返し充放電させたときの容量維持率が高い(サイクル特性がよい)などの理由から、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛を主成分とする炭素材料が好ましく用いられる。炭素材料の形状としては、例えば天然黒鉛のような薄片状、メソカーボンマイクロビーズのような球状、黒鉛化炭素繊維のような繊維状、又は微粉末の凝集体などのいずれでもよい。 Among the above negative electrode active materials, the potential of the negative electrode hardly changes from the uncharged state to the fully charged state during charging (potential flatness is good), the average discharge potential is low, and the capacity retention rate when repeatedly charged and discharged is high. A carbon material containing graphite as a main component, such as natural graphite or artificial graphite, is preferably used because of its high value (good cycle characteristics). The shape of the carbon material may be, for example, a flaky shape such as natural graphite, a spherical shape such as mesocarbon microbeads, a fibrous shape such as graphitized carbon fiber, or an agglomerate of fine powder.
前記の負極合剤は、必要に応じて、バインダーを含有してもよい。バインダーとしては、熱可塑性樹脂を挙げることができ、具体的には、PVdF、熱可塑性ポリイミド、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンおよびポリプロピレンを挙げることができる。 The negative electrode mixture may contain a binder, if necessary. Examples of the binder include thermoplastic resins, and specific examples thereof include PVdF, thermoplastic polyimide, carboxymethyl cellulose, polyethylene and polypropylene.
(負極集電体)
負極が有する負極集電体としては、Cu、Ni、ステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を挙げることができる。なかでも、リチウムと合金を作り難く、加工しやすいという点で、Cuを形成材料とし、薄膜状に加工したものが好ましい。
(Negative electrode current collector)
Examples of the negative electrode current collector included in the negative electrode include a band-shaped member made of a metal material such as Cu, Ni, or stainless steel as a forming material. Among them, Cu is used as a forming material and processed into a thin film because it is difficult to form an alloy with lithium and it is easy to process.
このような負極集電体に負極合剤を担持させる方法としては、正極の場合と同様に、加圧成型による方法、溶媒などを用いてペースト化し負極集電体上に塗布、乾燥後プレスし圧着する方法が挙げられる。 As a method of supporting the negative electrode mixture on such a negative electrode current collector, as in the case of the positive electrode, a method by pressure molding, a paste using a solvent or the like, coating on the negative electrode current collector, drying and pressing are performed. A method of crimping can be mentioned.
(セパレータ)
本実施形態のリチウム二次電池が有するセパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、含窒素芳香族重合体などの材質からなる、多孔質膜、不織布、織布などの形態を有する材料を用いることができる。また、これらの材質を2種以上用いてセパレータを形成してもよいし、これらの材料を積層してセパレータを形成してもよい。
(Separator)
Examples of the separator included in the lithium secondary battery of the present embodiment include a porous film, a non-woven fabric, and a woven fabric made of a material such as a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, a fluororesin, and a nitrogen-containing aromatic polymer. A material having the above can be used. Further, two or more kinds of these materials may be used to form a separator, or these materials may be laminated to form a separator.
本実施形態において、セパレータは、電池使用時(充放電時)に電解質を良好に透過させるため、JIS P 8117で定められるガーレー法による透気抵抗度が、50秒/100cc以上、300秒/100cc以下であることが好ましく、50秒/100cc以上、200秒/100cc以下であることがより好ましい。 In the present embodiment, the separator has an air permeation resistance of 50 seconds / 100 cc or more and 300 seconds / 100 cc according to the Garley method defined by JIS P 8117 in order to allow the electrolyte to permeate well when the battery is used (during charging / discharging). It is preferably 50 seconds / 100 cc or more, and more preferably 200 seconds / 100 cc or less.
