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JP2018116856A - Positive electrode active material for lithium ion secondary battery - Google Patents

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JP2018116856A JP2017007260A JP2017007260A JP2018116856A JP 2018116856 A JP2018116856 A JP 2018116856A JP 2017007260 A JP2017007260 A JP 2017007260A JP 2017007260 A JP2017007260 A JP 2017007260A JP 2018116856 A JP2018116856 A JP 2018116856A
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Abstract

【課題】スピネル型LiNiMn系複合酸化物の表面が、オリビン型リチウム金属リン酸化物で被覆されたコアシェル構造のリチウムイオン二次電池用正極活物質であって、リチウムイオン二次電池の容量劣化の抑制と、電池抵抗の低減とを可能にする正極活物質を提供する。【解決手段】ここに開示されるリチウムイオン二次電池用正極活物質は、コア部と殻部とを有する。コア部はLi1+xNi0.5Mn1.5O4(式中、0.05≦x≦0.3、特定の元素やアニオンがドープされていてもよい)で表される組成とスピネル型結晶構造を有する複合酸化物より構成されている。殻部はLi1+yMPO4(式中、0.05≦y≦0.3、Mは、Fe、Mn、Ni、およびCoからなる群より選択される少なくとも一種であり、特定の元素やアニオンがドープされていてもよい)で表される組成とオリビン型結晶構造を有するリン酸化物より構成されている。【選択図】図1A positive electrode active material for a lithium-ion secondary battery having a core-shell structure in which the surface of a spinel-type LiNiMn-based composite oxide is covered with an olivine-type lithium metal phosphorous oxide, and the capacity deterioration of the lithium-ion secondary battery is prevented. Provided is a positive electrode active material capable of suppressing and reducing battery resistance. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery disclosed herein has a core part and a shell part. The core portion is a composite oxide having a composition represented by Li1+xNi0.5Mn1.5O4 (wherein 0.05≦x≦0.3, which may be doped with a specific element or anion) and a spinel type crystal structure. It is composed of The shell portion is Li1+yMPO4 (wherein 0.05≦y≦0.3, M is at least one selected from the group consisting of Fe, Mn, Ni, and Co, and is doped with a specific element or anion. May be present) and a phosphorus oxide having an olivine type crystal structure. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、既存の電池に比べて軽量かつエネルギー密度が高いことから、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として用いられている。リチウムイオン二次電池は、特に、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両の駆動用高出力電源として今後ますます普及していくことが期待されている。   Lithium ion secondary batteries are lighter and have a higher energy density than existing batteries, and have recently been used as so-called portable power sources for vehicles and personal computers and power sources for driving vehicles. Lithium-ion secondary batteries are expected to become increasingly popular as high-output power sources for driving vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and plug-in hybrid vehicles (PHV). Yes.

車両の駆動用高出力電源に用いられるリチウムイオン二次電池では、さらなる高性能化が求められており、高性能化の一環として高エネルギー密度化が図られている。リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化には、作動電位の高い正極活物質(高電位正極活物質)を使用することが一つの方策である。   Lithium ion secondary batteries used for high output power sources for driving vehicles are required to have higher performance, and higher energy density is being achieved as part of higher performance. One way to increase the energy density of a lithium ion secondary battery is to use a positive electrode active material having a high operating potential (high potential positive electrode active material).

作動電位の高い正極活物質として代表的なものとして、Li、Ni、およびMnを主要な構成金属元素とする、スピネル型結晶構造を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物が知られている。リチウムイオン二次電池においては、非水電解液の分解が起こり、これに起因して電池容量の劣化が起こることが知られている。この非水電解液の分解は、正極活物質の作動電位が高いほど起こり易い傾向にある。そのため、特許文献1では、リチウムイオン二次電池の容量劣化を抑制できるものとして、スピネル型結晶構造を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物の表面がオリビン型結晶構造を有するリチウム金属リン酸化物でコーティング(被覆)されたコアシェル構造を有する正極活物質が提案されている。   As a typical positive electrode active material having a high operating potential, a lithium nickel manganese composite oxide having a spinel crystal structure having Li, Ni, and Mn as main constituent metal elements is known. In a lithium ion secondary battery, it is known that the nonaqueous electrolytic solution is decomposed and the battery capacity is deteriorated due to the decomposition. This decomposition of the non-aqueous electrolyte tends to occur more easily as the operating potential of the positive electrode active material is higher. Therefore, in Patent Document 1, the surface of a lithium nickel manganese composite oxide having a spinel type crystal structure is coated with a lithium metal phosphate having an olivine type crystal structure, in order to suppress the capacity deterioration of the lithium ion secondary battery. A positive electrode active material having a (coated) core-shell structure has been proposed.

特開2013−191540号公報JP 2013-191540 A

しかしながら本発明者が鋭意検討した結果、特許文献1に記載の、スピネル型リチウムニッケルマンガン系複合酸化物の表面がオリビン型リチウム金属リン酸化物でコーティングされたコアシェル構造を有する正極活物質によれば、リチウムイオン二次電池の容量劣化を抑制することは可能であるが、電池抵抗が大きくなるという問題があることを見出した。   However, as a result of intensive studies by the present inventor, according to the positive electrode active material having a core-shell structure in which the surface of the spinel type lithium nickel manganese composite oxide described in Patent Document 1 is coated with olivine type lithium metal phosphate. The present inventors have found that although it is possible to suppress the capacity deterioration of the lithium ion secondary battery, there is a problem that the battery resistance increases.

そこで本発明は、スピネル型結晶構造を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物の表面が、オリビン型結晶構造を有するリチウム金属リン酸化物で被覆されたコアシェル構造を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質であって、リチウムイオン二次電池の容量劣化の抑制と、電池抵抗の低減とを可能にする、リチウムイオン二次電池用正極活物質を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery having a core-shell structure in which the surface of a lithium nickel manganese composite oxide having a spinel crystal structure is coated with a lithium metal phosphate having an olivine crystal structure Then, it aims at providing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which makes it possible to control the capacity | capacitance degradation of a lithium ion secondary battery, and to reduce battery resistance.

