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JP7765232B2 - Positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries - Google Patents
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JP7765232B2 - Positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries - Google Patents

Positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries

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JP7765232B2 JP2021156395A JP2021156395A JP7765232B2 JP 7765232 B2 JP7765232 B2 JP 7765232B2 JP 2021156395 A JP2021156395 A JP 2021156395A JP 2021156395 A JP2021156395 A JP 2021156395A JP 7765232 B2 JP7765232 B2 JP 7765232B2
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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子に関する。 The present invention relates to positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries that improve the cycle characteristics of lithium ion secondary batteries.

リチウムイオン二次電池等の二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートPC、ハイブリッド自動車、電気自動車等広い分野に利用されている。こうしたリチウムイオン二次電池の正極材料として、その安全性の高さや容量の大きさから、LiMnxFe1-xPO4のような、いわゆるリン酸マンガンリチウムやリン酸鉄リチウム等のオリビン型構造を有する粒子が有望視されており、かかる粒子を活用した種々の開発がなされている。 Secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are used in a wide range of fields, including mobile phones, digital cameras, notebook PCs, hybrid vehicles, electric vehicles, etc. As the positive electrode material for these lithium ion secondary batteries, particles having an olivine structure, such as so-called lithium manganese phosphate or lithium iron phosphate, such as LiMn x Fe 1-x PO 4, are considered promising due to their high safety and large capacity, and various developments utilizing such particles are being carried out.

例えば、特許文献1には、リチウムマンガン酸化物等の活物質を含有する第1の層と、LiFePO4等の活物質を含有する第2の層で形成される正極活物質層が配置されたリチウムイオン二次電池用正極が開示されており、放電レート特性の改善を試みている。
また、特許文献2には、LiMn24等のリチウム含有遷移金属酸化物等から形成されたコア部として、リン酸マンガン鉄リチウム等のリチウム金属酸化物粒子と高分子とを含むシェル部を備える電極活物質が開示されており、安全性と安定性の向上を図っている。
For example, Patent Document 1 discloses a positive electrode for a lithium ion secondary battery in which a positive electrode active material layer is arranged, the positive electrode active material layer being formed of a first layer containing an active material such as lithium manganese oxide and a second layer containing an active material such as LiFePO4 , and attempts to improve the discharge rate characteristics.
Furthermore, Patent Document 2 discloses an electrode active material having a core formed from a lithium-containing transition metal oxide such as LiMn 2 O 4 and a shell containing lithium metal oxide particles such as lithium manganese iron phosphate and a polymer, thereby improving safety and stability.

特開2018-147790号公報JP 2018-147790 A 特表2015-503196号公報Special table 2015-503196 publication

しかしながら、特許文献1のような層構造を有する正極活物質では、得られるリチウムイオン二次電池において、未だ充分にサイクル特性を高めるには至らず、また特許文献2のようなコア-シェル構造を呈する正極活物質であっても、サイクル特性の向上を図るにあたっては、依然として改善の余地がある。 However, positive electrode active materials with a layered structure such as those in Patent Document 1 have not yet been able to sufficiently improve the cycle characteristics of the resulting lithium-ion secondary batteries. Furthermore, even positive electrode active materials with a core-shell structure such as those in Patent Document 2 still have room for improvement in terms of improving cycle characteristics.

したがって、本発明の課題は、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を効果的に向上させることのできるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries that can effectively improve the cycle characteristics of lithium ion secondary batteries.

そこで本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、リン酸マンガン鉄リチウムナノ粒子とLiMn24等の特定の式で表されるナノ粒子が、特定の質量比を有しつつ複合体粒子を形成してなることにより、リチウムイオン二次電池において、優れたサイクル特性を発現できるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子が得られることを見出した。 Therefore, the present inventors have conducted extensive research to solve the above problems and have found that by forming composite particles from lithium manganese iron phosphate nanoparticles and nanoparticles represented by a specific formula, such as LiMn2O4 , in a specific mass ratio, it is possible to obtain positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries that can exhibit excellent cycle characteristics in lithium ion secondary batteries.

すなわち、本発明は、下記式(a):
LifMngFeh1 xPO4・・・(a)
(式(a)中、M1はMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。f、g、h及びxは、0<f≦1.2、0.3≦g≦1.2、0.2≦h≦1.2、0≦x≦0.3、及び7/13≦g/h≦17/3を満たし、かつf+(Mnの価数)×g+(Feの価数)×h+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が50nm~200nmであるナノ粒子A、及び
下記式(b):
LiM2 aMnb4 ・・・(b)
(式(b)中、M2はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a及びbは、0≦a≦0.1、0<b≦2、及び(M2の価数)×a+(Mnの価数)×b=7を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が100nm~200nmであるナノ粒子B
により形成されてなる複合体粒子であって、
ナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)が3:97~45:55であるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子を提供するものである。
That is, the present invention provides a compound of the following formula (a):
Li f Mn g Fe h M 1 x PO 4 ...(a)
(In formula (a), M1 represents one or more elements selected from Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, and Gd. f, g, h, and x represent numbers that satisfy 0<f≦1.2, 0.3≦g≦1.2, 0.2≦h≦1.2, 0≦x≦0.3, and 7/13≦g/h≦17/3, and that satisfy f+(valence of Mn)×g+(valence of Fe)×h+(valence of M1 )×x=3.)
Nanoparticles A represented by the following formula (b):
LiM 2 a Mn b O 4 ...(b)
(In formula (b), M2 represents one or more elements selected from Ni, Co, Al, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Zr, Ga, Cu, and Si. a and b represent numbers that satisfy 0≦a≦0.1, 0<b≦2, and (valence of M2 )×a+(valence of Mn)×b=7.)
and the average particle size is 100 nm to 200 nm.
A composite particle formed by
The present invention provides positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries, in which the mass ratio of nanoparticles A to nanoparticles B (A:B) is 3:97 to 45:55.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子によれば、効果的にサイクル特性が高められたリチウムイオン二次電池を実現することができる。 The positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries of the present invention make it possible to realize lithium ion secondary batteries with effectively improved cycle characteristics.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子は、下記式(a):
LifMngFeh1 xPO4・・・(a)
(式(a)中、M1はMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。f、g、h及びxは、0<f≦1.2、0.3≦g≦1.2、0.2≦h≦1.2、0≦x≦0.3、及び7/13≦g/h≦17/3を満たし、かつf+(Mnの価数)×g+(Feの価数)×h+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が50nm~200nmであるナノ粒子A、及び
下記式(b):
LiM2 aMnb4 ・・・(b)
(式(b)中、M2はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a及びbは、0≦a≦0.1、0<b≦2、及び(M2の価数)×a+(Mnの価数)×b=7を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が100nm~200nmであるナノ粒子B
により形成されてなる複合体粒子であって、
ナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)が3:97~45:55である。
The present invention will be described in detail below.
The positive electrode active material composite particle for a lithium ion secondary battery of the present invention has the following formula (a):
Li f Mn g Fe h M 1 x PO 4 ...(a)
(In formula (a), M1 represents one or more elements selected from Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, and Gd. f, g, h, and x represent numbers that satisfy 0<f≦1.2, 0.3≦g≦1.2, 0.2≦h≦1.2, 0≦x≦0.3, and 7/13≦g/h≦17/3, and that satisfy f+(valence of Mn)×g+(valence of Fe)×h+(valence of M1 )×x=3.)
Nanoparticles A represented by the following formula (b):
LiM 2 a Mn b O 4 ...(b)
(In formula (b), M2 represents one or more elements selected from Ni, Co, Al, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Zr, Ga, Cu, and Si. a and b represent numbers that satisfy 0≦a≦0.1, 0<b≦2, and (valence of M2 )×a+(valence of Mn)×b=7.)
and the average particle size is 100 nm to 200 nm.
A composite particle formed by
The mass ratio (A:B) of nanoparticles A to nanoparticles B is 3:97 to 45:55.

