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JP7135673B2 - Composite particle manufacturing method - 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を製造する方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing Li 5 FeO 4 used as a positive electrode material for lithium ion secondary batteries.

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。 Lithium ion secondary batteries are small and have a large capacity, so they are used as batteries for various devices such as mobile phones and laptop computers. A lithium-ion secondary battery has 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。 Various lithium metal composite oxides are known to be used as positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries, and one of them is Li 5 FeO 4 . It is also known that Li 5 FeO 4 has a small reversible capacity and generates gas during charging. It is also known to be used for the purpose of

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 having a positive electrode using LiMn 2 O 4 and Li 5 FeO 4 at a mass ratio of 95: 5 . It is described that the addition could 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 discloses a lithium ion secondary battery comprising only Li 5 FeO 4 as a positive electrode active material, and a lithium ion secondary battery comprising Li 5 FeO 4 and a metal oxide containing no Li as a positive electrode active material. 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 having a positive electrode using LiCoO 2 and Li 5 FeO 4 at a mass ratio of 91:9 to 97:3 as positive electrode active materials. It is described that the addition of 5 FeO 4 was able to improve the initial charge capacity.

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. It is stated that pores can be formed.

特開2007-287446号公報JP 2007-287446 A 特開2012-99316号公報JP 2012-99316 A 特開2014-157653号公報JP 2014-157653 A 国際公開第2014/118834号WO2014/118834

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 with excellent battery characteristics and excellent materials for manufacturing lithium-ion secondary batteries, and new technologies are required to achieve this. 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関連材料を製造する方法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 method for producing 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 inventors investigated Li 5 FeO 4 , they discovered a phenomenon in which a battery comprising Li 5 FeO 4 does not develop a sufficient capacity. The inventors presumed that this phenomenon is due to the low electrical conductivity of Li 5 FeO 4 , that is, the property of high resistance. Then, for the purpose of increasing the conductivity of Li 5 FeO 4 , carbon-coated Li 5 FeO 4 was produced by coating the surface of Li 5 FeO 4 with a carbon film, and when this was tested, carbon-coated Li 5 FeO 4 was obtained. However, the inventors have found that there are cases where the capacity is not necessarily expressed sufficiently.

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 attempted to produce carbon-coated Li 5 FeO 4 under various conditions in order to improve the capacity of the battery, aiming to produce composite particles containing Li 5 FeO 4 and carbon. The present inventor completed the present invention through further intensive research.

本発明の複合粒子の製造方法は、
酸化性ガス存在下でLi源とFe源と黒鉛とを加熱する工程を含む、LiFeOと炭素とを含む複合粒子の製造方法である。
The method for producing composite particles of the present invention comprises:
A method for producing composite particles containing Li 5 FeO 4 and carbon, including the step of heating a Li source, an Fe source, and graphite in the presence of an oxidizing gas.

本発明の製造方法によると、正極材料として十分な容量を発現する複合粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, composite particles that exhibit sufficient capacity as a positive electrode material can be produced.

評価例1における実施例1の複合粒子、実施例2の複合粒子及び比較例1の炭素被覆LiFeOのX線回折チャートである。2 is an X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 1, the composite particles of Example 2, and the carbon-coated Li 5 FeO 4 of Comparative Example 1 in Evaluation Example 1. FIG. 評価例4における実施例3~実施例5の複合粒子のX線回折チャートである。4 is an X-ray diffraction chart of composite particles of Examples 3 to 5 in Evaluation Example 4. FIG. 評価例4における実施例6の複合粒子及び実施例7の複合粒子のX線回折チャートである。4 is an X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 6 and Example 7 in Evaluation Example 4. FIG. 評価例4における実施例6の複合粒子及び実施例7の複合粒子のX線回折チャートである。4 is an X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 6 and Example 7 in Evaluation Example 4. FIG. 評価例4における実施例3の複合粒子、実施例7の複合粒子、実施例8の複合粒子のX線回折チャートである。3 is an X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 3, the composite particles of Example 7, and the composite particles of Example 8 in Evaluation Example 4. FIG. 評価例4における実施例3の複合粒子、実施例7の複合粒子、実施例8の複合粒子のX線回折チャートである。3 is an X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 3, the composite particles of Example 7, and the composite particles of Example 8 in Evaluation Example 4. FIG.

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。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated. Unless otherwise specified, the numerical range "a to b" described in this specification includes the lower limit a and the upper limit b. Further, a numerical range can be configured by arbitrarily combining these upper and lower limits and the numerical values listed in the examples. Furthermore, a numerical value arbitrarily selected from within these numerical ranges can be used as the new upper and lower numerical values.

本発明の複合粒子の製造方法は、酸化性ガス存在下でLi源とFe源と黒鉛とを加熱する工程により、LiFeOと炭素とを含む複合粒子を製造方法である。 The method for producing composite particles of the present invention is a method for producing composite particles containing Li 5 FeO 4 and carbon by a step of heating a Li source, an Fe source and graphite in the presence of an oxidizing gas.

本発明の複合粒子の製造方法で製造される複合粒子は、LiFeOと炭素とを含む複合粒子である。視点を変えると、本発明の製造方法で製造された複合粒子は、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、本発明の複合粒子の製造方法を単に本発明の製造方法と称し、当該本発明の製造方法における「酸化性ガス存在下でLi源とFe源と黒鉛とを加熱する工程」を合成工程と称する。
また、必要に応じて、本発明の製造方法で製造された複合粒子を本発明の複合粒子と称し、当該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。
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といえる。
The composite particles produced by the method for producing composite particles of the present invention are composite particles containing Li 5 FeO 4 and carbon. From a different point of view, the composite particles produced by the production method of the present invention can be said to be particles in which the phase of Li 5 FeO 4 and the phase of carbon are combined. Hereinafter, the method for producing composite particles of the present invention will be simply referred to as the production method of the present invention as necessary, and in the production method of the present invention, "heating Li source, Fe source, and graphite in the presence of an oxidizing gas. process" is referred to as a synthetic process.
Further, as necessary, the composite particles produced by the production method of the present invention are referred to as the composite particles of the present invention, and the Li 5 FeO 4 phase contained in the composite particles of the present invention is referred to as the Li 5 FeO 4 phase. , the carbon phase is called the carbon phase.
The Li 5 FeO 4 phase is a portion that is mainly involved in the battery reaction, but has relatively poor conductivity, and the carbon phase is a portion that plays a role of supplementing the conductivity of the Li 5 FeO 4 phase with its own excellent conductivity. It can be said that there is.

ところで、既述した、本発明者が製造した炭素被覆LiFeOは、LiFeOの粒子を有機物からなる炭素源とともに当該炭素源の炭化温度以上に加熱することで、LiFeOの表面を所謂熱CVD法による炭素膜で被覆したものである。本発明の製造方法は、当該熱CVD法により炭素被覆LiFeOを製造する方法とは、本質的に異なる。 By the way, the carbon - coated Li 5 FeO 4 manufactured by the present inventor as described above is produced by heating particles of Li 5 FeO 4 together with a carbon source made of an organic substance to a temperature equal to or higher than the carbonization temperature of the carbon source. is coated with a carbon film by a so-called thermal CVD method. The production method of the present invention is essentially different from the method of producing carbon-coated Li 5 FeO 4 by the thermal CVD method.

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。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、フッ化リチウムが例示され、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、塩化鉄が例示される。
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一般的である。
As a method of synthesizing Li 5 FeO 4 , a method of synthesizing by reacting a Li source and an Fe source under heating conditions is known. Examples of the Li source include elemental lithium, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium hydrogen carbonate, and lithium fluoride. Examples of the Fe source include elemental iron, iron oxide, iron hydroxide, iron oxyhydroxide, and sulfuric acid. Iron, iron nitrate and iron chloride are exemplified.
From the point of purity of the product, it is common to react lithium elemental substance and iron oxide, lithium oxide and iron elemental substance, or lithium oxide and iron oxide to react.

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源に加えて黒鉛の存在する反応系でLiFeOを合成し、LiFeO相と炭素相とを有する複合粒子を製造する。
黒鉛はそのまま炭素相となるため、本発明の製造方法の合成工程では、LiFeO相が炭素相と接触した状態で合成され、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。つまり、本発明の製造方法における合成工程では有機物等の炭素源を炭化する必要はなく、合成工程では、Li源、Fe源及び黒鉛をLiFeOの合成温度で加熱すれば良い。
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 graphite is present in addition to a Li source and an Fe source, and composite particles having a Li 5 FeO 4 phase and a carbon phase. to manufacture.
Since graphite becomes the carbon phase as it is, in the synthesis step of the production method of the present invention, the Li 5 FeO 4 phase is synthesized in contact with the carbon phase, and the carbon phase adheres to the surface of the Li 5 FeO 4 particles. It is believed that particles are obtained. That is, in the synthesis step of the production method of the present invention, it is not necessary to carbonize the carbon source such as an organic substance, and the Li source, Fe source and graphite may be heated at the synthesis temperature of Li 5 FeO 4 in the synthesis step.

炭化水素等の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。このため熱CVD法を用いて炭素被覆LiFeOを製造する際には、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。本発明の製造方法によると、LiFeOを炭素源の炭化のために高温に曝す必要がないために、上記した熱に因るLiFeOへの悪影響を抑制できる。また、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実績があるため、リチウムイオン二次電池の正極に用いられる複合粒子の炭素相としては特に好ましいといえる。
以下、必要に応じて、Li源、Fe源及び黒鉛を含み合成工程に供される複合粒子の原料を、混合原料と称する。
The carbonization temperature of organic substances such as hydrocarbons is often a high temperature exceeding the synthesis temperature of Li 5 FeO 4 . Therefore, when the carbon-coated Li 5 FeO 4 is produced using the thermal CVD method, the Li 5 FeO 4 may be adversely affected by heat during the carbonization of the organic matter. According to the production method of the present invention, since it is not necessary to expose Li 5 FeO 4 to high temperatures for carbonization of the carbon source, the above-described adverse effects of heat on Li 5 FeO 4 can be suppressed. Further, since graphite has a track record of being used as a conductive aid in the positive electrode of lithium ion secondary batteries, it can be said that graphite is particularly preferable as the carbon phase of the composite particles used in the positive electrode of lithium ion secondary batteries.
Hereinafter, the raw material of the composite particles containing the Li source, the Fe source, and the graphite and subjected to the synthesis step will be referred to as a mixed raw material, if necessary.