ここに開示されるリチウムイオン二次電池用正極活物質は、コア部と、前記コア部を被覆する殻部とを有する。前記コア部は、Li1+xNi0.5Mn1.5(式中、xは0.05≦x≦0.3を満たす値であり、NiおよびMnの一部は、Mg、Zn、Co、Fe、Cr、Al、Ti、Zr、Nb、Ta、Ru、およびWからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素で置換されていてもよく、F、Cl、およびN3−からなる群より選ばれる少なくとも1種のアニオンがドープされていてもよい)で表される組成を有し、かつスピネル型結晶構造を有する複合酸化物より構成されている。前記殻部は、Li1+yMPO(式中、yは0.05≦y≦0.3を満たす値であり、Mは、Fe、Mn、Ni、およびCoからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素であり、Mの一部が、Mg、Zn、Cr、Al、Ti、Zr、Nb、Ta、Ru、およびWからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素で置換されていてもよく、F、Cl、およびN3−からなる群より選ばれる少なくとも1種のアニオンがドープされていてもよい)で表される組成を有し、かつオリビン型結晶構造を有するリン酸化物より構成されている。 The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery disclosed herein has a core part and a shell part that covers the core part. The core portion is Li 1 + x Ni 0.5 Mn 1.5 O 4 (wherein x is a value satisfying 0.05 ≦ x ≦ 0.3, and some of Ni and Mn are Mg, Zn, It may be substituted with at least one metal element selected from the group consisting of Co, Fe, Cr, Al, Ti, Zr, Nb, Ta, Ru, and W, and F , Cl , and N 3− At least one anion selected from the group consisting of: a compound oxide having a spinel crystal structure. The shell is Li 1 + y MPO 4 (wherein y is a value satisfying 0.05 ≦ y ≦ 0.3, and M is at least one selected from the group consisting of Fe, Mn, Ni, and Co) Even if a part of M is substituted with at least one metal element selected from the group consisting of Mg, Zn, Cr, Al, Ti, Zr, Nb, Ta, Ru, and W. Phosphorus oxide having a composition represented by the formula (which may be doped with at least one anion selected from the group consisting of F , Cl , and N 3− ) and having an olivine type crystal structure It is made up of.

このような構成によれば、コア部および殻部ともにLi過剰の組成を有することにより、リチウムイオン二次電池を充放電した際のコア部と殻部との界面でのリチウムイオンの移動が容易になり、電池抵抗を低減することができる。また、コアシェル構造によるリチウムイオン二次電池の容量劣化の抑制効果も維持されている。すなわち、このような構成によれば、リチウムイオン二次電池の容量劣化の抑制と、電池抵抗の低減とを可能にするリチウムイオン二次電池用正極活物質が提供される。   According to such a configuration, since the core part and the shell part have a Li-excess composition, lithium ions can easily move at the interface between the core part and the shell part when the lithium ion secondary battery is charged and discharged. Thus, battery resistance can be reduced. Moreover, the suppression effect of the capacity deterioration of the lithium ion secondary battery by the core-shell structure is also maintained. That is, according to such a configuration, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery that can suppress the capacity deterioration of the lithium ion secondary battery and reduce the battery resistance is provided.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を用いて構築されるリチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the lithium ion secondary battery constructed | assembled using the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を用いて構築されるリチウムイオン二次電池の捲回電極体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the winding electrode body of the lithium ion secondary battery constructed | assembled using the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けないリチウムイオン二次電池用正極活物質の一般的な構成)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention (for example, a general configuration of a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery that does not characterize the present invention) Can be understood as a design matter of those skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. Moreover, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member and site | part which show | plays the same effect | action. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.

図1に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質10は、コア部12と、コア部12を被覆する殻部14とを有する。すなわち、コアシェル構造を有する。なお、図1において正極活物質10は球状をしているが、正極活物質10の形状はこれに限定されず、不定形等の非球状であってもよい。   As shown in FIG. 1, the positive electrode active material 10 for a lithium ion secondary battery according to this embodiment includes a core portion 12 and a shell portion 14 that covers the core portion 12. That is, it has a core-shell structure. In addition, although the positive electrode active material 10 is spherical in FIG. 1, the shape of the positive electrode active material 10 is not limited to this, and may be non-spherical such as indefinite.

コア部12は、Li1+xNi0.5Mn1.5(式中、xは0.05≦x≦0.3を満たす値であり、NiおよびMnの一部は、Mg、Zn、Co、Fe、Cr、Al、Ti、Zr、Nb、Ta、Ru、およびWからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素で置換されていてもよく、F、Cl、およびN3−からなる群より選ばれる少なくとも1種のアニオンがドープされていてもよい)で表される組成を有し、かつスピネル型結晶構造を有する複合酸化物より構成される。このような組成のスピネル構造を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物を正極活物質10のコア部12に用いることにより、正極活物質10の作動電位が高くなり、4.5V(vs.Li/Li)以上の作動電位を示し得る。
NiおよびMnの一部を置換する金属元素の量としては、スピネル型結晶構造を有する複合酸化物1モルに対し、好ましくは0.2モル以下であり、より好ましくは0.15モル以下である。
アニオンのドープ量としては、スピネル型結晶構造を有する複合酸化物1モルに対し、例えば0.1モル以下である。
The core portion 12 is Li 1 + x Ni 0.5 Mn 1.5 O 4 (wherein x is a value satisfying 0.05 ≦ x ≦ 0.3, and some of Ni and Mn are Mg, Zn, It may be substituted with at least one metal element selected from the group consisting of Co, Fe, Cr, Al, Ti, Zr, Nb, Ta, Ru, and W, and F , Cl , and N 3− And at least one kind of anion selected from the group consisting of: a complex oxide having a spinel crystal structure. By using the lithium nickel manganese composite oxide having the spinel structure having such a composition for the core portion 12 of the positive electrode active material 10, the operating potential of the positive electrode active material 10 is increased, and 4.5 V (vs. Li / Li + ) It may show a working potential higher than that.
The amount of the metal element substituting a part of Ni and Mn is preferably 0.2 mol or less, more preferably 0.15 mol or less with respect to 1 mol of the composite oxide having a spinel crystal structure. .
The anion doping amount is, for example, 0.1 mol or less with respect to 1 mol of the composite oxide having a spinel crystal structure.

