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JP7074006B2 - Composite particles - Google Patents
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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の正極材料等に用いられるLiFeOに関するものである。 The present invention relates to Li 5 FeO 4 used as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery or the like.

リチウムイオン二次電池は小型で大容量であるため、携帯電話やノート型パソコンなどの種々の機器の電池として用いられている。リチウムイオン二次電池は、主な構成要素として、正極、負極及び電解液を備える。正極は、集電体と、該集電体の表面に形成され、正極活物質を含有する正極活物質層とを有する。 Since the lithium ion secondary battery is small and has a large capacity, it is used as a battery for various devices such as mobile phones and notebook personal computers. The lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode and an electrolytic solution as main components. The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer formed on the surface of the current collector and containing a positive electrode active material.

リチウムイオン二次電池の正極活物質として、種々のリチウム金属複合酸化物が用いられることが知られており、その一種として、LiFeOが知られている。また、LiFeOは可逆容量が小さいことや、充電に伴いガスを発生することも知られており、負極の不可逆容量を補うためのリチウムイオン供給剤としての用途や、正極の添加剤としての用途で用いられることも知られている。 It is known that various lithium metal composite oxides are used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, and Li 5 FeO 4 is known as one of them. It is also known that Li 5 FeO 4 has a small reversible capacity and generates gas during charging, and is used as a lithium ion feeder for supplementing the irreversible capacity of the negative electrode and as an additive for the positive electrode. It is also known to be used in the above applications.

例えば、特許文献1には、LiMnとLiFeOとを質量比95:5で用いた正極を具備するリチウムイオン二次電池が具体的に記載されており、LiFeOの添加により、負極活物質の初期容量ロスを補うことができた旨が記載されている。 For example, Patent Document 1 specifically describes a lithium ion secondary battery including a positive electrode using LiMn 2 O 4 and Li 5 FeO 4 at a mass ratio of 95: 5, and Li 5 FeO 4 . It is stated that the addition was able to compensate for the initial capacity loss of the negative electrode active material.

特許文献2には、正極活物質としてLiFeOのみを具備するリチウムイオン二次電池、及び、正極活物質としてLiFeO及びLiを含まない金属酸化物を具備するリチウムイオン二次電池が、具体的に記載されている。 Patent Document 2 describes a lithium ion secondary battery having only Li 5 FeO 4 as a positive electrode active material, and a lithium ion secondary battery having Li 5 FeO 4 as a positive electrode active material and a metal oxide containing no Li. However, it is specifically described.

特許文献3には、正極活物質としてLiCoOとLiFeOとを質量比91:9~97:3で用いた正極を具備するリチウムイオン二次電池が具体的に記載されており、LiFeOの添加により、初期充電容量を向上させることができた旨が記載されている。 Patent Document 3 specifically describes a lithium ion secondary battery including a positive electrode using LiCoO 2 and Li 5 FeO 4 as positive electrode active materials at a mass ratio of 91: 9 to 97: 3. It is described that the initial charge capacity could be improved by adding 5 FeO 4 .

特許文献4には、初回充電時にガス発生する正極添加剤としてLiFeOを正極活物質層に添加することが記載されており、初回充電時のガス発生により、正極活物質層内に空孔を形成し得ることが記載されている。 Patent Document 4 describes that Li 5 FeO 4 is added to the positive electrode active material layer as a positive electrode additive that generates gas during the initial charge, and the gas is generated during the initial charge to empty the positive electrode active material layer. It is stated that holes can be formed.

特開2007-287446号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-287446 特開2012-99316号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-99316 特開2014-157653号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-157653 国際公開第2014/118834号International Publication No. 2014/118834

近年、産業界からは、電池特性に優れるリチウムイオン二次電池や、リチウムイオン二次電池を製造する際の優れた材料が求められており、それを実現するための新たな技術が求められている。 In recent years, the industrial world has been demanding lithium-ion secondary batteries having excellent battery characteristics and excellent materials for manufacturing lithium-ion secondary batteries, and new technologies for realizing them have been demanded. There is.

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、新たなLiFeO関連材料を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a new Li 5 FeO 4 related material.

本発明者が、LiFeOについての検討を行ったところ、LiFeOを具備する電池が、十分に容量を発現しない現象を知見した。本発明者は、かかる現象は、LiFeOの低導電性、すなわち高抵抗との性質に因ると推定した。そして、LiFeOの導電性を増加させる目的で、LiFeOの表面を炭素膜で被覆させた炭素被覆LiFeOを製造し、これを試験したところ、炭素被覆LiFeOであっても、必ずしも容量を十分に発現しない場合があることを知見した。 When the present inventor investigated Li 5 FeO 4 , it was found that the battery equipped with Li 5 FeO 4 does not sufficiently develop the capacity. The present inventor presumed that such a phenomenon was due to the low conductivity, that is, the high resistance property of Li 5 FeO 4 . Then, for the purpose of increasing the conductivity of Li 5 FeO 4 , a carbon-coated Li 5 FeO 4 in which the surface of the Li 5 FeO 4 was coated with a carbon film was manufactured and tested. As a result, the carbon-coated Li 5 FeO 4 was tested. However, it was found that the volume may not always be sufficiently expressed.

本発明者は、電池の容量向上を図るべく、様々な条件で炭素被覆LiFeOの製造を試み、LiFeOと炭素とを含む複合粒子を製造することを志向した。本発明者は、更なる鋭意研究を重ねて本発明を完成した。 The present inventor tried to produce a carbon-coated Li 5 FeO 4 under various conditions in order to improve the capacity of the battery, and aimed to produce a composite particle containing Li 5 FeO 4 and carbon. The present inventor has completed the present invention through further diligent research.

本発明の複合粒子は、
LiFeOと炭素とを含む複合粒子であって、BET比表面積が2m/g以下かつ炭素の質量百分率(Wc)が1≦Wc≦6の範囲内である、複合粒子である。
The composite particles of the present invention are
It is a composite particle containing Li 5 FeO 4 and carbon, and has a BET specific surface area of 2 m 2 / g or less and a carbon mass percentage (Wc) within the range of 1 ≦ Wc ≦ 6.

本発明の複合粒子は、正極材料として十分な容量を発現する。 The composite particle of the present invention develops a sufficient capacity as a positive electrode material.

評価例5における参考例1の複合粒子のSEM像である。It is an SEM image of the composite particle of the reference example 1 in the evaluation example 5. 評価例6における実施例1の複合粒子及び比較例1の複合粒子のX線回折チャートである。It is an X-ray diffraction chart of the composite particle of Example 1 and the composite particle of Comparative Example 1 in Evaluation Example 6. 評価例7における実施例3の複合粒子、比較例2の複合粒子、参考例1の複合粒子及び黒鉛のラマン分光スペクトルである。It is a Raman spectroscopic spectrum of the composite particle of Example 3, the composite particle of Comparative Example 2, the composite particle of Reference Example 1, and graphite in Evaluation Example 7.

以下に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「a~b」は、下限a及び上限bをその範囲に含む。そして、これらの上限値及び下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに、これらの数値範囲内から任意に選択した数値を、新たな上限や下限の数値とすることができる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described. Unless otherwise specified, the numerical range "a to b" described in the present specification includes the lower limit a and the upper limit b in the range. Then, a numerical range can be configured by arbitrarily combining these upper limit values and lower limit values, as well as the numerical values listed in the examples. Further, a numerical value arbitrarily selected from these numerical values can be used as a new upper limit or lower limit numerical value.

本発明の複合粒子は、LiFeOと炭素とを含む複合粒子であって、BET比表面積が2m/g以下、かつ、炭素の質量百分率(Wc)が1≦Wc≦6の範囲内であることにより、正極材料として十分な容量(リチウムイオン放出量)を発現する。 The composite particle of the present invention is a composite particle containing Li 5 FeO 4 and carbon, has a BET specific surface area of 2 m 2 / g or less, and has a carbon mass percentage (Wc) within the range of 1 ≦ Wc ≦ 6. Therefore, a sufficient capacity (lithium ion emission amount) as a positive electrode material is developed.

本発明の複合粒子は、LiFeOと炭素とを含む複合粒子である。視点を変えると、本発明の複合粒子は、LiFeOの相と炭素の相とが複合された粒子ともいい得る。以下必要に応じて、本発明の複合粒子に含まれるLiFeOの相をLiFeO相と称し、炭素の相を炭素相と称する。 The composite particle of the present invention is a composite particle containing Li 5 FeO 4 and carbon. From a different point of view, the composite particle of the present invention can also be said to be a particle in which a phase of Li 5 FeO 4 and a phase of carbon are composited. Hereinafter, if necessary, the phase of Li 5 FeO 4 contained in the composite particle of the present invention is referred to as Li 5 FeO 4 phase , and the carbon phase is referred to as carbon phase.

本発明の複合粒子におけるLiFeO相および炭素相は、如何なる大きさであっても良いし如何なる形状であっても良いが、本発明の複合粒子をリチウムイオン二次電池の正極材料に用いるのであれば、粒子状のLiFeO相の表面に炭素相が存在するのが好ましい。LiFeO相は主として電池反応に関与する部分であるものの比較的導電性に劣り、炭素相は自身の優れた導電性により当該LiFeO相の導電性を補う役割を担う部分であるからである。 The Li 5 FeO 4 phase and the carbon phase in the composite particle of the present invention may have any size or shape, and the composite particle of the present invention is used as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery. If so, it is preferable that the carbon phase is present on the surface of the particulate Li 5 FeO 4 phase. Although the Li 5 FeO 4 phase is mainly involved in the battery reaction, it is relatively inferior in conductivity, and the carbon phase is a part that supplements the conductivity of the Li 5 FeO 4 phase by its own excellent conductivity. Because.

粒子状のLiFeO相の表面に存在する炭素相は、LiFeOよりも小径の粒子状であるのが良く、LiFeOの表面全体に点在していても良いし、当該LiFeOの表面の一部にのみ存在していても良い。 The carbon phase present on the surface of the particulate Li 5 FeO 4 phase is preferably in the form of particles having a smaller diameter than that of the Li 5 FeO 4 , and may be scattered on the entire surface of the Li 5 FeO 4 . It may be present only on a part of the surface of the Li 5 FeO 4 .

何れの場合にも、本発明の複合粒子における炭素の質量%(Wc)は、1≦Wc≦6の範囲内である。当該炭素の質量の好ましい範囲としては、1.5≦Wc≦5.0の範囲内、2.0≦Wc≦3.5の範囲内、2.2≦Wc≦3.0の範囲内を挙げることができる。 In any case, the mass% (Wc) of carbon in the composite particle of the present invention is within the range of 1 ≦ Wc ≦ 6. Preferred ranges for the mass of the carbon include 1.5 ≦ Wc ≦ 5.0, 2.0 ≦ Wc ≦ 3.5, and 2.2 ≦ Wc ≦ 3.0. be able to.

本発明の複合粒子のBET比表面積は、2m/g以下であれば良く、当該BET比表面積の好適な範囲として、1.8m/g以下、1.5m/g以下、1.2m/g以下、1.0m/g以下、及び1.0m/g未満の各範囲を挙げることができる。本発明の複合粒子のBET比表面積に下限はないが、0.1m/g以上とするのが現実的である。 The BET specific surface area of the composite particle of the present invention may be 2 m 2 / g or less, and suitable ranges of the BET specific surface area are 1.8 m 2 / g or less, 1.5 m 2 / g or less, and 1.2 m. The ranges of 2 / g or less, 1.0 m 2 / g or less, and 1.0 m 2 / g or less can be mentioned. There is no lower limit to the BET specific surface area of the composite particles of the present invention, but it is realistic to set it to 0.1 m 2 / g or more.