また、セパレータの空孔率は、好ましくは30体積%以上80体積%以下、より好ましくは40体積%以上70体積%以下である。セパレータは空孔率の異なるセパレータを積層したものであってもよい。 The porosity of the separator is preferably 30% by volume or more and 80% by volume or less, and more preferably 40% by volume or more and 70% by volume or less. The separator may be a laminate of separators having different porosities.
(電解液)
本実施形態のリチウム二次電池が有する電解液は、電解質および有機溶媒を含有する。
(Electrolytic solution)
The electrolytic solution contained in the lithium secondary battery of the present embodiment contains an electrolyte and an organic solvent.
電解液に含まれる電解質としては、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(COCF3)、Li(C4F9SO3)、LiC(SO2CF3)3、Li2B10Cl10、LiBOB(ここで、BOBは、bis(oxalato)borateのことである。)、LiFSI(ここで、FSIはbis(fluorosulfonyl)imideのことである)、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩、LiAlCl4などのリチウム塩が挙げられ、これらの2種以上の混合物を使用してもよい。なかでも電解質としては、フッ素を含むLiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2およびLiC(SO2CF3)3からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むものを用いることが好ましい。 The electrolytes contained in the electrolytic solution include LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN. (SO 2 CF 3 ) (COCF 3 ), Li (C 4 F 9 SO 3 ), LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , Li 2 B 10 Cl 10 , LiBOB (where BOB is bis (oxalato) boronate) ), LiFSI (here, FSI stands for bis (fluorosulfonyl) image), lower aliphatic carboxylic acid lithium salt, lithium salt such as LiAlCl 4, and a mixture of two or more of these. May be used. Among them, the electrolyte is at least selected from the group consisting of LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 and LiC (SO 2 CF 3 ) 3 containing fluorine. It is preferable to use one containing one type.
また前記電解液に含まれる有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、1,2−ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタンなどのカーボネート類;1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、γ−ブチロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;3−メチル−2−オキサゾリドンなどのカーバメート類;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3−プロパンサルトンなどの含硫黄化合物、又はこれらの有機溶媒にさらにフルオロ基を導入したもの(有機溶媒が有する水素原子のうち1以上をフッ素原子で置換したもの)を用いることができる。 Examples of the organic solvent contained in the electrolytic solution include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 1,2-di. Carbonates such as (methoxycarbonyloxy) ethane; 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropylmethyl ether, 2,2,3,3-tetrafluoropropyldifluoromethyl ether, tetrahydrofuran, 2- Ethers such as methyl tetrahydrofuran; esters such as methyl formate, methyl acetate, γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; amides such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide; 3-methyl Carbamates such as -2-oxazolidone; sulfur-containing compounds such as sulfolane, dimethylsulfoxide, and 1,3-propanesartone, or those in which a fluoro group is further introduced into these organic solvents (1 of the hydrogen atoms of the organic solvent). The above is replaced with a fluorine atom).
有機溶媒としては、これらのうちの2種以上を混合して用いることが好ましい。中でもカーボネート類を含む混合溶媒が好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒および環状カーボネートとエーテル類との混合溶媒がさらに好ましい。環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートを含む混合溶媒が好ましい。このような混合溶媒を用いた電解液は、動作温度範囲が広く、高い電流レートにおける充放電を行っても劣化し難く、長時間使用しても劣化し難く、かつ負極の活物質として天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛材料を用いた場合でも難分解性であるという多くの特長を有する。 As the organic solvent, it is preferable to use a mixture of two or more of these. Of these, a mixed solvent containing carbonates is preferable, and a mixed solvent of cyclic carbonate and acyclic carbonate and a mixed solvent of cyclic carbonate and ethers are more preferable. As the mixed solvent of the cyclic carbonate and the acyclic carbonate, a mixed solvent containing ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate is preferable. An electrolytic solution using such a mixed solvent has a wide operating temperature range, is not easily deteriorated even when charged and discharged at a high current rate, is not easily deteriorated even when used for a long time, and is made of natural graphite as an active material of a negative electrode. It has many features that it is resistant to decomposition even when a graphite material such as artificial graphite is used.
