Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7271482B2 - cathode material - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7271482B2 - cathode material - Google Patents

cathode material Download PDF

Info

Publication number
JP7271482B2
JP7271482B2 JP2020154762A JP2020154762A JP7271482B2 JP 7271482 B2 JP7271482 B2 JP 7271482B2 JP 2020154762 A JP2020154762 A JP 2020154762A JP 2020154762 A JP2020154762 A JP 2020154762A JP 7271482 B2 JP7271482 B2 JP 7271482B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
positive electrode
titanium
transition metal
composite oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020154762A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022048761A (en
Inventor
良輔 大澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Prime Planet Energy and Solutions Inc
Original Assignee
Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Prime Planet Energy and Solutions Inc filed Critical Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority to JP2020154762A priority Critical patent/JP7271482B2/en
Publication of JP2022048761A publication Critical patent/JP2022048761A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7271482B2 publication Critical patent/JP7271482B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、正極材料および該正極材料を備えるリチウムイオン二次電池に関する。詳しくは、リチウム遷移金属複合酸化物と、該リチウム遷移金属複合酸化物の表面を被覆する酸化チタンとを備える正極材料に関する。 The present invention relates to a positive electrode material and a lithium ion secondary battery comprising the positive electrode material. More specifically, it relates to a positive electrode material comprising a lithium-transition metal composite oxide and titanium oxide coating the surface of the lithium-transition metal composite oxide.

リチウムイオン二次電池は、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源用途のみならず、近年は車両駆動用電源として好適に用いられている。かかる用途のリチウムイオン二次電池には、車両に搭載された状態で長期にわたって所望する出力の維持を実現する高い耐久性(例えばサイクル特性に優れること)が要求されている。 In recent years, lithium-ion secondary batteries have been suitably used not only as so-called portable power sources for personal computers, mobile terminals, and the like, but also as power sources for driving vehicles. Lithium-ion secondary batteries for such applications are required to have high durability (for example, excellent cycle characteristics) so as to maintain a desired output over a long period of time when mounted in a vehicle.

リチウムイオン二次電池の正極には、一般的には、電荷担体であるリチウムイオンを吸蔵および放出可能なリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質が用いられている。近年では、かかる正極活物質の表面に被覆物を形成する技術が盛んに研究されている。具体的には、例えば特許文献1では、リチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質の表層部にチタンを含む化合物を配置することが記載されている。 A positive electrode active material made of a lithium transition metal composite oxide capable of intercalating and deintercalating lithium ions, which are charge carriers, is generally used for the positive electrode of a lithium ion secondary battery. In recent years, techniques for forming a coating on the surface of such a positive electrode active material have been extensively studied. Specifically, for example, Patent Literature 1 describes disposing a compound containing titanium on the surface layer of a positive electrode active material made of a lithium-transition metal composite oxide.

特開2020-80332号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-80332

正極活物質の表面にチタン化合物を配置すると、かかるチタン化合物の誘電効果によって、リチウムイオン二次電池を充放電した際に、リチウムイオンが正極活物質に出入りしやすくなるといわれている。そのため、正極活物質の表面にチタン化合物を備える正極材料を含むリチウムイオン二次電池は、電池性能が向上し得るといわれている。
しかし、上記のような従来の正極材料を含むリチウムイオン二次電池は、充放電を繰り返した際の容量劣化耐性(即ち、サイクル性能)に、まだまだ改善の余地があった。
It is said that when a titanium compound is placed on the surface of the positive electrode active material, the dielectric effect of the titanium compound makes it easier for lithium ions to move in and out of the positive electrode active material during charging and discharging of the lithium ion secondary battery. Therefore, it is said that a lithium ion secondary battery containing a positive electrode material having a titanium compound on the surface of the positive electrode active material can improve battery performance.
However, lithium ion secondary batteries containing conventional positive electrode materials such as those described above still have room for improvement in resistance to capacity deterioration (that is, cycle performance) when charging and discharging are repeated.

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リチウムイオン二次電池のサイクル性能を向上し得る正極材料を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object thereof is to provide a positive electrode material capable of improving the cycle performance of a lithium ion secondary battery.

本発明者らは、リチウム遷移金属複合酸化物(正極活物質)の表面に配置するチタンの存在状態に着目した。そして、かかるリチウム遷移金属複合酸化物の表面に、特定量のチタンを従来よりも細かく点在させて配置することによって、リチウムイオン二次電池のサイクル性能を顕著に向上し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、ここで開示される技術によると、ニッケル、マンガン、およびコバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含有するリチウム遷移金属複合酸化物と、前記リチウム遷移金属複合酸化物の表面に配置されるチタンと、を備える正極材料が提供される。
前記リチウム遷移金属複合酸化物のニッケル元素、マンガン元素、およびコバルト元素の合計に対するチタン元素のモル比(Ti/Ni+Mn+Co)が0.03以上0.7以下である。走査電子顕微鏡およびエネルギー分散型X線分析を用いて取得された、前記チタン元素と前記リチウム遷移金属複合酸化物の構成元素との元素マッピング画像に基づいて測定された、前記リチウム遷移金属複合酸化物の表面における、各チタン元素存在部の面積の分布において累積頻度が50%となる面積(A50Ti)が0.028μm以上44.3μm以下の範囲内にある。
かかる構成の正極材料によると、リチウムイオン二次電池のサイクル性能を顕著に向上させることができる。
The present inventors paid attention to the existence state of titanium arranged on the surface of the lithium-transition metal composite oxide (positive electrode active material). Further, the inventors have found that the cycle performance of lithium-ion secondary batteries can be significantly improved by arranging a specific amount of titanium on the surface of such a lithium-transition metal composite oxide in a more finely scattered manner than in the past. I have perfected my invention.
That is, according to the technology disclosed herein, a lithium-transition metal composite oxide containing at least one element selected from the group consisting of nickel, manganese, and cobalt, and a lithium-transition metal composite oxide disposed on the surface of the lithium-transition metal composite oxide A cathode material is provided comprising: titanium.
The molar ratio (Ti/Ni+Mn+Co) of the titanium element to the total of the nickel element, the manganese element and the cobalt element in the lithium-transition metal composite oxide is 0.03 or more and 0.7 or less. The lithium-transition metal composite oxide measured based on an elemental mapping image of the titanium element and the constituent elements of the lithium-transition metal composite oxide obtained using a scanning electron microscope and energy dispersive X-ray analysis. The area (A50 Ti ) at which the cumulative frequency is 50% in the area distribution of each titanium element- existing portion on the surface of is in the range of 0.028 μm 2 or more and 44.3 μm 2 or less.
A positive electrode material having such a configuration can significantly improve the cycle performance of a lithium ion secondary battery.