このように、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子は、ともに特定の式で表される極微細な粒子のナノ粒子Aとナノ粒子Bが、限られた質量比を保持しながら形成されてなる複合体粒子であることにより、これらナノ粒子Aとナノ粒子Bが緻密に絡み合いながら凝集して、粒子Bの遷移金属成分が電解液へ溶出することを抑制し、得られるリチウムイオン二次電池において、効果的にサイクル特性を高めることを可能とする。 In this way, the positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries of the present invention are composite particles formed by maintaining a limited mass ratio between nanoparticles A and B, which are extremely fine particles both represented by a specific formula. This allows nanoparticles A and B to aggregate while tightly entangled, preventing the transition metal component of particle B from leaching into the electrolyte, and effectively improving the cycle characteristics of the resulting lithium ion secondary battery.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子を形成してなるナノ粒子Aは、下記式(a):
LifMngFeh1 xPO4・・・(a)
(式(a)中、M1はMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。f、g、h及びxは、0<f≦1.2、0.3≦g≦1.2、0.2≦h≦1.2、0≦x≦0.3、及び7/13≦g/h≦17/3を満たし、かつf+(Mnの価数)×g+(Feの価数)×h+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が50nm~200nmである。
The nanoparticles A forming the positive electrode active material composite particles for a lithium ion secondary battery of the present invention are represented by the following formula (a):
Li f Mn g Fe h M 1 x PO 4 ...(a)
(In formula (a), M1 represents one or more elements selected from Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, and Gd. f, g, h, and x represent numbers that satisfy 0<f≦1.2, 0.3≦g≦1.2, 0.2≦h≦1.2, 0≦x≦0.3, and 7/13≦g/h≦17/3, and that satisfy f+(valence of Mn)×g+(valence of Fe)×h+(valence of M1 )×x=3.)
and the average particle size is 50 nm to 200 nm.

上記式(a)で表されるナノ粒子Aは、少なくとも遷移金属としてマンガン(Mn)及び鉄(Fe)の双方を含むオリビン型リン酸遷移金属リチウム化合物であって、ナノスケールの極微細な粒子である。本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子は、かかるナノ粒子Aが後述するナノ粒子Bとの間で特定の質量比を保持しつつ、これらのナノ粒子が緻密に絡み合いながら複合化することにより形成されてなるため、サイクル特性を効果的に高めることができる。 Nanoparticles A represented by the above formula (a) are an olivine-type lithium transition metal phosphate compound containing at least both manganese (Mn) and iron (Fe) as transition metals, and are extremely fine nanoscale particles. The positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries of the present invention are formed by closely entangling and combining such nanoparticles A with nanoparticles B (described below) while maintaining a specific mass ratio, thereby effectively improving cycle characteristics.

上記ナノ粒子Aとしては、平均放電電圧の観点から、fについては、0.6≦f≦1.2が好ましく、0.65≦f≦1.15がより好ましく、0.7≦f≦1.1がさらに好ましい。gについては、0.4≦g≦0.8が好ましく、0.5≦g≦0.8がより好ましく、0.7≦g≦0.8がさらに好ましい。hについては、0.2≦h≦0.6が好ましく、0.2≦h≦0.5がより好ましく、0.2≦h≦0.3がさらに好ましい。xについては、0≦x≦0.2が好ましく、0≦x≦0.15がより好ましく、0≦x≦0.1がさらに好ましい。そして、g/hは、いわゆるナノ粒子Aを構成するMnとFeとのモル比であり、2/3≦g/h≦4が好ましく、9/11≦g/h≦3がより好ましく、1≦g/h≦7/3がさらに好ましい。 From the viewpoint of average discharge voltage, the value of f in the nanoparticles A is preferably 0.6≦f≦1.2, more preferably 0.65≦f≦1.15, and even more preferably 0.7≦f≦1.1. The value of g is preferably 0.4≦g≦0.8, more preferably 0.5≦g≦0.8, and even more preferably 0.7≦g≦0.8. The value of h is preferably 0.2≦h≦0.6, more preferably 0.2≦h≦0.5, and even more preferably 0.2≦h≦0.3. The value of x is preferably 0≦x≦0.2, more preferably 0≦x≦0.15, and even more preferably 0≦x≦0.1. Furthermore, g/h is the molar ratio of Mn to Fe constituting the so-called nanoparticles A, and is preferably 2/3≦g/h≦4, more preferably 9/11≦g/h≦3, and even more preferably 1≦g/h≦7/3.

具体的には、例えばLiMn0.4Fe0.6PO4、LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4、LiMn0.75Fe0.15Mg0.1PO4、LiMn0.75Fe0.19Zr0.03PO4、LiMn0.6Fe0.4PO4、LiMn0.5Fe0.5PO4、Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4、Li0.6Mn0.84Fe0.36PO4等が挙げられる。なかでもLiMn0.6Fe0.4PO4、LiMn0.4Fe0.6PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4、LiMn0.7Fe0.3PO4、Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4、又はLi0.6Mn0.84Fe0.36PO4が好ましい。 Specific examples include LiMn0.4Fe0.6PO4 , LiMn0.7Fe0.3PO4 , LiMn0.8Fe0.2PO4 , LiMn0.75Fe0.15Mg0.1PO4 , LiMn0.75Fe0.19Zr0.03PO4 , LiMn0.6Fe0.4PO4 , LiMn0.5Fe0.5PO4 , Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4 , and Li0.6Mn0.84Fe0.36PO4 . Of these , LiMn0.6Fe0.4PO4 , LiMn0.4Fe0.6PO4 , LiMn0.8Fe0.2PO4 , LiMn0.7Fe0.3PO4 , Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4 , or Li0.6Mn0.84Fe0.36PO4 is preferred .

上記式(a)で表されるナノ粒子Aの平均粒径は、リチウムイオンの挿入及び脱離を有効に促進する観点、及びハンドリングの観点から、50nm~200nmであって、好ましくは60nm~190nmであり、より好ましくは70nm~180nmであり、さらに好ましくは80nm~170nmであり、またさらに好ましくは90nm~160nmである。
ここで、ナノ粒子Aにおける「平均粒径」とは、SEM(JSM-7001F、日本電子社製)において観察される粒子100個の平均粒径を意味する。
The average particle size of the nanoparticles A represented by the above formula (a) is 50 nm to 200 nm, preferably 60 nm to 190 nm, more preferably 70 nm to 180 nm, even more preferably 80 nm to 170 nm, and still more preferably 90 nm to 160 nm, from the viewpoint of effectively promoting the insertion and desorption of lithium ions and from the viewpoint of handling.
Here, the "average particle size" of nanoparticles A means the average particle size of 100 particles observed under a SEM (JSM-7001F, manufactured by JEOL Ltd.).

ナノ粒子Aは、優れた放電容量を確保して、サイクル特性のさらなる向上を図る観点から、その粒子の表面に、セルロースナノファイバー由来の炭素及び/又は水溶性炭素材料由来の炭素を担持されてなる粒子としてもよい。
セルロースナノファイバーとは、全ての植物細胞壁の約5割を占める骨格成分であって、かかる細胞壁を構成する植物繊維をナノサイズまで解繊等することにより得ることができる軽量高強度繊維である。かかるセルロースナノファイバーの繊維径は1nm~1000nmであり、水への良好な分散性も有している。また、セルロースナノファイバーを構成するセルロース分子鎖では、炭素による周期的構造が形成されている。そのため、かかるセルロースナノファイバーが炭化されて炭素となり、これが上記ナノ粒子Aの表面に堅固に担持してなると、極微細なナノ粒子Bとともに緻密に複合体粒子を形成することとなり、電子導電パスの低下を有効に抑制して圧密度を有効に高め、得られる電池において優れたサイクル特性の発現を確保することができる。
Nanoparticles A may be particles having cellulose nanofiber-derived carbon and/or water-soluble carbon material-derived carbon supported on their surfaces, in order to ensure excellent discharge capacity and further improve cycle characteristics.
Cellulose nanofibers are the skeletal component that accounts for approximately 50% of all plant cell walls. They are lightweight, high-strength fibers that can be obtained by defibrating the plant fibers that make up these cell walls to nano-size. The fiber diameter of these cellulose nanofibers is 1 nm to 1,000 nm, and they also have good dispersibility in water. Furthermore, the cellulose molecular chains that make up the cellulose nanofibers form a periodic structure of carbon. Therefore, when these cellulose nanofibers are carbonized to form carbon, which is firmly supported on the surface of the nanoparticles A, they form dense composite particles together with the ultrafine nanoparticles B, effectively suppressing the deterioration of the electronic conductive path and effectively increasing the degree of compaction, ensuring the resulting battery exhibits excellent cycle characteristics.

