JP2008218126A - Method of evaluating positive electrode active material - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、正極活物質の評価方法に関する。さらに詳しくは、簡便に短時間で表面状態を定量化し、精度の高い評価を行うことができる正極活物質の評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating a positive electrode active material. More specifically, the present invention relates to a method for evaluating a positive electrode active material that can easily quantify a surface state in a short time and perform highly accurate evaluation.
携帯機器の多機能化および高性能化につれて、携帯機器の消費電力は高まりつつあり、電源となる電池に対して、より一層の高容量化が要求されている。なかでも、経済性および携帯機器の小型軽量化の観点から、高エネルギー密度の二次電池が強く要望されている。代表的な二次電池としては、鉛蓄電池、アルカリ蓄電池、リチウムイオン二次電池などが知られている。 With the increase in functionality and performance of portable devices, the power consumption of portable devices is increasing, and a further increase in capacity is required for batteries serving as power sources. In particular, a secondary battery having a high energy density is strongly demanded from the viewpoint of economy and reduction in size and weight of portable devices. As typical secondary batteries, lead storage batteries, alkaline storage batteries, lithium ion secondary batteries, and the like are known.
二次電池の中でも、特にリチウムイオン二次電池は、高出力、高エネルギー密度などの利点を有している。リチウムイオン二次電池は、例えば、リチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な正極と、負極と、非水電解液またはゲル電解質、固体電解質とから構成される。 Among secondary batteries, lithium ion secondary batteries in particular have advantages such as high output and high energy density. The lithium ion secondary battery includes, for example, a positive electrode capable of reversibly inserting and removing lithium ions, a negative electrode, a nonaqueous electrolytic solution or a gel electrolyte, and a solid electrolyte.
リチウムイオン二次電池用の正極材料としては、リチウムイオンをインターカレート・デインターカレートができるコバルト酸リチウム(LiCoO2)の他にも、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)またはこれらのリチウム含有遷移金属化合物に金属元素を一部置換した複合酸化物が用いられる。また、スピネル構造を有するマンガン酸リチウム(LiMn2O4)は、高エネルギー密度性、高電圧性を有するため、よく使用され、高電圧性を有する安価な材料として開発が進められている。 In addition to lithium cobaltate (LiCoO 2 ) capable of intercalating and deintercalating lithium ions, lithium nickelate (LiNiO 2 ) or these lithium-containing transitions can be used as positive electrode materials for lithium ion secondary batteries. A composite oxide in which a metal element is partially substituted for a metal compound is used. In addition, lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) having a spinel structure has high energy density and high voltage, and thus is often used and is being developed as an inexpensive material having high voltage.
通常、リチウムイオン二次電池では、正極にコバルト酸リチウムおよび負極には炭素材料が使用されており、作動電圧が4.2Vから2.5Vの範囲で用いられる。単電池において、端子電圧を4.2Vまで上げられるのは、非水電解質材料やセパレーターなどの優れた電気化学的安定性によるところが大きい。 Usually, in a lithium ion secondary battery, a lithium cobaltate is used for the positive electrode and a carbon material is used for the negative electrode, and the operating voltage is used in the range of 4.2V to 2.5V. In the unit cell, the terminal voltage can be increased to 4.2 V largely due to excellent electrochemical stability such as a non-aqueous electrolyte material or a separator.
現状、最大4.2Vで作動するリチウムイオン二次電池では、それに用いられるコバルト酸リチウムなどの正極活物質は、その理論容量に対して6割程度の容量を活用しているに過ぎない。リチウムイオン二次電池については、コスト低減以外に、高エネルギー密度化、高信頼性化および長寿命化が望まれている。 At present, in a lithium ion secondary battery operating at a maximum of 4.2 V, the positive electrode active material such as lithium cobaltate used in the lithium ion secondary battery uses only about 60% of its theoretical capacity. For lithium ion secondary batteries, in addition to cost reduction, higher energy density, higher reliability, and longer life are desired.
これらの特性、特に電池のエネルギー密度を向上する方法としては、充電の上限電圧を高く設定することが挙げられる。充電電圧を高くすると、正極活物質であるリチウム複合酸化物からより多くのリチウムがインターカレート・デインターカレートされるため、高容量化が可能となる。 As a method for improving these characteristics, particularly the energy density of the battery, there is a method of setting a high upper limit voltage for charging. When the charging voltage is increased, more lithium is intercalated / deintercalated from the lithium composite oxide, which is the positive electrode active material, so that the capacity can be increased.
このように充電電圧を上げることにより、残存容量を活用することが、原理上可能である。実際、例えば、特許文献1で開示されているように、充電時の電圧を4.25V以上にすることにより、高エネルギー密度化を実現できることが知られている。 In principle, it is possible to utilize the remaining capacity by increasing the charging voltage. Actually, for example, as disclosed in Patent Document 1, it is known that high energy density can be realized by setting the voltage during charging to 4.25 V or more.
ところで、充電電圧を高くした二次電池では、LiXCoO2(0<x≦1.0)、LiXNiO2(0<x≦1.0)などが、高電位、安定性、長寿命という点から、電池に用いる正極活物質として最も有望である。特に、LiCoO2を主体とする正極活物質は、高電位を示す正極活物質であり、この正極活物質を電池に用いることで、充電電圧を高め、エネルギー密度を高めることが期待されているが、充電電圧を高くした電池では、充放電サイクル寿命が低下したり、高温特性が劣化してしまうことが問題となっている。 By the way, in a secondary battery with a high charging voltage, Li x CoO 2 (0 <x ≦ 1.0), Li x NiO 2 (0 <x ≦ 1.0), etc. have high potential, stability, and long life. Therefore, it is most promising as a positive electrode active material used for a battery. In particular, a positive electrode active material mainly composed of LiCoO 2 is a positive electrode active material exhibiting a high potential, and it is expected that the use of this positive electrode active material for a battery increases the charging voltage and the energy density. In a battery with a high charging voltage, there are problems that the charge / discharge cycle life is reduced and the high temperature characteristics are deteriorated.
また、LiNiO2で表されるリチウムニッケル複合酸化物やニッケル(Ni)の一部をコバルト(Co)やマンガン(Mn)で置換したリチウムニッケル複合酸化物はLiCoO2に比べて高電位での安定性が高いとされているが、LiCoO2に比べて放電電位の低下や体積密度の低下によりエネルギー密度を高めるには不利となっている。 In addition, lithium nickel composite oxide represented by LiNiO 2 and lithium nickel composite oxide in which a part of nickel (Ni) is substituted with cobalt (Co) or manganese (Mn) are more stable at a higher potential than LiCoO 2. However, it is disadvantageous for increasing the energy density by lowering the discharge potential and lowering the volume density compared to LiCoO 2 .
そこで、LiCoO2を主体とする活物質を安定化させるために、アルミニウム(Al)やマグネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)などの異種元素を固溶させたり(例えば、特許文献2参照)、LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2などを少量混合して用いること、LiCoO2表面を、スピネルマンガン酸リチウム、スピネルチタン酸リチウム、ニッケルコバルト複合酸化物で、被覆することなどが提案されている(例えば、特許文献3、特許文献4参照)
Therefore, in order to stabilize the active material mainly composed of LiCoO 2 , different elements such as aluminum (Al), magnesium (Mg), zirconium (Zr), and titanium (Ti) are dissolved (for example, patent documents). 2), use a small amount of LiMn 1/3 Co 1/3 Ni 1/3 O 2 and the like, and coat the LiCoO 2 surface with spinel lithium manganate, lithium spinel titanate, nickel cobalt composite oxide Have been proposed (see, for example,
また、金属元素の置換や被覆ではなく、フッ素(F)や硫黄(S)といったハロゲン元素やカルコゲン元素の処理により活物質の安定化を図ることも提案されている。(例えば、特許文献5〜特許文献7参照) In addition, it has been proposed to stabilize the active material by treatment with a halogen element such as fluorine (F) or sulfur (S) or a chalcogen element instead of substitution or coating with a metal element. (For example, see Patent Documents 5 to 7)
このような表面被覆した正極活物質の表面組成または被覆の程度を定量的に求める手段としては、従来では、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)を用いた光電効果により放出された光電子を検出し、該光電子のエネルギーを解析することにより、占有面積当たりの電極層表面における複合酸化物に対する導電性高分子材料の被覆率を測定する方法、(例えば特許文献8参照)Lab法における色度測定により、表面被覆の状態を評価する方法、(例えば特許文献9参照)が提案されている。 As a means for quantitatively determining the surface composition of the surface-coated positive electrode active material or the degree of coating, conventionally, photoelectrons emitted by the photoelectric effect using XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) are detected, By analyzing the energy of the photoelectrons, a method of measuring the coverage of the conductive polymer material to the composite oxide on the surface of the electrode layer per occupied area (for example, see Patent Document 8) By chromaticity measurement in the Lab method, A method for evaluating the state of the surface coating (see, for example, Patent Document 9) has been proposed.
