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JP6322730B1 - Positive electrode active material for lithium ion secondary battery and method for producing the same - Google Patents

Positive electrode active material for lithium ion secondary battery and method for producing the same Download PDF

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JP6322730B1 JP2017001137A JP2017001137A JP6322730B1 JP 6322730 B1 JP6322730 B1 JP 6322730B1 JP 2017001137 A JP2017001137 A JP 2017001137A JP 2017001137 A JP2017001137 A JP 2017001137A JP 6322730 B1 JP6322730 B1 JP 6322730B1
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Abstract

【課題】リン酸リチウム系化合物を用いつつも、高い充放電容量を有するリチウムイオン二次電池を得ることのできる、正極活物質として有用なリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体及びその製造方法を提供する。【解決手段】下記式(I):LiFeaMnbMgcCodM1ePO4・・・(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子と、下記式(II):Li2FefMngCohAliM2jSiO4・・・(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とが担持してなり、かつ上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子の含有量と上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子の含有量との質量比((I):(II))が、50:50を超え95:5以下であるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。【選択図】なしA positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery useful as a positive electrode active material capable of obtaining a lithium ion secondary battery having a high charge / discharge capacity while using a lithium phosphate compound, and its production Provide a method. Lithium phosphate compound particles represented by the following formula (I): LiFeaMnbMgCodM1ePO4 (I), and lithium silicate system represented by the following formula (II): Li2FefMngCohAliM2jSiO4 (II) Mass of the content of the lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) and the content of the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) The positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery having a ratio ((I) :( II)) of more than 50:50 and 95: 5 or less. [Selection figure] None

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池における充放電容量を有効に高めることのできるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery that can effectively increase the charge / discharge capacity in the lithium ion secondary battery, and a method for producing the same.

リチウムイオン二次電池等の二次電池は、非水電解質電池の1種であり、携帯電話、デジタルカメラ、ノートPC、ハイブリッド自動車、電気自動車等広い分野に利用されている。リチウムイオン二次電池は、正極材料としてリチウム金属酸化物を用い、負極材料としてグラファイト等の炭素材を用いるものが主流となっている。   A secondary battery such as a lithium ion secondary battery is a kind of non-aqueous electrolyte battery, and is used in a wide range of fields such as mobile phones, digital cameras, notebook PCs, hybrid cars, and electric cars. Lithium ion secondary batteries mainly use lithium metal oxide as a positive electrode material and a carbon material such as graphite as a negative electrode material.

この正極材料としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、ケイ酸鉄リチウム(Li2FeSiO4)等、数多くのものが知られている。なかでも、オリビン構造を有するLi(Fe,Mn)PO4等のリン酸リチウム系化合物は、資源的な制約に大きく左右されることがなく、しかも高い安全性を発揮することができるため、電池物性に優れるリチウムイオン二次電池を得るには有用な正極材料であり、従来より種々の開発がなされている。 There are many known positive electrode materials such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), and lithium iron silicate (Li 2 FeSiO 4 ). Yes. In particular, lithium phosphate compounds such as Li (Fe, Mn) PO 4 having an olivine structure are not greatly affected by resource restrictions, and can exhibit high safety. It is a positive electrode material useful for obtaining a lithium ion secondary battery having excellent physical properties, and various developments have heretofore been made.

例えば、特許文献1では、一次結晶粒子を超微粒子化して、オリビン型正極活物質内のリチウムイオン拡散距離の短縮化を図ることにより、得られる電池の性能向上を試みている。また、特許文献2では、正極活物質の粒子表面に伝導性炭質材料を均一に堆積させ、かかる粒子表面で規則的な電場分布を得ることにより、電池の高出力化を図っている。   For example, in Patent Document 1, an attempt is made to improve the performance of the obtained battery by making primary crystal particles ultrafine particles and shortening the lithium ion diffusion distance in the olivine-type positive electrode active material. In Patent Document 2, a conductive carbonaceous material is uniformly deposited on the particle surface of the positive electrode active material, and a regular electric field distribution is obtained on the particle surface to increase the output of the battery.

特開2010−251302号公報JP 2010-251302 A 特開2001−15111号公報JP 2001-15111 A

しかしながら、これらの正極活物質は、いずれもリン酸リチウム系化合物を用いていることが主たる要因となり、その余の電池物性には優れるものの、充放電容量を充分に高めることができない可能性が依然として高く、さらなる改善が求められている。   However, these positive electrode active materials are mainly caused by the use of lithium phosphate compounds, and although the remaining battery properties are excellent, there is still a possibility that the charge / discharge capacity cannot be sufficiently increased. It is expensive and further improvement is required.

したがって、本発明の課題は、リン酸リチウム系化合物を用いつつも、高い充放電容量を有するリチウムイオン二次電池を得ることのできる、正極活物質として有用なリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体及びその製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery that is useful as a positive electrode active material and that can provide a lithium ion secondary battery having a high charge / discharge capacity while using a lithium phosphate compound. It is providing the composite_body | complex and its manufacturing method.

そこで本発明者らは、種々検討したところ、主としてリン酸リチウム系化合物を用いつつも、リン酸リチウム系化合物の粒子とケイ酸リチウム系化合物の粒子とが担持してなる複合体であれば、得られるリチウムイオン電池において、有効に充放電容量を高めることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。   Therefore, the present inventors have made various studies, and while using mainly a lithium phosphate compound, a composite comprising lithium phosphate compound particles and lithium silicate compound particles is supported. In the obtained lithium ion battery, it discovered that charging / discharging capacity could be increased effectively, and came to complete this invention.

すなわち、本発明は、下記式(I):
LiFeaMnbMgcCod ePO4・・・(I)
(式(I)中、M1はNi、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b、c、d及びeは、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、0≦d≦1、0≦e≦0.2、及び2×(a+b+c+d)+(Mの価数)×e=2を満たし、かつa+b+c+d≠0を満たす数を示す。)
で表されるリン酸リチウム系化合物粒子と、下記式(II):
Li2FefMngCohAli2 jSiO4・・・(II)
(式(II)中、M2はNi、Zn、V又はZrを示す。f、g、h、i及びjは、0≦f≦1、0≦g≦1、0≦h≦1、0≦i≦1、0≦j<1、及び2×(f+g+h)+3×i+(Mの価数)×j=2を満たし、かつf+g+h+i≠0を満たす数を示す。)
で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とが担持してなり、かつ上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子の含有量と上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子の含有量との質量比((I):(II))が、50:50を超え95:5以下であるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体を提供するものである。
That is, the present invention provides the following formula (I):
LiFe a Mn b Mg c Co d M 1 e PO 4 (I)
(In formula (I), M 1 represents Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. A, b, c, d, and e are 0. ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 0.2, and 2 × (a + b + c + d) + (valence of M 1 ) × e = 2 And a number satisfying and a + b + c + d ≠ 0.)
Lithium phosphate compound particles represented by the following formula (II):
Li 2 Fe f Mn g Co h Al i M 2 j SiO 4 ··· (II)
(In the formula (II), M 2 represents Ni, Zn, V or Zr. F, g, h, i and j are 0 ≦ f ≦ 1, 0 ≦ g ≦ 1, 0 ≦ h ≦ 1, 0. ≦ i ≦ 1, 0 ≦ j <1, and 2 × (f + g + h) + 3 × i + (valence of M 2 ) × j = 2 and a number satisfying f + g + h + i ≠ 0 is shown.
The lithium silicate compound particles represented by the formula (I) and the lithium silicate compound particles represented by the formula (II) Provided is a positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery having a mass ratio ((I) :( II)) of more than 50:50 and not more than 95: 5 with respect to the content of compound particles.

また、本発明は、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子と上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とを、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合処理する工程(X)を備える、上記リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法を提供するものである。   The present invention also mixes lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) and lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) while applying compressive force and shear force. The manufacturing method of the said positive electrode active material composite_body | complex for lithium ion secondary batteries provided with process (X) to process is provided.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体によれば、これを正極活物質として用いることにより得られるリチウムイオン電池において、リン酸リチウム系化合物を用いつつも、充放電容量を充分に高めることができ、優れた電池物性を兼ね備えることが可能である。   According to the positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention, in a lithium ion battery obtained by using this as a positive electrode active material, a sufficient charge / discharge capacity is achieved while using a lithium phosphate compound. It is possible to enhance the battery physical properties.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体は、下記式(I):
LiFeaMnbMgcCod ePO4・・・(I)
(式(I)中、M1はNi、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b、c、d及びeは、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、0≦d≦1、0≦e≦0.2、及び2×(a+b+c+d)+(Mの価数)×e=2を満たし、かつa+b+c+d≠0を満たす数を示す。)
で表されるリン酸リチウム系化合物粒子と、下記式(II):
Li2FefMngCohAli2 jSiO4・・・(II)
(式(II)中、M2はNi、Zn、V又はZrを示す。f、g、h、i及びjは、0≦f≦1、0≦g≦1、0≦h≦1、0≦i≦1、0≦j<1、及び2×(f+g+h)+3×i+(Mの価数)×j=2を満たし、かつf+g+h+i≠0を満たす数を示す。)
で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とが担持してなる粒子である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention has the following formula (I):
LiFe a Mn b Mg c Co d M 1 e PO 4 (I)
(In formula (I), M 1 represents Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. A, b, c, d, and e are 0. ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 0.2, and 2 × (a + b + c + d) + (valence of M 1 ) × e = 2 And a number satisfying and a + b + c + d ≠ 0.)
Lithium phosphate compound particles represented by the following formula (II):
Li 2 Fe f Mn g Co h Al i M 2 j SiO 4 ··· (II)
(In the formula (II), M 2 represents Ni, Zn, V or Zr. F, g, h, i and j are 0 ≦ f ≦ 1, 0 ≦ g ≦ 1, 0 ≦ h ≦ 1, 0. ≦ i ≦ 1, 0 ≦ j <1, and 2 × (f + g + h) + 3 × i + (valence of M 2 ) × j = 2 and a number satisfying f + g + h + i ≠ 0 is shown.
These are particles formed by supporting lithium silicate compound particles represented by

これら上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子、及び上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子は、いずれもオリビン型構造を有する粒子である。前者のリン酸リチウム系化合物粒子は、少なくとも鉄、マンガン、マグネシウム、及びコバルトのいずれかの遷移金属を含み、後者のケイ酸リチウム系化合物粒子は、少なくとも鉄、マンガン、コバルト、アルミニウムのいずれかの金属を含み、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体は、これらの粒子が担持してなる有用なリチウムイオン二次電池用正極活物質である。   The lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) and the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) are both particles having an olivine structure. The former lithium phosphate compound particles include at least one of transition metals of iron, manganese, magnesium, and cobalt, and the latter lithium silicate compound particles include at least one of iron, manganese, cobalt, and aluminum. The positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention containing a metal is a useful positive electrode active material for a lithium ion secondary battery formed by supporting these particles.

