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JP7767726B2 - Positive electrode materials for lithium-ion secondary batteries, positive electrodes for lithium-ion secondary batteries, lithium-ion secondary batteries - Google Patents
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Positive electrode materials for lithium-ion secondary batteries, positive electrodes for lithium-ion secondary batteries, lithium-ion secondary batteries

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JP7767726B2 JP2021061253A JP2021061253A JP7767726B2 JP 7767726 B2 JP7767726 B2 JP 7767726B2 JP 2021061253 A JP2021061253 A JP 2021061253A JP 2021061253 A JP2021061253 A JP 2021061253A JP 7767726 B2 JP7767726 B2 JP 7767726B2
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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極材料、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

オリビン系正極活物質は、結晶内のリチウムイオンが一次元方向のみに拡散するため、オリビン系正極活物質を含む正極を備えたリチウムイオン二次電池は、大電流を瞬間的に流した際にリチウムイオンの拡散が追い付かず、過電圧(電圧降下)が高くなるという課題があった。 In olivine-based positive electrode active materials, lithium ions within the crystals diffuse in only one dimension. Therefore, lithium-ion secondary batteries equipped with positive electrodes containing olivine-based positive electrode active materials have the problem that when a large current is applied instantaneously, the lithium ions cannot diffuse quickly enough, resulting in high overvoltage (voltage drop).

従来、3価のFeの含有量が極めて少なくするように、リン酸鉄リチウム(LiFePO)またはリン酸マンガン鉄リチウム(LiMn1-xFePO)からなるオリビン系正極活物質を合成することにより、オリビン系正極活物質を含む正極を備えたリチウムイオン二次電池の高容量化が可能であることが知られている。特許文献1では、メスバウアー分光法により得られるメスバウアースペクトルにおいて、異性体シフト値を規定することにより、意図的に少量の3価のFeを結晶内に固溶させて、結晶内に欠陥を生成し、結晶内においてリチウムイオンが二次元方向または三次元方向に拡散することが可能としている。 It has been known that synthesizing an olivine-based positive electrode active material made of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) or lithium manganese iron phosphate (LiMn 1-x Fe x PO 4 ) so as to minimize the content of trivalent Fe makes it possible to increase the capacity of a lithium ion secondary battery equipped with a positive electrode containing an olivine-based positive electrode active material. Patent Document 1 discloses that specifying an isomer shift value in a Mössbauer spectrum obtained by Mössbauer spectroscopy intentionally causes a small amount of trivalent Fe to form a solid solution in the crystal, generating defects in the crystal and allowing lithium ions to diffuse in two or three dimensions within the crystal.

特許第6477948号公報Patent No. 6477948

しかしながら、リチウムイオン二次電池を使用するにあたり、耐久性の指標となるサイクル特性に関して、さらなる性能の向上が求められていた。 However, when using lithium-ion secondary batteries, further improvements in performance were required in terms of cycle characteristics, which are an indicator of durability.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池を得ることができるリチウムイオン二次電池用正極材料およびリチウムイオン二次電池用正極、並びに、このリチウムイオン二次電池用正極を備えたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a positive electrode material for a lithium-ion secondary battery and a positive electrode for a lithium-ion secondary battery that can produce a lithium-ion secondary battery with excellent cycle characteristics, as well as a lithium-ion secondary battery equipped with this positive electrode for a lithium-ion secondary battery.

本発明者等は、上記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、リチウムイオン二次電池用正極材料をメスバウアー分光法により分析して得られるメスバウアースペクトルにおいて、鉄イオンの四極子分裂の高エネルギー側のピークの強度が、鉄イオンの四極子分裂の低エネルギー側のピークの強度よりも大きくなるように、リチウムイオン二次電池用正極材料を作製することにより、サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池を得ることができるリチウムイオン二次電池用正極材料が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research aimed at solving the above-mentioned problems, the inventors discovered that by preparing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery so that, in a Mössbauer spectrum obtained by analyzing the positive electrode material for a lithium ion secondary battery by Mössbauer spectroscopy, the intensity of the peak on the high-energy side of the quadrupole splitting of the iron ion is greater than the intensity of the peak on the low-energy side of the quadrupole splitting of the iron ion, a positive electrode material for a lithium ion secondary battery with excellent cycle characteristics can be obtained, leading to the completion of the present invention.

本発明は以下の態様を有する。
[1]メスバウアー分光法により得られるメスバウアースペクトルにおいて、鉄イオンの四極子分裂の高エネルギー側のピークの強度が、鉄イオンの四極子分裂の低エネルギー側のピークの強度よりも大きい、リチウムイオン二次電池用正極材料。
[2]電極活物質粒子の表面に炭素質被膜が形成された一次粒子と、該一次粒子が複数個集合した凝集粒子と、を含み、レーザー式回折粒度分布測定装置で測定された平均粒子径が0.3μm以上5.0μm以下である、[1]に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
[3]前記一次粒子が、平均粒子径が50nm以上500nm以下のオリビン構造を有する、[2]に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
[4]前記炭素質被膜の厚さが0.5nm以上10nm以下である、[2]または[3]に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
[5]電極集電体と、該電極集電体上に形成された正極合剤層と、を備えたリチウムイオン二次電池用正極であって、前記正極合剤層は、[1]~[4]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有する、リチウムイオン二次電池用正極。
[6]正極、負極および非水電解質を有するリチウムイオン二次電池であって、正極として、[5]に記載のリチウムイオン二次電池用正極を備えた、リチウムイオン二次電池。
The present invention has the following aspects.
[1] A positive electrode material for a lithium ion secondary battery, in which, in a Mössbauer spectrum obtained by Mössbauer spectroscopy, the intensity of the peak on the high-energy side of the quadrupole splitting of iron ions is greater than the intensity of the peak on the low-energy side of the quadrupole splitting of iron ions.
[2] The positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to [1], comprising primary particles in which a carbonaceous coating is formed on the surface of electrode active material particles, and aggregate particles in which a plurality of the primary particles are aggregated, and having an average particle diameter of 0.3 μm or more and 5.0 μm or less as measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer.
[3] The positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to [2], wherein the primary particles have an olivine structure with an average particle diameter of 50 nm or more and 500 nm or less.
[4] The positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to [2] or [3], wherein the thickness of the carbonaceous coating is 0.5 nm or more and 10 nm or less.
[5] A positive electrode for a lithium ion secondary battery, comprising: an electrode current collector; and a positive electrode mixture layer formed on the electrode current collector, wherein the positive electrode mixture layer contains the positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [4].
[6] A lithium ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, the lithium ion secondary battery comprising the positive electrode for lithium ion secondary batteries according to [5] as the positive electrode.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料によれば、サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池を得ることができるリチウムイオン二次電池用正極材料およびリチウムイオン二次電池用正極、並びに、このリチウムイオン二次電池用正極を備えたリチウムイオン二次電池を提供することができる。 The positive electrode material for lithium-ion secondary batteries of the present invention can provide a positive electrode material for lithium-ion secondary batteries and a positive electrode for lithium-ion secondary batteries that can produce lithium-ion secondary batteries with excellent cycle characteristics, as well as a lithium-ion secondary battery equipped with this positive electrode for lithium-ion secondary batteries.

メスバウアースペクトルにおいて、スペクトルが2本に分裂している状態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a state in which a Mössbauer spectrum is split into two spectra. 実施例1の正極材料のメスバウアースペクトルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a Mössbauer spectrum of the positive electrode material of Example 1. 比較例1の正極材料のメスバウアースペクトルを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a Mössbauer spectrum of the positive electrode material of Comparative Example 1.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
Embodiments of the positive electrode material for a lithium ion secondary battery, the positive electrode for a lithium ion secondary battery, and the lithium ion secondary battery of the present invention will be described below.
It should be noted that the present embodiment is specifically described to allow a better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

[リチウムイオン二次電池用正極材料]
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料は、メスバウアー分光法により得られるメスバウアースペクトルにおいて、鉄イオンの四極子分裂の高エネルギー側のピークの強度が、鉄イオンの四極子分裂の低エネルギー側のピークの強度よりも大きい。
[Positive electrode material for lithium-ion secondary batteries]
In the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment, in a Mössbauer spectrum obtained by Mössbauer spectroscopy, the intensity of the peak on the high-energy side of the quadrupole splitting of the iron ions is greater than the intensity of the peak on the low-energy side of the quadrupole splitting of the iron ions.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料は、メスバウアー分光法により得られるメスバウアースペクトルにおいて、鉄イオンの四極子分裂の低エネルギー側のピークの強度(以下、「ピーク強度A」ということもある。)に対する、鉄イオンの四極子分裂の高エネルギー側のピークの強度(以下、「ピーク強度B」ということもある。)の比(ピーク強度B/ピーク強度A)が、1.02以上であることが好ましく、1.04以上であることがより好ましい。前記の比(ピーク強度B/ピーク強度A)の上限値は、1.1以下であってもよく、1.08以下であってもよい。
前記の比(ピーク強度B/ピーク強度A)が、1/02以上であると、充放電時の容量の低下が抑えられる。
In the positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, in a Mössbauer spectrum obtained by Mössbauer spectroscopy, the ratio (peak intensity B/peak intensity A) of the intensity of the peak on the high-energy side of the quadrupole splitting of the iron ion (hereinafter also referred to as "peak intensity B") to the intensity of the peak on the low-energy side of the quadrupole splitting of the iron ion (hereinafter also referred to as "peak intensity A") is preferably 1.02 or more, more preferably 1.04 or more. The upper limit of the ratio (peak intensity B/peak intensity A) may be 1.1 or less, or may be 1.08 or less.
When the ratio (peak intensity B/peak intensity A) is 1/02 or more, the decrease in capacity during charging and discharging can be suppressed.

メスバウアー分光分析は、固体中の放射性同位元素(線源)として組み込まれたメスバウアー核(57Co→57Feの壊変過程で励起基準にある57Fe)から放出されるγ線が、もう1つの固体(試料)中での基底状態にある同種のメスバウアー核によって反跳せずに共鳴吸収されるときに、その吸収量あるいは吸収後に放出される散乱量のエネルギー依存性(メスバウアースペクトル)を調べることにより行われる。 Mössbauer spectroscopy is performed by examining the energy dependence (Mössbauer spectrum) of the amount of gamma rays absorbed or the amount of scattering emitted after absorption when a gamma ray emitted from a Mössbauer nucleus ( 57Fe in the excited standard during the decay process of 57Co57Fe ) incorporated as a radioactive isotope (radiation source) in a solid is resonantly absorbed without recoil by the same kind of Mössbauer nucleus in the ground state in another solid (sample).

