JP2016157684A - Method for manufacturing carbon-coated polyanion based positive electrode active material particles, and intermediate particles for manufacturing carbon-coated polyanion based positive electrode active material particles - Google Patents

Method for manufacturing carbon-coated polyanion based positive electrode active material particles, and intermediate particles for manufacturing carbon-coated polyanion based positive electrode active material particles Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polyanion based active material with high conductivity by increasing the efficiency of carbon coating.SOLUTION: A method for manufacturing carbon-coated polyanion based positive electrode active material particles comprises: the step 1 of preparing polyanion based positive electrode active material particles (intermediate particles) with a polyoxyalkylene compound deposited thereon so that the weight ratio of carbon becomes 0.1-1.0%; the step 2 of mixing the intermediate particles with a carbon source; and the step 3 of carbonizing the carbon source. The steps are arranged in this order.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の正極材として好適に用いられる、炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造方法と、当該製造方法において用いる中間体粒子に関する。   The present invention relates to a method for producing carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles suitably used as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, and an intermediate particle used in the production method.

リチウムイオン二次電池は、従来のニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に比べて、高電圧・高エネルギー密度が得られる電池であり、小型・軽量化が図れることから、携帯電話やラップトップパソコンなどのモバイル電子機器に広く用いられている。リチウムイオン二次電池は、今後更に、電気自動車・ハイブリッド自動車などに搭載する車載用途あるいは電動工具などの産業用途に利用拡大が進むと見られており、更なる高容量化と高出力化が切望されている。   Lithium-ion secondary batteries are batteries that provide higher voltage and higher energy density than conventional nickel cadmium batteries and nickel metal hydride batteries, and can be made smaller and lighter. Widely used in mobile electronic devices. Lithium-ion secondary batteries are expected to be used further in the future for automotive applications such as electric vehicles and hybrid vehicles, and industrial applications such as electric tools, and there is a strong demand for higher capacity and higher output. Has been.

リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な活物質を有する正極と負極、そして正極と負極を隔絶するセパレータを容器内に配置し、電解液を充填して構成されている。   A lithium ion secondary battery is configured by arranging a positive electrode and a negative electrode having an active material capable of reversibly removing and inserting lithium ions, and a separator separating the positive electrode and the negative electrode in a container and filling an electrolyte. .

正極は、アルミニウム等の金属箔集電体に、リチウム電池用正極活物質、導電助剤および結着剤を含有する電極剤を塗布し加圧成形したものである。現行の正極活物質としては、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、あるいは、コバルトをニッケル・マンガンで一部置換した三元系(LiMnNiCo1−x−y)、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn)などのリチウムと遷移金属の複合酸化物の粉体が比較的良く用いられている。その他には、V等の金属酸化物やTiS、MoS、NbSeなどの金属化合物等も活物質として利用されている。 The positive electrode is formed by applying an electrode agent containing a positive electrode active material for a lithium battery, a conductive additive, and a binder to a metal foil current collector such as aluminum and press-molding it. Current positive electrode active materials include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), or a ternary system in which cobalt is partially substituted with nickel / manganese (LiMn x Ni y Co 1-xy). A powder of a complex oxide of lithium and a transition metal such as O 2 ) and spinel type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) is relatively well used. In addition, metal oxides such as V 2 O 5 and metal compounds such as TiS 2 , MoS 2 , and NbSe 2 are also used as active materials.

負極は、銅などの金属箔集電体に、正極同様に活物質や導電助剤および結着剤を含有する電極剤を塗布し加圧成形したものであり、一般に負極の活物質としては、金属リチウムやLi−Al合金、Li−Sn等のリチウム合金、SiOやSiC、SiOC等を基本構成元素とするケイ素化合物、リチウムをドープしたポリアセチレンやポリピロール等の導電性高分子、リチウムイオンを結晶中に取り込んだ層間化合物や天然黒鉛、人造黒鉛、ハードカーボンなどの炭素材料等が用いられている。   The negative electrode is formed by applying an electrode material containing an active material, a conductive additive and a binder to a metal foil current collector such as copper as in the case of the positive electrode, and in general, as an active material of the negative electrode, Lithium alloys such as metallic lithium, Li-Al alloy, Li-Sn, silicon compounds containing SiO, SiC, SiOC, etc. as basic constituent elements, conductive polymers such as lithium-doped polyacetylene and polypyrrole, and lithium ions in the crystal Intercalation compounds incorporated into the carbon material, carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, and hard carbon are used.

現在実用化されている活物質においては、負極の理論容量と比較して正極の理論容量の方が低く、リチウムイオン電池の高容量化のためには正極の容量密度向上が不可欠である。そこで容量が高い次世代活物質であるポリアニオン系活物質の実用化が求められている。ポリアニオン系活物質の中でも最も開発が進んでいるのが安全性の高いリン酸系活物質である。リン酸系活物質の中でも特に資源的に豊富で安価な材料である鉄を含有したリン酸鉄リチウム(LiFePO)が実用化され始めている。また、さらに出力エネルギーの高いリン酸マンガンリチウム(LiMnPO)が次世代活物質として注目されている。他のポリアニオン系活物質としては、ケイ酸塩型活物質や、フッ化オリビン系活物質が注目されている。ケイ酸塩型活物質はリン酸系活物質よりもさらに重量あたりの放電容量が高い特長がある。フッ化オリビン系活物質はリン酸系活物質より電圧が高い特長がある。これらは、それぞれ次次世代の活物質として期待されている。 In active materials currently in practical use, the theoretical capacity of the positive electrode is lower than the theoretical capacity of the negative electrode, and in order to increase the capacity of the lithium ion battery, it is essential to improve the capacity density of the positive electrode. Therefore, there is a demand for practical application of a polyanionic active material, which is a next-generation active material having a high capacity. Among the polyanionic active materials, the most advanced development is a phosphoric acid active material with high safety. Among phosphoric acid-based active materials, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) containing iron, which is a resource-rich and inexpensive material, has begun to be put into practical use. Further, lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ) having higher output energy has attracted attention as a next-generation active material. As other polyanion-based active materials, silicate-type active materials and fluorinated olivine-based active materials are attracting attention. The silicate type active material has a feature that the discharge capacity per weight is higher than that of the phosphoric acid type active material. The fluorinated olivine-based active material is characterized by a higher voltage than the phosphate-based active material. These are expected as active materials for the next generation.

しかし、ポリアニオン系正極活物質は非常に電子導電性が低いため、実用化が困難である。そのため、ポリアニオン系正極活物質に電子導電性を付与する技術が必要となっている。   However, since the polyanionic positive electrode active material has very low electronic conductivity, it is difficult to put it into practical use. Therefore, a technique for imparting electronic conductivity to the polyanionic positive electrode active material is required.

正極中の電子導電性を向上させるためには、電極剤中に導電助剤を添加する手法が用いられている。導電助剤として従来用いられている材料としては、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどが挙げられる。しかし、特に導電性が低い正極活物質では導電助剤を添加するだけでは不十分であり、活物質と導電助剤である導電性炭素材料を直接付着させる手法が必要となる。   In order to improve the electronic conductivity in the positive electrode, a method of adding a conductive additive to the electrode agent is used. Examples of materials conventionally used as a conductive additive include graphite, acetylene black, and ketjen black. However, in the case of a positive electrode active material with particularly low conductivity, it is not sufficient to add a conductive additive, and a method for directly attaching the active carbon and a conductive carbon material as a conductive aid is required.

特許文献1には、リン酸鉄リチウムの原料溶液と、カーボン源となるポリマーを混合し、噴霧乾燥・焼成して複合体を作製する手法が開示されている。特許文献2には、リン酸マンガンリチウム粒子とリン酸鉄リチウムの原料とポリビニルアルコールを混合し焼成することで、リン酸マンガンリチウム粒子に導電性を与える手法が開示されている。また、非特許文献1には、ケイ酸マンガンリチウムの原料とカーボン源であるスクロースをボールミルで混合した後に焼成することにより、ケイ酸マンガンリチウムに導電性を与える手法が開示されている。   Patent Document 1 discloses a method of preparing a composite by mixing a raw material solution of lithium iron phosphate and a polymer serving as a carbon source, spray drying and firing. Patent Document 2 discloses a technique for imparting conductivity to lithium manganese phosphate particles by mixing and firing lithium manganese phosphate particles, lithium iron phosphate raw material, and polyvinyl alcohol. Non-Patent Document 1 discloses a method of imparting conductivity to lithium manganese silicate by mixing a raw material of lithium manganese silicate and sucrose, which is a carbon source, with a ball mill, followed by firing.

