JP2016192310A - Positive electrode material, nonaqueous electrolyte secondary battery positive electrode and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正極材料,非水電解質二次電池用正極及びそれを用いてなる非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode material, a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.
ノート型コンピュータ、携帯電話、デジタルカメラ等電子機器の普及に伴い、これら電子機器を駆動するための二次電池の需要が拡大している。近年、これら電子機器においては、高機能化の進展に伴い消費電力が増大していることや、小型化が期待されていることから、二次電池の性能の向上が求められている。二次電池の中でも非水電解質二次電池(特に、リチウムイオン二次電池)は高容量化が可能であることから、種々の電子機器への利用が進められている。 With the widespread use of electronic devices such as notebook computers, mobile phones, and digital cameras, the demand for secondary batteries for driving these electronic devices is increasing. In recent years, these electronic devices have been demanded to improve the performance of secondary batteries because power consumption has increased with the progress of higher functionality and miniaturization is expected. Among secondary batteries, non-aqueous electrolyte secondary batteries (particularly lithium ion secondary batteries) can be increased in capacity, and thus are being used in various electronic devices.
非水電解質二次電池は、一般に、正極活物質に代表される正極材料を有する正極活物質層を正極集電体の表面に形成した正極と、負極活物質を有する負極活物質層を負極集電体の表面に形成した負極とが、非水電解質(非水電解液)を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。 A nonaqueous electrolyte secondary battery generally includes a positive electrode in which a positive electrode active material layer having a positive electrode material typified by a positive electrode active material is formed on the surface of a positive electrode current collector, and a negative electrode active material layer having a negative electrode active material. The negative electrode formed on the surface of the electric body is connected via a non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte solution) and is stored in the battery case.
非水電解質二次電池の代表例であるリチウムイオン二次電池では、正極材料(正極活物質)としてリチウムの複合酸化物が用いられている。この複合酸化物としては、例えば、特許文献1〜6に記載されている。 In a lithium ion secondary battery that is a typical example of a nonaqueous electrolyte secondary battery, a lithium composite oxide is used as a positive electrode material (positive electrode active material). As this complex oxide, it describes in patent documents 1-6, for example.
特許文献1には、LixCoMO2と、LiNiMnMO2と、を混合した正極活物質とすることが記載されている(M:いずれも所定の元素より選択)。この正極活物質は、放電時の平均電圧の高い活物質と、高い熱的安定性を持つ活物質と、を有する。
特許文献2には、LiNiMnTiO2の層状岩塩型構造の結晶層を含む正極活物質が記載されている。この正極活物質は、Tiを含有することで、含有しない場合と比べて高い充放電容量を得られる。
特許文献3には、LixMnMO4と、LiNiMO2と、を混合した正極活物質とすることが記載されている(M:いずれも所定の元素より選択)。この正極活物質は、高温保存後の電池性能に優れたものとなる。
特許文献4には、層状が多結晶構造のLiMnMO2におけるLiの一部が欠損した正極活物質が記載されている(M:いずれも所定の元素より選択)。この正極活物質は、結晶中の歪みや化学結合の安定化が行われ、充放電時のサイクル安定性,耐久安定性等の効果が得られる。
特許文献5には、LiCoO2においてLi及びCoの一部がそれぞれ所定の元素Mに置換された正極活物質が記載されている(M:いずれも所定の元素より選択)。この正極活物質は、LiとCoのそれぞれが元素Mに置換されたことで、リチウムの層とコバルトの層の結合力が強化され、層間の歪みや結晶格子の膨張が抑えられ、充放電時のサイクル安定性,耐久安定性等の効果が得られる。
特許文献6には、LiNiMnCoO2と、Li2MO3と、を混合した正極活物質とすることが記載されている(M:所定の元素より選択)。この正極活物質は、電池容量と安全性にすぐれた効果を発揮する活物質と、サイクル特性と貯蔵特性とに効果を発揮する活物質と、を有する。 Patent Document 6 describes that a positive electrode active material in which LiNiMnCoO 2 and Li 2 MO 3 are mixed is selected (M: selected from predetermined elements). This positive electrode active material has an active material that exhibits an effect excellent in battery capacity and safety, and an active material that exhibits an effect on cycle characteristics and storage characteristics.
しかしながら、これらの正極活物質(正極材料)では、いずれも充放電時の結晶構造の崩壊が十分に抑制できず、非水電解質二次電池の容量の低下を招くという問題があった。
また、安全性に関しては、Tiを含有した正極、すなわち、LiNiMnTiO2とする技術が非特許文献1に記載されている。
ただし、この非特許文献1に記載のように30%程度のTiの添加では、安全性の圧倒的な向上がない事が記載されている。
However, all of these positive electrode active materials (positive electrode materials) have a problem in that the collapse of the crystal structure during charge / discharge cannot be sufficiently suppressed, leading to a decrease in the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery.
Regarding safety, Non-Patent
However, as described in Non-Patent
安全性と結晶の高安定化を両立するための別の試みとしては、酸素との結合力の強いSiを遷移金属と同量含有した正極、すなわちLi2MnSiO4とする技術が非特許文献2に記載されている。
しかしながら、この正極において遷移金属は4配位の配位構造をとることで、充電時に構造が不安定化し、やはり十分な耐久性を持つ正極ではなかった。
As another attempt to achieve both safety and high stabilization of the crystal, a technique for forming a positive electrode containing Si having a strong binding force with oxygen in the same amount as the transition metal, that is, Li 2 MnSiO 4 is described in Non-Patent
However, in this positive electrode, the transition metal has a four-coordinate coordination structure, the structure becomes unstable during charging, and it is not a positive electrode with sufficient durability.
特許文献7には、Li[LixMeyM’z]O2+d(x+y+z=1、0<x<0.33、0.05≦y≦0.15、0<d≦0.1、Me:Mn,V,Cr,Fe,Co,Ni,Al,Bより選ばれる少なくとも一種、M’:Ge,Ru,Sn,Ti,Nb,Ptより選ばれる少なくとも一種)で表されるLi酸化物を有する正極活物質が記載されている。 In Patent Document 7, Li [Li x Me y M ′ z ] O 2 + d (x + y + z = 1, 0 <x <0.33, 0.05 ≦ y ≦ 0.15, 0 <d ≦ 0.1, Me : At least one selected from Mn, V, Cr, Fe, Co, Ni, Al, and B, and M ′: at least one selected from Ge, Ru, Sn, Ti, Nb, and Pt). A positive electrode active material is described.
しかしながら、この正極活物質を用いた電池では、安全性の向上が不十分であった。具体的には、遷移金属に占めるMeで示される元素の添加割合が14at%程度となっており、Meで示される元素と結合しない酸素原子が存在していた。Meで示される元素と酸素原子との結合は、強固であり、結合の切断(酸素の脱離)がほとんど生じない。つまり、引用文献7の正極活物質に含まれるMeで示される元素と結合しない酸素原子が、電池を形成したときに酸素ガスとなり、電池の安全性を低下していた。 However, in the battery using this positive electrode active material, the improvement in safety was insufficient. Specifically, the addition ratio of the element represented by Me in the transition metal is about 14 at%, and oxygen atoms that are not bonded to the element represented by Me existed. The bond between the element represented by Me and the oxygen atom is strong, and bond breakage (desorption of oxygen) hardly occurs. That is, oxygen atoms that do not bind to the element represented by Me contained in the positive electrode active material of Cited Document 7 become oxygen gas when the battery is formed, and the safety of the battery is lowered.