また、電解液としては、得られるリチウム二次電池の安全性が高まるため、LiPF6などのフッ素を含むリチウム塩およびフッ素置換基を有する有機溶媒を含む電解液を用いることが好ましい。ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテルなどのフッ素置換基を有するエーテル類とジメチルカーボネートとを含む混合溶媒は、高い電流レートにおける充放電を行っても容量維持率が高いため、さらに好ましい。 Further, as the electrolytic solution, since the safety of the obtained lithium secondary battery is enhanced, it is preferable to use an electrolytic solution containing a lithium salt containing fluorine such as LiPF 6 and an organic solvent having a fluorine substituent. A mixed solvent containing ethers having a fluorine substituent such as pentafluoropropylmethyl ether and 2,2,3,3-tetrafluoropropyldifluoromethyl ether and dimethyl carbonate has a capacity even when charged and discharged at a high current rate. It is more preferable because of its high maintenance rate.
上記の電解液の代わりに固体電解質を用いてもよい。固体電解質としては、例えばポリエチレンオキサイド系の高分子化合物、ポリオルガノシロキサン鎖又はポリオキシアルキレン鎖の少なくとも一種以上を含む高分子化合物などの有機系高分子電解質を用いることができる。また、高分子化合物に非水電解液を保持させた、いわゆるゲルタイプのものを用いることもできる。またLi2S−SiS2、Li2S−GeS2、Li2S−P2S5、Li2S−B2S3、Li2S−SiS2−Li3PO4、Li2S−SiS2−Li2SO4、Li2S−GeS2−P2S5などの硫化物を含む無機系固体電解質が挙げられ、これらの2種以上の混合物を用いてもよい。これら固体電解質を用いることで、リチウム二次電池の安全性をより高めることができることがある。
A solid electrolyte may be used instead of the above electrolytic solution. As the solid electrolyte, for example, an organic polymer electrolyte such as a polyethylene oxide-based polymer compound, a polymer compound containing at least one of a polyorganosiloxane chain or a polyoxyalkylene chain can be used. Further, a so-called gel type compound in which a non-aqueous electrolytic solution is retained in a polymer compound can also be used. The Li 2 S-SiS 2, Li 2 S-GeS 2, Li 2 S-P 2
また、本実施形態のリチウム二次電池において、固体電解質を用いる場合には、固体電解質がセパレータの役割を果たす場合もあり、その場合には、セパレータを必要としないこともある。 Further, in the lithium secondary battery of the present embodiment, when a solid electrolyte is used, the solid electrolyte may serve as a separator, and in that case, the separator may not be required.
以上のような構成の正極活物質は、上述した本実施形態のリチウム含有複合金属酸化物を用いているため、正極活物質を用いたリチウム二次電池の初回充放電効率を向上させることができる。 Since the positive electrode active material having the above configuration uses the lithium-containing composite metal oxide of the present embodiment described above, it is possible to improve the initial charge / discharge efficiency of the lithium secondary battery using the positive electrode active material. ..
また、以上のような構成の正極は、上述した本実施形態のリチウム二次電池用正極活物質を有するため、リチウム二次電池の初回充放電効率を向上させることができる。 Further, since the positive electrode having the above configuration has the positive electrode active material for the lithium secondary battery of the present embodiment described above, the initial charge / discharge efficiency of the lithium secondary battery can be improved.
さらに、以上のような構成のリチウム二次電池は、上述した正極を有するため、従来よりも初回充放電効率の高い二次電池となる。 Further, since the lithium secondary battery having the above configuration has the above-mentioned positive electrode, it is a secondary battery having a higher initial charge / discharge efficiency than the conventional one.
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
本実施例においては、リチウム複合金属酸化物の評価、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池の作製評価を、次のようにして行った。 In this example, the evaluation of the lithium composite metal oxide and the production evaluation of the positive electrode for the lithium secondary battery and the lithium secondary battery were carried out as follows.
