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JP7429001B2 - Positive electrode for lithium ion secondary batteries and lithium ion secondary batteries - Google Patents
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JP7429001B2 - Positive electrode for lithium ion secondary batteries and lithium ion secondary batteries - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用の正極及び該正極を有するリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery having the positive electrode.

リチウムイオン二次電池用の正極活物質として、熱的安定性に優れるポリアニオン系の化合物が注目を集めている。ポリアニオン系正極活物質として、オリビン構造を有するリン酸鉄リチウムや、リン酸鉄リチウムの鉄の一部またはすべてをマンガンで置換したリン酸マンガン鉄リチウムまたはリン酸マンガンリチウムが検討されている。 Polyanionic compounds with excellent thermal stability are attracting attention as positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries. As polyanionic positive electrode active materials, lithium iron phosphate having an olivine structure, lithium manganese iron phosphate or lithium manganese phosphate in which part or all of the iron in lithium iron phosphate is replaced with manganese are being considered.

しかしながら、ポリアニオン系正極活物質は、電気伝導性が十分ではないという課題がある。そこで、ポリアニオン系正極活物質に、リチウムと、ニッケル、コバルト、マンガンなどの遷移金属とを含む複合酸化物である正極活物質を混合して用いることが提案されている(特許文献1)。 However, polyanionic positive electrode active materials have a problem in that they do not have sufficient electrical conductivity. Therefore, it has been proposed to mix and use a positive electrode active material, which is a composite oxide containing lithium and a transition metal such as nickel, cobalt, and manganese, with a polyanionic positive electrode active material (Patent Document 1).

特開2018-142420号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-142420

特許文献1には、ポリアニオン系正極活物質である「第一の電極活物質」の二次粒子の平均粒子径を、リチウムと他の遷移金属との複合酸化物である「第二の電極活物質」の二次粒子の平均粒子径の0.01~0.30倍とすることにより、第一の電極活物質の二次粒子が、第二の電極活物質の二次粒子によって形成される隙間に入り込むことによって、電極密度の向上を促すとともに、第二の電極活物質の二次粒子同士の隙間が、第一の電極活物質に埋められることによって、リチウムイオン二次電池用電極の熱伝導率が、第二の電極活物質単体の場合に比べて改善すると記載されている。 Patent Document 1 describes that the average particle diameter of secondary particles of a "first electrode active material" which is a polyanionic positive electrode active material is compared with that of a "second electrode active material" which is a composite oxide of lithium and other transition metals. By setting the average particle diameter of the secondary particles of the "substance" to 0.01 to 0.30 times, the secondary particles of the first electrode active material are formed by the secondary particles of the second electrode active material. By entering the gaps, the electrode density is promoted, and the gaps between the secondary particles of the second electrode active material are filled with the first electrode active material, which reduces the heat of the lithium ion secondary battery electrode. It is stated that the conductivity is improved compared to the case of the second electrode active material alone.

しかしながら、ポリアニオン系の正極活物質を用いた正極を有するリチウムイオン二次電池が高温にさらされた場合、リン酸マンガン鉄リチウムなどのポリアニオン系正極活物質からマンガンや鉄などの金属元素が溶出し、電池の高温での安定性が損なわれることがある。 However, when a lithium ion secondary battery having a positive electrode using a polyanionic positive electrode active material is exposed to high temperatures, metal elements such as manganese and iron are eluted from the polyanionic positive electrode active material such as lithium manganese iron phosphate. , the stability of the battery at high temperatures may be impaired.

本発明は、特に高温下での保存安定性が高いリチウムイオン二次電池用の正極を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium ion secondary battery that has high storage stability, especially at high temperatures.

上記目的に対して鋭意検討を行った結果、本発明者らは、ポリアニオン系正極活物質とリチウム複合酸化物系正極活物質とを有するリチウムイオン二次電池用正極において、ポリアニオン系正極活物質の二次粒子のメディアン径を、リチウム複合酸化物系正極活物質の二次粒子のメディアン径よりも大きくした場合に、高温で保存した場合でも放電容量が低下しにくくなることを見出した。本発明は、これらに限定されないが、以下を含む。
[1]下記式(I)又は(II):
LiNiCoMn ・・・(I)
(式(I)中、Mは、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi、及びGeから選択される1種又は2種以上の元素であり、a、b、c、xは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦x≦0.3、かつ3a+3b+3c+(Mの価数)×x=3を満たす数である)
LiNiCoAl ・・・(II)
(式(II)中、Mは、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi、及びGeから選択される1種または2種以上の元素であり、d、e、f、yは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦y≦0.3、かつ3d+3e+3f+(Mの価数)×y=3を満たす数である)
で表されるリチウム複合酸化物粒子(A)と、
下記式(III):
LiFeMn PO ・・・(III)
(式(III)中、Mは、Co、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、又はGdであり、m、n、及びoは、0≦m≦1、0≦n≦1、0≦o≦0.3、及びm+n≠0を満たし、かつ2m+2n+(Mの価数)×o=2を満たす数である)
で表されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)とを含み、
前記粒子(A)の二次粒子のメディアン径が、前記粒子(B)の二次粒子のメディアン径よりも小さい、リチウム二次電池用正極。
[2]前記粒子(A)の二次粒子のメディアン径が、前記粒子(B)の二次粒子のメディアン径の0.80倍未満である、[1]に記載のリチウムイオン二次電池用正極。
[3]前記粒子(A)の粉体pHが、前記粒子(B)の粉体pHより大きい、[1]または[2]に記載のリチウムイオン二次電池用正極。
[4]前記粒子(A)が、前記式(I)で表される化合物である、[1]~[3]のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極。
[5]前記式(I)においてxが0である、[4]に記載のリチウムイオン二次電池用正極。
[6]前記粒子(B)が、前記式(III)において、0<m≦1、0<n≦1、及びo=0を満たす化合物である、[1]~[5]のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極。
[7][1]~[6]のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極を有するリチウムイオン二次電池。
[8]電解質として、フッ素を含有するリチウム塩を有する、[7]に記載のリチウムイオン二次電池。
As a result of intensive studies for the above purpose, the present inventors have developed a positive electrode for lithium ion secondary batteries that has a polyanionic positive electrode active material and a lithium composite oxide positive electrode active material. It has been found that when the median diameter of the secondary particles is made larger than the median diameter of the secondary particles of the lithium composite oxide positive electrode active material, the discharge capacity is less likely to decrease even when stored at high temperatures. The present invention includes, but is not limited to, the following:
[1] The following formula (I) or (II):
LiNi a Co b Mn c M 1 x O 2 ...(I)
(In formula (I), M1 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb , Bi, and Ge, and a, b, c, and x are 0.3≦a<1, 0<b≦0.7, 0<c≦0 .7, 0≦x≦0.3, and is a number that satisfies 3a + 3b + 3c + (M valence of 1 ) x x = 3)
LiNi d Co e Al f M 2 y O 2 ...(II)
(In formula (II), M2 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi , and Ge, and d, e, f, and y are 0.4≦d<1, 0<e≦0.6, 0<f≦0.3 , 0≦y≦0.3, and 3d+3e+3f+(valence of M2 )×y=3)
Lithium composite oxide particles (A) represented by
The following formula (III):
LiFe m M n M 3 o PO 4 ... (III)
(In formula (III), M3 is Co, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd, and m, n, and o are 0≦ It is a number that satisfies m≦1, 0≦n≦1, 0≦o≦0.3, and m+n≠0, and 2m+2n+(valence of M3 )×o=2)
Lithium-based polyanion particles (B) represented by
A positive electrode for a lithium secondary battery, wherein the median diameter of the secondary particles of the particles (A) is smaller than the median diameter of the secondary particles of the particles (B).
[2] The lithium ion secondary battery according to [1], wherein the median diameter of the secondary particles of the particles (A) is less than 0.80 times the median diameter of the secondary particles of the particles (B). Positive electrode.
[3] The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to [1] or [2], wherein the powder pH of the particles (A) is higher than the powder pH of the particles (B).
[4] The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [3], wherein the particles (A) are a compound represented by the formula (I).
[5] The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to [4], wherein x in the formula (I) is 0.
[6] Any one of [1] to [5], wherein the particle (B) is a compound satisfying 0<m≦1, 0<n≦1, and o=0 in the formula (III). A positive electrode for a lithium ion secondary battery as described in .
[7] A lithium ion secondary battery having the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [6].
[8] The lithium ion secondary battery according to [7], which has a fluorine-containing lithium salt as the electrolyte.

本発明の正極を用いることにより、高温にさらされた際にも放電容量が低下しにくいリチウムイオン二次電池を製造することができる。 By using the positive electrode of the present invention, a lithium ion secondary battery whose discharge capacity is less likely to decrease even when exposed to high temperatures can be manufactured.

本発明のリチウムイオン二次電池用の正極は、特定の式で表されるリチウムと他の遷移金属との複合酸化物である粒子(A)と、特定の式で表されるリチウムと他の遷移金属とリン酸とを有するポリアニオン粒子(B)とを用いて製造される。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention comprises particles (A) that are a composite oxide of lithium and other transition metals represented by a specific formula, and particles (A) that are a composite oxide of lithium and other transition metals represented by a specific formula. It is manufactured using polyanion particles (B) having a transition metal and phosphoric acid.