本実施形態では、このメスバウアー分光分析により得られたスペクトルがローレンツ型の理論線型式で近似できるものとし、成分毎のピーク半値幅は全て等しく、対称位置にあるピーク高さはそれぞれで等しく、スペクトルが理論線型の足し合わせであるとの仮定の元、カーブフィッティングを行い、ピーク位置を定め、各成分の面積強度を求める。理論線型式には下記の式(1)に示す式を用いる。 In this embodiment, we assume that the spectrum obtained by this Mössbauer spectroscopy analysis can be approximated by a Lorentzian theoretical linear equation, and that the peak half-widths for each component are all equal, that the peak heights at symmetrical positions are equal, and that the spectrum is a sum of theoretical linear equations. Based on this assumption, curve fitting is performed to determine the peak positions and calculate the integrated intensity of each component. The theoretical linear equation used is the following equation (1).

上記の式(1)において、f(E)はドップラー速度Eにおけるカウント、Eはドップラー速度(エネルギーに1次で比例)、Bはベースラインのカウント、Iはi番目のピークの吸収強度、Γはi番目のピークの半値幅、x0iはi番目のピーク中心、δは異性体シフト、Δは四極分裂、Hは内部磁場を示す。
また、最小二乗法にて残差の二乗和が最小となるときの各成分の相対面積比をスペクトルの面積強度とする。
In the above equation (1), f(E) is the count at Doppler velocity E, E is the Doppler velocity (linearly proportional to energy), B is the baseline count, Ii is the absorption intensity of the i-th peak, Γi is the half-width of the i-th peak, x0i is the center of the i-th peak, δ is the isomer shift, Δ is the quadrupole splitting, and H is the internal magnetic field.
The relative area ratio of each component when the sum of squares of the residuals is minimized by the least squares method is defined as the spectral area intensity.

本実施形態では、メスバウアー分光法により得られるスペクトルにおいて、そのFeが常磁性(内部磁場H=0)である場合は2本に分裂したピークとして得られ、そのFeが強磁性もしくは反強磁性(内部磁場H≠0)である場合は6本に分裂したピークとして得られ、2本もしくは6本以外のピークとしては観測されない。 In this embodiment, in the spectrum obtained by Mössbauer spectroscopy, if the Fe is paramagnetic (internal magnetic field H = 0), a two-split peak is obtained, and if the Fe is ferromagnetic or antiferromagnetic (internal magnetic field H ≠ 0), a six-split peak is obtained, and no peaks other than two or six are observed.

なお、メスバウアースペクトルにおいて、スペクトルが2本に分裂しているとは、図1に示すような状態のことである。 In a Mössbauer spectrum, when a spectrum is split into two, it means a state as shown in Figure 1.

また、メスバウアースペクトルにおける四極分裂値とは、2本に分裂したピーク間隔である。一般的には、構造的に等方的でも電気陰性度の異なる配位子が配位している場合、構造的に配置が歪んでいる場合、および、これらの混合の場合に2本に分裂すると考えられている。 The quadrupole splitting value in a Mössbauer spectrum is the distance between two split peaks. It is generally believed that splitting into two occurs when a structure is structurally isotropic but ligands with different electronegativities are coordinated, when the structural arrangement is distorted, or when these are mixed.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料は、電極活物質粒子の表面に炭素質被膜が形成された一次粒子と、その一次粒子が複数個集合した凝集粒子(二次粒子)と、を含むことが好ましい。 The positive electrode material for lithium-ion secondary batteries of this embodiment preferably includes primary particles in which a carbonaceous coating is formed on the surface of electrode active material particles, and agglomerated particles (secondary particles) in which multiple primary particles are aggregated together.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料では、レーザー式回折粒度分布測定装置で測定された平均粒子径が0.3μm以上5.0μm以下であることが好ましく、0.4μm以上4.0μm以下であることがより好ましく、0.45μm以上3.5μm以下であることがさらに好ましい。前記平均粒子径が前記下限値以上であると、リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストをアルミニウム集電体に塗工、乾燥した正極合材層の構造を均一化することができ、充放電反応に伴う局所的な過電圧が抑制され、金属溶出量を低減することができる。前記平均粒子径が前記上限値以下であると、正極材料を密に詰め込むことが可能となり、正極の単位体積当たりのエネルギー密度が向上する。
なお、ここでいう平均粒子径とは、電極活物質粒子の表面に炭素質被膜が形成された一次粒子、およびその一次粒子が複数個集合した凝集粒子の平均粒子径のことである。
In the positive electrode material for lithium ion secondary batteries of this embodiment, the average particle diameter measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer is preferably 0.3 μm or more and 5.0 μm or less, more preferably 0.4 μm or more and 4.0 μm or less, and even more preferably 0.45 μm or more and 3.5 μm or less. When the average particle diameter is equal to or greater than the lower limit, the structure of the positive electrode mixture layer can be made uniform when the positive electrode material paste for lithium ion secondary batteries is applied to an aluminum current collector and dried, thereby suppressing local overvoltages associated with charge/discharge reactions and reducing the amount of metal elution. When the average particle diameter is equal to or less than the upper limit, the positive electrode material can be densely packed, improving the energy density per unit volume of the positive electrode.
The average particle size referred to here is the average particle size of primary particles in which a carbonaceous coating is formed on the surface of electrode active material particles, and of aggregated particles in which a plurality of such primary particles are aggregated.

一次粒子の平均粒子径は走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した粒子を任意に100個選択し、その一次粒子の平均した粒子径から算出する。 The average particle size of primary particles is calculated by randomly selecting 100 particles observed with a scanning electron microscope (SEM) and averaging the particle size of those primary particles.

上記一次粒子は、平均粒子径が50nm以上500nm以下のオリビン構造を有することが好ましい。すなわち、上記一次粒子を構成する電極活物質粒子はオリビン構造を有し、上記一次粒子は、平均粒子径が50nm以上500nm以下であることが好ましい。
一次粒子の平均粒子径は、60nm以上400nm以下であることがより好ましく、80nm以上250nm以下であることがさらに好ましい。
ここで、炭素質被膜によって被覆されたオリビン構造を有する電極活物質粒子を含む一次粒子の平均一次粒子径を上記の範囲とした理由は、次の通りである。平均一次粒子径が50nm未満では、一次粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量が増加し、充放電容量が低減する。さらに、炭素被覆が困難となり、充分な被覆率の一次粒子を得ることができず、特に低温や高速充放電において良好な質量エネルギー密度が得られない。一方、平均一次粒子径が500nmを超えると、一次粒子内でのリチウムイオンの移動または電子の移動に時間がかかり、よって、内部抵抗が増加し、出力特性が悪化するので好ましくない。
The primary particles preferably have an olivine structure and an average particle diameter of 50 nm to 500 nm. That is, the electrode active material particles constituting the primary particles preferably have an olivine structure and an average particle diameter of 50 nm to 500 nm.
The average particle size of the primary particles is more preferably 60 nm or more and 400 nm or less, and even more preferably 80 nm or more and 250 nm or less.
The reason why the average primary particle diameter of the primary particles containing electrode active material particles having an olivine structure coated with a carbonaceous coating is set within the above range is as follows: If the average primary particle diameter is less than 50 nm, the specific surface area of the primary particles increases, increasing the mass of carbon required and reducing the charge/discharge capacity. Furthermore, carbon coating becomes difficult, making it impossible to obtain primary particles with a sufficient coverage rate, and a good mass energy density cannot be obtained, particularly at low temperatures or during high-speed charge/discharge. On the other hand, if the average primary particle diameter exceeds 500 nm, it takes a long time for lithium ions or electrons to move within the primary particles, thereby increasing internal resistance and deteriorating output characteristics, which is undesirable.

上記二次粒子の形状は特に限定されないが、球状、特に真球状の粒子からなる正極材料を生成し易いことから、その形状も球状であることが好ましい。
ここで、球状が好ましい理由は、次の通りである。炭素質被膜で被覆されている、二次粒子と、結着剤と、溶媒とを混合して、リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストを調製する際の溶媒量を低減させることができる。さらに、このリチウムイオン二次電池用正極材料ペーストの電極集電体への塗工も容易となる。また、形状が球状であれば、二次粒子の表面積が最小となり、ひいては、添加する結着剤の混合量を最小限にすることができ、得られる正極の内部抵抗を小さくすることができる。
さらに、二次粒子の形状を球状、特に真球状とすることで最密充填し易くなる。これにより、単位体積当たりのリチウムイオン二次電池用正極材料の充填量が多くなり、その結果、電極密度を高くすることができ、リチウムイオン二次電池の高容量化を図ることができるので好ましい。
The shape of the secondary particles is not particularly limited, but it is preferable that the shape is spherical, since this facilitates the production of a positive electrode material made of spherical particles, in particular, true spherical particles.
The reason why a spherical shape is preferable is as follows: The amount of solvent can be reduced when preparing a positive electrode material paste for a lithium ion secondary battery by mixing the secondary particles coated with a carbonaceous coating, a binder, and a solvent. Furthermore, this positive electrode material paste for a lithium ion secondary battery can be easily applied to an electrode current collector. Furthermore, a spherical shape minimizes the surface area of the secondary particles, which in turn minimizes the amount of binder added, thereby reducing the internal resistance of the resulting positive electrode.
Furthermore, by making the secondary particles spherical, particularly true spherical, they can be easily packed closely together, which increases the amount of the positive electrode material for a lithium ion secondary battery packed per unit volume, thereby increasing the electrode density and the capacity of the lithium ion secondary battery, which is preferable.

上記一次粒子における炭素質被膜の厚みは、0.5nm以上かつ10nm以下であることが好ましく、炭素質被膜の厚みは、0.5nm以上かつ5.5nm以下であることがより好ましい。
炭素質被膜の厚みを上記の範囲とした理由は、次の通りである。炭素質被膜の厚みが0.5nm未満であると、炭素質被膜の厚みが薄すぎるために所望の抵抗値を有する膜を形成することができなくなる。その結果、導電性が低下し、正極材料としての導電性を確保することができなくなる。一方、炭素質被膜の厚みが10nmを超えると、電池活性、例えば、正極材料の単位質量当たりの電池容量が低下する。
The thickness of the carbonaceous coating on the primary particles is preferably 0.5 nm or more and 10 nm or less, and more preferably 0.5 nm or more and 5.5 nm or less.
The reason for specifying the thickness of the carbonaceous coating within the above range is as follows: If the thickness of the carbonaceous coating is less than 0.5 nm, the carbonaceous coating is too thin to form a film with the desired resistance value. As a result, the conductivity decreases, and it becomes impossible to ensure the conductivity required for the positive electrode material. On the other hand, if the thickness of the carbonaceous coating exceeds 10 nm, the battery activity, for example, the battery capacity per unit mass of the positive electrode material, decreases.