特許文献8には、LixNi1−yMyO2+α(M:Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Cu,Zn,Ga,Ge,Al,Bi,Sn,Mg,Ca,B及びZrから選択される1種以上、0.9≦x≦1.2、0<y≦0.7、α>0.1)で表されるリチウムイオン電池用正極活物質が記載されている。そして、粉末XRDで(003)面のピーク強度と、(104)面のピーク強度との比が0.9以下となることで、NiイオンのLiイオンサイトに混入する(カチオンミキシング)が抑えられ、高容量発現が実現できる。
しかしながら、充電容量増加に伴い生じる安全性低下の抑制効果は十分でなかった。
Patent Document 8, Li x Ni 1-y
However, the effect of suppressing the decrease in safety caused by the increase in charge capacity has not been sufficient.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、充放電時の結晶構造の崩壊が抑制され、かつ安全性に優れた正極材料,非水電解質二次電池用正極及び非水電解質二次電池を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a positive electrode material, a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery that are suppressed in crystal structure during charge and discharge and are excellent in safety. It is an issue to provide.
上記課題を解決するために本発明者らは、正極材料の構造に着目し、Ni元素に加え、酸素と強く結合するM2元素を多量に含む正極材料であり、カチオンミキシングが抑制された構造とすることで上記課題を解決できることを見出した。 In order to solve the above problems, the inventors focused on the structure of the positive electrode material, and is a positive electrode material containing a large amount of M 2 element that strongly binds to oxygen in addition to Ni element, and has a structure in which cation mixing is suppressed. It has been found that the above problem can be solved.
すなわち、本発明の正極材料は、Li2NiαM1 βM2 γMnηO4−ε(0.50<α≦1.33、0.33≦γ≦1.1、0≦η≦1.00、0≦β<0.67、0≦ε≦1.00、M1:Co,Gaより選ばれる少なくとも一種、M2:Ge,Sn,Sbより選ばれる少なくとも一種)で表され、Li層と、Ni層とを備えた層状構造を有し、粉末X線回折を測定したときに、空間群R3mで指数付けをした際に、(003)反射のピーク強度(I003)と、(104)反射のピーク強度(I104)と、ピーク強度比(I003/I104)が0.9以上であることを特徴とする。
本発明の非水電解質二次電池用正極は、請求項1〜2のいずれか1項に記載の正極材料を用いてなることを特徴とする。
That is, the positive electrode material of the present invention is Li 2 Ni α M 1 β M 2 γ Mn η O 4-ε (0.50 <α ≦ 1.33, 0.33 ≦ γ ≦ 1.1, 0 ≦ η ≦ 1.00, 0 ≦ β <0.67, 0 ≦ ε ≦ 1.00, M 1 : at least one selected from Co, Ga, M 2 : at least one selected from Ge, Sn, Sb) (003) peak intensity of reflection (I 003 ) when indexed with space group R3m when measuring powder X-ray diffraction, and having a layered structure comprising a Li layer and a Ni layer, (104) and the reflection peak intensity (I 104), the peak intensity ratio (I 003 / I 104) is equal to or less than 0.9.
The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is characterized by using the positive electrode material according to any one of
本発明の非水電解質二次電池は、請求項1〜2のいずれか1項に記載の正極材料を用いてなる非水電解質二次電池用正極,請求項3に記載の非水電解質二次電池用正極の少なくとも一つを用いてなることを特徴とする。
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode material according to any one of
本発明の正極材料は、その組成中にNiを含む。このNiは、酸素(O)が6配位した局所構造(6配位の局所構造)を形成する。この結果、安定な充放電が行われる。また、酸化還元種であるNiが0.50<α≦1.33の範囲で多量に含まれることで、高容量化が達成される。 The positive electrode material of the present invention contains Ni in its composition. This Ni forms a local structure in which oxygen (O) is 6-coordinated (6-coordinated local structure). As a result, stable charging / discharging is performed. Moreover, high capacity is achieved by containing a large amount of Ni as the redox species in the range of 0.50 <α ≦ 1.33.
また、M1元素及びM2元素を多量に含むことで、結晶構造がより安定し、充放電時の結晶構造が抑制され、その結果として電池容量の低下が抑えられる。M2元素は、酸素を強く固定する。その結果、異常発熱時に懸念される酸素の脱離が抑制される結果、電池の安全性がより向上する。さらに、M2元素の量が、0.33以上となった際に、平均的には、Ni層中の全ての酸素がM2元素と隣り合い、M2元素との結合を持つこととなる故、酸素脱離効果が顕著に高まる。 Further, by containing a large amount of M 1 element and M 2 element, crystal structure is more stable, the crystal structure during charge and discharge is suppressed, decrease in battery capacity can be suppressed as a result. The M 2 element strongly fixes oxygen. As a result, the desorption of oxygen, which is a concern during abnormal heat generation, is suppressed, and the safety of the battery is further improved. Furthermore, the amount of M 2 element, when became 0.33 or more, on average, all of the oxygen in the Ni layer is adjoin the M 2 element, and to have a bond with M 2 element Therefore, the oxygen desorption effect is remarkably increased.
本発明の正極材料は、Li層とNi層とを備えた層状構造を有することで、Liイオンの伝導性に優れたものとなる。なお、Li層は、Liを主成分として形成される層を示し、実質的にLiよりなる層である。Ni層は、Ni(Ni化合物)を主成分として形成される層を示し、実質的にはNiおよび、M1元素、M2元素を主成分として含む層である。 The positive electrode material of the present invention has a layered structure including a Li layer and a Ni layer, and thus has excellent Li ion conductivity. The Li layer is a layer formed mainly of Li and is substantially made of Li. The Ni layer is a layer formed with Ni (Ni compound) as a main component and is substantially a layer containing Ni, M 1 element, and M 2 element as main components.
そして、本発明の正極材料は、(I003)と(I104)とのピーク強度比(I003/I104)が0.9以上である。このピーク強度比は、Ni層のNiイオン(Ni元素)がLi層に混入するいわゆるカチオンミキシングを示す。本発明の正極材料は、このピーク強度比が0.9以上となることで、カチオンミキシングがより抑制されたものとなっている。
以上に説明したように、本発明の正極材料は、電池性能の低下が抑えられ、かつ安全性に優れた非水電解質二次電池を得ることができる。
また、本発明の非水電解質二次電池用正極及び非水電解質二次電池は、本発明の正極材料を用いてなり、本発明の正極材料により得られる効果を発揮できる。
Then, the positive electrode material of the present invention is (I 003) and (I 104) peak intensity ratio of (I 003 / I 104) is 0.9 or more. This peak intensity ratio indicates so-called cation mixing in which Ni ions (Ni element) in the Ni layer are mixed into the Li layer. In the positive electrode material of the present invention, this peak intensity ratio is 0.9 or more, so that cation mixing is further suppressed.
As described above, the positive electrode material of the present invention can provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a decrease in battery performance is suppressed and is excellent in safety.
Moreover, the positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries and the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention use the positive electrode material of the present invention, and can exhibit the effects obtained by the positive electrode material of the present invention.