<粒子(A)>
本発明の正極に用いられる粒子(A)は、下記式(I)又は(II):
LiNiCoMn ・・・(I)
(式(I)中、Mは、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi、及びGeから選択される1種又は2種以上の元素であり、a、b、c、xは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦x≦0.3、かつ3a+3b+3c+(Mの価数)×x=3を満たす数である)
LiNiCoAl ・・・(II)
(式(II)中、Mは、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi、及びGeから選択される1種または2種以上の元素であり、d、e、f、yは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦y≦0.3、かつ3d+3e+3f+(Mの価数)×y=3を満たす数である)
で表される、層状型岩塩構造を有するリチウム複合酸化物粒子である。
<Particles (A)>
The particles (A) used in the positive electrode of the present invention have the following formula (I) or (II):
LiNi a Co b Mn c M 1 x O 2 ...(I)
(In formula (I), M1 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb , Bi, and Ge, and a, b, c, and x are 0.3≦a<1, 0<b≦0.7, 0<c≦0 .7, 0≦x≦0.3, and is a number that satisfies 3a + 3b + 3c + (M valence of 1 ) x x = 3)
LiNi d Co e Al f M 2 y O 2 ...(II)
(In formula (II), M2 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi , and Ge, and d, e, f, and y are 0.4≦d<1, 0<e≦0.6, 0<f≦0.3 , 0≦y≦0.3, and 3d+3e+3f+(valence of M2 )×y=3)
These are lithium composite oxide particles having a layered rock salt structure represented by:

上記式(I)で表されるリチウム複合酸化物粒子(A)を得るには、リチウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びマンガン化合物を含有する混合粉体を焼成する。具体的には、まずニッケル化合物、コバルト化合物、及びマンガン化合物を、所望するリチウム複合酸化物の組成となるように水に溶解させて水溶液aを得る。このようなニッケル化合物、コバルト化合物、及びマンガン化合物としては、例えば、これら金属元素の硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物等が挙げられる。具体的には、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン、酢酸ニッケル、酢酸コバルト、酢酸マンガン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。必要に応じて、さらに所望するリチウム複合酸化物の組成になるようにリチウム複合酸化物の一部を置換する金属(M)元素として、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi、及びGeから選択される1種又は2種以上の元素を混入させてもよい。 In order to obtain the lithium composite oxide particles (A) represented by the above formula (I), a mixed powder containing a lithium compound, a nickel compound, a cobalt compound, and a manganese compound is fired. Specifically, first, a nickel compound, a cobalt compound, and a manganese compound are dissolved in water to obtain a desired composition of a lithium composite oxide to obtain an aqueous solution a. Examples of such nickel compounds, cobalt compounds, and manganese compounds include sulfates, nitrates, carbonates, acetates, oxalates, oxides, hydroxides, and halides of these metal elements. Specific examples include nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, nickel acetate, cobalt acetate, manganese acetate, etc., but are not limited to these. If necessary, Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al , One or more elements selected from Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi, and Ge may be mixed.

次に、上記水溶液aにアルカリ溶液を添加して水溶液bとし、撹拌しながら溶解している金属成分を中和反応によって共沈させ、金属複合水酸化物を生成させる。ここで用いるアルカリ溶液は、水溶液bがpH10~14を保持するのに十分な量で滴下するのが好ましい。このようなアルカリ溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等の水溶液を用いることができ、なかでも水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム又はこれらの混合溶液を用いるのが好ましい。 Next, an alkaline solution is added to the aqueous solution a to form an aqueous solution b, and while stirring, dissolved metal components are co-precipitated by a neutralization reaction to produce a metal composite hydroxide. The alkaline solution used here is preferably added dropwise in an amount sufficient to maintain the pH of the aqueous solution b at 10 to 14. As such an alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, ammonia, etc. can be used, and among them, it is preferable to use sodium hydroxide, sodium carbonate, or a mixed solution thereof.

上記中和反応における水溶液bの温度は、30℃以上が好ましく、30~60℃が好ましい。また、水溶液bの撹拌時間は、30~120分が好ましく、30~60分がより好ましい。 The temperature of the aqueous solution b in the above neutralization reaction is preferably 30°C or higher, preferably 30 to 60°C. Further, the stirring time of the aqueous solution b is preferably 30 to 120 minutes, more preferably 30 to 60 minutes.

撹拌した後、水溶液bを濾過することによって、金属複合水酸化物を回収することができる。回収した金属複合水酸化物は、水で洗浄した後、乾燥するのが好ましい。
次いで、所望するリチウム複合酸化物の組成となるように、回収した金属複合水酸化物とリチウム化合物を乾式混合し、得られた混合粉体を酸素雰囲気下で焼成する。ここで用いるリチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム又はその水和物、過酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム等が挙げられる。後述する粒子(A)の粉体pHを高める観点からは、水酸化リチウムを多めに仕込むことが好ましい。金属複合水酸化物とリチウム化合物の乾式混合では、ボールミルやVブレンダー等の、通常の乾式混合機又は混合造粒装置等を用いることができ、自公転可能な遊星ボールミルを用いるのがより好ましい。
After stirring, the metal composite hydroxide can be recovered by filtering the aqueous solution b. The recovered metal composite hydroxide is preferably washed with water and then dried.
Next, the recovered metal composite hydroxide and the lithium compound are dry-mixed so as to have the desired composition of the lithium composite oxide, and the resulting mixed powder is fired in an oxygen atmosphere. Examples of the lithium compound used here include lithium hydroxide or its hydrate, lithium peroxide, lithium nitrate, and lithium carbonate. From the viewpoint of increasing the powder pH of particles (A), which will be described later, it is preferable to add a large amount of lithium hydroxide. In the dry mixing of the metal composite hydroxide and the lithium compound, an ordinary dry mixer or mixing granulator such as a ball mill or a V-blender can be used, and it is more preferable to use a planetary ball mill that can rotate around its axis.

上記混合粉体の焼成は、2段階(仮焼成及び本焼成)で行うことが好ましい。2段階の焼成とすることにより、仮焼成において混合粉体中の水酸化物や炭酸塩からの水分子や二酸化炭素等の加熱分解成分を除去した後、本焼成を行うこととなり、効率よくリチウム複合酸化物粒子(A)を得ることができる。仮焼成の条件としては、特に限定されないが、昇温温度は、室温から1~20℃/分であることが好ましい。また、焼成雰囲気は、大気雰囲気又は酸素雰囲気であることが好ましい。焼成温度は、700~1000℃であることが好ましく、650~750℃であることがさらに好ましい。さらに、焼成時間は、3~20時間であることが好ましく、4~6時間であることがさらに好ましい。 It is preferable that the mixed powder is fired in two stages (preliminary firing and main firing). By performing the two-stage firing, the main firing is performed after removing thermally decomposed components such as water molecules and carbon dioxide from the hydroxides and carbonates in the mixed powder during the preliminary firing, which allows efficient lithium production. Composite oxide particles (A) can be obtained. The conditions for pre-firing are not particularly limited, but the heating temperature is preferably 1 to 20° C./min from room temperature. Further, the firing atmosphere is preferably an air atmosphere or an oxygen atmosphere. The firing temperature is preferably 700 to 1000°C, more preferably 650 to 750°C. Further, the firing time is preferably 3 to 20 hours, more preferably 4 to 6 hours.

得られた仮焼成物を乳鉢等で解砕した後、適量のバインダーを混合して造粒し、本焼成するのがよい。本焼成した後に得られた焼成物が、リチウム複合酸化物粒子(A)の二次粒子である。 It is preferable to crush the obtained pre-fired product in a mortar or the like, mix it with an appropriate amount of binder, granulate it, and then perform main firing. The fired product obtained after the main firing is secondary particles of lithium composite oxide particles (A).

本焼成の条件としては、特に限定されないが、昇温温度は、再度室温から始めて、1~20℃/分とするのがよい。また、焼成雰囲気は、大気雰囲気又は酸素雰囲気であることが好ましい。焼成温度は、本焼成後に得られるリチウム複合酸化物粒子(A)の二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径を所望の値に制御する観点から、700~1200℃であることが好ましく、700~1000℃がより好ましく、750~900℃がさらに好ましい。焼成時間は、3~20時間が好ましく、8~10時間がさらに好ましい。 The conditions for the main firing are not particularly limited, but the heating temperature is preferably 1 to 20° C./min starting from room temperature again. Further, the firing atmosphere is preferably an air atmosphere or an oxygen atmosphere. The firing temperature is preferably 700 to 1200°C from the viewpoint of controlling the average particle diameter of the primary particles constituting the secondary particles of the lithium composite oxide particles (A) obtained after main firing to a desired value, The temperature is more preferably 700 to 1000°C, and even more preferably 750 to 900°C. The firing time is preferably 3 to 20 hours, more preferably 8 to 10 hours.

このような2段階の焼成には、ガス雰囲気中の酸素濃度が20質量%以上に調整された電気炉、ロータリーキルン、管状炉、プッシャー炉等を用いることが好ましい。
上記式(II)で表されるリチウム複合酸化物粒子(A)を得るには、リチウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物を含有する混合粉体を焼成する。具体的には、まずニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物を、所望するリチウム複合酸化物の組成となるように水に溶解させて水溶液a’を得る。このようなニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物としては、例えば、これら金属元素の硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物等が挙げられる。具体的には、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸アルミニウム、酢酸ニッケル、酢酸コバルト、酢酸アルミニウム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。必要に応じて、さらに所望するリチウム複合酸化物の組成になるようにリチウム複合酸化物の一部を置換する金属(M)元素として、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi、及びGeから選択される1種又は2種以上の元素を混入させてもよい。
For such two-stage firing, it is preferable to use an electric furnace, rotary kiln, tubular furnace, pusher furnace, etc. in which the oxygen concentration in the gas atmosphere is adjusted to 20% by mass or more.
In order to obtain the lithium composite oxide particles (A) represented by the above formula (II), a mixed powder containing a lithium compound, a nickel compound, a cobalt compound, and an aluminum compound is fired. Specifically, first, a nickel compound, a cobalt compound, and an aluminum compound are dissolved in water to obtain a desired composition of a lithium composite oxide to obtain an aqueous solution a'. Examples of such nickel compounds, cobalt compounds, and aluminum compounds include sulfates, nitrates, carbonates, acetates, oxalates, oxides, hydroxides, and halides of these metal elements. Specific examples include nickel sulfate, cobalt sulfate, aluminum sulfate, nickel acetate, cobalt acetate, aluminum acetate, etc., but are not limited to these. If necessary, Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al , Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, One or more elements selected from Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi, and Ge may be mixed.