ナノ粒子Aの表面にセルロースナノファイバー由来の炭素が担持してなる場合、炭化してなるセルロースナノファイバー由来の炭素の原子換算量、すなわちセルロースナノファイバー由来の炭素の担持量は、かかる炭素の担持量を含めたナノ粒子Aの全量100質量%中に、好ましくは0質量%超5.0質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%~4.0質量%であり、さらに好ましくは0.2質量%~3.0質量%である。 When carbon derived from cellulose nanofibers is supported on the surface of nanoparticles A, the atomic equivalent amount of carbon derived from the carbonized cellulose nanofibers, i.e., the amount of carbon derived from the cellulose nanofibers, is preferably more than 0% by mass and not more than 5.0% by mass, more preferably 0.1% by mass to 4.0% by mass, and even more preferably 0.2% by mass to 3.0% by mass, based on 100% by mass of the total amount of nanoparticles A including the amount of carbon supported.

水溶性炭素材料とは、セルロースナノファイバーと同様、炭化されて炭素となり、これがナノ粒子Aの表面に担持してなると、セルロースナノファイバーと同様、電子導電パスの低下を有効に抑制して圧密度を有効に高め、得られる電池において優れたサイクル特性の発現を確保することができる。
かかる水溶性炭素材料としては、例えば、糖類、ポリオール、ポリエーテル、及び有機酸から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等の単糖類;マルトース、スクロース、セロビオース等の二糖類;デンプン、デキストリン等の多糖類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブタンジオール、プロパンジオール、ポリビニルアルコール、グリセリン等のポリオールやポリエーテル;クエン酸、酒石酸、アスコルビン酸等の有機酸が挙げられる。なかでも、溶媒への溶解性及び分散性を高めて炭素材料として効果的に機能させる観点から、グルコース、フルクトース、スクロース、デキストリンが好ましく、グルコースがより好ましい。
Like cellulose nanofibers, water-soluble carbon materials are carbonized to form carbon, and when this is supported on the surface of nanoparticles A, like cellulose nanofibers, it is possible to effectively suppress the deterioration of the electronic conductive path and effectively increase the degree of compaction, thereby ensuring that the resulting battery exhibits excellent cycle characteristics.
Examples of such water-soluble carbonaceous materials include one or more selected from sugars, polyols, polyethers, and organic acids. More specific examples include monosaccharides such as glucose, fructose, galactose, and mannose; disaccharides such as maltose, sucrose, and cellobiose; polysaccharides such as starch and dextrin; polyols and polyethers such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, butanediol, propanediol, polyvinyl alcohol, and glycerin; and organic acids such as citric acid, tartaric acid, and ascorbic acid. Among these, from the viewpoint of increasing solubility and dispersibility in a solvent and effectively functioning as a carbonaceous material, glucose, fructose, sucrose, and dextrin are preferred, and glucose is more preferred.

ナノ粒子Aの表面に水溶性炭素材料由来の炭素が担持してなる場合、水溶性炭素材料由来の炭素の原子換算量、すなわち水溶性炭素材料由来の炭素の担持量は、かかる炭素の担持量を含めたナノ粒子Aの全量100質量%中に、好ましくは0質量%超4.0質量%以下であり、より好ましくは0質量%超3.0質量%以下であり、さらに好ましくは0質量%超2.0質量%以下である。 When carbon derived from a water-soluble carbon material is supported on the surface of nanoparticles A, the atomic equivalent amount of carbon derived from the water-soluble carbon material, i.e., the amount of carbon derived from the water-soluble carbon material supported, is preferably more than 0% by mass and not more than 4.0% by mass, more preferably more than 0% by mass and not more than 3.0% by mass, and even more preferably more than 0% by mass and not more than 2.0% by mass, based on 100% by mass of the total amount of nanoparticles A including the amount of carbon supported.

これらセルロースナノファイバー由来の炭素、及び水溶性炭素材料由来の炭素は、セルロースナノファイバー由来の炭素のみを担持、水溶性炭素材料由来の炭素のみを担持、或いはセルロースナノファイバー由来の炭素と水溶性炭素材料由来の炭素とを双方とも担持させてもよい。なかでも、ナノ粒子Aの表面を効率よく覆う観点から、セルロースナノファイバー由来の炭素を担持させるのが好ましい。 The cellulose nanofiber-derived carbon and the water-soluble carbon material-derived carbon may be supported in such a manner that only the cellulose nanofiber-derived carbon, only the water-soluble carbon material-derived carbon, or both the cellulose nanofiber-derived carbon and the water-soluble carbon material-derived carbon are supported. Of these, from the viewpoint of efficiently covering the surface of the nanoparticles A, it is preferable to support the cellulose nanofiber-derived carbon.

ナノ粒子Aの表面にセルロースナノファイバー由来の炭素及び水溶性炭素材料由来の炭素が担持してなる場合、セルロースナノファイバー由来の炭素の原子換算量及び水溶性炭素材料由来の炭素の原子換算量の合計、すなわちセルロースナノファイバー由来の炭素の担持量及び水溶性炭素材料由来の炭素の担持量の合計は、かかる炭素の担持量を含めたナノ粒子Aの全量100質量%中に、好ましくは0.1質量%~5.0質量%であり、より好ましくは0.1質量%~4.0質量%であり、さらに好ましくは0.2質量%~3.0質量%、よりさらに好ましくは0.5質量%~2.0質量%である。 When the surface of nanoparticle A is supported with carbon derived from cellulose nanofibers and carbon derived from a water-soluble carbon material, the sum of the atomic equivalent amounts of carbon derived from cellulose nanofibers and carbon derived from the water-soluble carbon material, i.e., the total amount of carbon derived from cellulose nanofibers and carbon derived from the water-soluble carbon material, is preferably 0.1% to 5.0% by mass, more preferably 0.1% to 4.0% by mass, even more preferably 0.2% to 3.0% by mass, and even more preferably 0.5% to 2.0% by mass, based on 100% by mass of the total amount of nanoparticle A including the amount of supported carbon.

なお、ナノ粒子A中に存在するセルロースナノファイバー由来の炭素の原子換算量(担持量)、及び水溶性炭素材料由来の炭素の原子換算量(担持量)は、炭素・硫黄分析装置を用いた測定により求められる値を意味する。
また、ナノ粒子Aが、その表面にセルロースナノファイバー由来の炭素及び/又は水溶性炭素材料由来の炭素を担持してなる場合、ナノ粒子Aとしての量は、これらの炭素の担持量も含めた量とする。
The atomic equivalent amount (supported amount) of carbon derived from cellulose nanofibers present in nanoparticles A and the atomic equivalent amount (supported amount) of carbon derived from the water-soluble carbon material are values determined by measurement using a carbon/sulfur analyzer.
Furthermore, when nanoparticles A carry carbon derived from cellulose nanofibers and/or carbon derived from a water-soluble carbon material on their surfaces, the amount of nanoparticles A includes the amount of these carbons carried.

なお、ナノ粒子Aは、例えば、以下の製造方法により得ることができる。具体的には、次の工程(Ia)~(IIa):
(Ia)リチウム化合物、マンガン化合物及び鉄化合物を含む金属化合物、リン酸化合物、必要に応じてセルロースナノファイバー及び/又は水溶性炭素材料、並びに水を添加してスラリー水iを得た後、水熱反応に付して、スラリー水iiを得る工程
(IIa)得られたスラリー水iiをろ過した後、水で洗浄し、乾燥して、ナノ粒子Aを得る工程
を備える製造方法である。
The nanoparticles A can be obtained, for example, by the following production method. Specifically, the nanoparticles A include the following steps (Ia) to (IIa):
(Ia) adding a metal compound including a lithium compound, a manganese compound, and an iron compound, a phosphate compound, and optionally cellulose nanofibers and/or a water-soluble carbon material, and water to obtain slurry water i, and then subjecting the resulting slurry water to a hydrothermal reaction to obtain slurry water ii; and (IIa) filtering the obtained slurry water ii, washing it with water, and drying it to obtain nanoparticles A.

上記工程(Ia)は、リチウム化合物、マンガン化合物及び鉄化合物を含む金属化合物、リン酸化合物、必要に応じてセルロースナノファイバー及び/又は水溶性炭素材料、並びに水を添加してスラリー水iを得た後、水熱反応に付して、スラリー水iiを得る工程である。
用いるリチウム化合物としては、水酸化物(例えばLiOH・H2O、LiOH)、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩が挙げられる。なかでも、水酸化物が好ましい。
マンガン化合物としては、酢酸マンガン、硝酸マンガン、酸化マンガン等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、酸化マンガンが好ましい。
なお、これらリチウム化合物、及びマンガン化合物とともに、金属化合物として、マンガン化合物及び鉄化合物以外の金属(M1)化合物を用いてもよい。
The above-mentioned step (Ia) is a step in which a metal compound including a lithium compound, a manganese compound, and an iron compound, a phosphate compound, and optionally cellulose nanofibers and/or a water-soluble carbon material, and water are added to obtain slurry water I, and then the obtained slurry water II is obtained by subjecting the mixture to a hydrothermal reaction.
Examples of the lithium compound to be used include hydroxides (for example, LiOH.H 2 O, LiOH), carbonates, acetates, and nitrates, with hydroxides being preferred.
Examples of manganese compounds include manganese acetate, manganese nitrate, and manganese oxide. These compounds may be used alone or in combination of two or more. Among these, manganese oxide is preferred from the viewpoint of improving battery characteristics.
In addition to these lithium compounds and manganese compounds, metal (M 1 ) compounds other than manganese compounds and iron compounds may also be used as the metal compounds.