上記式(I)中、M1はNi、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示し、好ましくはMg、Zr、又はMoである。a、b、c、及びdは、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、0≦d≦1であり、好ましくは0.05≦a≦0.95、0.01≦b≦1、0≦c≦0.1、0≦d≦0.1であり、より好ましくは0.1≦a≦0.9、0.1≦b≦1、0≦c≦0.05、0≦d≦0.05である。eは、0≦e≦0.2であり、好ましくは0≦e<0.1である。そして、a、b、c、d及びeは、2×(a+b+c+d)+(Mの価数)×e=2を満たし、かつa+b+c+d≠0を満たす数である。
上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物としては、具体的には、例えばLiFe0.9Mn0.1PO4、LiFe0.2Mn0.8PO4、LiFe0.15Mn0.75Mg0.1PO4、LiFe0.19Mn0.75Zr0.03PO4等が挙げられ、なかでもLiFe0.2Mn0.8PO4が好ましい。
In the above formula (I), M 1 represents Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd, preferably Mg, Zr, or Mo. a, b, c, and d are 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1, preferably 0.05 ≦ a ≦ 0.95, 0. 01 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 0.1, 0 ≦ d ≦ 0.1, more preferably 0.1 ≦ a ≦ 0.9, 0.1 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 0 .05, 0 ≦ d ≦ 0.05. e is 0 ≦ e ≦ 0.2, and preferably 0 ≦ e <0.1. A, b, c, d and e are numbers satisfying 2 × (a + b + c + d) + (valence of M 1 ) × e = 2 and satisfying a + b + c + d ≠ 0.
Specific examples of the lithium phosphate compound represented by the above formula (I) include LiFe 0.9 Mn 0.1 PO 4 , LiFe 0.2 Mn 0.8 PO 4 , LiFe 0.15 Mn 0.75 Mg 0.1 PO 4 , and LiFe 0.19 Mn 0.75. Zr 0.03 PO 4 and the like can be mentioned, among which LiFe 0.2 Mn 0.8 PO 4 is preferable.

上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物の平均粒径は、好ましくは30〜800nmであり、より好ましくは40〜500nmであるまた、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物のタップ密度は、好ましくは0.4〜1.5g/cmであり、より好ましくは0.5〜1.4g/cm3である。
なお、タップ密度とは、重量既知の測定対象試料m(g)を入れた測定用容器を機械的にタップし、体積変化が認められなくなった時の試料体積V(cm3)を読み取り、式m/Vを用いて計算された値から求めた平均値を意味する。
The average particle diameter of the lithium phosphate compound represented by the above formula (I) is preferably 30 to 800 nm, more preferably 40 to 500 nm. Moreover, the lithium phosphate represented by the above formula (I) The tap density of the system compound is preferably 0.4 to 1.5 g / cm 3 , more preferably 0.5 to 1.4 g / cm 3 .
The tap density is obtained by mechanically tapping a measurement container containing a sample m (g) having a known weight and reading the sample volume V (cm 3 ) when no volume change is recognized. The average value calculated | required from the value calculated using m / V is meant.

上記式(II)中、M2はNi、Zn、V又はZrを示し、好ましくはV又はZrであり、より好ましくはZrである。f、g、h、及びiは、0≦f≦1、0≦g≦1、0≦h≦1、0≦i≦1であり、好ましくは0.01≦f≦0.99、0.01≦g≦0.99、0≦h≦0.3、0≦i≦0.3であり、より好ましくは0.1≦f≦0.9、0.1≦g≦0.9、0≦h≦0.15、0≦i≦0.15である。jは、0≦j<1であり、好ましくは0<j<0.2である。そして、これらf、g、h、i及びjは、2×(f+g+h)+3×i+(Mの価数)×j=2を満たし、かつf+g+h+i≠0を満たす数である。
上記式(II)で表されるポリアニオン材料粒子としては、具体的には、例えばLi2Fe0.45Mn0.45Co0.1SiO4、Li2Fe0.36Mn0.54Al0.066SiO4、Li2Fe0.45Mn0.45Zn0.1SiO4、Li2Fe0.36Mn0.540.066SiO4、Li2Fe0.282Mn0.658Zr0.02SiO4等が挙げられ、なかでもLi2Fe0.282Mn0.658Zr0.02SiO4が好ましい。
In the above formula (II), M 2 represents Ni, Zn, V or Zr, preferably V or Zr, more preferably Zr. f, g, h, and i are 0 ≦ f ≦ 1, 0 ≦ g ≦ 1, 0 ≦ h ≦ 1, 0 ≦ i ≦ 1, preferably 0.01 ≦ f ≦ 0.99, 0. 01 ≦ g ≦ 0.99, 0 ≦ h ≦ 0.3, 0 ≦ i ≦ 0.3, more preferably 0.1 ≦ f ≦ 0.9, 0.1 ≦ g ≦ 0.9, 0 ≦ h ≦ 0.15 and 0 ≦ i ≦ 0.15. j is 0 ≦ j <1, and preferably 0 <j <0.2. These f, g, h, i and j are numbers satisfying 2 × (f + g + h) + 3 × i + (valence of M 2 ) × j = 2 and satisfying f + g + h + i ≠ 0.
Specific examples of the polyanion material particles represented by the above formula (II) include Li 2 Fe 0.45 Mn 0.45 Co 0.1 SiO 4 , Li 2 Fe 0.36 Mn 0.54 Al 0.066 SiO 4 , Li 2 Fe 0.45 Mn 0.45 Zn Examples include 0.1 SiO 4 , Li 2 Fe 0.36 Mn 0.54 V 0.066 SiO 4 , and Li 2 Fe 0.282 Mn 0.658 Zr 0.02 SiO 4. Among them, Li 2 Fe 0.282 Mn 0.658 Zr 0.02 SiO 4 is preferable.

上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子の平均粒径は、好ましくは10〜150nmであり、より好ましくは10〜120nmである。また、上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子のタップ密度は、好ましくは0.4〜1.5g/cm3であり、より好ましくは0.5〜1.4g/cm3である。 The average particle size of the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) is preferably 10 to 150 nm, more preferably 10 to 120 nm. The tap density of the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) is preferably 0.4 to 1.5 g / cm 3 , more preferably 0.5 to 1.4 g / cm 3. It is.

上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物の含有量と上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子の含有量との質量比((I):(II))は、50:50を超え95:5以下であり、好ましくは55:45〜90:10であり、より好ましくは60:40〜85:15であり、さらに好ましくは65:35〜80:20である。本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体は、このような質量比を保持しつつ、複数の上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物と複数の上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とが、互いに凝集しながら堅固に担持されてなる粒子である。こうした構造を有する複合体であることによって、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物と上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とが相乗的に作用し合うこととなり、リチウムイオン二次電池を構築した際、リン酸リチウム系化合物のみで構成された正極活物質を用いた場合よりも、顕著に充放電容量を向上させることができる。   The mass ratio ((I) :( II)) of the content of the lithium phosphate compound represented by the above formula (I) and the content of the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) is 50:50 and 95: 5 or less, preferably 55:45 to 90:10, more preferably 60:40 to 85:15, and even more preferably 65:35 to 80:20. . The positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention has a plurality of lithium phosphate compounds represented by the above formula (I) and a plurality of the above formulas (II) while maintaining such a mass ratio. Are particles that are firmly supported while aggregating with each other. The composite having such a structure allows the lithium phosphate compound represented by the above formula (I) and the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) to act synergistically. Thus, when a lithium ion secondary battery is constructed, the charge / discharge capacity can be remarkably improved as compared with the case of using a positive electrode active material composed only of a lithium phosphate compound.

上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物の含有量は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体中に、好ましくは50質量%を超え94質量%以下であり、より好ましくは55〜89質量%であり、さらに好ましくは60〜84質量%である。また、上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子の含有量は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体中に、好ましくは6質量%を超え50質量%未満であり、より好ましくは11〜45質量%であり、さらに好ましくは16〜40質量%である。   The content of the lithium phosphate compound represented by the above formula (I) is preferably more than 50% by mass and 94% by mass or less in the positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention, More preferably, it is 55-89 mass%, More preferably, it is 60-84 mass%. Further, the content of the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) is preferably more than 6% by mass and less than 50% by mass in the positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention. More preferably, it is 11-45 mass%, More preferably, it is 16-40 mass%.

上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物、及び上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子は、充放電容量向上の観点から、上記式(I)で表されるポリアニオン材料の粒子表面、或いは双方の粒子表面に、セルロースナノファイバー由来の炭素又は水溶性炭素材料由来の炭素が担持してなるものであるのが好ましい。   The lithium phosphate compound represented by the above formula (I) and the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) are represented by the above formula (I) from the viewpoint of improving charge / discharge capacity. It is preferable that carbon derived from cellulose nanofibers or carbon derived from a water-soluble carbon material is supported on the particle surface of the polyanion material or both particle surfaces.

上記炭素源としてのセルロースナノファイバーとは、全ての植物細胞壁の約5割を占める骨格成分であって、かかる細胞壁を構成する植物繊維をナノサイズまで解繊等することにより得ることができる軽量高強度繊維であり、セルロースナノファイバー由来の炭素は、周期的構造を有する。かかるセルロースナノファイバーの繊維径は、1nm〜100nmであり、水への良好な分散性も有している。また、セルロースナノファイバーを構成するセルロース分子鎖では、炭素による周期的構造が形成されていることから、これが炭化されつつ上記無機化合物とも相まって、双方のリチウム系化合物の粒子表面に堅固に担持されることにより、充放電容量を向上させることのできる有用なリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体を得ることができる。   The cellulose nanofiber as the carbon source is a skeletal component that occupies about 50% of all plant cell walls, and can be obtained by defibrating the plant fibers constituting such cell walls to nano size. Carbon, which is a strength fiber and derived from cellulose nanofibers, has a periodic structure. The fiber diameter of the cellulose nanofiber is 1 nm to 100 nm, and has good dispersibility in water. Further, in the cellulose molecular chain constituting the cellulose nanofiber, since a periodic structure is formed by carbon, this is carbonized together with the inorganic compound and is firmly supported on the particle surfaces of both lithium compounds. Thus, a useful positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery capable of improving the charge / discharge capacity can be obtained.

上記炭素源としての水溶性炭素材料とは、25℃の水100gに、水溶性炭素材料の炭素原子換算量で0.4g以上、好ましくは1.0g以上溶解する炭素材料を意味し、炭化されることで炭素として上記リチウム系化合物粒子表面に存在する。かかる水溶性炭素材料としては、例えば、糖類、ポリオール、ポリエーテル、及び有機酸から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等の単糖類;マルトース、スクロース、セロビオース等の二糖類;デンプン、デキストリン等の多糖類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブタンジオール、プロパンジオール、ポリビニルアルコール、グリセリン等のポリオールやポリエーテル;クエン酸、酒石酸、アスコルビン酸等の有機酸が挙げられる。なかでも、溶媒への溶解性及び分散性を高めて炭素材料として効果的に機能させる観点から、グルコース、フルクトース、スクロース、デキストリンが好ましく、グルコースがより好ましい。   The water-soluble carbon material as the carbon source means a carbon material that dissolves in 100 g of water at 25 ° C. in an amount equivalent to carbon atom of the water-soluble carbon material of 0.4 g or more, preferably 1.0 g or more. Therefore, it is present on the surface of the lithium compound particles as carbon. Examples of the water-soluble carbon material include one or more selected from saccharides, polyols, polyethers, and organic acids. More specifically, for example, monosaccharides such as glucose, fructose, galactose and mannose; disaccharides such as maltose, sucrose and cellobiose; polysaccharides such as starch and dextrin; ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol and butane Examples include polyols and polyethers such as diol, propanediol, polyvinyl alcohol, and glycerin; and organic acids such as citric acid, tartaric acid, and ascorbic acid. Among these, glucose, fructose, sucrose, and dextrin are preferable, and glucose is more preferable from the viewpoint of improving the solubility and dispersibility in a solvent and effectively functioning as a carbon material.