次に、上記水溶液a’にアルカリ溶液を添加して水溶液b’とし、撹拌しながら溶解している金属成分を中和反応によって共沈させ、金属複合水酸化物を生成させる。ここで用いるアルカリ溶液は、水溶液b’がpH10~14を保持するのに十分な量で滴下するのが好ましい。このようなアルカリ溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等の水溶液を用いることができ、なかでも水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム又はこれらの混合溶液を用いるのが好ましい。 Next, an alkaline solution is added to the aqueous solution a' to form an aqueous solution b', and while stirring, the dissolved metal components are co-precipitated by a neutralization reaction to produce a metal composite hydroxide. The alkaline solution used here is preferably added dropwise in an amount sufficient to maintain the pH of the aqueous solution b' at 10 to 14. As such an alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, ammonia, etc. can be used, and among them, it is preferable to use sodium hydroxide, sodium carbonate, or a mixed solution thereof.

上記中和反応における水溶液b’の温度は、40℃以上が好ましく、40~60℃が好ましい。また、水溶液b’の撹拌時間は、30~120分が好ましく、30~60分がより好ましい。有用な正極活物質を得るために嵩密度の高い金属複合水酸化物とする観点から、中和反応後の水溶液b’に、さらに次亜塩素酸ソーダや過酸化水素水等の酸化剤を添加してもよい。 The temperature of the aqueous solution b' in the above neutralization reaction is preferably 40°C or higher, preferably 40 to 60°C. Further, the stirring time of the aqueous solution b' is preferably 30 to 120 minutes, more preferably 30 to 60 minutes. In order to obtain a metal composite hydroxide with a high bulk density in order to obtain a useful positive electrode active material, an oxidizing agent such as sodium hypochlorite or hydrogen peroxide is further added to the aqueous solution b' after the neutralization reaction. You may.

撹拌した後、水溶液b’を濾過することによって、金属複合水酸化物を回収することができる。回収した金属複合水酸化物は、得られるリチウム複合酸化物の品位を安定化させる観点及びリチウムと均一かつ十分に反応させる観点から、焼成して金属複合酸化物とするのが好ましい。 After stirring, the metal composite hydroxide can be recovered by filtering the aqueous solution b'. The recovered metal composite hydroxide is preferably calcined to form a metal composite oxide from the viewpoint of stabilizing the quality of the obtained lithium composite oxide and from the viewpoint of reacting uniformly and sufficiently with lithium.

金属複合水酸化物から金属複合酸化物を得るための焼成条件は、特に限定されず、例えば、大気雰囲気下で、好ましくは500~1100℃、より好ましくは60~900℃で焼成すればよい。 The firing conditions for obtaining a metal composite oxide from a metal composite hydroxide are not particularly limited, and for example, the firing may be performed in an air atmosphere, preferably at 500 to 1100°C, more preferably at 60 to 900°C.

次いで、所望するリチウム複合酸化物の組成となるように、上記焼成により得られた金属複合酸化物とリチウム化合物を乾式混合し、得られた混合粉体を酸素雰囲気下で焼成する。ここで用いるリチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム又はその水和物、過酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム等が挙げられる。後述する粒子(A)の粉体pHを高める観点からは、水酸化リチウムを多めに仕込むことが好ましい。金属複合酸化物とリチウム化合物の乾式混合では、ボールミルやVブレンダー等の、通常の乾式混合機又は混合造粒装置等を用いることができる。焼成には、ガス雰囲気中の酸素濃度が20質量%以上に調整された電気炉、ロータリーキルン、管状炉、プッシャー炉等を用いることができる。 Next, the metal composite oxide obtained by the above firing and the lithium compound are dry-mixed so as to have a desired composition of the lithium composite oxide, and the resulting mixed powder is fired in an oxygen atmosphere. Examples of the lithium compound used here include lithium hydroxide or its hydrate, lithium peroxide, lithium nitrate, and lithium carbonate. From the viewpoint of increasing the powder pH of particles (A), which will be described later, it is preferable to add a large amount of lithium hydroxide. In the dry mixing of the metal composite oxide and the lithium compound, an ordinary dry mixer or mixing granulator, such as a ball mill or a V-blender, can be used. For firing, an electric furnace, a rotary kiln, a tubular furnace, a pusher furnace, etc. in which the oxygen concentration in the gas atmosphere is adjusted to 20% by mass or more can be used.

上記混合粉体の焼成条件は、得られるリチウム複合酸化物の結晶が未発達になり構造的に不安定になるのを回避する観点とリチウム複合酸化物の層状構造が崩壊してリチウムイオンの挿入・脱離が困難になるのを回避する観点から、焼成温度は650~850℃であることが好ましく、700~800℃であることがより好ましい。また、焼成時間は、5~20時間が好ましく、6~10時間がより好ましい。 The firing conditions for the above mixed powder are determined from the viewpoints of avoiding the crystals of the obtained lithium composite oxide from becoming underdeveloped and becoming structurally unstable, and from the viewpoint of preventing the layered structure of the lithium composite oxide from collapsing and allowing insertion of lithium ions. - From the viewpoint of avoiding difficulty in desorption, the firing temperature is preferably 650 to 850°C, more preferably 700 to 800°C. Further, the firing time is preferably 5 to 20 hours, more preferably 6 to 10 hours.

上記混合粉体の焼成は、2段階(仮焼成及び本焼成)で行うことが好ましい。2段階の焼成とすることにより、仮焼成において混合粉体中の水酸化物や炭酸塩からの水分子や二酸化炭素等の加熱分解成分を除去した後、本焼成を行うこととなり、効率よくリチウム複合酸化物粒子(A)を得ることができる。仮焼成の条件としては、焼成温度400~600℃で1時間以上焼成するのが好ましい。仮焼成で得られた焼成物を乳鉢等で解砕した後、適量のバインダーを混合して造粒し、本焼成に付す。本焼成の条件としては、焼成温度650~850℃で、5時間以上が好ましい。 It is preferable that the mixed powder is fired in two stages (preliminary firing and main firing). By performing the two-stage firing, the main firing is performed after removing thermally decomposed components such as water molecules and carbon dioxide from the hydroxides and carbonates in the mixed powder during the preliminary firing, which allows efficient lithium production. Composite oxide particles (A) can be obtained. As for the conditions for the preliminary firing, it is preferable to perform the firing at a firing temperature of 400 to 600° C. for one hour or more. After crushing the fired product obtained by preliminary firing in a mortar or the like, an appropriate amount of binder is mixed and granulated, and the product is subjected to main firing. The main firing conditions are preferably a firing temperature of 650 to 850°C for 5 hours or more.

本焼成で得られた焼成物を水洗した後、濾過、乾燥して、リチウム複合酸化物粒子(A)の二次粒子を得る。本焼成で得られた焼成物を水洗する際のスラリー濃度は、得られるリチウム複合酸化物粒子(A)からリチウムの脱離が生じるのを抑止する観点から、200~4000g/Lが好ましく、500~2000g/Lがより好ましい。 After washing the fired product obtained in the main firing with water, it is filtered and dried to obtain secondary particles of lithium composite oxide particles (A). The slurry concentration when washing the fired product obtained in the main firing with water is preferably 200 to 4000 g/L, and 500 to 4000 g/L, from the viewpoint of suppressing desorption of lithium from the obtained lithium composite oxide particles (A). -2000g/L is more preferable.

水洗する際に用いる水の電気伝導率は、水に炭酸ガスが多く含まれることによりリチウム複合酸化物粒子(A)に炭酸リチウムが析出するのを回避する観点から、10μS/cm未満であることが好ましく、1μS/cm以下がより好ましい。 The electrical conductivity of the water used for washing with water should be less than 10 μS/cm in order to avoid precipitation of lithium carbonate on the lithium composite oxide particles (A) due to the water containing a large amount of carbon dioxide gas. is preferable, and 1 μS/cm or less is more preferable.

乾燥は、2段階で行うことが好ましい。1段階目の乾燥は、リチウム複合酸化物二次粒子中の水分(気化温度300℃で測定した水分率)が1質量%以下になるまで、90℃で行う。その後、2段階目の乾燥を120℃以上で行うことが好ましい。 Drying is preferably carried out in two stages. The first step of drying is performed at 90° C. until the moisture content (moisture content measured at a vaporization temperature of 300° C.) in the lithium composite oxide secondary particles becomes 1% by mass or less. After that, it is preferable to perform the second stage of drying at 120° C. or higher.

上記式(I)及び式(II)で表されるリチウム複合酸化物の一次粒子の平均粒子径は、500nm以下が好ましく、300nm以下がより好ましい。一次粒子の平均粒子径の下限値は特に限定されないが、ハンドリング性の観点から、50nm以上が好ましい。 The average particle diameter of the primary particles of the lithium composite oxide represented by the above formulas (I) and (II) is preferably 500 nm or less, more preferably 300 nm or less. The lower limit of the average particle diameter of the primary particles is not particularly limited, but from the viewpoint of handling properties, it is preferably 50 nm or more.

上記式(I)及び式(II)で表されるリチウム複合酸化物粒子(A)の二次粒子のメディアン径は、好ましくは25μm以下であり、より好ましくは20μm以下である。二次粒子のメディアン径の下限値は特に限定されないが、ハンドリング性の観点から1μm以上が好ましく、5μm以上がさらに好ましい。 The median diameter of the secondary particles of the lithium composite oxide particles (A) represented by the above formulas (I) and (II) is preferably 25 μm or less, more preferably 20 μm or less. The lower limit of the median diameter of the secondary particles is not particularly limited, but from the viewpoint of handling properties, it is preferably 1 μm or more, and more preferably 5 μm or more.