好ましくは、前記チタンの平均粒子径は、0.2μm以上7.5μm以下である。
かかる構成によると、リチウム遷移金属複合酸化物の表面に、より細かくチタンを点在させ、より効率的にリチウムイオン二次電池のサイクル性能を向上し得る。
なお、本明細書中において「平均粒子径」とは、特に断りがない限り、レーザー散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置に基づいて測定した粒度分布における、体積基準の累積頻度が50%となる粒子径、即ち、50%体積平均粒子径(D50径)を意味する。
Preferably, the titanium has an average particle size of 0.2 μm or more and 7.5 μm or less.
According to this configuration, the surface of the lithium-transition metal composite oxide can be more finely dotted with titanium, and the cycle performance of the lithium-ion secondary battery can be improved more efficiently.
In the present specification, unless otherwise specified, the "average particle size" refers to a volume-based cumulative frequency of 50% in a particle size distribution measured based on a particle size distribution measuring device based on a laser scattering/diffraction method. It means the particle size, that is, the 50% volume average particle size ( D50 size).

また、好ましくは、前記モル比(Ti/Ni+Mn+Co)は、0.2以上である。
かかる構成によると、リチウムイオン二次電池のサイクル性能をより顕著に向上させることができる。
Moreover, preferably, the molar ratio (Ti/Ni+Mn+Co) is 0.2 or more.
With such a configuration, the cycle performance of the lithium-ion secondary battery can be significantly improved.

また、好ましくは、前記面積(A50Ti)は、1.5μm以上である。
かかる構成によると、リチウムイオン二次電池のサイクル性能をより顕著に向上させることができる。
Also preferably, the area (A50 Ti ) is 1.5 μm 2 or more.
With such a configuration, the cycle performance of the lithium-ion secondary battery can be significantly improved.

好ましい一態様では、前記チタンは、二酸化チタンとして存在する。
二酸化チタンは、安定してコア粒子の表面に配置され得る。
In one preferred embodiment, the titanium is present as titanium dioxide.
Titanium dioxide can be stably arranged on the surface of the core particles.

さらに、ここで開示される技術によると、正極および負極を有する電極体を備えるリチウムイオン二次電池が提供される。
前記正極は、上記の正極材料を備える。
かかる構成によると、サイクル性能が顕著に向上されたリチウムイオン二次電池が提供される。
Furthermore, according to the technology disclosed herein, there is provided a lithium-ion secondary battery that includes an electrode body having a positive electrode and a negative electrode.
The positive electrode comprises the positive electrode material described above.
Such a configuration provides a lithium ion secondary battery with significantly improved cycle performance.

一実施形態に係る正極材料の構成を説明する模式断面図である。It is a schematic cross section explaining the structure of the positive electrode material which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る正極材料におけるリチウムイオンの挙動を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the behavior of the lithium ion in the positive electrode material which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る正極材料を用いて構築されるリチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a lithium-ion secondary battery constructed using a positive electrode material according to one embodiment; FIG. 一実施形態に係る正極材料を用いて構築されるリチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す模式分解図である。1 is a schematic exploded view schematically showing the configuration of a lithium-ion secondary battery constructed using a positive electrode material according to one embodiment; FIG.

以下、図面を参照しながら、ここで開示される技術の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。 Preferred embodiments of the technology disclosed herein will be described below with reference to the drawings. Matters other than those specifically mentioned in this specification, which are necessary for carrying out the present invention, can be grasped as design matters by those skilled in the art based on the prior art in the relevant field. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in this specification and common general technical knowledge in the field. Moreover, in the following drawings, members and parts having the same function are denoted by the same reference numerals. Also, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relationships.

なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などのいわゆる蓄電池(化学電池)と、電気二重層キャパシタなどのキャパシタ(物理電池)と、を包含する概念である。また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンの移動にともなう電荷の移動によって充放電が実現される二次電池をいう。
また、本明細書において「A~B」は、「A以上B以下」を意味しており、Aを上回り、かつ、Bを下回るものを包含する。
In this specification, the term “secondary battery” is a general term that refers to an electricity storage device that can be repeatedly charged and discharged. It is a concept that includes a capacitor (physical battery) such as a double layer capacitor. In this specification, the term "lithium ion secondary battery" refers to a secondary battery that utilizes lithium ions as charge carriers and that charges and discharges by the movement of charge associated with the movement of lithium ions between the positive and negative electrodes. .
Further, in the present specification, "A to B" means "A or more and B or less", and includes those exceeding A and below B.

図1に示されるように、ここで開示される正極材料10は、正極活物質たるリチウム遷移金属複合酸化物12と、その表面に配置されるチタン14とを備える。
リチウム遷移金属複合酸化物は、リチウムイオン二次電池において正極活物質として典型的に用いられる公知のリチウム遷移金属複合酸化物であり得る。
かかるリチウム遷移金属複合酸化物は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、およびコバルト(Co)からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含有する。例えば、リチウムニッケル系複合酸化物、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム系複合酸化物、リチウム鉄ニッケルマンガン系複合酸化物等が挙げられる。
その結晶構造は特に限定されないが、層状構造を有することが好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物としては、層状構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物が好ましく使用され得る。
As shown in FIG. 1, the positive electrode material 10 disclosed herein comprises a lithium-transition metal composite oxide 12 as a positive electrode active material, and titanium 14 arranged on the surface thereof.
The lithium-transition metal composite oxide can be a known lithium-transition metal composite oxide typically used as a positive electrode active material in lithium ion secondary batteries.
Such a lithium transition metal composite oxide contains at least one element selected from the group consisting of nickel (Ni), manganese (Mn) and cobalt (Co). For example, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium manganese composite oxide, lithium nickel manganese composite oxide, lithium nickel cobalt manganese composite oxide, lithium nickel cobalt aluminum composite oxide, lithium iron-nickel-manganese composite oxides, and the like.
Although its crystal structure is not particularly limited, it preferably has a layered structure. As the lithium-transition metal composite oxide, a lithium-nickel-cobalt-manganese-based composite oxide having a layered structure can be preferably used.

本明細書において「リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物」とは、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、酸素(O)を構成元素とする酸化物の他に、それら以外の1種または2種以上の添加的な元素を含む酸化物をも包含する用語である。かかる添加的な元素の例としては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ケイ素(Si)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ナトリウム(Na)、鉄(Fe)、亜鉛(Zn)、スズ(Sn)等の遷移金属元素や典型金属元素等が挙げられる。また、添加的な元素は、硼素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)、リン(P)等の半金属元素や、硫黄(S)、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)等の非金属元素であってもよい。このことは、上記した他のリチウム遷移金属複合酸化物についても同様である。 As used herein, the term "lithium-nickel-cobalt-manganese-based composite oxide" refers to an oxide containing lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), and oxygen (O) as constituent elements. In addition, the term also includes oxides containing one or more additional elements. Examples of such additional elements include magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), silicon (Si), yttrium (Y), Zirconium (Zr), Niobium (Nb), Molybdenum (Mo), Hafnium (Hf), Tantalum (Ta), Tungsten (W), Sodium (Na), Iron (Fe), Zinc (Zn), Tin (Sn), etc. transition metal elements, typical metal elements, and the like. Further, the additive elements include metalloid elements such as boron (B), carbon (C), silicon (Si), phosphorus (P), sulfur (S), fluorine (F), chlorine (Cl), bromine Non-metallic elements such as (Br) and iodine (I) may also be used. This also applies to other lithium-transition metal composite oxides described above.