上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子表面、又は上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子表面に担持されてなる炭素の担持量は、上記炭素源である水溶性炭素材料の炭素原子換算量に相当する。かかる炭素の担持量(水溶性炭素材料由来の炭素の原子換算量)は、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子又は上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子中に、好ましくは0.3〜20質量%であり、より好ましくは0.4〜15質量%であり、さらに好ましくは0.5〜10質量%である。
なお、リチウム系化合物粒子中に存在する水溶性炭素材料の炭素の原子換算量(炭素の担持量)は、炭素・硫黄分析装置を用いて測定した炭素量として、確認することができる。
The amount of carbon supported on the surface of the lithium phosphate compound particles represented by the formula (I) or the surface of the lithium silicate compound particles represented by the formula (II) is the carbon source. It corresponds to the carbon atom equivalent amount of the water-soluble carbon material. The amount of carbon supported (atomic equivalent amount of carbon derived from the water-soluble carbon material) is the lithium phosphate compound particle represented by the above formula (I) or the lithium silicate compound represented by the above formula (II). In the particles, it is preferably 0.3 to 20% by mass, more preferably 0.4 to 15% by mass, and still more preferably 0.5 to 10% by mass.
In addition, the carbon atom conversion amount (carbon loading amount) of the water-soluble carbon material present in the lithium compound particles can be confirmed as the carbon amount measured using a carbon / sulfur analyzer.

上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子、又は上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子は、リチウム化合物を含む混合物Aに、リン酸化合物又はケイ酸化合物を混合して複合体Aを得る工程(A)、
得られた複合体Aと、少なくとも鉄化合物、マンガン化合物、マグネシウム化合物、又はコバルト化合物のいずれかを含む金属塩、或いは少なくとも少なくとも鉄化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、又はアルミニウム化合物のいずれかを含む金属塩を含有するスラリー水Bを水熱反応に付して複合体Bを得る工程(B)、並びに
得られた複合体Bを焼成する工程(C)
を備える製造方法により得ることができ、これら上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子と上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とを各々独立した上記製造方法にしたがって製造し、別個独立した粒子として得る。
すなわち、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子を得る場合には、工程(A)においてリン酸化合物を用い、上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子を得る場合には、工程(A)においてケイ酸化合物を用いればよい。また、これらのポリアニオン材料粒子表面にセルロースナノファイバー由来の炭素又は水溶性炭素材料由来の炭素を担持させる場合には、工程(A)又は工程(B)において、セルロースナノファイバー又は水溶性炭素材料を添加すればよい。
The lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) or the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) are prepared by adding a phosphate compound or a silicate compound to a mixture A containing a lithium compound. Mixing to obtain complex A (A),
The obtained complex A and a metal salt containing at least one of an iron compound, a manganese compound, a magnesium compound, or a cobalt compound, or a metal containing at least one of an iron compound, a manganese compound, a cobalt compound, or an aluminum compound Step (B) of obtaining slurry B by subjecting slurry water B containing salt to a hydrothermal reaction, and step (C) of firing obtained composite B
The lithium phosphate compound particles represented by the formula (I) and the lithium silicate compound particles represented by the formula (II) can be obtained independently from each other. To obtain as separate and independent particles.
That is, when obtaining the lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I), the phosphate compound is used in the step (A), and the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) are used. When obtaining, a silicic acid compound may be used in the step (A). Moreover, when carrying | supporting carbon derived from cellulose nanofiber or carbon derived from a water-soluble carbon material on the surface of these polyanion material particles, the cellulose nanofiber or the water-soluble carbon material is used in the step (A) or the step (B). What is necessary is just to add.

工程(A)は、リチウム化合物を含む混合物Aに、リン酸化合物又はケイ酸化合物を混合して複合体Aを得る工程である。
用い得るリチウム化合物としては、水酸化物(例えばLiOH・HO)、炭酸化物、硫酸化物、酢酸化物が挙げられる。なかでも、水酸化物が好ましい。
混合物Aにおけるリチウム化合物の含有量は、水100質量部に対し、好ましくは5〜50質量部であり、より好ましくは7〜45質量部である。より具体的には、工程(A)においてリン酸化合物を用いた場合、混合物Aにおけるリチウム化合物の含有量は、水100質量部に対し、好ましくは5〜50質量部であり、より好ましくは10〜45質量部である。また、ケイ酸化合物を用いた場合、混合物Aにおけるケイ酸化合物の含有量は、水100質量部に対し、好ましくは5〜40質量部であり、より好ましくは7〜35質量部である。
The step (A) is a step of obtaining the composite A by mixing the phosphoric acid compound or the silicic acid compound with the mixture A containing the lithium compound.
Examples of lithium compounds that can be used include hydroxides (for example, LiOH.H 2 O), carbonates, sulfates, and acetates. Of these, hydroxide is preferable.
The content of the lithium compound in the mixture A is preferably 5 to 50 parts by mass, more preferably 7 to 45 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water. More specifically, when a phosphoric acid compound is used in the step (A), the content of the lithium compound in the mixture A is preferably 5 to 50 parts by mass, more preferably 10 to 100 parts by mass of water. -45 parts by mass. Moreover, when a silicic acid compound is used, the content of the silicic acid compound in the mixture A is preferably 5 to 40 parts by mass, more preferably 7 to 35 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water.

混合物Aにリン酸化合物又はケイ酸化合物を混合する前に、予め混合物Aを撹拌しておくのが好ましい。かかる混合物Aの撹拌時間は、好ましくは1〜15分であり、より好ましくは3〜10分である。また、混合物Aの温度は、好ましくは20〜90℃であり、より好ましくは20〜70℃である。   Before mixing the phosphoric acid compound or the silicic acid compound with the mixture A, it is preferable to stir the mixture A in advance. The stirring time of the mixture A is preferably 1 to 15 minutes, more preferably 3 to 10 minutes. Moreover, the temperature of the mixture A becomes like this. Preferably it is 20-90 degreeC, More preferably, it is 20-70 degreeC.

工程(A)で用いるリン酸化合物としては、オルトリン酸(H3PO4、リン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム等が挙げられる。なかでもリン酸を用いるのが好ましく、70〜90質量%濃度の水溶液として用いるのが好ましい。かかる工程(A)では、混合物Aにリン酸を混合するにあたり、混合物Aを撹拌しながらリン酸を滴下するのが好ましい。混合物Aにリン酸を滴下して少量ずつ加えることで、混合物A中において良好に反応が進行して、複合体Aがスラリー中で均一に分散しつつ生成され、かかる複合体Aが不要に凝集するのをも効果的に抑制することができる。 Examples of the phosphoric acid compound used in the step (A) include orthophosphoric acid (H 3 PO 4 , phosphoric acid), metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, and ammonium hydrogen phosphate. . Of these, phosphoric acid is preferably used, and is preferably used as an aqueous solution having a concentration of 70 to 90% by mass. In the step (A), when phosphoric acid is mixed with the mixture A, it is preferable to add phosphoric acid dropwise while stirring the mixture A. By adding phosphoric acid dropwise to the mixture A and adding it little by little, the reaction proceeds well in the mixture A, and the composite A is generated while being uniformly dispersed in the slurry, and the composite A is agglomerated unnecessarily. It can also be effectively suppressed.

リン酸の上記混合物Aへの滴下速度は、好ましくは15〜50mL/分であり、より好ましくは20〜45mL/分であり、さらに好ましくは28〜40mL/分である。また、リン酸を滴下しながらの混合物Aの撹拌時間は、好ましくは0.5〜24時間であり、より好ましくは3〜12時間である。さらに、リン酸を滴下しながらの混合物Aの撹拌速度は、好ましくは200〜700rpmであり、より好ましくは250〜600rpmであり、さらに好ましくは300〜500rpmである。
なお、混合物Aを撹拌する際、さらに混合物Aの沸点温度以下に冷却するのが好ましい。具体的には、80℃以下に冷却するのが好ましく、20〜60℃に冷却するのがより好ましい。
The dropping rate of phosphoric acid into the mixture A is preferably 15 to 50 mL / min, more preferably 20 to 45 mL / min, and further preferably 28 to 40 mL / min. Moreover, the stirring time of the mixture A while dropping phosphoric acid is preferably 0.5 to 24 hours, and more preferably 3 to 12 hours. Furthermore, the stirring speed of the mixture A while dropping phosphoric acid is preferably 200 to 700 rpm, more preferably 250 to 600 rpm, and further preferably 300 to 500 rpm.
In addition, when stirring the mixture A, it is preferable to further cool to the boiling point temperature of the mixture A or lower. Specifically, cooling to 80 ° C. or lower is preferable, and cooling to 20 to 60 ° C. is more preferable.

工程(A)で用いるケイ酸化合物としては、反応性のあるシリカ化合物であれば特に限定されず、非晶質シリカ、NaSiO(例えばNaSiO・HO)等が挙げられる。 The silicic acid compound used in the step (A) is not particularly limited as long as it is a reactive silica compound, and examples thereof include amorphous silica, Na 4 SiO 4 (for example, Na 4 SiO 4 .H 2 O), and the like. .

リン酸化合物又はケイ酸化合物を混合した後の混合物Aは、リン酸又はケイ酸1モルに対し、リチウムを2.0〜4.0モル含有するのが好ましく、2.0〜3.1モル含有するのがより好ましく、このような量となるよう、上記リチウム化合物と、リン酸化合物又はケイ酸化合物を用いればよい。より具体的には、工程(A)においてリン酸化合物を用いた場合、リン酸化合物を混合した後の混合物Aは、リン酸1モルに対し、リチウムを2.7〜3.3モル含有するのが好ましく、2.8〜3.1モル含有するのがより好ましい。工程(A)においてケイ酸化合物を用いた場合、ケイ酸化合物を混合した後の混合物Aは、ケイ酸1モルに対し、リチウムを2.0〜4.0モル含有するのが好ましく、2.0〜3.0含有するのがより好ましい。
このような量となるよう、上記リチウム化合物と、リン酸化合物又はケイ酸化合物を用いればよい。
The mixture A after mixing the phosphoric acid compound or silicic acid compound preferably contains 2.0 to 4.0 moles of lithium with respect to 1 mole of phosphoric acid or silicic acid, and 2.0 to 3.1 moles. The lithium compound and the phosphoric acid compound or silicic acid compound may be used so that the amount is more preferable. More specifically, when a phosphoric acid compound is used in step (A), the mixture A after mixing the phosphoric acid compound contains 2.7 to 3.3 mol of lithium with respect to 1 mol of phosphoric acid. Of these, 2.8 to 3.1 mol is more preferable. When a silicic acid compound is used in the step (A), the mixture A after mixing the silicic acid compound preferably contains 2.0 to 4.0 mol of lithium with respect to 1 mol of silicic acid. It is more preferable to contain 0-3.0.
What is necessary is just to use the said lithium compound and a phosphoric acid compound or a silicic acid compound so that it may become such quantity.

リン酸化合物又はケイ酸化合物を混合した後の混合物Aに対して窒素をパージすることにより、かかる混合物中での反応を完了させて、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子又は上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子の前駆体である複合体Aを混合物中に生成させる。窒素がパージされると、混合物A中の溶存酸素濃度が低減された状態で反応を進行させることができ、また得られる複合体Aを含有する混合物中の溶存酸素濃度も効果的に低減されるため、次の工程で添加する鉄化合物やマンガン化合物等の酸化を抑制することができる。かかる複合体Aを含有する混合物中において、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子又は上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子の前駆体は、微細な分散粒子として存在する。   Lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) are obtained by purging the mixture A after mixing the phosphoric acid compound or silicic acid compound with nitrogen to complete the reaction in the mixture. Alternatively, the composite A that is a precursor of the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) is formed in the mixture. When nitrogen is purged, the reaction can proceed in a state where the dissolved oxygen concentration in the mixture A is reduced, and the dissolved oxygen concentration in the resulting mixture containing the complex A is also effectively reduced. Therefore, oxidation of the iron compound or manganese compound added in the next step can be suppressed. In the mixture containing the composite A, the lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) or the precursor of the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) are finely dispersed. Present as particles.