本発明の正極用の材料において、式(I)及び式(II)で表される粒子(A)の二次粒子のメディアン径は、後述する粒子(B)の二次粒子のメディアン径に比べて、小さい。好ましくは、粒子(A)の二次粒子のメディアン径は、粒子(B)の二次粒子のメディアン径の0.80倍未満である。粒子(A)の二次粒子のメディアン径が粒子(B)の二次粒子のメディアン径より小さいことにより、粒子(A)により粒子(B)の間隙を効率よく埋めるこができ、高温時の粒子(B)からのマンガンや鉄などの金属元素の溶出を効率的に防ぐことができ、電池の高温保存特性を向上させることができる。 In the positive electrode material of the present invention, the median diameter of the secondary particles of particles (A) represented by formula (I) and formula (II) is greater than the median diameter of secondary particles of particles (B) described below. It's small. Preferably, the median diameter of the secondary particles of particles (A) is less than 0.80 times the median diameter of the secondary particles of particles (B). Since the median diameter of the secondary particles of particles (A) is smaller than the median diameter of the secondary particles of particles (B), the gaps between particles (B) can be efficiently filled with particles (A), and the Elution of metal elements such as manganese and iron from the particles (B) can be efficiently prevented, and the high-temperature storage characteristics of the battery can be improved.

なお、本明細書において、一次粒子の平均粒子径は、SEM又はTEMの電子顕微鏡による観察において測定される数十個の粒子の粒径(長軸の長さ)の平均値を意味する。二次粒子のメディアン径は、レーザー回折粒度分布計を用いて測定される体積基準のメディアン径(D50)を意味し、以下の方法で測定することができる:
分散媒としてエタノールを用い、超音波を用いて粒子をエタノールに分散させて測定用試料とし、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置(MicrotracBEL株式会社製MT3300EXII)により粒度分布を測定し、体積基準のメディアン径(D50)を算出する。
In addition, in this specification, the average particle diameter of a primary particle means the average value of the particle diameter (length of a major axis) of several dozen particles measured by observation with the electron microscope of SEM or TEM. The median diameter of secondary particles means the volume-based median diameter (D50) measured using a laser diffraction particle size distribution meter, and can be measured by the following method:
Using ethanol as a dispersion medium, particles were dispersed in ethanol using ultrasound to prepare a measurement sample, and the particle size distribution was measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (MT3300EXII manufactured by MicrotracBEL Co., Ltd.). Calculate the median diameter (D50).

粒子(A)及び(B)の二次粒子のメディアン径は、正極内においてもほとんど同程度に維持される傾向があるので、正極内の粒子(A)及び(B)の二次粒子のメディアン径は、例えば、以下の方法で測定することもできる:
走査電子顕微鏡JCM-6000(JEOL日本電子株式会社製)、倍率×1000、3000を用いて正極を観察し、観察ソフト(JCM-6000)の[測長]機能にて計測する。正極粒子の判別は、付属のEDX装置による元素分析によって行うことができる。
The median diameter of the secondary particles of particles (A) and (B) tends to be maintained at almost the same level even in the positive electrode, so the median diameter of the secondary particles of particles (A) and (B) in the positive electrode The diameter can also be measured, for example, in the following way:
The positive electrode is observed using a scanning electron microscope JCM-6000 (manufactured by JEOL JEOL Ltd.) at a magnification of x1000 and 3000, and measured using the [length measurement] function of the observation software (JCM-6000). Discrimination of positive electrode particles can be performed by elemental analysis using an attached EDX device.

上記式(I)及び式(II)で表される粒子(A)の粉体pHは、好ましくは10~14の範囲であり、さらに好ましくは10~13である。粒子(A)の粉体pHは、後述する粒子(B)の粉体pHに比べて、高いことが好ましい。粒子(A)の粉体pHを高めることにより、高温時の粒子(B)からのマンガンや鉄などの金属元素の溶出を効率的に防ぐことができ、電池の高温保存特性をさらに向上させることができる。このメカニズムについては、明らかではないが、本発明者らは、次のように推測している:リチウムイオン二次電池が60℃以上の高温にさらされると、電池内に微量に混入した水分により、電解液中で一般的に使用されるLiPFなどの支持塩が加水分解して、遊離HFを生じることがある。遊離HFが粒子(B)にアタックすると、粒子(B)中のマンガンや鉄の溶出を招き、電池の高温保存特性が損なわれることがある。粒子(B)よりもメディアン径が小さく、粉体pHが高い粒子(A)を粒子(B)の間隙に存在させることにより、遊離HF(酸)のアタックを弱め、粒子(B)からの金属元素の溶出を防ぐことができると考えられる。 The powder pH of the particles (A) represented by the above formulas (I) and (II) is preferably in the range of 10 to 14, more preferably in the range of 10 to 13. The powder pH of the particles (A) is preferably higher than that of the particles (B) described below. By increasing the powder pH of the particles (A), it is possible to efficiently prevent the elution of metal elements such as manganese and iron from the particles (B) at high temperatures, further improving the high-temperature storage characteristics of the battery. Can be done. The mechanism is not clear, but the inventors speculate as follows: When a lithium-ion secondary battery is exposed to high temperatures of 60°C or higher, a small amount of water mixed into the battery , supporting salts such as LiPF 6 commonly used in electrolytes can hydrolyze to produce free HF. When free HF attacks the particles (B), manganese and iron in the particles (B) may be eluted, which may impair the high temperature storage characteristics of the battery. By allowing particles (A), which have a smaller median diameter and a higher powder pH than particles (B), to exist in the gaps between particles (B), the attack of free HF (acid) is weakened, and the metal from particles (B) is It is thought that the elution of elements can be prevented.

粒子(A)の粉体pHは、粒子(A)の製造の際にアルカリ性の成分を多めに仕込むようにして粒子(A)にアルカリを残留させることにより、高めることができる。
なお、本明細書において、粉体pHは、以下の手順により測定する:
50mLの純水に、各粒子(粉体)1gを添加し、スターラーで室温下で5分間撹拌し、1分間静置した際の懸濁液のpHをpHメーターで測定する。
The powder pH of the particles (A) can be increased by adding a large amount of alkaline component during the production of the particles (A) so that the alkali remains in the particles (A).
In addition, in this specification, powder pH is measured by the following procedure:
Add 1 g of each particle (powder) to 50 mL of pure water, stir for 5 minutes at room temperature with a stirrer, and measure the pH of the suspension with a pH meter after standing for 1 minute.

<粒子(B)>
本発明の正極に用いられる粒子(B)は、下記式(III):
LiFeMn PO ・・・(III)
(式(III)中、Mは、Co、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、又はGdであり、m、n、及びoは、0≦m≦1、0≦n≦1、0≦o≦0.3、及びm+n≠0を満たし、かつ2m+2n+(Mの価数)×o=2を満たす数である)
で表される、リチウムと、鉄及びマンガンのうちの少なくとも1種と、リン酸とを含む、オリビン型構造を有するポリアニオン粒子である。粒子表面に炭素が担持されていてもよい。
<Particles (B)>
The particles (B) used in the positive electrode of the present invention have the following formula (III):
LiFe m M n M 3 o PO 4 ...(III)
(In formula (III), M3 is Co, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd, and m, n, and o are 0≦ It is a number that satisfies m≦1, 0≦n≦1, 0≦o≦0.3, and m+n≠0, and 2m+2n+(valence of M3 )×o=2)
These are polyanion particles having an olivine structure and containing lithium, at least one of iron and manganese, and phosphoric acid. Carbon may be supported on the particle surface.

上記式(III)で表されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)は、以下の手順で得ることができる:
(i)リチウム化合物とリン酸化合物を混合し、次いで、少なくとも鉄化合物及び/又はマンガン化合物を含む金属塩を混合して混合液Aを得る、
(ii)得られた混合液Aを水熱反応に付して複合体Bを得る。
The lithium-based polyanion particles (B) represented by the above formula (III) can be obtained by the following procedure:
(i) Mixing a lithium compound and a phosphoric acid compound, and then mixing a metal salt containing at least an iron compound and/or a manganese compound to obtain a mixed solution A.
(ii) The obtained mixture A is subjected to a hydrothermal reaction to obtain a composite B.

リチウム系ポリアニオン粒子(B)に炭素を担持させる場合、さらに次の工程を行うことができる:
(iii)得られた複合体B、炭素源、及び水を混合して混合液Cを得る、
(iv)得られた混合液Cを乾燥して造粒体Dを得る、
(v)得られた造粒体Dを還元雰囲気又は不活性雰囲気中で焼成する。
When carbon is supported on the lithium-based polyanion particles (B), the following steps can be further performed:
(iii) mixing the obtained complex B, carbon source, and water to obtain a mixed liquid C;
(iv) drying the obtained mixture C to obtain granules D;
(v) The obtained granules D are fired in a reducing atmosphere or an inert atmosphere.

工程(i)で用いることができるリチウム化合物としては、水酸化リチウム(例えばLiOH、LiOH・HO)、炭酸リチウム、硫酸リチウム、酢酸リチウムを挙げることができ、なかでも水酸化リチウムが好ましい。リチウム化合物は、水100質量部に対し5~50質量部、より好ましくは7~45質量部の濃度の水溶液の形態であることが好ましい。リチウム化合物にリン酸化合物を混合する前に、リチウム化合物の水溶液を1~15分、より好ましくは3~10分撹拌することが好ましい。また、水溶液の温度は、20~90℃が好ましく、20~70℃がより好ましい。 Examples of the lithium compound that can be used in step (i) include lithium hydroxide (for example, LiOH, LiOH.H 2 O), lithium carbonate, lithium sulfate, and lithium acetate, with lithium hydroxide being preferred. The lithium compound is preferably in the form of an aqueous solution having a concentration of 5 to 50 parts by weight, more preferably 7 to 45 parts by weight, based on 100 parts by weight of water. Before mixing the phosphoric acid compound with the lithium compound, it is preferable to stir the aqueous solution of the lithium compound for 1 to 15 minutes, more preferably for 3 to 10 minutes. Further, the temperature of the aqueous solution is preferably 20 to 90°C, more preferably 20 to 70°C.

