[go: up one dir, main page]

JP6435093B2 - Positive electrode active material and lithium ion secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material and lithium ion secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP6435093B2
JP6435093B2 JP2013241551A JP2013241551A JP6435093B2 JP 6435093 B2 JP6435093 B2 JP 6435093B2 JP 2013241551 A JP2013241551 A JP 2013241551A JP 2013241551 A JP2013241551 A JP 2013241551A JP 6435093 B2 JP6435093 B2 JP 6435093B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active material
electrode active
positive electrode
ratio
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013241551A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015103331A (en
Inventor
圭介 野村
圭介 野村
雅継 中野
雅継 中野
悠記 武井
悠記 武井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung SDI Co Ltd filed Critical Samsung SDI Co Ltd
Priority to JP2013241551A priority Critical patent/JP6435093B2/en
Priority to KR1020140145205A priority patent/KR102303567B1/en
Priority to US14/540,857 priority patent/US9391327B2/en
Publication of JP2015103331A publication Critical patent/JP2015103331A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6435093B2 publication Critical patent/JP6435093B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/40Complex oxides containing nickel and at least one other metal element
    • C01G53/42Complex oxides containing nickel and at least one other metal element containing alkali metals, e.g. LiNiO2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、正極活物質、およびリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material and a lithium ion secondary battery.

近年、リチウムイオン(lithium ion)二次電池において、高い電位および高容量を実現する正極活物質として、ニッケル(Ni)を含んだリチウム(Li)遷移金属複合酸化物を用いる技術が提案されている。   In recent years, in a lithium ion secondary battery, a technique using a lithium (Li) transition metal composite oxide containing nickel (Ni) as a positive electrode active material realizing high potential and high capacity has been proposed. .

例えば、特許文献1には、X線回折における(003)面の回折ピーク(peak)強度I(003)と、(104)面の回折ピーク強度I(104)との比I(003)/I(104)が1.5以上4以下であるLiMeO(ただし、MeがNi、Coから選択される1種以上)を正極活物質として用いることによって、サイクル(cycle)特性を向上させる技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a ratio I (003) / I between the (003) plane diffraction peak (peak) intensity I (003) and the (104) plane diffraction peak intensity I (104) in X-ray diffraction. Disclosed is a technique for improving cycle characteristics by using LiMeO 2 (104) is 1.5 or more and 4 or less (wherein Me is one or more selected from Ni and Co) as a positive electrode active material. Has been.

また、特許文献2には、X線回折における(104)面および(003)面の回折ピーク強度比(104/003)が0.80以下であるLiNi1−y2+αを正極活物質に用いた場合に、電池特性が良好になる旨が開示されている。 Patent Document 2 discloses that Li x Ni 1-y M y O 2 + α having a diffraction peak intensity ratio (104/003) between the (104) plane and the (003) plane in X-ray diffraction of 0.80 or less is positive electrode. It is disclosed that battery characteristics are improved when used as an active material.

特開2001−167761号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-167761 特開2013−120676号JP 2013-120676 A

ここで、特許文献1および2に開示された技術では、X線回折における(104)面のピーク強度に対する(003)面のピーク強度の比を大きくすることにより、Niイオンが結晶中のLiサイト(site)に混入する現象(いわゆる、カチオンミキシング(cation mixing)現象)を抑制し、結晶構造を安定化させている。   Here, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, by increasing the ratio of the peak intensity of the (003) plane to the peak intensity of the (104) plane in X-ray diffraction, Ni ions are li sites in the crystal. The phenomenon (so-called cation mixing phenomenon) mixed in (site) is suppressed, and the crystal structure is stabilized.