窒素をパージする際における圧力は、好ましくは0.1〜0.2MPaであり、より好ましくは0.1〜0.15MPaである。また、リン酸化合物又はケイ酸化合物を混合した後の混合物Aの温度は、好ましくは20〜80℃であり、より好ましくは20〜60℃である。
また、窒素をパージする際、反応を良好に進行させる観点から、リン酸化合物又はケイ酸化合物を混合した後の混合物Aを撹拌するのが好ましい。このときの撹拌速度は、好ましくは200〜700rpmであり、より好ましくは250〜600rpmである。
The pressure for purging nitrogen is preferably 0.1 to 0.2 MPa, more preferably 0.1 to 0.15 MPa. Moreover, the temperature of the mixture A after mixing a phosphoric acid compound or a silicic acid compound becomes like this. Preferably it is 20-80 degreeC, More preferably, it is 20-60 degreeC.
Moreover, when purging nitrogen, it is preferable to stir the mixture A after mixing a phosphoric acid compound or a silicic acid compound from a viewpoint of making reaction progress favorable. The stirring speed at this time is preferably 200 to 700 rpm, more preferably 250 to 600 rpm.

また、より効果的に複合体Aの分散粒子表面における酸化を抑制し、分散粒子の微細化を図る観点から、リン酸化合物又はケイ酸化合物を混合した後の混合物A中における溶存酸素濃度を0.5mg/L以下とするのが好ましく、0.2mg/L以下とするのがより好ましい。   Further, from the viewpoint of more effectively suppressing the oxidation of the composite A on the surface of the dispersed particles and miniaturizing the dispersed particles, the dissolved oxygen concentration in the mixture A after mixing the phosphate compound or the silicate compound is set to 0. 0.5 mg / L or less is preferable, and 0.2 mg / L or less is more preferable.

工程(B)は、工程(A)で得られた複合体Aと、少なくとも鉄化合物、マンガン化合物、マグネシウム化合物、又はコバルト化合物のいずれかを含む金属塩、或いは少なくとも少なくとも鉄化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、又はアルミニウム化合物のいずれかを含む金属塩を含有するスラリー水Bを水熱反応に付して、複合体Bを得る工程である。上記工程(A)により得られた複合体Aを、混合物のまま、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子又は上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子の前駆体として用い、これに上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子の前駆体には、少なくとも鉄化合物、マンガン化合物、マグネシウム化合物、又はコバルト化合物のいずれかを含む金属塩を添加し、上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子の前駆体には、少なくとも鉄化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、又はアルミニウム化合物のいずれかを含む金属塩を添加して、スラリー水Bとして用いるのが好ましい。これにより、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子又は上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子が極めて微細になり、互いの粒子を有効に散在させつつ堅固に担持させることが可能となり、得られるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体をリチウムイオン二次電池用正極として用いた際、優れた充放電容量を発揮することができる。   In the step (B), the complex A obtained in the step (A) and at least a metal salt containing any one of an iron compound, a manganese compound, a magnesium compound, and a cobalt compound, or at least an iron compound, a manganese compound, and cobalt In this step, slurry water B containing a metal salt containing either a compound or an aluminum compound is subjected to a hydrothermal reaction to obtain composite B. The composite A obtained by the step (A) is a mixture of the lithium phosphate compound particles represented by the formula (I) or the lithium silicate compound particles represented by the formula (II). A metal salt containing at least one of an iron compound, a manganese compound, a magnesium compound, or a cobalt compound is added to the precursor of the lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I). A metal salt containing at least one of an iron compound, a manganese compound, a cobalt compound, or an aluminum compound is added to the precursor of the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II), and slurry water is added. It is preferable to use as B. As a result, the lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) or the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) become very fine, and the particles are firmly dispersed while being effectively dispersed. When the resulting positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery is used as a positive electrode for a lithium ion secondary battery, an excellent charge / discharge capacity can be exhibited.

用い得る鉄化合物としては、酢酸鉄、硝酸鉄、硫酸鉄、及びこれらの水和物等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、硫酸鉄が好ましい。
用い得るマンガン化合物としては、酢酸マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン、及びこれらの水和物等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、硫酸マンガンが好ましい。
用い得るコバルト化合物としては、酢酸コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト、及びこれらの水和物等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、硫酸コバルトが好ましい。
用い得るアルミニウム化合物としては、酢酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、及びこれらの水和物等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、硫酸アルミニウムが好ましい。
用い得るマグネシウム化合物としては、酢酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、及びこれらの水和物等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、硫酸マグネシウムが好ましい。
Examples of iron compounds that can be used include iron acetate, iron nitrate, iron sulfate, and hydrates thereof. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, iron sulfate is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics.
Examples of manganese compounds that can be used include manganese acetate, manganese nitrate, manganese sulfate, and hydrates thereof. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, manganese sulfate is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics.
Examples of the cobalt compound that can be used include cobalt acetate, cobalt nitrate, cobalt sulfate, and hydrates thereof. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, cobalt sulfate is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics.
Examples of the aluminum compound that can be used include aluminum acetate, aluminum nitrate, aluminum sulfate, and hydrates thereof. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, aluminum sulfate is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics.
Examples of magnesium compounds that can be used include magnesium acetate, magnesium nitrate, magnesium sulfate, and hydrates thereof. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, magnesium sulfate is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics.

例えば、金属塩として、鉄化合物とマンガン化合物の双方を用いる場合、これらマンガン化合物及び鉄化合物の使用モル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、好ましくは99:1〜1:99であり、より好ましくは90:10〜10:90である。   For example, when both an iron compound and a manganese compound are used as the metal salt, the molar ratio of the manganese compound and the iron compound used (manganese compound: iron compound) is preferably 99: 1 to 1:99, more preferably Is 90: 10-10: 90.

さらに、必要に応じて、金属塩として、上記以外の金属(M1、又はM2)塩を用いてもよい。金属(M1、又はM2)塩におけるM1、及びM2は、上記式(I)又は上記式(II)中のM1、又はM2と同義であり、かかる金属塩として、硫酸塩、ハロゲン化合物、有機酸塩、及びこれらの水和物等を用いることができる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上用いてもよい。なかでも、電池物性を高める観点から、硫酸塩を用いるのがより好ましい。
これら金属(M1、又はM2)塩を用いる場合、鉄化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、アルミニウム化合物、マグネシウム化合物、及び金属(M1、又はM2)塩の合計添加量は、上記工程(A)において得られた混合物中のリン酸又はケイ酸1モルに対し、好ましくは0.99〜1.01モルであり、より好ましくは0.995〜1.005モルである。
Furthermore, if necessary, a metal (M 1 or M 2 ) salt other than the above may be used as the metal salt. Metal (M 1, or M 2) M 1 in the salts, and M 2 has the same meaning as M 1, or M 2 in the formula (I) or above-mentioned formula (II), as such a metal salt, sulfate , Halogen compounds, organic acid salts, and hydrates thereof can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, it is more preferable to use a sulfate from the viewpoint of improving battery physical properties.
When these metal (M 1 or M 2 ) salts are used, the total amount of iron compound, manganese compound, cobalt compound, aluminum compound, magnesium compound, and metal (M 1 or M 2 ) salt added is It is preferably 0.99 to 1.01 mol, more preferably 0.995 to 1.005 mol, per 1 mol of phosphoric acid or silicic acid in the mixture obtained in A).

水熱反応に付する際に用いる水の使用量は、用いる金属塩の溶解性、撹拌の容易性、及び合成の効率等の観点から、スラリー水B中に含有されるリン酸又はケイ酸イオン1モルに対し、好ましくは10〜50モルであり、より好ましくは12.5〜45モルである。より具体的には、水熱反応に付する際に用いる水の使用量は、スラリー水B中に含有されるイオンがリン酸イオンの場合、好ましくは10〜30モルであり、より好ましくは12.5〜25モルである。また、スラリー水B中に含有されるイオンがケイ酸イオンの場合、好ましくは10〜50モルであり、より好ましくは12.5〜45モルである。   The amount of water used for the hydrothermal reaction is phosphoric acid or silicate ions contained in the slurry water B from the viewpoint of the solubility of the metal salt used, the ease of stirring, the efficiency of synthesis, etc. Preferably it is 10-50 mol with respect to 1 mol, More preferably, it is 12.5-45 mol. More specifically, the amount of water used for the hydrothermal reaction is preferably 10 to 30 mol, more preferably 12 when the ions contained in the slurry water B are phosphate ions. .5 to 25 moles. Moreover, when the ion contained in the slurry water B is a silicate ion, Preferably it is 10-50 mol, More preferably, it is 12.5-45 mol.

工程(B)において、上記金属塩の添加順序は特に制限されない。また、これらの金属塩を添加するとともに、必要に応じて酸化防止剤を添加してもよい。かかる酸化防止剤としては、亜硫酸ナトリウム(NaSO)、ハイドロサルファイトナトリウム(Na)、アンモニア水等を使用することができる。酸化防止剤の添加量は、過剰に添加されることで、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子又は上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子の生成が抑制されるのを防止する観点から、用いる全金属塩の合計1モルに対し、好ましくは0.01〜1モルであり、より好ましくは0.03〜0.5モルである。 In the step (B), the order of adding the metal salts is not particularly limited. Moreover, while adding these metal salts, you may add antioxidant as needed. As such an antioxidant, sodium sulfite (Na 2 SO 3 ), sodium hydrosulfite (Na 2 S 2 O 4 ), aqueous ammonia and the like can be used. The addition amount of the antioxidant is excessively added, thereby generating lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) or lithium silicate compound particles represented by the above formula (II). From the viewpoint of preventing suppression, it is preferably 0.01 to 1 mol, more preferably 0.03 to 0.5 mol, relative to a total of 1 mol of all metal salts used.

上記金属塩や酸化防止剤を添加することにより得られるスラリー水B中における複合体Bの含有量は、好ましくは10〜50質量%であり、より好ましくは15〜45質量%であり、さらに好ましくは20〜40質量%である。   The content of the complex B in the slurry water B obtained by adding the metal salt or the antioxidant is preferably 10 to 50% by mass, more preferably 15 to 45% by mass, and still more preferably. Is 20-40 mass%.

工程(B)における水熱反応は、100℃以上であればよく、130〜180℃が好ましい。水熱反応は耐圧容器中で行うのが好ましく、130〜180℃で反応を行う場合、この時の圧力は0.3〜0.9MPaであるのが好ましく、140〜160℃で反応を行う場合の圧力は0.3〜0.6MPaであるのが好ましい。水熱反応時間は0.1〜48時間が好ましく、さらに0.2〜24時間が好ましい。
得られた複合体Bは、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子又は上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子を含む粒状の複合体である。これは、ろ過後、水で洗浄し、乾燥することにより単離できる。なお、乾燥手段は、凍結乾燥、真空乾燥が用いられる。
The hydrothermal reaction in a process (B) should just be 100 degreeC or more, and 130-180 degreeC is preferable. The hydrothermal reaction is preferably carried out in a pressure vessel, and when the reaction is carried out at 130 to 180 ° C, the pressure at this time is preferably 0.3 to 0.9 MPa, and the reaction is carried out at 140 to 160 ° C. The pressure is preferably 0.3 to 0.6 MPa. The hydrothermal reaction time is preferably 0.1 to 48 hours, more preferably 0.2 to 24 hours.
The obtained composite B is a granular composite containing the lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) or the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II). This can be isolated by washing with water after filtration and drying. As the drying means, freeze drying or vacuum drying is used.