ところで、本発明の製造方法における合成工程では、黒鉛の存在下でLiFeOを合成する。このため、合成工程の間、合成工程で生成したLiFeOは黒鉛と複合化された状態で加熱されるといえる。本発明の製造方法では、このことによる弊害が生じ得る。 By the way, in the synthesis step in the production method of the present invention, Li 5 FeO 4 is synthesized in the presence of graphite. Therefore, it can be said that during the synthesis process, Li 5 FeO 4 produced in the synthesis process is heated while being composited with graphite. In the production method of the present invention, this may cause adverse effects.

つまり、合成工程の条件によっては、合成工程で生成したLiFeOが炭素と反応し、還元分解される場合がある。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が析出する可能性がある。負極の表面にFeが析出すると、当該Feを核としてデンドライトが成長する虞もある。
That is, depending on the conditions of the synthesis process, Li 5 FeO 4 produced in the synthesis process may react with carbon and be reductively decomposed. If the reductive decomposition of the Li 5 FeO 4 progresses, it becomes difficult to produce the composite particles of the present invention with high yield.
In addition, Fe crystals are generated with this reductive decomposition. If the Fe crystals are brought into the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery, Fe may precipitate on the surface of the negative electrode during charging of the lithium ion secondary battery. If Fe precipitates on the surface of the negative electrode, dendrites may grow with the Fe as nuclei.

上記したLiFeOの還元分解は、合成工程を酸化雰囲気で行うことで抑制できる。本発明の製造方法では、合成工程を酸化性ガス存在下すなわち酸化雰囲気で行うため、LiFeOの還元分解を抑制しつつ本発明の複合粒子を製造することが可能である。 The reductive decomposition of Li 5 FeO 4 described above can be suppressed by conducting the synthesis process in an oxidizing atmosphere. In the production method of the present invention, the synthesis step is performed in the presence of an oxidizing gas, that is, in an oxidizing atmosphere, so that the composite particles of the present invention can be produced while suppressing reductive decomposition of Li 5 FeO 4 .

また、LiFeOの還元分解反応は650℃を超える温度下で進行すると考えられる。したがって、LiFeOの還元分解抑制のためには、合成工程を650℃以下で行うのが好ましい。 Also, it is considered that the reductive decomposition reaction of Li 5 FeO 4 proceeds at temperatures exceeding 650°C. Therefore, in order to suppress reductive decomposition of Li 5 FeO 4 , it is preferable to carry out the synthesis process at 650° C. or lower.

ここで、LiFeOの合成温度は、Li源の種類に応じて異なる。具体的には、Li源として酸化リチウムを用いる場合のLiFeOの合成温度は500℃程度、Li源として水酸化リチウムを用いる場合のLiFeOの合成温度は460℃程度、Li源として炭酸リチウムを用いる場合のLiFeOの合成温度は730℃程度である。つまり、Li源として炭酸リチウムを用いる場合にはLiFeOの合成温度は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、LiFeOの還元分解反応自体を抑制して、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。
Here, the synthesis temperature of Li 5 FeO 4 differs depending on the type of Li source. Specifically, the Li 5 FeO 4 synthesis temperature is about 500° C. when lithium oxide is used as the Li source, and the Li 5 FeO 4 synthesis temperature is about 460° C. when lithium hydroxide is used as the Li source. The synthesis temperature of Li 5 FeO 4 when lithium carbonate is used as is about 730°C. That is, when lithium carbonate is used as the Li source, the synthesis temperature of Li 5 FeO 4 exceeds 650° C., but when lithium hydroxide or lithium oxide is used as the Li source, the temperature is relatively low, less than 650° C. can synthesize Li 5 FeO 4 .
Therefore, in order to suppress the reductive decomposition reaction of Li 5 FeO 4 itself, to produce the composite particles of the present invention with good yield, and to suppress the generation of Fe crystals, lithium hydroxide or lithium oxide is used as the Li source. It can be said that it is preferable to select

なお、Li源として水酸化リチウムを用いFe源として酸化第2鉄を用いたLiFeOの合成反応は、二段階で進行すると考えられる。このうち一段階目の反応は下記(1)の反応であり、二段階目の反応は下記(2)の反応であると考えられる。
10LiOH+Fe→2LiFeO+8LiOH+HO…(1)
2LiFeO+8LiOH→2LiFeO+4HO…(2)
It is considered that the synthesis reaction of Li 5 FeO 4 using lithium hydroxide as the Li source and ferric oxide as the Fe source proceeds in two stages. Among them, the reaction in the first stage is considered to be the reaction (1) below, and the reaction in the second stage is considered to be the reaction (2) below.
10LiOH+ Fe2O3- >2LiFeO2 + 8LiOH + H2O ...(1)
2LiFeO 2 +8LiOH→2Li 5 FeO 4 +4H 2 O (2)

上記の一段階目及び二段階目の反応において酸化性ガスの一種であるHOが生成する。したがって、当該第1段階目の反応開始後の反応系には、酸化性ガスが存在するといえる。したがって、たとえ加熱温度が650℃を超える温度、つまり、LiFeOの還元分解が生じ得る温度であっても、当該酸化性ガスによってLiFeOの還元分解は抑制される。
換言すると、Li源として水酸化リチウムを用いる場合には、反応系に別途酸化性ガスを供給しなくても、LiFeOの合成時に副生する酸化性ガスによって反応系を酸化性雰囲気にできる。このため、酸化性ガスを別途供給することなく650℃を超える高温で合成工程を行ったとしても、LiFeOの還元分解を抑制しつつ本発明の複合粒子を製造できる。勿論、Li源として水酸化リチウムを用いる場合の反応系に、別途、酸化性ガスを供給しても良い。
反応系に供給する酸化性ガスとしては、水(水蒸気)及び二酸化炭素等が例示される。
H 2 O, which is a kind of oxidizing gas, is produced in the above-described first-stage and second-stage reactions. Therefore, it can be said that an oxidizing gas exists in the reaction system after the start of the reaction in the first stage. Therefore, even if the heating temperature exceeds 650° C., that is, the temperature at which reductive decomposition of Li 5 FeO 4 can occur, the oxidizing gas suppresses reductive decomposition of Li 5 FeO 4 .
In other words, when lithium hydroxide is used as the Li source, the reaction system can be brought into an oxidizing atmosphere by the oxidizing gas produced as a by-product during the synthesis of Li 5 FeO 4 without supplying an oxidizing gas separately to the reaction system. can. Therefore, even if the synthesis step is performed at a high temperature exceeding 650° C. without supplying an oxidizing gas separately, the composite particles of the present invention can be produced while suppressing reductive decomposition of Li 5 FeO 4 . Of course, an oxidizing gas may be separately supplied to the reaction system when lithium hydroxide is used as the Li source.
Examples of the oxidizing gas supplied to the reaction system include water (steam) and carbon dioxide.

なお、Fe源である酸化第2鉄もまた、炭素とともに加熱されることで還元されると考えられる。しかし、当該酸化第2鉄の還元反応もまた、HO等の酸化性ガスの存在下で抑制される。
また、当該酸化第2鉄の還元反応は、一段階目のLiFeO合成反応の開始前に生じ得るが、当該還元反応の生成物は酸化性ガスで酸化されるため、再度酸化第2鉄が生成する。このため、酸化性ガスの存在下で合成工程を行うことで、原料の損失を抑制しつつ効率良くLiFeOの合成及び複合粒子の製造を行い得る利点もある。
It is considered that ferric oxide, which is the Fe source, is also reduced by being heated together with carbon. However, the reduction reaction of the ferric oxide is also suppressed in the presence of an oxidizing gas such as H2O .
In addition, the reduction reaction of the ferric oxide can occur before the start of the Li 5 FeO 4 synthesis reaction in the first stage, but since the product of the reduction reaction is oxidized by the oxidizing gas, it is oxidized again. produces iron. Therefore, by performing the synthesis step in the presence of an oxidizing gas, there is also the advantage that the synthesis of Li 5 FeO 4 and the production of composite particles can be efficiently performed while suppressing the loss of raw materials.

一方、Li源として炭酸リチウムを用いFe源として酸化第2鉄を用いたLiFeOの合成反応では、COガスが生じる。このCOガスもまた酸化性ガスとして機能するため、Li源として炭酸リチウムを用いる場合にも、LiFeOの合成反応で副生する酸化性ガスによって、Fe源としての酸化第2鉄及びLiFeOの還元反応を抑制できる。 On the other hand, the synthesis reaction of Li 5 FeO 4 using lithium carbonate as the Li source and ferric oxide as the Fe source produces CO 2 gas. Since this CO 2 gas also functions as an oxidizing gas, even when lithium carbonate is used as the Li source, the oxidizing gas produced as a by-product in the synthesis reaction of Li 5 FeO 4 causes ferric oxide and ferric oxide as Fe sources. A reduction reaction of Li 5 FeO 4 can be suppressed.

なお、Li源として炭酸リチウムを用いる場合、LiFeOの合成温度は650℃を超える。このため、Li源として炭酸リチウムを用いFe源として酸化第2鉄を用いる場合には、合成工程で酸化第2鉄及びLiFeOの還元反応が生じることが前提となる。したがって、この場合には、反応系に別途酸化性ガスを供給するのが好ましい。特に、LiFeOの合成反応が完了すると、当該反応による酸化性ガスの供給もまた完了する。このため、Li源として炭酸リチウムを用いる場合には、LiFeOの合成反応の完了前に、酸化性ガスを別途供給するのが良い。 Note that when lithium carbonate is used as the Li source, the synthesis temperature of Li 5 FeO 4 exceeds 650°C. Therefore, when lithium carbonate is used as the Li source and ferric oxide is used as the Fe source, it is premised that a reduction reaction of ferric oxide and Li 5 FeO 4 occurs in the synthesis process. Therefore, in this case, it is preferable to separately supply an oxidizing gas to the reaction system. In particular, when the synthesis reaction of Li 5 FeO 4 is completed, the supply of oxidizing gas by the reaction is also completed. Therefore, when lithium carbonate is used as the Li source, it is preferable to separately supply an oxidizing gas before the completion of the synthesis reaction of Li 5 FeO 4 .

ところで、Li源として酸化リチウムや炭酸リチウム等を用いる場合には、合成工程において、Li源、Fe源及び黒鉛を含む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、例えば有機添加剤の添加量が多ければ、有機添加剤に由来する夾雑物が複合粒子に多く存在することになる。この場合には、複合粒子の純度が低下し、正極活物質等としての複合粒子の機能が損なわれる可能性がある。
By the way, when lithium oxide, lithium carbonate, or the like is used as the Li source, the Li source may stick to the reactor of the heating device that heats the mixed raw material containing the Li source, the Fe source, and the graphite in the synthesis process. There is If the Li source sticks, the yield of the composite particles deteriorates.
By adding an organic additive that can function as a lubricant, such as sucrose fatty acid ester or fatty acid, to the mixed raw material, the problem of sticking of the Li source can be suppressed. However, for example, if the amount of the organic additive added is large, a large amount of contaminants derived from the organic additive will be present in the composite particles. In this case, there is a possibility that the purity of the composite particles will decrease and the function of the composite particles as a positive electrode active material or the like will be impaired.