リン酸化合物としては、オルトリン酸(H3PO4、リン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム等が挙げられる。なかでもリン酸を用いるのが好ましく、70質量%~90質量%濃度の水溶液として用いるのが好ましい。
ナノ粒子Aの表面に、セルロースナノファイバー由来の炭素及び/又は水溶性炭素材料由来の炭素を担持させる場合には、さらに上記セルロースナノファイバー及び/又は水溶性炭素材料を用いればよい。
Examples of phosphoric acid compounds include orthophosphoric acid (H 3 PO 4 , phosphoric acid), metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, ammonium hydrogen phosphate, etc. Among these, phosphoric acid is preferably used, and is preferably used as an aqueous solution with a concentration of 70% by mass to 90% by mass.
When carbon derived from cellulose nanofibers and/or carbon derived from a water-soluble carbon material is to be supported on the surface of nanoparticles A, the above-mentioned cellulose nanofibers and/or water-soluble carbon material may be further used.

なお、スラリー水iは、目的とするナノ粒子Aの組成に応じ、適宜リチウム化合物、マンガン化合物及び鉄化合物を含む金属化合物、並びにリン酸化合物等の使用量を決定し、通常の方法にしたがって調製すればよい。 The slurry water i can be prepared according to a conventional method by determining the amounts of lithium compounds, metal compounds including manganese compounds and iron compounds, and phosphate compounds, etc., depending on the composition of the desired nanoparticles A.

次いで、得られたスラリー水iを水熱反応に付して、スラリー水iiを得る。
水熱反応に付する際に用いる水の使用量は、金属化合物の溶解性、撹拌の容易性、及び合成の効率等の観点から、スラリー水i中に含有されるリン酸イオン1モルに対し、好ましくは10モル~50モルであり、より好ましくは12.5モル~45モルである。
The resulting slurry water i is then subjected to a hydrothermal reaction to obtain slurry water ii.
The amount of water used in the hydrothermal reaction is preferably 10 mol to 50 mol, more preferably 12.5 mol to 45 mol, per mol of phosphate ions contained in the slurry water i, from the viewpoints of the solubility of the metal compound, ease of stirring, synthesis efficiency, and the like.

水熱反応は、100℃以上であればよく、130℃~200℃が好ましい。水熱反応は耐圧容器中で行うのが好ましく、130℃~200℃で反応を行う場合、この時の圧力は0.3MPa~1.6MPaであるのが好ましく、140℃~160℃で反応を行う場合の圧力は0.3MPa~0.6MPaであるのが好ましい。水熱反応時間は0.1時間~48時間が好ましく、さらに0.2時間~24時間が好ましい。 The hydrothermal reaction should be carried out at a temperature of 100°C or higher, preferably 130°C to 200°C. The hydrothermal reaction is preferably carried out in a pressure-resistant vessel. When the reaction is carried out at 130°C to 200°C, the pressure is preferably 0.3 MPa to 1.6 MPa, and when the reaction is carried out at 140°C to 160°C, the pressure is preferably 0.3 MPa to 0.6 MPa. The hydrothermal reaction time is preferably 0.1 to 48 hours, more preferably 0.2 to 24 hours.

上記工程(IIa)は、得られたスラリー水iiをろ過した後、水で洗浄し、乾燥して、ナノ粒子Aを得る工程である。乾燥手段としては、凍結乾燥、真空乾燥が用いられる。 The above-mentioned step (IIa) is a step in which the obtained slurry water II is filtered, washed with water, and dried to obtain nanoparticles A. Freeze drying and vacuum drying are used as drying methods.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子を形成してなるナノ粒子Bは、下記式(b):
LiM2 aMnb4 ・・・(b)
(式(b)中、M2はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a及びbは、0≦a≦0.1、0<b≦2、及び(M2の価数)×a+(Mnの価数)×b=7を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が100nm~200nmである。
The nanoparticles B forming the positive electrode active material composite particles for a lithium ion secondary battery of the present invention are represented by the following formula (b):
LiM 2 a Mn b O 4 ...(b)
(In formula (b), M2 represents one or more elements selected from Ni, Co, Al, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Zr, Ga, Cu, and Si. a and b represent numbers that satisfy 0≦a≦0.1, 0<b≦2, and (valence of M2 )×a+(valence of Mn)×b=7.)
and the average particle size is 100 nm to 200 nm.

上記式(b)で表されるナノ粒子Bは、スピネル構造を有する粒子である。上記ナノ粒子Aとともに、かかる極微細なナノ粒子Bが特定の質量比を保持しながら本発明の複合体粒子を形成してなることにより、飛躍的にサイクル特性を向上させることができる。 Nanoparticles B represented by the above formula (b) are particles having a spinel structure. By forming the composite particles of the present invention together with the above nanoparticles A, while maintaining a specific mass ratio, the cycle characteristics can be dramatically improved.

上記式(b)で表されるナノ粒子Bとしては、具体的には、LiMn24、LiNi0.5Mn1.54、LiCoMnO4、LiCrMnO4、LiFeMnO4、LiAlMnO4、LiCu0.5Mn1.54を用いることができる。なかでも、LiMn24が好ましい。 Specific examples of nanoparticles B represented by formula (b ) that can be used include LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4 , LiCoMnO4 , LiCrMnO4 , LiFeMnO4 , LiAlMnO4 , and LiCu0.5Mn1.5O4 . Of these, LiMn2O4 is preferred.

ナノ粒子Bの平均粒径は、優れたサイクル特性を確保する観点、及びハンドリングの観点から、100nm~200nmであって、好ましくは110nm~190nmであり、より好ましくは120nm~180nmであり、さらに好ましくは130nm~170nmであり、またさらに好ましくは135nm~165nmである。
ここで、ナノ粒子Bにおける「平均粒径」とは、SEM(JSM-7001F、日本電子社製)において観察される粒子100個の平均粒径を意味する。
From the viewpoint of ensuring excellent cycle characteristics and ease of handling, the average particle size of the nanoparticles B is 100 nm to 200 nm, preferably 110 nm to 190 nm, more preferably 120 nm to 180 nm, even more preferably 130 nm to 170 nm, and still more preferably 135 nm to 165 nm.
Here, the "average particle size" of nanoparticles B means the average particle size of 100 particles observed under a SEM (JSM-7001F, manufactured by JEOL Ltd.).

なお、ナノ粒子Bは、例えば、以下の製造方法により得ることができる。具体的には、次の工程(Ib)~(IIb):
(Ib)リチウム化合物、及びマンガン化合物を混合し、250℃~500℃の温度で焼成して予備粒子bを得る工程
(IIb)得られた予備粒子bを還元雰囲気又は不活性雰囲気にて500℃~750℃の温度で焼成して、ナノ粒子Bを得る工程
を備える製造方法である。
The nanoparticles B can be obtained, for example, by the following production method. Specifically, the nanoparticles B include the following steps (Ib) to (IIb):
(Ib) a step of mixing a lithium compound and a manganese compound and firing the mixture at a temperature of 250°C to 500°C to obtain preliminary particles b; and (IIb) a step of firing the obtained preliminary particles b at a temperature of 500°C to 750°C in a reducing atmosphere or an inert atmosphere to obtain nanoparticles B.

上記(Ib)は、リチウム化合物、及びマンガン化合物を混合し、250℃~500℃の温度で焼成して予備粒子bを得る工程である。 The above (Ib) is a process in which a lithium compound and a manganese compound are mixed and fired at a temperature of 250°C to 500°C to obtain preliminary particles b.