工程(C)は、得られた複合体Bを焼成する工程である。工程(A)又は工程(B)において、セルロースナノファイバー又は水溶性炭素材料を添加した場合には、焼成は、還元雰囲気又は不活性雰囲気中で行う。焼成温度は、炭素源としてセルロースナノファイバー又は水溶性炭素材料を用いた場合には、これをより有効に炭化させる等の観点から、好ましくは500〜800℃であり、より好ましくは600〜770℃であり、さらに好ましくは650〜750℃である。また、焼成時間は、好ましくは10分〜3時間、より好ましくは30分〜1.5時間とするのがよい。   Step (C) is a step of firing the obtained composite B. In the step (A) or the step (B), when cellulose nanofiber or a water-soluble carbon material is added, the firing is performed in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. When the cellulose nanofiber or the water-soluble carbon material is used as the carbon source, the firing temperature is preferably 500 to 800 ° C, more preferably 600 to 770 ° C from the viewpoint of carbonizing the cellulose nanofiber more effectively. More preferably, it is 650-750 degreeC. The firing time is preferably 10 minutes to 3 hours, more preferably 30 minutes to 1.5 hours.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体は、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子と、上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とが担持してなる粒子であり、かかるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の平均粒径は、好ましくは1〜100μmであり、より好ましくは5〜50μmである。また、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体のタップ密度は、好ましくは0.5〜2.5g/cm3であり、より好ましくは1.5〜2.5g/cm3である。さらに、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体のBET比表面積は、充放電容量を向上させる観点から、好ましくは5〜40m2/gであり、より好ましくは7〜30m2/gである。 The positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention comprises a lithium phosphate compound particle represented by the above formula (I) and a lithium silicate compound particle represented by the above formula (II). The average particle size of the positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery is preferably 1 to 100 μm, more preferably 5 to 50 μm. Moreover, the tap density of the positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention is preferably 0.5 to 2.5 g / cm 3 , more preferably 1.5 to 2.5 g / cm 3 . is there. Further, BET specific surface area of the positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention, from the viewpoint of improving the charge-discharge capacity, preferably 5 to 40 m 2 / g, more preferably 7~30m 2 / g.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体は、その粒子表面に、セルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料由来の炭素が担持してなるものであってもよい。かかる炭素が担持してなることにより、リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の粒子表面のみならず、凝集して互いに担持してなる上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子と上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子との間隙にも炭素を散在又は介在させることができ、これをリチウムイオン二次電池用正極として用いた際、より電池性能を高めて、充放電容量の向上に寄与することができる。   The positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention may have a particle surface on which carbon derived from a water-insoluble conductive carbon material other than cellulose nanofibers is supported. Lithium phosphate compound represented by the above formula (I), which is supported not only on the particle surface of the positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery but also agglomerated and supported on each other by supporting the carbon. Carbon can also be interspersed or interspersed between the particles and the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II), and when this is used as a positive electrode for a lithium ion secondary battery, battery performance is further improved. It can raise and it can contribute to the improvement of charging / discharging capacity.

上記炭素源としての水不溶性導電性炭素材料とは、25℃の水100gに対する溶解量が、水不溶性導電性炭素材料の炭素原子換算量で0.4g未満である水不溶性の炭素材料であって、セルロースナノファイバー以外の炭素源であり、還元焼成等せずともそのもの自体が導電性を有する炭素源である。かかる水不溶性導電性炭素材料としては、グラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、及びサーマルブラックから選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。グラファイトとしては、人造グラファイト(鱗片状、塊状、土状、グラフェン)、天然グラファイトのいずれであってもよい。   The water-insoluble conductive carbon material as the carbon source is a water-insoluble carbon material whose dissolution amount in 100 g of water at 25 ° C. is less than 0.4 g in terms of carbon atom of the water-insoluble conductive carbon material. It is a carbon source other than cellulose nanofibers, and is itself a carbon source having electrical conductivity without reduction firing. Examples of the water-insoluble conductive carbon material include one or more selected from graphite, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black. The graphite may be any of artificial graphite (scaly, massive, earthy, graphene) or natural graphite.

上記セルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料のBET比表面積は、充放電容量を効果的に高める観点から、好ましくは1〜750m2/gであり、より好ましくは3〜500m2/gである。また、上記セルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料の平均粒子径は、同様の観点から、好ましくは0.5〜20μmであり、より好ましくは1.0〜15μmである。 The BET specific surface area of the water-insoluble conductive carbon material other than the cellulose nanofiber is preferably 1 to 750 m 2 / g, more preferably 3 to 500 m 2 / g, from the viewpoint of effectively increasing the charge / discharge capacity. is there. Moreover, from the same viewpoint, the average particle diameter of the water-insoluble conductive carbon material other than the cellulose nanofiber is preferably 0.5 to 20 μm, and more preferably 1.0 to 15 μm.

かかるセルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料由来の炭素の原子換算量(炭素の担持量)は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体中に、好ましくは1〜15質量%であり、より好ましくは2〜12質量%であり、さらに好ましくは3〜10質量%である。
なお、リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体中に存在するセルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料の炭素の原子換算量(炭素の担持量)は、炭素・硫黄分析装置を用いて測定した炭素量として、確認することができる。
The amount of carbon in terms of carbon derived from the water-insoluble conductive carbon material other than the cellulose nanofiber (the amount of carbon supported) is preferably 1 to 15 mass in the positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention. %, More preferably 2 to 12% by mass, and even more preferably 3 to 10% by mass.
In addition, the atomic conversion amount of carbon (carbon loading) of the water-insoluble conductive carbon material other than the cellulose nanofibers present in the positive electrode active material composite for lithium ion secondary battery is determined using a carbon / sulfur analyzer. It can confirm as the measured carbon amount.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の具体的な態様としては、例えば、以下のものが挙げられる。
(1)上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子(セルロースナノファイバー由来の炭素及び水溶性炭素材料由来の炭素の担持あり)と、上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子(セルロースナノファイバー由来の炭素及び水溶性炭素材料由来の炭素の担持あり)とが上記所定の質量比で担持してなるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体、
(2)上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子(セルロースナノファイバー由来の炭素及び水溶性炭素材料由来の炭素の担持なし)と、上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子(セルロースナノファイバー由来の炭素及び水溶性炭素材料由来の炭素の担持なし)とが上記所定の質量比で担持してなり、かつリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の粒子表面にセルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料由来の炭素が担持してなるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体、
(3)上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子(セルロースナノファイバー由来の炭素及び水溶性炭素材料由来の炭素の担持あり)と、上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子(セルロースナノファイバー由来の炭素及び水溶性炭素材料由来の炭素の担持なし)とが上記所定の質量比で担持してなるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体、
(4)上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子(セルロースナノファイバー由来の炭素及び水溶性炭素材料由来の炭素の担持あり)と、上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子(セルロースナノファイバー由来の炭素及び水溶性炭素材料由来の炭素の担持なし)とが上記所定の質量比で担持してなり、かつリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の粒子表面にセルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料由来の炭素が担持してなるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体、
(5)上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子(セルロースナノファイバー由来の炭素及び水溶性炭素材料由来の炭素の担持あり)と、上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子(セルロースナノファイバー由来の炭素及び水溶性炭素材料由来の炭素の担持あり)とが上記所定の質量比で担持してなり、かつリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の粒子表面にセルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料由来の炭素が担持してなるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
Specific examples of the positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention include the following.
(1) Lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) (supporting carbon derived from cellulose nanofibers and water-soluble carbon material) and silicic acid represented by the above formula (II) A positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery in which lithium compound particles (with carbon from cellulose nanofibers and carbon from a water-soluble carbon material) are supported at the predetermined mass ratio,
(2) Lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) (without supporting carbon derived from cellulose nanofibers and water-soluble carbon material) and silicic acid represented by the above formula (II) Particles of a positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery comprising lithium-based compound particles (no support of carbon derived from cellulose nanofibers and no carbon derived from a water-soluble carbon material) at the predetermined mass ratio. A positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery comprising carbon derived from a water-insoluble conductive carbon material other than cellulose nanofibers on the surface;
(3) Lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) (supporting carbon derived from cellulose nanofibers and water-soluble carbon material) and silicic acid represented by the above formula (II) A positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery in which lithium-based compound particles (without supporting carbon derived from cellulose nanofibers and carbon derived from a water-soluble carbon material) are supported at the predetermined mass ratio;
(4) Lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) (supporting carbon derived from cellulose nanofibers and water-soluble carbon material) and silicic acid represented by the above formula (II) Particles of a positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery comprising lithium-based compound particles (no support of carbon derived from cellulose nanofibers and no carbon derived from a water-soluble carbon material) at the predetermined mass ratio. A positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery comprising carbon derived from a water-insoluble conductive carbon material other than cellulose nanofibers on the surface;
(5) Lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) (supporting carbon derived from cellulose nanofibers and water-soluble carbon material) and silicic acid represented by the above formula (II) Lithium compound particles (with carbon from cellulose nanofibers and carbon from water-soluble carbon material) supported at the predetermined mass ratio, and particles of positive electrode active material composite for lithium ion secondary battery A positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery, on the surface of which carbon derived from a water-insoluble conductive carbon material other than cellulose nanofibers is supported.

これらリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(1)〜(5)の態様のなかでも、効率的かつ効果的にリチウムイオン二次電池のサイクル特性の向上を図る観点から、リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(5)の態様が好ましい。   Among these aspects of the positive electrode active material composites (1) to (5) for lithium ion secondary batteries, from the viewpoint of improving the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery efficiently and effectively, the lithium ion secondary battery The embodiment of the positive electrode active material composite (5) for a battery is preferable.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体は、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子と上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とを、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合処理する工程(X)を備える製造方法により得ることができる。   The positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention comprises a lithium phosphate compound particle represented by the above formula (I) and a lithium silicate compound particle represented by the above formula (II), It can be obtained by a production method comprising a step (X) of mixing treatment while applying a compressive force and a shearing force.

具体的には、工程(X)は、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子及び上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子を混合した後、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する工程であるのが好ましい。これにより、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子と上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とが均一に分散したまま堅固に凝集しつつ担持させることができ、かかる工程(X)を経た後、焼成工程を介することなく、リチウムイオン電池において充放電容量を充分に高めることのできる正極活物質として有用な、リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体を得ることができる。   Specifically, in the step (X), after mixing the lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) and the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II), the compression force and The step of mixing while applying a shearing force is preferred. As a result, the lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) and the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) can be supported while firmly agglomerated while being uniformly dispersed. And a positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery useful as a positive electrode active material capable of sufficiently increasing the charge / discharge capacity in a lithium ion battery without going through the firing step after such a step (X). Can be obtained.