リチウム遷移金属複合酸化物の形状は、特に限定されず、球状、板状、針状等であり得る。また、リチウム遷移金属複合酸化物は、一次粒子が凝集した二次粒子の形態であってもよく、中空粒子の形態であってもよい。
リチウム遷移金属複合酸化物12の平均粒子径は、特に限定されないが、例えば0.05μm~20μmであり得る。
The shape of the lithium-transition metal composite oxide is not particularly limited, and may be spherical, plate-like, needle-like, or the like. The lithium-transition metal composite oxide may be in the form of secondary particles in which primary particles are aggregated, or may be in the form of hollow particles.
The average particle size of the lithium-transition metal composite oxide 12 is not particularly limited, but can be, for example, 0.05 μm to 20 μm.

正極材料10では、図示されるように、チタン14は、リチウム遷移金属複合酸化物12の表面に島状に配置されている。即ち、チタン14は、リチウム遷移金属複合酸化物12の表面に点在している。チタン14がリチウム遷移金属複合酸化物12の表面に細かく点在することで、充放電時におけるリチウムイオンのリチウム遷移金属複合酸化物12への出入りの効率が向上し得る。
リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるチタンの存在面積は、走査電子顕微鏡(SEM:scanning electron microscope)およびエネルギー分散型X線分析(EDX:energy dispersive X-ray spectroscopy)により、測定することができる。即ち、上記表面におけるチタンの存在状態は、SEM-EDX観察によって把握することができる。
具体的な測定方法については、下記実施例に記載するとおりであるため、ここでの詳細な記載は省略する。
In the positive electrode material 10 , titanium 14 is arranged like islands on the surface of the lithium-transition metal composite oxide 12 as illustrated. That is, the titanium 14 is scattered on the surface of the lithium-transition metal composite oxide 12 . By finely scattering the titanium 14 on the surface of the lithium-transition metal composite oxide 12, the efficiency of lithium ions entering and exiting the lithium-transition metal composite oxide 12 during charging and discharging can be improved.
The existing area of titanium on the surface of the lithium-transition metal composite oxide can be measured by scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). That is, the existence state of titanium on the surface can be grasped by SEM-EDX observation.
Since the specific measuring method is as described in the following examples, detailed description is omitted here.

A50Tiは、リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるチタンの存在状態を把握する指標の一つとなり得る。具体的には、A50Tiが大きいほど、リチウム遷移金属複合酸化物の表面に配置されたチタンの一領域の面積は大きくなり、A50Tiが小さいほど、当該面積は小さくなるといえる。即ち、A50Tiが小さいほど、リチウム遷移金属複合酸化物の表面においてチタンが細かく点在しているといえる。例えば、リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるチタンの総量が同じである2つの正極材料について、相対的に大きいA50Tiを有する正極材料と、相対的に小さいA50Tiを有する正極材料とを比較すると、後者の方が、リチウム遷移金属複合酸化物の表面においてチタンは、より細かく点在しているといえる。
ここで開示される正極材料において、A50Tiは、0.028μm以上44.3μm以下の範囲内にあることが好ましい。A50Tiがこのような範囲を満たすと、リチウムイオン二次電池のサイクル性能を顕著に向上することができる。また、サイクル性能をさらに向上させる観点からは、A50Tiは、1.5μm以上であることが好ましい。
A50 Ti can be one of the indicators for grasping the state of existence of titanium on the surface of the lithium-transition metal composite oxide. Specifically, it can be said that the larger the A50 Ti , the larger the area of one region of titanium arranged on the surface of the lithium-transition metal composite oxide, and the smaller the A50 Ti , the smaller the area. That is, it can be said that the smaller the A50 Ti , the finer the titanium is scattered on the surface of the lithium-transition metal composite oxide. For example, for two positive electrode materials having the same total amount of titanium on the surface of the lithium-transition metal composite oxide, when comparing a positive electrode material with a relatively large A50 Ti and a positive electrode material with a relatively small A50 Ti , In the latter case, it can be said that titanium is more finely scattered on the surface of the lithium-transition metal composite oxide.
In the cathode material disclosed herein, A50 Ti is preferably in the range of 0.028 μm 2 or more and 44.3 μm 2 or less. When A50 Ti satisfies such a range, the cycle performance of the lithium ion secondary battery can be significantly improved. From the viewpoint of further improving cycle performance, A50 Ti is preferably 1.5 μm 2 or more.

チタンは、チタン物質(例えば、チタン酸リチウム、種々のチタン酸化物等)として存在し得る。チタン酸化物は、二酸化チタン(TiO)およびTi2n-1からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物であり得る。ここで、Ti2n-1について、nは3以上の整数であり、例えば3以上9以下の整数である。Ti2n-1は、例えば、Ti、Ti、およびTiであり得る。サイクル性能をさらに向上させる観点からは、二酸化チタンが好ましい。 Titanium can be present as titanium materials (eg, lithium titanate, various titanium oxides, etc.). Titanium oxide can be at least one compound selected from the group consisting of titanium dioxide (TiO 2 ) and Ti n O 2n-1 . Here, for Ti n O 2n−1 , n is an integer of 3 or more, for example, an integer of 3 or more and 9 or less. Ti n O 2n-1 can be, for example, Ti 3 O 5 , Ti 4 O 7 and Ti 5 O 9 . From the viewpoint of further improving cycle performance, titanium dioxide is preferred.

チタンの形状は、特に限定されず、球状、板状、針状等であり得る。また、チタンは、一次粒子であってもよく、一次粒子が凝集した二次粒子の形態であってもよい。チタンの平均粒子径は、リチウムイオン二次電池のサイクル性能を向上させる観点から、0.2μm以上7.5μm以下であることが好ましい。チタンの平均粒子径がこのような範囲を満たすと、サイクル性能を向上させるために好適なA50Tiを実現することができる。
なお、リチウム遷移金属複合酸化物の表面に配置された状態のチタンの平均粒子径は、原料としてのチタンの平均粒子径とほぼ同じである。
The shape of titanium is not particularly limited, and may be spherical, plate-like, acicular, or the like. Further, titanium may be in the form of primary particles or in the form of secondary particles in which primary particles are agglomerated. From the viewpoint of improving the cycle performance of the lithium ion secondary battery, the average particle size of titanium is preferably 0.2 μm or more and 7.5 μm or less. When the average particle size of titanium satisfies such a range, A50 Ti suitable for improving cycle performance can be realized.
Note that the average particle size of titanium arranged on the surface of the lithium-transition metal composite oxide is substantially the same as the average particle size of titanium as a raw material.