リチウム化合物としては、上記ナノ粒子Aと同様のものを用い得るが、なかでも水酸化物、硝酸塩が好ましい。
マンガン化合物としては、上記ナノ粒子Aと同様のものを用い得る。
なお、これらリチウム化合物、及びマンガン化合物とともに、これらの化合物以外の金属(M2)化合物を用いてもよい。
As the lithium compound, the same compounds as those used for the nanoparticles A can be used, but hydroxides and nitrates are preferred.
As the manganese compound, the same one as used for the nanoparticles A can be used.
In addition to these lithium compounds and manganese compounds, metal (M 2 ) compounds other than these compounds may also be used.

これらリチウム化合物、マンガン化合物等の使用量は、目的とするナノ粒子Bの組成に応じて適宜を決定し、通常の方法にしたがって混合すればよい。 The amounts of these lithium compounds, manganese compounds, etc. used can be determined appropriately depending on the desired composition of nanoparticles B, and can be mixed according to conventional methods.

次いで、250℃~500℃の温度で焼成して予備粒子bを得る。このように、工程(IIb)における焼成温度よりも低温での焼成とし、続く工程(IIb)において高温での焼成に付すという二段階の焼成工程を経ることにより、所望の平均粒径を有する結晶度の高い極微細なナノ粒子Bを得ることができる。 Next, preliminary particles b are obtained by firing at a temperature between 250°C and 500°C. In this way, by undergoing a two-stage firing process in which firing is performed at a temperature lower than the firing temperature in step (IIb) and then at a higher temperature in the subsequent step (IIb), it is possible to obtain extremely fine nanoparticles B with a high degree of crystallinity and the desired average particle size.

焼成温度は、250℃~500℃であって、260℃~490℃が好ましく、270℃~480℃がより好ましい。焼成時間は、0.2時間~24時間が好ましく、0.5時間~15時間がより好ましく、さらに1時間~12時間が好ましい。焼成雰囲気は、大気雰囲気とするのが好ましい。 The firing temperature is 250°C to 500°C, preferably 260°C to 490°C, and more preferably 270°C to 480°C. The firing time is preferably 0.2 hours to 24 hours, more preferably 0.5 hours to 15 hours, and even more preferably 1 hour to 12 hours. The firing atmosphere is preferably air.

上記(IIb)は、工程(Ib)で得られた予備粒子bを還元雰囲気又は不活性雰囲気にて500℃~750℃の温度で焼成して、ナノ粒子Bを得る工程である。
焼成温度は、500℃~750℃であって、好ましくは520℃~730℃であり、より好ましくは540℃~710℃である。焼成時間は、12時間~36時間が好ましく、14時間~30時間がより好ましく、さらに16時間~24時間が好ましい。
The above (IIb) is a step of calcining the preliminary particles b obtained in step (Ib) at a temperature of 500° C. to 750° C. in a reducing atmosphere or an inert atmosphere to obtain nanoparticles B.
The firing temperature is 500° C. to 750° C., preferably 520° C. to 730° C., and more preferably 540° C. to 710° C. The firing time is preferably 12 hours to 36 hours, more preferably 14 hours to 30 hours, and even more preferably 16 hours to 24 hours.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子は、ナノ粒子A及びナノ粒子Bにより形成されてなる複合体粒子である。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子において、ナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)は、ナノ粒子Aとナノ粒子Bとが緻密に絡み合いながら複合化して、効果的にサイクル特性を高める観点から、3:97~45:55であって、好ましくは5:95~44:56であり、より好ましくは7:93~42:58であり、さらに好ましくは9:91~40:60である。
The positive electrode active material composite particles for a lithium ion secondary battery of the present invention are composite particles formed from nanoparticles A and nanoparticles B.
In the positive electrode active material composite particles for a lithium ion secondary battery of the present invention, the mass ratio (A:B) of nanoparticles A to nanoparticles B is 3:97 to 45:55, preferably 5:95 to 44:56, more preferably 7:93 to 42:58, and even more preferably 9:91 to 40:60, from the viewpoint of complexing the nanoparticles A and B while densely entangled, and effectively enhancing cycle characteristics.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子は、ナノ粒子A及びナノ粒子Bのほか、その他の粒子として、リン酸マンガンリチウム又はリン酸鉄リチウムを含んでいてもよく、これらナノ粒子A、ナノ粒子B、及びその他の粒子により形成されてなる複合体粒子であってもよい。 The positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries of the present invention may contain, in addition to nanoparticles A and nanoparticles B, other particles such as lithium manganese phosphate or lithium iron phosphate, or may be composite particles formed from nanoparticles A, nanoparticles B, and other particles.

かかるリン酸マンガンリチウム又はリン酸鉄リチウムとしては、具体的には、LiMnPO4、LiMn0.9Mg0.1PO4、LiMn0.97Zr0.03PO4、Li1.2Mn0.9PO4、Li0.6Mn1.2PO4、LiFePO4、LiFe0.9Mg0.1PO4、LiFe0.97Zr0.03PO4、Li1.2Fe0.9PO4、Li0.6Fe1.2PO4等が挙げられる。なかでもLiMnPO4、LiFePO4が好ましい。 Specific examples of such lithium manganese phosphate or lithium iron phosphate include LiMnPO4 , LiMn0.9Mg0.1PO4 , LiMn0.97Zr0.03PO4 , Li1.2Mn0.9PO4 , Li0.6Mn1.2PO4 , LiFePO4 , LiFe0.9Mg0.1PO4 , LiFe0.97Zr0.03PO4 , Li1.2Fe0.9PO4 , Li0.6Fe1.2PO4 , etc. Of these , LiMnPO4 and LiFePO4 are preferred .

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子100質量%中におけるナノ粒子A及びナノ粒子Bの合計量は、好ましくは95質量%~100質量%であり、より好ましくは96質量%~100質量%であり、さらに好ましくは97質量%~100質量%である。
なお、上記その他の粒子は、その残部として含むことができる。
The total amount of nanoparticles A and nanoparticles B in 100% by mass of the positive electrode active material composite particles for a lithium ion secondary battery of the present invention is preferably 95% by mass to 100% by mass, more preferably 96% by mass to 100% by mass, and even more preferably 97% by mass to 100% by mass.
The other particles may be contained as the remainder.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子の平均粒径は、ナノ粒子A及びナノ粒子Bが緻密に複合化してなる複合体粒子であることにより、効果的にサイクル特性を高める観点から、好ましくは8μm~50μmであり、より好ましくは9μm~40μmであり、さらに好ましくは9.5μm~30μmである。
ここで、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子における「平均粒径」とは、レーザー回折・散乱法に基づく体積基準の粒度分布により得られるD50値(累積50%での粒径(メジアン径))を意味する。
The positive electrode active material composite particles for a lithium ion secondary battery of the present invention have an average particle size of preferably 8 μm to 50 μm, more preferably 9 μm to 40 μm, and even more preferably 9.5 μm to 30 μm, from the viewpoint of effectively improving cycle characteristics by being composite particles in which nanoparticles A and nanoparticles B are densely combined.
Here, the "average particle size" of the positive electrode active material composite particles for a lithium ion secondary battery of the present invention means the D50 value (particle size at 50% of the cumulative diameter (median diameter)) obtained from the volume-based particle size distribution based on the laser diffraction/scattering method.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子は、上記ナノ粒子A及びナノ粒子Bを、ナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)で3:97~45:55にて含む造粒体の焼成物である。かかるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子は、例えば、以下の製造方法により得ることができる。具体的には、次の工程(Ix)~(IIx):
(Ix)ナノ粒子A、ナノ粒子B、必要に応じて上記その他の粒子、及び水を添加してスラリー水i’を得た後、噴霧乾燥に付して造粒体Xを得る工程
(IIx)得られた造粒体Xを還元雰囲気又は不活性雰囲気で焼成して、複合体粒子を得る工程
を備える製造方法である。
The positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries of the present invention are a fired product of granules containing the above-mentioned nanoparticles A and nanoparticles B in a mass ratio (A:B) of nanoparticles A to nanoparticles B of 3:97 to 45:55. Such positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries can be obtained, for example, by the following production method. Specifically, the following steps (Ix) to (IIx) are performed:
(Ix) adding nanoparticles A, nanoparticles B, and optionally the other particles, and water to obtain a slurry water i', which is then spray-dried to obtain granules X; and (IIx) firing the obtained granules X in a reducing atmosphere or an inert atmosphere to obtain composite particles.