しかしながら、特許文献8に記載されているようなXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)を用いた方法は、大掛かりな装置を必要とし、測定自体も長時間を要するため、被覆率の測定に際して、多くのサンプルを対象とするのには不適当である。EDX(Energy Dispersive X-ray Analysis)で粉末表面の組成を観測する方法もあるが、被覆状態を定量化する手段としては、最表面の情報を得るだけであるので、情報が不十分である。 However, the method using XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) as described in Patent Document 8 requires a large-scale apparatus and the measurement itself takes a long time. It is unsuitable for targeting samples. There is also a method of observing the composition of the powder surface by EDX (Energy Dispersive X-ray Analysis), but as a means for quantifying the coating state, only the information on the outermost surface is obtained, so the information is insufficient.
したがって、この発明の目的は、表面被覆した正極活物質の被覆状態を簡便に短時間で定量化でき、精度の高い評価を行うことができる正極活物質の評価方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for evaluating a positive electrode active material, which can easily quantify the coating state of the surface-coated positive electrode active material in a short time and can perform highly accurate evaluation.
上述した課題を解決するために、この発明は、
正極活物質の表面を、酸溶液に溶解させる表面処理工程と、
表面処理工程により正極活物質の表面を溶解させた酸溶液に対して元素分析を行い、測定結果から被覆率を算定する算定工程と、を備えること
を特徴とする正極活物質の評価方法である。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides:
A surface treatment step of dissolving the surface of the positive electrode active material in an acid solution;
A method for evaluating a positive electrode active material, comprising: an elemental analysis on an acid solution in which the surface of the positive electrode active material is dissolved by a surface treatment step, and a calculation step of calculating a coverage from the measurement result. .
この発明では、正極活物質の表面を、酸溶液に溶解させて元素分析を行い、その結果から被覆率を算定するので、簡便に短時間で正極活物質の表面状態を定量化できる。そして、この被覆率に基づいて正極活物質を類別することで、精度の高い評価が可能である。 In this invention, since the surface of the positive electrode active material is dissolved in an acid solution and elemental analysis is performed, and the coverage is calculated from the result, the surface state of the positive electrode active material can be easily quantified in a short time. Then, by classifying the positive electrode active material based on this coverage, highly accurate evaluation is possible.
この発明によれば、簡便に短時間で正極活物質を被覆率によって定量化でき、この被覆率に基づいて正極活物質を類別することで、精度の高い正極活物質の評価を行うことができる。 According to the present invention, the positive electrode active material can be easily quantified by the coverage in a short time, and the positive electrode active material can be evaluated with high accuracy by classifying the positive electrode active material based on the coverage. .
まず、この発明の一実施形態による正極活物質の評価方法について説明する。この発明の一実施形態による正極活物質の評価方法は、正極活物質の表面を、酸溶液に溶解させる表面処理工程と、表面処理工程により正極活物質の表面を溶解させた酸溶液に対して元素分析を行い、測定結果から被覆率を算定する算定工程と、を備えるものである。以下、表面処理工程、算定工程について、詳細に説明する。 First, a method for evaluating a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention will be described. The positive electrode active material evaluation method according to one embodiment of the present invention includes a surface treatment step in which the surface of the positive electrode active material is dissolved in an acid solution, and an acid solution in which the surface of the positive electrode active material is dissolved in the surface treatment step. And a calculation step of performing elemental analysis and calculating the coverage from the measurement result. Hereinafter, the surface treatment process and the calculation process will be described in detail.
表面処理工程は、例えば表面から内部に向かって構成する元素の濃度に変化がある正極活物質の表面を、酸溶液に溶解させるようにして行う。具体的には、例えばリチウム(Li)と、1種以上の遷移金属元素M1と、を主要元素として含むリチウム複合酸化物の少なくとも一部に、1種以上の金属元素M2を含む酸化物よりなる被覆層が設けられた正極活物質の表面を、各溶解時間(n1〜nK:Kは2以上の整数)で酸溶液に溶解させるようにして行う。 The surface treatment step is performed, for example, by dissolving the surface of the positive electrode active material having a change in the concentration of elements constituting from the surface toward the inside in the acid solution. Specifically, for example, at least part of a lithium composite oxide containing lithium (Li) and one or more transition metal elements M1 as main elements is made of an oxide containing one or more metal elements M2. The surface of the positive electrode active material provided with the coating layer is dissolved in an acid solution at each dissolution time (n1 to nK: K is an integer of 2 or more).
ここで、遷移金族元素M1としては、3d遷移金属元素、4d遷移金属元素が挙げられ、より具体的には、例えば、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)などが挙げられる。リチウム(Li)と、遷移金属元素M1と、を主要元素として含むリチウム複合酸化物としては、αNaFe型酸化物、スピネル型酸化物、オリビン型酸化物などのポリ酸化物が挙げられ、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、リチウムリン酸鉄(LiFePO4)など、また一般式で示すと、例えば、化1、化2、化3で平均組成が表されるようなリチウム複合酸化物が挙げられる。 Here, examples of the transition metal group element M1 include a 3d transition metal element and a 4d transition metal element. More specifically, for example, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe ) And the like. Examples of the lithium composite oxide containing lithium (Li) and the transition metal element M1 as main elements include polyoxides such as αNaFe type oxide, spinel type oxide, and olivine type oxide. For example, cobalt Lithium oxide (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), etc. Examples thereof include lithium composite oxides whose average composition is represented by Chemical Formula 3.
(化1)
Li(1+p)Co(1-q)MqO(2-y)Xz
(但し、化1中、Mはマグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、ニオブ(Nb)、カルシウム(Ca)およびストロンチウム(Sr)からなる群のうちの少なくとも1種であり、p、q、y、zは、−0.10≦p≦0.10、0≦q<0.3、−0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.1の範囲内の値である。)
(化2)
Li(1+p)Ni(1-q)MqO(2-y)Xz
(但し、化2中、Mはマグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、ニオブ(Nb)、カルシウム(Ca)およびストロンチウム(Sr)からなる群のうちの少なくとも1種であり、p、q、y、zは、−0.10≦p≦0.10、0≦q<0.3、−0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.1の範囲内の値である。)
(化3)
LiaMbPO4
(但し、化3中、Mは、2族〜15族から選ばれる元素のうちの少なくとも1種を示す。a、bは、0≦a≦2.0、0.5≦b≦2.0の範囲内の値である。)
(Chemical formula 1)
Li (1 + p) Co (1-q) M q O (2-y) X z
(However, in chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel. (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W), zirconium (Zr), yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca) and strontium At least one member selected from the group consisting of (Sr), and p, q, y, and z are −0.10 ≦ p ≦ 0.10, 0 ≦ q <0.3, and −0.10 ≦ y ≦. 0.20 and 0 ≦ z ≦ 0.1.)
(Chemical formula 2)
Li (1 + p) Ni (1-q) M q O (2-y) X z
(However, in
(Chemical formula 3)
Li a M b PO 4
(However, in Chemical Formula 3, M represents at least one element selected from
被覆層の酸化物に含まれる金属元素M2としては、例えば、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、コバルト(Co)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、タングステン(W)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)などが挙げられる。 Examples of the metal element M2 contained in the oxide of the coating layer include nickel (Ni), manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), cobalt (Co), and titanium (Ti). , Vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), tungsten (W) , Yttrium (Y), zirconium (Zr) and the like.
1種以上の金属元素M2を含む酸化物よりなる被覆層が設けられたリチウム複合酸化物を、例えば、塩酸(HCl)溶液、硝酸(HNO3)溶液などのような酸溶液に、異なるK個の各溶解時間(n1〜nK:Kは2以上の整数である。)で溶解するようにして表面処理を行う。 Different lithium composite oxides provided with a coating layer made of an oxide containing at least one metal element M2 are converted into acid solutions such as hydrochloric acid (HCl) solution, nitric acid (HNO 3 ) solution, etc. The surface treatment is carried out so as to dissolve at each dissolution time (n1 to nK: K is an integer of 2 or more).
