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
JP7654971B2 - Lithium titanate powder, electrode sheet using same, and power storage device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7654971B2 - Lithium titanate powder, electrode sheet using same, and power storage device - Google Patents

Lithium titanate powder, electrode sheet using same, and power storage device Download PDF

Info

Publication number
JP7654971B2
JP7654971B2 JP2020207888A JP2020207888A JP7654971B2 JP 7654971 B2 JP7654971 B2 JP 7654971B2 JP 2020207888 A JP2020207888 A JP 2020207888A JP 2020207888 A JP2020207888 A JP 2020207888A JP 7654971 B2 JP7654971 B2 JP 7654971B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium titanate
titanate powder
lithium
powder
battery
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
JP2020207888A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022094799A (en
Inventor
慎一郎 大谷
和幸 川辺
匠 竹中
順次 田渕
輝昭 藤井
一崇 田中
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.)
Ube Corp
Original Assignee
Ube Corp
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 Ube Corp filed Critical Ube Corp
Priority to JP2020207888A priority Critical patent/JP7654971B2/en
Publication of JP2022094799A publication Critical patent/JP2022094799A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7654971B2 publication Critical patent/JP7654971B2/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

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、蓄電デバイスの電極材料等として好適なチタン酸リチウム粉末、それを用いた電極シート、及び蓄電デバイスに関する。 The present invention relates to lithium titanate powder suitable as an electrode material for electricity storage devices, an electrode sheet using the same, and an electricity storage device.

近年、蓄電デバイスの電極材料として種々の材料が研究されている。その中でもチタン酸リチウムは、活物質材料として用いた場合に入出力特性に優れる点から、HEV、PHEV、BEVといった電気自動車用の蓄電デバイスの活物質材料として注目されている。 In recent years, various materials have been researched as electrode materials for electricity storage devices. Among these, lithium titanate has attracted attention as an active material for electricity storage devices for electric vehicles such as HEVs, PHEVs, and BEVs because of its excellent input/output characteristics when used as an active material.

電気自動車用の蓄電デバイスには、燃費または電費向上の観点から高いエネルギー密度が求められる。加えて、広い温度領域での安定性も重要である。例えば、夏場において自動車の車内温度が60℃以上になることは珍しくない。そのため、電気自動車用の蓄電デバイスは、高温下でも安全性に問題がないことや性能が低下しないことが求められる。しかし、チタン酸リチウムを含む蓄電デバイスが、60℃以上の高温で長期間使用されると、保存安定性やサイクル安定性を保つことがより難しく、電池の抵抗増加を引き起こすことが知られている。加えて、充電と放電を繰り返すと、チタン酸リチウムが電気化学的な副反応を起こすことにより、電解液に含まれる有機溶媒が分解し、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、水素等のガス(以下分解ガスと記すことがある)を発生させることがある。したがって、蓄電デバイスのエネルギー密度を高めながら、高温動作時の電池特性を維持しつつ、ガス発生や抵抗増加を抑制するチタン酸リチウムの開発が望まれている。 A high energy density is required for an electric vehicle storage device from the viewpoint of improving fuel efficiency or power consumption. In addition, stability over a wide temperature range is also important. For example, it is not uncommon for the temperature inside a car to reach 60°C or higher in the summer. Therefore, it is required that an electric vehicle storage device does not have any safety problems or performance degradation even at high temperatures. However, it is known that when an electric storage device containing lithium titanate is used for a long period of time at a high temperature of 60°C or higher, it becomes more difficult to maintain storage stability and cycle stability, which causes an increase in the resistance of the battery. In addition, when charging and discharging are repeated, the lithium titanate causes an electrochemical side reaction, which decomposes the organic solvent contained in the electrolyte, and may generate gases such as carbon monoxide, carbon dioxide, methane, and hydrogen (hereinafter referred to as decomposition gases). Therefore, there is a need for the development of lithium titanate that suppresses gas generation and resistance increase while increasing the energy density of the electric storage device and maintaining the battery characteristics during high-temperature operation.

特許文献1には、比表面積が4m/g以上であり、ホウ素(B)、Ln(Lnは、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Hb、Er、Tm、Yb、Lu、Y、及びScから選ばれる少なくとも一種の金属元素である)、及び、M1(M1は、W及びMoから選ばれる少なくとも一種の金属元素である)から選ばれる少なくとも一種の局在化元素を含有し、前記局在化元素としてのホウ素(B)、前記Ln、及び前記M1が、前記チタン酸リチウム粉末を構成するチタン酸リチウム粒子の表面近傍に局在化して存在していることを特徴とするチタン酸リチウム粉末が開示されている。特許文献1によれば、蓄電デバイスの電極材料として適用した場合に、充放電容量が大きく、高温動作時のガス発生量を抑制できるチタン酸リチウム粉末が開示されている。 Patent Document 1 discloses a lithium titanate powder having a specific surface area of 4 m 2 /g or more, containing at least one localized element selected from boron (B), Ln (Ln is at least one metal element selected from La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Hb, Er, Tm, Yb, Lu, Y, and Sc), and M1 (M1 is at least one metal element selected from W and Mo), and characterized in that the localized elements boron (B), Ln, and M1 are localized and present in the vicinity of the surface of the lithium titanate particles constituting the lithium titanate powder. Patent Document 1 discloses a lithium titanate powder that, when applied as an electrode material for an electricity storage device, has a large charge/discharge capacity and can suppress the amount of gas generated during high-temperature operation.

特許文献2には、平均直径が5~40nmで、平均アスペクト比が10~1000である繊維状炭素を含む球状二次粒子体であり、平均円形度が90%以上の繊維状炭素を含有し、球状二次粒子の平均圧縮強度や1-メチル-2-ピロリドン吸油量が規定されたチタン酸リチウム粉末が開示されている。特許文献2によれば、高温環境下での充放電サイクル特性に優れ、充放電サイクル後のガス発生量が少ない蓄電デバイスが開示されている。 Patent Document 2 discloses a lithium titanate powder that is a spherical secondary particle body containing fibrous carbon with an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000, contains fibrous carbon with an average circularity of 90% or more, and has a specified average compressive strength and 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption of the spherical secondary particles. Patent Document 2 discloses an electricity storage device that has excellent charge/discharge cycle characteristics in a high-temperature environment and generates a small amount of gas after charge/discharge cycles.

特許文献3には、一次粒子が集合した球状二次粒子を形成し、その二次粒子の粒子投影像の円形度や吸油量が特定の範囲からなり、主成分がLi4/3Ti5/3からなることを特徴とするリチウムチタン複合酸化物が開示されている。特許文献3によれば、電極作製時におけるハンドリング並びに集電体上への塗工性が良好で、使用した電極の膨張が少なく、かつ優れた特性を有するリチウム二次電池が開示されている。 Patent Document 3 discloses a lithium titanium composite oxide in which primary particles are aggregated to form spherical secondary particles, the circularity of the particle projection image of the secondary particles and the oil absorption amount are within specific ranges, and the main component is Li4 / 3Ti5 / 3O4 . Patent Document 3 discloses a lithium secondary battery that is easy to handle during electrode production and has good coatability onto a current collector, has little expansion of the electrodes used, and has excellent characteristics.

特許文献4には、オリビン構造を有する正極活物質の一次粒子の間に前記炭素が介在した二次粒子からなる球状造粒体と、前記一次粒子の間に前記炭素が介在した非球状凝集体とからなり、被覆する炭素の質量と粒子径とN-メチル-2-ピロリドン吸油量を規定したリチウムイオン二次電池用正極材料が開示されている。特許文献4によれば、入出力特性に優れ、かつ電極密度が高いリチウムイオン二次電池用正極材料が得られると開示されている。 Patent Document 4 discloses a positive electrode material for lithium ion secondary batteries that is composed of spherical granules made of secondary particles in which the carbon is interposed between primary particles of a positive electrode active material having an olivine structure, and non-spherical agglomerates in which the carbon is interposed between the primary particles, and that specifies the mass, particle size, and N-methyl-2-pyrrolidone oil absorption of the covering carbon. Patent Document 4 discloses that a positive electrode material for lithium ion secondary batteries that has excellent input/output characteristics and high electrode density can be obtained.

国際公開2018/110708号公報International Publication No. 2018/110708 国際公開2017/047755号公報International Publication No. 2017/047755 特開2001-192208号公報JP 2001-192208 A 特開2020-140827号公報JP 2020-140827 A

しかしながら、特許文献1のチタン酸リチウムを負極材料として適用した蓄電デバイスでは、充放電容量が大きい電池で高温動作時のガス発生量を抑制できるが、塗工電極を作成した際に、電極密度が上がりにくく、電池としてのエネルギー密度が低下するという課題があった。なお、電極密度を上げるメリットとして、電池自体をより軽くし、より小さくできるため、電子機器や車載の中で電池が占める割合が低下し電子機器の設計自由度が大幅に向上する点や大型電池用途の場合は電池スペース確保が不要となり、単位体積あたりのエネルギー密度向上に繋がるので電気自動車の走行距離延長や蓄電池の設置スペース確保に繋がる点、また電池内部における電極の接触抵抗低減に繋がる点、などが挙げられる。 However, in the energy storage device in which the lithium titanate of Patent Document 1 is used as the negative electrode material, the amount of gas generated during high-temperature operation can be suppressed in a battery with a large charge/discharge capacity, but when a coated electrode is created, there is a problem that the electrode density is difficult to increase, resulting in a decrease in the energy density of the battery. The advantages of increasing the electrode density include making the battery itself lighter and smaller, reducing the proportion of the battery in electronic devices and vehicles, greatly improving the design freedom of electronic devices, eliminating the need to secure space for batteries in large battery applications, which leads to an increase in energy density per unit volume, leading to an extension of the driving distance of electric vehicles and the securing of installation space for storage batteries, and reducing the contact resistance of the electrodes inside the battery.

繊維状炭素を含有し球状二次粒子の平均圧縮強度が規定された特許文献2のチタン酸リチウム粉末では、非水電解液の浸透性確保の効果によってサイクル特性の改善を確認されているものの長期充電保存時の抵抗増加に関する記載はなく、体積エネルギー密度との両立に課題があることが分かった。 In the lithium titanate powder of Patent Document 2, which contains fibrous carbon and specifies the average compressive strength of spherical secondary particles, it has been confirmed that the cycle characteristics are improved by ensuring the permeability of the non-aqueous electrolyte, but there is no mention of an increase in resistance during long-term storage in a charged state, and it has been found that there are issues with achieving compatibility with volumetric energy density.

さらに、特許文献3には、長期充電保存時の抵抗増加に関する記載はなく、電極密度の向上との両立に関する知見は示されていない。また、特許文献4は、正極活物質に関する記載であり、長期サイクルガスや充電保存における抵抗増加に関する知見は全く示されていない。 Furthermore, Patent Document 3 does not include any description of the increase in resistance during long-term storage in a charged state, and does not provide any knowledge regarding compatibility with improved electrode density. Furthermore, Patent Document 4 describes the positive electrode active material, and does not provide any knowledge regarding the increase in resistance during long-term cycle gas or storage in a charged state.

以上の点から、特許文献1から特許文献4の負極活物質や電極を使用した蓄電デバイスでは、エネルギー密度に直結する負極の電極密度向上と高温動作時のガス発生や抵抗増加の抑制を両立することはできない。 For these reasons, in the energy storage devices using the negative electrode active materials and electrodes of Patent Documents 1 to 4, it is not possible to simultaneously improve the electrode density of the negative electrode, which is directly linked to the energy density, and suppress gas generation and resistance increase during high-temperature operation.

そこで本発明では、蓄電デバイスの電極材料として用いられ、初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度に優れ、さらに、高温動作時のガス発生量や抵抗値増加を抑制することができるチタン酸リチウム粉末、それを用いた電極シート、及び蓄電デバイスを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide lithium titanate powder that can be used as an electrode material for an electricity storage device, has excellent initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density, and volumetric energy density, and can suppress the amount of gas generated and the increase in resistance value during high-temperature operation, an electrode sheet using the same, and an electricity storage device.

本発明者らは、前記の目的を達成すべく種々検討した結果、チタン酸リチウム粉末製造時の原料調製工程での原料混合比、焼成工程での焼成温度、表面処理工程での添加量や熱処理温度などを制御することで、チタン酸リチウム粒子内における、特定の金属元素の粒子表面における濃度及び粒子内部の濃度が特定の範囲にあり、特定の1-メチル-2-ピロリドン吸油量範囲を示すチタン酸リチウム粉末を見出した。そのチタン酸リチウム粉末が電極材料として適用された蓄電デバイスが、初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度に優れ、さらに、高温動作時のガス発生量や抵抗値増加を抑制できることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は以下の事項に関する。 The inventors conducted various studies to achieve the above-mentioned object, and as a result, discovered a lithium titanate powder in which the concentration of a specific metal element on the particle surface and inside the particle is within a specific range and the concentration is within a specific range by controlling the raw material mixing ratio in the raw material preparation process, the firing temperature in the firing process, and the amount of additives and heat treatment temperature in the surface treatment process when manufacturing the lithium titanate powder, and exhibits a specific range of 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption. They discovered that an electricity storage device in which this lithium titanate powder is used as an electrode material is excellent in initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density, and volumetric energy density, and furthermore, can suppress the amount of gas generation and increase in resistance value during high-temperature operation, and thus completed the present invention. That is, the present invention relates to the following items.

(1)LiTi12を主成分とするチタン酸リチウム粉末であって、前記チタン酸リチウム粉末が、チタン酸リチウムの一次粒子と二次粒子を含み、1-メチル-2-ピロリドン吸油量が71mL/100g以下であり、前記一次粒子の表面にモリブデン(Mo)およびアルミニウム(Al)が存在することを特徴とするチタン酸リチウム粉末。 (1) A lithium titanate powder mainly composed of Li 4 Ti 5 O 12 , characterized in that the lithium titanate powder contains primary particles and secondary particles of lithium titanate, has a 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption of 71 mL/100 g or less, and has molybdenum (Mo) and aluminum (Al) present on the surfaces of the primary particles.

(2)前記チタン酸リチウム粉末の比表面積が6.1m/g以下であることを特徴とする(1)に記載のチタン酸リチウム粉末。 (2) The lithium titanate powder according to (1), characterized in that the lithium titanate powder has a specific surface area of 6.1 m 2 /g or less.

(3)レーザー回折散乱法による体積基準粒度分布において体積累積が50%に相当する一次粒子の粒径D50が0.7μm以上であることを特徴とする(1)または(2)に記載のチタン酸リチウム粉末。 (3) The lithium titanate powder according to (1) or (2), characterized in that the particle size D50 of the primary particles corresponding to a cumulative volume of 50% in the volume-based particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method is 0.7 μm or more.

(4)レーザー回折散乱法による体積基準粒度分布において体積累積が50%に相当する二次粒子の粒径D50が11μm以上であることを特徴とする(1)~(3)のいずれか一項に記載のチタン酸リチウム粉末。 (4) The lithium titanate powder according to any one of (1) to (3), characterized in that the particle size D50 of secondary particles corresponding to a cumulative volume of 50% in the volume-based particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method is 11 μm or more.

(5)(1)~(4)のいずれか一項に記載のチタン酸リチウム粉末を含むことを特徴とする電極シート。 (5) An electrode sheet comprising the lithium titanate powder described in any one of (1) to (4).

(6)(5)に記載の電極シートを含むことを特徴とする蓄電デバイス。 (6) An electricity storage device comprising the electrode sheet described in (5).

本発明によると、初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度、さらに高温動作時のガス発生量や抵抗値増加が抑制された蓄電デバイスの電極材料として好適なチタン酸リチウム粉末、それを用いた電極シート、及び蓄電デバイスを提供することができる。 The present invention can provide lithium titanate powder suitable as an electrode material for an electricity storage device, which has excellent initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density, and volumetric energy density, and further suppresses the amount of gas generated and the increase in resistance value during high-temperature operation, as well as an electrode sheet and an electricity storage device using the same.

図1は、LiTi12を主成分とするチタン酸リチウム粉末に含まれるMoの価数分布を測定したXPSスペクトルである。FIG. 1 is an XPS spectrum obtained by measuring the valence distribution of Mo contained in lithium titanate powder containing Li 4 Ti 5 O 12 as the main component.

[本発明のチタン酸リチウム粉末]
本発明のチタン酸リチウム粉末は、LiTi12を主成分とするチタン酸リチウム粉末であって、前記チタン酸リチウム粉末が、チタン酸リチウムの一次粒子と二次粒子を含み、1-メチル-2-ピロリドン吸油量が71mL/100g以下であり、前記一次粒子の表面にMoおよびAlが存在するものをいう。
[Lithium titanate powder of the present invention]
The lithium titanate powder of the present invention is a lithium titanate powder mainly composed of Li 4 Ti 5 O 12 , which contains primary particles and secondary particles of lithium titanate, has a 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption of 71 mL/100 g or less, and has Mo and Al present on the surfaces of the primary particles.

<LiTi12を主成分とするチタン酸リチウム粉末>
本発明のチタン酸リチウム粉末はLiTi12を主成分とし、本発明の効果が得られる範囲で、LiTi12以外の結晶質成分及び/または非晶質成分を含むことができる。主成分とは、X線回折法によって測定される回折ピークのうち、LiTi12のメインピークの強度の割合が90%以上であることを言う。本発明のチタン酸リチウム粉末は、X線回折法によって測定される回折ピークのうち、LiTi12のメインピークの強度の割合は92%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましい。LiTi12以外の成分としては、結晶質成分に起因するメインピークの強度と、非晶質成分に起因するハローパターンの最高強度との総和である。特に本発明のチタン酸リチウム粉末は、その合成時の原料や合成条件に起因して、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン、及び化学式が異なるチタン酸リチウムであるLiTiO3、Li0.6Ti3.48、等を前記結晶質成分として含むことがある。本発明のチタン酸リチウム粉末は、これらのLiTi12以外の結晶質成分、特にLi0.6Ti3.4の発生割合が少ないほど、蓄電デバイスの充電特性及び充放電容量を向上させることができる。X線回折法によって測定される回折ピークのうち、LiTi12のメインピークの強度を100としたときに、アナターゼ型二酸化チタンのメインピークの強度と、ルチル型二酸化チタンのメインピーク強度と、LiTiOの(-133)面相当のピーク強度に100/80を乗じて算出したLiTiOのメインピークに相当する強度との総和が5以下であることが特に好ましい。ここで、LiTi12のメインピークとは、ICDD(PDF2010)のPDFカード00-049-0207におけるLiTi12の(111)面(2θ=18.33)に帰属する回折ピークに相当するピークである。アナターゼ型二酸化チタンのメインピークとは、PDFカード01-070-6826における(101)面(2θ=25.42)に帰属する回折ピークに相当するピークである。ルチル型二酸化チタンのメインピークとは、PDFカード01-070-7347における(110)面(2θ=27.44)に帰属する回折ピークに相当するピークである。LiTiOの(-133)面に相当するピークとは、PDFカード00-033-0831におけるLiTiOの(-133)面(2θ=43.58)に帰属する回折ピークに相当するピークである。Li0.6Ti3.4のメインピークとは、PDFカード01-070-2732における(101)面(2θ=19.98)に帰属する回折ピークに相当するピークである。なお、「ICDD」は、International Centre for Diffraction Data(国際回折データセンター)の略であり、「PDF」は、Powder Diffraction File(粉末回折ファイル)の略である。
<Lithium titanate powder containing Li 4 Ti 5 O 12 as the main component>
The lithium titanate powder of the present invention is mainly composed of Li 4 Ti 5 O 12 , and may contain crystalline components and/or amorphous components other than Li 4 Ti 5 O 12 within the range in which the effects of the present invention can be obtained. The main component means that the ratio of the intensity of the main peak of Li 4 Ti 5 O 12 among the diffraction peaks measured by X-ray diffraction is 90% or more. In the lithium titanate powder of the present invention, the ratio of the intensity of the main peak of Li 4 Ti 5 O 12 among the diffraction peaks measured by X-ray diffraction is more preferably 92% or more, and even more preferably 95% or more. The component other than Li 4 Ti 5 O 12 is the sum of the intensity of the main peak due to the crystalline component and the maximum intensity of the halo pattern due to the amorphous component. In particular, the lithium titanate powder of the present invention may contain, as the crystalline components, anatase type titanium dioxide, rutile type titanium dioxide, and lithium titanates having different chemical formulas, such as Li2TiO3 and Li0.6Ti3.4O8 , depending on the raw materials and synthesis conditions used during synthesis. The lower the occurrence rate of crystalline components other than Li4Ti5O12 , particularly Li0.6Ti3.4O8 , the more the lithium titanate powder of the present invention can improve the charging characteristics and charge / discharge capacity of an electricity storage device. Among the diffraction peaks measured by X-ray diffraction, when the intensity of the main peak of Li 4 Ti 5 O 12 is taken as 100, the sum of the intensity of the main peak of anatase titanium dioxide, the intensity of the main peak of rutile titanium dioxide, and the intensity corresponding to the main peak of Li 2 TiO 3 calculated by multiplying the peak intensity corresponding to the (-133) plane of Li 2 TiO 3 by 100/80 is particularly preferably 5 or less. Here, the main peak of Li 4 Ti 5 O 12 is a peak corresponding to the diffraction peak belonging to the (111) plane (2θ=18.33) of Li 4 Ti 5 O 12 in PDF card 00-049-0207 of ICDD (PDF2010). The main peak of anatase titanium dioxide is a peak corresponding to the diffraction peak attributable to the (101) plane (2θ = 25.42) in PDF card 01-070-6826. The main peak of rutile titanium dioxide is a peak corresponding to the diffraction peak attributable to the (110) plane (2θ = 27.44) in PDF card 01-070-7347. The peak corresponding to the (-133) plane of Li 2 TiO 3 is a peak corresponding to the diffraction peak attributable to the (-133) plane (2θ = 43.58) of Li 2 TiO 3 in PDF card 00-033-0831. The main peak of Li 0.6 Ti 3.4 O 8 is a peak corresponding to the diffraction peak attributable to the (101) plane (2θ = 19.98) in PDF card 01-070-2732. It should be noted that "ICDD" is an abbreviation for International Centre for Diffraction Data, and "PDF" is an abbreviation for Powder Diffraction File.