上記一次粒子における炭素質被膜の被覆率は、60%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。炭素質被膜の被覆率が60%以上であることにより、炭素質被膜の被覆効果が充分に得られる。 The coverage of the carbonaceous coating on the primary particles is preferably 60% or more, and more preferably 80% or more. A coverage of 60% or more ensures sufficient coverage of the carbonaceous coating.

また、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料の比表面積に対する炭素担持量([炭素担持量]/[比表面積])は、0.5mg/m以上かつ2.0mg/m以下であることが好ましく、0.7mg/m以上かつ1.6mg/m以下であることがより好ましい。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料における比表面積に対する炭素担持量を上記の範囲に限定した理由は、次の通りである。比表面積に対する炭素担持量が0.5mg/m未満では、リチウムイオン二次電池を形成した場合に高速充放電レートにおける放電容量が低くなり、充分な充放電レート性能を実現することが困難となる。一方、比表面積に対する炭素担持量が2.0mg/mを超えると、炭素量が多すぎて、一次粒子の単位質量当たりのリチウムイオン二次電池の電池容量が必要以上に低下する。
Furthermore, the carbon loading amount relative to the specific surface area of the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment ([carbon loading amount]/[specific surface area]) is preferably 0.5 mg/ m2 or more and 2.0 mg/ m2 or less, and more preferably 0.7 mg/ m2 or more and 1.6 mg/m2 or less .
The reason why the carbon loading amount relative to the specific surface area in the positive electrode material for lithium ion secondary batteries of this embodiment is limited to the above range is as follows: If the carbon loading amount relative to the specific surface area is less than 0.5 mg/ m2 , when a lithium ion secondary battery is formed, the discharge capacity at a high-speed charge/discharge rate will be low, making it difficult to achieve sufficient charge/discharge rate performance. On the other hand, if the carbon loading amount relative to the specific surface area exceeds 2.0 mg/ m2 , the carbon amount will be too high, and the battery capacity of the lithium ion secondary battery per unit mass of the primary particles will be reduced more than necessary.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料の比表面積は、5.0m/g以上かつ20m/g以下であることが好ましく、5.5m/g以上かつ18m/g以下であることがより好ましく、6.0m/g以上かつ16m/g以下であることがさらに好ましい。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料の比表面積を上記の範囲に限定した理由は、次の通りである。比表面積が5.0m/g未満では、結晶内でのリチウムイオンの移動または電子の移動に時間がかかり、よって、内部抵抗が増加し、出力特性が悪化するので好ましくない。一方、比表面積が20m/gを超えると、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量が増加し、充放電容量が低減する。さらに、炭素被覆が困難となり、充分な被覆率の一次粒子を得ることができず、特に低温や高速充放電において良好な質量エネルギー密度が得られないため好ましくない。
The specific surface area of the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment is preferably 5.0 m 2 /g or more and 20 m 2 /g or less, more preferably 5.5 m 2 /g or more and 18 m 2 /g or less, and even more preferably 6.0 m 2 /g or more and 16 m 2 /g or less.
The reason why the specific surface area of the positive electrode material for lithium-ion secondary batteries of this embodiment is limited to the above range is as follows: If the specific surface area is less than 5.0 m 2 /g, it takes a long time for lithium ions or electrons to move within the crystal, which increases internal resistance and deteriorates output characteristics, which is undesirable. On the other hand, if the specific surface area exceeds 20 m 2 /g, the specific surface area of the carbonaceous electrode active material composite particles increases, which increases the mass of carbon required and reduces charge/discharge capacity. Furthermore, carbon coating becomes difficult, making it impossible to obtain primary particles with a sufficient coverage rate, which is undesirable because a good mass energy density cannot be obtained, particularly at low temperatures and at high-speed charge/discharge.

「電極活物質粒子」
オリビン構造を有する電極活物質粒子は、特に限定されないが、例えば、Li拡散に好適な結晶構造を有するLiFe1-y-zPO(但し、AはMn、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種、MはMg、Ca、Co、Sr、Ba、Ti、Zn、V、B、Al、Ga、In、Si、Geおよび希土類元素からなる群から選択される少なくとも1種、0.85≦x≦1.1、0≦y≦0.85、0≦z≦0.2)からなることが好ましい。
"Electrode active material particles"
The electrode active material particles having an olivine structure are not particularly limited, but are preferably made of, for example, Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 (wherein A is at least one selected from the group consisting of Mn, Co, and Ni; M is at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Co, Sr, Ba, Ti, Zn, V, B, Al, Ga, In, Si, Ge, and rare earth elements; 0.85≦x≦1.1, 0≦y≦0.85, 0≦z≦0.2) having a crystal structure suitable for Li diffusion.

LiFe1-y-zPOにおいて、xが、0.85≦x≦1.1を満たすこととした理由は、次の通りである。xが0.85未満であると、負極にリチウムイオンを含まない活物質を用いた場合、電池内のリチウムイオン量が少なくなり、電池容量が低下するので好ましくない。一方、xが1.1を超えると、オリビン構造を保つことができず結晶安定性が低下するので好ましくない。 The reason why x satisfies 0.85≦x≦1.1 in Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 is as follows. If x is less than 0.85, when an active material not containing lithium ions is used in the negative electrode, the amount of lithium ions in the battery decreases, resulting in a decrease in battery capacity, which is undesirable. On the other hand, if x exceeds 1.1, the olivine structure cannot be maintained and crystal stability decreases, which is undesirable.

LiFe1-y-zPOにおいて、yが、0≦y≦0.85を満たすこととした理由は、次の通りである。yが0.85を超えると、Feの比率が小さくなり過ぎるため、結晶内のリチウムイオン拡散速度や電子伝導速度が低下し、入出力特性が低下するため好ましくない。 The reason why y satisfies 0≦y≦0.85 in Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 is as follows: If y exceeds 0.85, the ratio of Fe becomes too small, which undesirably reduces the lithium ion diffusion rate and electron conduction rate within the crystal, thereby degrading input/output characteristics.

LiFe1-y-zPOにおいて、zが、0≦z≦0.2を満たすこととした理由は、次の通りである。zが0.2を超えると、電気化学的に不活性な金属比率が大きくなるので、正極材料の単位質量当たりの電池容量が低下するので好ましくない。 The reason why z satisfies 0≦z≦0.2 in Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 is as follows: if z exceeds 0.2, the ratio of electrochemically inactive metals increases, which is undesirable because it reduces the battery capacity per unit mass of the positive electrode material.

本実施形態におけるLiFe1-y-zPOは、y=0かつz=0であるものが好ましい。すなわち、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料において、電極活物質粒子はLiFePOからなることが好ましい。
電極活物質粒子がLiFePOからなることにより、結晶内のリチウムイオン拡散速度や電子伝導速度が向上し、入出力特性が向上する。
In this embodiment, Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 preferably satisfies y = 0 and z = 0. That is, in the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment, the electrode active material particles are preferably made of LiFePO 4 .
When the electrode active material particles are made of LiFePO4 , the lithium ion diffusion rate and electron conduction rate within the crystal are improved, and the input/output characteristics are improved.

「炭素質被膜」
炭素質被膜は、原料となる有機化合物が炭化することにより得られる熱分解炭素質被膜である。炭素質被膜の原料となる炭素源は、炭素の純度が42.00%以上かつ60.00%以下の有機化合物由来であることが好ましい。
"Carbonaceous film"
The carbonaceous coating is a pyrolytic carbonaceous coating obtained by carbonizing an organic compound as a raw material. The carbon source as a raw material for the carbonaceous coating is preferably derived from an organic compound having a carbon purity of 42.00% or more and 60.00% or less.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料における炭素質被膜の原料となる炭素源の「炭素の純度」の算出方法としては、複数種類の有機化合物を用いる場合、各有機化合物の配合量(質量%)と既知の炭素の純度(%)から、各有機化合物の配合量中の炭素量(質量%)を算出、合算し、その有機化合物の総配合量(質量%)と総炭素量(質量%)から、下記の式(2)に従って算出する方法が用いられる。
炭素の純度(%)=総炭素量(質量%)/総配合量(質量%)×100・・・(2)
In the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment, when a plurality of types of organic compounds are used, the "carbon purity" of the carbon source serving as the raw material for the carbonaceous coating is calculated as follows: the amount of carbon (% by mass) in the amount of each organic compound is calculated from the amount of each organic compound (% by mass) and the known carbon purity (%), and the total amount of carbon (% by mass) is added up; and the "carbon purity" is calculated from the total amount of the organic compounds (% by mass) and the total carbon amount (% by mass) according to the following formula (2).
Carbon purity (%) = total carbon amount (mass%) / total blend amount (mass%) × 100 (2)

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料によれば、メスバウアー分光法により得られるメスバウアースペクトルにおいて、鉄イオンの四極子分裂の高エネルギー側のピークの強度が、鉄イオンの四極子分裂の低エネルギー側のピークの強度よりも大きいため、サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池を得ることができる。 The positive electrode material for lithium ion secondary batteries of this embodiment has a Mössbauer spectrum obtained by Mössbauer spectroscopy, in which the intensity of the peak on the high-energy side of the quadrupole splitting of iron ions is greater than the intensity of the peak on the low-energy side of the quadrupole splitting of iron ions, thereby enabling the production of a lithium ion secondary battery with excellent cycle characteristics.

[リチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法]
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法は、特に限定されないが、例えば、電極活物質粒子がLiFe1-y-zPOからなる場合、Li源、Fe源、A源、M源およびP源を、水を主成分とする溶媒と混合して得られた原料スラリーαを、100℃以上かつ300℃以下の範囲の温度に加熱することで、加圧下にて、LiFe1-y-zPO粒子を合成する工程と、炭素源を含む水溶媒中にLiFe1-y-zPO粒子を分散させてなる原料スラリーβを乾燥して、造粒した後、500℃以上かつ1000℃以下の範囲の温度に加熱することで、LiFe1-y-zPO粒子の表面を炭素質被膜によって被覆する工程と、を有する方法が挙げられる。
[Method of manufacturing a positive electrode material for lithium ion secondary batteries]
The method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to this embodiment is not particularly limited. For example, when the electrode active material particles are composed of Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 , the method includes the steps of: mixing a Li source, an Fe source, an A source, an M source, and a P source with a solvent mainly composed of water to obtain a raw material slurry α; heating the obtained raw material slurry α to a temperature in the range of 100°C or higher and 300°C or lower to synthesize Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 particles under pressure; and drying and granulating raw material slurry β obtained by dispersing the Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 particles in an aqueous solvent containing a carbon source, followed by heating the resulting mixture to a temperature in the range of 500°C or higher and 1000°C or lower to synthesize Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 particles. and a step of coating the surfaces of the particles with a carbonaceous film.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料が、メスバウアー分光法により得られるメスバウアースペクトルにおいて、鉄イオンの四極子分裂の高エネルギー側のピークの強度が、鉄イオンの四極子分裂の低エネルギー側のピークの強度よりも大きくなるように調整する方法としては、特に限定されないが、例えば、水熱合成において、核粒子となる前駆体粒子合成する第1工程と第1工程で得られた前駆体粒子を材料に用い、再度水熱合成を行い、粒成長を促進させることで目的の粒子を形成することができる。 The method for adjusting the positive electrode material for lithium ion secondary batteries of this embodiment so that the intensity of the peak on the high-energy side of the quadrupole splitting of iron ions in a Mössbauer spectrum obtained by Mössbauer spectroscopy is greater than the intensity of the peak on the low-energy side of the quadrupole splitting of iron ions is not particularly limited. For example, in hydrothermal synthesis, the desired particles can be formed by using a first step to synthesize precursor particles that will become nuclei particles, and the precursor particles obtained in the first step as materials, and then performing hydrothermal synthesis again to promote particle growth.