次に、算定工程について説明する。算定工程では、正極活物質の表面を溶解させた酸溶液に対して元素分析を行い、測定結果から被覆率を算定する。 Next, the calculation process will be described. In the calculation step, elemental analysis is performed on the acid solution in which the surface of the positive electrode active material is dissolved, and the coverage is calculated from the measurement result.
より具体的には、算定工程では、例えば表面処理工程を行った後、各溶解時間ごとに、酸溶液に溶解したリチウム(Li)、遷移金属元素M1および金属元素M2を測定対象とする元素分析を行い、測定結果に基づいて溶解量x%および被覆率yをそれぞれ下記の式1、式2で算定し、算定したK個の溶解量x%および被覆率yについて、直線近似を行い、一次関数を求め、求めた一次関数から、任意の溶解量x1%に対する被覆率y1を算定する。
(式1)
x%=〔(「Liの質量+M1の質量+M2の質量」/「表面処理前の正極活物質の質量」)×100〕(%)
(式2)
y=(「M2のモル分率」/「M1のモル分率+M2のモル分率」)
More specifically, in the calculation process, for example, after performing the surface treatment process, elemental analysis with lithium (Li), transition metal element M1, and metal element M2 dissolved in the acid solution as measurement objects is performed for each dissolution time. Based on the measurement results, the dissolution amount x% and the coverage rate y are calculated by the following
(Formula 1)
x% = [(“Mass of Li + Mass of M1 + M2 of Mass” / “Mass of Positive Electrode Active Material Before Surface Treatment”) × 100] (%)
(Formula 2)
y = (“M2 mole fraction” / “M1 mole fraction + M2 mole fraction”)
元素分析としては、例えば、ICP発光分析(Inductively Coupled Plasma emission spectrometry)、原子吸光度分析(Atomic Absorption Spectrometry)などの元素分析が挙げられ、中でも、好ましいのは、ICP発光分析である。ICP発光分析は、より高感度の分析を行うことができるからである。また、ICP発光分析は、酸溶液に溶解した試料をそのまま元素分析の試料として用いることができ、さらに一度の分析で全ての元素の分析ができるからである。元素分析では、例えば、正極活物質の表面を溶解させた酸溶液の上澄み液を試料として採取して、リチウム(Li)、遷移金属元素M1および金属元素M2を測定対象とする元素分析を行う。そして、その測定値から、Liの質量、M1の質量、M2の質量、M1、M2のモル分率を求め、式1、式2より、溶解量x%、被覆率yを求めることができる。
Examples of elemental analysis include elemental analysis such as ICP emission analysis (Inductively Coupled Plasma emission spectrometry), atomic absorption spectrometry (Atomic Absorption Spectrometry), etc. Among them, ICP emission analysis is preferable. This is because ICP emission analysis can perform analysis with higher sensitivity. Further, in the ICP emission analysis, a sample dissolved in an acid solution can be used as it is as a sample for elemental analysis, and all elements can be analyzed in one analysis. In the elemental analysis, for example, the supernatant of the acid solution in which the surface of the positive electrode active material is dissolved is collected as a sample, and the elemental analysis is performed on lithium (Li), the transition metal element M1, and the metal element M2. And the mass of Li, the mass of M1, the mass of M2, the molar fraction of M1 and M2 are calculated | required from the measured value, and the dissolution amount x% and the coverage y can be calculated | required from Formula 1 and
溶解量x%、被覆率yの測定は、異なる各溶解時間(n1〜nK:Kは2以上の整数である。)で正極活物質を溶解させた各酸溶液それぞれから試料を採取して行い、K個の溶解量x%、被覆率yの値を算定する。溶解時間は、長すぎると、被覆率yの差異がはっきりしないのと、溶解量x%がほとんど増えなくなることから、0分〜10分が好ましい。例えば、1分、2分、4分のように、3つの異なる溶解時間で表面処理を行った場合には、Kは3であり、1分、2分、4分と異なる溶解時間で表面処理を行った3つの試料から、3つのx%およびyの値を算定する。 The dissolution amount x% and the coverage rate y are measured by collecting samples from the respective acid solutions in which the positive electrode active material is dissolved at different dissolution times (n1 to nK: K is an integer of 2 or more). , K dissolution amount x%, coverage value y is calculated. If the dissolution time is too long, the difference in the coverage y is not clear, and the dissolution amount x% hardly increases. Therefore, 0 to 10 minutes is preferable. For example, when surface treatment is performed at three different dissolution times, such as 1 minute, 2 minutes, and 4 minutes, K is 3, and the surface treatment is performed at a dissolution time different from 1 minute, 2 minutes, and 4 minutes. Three x% and y values are calculated from the three samples performed.
次に、算定したK個の溶解量x%および被覆率yをプロットして、溶解量x%をx軸、被覆率yをy軸としたグラフを作成するなどによって、直線近似を行い一次関数を求め、求めた一次関数より、任意の溶解量x1%に対する被覆率y1を算定する。そして、求めた被覆率y1に基づいて、正極活物質の類別する。 Next, by plotting the calculated K amount of dissolution x% and the coverage rate y, and making a graph with the dissolution amount x% as the x-axis and the coverage rate y as the y-axis, a linear function is obtained by linear approximation. And the coverage y1 with respect to an arbitrary dissolution amount x1% is calculated from the obtained linear function. Then, the positive electrode active materials are classified based on the obtained coverage y1.
ここで、任意の溶解量x1%としては、0.1%〜2%が好ましく、0.5%が特に好ましい。任意の溶解量x1が0.1%より低いと、被覆していない微量成分を検出してしまうことに加えて、一次関数の傾きが大きくなり、測定にばらつきが生じるからである。任意の溶解量x1%が、2%より大きいと、核材であるリチウム複合酸化物が多く溶け出してしまうので、被覆率の差異を取ることが困難となってしまうからである。 Here, as arbitrary dissolution amount x1%, 0.1%-2% are preferable, and 0.5% is especially preferable. This is because if the arbitrary amount of dissolution x1 is lower than 0.1%, in addition to detecting a trace component that is not coated, the slope of the linear function becomes large, resulting in variations in measurement. This is because if the arbitrary dissolution amount x1% is larger than 2%, a large amount of lithium composite oxide as a core material is dissolved out, and it becomes difficult to obtain a difference in coverage.
以上によって、求めた被覆率y1により、表面被覆された正極活物質の表面状態を定量化することができ、この被覆率y1に基づいて、表面被覆された正極活物質を類別することで、精度の高い評価が可能となる。 As described above, the surface state of the surface-covered positive electrode active material can be quantified based on the obtained coverage rate y1, and the surface-covered positive electrode active material is classified based on the coverage rate y1. High evaluation is possible.
なお、従来では、表面被覆された正極活物質を評価する方法としては、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)で正極活物質の表面元素の結合状態を観測する方法や、EDX(Energy Dispersive X-ray Analysis)で粒子表面層の元素組成を確認する方法が提案されていた。 Conventionally, as a method of evaluating the surface-coated positive electrode active material, a method of observing the bonding state of the surface elements of the positive electrode active material by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), or EDX (Energy Dispersive X-ray). Analysis), a method for confirming the elemental composition of the particle surface layer has been proposed.
しかしながら、従来の方法で、表面被覆された正極活物質の被覆状態を定量化して評価を行うと、長時間を要するため、製造プロセスにおける微妙な温度差による被覆状態の違いや、表面処理条件がわずかに異なることによる被覆状態の違いを、簡便に短時間で定量化して評価することは困難であった。また、従来の方法は、最表面の情報を得るだけであるので、被覆の状態を定量化する手段としては、情報が不十分であった。 However, quantifying and evaluating the coating state of the surface-covered positive electrode active material with a conventional method requires a long time, so there are differences in the coating state due to subtle temperature differences in the manufacturing process and surface treatment conditions. It was difficult to easily quantify and evaluate the difference in coating state due to slight differences. In addition, since the conventional method only obtains information on the outermost surface, the information is insufficient as a means for quantifying the state of the coating.