特許第4043852号明細書Japanese Patent No. 4043852 特開2012−185979JP2012-185979

Y. Li, et.al. Journal of Power Sources 174 (2007) 528-532Y. Li, et. al. Journal of Power Sources 174 (2007) 528-532

特許文献1または特許文献2に記載の手法では、炭化触媒である鉄を表面に分布させて活物質表面を炭素被覆しているが、この手法は表面に多量の鉄原子が存在する粒子でないと適用することができず、使用できる活物質が限定される。また、特許文献2に記載の、活物質の他に鉄を添加する手法では、鉄が混合されることで放電電圧の低下、重量あたりの放電容量の低下が起こり、電池性能が悪くなる。また、非特許文献1に記載の手法では、カーボン源の炭化が正極活物質と独立して起こってしまい、表面を均一に被覆することが不可能であり十分な導電性を得ることが出来ない。   In the method described in Patent Document 1 or Patent Document 2, iron that is a carbonization catalyst is distributed on the surface and the active material surface is coated with carbon. However, this method is not a particle having a large amount of iron atoms on the surface. It cannot be applied and the active materials that can be used are limited. Moreover, in the method of adding iron in addition to the active material described in Patent Document 2, when iron is mixed, the discharge voltage decreases and the discharge capacity per weight decreases, and the battery performance deteriorates. Further, according to the method described in Non-Patent Document 1, carbonization of the carbon source occurs independently of the positive electrode active material, and it is impossible to uniformly coat the surface and sufficient conductivity cannot be obtained. .

本発明の課題は、炭素被覆の効率を高めることで導電性の高いポリアニオン系活物質を得ることである。   An object of the present invention is to obtain a highly conductive polyanionic active material by increasing the efficiency of carbon coating.

本発明では、ポリアニオン系正極活物質粒子に所定量のポリオキシアルキレン化合物を付着させた中間体粒子を作製する。当該中間体粒子は炭素源と粒子表面との親和性が向上しているため、これを焼成することで、被覆均一性が高く、高導電性の炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子を得ることができる。   In the present invention, intermediate particles in which a predetermined amount of a polyoxyalkylene compound is attached to polyanionic positive electrode active material particles are produced. Since the intermediate particles have an improved affinity between the carbon source and the particle surface, firing this can yield high-conductivity carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles with high coating uniformity. it can.

すなわち、本発明は、
工程1:炭素重量比率が0.1%以上1.0%以下となるように、後述する一般式(1)で表されるポリオキシアルキレン化合物が付着したポリアニオン系正極活物質粒子(中間体粒子)を準備する工程;
工程2:前記中間体粒子をカーボン源と混合する工程;
工程3:前記カーボン源を炭化する工程;
をこの順に有する炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造方法
である。
That is, the present invention
Step 1: Polyanionic positive electrode active material particles (intermediate particles) to which a polyoxyalkylene compound represented by the general formula (1) described later is attached so that the carbon weight ratio is 0.1% to 1.0% ) Preparing;
Step 2: mixing the intermediate particles with a carbon source;
Step 3: Carbonizing the carbon source;
In this order is a method for producing carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles.

本発明により、様々な組成のポリアニオン系正極活物質に均一な炭素被覆を行うことが可能となり、導電性を向上させることができる。その結果、高容量・高出力の正極活物質粒子が得られ、これを正極に用いることでリチウムイオン二次電池の性能を向上させることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to perform uniform carbon coating on polyanionic positive electrode active materials having various compositions, and the conductivity can be improved. As a result, high-capacity and high-power positive electrode active material particles can be obtained, and by using this for the positive electrode, the performance of the lithium ion secondary battery can be improved.

実施例1で作製した中間体粒子の官能基化率を求めるためのピークフィッティングの例Example of peak fitting for determining the functionalization rate of the intermediate particles produced in Example 1

〔工程1〕
本発明においてはまず、炭素重量比率が0.1%以上1.0%以下となるようにポリオキシアルキレン化合物が付着したポリアニオン系正極活物質粒子(以下、単に「活物質粒子」ということがある)を準備する。
[Step 1]
In the present invention, first, polyanionic positive electrode active material particles (hereinafter, simply referred to as “active material particles”) to which a polyoxyalkylene compound is adhered so that the carbon weight ratio is 0.1% or more and 1.0% or less. Prepare).

本発明におけるポリアニオン系正極活物質(以下、単に「活物質」という場合がある。)とは、組成式LiAO(Mはマンガン、鉄、バナジウム、ニッケル、コバルトからなる群より選択される金属元素、0.5<x<2、0.5<y<2、3<z<4,Aはシリコン又はリン又はホウ素のいずれか)で表される化合物である。ポリアニオン系正極活物質としては、リン酸系正極活物質、ケイ酸塩系正極活物質、ホウ酸塩系正極活物質、リン酸バナジウムリチウムが挙げられる。ポリアニオン系正極活物質の中でも有力な正極活物質はリン酸系正極活物質、ケイ酸塩系正極活物質である。本発明に最も適しているのはリン酸系正極活物質である。 The polyanionic positive electrode active material (hereinafter sometimes simply referred to as “active material”) in the present invention is selected from the group consisting of Li x M y AO z (M is manganese, iron, vanadium, nickel, cobalt). A metal element, 0.5 <x <2, 0.5 <y <2, 3 <z <4, A is a compound represented by silicon, phosphorus, or boron. Examples of the polyanion positive electrode active material include a phosphoric acid positive electrode active material, a silicate positive electrode active material, a borate positive electrode active material, and lithium vanadium phosphate. Among the polyanionic positive electrode active materials, the positive electrode active materials that are effective are a phosphoric acid positive electrode active material and a silicate positive electrode active material. A phosphoric acid cathode active material is most suitable for the present invention.

リン酸系正極活物質とは、上記Aがリンである、LiPO(ただし、Mはマンガン、鉄、ニッケル、コバルトからなる群より選択される金属元素、0.5<x<2、0.5<y<2)を指す。Mに当たる金属元素としては特に、マンガンが好ましい。 The phosphoric acid-based positive electrode active material is Li x M y PO 4 where A is phosphorus (where M is a metal element selected from the group consisting of manganese, iron, nickel, cobalt, 0.5 <x < 2, 0.5 <y <2). In particular, manganese is preferable as the metal element corresponding to M.

リン酸系正極活物質にはLiとMに当たる金属のほかに、リン原子に対して元素比10%以下の金属が含まれていても良い。含まれる金属は限定されないが、マンガン、鉄、バナジウム、ニッケル、コバルト、亜鉛、イットリウム、マグネシウム、ゲルマニウム、などが挙げられる。また、リン酸系正極活物質にフッ素が含まれるフッ化オリビン系正極活物質であっても良い。   In addition to the metals corresponding to Li and M, the phosphoric acid-based positive electrode active material may contain a metal having an element ratio of 10% or less with respect to phosphorus atoms. The metals included are not limited, but include manganese, iron, vanadium, nickel, cobalt, zinc, yttrium, magnesium, germanium, and the like. Further, a fluorinated olivine-based positive electrode active material in which fluorine is contained in the phosphoric acid-based positive electrode active material may be used.

ケイ酸塩系正極活物質とは、LiSiO(ただし、Mはマンガン、鉄、バナジウム、ニッケル、コバルトからなる群より選択される金属元素、0.5<x<2、0.5<y<2)を指すMに当たる金属元素としては特に、マンガン、鉄が好ましい。 The silicate-based positive electrode active material is Li x M y SiO 4 (where M is a metal element selected from the group consisting of manganese, iron, vanadium, nickel, cobalt, 0.5 <x <2, 0. As the metal element corresponding to M indicating 5 <y <2), manganese and iron are particularly preferable.