LiFe1-y-zPO粒子の合成方法は特に限定されないが、例えば、Li源、Fe源、A(Mn、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種)源、M(Mg、Ca、Co、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Geおよび希土類元素からなる群から選択される少なくとも1種)源およびP源を、水を主成分とする溶媒に投入し、撹拌してLiFe1-y-zPOの前駆体を含む原料スラリーαを調製する。 The method for synthesizing the Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 particles is not particularly limited, but for example, a Li source, an Fe source, an A (at least one selected from the group consisting of Mn, Co, and Ni) source, an M (at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Co, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, and rare earth elements) source, and a P source are added to a solvent containing water as a main component, and stirred to prepare raw material slurry α containing a precursor of Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 .

これらLi源、Fe源、A源、M源およびP源を、これらのモル比(Li源:Fe源:A源:M源:P源)、すなわち、Li:Fe:A:M:Pのモル比が0.85~5:0.1~2:0~2:0~2:1~2となるように水を主成分とする溶媒に投入し、撹拌・混合して原料スラリーαを調製する。
これらLi源、Fe源、A源、M源およびP源は、均一に混合する点を考慮すると、Li源、Fe源、A源、M源およびP源をそれぞれ、一旦、水溶液の状態とした後、混合することが好ましい。
この原料スラリーαにおけるLi源、Fe源、A源、M源およびP源のモル濃度は、高純度であり、結晶性が高くかつ非常に微細なLiFe1-y-zPO粒子を得る必要があることから、0.1mol/L以上かつ3mol/L以下であることが好ましい。
These Li source, Fe source, A source, M source, and P source are added to a solvent containing water as a main component so that the molar ratio (Li source:Fe source:A source:M source:P source), i.e., the molar ratio of Li:Fe:A:M:P, is 0.85 to 5:0.1 to 2:0 to 2:0 to 2:1 to 2, and the mixture is stirred and mixed to prepare raw material slurry α.
In consideration of uniform mixing of the Li source, Fe source, A source, M source, and P source, it is preferable that the Li source, Fe source, A source, M source, and P source are each first made into an aqueous solution and then mixed.
The molar concentrations of the Li source, Fe source, A source, M source, and P source in this raw material slurry α are preferably 0.1 mol/L or more and 3 mol/L or less, since it is necessary to obtain highly pure, highly crystalline, and very fine Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 particles.

Li源としては、例えば、水酸化リチウム(LiOH)等の水酸化物、炭酸リチウム(LiCO)、塩化リチウム(LiCl)、硝酸リチウム(LiNO)、リン酸リチウム(LiPO)、リン酸水素二リチウム(LiHPO)、リン酸二水素リチウム(LiHPO)等のリチウム無機酸塩、酢酸リチウム(LiCHCOO)、蓚酸リチウム((COOLi))等のリチウム有機酸塩、および、これらの水和物が挙げられる。Li源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。
なお、リン酸リチウム(LiPO)は、Li源およびP源としても用いることができる。
Examples of Li sources include hydroxides such as lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate ( Li2CO3 ), lithium chloride (LiCl) , lithium nitrate (LiNO3) , lithium phosphate ( Li3PO4 ) , dilithium hydrogen phosphate (Li2HPO4), lithium dihydrogen phosphate (LiH2PO4 ) , and other lithium inorganic acid salts, lithium acetate (LiCH3COO ) , lithium oxalate ((COOLi) 2 ), and other lithium organic acid salts, and hydrates thereof. At least one selected from these groups is preferably used as the Li source.
Lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) can also be used as a Li source and a P source.

Fe源としては、例えば、2価Fe化合物としては塩化鉄(II)(FeCl)、硫酸鉄(II)(FeSO)、酢酸鉄(II)(Fe(CHCOO))等の鉄化合物またはその水和物等が用いられ、3価Fe化合物としてはリン酸鉄リチウム(III)(FePO)、硝酸鉄(III)(Fe(NO)、塩化鉄(III)(FeCl)、クエン酸鉄(III)(FeC)等の鉄化合物またはその水和物等が用いられる。2価Fe化合物のみFe源としてもよいし、3価Fe化合物のみをFe源としてもよいし、2価Fe化合物と3価Fe化合物を共にFe源としてもよい。2価Fe化合物と3価Fe化合物を共にFe源とすれば、結晶内に3価のFeを固溶させやすくなるので好ましい。 As the Fe source, for example, as a divalent Fe compound, iron compounds such as iron(II) chloride (FeCl 2 ), iron(II) sulfate (FeSO 4 ), iron(II) acetate (Fe(CH 3 COO) 2 ), or hydrates thereof, are used, and as a trivalent Fe compound, iron compounds such as lithium iron(III) phosphate (FePO 4 ), iron(III) nitrate (Fe(NO 3 ) 3 ), iron(III) chloride (FeCl 3 ), iron(III) citrate (FeC 6 H 5 O 7 ), or hydrates thereof, are used. Only a divalent Fe compound may be used as the Fe source, only a trivalent Fe compound may be used as the Fe source, or both a divalent Fe compound and a trivalent Fe compound may be used as the Fe source. Using both a divalent Fe compound and a trivalent Fe compound as the Fe source is preferable because it makes it easier to form a solid solution of trivalent Fe in the crystal.

Mn源としては、Mn塩が好ましく、例えば、塩化マンガン(II)(MnCl)、硫酸マンガン(II)(MnSO)、硝酸マンガン(II)(Mn(NO)、酢酸マンガン(II)(Mn(CHCOO))、および、これらの水和物が挙げられる。Mn源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The Mn source is preferably a Mn salt, such as manganese(II) chloride ( MnCl2 ), manganese(II) sulfate ( MnSO4 ), manganese(II) nitrate (Mn( NO3 ) 2 ), manganese(II) acetate (Mn( CH3COO ) 2 ), and hydrates thereof. At least one selected from this group is preferably used as the Mn source.

Co源としては、Co塩が好ましく、例えば、塩化コバルト(II)(CoCl)、硫酸コバルト(II)(CoSO)、硝酸コバルト(II)(Co(NO)、酢酸コバルト(II)(Co(CHCOO))、および、これらの水和物が挙げられる。Co源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The Co source is preferably a Co salt, such as cobalt(II) chloride ( CoCl2 ), cobalt(II) sulfate ( CoSO4 ), cobalt(II) nitrate (Co( NO3 ) 2 ), cobalt(II) acetate (Co( CH3COO ) 2 ), or hydrates thereof. At least one selected from these groups is preferably used as the Co source.

Ni源としては、Ni塩が好ましく、例えば、塩化ニッケル(II)(NiCl)、硫酸ニッケル(II)(NiSO)、硝酸ニッケル(II)(Ni(NO)、酢酸ニッケル(II)(Ni(CHCOO))および、これらの水和物が挙げられる。Ni源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The Ni source is preferably a Ni salt, such as nickel(II) chloride (NiCl 2 ), nickel(II) sulfate (NiSO 4 ), nickel(II) nitrate (Ni(NO 3 ) 2 ), nickel(II) acetate (Ni(CH 3 COO) 2 ), or hydrates thereof. At least one selected from these groups is preferably used as the Ni source.

Mg源としては、Mg塩が好ましく、例えば、塩化マグネシウム(II)(MgCl)、硫酸マグネシウム(II)(MgSO)、硝酸マグネシウム(II)(Mg(NO)、酢酸マグネシウム(II)(Mg(CHCOO))、および、これらの水和物が挙げられる。Mg源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The Mg source is preferably a Mg salt, such as magnesium chloride (II) (MgCl 2 ), magnesium sulfate (II) (MgSO 4 ), magnesium nitrate (II) (Mg(NO 3 ) 2 ), magnesium acetate (II) (Mg(CH 3 COO) 2 ), or hydrates thereof. At least one selected from this group is preferably used as the Mg source.

Ca源としては、Ca塩が好ましく、例えば、塩化カルシウム(II)(CaCl)、硫酸カルシウム(II)(CaSO)、硝酸カルシウム(II)(Ca(NO)、酢酸カルシウム(II)(Ca(CHCOO))、および、これらの水和物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The Ca source is preferably a Ca salt, such as calcium chloride (II) (CaCl 2 ), calcium sulfate (II) (CaSO 4 ), calcium nitrate (II) (Ca(NO 3 ) 2 ), calcium acetate (II) (Ca(CH 3 COO) 2 ), or hydrates thereof, and at least one selected from the group consisting of these is preferably used.

Co源としては、Co塩が好ましく、例えば、塩化コバルト(II)(CoCl)、硫酸コバルト(II)(CoSO)、硝酸コバルト(II)(Co(NO)、酢酸コバルト(II)(Co(CHCOO))、および、これらの水和物が挙げられる。Co源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The Co source is preferably a Co salt, such as cobalt(II) chloride ( CoCl2 ), cobalt(II) sulfate ( CoSO4 ), cobalt(II) nitrate (Co( NO3 ) 2 ), cobalt(II) acetate (Co( CH3COO ) 2 ), or hydrates thereof. At least one selected from these groups is preferably used as the Co source.

Sr源としては、Sr塩が好ましく、例えば、炭酸ストロンチウム(SrCo)、硫酸ストロンチウム(SrSO)、水酸化ストロンチウム(Sr(OH))が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The Sr source is preferably a Sr salt, such as strontium carbonate (SrCo 3 ), strontium sulfate (SrSO 4 ), or strontium hydroxide (Sr(OH) 2 ). At least one selected from the group consisting of these is preferably used.

Ba源としては、Ba塩が好ましく、例えば、塩化バリウム(II)(BaCl)、硫酸バリウム(II)(BaSO)、硝酸バリウム(II)(Ba(NO)、酢酸バリウム(II)(Ba(CHCOO))、および、これらの水和物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The Ba source is preferably a Ba salt, such as barium(II) chloride (BaCl 2 ), barium(II) sulfate (BaSO 4 ), barium(II) nitrate (Ba(NO 3 ) 2 ), barium(II) acetate (Ba(CH 3 COO) 2 ), or hydrates thereof, and at least one selected from the group consisting of these is preferably used.