なお、BET比表面積が過小であれば、容量に劣る場合がある。他方、BET比表面積が過大であれば、大気中の水分や二酸化炭素と反応して、LiFeOが劣化する場合や、正極製造時のスラリーの物性などに悪影響を及ぼす場合がある。したがって、当該スラリーの安定化、具体的には、スラリーのゲル化抑制のためには、本発明の複合粒子のBET比表面積は小さい方が好ましいといえる。本発明の複合粒子のBET比表面積は2m/g以下であるため、十分に小さいといえる。つまり、本発明の複合粒子によると、正極製造時のスラリーのゲル化を抑制できる。 If the BET specific surface area is too small, the capacity may be inferior. On the other hand, if the BET specific surface area is excessive, it may react with moisture or carbon dioxide in the atmosphere to deteriorate Li 5 FeO 4 , or may adversely affect the physical characteristics of the slurry during the production of the positive electrode. Therefore, in order to stabilize the slurry, specifically, to suppress gelation of the slurry, it can be said that it is preferable that the BET specific surface area of the composite particles of the present invention is small. Since the BET specific surface area of the composite particle of the present invention is 2 m 2 / g or less, it can be said that it is sufficiently small. That is, according to the composite particles of the present invention, gelation of the slurry during the production of the positive electrode can be suppressed.

また、LiFeOは強アルカリであるため、当該スラリーのゲル化の要因となり得る。このためスラリーのゲル化を抑制するためには、本発明の複合粒子におけるLiFeO相をスラリーを構成する溶剤から隔てるのが良いと考えられる。
本発明の複合粒子においては、上記したように、粒子状のLiFeO相の表面に炭素相が存在する。当該炭素相によって、溶剤はLiFeO相から隔てられるといえる。このことによっても、本発明の複合粒子によると、正極製造時のスラリーのゲル化を抑制できるといえる。
Further, since Li 5 FeO 4 is a strong alkali, it can be a factor of gelation of the slurry. Therefore, in order to suppress gelation of the slurry, it is considered preferable to separate the Li 5 FeO 4 phase in the composite particles of the present invention from the solvent constituting the slurry.
In the composite particle of the present invention, as described above, a carbon phase is present on the surface of the particulate Li 5 FeO 4 phase. It can be said that the solvent is separated from the Li 5 FeO 4 phase by the carbon phase. From this, it can be said that according to the composite particles of the present invention, gelation of the slurry during the production of the positive electrode can be suppressed.

本発明の複合粒子は、粉末状態であるものが好ましい。本発明の複合粒子の粉体抵抗値としては、10-1~5×10Ωcm、1~1×10Ωcm、10~5×10Ωcmを例示できる。
なお、本明細書における粉体抵抗値とは、測定試料に4kNの荷重をかけた際の体積抵抗値を意味する。
The composite particles of the present invention are preferably in a powder state. As the powder resistance value of the composite particle of the present invention, 10 -1 to 5 × 10 3 Ωcm, 1 to 1 × 10 3 Ωcm, and 10 to 5 × 10 2 Ωcm can be exemplified.
The powder resistance value in the present specification means the volume resistance value when a load of 4 kN is applied to the measurement sample.

本発明の複合粒子を製造する方法について説明する。以下、必要に応じて、当該製造方法を本発明の複合粒子の製造方法と称する。
本発明の複合粒子の製造方法は、炭素源の存在下でLi源及びFe源を加熱して、LiFeOを合成する工程を含む。必要に応じて、当該工程を合成工程と称する。
The method for producing the composite particle of the present invention will be described. Hereinafter, the production method will be referred to as a method for producing composite particles of the present invention, if necessary.
The method for producing composite particles of the present invention comprises a step of heating a Li source and an Fe source in the presence of a carbon source to synthesize Li 5 FeO 4 . If necessary, the process is referred to as a synthesis process.

LiFeOの合成方法としては、Li源及びFe源を加熱条件下で反応させて合成する方法が知られている。本発明の複合粒子の製造方法の合成工程においては、Li源及びFe源に加えて炭素源の存在する反応系で、LiFeOを合成する。 As a method for synthesizing Li 5 FeO 4 , a method of reacting a Li source and an Fe source under heating conditions to synthesize them is known. In the synthesis step of the method for producing composite particles of the present invention, Li 5 FeO 4 is synthesized in a reaction system in which a carbon source is present in addition to the Li source and the Fe source.

Li源としては、リチウム単体、酸化リチウム、水酸化リチウム、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、フッ化リチウムを例示できる。Fe源としては、鉄単体、酸化鉄、水酸化鉄、オキシ水酸化鉄、硫酸鉄、硝酸鉄、塩化鉄を例示できる。Li源及びFe源の組成において、理論量よりも酸素が少ない場合には、反応系内に酸素を導入してもよい。
生成物の純度の点から、リチウム単体と酸化鉄を反応させる、酸化リチウムと鉄単体を反応させる、又は、酸化リチウムと酸化鉄を反応させるのが好ましい。
Examples of the Li source include lithium alone, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium hydrogen carbonate, and lithium fluoride. Examples of the Fe source include iron alone, iron oxide, iron hydroxide, iron oxyhydroxide, iron sulfate, iron nitrate, and iron chloride. When the composition of the Li source and the Fe source contains less oxygen than the theoretical amount, oxygen may be introduced into the reaction system.
From the viewpoint of the purity of the product, it is preferable to react lithium simple substance with iron oxide, react lithium oxide with simple substance iron, or react lithium oxide with iron oxide.

本発明の複合粒子の製造方法では、Li源、Fe源および炭素源を含む混合原料を、LiFeOの合成温度に加熱する。こうすることで、炭素源の近傍で、Li源及びFe源を原料としたLiFeOの合成が進行すると考えられる。炭素源として黒鉛等の炭素単体を用いる場合には、Li源及びFe源を原料としたLiFeOの合成に炭素源はあまり影響しないため、炭素単体からなる炭素相がLiFeOの粒子の表面に付着した複合粒子が得られると考えられる。 In the method for producing composite particles of the present invention, a mixed raw material containing a Li source, an Fe source and a carbon source is heated to the synthesis temperature of Li 5 FeO 4 . By doing so, it is considered that the synthesis of Li 5 FeO 4 using the Li source and the Fe source as raw materials proceeds in the vicinity of the carbon source. When a simple substance such as graphite is used as the carbon source, the carbon source does not affect the synthesis of Li 5 FeO 4 using the Li source and the Fe source as raw materials, so that the carbon phase composed of the simple carbon is Li 5 FeO 4 . It is considered that composite particles attached to the surface of the particles can be obtained.

なお、炭素源として、炭化水素等の有機物を使用する場合、混合材料を当該有機物の炭化温度に加熱して炭素相を得る必要がある。しかし、当該有機物の炭化温度はLiFeOの合成温度を超える高温である場合が多いことから、当該有機物の炭化の際にLiFeOが熱により悪影響を受ける虞がある。また、後述するように、高温下であれば、LiFeOが炭素源に含まれる炭素と反応して還元分解される可能性もある。 When an organic substance such as a hydrocarbon is used as the carbon source, it is necessary to heat the mixed material to the carbonization temperature of the organic substance to obtain a carbon phase. However, since the carbonization temperature of the organic substance is often higher than the synthesis temperature of Li 5 FeO 4 , Li 5 FeO 4 may be adversely affected by heat when the organic substance is carbonized. Further, as will be described later, under high temperature, Li 5 FeO 4 may react with carbon contained in the carbon source and be reduced and decomposed.

このため、本発明の複合粒子の製造方法における炭素源としては、炭素単体を用いるのが好ましい。コスト面やハンドリング性、リチウムイオン二次電池の正極における使用実績等を考慮すると、当該炭素単体としては黒鉛を選択するのが好ましい。黒鉛は、リチウムイオン二次電池の正極における導電助剤として用いられている。 Therefore, it is preferable to use simple carbon as the carbon source in the method for producing composite particles of the present invention. Considering cost, handleability, actual use in the positive electrode of the lithium ion secondary battery, and the like, it is preferable to select graphite as the carbon simple substance. Graphite is used as a conductive auxiliary agent in the positive electrode of a lithium ion secondary battery.

ところで、本発明の複合粒子の製造方法において、合成工程に用いる混合原料には炭素源が含まれるため、炭素源の炭素は合成工程で生成したLiFeOの近傍に存在するといえる。 By the way, in the method for producing composite particles of the present invention, since the mixed raw material used in the synthesis step contains a carbon source, it can be said that the carbon of the carbon source exists in the vicinity of Li 5 FeO 4 produced in the synthesis step.

ここで、650℃を超える温度下で合成工程を行う場合には、合成工程で生成したLiFeOが炭素と反応し、還元分解される虞がある。当該LiFeOの還元分解が進行すると、本発明の複合粒子を収率良く製造し難くなる。
また、この還元分解に伴いFe結晶が生成する。当該Fe結晶がリチウムイオン二次電池の正極活物質層に持ち込まれると、リチウムイオン二次電池の充電時に負極の表面にFe結晶が析出する可能性がある。負極の表面にFe結晶が析出すると、当該Fe結晶を核としてデンドライトが成長する虞もある。
これらの問題を回避するためには、650℃を超える温度下でLiFeOの合成を行うことは好ましいとは言い難い。
Here, when the synthesis step is carried out at a temperature exceeding 650 ° C., the Li 5 FeO 4 produced in the synthesis step may react with carbon and be reduced and decomposed. As the reductive decomposition of Li 5 FeO 4 progresses, it becomes difficult to produce the composite particles of the present invention in good yield.
In addition, Fe crystals are generated by this reduction decomposition. When the Fe crystals are brought into the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery, Fe crystals may precipitate on the surface of the negative electrode when the lithium ion secondary battery is charged. When Fe crystals are deposited on the surface of the negative electrode, dendrites may grow around the Fe crystals as nuclei.
In order to avoid these problems, it is not preferable to synthesize Li 5 FeO 4 at a temperature exceeding 650 ° C.

LiFeOの合成温度は、Li源の種類に応じて異なると考えられる。Li源として炭酸リチウムを用いる場合にはLiFeOの合成に要する温度は比較的高く650℃を超えるが、Li源として水酸化リチウムや酸化リチウムを用いる場合には、650℃に満たない比較的低い温度でLiFeOを合成できる。
したがって、本発明の複合粒子を収率良く製造し、かつ、Fe結晶の生成を抑制するためには、Li源として水酸化リチウム又は酸化リチウムを選択するのが好ましいといえる。
The synthesis temperature of Li 5 FeO 4 is considered to be different depending on the type of Li source. When lithium carbonate is used as the Li source, the temperature required for the synthesis of Li 5 FeO 4 is relatively high and exceeds 650 ° C., but when lithium hydroxide or lithium oxide is used as the Li source, the temperature is less than 650 ° C. Li 5 FeO 4 can be synthesized at a low temperature.
Therefore, in order to produce the composite particles of the present invention in good yield and suppress the formation of Fe crystals, it can be said that it is preferable to select lithium hydroxide or lithium oxide as the Li source.

また、Li源として酸化リチウムや炭酸リチウムを用いる場合には、合成工程において混合原料を加熱する加熱装置の反応器に、Li源が固着してしまう場合がある。当該Li源の固着が生じると、複合粒子の収率が悪化する。
混合原料に、ショ糖脂肪酸エステルや脂肪酸等の潤滑剤として機能し得る有機添加剤を添加することで、このLi源の固着の問題を抑制することができる。しかしこの場合には、当該有機添加剤の機能によって、複合粒子の粒子径が小さくなり、複合粒子のBET比表面積が、上記した本発明の複合粒子のBET比表面積の上限を上回る場合がある。
Further, when lithium oxide or lithium carbonate is used as the Li source, the Li source may stick to the reactor of the heating device that heats the mixed raw material in the synthesis step. When the Li source is fixed, the yield of the composite particle deteriorates.
By adding an organic additive that can function as a lubricant such as a sucrose fatty acid ester or a fatty acid to the mixed raw material, the problem of sticking of the Li source can be suppressed. However, in this case, due to the function of the organic additive, the particle size of the composite particle may be reduced, and the BET specific surface area of the composite particle may exceed the upper limit of the BET specific surface area of the composite particle of the present invention described above.

Li源として水酸化リチウムを用いる場合には、水酸化リチウム自身が潤滑剤として機能し得るため、Li源の固着の問題が生じ難く、有機添加剤を添加する必要もなくなる。その結果、複合粒子の粒径が過小となることが抑制され、複合粒子のBET比表面積もまた本発明で規定する範囲に収まる。このため、本発明の複合粒子のLi源としては、水酸化リチウムを選択するのが特に好ましいといえる。なお、当該水酸化リチウムとしては水和物を用いても良いし、無水のものを用いても良い。 When lithium hydroxide is used as the Li source, the lithium hydroxide itself can function as a lubricant, so that the problem of sticking of the Li source is unlikely to occur, and it is not necessary to add an organic additive. As a result, it is suppressed that the particle size of the composite particles becomes too small, and the BET specific surface area of the composite particles also falls within the range specified in the present invention. Therefore, it can be said that it is particularly preferable to select lithium hydroxide as the Li source of the composite particles of the present invention. As the lithium hydroxide, a hydrate may be used or an anhydrous one may be used.

