JP2019033016A - Positive electrode active material for lithium ion secondary battery or positive electrode active material for sodium ion secondary battery, and production method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】正極の製造工程において経時的な粘性変化が生じることなく安定した作業性を有するスラリーを調製することができ、得られるリチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池において、優れた放電容量と安全性をともに確保することのできる、層状型複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質を提供する。【解決手段】下記式(I)又は下記式(II):LiNiaCobMncM1xO2・・・(I)LiNidCoeAlfM2yO2・・・(II)で表されるリチウム複合酸化物粒子からなる層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面の一部のみにおいて、特定のリチウム系ポリアニオン粒子(B)と、層状型リチウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、X線光電子分光法(XPS)によるピーク強度比((Ni2p3/2のピーク強度)/(P2pのピーク強度+C1sのピーク強度))が0.05を超え0.4未満であるリチウムイオン二次電池用正極活物質。【選択図】なしDisclosed is a lithium ion secondary battery or a sodium ion secondary battery, which can prepare a slurry having stable workability without causing a change in viscosity over time in a positive electrode manufacturing process. And a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery or a positive electrode active material for a sodium ion secondary battery comprising a layered composite oxide that can ensure both safety and safety. A layered lithium composite oxide secondary particle comprising lithium composite oxide particles represented by the following formula (I) or the following formula (II): LiNiaCobMncM1xO2 (I) LiNidCoeAlfM2yO2 (II) In only a part of the surface of (A), the specific lithium-based polyanion particles (B) and the layered lithium composite oxide particles are combined, and the peak intensity ratio ((XPS) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (( A cathode active material for a lithium ion secondary battery having a peak intensity of Ni2p3 / 2 / (peak intensity of P2p + peak intensity of C1s) exceeding 0.05 and less than 0.4. [Selection figure] None
Description
本発明は、正極の製造工程において優れた作業性を備え、かつ二次電池とした場合に優れた放電特性と安全性を兼ね備えることのできる、層状岩塩構造を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質、並びにこれらの製造方法に関する。 The present invention provides a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery having a layered rock salt structure, which has excellent workability in the manufacturing process of the positive electrode and has both excellent discharge characteristics and safety when used as a secondary battery. The present invention relates to a material or a positive electrode active material for a sodium ion secondary battery, and a method for producing them.
層状型リチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物(NCM)や層状型リチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物(NCA)等の層状型リチウム複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属原子層とが、酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を呈し、遷移金属の1原子あたりに1個のリチウム原子が含まれる、いわゆる層状岩塩構造を有している。かかる層状型リチウム複合酸化物は、高出力及び高容量のリチウムイオン二次電池を構成できる正極活物質として使用されている。 Layered lithium composite oxides such as layered lithium / nickel / cobalt / manganese composite oxide (NCM) and layered lithium / nickel / cobalt / aluminum composite oxide (NCA) include a lithium atomic layer and a transition metal atomic layer. However, it has a layered crystal structure in which oxygen atoms are alternately stacked and has a so-called layered rock salt structure in which one lithium atom is contained per one atom of the transition metal. Such a layered lithium composite oxide is used as a positive electrode active material capable of constituting a high-output and high-capacity lithium ion secondary battery.
こうした層状型リチウム複合酸化物を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池では、リチウムイオンが層状型リチウム複合酸化物に脱離・挿入されることによって充電・放電が行われるが、通常、充放電サイクルを重ねるにつれて容量低下が生じ、特に長期間使用すると、電池の容量低下が著しくなるおそれがある。これは、充電時に層状型リチウム複合酸化物の遷移金属成分が電解液へ溶出することにより、かかる結晶構造の崩壊が生じやすくなることが原因であると考えられている。また、この遷移金属成分の電解液への溶出によって、リチウムイオン二次電池の熱的安定性が低下して安全性が損なわれるおそれがある。 In a lithium ion secondary battery using such a layered lithium composite oxide as a positive electrode active material, charging and discharging are performed by lithium ions being desorbed and inserted into the layered lithium composite oxide. As the discharge cycle is repeated, the capacity decreases, and particularly when used for a long time, the capacity of the battery may be significantly decreased. This is considered to be caused by the fact that the transition metal component of the layered lithium composite oxide elutes into the electrolytic solution during charging, so that the crystal structure is likely to collapse. Further, the elution of the transition metal component into the electrolytic solution may reduce the thermal stability of the lithium ion secondary battery and impair the safety.
そこで、層状型リチウム複合酸化物を正極活物質に用いる場合、安全性に優れる他のリチウム正極活物質を層状型リチウム複合酸化物と混合して、層状型リチウム複合酸化物を希釈することによって、安全性を確保する技術が開発されている。例えば、特許文献1には、層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物を正極合材全量の65質量%以上含み、さらにLi1+xMPO4(0≦x≦1、Mは、Li、Fe、Ni、Co、Mn、Ti、Cu、Zn、Mg、及びZrから選ばれる一種以上の元素)で表されるオリビン型構造を有するリチウム複合酸化物を正極合材全量の10質量%以上含む正極を備えることにより、リチウムイオン二次電池の安全性を高める技術が開示されている。 Therefore, when using a layered lithium composite oxide as a positive electrode active material, by mixing another lithium positive electrode active material excellent in safety with the layered lithium composite oxide and diluting the layered lithium composite oxide, Technology to ensure safety has been developed. For example, Patent Document 1 contains layered type lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide in an amount of 65% by mass or more of the total amount of the positive electrode mixture, and Li 1 + x MPO 4 (0 ≦ x ≦ 1, M is Li, Fe , Ni, Co, Mn, Ti, Cu, Zn, Mg, and Zr), a positive electrode containing 10% by mass or more of a lithium composite oxide having an olivine structure represented by A technology for improving the safety of a lithium ion secondary battery is disclosed.
一方、リチウムは希少有価物質であることから、層状型リチウム複合酸化物と同様の層状岩塩構造を有し、リチウムイオンに替わりナトリウムイオンにより充放電を行うことのできる、正極活物質として有用な、いわゆる層状型ナトリウム複合酸化物の開発も行われている。例えば、特許文献2には、ナトリウムと、Fe、Mn、Ni、Co及びTiからなる群より選ばれる2種以上の金属元素を含む複合金属酸化物からなる正極活物質が開示されている。 On the other hand, since lithium is a rare valuable substance, it has a layered rock salt structure similar to the layered lithium composite oxide, and can be charged and discharged with sodium ions instead of lithium ions, useful as a positive electrode active material, A so-called layered sodium complex oxide has also been developed. For example, Patent Document 2 discloses a positive electrode active material made of a composite metal oxide containing sodium and two or more metal elements selected from the group consisting of Fe, Mn, Ni, Co, and Ti.
ところで、こうした層状型複合酸化物等からなる正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池の正極を製造するには、かかる正極活物質、カーボンブラック等の導電助剤、及びポリフッ化ビニリデン等の結着材(バインダー)に、N−メチル−2−ピロリドン等の溶媒を加えて、充分に混練して正極スラリーを調製し、これをアルミニウム箔等の集電体上に均一な厚さに塗布した後、ローラープレス等による圧密して乾燥する。 By the way, in order to produce a positive electrode of a lithium ion secondary battery or a sodium ion secondary battery using a positive electrode active material made of such a layered composite oxide, the positive electrode active material, a conductive aid such as carbon black, Add a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to a binder (binder) such as polyvinylidene fluoride, and knead it thoroughly to prepare a positive electrode slurry, which is uniformly applied to a current collector such as an aluminum foil. After coating to a proper thickness, it is compacted by a roller press or the like and dried.
上記のように調製して得られる正極スラリーとしては、粘性等の流動特性に経時的な変化が生じにくいものが求められるところ、特許文献1に記載のリチウム複合酸化物を用いて正極スラリーを調製すると、混練後の時間の経過と共に粘性が増加し、ついには圧密しても解消できないほど、集電体上において塗布厚さにムラが生じるおそれがある。そのため、集電体上の正極材料の厚さが不均一な正極となり、得られるリチウムイオン二次電池の放電容量が低減してしまうことが懸念される。 The positive electrode slurry obtained by preparing as described above is required to have a flow characteristic such as viscosity that is less likely to change over time. A positive electrode slurry is prepared using the lithium composite oxide described in Patent Document 1. Then, the viscosity increases with the lapse of time after kneading, and there is a possibility that the coating thickness may be uneven on the current collector to the extent that it cannot be eliminated even by compacting. Therefore, there is a concern that the thickness of the positive electrode material on the current collector becomes a non-uniform positive electrode, and the discharge capacity of the obtained lithium ion secondary battery is reduced.
したがって、本発明の課題は、正極の製造工程において経時的な粘性変化が生じることなく安定した作業性を有するスラリー(以下、「正極スラリー」と称する)を調製することができ、得られるリチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池において、優れた放電容量と安全性をともに確保することのできる、層状型複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to prepare a slurry having stable workability (hereinafter referred to as “positive electrode slurry”) without causing a change in viscosity over time in the positive electrode manufacturing process, and to obtain lithium ions In a secondary battery or a sodium ion secondary battery, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery or a positive electrode for a sodium ion secondary battery comprising a layered composite oxide that can ensure both excellent discharge capacity and safety It is to provide an active material.
そこで、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、特定の複合酸化物粒子からなる層状型複合酸化物二次粒子の表面の一部のみにおいて、特定のポリアニオン粒子と複合酸化物粒子とが複合化してなり、かつXPSによる特定のピーク強度を有する正極活物質とすることにより、経時的に粘性変化が生じにくい正極スラリーの調製を可能とし、優れた放電特性と安全性とを有するリチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池が得られることを見出した。 Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors have found that the specific polyanion particles and the composite oxide particles are composited only on a part of the surface of the layered composite oxide secondary particles composed of the specific composite oxide particles. By using a positive electrode active material having a specific peak intensity by XPS, it is possible to prepare a positive electrode slurry that is less likely to change in viscosity over time, and has a lithium ion secondary battery having excellent discharge characteristics and safety. It discovered that a secondary battery or a sodium ion secondary battery was obtained.
すなわち、本発明は、下記式(I):
LiNiaCobMncM1 xO2・・・(I)
(式(I)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、xは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦x≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(II):
LiNidCoeAlfM2 yO2・・・(II)
(式(II)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、yは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦y≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×y=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム複合酸化物粒子からなる層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面の一部のみにおいて、下記式(V):
LiCogM5 iPO4・・・(V)
(式(V)中、M5はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g及びiは、0<g≦1、0≦i≦0.3、及び2g+(M5の価数)×i=2を満たす数を示す。)、
又は、下記式(VI):
LiFemMnnM6 oPO4・・・(VI)
(式(VI)中、M6はCo、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。m、n、及びoは、0≦m≦1、0≦n≦1、0≦o≦0.3、及びm+n≠0を満たし、かつ2m+2n+(M6の価数)×o=2を満たす数を示す。)
で表され、表面に炭素(c)が担持してなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)と、リチウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、
X線光電子分光法(XPS)によるピーク強度比((Ni2p3/2のピーク強度)/(P2pのピーク強度+C1sのピーク強度))が0.05を超え0.4未満であるリチウムイオン二次電池用正極活物質を提供するものである。
That is, the present invention provides the following formula (I):
LiNi a Co b Mn c M 1 x O 2 (I)
(In the formula (I), M 1 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, 1 or 2 or more elements selected from Bi and Ge are shown, a, b, c, and x are 0.3 ≦ a <1, 0 <b ≦ 0.7, 0 <c ≦ 0.7, (0 ≦ x ≦ 0.3 and 3a + 3b + 3c + (valence of M 1 ) × x = 3)
Or the following formula (II):
LiNi d Co e Al f M 2 y O 2 (II)
(In the formula (II), M 2 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi and One or more elements selected from Ge are shown, d, e, f, and y are 0.4 ≦ d <1, 0 <e ≦ 0.6, 0 <f ≦ 0.3, 0 ≦. (Y ≦ 0.3 and 3d + 3e + 3f + (valence of M 2 ) × y = 3)
In only a part of the surface of the layered lithium composite oxide secondary particles (A) composed of lithium composite oxide particles represented by the following formula (V):
LiCo g M 5 i PO 4 (V)
(In the formula (V), M 5 represents Fe, Mn, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. G and i are 0 <g ≦ 1 , 0 ≦ i ≦ 0.3, and 2g + (the valence of M 5 ) × i = 2.)
Or the following formula (VI):
LiFe m Mn n M 6 o PO 4 (VI)
(In the formula (VI), M 6 represents Co, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. M, n, and o are 0 ≦ m ≦ 1 represents a number satisfying 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ o ≦ 0.3, and m + n ≠ 0, and satisfying 2m + 2n + (valence of M 6 ) × o = 2.)
Lithium-based polyanion particles (B) formed by supporting carbon (c) on the surface and lithium composite oxide particles are combined,
Lithium ion secondary whose peak intensity ratio ((Ni2p 3/2 peak intensity) / (P2p peak intensity + C1s peak intensity)) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is more than 0.05 and less than 0.4 A positive electrode active material for a battery is provided.
また、本発明は、下記式(III):
NaNia’Cob’Mnc’M3 x’O2・・・(III)
(式(III)中、M3はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a’、b’、c’、x’は、0.3≦a’<1、0<b’≦0.7、0<c’≦0.7、0≦x’≦0.3、かつ3a’+3b’+3c’+(M3の価数)×x’=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(IV):
NaNid’Coe’Alf’M4 y’O2・・・(IV)
(式(IV)中、M4はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d’、e’、f’、y’は、0.4≦d’<1、0<e’≦0.6、0<f’≦0.3、0≦y’≦0.3、かつ3d’+3e’+3f’+(M4の価数)×y’=3を満たす数を示す。)
で表されるナトリウム複合酸化物粒子からなる層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面の一部のみにおいて、下記式(VII):
NaCog’M7 i’PO4・・・(VII)
(式(VII)中、M7はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g’及びi’は、0<g’≦1、0≦i’≦0.3、及び2g’+(M7の価数)×i’=2を満たす数を示す。)、
又は、下記式(VIII):
NaFem’Mnn’M8 o’PO4・・・(VIII)
(式(VIII)中、M8はCo、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。m’、n’、及びo’は、0≦m’≦1、0≦n’≦1、0≦o’≦0.3、及びm’+n’≠0を満たし、かつ2m’+2n’+(M8の価数)×o’=2を満たす数を示す。)
で表され、表面に炭素(c)が担持してなるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)と、ナトリウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、
X線光電子分光法(XPS)によるピーク強度比((Ni2p3/2のピーク強度)/(P2pのピーク強度+C1sのピーク強度))が0.05を超え0.4未満であるナトリウムイオン二次電池用正極活物質を提供するものである。
The present invention also provides the following formula (III):
NaNi a ′ Co b ′ Mn c ′ M 3 x ′ O 2 (III)
(In the formula (III), M 3 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, 1 or 2 or more elements selected from Bi and Ge, a ′, b ′, c ′ and x ′ are 0.3 ≦ a ′ <1, 0 <b ′ ≦ 0.7, 0 < (c ′ ≦ 0.7, 0 ≦ x ′ ≦ 0.3, and 3a ′ + 3b ′ + 3c ′ + (valence of M 3 ) × x ′ = 3).
Or the following formula (IV):
NaNi d ′ Co e ′ Al f ′ M 4 y ′ O 2 (IV)
(In the formula (IV), M 4 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi and 1 or 2 or more elements selected from Ge, d ′, e ′, f ′, and y ′ are 0.4 ≦ d ′ <1, 0 <e ′ ≦ 0.6, and 0 <f ′. ≦ 0.3,0 ≦ y '≦ 0.3, and 3d' + 3e '+ 3f' + ( valence of M 4) shows a number satisfying × y '= 3.)
In only a part of the surface of the layered sodium composite oxide secondary particles (D) composed of the sodium composite oxide particles represented by the following formula (VII):
NaCo g ′ M 7 i ′ PO 4 (VII)
(In the formula (VII), M 7 represents Fe, Mn, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. G ′ and i ′ are 0 <g '≦ 1, 0 ≦ i' ≦ 0.3, and 2g ′ + (valence of M 7 ) × i ′ = 2).
Or the following formula (VIII):
NaFe m ′ Mn n ′ M 8 o ′ PO 4 (VIII)
(In the formula (VIII), M 8 represents Co, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. M ′, n ′, and o ′ are 0. ≦ m ′ ≦ 1, 0 ≦ n ′ ≦ 1, 0 ≦ o ′ ≦ 0.3, and m ′ + n ′ ≠ 0, and 2m ′ + 2n ′ + (valence of M 8 ) × o ′ = 2 Indicates the number satisfying.)
The sodium-based polyanion particles (E) formed by supporting carbon (c) on the surface and sodium composite oxide particles are combined,
Sodium ion secondary whose peak intensity ratio ((Ni2p 3/2 peak intensity) / (P2p peak intensity + C1s peak intensity)) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is more than 0.05 and less than 0.4 A positive electrode active material for a battery is provided.
さらに、本発明は、層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)、及び表面に炭素(c)が担持してなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して複合化する工程を備える上記リチウムイオン二次電池用正極活物質体の製造方法を提供するものである。 Furthermore, the present invention mixes layered lithium composite oxide secondary particles (A) and lithium-based polyanion particles (B) having carbon (c) supported on the surface while applying compressive force and shearing force. The manufacturing method of the said positive electrode active material body for lithium ion secondary batteries provided with the process to combine is provided.
また、本発明は、層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)、及び表面に炭素(c)が担持してなるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して複合化する工程を備える上記リチウムイオン二次電池用正極活物質体の製造方法を提供するものである。 In the present invention, layered sodium composite oxide secondary particles (D) and sodium-based polyanion particles (E) having carbon (c) supported on the surface are mixed while applying compressive force and shearing force. The manufacturing method of the said positive electrode active material body for lithium ion secondary batteries provided with the process to combine is provided.
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質によれば、層状型複合酸化物を用いながらも、経時的な粘性上昇が抑制され、安定した作業性を備えた正極スラリーを調製することが可能となり、得られるリチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池において、優れた放電特性と安全性とを両立させることができる。 According to the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery or the positive electrode active material for a sodium ion secondary battery of the present invention, while using a layered composite oxide, the increase in viscosity over time is suppressed, and stable workability is achieved. The provided positive electrode slurry can be prepared, and in the obtained lithium ion secondary battery or sodium ion secondary battery, both excellent discharge characteristics and safety can be achieved.
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、下記式(I):
LiNiaCobMncM1 xO2・・・(I)
(式(I)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、xは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦x≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(II):
LiNidCoeAlfM2 yO2・・・(II)
(式(II)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、yは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦y≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×y=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム複合酸化物粒子からなる層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面の一部のみにおいて、下記式(V):
LiCogM5 iPO4・・・(V)
(式(V)中、M5はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g及びiは、0<g≦1、0≦i≦0.3、及び2g+(M5の価数)×i=2を満たす数を示す。)、
又は、下記式(VI):
LiFemMnnM6 oPO4・・・(VI)
(式(VI)中、M6はCo、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。m、n、及びoは、0≦m≦1、0≦n≦1、0≦o≦0.3、及びm+n≠0を満たし、かつ2m+2n+(M6の価数)×o=2を満たす数を示す。)
で表され、表面に炭素(c)が担持してなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)と、リチウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、
X線光電子分光法(XPS)によるピーク強度比((Ni2p3/2のピーク強度)/(P2pのピーク強度+C1sのピーク強度))が0.05を超え0.4未満である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention has the following formula (I):
LiNi a Co b Mn c M 1 x O 2 (I)
(In the formula (I), M 1 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, 1 or 2 or more elements selected from Bi and Ge are shown, a, b, c, and x are 0.3 ≦ a <1, 0 <b ≦ 0.7, 0 <c ≦ 0.7, (0 ≦ x ≦ 0.3 and 3a + 3b + 3c + (valence of M 1 ) × x = 3)
Or the following formula (II):
LiNi d Co e Al f M 2 y O 2 (II)
(In the formula (II), M 2 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi and One or more elements selected from Ge are shown, d, e, f, and y are 0.4 ≦ d <1, 0 <e ≦ 0.6, 0 <f ≦ 0.3, 0 ≦. (Y ≦ 0.3 and 3d + 3e + 3f + (valence of M 2 ) × y = 3)
In only a part of the surface of the layered lithium composite oxide secondary particles (A) composed of lithium composite oxide particles represented by the following formula (V):
LiCo g M 5 i PO 4 (V)
(In the formula (V), M 5 represents Fe, Mn, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. G and i are 0 <g ≦ 1 , 0 ≦ i ≦ 0.3, and 2g + (the valence of M 5 ) × i = 2.)
Or the following formula (VI):
LiFe m Mn n M 6 o PO 4 (VI)
(In the formula (VI), M 6 represents Co, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. M, n, and o are 0 ≦ m ≦ 1 represents a number satisfying 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ o ≦ 0.3, and m + n ≠ 0, and satisfying 2m + 2n + (valence of M 6 ) × o = 2.)
Lithium-based polyanion particles (B) formed by supporting carbon (c) on the surface and lithium composite oxide particles are combined,
The peak intensity ratio ((Ni2p 3/2 peak intensity) / (P2p peak intensity + C1s peak intensity)) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is more than 0.05 and less than 0.4.