ケイ酸塩系正極活物質にはLiとMに当たる金属のほかに、ケイ素原子に対して元素比10%以下の金属が含まれていても良い。含まれる金属は限定されないが、マンガン、鉄、バナジウム、ニッケル、コバルト、亜鉛、イットリウム、マグネシウム、ゲルマニウム、などが挙げられる。   In addition to the metal corresponding to Li and M, the silicate-based positive electrode active material may contain a metal having an element ratio of 10% or less with respect to the silicon atom. The metals included are not limited, but include manganese, iron, vanadium, nickel, cobalt, zinc, yttrium, magnesium, germanium, and the like.

ホウ酸塩系正極活物質とは、LiBO(ただし、Mはマンガン、鉄より選択される金属元素、0.5<x<2、0.5<y<2)を指す。ホウ酸塩系正極活物質にはLiとMに当たる金属のほかに、ホウ素原子に対して元素比10%以下の金属が含まれていても良い。含まれる金属は限定されないが、マンガン、鉄、バナジウム、ニッケル、コバルト、亜鉛、イットリウム、マグネシウム、ゲルマニウム、などが挙げられる。 The borate-based positive electrode active material refers to Li x M y BO 3 (where M is a metal element selected from manganese and iron, 0.5 <x <2, 0.5 <y <2). In addition to the metal corresponding to Li and M, the borate-based positive electrode active material may contain a metal having an element ratio of 10% or less with respect to the boron atom. The metals included are not limited, but include manganese, iron, vanadium, nickel, cobalt, zinc, yttrium, magnesium, germanium, and the like.

リン酸バナジウムリチウムとはLi(POを指す。他のリン酸塩を含む活物質とは結晶系が異なるが、本発明に適した活物質として挙げられる。 Lithium vanadium phosphate refers to Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 . Although the crystal system is different from the active material containing other phosphates, it is mentioned as an active material suitable for the present invention.

また、ポリアニオン系正極活物質中にマンガンとリン酸が含まれる場合は、リン酸エステルと化学結合したマンガンが含まれることが好ましい。ここでリン酸エステルとは、リン酸にアルキル基などの有機成分が結合している化合物を指す。このような化合物の例を下記式に示す。有機成分を介してリン酸及びマンガンが化学結合した物質があることで、高温焼成する際に有機成分が表面に現れやすく、後述するカーボン源との親和性が向上する。   Further, when manganese and phosphoric acid are contained in the polyanionic positive electrode active material, it is preferable that manganese chemically bonded to the phosphate ester is contained. Here, the phosphate ester refers to a compound in which an organic component such as an alkyl group is bonded to phosphoric acid. Examples of such compounds are shown in the following formula. When there is a substance in which phosphoric acid and manganese are chemically bonded via an organic component, the organic component is likely to appear on the surface when firing at a high temperature, and the affinity with a carbon source described later is improved.

Figure 2016157684
Figure 2016157684

ポリアニオン系正極活物質は、一般に導電性が低いため、充放電時の効率向上のために結晶子サイズは小さいことが好ましい。但し、小さすぎると表面の影響が大きくなりすぎて結晶構造が崩れるため、ポリアニオン系正極活物質粒子としては、結晶子サイズが10nm以上60nm以下のものを用いることが好ましい。結晶子サイズは20nm以上55nm以下であることがより好ましく、30nm以上50nmであることがさらに好ましい。   Since the polyanionic positive electrode active material generally has low conductivity, it is preferable that the crystallite size is small in order to improve efficiency during charging and discharging. However, if it is too small, the influence of the surface becomes too large and the crystal structure is destroyed. Therefore, it is preferable to use particles having a crystallite size of 10 nm to 60 nm as the polyanionic positive electrode active material particles. The crystallite size is more preferably 20 nm or more and 55 nm or less, and further preferably 30 nm or more and 50 nm.

本発明においては、このようなポリアニオン系正極活物質粒子にポリオキシアルキレン化合物を付着せしめる。   In the present invention, a polyoxyalkylene compound is attached to such polyanionic positive electrode active material particles.

本発明におけるポリオキシアルキレン化合物とは、下記一般式(1)に示される構造を持つ分子である。   The polyoxyalkylene compound in the present invention is a molecule having a structure represented by the following general formula (1).

Figure 2016157684
Figure 2016157684

[一般式(1)において、Rは水素原子またはメチル基を表わし、各構成単位で同じでも異なっていてもよい。X、Yは水素原子または任意の置換基を表す。nは2以上の整数を表す。]
本発明におけるポリオキシアルキレン化合物とは、一般式(1)においてRが水素であるポリオキシエチレン化合物、Rがメチル基であるポリオキシプロピレン化合物、又はポリオキシエチレン化合物とポリオキシプロピレン化合物の共重合体を指す。ポリオキシエチレン化合物としては、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアリールエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステルまたはこれらの誘導体が上げられる。ポリオキシプロピレン化合物としては、ポリプロピレングリコール、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアリールエーテル、ポリオキシプロピレン脂肪酸エステルまたはこれらの誘導体が挙げられる。末端が極性基であるほうが粒子表面への付着性が良いため、上記の中ではポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールが好ましい。また、カーボン源との親和性の観点からはポリオキシプロピレン化合物よりも、ポリオキシエチレン化合物が好ましく、ポリエチレングリコールが特に好ましい。
[In General Formula (1), R represents a hydrogen atom or a methyl group, and each structural unit may be the same or different. X and Y represent a hydrogen atom or an arbitrary substituent. n represents an integer of 2 or more. ]
The polyoxyalkylene compound in the present invention is a polyoxyethylene compound in which R is hydrogen in the general formula (1), a polyoxypropylene compound in which R is a methyl group, or a co-polymerization of a polyoxyethylene compound and a polyoxypropylene compound. Refers to coalescence. Examples of the polyoxyethylene compound include polyethylene glycol, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene aryl ether, polyoxyethylene fatty acid ester or derivatives thereof. Examples of the polyoxypropylene compound include polypropylene glycol, polyoxypropylene alkyl ether, polyoxypropylene aryl ether, polyoxypropylene fatty acid ester or derivatives thereof. In the above, polyethylene glycol and polypropylene glycol are preferable because the terminal of the polar group is better in adhesion to the particle surface. Further, from the viewpoint of affinity with a carbon source, a polyoxyethylene compound is preferable to a polyoxypropylene compound, and polyethylene glycol is particularly preferable.

また、ポリアニオン系正極活物質粒子との親和性という観点では、ポリアニオン系正極活物質中にリン酸が含まれる場合には、一般式(1)中のXまたはYがリン酸エステル基であるポリオキシエチレン化合物が好ましい。ポリアニオン系正極活物質中にケイ酸が含まれる場合には、一般式(1)中のXまたはYがケイ酸エステル基であるポリオキシエチレン化合物が好ましい。   Further, from the viewpoint of affinity with the polyanionic positive electrode active material particles, when phosphoric acid is contained in the polyanionic positive electrode active material, X or Y in the general formula (1) is a polyphosphoric acid ester group. Oxyethylene compounds are preferred. When silicic acid is contained in the polyanionic positive electrode active material, a polyoxyethylene compound in which X or Y in the general formula (1) is a silicate group is preferable.

ポリオキシアルキレン化合物の重量平均分子量は1000以下が好ましく、500以下がさらに好ましい。また、重量平均分子量300以上のポリオキシアルキレン化合物と、重量平均分子量200以下のポリオキシアルキレン化合物が両方含まれていることがより好ましい。重量平均分子量300以上のポリオキシアルキレン化合物の好ましい具体例としては、重量平均分子量が当該範囲にあるポリエチレングリコールが挙げられる。また、重量平均分子量200以下のポリオキシアルキレン化合物の具体例としては、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール及びその誘導体が挙げられる。   The weight average molecular weight of the polyoxyalkylene compound is preferably 1000 or less, and more preferably 500 or less. More preferably, both a polyoxyalkylene compound having a weight average molecular weight of 300 or more and a polyoxyalkylene compound having a weight average molecular weight of 200 or less are contained. Preferable specific examples of the polyoxyalkylene compound having a weight average molecular weight of 300 or more include polyethylene glycol having a weight average molecular weight within the range. Specific examples of the polyoxyalkylene compound having a weight average molecular weight of 200 or less include diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, and derivatives thereof.