合成工程において、Li源、Fe源および炭素源の混合原料を加熱する装置としては、例えば、ホットウォール型、コールドウォール型、横型、縦型などの型式の、流動層反応炉、回転炉、トンネル炉、バッチ式焼成炉、ロータリーキルンなどの公知の加熱装置を用いればよい。 In the synthesis process, as a device for heating the mixed raw material of the Li source, the Fe source and the carbon source, for example, a hot wall type, a cold wall type, a horizontal type, a vertical type and the like, a flow layer reactor, a rotary furnace and a tunnel A known heating device such as a furnace, a batch firing furnace, or a rotary kiln may be used.

なお、合成工程は、上記の混合原料を流動状態にして行うことが望ましい。このようにすることで、Li源、Fe源および炭素源を均一に分散させることができ、LiFeOを効率良く製造し得るとともに、LiFeO相の表面に炭素相が均一に形成された複合粒子を製造し得る。更にこの場合には複合粒子同士の結着を抑制することもできる。混合原料を流動状態にするには、流動床を用いるなど各種方法があるが、混合原料を撹拌するのが好ましい。例えば、内部に邪魔板をもつ回転炉を用いれば、邪魔板に留まった混合原料が回転炉の回転に伴って所定高さから落下することで撹拌される。 In addition, it is desirable that the synthesis step is carried out by putting the above-mentioned mixed raw materials in a fluid state. By doing so, the Li source, the Fe source and the carbon source can be uniformly dispersed, the Li 5 FeO 4 can be efficiently produced, and the carbon phase is uniformly formed on the surface of the Li 5 FeO 4 phase. The resulting composite particles can be produced. Further, in this case, it is possible to suppress the binding of the composite particles. There are various methods for making the mixed raw material in a fluidized state, such as using a fluidized bed, but it is preferable to stir the mixed raw material. For example, if a rotary furnace having a baffle plate inside is used, the mixed raw materials staying in the baffle plate are agitated by falling from a predetermined height as the rotary furnace rotates.

合成工程における加熱温度は、Li源に応じたLiFeOの合成温度に基づいて適宜決定すればよいが、上記したLiFeOの分解を考慮すると、650℃以下であるのが好ましい。より好ましい加熱温度の範囲としては、600℃以下、550℃以下、500℃以下、490℃以下、470℃以下の各範囲が挙げられる。
合成工程における加熱温度の下限値は特に問わないが、400℃以上とすることができる。なお、Li源として酸化リチウムを用い、Fe源として鉄単体を用いて、400℃での加熱でLiFeOを合成可能であることは、本発明者により確認済みである。
合成工程は、アルゴン、ヘリウム、窒素などの不活性ガス雰囲気下で行っても良いし、酸化性ガス雰囲気下で行っても良い。
The heating temperature in the synthesis step may be appropriately determined based on the synthesis temperature of Li 5 FeO 4 depending on the Li source, but is preferably 650 ° C. or lower in consideration of the above-mentioned decomposition of Li 5 FeO 4 . More preferable heating temperature ranges include 600 ° C. or lower, 550 ° C. or lower, 500 ° C. or lower, 490 ° C. or lower, and 470 ° C. or lower.
The lower limit of the heating temperature in the synthesis step is not particularly limited, but may be 400 ° C. or higher. It has been confirmed by the present inventor that Li 5 FeO 4 can be synthesized by heating at 400 ° C. using lithium oxide as the Li source and iron alone as the Fe source.
The synthesis step may be carried out in an atmosphere of an inert gas such as argon, helium or nitrogen, or may be carried out in an atmosphere of an oxidizing gas.

混合原料に含まれるLi源及びFe源は、予め粉砕しておくのが好ましい。必要に応じて、炭素源を粉砕しても良い。混合原料は、Li源、Fe源及び炭素源を単に足し加えたものであっても良いし、手動で又は混合装置を用いて均一に混合したものであっても良い。例えば、混合原料は、ボールミル、遊星型ボールミル、株式会社奈良機械製作所のハイブリダイゼーションシステム(NHS)及びミラーロ(MIRALO)、ホソカワミクロン株式会社のメカノフュージョン及びノビルタ、株式会社徳寿工作所のシータ・コンポーザ等の装置により、粉砕、混合又は一体化させることができる。 The Li source and Fe source contained in the mixed raw material are preferably pulverized in advance. If necessary, the carbon source may be pulverized. The mixed raw material may be simply added Li source, Fe source and carbon source, or may be uniformly mixed manually or by using a mixing device. For example, mixed raw materials include ball mills, planetary ball mills, hybridization system (NHS) and Miralo of Nara Machinery Co., Ltd., Mechanofusion and Nobilta of Hosokawa Micron Co., Ltd., Theta Composer of Tokuju Co., Ltd., etc. Depending on the device, it can be crushed, mixed or integrated.

合成工程における混合原料には、必要に応じて、上記した有機添加剤を添加しても良い。当該有機添加剤の添加量は、複合粒子のBET比表面積に応じて適宜調整するのが良い。有機添加剤としては、ショ糖脂肪酸エステル、脂肪酸、脂肪酸塩、脂肪酸アミド、N,N’-エチレンビス脂肪酸アミド、フマル酸アルキルエステルアルカリ金属塩及び硬化油が例示される。
有機添加剤の添加により、LiFeOの粒子が粗大化するのを抑制でき、複合粒子のBET比表面積が過小になるのを抑制できる。また、既述したように、加熱装置の反応器へのLi源の固着を抑制する効果もある。
有機添加剤の添加量としては、Li源及びFe源の全体に対して、0.1~10質量%の範囲内、0.5~5質量%の範囲内、1~3質量%の範囲内、の各範囲を挙げることができる。
The above-mentioned organic additives may be added to the mixed raw materials in the synthesis step, if necessary. The amount of the organic additive added may be appropriately adjusted according to the BET specific surface area of the composite particles. Examples of the organic additive include sucrose fatty acid ester, fatty acid, fatty acid salt, fatty acid amide, N, N'-ethylenebis fatty acid amide, fumaric acid alkyl ester alkali metal salt and cured oil.
By adding the organic additive, it is possible to suppress the coarsening of the particles of Li 5 FeO 4 , and it is possible to suppress the BET specific surface area of the composite particles from becoming too small. Further, as described above, there is also an effect of suppressing the adhesion of the Li source to the reactor of the heating device.
The amount of the organic additive added is in the range of 0.1 to 10% by mass, in the range of 0.5 to 5% by mass, and in the range of 1 to 3% by mass with respect to the total of the Li source and the Fe source. Each range of, can be mentioned.

本発明の複合粒子は、正極活物質として、リチウムイオン供給剤として、又は、各種の添加剤として機能し得る。特に、本発明の複合粒子は、リチウムイオン二次電池用正極材料であって、リチウムイオン二次電池の正極において、初回充電時のリチウムイオン供給剤として好適に機能する。以下、本発明の複合粒子を具備するリチウムイオン二次電池用正極を「本発明の正極」といい、本発明の正極を具備するリチウムイオン二次電池を「本発明のリチウムイオン二次電池」という場合があるなお、後述するように、本発明の正極における複合粒子は本発明の複合粒子のみならず「Li FeO と炭素とを含み、BET比表面積が1m /g未満である複合粒子」である場合がある。本発明の正極を具備するリチウムイオン二次電池についても同様に、複合粒子として「Li FeO と炭素とを含み、BET比表面積が1m /g未満である複合粒子」を含む場合がある。 The composite particles of the present invention can function as a positive electrode active material, as a lithium ion feeder, or as various additives. In particular, the composite particle of the present invention is a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, and functions suitably as a lithium ion feeder at the time of initial charging in the positive electrode of a lithium ion secondary battery. Hereinafter, the positive electrode for a lithium ion secondary battery provided with the composite particles of the present invention is referred to as "the positive electrode of the present invention", and the lithium ion secondary battery provided with the positive electrode of the present invention is referred to as "the lithium ion secondary battery of the present invention". In some cases . As will be described later, the composite particles in the positive electrode of the present invention are not only the composite particles of the present invention but also "composite particles containing Li 5 FeO 4 and carbon and having a BET specific surface area of less than 1 m 2 / g". In some cases. Similarly, the lithium ion secondary battery provided with the positive electrode of the present invention may also contain "composite particles containing Li 5 FeO 4 and carbon and having a BET specific surface area of less than 1 m 2 / g" as composite particles. ..

本発明の正極において、本発明の複合粒子は、正極活物質が存在する正極活物質層に添加されるのが好ましい。本発明の正極の一態様は、本発明の複合粒子を含む正極活物質層、及び、集電体を具備する。正極活物質層は集電体上に形成される。本発明の複合粒子がリチウムイオン供給剤の場合は、正極活物質層における本発明の複合粒子の配合量は、負極の不可逆容量に応じて決定すればよい。 In the positive electrode of the present invention, the composite particles of the present invention are preferably added to the positive electrode active material layer in which the positive electrode active material is present. One aspect of the positive electrode of the present invention comprises a positive electrode active material layer containing the composite particles of the present invention and a current collector. The positive electrode active material layer is formed on the current collector. When the composite particle of the present invention is a lithium ion feeder, the blending amount of the composite particle of the present invention in the positive electrode active material layer may be determined according to the irreversible capacity of the negative electrode.

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子伝導体をいう。集電体の材料は、使用する活物質に適した電圧に耐え得る金属であれば特に制限はない。集電体の材料としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。 A current collector is a chemically inert electron conductor that keeps current flowing through the electrodes during the discharge or charging of a lithium-ion secondary battery. The material of the current collector is not particularly limited as long as it is a metal that can withstand a voltage suitable for the active material to be used. The collector material is at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel. Metallic materials such as can be exemplified. The current collector may be covered with a known protective layer. A current collector whose surface is treated by a known method may be used as the current collector.

正極の電位をリチウム基準で4V以上とする場合には、正極用集電体としてアルミニウムを採用するのが好ましい。 When the potential of the positive electrode is 4 V or more based on lithium, it is preferable to use aluminum as the current collector for the positive electrode.

具体的には、正極用集電体として、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものを用いるのが好ましい。ここでアルミニウムは、純アルミニウムを指し、純度99.0%以上のアルミニウムを純アルミニウムと称する。純アルミニウムに種々の元素を添加して合金としたものをアルミニウム合金と称する。アルミニウム合金としては、Al-Cu系、Al-Mn系、Al-Fe系、Al-Si系、Al-Mg系、Al-Mg-Si系、Al-Zn-Mg系が挙げられる。 Specifically, it is preferable to use a current collector for the positive electrode made of aluminum or an aluminum alloy. Here, aluminum refers to pure aluminum, and aluminum having a purity of 99.0% or higher is referred to as pure aluminum. An alloy obtained by adding various elements to pure aluminum is called an aluminum alloy. Examples of the aluminum alloy include Al—Cu, Al—Mn, Al—Fe, Al—Si, Al—Mg, Al—Mg—Si, and Al—Zn—Mg.