殻部14は、Li1+yMPO(式中、yは0.05≦y≦0.3を満たす値であり、Mは、Fe、Mn、Ni、およびCoからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素であり、Mの一部が、Mg、Zn、Cr、Al、Ti、Zr、Nb、Ta、Ru、およびWからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素で置換されていてもよく、F、Cl、およびN3−からなる群より選ばれる少なくとも1種のアニオンがドープされていてもよい)で表される組成を有し、かつオリビン型結晶構造を有するリン酸化物より構成されている。このような組成のオリビン型結晶構造を有するリチウム金属リン酸化物を用いることにより、リチウムイオン二次電池の電池容量の劣化を抑制することができる。
Mの一部を置換する金属元素の量としては、オリビン型結晶構造を有するリン酸化物1モルに対し、好ましくは0.2モル以下であり、より好ましくは0.15モル以下である。
アニオンのドープ量としては、オリビン型結晶構造を有するリン酸化物1モルに対し、例えば0.1モル以下である。
The shell portion 14 is Li 1 + y MPO 4 (wherein y is a value satisfying 0.05 ≦ y ≦ 0.3, and M is at least one selected from the group consisting of Fe, Mn, Ni, and Co) Even if a part of M is substituted with at least one metal element selected from the group consisting of Mg, Zn, Cr, Al, Ti, Zr, Nb, Ta, Ru, and W. Phosphorus oxide having a composition represented by the formula (which may be doped with at least one anion selected from the group consisting of F , Cl , and N 3− ) and having an olivine type crystal structure It is made up of. By using a lithium metal phosphor oxide having an olivine crystal structure having such a composition, it is possible to suppress deterioration of the battery capacity of the lithium ion secondary battery.
The amount of the metal element substituting for a part of M is preferably 0.2 mol or less, more preferably 0.15 mol or less with respect to 1 mol of phosphorus oxide having an olivine type crystal structure.
The amount of anion doped is, for example, 0.1 mol or less with respect to 1 mol of phosphoric oxide having an olivine type crystal structure.

そして、本実施形態に係る正極活物質10は、コア部12において、xが0.05≦x≦0.3を満たすものであり、殻部14において、yが0.05≦y≦0.3を満たすものである。すなわち、コア部12および殻部14の両方が、Li過剰となる組成を有している。
従来のコアシェル型の正極活物質においては、コア部および殻部共にLi過剰の組成を有していなかった。
しかしながら、本実施形態に係る正極活物質10のように、コア部12および殻部14の両方がLi過剰となる組成を有することにより、リチウムイオン二次電池の電池抵抗の低減を可能にすることができる。これは、コア部12および殻部14の両方がLi過剰となる組成を有することにより、リチウムイオン二次電池を充放電した際の、コア部12と殻部14との界面でのリチウムイオンの移動が容易になることに起因するものと考えられる。
In the positive electrode active material 10 according to the present embodiment, x satisfies 0.05 ≦ x ≦ 0.3 in the core portion 12, and y satisfies 0.05 ≦ y ≦ 0. 3 is satisfied. That is, both the core part 12 and the shell part 14 have a composition that causes Li excess.
In the conventional core-shell type positive electrode active material, neither the core portion nor the shell portion has a composition with excess Li.
However, like the positive electrode active material 10 according to the present embodiment, by having a composition in which both the core portion 12 and the shell portion 14 are excessive in Li, the battery resistance of the lithium ion secondary battery can be reduced. Can do. This is because when both the core part 12 and the shell part 14 have a composition in which Li is excessive, lithium ions at the interface between the core part 12 and the shell part 14 when the lithium ion secondary battery is charged and discharged. This is thought to be due to the ease of movement.

容量劣化をより抑制し、かつ電池抵抗をより低減する観点からは、上記の組成式において、xおよびyが、0.07≦x≦0.23および0.07≦y≦0.23を満たすことが好ましく、0.10≦x≦0.20および0.10≦y≦0.20を満たすことがより好ましい。   From the viewpoint of further suppressing capacity deterioration and further reducing battery resistance, x and y satisfy 0.07 ≦ x ≦ 0.23 and 0.07 ≦ y ≦ 0.23 in the above composition formula. It is preferable that 0.10 ≦ x ≦ 0.20 and 0.10 ≦ y ≦ 0.20 are satisfied.

本実施形態に係る正極活物質10の平均粒子径としては、2μm以上20μm以下が好ましく、5μm以上15μm以下がより好ましい。なお、本明細書において「平均粒子径」とは、一般的なレーザ回折・光散乱法に基づく体積基準の粒度分布において、累積50%に相当する粒径(D50)を意味する。したがって、正極活物質10は、一次粒子の形態で存在していてもよいし、二次粒子を形成していてもよい。 The average particle diameter of the positive electrode active material 10 according to this embodiment is preferably 2 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 15 μm or less. In the present specification, the “average particle diameter” means a particle diameter (D 50 ) corresponding to a cumulative 50% in a volume-based particle size distribution based on a general laser diffraction / light scattering method. Therefore, the positive electrode active material 10 may exist in the form of primary particles or may form secondary particles.