リチウム遷移金属複合酸化物12の表面に配置されるチタン14の量について、良好なリチウムイオン二次電池の性能を実現する観点から、リチウム遷移金属複合酸化物のニッケル元素、マンガン元素、およびコバルト元素の合計に対するチタン元素のモル比(Ti/Ni+Mn+Co)[atm%]は、0.03以上0.7以下であることが好ましい。上記モル比がかかる範囲を満たすと、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させることができる。また、サイクル特性をより良好な状態とする観点からは、上記モル比は、0.2以上であることが好ましい。
具体的な測定方法については、下記実施例に記載するとおりであるため、ここでの詳細な記載は省略する。
Regarding the amount of titanium 14 arranged on the surface of the lithium-transition metal composite oxide 12, from the viewpoint of realizing good performance of the lithium-ion secondary battery, the nickel element, the manganese element, and the cobalt element of the lithium-transition metal composite oxide The molar ratio (Ti/Ni+Mn+Co) [atm %] of the titanium element to the total of is preferably 0.03 or more and 0.7 or less. When the molar ratio satisfies this range, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be improved. Moreover, from the viewpoint of improving cycle characteristics, the molar ratio is preferably 0.2 or more.
Since the specific measuring method is as described in the following examples, detailed description is omitted here.

ここで開示される正極材料は、例えば、原料となるリチウム遷移金属複合酸化物とチタン(例えばチタン物質)とを用意してこれらを混合し、不活性雰囲気(アルゴンガス雰囲気、窒素ガス雰囲気等)において焼成することによって、作製することができる。
原料となるチタンは、あらかじめ、上記の平均粒子径となるように粉砕しておくことが好ましい。これによって、正極材料において、目的とするA50Tiを実現することができる。粉砕方法は特に限定されず、例えばビーズミル等を使用することができる。
原料の混合方法としては、従来公知の撹拌・混合方法を、特に制限なく使用することができる。
For the positive electrode material disclosed herein, for example, a lithium transition metal composite oxide and titanium (e.g., titanium substance) as raw materials are prepared, mixed, and mixed in an inert atmosphere (argon gas atmosphere, nitrogen gas atmosphere, etc.). It can be prepared by firing in
Titanium as a raw material is preferably pulverized in advance so as to have the above average particle size. This makes it possible to achieve the desired A50 Ti in the positive electrode material. The pulverization method is not particularly limited, and for example, a bead mill or the like can be used.
As a method for mixing the raw materials, a conventionally known stirring/mixing method can be used without particular limitation.

焼成の温度条件は、最高焼成温度を200℃~900℃(例えば300℃~800℃)の範囲とすることができる。焼成の温度条件をかかる範囲に設定することで、目的とするチタンの配置量やA50Tiを実現することができる。また、焼成時間は、特に限定されないが、6時間~20時間とすることができる。 As for the temperature conditions for firing, the maximum firing temperature can be in the range of 200° C. to 900° C. (eg, 300° C. to 800° C.). By setting the sintering temperature condition within this range, it is possible to achieve the desired arrangement amount of titanium and A50 Ti . The firing time is not particularly limited, but can be 6 hours to 20 hours.

特に限定するものではないが、ここで開示される正極材料の使用によって、リチウムイオン二次電池のサイクル性能が向上するメカニズムは、チタンがチタン酸化物として存在する場合を例に挙げると、以下のとおりである。
図2に示されるように、リチウムイオン二次電池を充放電すると、かかる充放電によって、誘電体であるチタン14(ここでは、チタン酸化物)は誘電分極する。かかる誘電分極によってチタン14に正負が生じると、チタンの周囲にリチウムイオン(Li)が引きつけられる。リチウム遷移金属複合酸化物12の外部に出たリチウムイオン(Li)には溶媒分子2が引きつけられて、リチウムイオン(Li)は溶媒和する。チタン14があることで、リチウムイオン(Li)のリチウム遷移金属複合酸化物12への脱離・挿入が促進される。この時、リチウム遷移金属複合酸化物12の表面において、チタン14が、より細かく点在しているほど、リチウムイオンの脱離・挿入点が増加することとなる。そのため、かかる正極材料を備えるリチウムイオン二次電池のサイクル性能が向上する。
Although not particularly limited, the mechanism by which the cycle performance of the lithium ion secondary battery is improved by using the positive electrode material disclosed herein is as follows, taking the case where titanium exists as titanium oxide as an example. That's right.
As shown in FIG. 2, when the lithium-ion secondary battery is charged and discharged, the dielectric titanium 14 (here, titanium oxide) is dielectrically polarized due to such charging and discharging. When this dielectric polarization causes the titanium 14 to be positive and negative, lithium ions (Li + ) are attracted to the surroundings of titanium. Solvent molecules 2 are attracted to the lithium ions (Li + ) coming out of the lithium-transition metal composite oxide 12 , and the lithium ions (Li + ) are solvated. The presence of titanium 14 promotes desorption/insertion of lithium ions (Li + ) into the lithium-transition metal composite oxide 12 . At this time, as the titanium 14 is scattered more finely on the surface of the lithium-transition metal composite oxide 12, the number of lithium ion desorption/insertion points increases. Therefore, the cycle performance of a lithium ion secondary battery comprising such a positive electrode material is improved.

ここで開示される正極材料は、リチウムイオン二次電池の正極材料として好適に使用され得る。以下、かかるリチウムイオン二次電池の一例として、図3,4に示すリチウムイオン二次電池を挙げて具体的に説明する。なお、当該リチウムイオン二次電池は、図示される例に限定されない。
図示されるように、リチウムイオン二次電池100は、扁平形状の捲回電極体20と、図示されない非水電解液とが扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)30に収容されることにより構築される密閉型電池である。電池ケース30には、外部接続用の正極端子42および負極端子44と、電池ケース30の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁36とが設けられている。正負極端子42,44はそれぞれ正負極集電板42a,44aと電気的に接続されている。電池ケース30の材質には、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。
The positive electrode material disclosed here can be suitably used as a positive electrode material for lithium ion secondary batteries. As an example of such a lithium ion secondary battery, the lithium ion secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 will be described below in detail. Note that the lithium ion secondary battery is not limited to the illustrated example.
As shown, the lithium-ion secondary battery 100 includes a flat wound electrode body 20 and a non-aqueous electrolyte (not shown) housed in a flat rectangular battery case (that is, an outer container) 30. It is a sealed battery constructed. The battery case 30 is provided with a positive terminal 42 and a negative terminal 44 for external connection, and a thin safety valve 36 that is set to release the internal pressure of the battery case 30 when it rises above a predetermined level. It is The positive and negative terminals 42 and 44 are electrically connected to the positive and negative current collecting plates 42a and 44a, respectively. As the material of the battery case 30, for example, a metal material such as aluminum that is lightweight and has good thermal conductivity is used.