また、アルミニウム又はアルミニウム合金として、具体的には、例えばJIS A1085、A1N30等のA1000系合金(純アルミニウム系)、JIS A3003、A3004等のA3000系合金(Al-Mn系)、JIS A8079、A8021等のA8000系合金(Al-Fe系)が挙げられる。 Further, as aluminum or an aluminum alloy, specifically, for example, A1000 series alloys such as JIS A1085 and A1N30 (pure aluminum series), A3000 series alloys such as JIS A3003 and A3004 (Al—Mn series), JIS A8079, A8021 and the like. A8000 series alloy (Al—Fe series) can be mentioned.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm~100μmの範囲内であることが好ましい。 The current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, a linear shape, a rod shape, a mesh, or the like. Therefore, as the current collector, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, or a stainless steel foil can be preferably used. When the current collector is in the form of a foil, a sheet, or a film, the thickness thereof is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

正極活物質層には、本発明の複合粒子以外に公知の正極活物質が含まれるのが好ましい。
正極活物質としては、層状岩塩構造の一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3)で表されるリチウム複合金属酸化物、LiNiCoAl(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3)で表されるリチウム複合金属酸化物、LiMnOを挙げることができる。また、正極活物質として、LiMn等のスピネル構造の金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物と層状化合物の混合物で構成される固溶体、LiMPO、LiMVO又はLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)などで表されるポリアニオン系化合物を挙げることができる。さらに、正極活物質として、LiFePOFなどのLiMPOF(Mは遷移金属)で表されるタボライト系化合物、LiFeBOなどのLiMBO(Mは遷移金属)で表されるボレート系化合物を挙げることができる。正極活物質として用いられるいずれの金属酸化物も上記の組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも使用可能である。また、正極活物質として、電荷担体(例えば充放電に寄与するリチウムイオン)を含まないものを用いても良い。例えば、硫黄単体、硫黄と炭素を複合化した化合物、TiSなどの金属硫化物、V、MnOなどの酸化物、ポリアニリン及びアントラキノン並びにこれら芳香族を化学構造に含む化合物、共役二酢酸系有機物などの共役系材料、その他公知の材料を用いることもできる。さらに、ニトロキシド、ニトロニルニトロキシド、ガルビノキシル、フェノキシルなどの安定なラジカルを有する化合物を正極活物質として採用してもよい。リチウム等の電荷担体を含まない正極活物質材料を用いる場合には、正極及び/又は負極に、公知の方法により、予め電荷担体を添加しておく必要がある。電荷担体は、イオンの状態で添加しても良いし、金属等の非イオンの状態で添加しても良い。例えば、電荷担体がリチウムである場合には、リチウム箔を正極及び/又は負極に貼り付けるなどして一体化しても良い。
The positive electrode active material layer preferably contains a known positive electrode active material in addition to the composite particles of the present invention.
As the positive electrode active material, the general formula of the layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d De Of (0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1, D is W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Li a Ni, a lithium composite metal oxide represented by 1.7 ≦ f ≦ 3), at least one element selected from Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P and V. b Co c Al d De Of ( 0.2≤a≤2 , b + c + d + e = 1, 0≤e <1, D is W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, Examples thereof include Li 2 MnO 3 , a lithium composite metal oxide represented by at least one element selected from P and V, 1.7 ≦ f ≦ 3). Further, as the positive electrode active material, a metal oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 , a solid solution composed of a mixture of the metal oxide having a spinel structure and a layered compound, LiMPO 4 , LiMVO 4 or Li 2 MSiO 4 (in the formula). M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe) and the like. Further, examples of the positive electrode active material include a tabolite compound represented by LiMPO 4 F (M is a transition metal) such as LiFePO 4 F, and a borate compound represented by LiMBO 3 (M is a transition metal) such as LiFeBO 3 . be able to. Any metal oxide used as the positive electrode active material may have the above composition formula as the basic composition, and those in which the metal element contained in the basic composition is replaced with another metal element can also be used. Further, as the positive electrode active material, a substance that does not contain a charge carrier (for example, lithium ions that contribute to charge / discharge) may be used. For example, sulfur alone, compounds that combine sulfur and carbon, metal sulfides such as TiS 2 , oxides such as V2O5 and MnO2 , polyaniline and anthraquinone, and compounds containing these aromatics in their chemical structures, conjugated two . Conjugated materials such as acetic acid-based organic substances and other known materials can also be used. Further, a compound having a stable radical such as nitroxide, nitronylnitroxide, galbinoxyl, phenoxyl and the like may be adopted as the positive electrode active material. When a positive electrode active material that does not contain a charge carrier such as lithium is used, it is necessary to add a charge carrier to the positive electrode and / or the negative electrode in advance by a known method. The charge carrier may be added in an ionic state or may be added in a nonionic state such as a metal. For example, when the charge carrier is lithium, a lithium foil may be attached to the positive electrode and / or the negative electrode to integrate them.

高容量及び耐久性などに優れる点から、正極活物質として、層状岩塩構造の一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3) で表されるリチウム複合金属酸化物、又は、LiNiCoAl(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3)で表されるリチウム複合金属酸化物を採用することが好ましい。 As a positive electrode active material, a general formula of a layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d De Of (0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1, 0 ≦) is excellent in terms of high capacity and durability. e <1, D are W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, It is represented by at least one element selected from Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P and V, 1.7 ≦ f ≦ 3). Lithium composite metal oxide or Li a Ni b Co c Al d De Of (0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1, D is W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, It is preferable to use a lithium composite metal oxide represented by at least one element selected from Y, Bi, S, Si, Na, K, P and V, 1.7 ≦ f ≦ 3).

高容量及び耐久性などに優れる点から、正極活物質として、スピネル構造のLiMn2―y(Aは、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、P、Ga、Geから選ばれる少なくとも1の元素、及び、Niなどの遷移金属元素から選ばれる少なくとも1種の金属元素から選択される。0<x≦2.2、0≦y≦1)を例示できる。xの値の範囲としては、0.5≦x≦1.8、0.7≦x≦1.5、0.9≦x≦1.2を例示でき、yの値の範囲としては、0≦y≦0.8、0≦y≦0.6を例示できる。具体的なスピネル構造の化合物として、LiMn、LiMn1.5Ni0.5を例示できる。 As a positive electrode active material, Li x Mn 2-y Ay O 4 (A is Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al, P, Ga) having a spinel structure is excellent in terms of high capacity and durability. , At least one element selected from Ge, and at least one metal element selected from transition metal elements such as Ni. 0 <x≤2.2, 0≤y≤1) can be exemplified. Examples of the range of the value of x include 0.5 ≦ x ≦ 1.8, 0.7 ≦ x ≦ 1.5, and 0.9 ≦ x ≦ 1.2, and the range of the value of y is 0. Examples thereof include ≦ y ≦ 0.8 and 0 ≦ y ≦ 0.6. Specific examples of the compound having a spinel structure include LiMn 2 O 4 and LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 .

具体的な正極活物質として、LiFePO、LiFeSiO、LiCoPO、LiCoPO、LiMnPO、LiMnSiO、LiCoPOFを例示できる。他の具体的な正極活物質として、LiMnO-LiCoOを例示できる。 Specific examples of the positive electrode active material include LiFePO 4 , Li 2 FeSiO 4 , LiCoPO 4 , Li 2 CoPO 4 , Li 2 MnPO 4 , Li 2 MnSiO 4 , and Li 2 CoPO 4 F. As another specific positive electrode active material, Li 2 MnO 3 -LiCoO 2 can be exemplified.

正極活物質層には、結着剤及び導電助剤が含まれているのが好ましい。正極活物質層に含まれる結着剤及び導電助剤としては、後述の負極で説明するものを適宜適切に採用すればよい。 The positive electrode active material layer preferably contains a binder and a conductive auxiliary agent. As the binder and the conductive auxiliary agent contained in the positive electrode active material layer, those described in the negative electrode described later may be appropriately and appropriately adopted.

本発明のリチウムイオン二次電池は、具体的に、本発明の正極と、負極と、電解液と、セパレータとを具備する。負極は、集電体と集電体上に形成された負極活物質層を具備する。負極活物質層は負極活物質を含み、必要に応じて結着剤及び導電助剤等の添加剤を含み得る。負極の集電体としては、本発明の正極で説明したものから適宜適切に選択すればよい。 Specifically, the lithium ion secondary battery of the present invention includes the positive electrode, the negative electrode, the electrolytic solution, and the separator of the present invention. The negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector. The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material, and may contain additives such as a binder and a conductive auxiliary agent, if necessary. The current collector of the negative electrode may be appropriately selected from those described in the positive electrode of the present invention.

負極活物質としては、電荷担体を吸蔵及び放出し得る材料が使用可能である。したがって、リチウムイオンなどの電荷担体を吸蔵及び放出可能である単体、合金又は化合物であれば特に限定はない。たとえば、負極活物質としてLiや、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫などの14族元素、アルミニウム、インジウムなどの13族元素、亜鉛、カドミウムなどの12族元素、アンチモン、ビスマスなどの15族元素、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、銀、金などの11族元素をそれぞれ単体で採用すればよい。合金又は化合物の具体例としては、Ag-Sn合金、Cu-Sn合金、Co-Sn合金等の錫系材料、各種黒鉛などの炭素系材料、ケイ素単体と二酸化ケイ素に不均化するSiO(0.3≦x≦1.6)などのケイ素系材料、ケイ素単体若しくはケイ素系材料と炭素系材料を組み合わせた複合体が挙げられる。また、負極活物質して、Nb、TiO、LiTi12、WO、MoO、Fe等の酸化物、又は、Li3-xN(M=Co、Ni、Cu)で表される窒化物を採用しても良い。負極活物質として、これらのものの一種以上を使用することができる。 As the negative electrode active material, a material capable of occluding and releasing charge carriers can be used. Therefore, there is no particular limitation as long as it is a simple substance, an alloy or a compound capable of occluding and releasing a charge carrier such as lithium ion. For example, Li, Group 14 elements such as carbon, silicon, germanium, and tin, Group 13 elements such as aluminum and indium, Group 12 elements such as zinc and cadmium, Group 15 elements such as antimony and bismuth, and magnesium as negative electrode active materials. , Alkaline earth metals such as calcium, and Group 11 elements such as silver and gold may be used alone. Specific examples of the alloy or compound include tin-based materials such as Ag—Sn alloys, Cu—Sn alloys, and Co—Sn alloys, carbon-based materials such as various graphites, and SiO x that disproportionates to silicon alone and silicon dioxide. Examples thereof include silicon-based materials such as 0.3 ≦ x ≦ 1.6), silicon alone, or a composite of a silicon-based material and a carbon-based material. Further, the negative electrode active material is an oxide such as Nb 2 O 5 , TIO 2 , Li 4 Ti 5 O 12 , WO 2 , MoO 2 , Fe 2 O 3 , or Li 3-x M x N (M =). A nitride represented by Co, Ni, Cu) may be adopted. One or more of these can be used as the negative electrode active material.

高容量化の可能性の点から、好ましい負極活物質として、黒鉛、Si含有材料、Sn含有材料を挙げることができる。特に、負極活物質として、不可逆容量の存在が重要な問題となるSi含有材料を採用した場合に、本発明の複合粒子に含まれるLiFeOのリチウムイオン供給剤としての効果が顕著に発揮される。 From the viewpoint of the possibility of increasing the capacity, graphite, Si-containing material, and Sn-containing material can be mentioned as preferable negative electrode active materials. In particular, when a Si-containing material in which the existence of an irreversible capacity is an important issue is used as the negative electrode active material, the effect of Li 5 FeO 4 contained in the composite particles of the present invention as a lithium ion feeder is remarkably exhibited. Will be done.

Si含有材料の具体例として、Si単体や、Si相とケイ素酸化物相との2相に不均化されたSiO(0.3≦x≦1.6)を例示できる。SiOにおけるSi相は、リチウムイオンを吸蔵及び放出でき、二次電池の充放電に伴って体積変化する。ケイ素酸化物相はSi相に比べて充放電に伴う体積変化が少ない。つまり、負極活物質としてのSiOは、Si相により高容量を実現するとともに、ケイ素酸化物相を有することにより負極活物質全体の体積変化を抑制する。なお、xが下限値未満であると、Siの比率が過大になるため、充放電時の体積変化が大きくなりすぎて二次電池のサイクル特性が低下する。一方、xが上限値を超えると、Si比率が過小になってエネルギー密度が低下する。xの範囲は0.5≦x≦1.5であるのがより好ましく、0.7≦x≦1.2であるのがさらに好ましい。 As a specific example of the Si-containing material, Si alone or SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6) disproportionated into two phases of a Si phase and a silicon oxide phase can be exemplified. The Si phase in SiO x can occlude and release lithium ions, and its volume changes with the charging and discharging of the secondary battery. The silicon oxide phase has less volume change due to charging and discharging than the Si phase. That is, SiO x as the negative electrode active material realizes a high capacity by the Si phase and suppresses the volume change of the entire negative electrode active material by having the silicon oxide phase. If x is less than the lower limit, the ratio of Si becomes excessive, so that the volume change during charging / discharging becomes too large, and the cycle characteristics of the secondary battery deteriorate. On the other hand, when x exceeds the upper limit value, the Si ratio becomes too small and the energy density decreases. The range of x is more preferably 0.5 ≦ x ≦ 1.5, and even more preferably 0.7 ≦ x ≦ 1.2.