ポリオキシアルキレン化合物は、加熱した際にもポリアニオン系正極活物質から容易に離れず、活物質と極性を持つ有機物との親和性を高くする効果を有する。そのため活物質とカーボン源となる有機物との親和性が高くなり、カーボン源を炭化する際に、ポリアニオン系正極活物質粒子の表面に付着しやすくなるため、活物質粒子の炭素被覆率を高くすることが可能となる。   The polyoxyalkylene compound does not easily leave the polyanionic positive electrode active material even when heated, and has an effect of increasing the affinity between the active material and the polar organic material. For this reason, the affinity between the active material and the organic substance serving as the carbon source is increased, and when the carbon source is carbonized, it becomes easy to adhere to the surface of the polyanionic positive electrode active material particles, so the carbon coverage of the active material particles is increased. It becomes possible.

本発明においては、まずポリオキシアルキレン化合物が付着したポリアニオン系正極活物質粒子を準備する。本明細書においては、この工程で準備される、ポリオキシアルキレン化合物が付着したポリアニオン系正極活物質粒子を、「中間体粒子」と呼ぶ。   In the present invention, first, polyanionic positive electrode active material particles to which a polyoxyalkylene compound is attached are prepared. In the present specification, the polyanionic positive electrode active material particles to which the polyoxyalkylene compound is prepared, which are prepared in this step, are referred to as “intermediate particles”.

本発明において、ポリアニオン系正極活物質粒子の表面にポリオキシアルキレン化合物が付着していることは、TOF−SIMS法によって分析することが可能である。TOF−SIMS法においては、超高真空中においた試料表面にパルス化されたイオン(1次イオン)を照射し、試料表面から放出されたイオン(2次イオン)を質量分析することにより試料表面の物質を分析することが可能である。TOF−SIMS法では局所的な分析をすることも可能であり、ポリアニオン系正極活物質粒子以外の混合物がある場合はポリアニオン系正極活物質粒子の表面部分のみを分析することで、表面に付着していることを確かめることが可能である。   In the present invention, the fact that the polyoxyalkylene compound is attached to the surface of the polyanionic positive electrode active material particles can be analyzed by the TOF-SIMS method. In the TOF-SIMS method, the sample surface is irradiated with pulsed ions (primary ions) in an ultra-high vacuum, and the ions (secondary ions) emitted from the sample surface are subjected to mass spectrometry, thereby performing sample analysis. It is possible to analyze these substances. In the TOF-SIMS method, local analysis is also possible. When there is a mixture other than polyanionic positive electrode active material particles, only the surface portion of the polyanionic positive electrode active material particles is analyzed to adhere to the surface. It is possible to confirm that

本発明においては、ポリオキシアルキレン化合物の付着量は、中間体粒子の元素分析を行った場合の炭素重量比率が0.1%以上1%以下となるように調整される。ポリオキシアルキレン化合物が少なすぎると、カーボン源に対する付着性が低くなってしまう。一方ポリオキシアルキレン化合物の付着量が多くなると、焼成時に粒子同士の癒着が起きてしまい、結晶子サイズが大きくなる。結晶子サイズの大きいポリアニオン系正極活物質は一般に粒子内部の充放電が難しくなり、電池特性が悪化する。また、ポリオキシアルキレン化合物自体は炭化効率が低いため、多すぎると質の悪いカーボンが多くなり導電性が低くなってしまう。そのため、ポリオキシアルキレン化合物は、カーボンに対する親和性が出る程度には付着する必要はあるが、なるべく少ないほうが良い。このような観点から、中間体粒子の炭素重量比率は0.2%以上0.8%以下が好ましく0.3%以上0.6%以下がさらに好ましい。   In the present invention, the adhesion amount of the polyoxyalkylene compound is adjusted so that the carbon weight ratio when the elemental analysis of the intermediate particles is performed is 0.1% or more and 1% or less. When there are too few polyoxyalkylene compounds, the adhesiveness with respect to a carbon source will become low. On the other hand, when the adhesion amount of the polyoxyalkylene compound increases, adhesion between particles occurs during firing, and the crystallite size increases. In general, a polyanionic positive electrode active material having a large crystallite size makes it difficult to charge and discharge inside the particles, and the battery characteristics deteriorate. Further, since the polyoxyalkylene compound itself has a low carbonization efficiency, if it is too much, bad quality carbon will increase and the conductivity will be lowered. For this reason, the polyoxyalkylene compound needs to adhere to the extent that it has an affinity for carbon, but is preferably as small as possible. From such a viewpoint, the carbon weight ratio of the intermediate particles is preferably 0.2% to 0.8%, more preferably 0.3% to 0.6%.

中間体粒子の炭素重量比率は、炭素−硫黄分析装置によって定量することが可能である。炭素−硫黄分析装置では、高周波によって複合化を空気中で加熱し、含有する炭素を完全に酸化させ、発生した二酸化炭素を赤外線により検出する。測定装置としては、堀場製作所社製炭素−硫黄分析装置EMIA−810Wが挙げられる。   The carbon weight ratio of the intermediate particles can be quantified by a carbon-sulfur analyzer. In the carbon-sulfur analyzer, the composite is heated in air by high frequency, the contained carbon is completely oxidized, and the generated carbon dioxide is detected by infrared rays. An example of the measuring device is a carbon-sulfur analyzer EMIA-810W manufactured by Horiba.

ポリアニオン系正極活物質中にマンガンとリン酸が含まれる場合、前述したリン酸エステルと化学結合したマンガンが中間体粒子の表面に存在することが好ましい。リン酸エステルと化学結合したマンガンが中間体粒子の表面に存在すると、カーボン源と焼成する際に、カーボン源を強固に活物質粒子表面に吸着して有機物と無機物の接合を進行させるため、カーボンコート効率が向上する。   When manganese and phosphoric acid are contained in the polyanionic positive electrode active material, it is preferable that manganese chemically bonded to the above-described phosphate ester is present on the surface of the intermediate particle. When manganese chemically bonded to phosphate ester is present on the surface of the intermediate particles, when firing with the carbon source, the carbon source is strongly adsorbed on the surface of the active material particles to advance the bonding between the organic substance and the inorganic substance. Coat efficiency is improved.

リン酸エステルと化学結合したマンガンが中間体粒子の表面に存在することは、中間体粒子を繰り返し水で洗浄・抽出した液体を高速液体クロマトグラフ質量分析計で分析した際に、リン酸エステルと化学結合したマンガンが検出されることで確認することができる。   The presence of manganese chemically bonded to phosphate ester on the surface of the intermediate particle means that when the liquid obtained by repeatedly washing and extracting the intermediate particle with water is analyzed with a high performance liquid chromatograph mass spectrometer, This can be confirmed by detecting chemically bonded manganese.

中間体粒子を準備する手法に制限は無いが、ポリアニオン系正極活物質粒子を、ポリオキシアルキレン化合物の溶液と接触させた後、溶剤を除去する手法が好ましく、ポリオキシアルキレン化合物水溶液とポリアニオン系正極活物質粒子を混合してから凍結乾燥又はろ過・乾燥する手法は特に好ましい。また、その他の手法としては、ポリオキシアルキレン化合物とポリアニオン系正極活物質粒子を、ブレンダー、乳鉢、回転式ボールミル、遊星ボールミル、ハイブリダイザー、マルチプレックス(パウレック社、MP−25)などの装置を用いて混合した後、必要に応じて洗浄する手法が挙げられる。   The method for preparing the intermediate particles is not limited, but a method of removing the solvent after contacting the polyanionic positive electrode active material particles with the polyoxyalkylene compound solution is preferable. The polyoxyalkylene compound aqueous solution and the polyanionic positive electrode The method of lyophilizing or filtering / drying after mixing the active material particles is particularly preferred. As other methods, polyoxyalkylene compounds and polyanionic positive electrode active material particles are used in an apparatus such as a blender, a mortar, a rotary ball mill, a planetary ball mill, a hybridizer, and a multiplex (Paurec, MP-25). Then, after mixing, there is a method of washing as necessary.