しかし、より高電位かつ高容量なリチウムイオン二次電池を製造するために、Ni比率が高いリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いた場合、Ni比率の上昇に伴い、正極活物質の構造安定性が低下する。そのため、特許文献1および2に開示された技術を用いた場合であっても、正極活物質の構造が不安定化し、リチウムイオン二次電池のサイクル特性および初期充放電効率が低下するという問題があった。   However, when a lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio is used as a positive electrode active material in order to manufacture a lithium ion secondary battery having a higher potential and a higher capacity, the structure of the positive electrode active material increases as the Ni ratio increases. Stability is reduced. Therefore, even when the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 are used, there is a problem that the structure of the positive electrode active material becomes unstable, and the cycle characteristics and initial charge / discharge efficiency of the lithium ion secondary battery decrease. there were.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、高Ni比率である正極活物質を用いた場合に、放電容量が高く、かつサイクル特性および初期充放電効率を向上させることが可能な、新規かつ改良された正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to have a high discharge capacity, cycle characteristics and initial characteristics when a positive electrode active material having a high Ni ratio is used. It is an object of the present invention to provide a new and improved positive electrode active material and a lithium ion secondary battery capable of improving charge / discharge efficiency.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、X線回折において、(003)面の回折ピーク強度I(003)と、(104)面の回折ピーク強度I(104)との比I(003)/(104)が、1.05以上1.25以下であり、かつ、(003)面の半値幅FWHM(003)が、0.12以上0.155以下であり、かつ、平均2次粒子径であるD50が、3μm以上9μm以下であり、かつ、比表面積が、0.38m/g以上1.05m/g以下であり、下記一般式(1)で示される組成を有するリチウム複合酸化物を含む、正極活物質が提供される。
(化1)
LiNiCo・・・(1)
前記一般式(1)において、Mは、Al、Mn、Cr、Fe、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、Ceからなる群から選択される1種または2種以上の金属元素であり、
aは、0.20≦a≦1.20であり、
xは、0.80≦x<1.00であり、
yは、0<y≦0.20であり、
zは、0≦z≦0.10であり、
x+y+z=1である。
In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, in X-ray diffraction, the diffraction peak intensity I (003) of the (003 ) plane and the diffraction peak intensity I (104) of the (104) plane The ratio I (003) / (104) is 1.05 or more and 1.25 or less, and the half width FWHM (003) of the (003) plane is 0.12 or more and 0.155 or less, and The average secondary particle diameter D50 is 3 μm or more and 9 μm or less, the specific surface area is 0.38 m 2 / g or more and 1.05 m 2 / g or less, and the composition represented by the following general formula (1) There is provided a positive electrode active material comprising a lithium composite oxide having
(Chemical formula 1)
Li a Ni x Co y M z O 2 (1)
In the general formula (1), M is selected from the group consisting of Al, Mn, Cr, Fe, V, Mg, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Cu, Zn, Ga, In, Sn, La, and Ce. One or more metal elements selected,
a is 0.20 ≦ a ≦ 1.20,
x is 0.80 ≦ x <1.00,
y is 0 <y ≦ 0.20,
z is 0 ≦ z ≦ 0.10,
x + y + z = 1.

この観点によれば、本発明の一実施形態に係る正極活物質は、サイクル特性および初期充放電効率をさらに向上させることができる。   According to this aspect, the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention can further improve cycle characteristics and initial charge / discharge efficiency.

前記一般式(1)において、Mは、AlまたはMnであり、
xは、0.80≦x<1.00であり、
yは、0<y≦0.15であり、
zは、0<z≦0.05であり、
x+y+z=1であってもよい。
In the general formula (1), M is Al or Mn,
x is 0.80 ≦ x <1.00,
y is 0 <y ≦ 0.15,
z is 0 <z ≦ 0.05,
x + y + z = 1 may be sufficient.

この観点によれば、本発明の一実施形態に係る正極活物質は、サイクル特性および初期充放電効率をさらに向上させることができる。   According to this aspect, the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention can further improve cycle characteristics and initial charge / discharge efficiency.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記の正極活物質を含む、リチウムイオン二次電池が提供される。   Moreover, in order to solve the said subject, according to another viewpoint of this invention, the lithium ion secondary battery containing said positive electrode active material is provided.