<組成分析>
後述の方法で製造されるリチウム複合金属酸化物粉末の組成分析は、得られたリチウム複合金属酸化物の粉末を塩酸に溶解させた後、誘導結合プラズマ発光分析装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、SPS3000)を用いて行った。
<Composition analysis>
The composition analysis of the lithium composite metal oxide powder produced by the method described below is carried out by dissolving the obtained lithium composite metal oxide powder in hydrochloric acid and then inductively coupled plasma emission spectrometry (SI Nanotechnology Co., Ltd.). Manufactured by SPS3000).
<リチウム二次電池用正極の作製>
後述する製造方法で得られるリチウム複合金属酸化物を正極活物質とし、該正極活物質と導電材(アセチレンブラック)とバインダー(PVdF)とを、リチウム二次電池用正極活物質:導電材:バインダー=92:5:3(質量比)の組成となるように加えて混練することにより、ペースト状の正極合剤を調製した。正極合剤の調製時には、N−メチル−2−ピロリドンを有機溶媒として用いた。
<Manufacturing positive electrodes for lithium secondary batteries>
The lithium composite metal oxide obtained by the production method described later is used as the positive electrode active material, and the positive electrode active material, the conductive material (acetylene black) and the binder (PVdF) are used as the positive electrode active material for the lithium secondary battery: conductive material: binder. A paste-like positive electrode mixture was prepared by adding and kneading so as to have a composition of = 92: 5: 3 (mass ratio). N-methyl-2-pyrrolidone was used as an organic solvent when preparing the positive electrode mixture.
得られた正極合剤を、集電体となる厚さ40μmのAl箔に塗布して150℃で8時間真空乾燥を行い、リチウム二次電池用正極を得た。このリチウム二次電池用正極の電極面積は1.65cm2とした。 The obtained positive electrode mixture was applied to an Al foil having a thickness of 40 μm as a current collector and vacuum dried at 150 ° C. for 8 hours to obtain a positive electrode for a lithium secondary battery. The electrode area of the positive electrode for the lithium secondary battery was 1.65 cm 2 .
<リチウム二次電池用負極の作製>
次に、負極活物質として人造黒鉛(日立化成株式会社製MAGD)と、バインダーとしてCMC(第一工業薬製株式会社製)とSBR(日本エイアンドエル株式会社製)とを、負極活物質:CMC:SRR=98:1:1(質量比)の組成となるように加えて混練することにより、ペースト状の負極合剤を調製した。負極合剤の調製時には、溶媒としてイオン交換水を用いた。
<Manufacturing of negative electrode for lithium secondary battery>
Next, artificial graphite (MAGD manufactured by Hitachi Kasei Co., Ltd.) as the negative electrode active material, CMC (manufactured by Daiichi Kogyo Yakuhin Co., Ltd.) and SBR (manufactured by Nippon A & L Co., Ltd.) as binders, and negative electrode active material: CMC: A paste-like negative electrode mixture was prepared by adding and kneading so as to have a composition of SRR = 98: 1: 1 (mass ratio). Ion-exchanged water was used as the solvent when preparing the negative electrode mixture.
得られた負極合剤を、集電体となる厚さ12μmのCu箔に塗布して60℃で8時間真空乾燥を行い、リチウム二次電池用負極を得た。このリチウム二次電池用負極の電極面積は1.77cm2とした。 The obtained negative electrode mixture was applied to a Cu foil having a thickness of 12 μm as a current collector and vacuum dried at 60 ° C. for 8 hours to obtain a negative electrode for a lithium secondary battery. The electrode area of the negative electrode for the lithium secondary battery was 1.77 cm 2 .