以下、本発明を、実施の形態を用いて具体的に説明する。
[実施形態]
本形態は、図1にその構成を概略断面図で示したコイン型のリチウムイオン二次電池1である。本形態のリチウムイオン二次電池1は、本発明の正極材料を正極活物質として有する正極(非水電解質二次電池用正極)を用いてなる二次電池(非水電解質二次電池)である。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to embodiments.
[Embodiment]
The present embodiment is a coin-type lithium ion
本形態のリチウムイオン二次電池1は、正極ケース11,シール材12(ガスケット),非水電解質13,正極14,正極集電体140,正極合剤層141,セパレータ15,負極ケース16,負極17,負極集電体170,負極合剤層171,保持部材18などを有する。
The lithium ion
本形態のリチウムイオン二次電池1の正極14は、本発明の正極材料よりなる正極活物質を含む正極合剤層141を有する。正極合剤層141は、正極活物質以外に、必要に応じて、バインダ,導電材等の部材を備える。
The
(正極材料)
正極材料は、Li2NiαM1 βM2 γMnηO4−ε(0.50<α≦1.33、0.33≦γ≦1.1、0≦η≦1.00、0≦β<0.67、0≦ε≦1.00、M1:Co,Gaより選ばれる少なくとも一種、M2:Ge,Sn,Sbより選ばれる少なくとも一種)で表される。
(Positive electrode material)
The positive electrode material is Li 2 Ni α M 1 β M 2 γ Mn η O 4-ε (0.50 <α ≦ 1.33, 0.33 ≦ γ ≦ 1.1, 0 ≦ η ≦ 1.00, 0 ≦ β <0.67, 0 ≦ ε ≦ 1.00, M 1 : at least one selected from Co, Ga, M 2 : at least one selected from Ge, Sn, Sb).
正極材料は、その組成中にNiを含む。このNiは、酸素(O)が6配位した局所構造(6配位の局所構造)を形成する。この結果、安定な充放電が行われる。また、酸化還元種である、Niが0.50<α≦1.33の範囲で多量に含まれることで、高容量化が達成される。 The positive electrode material contains Ni in its composition. This Ni forms a local structure in which oxygen (O) is 6-coordinated (6-coordinated local structure). As a result, stable charging / discharging is performed. Further, high capacity can be achieved by containing a large amount of Ni, which is a redox species, in the range of 0.50 <α ≦ 1.33.
また、M1元素及びM2元素を多量に含むことで、結晶構造がより安定し、充放電時の結晶構造を安定に保ち、その結果として電池容量の低下が抑えられる。M1元素は形式価数が3価の元素であり、M1元素の添加は価数の大きく異なるLiのNi層への侵入を抑制することが期待される。M2元素は、酸素を強く固定し、その結果、異常発熱時に懸念される酸素の脱離が抑制される結果、電池の安全性を向上させる。さらに、M2元素の量が、0.33以上となった際に、平均的には、Ni層中の全ての酸素がM2元素と隣り合い、M2元素との結合を持つこととなる故、酸素脱離効果が顕著に高まる。 Further, by containing a large amount of M 1 element and M 2 element, the crystal structure becomes more stable, the crystal structure at the time of charging / discharging is kept stable, and as a result, a decrease in battery capacity is suppressed. The M 1 element is an element with a trivalent formal valence, and the addition of the M 1 element is expected to suppress the penetration of Li having a significantly different valence into the Ni layer. The M 2 element strongly fixes oxygen, and as a result, the desorption of oxygen, which is a concern during abnormal heat generation, is suppressed, thereby improving the safety of the battery. Furthermore, the amount of M 2 element, when became 0.33 or more, on average, all of the oxygen in the Ni layer is adjoin the M 2 element, and to have a bond with M 2 element Therefore, the oxygen desorption effect is remarkably increased.
さらに、M1元素及びM2元素も6配位状態であることが好ましく、この構成となることで、隣接する遷移金属元素(NiやMnの配位構造体)との構造的ギャップを小さくすることを可能とし、耐久性を一層向上させることを可能とする。 Furthermore, it is preferable that the M 1 element and the M 2 element are also in a six-coordinate state, and by this configuration, a structural gap with an adjacent transition metal element (Ni or Mn coordination structure) is reduced. And durability can be further improved.
本形態の正極材料は、その組成中に、さらに遷移金属であるMn(0以上、1.00以下の割合)を含んでも良い。このMnはNiと同様に、酸素(O)が6配位した局所構造(6配位の局所構造)を形成する。この割合で含まれることで、Ni層を安定化させる効果を発揮する。 The positive electrode material of this embodiment may further contain Mn (a ratio of 0 or more and 1.00 or less) which is a transition metal in the composition. Like Mn, this Mn forms a local structure in which oxygen (O) is 6-coordinated (6-coordinated local structure). By being contained at this ratio, the effect of stabilizing the Ni layer is exhibited.
非水電解質二次電池(リチウムイオン電池)では、過充電等が進行すると、発火・発煙の不具合を生じることがある。この電池における発火発煙は、そこに至る過程で、正極活物質(正極材料)から放出される酸素の影響が大きい。具体的には、充電に伴い正極活物質の酸素から電子が奪われ、酸素放出に至りやすくなる。本発明の正極材料では、M2元素を添加しており、添加されたM2元素がNiやMn(遷移金属)よりも酸素と強く結合している。つまり、M2元素の添加により、充放電時の酸素放出を最小限に抑制することが可能となる。 In a nonaqueous electrolyte secondary battery (lithium ion battery), when overcharge or the like proceeds, there may be a problem of ignition and smoke generation. The ignition smoke in this battery is greatly influenced by oxygen released from the positive electrode active material (positive electrode material) in the process leading to the smoke. Specifically, with charge, electrons are deprived of oxygen of the positive electrode active material, leading to oxygen release. In the positive electrode material of the present invention, the M 2 element is added, and the added M 2 element is more strongly bonded to oxygen than Ni or Mn (transition metal). That is, by adding the M 2 element, oxygen release during charging / discharging can be minimized.
本形態の正極材料は、Li層とNi層とを備えた層状構造を有する。この構成となることで、正極材料は、Liイオンの伝導性に優れたものとなる。なお、Li層は、Liを主成分として形成される層を指しており、実質的にLiよりなる層である。Ni層は、Ni(Ni化合物)を主成分として形成される層を示し、実質的にはNiおよび、M1、M2の元素を主成分として形成される層である。 The positive electrode material of this embodiment has a layered structure including a Li layer and a Ni layer. With this configuration, the positive electrode material is excellent in Li ion conductivity. The Li layer refers to a layer formed with Li as a main component, and is a layer substantially made of Li. The Ni layer is a layer formed with Ni (Ni compound) as a main component, and is substantially a layer formed with Ni and elements M 1 and M 2 as main components.
そして、本発明の正極材料は、粉末X線回折を測定したときに、空間群R3mで指数付けをした際に、(003)反射のピーク強度(I003)と、(104)反射のピーク強度(I104)と、ピーク強度比(I003/I104)が0.9以上である。このピーク強度比は、Ni層のNiイオン(Ni元素)がLi層に混入するいわゆるカチオンミキシングを示す。カチオンミキシングが進行すると、リチウムの拡散経路が塞がれ、安定的な容量発現がなされなくなる。本発明の正極材料は、このピーク強度比が0.9以上となることで、カチオンミキシングが抑制された正極材料である。 When the powder X-ray diffraction was measured, the positive electrode material of the present invention, when indexed with the space group R3m, (003) peak intensity of reflection (I 003 ) and (104) peak intensity of reflection (I 104 ) and the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) are 0.9 or more. This peak intensity ratio indicates so-called cation mixing in which Ni ions (Ni element) in the Ni layer are mixed into the Li layer. When cation mixing proceeds, the lithium diffusion path is blocked, and stable capacity expression is not achieved. The positive electrode material of the present invention is a positive electrode material in which cation mixing is suppressed when the peak intensity ratio is 0.9 or more.