なお、上記したSiOにおいては、リチウムイオン二次電池の充放電時にリチウムとSi相のケイ素とによる合金化反応が生じると考えられている。そして、この合金化反応がリチウムイオン二次電池の充放電に寄与すると考えられている。後述するSn含有材料についても、同様に、スズとリチウムとの合金化反応によって充放電できると考えられている。 In the above-mentioned SiO x , it is considered that an alloying reaction between lithium and silicon in the Si phase occurs during charging and discharging of the lithium ion secondary battery. It is believed that this alloying reaction contributes to the charging and discharging of the lithium ion secondary battery. Similarly, it is considered that the Sn-containing material described later can be charged and discharged by the alloying reaction of tin and lithium.

Sn含有材料の具体例として、Sn単体、Cu-SnやCo-Snなどのスズ合金、アモルファススズ酸化物、スズケイ素酸化物を例示できる。アモルファススズ酸化物としてはSnB0.40.63.1を例示でき、スズケイ素酸化物としてはSnSiOを例示できる。 Specific examples of the Sn-containing material include Sn simple substance, tin alloys such as Cu—Sn and Co—Sn, amorphous tin oxide, and tin silicon oxide. As the amorphous tin oxide, SnB 0.4 P 0.6 O 3.1 can be exemplified, and as the tin silicon oxide, SnSiO 3 can be exemplified.

Si含有材料、及び、Sn含有材料は、炭素材料と複合化して負極活物質とすることが好ましい。複合化に因り、特にケイ素及び/又はスズの構造が安定し、負極の耐久性が向上する。上記複合化は、既知の方法で行えば良い。複合化に用いられる炭素材料としては、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等を採用すればよい。黒鉛は、天然黒鉛でもよく、人造黒鉛でもよい。 The Si-containing material and the Sn-containing material are preferably combined with a carbon material to form a negative electrode active material. Due to the composite, the structure of silicon and / or tin is particularly stable, and the durability of the negative electrode is improved. The above compounding may be performed by a known method. As the carbon material used for the composite, graphite, hard carbon, soft carbon or the like may be adopted. The graphite may be natural graphite or artificial graphite.

Si含有材料の具体例として、国際公開第2014/080608号などに開示されるシリコン材料(以下、単に「シリコン材料」という。)を挙げることができる。 As a specific example of the Si-containing material, a silicon material disclosed in International Publication No. 2014/08608 or the like (hereinafter, simply referred to as “silicon material”) can be mentioned.

シリコン材料は、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するものである。シリコン材料は、例えば、CaSiと酸とを反応させてポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成する工程、さらに、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させる工程を経て製造されるものである。 The silicon material has a structure in which a plurality of plate-shaped silicon bodies are laminated in the thickness direction. The silicon material is, for example, subjected to a step of reacting CaSi 2 with an acid to synthesize a layered silicon compound containing polysilane as a main component, and a step of heating the layered silicon compound at 300 ° C. or higher to release hydrogen. It is manufactured.

シリコン材料の製造方法を、酸として塩化水素を用いた場合の理想的な反応式で示すと以下のとおりとなる。
3CaSi+6HCl → Si+3CaCl
Si → 6Si+3H
The ideal reaction formula when hydrogen chloride is used as an acid shows the method for producing a silicon material as follows.
3CaSi 2 + 6HCl → Si 6 H 6 + 3CaCl 2
Si 6H 6 → 6Si + 3H 2

ただし、ポリシランであるSiを合成する上段の反応では、副生物や不純物除去の観点から、通常、反応溶媒として水が用いられる。そして、Siは水と反応し得るため、上段の反応を含む層状シリコン化合物を合成する工程において、層状シリコン化合物がSiのみを含むものとして製造されることはほとんどなく、層状シリコン化合物はSi(OH)(Xは酸のアニオン由来の元素若しくは基、s+t+u=6、0<s<6、0<t<6、0<u<6)で表されるものとして製造される。なお、上記の化学式においては、残存し得るCaなどの不可避不純物については、考慮していない。そして、当該層状シリコン化合物を加熱して得られるシリコン材料も、酸素や酸のアニオン由来の元素を含む。 However, in the upper reaction for synthesizing Si 6 H 6 which is polysilane, water is usually used as a reaction solvent from the viewpoint of removing by-products and impurities. Since Si 6 H 6 can react with water, the layered silicon compound is rarely produced as containing only Si 6 H 6 in the step of synthesizing the layered silicon compound including the reaction in the upper stage, and is layered. Silicon compounds are represented by Si 6 H s (OH) t X u (X is an element or group derived from an anion of an acid, s + t + u = 6, 0 <s <6, 0 <t <6, 0 <u <6). Manufactured as a compound. In the above chemical formula, unavoidable impurities such as Ca that may remain are not considered. The silicon material obtained by heating the layered silicon compound also contains an element derived from an anion of oxygen or acid.

既述のとおり、シリコン材料は、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有する。リチウムイオン等の電荷担体が効率的に吸蔵及び放出されるためには、板状シリコン体は厚さが10nm~100nmの範囲内のものが好ましく、20nm~50nmの範囲内のものがより好ましい。板状シリコン体の長手方向の長さは、0.1μm~50μmの範囲内のものが好ましい。また、板状シリコン体は、(長手方向の長さ)/(厚さ)が2~1000の範囲内であるのが好ましい。板状シリコン体の積層構造は走査型電子顕微鏡などによる観察で確認できる。また、この積層構造は、原料のCaSiにおけるSi層の名残りであると考えられる。 As described above, the silicon material has a structure in which a plurality of plate-shaped silicon bodies are laminated in the thickness direction. In order to efficiently occlude and release a charge carrier such as lithium ion, the plate-shaped silicon body preferably has a thickness in the range of 10 nm to 100 nm, and more preferably in the range of 20 nm to 50 nm. The length of the plate-shaped silicon body in the longitudinal direction is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm. Further, the plate-shaped silicon body preferably has (length in the longitudinal direction) / (thickness) in the range of 2 to 1000. The laminated structure of the plate-shaped silicon body can be confirmed by observation with a scanning electron microscope or the like. Further, this laminated structure is considered to be a remnant of the Si layer in the raw material CaSi 2 .

シリコン材料には、アモルファスシリコン及び/又はシリコン結晶子が含まれるのが好ましい。特に、上記板状シリコン体において、アモルファスシリコンをマトリックスとし、シリコン結晶子が当該マトリックス中に点在している状態が好ましい。シリコン結晶子のサイズは、0.5nm~300nmの範囲内が好ましく、1nm~100nmの範囲内がより好ましく、1nm~50nmの範囲内がさらに好ましく、1nm~10nmの範囲内が特に好ましい。なお、シリコン結晶子のサイズは、シリコン材料に対してX線回折測定を行い、得られたX線回折チャートのSi(111)面の回折ピークの半値幅を用いたシェラーの式から算出される。 The silicon material preferably contains amorphous silicon and / or silicon crystallites. In particular, in the plate-shaped silicon body, it is preferable that amorphous silicon is used as a matrix and silicon crystallites are scattered in the matrix. The size of the silicon crystallite is preferably in the range of 0.5 nm to 300 nm, more preferably in the range of 1 nm to 100 nm, further preferably in the range of 1 nm to 50 nm, and particularly preferably in the range of 1 nm to 10 nm. The size of the silicon crystallite is calculated from the Scherrer's equation using the half width of the diffraction peak on the Si (111) plane of the obtained X-ray diffraction chart by performing X-ray diffraction measurement on the silicon material. ..

シリコン材料に含まれる板状シリコン体、アモルファスシリコン及びシリコン結晶子の存在量や大きさは、主に加熱温度や加熱時間に左右される。加熱温度は、350℃~950℃の範囲内が好ましく、400℃~900℃の範囲内がより好ましい。 The abundance and size of the plate-shaped silicon body, amorphous silicon and silicon crystallites contained in the silicon material mainly depend on the heating temperature and the heating time. The heating temperature is preferably in the range of 350 ° C to 950 ° C, more preferably in the range of 400 ° C to 900 ° C.

シリコン材料は炭素で被覆されていてもよい。炭素で被覆されたシリコン材料は導電性に優れる。 The silicon material may be coated with carbon. The carbon-coated silicon material has excellent conductivity.

シリコン材料の平均粒子径は、2~7μmの範囲内が好ましく、2.5~6.5μmの範囲内がより好ましい。平均粒子径が小さすぎるシリコン材料を用いると、凝集性や濡れ性の観点から、負極製造が困難になる場合がある。具体的には、負極製造時に調製するスラリー中において、平均粒子径が小さすぎるシリコン材料が凝集する場合がある。他方、平均粒子径が大きすぎるシリコン材料を用いた負極を具備するリチウムイオン二次電池は、好適な充放電ができない場合がある。平均粒子径が大きすぎるシリコン材料においては、リチウムイオンが当該シリコン材料の内部まで十分に拡散し得ないことが原因と推測される。なお、本明細書における平均粒子径とは、一般的なレーザー回折式粒度分布測定装置で試料を測定した場合におけるD50を意味する。 The average particle size of the silicon material is preferably in the range of 2 to 7 μm, more preferably in the range of 2.5 to 6.5 μm. If a silicon material having an average particle size too small is used, it may be difficult to manufacture a negative electrode from the viewpoint of cohesiveness and wettability. Specifically, in the slurry prepared at the time of manufacturing the negative electrode, the silicon material having an average particle size too small may aggregate. On the other hand, a lithium ion secondary battery provided with a negative electrode using a silicon material having an average particle size too large may not be able to perform suitable charging / discharging. In a silicon material having an average particle size too large, it is presumed that the cause is that lithium ions cannot sufficiently diffuse into the inside of the silicon material. The average particle size in the present specification means D50 when the sample is measured by a general laser diffraction type particle size distribution measuring device.

結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴムなどの公知のものを採用すればよい。 Examples of the binder include fluororesins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, alkoxysilyl group-containing resins and carboxymethyl celluloses. , A known material such as styrene-butadiene rubber may be adopted.

また、国際公開第2016/063882号に開示される、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸などのカルボキシル基含有ポリマーをジアミンなどのポリアミンで架橋した架橋ポリマーを、結着剤として用いてもよい。 Further, a crosslinked polymer obtained by cross-linking a carboxyl group-containing polymer such as polyacrylic acid or polymethacrylic acid with a polyamine such as diamine disclosed in International Publication No. 2016/06382 may be used as a binder.

架橋ポリマーに用いられるジアミンとしては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のアルキレンジアミン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,3-ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン等の含飽和炭素環ジアミン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、ビス(4-アミノフェニル)スルホン、ベンジジン、o-トリジン、2,4-トリレンジアミン、2,6-トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ナフタレンジアミン等の芳香族ジアミンが挙げられる。 Examples of the diamine used in the crosslinked polymer include alkylene diamines such as ethylenediamine, propylenediamine and hexamethylenediamine, 1,4-diaminocyclohexane, 1,3-diaminocyclohexane, isophoronediamine and bis (4-aminocyclohexyl) methane. Saturated carbocyclic diamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl ether, bis (4-aminophenyl) sulfone, benzidine, o-tridine, 2,4- Examples thereof include aromatic diamines such as tolylene diamine, 2,6-tolylene diamine, xylylene diamine and naphthalenediamine.