<リチウム二次電池(コイン型ハーフセル)の作製>
以下の操作を、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。
<リチウム二次電池用正極の作製>で作製したリチウム二次電池用正極を、コイン型電池R2032用のパーツ(宝泉株式会社製)の下蓋にアルミ箔面を下に向けて置き、その上に積層フィルムセパレータ(ポリエチレン製多孔質フィルムの上に、耐熱多孔層を積層(厚み16μm))を置いた。ここに電解液を300μl注入した。電解液は、エチレンカーボネート(以下、ECと称することがある。)とジメチルカーボネート(以下、DMCと称することがある。)とエチルメチルカーボネート(以下、EMCと称することがある。)の30:35:35(体積比)混合液に、LiPF6を1.0mol/lとなるよ
うに溶解したもの(以下、LiPF6/EC+DMC+EMCと表すことがある。)を用
いた。
次に、負極として金属リチウムを用いて、前記負極を積層フィルムセパレータの上側に置き、ガスケットを介して上蓋をし、かしめ機でかしめてリチウム二次電池(コイン型ハーフセルR2032。以下、「ハーフセル」と称することがある。)を作製した。
<Manufacturing of lithium secondary battery (coin type half cell)>
The following operations were performed in a glove box with an argon atmosphere.
Place the positive electrode for the lithium secondary battery manufactured in <Manufacturing the positive electrode for the lithium secondary battery> on the lower lid of the part for the coin-type battery R2032 (manufactured by Hosen Co., Ltd.) with the aluminum foil side facing down. A laminated film separator (a heat-resistant porous layer laminated (thickness 16 μm) on a porous polyethylene film) was placed on the laminated film separator. 300 μl of the electrolytic solution was injected therein. The electrolytic solution is ethylene carbonate (hereinafter, may be referred to as EC), dimethyl carbonate (hereinafter, may be referred to as DMC), and ethyl methyl carbonate (hereinafter, may be referred to as EMC) at 30:35. A mixture of 35 (volume ratio) in which LiPF 6 was dissolved so as to be 1.0 mol / l (hereinafter, may be referred to as LiPF 6 / EC + DMC + EMC) was used.
Next, using metallic lithium as the negative electrode, the negative electrode is placed on the upper side of the laminated film separator, the upper lid is closed through a gasket, and the lithium secondary battery (coin type half cell R2032; hereinafter, “half cell”) is crimped with a caulking machine. It may be referred to as).
<放電試験>
<リチウム二次電池(コイン型ハーフセル)の作製>で作製したハーフセルを用いて、以下に示す条件で初回充放電試験を実施した。
<Discharge test>
Using the half cell prepared in <Preparation of lithium secondary battery (coin type half cell)>, the initial charge / discharge test was carried out under the following conditions.
<充放電試験条件>
試験温度:25℃
充電最大電圧4.3V、充電時間6時間、充電電流0.2CA、定電流定電圧充電
放電最小電圧2.5V、放電時間5時間、放電電流0.2CA、定電流放電
<Charging / discharging test conditions>
Test temperature: 25 ° C
Maximum charging voltage 4.3V, charging time 6 hours, charging current 0.2CA, constant current constant voltage charging Minimum discharge voltage 2.5V,
(実施例1)
1.リチウム複合金属酸化物1の製造
攪拌器およびオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を50℃に保持した。
(Example 1)
1. 1. Production of Lithium Composite Metal Oxide 1 After putting water in a reaction vessel equipped with a stirrer and an overflow pipe, an aqueous sodium hydroxide solution was added to maintain the liquid temperature at 50 ° C.
硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液と硫酸マンガン水溶液と硫酸アルミニウム水溶液とを、ニッケル原子とコバルト原子とマンガン原子とアルミニウム原子との原子比が87.5:9.5:2.0:1.0となるように混合して、混合原料液を調製した。 The atomic ratio of nickel atom, cobalt atom, manganese atom and aluminum atom of nickel sulfate aqueous solution, cobalt sulfate aqueous solution, manganese sulfate aqueous solution and aluminum sulfate aqueous solution is 87.5: 9.5: 2.0: 1.0. The mixture was mixed so as to prepare a mixed raw material solution.