このピーク強度比が大きい程、カチオンミキシングは抑制されており、ピーク強度比(I003/I104)が1.2以上であることがさらに好ましい。
なお、このピーク強度比を求める粉末XRDは、従来から知られた方法で測定できる。たとえば、粉末XRD測定装置を用いて測定できる。
As the peak intensity ratio is larger, cation mixing is suppressed, and the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) is more preferably 1.2 or more.
The powder XRD for obtaining the peak intensity ratio can be measured by a conventionally known method. For example, it can be measured using a powder XRD measuring apparatus.
正極活物質は、上記の正極材料を正極活物質として有するものであればよく、更に、別の正極活物質(正極材料)を有していてもよい。別の正極活物質は、上記化学式に含まれる別の物質であっても、更に別の化合物であっても、いずれでもよい。 The positive electrode active material should just have said positive electrode material as a positive electrode active material, and may have another positive electrode active material (positive electrode material) further. The other positive electrode active material may be another material included in the above chemical formula, or may be another compound.
(正極活物質以外の構成)
本形態のリチウムイオン二次電池1は、正極活物質として上記の正極材料を用いること以外の構成は、従来のリチウムイオン二次電池と同様とすることができる。
正極14は、正極活物質、導電材及び結着材を混合して得られた正極合剤を正極集電体140に塗布して正極合剤層141が形成される。
(Configuration other than positive electrode active material)
The configuration of the lithium ion
In the
導電材は、正極14の電気伝導性を確保する。導電材としては、黒鉛の微粒子,アセチレンブラック,ケッチェンブラック,カーボンナノファイバーなどのカーボンブラック,ニードルコークスなどの無定形炭素の微粒子などを使用できるが、これらに限定されない。
The conductive material ensures the electrical conductivity of the
結着剤は、正極活物質粒子や導電材を結着する。結着剤としては、例えば、PVDF,EPDM,SBR,NBR,フッ素ゴムなどを使用できるが、これらに限定されない。 The binder binds the positive electrode active material particles and the conductive material. As the binder, for example, PVDF, EPDM, SBR, NBR, fluororubber, and the like can be used, but are not limited thereto.
正極合剤は、溶媒に分散させて正極集電体140に塗布される。溶媒としては、通常は結着剤を溶解する有機溶媒を使用する。例えば、NMP,ジメチルホルムアミド,ジメチルアセトアミド,メチルエチルケトン,シクロヘキサノン,酢酸メチル,アクリル酸メチル,ジエチルトリアミン,N−N−ジメチルアミノプロピルアミン,エチレンオキシド,テトラヒドロフランなどを挙げることができるが、これらに限定されない。また、水に分散剤、増粘剤などを加えてPTFEなどで正極活物質をスラリー化する場合もある。
The positive electrode mixture is dispersed in a solvent and applied to the positive electrode
正極集電体140は、例えば、アルミニウム,ステンレスなどの金属を加工したもの、例えば板状に加工した箔,網,パンチドメタル,フォームメタルなどを用いることができるが、これらに限定されない。
As the positive electrode
(非水電解質)
非水電解質13は、支持塩が有機溶媒に溶解してなるものを用いる。
非水電解質13の支持塩は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF6,LiBF4,LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩,これらの無機塩の誘導体,LiSO3CF3,LiC(SO3CF3)3及びLiN(SO2CF3)2,LiN(SO2C2F5)2,LiN(SO2CF3)(SO2C4F9),から選ばれる有機塩、並びにこれらの有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが望ましい。これらの支持塩は、電池性能を更に優れたものとすることができ、かつその電池性能を室温以外の温度域においても更に高く維持することができる。支持塩の濃度についても特に限定されるものではなく、用途に応じ、支持塩及び有機溶媒の種類を考慮して適切に選択することが好ましい。
(Non-aqueous electrolyte)
The
The supporting salt of the
支持塩が溶解する有機溶媒(非水溶媒)は、通常の非水電解質に用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えばカーボネート類,ハロゲン化炭化水素,エーテル類,ケトン類,ニトリル類,ラクトン類,オキソラン化合物等を用いることができる。特に、プロピレンカーボネート,エチレンカーボネート,1,2−ジメトキシエタン,ジメチルカーボネート,ジエチルカーボネート,エチルメチルカーボネート,ビニレンカーボネート等及びそれらの混合溶媒が適当である。例に挙げたこれらの有機溶媒のうち、特にカーボネート類,エーテル類からなる群より選ばれた1種以上の非水溶媒を用いることにより、支持塩の溶解性、誘電率及び粘度において優れ、電池の充放電効率が高いので、好ましい。
本形態のリチウムイオン二次電池1において、最も好ましい非水電解質13は、支持塩が有機溶媒に溶解したものである。
The organic solvent (non-aqueous solvent) in which the supporting salt dissolves is not particularly limited as long as it is an organic solvent used in ordinary non-aqueous electrolytes. For example, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, Nitriles, lactones, oxolane compounds and the like can be used. In particular, propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, vinylene carbonate and the like, and mixed solvents thereof are suitable. Among these organic solvents mentioned in the examples, in particular, by using one or more non-aqueous solvents selected from the group consisting of carbonates and ethers, the solubility of the supporting salt, the dielectric constant and the viscosity are excellent, and the battery The charge / discharge efficiency is preferable.
In the lithium ion
(負極)
負極17は、負極活物質と結着剤とを混合して得られた負極合剤を負極集電体170の表面に塗布して負極合剤層171が形成される。
負極活物質は、従来の負極活物質を用いることができる。Sn,Si,Sb,Ge,Cの少なくともひとつの元素を含有する負極活物質を挙げることができる。これらの負極活物質のうち、Cは、リチウムイオン二次電池1の電解質イオンを吸蔵・脱離可能な(Li吸蔵能がある)炭素材料であることが好ましく、アモルファスコート天然黒鉛であることがより好ましい。
(Negative electrode)
In the
As the negative electrode active material, a conventional negative electrode active material can be used. A negative electrode active material containing at least one element of Sn, Si, Sb, Ge, and C can be given. Among these negative electrode active materials, C is preferably a carbon material capable of occluding and desorbing electrolyte ions of the lithium ion secondary battery 1 (having Li storage ability), and is preferably amorphous coated natural graphite. More preferred.
また、これらの負極活物質のうち、Sn、Sb、Geは、特に、体積変化の多い合金材料である。これらの負極活物質は、Ti−Si、Ag−Sn、Sn−Sb、Ag−Ge、Cu−Sn、Ni−Snなどのように、別の金属と合金をなしていてもよい。 Of these negative electrode active materials, Sn, Sb, and Ge are alloy materials that have a large volume change. These negative electrode active materials may form an alloy with another metal such as Ti—Si, Ag—Sn, Sn—Sb, Ag—Ge, Cu—Sn, and Ni—Sn.