Ti源としては、Ti塩が好ましく、例えば、塩化チタン(TiCl、TiCl、TiCl)、酸化チタン(TiO)、および、これらの水和物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The Ti source is preferably a Ti salt, such as titanium chloride (TiCl 4 , TiCl 3 , TiCl 2 ), titanium oxide (TiO), and hydrates thereof, and at least one selected from the group consisting of these is preferably used.

Zn源としては、Zn塩が好ましく、例えば、塩化亜鉛(II)(ZnCl)、硫酸亜鉛(II)(ZnSO)、硝酸亜鉛(II)(Zn(NO)、酢酸亜鉛(II)(Zn(CHCOO))、および、これらの水和物が挙げられる。Zn源としては、これらの群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The Zn source is preferably a Zn salt, such as zinc chloride (ZnCl 2 ), zinc sulfate (ZnSO 4 ), zinc nitrate (Zn(NO 3 ) 2 ), zinc acetate (Zn(CH 3 COO) 2 ), or hydrates thereof. At least one selected from this group is preferably used as the Zn source.

B源としては、例えば、塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物、酸化物等のホウ素化合物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 Examples of B sources include boron compounds such as chlorides, sulfates, nitrates, acetates, hydroxides, and oxides, and at least one selected from the group consisting of these is preferably used.

Al源としては、例えば、塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物等のアルミニウム化合物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 Examples of the Al source include aluminum compounds such as chlorides, sulfates, nitrates, acetates, and hydroxides, and at least one selected from the group consisting of these is preferably used.

Ga源としては、例えば、塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物等のガリウム化合物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 Ga sources include, for example, gallium compounds such as chlorides, sulfates, nitrates, acetates, and hydroxides, and at least one selected from the group consisting of these is preferably used.

In源としては、例えば、塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物等のインジウム化合物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 Examples of In sources include indium compounds such as chlorides, sulfates, nitrates, acetates, and hydroxides, and at least one selected from the group consisting of these is preferably used.

Si源としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、四塩化珪素(SiCl)、ケイ酸塩、有機ケイ素化合物等が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 Examples of the Si source include sodium silicate, potassium silicate, silicon tetrachloride (SiCl 4 ), silicates, and organic silicon compounds, and at least one selected from the group consisting of these is preferably used.

Ge源としては、例えば、塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物、酸化物等のゲルマニウム化合物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 Examples of Ge sources include germanium compounds such as chlorides, sulfates, nitrates, acetates, hydroxides, and oxides, and at least one selected from the group consisting of these is preferably used.

希土類元素源としては、例えば、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuの塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物、酸化物等が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 Examples of rare earth element sources include chlorides, sulfates, nitrates, acetates, hydroxides, and oxides of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and at least one selected from the group consisting of these is preferably used.

P源としては、例えば、オルトリン酸(HPO)、メタリン酸(HPO)等のリン酸、リン酸二水素アンモニウム(NHPO)、リン酸水素二アンモニウム((NHHPO)、リン酸アンモニウム((NHPO)、リン酸リチウム(LiPO)、リン酸水素二リチウム(LiHPO)、リン酸二水素リチウム(LiHPO)等のリン酸塩、および、これらの水和物の中から選択される少なくとも1種が好適に用いられる。 The P source is preferably at least one selected from phosphoric acids such as orthophosphoric acid (H3PO4 ) and metaphosphoric acid ( HPO3 ), phosphates such as ammonium dihydrogen phosphate ( NH4H2PO4 ), diammonium hydrogen phosphate (( NH4 ) 2HPO4 ), ammonium phosphate (( NH4 ) 3PO4 ), lithium phosphate ( Li3PO4 ) , dilithium hydrogen phosphate ( Li2HPO4 ), and lithium dihydrogen phosphate ( LiH2PO4 ), and hydrates thereof.

水を主成分とする溶媒とは、水単独、あるいは、水を主成分とし、必要に応じてアルコール等の水性溶媒を含む水系溶媒、のいずれかである。
水性溶媒としては、Li源、Fe源、A源、M源およびP源を溶解させることのできる溶媒であれば、特に制限されない。例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール(イソプロピルアルコール:IPA)、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ-ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングルコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングルコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等が挙げられる。これらの水性溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
The solvent containing water as the main component is either water alone or an aqueous solvent containing water as the main component and, if necessary, an aqueous solvent such as alcohol.
The aqueous solvent is not particularly limited as long as it is a solvent that can dissolve the Li source, Fe source, A source, M source, and P source. For example, alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol: IPA), butanol, pentanol, hexanol, octanol, and diacetone alcohol; esters such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, and γ-butyrolactone; ethers such as diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), diethylene glycol monomethyl ether, and diethylene glycol monoethyl ether; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), acetylacetone, and cyclohexanone; amides such as dimethylformamide, N,N-dimethylacetoacetamide, and N-methylpyrrolidone; and glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, and propylene glycol. These aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more.

次いで、この原料スラリーαを耐圧容器に入れ、100℃以上かつ300℃以下、好ましくは100℃以上かつ250℃以下の範囲の温度に加熱し、1時間以上かつ72時間以下、水熱処理を行い、LiFe1-y-zPO粒子を得る。
この場合、水熱処理時の温度および時間を調整することにより、LiFe1-y-zPO粒子の粒子径を所望の大きさに制御することが可能である。
Next, the raw material slurry α is placed in a pressure vessel, heated to a temperature in the range of 100°C or higher and 300°C or lower, preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and subjected to hydrothermal treatment for 1 hour or higher and 72 hours or lower, to obtain Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 particles.
In this case, by adjusting the temperature and time of the hydrothermal treatment, it is possible to control the particle size of the Li x Fe 1-yz A y M z PO 4 particles to a desired size.

次いで、炭素源を含む水溶媒中に、LiFe1-y-zPO粒子を分散させて、原料スラリーβを調製する。
次いで、この原料スラリーβを、乾燥して、造粒した後、500℃以上かつ1000℃以下、好ましくは500℃以上かつ800℃以下の範囲の温度にて、1時間以上かつ100時間以下加熱し、LiFe1-y-zPO粒子の表面を炭素質被膜によって被覆し、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を得る。ここで、500℃未満の温度で加熱した場合、炭素質被膜の炭化が不十分となり、導電性が著しく低下するので好ましくない。一方、1000℃を超える温度で加熱した場合、リチウムが一部揮発し、電池容量が低下するので好ましくない。
Next, the Li x Fe 1-yz A y M z PO 4 particles are dispersed in an aqueous solvent containing a carbon source to prepare raw material slurry β.
Next, this raw material slurry β is dried and granulated, and then heated at a temperature in the range of 500°C or higher and 1000°C or lower, preferably 500°C or higher and 800°C or lower, for 1 hour or higher and 100 hours or lower, to coat the surfaces of the LixFe1 -y- zAyMzPO4 particles with a carbonaceous coating, thereby obtaining the positive electrode material for lithium-ion secondary batteries of this embodiment. Here, heating at a temperature lower than 500°C is not preferred because the carbonaceous coating is insufficiently carbonized and the conductivity is significantly reduced. On the other hand, heating at a temperature higher than 1000°C is not preferred because some of the lithium volatilizes, reducing the battery capacity.

「炭素源」
炭素源としては、電極活物質粒子の表面に炭素質被膜を形成することができる有機化合物であれば特に限定されない。
有機化合物としては、水への溶解性もしくは水への分散性を有する化合物が好ましい。
例えば、サリチル酸、カテコール、ヒドロキノン、レゾルシノール、ピロガロール、フロログルシノール、ヘキサヒドロキシベンゼン、安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、フェニルアラニン、水分散型フェノール樹脂等、スクロース、グルコース、ラクトース等の糖類、リンゴ酸、クエン酸などのカルボン酸、アリルアルコール、プロパルギルアルコール等の不飽和一価アルコール、アスコルビン酸、ポリビニルアルコール等が挙げられ、1種類または2種類以上を混合して炭素の純度を42.00%以上として使用することができる。
"Carbon source"
The carbon source is not particularly limited as long as it is an organic compound that can form a carbonaceous coating on the surface of the electrode active material particles.
The organic compound is preferably a compound that is soluble or dispersible in water.
Examples include salicylic acid, catechol, hydroquinone, resorcinol, pyrogallol, phloroglucinol, hexahydroxybenzene, benzoic acid, phthalic acid, terephthalic acid, phenylalanine, water-dispersible phenolic resins, sugars such as sucrose, glucose, and lactose, carboxylic acids such as malic acid and citric acid, unsaturated monohydric alcohols such as allyl alcohol and propargyl alcohol, ascorbic acid, and polyvinyl alcohol. One or more of these can be mixed to achieve a carbon purity of 42.00% or higher.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法において、炭素源の添加量(添加率)は、電極活物質粒子と炭素源の合計質量を100質量%とした場合に、0.5質量%以上かつ15質量%以下であることが好ましく、1質量%以上かつ10質量%以下がより好ましい。 In the method for producing a positive electrode material for a lithium-ion secondary battery of this embodiment, the amount of carbon source added (addition rate) is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, where the total mass of the electrode active material particles and the carbon source is 100% by mass.

炭素源の添加量が0.5質量%未満であると、リチウムイオン二次電池用正極材料における混合安定性が低下するため好ましくない。一方、炭素源の添加量が15質量%を超えると、相対的に正極活物質の含有量が少なくなり、電池特性が低下するため好ましくない。 Addition of less than 0.5% by mass of carbon source is undesirable because it reduces the mixing stability of the positive electrode material for lithium-ion secondary batteries. On the other hand, addition of more than 15% by mass of carbon source is undesirable because it reduces the relative content of positive electrode active material and reduces battery performance.

また、炭素源として、複数種類の有機化合物を用いる場合、その有機化合物の炭素の純度が42.00%以上かつ60.00%以下となるように、上述のように、各有機化合物の配合量を調整する。 Furthermore, when multiple types of organic compounds are used as carbon sources, the amounts of each organic compound are adjusted as described above so that the carbon purity of the organic compounds is 42.00% or more and 60.00% or less.