<モリブデン(Mo)およびアルミニウム(Al)の含有>
本発明のチタン酸リチウム粉末は一次粒子の表面にMoおよびAlを含有する。それぞれ前記金属元素を含有するとは、本発明のチタン酸リチウム粉末の誘導結合プラズマ発光分析(ICP-AES)において、MoおよびAlが検出されることをいう。なお、誘導結合プラズマ発光分析による検出量の下限は、通常、0.001質量%である。
<Content of Molybdenum (Mo) and Aluminum (Al)>
The lithium titanate powder of the present invention contains Mo and Al on the surface of the primary particles. The term "containing each of the metal elements" means that Mo and Al are detected by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) of the lithium titanate powder of the present invention. The lower limit of the amount detected by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry is usually 0.001 mass%.

<モリブデン(Mo)およびアルミニウム(Al)の含有率>
蛍光X線分析(XRF)から求めた本発明のチタン酸リチウム粉末のMoおよびAlの含有率(質量%)は、それぞれが0.01以上0.8以下である。それぞれの前記金属元素の含有率がこの範囲であれば、初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度に優れ、さらに高温動作時のガス発生量や抵抗値増加を抑制した蓄電デバイスが得られる。より好ましくは0.1以上0.6以下であり、さらに好ましくは0.1以上0.4以下である。なお、含有率とはチタン酸リチウム粉末全体の質量に占めるMoおよびAlがそれぞれ含有する質量の割合を表す。
<Content of Molybdenum (Mo) and Aluminum (Al)>
The content (mass%) of Mo and Al in the lithium titanate powder of the present invention determined by X-ray fluorescence analysis (XRF) is 0.01 or more and 0.8 or less. If the content of each of the metal elements is within this range, an electric storage device excellent in initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density, and volumetric energy density, and further suppresses the amount of gas generated and the increase in resistance value during high-temperature operation can be obtained. More preferably, it is 0.1 or more and 0.6 or less, and even more preferably, it is 0.1 or more and 0.4 or less. The content refers to the mass ratio of Mo and Al contained in the total mass of the lithium titanate powder.

<モリブデン(Mo)とアルミニウム(Al)の質量比(Mo(質量%)/Al(質量%))>
本発明のチタン酸リチウム粉末は、一次粒子の表面にMoおよびAlを含有し、それぞれの質量比(Mo(質量%)/Al(質量%))は0.01以上80以下である。質量比がこの範囲であれば、初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度に優れ、さらに高温動作時のガス発生量や抵抗値増加を抑制した蓄電デバイスが得られる。より好ましくは0.2以上6以下であり、さらに好ましくは0.3以上4以下である。
<Mass ratio of molybdenum (Mo) to aluminum (Al) (Mo (mass%)/Al (mass%)>
The lithium titanate powder of the present invention contains Mo and Al on the surface of the primary particles, and the mass ratio (Mo (mass %)/Al (mass %)) is 0.01 or more and 80 or less. If the mass ratio is within this range, an electricity storage device excellent in initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density, and volumetric energy density, and further suppresses the amount of gas generation and the increase in resistance value during high temperature operation can be obtained. The mass ratio is more preferably 0.2 or more and 6 or less, and even more preferably 0.3 or more and 4 or less.

また、本発明のチタン酸リチウム粉末では、粉末に含まれるチタン酸リチウムの一次粒子の内部よりも、表面にMoおよびAlが多く含有される。走査透過型電子顕微鏡を用いた、チタン酸リチウムの一次粒子の断面分析において、エネルギー分散型X線分光法により測定される、前記チタン酸リチウムの一次粒子の表面から5nm程度の深さまでのいわゆる表面近傍の領域においてMoが多く含有されればよく、表面から20nm程度の深さまでのいわゆる表面近傍の領域においてAlが多く含有されればよく、100nm程度の深さ位置において、MoおよびAlが検出されないことが好ましい。MoおよびAlは一次粒子表面に化学的に結合した状態で定着していることが好ましい。MoおよびAlがこのような状態で存在する場合、初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度に優れ、さらに高温動作時のガス発生量や抵抗値増加を抑制した蓄電デバイスが得られる。エネルギー分散型X線分光法による測定における検出量の下限は、測定する元素や状態によって値が前後するが、通常、0.5atm%である。よって、100nm程度の深さ位置において、MoおよびAlがそれぞれ0.5atm%以下の範囲で検出されてもよい。 In addition, in the lithium titanate powder of the present invention, Mo and Al are contained more on the surface than inside the primary particles of lithium titanate contained in the powder. In a cross-sectional analysis of the primary particles of lithium titanate using a scanning transmission electron microscope, it is sufficient that Mo is contained more in the so-called near-surface region from the surface of the primary particles of lithium titanate to a depth of about 5 nm, and it is sufficient that Al is contained more in the so-called near-surface region from the surface to a depth of about 20 nm, and it is preferable that Mo and Al are not detected at a depth of about 100 nm. It is preferable that Mo and Al are fixed in a state of being chemically bonded to the surface of the primary particles. When Mo and Al are present in such a state, a power storage device is obtained that is excellent in initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density, and volumetric energy density, and further suppresses the amount of gas generation and the increase in resistance value during high-temperature operation. The lower limit of the detection amount in the measurement by energy dispersive X-ray spectroscopy is usually 0.5 atm%, although the value varies depending on the element and state to be measured. Therefore, at a depth of about 100 nm, Mo and Al may each be detected in the range of 0.5 atm% or less.

<異種元素M1の含有>
本発明のチタン酸リチウム粉末は、さらなる異種元素(以下、元素M1と表記)として、B、Mg、Zn、Ga、W、S、またはInから選ばれる少なくとも1種の元素を含有してもよい。本発明のチタン酸リチウム粉末は、これらの元素M1をMoおよびAlと共に含有することで、高温充放電での効率やレート特性がさらに高まるからである。元素M1は硫黄(S)であることが好ましい。本発明のチタン酸リチウム粉末は、元素SをMoおよびAlと共に含有することで、チタン酸リチウム粉末の一次粒子の表面の電子伝導性が調製され、電気抵抗を抑制できるためだと推測される。
<Inclusion of Different Element M1>
The lithium titanate powder of the present invention may contain at least one element selected from B, Mg, Zn, Ga, W, S, or In as a further hetero element (hereinafter referred to as element M1). The lithium titanate powder of the present invention further improves the efficiency and rate characteristics at high temperature charge and discharge by containing these elements M1 together with Mo and Al. The element M1 is preferably sulfur (S). It is presumed that the lithium titanate powder of the present invention contains the element S together with Mo and Al, so that the electronic conductivity of the surface of the primary particles of the lithium titanate powder is adjusted, thereby suppressing the electrical resistance.

蛍光X線分析(XRF)から求めた元素M1の含有率(質量%)としては、0.01~1.0である。蓄電デバイスの高温充放電での効率やレート特性を高める観点からは、含有率は0.03~0.8が好ましく、0.1~0.6がより好ましい。元素M1がSである場合、0.1~0.5が好ましく、0.15~0.48がより好ましい。 The content (mass%) of element M1 determined by X-ray fluorescence analysis (XRF) is 0.01 to 1.0. From the viewpoint of improving the efficiency and rate characteristics of the power storage device during high-temperature charge/discharge, the content is preferably 0.03 to 0.8, and more preferably 0.1 to 0.6. When element M1 is S, the content is preferably 0.1 to 0.5, and more preferably 0.15 to 0.48.

<1-メチル-2-ピロリドン吸油量>
本発明のチタン酸リチウム粉末の1-メチル-2-ピロリドン(以下NMPと記すことがある)吸油量が71ml/100g以下である。NMP吸油量がこの範囲であれば、電極密度、初期放電容量、体積エネルギー密度、レート特性を向上させ、高温動作時のガス発生量や抵抗値増加を抑制した蓄電デバイスを得ることができる。好ましくは70ml/100g、より好ましいのは69ml/100gである。ここで、ml/100gという単位は本発明のチタン酸リチウム粉末100gあたりのNMPの吸収量(単位は、ml)を表す。上記効果を得ることができる原因は必ずしも明らかではないが、NMPは電極作成に使用される溶剤であり、チタン酸リチウム粉末のNMP吸油量を適切に制御することで、負極活物質、導電助剤、結着剤との効率的な密着性に寄与し、高密度な電極加工性が実現できたためと推定される。
<1-Methyl-2-pyrrolidone Oil Absorption>
The 1-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter sometimes referred to as NMP) oil absorption of the lithium titanate powder of the present invention is 71 ml/100 g or less. If the NMP oil absorption is within this range, it is possible to obtain an electricity storage device that improves the electrode density, initial discharge capacity, volumetric energy density, and rate characteristics, and suppresses the amount of gas generation and the increase in resistance value during high-temperature operation. It is preferably 70 ml/100 g, more preferably 69 ml/100 g. Here, the unit ml/100 g represents the amount of NMP absorption (unit is ml) per 100 g of the lithium titanate powder of the present invention. The reason why the above effect can be obtained is not necessarily clear, but it is presumed that NMP is a solvent used in electrode preparation, and by appropriately controlling the NMP oil absorption of the lithium titanate powder, it contributes to efficient adhesion with the negative electrode active material, conductive assistant, and binder, and high-density electrode processability can be realized.

<比表面積>
本発明のチタン酸リチウム粉末の比表面積とは、窒素を吸着ガスとして用いたときの、単位質量当たりの吸着面積のことである。測定方法については、後述する実施例にて説明する。
<Specific surface area>
The specific surface area of the lithium titanate powder of the present invention means the adsorption area per unit mass when nitrogen is used as the adsorption gas. The measuring method will be explained in the examples described later.

本発明のチタン酸リチウム粉末を構成するチタン酸リチウムにおいては、比表面積が6.1m/g以下であれば、初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度に優れ、さらに高温動作時のガス発生量や抵抗値増加を抑制した蓄電デバイスを得ることができる。チタン酸リチウム粉末の比表面積は6.0m/g以下がより好ましく、5.7m/g以下がさらに好ましい。 In the lithium titanate constituting the lithium titanate powder of the present invention, if the specific surface area is 6.1 m2 /g or less, it is possible to obtain an electricity storage device that is excellent in initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density, and volumetric energy density, and further suppresses the amount of gas generated and the increase in resistance value during high-temperature operation. The specific surface area of the lithium titanate powder is more preferably 6.0 m2 /g or less, and even more preferably 5.7 m2 /g or less.

<D50>
本発明のチタン酸リチウム粉末のD50とは体積中位粒径の指標である。レーザー回折・散乱型粒度分布測定によって求めた体積分率で計算した累積体積頻度が、粒径の小さい方から積算して50%になる粒径を意味する。測定方法については、後述する実施例にて説明する。
<D50>
The D50 of the lithium titanate powder of the present invention is an index of the volume median particle size. It means the particle size at which the cumulative volume frequency calculated from the volume fraction obtained by laser diffraction/scattering type particle size distribution measurement is 50% when calculated from the smallest particle size. The measurement method will be described in the examples below.

<一次粒子と二次粒子>
本発明のチタン酸リチウム粉末は、チタン酸リチウムの一次粒子と前記一次粒子が凝集した二次粒子を含む。一次粒子とは、チタン酸リチウム粉末を構成する、解砕処理によってそれ以上分割できない個々の粒子を表す。
<Primary and secondary particles>
The lithium titanate powder of the present invention includes primary particles of lithium titanate and secondary particles formed by aggregation of the primary particles. The primary particles refer to individual particles that constitute the lithium titanate powder and cannot be further divided by a crushing treatment.

本発明のチタン酸リチウム粉末の二次粒子のD50は、電極密度、体積エネルギー密度およびレート特性の向上の観点から、D50は、11μm以上であり、12μm以上が好ましく、12.4μm以上がより好ましい。また、20μm以下であり、18μm以下が好ましく、14μm以下がより好ましい。なお、二次粒子のD50は、解砕処理(超音波照射器で超音波をかける)前のD50を表す。 From the viewpoint of improving electrode density, volumetric energy density, and rate characteristics, the D50 of the secondary particles of the lithium titanate powder of the present invention is 11 μm or more, preferably 12 μm or more, and more preferably 12.4 μm or more. Also, it is 20 μm or less, preferably 18 μm or less, and more preferably 14 μm or less. Note that the D50 of the secondary particles represents the D50 before the crushing process (ultrasonic application with an ultrasonic irradiator).

本発明のチタン酸リチウム粉末の一次粒子のD50は、電極密度、体積エネルギー密度、およびレート特性の向上の観点から、D50は、0.7μm以上であり、0.73μm以上が好ましく、0.75μm以上がより好ましい。また、3μm以下であり、2μm以下が好ましく、1.5μm以下がより好ましい。なお、一次粒子のD50は、超音波照射器による解砕処理を行った後のD50を表す。また、該チタン酸リチウム粉末は一次粒子径0.7μm未満の一次粒子の累積体積頻度を10%~50%の範囲で含んでいてもよく、0.73μm未満の一次粒子の累積体積頻度を15%~55%の範囲で含んでいてもよく、0.75μm未満の一次粒子の累積体積頻度を10%~60%の範囲で含んでいてもよい。さらに、3μmを超える一次粒子の累積体積頻度を50%~90%の範囲で含んでいてもよく、2μmを超える一次粒子の累積体積頻度を45%~85%の範囲で含んでいてもよく、1.5μmを超える一次粒子の累積体積頻度を40%~80%の範囲で含んでいてもよい。 From the viewpoint of improving the electrode density, volumetric energy density, and rate characteristics, the D50 of the primary particles of the lithium titanate powder of the present invention is 0.7 μm or more, preferably 0.73 μm or more, and more preferably 0.75 μm or more. Also, it is 3 μm or less, preferably 2 μm or less, and more preferably 1.5 μm or less. The D50 of the primary particles represents the D50 after a crushing process using an ultrasonic irradiator. Also, the lithium titanate powder may contain a cumulative volume frequency of primary particles having a primary particle diameter of less than 0.7 μm in the range of 10% to 50%, a cumulative volume frequency of primary particles having a primary particle diameter of less than 0.73 μm in the range of 15% to 55%, and a cumulative volume frequency of primary particles having a primary particle diameter of less than 0.75 μm in the range of 10% to 60%. Furthermore, the cumulative volume frequency of primary particles larger than 3 μm may be in the range of 50% to 90%, the cumulative volume frequency of primary particles larger than 2 μm may be in the range of 45% to 85%, and the cumulative volume frequency of primary particles larger than 1.5 μm may be in the range of 40% to 80%.

<pH>
本発明のチタン酸リチウム粉末においては、pHが10.0以上11.5以下であることが好ましく、10.5以上11.4以下がより好ましく、さらに好ましいのは10.7以上11.3以下である。この範囲であれば、蓄電デバイスの電極密度、レート特性を損なうことなく、高温動作時のガス発生量や抵抗値増加が抑制された蓄電デバイスが得られる。なお、推測の域を出ないが、本発明のチタン酸リチウム粉末のpHは、表面状態、特にモリブデンの価数による影響を受けていると想定される。本発明におけるpHは、チタン酸リチウム粉末を水に溶解して測定する値を言う。
<pH>
In the lithium titanate powder of the present invention, the pH is preferably 10.0 to 11.5, more preferably 10.5 to 11.4, and even more preferably 10.7 to 11.3. Within this range, an electricity storage device can be obtained in which the amount of gas generated and the increase in resistance value during high-temperature operation are suppressed without impairing the electrode density and rate characteristics of the electricity storage device. Although this is only speculation, it is assumed that the pH of the lithium titanate powder of the present invention is influenced by the surface state, particularly the valence of molybdenum. The pH in the present invention refers to a value measured by dissolving the lithium titanate powder in water.

<モリブデン(Mo)の価数>
特許文献1の明細書記載の製造方法では、Moの価数について指定されていない。本発明のチタン酸リチウム粉末に含まれるチタン酸リチウム一次粒子のX線光電子分光分析(XPS)により、Mo(6価、5価および4価)由来のピーク面積の総和に占めるMo(5価および4価)のピーク面積の割合が30%以下であることが好ましく、20%以下がより好ましい。Mo(5価および4価)のピーク面積の割合が30%以下であれば、初回充放電時にMoの副反応が抑制され、初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度に優れ、さらに高温動作時のガス発生量や抵抗値増加が抑制された蓄電デバイスが得られる。
<Valence of Molybdenum (Mo)>
In the manufacturing method described in the specification of Patent Document 1, the valence of Mo is not specified. According to X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the lithium titanate primary particles contained in the lithium titanate powder of the present invention, the ratio of the peak area of Mo (pentavalent and tetravalent) to the total peak area derived from Mo (hexavalent, pentavalent and tetravalent) is preferably 30% or less, more preferably 20% or less. If the ratio of the peak area of Mo (pentavalent and tetravalent) is 30% or less, the side reaction of Mo is suppressed during the initial charge and discharge, and an electricity storage device excellent in initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density and volumetric energy density, and further suppressed gas generation amount and resistance value increase during high temperature operation can be obtained.