導電材としては、炭素材料、金属粉、導電性ポリマーなどを用いることができる。導電性と安定性の観点から、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラックなどの炭素材料を使用することが好ましい。 As the conductive material, a carbon material, metal powder, conductive polymer, or the like can be used. From the viewpoint of conductivity and stability, it is preferable to use a carbon material such as acetylene black, ketjen black, or carbon black.
結着材としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素樹脂共重合体(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体)SBR、アクリル系ゴム、フッ素系ゴム、ポリビニルアルコール(PVA)、スチレン・マレイン酸樹脂、ポリアクリル酸塩、カルボキシルメチルセルロース(CMC)などを挙げることができる。
溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの有機溶媒、又は水などを挙げることができる。
As the binder, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluororesin copolymer (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer) SBR, acrylic rubber, fluororubber, Examples thereof include polyvinyl alcohol (PVA), styrene / maleic acid resin, polyacrylate, and carboxymethyl cellulose (CMC).
Examples of the solvent include organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or water.
負極集電体170としては、従来の集電体を用いることができ、銅、ステンレス、チタンあるいはニッケルなどの金属を加工したもの、例えば板状に加工した箔,網,パンチドメタル,フォームメタルなどを用いることができるが、これらに限定されない。
As the negative electrode
(その他の構成)
正極ケース11と負極ケース16は絶縁性のシール材12を介して内蔵物を密封する。内蔵物は、非水電解質13,正極14,セパレータ15,負極17,保持部材18などである。
正極ケース11には正極集電体140を介して正極合剤層141が面接触して導電する。負極ケース17には負極集電体170を介して負極合剤層171が面接触する。
(Other configurations)
The
The positive
正極合剤層141と負極合剤層171との間に介在させるセパレータ15は、正極合剤層141と負極合剤層171とを電気的に絶縁し、非水電解質13を保持する。セパレータ15は、例えば、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)の多孔膜を用いる。セパレータ15は、二つの合剤層141,171の電気的な絶縁を担保するために、合剤層141,171よりも大きな寸法で成形される。
The
保持部材18は、正極集電体140,正極合剤層141,セパレータ15,負極合剤層171,負極集電体170を定位置に保持する役割を担う。弾性片やバネ等の弾性部材を用いると、定位置に保持しやすい。
The holding
(その他の形態)
本形態のリチウムイオン二次電池1は、上記の通りコイン型の形状であるが、その形状には特に制限を受けず、円筒型,角型等、種々の形状の電池や、ラミネート外装体に封入した不定形状の電池とすることができる。
(Other forms)
The lithium ion
(製造方法)
本形態の正極材料は、上記の構成を有している者であれば、その製造方法が限定されるものではない。製造方法の例としては、固相合成法、共沈合成法、水熱合成法、錯体重合合成法、イオン交換を介する方法、高温高圧処理による合成法、ゾルゲル法、スプレードライ法、超臨界合成法等が挙げられ、これら方法を単独ないしは複数組み合わせる等の方法を挙げることができる。
(Production method)
If the positive electrode material of this form has a said structure, the manufacturing method will not be limited. Examples of production methods include solid-phase synthesis, coprecipitation synthesis, hydrothermal synthesis, complex polymerization synthesis, methods via ion exchange, synthesis by high-temperature and high-pressure treatment, sol-gel method, spray-drying method, supercritical synthesis The method etc. are mentioned, The method of combining these methods individually or in multiple numbers etc. can be mentioned.
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
本発明を具体的に説明するための実施例として、正極材料(正極活物質),それを用いた正極及びリチウムイオン二次電池を製造した。実施例では、上記の図1に示したリチウムイオン二次電池を製造した。
Hereinafter, the present invention will be described using examples.
As an example for specifically explaining the present invention, a positive electrode material (positive electrode active material), a positive electrode using the positive electrode material, and a lithium ion secondary battery were manufactured. In the example, the lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 was manufactured.
(実施例1)
まず、出発原料であるNa2NiSnO4を製造した。詳しくは、Na,Ni,Snの一種以上の元素を含有する化合物を、これらの元素が所定の原子比となるように秤量・混合した。そして、焼成(大気雰囲気)し、ほぼ単相の結晶構造を有している出発原料を得た。
つづいて、得られたNa2NiSnO4を、硝酸Li及び塩化Liからなる溶融塩中で加熱してイオン交換処理を施した。
以上により、本例の正極材料(Li2NiSnO4粉末)が製造された。
Example 1
First, Na 2 NiSnO 4 as a starting material was manufactured. Specifically, a compound containing one or more elements of Na, Ni, and Sn was weighed and mixed so that these elements had a predetermined atomic ratio. And it baked (atmosphere atmosphere) and obtained the starting material which has the crystal structure of a substantially single phase.
Subsequently, the obtained Na 2 NiSnO 4 was heated in a molten salt composed of Li nitrate and Li chloride to perform an ion exchange treatment.
Thus, the positive electrode material (Li 2 NiSnO 4 powder) of this example was manufactured.
製造されたLi2NiSnO4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、図2に示した回折結果が得られた。
図2によると、ほぼ単相の化合物であることが確認できる。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.7であった。
When the produced Li 2 NiSnO 4 powder was observed with powder XRD, the diffraction result shown in FIG. 2 was obtained.
According to FIG. 2, it can be confirmed that the compound is almost a single phase.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 7.
(実施例2)
Li,Ni,Mn,Geのそれぞれの金属錯体を含有する水溶液を調整した。得られた錯体溶液を目的の正極材料の組成比となるように、すなわちLi:Ni:Mn:Geの原子比が2.1:1:0.67:0.33となるように、混合した。
得られた混合溶液を乾燥炉内で乾燥して有機成分を加熱処理により取り除いた後、加熱し、焼成した。
以上により、本例の正極材料(Li2.1NiMn0.67Ge0.33O4粉末)が製造された。
(Example 2)
An aqueous solution containing each metal complex of Li, Ni, Mn, and Ge was prepared. The obtained complex solution was mixed so as to have the composition ratio of the target positive electrode material, that is, the atomic ratio of Li: Ni: Mn: Ge was 2.1: 1: 0.67: 0.33. .
The obtained mixed solution was dried in a drying furnace to remove organic components by heat treatment, and then heated and baked.
Thus, the positive electrode material (Li 2.1 NiMn 0.67 Ge 0.33 O 4 powder) of this example was manufactured.
製造されたLi2.1NiMn0.67Ge0.33O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、0.91であった。
When the produced Li 2.1 NiMn 0.67 Ge 0.33 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
In addition, when indexing was performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection was 0. 91.
(実施例3)
実施例1の出発原料と同様にして、ほぼ単相のNa2NiMn0.67Ge0.33O4を製造した。
つづいて、得られたNa2NiMn0.67Ge0.33O4に対し、実施例1の時と同様にイオン交換処理を施した。
以上により、本例の正極材料(Li2NiMn0.67Ge0.33O4粉末)が製造された。
Example 3
In the same manner as the starting material of Example 1, almost single-phase Na 2 NiMn 0.67 Ge 0.33 O 4 was produced.
Subsequently, the obtained Na 2 NiMn 0.67 Ge 0.33 O 4 was subjected to an ion exchange treatment in the same manner as in Example 1.
Thus, the positive electrode material (Li 2 NiMn 0.67 Ge 0.33 O 4 powder) of this example was manufactured.
製造されたLi2NiMn0.67Ge0.33O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.91であった。
When the produced Li 2 NiMn 0.67 Ge 0.33 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 91.