一方、この発明の一実施形態による正極活物質の評価方法では、被覆率の算出を、正極活物質粒子表面を酸溶液に溶解させて、これをICP発光分光分析(Inductively Coupled Plasma emission spectrometry)や原子吸光度分析(Atomic Absorption Spectrometry)などの元素分析を用いて測定し、その測定結果から、被覆率を算定するので、簡便に短時間で被覆状態を定量化できる。 On the other hand, in the positive electrode active material evaluation method according to an embodiment of the present invention, the coverage ratio is calculated by dissolving the surface of the positive electrode active material particles in an acid solution, which is then subjected to ICP emission spectroscopy (Inductively Coupled Plasma emission spectrometry) or Measurement is performed using elemental analysis such as atomic absorption spectrometry, and the coverage is calculated from the measurement results, so that the coating state can be quantified easily and in a short time.
そして、この被覆率は、製造プロセスにおける微妙な温度差による被覆状態の違いや、表面処理条件がわずかに異なることによる被覆状態の違いまでも定量化できるため、この被覆率に基づいて正極活物質を類別することで、簡便に短時間で、且つ精度の高い評価が可能となる。 And since this coverage can also quantify the difference in the coating state due to subtle temperature differences in the manufacturing process and the difference in the coating state due to slightly different surface treatment conditions, the positive electrode active material based on this coverage By classifying, it is possible to easily perform a highly accurate evaluation in a short time.
次に、このように評価した正極活物質を用いた非水電解質電池の一例について、図面を参照しながら説明する。図1は、この発明の一実施形態による正極活物質の評価方法により評価した正極活物質を用いた非水電解質電池の一例の構造を示す。この電池は、例えば、非水電解質二次電池であり、例えば、リチウムイオン二次電池である。 Next, an example of a nonaqueous electrolyte battery using the positive electrode active material evaluated in this way will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a structure of an example of a non-aqueous electrolyte battery using a positive electrode active material evaluated by a positive electrode active material evaluation method according to an embodiment of the present invention. This battery is, for example, a nonaqueous electrolyte secondary battery, for example, a lithium ion secondary battery.
図1に示すように、この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
As shown in FIG. 1, this secondary battery is a so-called cylindrical type, and a strip-shaped
電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。
At the open end of the battery can 11, a
安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the
巻回電極体20は、例えば、センターピン24を中心に巻回されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)などよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケル(Ni)などよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。
The
図2は図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aと、正極集電体21Aの両面に設けられた正極活物質層21Bとを有している。なお、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bが存在する領域を有するようにしてもよい。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム(Al)箔などの金属箔により構成されている。
FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally
正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質を含んでおり、必要に応じてカーボンブラックやグラファイトなどの導電剤と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer 21B includes, for example, a positive electrode active material, and may include a conductive agent such as carbon black or graphite and a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary.
正極活物質としては、例えば、この発明の一実施形態による正極活物質の評価方法を用いた場合において、被覆率y1が0.30以上のものを用いることが好ましい。被覆率y1が0.30より小さい場合には、活物質の安定化効果が小さく、十分な特性を得ることができないからである。例えば正極核材に対して、スピネルマンガン酸リチウムやスピネルチタン酸リチウム、ニッケルコバルト複合酸化物での表面被覆が不十分であると、容易に被覆率が低下する。これは、被覆材の吸着が不十分であることにより、核材が表面に出てしまうことに起因したコバルト(Co)の溶解量の増大を敏感に検知するために被覆率が低下するものと考えられる。 As the positive electrode active material, for example, when the positive electrode active material evaluation method according to one embodiment of the present invention is used, it is preferable to use a positive electrode active material having a coverage y1 of 0.30 or more. This is because when the coverage y1 is smaller than 0.30, the effect of stabilizing the active material is small and sufficient characteristics cannot be obtained. For example, if the surface coating with spinel lithium manganate, spinel lithium titanate, or nickel cobalt composite oxide is insufficient with respect to the positive electrode core material, the coverage is easily lowered. This is because the coating rate decreases in order to detect sensitively the increase in the dissolution amount of cobalt (Co) caused by the core material coming out on the surface due to insufficient adsorption of the coating material. Conceivable.
逆に、被覆材の被覆が十分であれば、コバルト(Co)の溶解が低下するために、被覆率の増大を見込むことができる。また、被覆率は焼成条件によっても容易に変化する。一定量の被覆材を被覆した際に、焼成温度を高くすると、被覆率が低下する傾向が確認される。これは、より高温で焼成することにより、ニッケル(Ni)がコバルト(Co)核材内部へ拡散し、結果的に核材のコバルト(Co)が表面に露出してしまうために、正極活物質の安定化効果が低下してしまうことが考えられる。焼成温度としては、核材への被覆が十分に行うことができ、ニッケル(Ni)の核材内部への拡散を最小限に抑えるものとして、850℃〜900℃で行うことが好ましい。その時の被覆率が0.30以上であれば、十分な特性を得ることが可能となる。 On the contrary, if the coating of the coating material is sufficient, the dissolution of cobalt (Co) is lowered, so that an increase in the coverage can be expected. Further, the covering ratio easily changes depending on the firing conditions. When a certain amount of coating material is coated, if the firing temperature is increased, the tendency of the coverage to decrease is confirmed. This is because, by firing at a higher temperature, nickel (Ni) diffuses into the cobalt (Co) core material, and as a result, the core material cobalt (Co) is exposed to the surface, so that the positive electrode active material It is conceivable that the stabilization effect of this will decrease. The firing temperature is preferably 850 ° C. to 900 ° C. so that the core material can be sufficiently coated and the diffusion of nickel (Ni) into the core material is minimized. If the coverage at that time is 0.30 or more, sufficient characteristics can be obtained.
負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aと、負極集電体22Aの両面に設けられた負極活物質層22Bとを有している。なお、負極集電体22Aの片面のみに負極活物質層22Bが存在する領域を有するようにしてもよい。負極集電体22Aは、例えば銅(Cu)箔などの金属箔により構成されている。
The
負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質を含んでおり、必要に応じてポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。負極活物質としては、リチウム(Li)を吸蔵および離脱することが可能な負極材料を含んでいる。
The negative electrode
この負極材料としては、例えば、炭素材料、金属化合物、酸化物、硫化物、LiN3などのリチウム窒化物、リチウム金属、リチウムと合金を形成する金属、あるいは高分子材料などが挙げられる。 Examples of the negative electrode material include carbon materials, metal compounds, oxides, sulfides, lithium nitrides such as LiN 3 , lithium metals, metals that form alloys with lithium, and polymer materials.
炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維あるいは活性炭が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。また、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどが挙げられる。 Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, and activated carbon. Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body refers to a carbonized material obtained by firing a polymer material such as phenol resin or furan resin at an appropriate temperature, and part of it is non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified as: In addition, examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole.
負極材料のなかでも、充放電電位が比較的リチウム金属に近いものが好ましい。負極22の充放電電位が低いほど電池の高エネルギー密度化が容易となるからである。なかでも炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性を得ることができるので好ましい。
Among the negative electrode materials, those having a charge / discharge potential relatively close to lithium metal are preferable. This is because the lower the charge / discharge potential of the
また、負極材料としては、リチウム金属単体、リチウムと合金を形成可能な金属元素または半金属元素の単体、合金または化合物が挙げられる。これらは高いエネルギー密度を得ることができるので好ましく、特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができるとともに、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。なお、本明細書において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とからなるものも含める。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物あるいはそれらのうち2種以上が共存するものがある。 Examples of the negative electrode material include lithium metal alone, a metal element or metalloid element simple substance, alloy or compound capable of forming an alloy with lithium. These are preferable because a high energy density can be obtained. In particular, when used together with a carbon material, a high energy density can be obtained, and an excellent cycle characteristic can be obtained. Note that in this specification, alloys include those composed of one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. The structures include solid solutions, eutectics (eutectic mixtures), intermetallic compounds, or those in which two or more of them coexist.
このような金属元素あるいは半金属元素としては、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)またはハフニウム(Hf)が挙げられる。これらの合金あるいは化合物としては、例えば、化学式MasMbtLiu、あるいは化学式MapMcqMdrで表されるものが挙げられる。これら化学式において、Maはリチウム(Li)と合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mbはリチウム(Li)およびMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mcは非金属元素の少なくとも1種を表し、MdはMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表す。また、s、t、u、p、qおよびrの値はそれぞれs>0、t≧0、u≧0、p>0、q>0、r≧0である。 Such metal elements or metalloid elements include tin (Sn), lead (Pb), aluminum (Al), indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony (Sb), bismuth (Bi). ), Cadmium (Cd), magnesium (Mg), boron (B), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), zirconium (Zr), yttrium (Y) or hafnium (Hf) ). These alloys or compounds, for example, those represented by the chemical formula Ma s Mb t Li u or a chemical formula Ma p Mc q Md r,. In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium (Li), and Mb is a metal element other than lithium (Li) and Ma and a metalloid element. At least one kind is represented, Mc represents at least one kind of nonmetallic elements, and Md represents at least one kind of metal elements and metalloid elements other than Ma. The values of s, t, u, p, q, and r are s> 0, t ≧ 0, u ≧ 0, p> 0, q> 0, and r ≧ 0, respectively.