本実施形態に係る正極活物質10において、殻部14はコア部12を部分的に被覆するよりも、図1に示すように、コア部12を全体的に(特に均一に)覆う被覆層を形成していることが好ましい。本実施形態に係る正極活物質10の殻部14の厚さとしては、100μm以下(特に10μm以上100μm以下)が好ましい。   In the positive electrode active material 10 according to the present embodiment, the shell portion 14 has a covering layer that covers the core portion 12 entirely (particularly uniformly) as shown in FIG. 1 rather than partially covering the core portion 12. It is preferable to form. As thickness of the shell part 14 of the positive electrode active material 10 which concerns on this embodiment, 100 micrometers or less (especially 10 micrometers or more and 100 micrometers or less) are preferable.

本実施形態に係る正極活物質10において、殻部14の被覆率は、P/(Ni+Mn+P)で表される原子比の百分率(atm%)として、70atm%以上であることが好ましい。なお、当該比の百分率(atm%)は、XPS解析によって各元素を定量することにより求めることができる。   In the positive electrode active material 10 according to this embodiment, the coverage of the shell portion 14 is preferably 70 atm% or more as a percentage (atm%) of the atomic ratio represented by P / (Ni + Mn + P). The percentage (atm%) of the ratio can be obtained by quantifying each element by XPS analysis.

本実施形態に係る正極活物質10は、例えば以下に説明する方法により作製することができる。なお、本実施形態に係る正極活物質10は、以下に説明する方法により作製されるものに限られるものではない。   The positive electrode active material 10 according to the present embodiment can be produced, for example, by the method described below. In addition, the positive electrode active material 10 which concerns on this embodiment is not restricted to what is produced by the method demonstrated below.

まずは、コア部12となるスピネル構造を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物から構成されるコア粒子を作製する。コア粒子は、常法に従い作製することができる。
具体的に例えば、晶析法により、ニッケル塩、マンガン塩、アルカリ化合物(例、水酸化ナトリウム)の水溶液を用いて、ニッケルおよびマンガンを0.5:1.5のモル比で含有する複合水酸化物粒子を前駆体粒子として作製する。
次いで、この前駆体粒子と、リチウム塩とを混合する。このとき、前駆体粒子1モルに対してリチウム塩に含まれるLiが1.05モル以上1.3モル以下となるように添加する。そして得られた混合物を焼成して、スピネル構造を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物から構成されるコア粒子することができる。
殻部14は、このコア粒子の表面を、リチウム金属リン酸化物でコーティング(被覆)することにより形成することができる。
具体的に例えば、ターゲットに殻部を構成する材料である上記Li過剰の組成を有するリチウム金属リン酸化物を用い、コア粒子を回転させながらスパッタすることにより形成することができる。
なお、Li、Ni、およびMn以外の金属元素や、アニオン(F、Cl、およびN3−)については、公知のドープ方法に従って添加することができる。
このようにして、本実施形態に係る正極活物質10を得ることができる。
First, core particles composed of a lithium nickel manganese composite oxide having a spinel structure that becomes the core portion 12 are prepared. The core particle can be produced according to a conventional method.
Specifically, for example, a composite water containing nickel and manganese in a molar ratio of 0.5: 1.5 using an aqueous solution of a nickel salt, a manganese salt, and an alkali compound (eg, sodium hydroxide) by crystallization. Oxide particles are prepared as precursor particles.
Next, the precursor particles and the lithium salt are mixed. At this time, it adds so that Li contained in lithium salt may be 1.05 mol or more and 1.3 mol or less with respect to 1 mol of precursor particles. And the obtained mixture can be baked and the core particle comprised from the lithium nickel manganese type complex oxide which has a spinel structure can be made.
The shell portion 14 can be formed by coating the surface of the core particle with lithium metal phosphate.
Specifically, for example, it can be formed by sputtering while rotating the core particles using the lithium metal phosphorous oxide having the above-described Li-excess composition which is a material constituting the shell portion for the target.
Note that metal elements other than Li, Ni, and Mn, and anions (F , Cl , and N 3− ) can be added according to a known doping method.
In this way, the positive electrode active material 10 according to this embodiment can be obtained.

本実施形態に係る正極活物質10は、リチウムイオン二次電池用であり、この正極活物質10を備えるリチウムイオン二次電池は、容量劣化の抑制と、電池抵抗の低減とが両立されたものとなる。以下、本実施形態に係る正極活物質10を用いたリチウムイオン二次電池100の構成例を、図面を参照しながら説明する。
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。
本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
The positive electrode active material 10 according to the present embodiment is for a lithium ion secondary battery, and the lithium ion secondary battery including the positive electrode active material 10 has both reduced capacity deterioration and reduced battery resistance. It becomes. Hereinafter, a configuration example of the lithium ion secondary battery 100 using the positive electrode active material 10 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
In the present specification, the “secondary battery” refers to a general power storage device that can be repeatedly charged and discharged, and is a term including a power storage element such as a so-called storage battery and an electric double layer capacitor.
In the present specification, the “lithium ion secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as a charge carrier and is charged and discharged by movement of charges accompanying the lithium ions between the positive and negative electrodes.

図2に示すリチウムイオン二次電池100は、扁平形状の捲回電極体20と非水電解質(図示せず)とが扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)30に収容されることにより構築される密閉型のリチウムイオン二次電池100である。電池ケース30には、外部接続用の正極端子42および負極端子44と、電池ケース30の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁36とが設けられている。正負極端子42,44はそれぞれ正負極集電板42a,44aと電気的に接続されている。電池ケース30の材質には、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。   A lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. 2 is constructed by accommodating a flat wound electrode body 20 and a nonaqueous electrolyte (not shown) in a flat rectangular battery case (that is, an exterior container) 30. This is a sealed lithium ion secondary battery 100. The battery case 30 is provided with a positive terminal 42 and a negative terminal 44 for external connection, and a thin safety valve 36 set to release the internal pressure when the internal pressure of the battery case 30 rises to a predetermined level or more. It has been. The positive and negative terminals 42 and 44 are electrically connected to the positive and negative current collectors 42a and 44a, respectively. As the material of the battery case 30, for example, a light metal material having good thermal conductivity such as aluminum is used.