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。このことによっても、水酸化リチウムはLi源として好ましく使用されるといえる。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, since the lithium hydroxide itself can function as a lubricant, the problem of sticking of the Li source is less likely to occur, and the addition of an organic additive becomes unnecessary. This fact also makes it possible to say that lithium hydroxide is preferably used as a Li source. 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源および黒鉛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, the apparatus for heating the mixed raw material of the Li source, the Fe source, and the graphite includes, for example, a hot wall type, cold wall type, horizontal type, vertical type, fluidized bed reactor, rotary furnace, and tunnel furnace. , a batch type kiln, a rotary kiln, or the like 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源および黒鉛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。 It should be noted that the synthesis step is desirably carried out with the mixed raw material in a fluid state. By doing so, the Li source, the Fe source and the graphite can be uniformly dispersed, the Li 5 FeO 4 can be produced efficiently, and the carbon phase is uniformly formed on the surface of the Li 5 FeO 4 phase. composite particles can be produced. Furthermore, in this case, binding between the composite particles can be suppressed. Various methods such as using a fluidized bed are available for making the mixed raw material into a fluid state, but it is preferable to stir the mixed raw material. For example, if a rotary kiln having a baffle inside is used, the mixed raw material remaining on the baffle is stirred by dropping from a predetermined height as the rotary kiln 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。 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 considering the decomposition of Li 5 FeO 4 described above, it is preferably 650° C. or less. More preferable heating temperature ranges include ranges of 600° C. or lower, 550° C. or lower, 500° C. or lower, 490° C. or lower, and 470° C. or lower.

合成工程における加熱温度の下限値は特に問わないが、390℃以上とすることができる。加熱温度の特に好ましい範囲として390℃~640℃の範囲が挙げられる。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。 Although the lower limit of the heating temperature in the synthesis step is not particularly limited, it can be 390° C. or higher. A particularly preferable range of the heating temperature is 390°C to 640°C. The present inventor has already confirmed that Li 5 FeO 4 can be synthesized by heating at 400° C. using lithium oxide as the Li source and elemental iron as the Fe source.

合成工程における加熱温度は、4時間を超えるのが好ましく、6時間以上であるのがより好ましく、8時間以上であるのがさらに好ましく、10時間以上であるのが特に好ましい。加熱時間に上限は特にないが、複合粒子の製造効率を考慮すると、当該加熱時間は50時間以下であるのが好ましい。 The heating temperature in the synthesis step is preferably over 4 hours, more preferably 6 hours or more, still more preferably 8 hours or more, and particularly preferably 10 hours or more. Although there is no particular upper limit to the heating time, the heating time is preferably 50 hours or less in consideration of the production efficiency of the composite particles.

合成工程における好ましい加熱温度及び加熱時間をLi源毎に例示する。
Li源として水酸化リチウムを用いる場合、加熱温度は440℃以上であるのが好ましく、450℃以上であるのがより好ましく、460℃以上であるのが特に好ましい。Li源として水酸化リチウムを用い、かつ、加熱温度を460℃以上とする場合には、好ましい加熱時間として、2時間以上、3時間以上、4時間以上の各範囲が挙げられる。
また、Li源として炭酸リチウムを用いる場合、加熱温度は720℃以上であるのが好ましく、730℃以上であるのがより好ましく、740℃以上であるのが特に好ましい。Li源として炭酸リチウムを用い、かつ、加熱温度を720℃以上とする場合、好ましい加熱時間として、15時間以上、20時間以上、24時間超、26時間以上の各範囲が挙げられる。
Li源として炭酸リチウムを用い、かつ、加熱温度を730℃以上とする場合、好ましい加熱時間として、8時間以上、10時間以上、13時間以上の各範囲が挙げられる。
Li源として炭酸リチウムを用い、かつ、加熱温度を740℃以上とする場合、好ましい加熱時間として、6時間以上、8時間以上、10時間以上、12時間以上、13時間以上の各範囲が挙げられる。
Preferred heating temperature and heating time in the synthesis step are exemplified for each Li source.
When lithium hydroxide is used as the Li source, the heating temperature is preferably 440° C. or higher, more preferably 450° C. or higher, and particularly preferably 460° C. or higher. When lithium hydroxide is used as the Li source and the heating temperature is set to 460° C. or higher, preferable heating time ranges are 2 hours or longer, 3 hours or longer, and 4 hours or longer.
When lithium carbonate is used as the Li source, the heating temperature is preferably 720° C. or higher, more preferably 730° C. or higher, and particularly preferably 740° C. or higher. When lithium carbonate is used as the Li source and the heating temperature is 720° C. or higher, the preferable heating time is 15 hours or longer, 20 hours or longer, 24 hours or longer, and 26 hours or longer.
When lithium carbonate is used as the Li source and the heating temperature is set to 730° C. or higher, preferable heating time ranges are 8 hours or longer, 10 hours or longer, and 13 hours or longer.
When lithium carbonate is used as the Li source and the heating temperature is 740° C. or higher, the preferred heating time is 6 hours or longer, 8 hours or longer, 10 hours or longer, 12 hours or longer, and 13 hours or longer. .

合成工程の原料となる混合原料には、LiFeOの合成反応の量論比に基づいた量のLi源及びFe源を配合すれば良い。黒鉛の量は特に問わないが、好ましい範囲として、当該合成工程で生成するLiFeOを100質量%としたときに、0.5質量%~4.5質量%となる量、0.5質量%~4質量%となる量、0.5質量%~3.5質量%となる量、の各範囲が挙げられる。
または、混合原料における黒鉛の量の好ましい範囲として、Li源に含まれるリチウム1molに対して、炭素換算で1mol未満、0.9mol以下、0.8mol以下、0.6mol以下、0.5mol以下の各範囲が挙げられる。特に炭素源がLiCOである場合には、当該混合原料における黒鉛の量の好ましい範囲として、1molのLiCOに対して炭素換算で2mol未満、1.8mol以下、1.6mol以下、1.2mol以下、1.0mol以下の各範囲が挙げられる。
The mixed raw material, which is the raw material for the synthesis step, may be mixed with the Li source and the Fe source in amounts based on the stoichiometric ratio of the synthesis reaction of Li 5 FeO 4 . The amount of graphite is not particularly limited, but a preferable range is 0.5% by mass to 4.5% by mass when Li 5 FeO 4 produced in the synthesis step is taken as 100% by mass. Each range of an amount of 0.5% to 3.5% by mass and an amount of 0.5% to 3.5% by mass can be mentioned.
Alternatively, the preferable range of the amount of graphite in the mixed raw material is less than 1 mol, 0.9 mol or less, 0.8 mol or less, 0.6 mol or less, or 0.5 mol or less in terms of carbon per 1 mol of lithium contained in the Li source. Each range is included. Especially when the carbon source is Li 2 CO 3 , the preferable range of the amount of graphite in the mixed raw material is less than 2 mol, 1.8 mol or less, and 1.6 mol or less in terms of carbon per 1 mol of Li 2 CO 3 . , 1.2 mol or less, and 1.0 mol or less.

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、黒鉛を粉砕しても良い。混合原料は、Li源、Fe源及び黒鉛を単に足し加えたものであっても良いし、混合したものであっても良いが、手動で又は混合装置を用いて均一に混合したものであるのが好ましい。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, graphite may be pulverized. The mixed raw material may be a mixture of the Li source, the Fe source and the graphite, or may be a mixture of the Li source, the Fe source, and the graphite. is preferred. For example, mixed raw materials include ball mills, planetary ball mills, Nara Machinery Co., Ltd. Hybridization System (NHS) and Miralo (MIRALO), Hosokawa Micron Co., Ltd. Mechanofusion and Nobilta, Tokuju Kosakusho Co., Ltd. Theta Composer, etc. The equipment can grind, mix or coalesce.

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。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。
If necessary, the above-described organic additives may be added to the raw material mixture in the synthesis step. Examples of organic additives include sucrose fatty acid esters, fatty acids, fatty acid salts, fatty acid amides, N,N'-ethylenebis fatty acid amides, fumaric acid alkyl ester alkali metal salts and hardened oils.
Addition of the organic additive can suppress the particles of Li 5 FeO 4 from becoming coarse, and can suppress the BET specific surface area of the composite particles from becoming too small. In addition, as described above, it also has the effect of suppressing 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, 0.5 to 5% by mass, and 1 to 3% by mass with respect to the total Li source and Fe source. , can be mentioned.

以下、本発明の複合粒子について説明する。
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。既述したように、LiFeO相は主として電池反応に関与し、炭素相はLiFeO相の導電性を補う役割を担うためである。
The composite particles of the present invention are described below.
The Li 5 FeO 4 phase and the carbon phase in the composite particles of the present invention may have any size and any shape, but the composite particles of the present invention are used as positive electrode materials for lithium ion secondary batteries. , it is preferable that the carbon phase exists on the surface of the particulate Li 5 FeO 4 phase. This is because, as described above, the Li 5 FeO 4 phase is mainly involved in the battery reaction, and the carbon phase plays a role of supplementing the electrical conductivity of the Li 5 FeO 4 phase.

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 particulate with a diameter smaller than that of Li 5 FeO 4 , and may be scattered over the entire surface of Li 5 FeO 4 , It may be present only on part of the surface of the Li 5 FeO 4 .

本発明の複合粒子における炭素の質量%(Wc)は、特に問わないが、1≦Wc≦10の範囲内であるのが好ましい。当該炭素の質量のより好ましい範囲としては、2.0<Wc≦8.0の範囲内、2.5≦Wc≦6.0の範囲内、3.0≦Wc≦5.0の範囲内を挙げることができる。 The mass % (Wc) of carbon in the composite particles of the present invention is not particularly limited, but is preferably within the range of 1≦Wc≦10. A more preferable range of the mass of the carbon is within the range of 2.0<Wc≦8.0, within the range of 2.5≦Wc≦6.0, and within the range of 3.0≦Wc≦5.0. can be mentioned.