上記(Ix)は、ナノ粒子A、ナノ粒子B、必要に応じて上記その他の粒子、及び水を添加してスラリー水i’を得た後、噴霧乾燥に付して造粒体Xを得る工程である。上記ナノ粒子A及びナノ粒子Bについては、上記質量比(A:B)を満たすような量に適宜調整すればよい。
スラリー水i’の固形分濃度は、好ましくは5質量%~30質量%であり、より好ましくは5質量%~25質量%である。
The above-mentioned (Ix) is a step in which nanoparticles A, nanoparticles B, and optionally the other particles, and water are added to obtain a slurry water i', which is then spray-dried to obtain granules X. The amounts of the nanoparticles A and nanoparticles B may be appropriately adjusted so as to satisfy the above-mentioned mass ratio (A:B).
The solid content concentration of the slurry water i' is preferably 5% by mass to 30% by mass, and more preferably 5% by mass to 25% by mass.

噴霧乾燥では、用いる装置に応じて適宜運転条件を設定すればよい。
例えば、4流体ノズルを備えたマイクロミストドライヤー(藤崎電気(株)製 MDL-050M)での処理条件としては、熱風温度が110℃~300℃であるのが好ましく、150℃~250℃であるのがより好ましい。また、熱風の供給量とスラリー水の供給量の容積比(熱風の供給量/スラリー水の供給量)が、500~10000であるのが好ましく、1000~9000であるのがより好ましい。
In spray drying, the operating conditions may be set appropriately depending on the apparatus used.
For example, as treatment conditions for a micromist dryer (MDL-050M manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.) equipped with a four-fluid nozzle, the hot air temperature is preferably 110° C. to 300° C., more preferably 150° C. to 250° C. The volume ratio of the supply amount of hot air to the supply amount of slurry water (supply amount of hot air/supply amount of slurry water) is preferably 500 to 10,000, more preferably 1,000 to 9,000.

上記(IIx)は、上記工程(Ix)で得られた造粒体Xを還元雰囲気又は不活性雰囲気で焼成して、本発明の複合体粒子を得る工程である。
焼成温度は、好ましくは500℃~750℃であり、より好ましくは550℃~700℃であり、焼成時間は、好ましくは0.3時間~3時間であり、より好ましくは0.5時間~2時間である。
The step (IIx) is a step of firing the granules X obtained in the step (Ix) in a reducing atmosphere or an inert atmosphere to obtain the composite particles of the present invention.
The firing temperature is preferably 500° C. to 750° C., more preferably 550° C. to 700° C., and the firing time is preferably 0.3 to 3 hours, more preferably 0.5 to 2 hours.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子を正極材料として適用し、正極と負極と電解液とセパレータ、又は正極と負極と固体電解質を必須構成とするリチウムイオン二次電池を構築することができる。具体的には、例えば本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子と、アセチレンブラックやケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデン、N-メチル-2-ピロリドン等とを混練して正極スラリーを調製した後、集電体に塗工し、次いでプレス成形して正極を作製する。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子であれば、上記極微細なナノ粒子Aと極微細なナノ粒子Bから形成されてなり、これらナノ粒子Aとナノ粒子Bとが限られた質量比を保持しながら緻密に複合化してなることから、効果的に電極密度を増大させて、サイクル特性を有効に高め得る有用性の高い正極を得ることができる。
The positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries of the present invention can be used as a positive electrode material to construct a lithium ion secondary battery having, as its essential components, a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator, or a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte. Specifically, for example, the positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries of the present invention are kneaded with acetylene black, ketjen black, polyvinylidene fluoride, N-methyl-2-pyrrolidone, or the like to prepare a positive electrode slurry, which is then coated on a current collector and press-molded to form a positive electrode.
The positive electrode active material composite particles for a lithium ion secondary battery of the present invention are formed from the above-mentioned ultrafine nanoparticles A and ultrafine nanoparticles B, and these nanoparticles A and nanoparticles B are densely combined while maintaining a limited mass ratio, so that it is possible to effectively increase the electrode density and obtain a highly useful positive electrode that can effectively improve the cycle characteristics.

ここで、負極については、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。たとえば、リチウム金属、グラファイト、シリコン系(Si、SiOx)、チタン酸リチウム又は非晶質炭素等の炭素材料等を用いることができる。そしてリチウムイオンを電気化学的に吸蔵・放出し得るインターカレート材料で形成された電極、特に炭素材料を用いることが好ましい。さらに、2種以上の上記の負極材料を併用してもよく、たとえばグラファイトとシリコン系の組み合わせを用いることができる。 The negative electrode is not particularly limited in terms of its material composition, and any known material composition can be used, as long as it can absorb lithium ions during charging and release them during discharging. For example, lithium metal, graphite, silicon-based materials (Si, SiOx), lithium titanate, or carbon materials such as amorphous carbon can be used. It is preferable to use an electrode made of an intercalating material that can electrochemically absorb and release lithium ions, particularly a carbon material. Furthermore, two or more of the above negative electrode materials may be used in combination; for example, a combination of graphite and silicon-based materials can be used.

電解液は、有機溶媒に支持塩を溶解させたものである。有機溶媒は、通常リチウムイオン二次電池の電解液に用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。 The electrolyte solution is a supporting salt dissolved in an organic solvent. There are no particular limitations on the organic solvent, as long as it is an organic solvent typically used in electrolytes for lithium-ion secondary batteries. Examples of organic solvents that can be used include carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones, and oxolane compounds.

支持塩は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF6、LiBF4、LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSO3CF3、LiC(SO3CF32及びLiN(SO3CF32、LiN(SO2252及びLiN(SO2CF3)(SO249)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。 The supporting salt is not particularly limited in type, but is preferably at least one of inorganic salts selected from LiPF6 , LiBF4 , LiClO4 , and LiAsF6, derivatives of these inorganic salts, organic salts selected from LiSO3CF3, LiC(SO3CF3)2 , LiN ( SO3CF3 ) 2 , LiN (SO2C2F5)2 , and LiN ( SO2CF3 ) ( SO2C4F9 ) , and derivatives of these organic salts.

セパレータは、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものである。たとえば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔膜を用いればよい。 The separator serves to electrically insulate the positive and negative electrodes and retain the electrolyte. For example, a porous synthetic resin membrane, particularly a porous membrane made of a polyolefin polymer (polyethylene, polypropylene), may be used.

固体電解質は、正極及び負極を電気的に絶縁し、高いリチウムイオン電導性を示すものである。たとえば、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43、Li7La3Zr212、50Li4SiO4・50Li3BO3、Li2.9PO3.30.46、Li3.6Si0.60.44、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO43、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO43、Li10GeP212、Li3.25Ge0.250.754、30Li2S・26B23・44LiI、63Li2S・36SiS2・1Li3PO4、57Li2S・38SiS2・5Li4SiO4、70Li2S・30P25、50Li2S・50GeS2、Li7311、Li3.250.954を用いればよい。 The solid electrolyte electrically insulates the positive electrode and the negative electrode and exhibits high lithium ion conductivity. For example, La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94 , Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , 50Li 4 SiO 4・50Li 3 BO 3 , Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 , Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 , Li 1.07 Al 0.69 Ti 1.46 (PO 4 ) 3 , Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 10 GeP 2 S 12 , Li3.25Ge 0.25 P 0.75 S 4 , 30Li 2 S・26B 2 S 3・44LiI, 63Li 2 S・36SiS 2・1Li 3 PO 4 , 57Li 2 S・38SiS 2・5Li 4 SiO 4 , 70Li 2 S・30P 2 S 5 , 50Li 2 S·50GeS 2 , Li 7 P 3 S 11 , and Li 3.25 P 0.95 S 4 may be used.

上記の構成を有するリチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限を受けるものではなく、コイン型、円筒型、角型等種々の形状や、ラミネート外装体に封入した不定形状であってもよい。 The shape of a lithium-ion secondary battery having the above configuration is not particularly limited, and may be a variety of shapes such as coin-shaped, cylindrical, or rectangular, or may be an irregular shape enclosed in a laminated outer casing.