中間体粒子は、表面の炭素の官能基化率が、0.4以上0.7以下であることが好ましい。炭素の官能基化率が高いほど、表面におけるカーボン源との親和性が増すが、高すぎると表面における炭素の導電率が低くなる。そのため、表面の炭素成分の官能基化率は、0.5以上0.6以下であることが好ましい。   The intermediate particles preferably have a surface carbon functionalization rate of 0.4 to 0.7. The higher the functionalization rate of carbon, the greater the affinity with the carbon source on the surface, but if it is too high, the conductivity of carbon on the surface will be low. Therefore, the functionalization rate of the carbon component on the surface is preferably 0.5 or more and 0.6 or less.

官能基化率は、X線光電子分光測定により求められる。X線光電子分光測定では、炭素を含有する試料を測定すると284eV付近に炭素に由来するピークが検出されるが、炭素が酸素に結合している場合は高エネルギー側にシフトすることが知られている。具体的には炭素が酸素に結合していないC−C結合、C=C二重結合、C−H結合に基づくピークはシフトせずに284eV付近に検出され、C−O一重結合の場合286.5eV付近に、C=O二重結合の場合287.5eV付近に、COO結合の場合288.5eV付近にシフトする。そのため、炭素に由来する信号は、284eV付近、286.5eV付近、287.5eV付近、288.5eV付近のそれぞれのピークを重ね合わせた形で検出される。この重ね合わせた形のピークをピークフィッティングにより各成分にピーク分離解析することにより、各々のピーク面積強度を算出することが可能である。グラファイト成分に基づき286e付近と290.5eV付近にも信号が現われる。この信号はC−C、C=C及びC−H結合に基づく成分としてフィッティングする。本発明における官能基化率は、
官能基化率=[(C−O一重結合に基づくピーク面積)+(C=O二重結合に基づくピーク面積)+(COO結合に基づくピーク面積)]/(C−C、C=C及びC−H結合に基づくピーク面積)
で定義される数値である。ピークフィッティングの例として実施例1で作製された中間体粒子を測定した場合の例を図1に示す。
The functionalization rate is determined by X-ray photoelectron spectroscopy. In X-ray photoelectron spectroscopy, when a sample containing carbon is measured, a peak derived from carbon is detected in the vicinity of 284 eV, but it is known that when carbon is bonded to oxygen, it shifts to a higher energy side. Yes. Specifically, peaks based on C—C bonds, C═C double bonds, and C—H bonds in which carbon is not bonded to oxygen are detected in the vicinity of 284 eV without shifting, and in the case of C—O single bond 286 In the case of C = O double bond, it shifts to about 287.5 eV, and in the case of COO bond, it shifts to about 288.5 eV. Therefore, a signal derived from carbon is detected in a form in which respective peaks around 284 eV, 286.5 eV, 287.5 eV, and 288.5 eV are superimposed. It is possible to calculate the intensity of each peak area by performing peak separation analysis on each component by peak fitting of the superimposed peaks. Signals also appear near 286e and 290.5eV based on the graphite component. This signal is fitted as a component based on CC, C = C and CH bonds. The functionalization rate in the present invention is
Functionalization rate = [(peak area based on C—O single bond) + (C = peak area based on O double bond) + (peak area based on COO bond)] / (C—C, C = C and Peak area based on C—H bond)
It is a numerical value defined by. As an example of peak fitting, FIG. 1 shows an example in which the intermediate particles produced in Example 1 are measured.

〔工程2〕
上記工程1で準備した中間体粒子は、次工程においてカーボン源と混合される。
[Step 2]
The intermediate particles prepared in Step 1 are mixed with a carbon source in the next step.

カーボン源としては、ポリマー系、糖類、グラフェン類が上げられる。ポリマー系としてポリビニルアルコール、ポリアクリル酸(塩)、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、または、これらの共重合体が好適に用いられる。中でも、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンは炭化効率が高く、高い導電性を得やすい。糖類としては特に制限は無いが、分子量の低いグルコース、スクロース、フルクトースなどの単糖類、セルロース、デンプン、デキストリン、などの多糖類や、糖アルコール、糖エステルなどの糖誘導体が挙げられる。他にも炭化効率の高いカーボン源としてポリグリセリン、ポリグリセリンエステルなどのグリセリン系化合物やクエン酸、アスコルビン酸などの有機酸、グラフェン・酸化グラファイトなどのグラフェン類が挙げられる。以上の中でも糖類とグラフェン類は特に炭化効率が高く、高導電性を得やすい。本発明において工程1で付着させるポリオキシアルキレン化合物は、炭化収率が低いためカーボン源としてはポリオキシアルキレン化合物以外の物質が好ましい。   Examples of carbon sources include polymer systems, sugars, and graphenes. As the polymer system, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (salt), polyvinyl butyral, polyvinyl pyrrolidone, or a copolymer thereof is preferably used. Among them, polyvinyl alcohol and polyvinyl pyrrolidone have high carbonization efficiency and easily obtain high conductivity. The saccharide is not particularly limited, and examples thereof include monosaccharides such as glucose, sucrose and fructose having a low molecular weight, polysaccharides such as cellulose, starch and dextrin, and sugar derivatives such as sugar alcohol and sugar ester. In addition, carbon sources with high carbonization efficiency include glycerin compounds such as polyglycerin and polyglycerin esters, organic acids such as citric acid and ascorbic acid, and graphenes such as graphene and graphite oxide. Among these, saccharides and graphenes have particularly high carbonization efficiency, and high conductivity is easily obtained. In the present invention, the polyoxyalkylene compound to be deposited in Step 1 has a low carbonization yield, and therefore, the carbon source is preferably a substance other than the polyoxyalkylene compound.

これらカーボン源は、焼成前に、中間体粒子に対し10%〜50%の量を混合し、焼成後に炭素重量比率が2%〜8%存在するよう調整することが好ましい。   These carbon sources are preferably mixed in an amount of 10% to 50% with respect to the intermediate particles before firing, and adjusted so that the carbon weight ratio is 2% to 8% after firing.

中間体粒子とカーボン源と混合する手法に制限は無いが、ボールミル・プラネタリーミキサー・乳鉢などで混合する手法が挙げられる。また混合の際に溶剤を添加して混合してから溶剤を乾燥させてもよく、乾燥を凍結乾燥・スプレードライなどの手法で行うと、より良好に混合することが可能である。   Although there is no restriction | limiting in the method of mixing an intermediate body particle and a carbon source, The method of mixing with a ball mill, a planetary mixer, a mortar etc. is mentioned. In addition, a solvent may be added and mixed at the time of mixing, and then the solvent may be dried. If drying is performed by a technique such as freeze drying or spray drying, it is possible to mix better.

焼成後の炭素被覆ポリアニオン系正極活物質中の炭素重量比率は、前述の中間体粒子と同様の方法で、炭素−硫黄分析装置によって定量することが可能である。   The carbon weight ratio in the carbon-coated polyanionic positive electrode active material after calcination can be quantified by a carbon-sulfur analyzer in the same manner as the intermediate particles described above.

〔工程3〕
工程2においてカーボン源と混合された中間体粒子は、カーボン源を炭化することで炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子となる。炭化する手法に制限は無いが、焼成が一般的に用いられる。焼成温度は500℃以上であることが好ましく、600℃以上であることがさらに好ましく、700℃以上であることがさらに好ましい。また加熱時間は3時間以上が好ましく6時間以上がさらに好ましい。
[Step 3]
The intermediate particles mixed with the carbon source in Step 2 become carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles by carbonizing the carbon source. Although there is no restriction | limiting in the method to carbonize, baking is generally used. The firing temperature is preferably 500 ° C. or higher, more preferably 600 ° C. or higher, and further preferably 700 ° C. or higher. The heating time is preferably 3 hours or longer, and more preferably 6 hours or longer.

また、カーボンが酸化により消失することを防ぐ必要があり、不活性雰囲気又は還元性雰囲気で焼成することが好ましい。   In addition, it is necessary to prevent the carbon from disappearing due to oxidation, and it is preferable to fire in an inert atmosphere or a reducing atmosphere.