[リチウムイオン二次電池用正極]
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極は、電極集電体と、その電極集電体上に形成された正極合剤層(正極)と、を備え、正極合剤層が、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有するものである。
すなわち、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いて、電極集電体の一主面に正極合剤層が形成されてなるものである。
[Positive electrode for lithium ion secondary battery]
The positive electrode for a lithium ion secondary battery of this embodiment includes an electrode current collector and a positive electrode mixture layer (positive electrode) formed on the electrode current collector, and the positive electrode mixture layer contains the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment.
That is, the positive electrode for a lithium ion secondary battery of this embodiment is formed by using the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment and forming a positive electrode mixture layer on one main surface of an electrode current collector.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極の製造方法は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いて、電極集電体の一主面に正極を形成できる方法であれば特に限定されない。本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極の製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
まず、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料と、結着剤と、導電助剤と、溶媒とを混合してなる、リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストを調製する。
The method for producing the positive electrode for a lithium ion secondary battery of this embodiment is not particularly limited as long as it is a method that can form a positive electrode on one main surface of an electrode current collector using the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment. Examples of the method for producing the positive electrode for a lithium ion secondary battery of this embodiment include the following methods.
First, a positive electrode material paste for a lithium ion secondary battery is prepared by mixing the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment, a binder, a conductive additive, and a solvent.

「結着剤」
結着剤、すなわちバインダー樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)樹脂、フッ素ゴム等が好適に用いられる。
"Binder"
As the binder, that is, the binder resin, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, polyvinylidene fluoride (PVdF) resin, fluororubber, etc. are preferably used.

リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストにおける結着剤の含有率は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極材料と結着剤と導電助剤の合計質量を100質量%とした場合に、1質量%以上かつ10質量%以下であることが好ましく、2質量%以上かつ6質量%以下であることがより好ましい。 The binder content in the positive electrode material paste for lithium ion secondary batteries is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 2% by mass or more and 6% by mass or less, where the total mass of the positive electrode material for lithium ion secondary batteries, binder, and conductive additive according to this embodiment is taken as 100% by mass.

「導電助剤」
導電助剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ等の繊維状炭素の群から選択される少なくとも1種が用いられる。
"Conductive additive"
The conductive additive is not particularly limited, but for example, at least one selected from the group consisting of acetylene black, ketjen black, furnace black, vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotubes, and other fibrous carbons is used.

リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストにおける導電助剤の含有率は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極材料と結着剤と導電助剤の合計質量を100質量%とした場合に、1質量%以上かつ15質量%以下であることが好ましく、3質量%以上かつ10質量%以下であることがより好ましい。 The content of the conductive additive in the positive electrode material paste for lithium ion secondary batteries is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 10% by mass or less, where the total mass of the positive electrode material for lithium ion secondary batteries, binder, and conductive additive according to this embodiment is taken as 100% by mass.

「溶媒」
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極材料を含むリチウムイオン二次電池用正極材料ペーストでは、電極集電体等の被塗布物に対して塗布し易くするために、溶媒を適宜添加してもよい。
電極形成用塗料または電極形成用ペーストに用いる溶媒としては、バインダー樹脂の性質に合わせて適宜選択すればよい。
溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール(イソプロピルアルコール:IPA)、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ-ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングルコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングルコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等を挙げることができる。これらは、1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
"solvent"
A solvent may be added appropriately to the lithium ion secondary battery positive electrode material paste containing the lithium ion secondary battery positive electrode material according to this embodiment to facilitate application to an object to be applied, such as an electrode current collector.
The solvent used in the electrode-forming paint or electrode-forming paste may be appropriately selected in accordance with the properties of the binder resin.
Examples of the solvent include alcohols such as water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol: IPA), butanol, pentanol, hexanol, octanol, and diacetone alcohol; esters such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, and γ-butyrolactone; ethers such as diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), diethylene glycol monomethyl ether, and diethylene glycol monoethyl ether; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), acetylacetone, and cyclohexanone; amides such as dimethylformamide, N,N-dimethylacetoacetamide, and N-methylpyrrolidone; and glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, and propylene glycol. These may be used alone or in combination of two or more.

リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストにおける溶媒の含有率は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極材料と結着剤と溶媒の合計質量を100質量部とした場合に、60質量部以上かつ400質量部以下であることが好ましく、80質量部以上かつ300質量部以下であることがより好ましい。
上記の範囲で溶媒が含有されることにより、電極形成性に優れ、かつ電池特性に優れた、リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストを得ることができる。
The content of the solvent in the positive electrode material paste for lithium ion secondary batteries is preferably 60 parts by mass or more and 400 parts by mass or less, and more preferably 80 parts by mass or more and 300 parts by mass or less, when the total mass of the positive electrode material for lithium ion secondary batteries according to the present embodiment, the binder, and the solvent is taken as 100 parts by mass.
By containing the solvent in the above range, it is possible to obtain a positive electrode material paste for a lithium ion secondary battery that has excellent electrode formability and excellent battery characteristics.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料と、結着剤と、導電助剤と、溶媒とを混合する方法としては、これらの成分を均一に混合できる方法であれば特に限定されない。例えば、ボールミル、サンドミル、プラネタリー(遊星式)ミキサー、ペイントシェーカー、ホモジナイザー等の混錬機を用いた方法が挙げられる。 The method for mixing the positive electrode material for a lithium-ion secondary battery of this embodiment, the binder, the conductive additive, and the solvent is not particularly limited as long as it is a method that can uniformly mix these components. Examples include methods using a kneading machine such as a ball mill, sand mill, planetary mixer, paint shaker, or homogenizer.

次いで、リチウムイオン二次電池用正極材料ペーストを、電極集電体の一主面に塗布して塗膜とし、この塗膜を乾燥し、次いで、加圧圧着することにより、電極集電体の一主面に正極合剤層が形成されたリチウムイオン二次電池用正極を得ることができる。 Next, the positive electrode material paste for lithium ion secondary batteries is applied to one main surface of the electrode current collector to form a coating film, which is then dried and pressed together to obtain a positive electrode for lithium ion secondary batteries in which a positive electrode mixture layer is formed on one main surface of the electrode current collector.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極によれば、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有しているため、サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池を得ることができる。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery of this embodiment contains the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of this embodiment, making it possible to obtain a lithium ion secondary battery with excellent cycle characteristics.

[リチウムイオン二次電池]
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極と、負極と、セパレータと、電解液とを備えてなる。
[Lithium-ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery of this embodiment includes the positive electrode for a lithium ion secondary battery of this embodiment, a negative electrode, a separator, and an electrolyte solution.

本実施形態のリチウムイオン二次電池では、負極、電解液、セパレータ等は特に限定されない。
負極としては、例えば、金属Li、炭素材料、Li合金、LiTi12等の負極材料を用いることができる。
また、電解液とセパレータの代わりに、固体電解質を用いてもよい。
In the lithium ion secondary battery of this embodiment, the negative electrode, the electrolyte, the separator, and the like are not particularly limited.
As the negative electrode, for example, a negative electrode material such as metallic Li, a carbon material, a Li alloy, or Li 4 Ti 5 O 12 can be used.
Moreover, a solid electrolyte may be used instead of the electrolytic solution and the separator.

電解液は、例えば、エチレンカーボネート(EC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)とを、体積比で1:1となるように混合し、得られた混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を、例えば、濃度1モル/dmとなるように溶解することで作製することができる。
セパレータとしては、例えば、多孔質プロピレンを用いることができる。
The electrolyte solution can be prepared by, for example, mixing ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 1:1, and dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in the resulting mixed solvent to a concentration of, for example, 1 mol/dm 3 .
The separator may be made of, for example, porous propylene.

本実施形態のリチウムイオン二次電池では、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極を備えるため、サイクル特性に優れる。 The lithium-ion secondary battery of this embodiment has excellent cycle characteristics because it includes the positive electrode for a lithium-ion secondary battery of this embodiment.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、実施例に記載の形態に限定されるものではない。 The present invention will be specifically explained below using examples and comparative examples. Note that the present invention is not limited to the embodiments described in the examples.

〔リチウムイオン二次電池用正極材料の製造〕
[実施例1]
Li源としてLiOH、P源としてNHPO、Fe源としてFeSO・7HOを用い、これらを物質量比でLi:Fe:P=3:1:1となるように純水に混合して、200mLの均一なスラリー状の混合物を調製した。
次いで、この混合物を容量500mLの耐圧密閉容器に入れ、170℃にて2時間、水熱合成を行った。この反応後に、室温(25℃)になるまで冷却して、沈殿しているケーキ状態の反応生成物を得た。この反応生成物を蒸留水で複数回、十分に水洗し、乾燥しないように含水率を30%に保持して、前駆物質とした。
さらに、再度、上記と同様に、スラリー状の混合物を200mL調製した。そのスラリー状の混合物に前駆物質を2g添加し、容量500mLの耐圧密閉容器に入れ、170℃にて12時間、2回目の水熱合成を行った。この反応後に、室温(25℃)になるまで冷却して、沈殿しているケーキ状態の反応生成物を得た。この反応生成物を蒸留水で複数回、十分に水洗し、乾燥しないように含水率を30%に保持して、ケーキ状物質とした。ケーキ状物質を若干量採取し、70℃にて2時間真空乾燥させて、得られた粉末をX線回折で測定したところ、単相のLiFePOが形成されていることが確認された。
得られたケーキ状LiFePO(電極活物質)20gと、炭素源としてポリビニルアルコール0.73gとを、総量が100gとなるように水と混合し、直径0.1mmのジルコニアビーズ150gとともに、ビーズミルを行い、分散粒径(d50)が100nmとなるスラリー(混合物)を得た。
その後、スプレードライヤーを用いて、乾燥出口温度が60℃となる温度で乾燥、造粒し、造粒粉を得た。
得られた造粒粉を窒素雰囲気のロータリーキルンを用いて、700℃にて1時間、熱処理を行い、炭素質被覆された造粒体(以下、「炭素質被覆造粒体」と言う。)を得た。
得られた炭素質被覆造粒体を、ジェットミル装置(商品名:SJ-100、日清エンジニアリング社製)を用いて、供給速度180g/時間の条件で解砕し、炭素質被覆された電極活物質(以下、「炭素質被覆電極活物質」と言う。)を含む正極材料を得た。
[Production of positive electrode material for lithium ion secondary batteries]
[Example 1]
LiOH was used as the Li source, NH 4 H 2 PO 4 as the P source, and FeSO 4.7H 2 O as the Fe source, and these were mixed with pure water in a substance ratio of Li:Fe:P=3:1:1 to prepare 200 mL of a uniform slurry mixture.
Next, this mixture was placed in a 500 mL pressure-resistant sealed container and subjected to hydrothermal synthesis at 170°C for 2 hours. After this reaction, the mixture was cooled to room temperature (25°C) to obtain a precipitated cake-like reaction product. This reaction product was thoroughly washed multiple times with distilled water and the water content was kept at 30% to prevent it from drying out, and used as a precursor.
Furthermore, 200 mL of a slurry mixture was prepared again in the same manner as above. 2 g of precursor material was added to the slurry mixture, which was then placed in a 500 mL pressure-resistant sealed container and subjected to a second hydrothermal synthesis at 170 °C for 12 hours. After this reaction, the mixture was cooled to room temperature (25 °C) to obtain a precipitated cake-like reaction product. This reaction product was thoroughly washed with distilled water multiple times, and the moisture content was maintained at 30% to prevent drying, resulting in a cake-like substance. A small amount of the cake-like substance was collected and vacuum-dried at 70 °C for 2 hours. The resulting powder was analyzed by X-ray diffraction, confirming the formation of single-phase LiFePO 4 .
20 g of the resulting cake-like LiFePO4 (electrode active material) and 0.73 g of polyvinyl alcohol as a carbon source were mixed with water to a total amount of 100 g, and the mixture was milled with 150 g of zirconia beads having a diameter of 0.1 mm to obtain a slurry (mixture) with a dispersed particle size (d50) of 100 nm.
Thereafter, the mixture was dried and granulated using a spray dryer at a temperature such that the drying outlet temperature was 60°C, to obtain a granulated powder.
The obtained granulated powder was heat-treated at 700° C. for 1 hour using a rotary kiln in a nitrogen atmosphere to obtain granules coated with carbonaceous material (hereinafter referred to as "carbonaceous coated granules").
The obtained carbonaceous-coated granules were pulverized using a jet mill (product name: SJ-100, manufactured by Nisshin Engineering Inc.) at a feed rate of 180 g/hour to obtain a positive electrode material containing a carbonaceous-coated electrode active material (hereinafter referred to as "carbonaceous-coated electrode active material").