なかでも、短周期型周期表における4B族の金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が好ましく、特に好ましいのはケイ素(Si)あるいはスズ(Sn)、またはこれらの合金あるいは化合物である。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。この他、MnO2、V2O5、V6O13、NiS、MoSなど、リチウム(Li)を含まない無機化合物も、正負極のいずれかに用いることができる。 Among these, a simple substance, alloy or compound of Group 4B metal element or semimetal element in the short-period type periodic table is preferable, and silicon (Si) or tin (Sn), or an alloy or compound thereof is particularly preferable. These may be crystalline or amorphous. In addition, inorganic compounds that do not contain lithium (Li), such as MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , NiS, and MoS, can also be used for any of the positive and negative electrodes.
セパレータ23としては、例えば、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルム、合成樹脂製不織布などを用いることができる。セパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。 As the separator 23, for example, a polyethylene porous film, a polypropylene porous film, a synthetic resin nonwoven fabric, or the like can be used. The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte.
電解液としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。非水溶媒と電解質塩とを適宜組み合わせて調製されるが、これら非水溶媒としては、この種の電池に用いられるものであればいずれも使用可能である。例示するならば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステルなどであり、これらの1種または2種以上を用いることができる。 As the electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent can be used. A nonaqueous solvent and an electrolyte salt are appropriately combined, and any nonaqueous solvent can be used as long as it is used for this type of battery. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4 -Methyl-1,3 dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, acetate ester, butyrate ester, propionate ester, etc., and one or more of these can be used .
電解質塩としては、リチウム塩を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiAlCl4、LiSiF6、LiCl、LiBF2(ox)〔リチウムジフルオロオキサレートボレート〕、LiBOB(リチウムビスオキサレートボレート)、LiBrなどが適当であり、これらのうちのいずれか1種をまたは2種以上を混合して、用いる。なかでも、LiPF6は、高いイオン伝導性を得ることができるとともに、サイクル特性を向上させることができるので好ましい。 A lithium salt can be used as the electrolyte salt. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, LiBF 2 (ox) [lithium difluorooxalate borate], LiBOB (lithium bisoxalate borate), LiBr, etc. are suitable, and among these, Any one kind or a mixture of two or more kinds is used. Among them, LiPF 6 is preferable because it can obtain high ion conductivity and can improve cycle characteristics.
この二次電池は、例えば以下に説明するようにして、製造することができる。まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチルピロリドンなどの溶剤に分散させて正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極活物質層21Bを形成し、正極21を作製する。
This secondary battery can be manufactured, for example, as described below. First, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methylpyrrolidone to obtain a positive electrode mixture slurry. . Subsequently, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode
また、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチルピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して負極活物質層22Bを形成し、負極22を作製する。
Further, for example, a negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methylpyrrolidone to obtain a negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode
次いで、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けるとともに、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。そののち、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。
Next, the
正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、上述した電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子16を、ガスケット17を介してかしめることにより固定する。以上により、図1に示した二次電池を製造できる。
After the
以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。実施例では、以下に説明するようにして作製したサンプル1〜サンプル14を、この発明の正極活物質の評価方法を用いて評価した具体例について説明する。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. In Examples, specific examples in which Samples 1 to 14 produced as described below were evaluated using the positive electrode active material evaluation method of the present invention will be described.
<サンプル1>
まず、正極活物質を次のようにして作製した。複合酸化物粒子として、平均組成がLi1.03CoO2であり、レーザー散乱法により測定した平均粒子径が13μmのコバルト酸リチウム粉末を用意すると共に、被覆層の原料として、炭酸リチウム(Li2CO3)粉末と、水酸化ニッケル(Ni(OH)2)粉末と、炭酸マンガン(MnCO3)粉末とを、Li2CO3:Ni(OH)2:MnCO3=1:1:1のモル比で混合した前駆粉末を用意した。
<Sample 1>
First, a positive electrode active material was produced as follows. As composite oxide particles, lithium cobaltate powder having an average composition of Li 1.03 CoO 2 and an average particle diameter of 13 μm measured by a laser scattering method is prepared, and lithium carbonate (Li 2 CO 3) is used as a raw material for the coating layer. ) Powder, nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) powder and manganese carbonate (MnCO 3 ) powder at a molar ratio of Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 = 1: 1: 1. A mixed precursor powder was prepared.
次に、このコバルト酸リチウム粉末100質量部に対して、前駆粉末をLiNi0.5Mn0.5O2に換算して10質量部となるように添加し、25℃の純水100質量部を用いて1時間に渡り撹拌分散させたのち、70℃で減圧乾燥し、複合酸化物粒子の表面に前駆層を形成した。続いて、これを3℃/minの速度で昇温し、800℃で3時間保持したのち徐冷することにより、被覆層を形成し、サンプル1の正極活物質を得た。 Next, the precursor powder is added to 100 parts by mass of this lithium cobaltate powder so as to be 10 parts by mass in terms of LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , and 1 part by using 100 parts by mass of pure water at 25 ° C. After stirring and dispersing over time, it was dried under reduced pressure at 70 ° C. to form a precursor layer on the surface of the composite oxide particles. Subsequently, this was heated at a rate of 3 ° C./min, held at 800 ° C. for 3 hours, and then gradually cooled to form a coating layer, whereby a positive electrode active material of Sample 1 was obtained.
なお、この正極活物質粉末についてCuKαを用いた粉末X線回折パターンを測定したところ、得られたパターンは層状岩塩構造を有するLiCoO2に相当する回折ピークと44°−45°付近にニッケル(Ni)、マンガン(Mn)の被覆材に相当すると考えられる回折ピークが得られ、不純物は確認されなかった。 In addition, when the powder X-ray diffraction pattern using CuKα was measured for this positive electrode active material powder, the obtained pattern was a diffraction peak corresponding to LiCoO 2 having a layered rock salt structure, and nickel (Ni ), A diffraction peak considered to correspond to a coating material of manganese (Mn) was obtained, and no impurities were confirmed.
<サンプル2>
サンプル1と同様の前駆粉末をボールミル装置により平均粒径が2μm以下となるまで粉砕して、複合酸化物粒子と混合した点以外は、サンプル1と同様にしてサンプル2の正極活物質を作製した。
<
The positive electrode active material of
<サンプル3>
熱処理を行う温度を900℃に変更する点以外は、サンプル2と同様の表面被覆処理を行い、サンプル3の正極活物質を作製した。
<
The positive electrode active material of
<サンプル4>
サンプル1と同様の複合酸化物粒子100質量部に対して、サンプル1と同様の前駆粉末を平均粒径が2μm以下となるまで粉砕したものをLiNi0.5Mn0.5O2に換算して10質量部となるように添加し、メカノフュージョン装置により処理して前駆層を形成したのち、サンプル1と同様の熱処理を行うことをにより被覆層を形成し、サンプル4の正極活物質を作製した。
<
10 parts by mass of LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 obtained by pulverizing the same precursor powder as in sample 1 until the average particle size is 2 μm or less with respect to 100 parts by mass of composite oxide particles as in sample 1 Then, a precursor layer was formed by processing with a mechano-fusion apparatus, and then a coating layer was formed by performing the same heat treatment as in Sample 1, and a positive electrode active material of
<サンプル5>
熱処理温度を750℃とした点を除き、サンプル1と同様にしてサンプル5の正極活物質を作製した。
<Sample 5>
A positive electrode active material of Sample 5 was produced in the same manner as Sample 1, except that the heat treatment temperature was 750 ° C.
<サンプル6>
熱処理時の昇温速度を10℃/minとし、800℃における保持時間を2時間とした点以外は、サンプル1と同様にして、サンプル6の正極活物質を作製した。
<Sample 6>
A positive electrode active material of Sample 6 was produced in the same manner as Sample 1, except that the temperature increase rate during the heat treatment was 10 ° C./min and the holding time at 800 ° C. was 2 hours.