圧縮力及びせん断力を付加しながらの混合処理は、周速度30〜45m/sで回転するインペラを備えた密閉容器内で行うのが好ましい。かかるインペラの周速度は、上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子及び上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子を堅固に担持させ、得られるリチウムイオン二次電池における充放電容量を有効に高める観点から、好ましくは35〜45m/sである。
なお、インペラの周速度とは、回転式攪拌翼(インペラ)の最外端部の速度を意味し、下記式(1)により表すことができ、また圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理を行う時間は、インペラの周速度が遅いほど長くなるように、インペラの周速度によっても変動し得る。
インペラの周速度(m/s)=
インペラの半径(m)×2×π×回転数(rpm)÷60・・・(1)
The mixing treatment while applying the compressive force and the shearing force is preferably performed in a closed container equipped with an impeller rotating at a peripheral speed of 30 to 45 m / s. The peripheral speed of the impeller is such that the lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) and the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) are firmly supported, and the resulting lithium ion secondary From the viewpoint of effectively increasing the charge / discharge capacity of the battery, it is preferably 35 to 45 m / s.
The peripheral speed of the impeller means the speed of the outermost end of the rotary stirring blade (impeller), which can be expressed by the following formula (1), and is mixed while applying compressive force and shearing force. The processing time may vary depending on the peripheral speed of the impeller so that it becomes longer as the peripheral speed of the impeller is slower.
Impeller peripheral speed (m / s) =
Impeller radius (m) × 2 × π × rotational speed (rpm) ÷ 60 (1)

圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理を行う時間は、インペラの周速度が遅いほど長くなるように、インペラの周速度によっても変動し得るが、好ましくは5〜90分間であり、より好ましくは10〜60分である。また、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理を行う際の温度は、好ましくは5〜80℃であり、より好ましくは10〜50℃である。処理雰囲気としては、特に限定されないが、不活性ガス雰囲気下、又は還元ガス雰囲気下が好ましい。   The time for performing the mixing process while applying compressive force and shearing force may vary depending on the peripheral speed of the impeller so that the slower the peripheral speed of the impeller, the more preferably it is 5 to 90 minutes. Preferably it is 10 to 60 minutes. Moreover, the temperature at the time of performing the process which mixes adding a compressive force and a shear force becomes like this. Preferably it is 5-80 degreeC, More preferably, it is 10-50 degreeC. The treatment atmosphere is not particularly limited, but is preferably an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere.

また、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の粒子表面に、セルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料由来の炭素を担持させる場合、工程(X)においてセルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料を添加し、これら上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子及び上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とともに混合すればよい。   Moreover, when carrying | supporting carbon derived from water-insoluble conductive carbon materials other than a cellulose nanofiber on the particle | grain surface of the positive electrode active material composite for lithium ion secondary batteries of this invention, other than a cellulose nanofiber in process (X). A water-insoluble conductive carbon material may be added and mixed with the lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) and the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II).

工程(X)の混合処理における、インペラの周速度及び/又は処理時間は、容器に投入する上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子及び上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子の量、或いは必要に応じて用いるセルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料の量に応じて適宜調整する必要がある。そして、容器を稼動させることにより、インペラと容器内壁との間でこれら混合物に圧縮力及びせん断力が付加されつつ、これを混合することが可能となり、これら粒子の表面又は間隙において、互いの粒子が緻密かつ均一に分散したリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体を形成することができる。   The peripheral speed and / or treatment time of the impeller in the mixing treatment in the step (X) are the lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) and the silica represented by the above formula (II) that are put into the container. It is necessary to adjust as appropriate according to the amount of the lithium acid compound compound particles or the amount of the water-insoluble conductive carbon material other than the cellulose nanofiber used as necessary. Then, by operating the container, compression force and shearing force are applied to the mixture between the impeller and the inner wall of the container, and the mixture can be mixed. Can be formed into a dense and uniformly dispersed positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery.

例えば、上記混合する処理を周速度35〜40m/sで回転するインペラを備える密閉容器内で、10〜15分間行う場合、容器に投入する上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子、上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子、及びセルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料の合計量は、有効容器(インペラを備える密閉容器のうち、複合体Y及びカーボンブラックを収容可能な部位に相当する容器)1cm3当たり、好ましくは0.1〜0.7gであり、より好ましくは0.15〜0.4gである。 For example, when the mixing process is carried out for 10 to 15 minutes in an airtight container equipped with an impeller rotating at a peripheral speed of 35 to 40 m / s, the lithium phosphate compound represented by the above formula (I) to be charged into the container The total amount of the particles, the lithium silicate compound particles represented by the above formula (II), and the water-insoluble conductive carbon material other than the cellulose nanofibers is the effective container (composite Y and the sealed container including the impeller). A container corresponding to a part capable of accommodating carbon black) per cm 3 is preferably 0.1 to 0.7 g, more preferably 0.15 to 0.4 g.

このような圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理を容易に行うことができる密閉容器を備える装置としては、高速せん断ミル、ブレード型混練機等が挙げられ、具体的には、例えば、微粒子複合化装置 ノビルタ(ホソカワミクロン社製)を好適に用いることができる。   Examples of the apparatus equipped with a closed container that can easily perform mixing while applying compressive force and shear force include a high-speed shear mill, a blade-type kneader, and the like. Fine particle composite apparatus Nobilta (manufactured by Hosokawa Micron Corporation) can be suitably used.

炭素源として上記セルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料を用いた場合、工程(X)を経た後、得られた混合物を焼成せずともよく、また焼成してもよい。焼成する場合には、還元雰囲気又は不活性雰囲気中で行うのが好ましい。焼成温度は、好ましくは500〜800℃であり、より好ましくは600〜770℃であり、さらに好ましくは650〜750℃である。また、焼成時間は、好ましくは10分〜3時間、より好ましくは30分〜1.5時間とするのがよい。   When a water-insoluble conductive carbon material other than the cellulose nanofiber is used as the carbon source, the mixture obtained may or may not be baked after step (X). When firing, it is preferably performed in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. The firing temperature is preferably 500 to 800 ° C, more preferably 600 to 770 ° C, and further preferably 650 to 750 ° C. The firing time is preferably 10 minutes to 3 hours, more preferably 30 minutes to 1.5 hours.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体を含む二次電池用正極を適用できる、リチウムイオン二次電池としては、正極と負極と電解液とセパレータを必須構成とするものであれば特に限定されない。   As a lithium ion secondary battery to which the positive electrode for a secondary battery including the positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery of the present invention can be applied, a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator are essential components. There is no particular limitation.

ここで、負極については、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。たとえば、リチウム金属、グラファイト又は非晶質炭素等の炭素材料等である。そしてリチウムイオンを電気化学的に吸蔵・放出し得るインターカレート材料で形成された電極、特に炭素材料を用いることが好ましい。   Here, as long as lithium ions can be occluded at the time of charging and released at the time of discharging, the material structure is not particularly limited, and a known material structure can be used. For example, a carbon material such as lithium metal, graphite, or amorphous carbon. It is preferable to use an electrode formed of an intercalating material capable of electrochemically occluding and releasing lithium ions, particularly a carbon material.

電解液は、有機溶媒に支持塩を溶解させたものである。有機溶媒は、通常リチウムイオン二次電池の電解液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。   The electrolytic solution is obtained by dissolving a supporting salt in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent usually used for an electrolyte solution of a lithium ion secondary battery. For example, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones An oxolane compound or the like can be used.

支持塩は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF、LiBF、LiClO及びLiAsFから選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSOCF、LiC(SOCF及びLiN(SOCF、LiN(SO及びLiN(SOCF)(SO)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。 The type of the supporting salt is not particularly limited, but an inorganic salt selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 and LiAsF 6 , a derivative of the inorganic salt, LiSO 3 CF 3 , LiC (SO 3 CF 3 ) 2 and LiN (SO 3 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), organic salts, and derivatives of the organic salts It is preferable that it is at least 1 type of these.

セパレータは、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものである。たとえば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔膜を用いればよい。   The separator plays a role of electrically insulating the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolytic solution. For example, a porous synthetic resin film, particularly a polyolefin polymer (polyethylene, polypropylene) porous film may be used.

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

[製造例1:式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子(I−1)の製造]
LiOH・H2O 1272g、及び水 4Lを混合してスラリー水Aを得た。次いで、得られたスラリー水Aを、25℃の温度に保持しながら2〜3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液 1153gを35mL/分で滴下し、続いて12時間、速度400rpmで撹拌することによりリン酸三リチウム混合液Aを得た。かかる混合液Aは、リン1モルに対し、2.97モルのリチウムを含有していた。なお、得られた混合液Aは、窒素パージし、溶存酸素濃度を0.5mg/Lとした。次に、得られたリン酸三リチウムを含有する混合液A全量に対し、MnSO4・5H2O 1688g、FeSO4・7H2O 834gを添加して、混合液Aを得た。このとき、添加したMnSO4とFeSO4のモル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、70:30であった。
[Production Example 1: Production of lithium phosphate compound particles (I-1) represented by formula (I)]
1272 g of LiOH.H 2 O and 4 L of water were mixed to obtain slurry water A. Then, 1153 g of 85% phosphoric acid aqueous solution is dropped at 35 mL / min while stirring the obtained slurry water A at a temperature of 25 ° C. for 2 to 3 minutes, and then stirred at a speed of 400 rpm for 12 hours. to obtain a tricalcium phosphate lithium mixed solution a 1 by. Such mixture A 1, compared per mole of phosphorus and contained lithium 2.97 mol. Incidentally, the resulting mixture A 1 is purged with nitrogen, the dissolved oxygen concentration of 0.5 mg / L. Next, 1688 g of MnSO 4 .5H 2 O and 834 g of FeSO 4 .7H 2 O were added to the total amount of the mixed liquid A 1 containing the obtained trilithium phosphate to obtain a mixed liquid A 2 . At this time, the molar ratio of MnSO 4 and FeSO 4 added (manganese compound: iron compound) was 70:30.

次いで、得られた混合液Aをオートクレーブに投入し、170℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.8MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して複合体Aを得た。得られた複合体Aを1000g分取し、これに水1Lを添加して、混合液Aを得た。次いで、得られた混合液Aを超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた。 Then, a mixed liquid A 2 obtained was charged into an autoclave and subjected to 1 hour hydrothermal reaction at 170 ° C.. The pressure in the autoclave was 0.8 MPa. The produced crystal was filtered, and then washed with 12 parts by mass of water with respect to 1 part by mass of the crystal. The washed crystals were lyophilized at −50 ° C. for 12 hours to obtain complex A. The resulting composite A was collected 1000g fraction, to which was added water 1L, to obtain a mixture A 3. Then, a mixed solution A 3 obtained by dispersion treatment for 1 minute in an ultrasonic agitator (T25, IKA Co.), was evenly colored whole.

得られた混合液Aを、スプレードライ装置(MDL−050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライに付した後、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子(I−1)(LiFe0.3Mn0.7PO4)を得た。 The resulting mixture A 4, after subjecting to spray drying using a spray dryer (MDL-050M, manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.), under an argon atmosphere of hydrogen (hydrogen concentration: 3%), 1 hour baking at 700 ° C. As a result, lithium phosphate compound particles (I-1) (LiFe 0.3 Mn 0.7 PO 4 ) represented by the formula (I) were obtained.