本発明の複合粒子のBET比表面積は特に問わないが、0.1~15m/g、0.1~12m/g、0.1~10m/g、0.1~7m/gの各範囲を挙げることができる。
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。
The BET specific surface area of the composite particles of the present invention is not particularly limited, but is 0.1 to 15 m 2 /g, 0.1 to 12 m 2 /g, 0.1 to 10 m 2 /g, 0.1 to 7 m 2 / g . Each range of can be mentioned.
Incidentally, 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 excessively large, Li 5 FeO 4 may react with moisture and carbon dioxide in the atmosphere, degrading Li 5 FeO 4 , or adversely affecting the physical properties of the slurry during the production of the positive electrode.

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 powder form. Examples of the powder resistance value of the composite particles of the present invention include 10 −1 to 5×10 3 Ωcm, 1 to 1×10 3 Ωcm, and 10 to 5×10 2 Ωcm.
In addition, the powder resistance value in this specification means the volume resistance value when a load of 4 kN is applied to the measurement sample.

上記した本発明の製造方法では、酸化性ガスの存在下で合成工程を行うことで、LiFeOや酸化第2鉄等の還元が抑制され、Fe結晶の生成が抑制されると考えられる。このため、本発明の製造方法では、Fe結晶を有しない複合粒子を製造するのが好ましい。複合粒子がFe結晶を有しないことは、X線回折により確認できる。詳しくは、複合粒子のX線回折チャートにFe結晶に由来するピークが検出されなければ、当該複合粒子がFe結晶を有しないといい得る。したがって、本発明の製造方法で得られる本発明の複合粒子としては、当該複合粒子のX線回折チャートにFe結晶に由来するピークが検出されないものが特に好ましいといい得る。 In the production method of the present invention described above, the synthesis step is performed in the presence of an oxidizing gas, so that the reduction of Li 5 FeO 4 and ferric oxide is suppressed, and it is believed that the formation of Fe crystals is suppressed. . Therefore, in the production method of the present invention, it is preferable to produce composite particles having no Fe crystals. It can be confirmed by X-ray diffraction that the composite particles do not have Fe crystals. Specifically, if no peak derived from Fe crystals is detected in the X-ray diffraction chart of the composite particles, it can be said that the composite particles do not have Fe crystals. Therefore, it can be said that the composite particles of the present invention obtained by the production method of the present invention are particularly preferably those in which peaks derived from Fe crystals are not detected in the X-ray diffraction chart of the composite particles.

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。 The composite particles of the present invention can function as a positive electrode active material, as a lithium ion supplier, or as various additives. In particular, the composite particles of the present invention are a positive electrode material for lithium ion secondary batteries, and function favorably as a lithium ion supplier during the initial charge in the positive electrode of the lithium ion secondary battery. Hereinafter, a positive electrode for a lithium ion secondary battery comprising the composite particles of the present invention will be referred to as "positive electrode of the present invention", and a lithium ion secondary battery comprising the positive electrode of the present invention will be referred to as "lithium ion secondary battery of the present invention". It says.

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. A positive electrode active material layer is formed on the current collector. When the composite particles of the present invention are lithium ion donors, the amount of the composite particles of the present invention to be blended 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 refers to a chemically inert electronic conductor for continuing current flow to an electrode during discharge or charge 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 used. The material of the current collector 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. can be exemplified by metal materials such as The current collector may be covered with a known protective layer. A current collector whose surface has been 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 employ 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 aluminum or an aluminum alloy as the positive electrode current collector. Here, aluminum refers to pure aluminum, and aluminum with a purity of 99.0% or more is called pure aluminum. An alloy obtained by adding various elements to pure aluminum is called an aluminum alloy. Aluminum alloys 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 aluminum alloy, specifically, for example, A1000 series alloys (pure aluminum series) such as JIS A1085 and A1N30, A3000 series alloys (Al--Mn series) such as JIS A3003 and A3004, JIS A8079, A8021 and the like. A8000 series alloy (Al--Fe series).

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 foil, sheet, film, wire, rod, mesh, and the like. Therefore, metal foils such as copper foil, nickel foil, aluminum foil, and stainless steel foil can be preferably used as the current collector. When the current collector is in the form of foil, sheet or film, the thickness 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, a general formula of layered rock salt structure: LiaNibCocMndDeOf ( 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, At least one element selected from Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, and V, a lithium composite metal oxide represented by 1.7 ≤ f ≤ 3), 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, Y, Bi, S, Si, Na, K, At least one element selected from P and V, a lithium composite metal oxide represented by 1.7≦f≦3), and Li 2 MnO 3 can be mentioned. Further, as the positive electrode active material, a spinel-structured metal oxide such as LiMn 2 O 4 , a solid solution composed of a mixture of a spinel-structured metal oxide and a layered compound, LiMPO 4 , LiMVO 4 or Li 2 MSiO 4 (in the formula is selected from at least one of Co, Ni, Mn and Fe). Furthermore, examples of the positive electrode active material include taborite compounds represented by LiMPO 4 F (M is a transition metal) such as LiFePO 4 F, and borate compounds represented by LiMBO 3 (M is a transition metal) such as LiFeBO 3 . be able to. Any metal oxide used as a positive electrode active material may have the above compositional formula as a basic composition, and those in which the metal elements contained in the basic composition are replaced with other metal elements can also be used. Further, as the positive electrode active material, a material that does not contain charge carriers (for example, lithium ions that contribute to charging and discharging) may be used. Examples include elemental sulfur, compounds of sulfur and carbon, metal sulfides such as TiS2 , oxides such as V2O5 and MnO2 , polyaniline and anthraquinone, and compounds containing these aromatics in their chemical structures. Conjugated materials such as acetic acid-based organic substances and other known materials can also be used. Furthermore, compounds having stable radicals such as nitroxide, nitronyl nitroxide, galvinoxyl, and phenoxyl may be employed as positive electrode active materials. When using a positive electrode active material that does not contain a charge carrier such as lithium, it is necessary to add the 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 in a non-ionic 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。 From the viewpoint of high capacity and excellent durability, as a positive electrode active material, a layered rock salt structure with a general formula: Li a Ni b Co c Mnd 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, at least one element selected from Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P and V; Lithium composite metal oxide, or Li a Nib Coc 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 adopt a lithium composite metal oxide represented by at least one element selected from Y, Bi, S, Si, Na, K, P, and V and 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。 Li x Mn 2-y A y O 4 (A is Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al, P, Ga , Ge, and at least one metal element selected from transition metal elements such as Ni, 0<x≦2.2, 0≦y≦1). Examples of the range of values of x are 0.5≦x≦1.8, 0.7≦x≦1.5, and 0.9≦x≦1.2, and the range of values of y is 0. ≤y≤0.8 and 0≤y≤0.6 can be exemplified. Specific spinel structure compounds 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。 LiFePO4 , Li2FeSiO4 , LiCoPO4 , Li2CoPO4 , Li2MnPO4 , Li2MnSiO4 , and Li2CoPO4F can be exemplified as specific positive electrode active materials. Another specific positive electrode active material is Li 2 MnO 3 —LiCoO 2 .

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 aid. As the binder and the conductive aid contained in the positive electrode active material layer, those described below for the negative electrode may be appropriately employed.

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。 The lithium ion secondary battery of the present invention specifically comprises the positive electrode of the present invention, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator. The negative electrode includes a current collector and a negative active material layer formed on the current collector. The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material and, if necessary, may contain additives such as a binder and a conductive aid. The current collector for the negative electrode may be appropriately selected from those described for 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。 Materials that can occlude and release charge carriers can be used as the negative electrode active material. Therefore, there is no particular limitation as long as it is a simple substance, alloy or compound that can occlude and release charge carriers such as lithium ions. For example, as the negative electrode active material, Li, carbon, silicon, germanium, group 14 elements such as tin, aluminum, group 13 elements such as indium, zinc, group 12 elements such as cadmium, antimony, group 15 elements such as bismuth, magnesium , alkaline earth metals such as calcium, and Group 11 elements such as silver and gold may be used singly. Specific examples of alloys or compounds include tin-based materials such as Ag—Sn alloys, Cu—Sn alloys, and Co—Sn alloys, carbon-based materials such as various types of graphite, and SiO x ( 0.3≦x≦1.6), silicon alone, or a composite of a silicon-based material and a carbon-based material. In addition, as a negative electrode active material, oxides 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= Nitrides represented by (Co, Ni, Cu) may be employed. One or more of these materials 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。 Graphite, Si-containing materials, and Sn-containing materials can be cited as preferable negative electrode active materials from the viewpoint of the possibility of increasing the capacity. In particular, when a Si-containing material in which the presence of irreversible capacity is an important issue is employed 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 supplier is remarkably exhibited. 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。 Specific examples of the Si-containing material include simple Si and SiO x (0.3≦x≦1.6) disproportionated into two phases of a Si phase and a silicon oxide phase. The Si phase in SiO x can occlude and release lithium ions, and its volume changes as the secondary battery is charged and discharged. The silicon oxide phase undergoes less volume change during charging and discharging than the Si phase. In other words, SiO x as the negative electrode active material realizes a high capacity due to the Si phase, and suppresses the volume change of the entire negative electrode active material by having the silicon oxide phase. Note that if x is less than the lower limit, the ratio of Si becomes excessive, so that the volume change during charging and discharging becomes too large, and the cycle characteristics of the secondary battery deteriorate. On the other hand, if x exceeds the upper limit, the Si ratio becomes too small and the energy density decreases. The range of x is more preferably 0.5≤x≤1.5, 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 addition, in the SiO x described above, it is believed that an alloying reaction occurs between lithium and silicon in the Si phase during charging and discharging of the lithium ion secondary battery. It is believed that this alloying reaction contributes to charging and discharging of the lithium ion secondary battery. The Sn-containing material, which will be described later, is also considered to be chargeable and dischargeable through an alloying reaction between 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 Sn-containing materials include single Sn, tin alloys such as Cu—Sn and Co—Sn, amorphous tin oxides, and tin silicon oxides. SnB 0.4 P 0.6 O 3.1 can be exemplified as an amorphous tin oxide, and SnSiO 3 can be exemplified as a tin silicon oxide.

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 compositing, the structure of silicon and/or tin in particular is stabilized, and the durability of the negative electrode is improved. The above compounding may be performed by a known method. Graphite, hard carbon, soft carbon, or the like may be used as the carbon material used for compositing. 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。 Specific examples of Si-containing materials include silicon materials (hereinafter simply referred to as “silicon materials”) disclosed in International Publication No. 2014/080608 and the like.