図示されるように、捲回電極体20は、正極シート50と、負極シート60とが、2枚の長尺状のセパレータシート70を介して重ね合わされて長手方向に捲回された形態を有する。正極シート50は、長尺状の正極集電体52の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って正極活物質層54が形成された構成を有する。負極シート60は、長尺状の負極集電体62の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って負極活物質層64が形成されている構成を有する。正極活物質層非形成部分52a(すなわち、正極活物質層54が形成されずに正極集電体52が露出した部分)および負極活物質層非形成部分62a(すなわち、負極活物質層64が形成されずに負極集電体62が露出した部分)は、捲回電極体20の捲回軸方向(すなわち、上記長手方向に直交するシート幅方向)の両端から外方にはみ出すように形成されている。正極活物質層非形成部分52aおよび負極活物質層非形成部分62aには、それぞれ正極集電板42aおよび負極集電板44aが接合されている。 As shown in the figure, the wound electrode body 20 has a form in which a positive electrode sheet 50 and a negative electrode sheet 60 are superimposed with two long separator sheets 70 interposed therebetween and wound in the longitudinal direction. . The positive electrode sheet 50 has a configuration in which a positive electrode active material layer 54 is formed along the longitudinal direction on one side or both sides (here, both sides) of a long positive electrode current collector 52 . The negative electrode sheet 60 has a configuration in which a negative electrode active material layer 64 is formed along the longitudinal direction on one side or both sides (here, both sides) of a long negative electrode current collector 62 . The positive electrode active material layer non-formed portion 52a (that is, the portion where the positive electrode current collector 52 is exposed without the positive electrode active material layer 54 being formed) and the negative electrode active material layer non-formed portion 62a (that is, the negative electrode active material layer 64 is formed). The portion where the negative electrode current collector 62 is exposed without being wound) is formed so as to protrude outward from both ends of the wound electrode body 20 in the winding axial direction (that is, the sheet width direction orthogonal to the longitudinal direction). there is A positive collector plate 42a and a negative collector plate 44a are joined to the positive electrode active material layer non-formed portion 52a and the negative electrode active material layer non-formed portion 62a, respectively.

正極シート50を構成する正極集電体52としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質層54は、正極活物質を含む、上記の本実施形態に係る正極材料を含む。また正極活物質層54は、導電材、バインダ等をさらに含み得る。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を使用し得る。 Examples of the positive electrode current collector 52 forming the positive electrode sheet 50 include aluminum foil. The positive electrode active material layer 54 contains the positive electrode material according to the present embodiment, which contains the positive electrode active material. Also, the positive electrode active material layer 54 may further include a conductive material, a binder, and the like. As the conductive material, for example, carbon black such as acetylene black (AB) and other carbon materials (such as graphite) can be suitably used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) or the like can be used.

負極シート60を構成する負極集電体62としては、例えば銅箔等が挙げられる。負極活物質層64は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば黒鉛等の炭素材料を使用し得る。負極活物質層64は、バインダ、増粘剤等をさらに含み得る。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンラバー(SBR)等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等を使用し得る。 Examples of the negative electrode current collector 62 forming the negative electrode sheet 60 include copper foil. The negative electrode active material layer 64 contains a negative electrode active material. As the negative electrode active material, for example, a carbon material such as graphite can be used. The negative electrode active material layer 64 may further contain binders, thickeners, and the like. As the binder, for example, styrene-butadiene rubber (SBR) or the like can be used. As a thickening agent, for example, carboxymethyl cellulose (CMC) or the like can be used.

セパレータ70としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様の各種多孔質シートを用いることができ、その例としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等の樹脂から成る多孔質樹脂シートが挙げられる。 As the separator 70, various porous sheets similar to those conventionally used in lithium ion secondary batteries can be used. A resin sheet is mentioned.

非水電解液は従来のリチウム二次電池と同様のものを使用可能であり、典型的には有機溶媒(非水溶媒)中に、支持塩を含有させたものを用いることができる。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等のカーボネート類を好適に採用し得る。非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。支持塩としては、例えば、LiPF等のリチウム塩を好適に用いることができる。支持塩の濃度は、0.7mol/L以上1.3mol/L以下が好ましい。
なお、上記非水電解液は、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上述した非水溶媒および支持塩以外の成分、例えば、ガス発生剤、被膜形成剤、分散剤、増粘剤等の各種添加剤を含み得る。
The same non-aqueous electrolyte as used in conventional lithium secondary batteries can be used, and typically an organic solvent (non-aqueous solvent) containing a supporting electrolyte can be used. As the non-aqueous solvent, carbonates such as ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC) and the like can be preferably used. The non-aqueous solvent can be used singly or in combination of two or more. As the supporting salt, for example, a lithium salt such as LiPF 6 can be suitably used. The concentration of the supporting salt is preferably 0.7 mol/L or more and 1.3 mol/L or less.
The non-aqueous electrolytic solution contains components other than the non-aqueous solvent and the supporting salt, such as a gas generating agent, a film forming agent, a dispersing agent, and a thickening agent, as long as they do not significantly impair the effects of the present invention. Various additives may be included.

リチウムイオン二次電池100は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウムイオン二次電池100は、複数個が電気的に接続された組電池の形態で使用することもできる。 The lithium ion secondary battery 100 can be used for various purposes. Suitable applications include drive power supplies mounted in vehicles such as plug-in hybrid vehicles (PHV), hybrid vehicles (HV), and electric vehicles (EV). The lithium ion secondary battery 100 can also be used in the form of an assembled battery in which a plurality of batteries are electrically connected.

以上、例として扁平形状の捲回電極体を備える角型のリチウムイオン二次電池について説明した。しかしながら、本実施形態に係る正極材料は、公知方法に従い、他の種類のリチウムイオン二次電池にも使用することができる。例えば、本実施形態に係る正極材料を用いて、積層型電極体を備えるリチウムイオン二次電池を構築することもできる。また、本実施形態に係る正極材料を用いて、円筒型リチウムイオン二次電池、ラミネート型リチウムイオン二次電池等を構築することもできる。 The prismatic lithium ion secondary battery including the flattened wound electrode assembly has been described above as an example. However, the positive electrode material according to this embodiment can also be used in other types of lithium ion secondary batteries according to known methods. For example, the positive electrode material according to this embodiment can be used to construct a lithium ion secondary battery including a laminated electrode body. Moreover, a cylindrical lithium ion secondary battery, a laminated lithium ion secondary battery, or the like can be constructed using the positive electrode material according to the present embodiment.

以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.

〔実施例1〕
<酸化チタンの調製>
酸化チタン(IV)(TiO)(富士フィルム和光純薬)をビーズミル(商品名:イージーナノRMB、販売元:アイメックス株式会社)にて粉砕した。この際、使用したビーズはジルコニア(φ0.03mm)であり、ビーズミルのディスク周速は3.1m/sであった。ビーズミルによる粉砕は、TiO2の粒子径が0.2μmとなるまで行った。
<正極材料の作製>
次いで、リチウム遷移金属複合酸化物として層状構造を有するLiNi1/3Co1/3Mn1/3(NCM)粒子を準備した。このNCM粒子と上記のTiOとを、NCM:TiO2=99:1(モル比)となるように、乳鉢で30分間混合した。
得られた混合物を、500℃で12時間焼成して、NMC粒子の表面にTiOの被覆が形成された正極材料を得た。
[Example 1]
<Preparation of titanium oxide>
Titanium oxide (IV) (TiO 2 ) (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was pulverized with a bead mill (trade name: Easy Nano RMB, marketed by Imex Co., Ltd.). At this time, the beads used were zirconia (φ0.03 mm), and the disk peripheral speed of the bead mill was 3.1 m/s. Pulverization by a bead mill was performed until the particle size of TiO2 reached 0.2 μm.
<Preparation of positive electrode material>
Next, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (NCM) particles having a layered structure were prepared as a lithium transition metal composite oxide. The NCM particles and the above TiO 2 were mixed in a mortar for 30 minutes so that NCM:TiO 2 =99:1 (molar ratio).
The resulting mixture was calcined at 500° C. for 12 hours to obtain a positive electrode material in which a coating of TiO 2 was formed on the surfaces of NMC particles.