ガス発生量や抵抗値増加が抑制される理由としては、定かではないが、チタン酸リチウム粒子表面と非水電解質(固体電解質を含む)との界面にMoが存在することで、Moが粒子表面で発生した分解物を効率的に他の物質に変換させ、全体のガス発生量や抵抗成分の増加を抑制できると考えられる。加えて、チタン酸リチウム粒子表面に存在するMo拡散層が形成されることにより、電解液の分解に起因する、LiTi12の活性点を保護するため、電解液の分解によるガス発生量をさらに抑制できると考えられる。 The reason why the gas generation amount and the increase in resistance value are suppressed is not clear, but it is believed that the presence of Mo at the interface between the lithium titanate particle surface and the non-aqueous electrolyte (including solid electrolyte) allows Mo to efficiently convert the decomposition products generated at the particle surface into other substances, thereby suppressing the increase in the overall gas generation amount and resistance components. In addition, the formation of a Mo diffusion layer present on the lithium titanate particle surface protects the active points of Li 4 Ti 5 O 12 caused by the decomposition of the electrolyte, and therefore it is believed that the gas generation amount due to the decomposition of the electrolyte can be further suppressed.

<周期律表>
本発明の周期律表とは、IUPAC(国際純正応用化学連合)の規定に基づく長周期型の元素の周期律表をいう。
<Periodic Table>
The periodic table in the present invention refers to a long-form periodic table of elements based on the provisions of IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry).

[本発明のチタン酸リチウム粉末の製造方法]
以下に、本発明のチタン酸リチウム粉末の製造方法の一例を、原料の調製工程、焼成工程、及び表面処理工程に分けて説明するが、本発明のチタン酸リチウム粉末の製造方法はこれに限定されない。
[Method of producing lithium titanate powder of the present invention]
An example of the method for producing lithium titanate powder of the present invention will be described below, divided into a raw material preparation step, a firing step, and a surface treatment step, but the method for producing lithium titanate powder of the present invention is not limited thereto.

<原料の調製工程>
本発明のチタン酸リチウム粉末の原料は、チタン原料及びリチウム原料からなる。チタン原料としては、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン等のチタン化合物が用いられる。短時間でリチウム原料と反応し易いことが好ましく、その観点で、アナターゼ型二酸化チタンが好ましい。短時間の焼成で原料を十分に反応させるためには、チタン原料のD50は5μm以下が好ましい。
<Raw material preparation process>
The raw materials for the lithium titanate powder of the present invention are composed of a titanium raw material and a lithium raw material. As the titanium raw material, titanium compounds such as anatase type titanium dioxide and rutile type titanium dioxide are used. It is preferable that the titanium raw material reacts easily with the lithium raw material in a short time, and from that viewpoint, anatase type titanium dioxide is preferable. In order to sufficiently react the raw materials by firing for a short time, the D50 of the titanium raw material is preferably 5 μm or less.

リチウム原料としては、水酸化リチウム一水和物、酸化リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸リチウム等のリチウム化合物が用いられる。 Lithium compounds such as lithium hydroxide monohydrate, lithium oxide, lithium bicarbonate, and lithium carbonate are used as lithium raw materials.

なお、チタン原料及びリチウム原料の仕込み比率としては、Tiに対するLiの原子比Li/Tiが0.81以上であることが好ましく、0.83以上がより好ましい。仕込み比率が少ないと、焼成後に得られるチタン酸リチウム粉末において特定の不純物相の発生を促し、電池特性への悪影響が懸念されるためである。 The ratio of titanium raw material and lithium raw material is preferably such that the atomic ratio Li/Ti of Li to Ti is 0.81 or more, and more preferably 0.83 or more. If the ratio is too low, it may promote the generation of certain impurity phases in the lithium titanate powder obtained after firing, which may have a detrimental effect on the battery characteristics.

本発明においては、以上の原料からなる混合物を短時間で焼成する場合は、焼成前に混合物を構成する混合粉末を、レーザー回折・散乱型粒度分布測定機にて測定される粒度分布曲線におけるD95が5μm以下になるように調製することが好ましい。ここで、D95とは、体積分率で計算した累積体積頻度が、粒径の小さい方から積算して95%になる粒径のことである。 In the present invention, when the mixture of the above raw materials is fired in a short time, it is preferable to prepare the mixed powder that constitutes the mixture before firing so that D95 in the particle size distribution curve measured by a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device is 5 μm or less. Here, D95 refers to the particle size at which the cumulative volume frequency calculated by volume fraction is 95% when integrated from the smallest particle size.

混合物の調製方法としては、次に挙げる方法を採用することができる。第一の方法は、原料を調合後、混合と同時に粉砕を行う方法である。第二の方法は、各原料を混合後のD95が5μm以下になるまで粉砕した後、これらを混合、あるいは軽く粉砕しながら混合する方法である。第三の方法は、各原料を晶析などの方法によって微粒子からなる粉末を製造し、必要に応じて分級して、これらを混合、あるいは軽く粉砕しながら混合する方法である。なかでも、第一の方法において、原料の混合と同時に粉砕を行う方法は、工程が少ない方法なので工業的に有利な方法である。また、同時に導電剤を添加しても良い。 The following methods can be used to prepare the mixture. In the first method, the raw materials are mixed and pulverized at the same time. In the second method, the raw materials are pulverized until the D95 after mixing is 5 μm or less, and then these are mixed or lightly pulverized while being mixed. In the third method, the raw materials are produced into powders consisting of fine particles by a method such as crystallization, classified as necessary, and then mixed or lightly pulverized while being mixed. Among them, in the first method, the method of mixing the raw materials and pulverizing them at the same time is an industrially advantageous method since it requires fewer steps. A conductive agent may also be added at the same time.

第一から第三のいずれの方法においても、原料の混合方法に特に制限はなく、湿式混合または乾式混合のいずれの方法でも良い。例えば、ヘンシェルミキサー、超音波分散装置、ホモミキサー、乳鉢、ボールミル、遠心式ボールミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、アトライター式の高速ボールミル、ビーズミル、ロールミル等を用いることができる。 In any of the first to third methods, there is no particular restriction on the method of mixing the raw materials, and either wet mixing or dry mixing may be used. For example, a Henschel mixer, ultrasonic dispersion device, homomixer, mortar, ball mill, centrifugal ball mill, planetary ball mill, vibrating ball mill, attritor-type high-speed ball mill, bead mill, roll mill, etc. can be used.

前記第一から第三のいずれの方法で得られた混合物が混合粉末である場合は、そのまま次の焼成工程に供することができる。混合粉末からなる混合スラリーである場合は、混合スラリーをロータリーエバポレーターなどによって乾燥した後に次の焼成工程に供することができる。焼成がロータリーキルン炉を用いて行われる場合は、混合スラリーのまま炉内に供することができる。 If the mixture obtained by any of the first to third methods is a mixed powder, it can be directly subjected to the next firing step. If the mixture is a mixed slurry consisting of the mixed powder, it can be directly subjected to the next firing step after drying the mixed slurry using a rotary evaporator or the like. If firing is performed using a rotary kiln furnace, the mixed slurry can be directly subjected to the furnace.

<焼成工程>
次いで、得られた混合物を焼成する。焼成により得られる粉末の比表面積を大きく、かつ結晶子径や粉末の一次粒子径を大きくする、炉心管由来の不純物量を少なくする観点からは、高温かつ短時間で焼成することが好ましい。このような観点から、焼成時の最高温度は、好ましくは1100℃以下であり、より好ましくは1000℃以下であり、更に好ましくは960℃以下である。特定の不純物相の割合を少なく、かつチタン酸リチウムの結晶性を高くする観点から、焼成時の最高温度は、好ましくは800℃以上であり、より好ましくは810℃以上である。同様に前記観点から、焼成時の最高温度での保持時間は、好ましくは2分~60分であり、より好ましくは5分~45分であり、更に好ましくは5分~30分である。焼成時の最高温度が高い時には、より短い保持時間を選択することが好ましい。同様に、焼成により得られる結晶子径を大きくする観点から、焼成時の昇温過程においては、700℃~800℃の滞留時間を特に短くすることが好ましく、例えば15分以内が好ましい。
<Firing process>
The resulting mixture is then fired. From the viewpoint of increasing the specific surface area of the powder obtained by firing, increasing the crystallite size and the primary particle size of the powder, and reducing the amount of impurities derived from the furnace tube, firing at a high temperature and for a short time is preferable. From this viewpoint, the maximum temperature during firing is preferably 1100°C or less, more preferably 1000°C or less, and even more preferably 960°C or less. From the viewpoint of reducing the proportion of specific impurity phases and increasing the crystallinity of lithium titanate, the maximum temperature during firing is preferably 800°C or more, more preferably 810°C or more. Similarly, from the above viewpoint, the holding time at the maximum temperature during firing is preferably 2 minutes to 60 minutes, more preferably 5 minutes to 45 minutes, and even more preferably 5 minutes to 30 minutes. When the maximum temperature during firing is high, it is preferable to select a shorter holding time. Similarly, from the viewpoint of increasing the crystallite size obtained by firing, it is preferable to particularly shorten the residence time at 700°C to 800°C during the temperature rise process during firing, for example, within 15 minutes.

前記条件で焼成できる方法であれば、焼成方法は特に限定されるものではない。利用できる焼成方法としては、固定床式焼成炉、ローラーハース式焼成炉、メッシュベルト式焼成炉、流動床式焼成炉、ロータリーキルン式焼成炉が挙げられる。ただし、短時間で効率的な焼成をする場合は、ローラーハース式焼成炉、メッシュベルト式焼成炉、ロータリーキルン式焼成炉が好ましい。匣鉢に混合物を収容して焼成するローラーハース式焼成炉、またはメッシュベルト式焼成炉を用いる場合は、焼成時の混合物の温度分布の均一性を確保して得られるチタン酸リチウムの品質を一定にするためには、匣鉢への混合物の収容量を少量にすることが好ましい。 The firing method is not particularly limited as long as it can be performed under the above conditions. Examples of firing methods that can be used include fixed bed firing furnaces, roller hearth firing furnaces, mesh belt firing furnaces, fluidized bed firing furnaces, and rotary kiln firing furnaces. However, for efficient firing in a short time, roller hearth firing furnaces, mesh belt firing furnaces, and rotary kiln firing furnaces are preferred. When using a roller hearth firing furnace or mesh belt firing furnace in which the mixture is placed in a sagger and fired, it is preferable to keep the amount of mixture placed in the sagger small in order to ensure uniformity in the temperature distribution of the mixture during firing and to ensure a constant quality of the resulting lithium titanate.

ロータリーキルン式焼成炉は、混合物を収容する容器が不要で、連続的に混合物を投入しながら焼成ができる点、被焼成物への熱履歴が均一で、均質なチタン酸リチウムを得ることができる点から、本発明のチタン酸リチウム粉末を製造するには特に好ましい焼成炉である。 A rotary kiln-type firing furnace is particularly preferred for producing the lithium titanate powder of the present invention because it does not require a container to hold the mixture, the mixture can be continuously fed while firing, the thermal history of the fired material is uniform, and homogeneous lithium titanate can be obtained.

焼成時の雰囲気は、脱離した水分や炭酸ガスが排除できる雰囲気であれば、焼成炉に関わらず特に限定されるものではない。通常は、圧縮空気を用いた空気雰囲気とするが、酸素、窒素、または水素雰囲気などでも良い。 The atmosphere during firing is not particularly limited, regardless of the firing furnace, as long as it is an atmosphere that can remove desorbed moisture and carbon dioxide gas. Usually, an air atmosphere using compressed air is used, but an oxygen, nitrogen, or hydrogen atmosphere may also be used.

焼成後のチタン酸リチウム粉末は、軽度の凝集はあるものの、粒子を破壊するような粉砕を行わなくても良く、そのため、焼成後には、必要に応じて凝集を解す程度の解砕や分級を行えば良い。粉砕を行わず、凝集を解す程度の解砕を行うだけであれば、その後でも、焼成後のチタン酸リチウム粉末の高い結晶性が維持される。 Although the lithium titanate powder after firing has slight agglomerations, it does not need to be pulverized to destroy the particles, and therefore after firing, it is sufficient to perform disintegration or classification to the extent that disintegration is broken down as necessary. If disintegration is only performed to the extent that disintegration is broken down without pulverization, the high crystallinity of the lithium titanate powder after firing is maintained even after that.

<表面処理工程>
本発明のチタン酸リチウム粉末は、モリブデンおよびアルミニウムを含有するチタン酸リチウム粉末であり、蓄電デバイスの電極材料として適用した場合に高温動作時のガス発生や抵抗値増加の抑制効果を付与することができる。前記焼成工程で、モリブデンおよびアルミニウムを含有する化合物(以下、処理剤と記すことがある)を加えて、本発明のチタン酸リチウム粉末を製造することができるが、より好ましくは、次のような表面処理工程などで、本発明のチタン酸リチウム粉末を製造することができる。
<Surface treatment process>
The lithium titanate powder of the present invention is a lithium titanate powder containing molybdenum and aluminum, and when used as an electrode material for an electric storage device, it can provide an effect of suppressing gas generation and an increase in resistance value during high-temperature operation. The lithium titanate powder of the present invention can be produced by adding a compound containing molybdenum and aluminum (hereinafter, sometimes referred to as a treatment agent) in the firing step, but more preferably, the lithium titanate powder of the present invention can be produced by the following surface treatment step or the like.

以上の工程により得られた、表面処理前のチタン酸リチウム粉末(以下、基材のチタン酸リチウム粉末と記すことがある。また、以下、基材のチタン酸リチウム粉末を構成するチタン酸リチウム粒子を基材のチタン酸リチウム粒子と記すことがある)を、処理剤1および処理剤2と混合して、好ましくは熱処理する。 The lithium titanate powder before surface treatment obtained by the above steps (hereinafter, this may be referred to as the lithium titanate powder of the substrate. Also, hereinafter, the lithium titanate particles constituting the lithium titanate powder of the substrate may be referred to as the lithium titanate particles of the substrate) is mixed with treatment agent 1 and treatment agent 2, and is preferably heat-treated.

モリブデンを含有する化合物(処理剤1)としては、特に限定されないが、例えば、モリブデンの酸化物、水酸化物、硫酸化合物、硝酸化合物、フッ化物、有機化合物、及びモリブデンを含有する金属塩化合物が挙げられる。具体的には、酸化モリブデン、三酸化モリブデン、三酸化モリブデン水和物、ほう化モリブデン、りんモリブデン酸、二けい化モリブデン、塩化モリブデン、硫化モリブデン、けいモリブデン酸水和物、酸化ナトリウムモリブデン、炭化モリブデン、酢酸モリブデン二量体、モリブデン酸リチウム、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウム、モリブデン酸カルシウム、モリブデン酸マグネシウム、モリブデン酸マンガン、モリブデン酸アンモニウム、などが挙げられる。モリブデンをチタン酸リチウム粉末の粒子表面に均一に拡散させるためには、後述の湿式法を用いるのが適しており、その場合は、溶媒に可溶な、モリブデンを含有する化合物を、その溶媒に溶解させて、基材のチタン酸リチウム粉末と混合することが好ましい。ガス発生量を抑制する点で、モリブデンを含有するモリブデン酸リチウムが好ましい。なお、モリブデンの価数について、原料として6価の状態で加えても、LTO表面または結晶内部で化学的に結合を形成する際に、ダングリングボンドが存在し部分的に4~5価をとるものと想定される。 Compounds containing molybdenum (treatment agent 1) are not particularly limited, but examples thereof include oxides, hydroxides, sulfates, nitrates, fluorides, organic compounds, and metal salt compounds containing molybdenum. Specific examples include molybdenum oxide, molybdenum trioxide, molybdenum trioxide hydrate, molybdenum boride, molybdophosphoric acid, molybdenum disilicide, molybdenum chloride, molybdenum sulfide, molybdosilicic acid hydrate, sodium molybdenum oxide, molybdenum carbide, molybdenum acetate dimer, lithium molybdate, sodium molybdate, potassium molybdate, calcium molybdate, magnesium molybdate, manganese molybdate, and ammonium molybdate. In order to uniformly diffuse molybdenum on the particle surface of the lithium titanate powder, it is suitable to use the wet method described below. In this case, it is preferable to dissolve a molybdenum-containing compound that is soluble in a solvent in the solvent and mix it with the lithium titanate powder of the base material. In terms of suppressing the amount of gas generation, lithium molybdate containing molybdenum is preferable. Regarding the valence of molybdenum, even if it is added in a hexavalent state as a raw material, it is assumed that when chemical bonds are formed on the LTO surface or inside the crystal, dangling bonds exist and the valence is partially 4 to 5.

モリブデンを含有する化合物(処理剤1)の添加量は、チタン酸リチウム粉末中のモリブデンの含有率が本発明の範囲内に収まれば、どのような添加量でも良いが、例えば処理剤1にモリブデン酸リチウム(LiMoO)を用いた場合、蓄電デバイスの初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度に優れ、さらに、高温動作時のガス発生量や抵抗値増加を抑制する観点からは、基材のチタン酸リチウム粉末に対して処理剤1を0.12mmol/LTO100g以上28.8mmol/LTO100g以下の割合で添加すればよく、より好ましくは0.5mmol/LTO100g以上15.5mmol/LTO100g以下の割合であり、特に好ましいのは1.0mmol/LTO100g以上10.0mmol/LTO100g以下の割合である。 The amount of the molybdenum-containing compound (treatment agent 1) added may be any amount as long as the molybdenum content in the lithium titanate powder falls within the range of the present invention. For example, when lithium molybdate (Li 2 MoO 4 ) is used as treatment agent 1, from the viewpoint of achieving excellent initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density, and volumetric energy density of the power storage device and further suppressing the amount of gas generated and increase in resistance value during high-temperature operation, treatment agent 1 may be added to the lithium titanate powder of the base material in a ratio of 0.12 mmol/100 g to 28.8 mmol/100 g of LTO, more preferably 0.5 mmol/100 g to 15.5 mmol/100 g of LTO, and particularly preferably 1.0 mmol/100 g to 10.0 mmol/100 g of LTO.

アルミニウムを含有する化合物(処理剤2)としては、特に限定されないが、例えば、モリブデンの酸化物、水酸化物、硫酸化合物、硝酸化合物、フッ化物、有機化合物、及びモリブデンを含有する金属塩化合物が挙げられる。具体的にはAlを含有する化合物として、例えば、酢酸アルミニウム、フッ化アルミニウムあるいは硫酸アルミニウムなどが挙げられる。なかでも、硫酸アルミニウム、その水和物、及びフッ化アルミニウムが好ましい。 The aluminum-containing compound (treatment agent 2) is not particularly limited, but examples thereof include molybdenum oxides, hydroxides, sulfate compounds, nitrate compounds, fluorides, organic compounds, and metal salt compounds containing molybdenum. Specific examples of compounds containing Al include aluminum acetate, aluminum fluoride, and aluminum sulfate. Among these, aluminum sulfate, its hydrate, and aluminum fluoride are preferred.

アルミニウムを含有する化合物(処理剤2)の添加量は、チタン酸リチウム粉末中のモリブデンの含有率が本発明の範囲内に収まれば、どのような添加量でも良いが、例えば硫酸アルミニウム・14~18水和物(Al(SO・14~18HO)を用いた場合は、蓄電デバイスの初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度に優れ、さらに、高温動作時のガス発生量や抵抗値増加を抑制する観点からは、基材のチタン酸リチウム粉末に対して処理剤2を0.16mmol/LTO100g以上63.5mmol/LTO100g以下の割合で添加すればよく、より好ましくは3.2mmol/LTO100g以上31.7mmol/LTO100g以下の割合であり、特に好ましいのは4.0mmol/LTO100g以上15.9mmol/LTO100g以下の割合である。 The amount of the aluminum-containing compound (treatment agent 2) added may be any amount as long as the molybdenum content in the lithium titanate powder falls within the range of the present invention. However, for example, when aluminum sulfate 14-18 hydrate (Al 2 (SO 4 ) 3.14-18H 2 O) is used, from the viewpoint of achieving excellent initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density, and volumetric energy density of the power storage device and further suppressing the amount of gas generated and increase in resistance value during high-temperature operation, treatment agent 2 may be added to the lithium titanate powder of the substrate in a ratio of 0.16 mmol/100 g to 63.5 mmol/100 g of LTO, more preferably 3.2 mmol/100 g to 31.7 mmol/100 g of LTO, and particularly preferably 4.0 mmol/100 g to 15.9 mmol/100 g of LTO.