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-like silicon bodies are laminated in the thickness direction. The silicon material is prepared, for example, by reacting CaSi 2 with an acid to synthesize a layered silicon compound containing polysilane as a main component, and further by 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 method for producing a silicon material is represented by an ideal reaction formula using hydrogen chloride as an acid as follows.
3CaSi2 + 6HCl→ Si6H6 + 3CaCl2
Si 6 H 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 polysilane Si 6 H 6 , water is usually used as a reaction solvent from the viewpoint of removing by-products and impurities. In addition, since Si 6 H 6 can react with water, in the process of synthesizing the layered silicon compound including the reaction in the upper stage, the layered silicon compound is rarely produced as containing only Si 6 H 6 . The silicon compound is represented by Si 6 H s (OH) t X u (X is an element or group derived from an acid anion, s+t+u=6, 0<s<6, 0<t<6, 0<u<6). manufactured as In the above chemical formula, unavoidable impurities such as Ca that may remain are not taken into consideration. A silicon material obtained by heating the layered silicon compound also contains elements derived from oxygen and acid anions.

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-like silicon bodies are laminated in the thickness direction. In order to efficiently absorb and release charge carriers such as lithium ions, the thickness of the plate-shaped silicon body is preferably in the range of 10 nm to 100 nm, more preferably in the range of 20 nm to 50 nm. The longitudinal length of the plate-shaped silicon body is preferably within the range of 0.1 μm to 50 μm. In addition, it is preferable that (longitudinal length)/(thickness) of the plate-like silicon body is within the range of 2 to 1,000. The lamination structure of the plate-shaped silicon bodies can be confirmed by observation with a scanning electron microscope or the like. It is also believed that this layered structure is a remnant of the Si layer in the CaSi 2 raw material.

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。 Preferably, the silicon material includes amorphous silicon and/or silicon crystallites. In particular, in the plate-like silicon body, a state in which amorphous silicon is used as a matrix and silicon crystallites are scattered in the matrix is preferable. The size of the silicon crystallites is preferably in the range of 0.5 nm to 300 nm, more preferably in the range of 1 nm to 100 nm, even more 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 Scherrer's formula using the half width of the diffraction peak of the Si (111) plane of the X-ray diffraction chart obtained 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 amount and size of the plate-shaped silicon bodies, amorphous silicon and silicon crystallites contained in the silicon material are mainly affected by the heating temperature and heating time. The heating temperature is preferably within the range of 350°C to 950°C, more preferably within 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. A silicon material coated with carbon has excellent electrical 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 2-7 μm, more preferably in the range of 2.5-6.5 μm. If a silicon material with too small an average particle size is used, it may become difficult to manufacture the negative electrode from the viewpoint of cohesiveness and wettability. Specifically, a silicon material having too small an average particle size may aggregate in the slurry prepared when manufacturing the negative electrode. On the other hand, a lithium ion secondary battery having a negative electrode using a silicon material having an excessively large average particle size may not be able to be charged and discharged appropriately. The reason for this is presumed to be that lithium ions cannot sufficiently diffuse into the silicon material with an excessively large average particle size. In addition, the average particle size in this specification means D50 when a sample is measured with a general laser diffraction type particle size distribution analyzer.

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。 Binders include fluorine-containing resins 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 cellulose. , styrene-butadiene rubber, etc. may be employed.

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。 Also, a crosslinked polymer obtained by crosslinking a carboxyl group-containing polymer such as polyacrylic acid or polymethacrylic acid with a polyamine such as diamine disclosed in International Publication No. 2016/063882 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。 Diamines used in the crosslinked polymer include alkylenediamines such as ethylenediamine, propylenediamine and hexamethylenediamine, 1,4-diaminocyclohexane, 1,3-diaminocyclohexane, isophoronediamine, bis(4-aminocyclohexyl)methane and the like. saturated carbocyclic diamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl ether, bis(4-aminophenyl)sulfone, benzidine, o-tolidine, 2,4- Aromatic diamines such as tolylenediamine, 2,6-tolylenediamine, xylylenediamine and naphthalenediamine are included.

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 content of the binder in the active material layer is preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 1 to 15% by mass, still more 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 formability of the electrode will deteriorate, and if the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode will be low.

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。 A conductive aid is added to increase the conductivity of the electrode. Therefore, the conductive aid may be added arbitrarily when the conductivity of the electrode is insufficient, and may not be added when the conductivity of the electrode is sufficiently excellent. The conductive aid may be a chemically inert high electron conductor, and examples include carbon black, graphite, vapor grown carbon fiber, and various metal particles, which are carbonaceous fine particles. be. Examples of carbon black include acetylene black, Ketjenblack (registered trademark), furnace black, and channel black. These conductive aids can be added to the active material layer singly or in combination of two or more. The mixing ratio of the conductive aid in the active material layer is preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 1 to 15% by mass, even more preferably 2 to 10% by mass, and particularly preferably 2 to 5% by mass. This is because if the amount of the conductive aid is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive aid 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 an 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, a curtain coating method, etc. is used to form a current collector. The active material 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 the slurry is applied to the surface of the current collector and then dried. Examples of solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. In order to increase the electrode density, it may be compressed after drying.

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 slurry-like composition for producing a positive electrode active material layer comprising the composite particles of the present invention and a solvent for producing the positive electrode active material layer, the solid content is in the range of 30 to 90% by mass. It is preferably within the range of 50 to 75% by mass. 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 amount of the composite particles of the present invention to be blended in the composition for producing a positive electrode active material layer may be appropriately determined according to the application of the composite particles of the present invention.
When the composite particles of the present invention are used as a lithium ion supply agent for supplementing lithium ions corresponding to the irreversible capacity of the negative electrode, the amount of the composite particles of the present invention in the composition for producing a positive electrode active material layer is is within the range of 1 to 10% by mass, within the range of 3 to 9% by mass, and within the range of 5 to 8% by mass relative 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。 In addition, the amount of the positive electrode active material in the composition for producing the positive electrode active material layer is 80 to 95% by mass, 83 to 93% by mass, and 85 to 90% by mass based on the solid content. Within the range can be exemplified. The amount of the binder in the composition for producing the positive electrode active material layer is 0.5 to 10% by mass, 1 to 5% by mass, and 2 to 4% by mass based on the solid content. Within the range can be exemplified. The amount of the conductive aid in the composition for producing the positive electrode active material layer is 0.5 to 5% by mass, 1 to 4% by mass, and 1 to 3% by mass based on the solid content. Within 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 from the negative electrode and allows lithium ions to pass through while preventing short circuits 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, polyacrylonitrile, polysaccharides such as cellulose and amylose, and fibroin. , natural polymers such as keratin, lignin and suberin, and porous bodies, non-woven fabrics, and woven fabrics using one or a plurality of electrically insulating materials such as ceramics. Also, the separator may have a multilayer 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。 Cyclic carbonates, cyclic esters, chain carbonates, chain esters, ethers and the like can be used as non-aqueous solvents. Examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate, and examples of cyclic esters include gamma-butyrolactone, 2-methyl-gamma-butyrolactone, acetyl-gamma-butyrolactone, and gamma-valerolactone. Examples of chain carbonates include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate and ethyl methyl carbonate, and examples of chain esters include alkyl propionate, dialkyl malonate and alkyl acetate. 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 hydrogen atoms in the chemical structure of the above specific solvent are substituted with fluorine may be employed.

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 electrolytes 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, a lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 or LiCF 3 SO 3 is added to a non-aqueous solvent such as fluoroethylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate or diethyl carbonate at 0.5 mol/mol. A solution dissolved at a concentration of about L to 1.7 mol/L can be exemplified.

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, an electrode body is formed by sandwiching a separator between a positive electrode and a negative electrode. The electrode body may be of either a laminated type in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are laminated, or a wound type in which a laminated body of a positive electrode, a separator and a negative electrode is wound. After connecting the current collector of the positive electrode and the current collector of the negative electrode to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal leading to the outside using a current collecting lead or the like, an electrolyte is added to the electrode body to make 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 cylindrical, square, coin-shaped, and laminate-shaped can be employed.

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 any vehicle that uses electrical energy from a lithium-ion secondary battery as a power source in whole or in part, 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 preferable to connect a plurality of lithium ion secondary batteries in series to form an assembled battery. Devices equipped with lithium ion secondary batteries include, in addition to vehicles, personal computers, mobile communication devices, various home electric appliances driven by batteries, office equipment, industrial equipment, and the like. Furthermore, the lithium ion secondary battery of the present invention is used for wind power generation, solar power generation, hydraulic power generation, and other power storage devices and power smoothing devices for power systems, power sources for ships and/or auxiliary equipment, aircraft, power source for spacecraft and/or auxiliary equipment, auxiliary power source for vehicles that do not use electricity as a power source, power source for mobile home robots, power source for system backup, power source for uninterruptible power supply, It may be used as a power storage device that temporarily stores electric power required for charging in a charging station for an electric vehicle.

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 embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications, improvements, etc. that can be made by those skilled in the art can be implemented without departing from the scope of the present invention.

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。 Various specific examples are shown below to describe the present invention more specifically. However, 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、黒鉛を1.6質量部秤量した混合原料を、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 prepared by weighing 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 was put into a planetary ball mill. The planetary ball mill was operated at an autorotation speed of 800 rpm and a revolution speed of 800 rpm to pulverize and mix the mixed raw material until the resulting particles had a diameter of 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12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における混合原料には、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%としたときに3質量%となる量を配合した。
The mixed raw material pulverized and mixed was placed in a reactor and heated at 460° C. for 12 hours in an argon atmosphere in an electric furnace to synthesize composite particles of Example 1.
The mixed raw material in Example 1 was mixed with the Li source and the Fe source in such an amount that the atomic ratio of Li to Fe was 5:1. Graphite was blended in an amount that would be 3% by mass when Li 5 FeO 4 produced in the synthesis step is taken as 100% by mass.

(実施例2)
(合成工程)
Li源としてLiCOを62.7質量部、Fe源としてFeを27.1質量部、黒鉛を8.1質量部、及び、有機添加剤であるステアリン酸リチウムを2.0質量部秤量して混合原料とした。また、合成工程における加熱温度及び加熱時間を730℃、13時間とした。それ以外は実施例1と同様に、実施例2の複合粒子を得た。
なお、実施例2における混合原料には、LiとFeとCとが原子比で5:1:2となる量のLi源、Fe源及び黒鉛を配合した。
(Example 2)
(Synthesis process)
62.7 parts by mass of Li2CO3 as a Li source , 27.1 parts by mass of Fe2O3 as an Fe source, 8.1 parts by mass of graphite, and 2.0 parts by mass of lithium stearate as an organic additive. A mixed raw material was obtained by weighing parts by mass. Moreover, the heating temperature and the heating time in the synthesis process were 730° C. and 13 hours. Composite particles of Example 2 were obtained in the same manner as in Example 1 except for the above.
The mixed raw material in Example 2 was mixed with the Li source, the Fe source, and the graphite in such an amount that the atomic ratio of Li, Fe, and C was 5:1:2.