活物質層中の結着剤の配合割合は、0.5~20質量%が好ましく、1~15質量%がより好ましく、2~10質量%がさらに好ましく、3~5質量%が特に好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。 The blending ratio of the binder in the active material layer is preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 1 to 15% by mass, further preferably 2 to 10% by mass, and particularly preferably 3 to 5% by mass. This is because if the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and if the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。そのため、導電助剤は、電極の導電性が不足する場合に任意に加えればよく、電極の導電性が十分に優れている場合には加えなくても良い。導電助剤としては化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber)、および各種金属粒子などが例示される。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラックなどが例示される。これらの導電助剤を単独又は二種以上組み合わせて活物質層に添加することができる。活物質層中の導電助剤の配合割合は、0.5~20質量%が好ましく、1~15質量%がより好ましく、2~10質量%がさらに好ましく、2~5質量%が特に好ましい。導電助剤が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助剤が多すぎると活物質層の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。 Conductivity aids are added to increase the conductivity of the electrodes. Therefore, the conductive auxiliary agent may be arbitrarily added when the conductivity of the electrode is insufficient, and may not be added when the conductivity of the electrode is sufficiently excellent. The conductive auxiliary agent may be a chemically inert electron high conductor, and examples thereof include carbon black, which are carbonaceous fine particles, graphite, Vapor Grown Carbon Fiber, and various metal particles. To. Examples of carbon black include acetylene black, Ketjen black (registered trademark), furnace black, and channel black. These conductive auxiliary agents can be added to the active material layer alone or in combination of two or more. The blending ratio of the conductive auxiliary agent in the active material layer is preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 1 to 15% by mass, further preferably 2 to 10% by mass, and particularly preferably 2 to 5% by mass. This is because if the amount of the conductive auxiliary agent is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive auxiliary agent is too large, the formability of the active material layer is deteriorated and the energy density of the electrode is lowered.

集電体の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に活物質を塗布すればよい。具体的には、活物質層の成分及び溶剤を混合してスラリーにしてから、当該スラリーを集電体の表面に塗布後、乾燥する。溶剤としては、N-メチル-2-ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。 In order to form the active material layer on the surface of the current collector, a conventionally known method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method is used to collect electricity. The active substance may be applied to the surface of the body. Specifically, the components of the active material layer and the solvent are mixed to form a slurry, and then the slurry is applied to the surface of the current collector and then dried. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. In order to increase the electrode density, the dried one may be compressed.

正極活物質層を製造するための、本発明の複合粒子と溶剤とを具備するスラリー状の正極活物質層製造用組成物においては、固形分の配合量は30~90質量%の範囲内が好ましく、50~75質量%の範囲内がより好ましい。ここで、固形分とは、正極活物質層製造用組成物に含まれる溶剤以外の成分を意味する。 In the composition for producing a positive electrode active material layer in the form of a slurry comprising the composite particles of the present invention and a solvent for producing the positive electrode active material layer, the amount of the solid content is in the range of 30 to 90% by mass. It is preferably in the range of 50 to 75% by mass, more preferably. Here, the solid content means a component other than the solvent contained in the composition for producing the positive electrode active material layer.

正極活物質層製造用組成物における、本発明の複合粒子の配合量は、本発明の複合粒子の用途に応じて適宜決定すればよい。
本発明の複合粒子を、負極の不可逆容量に相当するリチウムイオンを補填するためのリチウムイオン供給剤として用いる場合であれば、正極活物質層製造用組成物における本発明の複合粒子の配合量としては、固形分に対して、1~10質量%の範囲内、3~9質量%の範囲内、5~8質量%の範囲内を例示できる。
The blending amount of the composite particles of the present invention in the composition for producing a positive electrode active material layer may be appropriately determined according to the use of the composite particles of the present invention.
When the composite particles of the present invention are used as a lithium ion feeder for supplementing lithium ions corresponding to the irreversible capacity of the negative electrode, as the blending amount of the composite particles of the present invention in the composition for producing a positive electrode active material layer. Can be exemplified in the range of 1 to 10% by mass, the range of 3 to 9% by mass, and the range of 5 to 8% by mass with respect to the solid content.

また、正極活物質層製造用組成物における正極活物質の配合量としては、固形分に対して、80~95質量%の範囲内、83~93質量%の範囲内、85~90質量%の範囲内を例示できる。正極活物質層製造用組成物における結着剤の配合量としては、固形分に対して、0.5~10質量%の範囲内、1~5質量%の範囲内、2~4質量%の範囲内を例示できる。正極活物質層製造用組成物における導電助剤の配合量としては、固形分に対して、0.5~5質量%の範囲内、1~4質量%の範囲内、1~3質量%の範囲内を例示できる。 The blending amount of the positive electrode active material in the composition for producing the positive electrode active material layer is in the range of 80 to 95% by mass, in the range of 83 to 93% by mass, and 85 to 90% by mass with respect to the solid content. The range can be exemplified. The blending amount of the binder in the composition for producing the positive electrode active material layer is in the range of 0.5 to 10% by mass, in the range of 1 to 5% by mass, and 2 to 4% by mass with respect to the solid content. The range can be exemplified. The blending amount of the conductive auxiliary agent in the composition for producing the positive electrode active material layer is in the range of 0.5 to 5% by mass, in the range of 1 to 4% by mass, and 1 to 3% by mass with respect to the solid content. The range can be exemplified.

セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、公知のものを採用すればよく、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド(Aromatic polyamide)、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を1種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。 The separator separates the positive electrode and the negative electrode, and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit due to contact between the two electrodes. As the separator, a known one may be adopted, and synthetic resins such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamide, polyaramid (Aromatic polyamide), polyester and polyacrylonitrile, polysaccharides such as cellulose and amylose, and fibroin , Natural polymers such as keratin, lignin, and sverin, porous bodies using one or more electrically insulating materials such as ceramics, non-woven fabrics, and woven fabrics. Further, the separator may have a multi-layer structure.

電解液は、非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質とを含んでいる。 The electrolytic solution contains a non-aqueous solvent and an electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent.

非水溶媒としては、環状カーボネート、環状エステル、鎖状カーボネート、鎖状エステル、エーテル類等が使用できる。環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートを例示でき、環状エステルとしては、ガンマブチロラクトン、2-メチル-ガンマブチロラクトン、アセチル-ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンを例示できる。鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネートを例示でき、鎖状エステルとしては、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等を例示できる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、1,2-ジブトキシエタンを例示できる。非水溶媒としては、上記具体的な溶媒の化学構造のうち一部又は全部の水素がフッ素に置換した化合物を採用しても良い。 As the non-aqueous solvent, cyclic carbonates, cyclic esters, chain carbonates, chain esters, ethers and the like can be used. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate, and examples of the cyclic ester include gamma-butyrolactone, 2-methyl-gamma-butyrolactone, acetyl-gamma-butyrolactone, and gamma-valerolactone. Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, and ethylmethyl carbonate, and examples of the chain ester include propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetate alkyl ester. Examples of ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane. As the non-aqueous solvent, a compound in which some or all of the chemical structure of the specific solvent is replaced with fluorine may be adopted.

電解質としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を例示できる。 Examples of the electrolyte include lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .

電解液としては、フルオロエチレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの非水溶媒に、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSOなどのリチウム塩を0.5mol/Lから1.7mol/L程度の濃度で溶解させた溶液を例示できる。 As the electrolytic solution, 0.5 mol / mol / mol of lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , and LiCF 3 SO 3 is added to a non-aqueous solvent such as fluoroethylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and diethyl carbonate. An example is an example of a solution dissolved at a concentration of about 1.7 mol / L from L.

本発明のリチウムイオン二次電池の具体的な製造方法について述べる。
例えば、正極と負極とでセパレータを挟持して電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極の積層体を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体および負極の集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までを、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に電解液を加えてリチウムイオン二次電池とするとよい。
A specific method for manufacturing the lithium ion secondary battery of the present invention will be described.
For example, a separator is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode to form an electrode body. The electrode body may be either a laminated type in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are stacked, or a wound type in which a laminated body of a positive electrode, a separator and a negative electrode is wound. After connecting the positive electrode collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal leading to the outside using a current collector lead or the like, an electrolytic solution is added to the electrode body to form a lithium ion secondary battery. good.

本発明のリチウムイオン二次電池の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。 The shape of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical type, a square type, a coin type, and a laminated type can be adopted.

本発明のリチウムイオン二次電池は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部にリチウムイオン二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、例えば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両にリチウムイオン二次電池を搭載する場合には、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。リチウムイオン二次電池を搭載する機器としては、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。さらに、本発明のリチウムイオン二次電池は、風力発電、太陽光発電、水力発電その他電力系統の蓄電装置及び電力平滑化装置、船舶等の動力及び/又は補機類の電力供給源、航空機、宇宙船等の動力及び/又は補機類の電力供給源、電気を動力源に用いない車両の補助用電源、移動式の家庭用ロボットの電源、システムバックアップ用電源、無停電電源装置の電源、電動車両用充電ステーションなどにおいて充電に必要な電力を一時蓄える蓄電装置に用いてもよい。 The lithium ion secondary battery of the present invention may be mounted on a vehicle. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a lithium ion secondary battery for all or part of its power source, and may be, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle. When a lithium ion secondary battery is mounted on a vehicle, it is advisable to connect a plurality of lithium ion secondary batteries in series to form an assembled battery. In addition to vehicles, devices equipped with lithium-ion secondary batteries include various battery-powered home appliances such as personal computers and portable communication devices, office equipment, and industrial equipment. Further, the lithium ion secondary battery of the present invention includes wind power generation, solar power generation, hydraulic power generation and other power storage devices and power smoothing devices, power supply sources for power and / or auxiliary equipment such as ships, aircraft, and aircraft. Power supply for spacecraft and / or auxiliary equipment, auxiliary power for vehicles that do not use electricity as a power source, power for mobile home robots, power for system backup, power for non-disruptive power supply, It may be used as a power storage device for temporarily storing the electric power required for charging in a charging station for an electric vehicle or the like.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. As long as it does not deviate from the gist of the present invention, it can be carried out in various forms with modifications, improvements, etc. that can be made by those skilled in the art.

以下に、各種の具体例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの具体例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by showing various specific examples. The present invention is not limited to these specific examples.

(実施例1)
(合成工程)
Li源としてLiOH・HOを71.3質量部、Fe源としてFeを27.1質量部、及び、炭素源として黒鉛を1.6質量部配合した混合原料を、遊星ボールミルに投入した。遊星ボールミルを自転速度800rpm及び公転速度800rpmで作動させて、当該混合原料を、得られる粒子の径が10μm以下となるまで粉砕混合した。
(Example 1)
(Synthesis process)
A mixed raw material containing 71.3 parts by mass of LiOH / H 2 O as a Li source, 27.1 parts by mass of Fe 2 O 3 as an Fe source, and 1.6 parts by mass of graphite as a carbon source was used in a planetary ball mill. I put it in. The planetary ball mill was operated at a rotation speed of 800 rpm and a revolution speed of 800 rpm, and the mixed raw materials were pulverized and mixed until the diameter of the obtained particles was 10 μm or less.

粉砕混合された混合原料を反応器に入れ、電気炉によりアルゴン雰囲気下、460℃で4時間加熱して、実施例1の複合粒子を合成した。
なお、実施例1における複合原料には、LiとFeとが原子比で5:1となる量のLi源及びFe源を配合した。また、黒鉛については、合成工程で生成するLiFeOを100質量部としたときに3質量部となる量を配合した。
The pulverized and mixed mixed raw materials were placed in a reactor and heated in an electric furnace at 460 ° C. for 4 hours in an argon atmosphere to synthesize the composite particles of Example 1.
The composite raw material in Example 1 contained a Li source and an Fe source in an amount such that Li and Fe had an atomic ratio of 5: 1. As for graphite, an amount of 3 parts by mass when Li 5 FeO 4 produced in the synthesis step was 100 parts by mass was blended.

実施例1の複合粒子を90質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを5質量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを5質量部、及び、適量のN-メチル-2-ピロリドンを混合して、スラリーとした。集電体としてアルミニウム箔を準備し、これにスラリーを塗布して、乾燥することで実施例1の正極を得た。 90 parts by mass of the composite particles of Example 1, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone were mixed. It was made into a slurry. An aluminum foil was prepared as a current collector, a slurry was applied thereto, and the mixture was dried to obtain a positive electrode of Example 1.

リチウム箔を準備し、これを負極とした。セパレータとしてガラスフィルター(ヘキストセラニーズ社)及び単層ポリプロピレンであるcelgard2400(ポリポア株式会社)を準備した。また、エチレンカーボネート3体積部、エチルメチルカーボネート3体積部及びジメチルカーボネート4体積部を混合した溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解した電解液を準備した。負極、ガラスフィルター、celgard2400、実施例1の正極の順に、2種のセパレータを、負極と実施例1の正極で挟持し電極体とした。この電極体をコイン型電池ケースCR2032(宝泉株式会社)に収容し、さらに電解液を注入して、密閉型のコイン型電池を得た。これを実施例1のリチウムイオン二次電池とした。 A lithium foil was prepared and used as the negative electrode. As a separator, a glass filter (Hoechst Celanese Co., Ltd.) and a single-layer polypropylene celgard 2400 (Polypore Co., Ltd.) were prepared. Further, an electrolytic solution prepared by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a solvent in which 3 parts by volume of ethylene carbonate, 3 parts by volume of ethylmethyl carbonate and 4 parts by volume of dimethyl carbonate was mixed. Two types of separators were sandwiched between the negative electrode and the positive electrode of Example 1 in the order of the negative electrode, the glass filter, celgard2400, and the positive electrode of Example 1 to form an electrode body. This electrode body was housed in a coin-type battery case CR2032 (Hosen Co., Ltd.), and an electrolytic solution was further injected to obtain a sealed coin-type battery. This was used as the lithium ion secondary battery of Example 1.