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

[製造例1:ナノ粒子A-1の製造]
LiOH・H2O 1272g、及び水4Lを混合してスラリー水i1を得た。次いで、得られたスラリー水i1を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液1153gを35mL/分で滴下し、続いてセルロースナノファイバー(Wma-10002、スギノマシン社製、繊維径4~20nm)6481gを添加して、速度400rpmで12時間撹拌して、Li3PO4を含むスラリー水i2を得た。得られたスラリー水i2に窒素パージして、スラリー水i2の溶存酸素濃度を0.5mg/Lとした後、スラリー水i2'全量に対し、MnSO4・5H2O 964g、FeSO4・7H2O 1668gを添加してスラリー水i3を得た。添加したMnSO4とFeSO4のモル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、40:60であった。
次いで、得られたスラリー水i3をオートクレーブに投入し、200℃で5時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は1.6MPaであった。水熱反応後、生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を-50℃で12時間凍結乾燥して、ナノ粒子A-1(LiMn0.4Fe0.6PO4、炭素の担持量=1.1質量%、平均粒径:188nm)を得た。
[Production Example 1: Production of Nanoparticles A-1]
1,272 g of LiOH.H 2 O and 4 L of water were mixed to obtain slurry water i 1. Next, while maintaining the temperature at 25 ° C., the obtained slurry water i 1 was stirred for 3 minutes while 1,153 g of 85% aqueous phosphoric acid solution was added dropwise at 35 mL / min, followed by the addition of 6,481 g of cellulose nanofibers (Wma-10002, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., fiber diameter 4-20 nm) and stirring at a speed of 400 rpm for 12 hours to obtain slurry water i 2 containing Li 3 PO 4. The obtained slurry water i 2 was purged with nitrogen to adjust the dissolved oxygen concentration of the slurry water i 2 to 0.5 mg / L, and then 964 g of MnSO 4.5H 2 O and 1,668 g of FeSO 4.7H 2 O were added to the total amount of slurry water i 2 ' to obtain slurry water i 3 . The molar ratio of the added MnSO 4 to FeSO 4 (manganese compound:iron compound) was 40:60.
The resulting slurry water i3 was then placed in an autoclave and subjected to a hydrothermal reaction at 200°C for 5 hours. The pressure inside the autoclave was 1.6 MPa. After the hydrothermal reaction, the resulting crystals were filtered and then washed with 12 parts by mass of water per part by mass of the crystals. The washed crystals were freeze-dried at -50°C for 12 hours to obtain nanoparticles A - 1 ( LiMn0.4Fe0.6PO4 , carbon loading = 1.1% by mass, average particle size: 188 nm).

[製造例2:ナノ粒子A-2の製造]
セルロースナノファイバーを5892g添加し、MnSO4・5H2Oを1446g、FeSO4・7H2Oを1112g添加し、かつ水熱反応を180℃で3時間行った以外、製造例1と同様にして、ナノ粒子A-2(LiMn0.6Fe0.4PO4、炭素の担持量=1.0質量%、平均粒径:122nm)を得た。
[Production Example 2: Production of Nanoparticles A-2]
Nanoparticles A-2 ( LiMn0.6Fe0.4PO4 , carbon loading = 1.0 mass%, average particle size: 122 nm) were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that 5,892 g of cellulose nanofibers, 1,446 g of MnSO4.5H2O , and 1,112 g of FeSO4.7H2O were added, and the hydrothermal reaction was carried out at 180°C for 3 hours.

[製造例3:ナノ粒子A-3の製造]
セルロースナノファイバーを6481g添加し、MnSO4・5H2Oを1928g、FeSO4・7H2Oを556g添加し、かつ水熱反応を140℃で1時間行った以外、製造例1と同様にして、ナノ粒子A-3(LiMn0.8Fe0.2PO4、炭素の担持量=1.1質量%、平均粒径:63nm)を得た。
[Production Example 3: Production of nanoparticles A-3]
Nanoparticles A-3 ( LiMn0.8Fe0.2PO4 , carbon loading = 1.1 mass%, average particle size: 63 nm) were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that 6481 g of cellulose nanofibers, 1928 g of MnSO4.5H2O , and 556 g of FeSO4.7H2O were added, and the hydrothermal reaction was carried out at 140°C for 1 hour.

[製造例4:ナノ粒子A-4の製造]
セルロースナノファイバーを4713g添加し、MnSO4・5H2Oを1446g、FeSO4・7H2O 1112gを添加し、かつ水熱反応を140℃で0.4時間行った以外、製造例1と同様にして、ナノ粒子A-4(LiMn0.6Fe0.4PO4、炭素の担持量=0.8質量%、平均粒径:44nm)を得た。
[Production Example 4: Production of nanoparticles A-4]
Nanoparticles A-4 ( LiMn0.6Fe0.4PO4 , carbon loading = 0.8 mass%, average particle size: 44 nm) were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that 4713 g of cellulose nanofibers, 1446 g of MnSO4.5H2O , and 1112 g of FeSO4.7H2O were added, and the hydrothermal reaction was carried out at 140°C for 0.4 hours.

[製造例5:ナノ粒子A-5の製造]
セルロースナノファイバーを7070g添加し、MnSO4・5H2Oを723g、FeSO4・7H2Oを1946g添加し、かつ水熱反応を180℃で3時間行った以外、製造例1と同様にして、ナノ粒子A-5(LiMn0.3Fe0.7PO4、炭素の担持量=1.2質量%、平均粒径:124nm)を得た。
[Production Example 5: Production of Nanoparticles A-5]
Nanoparticles A-5 ( LiMn0.3Fe0.7PO4 , carbon loading = 1.2 mass%, average particle size: 124 nm) were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that 7070 g of cellulose nanofibers, 723 g of MnSO4.5H2O , and 1946 g of FeSO4.7H2O were added, and the hydrothermal reaction was carried out at 180°C for 3 hours.

[製造例6:ナノ粒子A-6の製造]
セルロースナノファイバーを5892g添加し、MnSO4・5H2Oを2169g、FeSO4・7H2Oを278g添加し、かつ水熱反応を180℃で3時間行った以外、製造例1と同様にして、ナノ粒子A-6(LiMn0.9Fe0.1PO4、炭素の担持量=1.0質量%、平均粒径:123nm)を得た。
[Production Example 6: Production of Nanoparticles A-6]
Nanoparticles A-6 ( LiMn0.9Fe0.1PO4 , carbon loading = 1.0 mass%, average particle size: 123 nm) were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that 5,892 g of cellulose nanofibers, 2,169 g of MnSO4.5H2O , and 278 g of FeSO4.7H2O were added, and the hydrothermal reaction was carried out at 180°C for 3 hours.

[製造例7:ナノ粒子B-1の製造]
Mn:Liのモル比が2:1となるように、二酸化マンガン348gと水酸化リチウム一水和物84gをボールミルで混合及び解砕した後、大気雰囲気下において470℃×12時間仮焼成して解砕した。次いで、不活性雰囲気下において700℃×20時間本焼成し、粒子B-1(LiMn24、平均粒径150nm)を得た。
[Production Example 7: Production of nanoparticles B-1]
348 g of manganese dioxide and 84 g of lithium hydroxide monohydrate were mixed and crushed in a ball mill so that the molar ratio of Mn:Li was 2:1, and then the mixture was calcined at 470°C for 12 hours in an air atmosphere and crushed. Then, the mixture was calcined at 700°C for 20 hours in an inert atmosphere to obtain particles B - 1 ( LiMnO , average particle size 150 nm).

[実施例1、3、比較例3、4]
表2に示す配合にしたがい、ナノ粒子A及びナノ粒子Bの合計量が1500gとなるようそれぞれ分取し、これに水1Lを添加して、スラリー水i’1を得た。得られたスラリー水i’1を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(MDL-050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライ(ノズルエアー流量35L/min、給気温度190℃)に付して造粒体X1を得た。
得られた造粒体X1を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)にて700℃で1時間焼成して、正極活物質複合体粒子を得た。
[Examples 1 and 3, Comparative Examples 3 and 4]
According to the formulation shown in Table 2, nanoparticles A and nanoparticles B were each dispensed so that the total amount was 1,500 g, and 1 L of water was added to each dispensed nanoparticles A and B to obtain slurry water i' 1. The obtained slurry water i' 1 was dispersed for 1 minute using an ultrasonic agitator (T25, manufactured by IKA Corporation) to uniformly color the entire mixture, and then spray-dried using a spray dryer (MDL-050M, manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.) (nozzle air flow rate 35 L/min, inlet air temperature 190°C) to obtain granules X 1 .
The resulting granules X1 were fired at 700° C. for 1 hour in an argon-hydrogen atmosphere (hydrogen concentration 3%) to obtain positive electrode active material composite particles.