(比較例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。さらに、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%に相当する量で秤量して、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。
(Comparative 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 were charged into a planetary ball mill. Furthermore, lithium stearate, which is an organic additive, was weighed in an amount corresponding to 2% by mass with respect to the total amount of Li 2 O and Fe 2 O 3 and charged into a planetary ball mill. The planetary ball mill was operated at an autorotation speed of 800 rpm and a revolution speed of 800 rpm to pulverize and mix the mixed raw material until the resulting particles had a diameter of 10 μm or less.

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配置し、次いで、アルゴン雰囲気下で混合原料を600℃、60分間加熱して、LiFeO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を行い、LiFeOの表面に炭素膜を形成させて、比較例1の炭素被覆LiFeOを製造した。なお、LiFeO及び炭素被覆LiFeOの合成中は、ロータリーキルン型の反応器を回転状態とした。 The pulverized and mixed raw material was placed in a rotary kiln type reactor, and then the mixed raw material was heated at 600° C. for 60 minutes in an argon atmosphere to synthesize Li 5 FeO 4 . Subsequently, thermal CVD was performed at 700° C. for 40 minutes under a hexane-argon mixed gas flow to form a carbon film on the surface of Li 5 FeO 4 to obtain the carbon-coated Li 5 FeO of Comparative Example 1. 4 was produced. During the synthesis of Li 5 FeO 4 and carbon-coated Li 5 FeO 4 , the rotary kiln type reactor was kept rotating.

(評価例1)
実施例1の複合粒子、実施例2の複合粒子及び比較例1の炭素被覆LiFeO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1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 1)
The composite particles of Example 1, the composite particles of Example 2, and the carbon-coated Li 5 FeO 4 of Comparative Example 1 were analyzed by X-ray diffraction analysis using synchrotron radiation. The analysis conditions were as follows. The obtained X-ray diffraction chart is shown in FIG.
<Analysis conditions>
Measurement beamline: Aichi Synchrotron BL5S2
Measured energy: 12.4 keV
Camera length: 340mm
Exposure time: 300s
Capillary: diameter 0.3 mm

図1に示すように、実施例1の複合粒子、実施例2の複合粒子及び比較例1の炭素被覆LiFeOにLiFeOが生成していることが裏付けられた。また、比較例1の炭素被覆LiFeO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の複合粒子及び実施例2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の炭素被覆LiFeOにはFe結晶が存在し、実施例1の複合粒子及び実施例2の複合粒子にはFe結晶が存在しないことを裏付ける。実施例1の複合粒子及び実施例2の複合粒子にFe結晶が存在しないのは以下の理由によると考えられる。 As shown in FIG. 1, it was confirmed that Li 5 FeO 4 was generated in the composite particles of Example 1, the composite particles of Example 2, and the carbon-coated Li 5 FeO 4 of Comparative Example 1. Moreover, from the carbon-coated Li 5 FeO 4 of Comparative Example 1, diffraction peaks derived from Fe crystals were clearly detected. In contrast, the peak was not detected from the composite particles of Example 1 and the composite particles of Example 2. This result confirms that Fe crystals are present in the carbon-coated Li 5 FeO 4 of Comparative Example 1, and Fe crystals are not present in the composite particles of Example 1 and Example 2. The reason why the composite particles of Example 1 and the composite particles of Example 2 do not have Fe crystals is considered as follows.

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。 As previously mentioned, exposure to temperatures above 650° C. in the presence of carbon is believed to cause reductive decomposition of Li 5 FeO 4 . Since the heating temperature in the synthesis step of Comparative Example 1 was 700° C., it is presumed that Fe crystals, which are products of reductive decomposition of Li 5 FeO 4 , were generated.

また、比較例1の合成工程では、酸化リチウムをLi源とするLiFeOの合成反応が生じているところ、当該反応において酸化性ガスは副生しない。さらに、比較例1の合成工程では反応系への酸化性ガスの供給もない。つまり、比較例1の製造方法における合成工程は酸化性ガス非存在下で行われ、LiFeOの還元分解は抑制されなかったと考えられる。 In addition, in the synthesis process of Comparative Example 1, the synthesis reaction of Li 5 FeO 4 using lithium oxide as the Li source occurs, but no oxidizing gas is produced as a by-product in the reaction. Furthermore, in the synthesis process of Comparative Example 1, no oxidizing gas is supplied to the reaction system. That is, it is considered that the synthesis step in the production method of Comparative Example 1 was performed in the absence of an oxidizing gas, and the reductive decomposition of Li 5 FeO 4 was not suppressed.

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。また、実施例1の製造方法における合成工程では、水酸化リチウムをLi源とし酸化性ガスであるHOを副生する、LiFeOの合成反応が生じている。したがって、実施例1の製造方法における合成工程は、酸化性ガスの存在下で行われ、たとえLiFeOの還元分解が生じたとしても、当該還元分解は抑制されると考えられる。 On the other hand, since the heating temperature in the synthesis process of Example 1 was 460° C., it is presumed that the reductive decomposition of Li 5 FeO 4 was suppressed and no Fe crystals were formed. In addition, in the synthesis step in the production method of Example 1, a synthesis reaction of Li 5 FeO 4 occurs, in which lithium hydroxide is used as the Li source and H 2 O, which is an oxidizing gas, is produced as a by-product. Therefore, even if the synthesis step in the production method of Example 1 is performed in the presence of an oxidizing gas, and reductive decomposition of Li 5 FeO 4 occurs, it is considered that the reductive decomposition is suppressed.

また、実施例2の合成工程における加熱温度は730℃であるため、実施例2の合成工程では、LiFeOの還元分解が生じ得る。しかし、実施例2の製造方法における合成工程では、炭酸リチウムをLi源とし酸化性ガスであるCOを副生するLiFeOの合成反応が生じている。したがって、実施例2の製造方法における合成工程もまた、酸化性ガスの存在下で行われ、その結果、LiFeOの還元分解が抑制されると考えられる。このため、実施例2の複合粒子のX線回折チャートにはFe結晶が観察されなかったと推測される。 Further, since the heating temperature in the synthesis step of Example 2 is 730° C., reductive decomposition of Li 5 FeO 4 may occur in the synthesis step of Example 2. However, in the synthesis step in the production method of Example 2, a synthesis reaction of Li 5 FeO 4 occurs in which lithium carbonate is used as the Li source and CO 2 , which is an oxidizing gas, is produced as a by-product. Therefore, it is considered that the synthesis step in the production method of Example 2 is also performed in the presence of an oxidizing gas, and as a result, reductive decomposition of Li 5 FeO 4 is suppressed. Therefore, it is presumed that Fe crystals were not observed in the X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 2.

(評価例2)
炭素・硫黄分析装置を用いて、実施例1及び実施例2の複合粒子並びに比較例1のLiFeOに対して、炭素を対象とした元素分析を行った。結果を以下の評価例3の結果とともに表1に示す。
(Evaluation example 2)
Using a carbon/sulfur analyzer, the composite particles of Examples 1 and 2 and the Li 5 FeO 4 of Comparative Example 1 were subjected to elemental analysis targeting carbon. The results are shown in Table 1 together with the results of Evaluation Example 3 below.

(評価例3)
実施例1及び実施例2の複合粒子並びに比較例1の炭素被覆LiFeO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2の結果とともに表1に示す。
(Evaluation example 3)
For the composite particles of Examples 1 and 2 and the carbon-coated Li 5 FeO 4 of Comparative Example 1, the volume after applying a load of 4 kN using a powder resistivity measurement system (Mitsubishi Analyticch Co., Ltd.) Resistance values were measured. The results are shown in Table 1 together with the results of Evaluation Example 2.

Figure 0007135673000001
Figure 0007135673000001

表1に示すように、黒鉛の存在下でLi源とFe源とを反応させて得られた実施例1及び実施例2の複合粒子は、LiFeOを熱CVD法により炭素被覆して得られた比較例1の炭素被覆LiFeOと比べて、炭素量及び導電性の面で遜色ないものであった。 As shown in Table 1, the composite particles of Examples 1 and 2 obtained by reacting the Li source and the Fe source in the presence of graphite were carbon-coated with Li 5 FeO 4 by a thermal CVD method. Compared with the obtained carbon-coated Li 5 FeO 4 of Comparative Example 1, it was comparable in terms of carbon content and conductivity.

(実施例3)
(合成工程)
Li源としてLiCOを4.138g(56.0mmol)、Fe源としてFeを1.789g(11.2mmol)、黒鉛を0.538g(炭素換算で44.8mmol)を配合した混合原料を、遊星ボールミルに投入した。さらに、有機添加剤であるステアリン酸リチウムを、LiCO、Fe、黒鉛及びステアリン酸リチウムの合計量に対して2質量%に相当する量、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、当該混合原料の複合体を製造した。
この混合原料の複合体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、720℃で26時間加熱して、粒子状をなす実施例3の複合粒子を得た。
なお、実施例3における混合原料には、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、Li源に含まれるリチウム1molに対して、炭素換算で0.4molとなる量を配合した。
(Example 3)
(Synthesis process)
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 were blended. The mixed raw material was put into a planetary ball mill. Further, lithium stearate, which is an organic additive, was added to the planetary ball mill in an amount corresponding to 2% by mass with respect to the total amount of Li 2 CO 3 , Fe 2 O 3 , graphite and lithium stearate. A planetary ball mill was operated at a rotation speed of 800 rpm and a revolution speed of 800 rpm to produce a composite of the mixed raw materials.
The composite of this mixed raw material was placed in a rotary kiln reactor and heated at 720° C. for 26 hours in an argon atmosphere to obtain particulate composite particles of Example 3.
The mixed raw material in Example 3 was mixed with the Li source and the Fe source in such an amount that the atomic ratio of Li to Fe was 5:1. Graphite was blended in an amount of 0.4 mol in terms of carbon with respect to 1 mol of lithium contained in the Li source.

(実施例4)
合成工程における加熱温度及び加熱時間を730℃で13時間としたこと以外は、実施例3と同様に、実施例4の複合粒子を得た。
(Example 4)
Composite particles of Example 4 were obtained in the same manner as in Example 3, except that the heating temperature and heating time in the synthesis step were 730° C. for 13 hours.