また、本発明のナトリウムイオン二次電池用正極活物質は、下記式(III):
NaNia’Cob’Mnc’M3 x’O2・・・(III)
(式(III)中、M3はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a’、b’、c’、x’は、0.3≦a’<1、0<b’≦0.7、0<c’≦0.7、0≦x’≦0.3、かつ3a’+3b’+3c’+(M3の価数)×x’=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(IV):
NaNid’Coe’Alf’M4 y’O2・・・(IV)
(式(IV)中、M4はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d’、e’、f’、y’は、0.4≦d’<1、0<e’≦0.6、0<f’≦0.3、0≦y’≦0.3、かつ3d’+3e’+3f’+(M4の価数)×y’=3を満たす数を示す。)
で表されるナトリウム複合酸化物粒子からなる層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面の一部のみにおいて、下記式(VII):
NaCog’M7 i’PO4・・・(VII)
(式(VII)中、M7はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g’及びi’は、0<g’≦1、0≦i’≦0.3、及び2g’+(M7の価数)×i’=2を満たす数を示す。)、
又は、下記式(VIII):
NaFem’Mnn’M8 o’PO4・・・(VIII)
(式(VIII)中、M8はCo、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。m’、n’、及びo’は、0≦m’≦1、0≦n’≦1、0≦o’≦0.3、及びm’+n’≠0を満たし、かつ2m’+2n’+(M8の価数)×o’=2を満たす数を示す。)
で表され、表面に炭素(c)が担持してなるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)と、ナトリウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、
X線光電子分光法(XPS)によるピーク強度比((Ni2p3/2のピーク強度)/(P2pのピーク強度+C1sのピーク強度))が0.05を超え0.4未満である。
Moreover, the positive electrode active material for sodium ion secondary batteries of the present invention has the following formula (III):
NaNi a ′ Co b ′ Mn c ′ M 3 x ′ O 2 (III)
(In the formula (III), M 3 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, 1 or 2 or more elements selected from Bi and Ge, a ′, b ′, c ′ and x ′ are 0.3 ≦ a ′ <1, 0 <b ′ ≦ 0.7, 0 < (c ′ ≦ 0.7, 0 ≦ x ′ ≦ 0.3, and 3a ′ + 3b ′ + 3c ′ + (valence of M 3 ) × x ′ = 3).
Or the following formula (IV):
NaNi d ′ Co e ′ Al f ′ M 4 y ′ O 2 (IV)
(In the formula (IV), M 4 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi and 1 or 2 or more elements selected from Ge, d ′, e ′, f ′, and y ′ are 0.4 ≦ d ′ <1, 0 <e ′ ≦ 0.6, and 0 <f ′. ≦ 0.3,0 ≦ y '≦ 0.3, and 3d' + 3e '+ 3f' + ( valence of M 4) shows a number satisfying × y '= 3.)
In only a part of the surface of the layered sodium composite oxide secondary particles (D) composed of the sodium composite oxide particles represented by the following formula (VII):
NaCo g ′ M 7 i ′ PO 4 (VII)
(In the formula (VII), M 7 represents Fe, Mn, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. G ′ and i ′ are 0 <g '≦ 1, 0 ≦ i' ≦ 0.3, and 2g ′ + (valence of M 7 ) × i ′ = 2).
Or the following formula (VIII):
NaFe m ′ Mn n ′ M 8 o ′ PO 4 (VIII)
(In the formula (VIII), M 8 represents Co, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. M ′, n ′, and o ′ are 0. ≦ m ′ ≦ 1, 0 ≦ n ′ ≦ 1, 0 ≦ o ′ ≦ 0.3, and m ′ + n ′ ≠ 0, and 2m ′ + 2n ′ + (valence of M 8 ) × o ′ = 2 Indicates the number satisfying.)
The sodium-based polyanion particles (E) formed by supporting carbon (c) on the surface and sodium composite oxide particles are combined,
The peak intensity ratio ((Ni2p 3/2 peak intensity) / (P2p peak intensity + C1s peak intensity)) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is more than 0.05 and less than 0.4.
上記式(I)で表されるリチウム複合酸化物粒子からなる層状型リチウム複合酸化物(いわゆるLi−Ni−Co−Mn酸化物であり、以後「Li−NCM系複合酸化物」と称する。)二次粒子(A)、及び上記式(III)で表されるナトリウム複合酸化物粒子からなる層状型ナトリウム複合酸化物(いわゆるNa−Ni−Co−Mn酸化物であり、以後「Na−NCM系複合酸化物」と称する。また、Li−NCM系複合酸化物とNa−NCM系複合酸化物を「NCM系複合酸化物」と総称する。)二次粒子(D)、並びに
上記式(II)で表されるリチウム複合酸化物粒子からなる層状型リチウム複合酸化物(いわゆるLi−Ni−Co−Al酸化物であり、以後「Li−NCA系複合酸化物」と称する。)二次粒子(A)、及び上記式(IV)で表されるナトリウム複合酸化物粒子からなる層状型ナトリウム複合酸化物(いわゆるNa−Ni−Co−Al酸化物であり、以後「Na−NCA系複合酸化物」と称する。また、Li−NCA系複合酸化物とNa−NCA系複合酸化物を「NCA系複合酸化物」と総称する。)二次粒子(D)は、いずれも層状岩塩構造を有する粒子である。
Layered lithium composite oxide composed of lithium composite oxide particles represented by the above formula (I) (so-called Li—Ni—Co—Mn oxide, hereinafter referred to as “Li—NCM composite oxide”) Layered-type sodium composite oxide (so-called Na-Ni-Co-Mn oxide, consisting of secondary particles (A) and sodium composite oxide particles represented by the above formula (III). In addition, Li-NCM composite oxide and Na-NCM composite oxide are collectively referred to as “NCM composite oxide.) Secondary particles (D) and the above formula (II) Layered lithium composite oxide (so-called Li-Ni-Co-Al oxide, hereinafter referred to as "Li-NCA composite oxide") secondary particles (A ), And the above formula (IV A layered sodium composite oxide (so-called Na—Ni—Co—Al oxide, hereinafter referred to as “Na—NCA composite oxide”). The composite oxide and the Na-NCA composite oxide are collectively referred to as “NCA composite oxide.”) The secondary particles (D) are all particles having a layered rock salt structure.
上記式(I)中のM1、又は上記式(III)中のM3は、各々Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。
また、上記式(I)中のa、b、c、xは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦x≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×x=3を満たす数であり、上記式(III)中のa’、b’、c’、x’は、0.3≦a’<1、0<b’≦0.7、0<c’≦0.7、0≦x’≦0.3、かつ3a’+3b’+3c’+(M3の価数)×x’=3を満たす数である。
M 1 in the above formula (I) or M 3 in the above formula (III) is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, respectively. One or more elements selected from Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi and Ge are shown.
In the above formula (I), a, b, c and x are 0.3 ≦ a <1, 0 <b ≦ 0.7, 0 <c ≦ 0.7, 0 ≦ x ≦ 0.3, And 3a + 3b + 3c + (valence of M 1 ) × x = 3, and a ′, b ′, c ′, x ′ in the above formula (III) are 0.3 ≦ a ′ <1, 0 < b ′ ≦ 0.7, 0 <c ′ ≦ 0.7, 0 ≦ x ′ ≦ 0.3, and 3a ′ + 3b ′ + 3c ′ + (valence of M 3 ) × x ′ = 3 .
上記式(I)又は式(III)で表されるNCM系複合酸化物において、Ni、Co及びMnは、電子伝導性に優れ、電池容量及び出力特性に寄与することが知られている。また、サイクル特性の観点からは、かかる遷移元素の一部が他の金属元素M1又はM3により置換されていることが好ましい。これら金属元素M1又はM3により置換されることにより、式(I)又は式(III)で表されるNCM系複合酸化物の結晶構造が安定化されるため、得られる二次電池において充放電を繰り返しても結晶構造の崩壊が抑制でき、高い放電容量を確保し得ると考えられる。
上記式(I)で表されるLi−NCM系複合酸化物としては、具体的には、例えばLiNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、LiNi0.8Co0.1Mn 0.1O2、LiNi0.6Co0.2Mn 0.2O2、LiNi0.2Co0.4Mn0.4O2、LiNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2、及びLiNi0.33Co0.31Mn0.33Zn0.03O2等が挙げられる。なかでも、より放電容量を重視する場合には、LiNi0.8Co0.1Mn 0.1O2、LiNi0.6Co0.2Mn 0.2O2等のNi量の多い組成が好ましく、さらにサイクル特性を重視する場合には、LiNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、LiNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2等のNi量の少ない組成が好ましい。
また、上記式(III)で表されるNa−NCM系複合酸化物としては、具体的には、例えばNaNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、NaNi0.8Co0.1Mn 0.1O2、NaNi0.6Co0.2Mn 0.2O2、NaNi0.2Co0.4Mn0.4O2、NaNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2、及びNaNi0.33Co0.31Mn0.33Zn0.03O2等が挙げられる。なかでも、より放電容量を重視する場合には、NaNi0.8Co0.1Mn 0.1O2、NaNi0.6Co0.2Mn 0.2O2等のNi量の多い組成が好ましく、さらにサイクル特性を重視する場合には、NaNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、NaNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2等のNi量の少ない組成が好ましい。
In the NCM-based composite oxide represented by the above formula (I) or formula (III), Ni, Co and Mn are known to have excellent electron conductivity and contribute to battery capacity and output characteristics. Further, from the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is substituted with another metal element M 1 or M 3 . By substituting with these metal elements M 1 or M 3 , the crystal structure of the NCM composite oxide represented by the formula (I) or the formula (III) is stabilized. It is considered that even if the discharge is repeated, the collapse of the crystal structure can be suppressed and a high discharge capacity can be secured.
Specific examples of the Li-NCM composite oxide represented by the above formula (I) include, for example, LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.34 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O. 2 , LiNi 0.2 Co 0.4 Mn 0.4 O 2 , LiNi 0.33 Co 0.31 Mn 0.33 Mg 0.03 O 2 , LiNi 0.33 Co 0.31 Mn 0.33 Zn 0.03 O 2 and the like. Among these, when the discharge capacity is more important, a composition with a large amount of Ni such as LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 and LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 is preferable, and when the cycle characteristics are more important, A composition having a small amount of Ni, such as LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.34 O 2 and LiNi 0.33 Co 0.31 Mn 0.33 Mg 0.03 O 2, is preferable.
Specific examples of the Na-NCM composite oxide represented by the above formula (III) include NaNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.34 O 2 , NaNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , NaNi 0.6 Co 0.2 Mn. Examples thereof include 0.2 O 2 , NaNi 0.2 Co 0.4 Mn 0.4 O 2 , NaNi 0.33 Co 0.31 Mn 0.33 Mg 0.03 O 2 , and NaNi 0.33 Co 0.31 Mn 0.33 Zn 0.03 O 2 . Among these, in the case where the discharge capacity is more important, a composition having a large amount of Ni such as NaNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 and NaNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 is preferable, and in the case where the cycle characteristics are more important, A composition with a small amount of Ni, such as NaNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.34 O 2 and NaNi 0.33 Co 0.31 Mn 0.33 Mg 0.03 O 2, is preferred.
上記式(I)又は式(III)で表されるNCM系複合酸化物の一次粒子の平均粒径は、好ましくは500nm以下であり、より好ましくは300nm以下である。このように、NCM系複合酸化物の一次粒子の平均粒径を少なくとも500nm以下にすることで、リチウムイオン又はナトリウムイオンの挿入及び脱離に伴う上記一次粒子の膨張収縮量を抑制することができ、粒子割れを有効に防止することができる。なお、上記一次粒子の平均粒径の下限値は特に限定されないが、ハンドリングの観点から、50nm以上が好ましい。
また、上記一次粒子が凝集して形成するNCM系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)の平均粒径は、好ましくは25μm以下であり、より好ましくは20μm以下である。かかる二次粒子の平均粒径が25μm以下であると、集電体への塗布厚さの均一性が良好な正極スラリーを容易に調製することができる。なお、上記二次粒子の平均粒径の下限値は特に限定されないが、ハンドリングの観点から1μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましい。
ここで、平均粒径とは、SEM又はTEMの電子顕微鏡による観察において、数十個の粒子の粒径(長軸の長さ)の測定値の平均値を意味する。
The average particle size of the primary particles of the NCM composite oxide represented by the above formula (I) or formula (III) is preferably 500 nm or less, more preferably 300 nm or less. Thus, by setting the average particle size of the primary particles of the NCM composite oxide to at least 500 nm or less, it is possible to suppress the amount of expansion and contraction of the primary particles accompanying the insertion and desorption of lithium ions or sodium ions. , Particle breakage can be effectively prevented. The lower limit of the average particle size of the primary particles is not particularly limited, but is preferably 50 nm or more from the viewpoint of handling.
The average particle diameter of the NCM composite oxide secondary particles (A) or (D) formed by aggregation of the primary particles is preferably 25 μm or less, more preferably 20 μm or less. When the average particle size of the secondary particles is 25 μm or less, a positive electrode slurry with good uniformity of the coating thickness on the current collector can be easily prepared. The lower limit of the average particle size of the secondary particles is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and more preferably 5 μm or more from the viewpoint of handling.
Here, the average particle diameter means an average value of measured values of the particle diameter (length of major axis) of several tens of particles in observation with an SEM or TEM electron microscope.
なお、本明細書において、NCM系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)は、各々の二次粒子を形成してなる一次粒子のみを含み、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を含まない。 In the present specification, the NCM-based composite oxide secondary particles (A) or (D) include only the primary particles formed from the respective secondary particles, and are lithium-based polyanion particles (B) or sodium-based particles. Does not contain polyanion particles (E).
実際に、NCM系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)は、一次粒子間に形成される空隙を有しているが、NCM系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)の製造においてかかる粒子間空隙は狭小化するため、NCM系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)が有する空隙は、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)がその内部に侵入可能な大きさを有してはいない。 Actually, the NCM composite oxide secondary particles (A) or (D) have voids formed between the primary particles, but the NCM composite oxide secondary particles (A) or (D) Since the interparticle voids are reduced in the production of NCM composite oxide secondary particles (A) or (D), the lithium polyanion particles (B) or sodium polyanion particles (E) It is not large enough to penetrate inside.
次に、式(II)で示されるLi−NCA系複合酸化物、及び式(IV)で示されるNa−NCA系複合酸化物を説明する。
上記式(II)中のM2、又は上記式(IV)中のM4は、各々Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。
また、上記式(II)中のd、e、f、yは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦y≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×y=3を満たす数であり、上記式(IV)中のd’、e’、f’、y’は、0.4≦d’<1、0<e’≦0.6、0<f’≦0.3、0≦y’≦0.3、かつ3d’+3e’+3f’+(M4の価数)×y’=3を満たす数である。
Next, the Li—NCA composite oxide represented by the formula (II) and the Na—NCA composite oxide represented by the formula (IV) will be described.
M 2 in the above formula (II) or M 4 in the above formula (IV) is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, respectively. 1 element or 2 or more elements selected from Ta, W, La, Ce, Pb, Bi and Ge.
In the above formula (II), d, e, f, and y are 0.4 ≦ d <1, 0 <e ≦ 0.6, 0 <f ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.3, And 3d + 3e + 3f + (valence of M 2 ) × y = 3, and d ′, e ′, f ′, and y ′ in the above formula (IV) are 0.4 ≦ d ′ <1, 0 < e ′ ≦ 0.6, 0 <f ′ ≦ 0.3, 0 ≦ y ′ ≦ 0.3, and 3d ′ + 3e ′ + 3f ′ + (valence of M 4 ) × y ′ = 3 .
上記式(II)又は式(IV)で表されるNCA系複合酸化物は、式(I)又は式(III)で表されるNCM系複合酸化物よりも、さらに得られる二次電池における放電容量及び出力特性に優れている。加えて、Alの含有により、雰囲気中の湿分による変質も生じ難く、安全性にも優れている。
上記式(II)で表されるLi−NCA系複合酸化物としては、具体的には、例えばLiNi0.33Co0.33Al0.34O2、LiNi0.8Co0.1Al0.1O2、LiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2、LiNi0.8Co0.15Al0.03Zn0.03O2等が挙げられる。なかでもLiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2が好ましい。
また、上記式(IV)で表されるNa−NCA系複合酸化物としては、具体的には、例えばNaNi0.33Co0.33Al0.34O2、NaNi0.8Co0.1Al0.1O2、NaNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2、NaNi0.8Co0.15Al0.03Zn0.03O2等が挙げられる。なかでもNaiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2が好ましい。
The NCA-based composite oxide represented by the formula (II) or the formula (IV) is more discharged than the NCM-based composite oxide represented by the formula (I) or the formula (III). Excellent capacity and output characteristics. In addition, due to the inclusion of Al, alteration due to moisture in the atmosphere hardly occurs, and the safety is excellent.
Specific examples of the Li-NCA composite oxide represented by the above formula (II) include LiNi 0.33 Co 0.33 Al 0.34 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.03 Mg Examples include 0.03 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.03 Zn 0.03 O 2 . Of these, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.03 Mg 0.03 O 2 is preferable.
Further, specific examples of the Na-NCA based complex oxide represented by the above formula (IV) include, for example, NaNi 0.33 Co 0.33 Al 0.34 O 2 , NaNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 , NaNi 0.8 Co 0.15 Al 0.03 Mg 0.03 O 2 , NaNi 0.8 Co 0.15 Al 0.03 Zn 0.03 O 2 and the like. Of these, NaiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.03 Mg 0.03 O 2 is preferable.
上記式(II)又は式(IV)で表されるNCA系複合酸化物の一次粒子の平均粒径、及び上記一次粒子が凝集して形成されるNCA系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)の平均粒径は、上記のNCM系複合酸化物と同様である。すなわち、上記式(II)又は式(IV)で表されるNCA系複合酸化物の一次粒子の平均粒径は、好ましくは500nm以下であり、より好ましくは300nm以下であり、上記一次粒子からなるNCA系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)の平均粒径は、好ましくは25μm以下であり、より好ましくは20μm以下である。 The average particle diameter of the primary particles of the NCA-based composite oxide represented by the above formula (II) or formula (IV), and the NCA-based composite oxide secondary particles (A) formed by aggregation of the primary particles or The average particle diameter of (D) is the same as that of said NCM type complex oxide. That is, the average particle diameter of the primary particles of the NCA-based composite oxide represented by the above formula (II) or formula (IV) is preferably 500 nm or less, more preferably 300 nm or less, and the primary particles. The average particle diameter of the NCA-based composite oxide secondary particles (A) or (D) is preferably 25 μm or less, more preferably 20 μm or less.
本発明における層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)は、上記式(I)で表されるLi−NCM系複合酸化物と上記式(II)で表されるLi−NCA系複合酸化物が混在していてもよい。その混在状態は、上記式(I)で表されるLi−NCM系複合酸化物の一次粒子と上記式(II)で表されるLi−NCA系複合酸化物の一次粒子が共存してなる二次粒子を形成してもよく、また上記式(I)で表されるLi−NCM系複合酸化物のみからなる二次粒子と上記式(II)で表されるLi−NCA系複合酸化物のみからなる二次粒子とが混在してもよく、さらには上記式(I)で表されるLi−NCM系複合酸化物の一次粒子と上記式(II)で表されるLi−NCA系複合酸化物の一次粒子が共存してなる二次粒子、上記式(I)で表されるLi−NCM系複合酸化物のみからなる二次粒子及び上記式(II)で表されるLi−NCA系複合酸化物のみからなる二次粒子とが混在するものであってもよい。 The layered lithium composite oxide secondary particles (A) in the present invention include a Li-NCM composite oxide represented by the above formula (I) and a Li-NCA composite oxide represented by the above formula (II). May be mixed. The mixed state is such that the primary particles of the Li—NCM composite oxide represented by the above formula (I) and the primary particles of the Li—NCA composite oxide represented by the above formula (II) coexist. Secondary particles may be formed, and only secondary particles composed only of the Li-NCM composite oxide represented by the above formula (I) and Li-NCA composite oxide represented by the above formula (II) Secondary particles composed of the above may be mixed, and further, primary particles of the Li-NCM composite oxide represented by the above formula (I) and Li-NCA composite oxide represented by the above formula (II) Secondary particles formed by the coexistence of primary particles of the product, secondary particles composed only of the Li-NCM composite oxide represented by the above formula (I), and the Li-NCA composite represented by the above formula (II) Secondary particles composed only of oxides may be mixed.
また、本発明の層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)は、上記式(III)で表されるNa−NCM系複合酸化物と上記式(IV)で表されるNa−NCA系複合酸化物が混在していてもよい。その混在状態は、上記式(III)で表されるNa−NCM系複合酸化物の一次粒子と上記式(IV)で表されるNa−NCA系複合酸化物の一次粒子が共存してなる二次粒子を形成してもよく、また上記式(III)で表されるNa−NCM系複合酸化物のみからなる二次粒子と上記式(IV)で表されるNa−NCA系複合酸化物のみからなる二次粒子とが混在してもよく、さらには上記式(III)で表されるNa−NCM系複合酸化物の一次粒子と上記式(IV)で表されるNa−NCA系複合酸化物の一次粒子が共存してなる二次粒子、上記式(III)で表されるNa−NCM系複合酸化物のみからなる二次粒子及び上記式(IV)で表されるNa−NCA系複合酸化物のみからなる二次粒子とが混在するものであってもよい。 In addition, the layered sodium composite oxide secondary particles (D) of the present invention include a Na—NCM composite oxide represented by the above formula (III) and a Na—NCA composite represented by the above formula (IV). An oxide may be mixed. The mixed state is such that the primary particles of the Na—NCM composite oxide represented by the above formula (III) and the primary particles of the Na—NCA composite oxide represented by the above formula (IV) coexist. Secondary particles may be formed, and only secondary particles composed only of the Na—NCM complex oxide represented by the above formula (III) and only the Na—NCA complex oxide represented by the above formula (IV). Secondary particles composed of the above may be mixed, and further, the primary particles of the Na-NCM composite oxide represented by the above formula (III) and the Na-NCA composite oxide represented by the above formula (IV) Secondary particles formed by the coexistence of primary particles of the product, secondary particles composed only of the Na-NCM composite oxide represented by the formula (III), and the Na-NCA composite represented by the formula (IV) Secondary particles composed only of oxides may be mixed.