リチウム化合物に混合するリン酸化合物としては、オルトリン酸(HPO、リン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム等が挙げられる。なかでもリン酸を用いるのが好ましく、70~90質量%濃度の水溶液として用いるのが好ましい。リチウム化合物とリン酸化合物との混合物は、リン酸1モルに対しリチウムを2.7~3.3モル含むのが好ましく、2.8~3.1モル含むのがより好ましい。 Examples of the phosphoric acid compound to be mixed with the lithium compound include orthophosphoric acid (H 3 PO 4 , phosphoric acid), metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, ammonium hydrogen phosphate, and the like. Among them, it is preferable to use phosphoric acid, and it is preferable to use it as an aqueous solution with a concentration of 70 to 90% by mass. The mixture of the lithium compound and the phosphoric acid compound preferably contains 2.7 to 3.3 moles of lithium, more preferably 2.8 to 3.1 moles, per mole of phosphoric acid.

リン酸化合物を混合した後、窒素をパージすることにより、混合物中での反応を完了させてリチウム系ポリアニオン粒子の前駆体(リン酸三リチウム、LiPO)を生成させても良い。窒素をパージする際の圧力は、0.1~0.2MPaが好ましく、0.1~0.15MPaがより好ましい。また、リン酸化合物を混合した後の混合物の温度は、好ましくは20~80℃であり、より好ましくは20~60℃である。反応時間は、好ましくは5~60分であり、より好ましくは15~45分である。窒素をパージする際、反応を良好に進行させる観点から、撹拌速度200~700rpmで、より好ましくは250~600rpmで撹拌することが好ましい。 After mixing the phosphoric acid compound, the reaction in the mixture may be completed by purging with nitrogen to generate a precursor of lithium-based polyanion particles (trilithium phosphate, Li 3 PO 4 ). The pressure when purging nitrogen is preferably 0.1 to 0.2 MPa, more preferably 0.1 to 0.15 MPa. Further, the temperature of the mixture after mixing the phosphoric acid compound is preferably 20 to 80°C, more preferably 20 to 60°C. The reaction time is preferably 5 to 60 minutes, more preferably 15 to 45 minutes. When purging with nitrogen, it is preferable to stir at a stirring speed of 200 to 700 rpm, more preferably 250 to 600 rpm, from the viewpoint of promoting the reaction well.

リチウム化合物とリン酸化合物を混合した後に、少なくとも鉄化合物及び/又はマンガン化合物を含む金属塩を添加して混合液Aを得る。これら金属塩の合計添加量は、リン酸イオン1.000モルに対し、好ましくは0.990~1.010モルであり、より好ましくは0.995~1.005モルである。鉄化合物及びマンガン化合物以外の金属(M)塩を添加する場合、鉄化合物、マンガン化合物、及び金属(M)塩の合計添加量は、得られた混合液A中のリン酸1.000モルに対し、好ましくは0.990~1.010モルであり、より好ましくは0.995~1.005モルである。鉄化合物、マンガン化合物、及び金属(M)塩の添加順序は特に制限されない。また、これらの金属塩を添加するとともに、必要に応じて酸化防止剤を添加してもよい。酸化防止剤としては、亜硫酸ナトリウム(NaSO)、ハイドロサルファイトナトリウム(Na)、アンモニア水等を使用することができる。酸化防止剤の添加量は、過剰に添加すると活物質の生成が抑制されるので、金属塩の合計1.00モルに対し、好ましくは0.01~1.00モルであり、より好ましくは0.03~0.50モルである。 After mixing the lithium compound and the phosphoric acid compound, a metal salt containing at least an iron compound and/or a manganese compound is added to obtain a mixed solution A. The total amount of these metal salts added is preferably 0.990 to 1.010 mol, more preferably 0.995 to 1.005 mol, per 1.000 mol of phosphate ion. When adding a metal (M 3 ) salt other than an iron compound and a manganese compound, the total amount of the iron compound, manganese compound, and metal (M 3 ) salt added is 1.000% of the phosphoric acid in the obtained mixed solution A. The amount is preferably 0.990 to 1.010 mol, more preferably 0.995 to 1.005 mol. The order of addition of the iron compound, manganese compound, and metal (M 3 ) salt is not particularly limited. Furthermore, in addition to adding these metal salts, an antioxidant may be added as necessary. As the antioxidant, sodium sulfite (Na 2 SO 3 ), sodium hydrosulfite (Na 2 S 2 O 4 ), ammonia water, etc. can be used. The amount of antioxidant added is preferably 0.01 to 1.00 mol, more preferably 0.01 to 1.00 mol in total of the metal salt, since the generation of active material is suppressed if added in excess. 0.03 to 0.50 mol.

用い得る鉄化合物としては、酢酸鉄、硝酸鉄、硫酸鉄等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、リチウム系ポリアニオン粒子(B)の電池特性を高める観点から、硫酸鉄が好ましい。 Examples of iron compounds that can be used include iron acetate, iron nitrate, iron sulfate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, iron sulfate is preferred from the viewpoint of improving the battery characteristics of the lithium-based polyanion particles (B).

用い得るマンガン化合物としては、酢酸マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、リチウム系ポリアニオン粒子(B)の電池特性を高める観点から、硫酸マンガンが好ましい。 Manganese compounds that can be used include manganese acetate, manganese nitrate, manganese sulfate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, manganese sulfate is preferred from the viewpoint of improving the battery characteristics of the lithium-based polyanion particles (B).

粒子(B)に、鉄とマンガンの双方が含まれることは好ましい。すなわち、上記式(iii)において、0<m≦1かつ0<n≦1であることは好ましい。鉄とマンガンの双方を含むリン酸マンガン鉄リチウム(LMFP)は、鉄を含みマンガンを含まないリン酸鉄リチウム(LFP)と同等の安全性を示しながら、LFPよりも0.4~0.5V作動電位が高いことから、電池の安全性向上及び高エネルギー密度化に寄与すると考えられる。したがって、粒子(B)の製造の際に、金属化合物として、鉄化合物とマンガン化合物の双方を用いることは好ましい。鉄化合物とマンガン化合物の双方を用いる場合、マンガン化合物及び鉄化合物の使用モル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、好ましくは99:1~1:99であり、より好ましくは90:10~10:90である。 It is preferable that the particles (B) contain both iron and manganese. That is, in the above formula (iii), it is preferable that 0<m≦1 and 0<n≦1. Lithium manganese iron phosphate (LMFP), which contains both iron and manganese, exhibits safety equivalent to lithium iron phosphate (LFP), which contains iron and does not contain manganese, but is 0.4 to 0.5 V lower than LFP. Since it has a high operating potential, it is thought to contribute to improving battery safety and increasing energy density. Therefore, it is preferable to use both an iron compound and a manganese compound as the metal compound when producing the particles (B). When both an iron compound and a manganese compound are used, the molar ratio of the manganese compound and the iron compound (manganese compound: iron compound) is preferably 99:1 to 1:99, more preferably 90:10 to 10: It is 90.

金属(M)塩としては、鉄及びマンガン以外の金属の硫酸塩、ハロゲン化合物、有機酸塩、及びこれらの水和物等を用いることができる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、硫酸塩が好ましい。 As the metal (M 3 ) salt, sulfates of metals other than iron and manganese, halogen compounds, organic acid salts, hydrates thereof, etc. can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, sulfates are preferred from the viewpoint of improving battery characteristics.

次いで、工程(i)で得られた混合液(A)を水熱反応に付して複合体Bを得る(工程(ii))。水熱反応に付する際に用いる水の使用量は、金属塩の溶解性、撹拌の容易性、及び合成の効率等の観点から、混合液A中に含有されるリン酸イオン1モルに対し、好ましくは10~50モルであり、さらに好ましくは10~45モルであり、さらに好ましくは10~30モルであり、さらに好ましくは12.5~25モルである。 Next, the mixed solution (A) obtained in step (i) is subjected to a hydrothermal reaction to obtain composite B (step (ii)). The amount of water used in the hydrothermal reaction is determined based on the solubility of the metal salt, ease of stirring, synthesis efficiency, etc., per mole of phosphate ion contained in mixture A. , preferably 10 to 50 mol, more preferably 10 to 45 mol, even more preferably 10 to 30 mol, and still more preferably 12.5 to 25 mol.

水熱反応の際の温度は、100℃以上であればよく、130~180℃が好ましい。水熱反応は耐圧容器中で行うことが好ましく、130~180℃で反応を行う場合、圧力は、0.3~0.9MPaが好ましく、140~160℃で反応を行う場合、圧力は、0.3~0.6MPaが好ましい。反応時間は、0.1~48時間が好ましく、0.2~24時間がさらに好ましい。 The temperature during the hydrothermal reaction may be 100°C or higher, preferably 130 to 180°C. The hydrothermal reaction is preferably carried out in a pressure-resistant container, and when the reaction is carried out at 130 to 180°C, the pressure is preferably 0.3 to 0.9 MPa, and when the reaction is carried out at 140 to 160°C, the pressure is 0. .3 to 0.6 MPa is preferred. The reaction time is preferably 0.1 to 48 hours, more preferably 0.2 to 24 hours.