(実施例2)
Li源としてLiOH・HOを70.6質量部、Fe源としてFeを26.8質量部、及び、炭素源として黒鉛を2.6質量部配合した混合原料を用いたこと以外は、実施例1と同様に、実施例2の複合粒子を製造した。また、実施例2の複合粒子を用い、実施例1と同様に、実施例2の正極及び実施例2のリチウムイオン二次電池を製造した。
なお、実施例2における複合原料には、LiとFeとが原子比で5:1となる量のLi源及びFe源を配合した。また、黒鉛については、合成工程で生成するLiFeOを100質量部としたときに5質量部となる量を配合した。
(Example 2)
Except for the use of a mixed raw material containing 70.6 parts by mass of LiOH / H 2 O as a Li source, 26.8 parts by mass of Fe 2 O 3 as an Fe source, and 2.6 parts by mass of graphite as a carbon source. Produced the composite particles of Example 2 in the same manner as in Example 1. Further, using the composite particles of Example 2, the positive electrode of Example 2 and the lithium ion secondary battery of Example 2 were manufactured in the same manner as in Example 1.
The composite raw material in Example 2 contained a Li source and an Fe source in an amount such that Li and Fe had an atomic ratio of 5: 1. As for graphite, an amount of 5 parts by mass when Li 5 FeO 4 produced in the synthesis step was 100 parts by mass was blended.

(実施例3)
Li源としてLiOHを3.805g(158.9mmol)、Fe源としてFeを2.537g(15.9mmol)、及び、炭素源として黒鉛を0.257g(炭素換算で21.5mmol)配合した混合原料を用いたこと以外は、実施例1と同様に、実施例3の複合粒子を製造した。
(Example 3)
Contains 3.805 g (158.9 mmol) of LiOH as a Li source, 2.537 g (15.9 mmol) of Fe 2 O 3 as a Fe source, and 0.257 g (21.5 mmol in carbon equivalent) of graphite as a carbon source. The composite particles of Example 3 were produced in the same manner as in Example 1 except that the mixed raw materials used were used.

試験例1)
(合成工程)
Li源としてLiO及びFe源としてFeをモル比で5:1となるように秤量し、遊星ボールミルに投入した。遊星ボールミルを自転速度800rpm及び公転速度800rpmで作動させて、当該混合原料を、得られる粒子の径が10μm以下となるまで粉砕混合した。
粉砕混合された混合原料をロータリーキルン型の反応器に入れ、アルゴン雰囲気下、600℃で60分間加熱して、粒子状のLi 5 FeO 4 を合成した。続いて、ヘキサン-アルゴン混合ガスの通気下にて、700℃、40分間の条件で熱CVDを行うことで、LiFeOの表面を炭素被覆し、試験例1の複合粒子を得た。なお、LiFeOの合成中及び炭素被覆中は、ロータリーキルン型の反応器を回転状態とした。
試験例1の複合粒子を用い、実施例1と同様に、試験例1の正極及び試験例1のリチウ
ムイオン二次電池を製造した。なお、本明細書及び図面においては、比較例1を試験例1と読み替えるものとする。また、比較例2を比較例と読み替えるものとする。
( Test Example 1)
(Synthesis process)
Li 2 O as a Li source and Fe 2 O 3 as an Fe source were weighed so as to have a molar ratio of 5: 1 and charged into a planetary ball mill. The planetary ball mill was operated at a rotation speed of 800 rpm and a revolution speed of 800 rpm, and the mixed raw materials were pulverized and mixed until the diameter of the obtained particles was 10 μm or less.
The pulverized and mixed raw materials were placed in a rotary kiln type reactor and heated at 600 ° C. for 60 minutes in an argon atmosphere to synthesize particulate Li 5 FeO 4. Subsequently, the surface of Li 5 FeO 4 was carbon-coated by performing thermal CVD under the conditions of 700 ° C. and 40 minutes under the aeration of a hexane-argon mixed gas to obtain composite particles of Test Example 1. During the synthesis of Li 5 FeO 4 and the carbon coating, the rotary kiln type reactor was put into a rotating state.
Using the composite particles of Test Example 1, the positive electrode of Test Example 1 and the lithium ion secondary battery of Test Example 1 were manufactured in the same manner as in Example 1. In this specification and drawings, Comparative Example 1 shall be read as Test Example 1. Further, Comparative Example 2 shall be read as Comparative Example.

(比較例2)
混合原料に、有機添加剤であるステアリン酸リチウムを、LiO及びFeの合計量に対して2質量%に相当する量で配合したこと、及び、熱CVDを20分間行ったこと以外は、比較例1と同様に、比較例2の複合粒子を製造した。
(Comparative Example 2)
Lithium stearate, which is an organic additive, was added to the mixed raw material in an amount corresponding to 2% by mass with respect to the total amount of Li 2 O and Fe 2 O 3 , and thermal CVD was performed for 20 minutes. Except for the above, the composite particles of Comparative Example 2 were produced in the same manner as in Comparative Example 1.

(参考例1)
Li源としてLiCOを4.138g(56.0mmol)、Fe源としてFeを1.789g(11.2mmol)、炭素源として黒鉛を0.538g(炭素換算で44.8mmol)、及び、有機添加剤としてステアリン酸リチウムをLiCO及びFeの合計量に対して2質量%に相当する量で配合した混合原料を、アルゴン雰囲気で720℃、26時間加熱したこと以外は、実施例1と同様に、参考例1の複合粒子を製造した。
(Reference example 1)
4.138 g (56.0 mmol) of Li 2 CO 3 as a Li source, 1.789 g (11.2 mmol) of Fe 2 O 3 as an Fe source, and 0.538 g (44.8 mmol in terms of carbon) of graphite as a carbon source. A mixed raw material containing lithium stearate as an organic additive in an amount corresponding to 2% by mass based on the total amount of Li 2 CO 3 and Fe 2 O 3 was heated at 720 ° C. for 26 hours in an argon atmosphere. Except for this, the composite particles of Reference Example 1 were produced in the same manner as in Example 1.

(評価例1)
実施例1~実施例3、比較例1及び比較例2の各複合粒子の比表面積をBET法で測定し、BET比表面積とした。各複合粒子のBET比表面積の値を表1に示す。
(Evaluation example 1)
The specific surface area of each of the composite particles of Examples 1 to 3, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was measured by the BET method and used as the BET specific surface area. Table 1 shows the values of the BET specific surface area of each composite particle.

(評価例2)
炭素・硫黄分析装置を用いて、実施例1~実施例3、比較例1及び比較例2の各複合粒子に対して、炭素を対象とした元素分析を行った。結果を評価例1の結果とともに表1に示す。
(Evaluation example 2)
Using a carbon / sulfur analyzer, elemental analysis targeting carbon was performed on each of the composite particles of Examples 1 to 3, Comparative Example 1 and Comparative Example 2. The results are shown in Table 1 together with the results of Evaluation Example 1.

Figure 0007074006000001
Figure 0007074006000001

表1に示すように、実施例1~実施例3の複合粒子は、「BET比表面積が2m/g以下かつ炭素の質量百分率(Wc)が1≦Wc≦6の範囲内」という規定を満たしたが、比較例1及び比較例2の複合粒子は当該規定を満たさなかった。 As shown in Table 1, the composite particles of Examples 1 to 3 have the provision that "the BET specific surface area is 2 m 2 / g or less and the carbon mass percentage (Wc) is within the range of 1 ≦ Wc ≦ 6." Although it was satisfied, the composite particles of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 did not satisfy the above-mentioned regulation.

BET比表面積に着目すると、混合原料に有機添加剤を配合した比較例2の複合粒子のBET比表面積は3.9m/gと、比較的大きな値であった。これは、有機添加剤の効果に因るものである。
これに対して、本発明の複合粒子である実施例1~実施例3の複合粒子は、有機添加剤を含まない混合原料から製造されたものであるため、そのBET比表面積は1m/g未満と比較的小さな値である。
以上の結果から、有機添加剤の使用の有無を基に本発明の複合粒子を特定する場合、本発明の複合粒子は、LiFeOと炭素とを含み、BET比表面積が1m/g未満である複合粒子、と捉えることができる。
Focusing on the BET specific surface area, the BET specific surface area of the composite particles of Comparative Example 2 in which the organic additive was added to the mixed raw material was 3.9 m 2 / g, which was a relatively large value. This is due to the effect of the organic additive.
On the other hand, since the composite particles of Examples 1 to 3 which are the composite particles of the present invention are produced from a mixed raw material containing no organic additive, their BET specific surface area is 1 m 2 / g. It is a relatively small value of less than.
From the above results, when the composite particles of the present invention are specified based on the presence or absence of the use of organic additives, the composite particles of the present invention contain Li 5 FeO 4 and carbon, and have a BET specific surface area of 1 m 2 / g. It can be regarded as a composite particle that is less than.

(評価例3)
実施例1~実施例3及び比較例1の複合粒子につき、粉体抵抗率測定システム(株式会社三菱アナリテック)を用いて、4kNの荷重をかけた上での体積抵抗値を測定した。結果を評価例1及び評価例2の結果とともに表2に示す。
(Evaluation example 3)
For the composite particles of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the volume resistance value was measured under a load of 4 kN using a powder resistance measurement system (Mitsubishi Analytech Co., Ltd.). The results are shown in Table 2 together with the results of Evaluation Example 1 and Evaluation Example 2.

Figure 0007074006000002
Figure 0007074006000002

表2に示すように、「BET比表面積が2m/g以下かつ炭素の質量百分率(Wc)が1≦Wc≦6の範囲内」という規定を満たす実施例1~実施例3の複合粒子は、当該規定を満たさない比較例1の複合粒子に比べて粉体抵抗が小さく、導電性に優れていた。 As shown in Table 2, the composite particles of Examples 1 to 3 satisfying the provision that "the BET specific surface area is 2 m 2 / g or less and the carbon mass percentage (Wc) is within the range of 1 ≦ Wc ≦ 6" The powder resistance was smaller and the conductivity was excellent as compared with the composite particles of Comparative Example 1 which did not satisfy the above-mentioned regulation.

(評価例4)
実施例1、実施例2及び比較例1の各リチウムイオン二次電池につき、電流0.1mAにて電圧が4.4Vとなるまで充電した。観測された充電容量を、評価例1~評価例3の結果と共に表3に示す。
(Evaluation example 4)
Each of the lithium ion secondary batteries of Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 was charged at a current of 0.1 mA until the voltage reached 4.4 V. The observed charge capacity is shown in Table 3 together with the results of Evaluation Example 1 to Evaluation Example 3.

Figure 0007074006000003
Figure 0007074006000003

既述したように、実施例1の複合粒子及び実施例2の複合粒子は本発明の規定を満たし、比較例1の複合粒子は当該規定を満たさなかった。
また、実施例1の複合粒子を用いた実施例1のリチウムイオン二次電池の充電容量、及び実施例2の複合粒子を用いた実施例2のリチウムイオン二次電池の充電容量は、比較例1の複合粒子を用いた比較例1のリチウムイオン二次電池の充電容量よりも遙かに優れていた。
この結果から、「BET比表面積が2m/g以下かつ炭素の質量百分率(Wc)が1≦Wc≦6の範囲内」なる規定を満たす複合粒子は、充電容量に優れるといい得る。
As described above, the composite particles of Example 1 and the composite particles of Example 2 satisfy the provisions of the present invention, and the composite particles of Comparative Example 1 do not satisfy the provisions.
Further, the charging capacity of the lithium ion secondary battery of Example 1 using the composite particles of Example 1 and the charging capacity of the lithium ion secondary battery of Example 2 using the composite particles of Example 2 are comparative examples. It was far superior to the charge capacity of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 using the composite particles of 1.
From this result, it can be said that the composite particles satisfying the regulation that "the BET specific surface area is 2 m 2 / g or less and the carbon mass percentage (Wc) is within the range of 1 ≦ Wc ≦ 6" are excellent in charge capacity.