上記式(I)又は上記式(III)で表されるNCM系複合酸化物と上記式(II)又は上記式(IV)で表されるNCA系複合酸化物が混在する場合の、NCM系複合酸化物とNCA系複合酸化物の割合(質量%)は、求める電池特性によって適宜調整すればよい。例えば、さらにレート特性を重視する場合には、上記式(I)又は上記式(III)で表されるNCM系複合酸化物の割合を多くするのが好ましく、具体的には、NCM系複合酸化物とNCA系複合酸化物の質量割合(NCM系複合酸化物:NCA系複合酸化物)=99.9:0.1〜60:40であるのが好ましい。また、例えば、より放電容量を重視する場合には、上記式(II)又は上記式(IV)で表されるNCA系複合酸化物の割合を多くするのが好ましく、具体的には、例えばNCM系複合酸化物とNCA系複合酸化物の質量割合(NCM系複合酸化物:NCA系複合酸化物)=40:60〜0.1:99.9であるのが好ましい。 NCM composite in the case where the NCM composite oxide represented by the above formula (I) or the above formula (III) and the NCA composite oxide represented by the above formula (II) or the above formula (IV) coexist. What is necessary is just to adjust suitably the ratio (mass%) of an oxide and a NCA type complex oxide by the battery characteristic to request | require. For example, when the rate characteristic is more important, it is preferable to increase the proportion of the NCM composite oxide represented by the above formula (I) or the above formula (III). It is preferable that it is the mass ratio (NCM type complex oxide: NCA type complex oxide) = 99.9: 0.1-60: 40 of a product and an NCA type complex oxide. For example, when the discharge capacity is more important, it is preferable to increase the proportion of the NCA-based composite oxide represented by the above formula (II) or the above formula (IV). It is preferable that it is the mass ratio (NCM type complex oxide: NCA type complex oxide) = 40: 60-0.1: 99.9 of a system complex oxide and a NCA system complex oxide.
次に、上記リチウム系ポリアニオン粒子(B)、及び上記ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を説明する。
層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面の一部のみにおいて、リチウム複合酸化物粒子と複合化されてなる、リチウム系ポリアニオン粒子(B)は、下記式(V):
LiCogM5 iPO4・・・(V)
(式(V)中、M5はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g及びiは、0<g≦1、0≦i≦0.3、及び2g+(M5の価数)×i=2を満たす数を示す。)、
又は、下記式(VI):
LiFemMnnM6 oPO4・・・(VI)
(式(VI)中、M6はCo、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。m、n、及びoは、0≦m≦1、0≦n≦1、0≦o≦0.3、及びm+n≠0を満たし、かつ2m+2n+(M6の価数)×o=2を満たす数を示す。)
で表され、良好なリチウムイオン伝導性をもたらし得る化合物である。さらに、上記式(V)又は式(VI)で表されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)は、粒子表面に炭素(c)が担持してなり、かかる炭素(c)は、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)又は水溶性炭素材料由来の炭素(c2)であってもよい。
Next, the lithium polyanion particles (B) and the sodium polyanion particles (E) will be described.
The lithium-based polyanion particles (B), which are combined with the lithium composite oxide particles only on a part of the surface of the layered lithium composite oxide secondary particles (A), have the following formula (V):
LiCo g M 5 i PO 4 (V)
(In the formula (V), M 5 represents Fe, Mn, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. G and i are 0 <g ≦ 1 , 0 ≦ i ≦ 0.3, and 2g + (the valence of M 5 ) × i = 2.)
Or the following formula (VI):
LiFe m Mn n M 6 o PO 4 (VI)
(In the formula (VI), M 6 represents Co, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. M, n, and o are 0 ≦ m ≦ 1 represents a number satisfying 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ o ≦ 0.3, and m + n ≠ 0, and satisfying 2m + 2n + (valence of M 6 ) × o = 2.)
And is a compound that can provide good lithium ion conductivity. Furthermore, the lithium-based polyanion particles (B) represented by the above formula (V) or formula (VI) have carbon (c) supported on the particle surface, and the carbon (c) is derived from cellulose nanofibers. Carbon (c1) or carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material may be used.
上記式(V)で表されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)としては、具体的には、例えばLiCoPO4、LiCo0.25Fe0.25PO4等が挙げられる。
また、上記式(VI)で表されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)としては、リチウムイオン二次電池用正極活物質の平均放電電圧の観点から、0.5≦n≦1が好ましく、0.6≦n≦1がより好ましく、0.65≦n≦1がさらに好ましい。具体的には、例えばLiMnPO4、LiMn0.9Fe0.1PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4、LiMn0.75Fe0.15Mg0.1PO4、LiMn0.75Fe0.19Zr0.03PO4、LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.6Fe0.4PO4、LiMn0.5Fe0.5PO4等が挙げられ、なかでもLiMn0.8Fe0.2PO4が好ましい。
Specific examples of the lithium-based polyanion particles (B) represented by the above formula (V) include LiCoPO 4 and LiCo 0.25 Fe 0.25 PO 4 .
In addition, the lithium-based polyanion particle (B) represented by the above formula (VI) is preferably 0.5 ≦ n ≦ 1 from the viewpoint of the average discharge voltage of the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. 6 ≦ n ≦ 1 is more preferable, and 0.65 ≦ n ≦ 1 is more preferable. Specifically, for example, LiMnPO 4 , LiMn 0.9 Fe 0.1 PO 4 , LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4 , LiMn 0.75 Fe 0.15 Mg 0.1 PO 4 , LiMn 0.75 Fe 0.19 Zr 0.03 PO 4 , LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 , LiMn 0.6 Fe 0.4 PO 4 , LiMn 0.5 Fe 0.5 PO 4 and the like can be mentioned, among which LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4 is preferable.
上記式(V)又は式(VI)で表されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)の平均粒径は、層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面において、リチウム複合酸化物粒子と密に複合化する観点から、好ましくは20〜200nmである。具体的には、リチウム系ポリアニオン粒子(B)が式(V)で表される場合には、より好ましくは20〜200nmであり、さらに好ましくは25〜180nmであり、またさらに好ましくは30〜170nmである。また、リチウム系ポリアニオン粒子(B)が式(VI)で表される場合には、より好ましくは50〜200nmであり、さらに好ましくは70〜150nmである。 The average particle size of the lithium-based polyanion particles (B) represented by the above formula (V) or formula (VI) is close to that of the lithium composite oxide particles on the surface of the layered lithium composite oxide secondary particles (A). From the viewpoint of compounding, the thickness is preferably 20 to 200 nm. Specifically, when the lithium-based polyanion particle (B) is represented by the formula (V), it is more preferably 20 to 200 nm, further preferably 25 to 180 nm, and further preferably 30 to 170 nm. It is. Moreover, when lithium type polyanion particle | grains (B) are represented by Formula (VI), More preferably, it is 50-200 nm, More preferably, it is 70-150 nm.
上記式(V)又は式(VI)で表されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)の25℃での20MPa加圧時におけるリチウムイオン伝導度は、1×10−7S/cm以上であることが好ましく、1×10−6S/cm以上であることがより好ましい。リチウム系ポリアニオン粒子(B)のリチウムイオン伝導度の上限値は特に限定されない。 The lithium ion conductivity of the lithium-based polyanion particle (B) represented by the above formula (V) or formula (VI) at 20 MPa pressurization at 25 ° C. is 1 × 10 −7 S / cm or more. Preferably, it is 1 × 10 −6 S / cm or more. The upper limit value of the lithium ion conductivity of the lithium-based polyanion particle (B) is not particularly limited.
なお、上記式(V)又は式(VI)で表されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)は、層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)を構成する一次粒子としてのリチウム複合酸化物と複合化していてもよく、リチウム複合酸化物の一次粒子が凝集してなる層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の一部と直接複合化していてもよい。 The lithium-based polyanion particles (B) represented by the above formula (V) or formula (VI) are combined with lithium composite oxide as primary particles constituting the layered lithium composite oxide secondary particles (A). Or may be directly combined with a part of the layered lithium composite oxide secondary particles (A) formed by aggregation of primary particles of the lithium composite oxide.
上記リチウム系ポリアニオン粒子(B)は、その表面に炭素(c)が担持されてなる。かかる炭素(c)の担持量は、炭素(c)が担持されてなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)全量100質量%中に、好ましくは0.1質量%以上5質量%未満である。具体的には、リチウム系ポリアニオン粒子(B)が式(V)で表される場合には、炭素(c)が担持されてなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)全量100質量%中に、好ましくは0.5〜5質量%であり、より好ましくは1〜5質量%であり、さらに好ましくは1〜4質量%である。また、リチウム系ポリアニオン粒子(B)が式(VI)で表される場合には、炭素(c)が担持されてなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)全量100質量%中に、好ましくは0.1質量%以上4質量%未満であり、より好ましくは0.1〜3質量%であり、さらに好ましくは0.1〜2質量%である。 The lithium-based polyanion particle (B) has carbon (c) supported on its surface. The amount of carbon (c) supported is preferably 0.1% by mass or more and less than 5% by mass in 100% by mass of the total amount of lithium-based polyanion particles (B) on which carbon (c) is supported. Specifically, when the lithium-based polyanion particles (B) are represented by the formula (V), the total amount of lithium-based polyanion particles (B) on which carbon (c) is supported is preferably 100% by mass. It is 0.5-5 mass%, More preferably, it is 1-5 mass%, More preferably, it is 1-4 mass%. When the lithium polyanion particles (B) are represented by the formula (VI), the total amount of lithium polyanion particles (B) on which carbon (c) is supported is preferably 0.1%. The content is not less than 4% by mass and more preferably 4% by mass, more preferably 0.1 to 3% by mass, and still more preferably 0.1 to 2% by mass.
層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の含有量と、表面に炭素(c)が担持されてなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)の含有量(炭素(c)の担持量を含む)との質量比((A):(B))は、好ましくは95:5〜50:50であり、より好ましくは90:10〜50:50であり、さらに好ましくは90:10〜60:40である。 The content of the layered lithium composite oxide secondary particles (A), the content of lithium-based polyanion particles (B) having carbon (c) supported on the surface (including the amount of carbon (c) supported), and The mass ratio ((A) :( B)) is preferably 95: 5 to 50:50, more preferably 90:10 to 50:50, and still more preferably 90:10 to 60:40. is there.
本発明における層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面では、リチウム系ポリアニオン粒子(B)が、かかる二次粒子の表面の一部のみを被覆するように複合化している。これにより、正極スラリーにした際、理由は定かでないが、二次粒子の表面の全部を被覆するまでもなく、経時的にスラリーの粘性が増加するのを有効かつ効率的に抑制することができる。 On the surface of the layered lithium composite oxide secondary particle (A) in the present invention, the lithium-based polyanion particle (B) is composited so as to cover only a part of the surface of the secondary particle. As a result, when the positive electrode slurry is made, the reason is not clear, but it is possible to effectively and efficiently suppress the increase in the viscosity of the slurry over time without covering the entire surface of the secondary particles. .
リチウム系ポリアニオン粒子(B)が層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面の一部のみを被覆している状態は、X線光電子分光法(XPS)によるピーク強度比((Ni2p3/2のピーク強度)/(P2pのピーク強度+C1sのピーク強度))、すなわち層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)から放出されるNi2p3/2のピーク強度と、リチウム系ポリアニオン粒子(B)から放出されるP2p及びC1sのピーク強度の比の値により確認できる。具体的には、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質に数keVの軟X線を照射すると、かかる軟X線の照射を受けた部位から、当該部位を構成する元素に固有のエネルギー値を持つ光電子が放出されるので、層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)から放出されるNi2p3/2のピークを解析して得られる3価のNiに相当するピーク強度と、リチウム系ポリアニオン粒子(B)から放出されるP2p及びC1sのピーク強度の合計を比較することで、リチウムイオン二次電池用正極活物質の表面となっている材料の面積比、すなわち、かかるリチウム系ポリアニオン粒子(B)が、層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)を被覆している程度が分かる。 The state in which the lithium-based polyanion particles (B) cover only a part of the surface of the layered lithium composite oxide secondary particles (A) is the peak intensity ratio ((Ni2p 3 ) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). / 2 peak intensity) / (P2p peak intensity + C1s peak intensity)), that is, Ni2p 3/2 peak intensity released from the layered lithium composite oxide secondary particles (A), and lithium-based polyanion particles ( It can be confirmed by the value of the ratio of the peak intensity of P2p and C1s released from B). Specifically, when the obtained positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is irradiated with soft X-rays of several keV, the energy inherent in the element constituting the portion from the portion subjected to the soft X-ray irradiation. Since a photoelectron having a value is emitted, a peak intensity corresponding to trivalent Ni obtained by analyzing a peak of Ni2p 3/2 emitted from the layered lithium composite oxide secondary particles (A), lithium By comparing the sum of the peak intensities of P2p and C1s released from the polyanion particles (B), that is, the area ratio of the material serving as the surface of the positive electrode active material for the lithium ion secondary battery, that is, the lithium polyanion It can be seen that the particles (B) cover the layered lithium composite oxide secondary particles (A).
より具体的には、本発明におけるリチウムイオン二次電池用正極活物質は、正極スラリーの経時的な粘性の増加を抑制する観点、さらに得られる二次電池において優れた放電特性及び安全性を確保する観点から、かかるXPSによるピーク強度比((Ni2p3/2のピーク強度)/(P2pのピーク強度+C1sのピーク強度))は、0.05を超え0.4未満であって、好ましくは0.05を超え0.37以下であり、より好ましくは0.05を超え0.35以下である。 More specifically, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery in the present invention secures excellent discharge characteristics and safety in the viewpoint of suppressing the increase in viscosity of the positive electrode slurry over time, and in the obtained secondary battery. From this viewpoint, the peak intensity ratio ((Ni2p 3/2 peak intensity) / (P2p peak intensity + C1s peak intensity)) by XPS is more than 0.05 and less than 0.4, preferably 0. .05 and 0.37 or less, more preferably more than 0.05 and 0.35 or less.
なお、かかるピーク強度の比の値から、リチウム系ポリアニオン粒子(B)による層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面被覆率を求めることもできる。具体的には、層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面の全てをリチウム系ポリアニオン粒子(B)で被覆した場合(表面被覆率100面積%)の上記XPSピーク強度比と、層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)単体(表面被覆率0面積%)に関する上記XPSピーク強度比を求めて、この2点を結ぶように表面被覆率とXPSピーク強度比の関係式を求める。
そして、上記関係式を使用して、任意の二次電池用正極活物質に関するXPSピーク強度比の測定結果から、リチウム系ポリアニオン粒子(B)による表面被覆率(面積%)を求めればよい。
上記関係式の一例を、下記式(1)に示す。
リチウム系ポリアニオン粒子(B)による状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面被覆率(面積%)=
−208.3×(XPSピーク強度比)+104.2・・・(1)
The surface coverage of the layered lithium composite oxide secondary particles (A) by the lithium-based polyanion particles (B) can also be determined from the value of the peak intensity ratio. Specifically, the XPS peak intensity ratio when the entire surface of the layered lithium composite oxide secondary particles (A) is covered with the lithium-based polyanion particles (B) (surface coverage: 100 area%), The above-mentioned XPS peak intensity ratio with respect to the single type lithium composite oxide secondary particles (A) (surface coverage 0 area%) is determined, and the relational expression between the surface coverage and the XPS peak intensity ratio is determined so as to connect these two points. .
And the surface coverage (area%) by lithium type polyanion particle | grains (B) should just be calculated | required from the measurement result of the XPS peak intensity ratio regarding arbitrary positive electrode active materials for secondary batteries using the said relational expression.
An example of the above relational expression is shown in the following expression (1).
Surface coverage (area%) of the lithium secondary oxide (A) in the form of lithium-based polyanion particles (B) =
−208.3 × (XPS peak intensity ratio) +104.2 (1)
例えば上記式(1)により求められるリチウム系ポリアニオン粒子(B)による層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面被覆率は、上記のXPSによるピーク強度比に対応する値として、好ましくは20面積%を超え95面積%未満であり、より好ましくは20面積%を超え90面積%以下であり、さらに好ましくは20面積%を超え84面積%以下である。 For example, the surface coverage of the layered lithium composite oxide secondary particles (A) by the lithium-based polyanion particles (B) obtained by the above formula (1) is preferably a value corresponding to the above-described peak intensity ratio by XPS. More than 20 area% and less than 95 area%, more preferably more than 20 area% and not more than 90 area%, and still more preferably more than 20 area% and not more than 84 area%.
また、層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面の一部のみにおいて、ナトリウム複合酸化物粒子と複合化されてなる、ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)は、下記式(VII):
NaCog’M7 i’PO4・・・(VII)
(式(VII)中、M7はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g’及びi’は、0<g’≦1、0≦i’≦0.3、及び2g’+(M7の価数)×i’=2を満たす数を示す。)、
又は、下記式(VIII):
NaFem’Mnn’M8 o’PO4・・・(VIII)
(式(VIII)中、M8はCo、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。m’、n’、及びo’は、0≦m’≦1、0≦n’≦1、0≦o’≦0.3、及びm’+n’≠0を満たし、かつ2m’+2n’+(M8の価数)×o’=2を満たす数を示す。)
で表され、良好なナトリウムイオン伝導性をもたらし得る化合物である。さらに、上記式(VII)又は式(VIII)で表されるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)は、粒子表面に炭素(c)が担持してなり、かかる炭素(c)は、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)又は水溶性炭素材料由来の炭素(c2)であってもよい。
Further, sodium-based polyanion particles (E) formed by complexing with sodium composite oxide particles only on a part of the surface of the layered sodium composite oxide secondary particles (D) are represented by the following formula (VII):
NaCo g ′ M 7 i ′ PO 4 (VII)
(In the formula (VII), M 7 represents Fe, Mn, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. G ′ and i ′ are 0 <g '≦ 1, 0 ≦ i' ≦ 0.3, and 2g ′ + (valence of M 7 ) × i ′ = 2).
Or the following formula (VIII):
NaFe m ′ Mn n ′ M 8 o ′ PO 4 (VIII)
(In the formula (VIII), M 8 represents Co, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. M ′, n ′, and o ′ are 0. ≦ m ′ ≦ 1, 0 ≦ n ′ ≦ 1, 0 ≦ o ′ ≦ 0.3, and m ′ + n ′ ≠ 0, and 2m ′ + 2n ′ + (valence of M 8 ) × o ′ = 2 Indicates the number satisfying.)
And is a compound that can provide good sodium ion conductivity. Furthermore, the sodium-based polyanion particle (E) represented by the above formula (VII) or formula (VIII) has carbon (c) supported on the particle surface, and the carbon (c) is derived from cellulose nanofibers. Carbon (c1) or carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material may be used.
上記式(VII)で表されるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)としては、具体的には、例えばNaCoPO4、NaCo0.25Fe0.25PO4等が挙げられる。
さらに、上記式(VIII)で表されるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)としては、具体的には、例えばNaFe0.2Mn0.8PO4、NaFe0.9Mn0.1PO4、NaFe0.15Mn0.75Mg0.1PO4、NaFe0.19Mn0.75Zr0.03PO4等が挙げられ、なかでもNaFe0.2Mn0.8PO4が好ましい。
Specific examples of the sodium-based polyanion particles (E) represented by the above formula (VII) include NaCoPO 4 and NaCo 0.25 Fe 0.25 PO 4 .
Furthermore, specific examples of the sodium-based polyanion particles (E) represented by the above formula (VIII) include NaFe 0.2 Mn 0.8 PO 4 , NaFe 0.9 Mn 0.1 PO 4 , NaFe 0.15 Mn 0.75 Mg 0.1 PO 4 , naFe 0.19 Mn 0.75 Zr 0.03 PO 4 and the like, among naFe 0.2 Mn 0.8 PO 4 are preferred.
上記式(VII)又は式(VIII)で表されるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の平均粒径は、ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面において、ナトリウム複合酸化物粒子と密に複合化する観点から、好ましくは50〜200nmであり、より好ましくは70〜150nmである。 The average particle diameter of the sodium-based polyanion particles (E) represented by the above formula (VII) or formula (VIII) is complex with the sodium composite oxide particles on the surface of the sodium composite oxide secondary particles (D). From the viewpoint of conversion, the thickness is preferably 50 to 200 nm, and more preferably 70 to 150 nm.
上記式(VII)又は式(VIII)で表されるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の25℃での20MPa加圧時におけるナトリウムイオン伝導度は、1×10−7S/cm以上であることが好ましく、1×10−6S/cm以上であることがより好ましい。ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)のリチウムイオン伝導度の上限値は特に限定されない。 The sodium ion anion conductivity of the sodium-based polyanion particles (E) represented by the above formula (VII) or formula (VIII) at a pressure of 20 MPa at 25 ° C. is 1 × 10 −7 S / cm or more. Preferably, it is 1 × 10 −6 S / cm or more. The upper limit value of the lithium ion conductivity of the sodium-based polyanion particles (E) is not particularly limited.
なお、上記式(VII)又は式(VIII)で表されるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)は、層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)を構成する一次粒子としてのナトリウム複合酸化物と複合化していてもよく、ナトリウム複合酸化物の一次粒子が凝集してなるナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の一部と直接複合化していてもよい。 The sodium-based polyanion particles (E) represented by the above formula (VII) or formula (VIII) are combined with the sodium composite oxide as the primary particles constituting the layered sodium composite oxide secondary particles (D). Or may be directly combined with a part of the sodium composite oxide secondary particles (D) formed by aggregation of the primary particles of the sodium composite oxide.
上記ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)は、その表面に炭素(c)が担持されてなる。かかる炭素(c)の担持量は、炭素(c)が担持されてなるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)全量100質量%中に、好ましくは0.1質量%以上5質量%未満であり、より好ましくは0.5〜5質量%であり、さらに好ましくは1〜5質量%である。 The sodium-based polyanion particle (E) has carbon (c) supported on its surface. The amount of carbon (c) supported is preferably 0.1% by mass or more and less than 5% by mass, more preferably 100% by mass of sodium polyanion particles (E) in which carbon (c) is supported. Is 0.5-5 mass%, More preferably, it is 1-5 mass%.
ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の含有量と、表面に炭素(c)が担持されてなるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の含有量(炭素(c)の担持量を含む)との質量比((D):(E))は、好ましくは95:5〜50:50であり、より好ましくは90:10〜50:50であり、さらに好ましくは90:10〜60:40である。 Mass of content of sodium composite oxide secondary particles (D) and content of sodium-based polyanion particles (E) having carbon (c) supported on the surface (including the supported amount of carbon (c)) The ratio ((D) :( E)) is preferably 95: 5 to 50:50, more preferably 90:10 to 50:50, and still more preferably 90:10 to 60:40.