この観点によれば、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、X線回折において、(003)面の回折ピーク強度I(003)と、(104)面の回折ピーク強度I(104)との比I(003)/(104)が、1.05以上1.25以下であり、かつ、(003)面の半値幅FWHM(003)が、0.12以上0.155以下であり、かつ、平均2次粒子径であるD50が、3μm以上9μm以下であり、かつ、比表面積が、0.38m/g以上1.05m/g以下であるNi比率の高いリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として含む。したがって、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、放電容量が高く、かつサイクル特性および初期充放電効率が向上する。 According to this aspect, in the X-ray diffraction, the lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention has a (003) plane diffraction peak intensity I (003) and a (104) plane diffraction peak intensity I ( 104) I (003) / (104) is not less than 1.05 and not more than 1.25, and the half width FWHM (003) of the (003) plane is not less than 0.12 and not more than 0.155. And a lithium transition metal having a high Ni ratio and having an average secondary particle diameter D50 of 3 μm to 9 μm and a specific surface area of 0.38 m 2 / g to 1.05 m 2 / g A composite oxide is included as a positive electrode active material. Therefore, the lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention has a high discharge capacity, and improved cycle characteristics and initial charge / discharge efficiency.

以上説明したように本発明によれば、高Ni比率の正極活物質を用いた場合であっても、放電容量が高く、かつサイクル特性および初期充放電効率を向上させることが可能である。   As described above, according to the present invention, even when a positive electrode active material having a high Ni ratio is used, the discharge capacity is high, and cycle characteristics and initial charge / discharge efficiency can be improved.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structure of the lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

<1.本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の概要>
まず、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の概要について、本発明の背景技術を交えながら説明を行う。
<1. Overview of Lithium Ion Secondary Battery According to One Embodiment of the Present Invention>
First, an outline of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with the background art of the present invention.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、高いニッケル(Ni)比率を有するリチウムニッケル複合酸化物を含む。高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池は、高い電位と高い放電容量を実現することができる。ただし、リチウムニッケル複合酸化物は、Ni比率が高くなるにしたがって、構造安定性が低下し、カチオンミキシング(結晶中のLiサイトをNiの2価イオンが占有してしまうこと)が発生しやすくなる。   A lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a lithium nickel composite oxide having a high nickel (Ni) ratio. A lithium ion secondary battery using a lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio as a positive electrode active material can realize a high potential and a high discharge capacity. However, as the Ni ratio increases, the structural stability of the lithium-nickel composite oxide decreases, and cation mixing (the Ni site in the crystal being occupied by Ni divalent ions) is likely to occur. .

ここで、リチウムニッケル複合酸化物の構造安定性が低下し、カチオンミキシングが多量に発生した場合、リチウムイオン二次電池において、サイクル特性、および初期充放電効率(すなわち、リチウムイオン二次電池において利用可能な容量)が低下してしまうと指摘されている。したがって、高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池では、初期充放電効率およびサイクル特性を高くすることができないという問題があった。   Here, when the structural stability of the lithium-nickel composite oxide is reduced and a large amount of cation mixing occurs, the cycle characteristics and initial charge / discharge efficiency (that is, the lithium ion secondary battery is used in the lithium ion secondary battery) It is pointed out that the capacity will be reduced. Therefore, in the lithium ion secondary battery using the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio as the positive electrode active material, there is a problem that the initial charge / discharge efficiency and the cycle characteristics cannot be improved.

一方、リチウムニッケル複合酸化物において、X線回折における(003)面の回折ピーク強度I(003)と、(104)面の回折ピーク強度I(104)との比(I(003)/(104))が大きい場合、結晶性が高くなり、カチオンミキシングが起きにくくなることが見出されている。そこで、回折ピーク強度比I(003)/(104)が大きいリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質に用いることによって、カチオンミキシングを抑制し、初期充放電効率およびサイクル特性を向上させることが提案されている。 On the other hand, in the lithium nickel composite oxide, and the diffraction peak intensity I (003) plane in X-ray diffraction (003), (104) plane ratio of the diffraction peak intensity I (104) of (I (003) / (104 It has been found that if ) ) is large, the crystallinity is high and cation mixing is less likely to occur. Accordingly, it has been proposed to use a lithium nickel composite oxide having a large diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) as a positive electrode active material to suppress cation mixing and improve initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics. ing.