また、BET比表面積に着目すると、比表面積0.75m/gの比較例1の複合粒子を用いた比較例1のリチウムイオン二次電池は、比表面積0.95m/gの実施例1の複合粒子を用いた実施例1のリチウムイオン二次電池、及び、比表面積0.82m/gの実施例2の複合粒子を用いた実施例2のリチウムイオン二次電池と比較して、充電容量に劣る。このことから、本発明の複合粒子のBET比表面積は、0.75m/gを超えるのが好ましく、0.8m/g以上であるのがより好ましいといえる。 Focusing on the BET specific surface area, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 using the composite particles of Comparative Example 1 having a specific surface area of 0.75 m 2 / g has a specific surface area of 0.95 m 2 / g in Example 1. Compared with the lithium ion secondary battery of Example 1 using the composite particles of Example 1 and the lithium ion secondary battery of Example 2 using the composite particles of Example 2 having a specific surface area of 0.82 m 2 / g. Inferior in charging capacity. From this, it can be said that the BET specific surface area of the composite particle of the present invention is preferably more than 0.75 m 2 / g, and more preferably 0.8 m 2 / g or more.

さらに、上記したように有機添加剤の使用の有無を基に本発明の複合粒子を特定する場合、充電容量を勘案すると、本発明の複合粒子は、LiFeOと炭素とを含み、BET比表面積が0.75m/gを超えかつ1m/g未満である複合粒子、又は、LiFeOと炭素とを含み、BET比表面積が0.8m/g以上かつ1m/g未満である複合粒子、と捉えることもできる。 Further, when the composite particles of the present invention are specified based on the presence or absence of the organic additive as described above, the composite particles of the present invention contain Li 5 FeO 4 and carbon, and BET, in consideration of the charge capacity. Composite particles with a specific surface area of more than 0.75 m 2 / g and less than 1 m 2 / g, or containing Li 5 FeO 4 and carbon, with a BET specific surface area of 0.8 m 2 / g or more and 1 m 2 / g. It can also be regarded as a composite particle that is less than.

炭素の質量百分率Wcに着目すると、当該Wcが2.6質量%であった実施例1の複合粒子は、Wcが5.3質量%であった実施例2の複合粒子に比べて、粉体抵抗はやや高いものの、充電容量においては勝っている。このことから、本発明の複合粒子における当該Wcは、5質量%以下、4質量%以下又は3質量%以下であるのが好ましいといえる。 Focusing on the mass percentage Wc of carbon, the composite particle of Example 1 in which the Wc was 2.6% by mass is a powder as compared with the composite particle of Example 2 in which the Wc was 5.3% by mass. Although the resistance is a little high, it is superior in charge capacity. From this, it can be said that the Wc in the composite particle of the present invention is preferably 5% by mass or less, 4% by mass or less, or 3% by mass or less.

(評価例5)
走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を用いて参考例1の複合粒子の外観を観察した。参考例1の複合粒子のSEM像を図1に示す。
(Evaluation example 5)
The appearance of the composite particles of Reference Example 1 was observed using a scanning electron microscope (SEM). The SEM image of the composite particle of Reference Example 1 is shown in FIG.

図1に示すように、参考例1の複合粒子は、比較的大きな粒子と、当該粒子の表面に多数存在する微細な粒子とを有する。混合原料の組成から、図1中の比較的大きな粒子はLiFeOであり微細な粒子は炭素であると推測される。つまり、参考例1の複合粒子は、比較的大きな粒子状のLiFeO相と、その表面に多数存在する微細な粒子状の炭素相とを有するといえる。
参考例1の複合粒子は、実施例1~実施例3の複合粒子と同様に、炭素源の存在下でLiFeOの合成を行うことで製造された複合粒子である。したがって、実施例1~実施例3の複合粒子は、参考例1の複合粒子と同様に、比較的大きな粒子状のLiFeO相と、その表面に多数存在する微細な粒子状の炭素相とを有すると推測される。
As shown in FIG. 1, the composite particle of Reference Example 1 has a relatively large particle and a large number of fine particles existing on the surface of the particle. From the composition of the mixed raw material, it is presumed that the relatively large particles in FIG. 1 are Li 5 FeO 4 and the fine particles are carbon. That is, it can be said that the composite particle of Reference Example 1 has a relatively large particulate Li 5 FeO 4 phase and a large number of fine particulate carbon phases present on the surface thereof.
The composite particles of Reference Example 1 are composite particles produced by synthesizing Li 5 FeO 4 in the presence of a carbon source, similarly to the composite particles of Examples 1 to 3. Therefore, the composite particles of Examples 1 to 3 have a relatively large particulate Li 5 FeO 4 phase and a large number of fine particulate carbon phases present on the surface thereof, similarly to the composite particles of Reference Example 1. Is presumed to have.

(評価例6)
実施例1の複合粒子及び比較例1の複合粒子を、放射光を用いたX線回折分析に供して分析を行った。分析条件は以下のとおりとした。得られたX線回折チャートを図2に示す。
<分析条件>
測定ビームライン:あいちシンクロトロン BL5S2
測定エナルギー:12.4keV
カメラ長:340mm
露光時間:300s
キャピラリー:径0.3mm
(Evaluation example 6)
The composite particles of Example 1 and the composite particles of Comparative Example 1 were subjected to X-ray diffraction analysis using synchrotron radiation for analysis. The analysis conditions were as follows. The obtained X-ray diffraction chart is shown in FIG.
<Analysis conditions>
Measurement beam line: Aichi Synchrotron BL5S2
Measurement energy: 12.4 keV
Camera length: 340mm
Exposure time: 300s
Capillary: diameter 0.3 mm

図2に示すように、実施例1及び比較例1の複合粒子にLiFeOが生成していることが裏付けられた。また、比較例1の複合粒子からは、Fe結晶に由来する回折ピークが明確に検出された。これに対して、実施例1の複合粒子からは当該ピークは検出されなかった。この結果は、比較例1の複合粒子にはFe結晶が存在し、実施例1の複合粒子にはFe結晶が存在しないことを裏付ける。
なお、既述したように、炭素の存在下で650℃を超える温度に曝されると、LiFeOの還元分解が生じると考えられる。比較例1の合成工程における加熱温度は700℃であったため、LiFeOの還元分解生成物であるFe結晶が生成したと推測される。これに対して、実施例1の合成工程における加熱温度は460℃であったことから、LiFeOの還元分解が抑制され、Fe結晶の生成がみられなかったと推測される。
As shown in FIG. 2, it was confirmed that Li 5 FeO 4 was produced in the composite particles of Example 1 and Comparative Example 1. Moreover, the diffraction peak derived from the Fe crystal was clearly detected from the composite particles of Comparative Example 1. On the other hand, the peak was not detected in the composite particles of Example 1. This result confirms that Fe crystals are present in the composite particles of Comparative Example 1 and Fe crystals are not present in the composite particles of Example 1.
As described above, it is considered that reduction decomposition of Li 5 FeO 4 occurs when exposed to a temperature exceeding 650 ° C. in the presence of carbon. Since the heating temperature in the synthesis step of Comparative Example 1 was 700 ° C., it is presumed that Fe crystals, which are the reduction decomposition products of Li 5 FeO 4 , were produced. On the other hand, since the heating temperature in the synthesis step of Example 1 was 460 ° C., it is presumed that the reductive decomposition of Li 5 FeO 4 was suppressed and the formation of Fe crystals was not observed.

(評価例7)
ラマン分光光度計にて、実施例3の複合粒子、比較例2の複合粒子、参考例1の複合粒子及び黒鉛を分析した。得られたラマン分光スペクトルを図3に示す。
(Evaluation example 7)
The composite particles of Example 3, the composite particles of Comparative Example 2, the composite particles of Reference Example 1, and graphite were analyzed with a Raman spectrophotometer. The obtained Raman spectroscopic spectrum is shown in FIG.

図3に示すように、黒鉛のラマン分光スペクトルの1200~1700m-1には、グラファイトに由来するG-Bandと称される炭素由来のピーク、及び、ダングリングボンドに由来するD-Bandと称される炭素由来のピークが検出された。 As shown in FIG. 3, in 1200 to 1700 m -1 of the Raman spectroscopic spectrum of graphite, a peak derived from carbon called G-Band derived from graphite and a peak derived from carbon derived from dangling bond are referred to as D-Band. A carbon-derived peak was detected.

実施例3及び参考例1の各複合粒子のラマン分光スペクトルには、半値幅40cm-1以下のシャープなG-Bandが検出された。しかし、比較例2の複合粒子のラマン分光スペクトルには、シャープなG-Bandは検出されず、半値幅88cm-1のブロードなピークのみが検出された。 A sharp G-Band with a half width of 40 cm -1 or less was detected in the Raman spectroscopic spectra of each composite particle of Example 3 and Reference Example 1. However, no sharp G-Band was detected in the Raman spectroscopic spectrum of the composite particle of Comparative Example 2, and only a broad peak with a half width of 88 cm -1 was detected.

D-Bandに着目すると、Li源として水酸化リチウムを用いた実施例3の複合粒子では、ラマン分光スペクトルに明確なD-Bandが検出された。これに対して、Li源として炭酸リチウムを用いた参考例1の複合粒子では、ラマン分光スペクトルに検出されたD-Bandは非常に小さなものであった。G-Bandのピーク面積をD-Bandのピーク面積で除したG/D比は、参考例1の複合粒子では3.6であったのに対し、実施例3の複合粒子では0.8であった。この結果を基に、本発明の複合粒子における当該G/D比の好ましい範囲として、0.5~2、0.5~1.5、0.5~1.0の各範囲を挙げることができる。 Focusing on D-Band, in the composite particle of Example 3 using lithium hydroxide as the Li source, clear D-Band was detected in the Raman spectroscopic spectrum. On the other hand, in the composite particle of Reference Example 1 in which lithium carbonate was used as the Li source, the D-Band detected in the Raman spectroscopic spectrum was very small. The G / D ratio obtained by dividing the peak area of G-Band by the peak area of D-Band was 3.6 for the composite particle of Reference Example 1 and 0.8 for the composite particle of Example 3. there were. Based on this result, each range of 0.5 to 2, 0.5 to 1.5, and 0.5 to 1.0 can be mentioned as a preferable range of the G / D ratio in the composite particle of the present invention. can.

Claims (6)

LiFeOと炭素とを含む複合粒子であって、BET比表面積が2m/g以下かつ炭素の質量百分率(Wc)が1≦Wc≦6の範囲内である、複合粒子。 A composite particle containing Li 5 FeO 4 and carbon, wherein the BET specific surface area is 2 m 2 / g or less and the mass percentage (Wc) of carbon is within the range of 1 ≦ Wc ≦ 6. 前記BET比表面積が0.5m/g以上である、請求項1に記載の複合粒子。 The composite particle according to claim 1, wherein the BET specific surface area is 0.5 m 2 / g or more. 前記複合粒子のX線回折チャートにおいてFe結晶に由来するピークが検出されない、請求項1又は請求項2に記載の複合粒子。 The composite particle according to claim 1 or 2, wherein the peak derived from the Fe crystal is not detected in the X-ray diffraction chart of the composite particle. 前記複合粒子をラマン分光光度計にて分析することで得られるラマン分光スペクトルにおいて、G-Bandが検出される、請求項1~請求項3の何れか一項に記載の複合粒子。 The composite particle according to any one of claims 1 to 3, wherein G-Band is detected in a Raman spectroscopic spectrum obtained by analyzing the composite particle with a Raman spectrophotometer. 請求項1~請求項の何れか一項に記載の複合粒子、または、Li FeO と炭素とを含みBET比表面積が1m /g未満である複合粒子を具備する正極。 A positive electrode comprising the composite particles according to any one of claims 1 to 4 , or composite particles containing Li 5 FeO 4 and carbon and having a BET specific surface area of less than 1 m 2 / g . 請求項に記載の正極を具備するリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising the positive electrode according to claim 5 .
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