次に、反応槽内に、攪拌下、この混合原料液と硫酸アンモニウム水溶液を錯化剤として連続的に添加し、窒素ガスを連続通気させた。反応槽内の溶液のpHが11.0となるよう水酸化ナトリウム水溶液を適時滴下し、ニッケルコバルトマンガンアルミニウム複合水酸化物粒子を得て、水酸化ナトリウム水溶液で洗浄した後、遠心分離機で脱水、単離し、105℃で乾燥することにより、ニッケルコバルトマンガンアルミニウム複合水酸化物を得た。
酸化タングステンを61g/Lで溶解した水酸化リチウム水溶液を作製した。作製したタングステン溶解水酸化リチウム水溶液をW/(Ni+Co+Mn+W)=0.004となるように前記ニッケルコバルトマンガンアルミニウム複合水酸化物に被着させ、ニッケルコバルトマンガンアルミニウムタングステン複合水酸化物1を得た。
Next, the mixed raw material solution and the ammonium sulfate aqueous solution were continuously added as a complexing agent into the reaction vessel under stirring, and nitrogen gas was continuously aerated. An aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise at appropriate times so that the pH of the solution in the reaction vessel became 11.0 to obtain nickel-cobalt manganese-aluminum composite hydroxide particles, washed with the aqueous sodium hydroxide solution, and then dehydrated with a centrifuge. , Isolated and dried at 105 ° C. to obtain a nickel cobalt manganese aluminum composite hydroxide.
An aqueous solution of lithium hydroxide in which tungsten oxide was dissolved at 61 g / L was prepared. The produced aqueous solution of tungsten-dissolved lithium hydroxide was adhered to the nickel cobalt manganese aluminum composite hydroxide so that W / (Ni + Co + Mn + W) = 0.004 to obtain nickel cobalt manganese aluminum tungsten composite hydroxide 1. rice field.
以上のようにして得られたニッケルコバルトマンガンアルミニウムタングステン複合水酸化物1と水酸化リチウム粉末とをLi/(Ni+Co+Mn+Al+W)=1.10となるように秤量して混合した後、酸素雰囲気下760℃で5時間焼成し焼成品1を得た。 The nickel cobalt manganese aluminum tungsten composite hydroxide 1 obtained as described above and the lithium hydroxide powder are weighed and mixed so as to have Li / (Ni + Co + Mn + Al + W) = 1.10, and then mixed at 760 ° C. under an oxygen atmosphere. The product was fired for 5 hours to obtain a fired product 1.
[第1洗浄工程]
200gの焼成品1を、467gの15質量%水酸化リチウム水溶液に加えてスラリー状の液を調製し、該スラリー状の液を10分間撹拌し、第1の洗浄工程を行った。
[First cleaning step]
200 g of the fired product 1 was added to 467 g of a 15 mass% lithium hydroxide aqueous solution to prepare a slurry-like liquid, and the slurry-like liquid was stirred for 10 minutes to perform the first washing step.
[第2洗浄工程]
前記第1の洗浄工程で得られたスラリー状の液を吸引ろ過し、得られたウェットケーキに対して更に2000gの1.0質量%水酸化リチウム水溶液を加えて吸引ろ過し、第2の洗浄工程を行った。その後、150℃で12時間大気雰囲気下で乾燥させた。
得られた乾燥粉にアルミナナノパウダーを被着させ、酸素雰囲気下760℃で10時間焼成し、目的のリチウム複合金属酸化物1を得た。
[Second cleaning step]
The slurry-like liquid obtained in the first cleaning step is suction-filtered, and 2000 g of a 1.0 mass% lithium hydroxide aqueous solution is further added to the obtained wet cake and suction-filtered to perform a second cleaning. The process was performed. Then, it was dried in the air atmosphere at 150 ° C. for 12 hours.