得られた複合体Bは、式(III)で表されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)である。複合体Bを、濾過し、水で洗浄し、乾燥することにより、ポリアニオン粒子(B)を単離することができる。乾燥手段としては、凍結乾燥、真空乾燥等を挙げることができる。 The obtained composite B is a lithium-based polyanion particle (B) represented by formula (III). Polyanion particles (B) can be isolated by filtering complex B, washing with water, and drying. Examples of drying means include freeze drying, vacuum drying, and the like.

リチウム系ポリアニオン粒子に炭素を担持させる場合、複合体Bと水を含む混合物に炭素源を混合して、混合液Cを作成する(工程(iii))。炭素源としては、セルロースナノファイバー又は水溶性炭素材料が挙げられる。セルロースナノファイバー(以下、「CNF」とも称する)は、植物繊維を繊維径が1~100nm程度のナノサイズまで解繊等することにより得ることができる微細セルロース繊維である。水溶性炭素材料とは、25℃の水100gに炭素原子換算量で0.4g以上、好ましくは1.0g以上溶解する炭素材料を意味する。水溶性炭素材料としては、例えば、糖類、ポリオール、ポリエーテル、及び有機酸から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。具体的には、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等の単糖類;マルトース、スクロース、セロビオース等の二糖類;デンプン、デキストリン等の多糖類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブタンジオール、プロパンジオール、ポリビニルアルコール、グリセリン等のポリオールやポリエーテル;クエン酸、酒石酸、アスコルビン酸等の有機酸が挙げられる。なかでも、溶媒への溶解性が高い点から、グルコース、フルクトース、スクロース、及びデキストリンが好ましく、グルコースがより好ましい。 When carbon is supported on lithium-based polyanion particles, a carbon source is mixed with a mixture containing composite B and water to create mixed liquid C (step (iii)). Examples of the carbon source include cellulose nanofibers and water-soluble carbon materials. Cellulose nanofibers (hereinafter also referred to as "CNF") are fine cellulose fibers that can be obtained by defibrating plant fibers to nano-sized fibers with a fiber diameter of about 1 to 100 nm. The water-soluble carbon material means a carbon material that dissolves in 100 g of water at 25° C. in terms of carbon atom equivalent to 0.4 g or more, preferably 1.0 g or more. Examples of the water-soluble carbon material include one or more selected from saccharides, polyols, polyethers, and organic acids. Specifically, for example, monosaccharides such as glucose, fructose, galactose, and mannose; disaccharides such as maltose, sucrose, and cellobiose; polysaccharides such as starch and dextrin; ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, butanediol , propanediol, polyvinyl alcohol, glycerin, and other polyols and polyethers; citric acid, tartaric acid, ascorbic acid, and other organic acids. Among these, glucose, fructose, sucrose, and dextrin are preferred, and glucose is more preferred, in view of their high solubility in solvents.

混合液Cにおける複合体Bの含有量は、水100質量部に対し、好ましくは10~400質量部であり、より好ましくは30~210質量部である。混合液Cにおける炭素源の含有量は、水100質量部に対し、好ましくは0.03~320質量部であり、より好ましくは0.2~140質量部であり、さらに好ましくは0.2~64質量部であり、さらに好ましくは0.2~28質量部である。 The content of the complex B in the liquid mixture C is preferably 10 to 400 parts by mass, more preferably 30 to 210 parts by mass, based on 100 parts by mass of water. The content of the carbon source in the mixed liquid C is preferably 0.03 to 320 parts by mass, more preferably 0.2 to 140 parts by mass, and even more preferably 0.2 to 140 parts by mass, based on 100 parts by mass of water. The amount is 64 parts by mass, more preferably 0.2 to 28 parts by mass.

混合液Cは、複合体Bと炭素源とを均一に分散させる観点から、分散機を用いた処理を行うことが好ましい。このような分散機としては、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波撹拌機、家庭用ジューサーミキサー等が挙げられる。なかでも、分散効率の観点から、超音波撹拌機が好ましい。混合液Cの分散均一性の程度は、例えば、UV・可視光分光装置を用いた光線透過率や、粘度で定量的に評価することができ、また目視によって白濁度が均一であることを確認することによって簡易的に評価することもできる。分散機で処理する時間は、好ましくは0.5~6分であり、より好ましくは2~5分である。 From the viewpoint of uniformly dispersing the composite B and the carbon source, the mixed liquid C is preferably treated using a disperser. Examples of such dispersing machines include disintegrators, beating machines, low-pressure homogenizers, high-pressure homogenizers, grinders, cutter mills, ball mills, jet mills, short-screw extruders, twin-screw extruders, ultrasonic stirrers, household juicer mixers, etc. can be mentioned. Among these, an ultrasonic stirrer is preferred from the viewpoint of dispersion efficiency. The degree of dispersion uniformity of the mixed liquid C can be quantitatively evaluated, for example, by the light transmittance using a UV/visible light spectrometer or the viscosity, and the uniformity of white turbidity can be confirmed by visual inspection. It is also possible to perform a simple evaluation by doing this. The time for processing with a disperser is preferably 0.5 to 6 minutes, more preferably 2 to 5 minutes.

炭素源としてCNFを用いた場合、凝集状態にあるCNFを有効に取り除く観点から、混合液Cを湿式分級することが好ましい。湿式分級には、篩や市販の湿式分級機を用いることができる。篩の目開きは、用いるCNFの繊維長により変動しうるが、作業効率の観点から、140~160μmであることが好ましい。 When CNF is used as a carbon source, it is preferable to wet-classify the mixed liquid C from the viewpoint of effectively removing CNF in agglomerated state. For wet classification, a sieve or a commercially available wet classifier can be used. The opening of the sieve may vary depending on the fiber length of the CNF used, but from the viewpoint of work efficiency, it is preferably 140 to 160 μm.

工程(iii)で得られた混合液Cを乾燥して造粒体Dを得る(工程(iv))。乾燥には、噴霧乾燥、媒体流動乾燥などの方法を用いることができる。乾燥時の条件を調整することにより、造粒体Dのメディアン径を調整することができる。 The mixed liquid C obtained in step (iii) is dried to obtain granules D (step (iv)). For drying, methods such as spray drying and medium fluidized drying can be used. By adjusting the drying conditions, the median diameter of the granules D can be adjusted.

次いで、工程(iv)で得られた造粒体Dを還元雰囲気又は不活性雰囲気中で焼成する(工程(v))。これにより、造粒体Dに存在する炭素源を炭化させ、表面に炭素を担持したリチウム系ポリアニオン粒子(B)を得ることができる。焼成条件は、還元雰囲気又は不活性雰囲気中で、好ましくは400℃以上、より好ましくは400~800℃で、好ましくは10分~3時間、より好ましくは0.5~1時間とするのがよい。 Next, the granules D obtained in step (iv) are fired in a reducing atmosphere or an inert atmosphere (step (v)). Thereby, the carbon source present in the granules D can be carbonized, and lithium-based polyanion particles (B) having carbon supported on their surfaces can be obtained. The firing conditions are preferably 400°C or higher, more preferably 400 to 800°C, preferably 10 minutes to 3 hours, and more preferably 0.5 to 1 hour in a reducing atmosphere or inert atmosphere. .

粒子(B)の二次粒子のメディアン径は、粒子(A)の二次粒子のメディアン径より大きい。好ましくは、粒子(A)の二次粒子のメディアン径が、粒子(B)の二次粒子のメディアン径の0.80倍未満となるようにする。粒子(B)の二次粒子のメディアン径が粒子(A)の二次粒子のメディアン径より大きいことにより、粒子(B)の間隙を粒子(A)により効率よく埋めるこができ、高温時の粒子(B)からのマンガンや鉄などの金属元素の溶出を効率的に防ぐことができ、電池の高温保存特性を向上させることができる。 The median diameter of the secondary particles of particles (B) is larger than the median diameter of the secondary particles of particles (A). Preferably, the median diameter of the secondary particles of particles (A) is less than 0.80 times the median diameter of the secondary particles of particles (B). Since the median diameter of the secondary particles of particles (B) is larger than the median diameter of the secondary particles of particles (A), the gaps in particles (B) can be more efficiently filled by particles (A), and the Elution of metal elements such as manganese and iron from the particles (B) can be efficiently prevented, and the high-temperature storage characteristics of the battery can be improved.

なお、粒子(B)の二次粒子のメディアン径という場合には、炭素を担持していない場合には炭素を担持していない粒子(B)の二次粒子のメディアン径をいい、炭素を担持している場合には、担持した炭素を含めた粒子(B)の二次粒子のメディアン径をいう。 In addition, when referring to the median diameter of the secondary particles of the particles (B), when carbon is not supported, it refers to the median diameter of the secondary particles of the particles (B) that do not support carbon; If so, it refers to the median diameter of the secondary particles of particles (B) including supported carbon.

粒子(B)の二次粒子のメディアン径は、これに限定されないが、例えば、造粒の際の噴霧乾燥などの乾燥時にノズルに送りこむ空気量を調整したり、また、温度を最適化するなどによって調整する(大きくする)ことができる。 Although the median diameter of the secondary particles of particles (B) is not limited to this, for example, the amount of air sent to the nozzle during drying such as spray drying during granulation may be adjusted, or the temperature may be optimized. It can be adjusted (increased) by

粒子(B)の粉体pHは、粒子(A)の粉体pHに比べて、低いことが好ましい。粒子(A)の粉体pHを高めることにより、高温時の粒子(B)からのマンガンや鉄などの金属元素の溶出を効率的に防ぐことができ、電池の高温保存特性をさらに向上させることができる。 The powder pH of particles (B) is preferably lower than that of particles (A). By increasing the powder pH of the particles (A), it is possible to efficiently prevent the elution of metal elements such as manganese and iron from the particles (B) at high temperatures, further improving the high-temperature storage characteristics of the battery. Can be done.