(実施例4)
実施例2の時と同様にして、金属錯体を含有する水溶液から、本例の正極材料(Li2.1NiMn0.67Sn0.33O4粉末)が製造された。
Example 4
In the same manner as in Example 2, a positive electrode material (Li 2.1 NiMn 0.67 Sn 0.33 O 4 powder) of this example was produced from an aqueous solution containing a metal complex.
製造されたLi2.1NiMn0.67Sn0.33O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.4であった。
When the manufactured Li 2.1 NiMn 0.67 Sn 0.33 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 4.
(実施例5)
実施例1の出発原料と同様にして、ほぼ単相のNa2NiMn0.67Sn0.33O4を製造した。
つづいて、得られたNa2NiMn0.67Sn0.33O4に対し、実施例1の時と同様にイオン交換処理を施した。
以上により、本例の正極材料(Li2NiMn0.67Sn0.33O4粉末)が製造された。
(Example 5)
In the same manner as the starting material of Example 1, almost single phase Na 2 NiMn 0.67 Sn 0.33 O 4 was produced.
Subsequently, the obtained Na 2 NiMn 0.67 Sn 0.33 O 4 was subjected to an ion exchange treatment in the same manner as in Example 1.
Thus, the positive electrode material (Li 2 NiMn 0.67 Sn 0.33 O 4 powder) of this example was manufactured.
製造されたLi2NiMn0.67Sn0.33O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.68であった。
When the produced Li 2 NiMn 0.67 Sn 0.33 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 68.
(実施例6)
実施例2の時と同様にして、金属錯体を含有する水溶液から、本例の正極材料(Li2.1Ni0.67Co0.67Mn0.33Ge0.33O4粉末)が製造された。
(Example 6)
In the same manner as in Example 2, the positive electrode material of this example (Li 2.1 Ni 0.67 Co 0.67 Mn 0.33 Ge 0.33 O 4 powder) was produced from the aqueous solution containing the metal complex. It was done.
製造されたLi2.1Ni0.67Co0.67Mn0.33Ge0.33O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.35あった。
When the produced Li 2.1 Ni 0.67 Co 0.67 Mn 0.33 Ge 0.33 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. There were 35.
(実施例7)
実施例1の出発原料と同様にして、ほぼ単相のNa2Ni0.67Co0.67Mn0.33Ge0.33O4を製造した。
つづいて、得られたNa2Ni0.67Co0.67Mn0.33Ge0.33O4に対し、実施例1の時と同様にイオン交換処理を施した。
以上により、本例の正極材料(Li2Ni0.67Co0.67Mn0.33Ge0.33O4粉末)が製造された。
(Example 7)
In the same manner as the starting material of Example 1, almost single phase Na 2 Ni 0.67 Co 0.67 Mn 0.33 Ge 0.33 O 4 was produced.
Subsequently, the obtained Na 2 Ni 0.67 Co 0.67 Mn 0.33 Ge 0.33 O 4 was subjected to ion exchange treatment in the same manner as in Example 1.
Thus, the positive electrode material (Li 2 Ni 0.67 Co 0.67 Mn 0.33 Ge 0.33 O 4 powder) of this example was manufactured.
製造されたLi2Ni0.67Co0.67Mn0.33Ge0.33O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.55であった。
When the produced Li 2 Ni 0.67 Co 0.67 Mn 0.33 Ge 0.33 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 55.
(実施例8)
実施例6の時と同様にして、金属錯体を含有する水溶液から、本例の正極材料(Li2.1Ni0.88Co0.22Mn0.44Ge0.44O4粉末)が製造された。
(Example 8)
In the same manner as in Example 6, the positive electrode material of this example (Li 2.1 Ni 0.88 Co 0.22 Mn 0.44 Ge 0.44 O 4 powder) was produced from the aqueous solution containing the metal complex. It was done.
製造されたLi2.1Ni0.88Co0.22Mn0.44Ge0.44O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.1あった。
When the produced Li 2.1 Ni 0.88 Co 0.22 Mn 0.44 Ge 0.44 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. There was one.
(実施例9)
実施例1(実施例7)の時と同様にして、ほぼ単相のNa2Ni0.88Co0.22Mn0.44Ge0.44O4を製造した。
つづいて、得られたNa2Ni0.88Co0.22Mn0.44Ge0.44O4に対し、実施例1の時と同様にイオン交換処理を施した。
以上により、本例の正極材料(Li2Ni0.88Co0.22Mn0.44Ge0.44O4粉末)が製造された。
Example 9
Almost single phase Na 2 Ni 0.88 Co 0.22 Mn 0.44 Ge 0.44 O 4 was produced in the same manner as in Example 1 (Example 7).
Subsequently, the obtained Na 2 Ni 0.88 Co 0.22 Mn 0.44 Ge 0.44 O 4 was subjected to an ion exchange treatment in the same manner as in Example 1.
Thus, the positive electrode material (Li 2 Ni 0.88 Co 0.22 Mn 0.44 Ge 0.44 O 4 powder) of this example was manufactured.
製造されたLi2Ni0.88Co0.22Mn0.44Ge0.44O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.34であった。
When the produced Li 2 Ni 0.88 Co 0.22 Mn 0.44 Ge 0.44 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 34.
(実施例10)
実施例4の時と同様にして、金属錯体を含有する水溶液から、本例の正極材料(Li2.1NiMn0.33Sb0.33Al0.33O4粉末)が製造された。
(Example 10)
In the same manner as in Example 4, a positive electrode material (Li 2.1 NiMn 0.33 Sb 0.33 Al 0.33 O 4 powder) of this example was produced from an aqueous solution containing a metal complex.
製造されたLi2.1NiMn0.33Sb0.33Al0.33O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.67あった。
When the manufactured Li 2.1 NiMn 0.33 Sb 0.33 Al 0.33 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. There were 67.
(実施例11)
実施例1の時と同様にして、ほぼ単相のNa2NiMn0.33Sb0.33Al0.33O4を製造した。
つづいて、得られたNa2NiMn0.33Sb0.33Al0.33O4に対し、実施例1の時と同様にイオン交換処理を施した。
以上により、本例の正極材料(Li2NiMn0.33Sb0.33Al0.33O4粉末)が製造された。
(Example 11)
In the same manner as in Example 1, nearly single-phase Na 2 NiMn 0.33 Sb 0.33 Al 0.33 O 4 was produced.
Subsequently, the obtained Na 2 NiMn 0.33 Sb 0.33 Al 0.33 O 4 was subjected to ion exchange treatment in the same manner as in Example 1.
Thus, the positive electrode material (Li 2 NiMn 0.33 Sb 0.33 Al 0.33 O 4 powder) of this example was manufactured.
製造されたLi2NiMn0.33Sb0.33Al0.33O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.71であった。
When the produced Li 2 NiMn 0.33 Sb 0.33 Al 0.33 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 71.
(実施例12)
実施例2の時と同様にして、金属錯体を含有する水溶液から、本例の正極材料(Li2NiMn0.33Ge0.67O4粉末)が製造された。
(Example 12)
In the same manner as in Example 2, the positive electrode material (Li 2 NiMn 0.33 Ge 0.67 O 4 powder) of this example was produced from the aqueous solution containing the metal complex.
製造されたLi2NiMn0.33Ge0.67O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.54あった。
When the produced Li 2 NiMn 0.33 Ge 0.67 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. There were 54.