基材のチタン酸リチウム粉末とモリブデンを含有する化合物(処理剤1)、アルミニウムを含有する化合物(処理剤2)、さらには元素Mを含有する化合物(処理剤3)との混合方法に特に制限はなく、湿式混合または乾式混合のいずれの方法も採用することができるが、基材のチタン酸リチウム粒子の表面にモリブデンを含有する化合物(処理剤1)、あるいはアルミニウムを含有する化合物(処理剤2)を均一に分散させることが好ましく、その点においては湿式混合が好ましい。 There is no particular restriction on the method of mixing the lithium titanate powder substrate with the molybdenum-containing compound (treatment agent 1), the aluminum-containing compound (treatment agent 2), and the compound containing element M (treatment agent 3), and either wet mixing or dry mixing can be used, but it is preferable to uniformly disperse the molybdenum-containing compound (treatment agent 1) or the aluminum-containing compound (treatment agent 2) on the surface of the lithium titanate particles substrate, and in this respect, wet mixing is preferred.

乾式混合としては、例えば、ペイントミキサー、ヘンシェルミキサー、超音波分散装置、ホモミキサー、乳鉢、ボールミル、遠心式ボールミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、アトライター式の高速ボールミル、ビーズミル、ロールミル等を用いることができる。 For dry mixing, for example, a paint mixer, a Henschel mixer, an ultrasonic dispersing device, a homomixer, a mortar, a ball mill, a centrifugal ball mill, a planetary ball mill, a vibrating ball mill, an attritor-type high-speed ball mill, a bead mill, a roll mill, etc. can be used.

湿式混合としては、水またはアルコール溶媒中に処理剤1と、さらに処理剤2と基材のチタン酸リチウム粉末を投入し、スラリー状態で混合させる。アルコール溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなど沸点が100℃以下のものが溶媒除去しやすい点で好ましい。また、回収、廃棄のしやすさから、工業的には水溶媒が好ましい。 For wet mixing, treatment agent 1, treatment agent 2, and the lithium titanate powder of the substrate are added to a water or alcohol solvent and mixed in a slurry state. As the alcohol solvent, those with a boiling point of 100°C or less, such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol, are preferred because they are easy to remove. Also, from an industrial perspective, water solvents are preferred because they are easy to recover and dispose of.

溶媒量としては、処理剤1と、さらに処理剤2と基材のチタン酸リチウム粒子が十分に濡れた状態になる量ならば問題はないが、処理剤1と、あるいはさらに処理剤2と基材のチタン酸リチウム粒子は、溶媒中で均一に分散していることが好ましく、そのためには、溶媒中に溶解する、処理剤1、あるいはさらに処理剤2の溶解量が処理剤1、あるいはさらに処理剤2の溶媒への全投入量の50%以上になる溶媒量が好ましい。処理剤1や処理剤2の、溶媒への溶解量は温度が高いほど多くなることから、基材のチタン酸リチウム粉末と処理剤1、あるいはさらに処理剤2との溶媒中での混合は、加温しながら行うことが好ましく、また加温することで溶媒量も減量できるので、加温しながら混合する方法は、工業的に適した方法である。混合時の温度としては、40℃~100℃が好ましく、60℃~100℃がより好ましい。 The amount of solvent is not a problem if the treatment agent 1, the treatment agent 2, and the lithium titanate particles of the substrate are sufficiently wetted, but it is preferable that the treatment agent 1, the treatment agent 2, and the lithium titanate particles of the substrate are uniformly dispersed in the solvent. For this purpose, the amount of the treatment agent 1 or the treatment agent 2 dissolved in the solvent is preferably 50% or more of the total amount of the treatment agent 1 or the treatment agent 2 put into the solvent. Since the amount of the treatment agent 1 or the treatment agent 2 dissolved in the solvent increases as the temperature increases, it is preferable to mix the lithium titanate powder of the substrate and the treatment agent 1 or the treatment agent 2 in the solvent while heating. Furthermore, since the amount of the solvent can be reduced by heating, the method of mixing while heating is suitable for industrial use. The temperature during mixing is preferably 40°C to 100°C, more preferably 60°C to 100°C.

湿式混合の場合は、熱処理方法にもよるが、混合工程の後に行う熱処理の前に溶媒を除去することが好ましい。溶媒の除去は、単純に溶媒を蒸発乾固させるだけでは特定の比表面積と一次粒子、二次粒子のD50を制御することは困難である。溶媒を蒸発乾固させる方法としては、スラリーを撹拌羽で撹拌しながら加熱し蒸発させる方法、コニカルドライヤーなど撹拌させながら乾燥が可能な乾燥装置を用いる方法及びスプレードライヤーを用いる方法が挙げられるが、スプレードライヤーを用いる方法が好ましい。理由として、従来の蒸発乾固とは異なり、スプレードライヤーの条件が二次粒子形態や表面処理工程に大きく影響するためである。スプレードライヤーの乾燥温度は180℃~300℃が好ましく、より好ましくは200℃~270℃、さらに好ましくは215℃~270℃である。乾燥温度という特定条件により、二次粒子の粉体物性範囲が異なるため、結果、初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度を高めることが可能となる。 In the case of wet mixing, although it depends on the heat treatment method, it is preferable to remove the solvent before the heat treatment performed after the mixing process. When removing the solvent, it is difficult to control the specific surface area and D50 of the primary particles and secondary particles by simply evaporating the solvent to dryness. Methods for evaporating the solvent to dryness include a method of heating and evaporating the slurry while stirring it with a stirring blade, a method using a drying device that can dry while stirring, such as a conical dryer, and a method using a spray dryer, but the method using a spray dryer is preferable. The reason is that, unlike conventional evaporation to dryness, the conditions of the spray dryer have a significant effect on the secondary particle morphology and the surface treatment process. The drying temperature of the spray dryer is preferably 180°C to 300°C, more preferably 200°C to 270°C, and even more preferably 215°C to 270°C. Since the powder property range of the secondary particles varies depending on the specific condition of the drying temperature, it is possible to increase the initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density, and volumetric energy density as a result.

基材のチタン酸リチウム粉末と処理剤1と、さらに処理剤2と混合後には熱処理を行うことが好ましい。熱処理温度としては、モリブデンあるいはさらに元素Mが、基材のチタン酸リチウム粒子の、少なくとも表面領域に拡散する温度であって、基材のチタン酸リチウムが焼結することによる、比表面積の大幅な減少が発生しない温度が良い。熱処理温度の上限値としては700℃以下が好ましく、より好ましくは600℃以下である。熱処理温度の下限値としては、300℃以上が好ましく、より好ましくは400℃以上である。熱処理時間としては、好ましくは0.1時間~8時間であり、より好ましくは1時間~5時間である。元素Mが、基材のチタン酸リチウム粒子の、少なくとも表面領域に拡散する温度及び時間は、元素Mを含有する化合物によって反応性が異なるため、適宜設定するのが良い。 It is preferable to perform a heat treatment after mixing the lithium titanate powder of the substrate with the treatment agent 1 and further with the treatment agent 2. The heat treatment temperature is a temperature at which molybdenum or further element M diffuses into at least the surface region of the lithium titanate particles of the substrate, and at which the specific surface area does not decrease significantly due to sintering of the lithium titanate of the substrate. The upper limit of the heat treatment temperature is preferably 700°C or less, more preferably 600°C or less. The lower limit of the heat treatment temperature is preferably 300°C or more, more preferably 400°C or more. The heat treatment time is preferably 0.1 to 8 hours, more preferably 1 to 5 hours. The temperature and time at which element M diffuses into at least the surface region of the lithium titanate particles of the substrate should be set appropriately because the reactivity differs depending on the compound containing element M.

熱処理における加熱方法は特に限定されるものではない。利用できる熱処理炉としては、固定床式焼成炉、ローラーハース式焼成炉、メッシュベルト式焼成炉、流動床式焼成炉、ロータリーキルン式焼成炉などが挙げられる。熱処理時の雰囲気としては、大気雰囲気でも、窒素雰囲気などの不活性雰囲気のどちらでも良い。モリブデンあるいは元素Mを含有する化合物(処理剤2)としてモリブデンあるいは元素Mを含有する金属塩化合物を用いた場合は、粒子表面からアニオン種が除去されやすい大気雰囲気が好ましい。 The heating method in the heat treatment is not particularly limited. Examples of heat treatment furnaces that can be used include fixed-bed firing furnaces, roller hearth firing furnaces, mesh belt firing furnaces, fluidized bed firing furnaces, and rotary kiln firing furnaces. The atmosphere during the heat treatment may be either an air atmosphere or an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere. When a metal salt compound containing molybdenum or element M is used as the compound containing molybdenum or element M (treatment agent 2), an air atmosphere is preferred because it is easy to remove anion species from the particle surface.

以上のようにして得られた熱処理後のチタン酸リチウム粉末は、軽度の凝集はあるものの、粒子を破壊するような粉砕を行わなくても良く、そのため、熱処理後には、必要に応じて凝集を解す程度の解砕や分級を行えば良い。 Although the lithium titanate powder obtained after the heat treatment as described above has some degree of agglomeration, it does not need to be pulverized to destroy the particles. Therefore, after the heat treatment, it is sufficient to perform crushing or classification to the extent that agglomerations are broken down, if necessary.

本発明のチタン酸リチウム粉末は、表面処理工程で処理剤と混合した後に造粒して熱処理を行い、一次粒子が凝集した二次粒子を含む粉末にしても良い。造粒は二次粒子ができるのであれば、どのような方法でも良いが、スプレードライヤーが大量に処理できるため好ましい。 The lithium titanate powder of the present invention may be mixed with a treatment agent in a surface treatment step, granulated, and heat-treated to produce a powder containing secondary particles formed by aggregation of primary particles. Any method of granulation may be used as long as it produces secondary particles, but a spray dryer is preferred because it can process large quantities.

本発明のチタン酸リチウム粉末に含まれる水分量を低減させるために、熱処理工程で露点管理を行っても良い。熱処理後の粉末は、そのまま大気に晒すと粉末に含まれる水分量が増加するため、熱処理炉内での冷却時と熱処理後は、露点管理された環境下で粉末を扱うことが好ましい。熱処理後の粉末は、粒子を所望の最大粒径の範囲にするために必要に応じて分級を行っても良い。熱処理工程で露点管理をする場合は、発明のチタン酸リチウム粉末をアルミラミネート袋などで密閉した後に露点管理外の環境下に出すことが好ましい。露点管理下においても、熱処理後のチタン酸リチウム粉末の粉砕を行うと破砕面から水分を取り込みやすくなり、粉末に含まれる水分量が増加するため、熱処理を行った場合には粉砕を行わないことが好ましい。熱処理条件としては、温度と保持時間が特定の範囲にあることで二次粒子形態や表面処理工程に大きく影響する。熱処理温度としては、450℃以上が好ましく、550℃未満が好ましい。熱処理温度が550℃を超えると比表面積が大きく低下し、電池性能、特にレート特性が大幅に低下するためである。また保持時間は11時間以上が好ましい、熱時間が短い場合、粉末に含まれる水分量が増加に加え、粒子表面状態にも影響を与えると推測されるためである。 In order to reduce the amount of moisture contained in the lithium titanate powder of the present invention, dew point control may be performed in the heat treatment process. If the heat-treated powder is exposed to the air as it is, the amount of moisture contained in the powder will increase, so it is preferable to handle the powder in a dew point controlled environment during cooling in the heat treatment furnace and after heat treatment. The heat-treated powder may be classified as necessary to make the particles within the desired maximum particle size range. When dew point control is performed in the heat treatment process, it is preferable to seal the lithium titanate powder of the invention in an aluminum laminate bag or the like and then place it in an environment outside of dew point control. Even under dew point control, if the lithium titanate powder after heat treatment is pulverized, it becomes easier to absorb moisture from the crushed surface, and the amount of moisture contained in the powder increases, so it is preferable not to pulverize it when heat treatment is performed. As for the heat treatment conditions, the temperature and holding time in a specific range greatly affect the secondary particle morphology and the surface treatment process. The heat treatment temperature is preferably 450°C or higher, and preferably less than 550°C. This is because if the heat treatment temperature exceeds 550°C, the specific surface area will be significantly reduced, and the battery performance, especially the rate characteristics, will be significantly reduced. Furthermore, a holding time of 11 hours or more is preferable, because if the heating time is short, not only will the amount of moisture in the powder increase, but it is thought that this will also affect the state of the particle surfaces.

[活物質材料]
本発明の電極シートに用いる活物質材料は、本発明のチタン酸リチウム粉末を含むものである。本発明のチタン酸リチウム粉末以外の物質を1種又は2種以上含んでいてもよい。他の物質としては、例えば、炭素材料〔熱分解炭素類、コークス類、グラファイト類(人造黒鉛、天然黒鉛等)、有機高分子化合物燃焼体、炭素繊維〕、スズやスズ化合物、ケイ素やケイ素化合物が使用される。
[Active material]
The active material used in the electrode sheet of the present invention contains the lithium titanate powder of the present invention. It may contain one or more substances other than the lithium titanate powder of the present invention. Examples of the other substances include carbon materials (pyrolytic carbons, cokes, graphites (artificial graphite, natural graphite, etc.), organic polymer compound combustion bodies, carbon fibers), tin and tin compounds, silicon and silicon compounds.

[蓄電デバイス]
本発明の蓄電デバイスは、本発明の活物質材料を含む電極を備え、このような電極へのリチウムイオンのインターカレーション、脱インターカレーションを利用してエネルギーを貯蔵、放出するデバイスであって、例えば、ハイブリッドキャパシタやリチウム電池などが挙げられる。
[Electricity storage device]
The electricity storage device of the present invention is a device that includes an electrode containing the active substance material of the present invention and stores and releases energy by utilizing the intercalation and deintercalation of lithium ions into such an electrode, and examples of such a device include a hybrid capacitor and a lithium battery.

[ハイブリッドキャパシタ]
前記ハイブリッドキャパシタとしては、正極に、活性炭など電気二重層キャパシタの電極材料と同様の物理的な吸着によって容量が形成される活物質や、グラファイトなど物理的な吸着とインターカレーション、脱インターカレーションによって容量が形成される活物質や、導電性高分子などレドックスにより容量が形成される活物質を使用し、負極に本発明の活物質材料を使用するデバイスである。本発明の活物質材料は、通常、前記ハイブリッドキャパシタの電極シートの形態にて用いられる。
[Hybrid Capacitor]
The hybrid capacitor is a device in which an active material such as activated carbon, which forms a capacitance by physical adsorption similar to the electrode material of an electric double layer capacitor, an active material such as graphite, which forms a capacitance by physical adsorption and intercalation/deintercalation, or an active material such as a conductive polymer, which forms a capacitance by redox, is used for the positive electrode, and the active material of the present invention is used for the negative electrode. The active material of the present invention is usually used in the form of an electrode sheet for the hybrid capacitor.

[リチウム電池]
本発明のリチウム電池は、リチウム一次電池及びリチウム二次電池を総称する。また、本明細書において、リチウム二次電池という用語は、いわゆるリチウムイオン二次電池や全固体型リチウム二次電池も含む概念として用いる。
[Lithium battery]
The lithium battery of the present invention is a general term for lithium primary batteries and lithium secondary batteries. In this specification, the term lithium secondary battery is used as a concept including so-called lithium ion secondary batteries and all-solid-state lithium secondary batteries.

前記リチウム電池は、正極、負極及び非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液、または固体電解質等により構成されているが、本発明の活物質材料は電極材料として用いることができる。本発明の活物質材料は、通常、前記リチウム電池の電極シートの形態にて用いられる。この活物質材料は、正極活物質及び負極活物質のいずれとして用いてもよいが、以下には負極活物質として用いた場合を説明する。 The lithium battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent, or a solid electrolyte, and the active material of the present invention can be used as an electrode material. The active material of the present invention is usually used in the form of an electrode sheet for the lithium battery. This active material may be used as either a positive electrode active material or a negative electrode active material, but the following describes its use as a negative electrode active material.

<負極>
負極は、負極集電体の片面または両面に、負極活物質(本発明の活物質材料)、導電剤及び結着剤を含む合剤層を有する。この合剤層は、通常、電極シートの形態とされる。多孔質体などで空孔を有する負極集電体の場合は、空孔中に負極活物質(本発明の活物質材料)、導電剤、結着剤を含む合剤層を有する。この合剤層が全固体電池に用いられる場合は、合剤層中にさらに固体電解質材料を含んでいてもよい。
<Negative Electrode>
The negative electrode has a mixture layer containing a negative electrode active material (the active material of the present invention), a conductive agent, and a binder on one or both sides of the negative electrode current collector. This mixture layer is usually in the form of an electrode sheet. In the case of a negative electrode current collector having pores such as a porous body, the mixture layer contains a negative electrode active material (the active material of the present invention), a conductive agent, and a binder in the pores. When this mixture layer is used in an all-solid-state battery, the mixture layer may further contain a solid electrolyte material.

前記負極用の導電剤としては、化学変化を起こさない電子伝導材料であれば特に制限はない。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チェンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、単相カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ(グラファイト層が多層同心円筒状)(非魚骨状)、カップ積層型カーボンナノチューブ(魚骨状(フィッシュボーン))、節型カーボンナノファイバー(非魚骨構造)、プレートレット型カーボンナノファイバー(トランプ状)等のカーボンナノチューブ類等が挙げられる。また、グラファイト類とカーボンブラック類とカーボンナノチューブ類を適宜混合して用いてもよい。特に限定されることはないが、カーボンブラック類の比表面積は好ましくは30m/g~3000m/gであり、さらに好ましくは50m/g~2000m/gである。また、グラファイト類の比表面積は、好ましくは30m/g~600m/gであり、さらに好ましくは50m/g~500m/gである。また、カーボンナノチューブ類のアスペクト比は、2~150であり、好ましくは2~100、より好ましくは2~50である。 The conductive agent for the negative electrode is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not undergo chemical changes. For example, graphites such as natural graphite (e.g., flake graphite), artificial graphite, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black, carbon nanotubes such as single-phase carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes (graphite layers are multi-layered concentric cylinders) (non-fishbone-shaped), cup-stacked carbon nanotubes (fishbone-shaped), nodular carbon nanofibers (non-fishbone structure), and platelet-type carbon nanofibers (trump-shaped), and the like can be mentioned. In addition, graphites, carbon blacks, and carbon nanotubes may be appropriately mixed and used. Although not particularly limited, the specific surface area of carbon blacks is preferably 30 m 2 /g to 3000 m 2 /g, and more preferably 50 m 2 /g to 2000 m 2 /g. The specific surface area of the graphite is preferably 30 m 2 /g to 600 m 2 /g, and more preferably 50 m 2 /g to 500 m 2 /g. The aspect ratio of the carbon nanotubes is 2 to 150, preferably 2 to 100, and more preferably 2 to 50.

導電剤の添加量は、活物質の比表面積や導電剤の種類や組合せにより異なるため、最適化を行うべきであるが、合剤層中に、好ましくは0.1質量%~10質量%であり、さらに好ましくは0.5質量%~5質量%である。0.1質量%未満では、合剤層の導電性が確保できなくなり、10質量%超では、活物質比率が減少し、合剤層の単位質量及び単位体積あたりの蓄電デバイスの放電容量が不十分になるため高容量化に適さない。 The amount of conductive agent added should be optimized because it varies depending on the specific surface area of the active material and the type and combination of conductive agents. It is preferably 0.1% to 10% by mass, and more preferably 0.5% to 5% by mass in the mixture layer. If it is less than 0.1% by mass, the conductivity of the mixture layer cannot be ensured, and if it exceeds 10% by mass, the active material ratio decreases and the discharge capacity of the electricity storage device per unit mass and unit volume of the mixture layer becomes insufficient, making it unsuitable for achieving high capacity.