<正極材料>
得られた粒子(A)と粒子(B)とを所定の比率で混合して、リチウムイオン二次電池の正極用の材料を得る。混合方法は、特に限定されず、粒子(A)と粒子(B)とを均一に混合できる装置を用いればよい。例えば、ボールミル、サンドミル、遊星式ミキサー、高速剪断ミル、ブレード型混錬機、高速混合機等が挙げられる。粒子(A)と粒子(B)との混合比率(質量比)は、粒子(A):粒子(B)で好ましくは96:4~60:40であり、より好ましくは96:4~70:30であり、さらに好ましくは96:4~80:20である。
<Cathode material>
The obtained particles (A) and particles (B) are mixed at a predetermined ratio to obtain a material for a positive electrode of a lithium ion secondary battery. The mixing method is not particularly limited, and any device that can uniformly mix particles (A) and particles (B) may be used. Examples include ball mills, sand mills, planetary mixers, high-speed shear mills, blade-type kneaders, high-speed mixers, and the like. The mixing ratio (mass ratio) of particles (A) and particles (B) is preferably 96:4 to 60:40, more preferably 96:4 to 70: particles (A):particles (B). 30, more preferably 96:4 to 80:20.

<正極>
得られた正極材料を用いて、リチウムイオン二次電池用の正極を製造することができる。正極は、上述の正極材料、カーボンブラックやカーボンナノチューブ等の導電助剤、及びポリフッ化ビニリデン等の結着材(バインダー)に、N-メチル-2-ピロリドン等の溶媒を加え、十分に混錬して正極スラリーを得た後、アルミニウム箔等の集電体上に塗布し、ローラープレス等で圧縮し、乾燥することにより得ることができる。
<Positive electrode>
A positive electrode for a lithium ion secondary battery can be manufactured using the obtained positive electrode material. The positive electrode is made by adding a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to the above-mentioned positive electrode material, a conductive agent such as carbon black or carbon nanotubes, and a binder such as polyvinylidene fluoride, and thoroughly kneading the mixture. After obtaining a positive electrode slurry, it can be applied on a current collector such as aluminum foil, compressed with a roller press or the like, and dried.

集電体を構成する材料は、特に限定されないが、金属が好ましく、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅、その他合金等を挙げることができる。このほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのメッキ材などを好ましく用いることができる。また、金属表面にアルミニウムが被覆された箔であってもよい。導電性や作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅が好ましい。 The material constituting the current collector is not particularly limited, but metal is preferable, and examples thereof include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, and other alloys. In addition, a cladding material of nickel and aluminum, a cladding material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Alternatively, it may be a foil whose metal surface is coated with aluminum. From the viewpoint of conductivity and working potential, aluminum, stainless steel, and copper are preferable.

集電体の大きさは、特に限定されず、使用用途に応じて決めればよい。集電体の厚さも特に制限はない。通常は、1~100μm程度である。 The size of the current collector is not particularly limited, and may be determined depending on the intended use. The thickness of the current collector is also not particularly limited. Usually, it is about 1 to 100 μm.

バインダーは特に限定されない。例えば、ポリフッ化ビニリデンの他、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびその塩、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-HFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFMVE-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中ではポリフッ化ビニリデンが最も好ましい。これらのバインダーは、1種を用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 The binder is not particularly limited. For example, in addition to polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyethernitrile, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, carboxymethylcellulose (CMC) and its salts, ethylene-vinyl acetate copolymer, polychloride Vinyl, styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene copolymer, styrene-butadiene-styrene block copolymer and its hydrogenated products, styrene-isoprene-styrene Thermoplastic polymers such as block copolymers and their hydrogenated products, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene/hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene/perfluoroalkyl vinyl ether copolymer ( Fluororesins such as PFA), ethylene/tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene/chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride Ride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-based Fluororubber (VDF-PFP fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-PFP-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluororubber Examples include vinylidene fluoride-based fluororubbers such as rubber (VDF-PFMVE-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber), and epoxy resins. Among these, polyvinylidene fluoride is most preferred. These binders may be used alone or in combination of two or more.

正極スラリーの作成に用いる溶媒は、特に限定されないが、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサンなどを挙げることができる。 The solvent used to prepare the positive electrode slurry is not particularly limited, but examples include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide, cyclohexane, hexane, and the like.

正極スラリーの組成は、特に限定されないが、例えば、スラリーの固形分(溶媒以外の成分)全量に対して、バインダーが0.1~15質量%、好ましくは1~10質量%、より好ましくは2~8質量%、特に好ましくは3~8質量%の範囲であり、正極材料は、充分な電池容量を得る点から考慮すると、70~99.5質量%、好ましくは75~99質量%、より好ましくは80~98質量%、特に好ましくは90~97.5質量%の範囲である。上記範囲内であれば、十分な結着強度を発現することができると考えられる。導電助剤の含有量は、好ましくは0~10質量%であり、より好ましくは3~7質量%の範囲である。 The composition of the positive electrode slurry is not particularly limited, but for example, the binder is 0.1 to 15% by mass, preferably 1 to 10% by mass, more preferably 2% by mass, based on the total solid content (components other than the solvent) of the slurry. -8% by mass, particularly preferably 3-8% by mass, and the positive electrode material is preferably 70-99.5% by mass, preferably 75-99% by mass, from the viewpoint of obtaining sufficient battery capacity. The range is preferably from 80 to 98% by weight, particularly preferably from 90 to 97.5% by weight. It is considered that sufficient binding strength can be developed within the above range. The content of the conductive aid is preferably in the range of 0 to 10% by mass, more preferably in the range of 3 to 7% by mass.

<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池は、上述の正極と、負極と、電解液と、セパレータとを少なくとも含む。負極は、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、放電時には放出するものであればよく、その材料構成は特に限定されない。例えば、リチウム金属、グラファイト又は非晶質炭素等の炭素材料等を挙げることができる。リチウムイオンを電気化学的に吸蔵・放出しうるインターカレート材料である炭素材料を用いることが好ましい。
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of the present invention includes at least the above-described positive electrode, negative electrode, electrolyte, and separator. The material composition of the negative electrode is not particularly limited as long as it occludes lithium ions during charging and releases lithium ions during discharging. Examples include lithium metal, graphite, carbon materials such as amorphous carbon, and the like. It is preferable to use a carbon material that is an intercalating material that can electrochemically absorb and release lithium ions.

電解液は、有機溶媒に支持塩を溶解させたものである。有機溶媒は、通常リチウムイオン二次電池の電解液に用いられる有機溶媒であればよく、特に限定されない。例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。 The electrolytic solution is one in which a supporting salt is dissolved in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent commonly used in electrolytes of lithium ion secondary batteries. For example, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones, oxolane compounds, etc. can be used.

支持塩の種類は、特に限定されないが、LiPF、LiBF、LiClO、及びLiAsFから選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSOCF、LiC(SOCF及びLiN(SOCF、LiN(SO及びLiN(SOCF)(SO)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の少なくとも1種であることが好ましい。なかでも、本発明の正極による高温安定性の増強効果が顕著に表れることから、フッ素元素を含有する塩が好ましく、特にLiPFが好ましい。 The type of supporting salt is not particularly limited, but includes inorganic salts selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , and LiAsF 6 , derivatives of the inorganic salts, LiSO 3 CF 3 , LiC(SO 3 CF 3 ) 2 and LiN. (SO 3 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), and at least one of the organic salts. It is preferable. Among these, salts containing elemental fluorine are preferable, and LiPF 6 is particularly preferable, since the effect of enhancing high temperature stability by the positive electrode of the present invention is noticeable.

セパレータは、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものである。例えば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリピロピロピレン)の多孔膜が挙げられる。 The separator serves to electrically insulate the positive electrode and the negative electrode and to retain the electrolyte. Examples include porous synthetic resin membranes, particularly porous membranes of polyolefin polymers (polyethylene, polypropyropyrene).

上記の構成を有するリチウムイオン二次電池の形状としては、特に限定されず、コイン型、円筒型、角型等の種々の形状や、ラミネート外装体に封入した不定形状であってもよい。 The shape of the lithium ion secondary battery having the above configuration is not particularly limited, and may be various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, or an irregular shape enclosed in a laminate exterior body.

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
<リチウム複合酸化物粒子(A)>
粒子(A)として、市販の粒子(LiNi0.5Mn0.3Co0.2、二次粒子のメディアン径(D50):10.5μm、粉体pH:pH10.9)を用いた。
Hereinafter, the present invention will be specifically explained based on Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
<Lithium composite oxide particles (A)>
As particles (A), commercially available particles (LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 , secondary particle median diameter (D50): 10.5 μm, powder pH: pH 10.9) were used. .

<リチウム系ポリアニオン粒子(B1)>
粒子(B1)として、市販の粒子(1.5質量%の炭素を含有するLiMn0.7Fe0.3PO、二次粒子のメディアン径(D50):14.8μm、粉体pH:pH10.4)を用いた。
<Lithium-based polyanion particles (B1)>
As particles (B1), commercially available particles (LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 containing 1.5% by mass of carbon, median diameter of secondary particles (D50): 14.8 μm, powder pH: pH 10 .4) was used.

<リチウム系ポリアニオン粒子(B2)>
粒子(B2)として、市販の粒子(1.5質量%の炭素を含有するLiMn0.7Fe0.3PO、二次粒子のメディアン径(D50):8.0μm、粉体pH:pH10.4)を用いた。
<Lithium-based polyanion particles (B2)>
As particles (B2), commercially available particles (LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 containing 1.5% by mass of carbon, median diameter of secondary particles (D50): 8.0 μm, powder pH: pH 10 .4) was used.

<実施例1>
上記粒子(A)と粒子(B1)とを、80:20の質量比で混合して、実施例1の正極材料とした。
<Example 1>
The above particles (A) and particles (B1) were mixed at a mass ratio of 80:20 to obtain the positive electrode material of Example 1.