(実施例13)
実施例1の時と同様にして、ほぼ単相のNa2NiMn0.33Ge0.67O4を製造した。
つづいて、得られたNa2NiMn0.33Ge0.67O4に対し、実施例1の時と同様にイオン交換処理を施した。
以上により、本例の正極材料(Li2NiMn0.33Ge0.67O4粉末)が製造された。
(Example 13)
In the same manner as in Example 1, almost single phase Na 2 NiMn 0.33 Ge 0.67 O 4 was produced.
Subsequently, the obtained Na 2 NiMn 0.33 Ge 0.67 O 4 was subjected to an ion exchange treatment in the same manner as in Example 1.
Thus, the positive electrode material (Li 2 NiMn 0.33 Ge 0.67 O 4 powder) of this example was manufactured.
製造されたLi2NiMn0.33Ge0.67O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.55であった。
When the produced Li 2 NiMn 0.33 Ge 0.67 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 55.
(実施例14)
実施例4の時と同様にして、金属錯体を含有する水溶液から、本例の正極材料(Li2.1NiMn0.5Sn0.5O4粉末)が製造された。
(Example 14)
In the same manner as in Example 4, a positive electrode material (Li 2.1 NiMn 0.5 Sn 0.5 O 4 powder) of this example was produced from an aqueous solution containing a metal complex.
製造されたLi2.1NiMn0.5Sn0.5O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.36であった。
When the produced Li 2.1 NiMn 0.5 Sn 0.5 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 36.
(実施例15)
実施例1の時と同様にして、ほぼ単相のNa2NiMn0.5Sn0.5O4を製造した。
つづいて、得られたNa2NiMn0.5Sn0.5O4に対し、実施例1の時と同様にイオン交換処理を施した。
以上により、本例の正極材料(Li2NiMn0.5Sn0.5O4粉末)が製造された。
(Example 15)
In the same manner as in Example 1, almost single-phase Na 2 NiMn 0.5 Sn 0.5 O 4 was produced.
Subsequently, the obtained Na 2 NiMn 0.5 Sn 0.5 O 4 was subjected to an ion exchange treatment in the same manner as in Example 1.
Thus, the positive electrode material (Li 2 NiMn 0.5 Sn 0.5 O 4 powder) of this example was manufactured.
製造されたLi2NiMn0.5Sn0.5O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.72であった。
When the produced Li 2 NiMn 0.5 Sn 0.5 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed that it was a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 72.
(実施例16)
実施例2の時と同様にして、金属錯体を含有する水溶液から、本例の正極材料(Li2.1Ni0.77Mn0.66Ge0.33O3.76粉末)が製造された。
(Example 16)
In the same manner as in Example 2, a positive electrode material (Li 2.1 Ni 0.77 Mn 0.66 Ge 0.33 O 3.76 powder) of this example was produced from an aqueous solution containing a metal complex. .
製造されたLi2.1Ni0.77Mn0.66Ge0.33O3.76粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.32であった。
When the produced Li 2.1 Ni 0.77 Mn 0.66 Ge 0.33 O 3.76 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 32.
(実施例17)
実施例1の時と同様にして、ほぼ単相のNa2Ni0.77Mn0.66Ge0.33O3.76を製造した。
つづいて、得られたNa2Ni0.77Mn0.66Ge0.33O3.76に対し、実施例1の時と同様にイオン交換処理を施した。
以上により、本例の正極材料(Li2Ni0.77Mn0.66Ge0.33O3.76粉末)が製造された。
(Example 17)
In the same manner as in Example 1, almost single phase Na 2 Ni 0.77 Mn 0.66 Ge 0.33 O 3.76 was produced.
Subsequently, the obtained Na 2 Ni 0.77 Mn 0.66 Ge 0.33 O 3.76 was subjected to ion exchange treatment in the same manner as in Example 1.
Thus, the positive electrode material (Li 2 Ni 0.77 Mn 0.66 Ge 0.33 O 3.76 powder) of this example was manufactured.
製造されたLi2Ni0.77Mn0.66Ge0.33O3.76粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.32であった。
When the produced Li 2 Ni 0.77 Mn 0.66 Ge 0.33 O 3.76 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 32.
(実施例18)
本例の正極材料は、Li2NiGeO4粉末である。この組成は、ICP分析によりその組成が確認された。
本例の正極材料であるLi2NiGeO4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であり、かつ層状岩塩型の結晶構造を有することが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.01であった。
(Example 18)
The positive electrode material of this example is Li 2 NiGeO 4 powder. This composition was confirmed by ICP analysis.
When Li 2 NiGeO 4 powder, which is the positive electrode material of this example, was observed with powder XRD, it was confirmed that it was a substantially single-phase compound and had a layered rock salt type crystal structure.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 01.
(実施例19)
本例の正極材料は、Li2Ni0.67Ge0.67Al0.67O4粉末である。この組成は、ICP分析によりその組成が確認された。
本例の正極材料であるLi2Ni0.67Ge0.67Al0.67O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であり、かつ層状岩塩型の結晶構造を有することが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.78であった。
(Example 19)
The positive electrode material of this example is Li 2 Ni 0.67 Ge 0.67 Al 0.67 O 4 powder. This composition was confirmed by ICP analysis.
The Li 2 Ni 0.67 Ge 0.67 Al 0.67 O 4 powder, which is the positive electrode material of this example, was observed with a powder XRD. As a result, the crystal structure of a layered rock salt type was almost a single phase compound. It was confirmed that it had.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 78.
(比較例1)
実施例2の時と同様にして、金属錯体を含有する水溶液から、本例の正極材料(Li2.1NiTiO4粉末)が製造された。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Example 2, a positive electrode material (Li 2.1 NiTiO 4 powder) of this example was produced from an aqueous solution containing a metal complex.
製造されたLi2.1NiTiO4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)は0であった(003反射のピークが確認できなかった)。すなわち、ピーク強度比(I003/I104)は、0であった。
When the produced Li 2.1 NiTiO 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing was performed with the space group R3m, the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection was 0 (the peak of 003 reflection could not be confirmed). That is, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) was 0.
(比較例2)
比較例1の時と同様にして、金属錯体を含有する水溶液から、本例の正極材料(Li2.1NiMn0.33Ti0.67O4粉末)が製造された。
(Comparative Example 2)
In the same manner as in Comparative Example 1, a positive electrode material (Li 2.1 NiMn 0.33 Ti 0.67 O 4 powder) of this example was produced from an aqueous solution containing a metal complex.
製造されたLi2.1NiMn0.33Ti0.67O4粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.18であった。
When the manufactured Li 2.1 NiMn 0.33 Ti 0.67 O 4 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 18
(比較例3)
比較例1の時と同様にして、金属錯体を含有する水溶液から、本例の正極材料(Li1.05NiO2粉末)が製造された。
(Comparative Example 3)
In the same manner as in Comparative Example 1, a positive electrode material (Li 1.05 NiO 2 powder) of this example was produced from an aqueous solution containing a metal complex.
製造されたLi1.05NiO2粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.35であった。
When the produced Li 1.05 NiO 2 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. 35.
(比較例4)
比較例1の時と同様にして、金属錯体を含有する水溶液から、本例の正極材料(Li1.05CoO2粉末)が製造された。
(Comparative Example 4)
In the same manner as in Comparative Example 1, a positive electrode material (Li 1.05 CoO 2 powder) of this example was produced from an aqueous solution containing a metal complex.