前記負極用の結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルピロリドン(PVP)、スチレンとブタジエンの共重合体(SBR)、アクリロニトリルとブタジエンの共重合体(NBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。特に限定されることはないが、ポリフッ化ビニリデンの分子量は、好ましくは2万~100万である。合剤層の結着性を確保する観点から、2.5万以上であることが好ましく、3万以上であることがより好ましく、5万以上であることがさらに好ましい。活物質と導電剤との接触を妨げずに導電性が確保する観点から、50万以下であることが好ましい。特に活物質の比表面積が10m/g以上の場合には、分子量は10万以上であることが好ましい。 Examples of the binder for the negative electrode include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylpyrrolidone (PVP), styrene and butadiene copolymer (SBR), acrylonitrile and butadiene copolymer (NBR), and carboxymethyl cellulose (CMC). Although not particularly limited, the molecular weight of polyvinylidene fluoride is preferably 20,000 to 1,000,000. From the viewpoint of ensuring the binding property of the mixture layer, it is preferably 25,000 or more, more preferably 30,000 or more, and even more preferably 50,000 or more. From the viewpoint of ensuring conductivity without interfering with the contact between the active material and the conductive agent, it is preferably 500,000 or less. In particular, when the specific surface area of the active material is 10 m 2 /g or more, the molecular weight is preferably 100,000 or more.

前記結着剤の添加量は、活物質の比表面積や導電剤の種類や組合せにより異なるため、最適化を行うべきであるが、合剤層中に、好ましくは0.2質量%~15質量%である。結着性を高め合剤層の強度を確保する観点から、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、2質量%以上であることがさらに好ましい。活物質比率が減少し、合剤層の単位質量及び単位体積あたりの蓄電デバイスの放電容量を低減させない観点から、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。 The amount of binder added should be optimized because it varies depending on the specific surface area of the active material and the type and combination of conductive agents, but is preferably 0.2% by mass to 15% by mass in the mixture layer. From the viewpoint of increasing the binding property and ensuring the strength of the mixture layer, it is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and even more preferably 2% by mass or more. From the viewpoint of preventing a decrease in the active material ratio and a decrease in the discharge capacity of the electricity storage device per unit mass and unit volume of the mixture layer, it is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.

前記負極集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、焼成炭素、あるいはそれらの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を被覆させたもの等が挙げられる。また、これらの材料の表面を酸化してもよく、表面処理により負極集電体表面に凹凸を付けてもよい。また、前記負極集電体の形態としては、例えば、シート、ネット、フォイル、フィルム、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群、不織布の成形体などが挙げられる。前記負極集電体の形態として、多孔質アルミニウムが好ましい。前記多孔質アルミニウムの空孔率は80%以上、95%以下であり、好ましくは85%以上である。 Examples of the negative electrode current collector include aluminum, stainless steel, nickel, copper, titanium, baked carbon, or those whose surfaces are coated with carbon, nickel, titanium, or silver. The surfaces of these materials may be oxidized, or the surface of the negative electrode current collector may be roughened by surface treatment. Examples of the form of the negative electrode current collector include a sheet, net, foil, film, punched material, lath, porous material, foam, fiber group, and nonwoven fabric molded body. Porous aluminum is preferred as the form of the negative electrode current collector. The porosity of the porous aluminum is 80% or more and 95% or less, and preferably 85% or more.

前記負極の作製方法としては、負極活物質(本発明の活物質材料を含む)、導電剤及び結着剤を溶剤中に均一に混合し塗料化した後、前記負極集電体上に塗布し、乾燥、圧縮することによって得ることができる。多孔質体などで空孔を有する負極集電体の場合は、負極活物質(本発明の活物質材料)、導電剤及び結着剤を溶剤中に均一に混合した塗料を集電体の空孔に圧入して充填、または前記塗料中に空孔を有する集電体を浸潰し空孔中に拡散した後に、乾燥、圧縮することによって得ることができる。 The negative electrode can be produced by uniformly mixing the negative electrode active material (including the active material of the present invention), conductive agent, and binder in a solvent to form a paint, which is then applied to the negative electrode current collector, dried, and compressed. In the case of a negative electrode current collector that is porous or the like and has pores, the paint is pressed into the pores of the current collector to fill them, or the current collector having pores is immersed in the paint to diffuse the pores, and then dried and compressed.

負極活物質(本発明の活物質材料)、導電剤及び結着剤を溶剤中に均一に混合し塗料化する方法としては、例えば、プラネタリーミキサーなどの混練容器内で攪拌棒が自転しながら公転するタイプの混練機、二軸押し出し型混練機、遊星式撹拌脱泡装置、ビーズミル、高速旋回型ミキサ、粉体吸引連続溶解分散装置などを用いることができる。また、製造工程として、固形分濃度によって工程を分け、これらの装置を使い分けてもよい。 Methods for uniformly mixing the negative electrode active material (the active material of the present invention), conductive agent, and binder in a solvent to produce a paint include, for example, a kneader in which a stirring rod revolves while rotating inside a kneading vessel such as a planetary mixer, a twin-screw extrusion type kneader, a planetary type stirring and defoaming device, a bead mill, a high-speed rotating type mixer, and a powder suction continuous dissolution and dispersion device. In addition, the manufacturing process may be divided into steps according to the solid content concentration, and these devices may be used separately.

負極活物質(本発明の活物質材料)、導電剤及び結着剤を溶剤中に均一に混合するには、活物質の比表面積、導電剤の種類、結着剤の種類やこれらの組合せにより異なるため、最適化を行うべきであるが、プラネタリーミキサーなどの混練容器内で攪拌棒が自転しながら公転するタイプの混練機、二軸押し出し型混練機、遊星式撹拌脱泡装置などを用いる場合には、製造工程として固形分濃度によって工程を分け、固形分濃度が高い状態で混練した後、徐々に固形分濃度を下げ塗料の粘度を調製するのが好ましい。固形分濃度が高い状態としては、好ましくは60質量%~90質量%、さらに好ましくは60質量%~80質量%である。60質量%以上であればせん断力が得られるので好ましく、90質量%以下であれば装置の負荷が軽減されるので好ましく、80質量%以下であればより好ましい。 In order to mix the negative electrode active material (the active material material of the present invention), the conductive agent, and the binder uniformly in the solvent, optimization is required since it depends on the specific surface area of the active material, the type of conductive agent, the type of binder, and the combination of these. However, when using a kneader such as a planetary mixer in which the stirring rod revolves while rotating in a kneading container, a twin-screw extrusion type kneader, or a planetary stirring and degassing device, it is preferable to divide the manufacturing process according to the solid content concentration, knead the mixture in a state where the solid content concentration is high, and then gradually reduce the solid content concentration to adjust the viscosity of the paint. The high solid content concentration is preferably 60% to 90% by mass, and more preferably 60% to 80% by mass. If it is 60% by mass or more, it is preferable because shear force can be obtained, if it is 90% by mass or less, it is preferable because the load on the device is reduced, and if it is 80% by mass or less, it is more preferable.

混合手順としては、特に限定されることはないが、負極活物質と導電剤と結着剤を同時に溶剤中で混合する方法、導電剤と結着剤をあらかじめ溶剤中で混合した後に負極活物質を追加混合する方法、負極活物質スラリーと導電剤スラリーと結着剤溶液をあらかじめ作製し、それぞれを混合する方法などが挙げられる。これらの中でも均一に分散させるには、導電剤と結着剤をあらかじめ溶剤中で混合した後に負極活物質を追加混合する方法及び負極活物質スラリーと導電剤スラリーと結着剤溶液をあらかじめ作製し、それぞれを混合する方法が好ましい。 The mixing procedure is not particularly limited, but examples include a method of simultaneously mixing the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder in a solvent, a method of mixing the conductive agent and the binder in a solvent in advance and then adding and mixing the negative electrode active material, and a method of preparing a negative electrode active material slurry, a conductive agent slurry, and a binder solution in advance and then mixing them. Among these, in order to disperse them uniformly, the method of mixing the conductive agent and the binder in a solvent in advance and then adding and mixing the negative electrode active material, and the method of preparing a negative electrode active material slurry, a conductive agent slurry, and a binder solution in advance and then mixing them are preferred.

溶剤としては、有機溶媒を用いることができる。有機溶剤としては、1-メチル-2-ピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなど非プロトン性有機溶媒を単独、または2種類以上混合したものが挙げられ、好ましくは1-メチル-2-ピロリドンである。 As the solvent, an organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include aprotic organic solvents such as 1-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, and dimethylformamide, either alone or in combination of two or more kinds, and preferably 1-methyl-2-pyrrolidone.

溶剤に有機溶剤を用いる場合には、結着剤をあらかじめ有機溶剤に溶解させて使用するのが好ましい。 When using an organic solvent, it is preferable to dissolve the binder in the organic solvent before use.

<正極>
正極は、正極集電体の片面または両面に、正極活物質、導電剤及び結着剤を含む合剤層を有する。
<Positive electrode>
The positive electrode has a mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder on one or both sides of a positive electrode current collector.

前記正極活物質としては、リチウムを吸蔵及び放出可能な材料が使用され、例えば、活物質としては、コバルト、マンガン、ニッケルを含有するリチウムとの複合金属酸化物やリチウム含有オリビン型リン酸塩などが挙げられ、これらの正極活物質は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。このような複合金属酸化物としては、例えば、LiCoO、LiMn、LiNiO、LiCo1-xNi(0.01<x<1)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiNi1/2Mn3/2等が挙げられ、これらのリチウム複合酸化物の一部は他元素で置換してもよく、コバルト、マンガン、ニッケルの一部をB、Nb、Sn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、Cu、Bi、Mo、La等の少なくとも1種以上の元素で置換したり、Oの一部をSやFで置換したり、あるいは、これらの他元素を含有する化合物を被覆することができる。リチウム含有オリビン型リン酸塩としては、例えば、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO、LiMnPO、LiFe1-xMxPO(MはCo、Ni、Mn、Cu、Zn、及びCdから選ばれる少なくとも1種であり、xは、0≦x≦0.5である。)等が挙げられる。 As the positive electrode active material, a material capable of absorbing and releasing lithium is used. For example, examples of the active material include composite metal oxides containing lithium and cobalt, manganese, or nickel, and lithium-containing olivine-type phosphates. These positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more. Examples of such composite metal oxides include LiCoO2 , LiMn2O4 , LiNiO2 , LiCo1 -xNixO2 (0.01<x<1), LiCo1/3Ni1 / 3Mn1 / 3O2 , LiNi1 / 2Mn3 / 2O4 , and the like. These lithium composite oxides may be partially substituted with other elements, and the cobalt, manganese, and nickel may be partially substituted with at least one element such as B, Nb, Sn, Mg, Fe, Ti, Al, Zr, Cr, V, Ga, Zn, Cu, Bi, Mo, La, etc., or the O may be partially substituted with S or F, or the oxide may be coated with a compound containing these other elements. Examples of lithium-containing olivine-type phosphates include LiFePO4 , LiCoPO4, LiNiPO4 , LiMnPO4 , LiFe1 -xMxPO4 ( wherein M is at least one selected from Co, Ni , Mn, Cu, Zn, and Cd, and x is 0≦x≦0.5).

前記正極用の導電剤及び結着剤としては、負極と同様のものが挙げられる。前記正極集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、焼成炭素、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたもの等が挙げられる。これらの材料の表面を酸化してもよく、表面処理により正極集電体表面に凹凸を付けてもよい。また、集電体の形態としては、例えば、シート、ネット、フォイル、フィルム、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群、不織布の成形体などが挙げられる。 The conductive agent and binder for the positive electrode may be the same as those for the negative electrode. Examples of the positive electrode current collector include aluminum, stainless steel, nickel, titanium, baked carbon, and aluminum or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, or silver. The surface of these materials may be oxidized, or the positive electrode current collector surface may be unevenly formed by surface treatment. Examples of the form of the current collector include a sheet, net, foil, film, punched, lath, porous body, foam, fiber group, and nonwoven fabric molded body.

<非水電解液>
非水電解液は、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものである。この非水電解液には特に制限は無く、種々のものを用いることができる。
<Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte is a non-aqueous solvent having an electrolyte salt dissolved therein. There are no particular limitations on the type of non-aqueous electrolyte, and various types can be used.

前記電解質塩としては、非水電解質に溶解するものが用いられ、例えば、LiPF、LiBF、LiPO、LiN(SOF)、LiClO等の無機リチウム塩、LiN(SOCF、LiN(SO、LiCFSO、LiC(SOCF、LiPF(CF、LiPF(C、LiPF(CF、LiPF(iso-C、LiPF(iso-C)等の鎖状のフッ化アルキル基を含有するリチウム塩や、(CF(SONLi、(CF(SONLi等の環状のフッ化アルキレン鎖を含有するリチウム塩、ビス[オキサレート-O,O’]ホウ酸リチウムやジフルオロ[オキサレート-O,O’]ホウ酸リチウム等のオキサレート錯体をアニオンとするリチウム塩が挙げられる。これらの中でも、特に好ましい電解質塩は、LiPF、LiBF、LiPO、及びLiN(SOF)であり、最も好ましい電解質塩はLiPFである。これらの電解質塩は、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。また、これらの電解質塩の好適な組み合わせとしては、LiPFを含み、更にLiBF、LiPO、及びLiN(SOF)から選ばれる少なくとも1種のリチウム塩が非水電解液中に含まれている場合が好ましい。 The electrolyte salt used is one that dissolves in a non-aqueous electrolyte, and examples of the electrolyte salt include inorganic lithium salts such as LiPF6 , LiBF4 , LiPO2F2 , LiN ( SO2F ) 2 , and LiClO4 , LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiCF3SO3, LiC(SO2CF3)3 , LiPF4 ( CF3 ) 2 , LiPF3 ( C2F5 ) 3 , LiPF3 ( CF3 ) 3 , LiPF3 (iso - C3F7 ) 3 , and LiPF5 ( iso - C3F7 ) . Examples of the electrolyte salt include lithium salts containing a chain-like fluorinated alkyl group such as (CF 2 ) 2 (SO 2 ) 2 NLi and (CF 2 ) 3 (SO 2 ) 2 NLi, lithium salts containing a cyclic fluorinated alkylene chain such as (CF 2 ) 3 (SO 2 ) 2 NLi, and lithium salts having an oxalate complex as the anion such as lithium bis[oxalate-O,O']borate and lithium difluoro[oxalate-O,O']borate. Among these, particularly preferred electrolyte salts are LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN(SO 2 F) 2 , and the most preferred electrolyte salt is LiPF 6. These electrolyte salts can be used alone or in combination of two or more. A suitable combination of these electrolyte salts is one in which the non-aqueous electrolyte contains LiPF6 and further contains at least one lithium salt selected from LiBF4 , LiPO2F2 , and LiN( SO2F ) 2 .

これら全電解質塩が溶解されて使用される濃度は、前記の非水溶媒に対して、通常0.3M以上が好ましく、0.5M以上がより好ましく、0.7M以上が更に好ましい。またその上限は、2.5M以下が好ましく、2.0M以下がより好ましく、1.5M以下が更に好ましい。 The concentration at which all of these electrolyte salts are dissolved and used in the nonaqueous solvent is usually preferably 0.3 M or more, more preferably 0.5 M or more, and even more preferably 0.7 M or more. The upper limit is preferably 2.5 M or less, more preferably 2.0 M or less, and even more preferably 1.5 M or less.

一方、前記非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状エステル、エーテル、アミド、リン酸エステル、スルホン、ラクトン、ニトリル、S=O結合含有化合物等が挙げられ、環状カーボネートを含むことが好ましい。なお、「鎖状エステル」なる用語は、鎖状カーボネート及び鎖状カルボン酸エステルを含む概念として用いる。 On the other hand, examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates, chain carbonates, chain esters, ethers, amides, phosphate esters, sulfones, lactones, nitriles, and S=O bond-containing compounds, and it is preferable to include cyclic carbonates. The term "chain ester" is used as a concept including chain carbonates and chain carboxylate esters.

環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、1,2-ブチレンカーボネート、2,3-ブチレンカーボネート、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン(FEC)、トランスもしくはシス-4,5-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン(以下、両者を総称して「DFEC」という)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、及び4-エチニル-1,3-ジオキソラン-2-オン(EEC)から選ばれる一種又は二種以上が挙げられ、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート、2,3-ブチレンカーボネート、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン及び4-エチニル-1,3-ジオキソラン-2-オン(EEC)から選ばれる一種以上が、蓄電デバイスの充電レート特性の向上や高温動作時のガス発生量を抑制する観点からより好適であり、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート及び2,3-ブチレンカーボネートから選ばれるアルキレン鎖を有する環状カーボネートの一種以上が更に好適である。全環状カーボネート中のアルキレン鎖を有する環状カーボネートの割合が55体積%~100体積%であることが好ましく、60体積%~90体積%であることが更に好ましい。 Examples of cyclic carbonates include one or more selected from ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), trans- or cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (hereinafter, both are collectively referred to as "DFEC"), vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (VEC), and 4-ethynyl-1,3-dioxolan-2-one (EEC). , ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, and 4-ethynyl-1,3-dioxolan-2-one (EEC) are more preferred from the viewpoint of improving the charge rate characteristics of the power storage device and suppressing the amount of gas generated during high-temperature operation, and more preferred are one or more cyclic carbonates having an alkylene chain selected from propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate. The proportion of cyclic carbonates having alkylene chains in all cyclic carbonates is preferably 55% to 100% by volume, and more preferably 60% to 90% by volume.

したがって、前記非水電解液としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート、2,3-ブチレンカーボネート、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン及び4-エチニル-1,3-ジオキソラン-2-オンから選ばれる一種以上の環状カーボネートを含む非水溶媒に、LiPF、LiBF、LiPO、及びLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩を含む電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることが好ましく、前記環状カーボネートとしては、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート及び2,3-ブチレンカーボネートから選ばれるアルキレン鎖を有する環状カーボネートの一種以上が更に好ましい。 Therefore, the non-aqueous electrolyte is preferably prepared by dissolving an electrolyte salt containing at least one lithium salt selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN(SO 2 F) 2 in a non-aqueous solvent containing one or more cyclic carbonates selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, and 4- ethynyl-1,3-dioxolan- 2-one . The cyclic carbonate is more preferably one or more cyclic carbonates having an alkylene chain selected from propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate.

また、特に、全電解質塩の濃度が0.5M~2.0Mであり、前記電解質塩として、少なくともLiPFを含み、更に0.001M~1MのLiBF、LiPO、及びLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩が含まれる非水電解液を用いることが好ましい。LiPF以外のリチウム塩が非水溶媒中に占める割合が0.001M以上であると、蓄電デバイスの充電レート特性の向上や高温動作時のガス発生量の抑制効果が発揮されやすく、1.0M以下であると蓄電デバイスの充電レート特性の向上や高温動作時のガス発生量の抑制効果が低下する懸念が少ないので好ましい。LiPF以外のリチウム塩が非水溶媒中に占める割合は、好ましくは0.01M以上、特に好ましくは0.03M以上、最も好ましくは0.04M以上である。その上限は、好ましくは0.8M以下、さらに好ましくは0.6M以下、特に好ましくは0.4M以下である。 In particular, it is preferable to use a non-aqueous electrolyte solution in which the concentration of the total electrolyte salt is 0.5M to 2.0M, the electrolyte salt contains at least LiPF 6 , and further contains at least one lithium salt selected from 0.001M to 1M LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN(SO 2 F) 2. If the ratio of lithium salts other than LiPF 6 in the non-aqueous solvent is 0.001M or more, the effect of improving the charge rate characteristics of the power storage device and suppressing the amount of gas generation during high-temperature operation is easily exhibited, and if it is 1.0M or less, there is little concern that the effect of improving the charge rate characteristics of the power storage device and suppressing the amount of gas generation during high-temperature operation will decrease, so this is preferable. The ratio of lithium salts other than LiPF 6 in the non-aqueous solvent is preferably 0.01M or more, particularly preferably 0.03M or more, and most preferably 0.04M or more. The upper limit is preferably 0.8M or less, more preferably 0.6M or less, and particularly preferably 0.4M or less.