Alumina nanopowder was adhered to the obtained dry powder and calcined at 760 ° C. for 10 hours in an oxygen atmosphere to obtain the desired lithium composite metal oxide 1.
2.リチウム複合金属酸化物1の評価
得られたリチウム複合金属酸化物1の組成分析を行い、組成式(I)に対応させたところ、x=0.02、y=0.092、z=0.020、w=0.024、M=W,Alであった。
2. Evaluation of Lithium Composite Metal Oxide 1 The composition of the obtained lithium composite metal oxide 1 was analyzed and made to correspond to the composition formula (I). As a result, x = 0.02, y = 0.092, z = 0. It was 020, w = 0.024, M = W, Al.
(実施例2)
1.リチウム複合金属酸化物2の製造
第1の洗浄工程、及び第2の洗浄工程を、下記表1に示す洗浄液を用いて行った以外は、実施例1と同様の方法によりリチウム複合金属酸化物2を製造した。
(Example 2)
1. 1. Production of Lithium Composite Metal Oxide 2 Lithium composite metal oxide 2 is produced by the same method as in Example 1 except that the first cleaning step and the second cleaning step are performed using the cleaning liquid shown in Table 1 below. Manufactured.
2.リチウム複合金属酸化物2の評価
得られたリチウム複合金属酸化物2の組成分析を行い、組成式(I)に対応させたところ、x=0.02、y=0.092、z=0.020、w=0.023、M=W,Alであった。
2. Evaluation of Lithium Composite Metal Oxide 2 The composition of the obtained lithium composite metal oxide 2 was analyzed and made to correspond to the composition formula (I). As a result, x = 0.02, y = 0.092, z = 0. It was 020, w = 0.023, M = W, Al.
(比較例1)
1.リチウム複合金属酸化物3の製造
第1の洗浄工程、及び第2の洗浄工程を、下記表1に示す洗浄液を用いて行った以外は、実施例1と同様の方法によりリチウム複合金属酸化物3を製造した。
(Comparative Example 1)
1. 1. Production of Lithium Composite Metal Oxide 3 Lithium composite metal oxide 3 is produced by the same method as in Example 1 except that the first cleaning step and the second cleaning step are performed using the cleaning liquid shown in Table 1 below. Manufactured.
2.リチウム複合金属酸化物3の評価
得られたリチウム複合金属酸化物3の組成分析を行い、組成式(I)に対応させたところ、x=−0.02、y=0.093、z=0.021、w=0.024、M=W,Alであった。
2. Evaluation of Lithium Composite Metal Oxide 3 The composition of the obtained lithium composite metal oxide 3 was analyzed and made to correspond to the composition formula (I). As a result, x = -0.02, y = 0.093, z = 0. It was .021, w = 0.024, M = W, Al.
(比較例2)
1.リチウム複合金属酸化物4の製造
第1の洗浄工程、及び第2の洗浄工程を、下記表1に示す洗浄液を用いて行った以外は、実施例1と同様の方法によりリチウム複合金属酸化物4を製造した。
(Comparative Example 2)
1. 1. Production of Lithium
2.リチウム複合金属酸化物4の評価
得られたリチウム複合金属酸化物4の組成分析を行い、組成式(I)に対応させたところ、x=−0.01、y=0.092、z=0.018、w=0.023、M=W,Alであった。
2. Evaluation of Lithium
(比較例3)
1.リチウム複合金属酸化物5の製造
第1の洗浄工程、及び第2の洗浄工程を、下記表1に示す洗浄液を用いて行った以外は、実施例1と同様の方法によりリチウム複合金属酸化物5を製造した。
(Comparative Example 3)
1. 1. Production of Lithium
2.リチウム複合金属酸化物5の評価
得られたリチウム複合金属酸化物5の組成分析を行い、組成式(I)に対応させたところ、x=−0.02、y=0.092、z=0.018、w=0.023、M=W,Alであった。
2. Evaluation of Lithium
上記結果に示した通り、本発明を適用した洗浄工程を実施した実施例1〜2は、本発明を適用しない比較例1〜3よりも、初回充放電効率が高かった。これは、本発明を適用した場合には、純水で洗浄した場合に比べて、リチウム複合金属酸化物からのリチウムの溶出が小さく、リチウム複合金属酸化物表面のリチウムの濃度傾斜が小さいためと考察できる。 As shown in the above results, Examples 1 and 2 in which the cleaning step to which the present invention was applied had higher initial charge / discharge efficiency than Comparative Examples 1 to 2 to which the present invention was not applied. This is because when the present invention is applied, the elution of lithium from the lithium composite metal oxide is smaller and the lithium concentration gradient on the surface of the lithium composite metal oxide is smaller than when washed with pure water. Can be considered.