しかし、回折ピーク強度比I(003)/(104)が大きいリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いた場合、初期充放電効率およびサイクル特性を向上させることができる一方で、放電容量が低下してしまう。そのため、高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物において、放電容量、初期充放電効率およびサイクル特性のすべてを向上させることは困難であった。 However, when a lithium nickel composite oxide having a large diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) is used as the positive electrode active material, the initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics can be improved, while the discharge capacity decreases. Resulting in. Therefore, it has been difficult to improve all of the discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and cycle characteristics in the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio.

そこで、本発明者は、上記の問題点等を詳細に検討することにより、本発明を想到するに至った。本発明の一実施形態に係る正極活物質は、Ni比率が80%以上のリチウムニッケル複合酸化物において、X線回折における(003)面の回折ピーク強度I(003)と、(104)面の回折ピーク強度I(104)との比I(003)/(104)が、1.05以上1.25以下であり、かつ、(003)面の半値幅FWHM(003)が、0.12以上0.155以下であり、かつ、平均2次粒子径(D50)が、3μm以上9μm以下であり、かつ、比表面積が、0.38m/g以上1.05m/g以下である場合に、放電容量、初期充放電効率およびサイクル特性のすべてを向上させることができる。 Therefore, the present inventor has come up with the present invention by examining the above-mentioned problems in detail. The positive electrode active material according to an embodiment of the present invention is a lithium-nickel composite oxide having a Ni ratio of 80% or more. In the X-ray diffraction, the (003) plane diffraction peak intensity I (003) and the (104) plane The ratio I (003) / (104) to the diffraction peak intensity I (104) is 1.05 or more and 1.25 or less, and the half width FWHM (003) of the (003) plane is 0.12 or more. When it is 0.155 or less, the average secondary particle diameter (D50) is 3 μm or more and 9 μm or less, and the specific surface area is 0.38 m 2 / g or more and 1.05 m 2 / g or less. In addition, the discharge capacity, the initial charge / discharge efficiency, and the cycle characteristics can all be improved.

すなわち、本発明は、Ni比率が80%以上のリチウムニッケル複合酸化物において、回折ピーク強度比I(003)/(104)が比較的小さい値であっても、平均2次粒子径(D50)、(003)面の半値幅FWHM(003)、および比表面積を本発明の範囲とすることによって、放電容量、初期充放電効率およびサイクル特性のすべてを向上させることができることを見出したものである。 That is, according to the present invention, in the lithium nickel composite oxide having a Ni ratio of 80% or more, even if the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) is a relatively small value, the average secondary particle diameter (D50) It has been found that the discharge capacity, the initial charge / discharge efficiency and the cycle characteristics can all be improved by setting the half width FWHM (003) of the (003) plane and the specific surface area within the scope of the present invention. .

<2.リチウムイオン二次電池の構成>
以下では、図1を参照して、上記で説明した本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池10の具体的な構成について説明を行う。図1は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成を説明する説明図である。
<2. Configuration of lithium ion secondary battery>
Below, with reference to FIG. 1, the specific structure of the lithium ion secondary battery 10 which concerns on one Embodiment of this invention demonstrated above is demonstrated. FIG. 1 is an explanatory view illustrating the configuration of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、リチウムイオン二次電池10は、高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質に用いたリチウムイオン二次電池であり、正極20と、負極30と、セパレータ(separator)層40と、を備える。なお、リチウムイオン二次電池10の形態は、特に限定されない。例えば、リチウムイオン二次電池10は、円筒形、角形、ラミネート(laminate)形、ボタン(button)形等のいずれであってもよい。   As shown in FIG. 1, a lithium ion secondary battery 10 is a lithium ion secondary battery using a lithium nickel composite oxide with a high Ni ratio as a positive electrode active material, and includes a positive electrode 20, a negative electrode 30, a separator (separator). ) Layer 40. The form of the lithium ion secondary battery 10 is not particularly limited. For example, the lithium ion secondary battery 10 may be any one of a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a button shape, and the like.

正極20は、集電体21と、正極活物質層22とを備える。集電体21は、例えばアルミニウム(Al)等で構成される。   The positive electrode 20 includes a current collector 21 and a positive electrode active material layer 22. The current collector 21 is made of, for example, aluminum (Al).