製造されたLi1.05CoO2粉末に対し、粉末XRDで観察したところ、ほぼ単相の化合物であることが確認できた。
また、空間群R3mで指数付けをした際に、003反射のピーク強度(I003)と、104反射のピーク強度(I104)と、のピーク強度比(I003/I104)は、1.5であった。
When the produced Li 1.05 CoO 2 powder was observed with a powder XRD, it was confirmed to be a substantially single-phase compound.
Further, when indexing is performed with the space group R3m, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) between the peak intensity (I 003 ) of 003 reflection and the peak intensity (I 104 ) of 104 reflection is 1. It was 5.
[評価]
上記の各例の正極材料の評価として、リチウムイオン二次電池を組み立て、充放電特性の評価を行った。また、充放電特性の測定後、コイン型電池を分解して正極を取り出し、安全性の評価を行った。
[Evaluation]
As evaluation of the positive electrode material in each of the above examples, a lithium ion secondary battery was assembled, and charge / discharge characteristics were evaluated. After measuring the charge / discharge characteristics, the coin-type battery was disassembled and the positive electrode was taken out, and safety was evaluated.
(リチウムイオン二次電池)
上記の各例の正極活物質を用いて、リチウムイオン二次電池よりなる試験セル(2032型コイン型ハーフセル)を組み立て、評価を行った。
(コイン型ハーフセル)
試験セル(コイン型ハーフセル)は、図1にその構成を示したコイン型のリチウムイオン二次電池1と同様の構成である。
正極は、正極活物質(各例の正極活物質)91質量部,アセチレンブラック2質量部,PVDF7質量部を混合して得られた正極合剤をアルミニウム箔よりなる正極集電体140に塗布して正極合剤層141を形成したものを用いた。
(Lithium ion secondary battery)
A test cell (2032 type coin type half cell) made of a lithium ion secondary battery was assembled and evaluated using the positive electrode active material of each of the above examples.
(Coin type half cell)
The test cell (coin-type half cell) has the same configuration as the coin-type lithium ion
The positive electrode was prepared by applying a positive electrode mixture obtained by mixing 91 parts by mass of a positive electrode active material (positive electrode active material of each example), 2 parts by mass of acetylene black, and 7 parts by mass of PVDF to a positive electrode
負極(対極)には、金属リチウムを用いた。図1中の負極合剤層171に相当する。
非水電解質13は、エチレンカーボネート(EC)30体積%とジエチルカーボネート(DEC)70体積%との混合溶媒に、LiPF6を1モル/リットルとなるように溶解させて調製されたものを用いた。
試験セルは、組み立てられた後に、1/3C×2サイクルの充放電での活性化処理が行われた。
以上により、各例の試験セル(ハーフセル)が製造された。
Metal lithium was used for the negative electrode (counter electrode). It corresponds to the negative
The
After the test cell was assembled, an activation process was performed by charge / discharge of 1 / 3C × 2 cycles.
The test cell (half cell) of each example was manufactured by the above.
[充放電特性]
リチウムイオン二次電池に対し、1/50Cレートで充電及び放電を行った。充電は4.5VカットのCC充電で、放電は2.6VカットのCC放電で、それぞれ行われた。
[Charge / discharge characteristics]
The lithium ion secondary battery was charged and discharged at a 1/50 C rate. Charging was performed by CC charging with 4.5V cut, and discharging was performed by CC discharging with 2.6V cut.
各例(実施例1〜17,比較例1〜4)のリチウムイオン二次電池の充電容量と放電容量の測定結果を表1に示した。合わせて、実施例1のリチウムイオン二次電池における充放電特性を図3に示した。 Table 1 shows the measurement results of the charge capacity and discharge capacity of the lithium ion secondary batteries of each example (Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 4). In addition, the charge / discharge characteristics of the lithium ion secondary battery of Example 1 are shown in FIG.
表1に示したように、各実施例の二次電池は、充電容量及び放電容量が比較例1〜2と比較して、いずれも優れたものとなっている。
また、図3に示したように、実施例1の二次電池は、良好な充放電特性が得られることが確認された。
As shown in Table 1, the secondary batteries of each example are superior in charge capacity and discharge capacity as compared with Comparative Examples 1 and 2.
Moreover, as shown in FIG. 3, it was confirmed that the secondary battery of Example 1 has good charge / discharge characteristics.
[安全性試験]
リチウムイオン二次電池に対し、1/50Cレートで4.8Vまで、CC充電で充電を行った。
充電終了後、電池を解体し、正極を取り出した。
[Safety test]
The lithium ion secondary battery was charged by CC charging up to 4.8 V at a 1/50 C rate.
After charging, the battery was disassembled and the positive electrode was taken out.
取り出した正極は、DMCで洗浄した後、ヘリウム雰囲気下で、室温〜1000℃まで20℃/minの昇温速度で加温した。その際に正極から発生した酸素の量をTPD−MS測定により測定した。
測定結果を、表1に合わせて示した。
The positive electrode taken out was washed with DMC and then heated at a temperature increase rate of 20 ° C./min from room temperature to 1000 ° C. in a helium atmosphere. At that time, the amount of oxygen generated from the positive electrode was measured by TPD-MS measurement.
The measurement results are shown in Table 1.
表1に示したように、各実施例の二次電池は、発生した酸素量が比較例3〜4と比較して、いずれも優れたものとなっている。 As shown in Table 1, the secondary batteries of each example are superior in the amount of generated oxygen compared to Comparative Examples 3-4.
以上の各試験から、各実施例の二次電池は、電池特性と安全性に優れた二次電池となっている。 From the above tests, the secondary battery of each example is a secondary battery excellent in battery characteristics and safety.
1:リチウムイオン二次電池
11:正極ケース
12:シール材(ガスケット)
13:非水電解質
14:正極
140:正極集電体
141:正極合剤層
15:セパレータ
16:負極ケース
17:負極
170:負極集電体
171:負極合剤層
18:保持部材
1: Lithium ion secondary battery 11: Positive electrode case 12: Sealing material (gasket)
13: Nonaqueous electrolyte 14: Positive electrode 140: Positive electrode current collector 141: Positive electrode mixture layer 15: Separator 16: Negative electrode case 17: Negative electrode 170: Negative electrode current collector 171: Negative electrode mixture layer 18: Holding member
Claims (4)
Li層と、Ni層とを備えた層状構造を有し、
粉末X線回折を測定したときに、空間群R3mで指数付けをした際に、(003)反射のピーク強度(I003)と、(104)反射のピーク強度(I104)と、ピーク強度比(I003/I104)が0.9以上であることを特徴とする正極材料。 Li 2 Ni α M 1 β M 2 γ Mn η O 4-ε (0.50 <α ≦ 1.33, 0.33 ≦ γ ≦ 1.1, 0 ≦ η ≦ 1.00, 0 ≦ β <0 .67, 0 ≦ ε ≦ 1.00, M 1 : at least one selected from Co, Ga, M 2 : at least one selected from Ge, Sn, Sb)
Having a layered structure comprising a Li layer and a Ni layer;
When the powder X-ray diffraction was measured and indexed with the space group R3m, (003) peak intensity of reflection (I 003 ), (104) peak intensity of reflection (I 104 ), and peak intensity ratio A positive electrode material having (I 003 / I 104 ) of 0.9 or more.
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