また、前記非水溶媒は、適切な物性を達成するために、混合して使用されることが好ましい。その組合せは、例えば、環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとラクトンとの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとエーテルの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートと鎖状エステルとの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとニトリルとの組合せ、環状カーボネート類と鎖状カーボネートとS=O結合含有化合物との組合せ等が挙げられる。 In addition, the non-aqueous solvents are preferably used in combination to achieve appropriate physical properties. Examples of such combinations include a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate, a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate, and a lactone, a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate, and an ether, a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate, and a chain ester, a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate, and a nitrile, and a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate, and an S=O bond-containing compound.

鎖状エステルとしては、メチルエチルカーボネート(MEC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、メチルイソプロピルカーボネート(MIPC)、メチルブチルカーボネート、及びエチルプロピルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の非対称鎖状カーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート、及びジブチルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の対称鎖状カーボネート、ピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、ピバリン酸プロピル等のピバリン酸エステル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酢酸メチル、及び酢酸エチル(EA)から選ばれる1種又は2種以上の鎖状カルボン酸エステルが好適に挙げられる。 Suitable examples of the chain ester include one or more asymmetric chain carbonates selected from methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propyl carbonate (MPC), methyl isopropyl carbonate (MIPC), methyl butyl carbonate, and ethyl propyl carbonate; one or more symmetric chain carbonates selected from dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate; pivalic acid esters such as methyl pivalate, ethyl pivalate, and propyl pivalate; and one or more chain carboxylic acid esters selected from methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl acetate, and ethyl acetate (EA).

前記鎖状エステルの中でも、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、プロピオン酸メチル、酢酸メチル及び酢酸エチル(EA)から選ばれるメチル基を有する鎖状エステルが好ましく、特にメチル基を有する鎖状カーボネートが好ましい。 Among the chain esters, chain esters having a methyl group selected from dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, methyl butyl carbonate, methyl propionate, methyl acetate, and ethyl acetate (EA) are preferred, and chain carbonates having a methyl group are particularly preferred.

また、鎖状カーボネートを用いる場合には、2種以上を用いることが好ましい。さらに対称鎖状カーボネートと非対称鎖状カーボネートの両方が含まれるとより好ましく、対称鎖状カーボネートの含有率が非対称鎖状カーボネートより多く含まれると更に好ましい。 When chain carbonates are used, it is preferable to use two or more types. It is more preferable that both symmetric chain carbonates and asymmetric chain carbonates are included, and it is even more preferable that the content of symmetric chain carbonates is higher than that of asymmetric chain carbonates.

鎖状エステルの含有率は、特に制限されないが、非水溶媒の総体積に対して、60体積%~90体積%の範囲で用いるのが好ましい。該含有率が60体積%以上であれば非水電解液の粘度が高くなりすぎず、90体積%以下であれば非水電解液の電気伝導度が低下して蓄電デバイスの充電レート特性の向上や高温動作時のガス発生量の抑制効果が低下するおそれが少ないので上記範囲であることが好ましい。 The content of the chain ester is not particularly limited, but is preferably in the range of 60% to 90% by volume relative to the total volume of the nonaqueous solvent. If the content is 60% by volume or more, the viscosity of the nonaqueous electrolyte will not become too high, and if it is 90% by volume or less, the electrical conductivity of the nonaqueous electrolyte will decrease, which will reduce the improvement of the charge rate characteristics of the electricity storage device and the effect of suppressing the amount of gas generation during high-temperature operation, so the above range is preferable.

鎖状カーボネート中に対称鎖状カーボネートが占める体積の割合は、51体積%以上が好ましく、55体積%以上がより好ましい。その上限としては、95体積%以下がより好ましく、85体積%以下であると更に好ましい。対称鎖状カーボネートにジメチルカーボネートが含まれると特に好ましい。また、非対称鎖状カーボネートはメチル基を有するとより好ましく、メチルエチルカーボネートが特に好ましい。上記の場合に蓄電デバイスの充電レート特性の向上や高温動作時のガス発生量の抑制効果が向上するので好ましい。 The volume ratio of the symmetric chain carbonate in the chain carbonate is preferably 51% by volume or more, more preferably 55% by volume or more. The upper limit is more preferably 95% by volume or less, and even more preferably 85% by volume or less. It is particularly preferable that the symmetric chain carbonate contains dimethyl carbonate. It is also more preferable that the asymmetric chain carbonate has a methyl group, and methyl ethyl carbonate is particularly preferable. In the above case, the charging rate characteristics of the power storage device are improved, and the effect of suppressing the amount of gas generation during high-temperature operation is improved, which is preferable.

環状カーボネートと鎖状エステルの割合は、蓄電デバイスの充電レート特性の向上や高温動作時のガス発生量の抑制効果を高める観点から、環状カーボネート:鎖状エステル(体積比)が10:90~45:55が好ましく、15:85~40:60がより好ましく、20:80~35:65が特に好ましい。 The ratio of cyclic carbonate to chain ester is preferably 10:90 to 45:55 (volume ratio), more preferably 15:85 to 40:60, and particularly preferably 20:80 to 35:65, from the viewpoint of improving the charging rate characteristics of the power storage device and suppressing the amount of gas generated during high-temperature operation.

<リチウム電池の構造>
本発明のリチウム電池の構造は特に限定されるものではなく、正極、負極及び単層又は複層のセパレータを有するコイン電池、さらに、正極、負極及びロール状のセパレータを有する円筒型電池や角型電池等が一例として挙げられる。
<Structure of lithium battery>
The structure of the lithium battery of the present invention is not particularly limited, and examples include a coin battery having a positive electrode, a negative electrode, and a single-layer or multi-layer separator, and further, a cylindrical battery or a square battery having a positive electrode, a negative electrode, and a roll-shaped separator.

前記セパレータとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持った絶縁性の薄膜が用いられる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース紙、ガラス繊維紙、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド微多孔膜などが挙げられ、2種以上を組み合わせて構成された多層膜としたものも用いることができる。またこれらのセパレータ表面にPVDF、シリコン樹脂、ゴム系樹脂などの樹脂や、酸化アルミニウム、二酸化珪素、酸化マグネシウムなどの金属酸化物の粒子などをコーティングすることもできる。前記セパレータの孔径としては、一般的に電池用として有用な範囲であればよく、例えば、0.01μm~10μmである。前記セパレータの厚みとしては、一般的な電池用の範囲であればよく、例えば5μm~300μmである。 As the separator, an insulating thin film having a large ion permeability and a certain mechanical strength is used. Examples include polyethylene, polypropylene, cellulose paper, glass fiber paper, polyethylene terephthalate, and polyimide microporous membranes, and multi-layer membranes consisting of a combination of two or more types can also be used. The surfaces of these separators can also be coated with resins such as PVDF, silicone resins, and rubber-based resins, or particles of metal oxides such as aluminum oxide, silicon dioxide, and magnesium oxide. The pore size of the separator may be in a range that is generally useful for batteries, for example, 0.01 μm to 10 μm. The thickness of the separator may be in a range that is generally useful for batteries, for example, 5 μm to 300 μm.

<固体電解質>
固体電解質とは、その内部においてイオンを移動させることができる固体状の電解質のことである。特に、無機固体電解質は定常状態では固体であるため、通常カチオンおよびアニオンに解離または遊離していない。無機固体電解質は周期律表第1族に属する金属イオンの伝導性を有するものであれば特に限定されず電子伝導性をほとんど有さないものが一般的である。無機固体電解質は硫化物無機固体電解質と酸化物無機固体電解質が代表例として挙げられる。特に、高いイオン電導性を有し、室温での加圧のみで、粒界の少ない緻密な成形体が形成できる点で、硫化物固体電解質が好ましく用いられる。
<Solid electrolyte>
A solid electrolyte is a solid electrolyte that can move ions inside. In particular, inorganic solid electrolytes are solid in a stationary state, and therefore are not usually dissociated or liberated into cations and anions. The inorganic solid electrolyte is not particularly limited as long as it has the conductivity of metal ions belonging to the first group of the periodic table, and generally has almost no electronic conductivity. Representative examples of inorganic solid electrolytes include sulfide inorganic solid electrolytes and oxide inorganic solid electrolytes. In particular, sulfide solid electrolytes are preferably used because they have high ionic conductivity and can form a dense molded body with few grain boundaries by simply applying pressure at room temperature.

硫化物無機固体電解質は非晶質ガラスであっても良く、結晶化ガラスであっても良く、結晶性材料であっても良い。硫化物無機固体電解質として、具体的に以下の組み合わせが好適に挙げられるが特に限定されない。
LiS-P、LiS-P-Al、LiS-GeS、LiS-Ga、LiS-GeS-Ga、LiS-GeS-P、LiS-GeS-Sb、LiS-GeS-Al、LiS-SiS、LiS-Al、LiS-SiS-Al、LiS-SiS-P、Li10GeP12
The sulfide inorganic solid electrolyte may be amorphous glass, crystallized glass, or a crystalline material. Specific examples of the sulfide inorganic solid electrolyte include, but are not limited to, the following combinations.
Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -Al 2 S 3 , Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-Ga 2 S 3 , Li 2 S-GeS 2 -Ga 2 S 3 , Li 2 S-GeS 2 -P 2 S 5 , Li2S -GeS2 -Sb2S5 , Li2S - GeS2- Al2S3 , Li2S - SiS2 , Li2S - Al2S3 , Li2S - SiS2 - Al2S3 , Li2S - SiS 2 -P 2 S 5 , Li 10 GeP2S12 .

前記組み合わせの中でも、LiS-Pを組み合わせて製造されるLPSガラ
スおよびLPSガラスセラミックスが好ましい。また上記以外の硫化物無機固体電解質として、LiPSClやLiPSBrなどのアルジェロダイト型固体電解質も好適に挙げられる。
Among the above combinations, preferred are LPS glass and LPS glass ceramics produced by combining Li 2 S—P 2 S 5. Other suitable sulfide inorganic solid electrolytes include argerodite-type solid electrolytes such as Li 6 PS 5 Cl and Li 6 PS 5 Br.

酸化物系無機固体電解質は、酸素原子を含有し、かつ、周期律表第1族に属する金属イ
オン電導性を有し、かつ、電子絶縁性を有するものが好ましい。
The oxide-based inorganic solid electrolyte preferably contains oxygen atoms, has ion conductivity of a metal belonging to Group 1 of the periodic table, and has electronic insulation properties.

酸化物無機固体電解質としては、例えば、LISICON(Lithium super ionic conductor)型結晶構造を有するLi3.5Zn0.25GeO、ペロブスカイト型結晶構造を有するLa0.55Li0.35TiO、NASICON(Natrium super ionic conductor)型結晶構造を有するLiTi12、ガーネット型結晶構造を有するLiLaZr12(LLZ)、リン酸リチウム(LiPO)、リン酸リチウムの酸素の一部を窒素で置換したLiPON、LiBO-LiSO、LiO-B-P、LiO-SiO、またはLiBaLaTa12等が好適に挙げられる。 Examples of oxide inorganic solid electrolytes include Li 3.5 Zn 0.25 GeO 4 having a LISICON (lithium super ionic conductor) type crystal structure, La 0.55 Li 0.35 TiO 3 having a perovskite type crystal structure, LiTi 2 P 3 O 12 having a NASICON (sodium super ionic conductor) type crystal structure, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) having a garnet type crystal structure, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), LiPON in which part of the oxygen in lithium phosphate is replaced with nitrogen, Li 3 BO 3 -Li 2 SO 4 , and Li 2 O-B 2 O 3 Preferred examples thereof include —P 2 O 5 , Li 2 O—SiO 2 , and Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 .

無機固体電解質の体積平均粒径は特に限定されないが、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。上限としては、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。 The volume average particle size of the inorganic solid electrolyte is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more. The upper limit is preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less.

次に、実施例及び比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から容易に類推可能な様々な組み合わせを包含する。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples and includes various combinations that can be easily inferred from the spirit of the invention.

[実施例1-1]
<原料調製工程>
Tiに対するLiの原子比Li/Tiが0.83になるように、LiCO(平均粒径 4.6μm)とアナターゼ型TiO(比表面積10m/g)を秤量して得た原料粉末に、スラリーの固形分濃度が41質量%となるようにイオン交換水を加えて撹拌し原料混合スラリーを作製した。この原料混合スラリーを、ビーズミル(ウィリー・エ・バッコーフェン社製、形式:ダイノーミル KD-20BC型、アジテーター材質:ポリウレタン、ベッセル内面材質:ジルコニア)を使用して、ジルコニア製のビーズ(外径:0.65mm)をベッセルに80体積%充填し、アジテーター周速13m/s、スラリーフィード速度55kg/hrで、ベッセル内圧が0.02~0.03MPaになるように制御しながら処理して、原料粉末を湿式混合・粉砕した。
[Example 1-1]
<Raw material preparation process>
Li 2 CO 3 (average particle size 4.6 μm) and anatase type TiO 2 (specific surface area 10 m 2 /g) were weighed to obtain a raw material powder with an atomic ratio of Li to Ti (Li/Ti) of 0.83, and ion-exchanged water was added to the raw material powder so that the solid content of the slurry was 41 mass % and stirred to prepare a raw material mixed slurry. This raw material mixed slurry was wet mixed and pulverized using a bead mill (Willi & Bachofen, model: Dyno Mill KD-20BC, agitator material: polyurethane, vessel inner surface material: zirconia) filled with zirconia beads (outer diameter: 0.65 mm) to 80 volume % in a vessel, and processed at an agitator peripheral speed of 13 m/s, a slurry feed rate of 55 kg/hr, and while controlling the vessel inner pressure to 0.02 to 0.03 MPa.

<焼成工程>
得られた混合スラリーを、付着防止機構を備えたロータリーキルン式焼成炉(炉芯管長さ:4m、炉芯管直径:30cm、外部加熱式)を用い、焼成炉の原料供給側から炉心管内に導入し、窒素雰囲気中で乾燥し、焼成した。このときの、炉心管の水平方向からの傾斜角度を2.5度、炉心管の回転速度を20rpm、焼成物回収側から炉心管内に導入する窒素の流速を20L/分として、炉心管の加熱温度を、原料供給側:600℃、中央部:880℃、焼成物回収側:880℃とし、焼成物の880℃での保持時間を30分とした。
<Firing process>
The obtained mixed slurry was introduced into the furnace core tube from the raw material supply side of the furnace using a rotary kiln-type firing furnace (furnace core tube length: 4 m, furnace core tube diameter: 30 cm, external heating type) equipped with an adhesion prevention mechanism, dried in a nitrogen atmosphere, and fired. At this time, the inclination angle of the furnace core tube from the horizontal direction was 2.5 degrees, the rotation speed of the furnace core tube was 20 rpm, the flow rate of nitrogen introduced into the furnace core tube from the fired product recovery side was 20 L/min, the heating temperature of the furnace core tube was 600 ° C. on the raw material supply side, 880 ° C. in the center, and 880 ° C. on the fired product recovery side, and the holding time of the fired product at 880 ° C. was 30 minutes.

<後処理工程>
炉心管の焼成物回収側から回収した焼成物を、ハンマーミル(ダルトン製、AIIW-5型)を使用して、スクリーン目開き:0.5mm、回転数:8,000rpm、粉体フィード速度:25kg/hrの条件で解砕した。
<Post-processing step>
The sintered product recovered from the sintered product recovery side of the furnace tube was pulverized using a hammer mill (Dalton, AIIW-5 type) under the conditions of a screen opening of 0.5 mm, a rotation speed of 8,000 rpm, and a powder feed rate of 25 kg/hr.

<表面処理工程>
解砕した焼成粉末に、スラリーの固形分濃度が40質量%となるようにイオン交換水を加え撹拌し、解砕した焼成粉末100gに対して、処理剤1としてモリブデン酸リチウム(LiMoO)2.75mmolと処理剤2として硫酸アルミニウム16水和物(Al(SO・16HO)5.08mmolを加え、混合スラリーを作製した。この混合スラリーを、スプレードライヤー(大河原化工機株式会社製L-8i)を使用して、アトマイザ回転数25000rpm、乾燥温度235℃で、噴霧・乾燥し、造粒した。次に篩を通過した粉末をアルミナ製の匣鉢に入れ、温度25℃で露点が-20℃以下に管理された回収ボックスを出口側に備えたメッシュベルト搬送式連続炉で、500℃で1時間熱処理した。回収ボックス内で熱処理後の粉末を冷却して、篩で分級(スクリーン目開き:53μm)し、篩を通過した粉末をアルミラミネート袋に収集して密閉した後、回収ボックスから取り出し、チタン酸リチウム粉末を製造した。
<Surface treatment process>
Ion-exchanged water was added to the crushed fired powder so that the solid content of the slurry was 40% by mass, and the mixture was stirred. 2.75 mmol of lithium molybdate (Li 2 MoO 4 ) as treatment agent 1 and 5.08 mmol of aluminum sulfate 16-hydrate (Al 2 (SO 4 ) 3 ·16H 2 O) as treatment agent 2 were added to 100 g of the crushed fired powder to prepare a mixed slurry. This mixed slurry was sprayed and dried using a spray dryer (L-8i manufactured by Okawara Kakoki Co., Ltd.) at an atomizer rotation speed of 25,000 rpm and a drying temperature of 235°C, and granulated. Next, the powder that passed through the sieve was placed in an alumina sagger and heat-treated at 500°C for 1 hour in a mesh belt conveying continuous furnace equipped with a collection box at the outlet side, the temperature of which was controlled to be -20°C or lower at 25°C. The heat-treated powder was cooled in the recovery box and classified using a sieve (screen opening: 53 μm). The powder that passed through the sieve was collected in an aluminum laminate bag and sealed, and then removed from the recovery box to produce lithium titanate powder.

[比較例1-1]
焼成工程において、炉心管の加熱温度を、中央部:840℃、焼成物回収側:840℃とし、焼成物の840℃での保持時間を30分とし、表面処理工程において、処理剤1を添加せず、処理剤2として硫酸アルミニウム16水和物(Al(SO・16HO)を表1に示すように添加したこと以外は実施例1と同様にチタン酸リチウム粉末を製造した。
[Comparative Example 1-1]
In the sintering step, the heating temperature of the furnace tube was 840°C in the center and 840°C on the sintered product recovery side, the holding time of the sintered product at 840°C was 30 minutes, and in the surface treatment step, treatment agent 1 was not added, but aluminum sulfate 16-hydrate ( Al2 ( SO4 ) 3.16H2O ) was added as treatment agent 2 as shown in Table 1. Except for this , lithium titanate powder was produced in the same manner as in Example 1.

[比較例1-2]
焼成工程において、炉心管の加熱温度を、中央部:840℃、焼成物回収側:840℃とし、焼成物の840℃での保持時間を30分とし、硫酸アルミニウム16水和物(Al(SO・16HO)を表1に示すように添加した以外は、実施例1-1と同様にチタン酸リチウム粉末を製造した。
[Comparative Example 1-2]
In the firing step, the heating temperature of the furnace tube was set to 840°C in the center and 840°C on the fired product recovery side, the holding time of the fired product at 840°C was set to 30 minutes, and aluminum sulfate hexadecahydrate (Al 2 (SO 4 ) 3.16H 2 O) was added as shown in Table 1. Except for this, lithium titanate powder was produced in the same manner as in Example 1-1.