ポリアニオン系正極活物質粒子がリン酸系の活物質粒子である場合、本発明の方法で製造する炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子は、ラマン分光法で測定した際の、リン酸に基づく950cm-1付近のピークIPと炭素に基づく1600cm-1ピーク強度Igとの比IP/Igが0.01以下であることが好ましく、0.008以下であることがさらに好ましい。一方被覆炭素が多すぎるとイオン伝導性が低下するため、0.002以上であることが好ましく、0.004以上であることがさらに好ましい。 When the polyanionic positive electrode active material particles are phosphoric acid-based active material particles, the carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles produced by the method of the present invention are 950 cm based on phosphoric acid when measured by Raman spectroscopy. preferably 1 near the ratio I P / Ig of the peak I P and 1600 cm -1 peak intensity I g based on the carbon of 0.01 or less, still more preferably 0.008 or less. On the other hand, if the coating carbon is too much, the ionic conductivity decreases, so that it is preferably 0.002 or more, and more preferably 0.004 or more.

実施例中の物性値は、下記の方法によって測定した。   The physical property values in the examples were measured by the following methods.

A.結晶子サイズの測定
X線回折装置であるブルカーエイエックスエス株式会社製D8 ADVANCEを用い2θ=5°から70°までステップ角0.040°、ステップタイム70.4秒の条件下でX線回折測定を行った。測定結果を元に、D8 ADVANCE付属のリートベルト解析ソフトTOPASを用いて結晶子サイズの算出を行った。
A. Measurement of crystallite size X-ray diffraction using D8 ADVANCE manufactured by Bruker AXS Co., Ltd., an X-ray diffractometer, under the conditions of 2θ = 5 ° to 70 ° with a step angle of 0.040 ° and a step time of 70.4 seconds Measurements were made. Based on the measurement results, the crystallite size was calculated using the Rietveld analysis software TOPAS attached to D8 ADVANCE.

B. 炭素の質量割合の測定
炭素の質量割合の測定には、炭素・硫黄同時定量分析装置(堀場製作所製 EMIA−920V)を用いた。
B. Measurement of the mass ratio of carbon For the measurement of the mass ratio of carbon, a carbon / sulfur simultaneous quantitative analyzer (EMIA-920V, manufactured by Horiba, Ltd.) was used.

C.エックス線光電子分光測定
各サンプルのエックス線光電子測定は、Quantera SXM (PHI 社製)を使用して測定した。励起X線は、monochromatic Al Kα1,2 線(1486.6 eV)であり、X線径は200μm、光電子脱出角度は45°であった。酸化グラファイト中の、酸素原子の炭素原子に対する割合は、ワイドスキャンの酸素原子のピーク面積と、炭素原子のピーク面積から求めた。
C. X-ray photoelectron spectroscopy measurement The X-ray photoelectron measurement of each sample was performed using Quantera SXM (manufactured by PHI). Excitation X-rays were monochromatic Al K α1,2 rays (1486.6 eV), the X-ray diameter was 200 μm, and the photoelectron escape angle was 45 °. The ratio of oxygen atoms to carbon atoms in graphite oxide was determined from the peak area of oxygen atoms in a wide scan and the peak area of carbon atoms.

D.充放電測定評価
作製した炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子を700mg、導電助剤としてアセチレンブラックを40mg、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン60mg、溶剤としてN−メチルピロリドンを800mg、を加えたものをプラネタリーミキサーで混合して電極ペーストを得た。電極ペーストをアルミニウム箔(厚さ18μm)にドクターブレード(300μm)を用いて塗布し、80℃30分間乾燥して電極板を得た。
D. Charge / Discharge Measurement Evaluation Planetary mixer with 700 mg of produced carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles, 40 mg of acetylene black as a conductive additive, 60 mg of polyvinylidene fluoride as a binder, and 800 mg of N-methylpyrrolidone as a solvent To obtain an electrode paste. The electrode paste was applied to aluminum foil (thickness: 18 μm) using a doctor blade (300 μm) and dried at 80 ° C. for 30 minutes to obtain an electrode plate.

作製した電極板を直径15.9mmに切り出して正極とし、直径16.1mm厚さ0.2mmに切り出したリチウム箔を負極とし、直径十七mmに切り出したセルガード#2400(セルガード社製)をセパレータとして、LiPFを1M含有するエチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=7:3の溶媒を電解液として、2042型コイン電池を作製し、電気化学評価を行った。 The produced electrode plate was cut to a diameter of 15.9 mm to be a positive electrode, a lithium foil cut to a diameter of 16.1 mm and a thickness of 0.2 mm was used as a negative electrode, and Celgard # 2400 (manufactured by Cellguard) was cut to a diameter of 17 mm. As a result, a 2042 type coin battery was prepared using a solvent of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 7: 3 containing 1 M of LiPF 6 and subjected to electrochemical evaluation.

充放電測定において、活物質がLiMnPOの場合、上限電圧4.4V、下限電圧2.7Vとし、レート0.1Cで3回充放電を行った後続けて3Cで3回充放電を行い、各レートの3回目の放電時の容量を放電容量とした。活物質がLiMnSiOの場合、上限電圧4.5V、下限電圧2.7V、とし、レート0.1Cで3回充放電を行った後続けて0.3Cで3回充放電を行い、各レートの3回目の放電時の容量を放電容量とした。 In the charge / discharge measurement, when the active material is LiMnPO 4 , the upper limit voltage is 4.4V, the lower limit voltage is 2.7V, the charge / discharge is performed 3 times at a rate of 0.1C, and then 3 times at 3C. The capacity at the third discharge of each rate was defined as the discharge capacity. When the active material is Li 2 MnSiO 4 , the upper limit voltage is 4.5 V, the lower limit voltage is 2.7 V, the charge and discharge is performed three times at a rate of 0.1 C, and then the charge and discharge is performed three times at 0.3 C. The capacity at the third discharge of each rate was defined as the discharge capacity.

E.ラマン分光測定評価
作製した炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子をラマン分光測定評価した。ラマン測定はRamanor T-64000(Jobin Yvon/愛宕物産)を用いて測定した。ビーム径は100μm、光源はアルゴンイオンレーザー(波長:514.5nm)を用いた。リン酸系の活物質の場合、リン酸に基づく950cm-1付近のピークIPと、炭素に基づく1600cm-1ピーク強度Igとが検出されるため、これらのピーク強度から強度比IP/Igを算出した。
E. Raman spectroscopic measurement evaluation The produced carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles were evaluated by Raman spectroscopic measurement. Raman measurement was performed using Raman T-64000 (Jobin Yvon / Ehime Bussan). The beam diameter was 100 μm, and the light source was an argon ion laser (wavelength: 514.5 nm). For the active material of the phosphate, and peak I P around 950 cm -1 based on phosphoric acid, since the the 1600 cm -1 peak intensity I g based on carbon is detected, the intensity ratio of these peak intensities I P / Ig was calculated.

(合成例1:リン酸マンガンリチウム粒子の作製1)
リン酸リチウム(LiPO)と硫酸第一マンガン(MnSO)を、モル比でLi:Mn:P=3:1:1、となるように純水に溶解し、水溶液を作製した。この水溶液を耐圧容器に入れ、180℃、24時間の条件で水熱合成を行った。冷却して取り出した後、純水で洗浄を5〜6回洗浄し、真空乾燥してLiMnPO粉末を得た。測定例1に従い結晶子サイズを測定したところ、42nmであった。
(Synthesis Example 1: Preparation 1 of lithium manganese phosphate particles)
Lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) and manganous sulfate (MnSO 4 ) were dissolved in pure water so that the molar ratio was Li: Mn: P = 3: 1: 1 to prepare an aqueous solution. This aqueous solution was put into a pressure vessel and hydrothermal synthesis was performed under conditions of 180 ° C. and 24 hours. After cooling and taking out, washing with pure water was carried out 5 to 6 times, followed by vacuum drying to obtain LiMnPO 4 powder. When the crystallite size was measured according to Measurement Example 1, it was 42 nm.

(合成例2:ケイ酸マンガンリチウム粒子の作製)
水酸化リチウム(LiOH)、塩化マンガン4水和物(MnCl・4HO)、テトラエトキシシラン(Si(OC)を、モル比4:1:1でエタノール/水=3/1の溶剤中に溶解し原料溶液を得た。さらにアスコルビン酸を添加したあと、耐圧容器に入れて、300℃36MPaの条件で合成した。冷却して取り出した後エタノールと純水で3回ずつ洗浄し、真空乾燥してLiMnSiO粉末を得た。
(Synthesis Example 2: Production of lithium manganese silicate particles)
Lithium hydroxide (LiOH), manganese chloride tetrahydrate (MnCl 2 .4H 2 O), tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ), ethanol / water = 3 at a molar ratio of 4: 1: 1 / 1 in a solvent to obtain a raw material solution. Furthermore, after ascorbic acid was added, it put into the pressure vessel and synthesize | combined on the conditions of 300 degreeC36MPa. After cooling and taking out, it was washed three times with ethanol and pure water, and vacuum dried to obtain Li 2 MnSiO 4 powder.