本発明における層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面では、ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)が、かかる二次粒子の表面の一部のみを被覆するように複合化している。これにより、正極スラリーにした際、理由は定かでないが、二次粒子の表面の全部を被覆するまでもなく、経時的にスラリーの粘性が増加するのを有効かつ効率的に抑制することができる。 On the surface of the layered sodium composite oxide secondary particle (D) in the present invention, the sodium-based polyanion particle (E) is composited so as to cover only a part of the surface of the secondary particle. As a result, when the positive electrode slurry is made, the reason is not clear, but it is possible to effectively and efficiently suppress the increase in the viscosity of the slurry over time without covering the entire surface of the secondary particles. .
ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)が層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面の一部のみを被覆している状態は、リチウム系ポリアニオン粒子(B)が層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面の一部のみを被覆している状態の場合と同様、X線光電子分光法(XPS)によるピーク強度比((Ni2p3/2のピーク強度)/(P2pのピーク強度+C1sのピーク強度))、すなわち層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)から放出されるNi2p3/2のピーク強度と、ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)から放出されるP2p及びC1sのピーク強度の比の値により確認できる。
具体的には、本発明におけるナトリウムイオン二次電池用正極活物質は、正極スラリーの粘性の増加を抑制する観点、さらに得られる二次電池において優れた放電特性及び安全性を確保する観点から、かかるXPSによるピーク強度比((Ni2p3/2のピーク強度)/(P2pのピーク強度+C1sのピーク強度))は、0.05を超え0.4未満であって、好ましくは0.05を超え0.37以下であり、より好ましくは0.05を超え0.35以下である。
The state in which the sodium-based polyanion particles (E) cover only a part of the surface of the layered sodium composite oxide secondary particles (D) is the case where the lithium-based polyanion particles (B) are layered lithium composite oxide secondary As in the case where only a part of the surface of the particle (A) is coated, the peak intensity ratio ((peak intensity of Ni2p 3/2 ) / (peak intensity of P2p + C1s) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) The peak intensity of Ni2p 3/2 released from the layered sodium composite oxide secondary particles (D) and the peak intensity of P2p and C1s released from the sodium-based polyanion particles (E) This can be confirmed by the ratio value.
Specifically, the positive electrode active material for sodium ion secondary battery in the present invention is from the viewpoint of suppressing the increase in the viscosity of the positive electrode slurry, and from the viewpoint of securing excellent discharge characteristics and safety in the obtained secondary battery. The peak intensity ratio by XPS ((Ni2p 3/2 peak intensity) / (P2p peak intensity + C1s peak intensity)) is more than 0.05 and less than 0.4, preferably more than 0.05. 0.37 or less, more preferably more than 0.05 and 0.35 or less.
また、ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)による層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面被覆率は、上記リチウム系ポリアニオン粒子(B)による層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面被覆率と同様にして求めることができる。
具体的には、例えば上記式(1)を用いた手法と同様の手法により求められるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)による層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面被覆率は、好ましくは20面積%を超え95面積%未満であり、より好ましくは20面積%を超え90面積%以下であり、さらに好ましくは20面積%を超え84面積%以下である。
The surface coverage of the layered sodium composite oxide secondary particles (D) by the sodium-based polyanion particles (E) is that of the layered lithium composite oxide secondary particles (A) by the lithium-based polyanion particles (B). It can be determined in the same manner as the surface coverage.
Specifically, for example, the surface coverage of the layered sodium composite oxide secondary particles (D) by the sodium-based polyanion particles (E) obtained by a method similar to the method using the formula (1) is preferably More than 20 area% and less than 95 area%, more preferably more than 20 area% and not more than 90 area%, and still more preferably more than 20 area% and not more than 84 area%.
リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の表面に炭素(c)として担持されていてもよいとされる、炭素源(c1)となる上記セルロースナノファイバーとは、全ての植物細胞壁の約5割を占める骨格成分であって、かかる細胞壁を構成する植物繊維をナノサイズまで解繊等することにより得ることができる軽量高強度繊維であり、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)は、周期的構造を有する。かかるセルロースナノファイバーの繊維径は、1nm〜100nmであり、水への良好な分散性も有している。また、セルロースナノファイバーを構成するセルロース分子鎖では、炭素による周期的構造が形成されていることから、これが炭化されつつ上記ポリアニオン粒子とも相まって、上記リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の表面に堅固に担持されることにより、これらポリアニオン粒子に電子伝導性を付与し、サイクル特性に優れる有用なリチウムイオン二次電池用正極活物質又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質を得ることができる。 The said cellulose nanofiber used as the carbon source (c1) which may be carry | supported as carbon (c) on the surface of lithium type polyanion particle (B) or sodium type polyanion particle (E) is all plants. Carbon fiber (c1) derived from cellulose nanofibers, which is a skeletal component that occupies about 50% of the cell wall, and is a lightweight high-strength fiber that can be obtained by defibration of plant fibers constituting such cell walls to nano size. Has a periodic structure. The fiber diameter of the cellulose nanofiber is 1 nm to 100 nm, and has good dispersibility in water. In addition, since the cellulose molecular chain constituting the cellulose nanofiber has a periodic structure formed of carbon, the lithium-based polyanion particle (B) or the sodium-based polyanion particle (B) is combined with the polyanion particle while being carbonized. E) A solid positive electrode active material for lithium ion secondary batteries or a positive electrode active material for sodium ion secondary batteries having excellent cycle characteristics is imparted to the polyanion particles by being firmly supported on the surface. Can be obtained.
リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の表面に炭素(c)として担持されていてもよいとされる、上記炭素源(c2)としての水溶性炭素材料とは、25℃の水100gに、水溶性炭素材料の炭素原子換算量で0.4g以上、好ましくは1.0g以上溶解する炭素材料を意味し、炭化されることで炭素として上記リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の表面に存在することとなる。かかる水溶性炭素材料としては、例えば、糖類、ポリオール、ポリエーテル、及び有機酸から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等の単糖類;マルトース、スクロース、セロビオース等の二糖類;デンプン、デキストリン等の多糖類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブタンジオール、プロパンジオール、ポリビニルアルコール、グリセリン等のポリオールやポリエーテル;クエン酸、酒石酸、アスコルビン酸等の有機酸が挙げられる。なかでも、溶媒への溶解性及び分散性を高めて炭素材料として効果的に機能させる観点から、グルコース、フルクトース、スクロース、デキストリンが好ましく、グルコースがより好ましい。 The water-soluble carbon material as the carbon source (c2), which may be supported as carbon (c) on the surface of the lithium-based polyanion particles (B) or sodium-based polyanion particles (E), is 25 ° C. Means a carbon material that dissolves in 100 g of water in terms of carbon atom of the water-soluble carbon material in an amount of 0.4 g or more, preferably 1.0 g or more, and is carbonized to form the lithium-based polyanion particles (B) or It exists on the surface of the sodium-based polyanion particle (E). Examples of the water-soluble carbon material include one or more selected from saccharides, polyols, polyethers, and organic acids. More specifically, for example, monosaccharides such as glucose, fructose, galactose and mannose; disaccharides such as maltose, sucrose and cellobiose; polysaccharides such as starch and dextrin; ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol and butane Examples include polyols and polyethers such as diol, propanediol, polyvinyl alcohol, and glycerin; and organic acids such as citric acid, tartaric acid, and ascorbic acid. Among these, glucose, fructose, sucrose, and dextrin are preferable, and glucose is more preferable from the viewpoint of improving the solubility and dispersibility in a solvent and effectively functioning as a carbon material.
なお、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の表面に炭素(c)として存在する、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)又は水溶性炭素材料由来の炭素(c2)の原子換算量(炭素の担持量)は、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)について炭素・硫黄分析装置を用いて測定した炭素量として、確認することができる。 In addition, atoms of carbon (c1) derived from cellulose nanofibers or carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material present as carbon (c) on the surface of lithium-based polyanion particles (B) or sodium-based polyanion particles (E). The conversion amount (carbon loading amount) can be confirmed as the carbon amount measured using a carbon / sulfur analyzer for the lithium-based polyanion particles (B) or the sodium-based polyanion particles (E).
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)、及び表面に炭素(c)が担持してなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して複合化する工程を備えればよい。また、本発明のナトリウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)、及び表面に炭素(c)が担持してなるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して複合化する工程を備えればよい。 The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention comprises layered lithium composite oxide secondary particles (A) and lithium-based polyanion particles (B) formed by supporting carbon (c) on the surface. It is only necessary to provide a step of mixing and adding them while applying compressive force and shearing force. The method for producing a positive electrode active material for a sodium ion secondary battery according to the present invention comprises a layered sodium composite oxide secondary particle (D) and sodium-based polyanion particles (E) having carbon (c) supported on the surface. ) May be mixed and combined while applying a compressive force and a shearing force.
なお、本発明では、上記の層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム系ポリアニオン粒子(B)の複合化処理、又は層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)及びナトリウム系ポリアニオン粒子(E)において、炭素源として、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)以外の水不溶性炭素粉末(c3)を同時に混合し、かかる水不溶性炭素粉末(c3)を層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)及びリチウム系ポリアニオン粒子(B)と複合化させ、或いは層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)及びナトリウム系ポリアニオン粒子(E)と複合化させてもよい。かかる水不溶性炭素粉末(c3)は、上記水溶性炭素材料由来の炭素(c2)とは別異の炭素材料であって、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)以外の水不溶性(25℃の水100gに対する溶解量が、水不溶性炭素粉末(c3)の炭素原子換算量で0.4g未満)の導電性を有する炭素粉末である。この水不溶性炭素粉末(c3)の複合化によって、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質を二次電池とした場合の放電特性を低下させることなく、リチウムイオン二次電池用正極活物質における層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム系ポリアニオン粒子(B)の間隙に介在、又はリチウムイオン二次電池用正極活物質表面の複数のリチウム系ポリアニオン粒子(B)を覆うように存在するか、ナトリウムイオン二次電池用正極活物質における層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)とナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の間隙に介在、又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質表面の複数のナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を覆うように存在するかしながら、これらの複合化の程度をより強固にし、層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)からリチウム系ポリアニオン粒子(B)が剥離することを、又は層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)からナトリウム系ポリアニオン粒子(E)が剥離することを、有効に抑制することができる。 In the present invention, the layered lithium composite oxide secondary particles (A) and the lithium polyanion particles (B) are combined, or the layered sodium composite oxide secondary particles (D) and the sodium polyanion are combined. In the particle (E), a water-insoluble carbon powder (c3) other than carbon (c1) derived from cellulose nanofibers is simultaneously mixed as a carbon source, and the water-insoluble carbon powder (c3) is layered type lithium composite oxide secondary The particles (A) and lithium-based polyanion particles (B) may be combined, or the layered sodium composite oxide secondary particles (D) and the sodium-based polyanion particles (E) may be combined. The water-insoluble carbon powder (c3) is a carbon material different from the carbon (c2) derived from the water-soluble carbon material, and is water-insoluble (water at 25 ° C.) other than the carbon (c1) derived from cellulose nanofibers. The amount dissolved in 100 g is a carbon powder having conductivity of less than 0.4 g in terms of carbon atom of the water-insoluble carbon powder (c3). By combining this water-insoluble carbon powder (c3), the discharge characteristics when the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries or the positive electrode active material for sodium ion secondary batteries of the present invention is used as a secondary battery are not degraded. In the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a plurality of layers on the surface of the positive electrode active material for the lithium ion secondary battery or between the layered lithium composite oxide secondary particles (A) and the lithium-based polyanion particles (B) It exists so as to cover the lithium-based polyanion particles (B), or is interposed in the gap between the layered sodium composite oxide secondary particles (D) and the sodium-based polyanion particles (E) in the positive electrode active material for sodium ion secondary batteries, Or while existing so as to cover a plurality of sodium-based polyanion particles (E) on the surface of the positive electrode active material for sodium ion secondary battery, The degree of these composites is further strengthened, and the lithium-based polyanion particles (B) are separated from the layered lithium composite oxide secondary particles (A), or the layered sodium composite oxide secondary particles (D ) From the sodium-based polyanion particles (E) can be effectively suppressed.
上記の水不溶性炭素粉末(c3)としては、グラファイト、非晶質カーボン(ケッチェンブラック、アセチレンブラック等)、ナノカーボン(グラフェン、フラーレン等)、導電性ポリマー粉末(ポリアニリン粉末、ポリアセチレン粉末、ポリチオフェン粉末、ポリピロール粉末等)等の1種または2種以上が挙げられる。なかでも、層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム系ポリアニオン粒子(B)又は層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)からナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の複合化の程度を補強させる観点から、グラファイト、アセチレンブラック、グラフェン、ポリアニリン粉末が好ましく、グラファイトがより好ましい。グラファイトとしては、人造グラファイト(鱗片状、塊状、土状、グラフェン)、天然グラファイトのいずれであってもよい。 Examples of the water-insoluble carbon powder (c3) include graphite, amorphous carbon (Ketjen black, acetylene black, etc.), nanocarbon (graphene, fullerene, etc.), conductive polymer powder (polyaniline powder, polyacetylene powder, polythiophene powder). , Polypyrrole powder, etc.) and the like. Among them, the degree of complexation of layered lithium composite oxide secondary particles (A) and lithium-based polyanion particles (B) or layered sodium composite oxide secondary particles (D) to sodium-based polyanion particles (E) From the viewpoint of reinforcement, graphite, acetylene black, graphene, and polyaniline powder are preferable, and graphite is more preferable. The graphite may be any of artificial graphite (scaly, massive, earthy, graphene) or natural graphite.
水不溶性炭素粉末(c3)の平均粒子径は、複合化の観点から、好ましくは0.5〜20μmであり、より好ましくは1.0〜15μmである。 The average particle size of the water-insoluble carbon powder (c3) is preferably 0.5 to 20 μm, more preferably 1.0 to 15 μm, from the viewpoint of compositing.
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質における、上記層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム系ポリアニオン粒子(B)の複合化の際に同時に混合して複合化される水不溶性炭素粉末(c3)の含有量は、層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム系ポリアニオン粒子(B)の合計量100質量部に対し、好ましくは0.5〜10質量部であり、より好ましくは1〜8質量部であり、さらに好ましくは1〜5質量部である。 In the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, water that is mixed and mixed at the same time when the layered lithium composite oxide secondary particles (A) and the lithium-based polyanion particles (B) are combined. The content of the insoluble carbon powder (c3) is preferably 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the layered lithium composite oxide secondary particles (A) and the lithium-based polyanion particles (B). Yes, more preferably 1 to 8 parts by mass, still more preferably 1 to 5 parts by mass.
さらに、上記層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び炭素(c)が担持されてなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)の合計量と、リチウム系ポリアニオン粒子(B)に担持されてなる炭素(c)及び水不溶性炭素粉末(c3)の合計含有量との質量比(((A)+(B)):((c)+(c3)))は、好ましくは99.5:0.5〜90:10であり、より好ましくは99:1〜92:8であり、さらに好ましくは99:1〜95:5である。 Further, the total amount of the lithium-based polyanion particles (B) on which the layered lithium composite oxide secondary particles (A) and carbon (c) are supported, and the carbon supported on the lithium-based polyanion particles (B). The mass ratio (((A) + (B)): ((c) + (c3))) to the total content of (c) and the water-insoluble carbon powder (c3) is preferably 99.5: 0. It is 5-90: 10, More preferably, it is 99: 1-92: 8, More preferably, it is 99: 1-95: 5.
また、本発明のナトリウムイオン二次電池用正極活物質における、上記層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)とナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の複合化の際に同時に混合して複合化される水不溶性炭素粉末(c3)の含有量は、層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)とナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の合計量100質量部に対し、好ましくは0.5〜24質量部であり、より好ましくは1〜16質量部であり、さらに好ましくは1〜10質量部であり、上記層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)及び炭素(c)が担持されてなるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の合計量と、ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)に担持されてなる炭素(c)及び水不溶性炭素粉末(c3)の合計含有量との質量比(((D)+(E)):((c)+(c3)))は、好ましくは99.5:0.5〜90:10であり、より好ましくは99:1〜92:8であり、さらに好ましくは99:1〜95:5である。 Further, in the positive electrode active material for the sodium ion secondary battery of the present invention, the layered sodium composite oxide secondary particles (D) and the sodium-based polyanion particles (E) are mixed and combined at the same time. The content of the water-insoluble carbon powder (c3) is preferably 0.5 to 24 mass with respect to 100 mass parts of the total amount of the layered sodium composite oxide secondary particles (D) and the sodium-based polyanion particles (E). Part, more preferably 1 to 16 parts by weight, still more preferably 1 to 10 parts by weight, and sodium on which the layered sodium composite oxide secondary particles (D) and carbon (c) are supported. Mass ratio of the total amount of the polyanion particles (E) and the total content of the carbon (c) and the water-insoluble carbon powder (c3) supported on the sodium polyanion particles (E) ((( ) + (E)): ((c) + (c3))) is preferably 99.5: 0.5 to 90:10, more preferably 99: 1 to 92: 8, even more preferably. Is 99: 1 to 95: 5.
次に、リチウムイオン二次電池用正極活物質又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法について、より具体的に説明する。 Next, the manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries or the positive electrode active material for sodium ion secondary batteries is demonstrated more concretely.
リチウムイオン二次電池用正極活物質、又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、次の工程(X)〜(Z):
(X)リチウム化合物又はナトリウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びマンガン化合物を含有する混合粉体を焼成して、式(I)又は式(III)のNCM系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)を得るか、或いは、
リチウム化合物又はナトリウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物を含有する混合粉体を焼成して、式(II)又は式(IV)のNCA系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)を得る工程、
(Y)リチウム化合物又はナトリウム化合物、及びリン酸化合物、さらにはコバルト化合物を湿式反応に付して、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を得るか、或いは、
リチウム化合物又はナトリウム化合物、及びリン酸化合物、さらには鉄化合物及び/又はマンガン化合物を湿式反応に付して、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を得る工程、
(Z)工程(X)で得られた、NCM系複合酸化物二次粒子又はNCA系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)に、工程(Y)で得られたリチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を添加して、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して複合体とするか、或いは
工程(X)で得られた、NCM系複合酸化物二次粒子又はNCA系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)に、工程(Y)で得られたリチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)、及び水不溶性炭素粉末(c3)を添加して、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して複合体とする工程
を備える。
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries or the positive electrode active material for sodium ion secondary batteries includes the following steps (X) to (Z):
(X) A mixed powder containing a lithium compound or a sodium compound, a nickel compound, a cobalt compound, and a manganese compound is fired to obtain an NCM-based composite oxide secondary particle of formula (I) or formula (III) (A) Or get (D), or
A mixed powder containing a lithium compound or a sodium compound, a nickel compound, a cobalt compound, and an aluminum compound is fired, and the NCA-based composite oxide secondary particles (A) or (D) of formula (II) or formula (IV) )
(Y) Lithium compound or sodium compound, and phosphoric acid compound, further cobalt compound is subjected to a wet reaction to obtain lithium-based polyanion particles (B) or sodium-based polyanion particles (E), or
A step of obtaining a lithium-based polyanion particle (B) or a sodium-based polyanion particle (E) by subjecting a lithium compound or a sodium compound, and a phosphate compound, and further an iron compound and / or a manganese compound to a wet reaction;
(Z) The lithium-based polyanion particles obtained in step (Y) on the NCM-based composite oxide secondary particles or NCA-based composite oxide secondary particles (A) or (D) obtained in step (X) (B) or sodium-based polyanion particles (E) are added and mixed while applying compressive force and shearing force to form a composite, or the NCM-based composite oxide obtained in step (X) Secondary particles or NCA-based composite oxide secondary particles (A) or (D), lithium-based polyanion particles (B) or sodium-based polyanion particles (E) obtained in step (Y), and water-insoluble carbon powder ( a step of adding c3) and mixing to add a compressive force and a shearing force to form a composite.
工程(X)は、リチウム化合物又はナトリウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びマンガン化合物を含有する混合粉体を焼成して、式(I)又は式(III)のNCM系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)を得るか、或いは
リチウム化合物又はナトリウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物を含有する混合粉体を焼成して、式(II)又は式(IV)のNCA系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)を得る工程である。
工程(X)の説明において、表記が煩雑になることを避けるために、上記式(I)又は式(II)で示されるリチウムイオン二次電池用正極活物質について、具体的に説明する。上記式(III)又は式(IV)で示されるナトリウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法については、以下に示すリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法における「リチウム」の文言を「ナトリウム」に置き換えればよい。また、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を単に「ポリアニオン粒子」とも称する。
In step (X), a mixed powder containing a lithium compound or sodium compound, a nickel compound, a cobalt compound, and a manganese compound is baked, and the NCM composite oxide secondary particles of formula (I) or formula (III) (A) or (D) is obtained, or a mixed powder containing a lithium compound or a sodium compound, a nickel compound, a cobalt compound, and an aluminum compound is fired to obtain an NCA system of the formula (II) or the formula (IV) In this step, the composite oxide secondary particles (A) or (D) are obtained.
In the description of the step (X), the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery represented by the above formula (I) or the formula (II) will be specifically described in order to avoid complicated notation. Regarding the method for producing a positive electrode active material for a sodium ion secondary battery represented by the above formula (III) or formula (IV), the term “lithium” in the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery shown below is used. Replace with “sodium”. The lithium-based polyanion particles (B) or sodium-based polyanion particles (E) are also simply referred to as “polyanion particles”.
工程(X)は、リチウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びマンガン化合物を含有する混合粉体を焼成して、式(I)のNCM系複合酸化物二次粒子(A)を得るか、或いは
リチウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物を含有する混合粉体を焼成して、式(II)のNCA系複合酸化物二次粒子(A)を得る工程である。
In step (X), the mixed powder containing a lithium compound, a nickel compound, a cobalt compound, and a manganese compound is fired to obtain the NCM-based composite oxide secondary particles (A) of the formula (I), or In this step, the mixed powder containing a lithium compound, a nickel compound, a cobalt compound, and an aluminum compound is fired to obtain the NCA-based composite oxide secondary particles (A) of the formula (II).