捲回電極体20は、図2および図3に示すように、長尺状の正極集電体52の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って正極活物質層54が形成された正極シート50と、長尺状の負極集電体62の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って負極活物質層64が形成された負極シート60とが、2枚の長尺状のセパレータシート70を介して重ね合わされて長手方向に捲回されている。なお、捲回電極体20の捲回軸方向(上記長手方向に直交するシート幅方向をいう。)の両端から外方にはみ出すように形成された正極活物質層非形成部分52a(即ち、正極活物質層54が形成されずに正極集電体52が露出した部分)と負極活物質層非形成部分62a(即ち、負極活物質層64が形成されずに負極集電体62が露出した部分)には、それぞれ正極集電板42aおよび負極集電板44aが接合されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the wound electrode body 20 has a positive electrode active material layer 54 formed along the longitudinal direction on one side or both sides (here, both sides) of an elongated positive electrode current collector 52. The positive electrode sheet 50 and the negative electrode sheet 60 in which the negative electrode active material layer 64 is formed along the longitudinal direction on one side or both sides (here, both sides) of the long negative electrode current collector 62 are two long shapes. The separator sheet 70 is overlapped and wound in the longitudinal direction. The positive electrode active material layer non-forming portion 52a (that is, the positive electrode) formed so as to protrude outward from both ends in the winding axis direction of the wound electrode body 20 (referred to as the sheet width direction orthogonal to the longitudinal direction). The portion where the active material layer 54 is not formed and the positive electrode current collector 52 is exposed) and the negative electrode active material layer non-formed portion 62a (that is, the portion where the negative electrode active material layer 64 is not formed and the negative electrode current collector 62 is exposed). ) Are joined with a positive current collector 42a and a negative current collector 44a, respectively.

正極シート50を構成する正極集電体52としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質層54は、上述の本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質10を含む。また正極活物質層54は、導電材、バインダ等をさらに含み得る。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を使用し得る。   Examples of the positive electrode current collector 52 constituting the positive electrode sheet 50 include aluminum foil. The positive electrode active material layer 54 includes the positive electrode active material 10 for a lithium ion secondary battery according to the above-described embodiment. The positive electrode active material layer 54 can further include a conductive material, a binder, and the like. As the conductive material, for example, carbon black such as acetylene black (AB) and other (such as graphite) carbon materials can be suitably used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used.

負極シート60を構成する負極集電体62としては、例えば銅箔等が挙げられる。負極活物質層64は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を使用し得る。負極活物質層64は、バインダ、増粘剤等をさらに含み得る。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンラバー(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等を使用し得る。   Examples of the negative electrode current collector 62 constituting the negative electrode sheet 60 include copper foil. The negative electrode active material layer 64 includes a negative electrode active material. As the negative electrode active material, for example, a carbon material such as graphite, hard carbon, or soft carbon can be used. The negative electrode active material layer 64 can further include a binder, a thickener, and the like. As the binder, for example, styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), or the like can be used. As the thickener, for example, carboxymethyl cellulose (CMC) can be used.

セパレータ70としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様の各種微多孔質シートを用いることができ、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等の樹脂から成る微多孔質樹脂シートが挙げられる。かかる微多孔質樹脂シートは、単層構造であってもよく、二層以上の複層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。セパレータ70は、耐熱層(HRL)を備えていてもよい。   As the separator 70, various microporous sheets similar to those conventionally used in lithium ion secondary batteries can be used. For example, a microporous resin made of a resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP). Sheet. Such a microporous resin sheet may have a single-layer structure or a multilayer structure of two or more layers (for example, a three-layer structure in which PP layers are laminated on both sides of a PE layer). The separator 70 may include a heat resistant layer (HRL).

非水電解質は従来のリチウムイオン二次電池と同様のものを使用可能であり、典型的には有機溶媒(非水溶媒)中に、支持塩を含有させたものを用いることができる。非水溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類等の非プロトン性溶媒を用いることができる。なかでも、カーボネート類、例えば、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等を好適に採用し得る。或いは、モノフルオロエチレンカーボネート(MFEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、モノフルオロメチルジフルオロメチルカーボネート(F−DMC)、トリフルオロジメチルカーボネート(TFDMC)のようなフッ素化カーボネート等のフッ素系溶媒を好ましく用いることができる。このような非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO等のリチウム塩を好適に用いることができる。支持塩の濃度は、0.7mol/L以上1.3mol/L以下が好ましい。
なお、上記非水電解質は、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上述した非水溶媒、支持塩以外の成分、例えば、ガス発生剤、被膜形成剤、分散剤、増粘剤等の各種添加剤を含み得る。
The non-aqueous electrolyte can be the same as that of a conventional lithium ion secondary battery, and typically, an organic solvent (non-aqueous solvent) containing a supporting salt can be used. As the non-aqueous solvent, aprotic solvents such as carbonates, esters and ethers can be used. Of these, carbonates such as ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) can be preferably used. Alternatively, a fluorine-based solvent such as fluorinated carbonate such as monofluoroethylene carbonate (MFEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), monofluoromethyl difluoromethyl carbonate (F-DMC), or trifluorodimethyl carbonate (TFDMC) is preferably used. be able to. Such a non-aqueous solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types as appropriate. As the supporting salt, for example, a lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , or LiClO 4 can be suitably used. The concentration of the supporting salt is preferably 0.7 mol / L or more and 1.3 mol / L or less.
The non-aqueous electrolyte is a component other than the above-described non-aqueous solvent and supporting salt, such as a gas generating agent, a film forming agent, a dispersing agent, and a thickening agent, as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Additives can be included.