1…セパレータ、2…正極、3…負極、4…電極群、5…電池缶、6…電解液、7…トップインシュレーター、8…封口体、10…リチウム二次電池、21…正極リード、31…負極リード 1 ... Separator, 2 ... Positive electrode, 3 ... Negative electrode, 4 ... Electrode group, 5 ... Battery can, 6 ... Electrolyte, 7 ... Top insulator, 8 ... Seal, 10 ... Lithium secondary battery, 21 ... Positive lead, 31 … Negative lead
Claims (6)
リチウム複合金属酸化物を第1の洗浄液で洗浄する第1洗浄工程と、
前記第1洗浄工程で得られた洗浄物を、第2の洗浄液で洗浄する第2洗浄工程と、を有し、
前記第1の洗浄液は、アルカリ金属を含有する化合物を含む水溶液であり、
前記第2の洗浄液はアルカリ成分を含む水溶液であり、
前記第1の洗浄液中のアルカリ金属の濃度が、前記第2の洗浄液中のアルカリ金属の濃度よりも高く、
前記第1の洗浄液における前記アルカリ金属を含有する化合物の水溶液の濃度が1質量%以上30質量%以下であり、
前記第2の洗浄液における前記アルカリ成分の水溶液の濃度が0.1質量%以上30質量%以下であることを特徴とする、リチウム複合金属酸化物の製造方法。 A method for producing a lithium composite metal oxide containing at least nickel.
The first cleaning step of cleaning the lithium composite metal oxide with the first cleaning liquid, and
It has a second cleaning step of cleaning the washed product obtained in the first cleaning step with a second cleaning liquid.
The first cleaning liquid is an aqueous solution containing a compound containing an alkali metal, and is an aqueous solution.
The second cleaning solution is an aqueous solution containing an alkaline component, and is an aqueous solution .
The concentration of the alkali metal of the first in the cleaning liquid, rather higher than the concentration of the alkali metal of said second in the cleaning solution,
The concentration of the aqueous solution of the compound containing the alkali metal in the first cleaning liquid is 1% by mass or more and 30% by mass or less.
A method for producing a lithium composite metal oxide, wherein the concentration of the aqueous solution of the alkaline component in the second cleaning liquid is 0.1% by mass or more and 30% by mass or less.
Li[Lix(Ni(1−y−z−w)CoyMnzMw)1−x]O2 ・・・(I)
(ただし、MはFe、Cu、Ti、Mg、Al、W、B、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga及びVからなる群より選択される1種以上の金属元素であり、0≦x≦0.2、0<y≦0.4、0≦z≦0.4、0≦w≦0.1を満たす。) The method for producing a lithium composite metal oxide according to claim 1, wherein the lithium composite metal oxide is represented by the following composition formula (I).
Li [Li x (Ni (1 -y-z-w) Co y Mn z M w) 1-x] O 2 ··· (I)
(However, M is one or more metal elements selected from the group consisting of Fe, Cu, Ti, Mg, Al, W, B, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga and V, and 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 <y ≦ 0.4, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.1 is satisfied.)
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