<比較例1>
上記粒子(A)と粒子(B2)とを、80:20の質量比で混合して、比較例1の正極材料とした。
<Comparative example 1>
The above particles (A) and particles (B2) were mixed at a mass ratio of 80:20 to obtain a positive electrode material of Comparative Example 1.

<比較例2>
上記粒子(B2)のみを用いて、比較例2の正極材料とした。
<リチウムイオン二次電池の製造>
16μm厚のアルミニウム箔に、実施例1と比較例1及び2の各正極材料97.5質量%、カーボンナノチューブ0.5質量%、及びポリフッ化ビニリデン2質量%を含む層を、実施例1及び比較例1は片面塗工量18mg/cmで、比較例2は片面塗工量21mg/cmで両面塗工し、プレスしてから真空乾燥し、30mm×40mmのサイズの両面塗工正極を各1枚ずつ得た。
<Comparative example 2>
A positive electrode material for Comparative Example 2 was prepared using only the particles (B2).
<Manufacture of lithium ion secondary batteries>
A layer containing 97.5% by mass of each of the positive electrode materials of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, 0.5% by mass of carbon nanotubes, and 2% by mass of polyvinylidene fluoride was placed on a 16 μm thick aluminum foil. Comparative Example 1 was coated on both sides with a coating amount of 18 mg/cm 2 on one side, and Comparative Example 2 was coated on both sides with a coating amount of 21 mg/cm 2 on one side, pressed and vacuum dried to form a double-sided coated positive electrode with a size of 30 mm x 40 mm. One piece of each was obtained.

8μm厚の銅箔に、黒鉛95質量%、スチレンブタジエンゴム2.5質量%、及びカルボキシメチルセルロース2.5質量%を含む層を、片面塗工量9.8mg/cmで両面塗工し、プレスしてから真空乾燥し、32mm×42mmのサイズの両面塗工負極2枚を得た。 A layer containing 95% by mass of graphite, 2.5% by mass of styrene-butadiene rubber, and 2.5% by mass of carboxymethyl cellulose was coated on both sides of 8 μm thick copper foil at a coating amount of 9.8 mg/cm 2 on one side, After pressing and vacuum drying, two double-sided coated negative electrodes of 32 mm x 42 mm in size were obtained.

得られた各正極1枚と、負極2枚と、28μm厚の35mm×45mmのサイズのポリプロピレンセパレータ2枚とを、負極-セパレータ-正極-セパレータ-負極の順で積層し、アルミラミネート外装体に挿入し、1M LiPFを含むエチレンカーボネート+ジエチルカーボネート溶液(3:7)の0.6mLを注液し、封止してリチウムイオン二次電池とした。 One of each of the obtained positive electrodes, two negative electrodes, and two polypropylene separators with a size of 35 mm x 45 mm with a thickness of 28 μm were laminated in the order of negative electrode - separator - positive electrode - separator - negative electrode, and then placed in an aluminum laminate exterior body. 0.6 mL of an ethylene carbonate+diethyl carbonate solution (3:7) containing 1M LiPF 6 was injected into the cell, and the cell was sealed to obtain a lithium ion secondary battery.

<60℃保存試験>
(1)得られた各リチウムイオン二次電池の25℃、13mAにおける容量を以下の条件で確認した。このときの放電容量を(1)とする:
充電 13mA-4.2V/CCCV(6.5h)
充電休止 10分
放電 13mA-2.5V/CC
放電休止 10分
(2)次いで、60℃で7日間、SOC100%の状態で保存した。条件は以下の通りである:
25℃充電 13mA-4.2V/CCCV(6.5h)
25℃充電休止 10分
60℃、7日間保存
25℃放電 13mA-2.5V/CC
25℃放電休止 10分
(3)次いで、(1)と同様にして、25℃、13mAにおける容量を以下の条件で確認した。このときの放電容量を(3)とする:
充電 13mA-4.2V/CCCV(6.5h)
充電休止 10分
放電 13mA-2.5V/CC
放電休止 10分
(4)以下の式により、高温(60℃)保持後の放電容量維持率を算出した:
放電容量維持率(%)=((3)の放電容量/(1)の放電容量)×100。
<60℃ storage test>
(1) The capacity of each obtained lithium ion secondary battery at 25° C. and 13 mA was confirmed under the following conditions. Let the discharge capacity at this time be (1):
Charging 13mA-4.2V/CCCV (6.5h)
Charging pause 10 minutes Discharging 13mA-2.5V/CC
Discharge pause 10 minutes (2) Then, it was stored at 60° C. for 7 days at 100% SOC. The conditions are as follows:
25℃ charging 13mA-4.2V/CCCV (6.5h)
25℃ charging pause 10 minutes 60℃ storage for 7 days 25℃ discharge 13mA-2.5V/CC
Discharge pause at 25°C for 10 minutes (3) Then, in the same manner as in (1), the capacity at 25°C and 13 mA was confirmed under the following conditions. Let the discharge capacity at this time be (3):
Charging 13mA-4.2V/CCCV (6.5h)
Charging pause 10 minutes Discharging 13mA-2.5V/CC
Discharge pause: 10 minutes (4) The discharge capacity maintenance rate after holding at high temperature (60°C) was calculated using the following formula:
Discharge capacity maintenance rate (%) = (discharge capacity of (3)/discharge capacity of (1)) x 100.

各リチウムイオン二次電池の放電容量維持率の結果は、以下の通りである:
実施例1の正極材料を用いた電池:95%
比較例1の正極材料を用いた電池:85%
比較例2の正極材料を用いた電池:80%
本発明の正極を用いたリチウムイオン二次電池は、比較例のものに比べて、高温で一定期間保持した後にも、放電容量が低下しにくいことがわかる。本発明の正極により、高温でより安定性の高いリチウムイオン二次電池を形成することができる。
The results of the discharge capacity retention rate of each lithium ion secondary battery are as follows:
Battery using the positive electrode material of Example 1: 95%
Battery using positive electrode material of Comparative Example 1: 85%
Battery using positive electrode material of Comparative Example 2: 80%
It can be seen that the discharge capacity of the lithium ion secondary battery using the positive electrode of the present invention is less likely to decrease than that of the comparative example even after being maintained at a high temperature for a certain period of time. With the positive electrode of the present invention, a lithium ion secondary battery with higher stability at high temperatures can be formed.

Claims (7)

下記式(I)又は(II):
LiNiCoMn ・・・(I)
(式(I)中、Mは、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、
Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi、及びGeから選択される1種又は2種以上の元素であり、a、b、c、xは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦x≦0.3、かつ3a+3b+3c+(Mの価数)×x=3を満たす数である)
LiNiCoAl ・・・(II)
(式(II)中、Mは、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi、及びGeから選択される1種または2種以上の元素であり、d、e、f、yは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦y≦0.3、かつ3d+3e+3f+(Mの価数)×y=3を満たす数である)
で表されるリチウム複合酸化物粒子(A)と、
下記式(III):
LiFeMn PO ・・・(III)
(式(III)中、Mは、Co、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、又はGdであり、m、n、及びoは、0≦m≦1、0≦n≦1、0≦o≦0.3、及びm+n≠0を満たし、かつ2m+2n+(Mの価数)×o=2を満たす数である)
で表されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)とを含み、
前記粒子(A)の二次粒子のメディアン径が、前記粒子(B)の二次粒子のメディアン径よりも小さ
前記粒子(A)の粉体pHが、前記粒子(B)の粉体pHより大きい、リチウム二次電池用正極。
The following formula (I) or (II):
LiNi a Co b Mn c M 1 x O 2 ...(I)
(In formula (I), M 1 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, Ga, V, Zn,
One or more elements selected from Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi, and Ge, and a, b, c, x are 0. 3≦a<1, 0<b≦0.7, 0<c≦0.7, 0≦x≦0.3, and is a number that satisfies 3a+3b+3c+(valence of M 1 )×x=3)
LiNi d Co e Al f M 2 y O 2 ...(II)
(In formula (II), M2 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi , and Ge, and d, e, f, and y are 0.4≦d<1, 0<e≦0.6, 0<f≦0.3 , 0≦y≦0.3, and 3d+3e+3f+(valence of M2 )×y=3)
Lithium composite oxide particles (A) represented by
The following formula (III):
LiFe m M n M 3 o PO 4 ...(III)
(In formula (III), M3 is Co, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd, and m, n, and o are 0≦ It is a number that satisfies m≦1, 0≦n≦1, 0≦o≦0.3, and m+n≠0, and 2m+2n+(valence of M3 )×o=2)
Lithium-based polyanion particles (B) represented by
The median diameter of the secondary particles of the particles (A) is smaller than the median diameter of the secondary particles of the particles (B).
A positive electrode for a lithium secondary battery , wherein the powder pH of the particles (A) is higher than the powder pH of the particles (B) .
前記粒子(A)の二次粒子のメディアン径が、前記粒子(B)の二次粒子のメディアン径の0.80倍未満である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the median diameter of the secondary particles of the particles (A) is less than 0.80 times the median diameter of the secondary particles of the particles (B). 前記粒子(A)が、前記式(I)で表される化合物である、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2 , wherein the particles (A) are a compound represented by the formula (I). 前記式(I)においてxが0である、請求項に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 3 , wherein x in the formula (I) is 0. 前記粒子(B)が、前記式(III)において、0<m≦1、0<n≦1、及びo=0を満たす化合物である、請求項1~のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 The lithium according to any one of claims 1 to 4 , wherein the particles (B) are a compound satisfying 0<m≦1, 0<n≦1, and o=0 in the formula (III). Positive electrode for ion secondary batteries. 請求項1~のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極を有するリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5 . 電解質として、フッ素を含有するリチウム塩を有する、請求項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 6 , comprising a fluorine-containing lithium salt as an electrolyte.
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