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

以上、例として扁平形状の捲回電極体を備える角型のリチウムイオン二次電池について説明した。しかしながら、本実施形態に係る正極活物質は、公知方法に従い、他の種類のリチウムイオン二次電池にも使用可能である。例えば、本実施形態に係る正極活物質を用いて、積層型電極体を備えるリチウムイオン二次電池を構築することもできる。また、本実施形態に係る正極活物質を用いて、円筒型リチウムイオン二次電池、ラミネート型リチウムイオン二次電池等を構築することもできる。   As described above, a rectangular lithium ion secondary battery including a flat wound electrode body has been described as an example. However, the positive electrode active material according to the present embodiment can be used for other types of lithium ion secondary batteries according to a known method. For example, a lithium ion secondary battery including a stacked electrode body can be constructed using the positive electrode active material according to the present embodiment. Moreover, a cylindrical lithium ion secondary battery, a laminate type lithium ion secondary battery, etc. can also be constructed using the positive electrode active material according to this embodiment.

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

<No.1〜15の正極活物質の作製>
反応槽内に、硫酸ニッケル水溶液および硫酸マンガン水溶液を、Ni/Mn=0.5/1.5のモル比になるように混合した。このとき、混合液のpHが11〜12となるように、水酸化ナトリウム水溶液を添加して調整した。
生成した沈殿を濾過し、乾燥して複合水酸化物前駆体粒子を得た。
得られた前駆体粒子と、水酸化リチウムとを混合した。このとき、Li、Ni、およびMnが表1および表2に示す組成のモル比となるように混合した。
得られた混合物を900℃で12時間焼成した後、さらに600℃で36時間焼成することにより、コア部となるスピネル構造を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物から構成されるコア粒子を作製した。なお、No.1に正極活物質については、ここで得られた粒子をそのまま正極活物質とした。
続いて、ターゲットにLi1+yFePO(式中、yは表1に示す値である)、表2の検討ではLi1.1FePOおよびLi1.1MnPOを用い、コア粒子を回転させながらスパッタすることで、コア粒子の表面に均一なコーティング層(すなわち、殻部)を形成した。スパッタには、直流電流を用い、1nm/hの製膜速度で行なった。表1の検討では、コーティング層のコート厚が10nmとなるように、表2の検討では、コーティング層が表2に記載のコート厚になるように、スパッタ時間を調整した。
このようにして、No.2〜No.15のスピネル構造を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物から構成されるコア部とオリビン型結晶構造を有するリチウム金属リン酸化物から構成される殻部とを有するコアシェル構造の正極活物質を得た。
また、表2の検討では、XPS解析による元素定量により、被覆率(atm%)としてP/(Ni+Mn+P)で表される原子比の百分率を求めた。
<No. Preparation of 1 to 15 positive electrode active materials>
In the reaction vessel, an aqueous nickel sulfate solution and an aqueous manganese sulfate solution were mixed so as to have a molar ratio of Ni / Mn = 0.5 / 1.5. At this time, it adjusted by adding sodium hydroxide aqueous solution so that pH of a liquid mixture might become 11-12.
The produced precipitate was filtered and dried to obtain composite hydroxide precursor particles.
The obtained precursor particles and lithium hydroxide were mixed. At this time, it mixed so that Li, Ni, and Mn might become the molar ratio of the composition shown in Table 1 and Table 2.
The obtained mixture was fired at 900 ° C. for 12 hours, and further fired at 600 ° C. for 36 hours, thereby producing core particles composed of a lithium nickel manganese composite oxide having a spinel structure serving as a core part. In addition, No. For the positive electrode active material, the particles obtained here were directly used as the positive electrode active material.
Subsequently, Li 1 + y FePO 4 to the target (in the formula, y is a value shown in Table 1), using a Li 1.1 FePO 4 and Li 1.1 MnPO 4 in consideration of Table 2, rotates the core particles By sputtering, a uniform coating layer (that is, shell) was formed on the surface of the core particle. The sputtering was performed using a direct current at a film forming speed of 1 nm / h. In the examination of Table 1, the sputtering time was adjusted so that the coating thickness of the coating layer was 10 nm, and in the examination of Table 2, the coating layer was adjusted to the coating thickness shown in Table 2.
In this way, no. 2-No. A positive electrode active material having a core-shell structure having a core portion composed of a lithium nickel manganese composite oxide having 15 spinel structures and a shell portion composed of lithium metal phosphate having an olivine type crystal structure was obtained.
Moreover, in the examination of Table 2, the percentage of the atomic ratio represented by P / (Ni + Mn + P) as the coverage (atm%) was determined by elemental quantification by XPS analysis.