<評価用リチウムイオン二次電池の作製>
上記作製した正極材料と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、正極材料:AB:PVDF=87:10:3の質量比でN-メチルピロリドン(NMP)中でプラネタリミキサを用いて混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、膜厚調整機能付きフィルムアプリケーター(オールグット社製)を用いてアルミニウム箔の両面に塗布した。その後、乾燥機にて80℃で5分間乾燥して、正極シートを得た。
負極活物質としての天然黒鉛(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンラバー(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=96:2:2の質量比でイオン交換水中で混合して、負極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、膜厚調整機能付きフィルムアプリケーター(オールグット社製)を用いて銅箔の両面に塗布した。その後、乾燥機にて80℃で5分間乾燥して、負極シートを得た。
2枚のセパレータシート(多孔性ポリオレフィンシート)を用意した。
作製した正極シートと、負極シートと、用意した2枚のセパレータシートとを重ね合わせ、捲回して円筒型の捲回電極体を作製した。作製した捲回電極体の正極シートと負極シートにそれぞれ電極端子を溶接により取り付け、これを、注液口を有する電池ケースに収容した。
次いで、電池ケースの注液口から非水電解液を注入し、当該注液口を気密に封止した。非水電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを3:4:3の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPFを1.0mol/Lの濃度で溶解させたものを用いた。
以上のようにして、実施例1の評価用リチウムイオン二次電池を得た。
<Production of lithium-ion secondary battery for evaluation>
The positive electrode material prepared above, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were combined with N-methylpyrrolidone at a mass ratio of positive electrode material: AB: PVDF = 87: 10: 3. (NMP) using a planetary mixer to prepare a slurry for forming a positive electrode active material layer. This slurry was applied to both surfaces of an aluminum foil using a film applicator with a film thickness adjustment function (manufactured by All Good Co., Ltd.). After that, it was dried in a dryer at 80° C. for 5 minutes to obtain a positive electrode sheet.
Natural graphite (C) as a negative electrode active material, styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener were mixed at a mass ratio of C: SBR: CMC = 96: 2: 2. were mixed in ion-exchanged water to prepare a slurry for forming a negative electrode active material layer. This slurry was applied to both surfaces of the copper foil using a film applicator with a film thickness adjustment function (manufactured by All Good Co., Ltd.). After that, it was dried in a dryer at 80° C. for 5 minutes to obtain a negative electrode sheet.
Two separator sheets (porous polyolefin sheets) were prepared.
The prepared positive electrode sheet, the negative electrode sheet, and the prepared two separator sheets were superimposed and wound to prepare a cylindrical wound electrode body. Electrode terminals were respectively attached by welding to the positive electrode sheet and the negative electrode sheet of the wound electrode body thus produced, and this was housed in a battery case having a liquid inlet.
Next, a non-aqueous electrolyte was injected from the liquid inlet of the battery case, and the liquid inlet was airtightly sealed. The non-aqueous electrolyte was a mixture of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 3:4:3, and LiPF 6 as a supporting electrolyte. A solution dissolved at a concentration of 0 mol/L was used.
As described above, a lithium-ion secondary battery for evaluation of Example 1 was obtained.

〔比較例1〕
実施例1で準備した層状構造を有するNCM粒子をそのまま正極材料として使用した以外は実施例1と同様にして、比較例1の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 1]
A lithium-ion secondary battery for evaluation of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1, except that the NCM particles having a layered structure prepared in Example 1 were used as they were as the positive electrode material.

〔実施例2~8、比較例2~4〕
酸化チタンの調製において、ビーズミルによる粉砕を、TiOの粒子径が表1の該当欄に示される大きさとなるまで行った。また、酸化チタンの配置量およびA50Tiが目的とする値となるように適宜温度条件を変更しつつ、焼成を行った。それ以外は実施例1と同様にして、実施例2~8、比較例2~4の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[Examples 2 to 8, Comparative Examples 2 to 4]
In the preparation of titanium oxide, pulverization by a bead mill was carried out until the particle size of TiO 2 reached the size shown in the corresponding column of Table 1. In addition, firing was performed while changing the temperature conditions as appropriate so that the amount of titanium oxide and A50 Ti reached the target values. Lithium ion secondary batteries for evaluation of Examples 2 to 8 and Comparative Examples 2 to 4 were produced in the same manner as in Example 1 except for the above.

<モル比の測定>
上記各実施例および比較例の正極材料について、以下の方法を用いてNCM粒子のニッケル元素、マンガン元素、およびコバルト元素の合計に対するチタン元素のモル比(Ti/Ni+Mn+Co)[atm%]を得た。
具体的には、作製した正極材料についてXPS(X線光電子分光法)のスペクトルを測定し、各元素の積分強度(ピーク強度)に基づいて、表面の組成分率(即ち、チタン元素のモル比)を計算した。なお、測定試料は、グローブボックス内にて、市販の錠剤成型機でペレットを作製した。この測定試料をホルダーに取り付けて、XPS装置(商品名:PHI5000 VersaProbeII、販売元:ULVAC-PHI)のマニュアルに従って測定を行った。
ここで得られた各々の正極材料におけるモル比を、表1の該当欄に示す。
<Measurement of molar ratio>
For the positive electrode materials of the above Examples and Comparative Examples, the molar ratio (Ti/Ni+Mn+Co) [atm%] of the titanium element to the sum of the nickel element, manganese element and cobalt element in the NCM particles was obtained using the following method. .
Specifically, the spectrum of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) is measured for the positive electrode material produced, and based on the integrated intensity (peak intensity) of each element, the composition fraction of the surface (i.e., the molar ratio of the titanium element ) was calculated. For the measurement sample, pellets were produced in a glove box using a commercially available tableting machine. This measurement sample was attached to a holder and measured according to the manual of an XPS device (trade name: PHI5000 VersaProbeII, vendor: ULVAC-PHI).
The molar ratio in each positive electrode material obtained here is shown in the corresponding column of Table 1.