[実施例2]
2回目の水熱合成時に添加する前駆物質の量を1gにしたこと以外は実施例1と同様にして、炭素質被覆電極活物質を含む正極材料を得た。
[Example 2]
A positive electrode material containing a carbonaceous-coated electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of the precursor added in the second hydrothermal synthesis was 1 g.

[実施例3]
2回目の水熱合成時に添加する前駆物質の量を4gにしたこと以外は実施例1と同様にして、炭素質被覆電極活物質を含む正極材料を得た。
[Example 3]
A positive electrode material containing a carbonaceous-coated electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of the precursor added in the second hydrothermal synthesis was changed to 4 g.

[比較例1]
Li源としてLiOH、P源としてNHPO、Fe源としてFeSO・7HOを用い、これらを物質量比でLi:Fe:P=3:1:1となるように純水に混合して、200mLの均一なスラリー状の混合物を調製した。
次いで、この混合物を容量500mLの耐圧密閉容器に入れ、170℃にて12時間、水熱合成を行った。この反応後に、室温(25℃)になるまで冷却して、沈殿しているケーキ状態の反応生成物を得た。この反応生成物を蒸留水で複数回、十分に水洗し、乾燥しないように含水率を30%に保持して、ケーキ状物質とした。ケーキ状物質を若干量採取し、70℃にて2時間真空乾燥させて、得られた粉末をX線回折で測定したところ、単相のLiFePOが形成されていることが確認された。
得られたケーキ状LiFePO(電極活物質)20gと、炭素源としてポリビニルアルコール0.73gとを、総量が100gとなるように水と混合し、直径0.1mmのジルコニアビーズ150gとともに、ビーズミルを行い、分散粒径(d50)が100nmとなるスラリー(混合物)を得た。
その後、スプレードライヤーを用いて、乾燥出口温度が60℃となる温度で乾燥、造粒し、造粒粉を得た。
得られた造粒粉を窒素雰囲気のロータリーキルンを用いて、800℃にて1時間、熱処理を行い、炭素質被覆造粒体を得た。
得られた炭素質被覆造粒体を、ジェットミル装置(商品名:SJ-100、日清エンジニアリング社製)を用いて、供給速度180g/時間の条件で解砕し、炭素質被覆電極活物質を含む正極材料を得た。
[Comparative Example 1]
LiOH was used as the Li source, NH 4 H 2 PO 4 as the P source, and FeSO 4.7H 2 O as the Fe source, and these were mixed with pure water in a substance ratio of Li:Fe:P=3:1:1 to prepare 200 mL of a uniform slurry mixture.
Next, this mixture was placed in a 500 mL pressure-resistant sealed container and subjected to hydrothermal synthesis at 170°C for 12 hours. After this reaction, the mixture was cooled to room temperature (25°C) to obtain a precipitated cake-like reaction product. This reaction product was thoroughly washed with distilled water multiple times, and the moisture content was maintained at 30% to prevent drying, resulting in a cake-like substance. A small amount of the cake-like substance was collected and vacuum-dried at 70°C for 2 hours. The resulting powder was analyzed by X-ray diffraction, confirming the formation of single-phase LiFePO4 .
20 g of the resulting cake-like LiFePO4 (electrode active material) and 0.73 g of polyvinyl alcohol as a carbon source were mixed with water to a total amount of 100 g, and the mixture was milled with 150 g of zirconia beads having a diameter of 0.1 mm to obtain a slurry (mixture) with a dispersed particle size (d50) of 100 nm.
Thereafter, the mixture was dried and granulated using a spray dryer at a temperature such that the drying outlet temperature was 60°C, to obtain a granulated powder.
The resulting granulated powder was heat treated at 800° C. for 1 hour using a rotary kiln in a nitrogen atmosphere to obtain carbonaceous coated granules.
The obtained carbonaceous-coated granules were pulverized using a jet mill (product name: SJ-100, manufactured by Nisshin Engineering Co., Ltd.) at a feed rate of 180 g/hour to obtain a positive electrode material containing a carbonaceous-coated electrode active material.

[比較例2]
熱処理温度を700℃にし、ジェットミル装置での解砕を実施しなかったこと以外は比較例1と同様にして、炭素質被覆電極活物質を含む正極材料を得た。
[Comparative Example 2]
A positive electrode material containing a carbonaceous-coated electrode active material was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the heat treatment temperature was set to 700° C. and crushing with a jet mill was not performed.

[比較例3]
炭素源の添加量を2.5gにしたこと以外は比較例2と同様にして、炭素質被覆電極活物質を含む正極材料を得た。
[Comparative Example 3]
A positive electrode material containing a carbonaceous-coated electrode active material was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that the amount of carbon source added was 2.5 g.

「評価」
実施例1~実施例3および比較例1~比較例3で得られた正極材料について、下記の評価を行った。結果を表1に示す。
"evaluation"
The following evaluations were carried out on the positive electrode materials obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. The results are shown in Table 1.

〔リチウムイオン二次電池用正極材料の評価〕
(1)正極材料の粒度分布
正極材料を水に分散させ、分散液に含まれる正極材料の粒度分布を、粒度分布計(商品名:LA-920、株式会社堀場製作所製)を用い、JIS Z8825「粒子径解析-レーザー回折・散乱法」に準ずる方法で測定した。
[Evaluation of cathode materials for lithium-ion secondary batteries]
(1) Particle Size Distribution of Positive Electrode Material The positive electrode material was dispersed in water, and the particle size distribution of the positive electrode material contained in the dispersion was measured using a particle size distribution meter (product name: LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.) according to a method conforming to JIS Z8825 "Particle Size Analysis - Laser Diffraction and Scattering Method."

(2)一次粒子の平均粒子径の測定
電極活物質粒子と、電極活物質粒子の表面に形成された炭素質被膜とを含む一次粒子の平均粒子径を、走査型電子顕微鏡像(SEM)観察により測定した200個以上の一次粒子の粒子径を個数平均することで求めた。
(2) Measurement of Average Particle Diameter of Primary Particles The average particle diameter of primary particles including electrode active material particles and carbonaceous coatings formed on the surfaces of the electrode active material particles was determined by averaging the particle diameters of 200 or more primary particles measured by scanning electron microscope (SEM) observation.

(3)炭素質被膜の厚さの測定
炭素質被膜の厚さを、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により、30視野での各被覆炭素層の厚さを平均することで求めた。
(3) Measurement of Carbonaceous Coating Thickness The thickness of the carbonaceous coating was determined by averaging the thickness of each coated carbon layer in 30 fields of view through observation with a transmission electron microscope (TEM).

(4)メスバウアースペクトル測定
実施例1~実施例3および比較例1~比較例3の正極材料について、メスバウアー分光法によるメスバウアー分光分析を行った。メスバウアースペクトルを透過法により測定した。詳細を下記に示す。
測定方法:等加速モード、室温、常圧下
線源:57Co/Rh マトリクス、1.85[GBq]
速度軸検量の方法:純鉄箔の室温でのスペクトルの6本の磁気分裂ピークのうち、内側4本のピーク中心位置をX2、X3、X4、X5[channel]として、下記の式で求めた。
X0[channel]=(X2+X3+X4+X5)/4
Γ[channel]=20.422/{0.0835(X5-X2)+0.8385(X4-X3)}
このメスバウアー分光分析により得られたスペクトルがローレンツ型の理論線型式で近似できるものとし、数値計算ソフトを用いたフィッティングを行い、各ピークの強度を算出した。強度比は高エネルギー側のピーク強度/低エネルギー側のピーク強度として算出した。
図2に、実施例1の正極材料のメスバウアースペクトルを示す。図3に、比較例1の正極材料のメスバウアースペクトルを示す。
(4) Mössbauer Spectroscopic Measurement The positive electrode materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to Mössbauer spectroscopic analysis by Mössbauer spectroscopy. The Mössbauer spectra were measured by a transmission method. The details are shown below.
Measurement method: constant acceleration mode, room temperature, normal pressure. Radiation source: 57 Co/Rh matrix, 1.85 [GBq]
Velocity axis calibration method: Of the six magnetic split peaks in the spectrum of pure iron foil at room temperature, the center positions of the four inner peaks were designated as X2, X3, X4, and X5 [channels], and the velocity axis was calculated using the following formula.
X0[channel]=(X2+X3+X4+X5)/4
Γ[channel]=20.422/{0.0835(X5-X2)+0.8385(X4-X3)}
The spectrum obtained by this Mössbauer spectroscopy analysis was assumed to be approximated by a theoretical Lorentzian linear equation, and fitting was performed using numerical calculation software to calculate the intensity of each peak. The intensity ratio was calculated as the peak intensity on the high-energy side/the peak intensity on the low-energy side.
2 shows the Mössbauer spectrum of the positive electrode material of Example 1. FIG. 3 shows the Mössbauer spectrum of the positive electrode material of Comparative Example 1.