<サンプル7>
複合酸化物粒子として、平均組成がLi1.03Co0.98Al0.01Mg0.01O2の複合酸化物粉末を用い、サンプル1と同様の前駆粉末をボールミル装置により平均粒径が2μm以下となるまで粉砕して複合酸化物粒子と混合した点以外は、サンプル4と同様にして、サンプル7の正極活物質を作製した。
<Sample 7>
As the composite oxide particles, a composite oxide powder having an average composition of Li 1.03 Co 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 was used, and a precursor powder similar to that of Sample 1 was pulverized with a ball mill device until the average particle size became 2 μm or less. A positive electrode active material of Sample 7 was produced in the same manner as
<サンプル8>
サンプル7と同様の複合酸化物粒子100質量部と、平均組成がLi1.03Ni0.5Mn0.5O2であり、平均粒径が3μmのニッケルマンガン酸リチウム粉末10質量部とを、メカノフュージョン装置により処理して前駆層を形成したのち、昇温速度3℃/min、熱処理温度750℃、保持時間3時間の熱処理を行うことにより被覆層を形成し、サンプル8の正極活物質を作製した。
<Sample 8>
100 parts by mass of the same composite oxide particles as sample 7 and 10 parts by mass of lithium nickel manganate powder having an average composition of Li 1.03 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 and an average particle diameter of 3 μm were processed by a mechanofusion apparatus. Then, after forming the precursor layer, a coating layer was formed by performing a heat treatment at a heating rate of 3 ° C./min, a heat treatment temperature of 750 ° C., and a holding time of 3 hours, and a positive electrode active material of Sample 8 was produced.
<サンプル9>
サンプル8と同様の複合酸化物粒子100質量部と、平均組成がLi1.03Ni0.5Mn0.5O2であり平均粒径が3μmのニッケルマンガン酸リチウム粉末5質量部とを、メカノフュージョン装置により処理して前駆層を形成したのち、昇温速度3℃/min、熱処理温度750℃、保持時間3時間の熱処理を行うことにより被覆層を形成し、サンプル9の正極活物質を作製した。
<
100 parts by mass of the same composite oxide particles as in sample 8 and 5 parts by mass of lithium nickel manganate powder having an average composition of Li 1.03 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 and an average particle diameter of 3 μm were processed by a mechanofusion apparatus. After forming the precursor layer, a coating layer was formed by performing a heat treatment at a heating rate of 3 ° C./min, a heat treatment temperature of 750 ° C., and a holding time of 3 hours, and a positive electrode active material of
<サンプル10>
サンプル8と同様の複合酸化物粒子100質量部と、平均組成がLi1.03Ni0.5Mn0.5O2であり平均粒径が3μmのニッケルマンガン酸リチウム粉末2質量部とを、メカノフュージョン装置により処理して前駆層を形成したのち、昇温速度3℃/min、熱処理温度750℃、保持時間3時間の熱処理を行うことにより被覆層を形成し、サンプル10の正極活物質を作製した。
<Sample 10>
100 parts by mass of the same composite oxide particles as in
<サンプル11>
最高熱処理温度を1000℃とした点以外は、サンプル1と同様にして、サンプル11の正極活物質を作製した。
<Sample 11>
A positive electrode active material of Sample 11 was produced in the same manner as Sample 1, except that the maximum heat treatment temperature was 1000 ° C.
<サンプル12>
サンプル8と同様の複合酸化物粒子100質量部と、平均組成がLi1.03Ni0.5Mn0.5O2であり平均粒径が3μmのニッケルマンガン酸リチウム粉末1質量部とを、メカノフュージョン装置により処理して前駆層を形成したのち、昇温速度3℃/min、熱処理温度750℃、保持時間3時間の熱処理を行うことにより被覆層を形成し、サンプル12の正極活物質を作製した。
<Sample 12>
100 parts by mass of the same composite oxide particles as in sample 8 and 1 part by mass of lithium nickel manganate powder having an average composition of Li 1.03 Ni 0.5Mn0.5 O 2 and an average particle diameter of 3 μm were processed by a mechanofusion apparatus. Then, after forming a precursor layer, a coating layer was formed by performing a heat treatment at a heating rate of 3 ° C./min, a heat treatment temperature of 750 ° C., and a holding time of 3 hours, and a positive electrode active material of Sample 12 was produced.
<サンプル13>
最高熱処理温度を950℃とした点以外は、サンプル10と同様にして、サンプル13の正極活物質を作製した。表面被覆率は0.25であった。
<Sample 13>
A positive electrode active material of Sample 13 was produced in the same manner as Sample 10, except that the maximum heat treatment temperature was 950 ° C. The surface coverage was 0.25.
<サンプル14>
最高熱処理温度を900℃とした点以外は、サンプル10と同様に、サンプル14の正極活物質を作製した。
<
A positive electrode active material of
次に、サンプル1〜サンプル14の正極活物質それぞれについて、以下に説明するようにして、正極活物質の被覆率を求めた。 Next, the positive electrode active material coverage was determined for each of the positive electrode active materials of Samples 1 to 14 as described below.
まず、正極活物質の表面処理工程を行い、測定試料の調整を行った。正極活物質粒子を精秤し、ビーカーに入れた。次に、ビーカーに市販の0.01mol/lのHCl溶液(Wako社製 容量分析用)をホールピペットで10ml加え、マグネチックスターラーで一定時間撹拌を行った。 First, the surface treatment process of the positive electrode active material was performed, and the measurement sample was adjusted. The positive electrode active material particles were precisely weighed and placed in a beaker. Next, 10 ml of a commercially available 0.01 mol / l HCl solution (for volume analysis manufactured by Wako) was added to the beaker with a whole pipette, and the mixture was stirred for a certain time with a magnetic stirrer.
次に、上澄み液をディスポシリンジで定量採取した後、シリンジフィルター(ADVANTEC社製、PTFE0.2mm)を、シリンジに付けてろ過しながら、メスフラスコに入れた。次に、希釈したHCl溶液で、メスアップした。(10倍希釈)上記の操作を溶解時間1分、2分、4分として行い、溶解時間の異なる3つの測定試料を得た。 Next, after quantitatively collecting the supernatant with a disposable syringe, a syringe filter (manufactured by ADVANTEC, PTFE 0.2 mm) was attached to the syringe and filtered into a volumetric flask. Next, it was made up with diluted HCl solution. (10-fold dilution) The above operation was performed with dissolution times of 1 minute, 2 minutes, and 4 minutes, and three measurement samples having different dissolution times were obtained.
次に、3つの測定試料について、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)を測定対象としたICP測定(SHIMADZU社製 製品名:ICPS−8100)を行った。そして、この測定結果に基づいて、元素ごとの溶解質量および元素ごとのモル分率を算出し、(式1):x%=〔(「Liの質量+M1の質量+M2の質量」/「表面処理前の正極活物質の質量」)〕×100(%)、(式2);y=〔(「M2のモル分率」/「M1のモル分率+M2のモル分率」)〕より溶解量x%および被覆率yを求めた。ここで、元素ごとの溶解質量は、測定値(ppmの値)と希釈濃度から算出した。元素ごとのモル分率は、各元素の測定値(ppmの値)を元素の原子量で除することによって算出した。なお、溶解時間に対する溶解量をプロットしたグラフを図3に示す。図3中、点aは、溶解時間1分に対する溶解量を示す。点bは、溶解時間2分に対する溶解量を示す。点cは、溶解時間4分に対する溶解量を示す。 Next, ICP measurement (product name: ICPS-8100, manufactured by SHIMADZU) was performed on the three measurement samples using lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) as measurement targets. Then, based on the measurement results, the dissolved mass for each element and the molar fraction for each element are calculated. (Equation 1): x% = [(“Li mass + M1 mass + M2 mass” / “Surface treatment” Mass of previous positive electrode active material ”)] × 100 (%), (formula 2); y = [(“ M2 mole fraction ”/“ M1 mole fraction + M2 mole fraction ”)] x% and coverage y were determined. Here, the dissolved mass for each element was calculated from the measured value (ppm value) and the diluted concentration. The mole fraction for each element was calculated by dividing the measured value (ppm value) of each element by the atomic weight of the element. In addition, the graph which plotted the amount of melt | dissolution with respect to melt | dissolution time is shown in FIG. In FIG. 3, point a indicates the amount of dissolution with respect to the dissolution time of 1 minute. Point b indicates the amount dissolved for a dissolution time of 2 minutes. Point c indicates the amount dissolved for a dissolution time of 4 minutes.