<A50Tiの測定>
上記各実施例および比較例の正極材料について、SEM-EDX測定によって、NCM粒子の表面におけるチタン存在部の面積を測定した。
具体的には、ドライルーム内でホルダーにカーボンテープをつけ、各々の観察試料を数mg程度付着させた。ブロワーを用いて接着していない試料を取り除いた後、白金スパッタ装置で、観察試料の表面の白金コートを行った。株式会社日立ハイテク社製のSU8200シリーズを使用し、装置のマニュアルに従って上記観察試料のSEM-EDX測定を行った。ここで取得されたEDXの元素マッピング画像について、画像解析ソフトImageJを用いて、画像の2値化を行った。ここでチタンの存在面積(チタンの被覆部位)を得て、該面積の比率を、当該ソフトのマニュアルに従って算出した。
測定結果を、表1の該当欄に示す。
<Measurement of A50 Ti >
For the positive electrode materials of the above Examples and Comparative Examples, the area of the titanium-existing portion on the surface of the NCM particles was measured by SEM-EDX measurement.
Specifically, a carbon tape was attached to the holder in a dry room, and several mg of each observation sample was attached. After removing the unbonded sample with a blower, the surface of the observation sample was coated with platinum using a platinum sputtering device. Using SU8200 series manufactured by Hitachi High-Tech Co., Ltd., SEM-EDX measurement of the observation sample was performed according to the manual of the apparatus. The EDX elemental mapping image obtained here was binarized using image analysis software ImageJ. Here, the existing area of titanium (titanium-coated portion) was obtained, and the ratio of the area was calculated according to the manual of the software.
The measurement results are shown in the corresponding columns of Table 1.

<活性化および初期容量測定>
上記作製した各評価用リチウムイオン二次電池を25℃の環境下に置いた。活性化(初回充電)では、定電流-定電圧方式とし、各評価用リチウムイオン二次電池を1/3Cの電流値で4.1Vまで定電流充電を行った後、電流値が1/50Cになるまで定電圧充電を行い、満充電状態にした。その後、各評価用リチウムイオン二次電池を1/3Cの電流値で3.0Vまで定電流放電した。そして、このときの放電容量を測定して初期容量を求めた。
<Activation and initial capacity measurement>
Each lithium-ion secondary battery for evaluation produced as described above was placed in an environment of 25°C. In the activation (initial charge), a constant current-constant voltage method is used, and after performing constant current charging to 4.1 V at a current value of 1/3 C for each lithium ion secondary battery for evaluation, the current value is 1/50 C. Constant-voltage charging was performed until the battery became fully charged. After that, each lithium ion secondary battery for evaluation was subjected to constant current discharge to 3.0 V at a current value of 1/3C. Then, the discharge capacity at this time was measured to obtain the initial capacity.

<サイクル性能評価>
活性化した各評価用リチウムイオン二次電池を60℃の環境下に置き、2Cで4.1Vまで定電流充電および2Cで3.0Vまで定電流放電を1サイクルとする充放電を200サイクル繰り返した。200サイクル後の放電容量を、初期容量と同様の方法で求めた。
各評価用リチウムイオン二次電池のサイクル性能の指標として、容量維持率(%)を、
以下の式(1):
容量維持率(%)=(充放電200サイクル後の放電容量/初期容量) (1)
に基づいて求めた。
結果を、表1の該当欄に示す。
<Cycle performance evaluation>
Place each activated lithium ion secondary battery for evaluation in an environment of 60 ° C., and repeat 200 cycles of charging and discharging with constant current charging to 4.1 V at 2 C and constant current discharging to 3.0 V at 2 C as one cycle. rice field. The discharge capacity after 200 cycles was determined in the same manner as the initial capacity.
As an indicator of the cycle performance of each lithium-ion secondary battery for evaluation, the capacity retention rate (%) is
Formula (1) below:
Capacity retention rate (%) = (discharge capacity after 200 charge/discharge cycles/initial capacity) (1)
sought based on
The results are shown in the corresponding columns of Table 1.

Figure 0007271482000001
Figure 0007271482000001

表1に示されるように、実施例1~8、比較例1~4の結果から、NCMのニッケル元素、マンガン元素、およびコバルト元素の合計に対するチタン元素のモル比(表中では、Ti量(atm%)と示す。)が0.03以上0.7以下である正極材料を含む評価用リチウムイオン二次電池は、充放電サイクル後の容量維持率(%)が、より高いことがわかる。
実施例1~8、比較例1~3の結果から、面積(A50Ti)が0.028μm以上44.3μm以下の範囲内にある正極材料を含む評価用リチウムイオン二次電池は、充放電サイクル後の容量維持率(%)が、より高いことがわかる。
As shown in Table 1, from the results of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4, the molar ratio of titanium element to the total of nickel element, manganese element, and cobalt element in NCM (in the table, the amount of Ti ( atm %) is 0.03 or more and 0.7 or less.
From the results of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, the lithium ion secondary battery for evaluation containing a positive electrode material having an area (A50 Ti ) within the range of 0.028 μm 2 or more and 44.3 μm 2 or less was charged. It can be seen that the capacity retention rate (%) after discharge cycles is higher.

以上より、ニッケル、マンガン、およびコバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含有するリチウム遷移金属複合酸化物と、該リチウム遷移金属複合酸化物の表面に配置されるチタンとを備える正極材料において、リチウム遷移金属複合酸化物のニッケル元素、マンガン元素、およびコバルト元素の合計に対するチタン元素のモル比が0.03以上0.7以下であり、SEMおよびEDXを用いて取得された、チタン元素とリチウム遷移金属複合酸化物の構成元素との元素マッピング画像に基づいて測定された、リチウム遷移金属複合酸化物の表面における、各チタン元素存在部の面積の分布において累積頻度が50%となる面積(A50Ti)が0.028μm以上44.3μm以下の範囲内にある場合に、かかる正極材料を含むリチウムイオン二次電池の充放電を繰り返した際の容量維持率が高いことがわかる。本実施形態に係る正極材料によれば、リチウムイオン二次電池に優れたサイクル性能を付与することができるとわかる。 As described above, a positive electrode material comprising a lithium-transition metal composite oxide containing at least one element selected from the group consisting of nickel, manganese, and cobalt, and titanium disposed on the surface of the lithium-transition metal composite oxide wherein the molar ratio of the titanium element to the total of the nickel element, the manganese element, and the cobalt element in the lithium-transition metal composite oxide is 0.03 or more and 0.7 or less, and the titanium element obtained using SEM and EDX and the constituent elements of the lithium-transition metal composite oxide, the cumulative frequency of 50% and When the area (A50 Ti ) is in the range of 0.028 μm 2 or more and 44.3 μm 2 or less, the capacity retention rate is high when the lithium ion secondary battery containing such a positive electrode material is repeatedly charged and discharged. Recognize. It can be seen that the positive electrode material according to the present embodiment can impart excellent cycle performance to a lithium ion secondary battery.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、上記実施形態は例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, the above embodiments are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

2 溶媒分子
10 正極材料
12 リチウム遷移金属複合酸化物
14 チタン
20 捲回電極体
30 電池ケース
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極シート
52 正極集電体
52a 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極シート
62 負極集電体
62a 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータシート
100 リチウムイオン二次電池
2 Solvent molecule 10 Positive electrode material 12 Lithium transition metal composite oxide 14 Titanium 20 Wound electrode body 30 Battery case 36 Safety valve 42 Positive electrode terminal 42a Positive electrode current collector 44 Negative electrode terminal 44a Negative electrode current collector 50 Positive electrode sheet 52 Positive electrode current collector 52a Positive electrode active material layer non-formed portion 54 Positive electrode active material layer 60 Negative electrode sheet 62 Negative electrode current collector 62a Negative electrode active material layer non-formed portion 64 Negative electrode active material layer 70 Separator sheet 100 Lithium ion secondary battery