[製造例2:式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子(I−2)の製造]
混合液Aの製造において、スラリー水Aにセルロースナノファイバー(セリッシュKY−100G、ダイセルファインケム製、繊維径4〜100nm)707gを混合した以外は製造例1と同様にして、1.2質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持された式(II)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子(I−2)(LiFe0.3Mn0.7PO4/C、炭素の量=1.2質量%)を得た。
[Production Example 2: Production of lithium phosphate compound particles (I-2) represented by formula (I)]
In the production of the mixed solution A 1, the cellulose nanofibers to the slurry water A (Celish KY-100G, Daicel Finechem manufactured, fiber diameter 4 to 100 nm) except that a mixture of 707g in the same manner as in Production Example 1, 1.2 wt% Lithium phosphate compound particles (I-2) represented by the formula (II) on which carbon derived from cellulose nanofibers is supported (LiFe 0.3 Mn 0.7 PO 4 / C, amount of carbon = 1.2% by mass) Got.

[製造例3:式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子(II−1)の製造]
LiOH・H2O 428g、Na4SiO4・nH2O 1397gに超純水3.75Lを混合してスラリー水Cを得た。このスラリー水Cに、FeSO4・7H2O 392g、MnSO4・5H2O 793g、及びZr(SO4・4H2O 53gを添加し、混合して混合液Cを得た。このとき、添加したFeSO4、MnSO4及びZr(SO4のモル比(鉄化合物:マンガン化合物:ジルコニウム化合物)は、28:66:3であった。
[Production Example 3: Production of lithium silicate compound particles (II-1) represented by formula (II)]
LiOH · H 2 O 428g, a mixture of ultra-pure water 3.75L to Na 4 SiO 4 · nH 2 O 1397g to obtain a slurry water C. To this slurry water C, 392 g of FeSO 4 .7H 2 O, 793 g of MnSO 4 .5H 2 O, and 53 g of Zr (SO 4 ) 2 .4H 2 O were added and mixed to obtain a mixture C 1 . At this time, the molar ratio of FeSO 4 , MnSO 4 and Zr (SO 4 ) 2 added (iron compound: manganese compound: zirconium compound) was 28: 66: 3.

次いで、得られた混合液Cをオートクレーブに投入し、150℃で12hr水熱反応を行った。オートクレーブの圧力は0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して複合体Cを得た。得られた複合体Cを500g分取し、これに水5mLを添加して、混合液Cを得た。次いで、得られた混合液Cを超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた。 Then, the mixture C 1 obtained was charged into an autoclave and subjected to 12hr hydrothermal reaction at 0.99 ° C.. The pressure in the autoclave was 0.4 MPa. The produced crystal was filtered, and then washed with 12 parts by mass of water with respect to 1 part by mass of the crystal. The washed crystals were lyophilized at −50 ° C. for 12 hours to obtain Complex C. The resulting complex C was collected 500g min, to which was added water 5 mL, to give a mixture C 2. Then, the resulting mixture C 2 to dispersion treatment for 1 minute in an ultrasonic agitator (T25, IKA Co.), was evenly colored whole.

得られた混合液Cを、スプレードライ装置(MDL−050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライに付した後、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、650℃で1時間焼成して、式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子(II−1)(Li2Fe0.28Mn0.66Zr0.03SiO4)を得た。 The mixture C 3 obtained after subjected to spray drying using a spray dryer (MDL-050M, manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.), under an argon atmosphere of hydrogen (hydrogen concentration: 3%), 1 hour baking at 650 ° C. As a result, lithium silicate compound particles (II-1) represented by the formula (II) (Li 2 Fe 0.28 Mn 0.66 Zr 0.03 SiO 4 ) were obtained.

[製造例4:式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子(II−2)の製造]
混合液Cの製造において、スラリー水Cにセルロースナノファイバー(セリッシュKY−100G、ダイセルファインケム製、繊維径4〜100nm)784gを混合した以外は製造例1と同様にして、3.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持された式(I)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子(II−2)(Li2Fe0.28Mn0.66Zr0.03SiO4/C、炭素の量=3.0質量%)を得た。
[Production Example 4: Production of lithium silicate compound particles (II-2) represented by formula (II)]
In the production of the mixed liquid C 1 , 3.0 mass% in the same manner as in Production Example 1 except that 784 g of cellulose nanofiber (Serish KY-100G, manufactured by Daicel Finechem, fiber diameter 4 to 100 nm) was mixed with the slurry water C. Lithium silicate compound particles (II-2) represented by the formula (I) on which carbon derived from cellulose nanofibers is supported (Li 2 Fe 0.28 Mn 0.66 Zr 0.03 SiO 4 / C, amount of carbon = 3. 0% by mass) was obtained.

[実施例1]
リン酸リチウム系化合物粒子(I−2)112gとケイ酸リチウム系化合物粒子(II−2)48gとを、ノビルタ(ホソカワミクロン社製、NOB130)を用いて40m/s(6000rpm)で30分間、複合化処理を行ってリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体A((I−2):70質量%、及び(II−2):30質量%の複合体)を得た。
[Example 1]
A composite of 112 g of lithium phosphate compound particles (I-2) and 48 g of lithium silicate compound particles (II-2) at 40 m / s (6000 rpm) for 30 minutes using Nobilta (manufactured by Hosokawa Micron Corporation, NOB130). The positive electrode active material composite A for lithium ion secondary batteries ((I-2): 70 mass% and (II-2): 30 mass% composite) was obtained.

[実施例2]
リン酸リチウム系化合物粒子(I−2)の代わりにリン酸リチウム系化合物粒子(I−1)112g、ケイ酸リチウム系化合物粒子(II−2)の代わりにケイ酸リチウム系化合物粒子(II−1)48gを用い、グラファイト6.7g(UP−5N、日本黒鉛社製、活物質中における炭素原子換算量で4質量%に相当)を添加した以外、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体B((I−1):67.2質量%、(II−1):28.8質量%、及びグラファイト:4質量%の複合体)を得た。
[Example 2]
Instead of lithium phosphate compound particles (I-2), 112 g of lithium phosphate compound particles (I-1), lithium silicate compound particles (II-) instead of lithium silicate compound particles (II-2) 1) In the same manner as in Example 1, except that 48 g was used and 6.7 g of graphite (UP-5N, manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., equivalent to 4% by mass in terms of carbon atom in the active material) was added. A positive electrode active material composite B for a secondary battery (a composite of (I-1): 67.2 mass%, (II-1): 28.8 mass%, and graphite: 4 mass%) was obtained.

[実施例3]
ケイ酸リチウム系化合物粒子(II−2)の代わりにケイ酸リチウム系化合物粒子(II−1)48gを用いた以外、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体C((I−2):70質量%、及び(II−1):30質量%の複合体)を得た。
[Example 3]
Positive electrode active material composite C for lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1 except that 48 g of lithium silicate compound particles (II-1) were used instead of lithium silicate compound particles (II-2). ((I-2): 70 mass% and (II-1): 30 mass% complex).

[実施例4]
ケイ酸リチウム系化合物粒子(II−2)の代わりにケイ酸リチウム系化合物粒子(II−1)48gを用い、グラファイト6.7g(UP−5N、日本黒鉛社製、活物質中における炭素原子換算量で4質量%に相当)を添加した以外、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体D((I−2):67.2質量%、(II−1):28.8質量%、及びグラファイト:4質量%の複合体)を得た。
[Example 4]
Instead of lithium silicate compound particles (II-2), 48 g of lithium silicate compound particles (II-1) were used and 6.7 g of graphite (UP-5N, manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., converted into carbon atoms in the active material) The positive electrode active material composite D for lithium ion secondary battery D ((I-2): 67.2 mass%, (II-1) : 28.8 mass%, and graphite: 4 mass%).

[実施例5]
グラファイト6.7g(UP−5N、日本黒鉛社製、活物質中における炭素原子換算量で4質量%に相当)を添加した以外、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体E((I−2):67.2質量%、(II−2):28.8質量%、及びグラファイト:4質量%の複合体)を得た。
[Example 5]
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1 except that 6.7 g of graphite (UP-5N, manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., equivalent to 4% by mass in terms of carbon atom in the active material) was added. Composite E ((I-2): 67.2% by mass, (II-2): 28.8% by mass, and graphite: 4% by mass) was obtained.

[実施例6]
リン酸リチウム系化合物粒子(I−2)を144g、ケイ酸リチウム系化合物粒子(II−2)を16gとし、グラファイト6.7g(UP−5N、日本黒鉛社製、活物質中における炭素原子換算量で4質量%に相当)を添加した以外、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体F((I−2):86.4質量%、(II−2):9.6質量%、及びグラファイト:4質量%の複合体)を得た。
[Example 6]
144 g of lithium phosphate compound particles (I-2) and 16 g of lithium silicate compound particles (II-2), 6.7 g of graphite (UP-5N, manufactured by Nippon Graphite Co., in terms of carbon atoms in the active material) The positive electrode active material composite F for lithium ion secondary battery F ((I-2): 86.4% by mass, (II-2) : 9.6% by mass, and graphite: 4% by mass).

[実施例7]
リン酸リチウム系化合物粒子(I−2)を128g、ケイ酸リチウム系化合物粒子(II−2)を32gとし、グラファイト6.7g(UP−5N、日本黒鉛社製、活物質中における炭素原子換算量で4質量%に相当)を添加した以外、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体G((I−2):76.8質量%、(II−2):19.2質量%、及びグラファイト:4質量%の複合体)を得た。
[Example 7]
128 g of lithium phosphate compound particles (I-2) and 32 g of lithium silicate compound particles (II-2), 6.7 g of graphite (UP-5N, manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., converted into carbon atoms in the active material) The positive electrode active material composite G for lithium ion secondary battery G ((I-2): 76.8% by mass, (II-2) : 19.2 mass% and graphite: 4 mass%).

[実施例8]
リン酸リチウム系化合物粒子(I−2)を96g、ケイ酸リチウム系化合物粒子(II−2)を6.7gとし、グラファイト6.7g(UP−5N、日本黒鉛社製、活物質中における炭素原子換算量で4質量%に相当)を添加した以外、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体H((I−2):57.6質量%、(II−2):38.4質量%、及びグラファイト:4質量%の複合体)を得た。
[Example 8]
96 g of lithium phosphate compound particles (I-2) and 6.7 g of lithium silicate compound particles (II-2), 6.7 g of graphite (UP-5N, manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., carbon in the active material) The positive electrode active material composite H for lithium ion secondary batteries H ((I-2): 57.6 mass%, (II- 2): 38.4% by mass, and graphite: 4% by mass.

[実施例9]
リン酸リチウム系化合物粒子(I−2)を81g、ケイ酸リチウム系化合物粒子(II−2)を79gとし、グラファイト6.7g(UP−5N、日本黒鉛社製、活物質中における炭素原子換算量で4質量%に相当)を添加した以外、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体I((I−2):48質量%、(II−2):48質量%、及びグラファイト:4質量%の複合体)を得た。
[Example 9]
81 g of lithium phosphate compound particles (I-2) and 79 g of lithium silicate compound particles (II-2), 6.7 g of graphite (UP-5N, manufactured by Nippon Graphite Co., in terms of carbon atoms in the active material) The positive electrode active material composite I for lithium ion secondary batteries I ((I-2): 48% by mass, (II-2): 48) Mass% and graphite: 4 mass% composite).

[比較例1]
製造例2で得られたリン酸リチウム系化合物粒子(I−2)のみをリチウムイオン二次電池用正極活物質J((I−2):100質量%)とした。
[Comparative Example 1]
Only the lithium phosphate compound particles (I-2) obtained in Production Example 2 were used as the positive electrode active material J for lithium ion secondary batteries ((I-2): 100% by mass).