次に、求めた3つの溶解量x%、被覆率yの値を、図4に示すように、点a’、点b’、点c’とプロットし、点a’、点b’、点c’を直線で結ぶことにより、直線近似を行い一次関数を求めたところ、一次関数y=−0.156x+0.401が導き出された。この一次関数y=−0.156x+0.401からx=0.5に対するyの値を算定し、このyの値を被覆率y1とした。 Next, as shown in FIG. 4, the obtained three dissolution amounts x% and coverage y are plotted as point a ′, point b ′, and point c ′, and point a ′, point b ′, point By connecting c ′ with a straight line and performing a linear approximation to obtain a linear function, a linear function y = −0.156x + 0.401 was derived. The value of y with respect to x = 0.5 was calculated from this linear function y = −0.156x + 0.401, and this value of y was defined as the coverage ratio y1.
次に、サンプル1〜サンプル14の正極活物質を用いて、以下に説明するようにして、図1に示すような非水電解質二次電池を作製し、作製した非水電解質二次電池について、放電エネルギーおよび負荷特性を測定した。
Next, using the positive electrode active materials of Sample 1 to
まず、正極活物質粉末86質量%と、導電剤であるグラファイト10質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン4質量%とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとしたのち、厚み20μmの帯状アルミニウム箔よりなる正極集電体21Aの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層21Bを形成することにより正極21を作製した。そののち、正極集電体21Aの一端にアルミニウム製の正極リード25を取り付けた。
First, 86% by mass of the positive electrode active material powder, 10% by mass of graphite as a conductive agent, and 4% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent. After forming a positive electrode mixture slurry, uniformly apply to both surfaces of the positive electrode
また、負極活物質である人造黒鉛粉末90質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン10質量%とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとしたのち、厚み10μmの帯状銅箔よりなる負極集電体22Aの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層22Bを形成することにより負極22を作製した。その際、正極活物質と負極活物質との量を調節し、完全充電時における開回路電圧が4.4Vであり、負極22の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるように設計した。そののち、負極集電体22Aの一端にニッケル製の負極リード26を取り付けた。
In addition, 90% by mass of artificial graphite powder as a negative electrode active material and 10% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a negative electrode mixture slurry. After that, the
次に、作製した正極21と負極22とを、多孔性ポリオレフィンフィルムよりなるセパレータ23を介して多数回巻回し、巻回電極体20を作製した。続いて、巻回電極体20を一対の絶縁板12,13で挟み、負極リード26を電池缶11に溶接すると共に、正極リード25を安全弁機構15に溶接して、巻回電極体20をニッケルめっきした鉄製の電池缶11の内部に収納した。
Next, the produced
そののち、電池缶11の内部に電解液を注入し、ガスケット17を介して電池缶11をかしめることにより、安全弁機構15、熱感抵抗素子16および電池蓋14を固定し、外径18mm、高さ65mmの円筒型二次電池を得た。なお、電解液には、炭酸エチレンと炭酸ジメチルとを等体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6を1.0mol/lとなるように溶解させたものを用いた。
After that, by injecting an electrolyte into the battery can 11 and caulking the battery can 11 through the gasket 17, the safety valve mechanism 15, the heat sensitive resistance element 16 and the
作製した非水電解質二次電池について、温度環境55℃で以下に説明するようにして、充放電試験を行い、放電エネルギーおよびサイクル特性を測定した。 The produced nonaqueous electrolyte secondary battery was subjected to a charge / discharge test as described below in a temperature environment of 55 ° C., and the discharge energy and cycle characteristics were measured.
充電は1000mAの定電流で電池電圧が4.4Vに達するまで定電流充電を行ったのち、定電圧で充電時間の合計が2.5時間となるまで定電圧充電を行い、完全充電状態とした。放電は、放電電流800mAの定電流で電池電圧が3.0Vに達するまで定電流放電を行い、完全放電状態とした。 Charging was performed at a constant current of 1000 mA until the battery voltage reached 4.4 V, and then constant voltage charging was performed at a constant voltage until the total charging time reached 2.5 hours, resulting in a fully charged state. . In discharging, a constant current was discharged at a constant current of 800 mA until the battery voltage reached 3.0 V, and the battery was completely discharged.
充放電試験において、1サイクル目の放電エネルギーを放電エネルギーとした。 In the charge / discharge test, the discharge energy at the first cycle was defined as discharge energy.
サイクル特性は、初回放電容量に対する上記の充放電試験において200サイクル目の放電容量の容量維持率を(「200サイクル目の放電容量」/「初回容量」)×100%により求めた。なお、初回容量は、上記の充放電試験において、1サイクル目の放電容量を求めたものである。 For the cycle characteristics, the capacity retention rate of the discharge capacity at the 200th cycle in the above-described charge / discharge test with respect to the initial discharge capacity was determined by (“discharge capacity at the 200th cycle” / “initial capacity”) × 100%. The initial capacity is obtained from the discharge capacity at the first cycle in the charge / discharge test.
上記の充放電試験において、放電電流を2000mAの定電流で電池電圧が3.0Vに達するまで定電流放電を行った際の1サイクル目の2000mA放電容量と、放電電流800mAの定電流で電池電圧が3.0Vに達するまで定電流放電を行った際の1サイクル目の800mA放電容量と、の比を負荷特性として求めた。 In the above charge / discharge test, the discharge voltage was 2000 mA constant current at a constant current of 2000 mA until the battery voltage reached 3.0 V, and the first cycle 2000 mA discharge capacity and the discharge current of 800 mA constant battery voltage. The ratio of the 800 mA discharge capacity in the first cycle when the constant current discharge was performed until the voltage reached 3.0 V was obtained as the load characteristic.
測定したサンプル1〜サンプル14の被覆率、およびサンプル1〜サンプル14を用いて作製した非水電解質二次電池について測定した放電エネルギー、負荷特性および容量維持率を表1に示す。
Table 1 shows the measured coverage ratios of Sample 1 to
表1に示すように、サンプル1〜サンプル14を用いた非水電解質二次電池では、被覆率0.31以上のサンプル1〜サンプル10を用いた非水電解質二次電池の容量維持率がサンプル11〜サンプル14と比べて、良好であり、被覆率0.31以上のサンプル1〜サンプル10の正極活物質が良好であると評価できた。すなわち、被覆率によって、製造プロセスにおける温度差による被覆状態の違いや、表面処理条件が異なることによる被覆状態の違いが定量化されており、この被覆率に基づいて正極活物質を良好であるものと、良好でないものと類別することで、精度の高い正極活物質の評価が可能であることが確認できた。
As shown in Table 1, in the non-aqueous electrolyte secondary battery using Sample 1 to
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述の実施形態では、溶解時間を変えて表面処理工程を行い、溶解量x%、被覆率yを算定する説明をしたが、溶解時間を一定として、酸溶液の濃度を変えて表面処理工程を行い、溶解量x%、被覆率yを算定してもよい。また、上述の実施形態では、表面から内部に向かって構成する元素濃度に変化がある正極活物質を評価する場合について説明したが、この発明は、表面から内部に向かって構成する元素濃度に変化がない正極活物質について、元素濃度に変化がないことを、確認する場合も適用可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments of the present invention, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the surface treatment process is performed by changing the dissolution time, and the amount of dissolution x% and the coverage rate y are calculated. However, the surface treatment is performed by changing the concentration of the acid solution while keeping the dissolution time constant. A process may be performed and the amount of dissolution x% and the coverage rate y may be calculated. Further, in the above-described embodiment, the case where the positive electrode active material having a change in the element concentration formed from the surface toward the inside is described, but the present invention changes to the element concentration formed from the surface toward the inside. It can also be applied to confirming that there is no change in the element concentration for the positive electrode active material having no.
さらに、例えば、上述した正極活物質の評価方法により評価した正極活物質を用いた非水電解質電池の一例として、電解質として、電解液を有する非水電解質電池について説明したがこれらに限定されるものではない。 Furthermore, for example, as an example of a non-aqueous electrolyte battery using a positive electrode active material evaluated by the above-described positive electrode active material evaluation method, a non-aqueous electrolyte battery having an electrolyte as an electrolyte has been described, but the present invention is not limited thereto. is not.