Claims (6)

ニッケル、マンガン、およびコバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含有するリチウム遷移金属複合酸化物と、
前記リチウム遷移金属複合酸化物の表面に配置されるチタン酸化物と、
を備える正極材料であって、
前記チタン酸化物は、二酸化チタンおよびTi 2n-1 からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物であり、該Ti 2n-1 におけるnは3以上9以下の整数であり、
前記チタン酸化物は、前記リチウム遷移金属複合酸化物の表面に点在しており、
前記リチウム遷移金属複合酸化物のニッケル元素、マンガン元素、およびコバルト元素の合計に対する前記チタン酸化物に含まれるチタン元素のモル比(Ti/Ni+Mn+Co)が0.03以上0.7以下であり、
走査電子顕微鏡およびエネルギー分散型X線分析を用いて取得された、前記チタン元素と前記リチウム遷移金属複合酸化物の構成元素との元素マッピング画像に基づいて測定された、前記リチウム遷移金属複合酸化物の表面における、各チタン元素存在部の面積の分布において累積頻度が50%となる面積(A50Ti)が0.028μm以上44.3μm以下の範囲内にある、正極材料。
a lithium-transition metal composite oxide containing at least one element selected from the group consisting of nickel, manganese, and cobalt;
a titanium oxide disposed on the surface of the lithium-transition metal composite oxide;
A positive electrode material comprising
The titanium oxide is at least one compound selected from the group consisting of titanium dioxide and Ti n O 2n-1 , wherein n in Ti n O 2n-1 is an integer of 3 or more and 9 or less,
The titanium oxide is scattered on the surface of the lithium-transition metal composite oxide,
the molar ratio (Ti/Ni+Mn+Co) of the titanium element contained in the titanium oxide to the sum of the nickel element, the manganese element, and the cobalt element in the lithium-transition metal composite oxide is 0.03 or more and 0.7 or less;
The lithium-transition metal composite oxide measured based on an elemental mapping image of the titanium element and the constituent elements of the lithium-transition metal composite oxide obtained using a scanning electron microscope and energy dispersive X-ray analysis. A positive electrode material in which an area (A50 Ti ) at which the cumulative frequency is 50% in the area distribution of each titanium element -present portion on the surface of the positive electrode material is in the range of 0.028 μm 2 or more and 44.3 μm 2 or less.
前記チタン酸化物の平均粒子径は、0.2μm以上7.5μm以下である、請求項1に記載の正極材料。 2. The positive electrode material according to claim 1, wherein said titanium oxide has an average particle size of 0.2 [mu]m or more and 7.5 [mu]m or less. 前記モル比(Ti/Ni+Mn+Co)は、0.2以上である、請求項1または2に記載の正極材料。 3. The positive electrode material according to claim 1, wherein said molar ratio (Ti/Ni+Mn+Co) is 0.2 or more. 前記面積(A50Ti)は、1.5μm以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の正極材料。 The positive electrode material according to any one of claims 1 to 3, wherein said area (A50 Ti ) is 1.5 µm 2 or more. 前記チタン酸化物は、二酸化チタンである、請求項1~4のいずれか一項に記載の正極材料。 Cathode material according to any one of claims 1 to 4, wherein the titanium oxide is titanium dioxide. 正極および負極を有する電極体を備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極は、請求項1~5のいずれか一項に記載の正極材料を備える、リチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising an electrode body having a positive electrode and a negative electrode,
A lithium ion secondary battery, wherein the positive electrode comprises the positive electrode material according to any one of claims 1 to 5.
JP2020154762A 2020-09-15 2020-09-15 cathode material Active JP7271482B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020154762A JP7271482B2 (en) 2020-09-15 2020-09-15 cathode material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020154762A JP7271482B2 (en) 2020-09-15 2020-09-15 cathode material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022048761A JP2022048761A (en) 2022-03-28
JP7271482B2 true JP7271482B2 (en) 2023-05-11

Family

ID=80844430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020154762A Active JP7271482B2 (en) 2020-09-15 2020-09-15 cathode material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7271482B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119852486A (en) * 2024-10-29 2025-04-18 宁德时代新能源科技股份有限公司 Secondary battery and electricity utilization device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004103566A (en) 2002-07-16 2004-04-02 Nichia Chem Ind Ltd Positive active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2012142268A (en) 2010-12-17 2012-07-26 Toyota Motor Corp Secondary battery
WO2019225437A1 (en) 2018-05-25 2019-11-28 本田技研工業株式会社 Lithium-ion secondary battery electrode and lithium-ion secondary battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004103566A (en) 2002-07-16 2004-04-02 Nichia Chem Ind Ltd Positive active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2012142268A (en) 2010-12-17 2012-07-26 Toyota Motor Corp Secondary battery
WO2019225437A1 (en) 2018-05-25 2019-11-28 本田技研工業株式会社 Lithium-ion secondary battery electrode and lithium-ion secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022048761A (en) 2022-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5229598B2 (en) Lithium secondary battery and manufacturing method thereof
CN112054193B (en) Positive electrode material for secondary battery and secondary battery using the same
CN112242505A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
CN114824188B (en) Material for forming positive electrode active material layer and nonaqueous electrolyte secondary battery using same
CN115732673B (en) Positive electrode active material and non-aqueous electrolyte secondary battery containing the positive electrode active material
JP2021176123A (en) Positive electrode material for lithium secondary batteries
JP5713196B2 (en) Secondary battery electrode material and manufacturing method thereof
CN114824244B (en) Positive electrode active material and nonaqueous electrolyte secondary battery using same
CN103959543A (en) Lithium ion secondary battery and method for manufacturing same
CN112242509B (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2023034700A (en) Positive electrode active material and nonaqueous electrolyte secondary battery including the same
CN112054190B (en) Positive electrode material for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same
JP7152360B2 (en) Positive electrode of secondary battery, and secondary battery using the same
JP7271482B2 (en) cathode material
CN115207301A (en) Positive electrode and secondary battery provided with same
CN108408784A (en) Positive active material and use its lithium secondary battery
JP2022035065A (en) Positive electrode for secondary battery and secondary battery
JP5532330B2 (en) Method for producing positive electrode active material for lithium ion secondary battery
CN115084432A (en) Positive electrode and nonaqueous electrolyte secondary battery provided with same
JP6919994B2 (en) Positive electrode material and lithium secondary battery using it
JP2017091697A (en) Method for manufacturing positive electrode for high-performance lithium ion secondary battery
KR102836459B1 (en) Coated active material and nonaqueous electrolyte secondary battery using coated active material
JP7778114B2 (en) Positive electrode and secondary battery using the same
CN114944484B (en) Positive electrode active material and nonaqueous electrolyte secondary battery using same
WO2011125202A1 (en) Lithium secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211005

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220727

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220818

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20221014

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221216

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230413

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230426

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7271482

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250