[比較例2]
ノビルタを用いずに混合した以外、実施例5と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質混合物K((I−2):67.2質量%、(II−2):28.8質量%、及びグラファイト:4質量%の混合物)を得た。
[Comparative Example 2]
A positive electrode active material mixture K for lithium ion secondary battery K ((I-2): 67.2 mass%, (II-2): 28.8 mass%) in the same manner as in Example 5 except that mixing was performed without using Nobilta. % And graphite: a mixture of 4% by mass).

[比較例3]
ノビルタを用いずに混合した以外、実施例6と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質混合物L((I−2):86.4質量%、(II−2):9.6質量%、及びグラファイト:4質量%の混合物)を得た。
[Comparative Example 3]
A positive electrode active material mixture L for lithium ion secondary battery L ((I-2): 86.4% by mass, (II-2): 9.6% by mass) in the same manner as in Example 6 except that mixing was performed without using Nobilta. % And graphite: a mixture of 4% by mass).

[比較例4]
ノビルタを用いずに混合した以外、実施例7と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質混合物M((I−2):76.8質量%、(II−2):19.2質量%、及びグラファイト:4質量%の混合物)を得た。
[Comparative Example 4]
A positive electrode active material mixture M for lithium ion secondary battery M ((I-2): 76.8% by mass, (II-2): 19.2% by mass) in the same manner as in Example 7 except that mixing was performed without using Nobilta. % And graphite: a mixture of 4% by mass).

[比較例5]
ノビルタを用いずに混合した以外、実施例8と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質混合物N((I−2):57.6質量%、(II−2):38.4質量%、及びグラファイト:4質量%の混合物)を得た。
[Comparative Example 5]
A positive electrode active material mixture N for lithium ion secondary battery N ((I-2): 57.6% by mass, (II-2): 38.4% by mass) in the same manner as in Example 8 except that mixing was performed without using Nobilta. % And graphite: a mixture of 4% by mass).

[比較例6]
ノビルタを用いずに混合した以外、実施例9と同様にしてリチウムイオン二次電池用正極活物質混合物O((I−2):48質量%、(II−2):48質量%、及びグラファイト:4質量%の混合物)を得た。
[Comparative Example 6]
A positive electrode active material mixture O for lithium ion secondary battery O ((I-2): 48% by mass, (II-2): 48% by mass) and graphite in the same manner as in Example 9 except that mixing was performed without using novirta. : 4 mass% mixture).

《放電容量の評価》
実施例1〜9及び比較例1〜6で得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体A〜I又はリチウムイオン二次電池用材料粒子混合物J〜Oを正極活物質として用い、リチウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体A〜I又はリチウムイオン二次電池用材料粒子混合物J〜O、ケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデンを質量比75:20:5の配合割合で混合し、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。
その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、正極とした。
次いで、上記の正極を用いてコイン型二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔(リチウムイオン二次電池の場合)を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比1:1の割合で混合した混合溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、ポリプロピレンなどの高分子多孔フィルムなど、公知のものを用いた。これらの電池部品を露点が−50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型二次電池(CR−2032)を製造した。
<< Evaluation of discharge capacity >>
Lithium ion secondary battery positive electrode active material composites A to I or lithium ion secondary battery material particle mixtures J to O obtained in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 were used as positive electrode active materials. A positive electrode of an ion secondary battery was produced. Specifically, the positive electrode active material composites A to I for lithium ion secondary batteries or the material particle mixture J to O for lithium ion secondary batteries, ketjen black, and polyvinylidene fluoride in a mass ratio of 75:20: Then, N-methyl-2-pyrrolidone was added thereto and kneaded sufficiently to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm using a coating machine, and vacuum dried at 80 ° C. for 12 hours.
Thereafter, it was punched into a disk shape of φ14 mm and pressed at 16 MPa for 2 minutes using a hand press to obtain a positive electrode.
Next, a coin-type secondary battery was constructed using the positive electrode. A lithium foil (in the case of a lithium ion secondary battery) punched to φ15 mm was used for the negative electrode. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 was used. As the separator, a known one such as a polymer porous film such as polypropylene was used. These battery components were assembled and housed in a conventional manner in an atmosphere with a dew point of −50 ° C. or lower to produce a coin-type secondary battery (CR-2032).

製造した二次電池を用い、充放電試験を行った。具体的には、充電条件を電流0.1CA(17mA/g)、電圧4.5Vの定電流定電圧充電とし、放電条件を0.1CA(17mA/g)、終止電圧1.5Vの定電流放電として、0.1CAにおける放電容量を求めた。さらに、同様の充放電条件において、10サイクル繰り返し試験を行い、下記式(1)により容量保持率(%)を求めた。なお、充放電試験は全て30℃で行った。
容量保持率(%)=(10サイクル後の放電容量)/(1サイクル後の放電容量)
×100 ・・・(1)
さらに、製造した二次電池を用い、レート特性を評価した。具体的には、充電条件を電流0.1CA(17mA/g)、電圧4.5Vの定電流定電圧充電とし、放電条件を0.1CA(170mA/g)、終止電圧1.5Vの定電流放電として、1CAにおける放電容量を求めた。さらに、下記式(2)により0.1CAと1CAの放電容量の比を求めた。
放電容量の比(%)=(1サイクルの1CA放電容量)/(1サイクルの0.1CA 放電容量)×100 ・・・(2)
結果を表1に示す。
A charge / discharge test was performed using the manufactured secondary battery. Specifically, the charging condition is a constant current and constant voltage charging with a current of 0.1 CA (17 mA / g) and a voltage of 4.5 V, the discharging condition is a constant current of 0.1 CA (17 mA / g) and a final voltage of 1.5 V. As the discharge, the discharge capacity at 0.1 CA was determined. Furthermore, 10 cycles were repeatedly tested under the same charge / discharge conditions, and the capacity retention rate (%) was determined by the following formula (1). All charge / discharge tests were performed at 30 ° C.
Capacity retention (%) = (discharge capacity after 10 cycles) / (discharge capacity after 1 cycle)
× 100 (1)
Furthermore, rate characteristics were evaluated using the manufactured secondary battery. Specifically, the charging condition is a constant current and constant voltage charging with a current of 0.1 CA (17 mA / g) and a voltage of 4.5 V, the discharging condition is a constant current of 0.1 CA (170 mA / g) and a final voltage of 1.5 V. As the discharge, the discharge capacity at 1 CA was determined. Furthermore, the ratio of the discharge capacities of 0.1 CA and 1 CA was determined by the following formula (2).
Ratio of discharge capacity (%) = (1 CA discharge capacity per cycle) / (0.1 CA discharge capacity per cycle) × 100 (2)
The results are shown in Table 1.

Figure 0006322730
Figure 0006322730

表1から明らかなように、実施例で得られたリン酸リチウム系化合物の粒子(I)とケイ酸リチウム系化合物の粒子(II)とが担持してなる複合体を正極活物質として使用したリチウムイオン二次電池は、0.1CA放電容量、容量保持率、1CA放電容量及び0.1CAと1CAの放電容量の比(レート特性)の4項目の全てが高い値を示しているのに対し、比較例で得られたリン酸リチウム系化合物の粒子とケイ酸リチウム系化合物の粒子が混合されただけの混合物を正極活物質として使用したリチウムイオン二次電池では、これら4項目の全てが良好な値を示すものはなかった。
このように、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、リン酸リチウム系化合物からなる正極活物質の特徴である良好な容量保持率とレート特性を低下させることなく、放電容量を大きく向上させることができる。
As is apparent from Table 1, the composite formed by supporting the lithium phosphate compound particles (I) and the lithium silicate compound particles (II) obtained in the examples was used as the positive electrode active material. The lithium ion secondary battery has a high value in all four items of 0.1 CA discharge capacity, capacity retention, 1 CA discharge capacity, and ratio (rate characteristic) of 0.1 CA and 1 CA discharge capacity. In the lithium ion secondary battery using as the positive electrode active material a mixture in which the lithium phosphate compound particles and lithium silicate compound particles obtained in the comparative example were mixed, all of these four items were good. There was nothing that showed a good value.
Thus, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention increases the discharge capacity without deteriorating the good capacity retention and rate characteristics that are characteristic of the positive electrode active material comprising a lithium phosphate compound. Can be improved.

Claims (4)

下記式(I):
LiFe a Mn b Mg c Co d 1 e PO 4 ・・・(I)
(式(I)中、M 1 はNi、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b、c、d及びeは、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、0≦d≦1、0≦e≦0.2、及び2×(a+b+c+d)+(M 1 の価数)×e=2を満たし、かつa+b+c+d≠0を満たす数を示す。)
で表されるリン酸リチウム系化合物粒子と、下記式(II):
Li 2 Fe f Mn g Co h Al i 2 j SiO 4 ・・・(II)
(式(II)中、M 2 はNi、Zn、V又はZrを示す。f、g、h、i及びjは、0≦f≦1、0≦g≦1、0≦h≦1、0≦i≦1、0≦j<1、及び2×(f+g+h)+3×i+(M 2 の価数)×j=2を満たし、かつf+g+h+i≠0を満たす数を示す。)
で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とが担持してなり、かつ上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子の含有量が55〜89質量%であるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法であって、
上記式(I)で表されるリン酸リチウム系化合物粒子と上記式(II)で表されるケイ酸リチウム系化合物粒子とを、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して複合化する工程(X)を備えリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
The following formula (I):
LiFe a Mn b Mg c Co d M 1 e PO 4 (I)
(In formula (I), M 1 represents Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. A, b, c, d, and e are 0. ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 0.2, and 2 × (a + b + c + d) + ( valence of M 1 ) × e = 2 And a number satisfying and a + b + c + d ≠ 0.)
Lithium phosphate compound particles represented by the following formula (II):
Li 2 Fe f Mn g Co h Al i M 2 j SiO 4 ··· (II)
(In the formula (II), M 2 represents Ni, Zn, V or Zr. F, g, h, i and j are 0 ≦ f ≦ 1, 0 ≦ g ≦ 1, 0 ≦ h ≦ 1, 0. ≦ i ≦ 1, 0 ≦ j <1, and 2 × (f + g + h) + 3 × i + ( valence of M 2 ) × j = 2 and a number satisfying f + g + h + i ≠ 0 is shown.
For lithium ion secondary batteries in which the lithium silicate compound particles represented by formula (I) are supported and the content of the lithium phosphate compound particles represented by the formula (I) is 55 to 89% by mass. A method for producing a positive electrode active material composite comprising:
A step of mixing and compounding lithium phosphate compound particles represented by the above formula (I) and lithium silicate compound particles represented by the above formula (II) while applying compressive force and shear force production method for a lithium ion secondary battery Ru with a (X) a positive electrode active material composite.
工程(X)を、周速度30〜45m/sで回転するインペラを備える密閉容器内で行う請求項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。 Step a (X), the peripheral speed 30~45m / s in the manufacturing method for a lithium ion secondary battery positive electrode active material composite according to claim 1 carried out in a closed vessel equipped with an impeller rotating. さらに、セルロースナノファイバー又は水溶性炭素材料を添加する工程を含む請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。Furthermore, the manufacturing method of the positive electrode active material composite_body | complex for lithium ion secondary batteries of Claim 1 or 2 including the process of adding a cellulose nanofiber or a water-soluble carbon material. 工程(X)において、さらにセルロースナノファイバー以外の水不溶性導電性炭素材料を添加する工程を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。The production of the positive electrode active material composite for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of adding a water-insoluble conductive carbon material other than cellulose nanofibers in the step (X). Method.
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