例えば電解質としては、ゲル電解質を用いることができる。ゲル電解質は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物と、を含むいわゆるゲル状になっている。ゲル電解質のマトリックスとしては、非水電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子化合物を用いることができる。この高分子化合物としては、例えば、ポリ(ビニリデンフルオロライド)やポリ(ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン)などのフッ素系高分子、ポリ(エチレンオキサイド)や同架橋体などのエーテル系高分子、またポリ(アクリロニトリル)などを使用できる。特に酸化還元安定性から、フッ素系高分子を用いることが望ましい。 For example, a gel electrolyte can be used as the electrolyte. The gel electrolyte is in the form of a so-called gel containing an electrolytic solution and a polymer compound that serves as a holding body that holds the electrolytic solution. As the matrix of the gel electrolyte, various polymer compounds can be used as long as they can gel by absorbing the nonaqueous electrolytic solution. Examples of the polymer compound include fluorine-based polymers such as poly (vinylidene fluoride) and poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), and ether-based polymers such as poly (ethylene oxide) and the same crosslinked product. Poly (acrylonitrile) can also be used. In particular, it is desirable to use a fluorine-based polymer from the viewpoint of redox stability.
さらに、例えば電解質として、電解質塩を含有させた固体電解質を用いることもできる。固体電解質としては、リチウムイオン導電性を有する材料であれば無機固体電解質、高分子固体電解質いずれも用いることができる。無機固体電解質として、窒化リチウム、ヨウ化リチウムなどが挙げられる。高分子固体電解質は、電解質塩とそれを溶解する高分子化合物からなり、その高分子化合物は、ポリ(エチレンオキサイド)や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ(メタクリレート)エステル系、アクリレート系などを単独あるいは分子中に共重合、または混合して用いることができる。 Furthermore, for example, a solid electrolyte containing an electrolyte salt can be used as the electrolyte. As the solid electrolyte, any inorganic solid electrolyte or polymer solid electrolyte can be used as long as the material has lithium ion conductivity. Examples of the inorganic solid electrolyte include lithium nitride and lithium iodide. The polymer solid electrolyte is composed of an electrolyte salt and a polymer compound that dissolves the electrolyte salt. The polymer compound is an ether polymer such as poly (ethylene oxide) or a crosslinked product thereof, poly (methacrylate) ester, or acrylate. Etc. can be used alone or in a molecule or in a mixture.
さらに、電池形状については特に限定されることはない。円筒型以外にも、角型、コイン型、ボタン型、ラミネートシール型などの種々の形状にすることができる。 Furthermore, the battery shape is not particularly limited. In addition to the cylindrical shape, various shapes such as a square shape, a coin shape, a button shape, and a laminate seal shape can be used.
さらに、負極、正極の電極の作製方法は問わない。材料に公知の結着剤、導電性材料などを添加し溶剤を加えて塗布する方法、材料に公知の結着剤などを添加し加熱して塗布する方法、材料単独あるいは導電性材料さらには結着剤と混合して成型などの処理を施して集電体上に成型体電極を作製する方法がとられるが、それらに限定されるものではない。より具体的には、結着剤、有機溶剤等と混合されスラリー状にされた後、集電体上に塗布、乾燥させて作製することができる。あるいは、結着剤の有無にかかわらず、活物質に熱を加えたまま加圧成型することにより強度を有した電極を作製することも可能である。 Furthermore, the manufacturing method of the electrode of a negative electrode and a positive electrode is not ask | required. A method in which a known binder or conductive material is added to the material and a solvent is added for coating, a method in which a known binder or the like is added to the material and heated to apply, a material alone or a conductive material or a binder. A method of producing a molded body electrode on the current collector by mixing with an adhesive and performing a process such as molding can be used, but is not limited thereto. More specifically, it can be prepared by mixing with a binder, an organic solvent or the like to form a slurry, and then applying and drying on a current collector. Alternatively, regardless of the presence or absence of the binder, it is also possible to produce a strong electrode by pressure molding while applying heat to the active material.
さらに電池の作製方法として、正負極間にセパレーターを介して巻芯の周囲に巻回する作製方法の他に、電極とセパレーターを順次積層する積層方式などを採ることできる。 Furthermore, as a method for manufacturing the battery, in addition to a manufacturing method in which a positive electrode and a negative electrode are wound around a core through a separator, a stacking method in which electrodes and a separator are sequentially stacked can be employed.
11・・・電池缶
12,13・・・絶縁板
14・・・電池蓋
15・・・安全弁機構
16・・・熱抵抗素子
17・・・ガスケット
20・・・巻回電極体
21・・・正極
21A・・・正極集電体
21B・・・正極活物質層
22・・・負極
22A・・・負極集電体
22B・・・負極活物質層
23・・・セパレータ
24・・・センターピン
25・・・正極リード
26・・・負極リード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can 12, 13 ... Insulating
Claims (7)
上記表面処理工程により上記正極活物質の表面を溶解させた酸溶液に対して元素分析を行い、測定結果から被覆率を算定する算定工程と、を備えること
を特徴とする正極活物質の評価方法。 A surface treatment step of dissolving the surface of the positive electrode active material in an acid solution;
And a calculation step of performing elemental analysis on the acid solution in which the surface of the positive electrode active material is dissolved by the surface treatment step and calculating a coverage from the measurement result, and a method for evaluating the positive electrode active material .
を特徴とする請求項1記載の正極活物質の評価方法。 The method for evaluating a positive electrode active material according to claim 1, further comprising a classification step of classifying the positive electrode active material based on the coverage.
を特徴とする請求項1記載の正極活物質の評価方法。 The method for evaluating a positive electrode active material according to claim 1, wherein the elemental analysis is performed by ICP emission spectrometry (Inductively Coupled Plasma emission spectrometry).
上記表面処理工程を、上記正極活物質の表面を異なるK個の各溶解時間(n1〜nK:Kは2以上の整数)で酸溶液に溶解させるようにして行い、
上記算定工程を、上記表面処理工程により上記各溶解時間で上記正極活物質の表面を溶解させたK個の各酸溶液それぞれに対して、上記リチウム(Li)、上記遷移金属元素M1および上記金属元素M2を測定対象とする元素分析を行い、上記元素分析の測定結果からK個の溶解量x%および被覆率yをそれぞれ下記の式1、式2で算定し、算定したK個の溶解量x%、被覆率yから直線近似によって一次関数を求め、求めた一次関数から任意の溶解量x1%に対する被覆率y1を算定するようにして行うこと
を特徴とする請求項1記載の正極活物質の評価方法。
(式1)
x%=〔(「Liの質量+M1の質量+M2の質量」/「表面処理前の正極活物質の質量」)〕×100(%)
(式2)
y=〔(「M2のモル分率」/「M1のモル分率+M2のモル分率」)〕 The positive electrode active material includes a coating layer made of an oxide containing one or more metal elements M2 on at least a part of a lithium composite oxide containing lithium (Li) and one or more transition metal elements M1. It is provided,
The surface treatment step is performed such that the surface of the positive electrode active material is dissolved in an acid solution at different K dissolution times (n1 to nK: K is an integer of 2 or more),
In the calculation step, the lithium (Li), the transition metal element M1, and the metal are respectively added to the K acid solutions in which the surface of the positive electrode active material is dissolved in the dissolution times by the surface treatment step. Perform elemental analysis with the element M2 as the measurement target, calculate K dissolution amount x% and coverage y from the measurement results of the elemental analysis using the following formulas 1 and 2, respectively, and calculate the calculated K dissolution amount The positive electrode active material according to claim 1, wherein a linear function is obtained from x% and coverage y by linear approximation, and the coverage y1 with respect to an arbitrary dissolved amount x1% is calculated from the obtained linear function. Evaluation method.
(Formula 1)
x% = [(“Mass of Li + Mass of M1 + M2 of Mass” / “Mass of Positive Electrode Active Material Before Surface Treatment”)] × 100 (%)
(Formula 2)
y = [("M2 mole fraction" / "M1 mole fraction + M2 mole fraction")]
を特徴とする請求項4記載の正極活物質の評価方法。 The positive electrode active material evaluation method according to claim 4, wherein x1% is 0.1% to 2%.
を特徴とする請求項4記載の正極活物質の評価方法。 5. The method for evaluating a positive electrode active material according to claim 4, wherein the transition metal element M1 is at least one of cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and iron (Fe). .
を特徴とする請求項4記載の正極活物質の評価方法。 5. The method for evaluating a positive electrode active material according to claim 4, wherein the metal element M2 is at least one of nickel (Ni) and manganese (Mn).
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