NCM系複合酸化物二次粒子(A)を得るには、原料化合物、例えば、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びマンガン化合物を、所望する複合酸化物の組成となるように水に溶解させて水溶液Aを得る。かかる、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びマンガン化合物としては、例えば、当該金属元素の硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。具体的には、例えば、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン、酢酸ニッケル、酢酸コバルト、酢酸マンガンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
この過程で、必要に応じて、さらに所望する複合酸化物の組成になるように、活物質材料を構成する層状のリチウム金属複合酸化物の一部を置換する金属元素として、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を混入させてもよい。
In order to obtain the NCM-based composite oxide secondary particles (A), a raw material compound, for example, a nickel compound, a cobalt compound, and a manganese compound is dissolved in water so as to have a desired composite oxide composition, and an aqueous solution A is obtained. Get. Examples of the nickel compound, cobalt compound, and manganese compound include sulfates, nitrates, carbonates, acetates, oxalates, oxides, hydroxides, and halides of the metal elements. Specific examples include nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, nickel acetate, cobalt acetate, and manganese acetate, but are not limited thereto.
In this process, as necessary, Mg, Ti, Nb are used as metal elements for substituting a part of the layered lithium metal composite oxide constituting the active material so as to obtain a desired composite oxide composition. Fe, Cr, Si, Al, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi, and Ge are selected from one or more elements. It may be mixed.
次に、上記水溶液Aに、アルカリ溶液を添加して水溶液Bとし、溶解している金属成分を中和反応によって共沈させ、金属複合水酸化物を得る。アルカリ溶液は、水溶液BのpHが、10〜14に保持するのに充分な量を滴下する。アルカリ溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等の水溶液を用いることができるが、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム又はそれらの混合溶液を用いることが好ましい。 Next, an alkaline solution is added to the aqueous solution A to form an aqueous solution B, and the dissolved metal component is coprecipitated by a neutralization reaction to obtain a metal composite hydroxide. The alkaline solution is dropped in an amount sufficient to maintain the pH of the aqueous solution B at 10-14. As the alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, ammonia or the like can be used, but sodium hydroxide, sodium carbonate or a mixed solution thereof is preferably used.
上記水溶液Bを撹拌して、金属複合水酸化物を生成させるが、この反応中の水溶液Bの温度は、30℃以上が好ましく、より好ましくは30〜60℃である。また、水溶液Bの撹拌時間は、30分〜120分が好ましく、30〜60分がより好ましい。 The aqueous solution B is stirred to produce a metal composite hydroxide, and the temperature of the aqueous solution B during the reaction is preferably 30 ° C. or higher, more preferably 30 to 60 ° C. Moreover, 30 minutes-120 minutes are preferable and, as for the stirring time of the aqueous solution B, 30-60 minutes are more preferable.
撹拌後、水溶液Bを濾過して金属複合水酸化物を回収する。回収した金属複合水酸化物は、水で洗浄後、乾燥するのが好ましい。 After stirring, the aqueous solution B is filtered to recover the metal composite hydroxide. The recovered metal composite hydroxide is preferably washed with water and then dried.
次いで、所望する複合酸化物の組成となるように、上記金属複合水酸化物とリチウム化合物を乾式混合し、酸素雰囲気下で焼成することにより、NCM系複合酸化物を得ることができる。リチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム又はその水和物、過酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム等が、好適に使用できる。金属複合水酸化物とリチウム化合物の乾式混合は、ボールミルやVブレンダー等の、通常の乾式混合機又は混合造粒装置等を用いることができ、自公転可能な遊星ボールミルを用いるのがより好ましい。 Next, the NCM composite oxide can be obtained by dry-mixing the metal composite hydroxide and the lithium compound so as to have a desired composite oxide composition and firing in an oxygen atmosphere. As the lithium compound, for example, lithium hydroxide or a hydrate thereof, lithium peroxide, lithium nitrate, lithium carbonate and the like can be preferably used. For the dry mixing of the metal composite hydroxide and the lithium compound, a normal dry mixer or a mixing granulator such as a ball mill or a V blender can be used, and it is more preferable to use a planetary ball mill capable of revolving.
上記金属複合水酸化物とリチウム化合物の混合物の焼成は、2段階(仮焼成及び本焼成)で行うことが好ましい。上記混合物中の水酸化物や炭酸塩からの水分子や二酸化炭素等の加熱分解成分を、仮焼成で除去した後に本焼成を行うことによって、効率よくNCM系複合酸化物を得ることができる。仮焼成の条件としては、特に限定されるものではないが、昇温速度は室温から1〜20℃/分であることが好ましい。また、雰囲気は、大気雰囲気又は酸素雰囲気であることが好ましい。また、焼成温度は、700℃〜1000℃であることが好ましく、650℃〜750℃であることがより好ましい。さらに、焼成時間は3〜20時間であることが好ましく、4〜6時間であることがより好ましい。 The firing of the mixture of the metal composite hydroxide and the lithium compound is preferably performed in two stages (temporary firing and main firing). By removing the thermal decomposition components such as water molecules and carbon dioxide from the hydroxide and carbonate in the mixture by preliminary calcination and then performing the main calcination, an NCM composite oxide can be obtained efficiently. Although it does not specifically limit as conditions for temporary baking, It is preferable that a temperature increase rate is 1-20 degrees C / min from room temperature. The atmosphere is preferably an air atmosphere or an oxygen atmosphere. Moreover, it is preferable that a calcination temperature is 700 to 1000 degreeC, and it is more preferable that it is 650 to 750 degreeC. Furthermore, the firing time is preferably 3 to 20 hours, more preferably 4 to 6 hours.
次の本焼成の条件としては、特に限定されるものではないが、仮焼成後、乳鉢等で解砕された上記仮焼成物は、再度、室温から昇温速度1〜20℃/分で加熱される。この際の雰囲気は、大気雰囲気ないし酸素雰囲気下であることが好ましい。また、焼成温度は、700℃〜1200℃であることが好ましく、750℃〜900℃であることがより好ましい。さらに、焼成時間は3〜20時間であることが好ましく、8〜10時間であることがより好ましい。
この2段階の焼成には、酸素雰囲気、除湿及び除炭酸処理を施した乾燥空気雰囲気等の酸素濃度が20質量%以上のガス雰囲気に調整した電気炉、ロータリーキルン、管状炉、プッシャー炉等を用いることができる。
The conditions for the next main baking are not particularly limited, but after the temporary baking, the temporary baking products crushed in a mortar or the like are again heated from room temperature at a heating rate of 1 to 20 ° C./min. Is done. The atmosphere at this time is preferably an air atmosphere or an oxygen atmosphere. Moreover, it is preferable that it is 700 to 1200 degreeC, and, as for baking temperature, it is more preferable that it is 750 to 900 degreeC. Furthermore, the firing time is preferably 3 to 20 hours, and more preferably 8 to 10 hours.
For this two-stage firing, an electric furnace, a rotary kiln, a tubular furnace, a pusher furnace, etc. adjusted to a gas atmosphere with an oxygen concentration of 20% by mass or more such as an oxygen atmosphere, a dehumidified and decarboxylated dry air atmosphere, etc. are used. be able to.
NCM系複合酸化物の一次粒子の平均粒径は、本焼成の焼成温度を調整することにより制御することができる。上記NCM系複合酸化物の一次粒子の平均粒径を50nm〜500nmとするには、焼成温度を好ましくは700℃〜1000℃、より好ましくは750℃〜900℃とすればよい。 The average particle size of the primary particles of the NCM composite oxide can be controlled by adjusting the firing temperature of the main firing. In order to set the average particle size of the primary particles of the NCM composite oxide to 50 nm to 500 nm, the firing temperature is preferably 700 ° C. to 1000 ° C., more preferably 750 ° C. to 900 ° C.
最後に、得られた焼成物を水洗した後、濾過、乾燥してNCM系複合酸化物二次粒子(A)を得る。ここで、上記乾燥は二段階で行い、第一段階の乾燥を、NCM系複合酸化物二次粒子中の水分(気化温度300℃で測定した水分率)が1質量%以下になるまでは90℃以下で乾燥し、その後、第二段階の乾燥を120℃以上で行うのが好ましい。水分量の測定は、例えば、カールフィッシャー水分計を用いて測定すればよい。 Finally, the obtained fired product is washed with water, filtered and dried to obtain NCM composite oxide secondary particles (A). Here, the drying is performed in two stages, and the first stage of drying is performed until the water content in the NCM-based composite oxide secondary particles (water content measured at a vaporization temperature of 300 ° C.) becomes 1% by mass or less. It is preferable to dry at a temperature of not higher than ° C., and then to perform the second stage drying at a temperature of 120 ° C. or higher. The moisture content may be measured using, for example, a Karl Fischer moisture meter.
次に、工程(X)においてNCA系複合酸化物二次粒子(A)を得る場合につき、具体的に説明する。
NCA系複合酸化物二次粒子(A)を得るには、原料化合物、例えば、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物を、所望する複合酸化物の組成となるように水に溶解させて水溶液A’を得る。かかるニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物としては、例えば、当該金属元素の硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。具体的には、例えば、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸アルミニウム、酢酸ニッケル、酢酸コバルト、酢酸アルミニウムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。この過程で、必要に応じて、さらに所望する複合酸化物の組成になるように、活物質材料を構成する層状のリチウム金属複合酸化物の一部を置換する金属元素として、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を混入させてもよい。
Next, the case where the NCA-based composite oxide secondary particles (A) are obtained in the step (X) will be specifically described.
In order to obtain the NCA-based composite oxide secondary particles (A), a raw material compound such as a nickel compound, a cobalt compound, and an aluminum compound is dissolved in water so as to have a desired composite oxide composition, and an aqueous solution A is obtained. 'Get. Examples of such nickel compounds, cobalt compounds, and aluminum compounds include sulfates, nitrates, carbonates, acetates, oxalates, oxides, hydroxides, and halides of the metal elements. Specific examples include, but are not limited to, nickel sulfate, cobalt sulfate, aluminum sulfate, nickel acetate, cobalt acetate, and aluminum acetate. In this process, as necessary, Mg, Ti, Nb are used as metal elements for substituting a part of the layered lithium metal composite oxide constituting the active material so as to obtain a desired composite oxide composition. Fe, Cr, Si, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi and Ge are mixed in one or more elements. May be.
次に、上記水溶液A’に、アルカリ溶液を添加して水溶液B’とし、溶解している金属水分を中和反応によって共沈させ、金属複合水酸化物を得る。アルカリ溶液は、水溶液B’のpHが10〜14に保持するのに充分な量を滴下する。アルカリ溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等の水溶液を用いることができるが、アンモニア、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム又はそれらの混合溶液を用いることが好ましい。 Next, an alkaline solution is added to the aqueous solution A ′ to obtain an aqueous solution B ′, and the dissolved metal moisture is coprecipitated by a neutralization reaction to obtain a metal composite hydroxide. The alkaline solution is dropped in an amount sufficient to maintain the pH of the aqueous solution B ′ at 10-14. As the alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, ammonia or the like can be used, but it is preferable to use ammonia, sodium hydroxide, sodium carbonate or a mixed solution thereof.
上記水溶液B’を撹拌して、金属複合水酸化物を生成させるが、この反応中の水溶液B’の温度は、40℃以上が好ましく、より好ましくは40℃〜60℃である。また、水溶液B’の撹拌時間は、30〜120分が好ましく、30〜60分がより好ましい。 The aqueous solution B ′ is stirred to produce a metal composite hydroxide. The temperature of the aqueous solution B ′ during this reaction is preferably 40 ° C. or higher, more preferably 40 ° C. to 60 ° C. Further, the stirring time of the aqueous solution B ′ is preferably 30 to 120 minutes, and more preferably 30 to 60 minutes.
嵩密度の高い金属複合水酸化物とするために、上記反応後の水溶液B’に、さらに次亜塩素酸ソーダや過酸化水素水等の酸化剤を添加してもよい。 In order to obtain a metal composite hydroxide having a high bulk density, an oxidizing agent such as sodium hypochlorite or hydrogen peroxide may be further added to the aqueous solution B ′ after the reaction.
撹拌後、水溶液B’を濾過して金属複合水酸化物を回収する。回収した金属複合水酸化物は、焼成して金属複合酸化物とするのが好ましい。金属複合酸化物としてリチウム化合物と反応させることで、得られるNCA系複合酸化物の品位が安定するとともに、リチウムと均一かつ充分に反応させることができる。
金属複合酸化物を得るための焼成条件は、特に限定されるものではなく、例えば、大気雰囲気下、好ましくは500℃〜1100℃、より好ましくは600〜900℃の温度で焼成すればよい。
After stirring, the aqueous solution B ′ is filtered to recover the metal composite hydroxide. The recovered metal composite hydroxide is preferably fired to form a metal composite oxide. By reacting with the lithium compound as the metal composite oxide, the quality of the obtained NCA-based composite oxide can be stabilized and can be reacted uniformly and sufficiently with lithium.
The firing conditions for obtaining the metal composite oxide are not particularly limited. For example, the firing may be performed in an air atmosphere at a temperature of preferably 500 ° C. to 1100 ° C., more preferably 600 to 900 ° C.
次いで、所望する複合酸化物の組成となるように、上記金属複合酸化物とリチウム化合物を乾式混合し、酸素雰囲気下で焼成することにより、NCA系複合酸化物を得ることができる。リチウム化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば、水酸化リチウム又はその水和物、過酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム等が、好適に使用できる。金属複合酸化物とリチウム化合物の乾式混合は、ボールミルやVブレンダー等の、通常の乾式混合機又は混合造粒装置等を用いることができ、焼成には、酸素雰囲気、除湿及び除炭酸処理を施した乾燥空気雰囲気等の酸素濃度が20質量%以上のガス雰囲気に調整した電気炉、ロータリーキルン、管状炉、プッシャー炉等を用いることができる。 Next, an NCA-based composite oxide can be obtained by dry-mixing the metal composite oxide and the lithium compound so as to obtain a desired composite oxide composition and firing in an oxygen atmosphere. The lithium compound is not particularly limited, and for example, lithium hydroxide or a hydrate thereof, lithium peroxide, lithium nitrate, lithium carbonate and the like can be preferably used. For the dry mixing of the metal composite oxide and the lithium compound, an ordinary dry mixer or a mixing granulator such as a ball mill or a V blender can be used. For firing, an oxygen atmosphere, dehumidification and decarboxylation are performed. An electric furnace, a rotary kiln, a tubular furnace, a pusher furnace, or the like adjusted to a gas atmosphere having an oxygen concentration of 20% by mass or more such as a dry air atmosphere can be used.
上記金属複合酸化物とリチウム化合物の混合物の焼成は、焼成温度が650℃〜850℃であることが好ましく、700℃〜800℃であることがより好ましい。650℃未満の焼成温度では、得られるNCA系複合酸化物の結晶が未発達で構造的に不安定であり、充放電で容易に構造が破壊される。一方、焼成温度が850℃を超えると、NCA系複合酸化物の層状構造が崩れ、リチウムイオンの挿入、脱離が困難になる。焼成時間は5〜20時間であることが好ましく、6〜10時間であることがより好ましい。
さらに、リチウム化合物の結晶水又は炭酸を取り除くために、NCM系複合酸化物同様に2段階焼成するのが好ましく、その場合は、第一段階の仮焼成を400℃〜600℃で1時間以上行い、続いて第二段階の本焼成を650℃〜850℃で5時間以上行えばよい。
In the firing of the mixture of the metal composite oxide and the lithium compound, the firing temperature is preferably 650 ° C to 850 ° C, and more preferably 700 ° C to 800 ° C. At a firing temperature of less than 650 ° C., the resulting NCA-based complex oxide crystals are undeveloped and structurally unstable, and the structure is easily destroyed by charge / discharge. On the other hand, when the firing temperature exceeds 850 ° C., the layered structure of the NCA-based composite oxide collapses, making it difficult to insert and desorb lithium ions. The firing time is preferably 5 to 20 hours, and more preferably 6 to 10 hours.
Furthermore, in order to remove the crystal water or carbonic acid of the lithium compound, it is preferable to perform two-stage calcination as in the case of the NCM-based composite oxide. Subsequently, the second stage main firing may be performed at 650 ° C. to 850 ° C. for 5 hours or more.
最後に、得られた焼成物を水洗した後、濾過、乾燥してNCA系複合酸化物二次粒子(A)を得る。焼成物を水洗する際のスラリー濃度は、200〜4000g/Lが好ましく、500〜2000g/Lがより好ましい。このスラリー濃度が200g/L未満では、NCA系複合酸化物の二次粒子からリチウムの脱離が生じる。
また、水洗に使用する水に炭酸ガスが多く含まれていると、炭酸リチウムがNCA系複合酸化物の二次粒子に析出するため、水洗に用いる水の電気伝導率は、10μS/cm未満がこのましく、1μS/cm以下の水がより好ましい。
Finally, the obtained fired product is washed with water, filtered and dried to obtain NCA-based composite oxide secondary particles (A). The slurry concentration when the fired product is washed with water is preferably 200 to 4000 g / L, and more preferably 500 to 2000 g / L. When the slurry concentration is less than 200 g / L, lithium is desorbed from the secondary particles of the NCA-based composite oxide.
In addition, when the water used for washing contains a large amount of carbon dioxide, lithium carbonate precipitates on the secondary particles of the NCA-based composite oxide, so the electrical conductivity of the water used for washing is less than 10 μS / cm. Preferably, water of 1 μS / cm or less is more preferable.
本発明においては、この工程(X)において、水洗、濾過の後に行われる乾燥は、二段階で行う必要がある。第一段階の乾燥を、二次粒子中の水分(気化温度300℃で測定した水分率)が1質量%以下になるまでは90℃以下で乾燥し、その後、第二段階の乾燥を120℃以上で行う。 In this invention, in this process (X), the drying performed after water washing and filtration needs to be performed in two steps. The first stage drying is performed at 90 ° C. or less until the moisture in the secondary particles (moisture ratio measured at a vaporization temperature of 300 ° C.) is 1% by mass or less, and then the second stage drying is performed at 120 ° C. This is done.
上記工程(X)に次ぐ工程(Y)は、リチウム化合物又はナトリウム化合物、及びリン酸化合物、さらにはコバルト化合物を湿式反応に付して、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を得るか、或いは、リチウム化合物又はナトリウム化合物、及びリン酸化合物、さらには鉄化合物及び/又はマンガン化合物を湿式反応に付して、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を得る工程である。
以下、表記が煩雑になることを避けるために、工程(Y)の例として、鉄化合物及びマンガン化合物を用いて、上記式(VI)で示されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)を得る場合につき、具体的に説明する。
なお、上記式(V)で示されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)を得る場合には、工程(Y)における「鉄化合物及び/又はマンガン化合物」の文言を「コバルト化合物」に置き換えればよく、さらに、上記式(VII)又は式(VIII)のナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を得る場合には、工程(Y)における「リチウム」の文言を「ナトリウム」に置き換え、さらに、必要に応じて「鉄化合物及び/又はマンガン化合物」の文言を「コバルト化合物」に置き換えればよい。
In the step (Y) following the step (X), a lithium compound or sodium compound, a phosphate compound, and further a cobalt compound are subjected to a wet reaction to form a lithium-based polyanion particle (B) or a sodium-based polyanion particle (E Or by subjecting a lithium compound or sodium compound, and a phosphate compound, and further an iron compound and / or a manganese compound to a wet reaction, to obtain a lithium-based polyanion particle (B) or a sodium-based polyanion particle (E). It is the process of obtaining.
Hereinafter, in order to avoid complicated notation, as an example of the step (Y), using an iron compound and a manganese compound, the lithium-based polyanion particles (B) represented by the above formula (VI) are obtained. This will be specifically described.
When obtaining the lithium-based polyanion particles (B) represented by the above formula (V), the term “iron compound and / or manganese compound” in the step (Y) may be replaced with “cobalt compound”. When obtaining the sodium-based polyanion particles (E) of the above formula (VII) or formula (VIII), the term “lithium” in the step (Y) is replaced with “sodium”, The term “compound and / or manganese compound” may be replaced with “cobalt compound”.
工程(Y)は、より具体的には、次の(i)〜(iii):
(i)リチウム化合物を含む混合物(a−1)に、リン酸化合物又はケイ酸化合物を混合して複合体(a−2)を得る工程、
(ii)得られた複合体(a−2)と、少なくとも鉄化合物又はマンガン化合物を含む金属塩を含有するスラリー水(a−3)を水熱反応に付して複合体(a−4)を得る工程、並びに
(iii)得られた複合体(a−4)を還元雰囲気又は不活性雰囲気中で焼成する工程
を備えるのが好ましい。
More specifically, the step (Y) includes the following (i) to (iii):
(I) a step of obtaining a composite (a-2) by mixing a phosphoric acid compound or a silicic acid compound with a mixture (a-1) containing a lithium compound;
(Ii) The composite (a-4) obtained by subjecting the obtained composite (a-2) and slurry water (a-3) containing a metal salt containing at least an iron compound or a manganese compound to a hydrothermal reaction And (iii) a step of firing the obtained composite (a-4) in a reducing atmosphere or an inert atmosphere.
工程(i)は、リチウム化合物を含む混合物(a−1)に、リン酸化合物を混合して複合体(a−2)を得る工程である。
用い得るリチウム化合物としては、水酸化リチウム(例えばLiOH、LiOH・H2O)、炭酸リチウム、硫酸リチウム、酢酸リチウムが挙げられる。なかでも、水酸化リチウムが好ましい。
混合物(a−1)におけるリチウム化合物の含有量は、水100質量部に対し、好ましくは5〜50質量部であり、より好ましくは7〜45質量部である。より具体的には、混合物(a−1)におけるリチウム化合物の含有量は、水100質量部に対し、好ましくは5〜50質量部であり、より好ましくは10〜45質量部である。
Step (i) is a step of obtaining a composite (a-2) by mixing a phosphate compound with a mixture (a-1) containing a lithium compound.
Examples of the lithium compound that can be used include lithium hydroxide (for example, LiOH, LiOH.H 2 O), lithium carbonate, lithium sulfate, and lithium acetate. Of these, lithium hydroxide is preferable.
The content of the lithium compound in the mixture (a-1) is preferably 5 to 50 parts by mass, more preferably 7 to 45 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water. More specifically, the content of the lithium compound in the mixture (a-1) is preferably 5 to 50 parts by mass and more preferably 10 to 45 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water.