(実施例5)
合成工程における加熱温度及び加熱時間を先ず720℃で4時間、次いで740℃で4時間、さらに720℃で4.5時間の合計12.5時間としたこと以外は、実施例3と同様に、実施例5の複合粒子を得た。
(Example 5)
In the same manner as in Example 3, except that the heating temperature and heating time in the synthesis step were first 720 ° C. for 4 hours, then 740 ° C. for 4 hours, and 720 ° C. for 4.5 hours in total, for a total of 12.5 hours. Composite particles of Example 5 were obtained.

(実施例6)
(合成工程)
Li源としてLiCOを4.055g(54.9mmol)、Fe源としてFeを1.753g(11.0mmol)、黒鉛を0.658g(炭素換算で54.9mmol)、及び、有機添加剤としてステアリン酸リチウムを、LiO、Fe、黒鉛及びステアリン酸リチウムの合計量に対して2質量%に相当する量、秤量して混合原料とした。また、合成工程における加熱温度及び加熱時間を720℃、4時間とした。これ以外は、実施例3と同様に、実施例6の複合粒子を得た。
なお、実施例6における混合原料には、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、Li源に含まれるリチウム1molに対して、炭素換算で0.5molとなる量を配合した。
(Example 6)
(Synthesis process)
4.055 g (54.9 mmol) of Li 2 CO 3 as a Li source, 1.753 g (11.0 mmol) of Fe 2 O 3 as an Fe source, 0.658 g of graphite (54.9 mmol in terms of carbon), and Lithium stearate as an organic additive was weighed in an amount corresponding to 2% by mass with respect to the total amount of Li 2 O, Fe 2 O 3 , graphite and lithium stearate to prepare a mixed raw material. Also, the heating temperature and the heating time in the synthesis step were 720° C. and 4 hours. Composite particles of Example 6 were obtained in the same manner as in Example 3 except for this.
The mixed raw material in Example 6 was mixed with the Li source and the Fe source in such an amount that the atomic ratio of Li to Fe was 5:1. Graphite was blended in an amount of 0.5 mol in terms of carbon with respect to 1 mol of lithium contained in the Li source.

(実施例7)
(合成工程)
Li源としてLiCOを3.680g(49.8mmol)、Fe源としてFeを1.591g(10.0mmol)、黒鉛を1.195g(炭素換算で99.6mmol)、及び、有機添加剤としてステアリン酸リチウムを、LiO、Fe、黒鉛及びステアリン酸リチウムの合計量に対して2質量%に相当する量、秤量して混合原料とした。また、合成工程における加熱温度及び加熱時間を720℃、4時間とした。これ以外は、実施例3と同様に、実施例7の複合粒子を得た。
なお、実施例7における混合原料には、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、Li源に含まれるリチウム1molに対して、炭素換算で1molとなる量を配合した。
(Example 7)
(Synthesis process)
3.680 g (49.8 mmol) of Li 2 CO 3 as the Li source, 1.591 g (10.0 mmol) of Fe 2 O 3 as the Fe source, 1.195 g of graphite (99.6 mmol in terms of carbon), and Lithium stearate as an organic additive was weighed in an amount corresponding to 2% by mass with respect to the total amount of Li 2 O, Fe 2 O 3 , graphite and lithium stearate to prepare a mixed raw material. Also, the heating temperature and the heating time in the synthesis step were 720° C. and 4 hours. Composite particles of Example 7 were obtained in the same manner as in Example 3 except for this.
The mixed raw material in Example 7 was mixed with the Li source and the Fe source in such an amount that the atomic ratio of Li to Fe was 5:1. Graphite was blended in an amount of 1 mol in terms of carbon with respect to 1 mol of lithium contained in the Li source.

(実施例8)
合成工程における加熱時間を20時間としたこと以外は、実施例6と同様に、実施例8の複合粒子を得た。
実施例8における混合原料には、実施例6と同様に、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。黒鉛についても、実施例6と同様に、Li源に含まれるリチウム1molに対して、炭素換算で0.5molとなる量を配合した。
(Example 8)
Composite particles of Example 8 were obtained in the same manner as in Example 6, except that the heating time in the synthesis step was set to 20 hours.
As in Example 6, the mixed raw material in Example 8 was mixed with the Li source and the Fe source in such an amount that the atomic ratio of Li to Fe was 5:1. Similarly to Example 6, graphite was blended in an amount of 0.5 mol in terms of carbon with respect to 1 mol of lithium contained in the Li source.

(評価例4)
実施例3~実施例8の複合粒子を、Cu管球を線源とした粉末X線回折分析に供して分析を行った。得られたX線回折チャートを図2~図6に示す。なお、図2は実施例3~実施例5の複合粒子のX線回折チャートであり、図3及び図4は実施例6及び実施例8の複合粒子のX線回折チャートである。図5及び図6は実施例3、実施例7及び実施例8の複合粒子のX線回折チャートである。
(Evaluation example 4)
The composite particles of Examples 3 to 8 were analyzed by powder X-ray diffraction analysis using a Cu tube as a radiation source. The obtained X-ray diffraction charts are shown in FIGS. 2 is an X-ray diffraction chart of the composite particles of Examples 3 to 5, and FIGS. 3 and 4 are X-ray diffraction charts of the composite particles of Examples 6 and 8. 5 and 6 are X-ray diffraction charts of the composite particles of Examples 3, 7 and 8. FIG.

図2~図6に示すように、実施例3~実施例8の各複合粒子にLiFeOが生成していることが裏付けられた。 As shown in FIGS. 2 to 6, it was confirmed that Li 5 FeO 4 was generated in each of the composite particles of Examples 3 to 8.

図2に示すように、実施例3~実施例5の複合粒子のX線回折チャートを比較すると、実施例3の複合粒子のX線回折チャート及び実施例4の複合粒子のX線回折チャートにはLi源である炭酸リチウムが確認されなかったのに対して、実施例5の複合粒子のX線回折チャートにはLi源である炭酸リチウムが僅かに確認された。これは、合成工程における加熱温度及び加熱時間に因るものと考えられる。 As shown in FIG. 2, when comparing the X-ray diffraction charts of the composite particles of Examples 3 to 5, the X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 3 and the X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 4 are shown. While no lithium carbonate, which is the Li source, was confirmed in Example 5, lithium carbonate, which is the Li source, was slightly confirmed in the X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 5. This is considered to be due to the heating temperature and heating time in the synthesis process.

実施例3~実施例8の製造方法のうち、実施例4の製造方法では、合成工程における加熱温度が730℃と比較的高かったため、加熱時間が13時間と比較的短くても、合成反応が十分に進行したと考えられる。
また、実施例3の製造方法では、合成工程における加熱温度が720℃と比較的低かったが、加熱時間が26時間と比較的長かったために、合成反応が十分に進行したと考えられる。
Among the production methods of Examples 3 to 8, in the production method of Example 4, the heating temperature in the synthesis step was relatively high at 730 ° C. Therefore, even if the heating time was relatively short at 13 hours, the synthesis reaction was completed. It is considered to have progressed sufficiently.
Moreover, in the production method of Example 3, the heating temperature in the synthesis step was relatively low at 720° C., but the heating time was relatively long at 26 hours.

これに対して、実施例5の製造方法のように、合成工程において、740℃と比較的高い温度で加熱したものの、その時間が4時間と短く、かつ、720℃と比較的低い温度で加熱する時間も、8.5時間と比較的短ければ、LiFeOの合成反応が十分に進行せず、LiFeOの原料であるLi源が残存するものと考えられる。 On the other hand, as in the production method of Example 5, in the synthesis step, although the heating was performed at a relatively high temperature of 740°C, the time was as short as 4 hours, and the heating was performed at a relatively low temperature of 720°C. If the heating time is as short as 8.5 hours, the reaction for synthesizing Li 5 FeO 4 does not proceed sufficiently, and the Li source, which is the raw material of Li 5 FeO 4 , remains.

この結果から、炭酸リチウムをLi源とする場合には、加熱温度は730℃以上であるのが好ましく、740℃以上であるのがより好ましいといえる。 From this result, it can be said that when lithium carbonate is used as the Li source, the heating temperature is preferably 730° C. or higher, and more preferably 740° C. or higher.

また、Li源として炭酸リチウムを用い、かつ、加熱温度を720℃以上とする場合、加熱時間は15時間以上であるのが好ましく、20時間以上であるのがより好ましく、24時間以上であるのがさらに好ましく、26時間以上であるのが特に好ましいといえる。
Li源として炭酸リチウムを用い、かつ、加熱温度を730℃以上とする場合、加熱時間は、8時間以上であるのが好ましく、10時間以上であるのがより好ましく、13時間以上であるのが特に好ましいといえる。
Li源として炭酸リチウムを用い、かつ、加熱温度を740℃以上とする場合、加熱時間は、6時間以上であるのが好ましく、8時間以上であるのがより好ましく、10時間以上であるのがさらに好ましく、12時間以上であるのがなお好ましく、13時間以上であるのが特に好ましいといえる。
When lithium carbonate is used as the Li source and the heating temperature is 720° C. or higher, the heating time is preferably 15 hours or longer, more preferably 20 hours or longer, and 24 hours or longer. is more preferable, and 26 hours or longer is particularly preferable.
When lithium carbonate is used as the Li source and the heating temperature is 730° C. or higher, the heating time is preferably 8 hours or longer, more preferably 10 hours or longer, and preferably 13 hours or longer. It can be said that it is particularly preferable.
When lithium carbonate is used as the Li source and the heating temperature is 740° C. or higher, the heating time is preferably 6 hours or longer, more preferably 8 hours or longer, and preferably 10 hours or longer. More preferably, it is more preferably 12 hours or more, and particularly preferably 13 hours or more.

図4に示すように、実施例6及び実施例7の複合粒子のX線回折チャートを比較すると、実施例6の複合粒子のX線回折チャートにはFe結晶が確認されなかったのに対して、実施例7の複合粒子のX線回折チャートにはFe結晶が確認された。これは、混合原料に含まれる黒鉛の量に因るものと考えられる。 As shown in FIG. 4, when comparing the X-ray diffraction charts of the composite particles of Examples 6 and 7, Fe crystals were not confirmed in the X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 6. , Fe crystals were confirmed in the X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 7. This is considered to be due to the amount of graphite contained in the mixed raw material.