<評価用リチウムイオン二次電池の作製>
上記作製したNo.1〜No.15の正極活物質と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、正極活物質:AB:PVDF=90:5:5の質量比でN−メチルピロリドンと混合し、固形分濃度55%の正極活物質層形成用スラリーを調製した。この正極活物質層形成用スラリーをアルミニウム箔に10mg/cmの目付量で塗布し、120℃で乾燥して正極シートを作製した。
また、負極活物質としての天然黒鉛と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、天然黒鉛:PVDF=95:5の質量比でN−メチルピロリドンと混合して、固形分濃度55%の負極活物質層形成用スラリーを調製した。この負極活物質層形成用スラリーを銅箔に5mg/cmの目付量で塗布し、120℃で乾燥して負極シートを作製した。
また、PP/PE/PPの三層構造の多孔質ポリオレフィンシートをセパレータとして用意した。
作製した正極シートと負極シートとを、セパレータを介して対向させて電極体を作製した。
作製した電極体に集電体を取り付け、非水電解液と共にラミネートケースに収容し、封止することによって評価用リチウムイオン二次電池を得た。非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との体積比50:50の混合溶媒に1mol/Lの濃度でLiPFを溶解させたものを使用した。
<Production of evaluation lithium-ion secondary battery>
No. produced above. 1-No. 15 positive electrode active materials, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, N-methyl at a mass ratio of positive electrode active material: AB: PVDF = 90: 5: 5 A slurry for forming a positive electrode active material layer having a solid content concentration of 55% was prepared by mixing with pyrrolidone. This positive electrode active material layer forming slurry was applied to an aluminum foil at a basis weight of 10 mg / cm 2 and dried at 120 ° C. to prepare a positive electrode sheet.
Further, natural graphite as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed with N-methylpyrrolidone at a mass ratio of natural graphite: PVDF = 95: 5 to obtain a solid content concentration of 55%. A slurry for forming a negative electrode active material layer was prepared. This negative electrode active material layer forming slurry was applied to a copper foil at a basis weight of 5 mg / cm 2 and dried at 120 ° C. to prepare a negative electrode sheet.
A porous polyolefin sheet having a three-layer structure of PP / PE / PP was prepared as a separator.
The produced positive electrode sheet and the negative electrode sheet were opposed to each other through a separator to produce an electrode body.
A current collector was attached to the produced electrode body, and it was housed in a laminate case together with a non-aqueous electrolyte, and sealed to obtain a lithium ion secondary battery for evaluation. As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 50:50 was used.

<コンディショニング>
各評価用リチウムイオン二次電池を、25℃の環境下におき、1Cで4.9Vまで定電流充電後、1Cで3.5Vまで定電流放電するという充放電を3サイクル行った。このとき、3サイクル目の放電時の放電容量を測定した。
<Conditioning>
Each evaluation lithium ion secondary battery was placed in an environment of 25 ° C., and charged and discharged three times at a constant current of 1 C to 4.9 V and then a constant current of 1 C to 3.5 V. At this time, the discharge capacity at the time of discharge at the third cycle was measured.

<IV抵抗測定>
コンディショニング後(放電状態の)の各評価用リチウムイオン二次電池を、3サイクル目の放電容量の55%まで充電し(すなわち、SOC55%に調整し)、25℃の環境下で5Cで10秒間、定電流(CC)放電を行なった。このとき、下記式に従いIV抵抗を計算した。
IV抵抗(Ω)=ΔV/I
No.1の正極活物質を用いた評価用リチウムイオン二次電池のIV抵抗を1とした場合の、No.2〜No.15の正極活物質を用いた評価用リチウムイオン二次電池のIV抵抗の比を求めた。結果を表1および表2に示す。
<IV resistance measurement>
After the conditioning (in a discharged state), each evaluation lithium ion secondary battery was charged to 55% of the discharge capacity in the third cycle (that is, adjusted to 55% SOC), and at 25 ° C for 5 seconds at 5C. A constant current (CC) discharge was performed. At this time, IV resistance was calculated according to the following formula.
IV resistance (Ω) = ΔV / I
No. No. 1 when the IV resistance of the lithium ion secondary battery for evaluation using the positive electrode active material of No. 1 is 1. 2-No. The ratio of IV resistance of the lithium ion secondary battery for evaluation using 15 positive electrode active materials was determined. The results are shown in Tables 1 and 2.

<充放電サイクル試験>
各評価用リチウムイオン二次電池を、50℃の環境下に置き、1Cで4.9Vまで定電流充電後、1Cで3.5Vまで定電流放電するという充放電を100サイクル行った。このとき、充放電1サイクル目の放電容量と、充放電100サイクル目の放電容量を測定した。下記式に従い、容量劣化率を計算した。
容量劣化率(%)=(充放電1サイクル目の放電容量−充放電100サイクル目の放電容量)/充放電1サイクル目の放電容量×100
No.1の正極活物質を用いた評価用リチウムイオン二次電池の容量劣化率を1とした場合の、No.2〜No.15の正極活物質を用いた評価用リチウムイオン二次電池の容量劣化率の比を求めた。結果を表1および表2に示す。
<Charge / discharge cycle test>
Each evaluation lithium ion secondary battery was placed in an environment of 50 ° C. and charged and discharged 100 times at a constant current up to 4.9 V at 1 C and then discharged at a constant current to 3.5 V at 1 C. At this time, the discharge capacity at the first charge / discharge cycle and the discharge capacity at the 100th charge / discharge cycle were measured. The capacity deterioration rate was calculated according to the following formula.
Capacity degradation rate (%) = (discharge capacity at the first charge / discharge cycle−discharge capacity at the 100th charge / discharge cycle) / discharge capacity at the first charge / discharge cycle × 100
No. No. 1 when the capacity deterioration rate of the evaluation lithium ion secondary battery using the positive electrode active material No. 1 is 1. 2-No. The ratio of the capacity deterioration rate of the lithium ion secondary battery for evaluation using 15 positive electrode active materials was determined. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2018116856
Figure 2018116856