なお、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)が担持されてなるリチウム系ポリアニオン粒子を得るには、工程(i)において、上記混合物(a−1)の代わりに、リチウム化合物を含むとともにセルロースナノファイバーを含む混合物(a−1)’を用いればよい。かかる混合物(a−1)’におけるセルロースナノファイバーの含有量は、例えば混合物(a−1)’中の水100質量部に対し、好ましくは0.5〜15質量部であり、より好ましくは0.8〜10質量部である。 In order to obtain lithium-based polyanion particles in which carbon (c1) derived from cellulose nanofibers is supported, in the step (i), a lithium compound is contained instead of the mixture (a-1) and cellulose nanofibers are contained. A mixture (a-1) ′ containing may be used. The content of cellulose nanofibers in the mixture (a-1) ′ is preferably 0.5 to 15 parts by mass, and more preferably 0, for example, with respect to 100 parts by mass of water in the mixture (a-1) ′. 8 to 10 parts by mass.
ここで、リチウム系ポリアニオン粒子に担持される炭素を水溶性炭素材料由来の炭素(c2)とする場合、さらにセルロースナノファイバー由来の炭素(c1)と水溶性炭素材料由来の炭素(c2)が共に担持されてなるリチウム系ポリアニオン粒子を得るには、工程(i)〜(iii)における「セルロースナノファイバー」の文言を「水溶性炭素材料」に置き換えるか、又は「セルロースナノファイバー及び水溶性炭素材料」に置き換えればよい。 Here, when the carbon supported by the lithium-based polyanion particles is carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material, both carbon (c1) derived from cellulose nanofibers and carbon (c2) derived from a water-soluble carbon material are combined. In order to obtain supported lithium-based polyanion particles, the term “cellulose nanofiber” in steps (i) to (iii) is replaced with “water-soluble carbon material” or “cellulose nanofiber and water-soluble carbon material”. ".
混合物(a−1)にリン酸化合物を混合する前に、予め混合物(a−1)を撹拌しておくのが好ましい。かかる混合物(a−1)の撹拌時間は、好ましくは1〜15分であり、より好ましくは3〜10分である。また、混合物(a−1)の温度は、好ましくは20〜90℃であり、より好ましくは20〜70℃である。 It is preferable to stir the mixture (a-1) in advance before mixing the phosphoric acid compound with the mixture (a-1). The stirring time of the mixture (a-1) is preferably 1 to 15 minutes, more preferably 3 to 10 minutes. Moreover, the temperature of a mixture (a-1) becomes like this. Preferably it is 20-90 degreeC, More preferably, it is 20-70 degreeC.
工程(i)で用いるリン酸化合物としては、オルトリン酸(H3PO4、リン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム等が挙げられる。なかでもリン酸を用いるのが好ましく、70〜90質量%濃度の水溶液として用いるのが好ましい。かかる工程(i)では、混合物(a−1)にリン酸を混合するにあたり、混合物(a−1)を撹拌しながらリン酸を滴下するのが好ましい。混合物(a−1)にリン酸を滴下して少量ずつ加えることで、混合物(a−1)中において良好に反応が進行して、複合体(a−2)がスラリー中で均一に分散しつつ生成され、かかる複合体(a−2)が不要に凝集するのをも効果的に抑制することができる。 Examples of the phosphoric acid compound used in the step (i) include orthophosphoric acid (H 3 PO 4 , phosphoric acid), metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, and ammonium hydrogen phosphate. . Of these, phosphoric acid is preferably used, and is preferably used as an aqueous solution having a concentration of 70 to 90% by mass. In this process (i), when mixing phosphoric acid with the mixture (a-1), it is preferable to add phosphoric acid dropwise while stirring the mixture (a-1). By adding dropwise phosphoric acid dropwise to the mixture (a-1), the reaction proceeds well in the mixture (a-1), and the composite (a-2) is uniformly dispersed in the slurry. It is also possible to effectively prevent the complex (a-2) from being aggregated unnecessarily.
リン酸の上記混合物(a−1)への滴下速度は、好ましくは15〜50mL/分であり、より好ましくは20〜45mL/分であり、さらに好ましくは28〜40mL/分である。また、リン酸を滴下しながらの混合物(a−1)の撹拌時間は、好ましくは0.5〜24時間であり、より好ましくは3〜12時間である。さらに、リン酸を滴下しながらの混合物(a−1)の撹拌速度は、好ましくは200〜700rpmであり、より好ましくは250〜600rpmであり、さらに好ましくは300〜500rpmである。
なお、混合物(a−1)を撹拌する際、さらに混合物(a−1)の沸点温度以下に冷却するのが好ましい。具体的には、80℃以下に冷却するのが好ましく、20〜60℃に冷却するのがより好ましい。
The dropping rate of phosphoric acid into the mixture (a-1) is preferably 15 to 50 mL / min, more preferably 20 to 45 mL / min, and further preferably 28 to 40 mL / min. Moreover, the stirring time of the mixture (a-1) while dropping phosphoric acid is preferably 0.5 to 24 hours, and more preferably 3 to 12 hours. Furthermore, the stirring speed of the mixture (a-1) while dropping phosphoric acid is preferably 200 to 700 rpm, more preferably 250 to 600 rpm, and further preferably 300 to 500 rpm.
In addition, when stirring a mixture (a-1), it is preferable to cool below to the boiling point temperature of a mixture (a-1). Specifically, cooling to 80 ° C. or lower is preferable, and cooling to 20 to 60 ° C. is more preferable.
リン酸化合物を混合した後の混合物(a−1)は、リン酸1モルに対し、リチウムを2.7〜3.3モル含有するのが好ましく、2.8〜3.1モル含有するのがより好ましい。 The mixture (a-1) after mixing the phosphoric acid compound preferably contains 2.7 to 3.3 mol of lithium per mol of phosphoric acid, and preferably contains 2.8 to 3.1 mol of lithium. Is more preferable.
リン酸化合物を混合した後の混合物(a−1)に対して窒素をパージすることにより、かかる混合物中での反応を完了させて、ポリアニオン粒子の前駆体である複合体(a−2)を混合物中に生成させる。窒素がパージされると、混合物(a−1)中の溶存酸素濃度が低減された状態で反応を進行させることができ、また得られる複合体(a−2)を含有する混合物中の溶存酸素濃度も効果的に低減されるため、次の工程で添加する鉄化合物やマンガン化合物等の酸化を抑制することができる。かかる複合体(a−2)を含有する混合物中において、ポリアニオン粒子の前駆体は、微細な分散粒子として存在する。かかる複合体(a−2)は、リン酸三リチウム(Li3PO4)とセルロースナノファイバーの複合体として得られる。 By purging nitrogen to the mixture (a-1) after mixing the phosphoric acid compound, the reaction in the mixture is completed, and the complex (a-2) which is a precursor of the polyanion particles is obtained. Formed in the mixture. When nitrogen is purged, the reaction can proceed while the dissolved oxygen concentration in the mixture (a-1) is reduced, and the dissolved oxygen in the mixture containing the resulting complex (a-2) Since the concentration is also effectively reduced, oxidation of iron compounds, manganese compounds, etc. added in the next step can be suppressed. In the mixture containing the complex (a-2), the precursor of the polyanion particles exists as fine dispersed particles. Such a composite (a-2) is obtained as a composite of trilithium phosphate (Li 3 PO 4 ) and cellulose nanofibers.
窒素をパージする際における圧力は、好ましくは0.1〜0.2MPaであり、より好ましくは0.1〜0.15MPaである。また、リン酸化合物を混合した後の混合物(a−1)の温度は、好ましくは20〜80℃であり、より好ましくは20〜60℃である。また、反応時間は、好ましくは5〜60分であり、より好ましくは15〜45分である。
また、窒素をパージする際、反応を良好に進行させる観点から、リン酸化合物を混合した後の混合物(a−1)を撹拌するのが好ましい。このときの撹拌速度は、好ましくは200〜700rpmであり、より好ましくは250〜600rpmである。
The pressure for purging nitrogen is preferably 0.1 to 0.2 MPa, more preferably 0.1 to 0.15 MPa. Moreover, the temperature of the mixture (a-1) after mixing a phosphoric acid compound becomes like this. Preferably it is 20-80 degreeC, More preferably, it is 20-60 degreeC. Moreover, reaction time becomes like this. Preferably it is 5 to 60 minutes, More preferably, it is 15 to 45 minutes.
Moreover, when purging nitrogen, it is preferable to stir the mixture (a-1) after mixing a phosphoric acid compound from a viewpoint of making reaction progress favorable. The stirring speed at this time is preferably 200 to 700 rpm, more preferably 250 to 600 rpm.
また、より効果的に複合体(a−2)の分散粒子表面における酸化を抑制し、分散粒子の微細化を図る観点から、リン酸化合物を混合した後の混合物(a−1)中における溶存酸素濃度を0.5mg/L以下とするのが好ましく、0.2mg/L以下とするのがより好ましい。 Further, from the viewpoint of more effectively suppressing the oxidation on the surface of the dispersed particles of the composite (a-2) and miniaturizing the dispersed particles, dissolution in the mixture (a-1) after mixing the phosphoric acid compound. The oxygen concentration is preferably 0.5 mg / L or less, more preferably 0.2 mg / L or less.
工程(ii)では、工程(i)で得られた複合体(a−2)と、少なくとも鉄化合物又はマンガン化合物を含む金属塩を含有するスラリー水(a−3)を水熱反応に付して、複合体(a−4)を得る工程である。上記工程(i)により得られた複合体(a−2)を、混合物のまま、ポリアニオン粒子の前駆体として用い、これに少なくとも鉄化合物又はマンガン化合物を含む金属塩を添加して、スラリー水(a−3)として用いるのが好ましい。これにより、工程を簡略化させつつ、目的とするポリアニオン粒子が極めて微細な粒子になる。また、工程(i)においてセルロースナノファイバーを含む上記混合物(a−1)’を用いた場合、後工程において効率的にセルロースナノファイバー由来の炭素をかかるポリアニオン粒子に担持させることが可能となり、非常に有用なポリアニオン粒子を得ることができる。 In step (ii), the composite (a-2) obtained in step (i) and slurry water (a-3) containing a metal salt containing at least an iron compound or a manganese compound are subjected to a hydrothermal reaction. And obtaining the composite (a-4). The composite (a-2) obtained by the above step (i) is used as a precursor of polyanion particles in the form of a mixture, and a metal salt containing at least an iron compound or a manganese compound is added thereto, and slurry water ( It is preferable to use as a-3). As a result, the target polyanion particles become very fine particles while simplifying the process. Further, when the above mixture (a-1) ′ containing cellulose nanofibers is used in step (i), it becomes possible to efficiently carry carbon derived from cellulose nanofibers on such polyanion particles in the subsequent step, Useful polyanion particles can be obtained.
用い得る鉄化合物としては、酢酸鉄、硝酸鉄、硫酸鉄等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、ポリアニオン粒子の電池特性を高める観点から、硫酸鉄が好ましい。 Examples of iron compounds that can be used include iron acetate, iron nitrate, and iron sulfate. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, iron sulfate is preferable from the viewpoint of improving the battery characteristics of the polyanion particles.
用い得るマンガン化合物としては、酢酸マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、ポリアニオン粒子の電池特性を高める観点から、硫酸マンガンが好ましい。 Examples of manganese compounds that can be used include manganese acetate, manganese nitrate, and manganese sulfate. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, manganese sulfate is preferable from the viewpoint of improving the battery characteristics of the polyanion particles.
金属塩として、鉄化合物とマンガン化合物の双方を用いる場合、これらマンガン化合物及び鉄化合物の使用モル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、好ましくは99:1〜1:99であり、より好ましくは90:10〜10:90である。また、これら鉄化合物及びマンガン化合物の合計添加量は、スラリー水(a−3)中に含有されるLi3PO41モルに対し、好ましくは0.99〜1.01モルであり、より好ましくは0.995〜1.005モルである。 When both an iron compound and a manganese compound are used as the metal salt, the use molar ratio of these manganese compound and iron compound (manganese compound: iron compound) is preferably 99: 1 to 1:99, more preferably 90. : 10 to 10:90. Moreover, the total addition amount of these iron compounds and manganese compounds is preferably 0.99 to 1.01 mol, more preferably 1 mol of Li 3 PO 4 contained in the slurry water (a-3). Is 0.995 to 1.005 mol.
さらに、必要に応じて、金属塩として、鉄化合物及びマンガン化合物以外の金属(M6)塩を用いてもよい。金属塩におけるM6は、上記式(VI)中のM6と同義であり、かかる金属塩として、硫酸塩、ハロゲン化合物、有機酸塩、及びこれらの水和物等を用いることができる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上用いてもよい。なかでも、電池物性を高める観点から、硫酸塩を用いるのがより好ましい。
これら金属(M6)塩を用いる場合、鉄化合物、マンガン化合物、及び金属(M6)塩の合計添加量は、上記工程(i)において得られた複合体(a−2)中のリン酸1モルに対し、好ましくは0.99〜1.01モルであり、より好ましくは0.995〜1.005モルである。
Further, if necessary, as a metal salt, other than an iron compound and manganese compound metal (M 6) salts may be used. M 6 in the metal salt has the same meaning as M 6 in formula (VI), as such a metal salt, can be used sulfates, halides, organic acid salts, and hydrates thereof. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, it is more preferable to use a sulfate from the viewpoint of improving battery physical properties.
When these metal (M 6 ) salts are used, the total amount of iron compound, manganese compound, and metal (M 6 ) salt added is phosphoric acid in the complex (a-2) obtained in the step (i). The amount is preferably 0.99 to 1.01 mole, more preferably 0.995 to 1.005 mole relative to 1 mole.
水熱反応に付する際に用いる水の使用量は、用いる金属塩の溶解性、撹拌の容易性、及び合成の効率等の観点から、スラリー水(a−3)中に含有されるリン酸イオン1モルに対し、好ましくは10〜30モルであり、より好ましくは12.5〜25モルである。 The amount of water used in the hydrothermal reaction is phosphoric acid contained in the slurry water (a-3) from the viewpoints of the solubility of the metal salt used, the ease of stirring, the efficiency of synthesis, and the like. Preferably it is 10-30 mol with respect to 1 mol of ion, More preferably, it is 12.5-25 mol.
工程(ii)において、鉄化合物、マンガン化合物及び金属(M6)塩の添加順序は特に制限されない。また、これらの金属塩を添加するとともに、必要に応じて酸化防止剤を添加してもよい。かかる酸化防止剤としては、亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)、ハイドロサルファイトナトリウム(Na2S2O4)、アンモニア水等を使用することができる。酸化防止剤の添加量は、過剰に添加されることでポリアニオン粒子の生成が抑制されるのを防止する観点から、鉄化合物、マンガン化合物及び必要に応じて用いる金属(M6)塩の合計1モルに対し、好ましくは0.01〜1モルであり、より好ましくは0.03〜0.5モルである。 In step (ii), the order of adding the iron compound, manganese compound and metal (M 6 ) salt is not particularly limited. Moreover, while adding these metal salts, you may add antioxidant as needed. As such an antioxidant, sodium sulfite (Na 2 SO 3 ), sodium hydrosulfite (Na 2 S 2 O 4 ), aqueous ammonia and the like can be used. The addition amount of the antioxidant is 1 in total from the viewpoint of preventing the formation of polyanion particles by being excessively added and the iron compound, the manganese compound, and the metal (M 6 ) salt used as necessary. Preferably it is 0.01-1 mol with respect to mol, More preferably, it is 0.03-0.5 mol.
鉄化合物、マンガン化合物及び必要に応じて用いる金属(M6)塩や酸化防止剤を添加することにより得られるスラリー(a−3)中における複合体(a−4)の含有量は、好ましくは10〜50質量%であり、より好ましくは15〜45質量%であり、さらに好ましくは20〜40質量%である。 The content of the complex (a-4) in the slurry (a-3) obtained by adding an iron compound, a manganese compound, and a metal (M 6 ) salt or an antioxidant used as necessary is preferably It is 10-50 mass%, More preferably, it is 15-45 mass%, More preferably, it is 20-40 mass%.
工程(ii)における水熱反応は、100℃以上であればよく、130〜180℃が好ましい。水熱反応は耐圧容器中で行うのが好ましく、130〜180℃で反応を行う場合、この時の圧力は0.3〜0.9MPaであるのが好ましく、140〜160℃で反応を行う場合の圧力は0.3〜0.6MPaであるのが好ましい。水熱反応時間は0.1〜48時間が好ましく、さらに0.2〜24時間が好ましい。
得られた複合体(a−4)は、上記式(VI)で表されるポリアニオン粒子を含む複合体であり、或いはセルロースナノファイバーを用いた場合には、かかるポリアニオン粒及びセルロースナノファイバーを含む複合体であり、ろ過後、水で洗浄し、乾燥することによりこれを、セルロースナノファイバーを含む複合体粒子(一次粒子)として単離できる。なお、乾燥手段は、凍結乾燥、真空乾燥が用いられる。
The hydrothermal reaction in process (ii) should just be 100 degreeC or more, and 130-180 degreeC is preferable. The hydrothermal reaction is preferably carried out in a pressure vessel, and when the reaction is carried out at 130 to 180 ° C, the pressure at this time is preferably 0.3 to 0.9 MPa, and the reaction is carried out at 140 to 160 ° C. The pressure is preferably 0.3 to 0.6 MPa. The hydrothermal reaction time is preferably 0.1 to 48 hours, more preferably 0.2 to 24 hours.
The obtained composite (a-4) is a composite containing polyanion particles represented by the above formula (VI), or, when cellulose nanofibers are used, contains such polyanion grains and cellulose nanofibers. It is a composite and can be isolated as composite particles (primary particles) containing cellulose nanofibers by filtration, washing with water, and drying. As the drying means, freeze drying or vacuum drying is used.
得られる複合体(a−4)のBET比表面積は、吸着水分量を効果的に低減する観点から、好ましくは5〜40m2/gであり、より好ましくは5〜20m2/gである。複合体(a−4)のBET比表面積が5m2/g未満であると、ポリアニオン粒子が大きくなりすぎてしまうおそれがある。また、BET比表面積が40m2/gを超えると、二次電池用正極活物質の吸着水分量が増大して電池特性に影響を与えるおそれがある。 The BET specific surface area of the obtained composite (a-4) is preferably 5 to 40 m 2 / g, more preferably 5 to 20 m 2 / g, from the viewpoint of effectively reducing the amount of adsorbed moisture. If the BET specific surface area of the composite (a-4) is less than 5 m 2 / g, the polyanion particles may become too large. On the other hand, if the BET specific surface area exceeds 40 m 2 / g, the amount of adsorbed moisture of the positive electrode active material for secondary batteries may increase and affect battery characteristics.
次の工程(iii)は、工程(ii)で得られた複合体(a−4)を還元雰囲気又は不活性雰囲気中で焼成して、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)を含むリチウム系ポリアニオン粒子(B)を得る工程である。また、上記セルロースナノファイバーを用いた場合には、この工程(III)を経ることにより、かかるセルロースナノファイバー由来の炭素(c1)が表面に堅固に担持されてなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)を得ることができる。 In the next step (iii), the complex (a-4) obtained in step (ii) is baked in a reducing atmosphere or an inert atmosphere, and a lithium-based polyanion containing carbon (c1) derived from cellulose nanofibers. This is a step of obtaining particles (B). Further, when the cellulose nanofiber is used, the lithium-based polyanion particle (B) in which the carbon (c1) derived from the cellulose nanofiber is firmly supported on the surface is obtained through this step (III). Can be obtained.
焼成温度は、セルロースナノファイバーを有効に炭化させることを加味する観点から、好ましくは500〜800℃であり、より好ましくは600〜770℃であり、さらに好ましくは650〜750℃である。また、焼成時間は、好ましくは10分〜3時間、より好ましくは30分〜1.5時間とするのがよい。 The firing temperature is preferably 500 to 800 ° C, more preferably 600 to 770 ° C, and even more preferably 650 to 750 ° C, from the viewpoint of effectively carbonizing the cellulose nanofibers. The firing time is preferably 10 minutes to 3 hours, more preferably 30 minutes to 1.5 hours.
工程(Z)は、工程(X)で得られた、NCM系複合酸化物二次粒子又はNCA系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)に、工程(Y)で得られたリチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)、さらに必要に応じて水不溶性炭素粉末(c3)を添加して、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して複合体とする工程である。 In the step (Z), the lithium obtained in the step (Y) is added to the NCM composite oxide secondary particles or the NCA composite oxide secondary particles (A) or (D) obtained in the step (X). In the process of adding a polyanion particle (B) or a sodium polyanion particle (E) and, if necessary, a water-insoluble carbon powder (c3) and mixing them while adding compressive force and shear force to form a composite is there.
工程(Z)では、複合化処理の前に、上記層状型複合酸化物二次粒子(A)又は(D)と上記リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)、さらに必要に応じて添加される水不溶性炭素粉末(c3)の混合物を、充分に乾式混合するのが好ましい。乾式混合の方法としては、ボールミルやVブレンダー等の、通常の乾式混合機による混合であるのが好ましく、自公転可能な遊星ボールミルによる混合がより好ましい。 In the step (Z), before the composite treatment, the layered composite oxide secondary particles (A) or (D) and the lithium-based polyanion particles (B) or the sodium-based polyanion particles (E) are further necessary. The mixture of the water-insoluble carbon powder (c3) added accordingly is preferably thoroughly dry-mixed. As a dry mixing method, mixing by a normal dry mixer such as a ball mill or a V blender is preferable, and mixing by a planetary ball mill capable of revolving is more preferable.
次いで、上記乾式混合された、上記層状型複合酸化物二次粒子(A)又は(D)と上記リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)、さらに必要に応じて添加される水不溶性炭素粉末(c3)の混合物は、層状型複合酸化物二次粒子(A)又は(D)の表面の一部のみにおいて、上記複合酸化物粒子と有効に複合化されてなる複合体を得る観点から、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合するのが好ましい。圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理は、インペラやローター工具等を備える密閉容器で行うのが好ましい。 Next, the layered composite oxide secondary particles (A) or (D), the lithium-based polyanion particles (B), or the sodium-based polyanion particles (E), which are dry-mixed, are added as necessary. The mixture of the water-insoluble carbon powder (c3) is a composite that is effectively combined with the composite oxide particles only on a part of the surface of the layered composite oxide secondary particles (A) or (D). From the viewpoint of obtaining, it is preferable to mix while applying compressive force and shearing force. The process of mixing while applying a compressive force and a shearing force is preferably performed in a closed container equipped with an impeller, a rotor tool, and the like.