[実施例2、比較例1]
表2に示す配合にしたがい、ナノ粒子A及びナノ粒子Bの合計量が1500gとなるようそれぞれ分取し、これに水1Lを添加して、スラリー水i’2を得た。得られたスラリー水i’2を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(MDL-050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライ(ノズルエアー流量30L/min、給気温度190℃)に付して造粒体X2を得た。
得られた造粒体X2を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)にて700℃で1時間焼成して、正極活物質複合体粒子を得た。
[Example 2, Comparative Example 1]
According to the formulation shown in Table 2, nanoparticles A and nanoparticles B were each dispensed so that the total amount was 1,500 g, and 1 L of water was added to each dispensed nanoparticles A and B to obtain slurry water i' 2. The obtained slurry water i' 2 was dispersed for 1 minute using an ultrasonic agitator (T25, manufactured by IKA Corporation) to uniformly color the entire mixture, and then spray-dried using a spray dryer (MDL-050M, manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.) (nozzle air flow rate 30 L/min, inlet air temperature 190°C) to obtain granules X 2 .
The resulting granules X2 were fired at 700° C. for 1 hour in an argon-hydrogen atmosphere (hydrogen concentration 3%) to obtain positive electrode active material composite particles.

[実施例4]
表2に示す配合にしたがい、ナノ粒子A及びナノ粒子Bの合計量が1500gとなるようそれぞれ分取し、これに水1Lを添加して、スラリー水i’3を得た。得られたスラリー水i’3を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(MDL-050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライ(ノズルエアー流量43L/min、給気温度190℃)に付して造粒体X3を得た。
得られた造粒体X3を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)にて700℃で1時間焼成して、正極活物質複合体粒子を得た。
[Example 4]
According to the formulation shown in Table 2, nanoparticles A and nanoparticles B were each dispensed so that the total amount was 1,500 g, and 1 L of water was added to each dispensed nanoparticles A and B to obtain slurry water i' 3. The obtained slurry water i' 3 was dispersed for 1 minute using an ultrasonic agitator (T25, manufactured by IKA Corporation) to uniformly color the entire mixture, and then spray-dried using a spray dryer (MDL-050M, manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.) (nozzle air flow rate 43 L/min, inlet air temperature 190°C) to obtain granules X 3 .
The obtained granules X3 were fired at 700° C. for 1 hour in an argon-hydrogen atmosphere (hydrogen concentration 3%) to obtain positive electrode active material composite particles.

[実施例5、比較例2]
表2に示す配合にしたがい、ナノ粒子A及びナノ粒子Bの合計量が1500gとなるようそれぞれ分取し、これに水1Lを添加して、スラリー水i’4を得た。得られたスラリー水i’4を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(MDL-050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライ(ノズルエアー流量45L/min、給気温度190℃)に付して造粒体X4を得た。
得られた造粒体X4を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)にて700℃で1時間焼成して、正極活物質複合体粒子を得た。
[Example 5, Comparative Example 2]
According to the formulation shown in Table 2, nanoparticles A and nanoparticles B were each dispensed so that the total amount was 1,500 g, and 1 L of water was added to each dispensed nanoparticles A and B to obtain slurry water i' 4. The obtained slurry water i' 4 was dispersed for 1 minute using an ultrasonic agitator (T25, manufactured by IKA Corporation) to uniformly color the entire mixture, and then spray-dried using a spray dryer (MDL-050M, manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.) (nozzle air flow rate 45 L/min, inlet air temperature 190°C) to obtain granules X 4 .
The resulting granules X4 were fired at 700° C. for 1 hour in an argon-hydrogen atmosphere (hydrogen concentration 3%) to obtain positive electrode active material composite particles.

《電池特性(サイクル特性)の評価》
得られた各正極活物質複合体粒子を正極材料として用い、リチウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、得られた各正極活物質複合体粒子、アセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンを質量比90:5:5の配合割合で混合し、これにN-メチル-2-ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、正極とした。
<Evaluation of battery characteristics (cycle characteristics)>
Each of the obtained positive electrode active material composite particles was used as a positive electrode material to prepare a positive electrode for a lithium ion secondary battery. Specifically, each of the obtained positive electrode active material composite particles, acetylene black, and polyvinylidene fluoride were mixed in a mass ratio of 90:5:5, and N-methyl-2-pyrrolidone was added to the mixture and thoroughly kneaded to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied to a current collector made of aluminum foil with a thickness of 20 μm using a coating machine and vacuum dried at 80°C for 12 hours. The resulting mixture was then punched into a φ14 mm disk and pressed using a hand press at 16 MPa for 2 minutes to form a positive electrode.

次いで、上記正極を用いてコイン型二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比3:7の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、高分子多孔フィルムを用いた。これらの電池部品を露点が-50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型二次電池(CR-2032)を得た。 Next, a coin-type secondary battery was constructed using the above positive electrode. A lithium foil punched to a diameter of 15 mm was used as the negative electrode. The electrolyte used was a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 3:7, with LiPF6 dissolved at a concentration of 1 mol/L. A polymer porous film was used as the separator. These battery components were assembled and housed in an atmosphere with a dew point of -50°C or lower using standard methods to obtain a coin-type secondary battery (CR-2032).

得られたコイン型二次電池を用い、放電容量測定装置(HJ-1001SD8、北斗電工社製)にて気温30℃環境での1Cにて充放電を100回繰り返し、放電容量(mAh/g)を求めて下記式(x)によるサイクル特性の値(容量維持率(%))を求めた。
サイクル特性
=(100サイクル後の放電容量)/(1サイクル後の放電容量)×100
・・・(x)
結果を表2に示す。
Using the obtained coin-type secondary battery, charging and discharging was repeated 100 times at 1 C in an environment at an ambient temperature of 30°C using a discharge capacity measuring device (HJ-1001SD8, manufactured by Hokuto Denko Corporation), and the discharge capacity (mAh/g) was determined, and the value of the cycle characteristics (capacity retention rate (%)) was calculated using the following formula (x).
Cycle characteristics
= (discharge capacity after 100 cycles)/(discharge capacity after 1 cycle)×100
...(x)
The results are shown in Table 2.

Claims (4)

下記式(a):
LifMngFeh1 xPO4・・・(a)
(式(a)中、M1はMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。f、g、h及びxは、0<f≦1.2、0.3≦g≦1.2、0.2≦h≦1.2、0≦x≦0.3、及び7/13≦g/h≦17/3を満たし、かつf+(Mnの価数)×g+(Feの価数)×h+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が50nm~200nmであるナノ粒子A、及び
下記式(b):
LiM2 aMnb4 ・・・(b)
(式(b)中、M2はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a及びbは、0≦a≦0.1、0<b≦2、及び(M2の価数)×a+(Mnの価数)×b=7を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が100nm~200nmであるナノ粒子B
により形成されてなる複合体粒子であって、
ナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)が3:97~45:55であるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子。
The following formula (a):
Li f Mn g Fe h M 1 x PO 4 ...(a)
(In formula (a), M1 represents one or more elements selected from Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, and Gd. f, g, h, and x represent numbers that satisfy 0<f≦1.2, 0.3≦g≦1.2, 0.2≦h≦1.2, 0≦x≦0.3, and 7/13≦g/h≦17/3, and that satisfy f+(valence of Mn)×g+(valence of Fe)×h+(valence of M1 )×x=3.)
Nanoparticles A represented by the following formula (b):
LiM 2 a Mn b O 4 ...(b)
(In formula (b), M2 represents one or more elements selected from Ni, Co, Al, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Zr, Ga, Cu, and Si. a and b represent numbers that satisfy 0≦a≦0.1, 0<b≦2, and (valence of M2 )×a+(valence of Mn)×b=7.)
and the average particle size is 100 nm to 200 nm.
A composite particle formed by
Positive electrode active material composite particles for lithium ion secondary batteries, in which the mass ratio (A:B) of nanoparticles A to nanoparticles B is 3:97 to 45:55.
平均粒径が、8μm~50μmである請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子。 2. The positive electrode active material composite particles for a lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein the average particle size is 8 μm to 50 μm. ナノ粒子Aの表面に、セルロースナノファイバー由来の炭素及び/又は水溶性炭素材料由来の炭素が担持してなり、かつ
ナノ粒子Aの全量100質量%中における炭素の担持量が、0.1質量%~5.0質量%である請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子。
3. The positive electrode active material composite particle for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the nanoparticles A have surfaces supported with carbon derived from cellulose nanofibers and/or carbon derived from a water-soluble carbon material, and the amount of carbon supported is 0.1% by mass to 5.0% by mass relative to 100% by mass of the total amount of the nanoparticles A.
ナノ粒子A及びナノ粒子Bを、ナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)で3:97~45:55にて含む造粒体の焼成物である請求項1~3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子。 The positive electrode active material composite particles for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, which are a fired product of granules containing nanoparticles A and nanoparticles B in a mass ratio (A:B) of nanoparticles A to nanoparticles B of 3:97 to 45:55.
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