No.1は、殻部を有さない正極活物質(スピネル構造を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物単体)であり、No.2は、従来技術に該当する、コアシェル構造を有するが、コア部(スピネル構造を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物)および殻部(オリビン型結晶構造を有するリチウム金属リン酸化物)共にLi過剰の組成になっていない(すなわち、x=0、y=0)の正極活物質である。No.1とNo.2との比較により、コア部、殻部共にLi過剰の組成になっていない従来構造のコアシェル構造を有する正極活物質によれば、リチウムイオン二次電池の容量劣化を抑制できる一方で、電池抵抗が高くなってしまうことがわかる。さらにNo.3およびNo.4の結果より、コア部と殻部のいずれか一方だけLi過剰の組成であっても、リチウムイオン二次電池の容量劣化を抑制できるものの、電池抵抗が高くなってしまうことがわかる。
これに対し、No.5〜No.11の結果より、コア部と殻部が共にLi過剰の組成(少なくともxおよびyが、0.05≦x≦0.3および0.05≦y≦0.3を満たす組成)を有する正極活物質によれば、従来技術と同様にリチウムイオン二次電池の容量劣化を抑制できているというだけではなく、従来技術に対してリチウムイオン二次電池の電池抵抗を1/2以下に低減できていることがわかる。
No. 1 is a positive electrode active material having no shell (a lithium nickel manganese composite oxide having a spinel structure). 2 has a core-shell structure corresponding to the prior art, but the core part (lithium nickel manganese-based composite oxide having a spinel structure) and the shell part (lithium metal phosphate having an olivine type crystal structure) are both in excess of Li. It is a positive electrode active material not having a composition (that is, x = 0, y = 0). No. 1 and No. 2, according to the positive electrode active material having the core-shell structure of the conventional structure in which the core part and the shell part do not have a Li-excess composition, while the capacity deterioration of the lithium ion secondary battery can be suppressed, the battery resistance It turns out that will become high. Furthermore, no. 3 and no. From the result of 4, it can be seen that even if only one of the core part and the shell part has a Li-excess composition, although the capacity deterioration of the lithium ion secondary battery can be suppressed, the battery resistance becomes high.
In contrast, no. 5-No. From the result of 11, the positive electrode active in which both the core part and the shell part have a Li-excess composition (a composition in which at least x and y satisfy 0.05 ≦ x ≦ 0.3 and 0.05 ≦ y ≦ 0.3). According to the substance, not only the capacity deterioration of the lithium ion secondary battery can be suppressed as in the prior art, but also the battery resistance of the lithium ion secondary battery can be reduced to 1/2 or less compared to the prior art. I understand that.

Figure 2018116856
Figure 2018116856

また、No.5およびNo.12〜No.14の結果より、コート厚さ(殻部の厚さ)が大きくなると、容量劣化をより抑制できるようになるが、電池抵抗が増大していくという傾向がみられた。No.15の結果より、オリビン型結晶構造を有するリチウム金属リン酸化物の金属元素の種類を変えても、リチウムイオン二次電池の容量劣化の抑制と電池抵抗の低減が可能であることがわかる。   No. 5 and no. 12-No. From the result of No. 14, when the coat thickness (thickness of the shell portion) is increased, the capacity deterioration can be further suppressed, but the battery resistance tends to increase. No. From the result of 15, it can be seen that even if the type of the metal element of the lithium metal phosphorous oxide having an olivine type crystal structure is changed, it is possible to suppress the capacity deterioration of the lithium ion secondary battery and reduce the battery resistance.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

10 正極活物質
12 コア部
14 殻部
20 捲回電極体
30 電池ケース
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極シート(正極)
52 正極集電体
52a 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極シート(負極)
62 負極集電体
62a 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータシート(セパレータ)
100 リチウムイオン二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Positive electrode active material 12 Core part 14 Shell part 20 Winding electrode body 30 Battery case 36 Safety valve 42 Positive electrode terminal 42a Positive electrode current collecting plate 44 Negative electrode terminal 44a Negative electrode current collecting plate 50 Positive electrode sheet (positive electrode)
52 Positive Current Collector 52a Positive Electrode Active Material Layer Non-Forming Portion 54 Positive Electrode Active Material Layer 60 Negative Electrode Sheet (Negative Electrode)
62 Negative electrode current collector 62a Negative electrode active material layer non-formed portion 64 Negative electrode active material layer 70 Separator sheet (separator)
100 Lithium ion secondary battery

Claims (1)

コア部と、前記コア部を被覆する殻部とを有する、リチウムイオン二次電池用正極活物質であって、
前記コア部は、Li1+xNi0.5Mn1.5(式中、xは0.05≦x≦0.3を満たす値であり、NiおよびMnの一部は、Mg、Zn、Co、Fe、Cr、Al、Ti、Zr、Nb、Ta、Ru、およびWからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素で置換されていてもよく、F、Cl、およびN3−からなる群より選ばれる少なくとも1種のアニオンがドープされていてもよい)で表される組成を有し、かつスピネル型結晶構造を有する複合酸化物より構成されており、
前記殻部は、Li1+yMPO(式中、yは0.05≦y≦0.3を満たす値であり、Mは、Fe、Mn、Ni、およびCoからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素であり、Mの一部が、Mg、Zn、Cr、Al、Ti、Zr、Nb、Ta、Ru、およびWからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素で置換されていてもよく、F、Cl、およびN3−からなる群より選ばれる少なくとも1種のアニオンがドープされていてもよい)で表される組成を有し、かつオリビン型結晶構造を有するリン酸化物より構成されている、
ことを特徴とする、リチウムイオン二次電池用正極活物質。
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, having a core part and a shell part covering the core part,
The core portion is Li 1 + x Ni 0.5 Mn 1.5 O 4 (wherein x is a value satisfying 0.05 ≦ x ≦ 0.3, and some of Ni and Mn are Mg, Zn, It may be substituted with at least one metal element selected from the group consisting of Co, Fe, Cr, Al, Ti, Zr, Nb, Ta, Ru, and W, and F , Cl , and N 3− The composition may be doped with at least one kind of anion selected from the group consisting of: and a composite oxide having a spinel crystal structure,
The shell is Li 1 + y MPO 4 (wherein y is a value satisfying 0.05 ≦ y ≦ 0.3, and M is at least one selected from the group consisting of Fe, Mn, Ni, and Co) Even if a part of M is substituted with at least one metal element selected from the group consisting of Mg, Zn, Cr, Al, Ti, Zr, Nb, Ta, Ru, and W. Phosphorus oxide having a composition represented by the formula (which may be doped with at least one anion selected from the group consisting of F , Cl , and N 3− ) and having an olivine type crystal structure Composed of,
The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries characterized by the above-mentioned.
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