例えば、上記の複合化処理にインペラを備えた乾式粒子複合化装置であるノビルタ(ホソカワミクロン社製)を用いる場合、かかるインペラの回転数は、上記層状型複合酸化物二次粒子(A)又は(D)と上記ポリアニオン粒子(B)又は(E)、さらに水不溶性炭素粉末(c3)の複合化物を得る観点から、好ましくは2000〜6000rpmであり、より好ましくは4000〜6000rpmである。また、混合時間は、好ましくは1〜10分であり、より好ましくは5〜10分である。
また、かかる複合化処理にローター工具を備えた高速攪拌混合機であるアイリッヒインテンシブミキサー(日本アイリッヒ社製)を用いた場合、かかるローター工具の回転数は、好ましくは2000〜8000rpmであり、より好ましくは4000〜8000rpmである。また、混合時間は、好ましくは1〜10分であり、より好ましくは3〜10分である。
For example, when using Nobilta (manufactured by Hosokawa Micron Corporation), which is a dry particle composite apparatus equipped with an impeller for the above-mentioned composite treatment, the rotational speed of the impeller is such that the layered composite oxide secondary particles (A) or ( From the viewpoint of obtaining a composite of D) and the polyanion particles (B) or (E), and further the water-insoluble carbon powder (c3), it is preferably 2000 to 6000 rpm, and more preferably 4000 to 6000 rpm. The mixing time is preferably 1 to 10 minutes, more preferably 5 to 10 minutes.
In addition, when using an Eirich intensive mixer (manufactured by Eirich Japan), which is a high-speed stirring mixer equipped with a rotor tool for such complexing, the rotational speed of the rotor tool is preferably 2000 to 8000 rpm, and more Preferably it is 4000-8000 rpm. Further, the mixing time is preferably 1 to 10 minutes, more preferably 3 to 10 minutes.
工程(Z)において、上記圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理を行う際の処理時間及び/又はインペラ等の回転数は、容器に投入する層状型複合酸化物二次粒子(A)又は(D)とポリアニオン粒子(B)又は(E)、さらに水不溶性炭素粉末(c3)の混合物の量に応じて適宜調整する必要がある。そして、容器を稼動させることにより、インペラ等と容器内壁との間でこれら混合物に圧縮力及びせん断力が付加されつつ、これを複合化する処理を行うことが可能となり、上記層状型複合酸化物二次粒子の表面の一部のみにおいて、上記ポリアニオン粒子、さらに水不溶性炭素粉末(c3)を複合化された、リチウムイオン二次電池用正極活物質又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質を得ることができる。
例えば、上記複合化処理を、回転数2000〜6000rpmで回転するインペラを備える密閉容器内で1〜10分間行う場合、容器に投入する上記混合物の量は、有効容器(インペラを備える密閉容器のうち、上記混合物を収容可能な部位に相当する容器)1cm3当たり、好ましくは0.1〜0.7gであり、より好ましくは0.15〜0.4gである。
In the step (Z), the processing time and / or the rotational speed of the impeller and the like when performing the mixing process while applying the compression force and the shearing force are determined as follows. Or it is necessary to adjust suitably according to the quantity of the mixture of (D), polyanion particle (B) or (E), and also water-insoluble carbon powder (c3). Then, by operating the container, it becomes possible to perform a process of compounding the mixture while applying a compressive force and a shearing force to the mixture between the impeller and the inner wall of the container. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery or a positive electrode active material for a sodium ion secondary battery in which the polyanion particle and the water-insoluble carbon powder (c3) are combined only on a part of the surface of the secondary particle is obtained. be able to.
For example, when the complexing process is performed for 1 to 10 minutes in an airtight container equipped with an impeller rotating at a rotational speed of 2000 to 6000 rpm, the amount of the mixture to be charged into the container is an effective container (of the airtight container equipped with an impeller). , A container corresponding to a part capable of accommodating the above mixture) per cm 3 , preferably 0.1 to 0.7 g, more preferably 0.15 to 0.4 g.
このような圧縮力及びせん断力を付加しながら複合化処理を容易に行うことができる密閉容器を備える装置としては、高速せん断ミル、ブレード型混練機、高速混合機等が挙げられ、具体的には、例えば、粒子設計装置 COMPOSI、メカノハイブリット、高性能流動式混合機FMミキサー(日本コークス工業社製)微粒子複合化装置 メカノフュージョン、ノビルタ(ホソカワミクロン社製)、表面改質装置ミラーロ、ハイブリダイゼーションシステム(奈良機械製作所社製)、アイリッヒインテンシブミキサー(日本アイリッヒ社製)を好適に用いることができる。
上記複合化処理の処理条件としては、処理温度が、好ましくは5〜80℃、より好ましくは10〜50℃である。処理雰囲気としては、特に限定されないが、不活性ガス雰囲気下、又は還元ガス雰囲気下が好ましい。
Examples of the apparatus including a sealed container that can easily perform the composite treatment while applying the compressive force and the shear force include a high-speed shear mill, a blade-type kneader, and a high-speed mixer. Is, for example, particle design device COMPOSI, mechanohybrid, high-performance fluidized mixer FM mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.), fine particle composite device mechanofusion, nobilta (manufactured by Hosokawa Micron), surface reformer miraro, hybridization system (Manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.) and Eirich Intensive Mixer (made by Nihon Eirich) can be suitably used.
As processing conditions for the above complexing treatment, the treatment temperature is preferably 5 to 80 ° C, more preferably 10 to 50 ° C. The treatment atmosphere is not particularly limited, but is preferably an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere.
なお、上記層状型複合酸化物二次粒子(A)又は(D)の表面の一部のみにおいて、上記リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)とともに、さらに必要に応じて添加される水不溶性炭素粉末(c3)が複合化された程度は、X線光電子分光法(XPS)によって評価することができる。 In addition, the lithium-containing polyanion particles (B) or the sodium-based polyanion particles (E) are added as necessary only in part of the surface of the layered composite oxide secondary particles (A) or (D). The degree to which the water-insoluble carbon powder (c3) is combined can be evaluated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
本発明の二次電池用正極活物質を含む二次電池用正極を適用できる、リチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池である二次電池としては、正極と負極と電解液とセパレータを必須構成とするものであれば特に限定されない。 As a secondary battery which is a lithium ion secondary battery or a sodium ion secondary battery to which the positive electrode for a secondary battery containing the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention can be applied, a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte and a separator are essential. If it is set as a structure, it will not specifically limit.
リチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池の正極は、本発明の二次電池用正極活物質、カーボンブラック等の導電助剤、及びポリフッ化ビニリデン等の結着材(バインダー)に、N−メチル−2−ピロリドン等の溶媒を加え、充分に混練して正極スラリーを得た後、アルミニウム箔等の集電体上に塗布し、次いでローラープレス等による圧密し、乾燥して得る。本発明の二次電池用正極活物質であれば、調整して得られた正極スラリーの経時的な粘性上昇を有効に抑制することができるため、かかる正極スラリーの調整から数日後に集電体上へ塗布する場合でも、容易に均一な厚さにすることができる。 The positive electrode of the lithium ion secondary battery or the sodium ion secondary battery is composed of a positive electrode active material for a secondary battery of the present invention, a conductive aid such as carbon black, and a binder (binder) such as polyvinylidene fluoride, N- A solvent such as methyl-2-pyrrolidone is added and sufficiently kneaded to obtain a positive electrode slurry, which is then applied onto a current collector such as an aluminum foil, and then consolidated by a roller press or the like and dried. Since the positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention can effectively suppress the viscosity increase with time of the positive electrode slurry obtained by adjustment, the current collector is several days after the adjustment of the positive electrode slurry. Even when applied to the top, the thickness can be easily made uniform.
リチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池の負極については、リチウムイオン又はナトリウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。たとえば、リチウム金属、ナトリウム金属、グラファイト又は非晶質炭素等の炭素材料等である。そしてリチウムイオン又はナトリウムイオンを電気化学的に吸蔵・放出し得るインターカレート材料で形成された電極、特に炭素材料を用いることが好ましい。 The negative electrode of the lithium ion secondary battery or the sodium ion secondary battery is not particularly limited by the material configuration as long as it can occlude lithium ions or sodium ions during charging and can be released during discharging. A material structure can be used. For example, a carbon material such as lithium metal, sodium metal, graphite, or amorphous carbon. It is preferable to use an electrode formed of an intercalating material capable of electrochemically inserting and extracting lithium ions or sodium ions, particularly a carbon material.
電解液は、有機溶媒に支持塩を溶解させたものである。有機溶媒は、通常リチウムイオン二次電池やナトリウムイオン二次電池の電解液の用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。 The electrolytic solution is obtained by dissolving a supporting salt in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent that is usually used for an electrolyte solution of a lithium ion secondary battery or a sodium ion secondary battery. For example, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones Nitriles, lactones, oxolane compounds and the like can be used.
支持塩は、その種類が特に限定されるものではないが、リチウムイオン二次電池の場合、LiPF6、LiBF4、LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSO3CF3、LiC(SO3CF3)2及びLiN(SO3CF3)2、LiN(SO2C2F5)2及びLiN(SO2CF3)(SO2C4F9)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。また、ナトリウムイオン二次電池の場合、NaPF6、NaBF4、NaClO4及びNaAsF6から選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、NaSO3CF3、NaC(SO3CF3)2及びNaN(SO3CF3)2、NaN(SO2C2F5)2及びNaN(SO2CF3)(SO2C4F9)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。 The type of the supporting salt is not particularly limited, but in the case of a lithium ion secondary battery, an inorganic salt selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 and LiAsF 6 , a derivative of the inorganic salt, LiSO 3 CF 3 , an organic material selected from LiC (SO 3 CF 3 ) 2 and LiN (SO 3 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ) It is preferably at least one of a salt and a derivative of the organic salt. In the case of a sodium ion secondary battery, an inorganic salt selected from NaPF 6 , NaBF 4 , NaClO 4 and NaAsF 6 , a derivative of the inorganic salt, NaSO 3 CF 3 , NaC (SO 3 CF 3 ) 2 and NaN (SO 3 CF 3 ) 2 , NaN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and NaN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), and at least one of derivatives of the organic salt It is preferable.
セパレータは、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものである。たとえば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔膜を用いればよい。 The separator plays a role of electrically insulating the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolytic solution. For example, a porous synthetic resin film, particularly a polyolefin polymer (polyethylene, polypropylene) porous film may be used.
固体電解質は、正極及び負極を電気的に絶縁し、高いリチウムイオン電導性を示すものである。たとえば、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li7La3Zr2O12、50Li4SiO4・50Li3BO3、Li2.9PO3.3N0.46、Li3.6Si0.6P0.4O4、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li10GeP2S12、Li3.25Ge0.25P0.75S4、30Li2S・26B2S3・44LiI、63Li2S・36SiS2・1Li3PO4、57Li2S・38SiS2・5Li4SiO4、70Li2S・30P2S5、50Li2S・50GeS2、Li7P3S11、Li3.25P0.95S4を用いればよい。 The solid electrolyte electrically insulates the positive electrode and the negative electrode and exhibits high lithium ion conductivity. For example, La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94 , Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , 50Li 4 SiO 4 .50Li 3 BO 3 , Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 , Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 , Li 1.07 Al 0.69 Ti 1.46 (PO 4 ) 3 , Li 1 .5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3, Li 10 GeP 2 S 12, Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4, 30Li 2 S · 26B 2 S 3 · 44LiI, 63Li 2 S · 36SiS 2 · 1Li 3 PO 4, 57Li 2 S · 38SiS 2 · 5Li 4 SiO 4, 70Li 2 S · 30P 2 S 5, 50Li 2 S · 50GeS 2, Li 7 P 3 S 11, Li 3.25 P 0.95 S 4 may be used.
上記の構成を有するリチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池の形状としては、特に制限を受けるものではなく、コイン型、円筒型,角型等種々の形状や、ラミネート外装体に封入した不定形状であってもよい。 The shape of the lithium ion secondary battery or sodium ion secondary battery having the above configuration is not particularly limited, and various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, and a square shape, and an indeterminate sealed in a laminate outer package. It may be a shape.
以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
[製造例A:Li−NCM系複合酸化物の二次粒子(Li−NCM−A)の製造]
Ni:Co:Mnのモル比が1:1:1となるように、硫酸ニッケル六水和物 263g、硫酸コバルト七水和物 281g、硫酸マンガン五水和物 241g、及び水 3Lを混合した後、かかる混合液に25%アンモニア水を、滴下速度300ml/分で滴下して、pHが11の金属複合水酸化物を含むスラリーA1を得た。
次いで、スラリーA1をろ過、乾燥して、金属複合水酸化物の混合物B1を得た後、かかる混合物B1に炭酸リチウム37gをボールミルで混合して粉末混合物C1を得た。
得られた粉末混合物C1を、空気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成して解砕した後、本焼成として空気雰囲気下で800℃×10時間焼成し、Li−NCM系複合酸化物(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の二次粒子Aを得た。(二次粒子の平均粒径:10μm)
以後、上記Li−NCM系複合酸化物AをLi−NCM−Aと称する。
[Production Example A: Production of Secondary Particles of Li-NCM Complex Oxide (Li-NCM-A)]
After mixing 263 g of nickel sulfate hexahydrate, 281 g of cobalt sulfate heptahydrate, 241 g of manganese sulfate pentahydrate, and 3 L of water so that the molar ratio of Ni: Co: Mn is 1: 1: 1 Then, 25% aqueous ammonia was added dropwise to the mixture at a dropping rate of 300 ml / min to obtain a slurry A1 containing a metal composite hydroxide having a pH of 11.
Next, the slurry A1 was filtered and dried to obtain a metal composite hydroxide mixture B1, and then 37 g of lithium carbonate was mixed with the mixture B1 by a ball mill to obtain a powder mixture C1.
The obtained powder mixture C1 was calcined at 800 ° C. for 5 hours in an air atmosphere and pulverized, and then fired at 800 ° C. for 10 hours in an air atmosphere as main firing, to obtain a Li-NCM composite oxide (LiNi Secondary particles A of 0.33 Co 0.33 Mn 0.34 O 2 ) were obtained. (Average particle size of secondary particles: 10 μm)
Hereinafter, the Li-NCM composite oxide A is referred to as Li-NCM-A.
[製造例001:リチウム系ポリアニオン粒子(LMP−A)の製造]
LiOH・H2O 1272g、及び水4Lを混合してスラリーA001を得た。次いで、得られたスラリーA001を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液1153gを35mL/分で滴下し、続いてセルロースナノファイバー(セリッシュKY−100G、ダイセルファインケム製、繊維径4〜100nm)5892gを添加して、速度400rpmで12時間撹拌して、Li3PO4を含むスラリーB001を得た。
得られたスラリーB001に窒素パージして、スラリーB001の溶存酸素濃度を0.5mg/Lとした後、スラリーB001全量に対し、MnSO4・5H2O 1688g、FeSO4・7H2O 834gを添加してスラリーC001を得た。添加したMnSO4とFeSO4のモル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、70:30であった。
次いで、得られたスラリーC001をオートクレーブに投入し、170℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は0.8MPaであった。水熱反応後、生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して複合体D001を得た。
得られた複合体D001を1000g分取し、これに水1Lを添加して、スラリーE001を得た。得られたスラリーE001を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(MDL−050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライに付して造粒体F001を得た。
得られた造粒体F001を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリン酸マンガン鉄リチウムA(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の量=2.0質量%、平均粒径:100nm)を得た。
以後、上記リン酸マンガン鉄リチウムAをLMP−Aと称する。
[Production Example 001: Production of lithium-based polyanion particles (LMP-A)]
1272 g of LiOH.H 2 O and 4 L of water were mixed to obtain slurry A001. Subsequently, 1153 g of 85% phosphoric acid aqueous solution was dropped at 35 mL / min while stirring the obtained slurry A001 for 3 minutes while maintaining the temperature at 25 ° C., followed by cellulose nanofiber (Cerish KY-100G, Daicel Finechem). (Manufactured, fiber diameter: 4 to 100 nm) was added and stirred at a speed of 400 rpm for 12 hours to obtain a slurry B001 containing Li 3 PO 4 .
The obtained slurry B001 was purged with nitrogen so that the dissolved oxygen concentration of the slurry B001 was 0.5 mg / L, and then 1688 g of MnSO 4 · 5H 2 O and 834 g of FeSO 4 · 7H 2 O were added to the total amount of the slurry B001. As a result, slurry C001 was obtained. The molar ratio of MnSO 4 and FeSO 4 added (manganese compound: iron compound) was 70:30.
Next, the obtained slurry C001 was put into an autoclave and subjected to a hydrothermal reaction at 170 ° C. for 1 hour. The pressure in the autoclave was 0.8 MPa. After the hydrothermal reaction, the produced crystal was filtered, and then washed with 12 parts by mass of water with respect to 1 part by mass of the crystal. The washed crystal was lyophilized at −50 ° C. for 12 hours to obtain a complex D001.
1000 g of the obtained composite D001 was collected, and 1 L of water was added thereto to obtain a slurry E001. The obtained slurry E001 was subjected to a dispersion treatment for 1 minute with an ultrasonic stirrer (T25, manufactured by IKA) to uniformly color the whole, and then a spray dryer (MDL-050M, manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.) was used. Then, it was subjected to spray drying to obtain a granulated body F001.
The obtained granule F001 was calcined at 700 ° C. for 1 hour in an argon hydrogen atmosphere (hydrogen concentration: 3%), and lithium manganese phosphate containing 2.0% by mass of cellulose nanofiber-derived carbon was supported. A (LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 , amount of carbon = 2.0 mass%, average particle size: 100 nm) was obtained.
Hereinafter, the lithium iron manganese phosphate A is referred to as LMP-A.
[製造例002:リチウム系ポリアニオン粒子(LMP−B)の製造]
製造例001で得られたスラリーB001全量を窒素パージして、スラリーB001の溶存酸素濃度を0.5mg/Lとした後、CoSO4・7H2O 2108gを添加して、スラリーC002を得た。
次いで、得られたスラリーC002をオートクレーブに投入し、170℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.8MPaであった。水熱反応後、生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して複合体D002を得た。
得られた複合体D002を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリン酸コバルトリチウムB(LiCoPO4/C、炭素の量=2.0質量%)を得た。
以後、上記リン酸コバルトリチウムBをLMP−Bと称する。
[Production Example 002: Production of lithium-based polyanion particles (LMP-B)]
The whole amount of slurry B001 obtained in Production Example 001 was purged with nitrogen to make the dissolved oxygen concentration of slurry B001 0.5 mg / L, and then 2108 g of CoSO 4 .7H 2 O was added to obtain slurry C002.
Next, the obtained slurry C002 was charged into an autoclave and subjected to a hydrothermal reaction at 170 ° C. for 1 hour. The pressure in the autoclave was 0.8 MPa. After the hydrothermal reaction, the produced crystal was filtered, and then washed with 12 parts by mass of water with respect to 1 part by mass of the crystal. The washed crystal was lyophilized at −50 ° C. for 12 hours to obtain a complex D002.
The obtained composite D002 was calcined at 700 ° C. for 1 hour in an argon hydrogen atmosphere (hydrogen concentration: 3%), and cobalt lithium phosphate B carrying carbon of 2.0 mass% derived from cellulose nanofibers ( LiCoPO 4 / C, amount of carbon = 2.0% by mass).
Hereinafter, the lithium cobalt phosphate B is referred to as LMP-B.
[製造例003:リチウム系ポリアニオン粒子(LMP−C)の製造]
製造例001のリチウム系ポリアニオン粒子の製造において、スラリーAへのセルロースナノファイバー5892gの添加を、グルコース125gに変更した以外、製造例001と同様にして、2.0質量%のグルコース由来の炭素が担持されたリン酸マンガン鉄リチウムC(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の量=2.0質量%、平均粒径:100nm)を得た。
以後、上記リン酸マンガン鉄リチウムCをLMP−Cと称する。
[Production Example 003: Production of lithium-based polyanion particles (LMP-C)]
In the production of lithium-based polyanion particles in Production Example 001, 2.0 mass% of carbon derived from glucose was produced in the same manner as in Production Example 001 except that the addition of 5892 g of cellulose nanofibers to slurry A was changed to 125 g of glucose. A supported lithium manganese iron phosphate C (LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 , amount of carbon = 2.0 mass%, average particle size: 100 nm) was obtained.
Hereinafter, the lithium iron manganese phosphate C is referred to as LMP-C.
[製造例004:リチウム系ポリアニオン粒子(LMP−D)の製造]
製造例001のリチウム系ポリアニオン粒子の製造において、スラリーA001へのセルロースナノファイバーの添加量5892gを295gに変更した以外、製造例001と同様にして、0.1質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリン酸マンガン鉄リチウムD(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の量=0.1質量%、平均粒径:100nm)を得た。
以後、上記リン酸マンガン鉄リチウムBをLMP−Dと称する。
[Production Example 004: Production of lithium-based polyanion particles (LMP-D)]
In the production of lithium-based polyanion particles of Production Example 001, 0.1 mass% of carbon derived from cellulose nanofibers was produced in the same manner as Production Example 001, except that the amount of cellulose nanofiber added to slurry A001 was changed to 5892 g. Was obtained. Lithium manganese iron phosphate D (LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 , amount of carbon = 0.1 mass%, average particle size: 100 nm) was obtained.
Hereinafter, the lithium iron manganese phosphate B is referred to as LMP-D.