つまり、実施例6の製造方法では、Li源に含まれるリチウム1molに対して、炭素換算で0.5molとなる量の(または、1molのLiCOに対して炭素換算で1molとなる量の)黒鉛を配合した。これに対して、実施例7の製造方法では、Li源に含まれるリチウム1molに対して、炭素換算で1molとなる量の(または、1molのLiCOに対して炭素換算で2molとなる量の)黒鉛を配合した。
このことにより、実施例7の製造方法では、実施例6の製造方法に比べて多くの黒鉛を含むためにLiFeOの還元反応速度が大きくなり、その結果、Fe結晶が生じたものと考えられる。
That is, in the production method of Example 6, the amount of 0.5 mol in terms of carbon for 1 mol of lithium contained in the Li source (or the amount of 1 mol in terms of carbon to 1 mol of Li 2 CO 3 ) graphite was added. On the other hand, in the production method of Example 7, 1 mol of lithium contained in the Li source is 1 mol in terms of carbon (or 2 mol in terms of carbon is used for 1 mol of Li 2 CO 3 amount) of graphite was added.
As a result, the production method of Example 7 contained more graphite than the production method of Example 6, so that the reduction reaction rate of Li 5 FeO 4 was increased, and as a result, Fe crystals were generated. Conceivable.

この結果から、混合原料における黒鉛の量の好ましい範囲として、Li源に含まれるリチウム1molに対して、炭素換算で1mol未満、0.9mol以下、0.8mol以下、0.6mol以下、0.5mol以下の各範囲を挙げることができる。
また、炭素源がLiCOである場合には、混合原料における黒鉛の量の好ましい範囲として、1molのLiCOに対して炭素換算で2mol未満、1.8mol以下、1.6mol以下、1.2mol以下、1.0mol以下の各範囲を挙げることができる。
From this result, the preferable range of the amount of graphite in the mixed raw material is less than 1 mol, 0.9 mol or less, 0.8 mol or less, 0.6 mol or less, and 0.5 mol in terms of carbon per 1 mol of lithium contained in the Li source. Each of the following ranges can be mentioned.
Further, when the carbon source is Li 2 CO 3 , the preferred range of the amount of graphite in the mixed raw material is less than 2 mol, 1.8 mol or less, 1.6 mol or less in terms of carbon per 1 mol of Li 2 CO 3 , 1.2 mol or less, and 1.0 mol or less.

ところで、図4に示されるように、実施例6の複合粒子ではLiFeOの合成反応が十分に進行していないと考えられる。このため、本発明者は、合成工程における加熱時間を20時間とする実施例8の製造方法により、実施例8の複合粒子を製造し、当該実施例8の複合粒子のX線回折チャートを実施例3の複合粒子のX線回折チャート及び実施例7の複合粒子のX線回折チャートと比較した。
その結果、図6に示すように、実施例8の複合粒子においてはLiFeOの合成反応が十分に進行していることが確認され、かつ、実施例8の複合粒子にはFe結晶は確認されなかった。
By the way, as shown in FIG. 4, it is considered that the synthesis reaction of Li 5 FeO 4 does not proceed sufficiently in the composite particles of Example 6. Therefore, the present inventor produced the composite particles of Example 8 by the production method of Example 8 in which the heating time in the synthesis step was 20 hours, and conducted an X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 8. The X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 3 and the X-ray diffraction chart of the composite particles of Example 7 were compared.
As a result, as shown in FIG. 6, it was confirmed that the synthesis reaction of Li 5 FeO 4 proceeded sufficiently in the composite particles of Example 8, and the composite particles of Example 8 contained no Fe crystals. Not confirmed.

(実施例9)
(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、黒鉛を1.6質量部秤量した混合原料を、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 9)
(Synthesis process)
A mixed raw material prepared by weighing 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 was put into a planetary ball mill. The planetary ball mill was operated at an autorotation speed of 800 rpm and a revolution speed of 800 rpm to pulverize and mix the mixed raw material until the resulting particles had a diameter of 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9の複合粒子を合成した。
なお、実施例9における混合原料には、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%としたときに3質量%となる量を配合した。
The mixed raw material pulverized and mixed was placed in a reactor and heated at 460° C. for 4 hours in an argon atmosphere in an electric furnace to synthesize composite particles of Example 9.
The mixed raw material in Example 9 was mixed with the Li source and the Fe source in such an amount that the atomic ratio of Li to Fe was 5:1. Graphite was blended in an amount that would be 3% by mass when Li 5 FeO 4 produced in the synthesis step is taken as 100% by mass.

実施例9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9の正極を得た。 90 parts by mass of the composite particles of Example 9, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive agent, 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone are mixed, Slurry. A positive electrode of Example 9 was obtained by preparing an aluminum foil as a current collector, applying the slurry to this, and drying it.

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9の正極の順に、2種のセパレータを、負極と実施例8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9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. A glass filter (Hoechst Celanese) and celgard 2400 (Polypore Co., Ltd.), which is a single-layer polypropylene, were prepared as separators. Further, an electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol/L in a mixed solvent of 3 parts by volume of ethylene carbonate, 3 parts by volume of ethyl methyl carbonate and 4 parts by volume of dimethyl carbonate. Two types of separators were sandwiched between the negative electrode and the positive electrode of Example 8 in the order of negative electrode, glass filter, celgard2400, and positive electrode of Example 9 to form an electrode body. This electrode body was housed in a coin-shaped battery case CR2032 (Hosen Co., Ltd.), and an electrolytic solution was injected to obtain a sealed coin-shaped battery. This was used as a lithium ion secondary battery of Example 9.

(実施例10)
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、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9と同様に、実施例10の複合粒子を製造した。また、実施例10の複合粒子を用い、実施例9と同様に、実施例10の正極及び実施例10のリチウムイオン二次電池を製造した。
なお、実施例10における混合原料には、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%としたときに5質量%となる量を配合した。
(Example 10)
Except for using a mixed raw material containing 70.6 parts by mass of LiOH·H 2 O as the Li source, 26.8 parts by mass of Fe 2 O 3 as the Fe source, and 2.6 parts by mass of graphite. Composite particles of Example 10 were produced in the same manner as in Example 9. Also, using the composite particles of Example 10, a positive electrode of Example 10 and a lithium ion secondary battery of Example 10 were produced in the same manner as in Example 9.
The mixed raw material in Example 10 was mixed with the Li source and the Fe source in such an amount that the atomic ratio of Li to Fe was 5:1. Graphite was blended in an amount of 5% by mass when Li 5 FeO 4 produced in the synthesis step was taken as 100% by mass.

(比較例2)
(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LiFeO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、比較例2の炭素被覆LiFeO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。
比較例2の炭素被覆LiFeOを用い、実施例9と同様に、比較例2の負極及び比較例2のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative example 2)
(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 were put into a planetary ball mill. The planetary ball mill was operated at an autorotation speed of 800 rpm and a revolution speed of 800 rpm to pulverize and mix the mixed raw material until the resulting particles had a diameter of 10 μm or less.
The pulverized and mixed raw material was placed in a rotary kiln 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 at 700° C. for 40 minutes under a hexane-argon mixed gas flow to obtain the carbon-coated Li 5 FeO 4 of Comparative Example 2. got During the synthesis of Li 5 FeO 4 and the carbon coating, the rotary kiln type reactor was rotated.
Using the carbon-coated Li 5 FeO 4 of Comparative Example 2, a negative electrode of Comparative Example 2 and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 were produced in the same manner as in Example 9.

(評価例5)
実施例9、実施例10及び比較例2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表2に示す。
(Evaluation example 5)
Each of the lithium ion secondary batteries of Examples 9, 10 and Comparative Example 2 was charged at a current of 0.1 mA until the voltage reached 4.4V. Table 2 shows the observed charge capacities.

Figure 0007135673000002
Figure 0007135673000002

実施例9の複合粒子を用いた実施例9のリチウムイオン二次電池、及び、実施例10の複合粒子を用いた実施例10のリチウムイオン二次電池は、何れも、熱CVD法による比較例2の炭素被覆LiFeOを用いた比較例2のリチウムイオン二次電池に比べて、充電容量について遙かに優れていた。
この結果から、本発明の製造方法によると、充電容量に優れるリチウムイオン二次電池が得られるといえる。
Both the lithium ion secondary battery of Example 9 using the composite particles of Example 9 and the lithium ion secondary battery of Example 10 using the composite particles of Example 10 are comparative examples by thermal CVD. Compared with the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 using the carbon-coated Li 5 FeO 4 of No. 2, the charge capacity was far superior.
From these results, it can be said that a lithium-ion secondary battery having excellent charge capacity can be obtained according to the manufacturing method of the present invention.

また、実施例9のリチウムイオン二次電池は、充電容量につき実施例10のリチウムイオン二次電池よりも優れていることから、Li源としてLiOHを用いる場合、電池特性を考慮すると、混合原料に配合する黒鉛の量は、合成工程で生成するLiFeOを100質量%としたときに5質量%となる量未満であるのが好ましいといえる。当該黒鉛の量の好ましい範囲としては、合成工程で生成するLiFeOを100質量%としたときに、4.5質量%となる量以下、4質量%となる量以下、3.5質量%となる量以下の各範囲が挙げられる。黒鉛の量の下限は、特にないが、合成工程で生成するLiFeOを100質量%としたときに、0.5質量%となる量以上であるのが良いと考えられる。 In addition, since the lithium ion secondary battery of Example 9 is superior to the lithium ion secondary battery of Example 10 in charge capacity, when LiOH is used as the Li source, considering the battery characteristics, the mixed raw material It can be said that the amount of graphite to be blended is preferably less than 5% by mass when Li 5 FeO 4 produced in the synthesis step is taken as 100% by mass. A preferable range of the amount of the graphite is 4.5% by mass or less, 4% by mass or less, or 3.5% by mass when Li 5 FeO 4 produced in the synthesis step is 100% by mass. %. There is no particular lower limit to the amount of graphite, but it is thought that it should be at least 0.5% by mass when Li 5 FeO 4 produced in the synthesis step is 100% by mass.

Claims (1)

酸化性ガス存在下でLi源とFe源と黒鉛とを加熱する工程を含み、
前記酸化性ガスとして、水及び/又は二酸化炭素を用い、以下の(1)又は(2)を備える、LiFeOと炭素とを含む複合粒子の製造方法。
(1)前記Li源がLiOH又は酸化リチウムであり、かつ、前記加熱を390℃~640℃で行う、
(2)前記Li源がLi CO でありかつ前記加熱を720℃~740℃で行う。
A step of heating the Li source, the Fe source, and the graphite in the presence of an oxidizing gas ;
A method for producing composite particles containing Li 5 FeO 4 and carbon , using water and/or carbon dioxide as the oxidizing gas, and comprising the following (1) or (2) .
(1) the Li source is LiOH or lithium oxide, and the heating is performed at 390° C. to 640° C.;
(2) the Li source is Li 2 CO 3 and the heating is performed at 720°C to 740°C;
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