〔リチウムイオン二次電池の作製〕
実施例1~実施例3および比較例1~比較例3の正極材料を用いて、リチウムイオン二次電池を作製した。
溶媒であるN-メチル-2-ピロリジノン(NMP)に、正極材料と、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、ペースト中の質量比で、正極材料:AB:PVdF=90:5:5となるように加えて、これらを混合し、正極材料ペーストを調製した。
次いで、この正極材料ペーストを、厚さ30μmのアルミニウム箔(電極集電体)の表面に塗布して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥し、塗膜が所定の密度となるように圧着して、アルミニウム箔の表面に正極合剤層を形成し、アルミニウム箔と正極合剤層とを有する正極板を得た。
その後、正極板を、成形機を用いて正極面積が9cmの正方形の周りにタブしろを有する板状に打ち抜いた。さらに、タブしろにタブを溶接して試験電極(正極)を作製した。
[Fabrication of Lithium-ion Secondary Battery]
Using the positive electrode materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, lithium ion secondary batteries were fabricated.
A positive electrode material paste was prepared by adding a positive electrode material, acetylene black (AB) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder to N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) as a solvent so that the mass ratio in the paste was positive electrode material:AB:PVdF=90:5:5, and mixing them.
Next, this positive electrode material paste was applied to the surface of an aluminum foil (electrode current collector) having a thickness of 30 μm to form a coating film, and the coating film was dried and pressed so that the coating film had a predetermined density, forming a positive electrode mixture layer on the surface of the aluminum foil, thereby obtaining a positive electrode plate having the aluminum foil and the positive electrode mixture layer.
Thereafter, the positive electrode plate was punched using a molding machine into a plate shape having a tab margin around a square with a positive electrode area of 9 cm 2. Furthermore, a tab was welded to the tab margin to prepare a test electrode (positive electrode).

次いで、溶媒である純水に、負極活物質としての天然黒鉛と、結着剤としてのスチレンブタジエンラテックス(SBR)と、粘度調整材としてカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、ペーストの質量比で、天然黒鉛:SBR:CMC=98:1:1となるように加えて、これらを混合し、負極材料ペースト(負極用)を調製した。
調製した負極材料ペースト(負極用)を、厚さ10μmの銅箔(集電体)の表面に塗布して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥し、銅箔表面に負極合剤層を形成し、銅箔と負極合剤層とを有する負極板を得た。
その後、負極板を、成形機を用いて負極面積9cmの正方形の周りにタブしろを有する板状に打ち抜いた。さらに、タブしろにタブを溶接して負極を作製した。
Next, natural graphite as the negative electrode active material, styrene butadiene latex (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a viscosity adjuster were added to pure water as a solvent so that the mass ratio of the paste was natural graphite:SBR:CMC = 98:1:1, and these were mixed to prepare a negative electrode material paste (for negative electrode).
The prepared negative electrode material paste (for negative electrode) was applied to the surface of a copper foil (current collector) having a thickness of 10 μm to form a coating film, and the coating film was dried to form a negative electrode mixture layer on the surface of the copper foil, thereby obtaining a negative electrode plate having the copper foil and the negative electrode mixture layer.
Thereafter, the negative electrode plate was punched using a molding machine into a plate shape having a tab margin around a square having a negative electrode area of 9 cm 2. Furthermore, a tab was welded to the tab margin to prepare a negative electrode.

作製した正極と負極とを、多孔質ポリプロピレンからなる厚さ25μmのセパレータを介して対向させ、非水電解液(非水電解質溶液)としての1mol/Lのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)溶液500mLに浸漬した後、ラミネートフィルムにて封止して、リチウムイオン二次電池を作製した。LiPF溶液としては、炭酸エチレンと、炭酸ジエチルとを、体積比で1:1となるように混合したものを用いた。 The positive and negative electrodes were placed opposite each other with a 25 μm thick porous polypropylene separator interposed between them, and the resulting battery was immersed in 500 mL of a 1 mol/L lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) solution as a non-aqueous electrolyte solution, followed by sealing with a laminate film to produce a lithium ion secondary battery. The LiPF 6 solution was a 1:1 volumetric mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate.

〔リチウムイオン二次電池の評価〕
(1)容量維持率の測定
環境温度25℃にて、充電電流を2C、放電電流を2Cとして、定電流充放電により放電容量を測定し、測定された値を初期放電容量とした。
その後、環境温度を45℃に設定し、充電電流を2C、放電電流を2Cとして、定電流充放電を600回行い、その後、再度、環境温度を25℃にて、充電電流を2C、放電電流を2Cとして、定電流充放電により放電容量を測定し、サイクル後の放電容量を得た。
下記の式(3)に従って、サイクル試験による容量維持率を算出した。
サイクル試験容量維持率=サイクル後の放電容量/初期放電容量 (3)
[Evaluation of Lithium-ion Secondary Batteries]
(1) Measurement of Capacity Retention Rate The discharge capacity was measured by constant current charging and discharging at an ambient temperature of 25° C., with a charge current of 2 C and a discharge current of 2 C, and the measured value was taken as the initial discharge capacity.
Thereafter, the ambient temperature was set to 45°C, and constant current charging and discharging was performed 600 times with a charging current of 2C and a discharging current of 2C. Thereafter, the ambient temperature was set to 25°C, and the charging current was set to 2C and a discharging current was set to 2C again, and the discharge capacity was measured by constant current charging and discharging to obtain the discharge capacity after cycling.
The capacity retention rate after the cycle test was calculated according to the following formula (3).
Cycle test capacity retention rate = discharge capacity after cycling / initial discharge capacity (3)

表1に示す結果から、実施例1~実施例3のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いたリチウムイオン二次電池は、鉄イオンの四極子分裂の高エネルギー側のピークの強度が、鉄イオンの四極子分裂の低エネルギー側のピークの強度よりも大きいため、サイクル試験容量維持率が高く、サイクル特性に優れる。
一方、比較例1~比較例3のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いたリチウムイオン二次電池は、鉄イオンの四極子分裂の高エネルギー側のピークの強度と、鉄イオンの四極子分裂の低エネルギー側のピークの強度とが等しいため、サイクル試験容量維持率が低く、サイクル特性に劣る。なお、比較例3のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いたリチウムイオン二次電池と実施例2のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いたリチウムイオン二次電池とは、サイクル試験容量維持率が等しいが、比較例3のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いたリチウムイオン二次電池は1サイクル目容量が低く、その点において、実施例2のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いたリチウムイオン二次電池よりも性能が劣る。
From the results shown in Table 1, the lithium ion secondary batteries using the lithium ion secondary battery positive electrode materials of Examples 1 to 3 have a higher peak intensity on the high-energy side of the quadrupole splitting of iron ions than the peak intensity on the low-energy side of the quadrupole splitting of iron ions, and therefore have a high capacity retention rate in the cycle test and excellent cycle characteristics.
On the other hand, the lithium ion secondary batteries using the lithium ion secondary battery positive electrode materials of Comparative Examples 1 to 3 have a low cycle test capacity retention rate and poor cycle characteristics because the peak intensity on the high-energy side of the quadrupole splitting of iron ions is equal to the peak intensity on the low-energy side of the quadrupole splitting of iron ions. Note that the lithium ion secondary battery using the lithium ion secondary battery positive electrode material of Comparative Example 3 and the lithium ion secondary battery using the lithium ion secondary battery positive electrode material of Example 2 have the same cycle test capacity retention rate, but the lithium ion secondary battery using the lithium ion secondary battery positive electrode material of Comparative Example 3 has a low first cycle capacity and, in this respect, is inferior in performance to the lithium ion secondary battery using the lithium ion secondary battery positive electrode material of Example 2.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料は、リチウムイオン二次電池の正極として有用である。 The positive electrode material for lithium ion secondary batteries of the present invention is useful as a positive electrode for lithium ion secondary batteries.

Claims (5)

オリビン構造を有し、LiFe1-y-zPO(但し、AはMn、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種、MはMg、Ca、Co、Sr、Ba、Ti、Zn、V、B、Al、Ga、In、Si、Geおよび希土類元素からなる群から選択される少なくとも1種、0.85≦x≦1.1、0≦y≦0.85、0≦z≦0.2)からなる電極活物質粒子の表面に炭素質被膜が形成された一次粒子と、該一次粒子が複数個集合した凝集粒子と、を含み、
メスバウアー分光法により得られるメスバウアースペクトルにおいて、
鉄イオンの四極子分裂の高エネルギー側のピークの強度が、鉄イオンの四極子分裂の低エネルギー側のピークの強度よりも大きく、
レーザー式回折粒度分布測定装置を用い、JIS Z8825「粒子径解析-レーザー回折・散乱法」に準ずる方法で測定された平均粒子径が0.3μm以上5.0μm以下であり、
前記低エネルギー側のピークの強度Aに対する、前記高エネルギー側のピークの強度Bの比(ピーク強度B/ピーク強度A)が、1.04以上である、リチウムイオン二次電池用正極材料。
the electrode active material has an olivine structure and comprises primary particles having a carbonaceous coating formed on the surface thereof, the primary particles being made of Li x Fe 1-y-z A y M z PO 4 (wherein A is at least one selected from the group consisting of Mn, Co and Ni, M is at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Co, Sr, Ba, Ti, Zn, V, B, Al, Ga, In, Si, Ge and rare earth elements, 0.85≦x≦1.1, 0≦y≦0.85, 0≦z≦0.2), and agglomerated particles in which a plurality of the primary particles are aggregated together,
In the Mössbauer spectrum obtained by Mössbauer spectroscopy,
The intensity of the peak on the high-energy side of the quadrupole splitting of the iron ion is greater than the intensity of the peak on the low-energy side of the quadrupole splitting of the iron ion,
The average particle size measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer in accordance with JIS Z8825 "Particle size analysis - laser diffraction and scattering method" is 0.3 μm or more and 5.0 μm or less,
A positive electrode material for a lithium ion secondary battery, wherein the ratio of the intensity B of the peak on the high energy side to the intensity A of the peak on the low energy side (peak intensity B/peak intensity A) is 1.04 or more .
前記一次粒子が、平均粒子径が50nm以上500nm以下である、請求項に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。 2. The positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein the primary particles have an average particle size of 50 nm or more and 500 nm or less. 前記炭素質被膜の厚さが0.5nm以上10nm以下である、請求項またはに記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。 3. The positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein the carbonaceous coating has a thickness of 0.5 nm or more and 10 nm or less. 電極集電体と、該電極集電体上に形成された正極合剤層と、を備えたリチウムイオン二次電池用正極であって、
前記正極合剤層は、請求項1~のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有する、リチウムイオン二次電池用正極。
A positive electrode for a lithium ion secondary battery comprising: an electrode current collector; and a positive electrode mixture layer formed on the electrode current collector,
A positive electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the positive electrode mixture layer contains the positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3 .
正極、負極および非水電解質を有するリチウムイオン二次電池であって、
正極として、請求項に記載のリチウムイオン二次電池用正極を備えた、リチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
A lithium ion secondary battery comprising the positive electrode for lithium ion secondary batteries according to claim 4 as a positive electrode.
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