[比較例1-3]
表面処理工程において、処理剤1および処理剤2を添加しなかったこと以外は、比較例1-2と同様にチタン酸リチウム粉末を製造した。
[Comparative Example 1-3]
A lithium titanate powder was produced in the same manner as in Comparative Example 1-2, except that neither Treatment Agent 1 nor Treatment Agent 2 was added in the surface treatment step.

[金属元素の含有率の測定]
実施例1-1、2-1~2-5、比較例1-1~1-3、2-1~2-3のチタン酸リチウム粉末(以下、各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末と記すことがある)に含まれる金属元素の含有率を以下のようにして測定した。
[Measurement of Metal Element Content]
The contents of metal elements contained in the lithium titanate powders of Examples 1-1, 2-1 to 2-5 and Comparative Examples 1-1 to 1-3, and 2-1 to 2-3 (hereinafter sometimes referred to as the lithium titanate powders of each Example or Comparative Example) were measured as follows.

<蛍光X線分析(XRF):モリブデン、アルミニウム、不純物含有率の同定>
蛍光X線誘分析装置(エスアイアイ・テクノロジー株式会社製、商品名「SPS5100」)を用いて、各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末に含まれる元素を定量分析した。測定サンプルは、精秤した試料を硝酸とフッ化水素酸を入れて密栓し、マイクロ波を照射して加熱分解後、超純水で定容して検液として用いた。ICP-AESから求めた元素の含有率の質量割合から算出した。なお、金属不純物量は、鉄(Fe)、クロム(Cr),ニッケル(Ni)の含有量の合計とする。
<X-ray fluorescence analysis (XRF): Identification of molybdenum, aluminum, and impurity content>
Using an X-ray fluorescence spectrometer (manufactured by SII Technology Co., Ltd., product name "SPS5100"), the elements contained in the lithium titanate powder of each Example and Comparative Example were quantitatively analyzed. The measurement sample was prepared by filling a precisely weighed sample with nitric acid and hydrofluoric acid, sealing it, irradiating it with microwaves to heat decompose it, and then adding ultrapure water to a constant volume to use as a test liquid. The amount of metal impurities was calculated from the mass ratio of the content of the elements obtained by ICP-AES. The amount of metal impurities is the total content of iron (Fe), chromium (Cr), and nickel (Ni).

[粉末物性の測定]
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末の各種物性を以下のようにして測定した。
[Measurement of powder properties]
Various physical properties of the lithium titanate powders of the respective Examples and Comparative Examples were measured as follows.

<比表面積の測定>
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末の比表面積(m/g)は、全自動
BET比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、商品名「Macsorb HM model-1208」)を使用して、吸着ガスは窒素ガスを使用した。測定サンプル粉末を0.5g秤量し、φ12標準セル(HM1201-031)に入れ、100℃真空下で0.5時間脱気した後、BET一点法で測定した。
<Measurement of specific surface area>
The specific surface area ( m2 /g) of the lithium titanate powder in each Example and Comparative Example was measured using a fully automatic BET specific surface area measurement device (manufactured by Mountec Co., Ltd., product name "Macsorb HM model-1208") and nitrogen gas as the adsorption gas. 0.5 g of the measurement sample powder was weighed out and placed in a φ12 standard cell (HM1201-031), and degassed under vacuum at 100°C for 0.5 hours, and then measured by the BET single point method.

<一次粒子及び二次粒子のD50の算出:乾式レーザー回折散乱法>
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末のD50は、レーザー回折・散乱型粒度分布測定機(日機装株式会社製、マイクロトラックMT3300EXII)を使用して測定した粒度分布曲線より算出した。50mlのイオン交換水を測定溶媒として収容した容器に50mgの試料を投入し、目視で粉が測定溶媒中に均一に分散したと分かるくらいまで容器を手で振り、容器を測定セルに収容して測定した。解砕処理は、装置内の超音波器で超音波(30W、3s)をかけた。さらに測定溶媒をスラリーの透過率が適正範囲(装置の緑のバーで表示される範囲)になるまで加えて粒度分布測定を行った。得られた粒度分布曲線から、解砕前後の混合粉末のD50を算出した。なお、解砕前D50が二次粒子のD50、解砕後D50が一次粒子のD50に相当する。
<Calculation of D50 of primary particles and secondary particles: Dry laser diffraction scattering method>
The D50 of the lithium titanate powder in each example and comparative example was calculated from the particle size distribution curve measured using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring instrument (Microtrack MT3300EXII, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). 50 mg of the sample was put into a container containing 50 ml of ion-exchanged water as a measurement solvent, and the container was shaken by hand until the powder was visually uniformly dispersed in the measurement solvent, and the container was placed in a measurement cell and measured. The crushing process was performed by applying ultrasonic waves (30 W, 3 s) using an ultrasonic device in the device. Furthermore, the measurement solvent was added until the transmittance of the slurry was within the appropriate range (the range displayed by the green bar of the device), and the particle size distribution was measured. From the obtained particle size distribution curve, the D50 of the mixed powder before and after crushing was calculated. Note that the D50 before crushing corresponds to the D50 of the secondary particles, and the D50 after crushing corresponds to the D50 of the primary particles.

<1-メチル-2-ピロリドン吸油量の測定>
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末の1-メチル-2-ピロリドン吸油量は、Absorptometer C(Brabender社製)を使用して測定した。チタン酸リチウム粉末を20g計量し装置ケーシングに投入後、撹拌羽を回転させ均一にした後、回転数125rpmの状態で1-メチル-2-ピロリドンを滴下速度4.0ml/minで加えたのち、自動運転をスタートさせた。トルク上昇後に降下し、トルク値が0mNmになった時点で測定を終了した。得られたグラフから最大トルク値に相当する吸油量を読み取ることで測定した。
<Measurement of 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption>
The 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption of the lithium titanate powder in each Example and Comparative Example was measured using an Absorbtometer C (manufactured by Brabender). 20 g of lithium titanate powder was weighed and charged into the device casing, and then the stirring blade was rotated to make it uniform. Then, 1-methyl-2-pyrrolidone was added at a drop rate of 4.0 ml/min at a rotation speed of 125 rpm, and automatic operation was started. The torque increased and then decreased, and the measurement was terminated when the torque value reached 0 mNm. The oil absorption corresponding to the maximum torque value was measured from the obtained graph.

<pHの測定>
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末のpHは、pHメーター D-51(堀場製作所製)を使用して測定した。窒素雰囲気中でチタン酸リチウム粉末を5.0g、純水45.0gを投入した混合液を作製し、液温25℃で5分間撹拌後に、本混合液のpHを測定した。
<pH Measurement>
The pH of the lithium titanate powder in each of the Examples and Comparative Examples was measured using a pH meter D-51 (manufactured by Horiba, Ltd.) A mixed solution was prepared by adding 5.0 g of lithium titanate powder and 45.0 g of pure water in a nitrogen atmosphere, and the pH of the mixed solution was measured after stirring for 5 minutes at a liquid temperature of 25°C.

<X線回折測定>
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末のX線回折測定を行った。測定装置として、CuKα線を用いたX線回折装置(株式会社リガク製、MiniFlex600型)を用いた。X線回折測定の測定条件は、測定角度範囲(2θ):10°~90°、ステップ間隔:0.01°、測定時間:0.25秒/ステップ、線源:CuKα線、管球の電圧:40V、電流:15mAとした。リートベルト解析法にて構造精密化を行い、LiTi12以外の結晶質成分として、Li0.6Ti3.4の有無を確認した。
<X-ray diffraction measurement>
X-ray diffraction measurements were performed on the lithium titanate powders of each Example and Comparative Example. An X-ray diffractometer using CuKα radiation (MiniFlex600 model, manufactured by Rigaku Corporation) was used as the measuring device. The measurement conditions for the X-ray diffraction measurements were as follows: measurement angle range (2θ): 10° to 90°, step interval: 0.01°, measurement time: 0.25 seconds/step, radiation source: CuKα radiation, tube voltage: 40 V, current: 15 mA. The structure was refined by Rietveld analysis, and the presence or absence of Li 0.6 Ti 3.4 O 8 was confirmed as a crystalline component other than Li 4 Ti 5 O 12 .

[電池特性の評価]
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末を用いてコイン型電池を作製し、それらの電池特性を評価した。評価結果を表1、3に示す。
[Evaluation of battery characteristics]
The lithium titanate powders of the Examples and Comparative Examples were used to fabricate coin-type batteries, and the battery characteristics were evaluated. The evaluation results are shown in Tables 1 and 3.

<負極シートの作製>
負極シートは、室温25℃、露点-20℃以下に管理された部屋で次のようにして作製した。各実施例のチタン酸リチウム粉末を、温度25℃、露点-20℃以下に管理された部屋でアルミラミネート袋から取り出した。取り出した各実施例のチタン酸リチウム粉末を活物質として90質量%、アセチレンブラックを導電剤として5質量%、ポリフッ化ビニリデンを結着剤として5質量%の割合で、次のように混合して塗料を作製した。あらかじめ1-メチル-2-ピロリドンに溶解させたポリフッ化ビニリデンとアセチレンブラックと1-メチル-2-ピロリドンを遊星式撹拌脱泡装置にて混合した後、チタン酸リチウム粉末を加え、全固形分濃度が64質量%となるように調製して、遊星式撹拌脱泡装置にて混合した。その後、1-メチル-2-ピロリドンを加え全固形分濃度が50質量%となるように調製し遊星式撹拌脱泡装置にて混合して塗料を調製した。得られた塗料をアルミニウム箔上に塗布し乾燥させて、後述のコイン電池に用いる負極片面シート、及び後述のラミネート電池に用いる負極両面シートを作製した。なお、塗工時の目標目付けは7.5mg/cmとした。
<Preparation of negative electrode sheet>
The negative electrode sheet was prepared as follows in a room controlled at room temperature of 25 ° C. and a dew point of -20 ° C. or less. The lithium titanate powder of each example was taken out of the aluminum laminate bag in a room controlled at a temperature of 25 ° C. and a dew point of -20 ° C. or less. The lithium titanate powder of each example taken out was mixed as follows in a ratio of 90 mass% as an active material, 5 mass% as acetylene black as a conductive agent, and 5 mass% as polyvinylidene fluoride as a binder to prepare a paint. Polyvinylidene fluoride, acetylene black, and 1-methyl-2-pyrrolidone dissolved in 1-methyl-2-pyrrolidone in advance were mixed in a planetary stirring and defoaming device, and then lithium titanate powder was added, and the total solid concentration was adjusted to 64 mass%, and mixed in a planetary stirring and defoaming device. Then, 1-methyl-2-pyrrolidone was added, and the total solid concentration was adjusted to 50 mass%, and mixed in a planetary stirring and defoaming device to prepare a paint. The obtained coating material was applied onto an aluminum foil and dried to prepare a negative electrode single-sided sheet for a coin battery described later and a negative electrode double-sided sheet for a laminate battery described later. The target coating weight was 7.5 mg/ cm2 .

<電極密度の測定>
上記の要領で塗工した負極片面シートをロールプレス機(ロールφ60×150mm、プレス圧40MPa相当)でプレスした後、活物質層の密度を“電極密度”とし測定した。評価結果を表1に示す。電極密度が高いと、一定体積当たりに、より多くの活物質を詰めることができ、結果、電池として利用できる容量が増えるため好ましい。
<Measurement of electrode density>
The negative electrode single-sided sheet coated as described above was pressed with a roll press (roll φ60×150 mm, equivalent to a press pressure of 40 MPa), and the density of the active material layer was measured as the "electrode density". The evaluation results are shown in Table 1. A high electrode density is preferable because it allows more active material to be packed per given volume, resulting in an increase in the capacity that can be used as a battery.

<正極シートの作製>
活物質としてニッケルコバルトマンガン酸リチウム粉末を用いたこと以外は、活物質、導電剤及び結着剤の比率を含めて、前述の<負極シートの作製>にて説明した方法と同じ方法で、正極片面シートを作製した。
<Preparation of Positive Electrode Sheet>
A positive electrode single-sided sheet was prepared in the same manner as described in <Preparation of Negative Electrode Sheet> above, including the ratios of the active material, conductive agent, and binder, except that lithium nickel cobalt manganese oxide powder was used as the active material.

<電解液の調製>
特性評価用の電池に用いる電解液は、次のように調製した。温度25℃で露点-70℃以下に管理されたアルゴングローブボックス内で、エチレンカーボネート(EC):ジメチルカーボネート(DMC)=1:2(体積比)の非水溶媒を調製し、これに電解質塩としてLiPFを1Mの濃度になるように溶解して後述のコイン電池用電解液を調製した。同様にプロピレンカーボネート(PC):ジエチルカーボネート(DEC)=1:2(体積比)の非水溶媒を調製し、これに電解質塩としてLiPFを1.3Mの濃度になるように溶解して後述のラミネート電池用電解液を調製した。
<Preparation of Electrolyte Solution>
The electrolyte used for the battery for characteristic evaluation was prepared as follows. In an argon glove box controlled at a temperature of 25°C and a dew point of -70°C or less, a non-aqueous solvent of ethylene carbonate (EC): dimethyl carbonate (DMC) = 1: 2 (volume ratio) was prepared, and LiPF 6 was dissolved in this as an electrolyte salt to a concentration of 1M to prepare the electrolyte for the coin battery described below. Similarly, a non-aqueous solvent of propylene carbonate (PC): diethyl carbonate (DEC) = 1: 2 (volume ratio) was prepared, and LiPF 6 was dissolved in this as an electrolyte salt to a concentration of 1.3M to prepare the electrolyte for the laminate battery described below.

<コイン電池の作製>
前述の方法で作製した負極片面シートを直径14mmの円形に打ち抜き、2t/cmの圧力でプレス加工した後、120℃で5時間真空乾燥することによって評価電極を作製した。作製した評価電極と金属リチウム(厚み0.5mm、直径16mmの円形に成形したもの)をグラスフィルター(ADVANTEC製GA-100とワットマン製GF/Cを各1枚ずつ)を介して対向させ、前述の<電解液の調製>にて説明した方法で調製した非水電解液を加えて封止することによって、2032型コイン型電池を作製した。
<Preparation of coin battery>
The negative electrode single-sided sheet prepared by the above method was punched out into a circle with a diameter of 14 mm, pressed at a pressure of 2 t/ cm2 , and then vacuum dried at 120°C for 5 hours to prepare an evaluation electrode. The evaluation electrode prepared and metallic lithium (molded into a circle with a thickness of 0.5 mm and a diameter of 16 mm) were placed opposite each other via glass filters (one each of GA-100 manufactured by ADVANTEC and GF/C manufactured by Whatman), and the nonaqueous electrolyte prepared by the method described above in <Preparation of electrolyte> was added and sealed to prepare a 2032-type coin battery.

<ラミネート電池の作製>
ラミネート電池は、室温25℃、露点-40℃以下に管理された部屋で次のようにして作製した。前記負極両面シートを2t/cmの圧力でプレス加工した後、リード線接続部分を有する負極を作製した。前記正極両面シートを2t/cmの圧力でプレス加工した後、リード線接続部分を有する正極を作製した。作製した負極と正極は、150℃で12時間真空乾燥した。真空乾燥後の正極と負極を、セパレータ(宇部興産製、UPZ210)を介して対向させ、積層し、アルミ箔のリード線を正極、負極それぞれに接続し、前述の<電解液の調製>にて説明した方法で調製した、ラミネート電池用電解液を加えてアルミラミネートで真空封止することで、評価用のラミネート電池を作製した。このとき電池の容量は350mAhで負極と正極の容量の比(負極容量/正極容量)は1.2であった。
<Preparation of Laminated Battery>
The laminated battery was prepared as follows in a room controlled at a room temperature of 25°C and a dew point of -40°C or less. The negative electrode double-sided sheet was pressed at a pressure of 2t/ cm2 , and then a negative electrode having a lead wire connection portion was prepared. The positive electrode double-sided sheet was pressed at a pressure of 2t/ cm2 , and then a positive electrode having a lead wire connection portion was prepared. The prepared negative electrode and positive electrode were vacuum-dried at 150°C for 12 hours. The vacuum-dried positive electrode and negative electrode were faced to each other via a separator (UPZ210, manufactured by Ube Industries), laminated, and aluminum foil leads were connected to the positive electrode and negative electrode, respectively. The laminated battery electrolyte prepared by the method described in the above <Preparation of electrolyte> was added and the laminated battery was vacuum-sealed with an aluminum laminate to prepare a laminated battery for evaluation. At this time, the capacity of the battery was 350mAh, and the ratio of the capacity of the negative electrode to the capacity of the positive electrode (negative electrode capacity/positive electrode capacity) was 1.2.

<初期放電容量、体積エネルギー密度、レート特性の測定>
25℃の恒温槽内にて、上述の<コイン電池の作製>で説明した方法で作製したコイン型電池に、評価電極にLiが吸蔵される方向を充電として、0.2mA/cmの電流密度で1Vまで充電を行い、さらに1Vで充電電流が0.05mA/cmの電流密度になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、0.2mA/cmの電流密度で2Vまで放電させる定電流放電を3サイクル行った。3サイクル目の放電容量(mAh)をチタン酸リチウムの重量で割ることで、初期放電容量(mAh/g)として求めた。この初期放電容量に、前記で求めた電極密度をかけて、体積エネルギー密度を求めた。体積エネルギー密度が高いと、電池として一定体積あたりに利用できる容量が増えるため、電池の小型化に繋がり好ましい。次に、初期放電容量の1Cに相当する電流で1Vまで充電した後、5Cの電流で2Vまで放電させて、5C放電容量を求めた。その5C放電容量を初期放電容量で除することでレート特性(%)を算出した。チタン酸リチウム粉末の5Cレート容量率が高いと、蓄電デバイスの電極材料として適用した場合に、蓄電デバイスの充電レート特性の向上が期待できる。評価結果を表1に示す。1CのCとは充放電するときの電流値を表す。例えば、1Cは理論容量を1/1時間で完全放電(もしくは完全充電)できる電流値を指し、0.1Cなら理論容量を1/0.1時間で完全放電(もしくは完全充電)できる電流値を指す。
<Measurement of initial discharge capacity, volumetric energy density, and rate characteristics>
In a thermostatic chamber at 25°C, the coin-type battery prepared by the method described above in <Preparation of coin battery> was charged to 1V at a current density of 0.2mA/ cm2 with the direction in which Li is absorbed in the evaluation electrode as charging, and then constant current constant voltage charging was performed at 1V until the charging current reached a current density of 0.05mA/ cm2 , and then constant current discharging was performed for three cycles at a current density of 0.2mA/ cm2 to 2V. The discharge capacity (mAh) at the third cycle was divided by the weight of lithium titanate to obtain the initial discharge capacity (mAh/g). The volumetric energy density was obtained by multiplying this initial discharge capacity by the electrode density obtained above. A high volumetric energy density increases the capacity available per certain volume as a battery, which is preferable in terms of miniaturization of the battery. Next, the battery was charged to 1V at a current equivalent to 1C of the initial discharge capacity, and then discharged to 2V at a current of 5C to obtain the 5C discharge capacity. The rate characteristic (%) was calculated by dividing the 5C discharge capacity by the initial discharge capacity. If the 5C rate capacity percentage of the lithium titanate powder is high, it is expected that the charge rate characteristic of the power storage device will be improved when it is used as an electrode material for the power storage device. The evaluation results are shown in Table 1. The C in 1C represents the current value when charging and discharging. For example, 1C refers to the current value at which the theoretical capacity can be fully discharged (or fully charged) in 1/1 hour, and 0.1C refers to the current value at which the theoretical capacity can be fully discharged (or fully charged) in 1/0.1 hour.