(合成例3:リン酸マンガンリチウム粒子の作製2)
正極活物質原料として、0.06モルの酢酸マンガン4水和物(Mn(CHCOO)・4HO)を30mlのイオン交換水に溶かし、さらに200mlのジエチレングリコールと混合した。混合液を強く攪拌しながら100℃で1時間加熱した。0.2mol/Lのリン酸水素リチウム(LiHPO)水溶液30mlを、1ml/minのスピードで混合液に滴下した。さらに4時間、100℃を保持した。室温まで冷却した後、エタノールと混合し遠心することを3回繰り返して表面のジエチレングリコールを洗浄した。
(Synthesis Example 3: Preparation 2 of lithium manganese phosphate particles)
As a positive electrode active material raw material, 0.06 mol of manganese acetate tetrahydrate (Mn (CH 3 COO) 2 .4H 2 O) was dissolved in 30 ml of ion exchange water and further mixed with 200 ml of diethylene glycol. The mixture was heated at 100 ° C. for 1 hour with vigorous stirring. 30 ml of an aqueous 0.2 mol / L lithium hydrogen phosphate (Li 2 HPO 4 ) solution was added dropwise to the mixture at a speed of 1 ml / min. The temperature was kept at 100 ° C. for 4 hours. After cooling to room temperature, mixing with ethanol and centrifuging were repeated three times to wash the diethylene glycol on the surface.

(合成例4:酸化グラファイトの作製)
2000メッシュの天然黒鉛粉末(上海一帆石墨有限会社)を原料とした。氷浴中の10gの天然黒鉛粉末に、220mlの98%濃硫酸、3.5gの硝酸ナトリウム、21gの過マンガン酸カリウムを入れ、混合液の温度を20℃以下に保持しつつ、1時間機械攪拌した。この混合液を氷浴から取り出し、35℃水浴中で4時間攪拌反応し、その後イオン交換水500mlを加えて得られた懸濁液を90℃で更に15分反応を行った。最後に600mlのイオン交換水と50mlの過酸化水素水(濃度70%)を入れ、5分間反応を行い、酸化グラファイト分散液を得た。これを濾過し、希塩酸溶液で金属イオンを洗浄し、イオン交換水で酸を洗浄し、pHが7になるまで洗浄を繰り返し、酸化グラファイトゲルを作製した。酸化グラファイトゲルを凍結乾燥することにより、酸化グラファイト粉末を得た。得られた酸化グラファイト粉末の酸素原子の炭素原子に対する元素比を測定例1により測定したところ、0.45であった。
(Synthesis Example 4: Production of graphite oxide)
The raw material was 2000-mesh natural graphite powder (Shanghai Ichiho Graphite Co., Ltd.). Put 10 ml of natural graphite powder in an ice bath with 220 ml of 98% concentrated sulfuric acid, 3.5 g of sodium nitrate, 21 g of potassium permanganate, and maintain the temperature of the mixture at 20 ° C. or lower for 1 hour. Stir. This mixed solution was taken out of the ice bath and reacted with stirring in a 35 ° C. water bath for 4 hours. Thereafter, 500 ml of ion-exchanged water was added, and the resulting suspension was further reacted at 90 ° C. for 15 minutes. Finally, 600 ml of ion exchange water and 50 ml of hydrogen peroxide water (concentration 70%) were added and reacted for 5 minutes to obtain a graphite oxide dispersion. This was filtered, the metal ions were washed with a diluted hydrochloric acid solution, the acid was washed with ion-exchanged water, and the washing was repeated until the pH became 7, thereby producing a graphite oxide gel. The graphite oxide powder was obtained by freeze-drying the graphite oxide gel. The element ratio of oxygen atoms to carbon atoms in the obtained graphite oxide powder was measured in Measurement Example 1 and found to be 0.45.

(実施例1)
合成例1で作製したリン酸マンガンリチウム粒子1gを、純水9.5gとジエチレングリコール(ポリオキシアルキレン化合物)0.5gの混合用液に投入し、80℃で2時間攪拌した後、ろ過・乾燥して中間体粒子を得た。中間体粒子の炭素重量を測定したところ、0.43%であった。X線光電子分光法により炭素の官能基化率を測定したところ、0.55であった。
Example 1
1 g of lithium manganese phosphate particles prepared in Synthesis Example 1 was added to a liquid for mixing 9.5 g of pure water and 0.5 g of diethylene glycol (polyoxyalkylene compound), stirred at 80 ° C. for 2 hours, filtered and dried. Thus, intermediate particles were obtained. The carbon weight of the intermediate particles was measured and found to be 0.43%. When the functionalization rate of carbon was measured by X-ray photoelectron spectroscopy, it was 0.55.

この中間体粒子0.8gとグルコース0.2gを10gの純水中に分散し、凍結乾燥し、窒素雰囲気下、700℃で6時間焼成して、炭素被覆リン酸マンガンリチウム粒子を得た。焼成後の炭素重量比率を測定したところ、2.5%であった。焼成後の結晶子サイズを測定したところ、46nmであった。   0.8 g of this intermediate particle and 0.2 g of glucose were dispersed in 10 g of pure water, freeze-dried, and calcined at 700 ° C. for 6 hours in a nitrogen atmosphere to obtain carbon-coated lithium manganese phosphate particles. The carbon weight ratio after firing was measured and found to be 2.5%. It was 46 nm when the crystallite size after baking was measured.

焼成後の炭素被覆リン酸マンガンリチウム粒子を、充放電測定評価を行ったところ、レート0.1Cのとき155mAh/g、レート3Cの時140mAh/gの放電容量が得られた。   When the carbon-coated lithium manganese phosphate particles after firing were subjected to charge / discharge measurement evaluation, a discharge capacity of 155 mAh / g at a rate of 0.1 C and 140 mAh / g at a rate of 3 C was obtained.

焼成後の炭素被覆リン酸マンガンリチウム粒子のラマン測定を行ったところ、ピーク強度比IP/Igは0.006であった。 When the Raman measurement of the carbon-coated lithium manganese phosphate particles after firing was performed, the peak intensity ratio I P / Ig was 0.006.

(実施例2)〜(実施例11)
ポリアニオン系正極活物質、ポリオキシアルキレン化合物溶液、カーボン源の種類を表1のように変えた以外は実施例1と同様にして、各種評価を行った。
(Example 2) to (Example 11)
Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1 except that the types of the polyanionic positive electrode active material, the polyoxyalkylene compound solution, and the carbon source were changed as shown in Table 1.

(比較例1)
ポリオキシアルキレン化合物溶液の代わりに、溶剤を用いず、ジエチレングリコール10gのみと撹拌した以外は実施例1と同様にして、各種評価を行った。
(Comparative Example 1)
Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1 except that instead of the polyoxyalkylene compound solution, the solvent was not used and only 10 g of diethylene glycol was stirred.

(比較例2)
ポリオキシアルキレン化合物溶液の代わりに、溶剤を用いず、PEG400(重量平均分子量400のポリオキシアルキレン化合物)10gのみと撹拌した以外は実施例1と同様にして、各種評価を行った。
(Comparative Example 2)
Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1 except that instead of the polyoxyalkylene compound solution, the solvent was not used and only 10 g of PEG 400 (polyoxyalkylene compound having a weight average molecular weight of 400) was stirred.

(比較例3)
ポリオキシアルキレン化合物の溶液として、純水5gにジエチレングリコール5gを溶解した溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、各種評価を行った。
(Comparative Example 3)
Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1 except that a solution of 5 g of diethylene glycol dissolved in 5 g of pure water was used as the polyoxyalkylene compound solution.