[実施例1:(Li−NCM−A70%+LMP−A30%)複合体]
製造例Aで得られたLi−NCM−A 350gと、製造例001で得られたLMP−A 150gを、ノビルタ(ホソカワミクロン社製、NOB130)を用いて2000rpmで5分間の複合化処理を行い、Li−NCM−AとLMP−Aとが複合化してなるリチウムイオン二次電池用正極複合体活物質を得た。
[Example 1: (Li-NCM-A 70% + LMP-A 30%) complex]
350 g of Li-NCM-A obtained in Production Example A and 150 g of LMP-A obtained in Production Example 001 were subjected to a composite treatment at 2000 rpm for 5 minutes using Nobilta (manufactured by Hosokawa Micron Corporation, NOB130). A positive electrode composite active material for a lithium ion secondary battery obtained by combining Li-NCM-A and LMP-A was obtained.
[実施例2:(Li−NCM−A70%+LMP−B30%)複合体]
LMP−Aを製造例002で得られたLMP−Bに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極複合体活物質を得た。
[Example 2: (Li-NCM-A 70% + LMP-B 30%) complex]
A positive electrode composite active material for a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1, except that LMP-A was changed to LMP-B obtained in Production Example 002.
[実施例3:(Li−NCM−A70%+LMP−A30%)複合体]
複合化処理にアイリッヒインテンシブミキサー(日本アイリッヒ社製、EL1)を用い、4800rpmで5分間処理した以外、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極複合体活物質を得た。
[Example 3: (Li-NCM-A 70% + LMP-A 30%) complex]
A positive electrode composite active material for a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composite treatment was performed using an Eirich intensive mixer (EL1 manufactured by Japan Eirich Co., Ltd.) for 5 minutes at 4800 rpm.
[実施例4:(Li−NCM−A70%+LMP−A30%)複合体]
複合化処理にアイリッヒインテンシブミキサー(日本アイリッヒ社製、EL1)を用い、7200rpmで3分間処理した以外、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極複合体活物質を得た。
[Example 4: (Li-NCM-A 70% + LMP-A 30%) complex]
A positive electrode composite active material for a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composite treatment was performed using an Eirich intensive mixer (EL1 manufactured by Nihon Eirich Co., Ltd.) at 7200 rpm for 3 minutes.
[実施例5:(Li−NCM−A90%+LMP−A10%)複合体]
Li−NCM−Aを450gに、LMP−Aを50gに変更し、ノビルタ(ホソカワミクロン社製、NOB130)による複合化処理条件を4000rpmで1分間に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極複合体活物質を得た。
[Example 5: (Li-NCM-A 90% + LMP-A 10%) complex]
Li-NCM-A was changed to 450 g, LMP-A was changed to 50 g, and the compounding treatment condition by Nobilta (manufactured by Hosokawa Micron Corporation, NOB130) was changed to 4000 rpm for 1 minute. A positive electrode composite active material for an ion secondary battery was obtained.
[実施例6:(Li−NCM−A70%+LMP−C30%)複合体]
LMP−Aを製造例003で得られたLMP−Cに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極複合体活物質を得た。
[Example 6: (Li-NCM-A 70% + LMP-C 30%) complex]
A positive electrode composite active material for a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that LMP-A was changed to LMP-C obtained in Production Example 003.
[実施例7:(Li−NCM−A70%+LMP−D30%)複合体]
LMP−Aを製造例004で得られたLMP−Dに変更し、さらにグラファイト5gを添加した以外、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極複合体活物質を得た。
[Example 7: (Li-NCM-A 70% + LMP-D 30%) complex]
A positive electrode composite active material for a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that LMP-A was changed to LMP-D obtained in Production Example 004 and 5 g of graphite was further added.
[比較例1:(Li−NCM−A70%+LMP−A30%)混合体]
製造例Aで得られたLi−NCM−A 350gと、製造例001で得られたLMP−A 150gを、乳鉢を用いて、5分間の混合処理を行い、Li−NCM−AとLMP−Aとが複合化することなく、単に混合してなるリチウムイオン二次電池用正極混合体活物質を得た。
[Comparative Example 1: (Li-NCM-A 70% + LMP-A 30%) mixture]
Li-NCM-A and LMP-A 350 g obtained in Production Example A and LMP-A 150 g obtained in Production Example 001 were mixed for 5 minutes using a mortar. Thus, a positive electrode mixture active material for a lithium ion secondary battery, which was simply mixed without being combined, was obtained.
[比較例2:(Li−NCM−A70%+LMP−B30%)混合体]
LMP−Aを製造例004で得られたLMP−Bに変更した以外、比較例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極混合体活物質を得た。
[Comparative Example 2: (Li-NCM-A 70% + LMP-B 30%) mixture]
A positive electrode mixture active material for a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that LMP-A was changed to LMP-B obtained in Production Example 004.
[比較例3:(Li−NCM−A50%+LMP−A50%)混合体]
Li−NCM−Aを250gに、LMP−Aを250gに変更した以外、比較例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極混合体活物質を得た。
[Comparative Example 3: (Li-NCM-A 50% + LMP-A 50%) mixture]
A positive electrode mixture active material for a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that Li-NCM-A was changed to 250 g and LMP-A was changed to 250 g.
[比較例4:(Li−NCM−A90%+LMP−A10%)混合体]
Li−NCM−Aを450gに、LMP−Aを50gに変更した以外、比較例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極混合体活物質を得た。
[Comparative Example 4: (Li-NCM-A 90% + LMP-A 10%) mixture]
A positive electrode mixture active material for a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that Li-NCM-A was changed to 450 g and LMP-A was changed to 50 g.
[比較例5:(Li−NCM−A90%+LMP−A10%)複合体]
Li−NCM−Aを450gに、LMP−Aを50gに変更し、ノビルタ(ホソカワミクロン社製、NOB130)による複合化処理条件を2000rpmで1分間に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極複合体活物質を得た。
[Comparative Example 5: (Li-NCM-A 90% + LMP-A 10%) complex]
Li-NCM-A was changed to 450 g, LMP-A was changed to 50 g, and the compounding treatment conditions by Nobilta (manufactured by Hosokawa Micron Corporation, NOB130) were changed to 2000 rpm for 1 minute. A positive electrode composite active material for an ion secondary battery was obtained.
≪X線光電子分光法によるピーク強度比の測定≫
全ての実施例及び比較例5の活物質についてX線光電子分光を測定し、ピーク強度比a/b及び表面被覆率(面積%)を求めた。具体的には、ミクロンセパレーター(ホソカワミクロン社製 MS)で、Li−NCM系複合酸化物に複合化しないで単体で存在するリチウム系ポリアニオン粒子を除去したLi−NCM系複合酸化物粒子群について、得られたX線光電子分光スペクトル(使用装置:日本電子社製 JPS9010MX)におけるLi−NCM−A由来のNi2p3/2のピーク強度aを、LMP−A、LMP−B、LMP−C又はLMP−D由来の(P2p+C1s)ピーク強度bで割ったピーク強度比a/bを算出した。また、得られたピーク強度比a/bから、上記式(1)より、ポリアニオン粒子による複合酸化物二次粒子の表面被覆率(面積%)を求めた。
結果を表1に示す。
≪Measurement of peak intensity ratio by X-ray photoelectron spectroscopy≫
X-ray photoelectron spectroscopy was measured for the active materials of all Examples and Comparative Example 5, and the peak intensity ratio a / b and the surface coverage (area%) were determined. Specifically, with a micron separator (MS manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.), a Li-NCM composite oxide particle group obtained by removing lithium-based polyanion particles present alone without being complexed with a Li-NCM composite oxide was obtained. The peak intensity a of Ni2p 3/2 derived from Li-NCM-A in the obtained X-ray photoelectron spectroscopy spectrum (device used: JPS9010MX manufactured by JEOL Ltd.) is expressed as LMP-A, LMP-B, LMP-C or LMP-D. The peak intensity ratio a / b divided by the derived (P2p + C1s) peak intensity b was calculated. Further, from the obtained peak intensity ratio a / b, the surface coverage (area%) of the composite oxide secondary particles by the polyanion particles was obtained from the above formula (1).
The results are shown in Table 1.
≪正極スラリーの粘度の経時変化の評価≫
上記の全ての実施例及び比較例の活物質を用い正極スラリーを調製し、調製直後から5日経過した時点における正極スラリーの粘度を測定した。具体的には、得られた実施例又は比較例の活物質、ケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデンを質量比90:5:5の配合割合で混合し、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。調製後、正極スラリーを直ちに密閉容器に封入し、20℃の恒温環境下に5日間静置した正極スラリーについて、B型粘度計(ブルックフィールド社製 デジタル粘度計DV−E)を使用して、回転数100rpmでの粘度を求めた。なお、全ての正極スラリーの調製直後の粘度は、3500(mPa・s)前後であった。
結果を表2に示す。
≪Evaluation of change in viscosity of positive electrode slurry over time≫
A positive electrode slurry was prepared using the active materials of all the examples and comparative examples described above, and the viscosity of the positive electrode slurry was measured when 5 days passed immediately after the preparation. Specifically, the obtained active materials of Examples or Comparative Examples, ketjen black, and polyvinylidene fluoride were mixed at a mass ratio of 90: 5: 5, and N-methyl-2-pyrrolidone was added thereto. Were sufficiently kneaded to prepare a positive electrode slurry. After the preparation, the positive electrode slurry was immediately sealed in a sealed container, and the positive electrode slurry left to stand in a constant temperature environment of 20 ° C. for 5 days, using a B-type viscometer (Brookfield Digital Viscometer DV-E), The viscosity at a rotation speed of 100 rpm was determined. The viscosity immediately after preparation of all the positive electrode slurries was around 3500 (mPa · s).
The results are shown in Table 2.
≪電解液への遷移金属溶出量≫
上記正極スラリーの粘度の経時変化の評価で得た調製直後の正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、正極とした。
次いで、上記正極を用いてコイン型二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔(リチウムイオン二次電池の場合)を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比3:7の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、ポリプロピレンなどの高分子多孔フィルムなど、公知のものを用いた。これらの電池部品を露点が−50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型二次電池(CR−2032)を得た。
<< Elution amount of transition metal to electrolyte >>
The positive electrode slurry immediately after preparation obtained by evaluating the change in viscosity of the positive electrode slurry with time is applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm using a coating machine, and vacuum dried at 80 ° C. for 12 hours. It was. Thereafter, it was punched into a disk shape of φ14 mm and pressed at 16 MPa for 2 minutes using a hand press to obtain a positive electrode.
Next, a coin-type secondary battery was constructed using the positive electrode. A lithium foil (in the case of a lithium ion secondary battery) punched to φ15 mm was used for the negative electrode. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7 was used. As the separator, a known one such as a polymer porous film such as polypropylene was used. These battery components were assembled and accommodated in a conventional manner in an atmosphere having a dew point of −50 ° C. or lower to obtain a coin-type secondary battery (CR-2032).
得られた二次電池に対し、充電を行った。具体的には、電流170mA/g、電圧4.5Vの定電流充電を行った。
その後、かかる二次電池を解体し、取り出した正極を炭酸ジメチルで洗浄後、電解液に浸した。このときの電解液は、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比1:1の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。正極を浸した電解液を密閉容器に入れ、70℃で1週間静置した。
静置後、正極を取り出した電解液を0.45μmのディスミックフィルタで濾過し、硝酸により酸分解した。酸分解した電解液に含まれるLi−NCM系複合酸化物由来のMn、Co、Niを、ICP発光分光法(使用装置:堀場製作所社製 ULTIMA2)を用いて定量した。
結果を表2に示す。
The obtained secondary battery was charged. Specifically, constant current charging with a current of 170 mA / g and a voltage of 4.5 V was performed.
Thereafter, the secondary battery was disassembled, and the taken out positive electrode was washed with dimethyl carbonate and then immersed in an electrolytic solution. As the electrolytic solution at this time, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 was used. The electrolyte solution in which the positive electrode was immersed was placed in a sealed container and allowed to stand at 70 ° C. for 1 week.
After standing, the electrolyte solution from which the positive electrode was taken out was filtered through a 0.45 μm discic filter and acid-decomposed with nitric acid. Mn, Co, and Ni derived from the Li-NCM composite oxide contained in the acid-decomposed electrolytic solution were quantified using ICP emission spectroscopy (use apparatus: ULTIMA2 manufactured by Horiba, Ltd.).
The results are shown in Table 2.
≪放電特性の評価≫
上記の電解液への遷移金属溶出量の評価で製造した二次電池を用いて、放電容量測定装置(HJ−1001SD8、北斗電工社製)にて気温30℃環境での、0.2C(34mAh/g)及び3C(510mAh/g)の初期放電容量を測定した。
結果を表2に示す。
≪Evaluation of discharge characteristics≫
Using the secondary battery produced by the evaluation of the amount of transition metal elution into the above electrolyte, 0.2C (34 mAh) at a temperature of 30 ° C. using a discharge capacity measuring device (HJ-1001SD8, manufactured by Hokuto Denko). / G) and 3C (510 mAh / g) initial discharge capacities were measured.
The results are shown in Table 2.
表2から明らかなように、実施例で得られた活物質を正極活物質として使用した正極スラリーは、比較例で得られた活物質を正極活物質として使用した正極スラリーと比べ、粘度の経時変化が小さく、作業性において優れていることがわかる。
また、実施例で得られた活物質を正極活物質として使用したリチウムイオン二次電池は、比較例で得られた活物質を正極活物質として使用したリチウムイオン二次電池と比べ、遷移金属成分の電解液へ溶出を有用に抑制して同等以上の安全性を確保しつつ、良好な放電容量を有していることがわかる。
As is clear from Table 2, the positive electrode slurry using the active material obtained in the examples as the positive electrode active material is more viscous than the positive electrode slurry using the active material obtained in the comparative example as the positive electrode active material. It can be seen that the change is small and the workability is excellent.
Moreover, the lithium ion secondary battery using the active material obtained in the example as the positive electrode active material is a transition metal component compared to the lithium ion secondary battery using the active material obtained in the comparative example as the positive electrode active material. It can be seen that it has a good discharge capacity while effectively suppressing elution into the electrolyte solution and ensuring equivalent safety or higher.
Claims (16)
LiNiaCobMncM1 xO2・・・(I)
(式(I)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、xは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦x≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(II):
LiNidCoeAlfM2 yO2・・・(II)
(式(II)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、yは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦y≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×y=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム複合酸化物粒子からなる層状型リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面の一部のみにおいて、下記式(V):
LiCogM5 iPO4・・・(V)
(式(V)中、M5はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g及びiは、0<g≦1、0≦i≦0.3、及び2g+(M5の価数)×i=2を満たす数を示す。)、
又は、下記式(VI):
LiFemMnnM6 oPO4・・・(VI)
(式(VI)中、M6はCo、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。m、n、及びoは、0≦m≦1、0≦n≦1、0≦o≦0.3、及びm+n≠0を満たし、かつ2m+2n+(M6の価数)×o=2を満たす数を示す。)
で表され、表面に炭素(c)が担持してなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)と、リチウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、
X線光電子分光法(XPS)によるピーク強度比((Ni2p3/2のピーク強度)/(P2pのピーク強度+C1sのピーク強度))が0.05を超え0.4未満であるリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The following formula (I):
LiNi a Co b Mn c M 1 x O 2 (I)
(In the formula (I), M 1 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, 1 or 2 or more elements selected from Bi and Ge are shown, a, b, c, and x are 0.3 ≦ a <1, 0 <b ≦ 0.7, 0 <c ≦ 0.7, (0 ≦ x ≦ 0.3 and 3a + 3b + 3c + (valence of M 1 ) × x = 3)
Or the following formula (II):
LiNi d Co e Al f M 2 y O 2 (II)
(In the formula (II), M 2 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi and One or more elements selected from Ge are shown, d, e, f, and y are 0.4 ≦ d <1, 0 <e ≦ 0.6, 0 <f ≦ 0.3, 0 ≦. (Y ≦ 0.3 and 3d + 3e + 3f + (valence of M 2 ) × y = 3)
In only a part of the surface of the layered lithium composite oxide secondary particles (A) composed of lithium composite oxide particles represented by the following formula (V):
LiCo g M 5 i PO 4 (V)
(In the formula (V), M 5 represents Fe, Mn, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. G and i are 0 <g ≦ 1 , 0 ≦ i ≦ 0.3, and 2g + (the valence of M 5 ) × i = 2.)
Or the following formula (VI):
LiFe m Mn n M 6 o PO 4 (VI)
(In the formula (VI), M 6 represents Co, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. M, n, and o are 0 ≦ m ≦ 1 represents a number satisfying 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ o ≦ 0.3, and m + n ≠ 0, and satisfying 2m + 2n + (valence of M 6 ) × o = 2.)
Lithium-based polyanion particles (B) formed by supporting carbon (c) on the surface and lithium composite oxide particles are combined,
Lithium ion secondary whose peak intensity ratio ((Ni2p 3/2 peak intensity) / (P2p peak intensity + C1s peak intensity)) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is more than 0.05 and less than 0.4 Positive electrode active material for batteries.
水不溶性炭素粉末(c3)の含有量が、リチウム複合酸化物二次粒子(A)、及び表面に炭素(c)が担持してなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)の合計量100質量部に対して0.5〜10質量部である請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The water-insoluble carbon powder (c3) other than the carbon (c1) derived from cellulose nanofibers is compounded only with a part of the surface of the layered lithium composite oxide secondary particles (A) together with the lithium-based polyanion particles (B). And
Content of water-insoluble carbon powder (c3) is 100 parts by mass with respect to the total amount of lithium composite oxide secondary particles (A) and lithium-based polyanion particles (B) formed by supporting carbon (c) on the surface. It is 0.5-10 mass parts, The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of any one of Claims 1-5.
NaNia’Cob’Mnc’M3 x’O2・・・(III)
(式(III)中、M3はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a’、b’、c’、x’は、0.3≦a’<1、0<b’≦0.7、0<c’≦0.7、0≦x’≦0.3、かつ3a’+3b’+3c’+(M3の価数)×x’=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(IV):
NaNid’Coe’Alf’M4 y’O2・・・(IV)
(式(IV)中、M4はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d’、e’、f’、y’は、0.4≦d’<1、0<e’≦0.6、0<f’≦0.3、0≦y’≦0.3、かつ3d’+3e’+3f’+(M4の価数)×y’=3を満たす数を示す。)
で表されるナトリウム複合酸化物粒子からなる層状型ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面の一部のみにおいて、下記式(VII):
NaCog’M7 i’PO4・・・(VII)
(式(VII)中、M7はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g’及びi’は、0<g’≦1、0≦i’≦0.3、及び2g’+(M7の価数)×i’=2を満たす数を示す。)、
又は、下記式(VIII):
NaFem’Mnn’M8 o’PO4・・・(VIII)
(式(VIII)中、M8はCo、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。m’、n’、及びo’は、0≦m’≦1、0≦n’≦1、0≦o’≦0.3、及びm’+n’≠0を満たし、かつ2m’+2n’+(M8の価数)×o’=2を満たす数を示す。)
で表され、表面に炭素(c)が担持してなるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)と、ナトリウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、
X線光電子分光法(XPS)によるピーク強度比((Ni2p3/2のピーク強度)/(P2pのピーク強度+C1sのピーク強度))が0.05を超え0.4未満であるナトリウムイオン二次電池用正極活物質。 Formula (III) below
NaNi a ′ Co b ′ Mn c ′ M 3 x ′ O 2 (III)
(In the formula (III), M 3 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Al, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, 1 or 2 or more elements selected from Bi and Ge, a ′, b ′, c ′ and x ′ are 0.3 ≦ a ′ <1, 0 <b ′ ≦ 0.7, 0 < (c ′ ≦ 0.7, 0 ≦ x ′ ≦ 0.3, and 3a ′ + 3b ′ + 3c ′ + (valence of M 3 ) × x ′ = 3).
Or the following formula (IV):
NaNi d ′ Co e ′ Al f ′ M 4 y ′ O 2 (IV)
(In the formula (IV), M 4 is Mg, Ti, Nb, Fe, Cr, Si, Ga, V, Zn, Cu, Sr, Mo, Zr, Sn, Ta, W, La, Ce, Pb, Bi and 1 or 2 or more elements selected from Ge, d ′, e ′, f ′, and y ′ are 0.4 ≦ d ′ <1, 0 <e ′ ≦ 0.6, and 0 <f ′. ≦ 0.3,0 ≦ y '≦ 0.3, and 3d' + 3e '+ 3f' + ( valence of M 4) shows a number satisfying × y '= 3.)
In only a part of the surface of the layered sodium composite oxide secondary particles (D) composed of the sodium composite oxide particles represented by the following formula (VII):
NaCo g ′ M 7 i ′ PO 4 (VII)
(In the formula (VII), M 7 represents Fe, Mn, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. G ′ and i ′ are 0 <g '≦ 1, 0 ≦ i' ≦ 0.3, and 2g ′ + (valence of M 7 ) × i ′ = 2).
Or the following formula (VIII):
NaFe m ′ Mn n ′ M 8 o ′ PO 4 (VIII)
(In the formula (VIII), M 8 represents Co, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. M ′, n ′, and o ′ are 0. ≦ m ′ ≦ 1, 0 ≦ n ′ ≦ 1, 0 ≦ o ′ ≦ 0.3, and m ′ + n ′ ≠ 0, and 2m ′ + 2n ′ + (valence of M 8 ) × o ′ = 2 Indicates the number satisfying.)
The sodium-based polyanion particles (E) formed by supporting carbon (c) on the surface and sodium composite oxide particles are combined,
Sodium ion secondary whose peak intensity ratio ((Ni2p 3/2 peak intensity) / (P2p peak intensity + C1s peak intensity)) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is more than 0.05 and less than 0.4 Positive electrode active material for batteries.
水不溶性炭素粉末(c3)の含有量が、ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)、及び表面に炭素(c)が担持してなるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の合計量100質量部に対して0.5〜24質量部である請求項9〜13のいずれか1項に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質。 Water-insoluble carbon powder (c3) other than carbon (c1) derived from cellulose nanofibers is combined with sodium-based polyanion particles (E) only on part of the surface of the layered lithium composite oxide secondary particles (D). And
The content of the water-insoluble carbon powder (c3) is 100 parts by mass of the total amount of the sodium composite oxide secondary particles (D) and the sodium-based polyanion particles (E) formed by supporting carbon (c) on the surface. It is 0.5-24 mass parts, The positive electrode active material for sodium ion secondary batteries of any one of Claims 9-13.
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