<60℃ 50サイクル後のガス発生量の測定>
25℃の恒温槽内にて、前述の<ラミネート電池の作製>で説明した方法で作製したラミネート電池に、0.2Cの電流で2.75Vまで充電させ、さらに2.75Vで充電電流が0.05Cの電流になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、0.2Cの電流で1.4Vまで放電させる定電流放電を3サイクル繰り返した。その後、ラミネート電池の体積をアルキメデス法によって測定し、ラミネート電池の初期体積(以下、初期体積と記すことがある)とした。
<Measurement of gas generation amount after 50 cycles at 60°C>
In a thermostatic chamber at 25° C., the laminate battery prepared by the method described above in <Preparation of Laminate Battery> was charged to 2.75 V at a current of 0.2 C, and further subjected to constant-current constant-voltage charging in which the battery was charged at 2.75 V until the charging current became 0.05 C, and then constant-current discharging was repeated three cycles in which the battery was discharged to 1.4 V at a current of 0.2 C. Thereafter, the volume of the laminate battery was measured by the Archimedes method, and this was taken as the initial volume of the laminate battery (hereinafter sometimes referred to as the initial volume).

次に、60℃の恒温槽内にて、1Cの電流で2.75Vまで充電させ、さらに2.75Vで充電電流が0.05Cの電流になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、1Cの電流で1.4Vまで放電させる定電流放電を、50サイクル繰り返すサイクル試験を行った。 Next, in a thermostatic chamber at 60°C, the battery was charged to 2.75V at a current of 1C, and then further charged at 2.75V until the charging current became 0.05C, followed by constant-current constant-voltage charging, in which the battery was discharged to 1.4V at a current of 1C for 50 cycles, in a cycle test.

50サイクルのサイクル試験後、ラミネート電池の体積をアルキメデス法によって測定し、ラミネート電池のサイクル試験後体積(以下、サイクル試験後体積と記すことがある)とした。サイクル試験後体積から初期体積を差し引いて、ガス発生量(ml)を求め、電池容量1000mAhあたりに換算して、50サイクル試験後のガス発生量(ml/Ah)とした。比較例1-2でのガス発生量を100%とした際の相対値を表1に示す。(本明細書では、60℃サイクルガス発生量(%)と記すことがある) After 50 cycles of the cycle test, the volume of the laminated battery was measured by Archimedes' method, and this was taken as the volume of the laminated battery after the cycle test (hereinafter, sometimes referred to as the volume after the cycle test). The amount of gas generated (ml) was calculated by subtracting the initial volume from the volume after the cycle test, and converted to the amount of gas generated (ml/Ah) after 50 cycles of the test. The relative values when the amount of gas generated in Comparative Example 1-2 was taken as 100% are shown in Table 1. (In this specification, this is sometimes referred to as the amount of gas generated (%) at 60°C cycle.)

<60℃ 長期保存後の電池抵抗値の測定>
25℃の恒温槽内にて、前述の<ラミネート電池の作製>で説明した方法で作製したラミネート電池に、0.2Cの電流で2.75Vまで充電させた状態で、60℃の恒温槽にて30日間の保存試験を行った。保存試験が終了した後、電池を取り出し、25℃の恒温槽内にて、交流インピーダンス測定を行った。周波数1kHzに相当する抵抗値(Ω)を読み取った。比較例1-2での保存後抵抗値を100%とした際の相対値を表1に示す。(本明細書では、60℃充電保存後抵抗値%と記すことがある)
<Measurement of battery resistance after long-term storage at 60° C.>
A laminate battery prepared by the method described above in <Preparation of Laminated Battery> was charged to 2.75 V at a current of 0.2 C in a thermostatic chamber at 25° C., and then a storage test was carried out for 30 days in a thermostatic chamber at 60° C. After the storage test was completed, the battery was removed and AC impedance was measured in a thermostatic chamber at 25° C. The resistance value (Ω) corresponding to a frequency of 1 kHz was read. Table 1 shows the relative values when the resistance value after storage in Comparative Example 1-2 is taken as 100%. (In this specification, this may be referred to as resistance value % after storage at 60° C.)

Figure 0007654971000001
Figure 0007654971000001

<評価結果>
実施例1-1のチタン酸リチウム粉末を用いた電極は、初期放電容量、レート特性、電極密度、及び体積エネルギー密度に優れ、さらに、高温動作時のガス発生量や抵抗値増加を顕著に抑制することができる結果となった。一方、実施例1-1と同様の製法で合成したが表面にモリブデンやアルミニウムを両方含まないチタン酸リチウム粉末を用いた場合(比較例1-1、1-3)には、高温作動時のガス発生量や抵抗値が増える結果となった。また、表面にモリブデンおよびアルミニウムを含むが実施例1-1と異なる製法で合成した1-メチル-2-ピロリドン吸油量が71mL/100gより大きいチタン酸リチウム粉末を用いた場合(比較例1-2)には、電極密度が小さくなり、体積エネルギー密度が低くなる結果となった。この結果から、モリブデンおよびアルミニウムを含有し、特定の1-メチル-2-ピロリドン吸油量を示すチタン酸リチウムにおいて、特に良好な電池特性を示すことが分かった。一次粒子のD50や二次粒子のD50のみに依存しておらず、表面状態の変化を反映した吸油量が変化することで、性能が大きく改善したと推測される。
<Evaluation Results>
The electrode using the lithium titanate powder of Example 1-1 was excellent in initial discharge capacity, rate characteristics, electrode density, and volume energy density, and further, the amount of gas generated and the increase in resistance value during high-temperature operation could be significantly suppressed. On the other hand, when lithium titanate powder synthesized by the same manufacturing method as in Example 1-1 but not containing either molybdenum or aluminum on the surface was used (Comparative Examples 1-1 and 1-3), the amount of gas generated and the resistance value during high-temperature operation increased. In addition, when lithium titanate powder containing molybdenum and aluminum on the surface but synthesized by a manufacturing method different from that of Example 1-1 and having a 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption of more than 71 mL/100 g was used (Comparative Example 1-2), the electrode density became small and the volume energy density became low. From this result, it was found that lithium titanate containing molybdenum and aluminum and exhibiting a specific 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption exhibited particularly good battery characteristics. It is presumed that the performance has improved significantly due to the change in oil absorption reflecting the change in the surface condition, rather than relying solely on the D50 of the primary particles or the D50 of the secondary particles.

<X線光電子分光(XPS)分析の結果>
実施例1-1、比較例1-2のチタン酸リチウム粉末に関して、アルバック・ファイ製PHI5000 走査型X線光電子分光装置を用いて、一次粒子表面に存在するMoの価数分布を測定した。各試料をAl板にサンプリングした後、X線源AlKα(モノクロ, 1486.6eV,50W)、分析領域200μmφ、帯電中和機構利用(電子銃+Arイオン)で測定を実施した。得られたMo3dスペクトルについて、ピーク分離計算(MATLAB(登録商標)上のピーク分離プログラムを利用)を行った結果を以下に示す。
<X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis results>
The valence distribution of Mo present on the primary particle surface was measured for the lithium titanate powders of Example 1-1 and Comparative Example 1-2 using a scanning X-ray photoelectron spectrometer PHI5000 manufactured by ULVAC-PHI. After each sample was sampled on an Al plate, measurements were performed using an X-ray source AlKα (monochrome, 1486.6 eV, 50 W), an analysis area of 200 μmφ, and a charge neutralization mechanism (electron gun + Ar ions). The results of peak separation calculations (using a peak separation program on MATLAB (registered trademark)) for the obtained Mo3d spectrum are shown below.

Figure 0007654971000002
Figure 0007654971000002

実施例1-1と比較例1-2のチタン酸リチウム粉末に関しては、Mo6+、Mo5+、Mo4+の価数分布割合に差があることを確認した。Moの価数分布に関するピーク分離の一例を図1に示す。 It was confirmed that there was a difference in the valence distribution ratio of Mo 6+ , Mo 5+ , and Mo 4+ between the lithium titanate powders of Example 1-1 and Comparative Example 1-2. An example of peak separation relating to the valence distribution of Mo is shown in FIG.

[チタン酸リチウム粉末の製造プロセス条件の影響]
[実施例2-1~2-5、比較例2-1~2-3]
原料調製と表面処理工程ならびに二次粒子工程を表3に記載の条件で示すようにしたこと以外は実施例1-1と同様にチタン酸リチウム粉末を製造した。
[Effect of manufacturing process conditions for lithium titanate powder]
[Examples 2-1 to 2-5, Comparative Examples 2-1 to 2-3]
A lithium titanate powder was produced in the same manner as in Example 1-1, except that the raw material preparation, surface treatment step, and secondary particle formation step were carried out under the conditions shown in Table 3.

Figure 0007654971000003
Figure 0007654971000003

<評価結果>
実施例2-1~2-5のチタン酸リチウム粉末を用いた電極は、表面にモリブデンおよびアルミニウムを含有し、1-メチル-2-ピロリドン吸油量を特定の範囲に制御することで、電極密度、初期放電容量、体積エネルギー密度、レート特性を向上させ、電池特性を維持できる傾向が分かった。一方、比較例2-1~2-3のチタン酸リチウム粉末は、電極密度が低い特性を示し、体積エネルギー密度の向上には至らなかった。特に、比表面積が6.1m/g以下、一次粒子のD50が0.7μm以上、二次粒子のD50が11μm以上の場合に、高い電極密度を示すことが分かった。なお、実施例2-1~2-5の電池の長期特性は、実施例1-1と同様の傾向を示した。
<Evaluation Results>
It was found that the electrodes using the lithium titanate powders of Examples 2-1 to 2-5 contain molybdenum and aluminum on the surface, and by controlling the 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption to a specific range, the electrode density, initial discharge capacity, volumetric energy density, and rate characteristics can be improved, and the battery characteristics can be maintained. On the other hand, the lithium titanate powders of Comparative Examples 2-1 to 2-3 exhibited low electrode density characteristics, and did not achieve an improvement in volumetric energy density. In particular, it was found that high electrode density was exhibited when the specific surface area was 6.1 m 2 /g or less, the D50 of the primary particles was 0.7 μm or more, and the D50 of the secondary particles was 11 μm or more. The long-term characteristics of the batteries of Examples 2-1 to 2-5 showed the same tendency as Example 1-1.

本発明で得られるチタン酸リチウム粉末は、電極密度や体積エネルギー密度を向上させ、高温動作時のガス発生量と抵抗値増加を抑制できるので、リチウムイオン二次電池の電極活物質として有用であり、また、このチタン酸リチウムを電極活物質として用いるリチウムイオン二次電池は、安定した高速充放電ができるため、自動車や電子機器等、各種機器の駆動用またはバックアップ用、家庭や事務所等での夜間電力貯蔵用の二次電池などの蓄電デバイスとして有用である。 The lithium titanate powder obtained by the present invention is useful as an electrode active material for lithium ion secondary batteries because it improves electrode density and volumetric energy density and suppresses the amount of gas generated and the increase in resistance value during high-temperature operation. Furthermore, lithium ion secondary batteries using this lithium titanate as an electrode active material are capable of stable high-speed charging and discharging, and are useful as power storage devices such as secondary batteries for driving or backing up various devices such as automobiles and electronic devices, and for storing power at night in homes and offices.

Claims (6)

LiTi12を主成分とするチタン酸リチウム粉末であって、前記チタン酸リチウム粉末が、チタン酸リチウムの一次粒子と二次粒子を含み、1-メチル-2-ピロリドン吸油量が57mL/100g~71mL/100gであり、前記一次粒子の表面にモリブデン(Mo)およびアルミニウム(Al)が存在することを特徴とするチタン酸リチウム粉末。 A lithium titanate powder mainly composed of Li 4 Ti 5 O 12 , the lithium titanate powder comprising primary particles and secondary particles of lithium titanate, a 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption of 57 mL/100 g to 71 mL/100 g , and molybdenum (Mo) and aluminum (Al) present on the surfaces of the primary particles. 前記チタン酸リチウム粉末の比表面積が6.1m/g以下であることを特徴とする請求項1に記載のチタン酸リチウム粉末。 2. The lithium titanate powder according to claim 1, wherein the specific surface area of the lithium titanate powder is 6.1 m 2 /g or less. レーザー回折散乱法による体積基準粒度分布において体積累積が50%に相当する一次粒子の粒径D50が0.7μm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のチタン酸リチウム粉末。 The lithium titanate powder according to claim 1 or 2, characterized in that the particle size D50 of the primary particles corresponding to 50% cumulative volume in the volume-based particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method is 0.7 μm or more. レーザー回折散乱法による体積基準粒度分布において体積累積が50%に相当する二次粒子の粒径D50が11μm以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のチタン酸リチウム粉末。 The lithium titanate powder according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the particle size D50 of secondary particles corresponding to a cumulative volume of 50% in the volume-based particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method is 11 μm or more. 請求項1~4のいずれか一項に記載のチタン酸リチウム粉末を含むことを特徴とする電極シート。 An electrode sheet comprising the lithium titanate powder according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載の電極シートを含むことを特徴とする蓄電デバイス。 An electricity storage device comprising the electrode sheet according to claim 5.
JP2020207888A 2020-12-15 2020-12-15 Lithium titanate powder, electrode sheet using same, and power storage device Active JP7654971B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020207888A JP7654971B2 (en) 2020-12-15 2020-12-15 Lithium titanate powder, electrode sheet using same, and power storage device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020207888A JP7654971B2 (en) 2020-12-15 2020-12-15 Lithium titanate powder, electrode sheet using same, and power storage device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022094799A JP2022094799A (en) 2022-06-27
JP7654971B2 true JP7654971B2 (en) 2025-04-02

Family

ID=82162467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020207888A Active JP7654971B2 (en) 2020-12-15 2020-12-15 Lithium titanate powder, electrode sheet using same, and power storage device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7654971B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024061225A (en) * 2022-10-21 2024-05-07 古河電池株式会社 Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001192208A (en) 1999-06-03 2001-07-17 Titan Kogyo Kk Lithium-titanium multiple oxide, its manufacturing method and its use
JP2012012261A (en) 2010-07-02 2012-01-19 Otsuka Chem Co Ltd Method for producing porous lithium titanate, the porous lithium titanate and lithium battery using the same
WO2013137381A1 (en) 2012-03-16 2013-09-19 テイカ株式会社 Lithium titanate and production method and use for same
WO2014196462A1 (en) 2013-06-04 2014-12-11 石原産業株式会社 Lithium titanate, production method for same, and electrical storage device employing same
CN104979542A (en) 2014-04-11 2015-10-14 上海杉杉科技有限公司 Modified lithium titanate composite material, preparation method and application thereof
CN105870437A (en) 2016-05-10 2016-08-17 北京泰和九思科技有限公司 Shape-controllable nano lithium titanate composite and preparation method thereof and lithium ion battery
JP2017178688A (en) 2016-03-30 2017-10-05 石原産業株式会社 Lithium titanate precursor powder and manufacturing method thereof, manufacturing method of lithium titanate therewith, and lithium titanate, and electrode and electricity storage device therewith
WO2018110708A1 (en) 2016-12-16 2018-06-21 宇部興産株式会社 Lithium titanate powder and active material ingredient for electrode of power storage device, and electrode sheet and power storage device using same
JP2019220254A (en) 2018-06-15 2019-12-26 宇部興産株式会社 Lithium titanate powder for electrode of power storage device, material of active substance, electrode sheet arranged by use thereof, and power storage device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001192208A (en) 1999-06-03 2001-07-17 Titan Kogyo Kk Lithium-titanium multiple oxide, its manufacturing method and its use
JP2012012261A (en) 2010-07-02 2012-01-19 Otsuka Chem Co Ltd Method for producing porous lithium titanate, the porous lithium titanate and lithium battery using the same
WO2013137381A1 (en) 2012-03-16 2013-09-19 テイカ株式会社 Lithium titanate and production method and use for same
WO2014196462A1 (en) 2013-06-04 2014-12-11 石原産業株式会社 Lithium titanate, production method for same, and electrical storage device employing same
CN104979542A (en) 2014-04-11 2015-10-14 上海杉杉科技有限公司 Modified lithium titanate composite material, preparation method and application thereof
JP2017178688A (en) 2016-03-30 2017-10-05 石原産業株式会社 Lithium titanate precursor powder and manufacturing method thereof, manufacturing method of lithium titanate therewith, and lithium titanate, and electrode and electricity storage device therewith
CN105870437A (en) 2016-05-10 2016-08-17 北京泰和九思科技有限公司 Shape-controllable nano lithium titanate composite and preparation method thereof and lithium ion battery
WO2018110708A1 (en) 2016-12-16 2018-06-21 宇部興産株式会社 Lithium titanate powder and active material ingredient for electrode of power storage device, and electrode sheet and power storage device using same
JP2019220254A (en) 2018-06-15 2019-12-26 宇部興産株式会社 Lithium titanate powder for electrode of power storage device, material of active substance, electrode sheet arranged by use thereof, and power storage device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022094799A (en) 2022-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5478549B2 (en) Method for producing positive electrode active material
JP7323007B2 (en) LITHIUM TITANATE POWDER AND ACTIVE MATERIAL FOR ELECTRODE OF ELECTRIC STORAGE DEVICE, AND ELECTRODE SHEET AND ELECTRIC STORAGE DEVICE USING THE SAME
CN111771302B (en) Lithium secondary battery cathode active material and preparation method thereof, lithium secondary battery
JP2012038562A (en) Precursor, method for manufacturing active material, and lithium ion secondary battery
JP2008117749A (en) Mixture of lithium phosphoric acid transition metal compound and carbon, electrode with the same, battery with electrode, method of manufacturing mixture and method of manufacturing battery
JP7062224B2 (en) Lithium titanate powder and active material for electrodes of power storage devices, as well as electrode sheets and power storage devices using them.
JP7193338B2 (en) Positive electrode active material, positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
WO2011152455A1 (en) Method for producing lithium-containing complex oxide
WO2022265116A1 (en) Niobium-containing oxide powder, electrode using same, power storage device, negative electrode active material composition, and all-solid-state secondary battery
JP2019121605A (en) Positive electrode active substance material, positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing positive electrode active substance material
JP6220365B2 (en) Lithium titanate powder and active material for electrode of power storage device, and electrode sheet and power storage device using the same
JP5807730B1 (en) Lithium titanate powder and active material for electrode of power storage device, and electrode sheet and power storage device using the same
JP7810050B2 (en) Transition metal composite oxide powder, electrode for power storage device using same, and power storage device
JP7831476B2 (en) Titanium-containing oxide powder, a negative electrode active material composition using the same, and all-solid-state secondary battery
JP7597280B1 (en) Niobium-containing oxide powder, electrodes using same, and power storage devices
JP7654971B2 (en) Lithium titanate powder, electrode sheet using same, and power storage device
JP2023180901A (en) Lithium titanate powder, negative electrode active material composition using the same, and all-solid-state secondary battery
JP7743904B2 (en) Niobium-containing oxide powder, electrode using same, and power storage device
JP5539802B2 (en) Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, cathode for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP7800142B2 (en) Lithium titanate powder, electrodes using the same, and electricity storage devices
JP2017063043A (en) Lithium titanate powder and active material for electrode of power storage device, and electrode sheet and power storage device using the same
JP7771571B2 (en) Lithium titanate powder, electrodes using the same, and electricity storage devices
JP7771597B2 (en) Lithium titanate powder, electrodes using the same, and power storage devices
JP2024080490A (en) Lithium titanate powder, electrodes using same, and power storage devices
JP2025075745A (en) Titanium-niobium composite oxide powder, electrodes using the same, and non-aqueous electrolyte storage device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20241203

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250120

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20250120

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: 20250218

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250303

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7654971

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150