(比較例4)
合成例1で合成し、洗浄したリン酸マンガンリチウム粒子を、ポリオキシアルキレン化合物を付着させずに炭素重量比率を測定したところ、0.04%であった。またX線光電子分光法により炭素の官能基化率を測定したところ、0.25であった。
(Comparative Example 4)
When the carbon weight ratio of the lithium manganese phosphate particles synthesized and washed in Synthesis Example 1 was measured without adhering a polyoxyalkylene compound, it was 0.04%. Moreover, it was 0.25 when the functionalization rate of carbon was measured by the X ray photoelectron spectroscopy.

このリン酸マンガンリチウム粒子0.8gとグルコース0.2gを10gの純水中に分散し、凍結乾燥し、窒素中700℃で6時間焼成して、炭素被覆リン酸マンガンリチウム粒子を得た。焼成後の炭素重量を測定したところ、1.1%であった。焼成後の結晶子サイズを測定したところ、94nmであった。   0.8 g of this lithium manganese phosphate particles and 0.2 g of glucose were dispersed in 10 g of pure water, freeze-dried, and calcined at 700 ° C. for 6 hours in nitrogen to obtain carbon-coated lithium manganese phosphate particles. The carbon weight after firing was measured and found to be 1.1%. The crystallite size after firing was measured and found to be 94 nm.

(比較例5)
合成例3で合成し・洗浄したリン酸マンガンリチウム粒子を、ポリオキシアルキレン化合物を付着させずに炭素重量比率を測定したところ、0.05%であった。またX線光電子分光法により炭素の官能基化率を測定したところ、0.26であった。
(Comparative Example 5)
When the carbon weight ratio of the lithium manganese phosphate particles synthesized and washed in Synthesis Example 3 was measured without adhering a polyoxyalkylene compound, it was 0.05%. The carbon functionalization rate measured by X-ray photoelectron spectroscopy was 0.26.

このリン酸マンガンリチウム粒子0.8gとグルコース0.2gを10gの純水中に分散し、凍結乾燥し、窒素中700℃で6時間焼成して、炭素被覆リン酸マンガンリチウム粒子を得た。焼成後の炭素重量を測定したところ、1.2%であった。焼成後の結晶子サイズを測定したところ、150nmであった。   0.8 g of this lithium manganese phosphate particles and 0.2 g of glucose were dispersed in 10 g of pure water, freeze-dried, and calcined at 700 ° C. for 6 hours in nitrogen to obtain carbon-coated lithium manganese phosphate particles. The carbon weight after firing was measured and found to be 1.2%. The crystallite size after firing was measured and found to be 150 nm.

(比較例6)
合成例2で合成し・洗浄したケイ酸マンガンリチウム粒子を、ポリオキシアルキレン化合物を付着させずに炭素重量比率を測定したところ、0.04%であった。またX線光電子分光法により炭素の官能基化率を測定したところ、0.21であった。
(Comparative Example 6)
The carbon weight ratio of the lithium manganese silicate particles synthesized and washed in Synthesis Example 2 measured without adhering a polyoxyalkylene compound was 0.04%. The carbon functionalization rate measured by X-ray photoelectron spectroscopy was 0.21.

このケイ酸マンガンリチウム粒子0.8gとグルコース0.2gを10gの純水中に分散し、凍結乾燥し、窒素中700℃で6時間焼成して、炭素被覆リン酸マンガンリチウム粒子を得た。焼成後の炭素重量を測定したところ、1.0%であった。焼成後の結晶子サイズを測定したところ、62nmであった。   0.8 g of this lithium manganese silicate particles and 0.2 g of glucose were dispersed in 10 g of pure water, freeze-dried, and calcined at 700 ° C. for 6 hours in nitrogen to obtain carbon-coated lithium manganese phosphate particles. The carbon weight after firing was measured and found to be 1.0%. The crystallite size after firing was measured and found to be 62 nm.

各実施例、比較例で作製した炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の各種測定結果を表1に示す。   Table 1 shows various measurement results of the carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles prepared in each Example and Comparative Example.

Figure 2016157684
Figure 2016157684

Claims (10)

工程1:炭素重量比率が0.1%以上1.0%以下となるように、下記一般式(1)で表されるポリオキシアルキレン化合物が付着したポリアニオン系正極活物質粒子(中間体粒子)を準備する工程;
Figure 2016157684
[一般式(1)において、Rは水素原子またはメチル基を表わし、各構成単位で同じでも異なっていてもよい。X、Yは水素原子または任意の置換基を表す。nは2以上の整数を表す。]
工程2:前記中間体粒子をカーボン源と混合する工程;
工程3:前記カーボン源を炭化する工程;
をこの順に有する炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造方法。
Step 1: Polyanionic positive electrode active material particles (intermediate particles) to which a polyoxyalkylene compound represented by the following general formula (1) is attached so that the carbon weight ratio is 0.1% to 1.0% Preparing the step;
Figure 2016157684
[In General Formula (1), R represents a hydrogen atom or a methyl group, and each structural unit may be the same or different. X and Y represent a hydrogen atom or an arbitrary substituent. n represents an integer of 2 or more. ]
Step 2: mixing the intermediate particles with a carbon source;
Step 3: Carbonizing the carbon source;
A method for producing carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles having the above in this order.
前記ポリオキシアルキレン化合物として重量平均分子量1000以下のものを用いる、請求項1に記載の炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造方法。 The method for producing carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles according to claim 1, wherein a polyoxyalkylene compound having a weight average molecular weight of 1000 or less is used. 前記ポリオキシアルキレン化合物として、重量平均分子量300以上のものと、重量平均分子量200以下のものの両方を用いる、請求項1または2に記載の炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造方法。 The method for producing carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles according to claim 1 or 2, wherein both the polyoxyalkylene compound having a weight average molecular weight of 300 or more and a weight average molecular weight of 200 or less are used. 前記中間体粒子の、エックス線光電子分光法で測定される炭素の官能基化率が0.4以上0.7以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造方法。 The carbon-coated polyanionic positive electrode active material according to any one of claims 1 to 3, wherein the intermediate particles have a carbon functionalization rate of 0.4 to 0.7 as measured by X-ray photoelectron spectroscopy. Particle production method. 前記工程1が、ポリアニオン系正極活物質粒子を、ポリオキシアルキレン化合物の溶液と接触させた後、該ポリオキシアルキレン化合物溶液の溶剤を除去する工程である、請求項1〜4のいずれかに記載の炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造方法。 The said process 1 is a process of removing the solvent of this polyoxyalkylene compound solution, after making the polyanion type positive electrode active material particle contact with the solution of a polyoxyalkylene compound. Of producing carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles. 前記ポリアニオン系正極活物質粒子がリン酸系正極活物質粒子であり、かつラマン分光法により測定したときの、リン酸に基づくピーク強度IPと炭素に基づくピーク強度Igとの比Ip/Igが0.01以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造方法。 Wherein said polyanion-based positive active material particles are phosphate-based positive electrode active material particle, and when measured by Raman spectroscopy, the ratio of the peak intensity I g based on the peak intensity I P and a carbon-based phosphate I p / The method for producing carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles according to any one of claims 1 to 5, wherein Ig is 0.01 or less. 炭素重量比率が0.1%以上1.0%以下となるようにポリオキシアルキレン化合物が付着した、炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造のための中間体粒子。 Intermediate particles for producing carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles to which a polyoxyalkylene compound is adhered such that the carbon weight ratio is 0.1% or more and 1.0% or less. 前記ポリオキシアルキレン化合物の重量平均分子量が1000以下である、請求項7に記載の炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造のための中間体粒子。 The intermediate particles for producing carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles according to claim 7, wherein the polyoxyalkylene compound has a weight average molecular weight of 1000 or less. エックス線光電子分光法において、炭素の官能基化率が0.4以上0.7以下である、請求項7または8に記載の炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造のための中間体粒子。 The intermediate particle for the production of carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles according to claim 7 or 8, wherein the functionalization rate of carbon is 0.4 or more and 0.7 or less in X-ray photoelectron spectroscopy. リン酸エステルと化学結合したマンガンが表面に存在する、請求項7〜9のいずれかに記載の炭素被覆ポリアニオン系正極活物質粒子の製造のための中間体粒子。
Intermediate particles for producing carbon-coated polyanionic positive electrode active material particles according to any one of claims 7 to 9, wherein manganese chemically bonded to a phosphate ester is present on the surface.
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