正極活物質層22は、少なくとも正極活物質および導電剤を含み、結着剤をさらに含んでいてもよい。また、正極活物質は、高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物を含む。本発明の一実施形態に係る高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物は、例えば、以下の一般式(1)で示される組成を有する。   The positive electrode active material layer 22 includes at least a positive electrode active material and a conductive agent, and may further include a binder. The positive electrode active material contains a lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio. The high nickel ratio lithium nickel composite oxide according to an embodiment of the present invention has, for example, a composition represented by the following general formula (1).

(化1)
LiNiCo・・・(1)
(Chemical formula 1)
Li a Ni x Co y M z O 2 (1)

ここで、前記一般式(1)において、Mは、Al、Mn、Cr、Fe、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、Ceからなる群から選択される1種または2種以上の金属元素であり、
aは、0.20≦a≦1.20であり、
xは、0.80≦x<1.00であり、
yは、0<y≦0.20であり、
zは、0≦z≦0.10であり、
x+y+z=1である。
Here, in the general formula (1), M represents Al, Mn, Cr, Fe, V, Mg, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Cu, Zn, Ga, In, Sn, La, and Ce. One or more metal elements selected from the group consisting of:
a is 0.20 ≦ a ≦ 1.20,
x is 0.80 ≦ x <1.00,
y is 0 <y ≦ 0.20,
z is 0 ≦ z ≦ 0.10,
x + y + z = 1.

また、本発明の一実施形態に係る高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物は、より具体的には、上記一般式(1)において、Mが、AlまたはMnであり、
xは、0.80≦x<1.00であり、
yは、0<y≦0.15であり、
zは、0<z≦0.05であり、
x+y+z=1であってもよい。
The lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio according to an embodiment of the present invention more specifically, in the general formula (1), M is Al or Mn,
x is 0.80 ≦ x <1.00,
y is 0 <y ≦ 0.15,
z is 0 <z ≦ 0.05,
x + y + z = 1 may be sufficient.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上記で示した組成を有する高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として含み、かつ、リチウムニッケル複合酸化物の(003)面および(104)面の回折ピーク強度比I(003)/(104)、(003)面の半値幅FWHM(003)、平均2次粒子径(D50)、および比表面積を本発明の範囲とすることによって、後述する実施例にて実証されるように、初期充放電効率、放電容量およびサイクル特性のすべてを向上させることができる。なお、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上記の高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物以外に、さらに他の物質を正極活物質として含んでいてもよい。 A lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a high nickel ratio lithium nickel composite oxide having the above-described composition as a positive electrode active material, and the (003) plane of the lithium nickel composite oxide. And (104) plane diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) , (003) plane half width FWHM (003) , average secondary particle diameter (D50), and specific surface area are within the scope of the present invention. By this, as demonstrated in the Example mentioned later, all of initial stage charge / discharge efficiency, discharge capacity, and cycling characteristics can be improved. In addition, the lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention may further include another material as the positive electrode active material in addition to the above-described lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio.

また、本発明の一実施形態に係る高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物は、X線回折における(003)面の回折ピーク強度I(003)と、(104)面の回折ピーク強度I(104)との比I(003)/(104)が、1.05以上1.25以下である。後述する実施例で実証されるように、回折ピーク強度比I(003)/(104)がこれらの範囲内の値となる場合に、放電容量、初期充放電効率およびサイクル特性が向上する。 Further, the lithium nickel composite oxide of high Ni ratio in accordance with an embodiment of the present invention, the diffraction peak intensity I (003) plane in X-ray diffraction (003), (104) plane of the diffraction peak intensity I (104 ) I (003) / (104) is 1.05 or more and 1.25 or less. As demonstrated in the examples described later, when the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) is a value within these ranges, the discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and cycle characteristics are improved.

(003)面および(104)面の回折ピーク強度比I(003)/(104)は、リチウムニッケル複合酸化物の結晶性の指標となるパラメータであり、回折ピーク強度比I(003)/(104)が高いほど、結晶性が高く、カチオンミキシングが発生しにくい。すなわち、(003)面および(104)面の回折ピーク強度比I(003)/(104)が1.05未満である場合、リチウムニッケル複合酸化物において、カチオンミキシングが多量に発生するため、サイクル特性および初期充放電効率が低下する。一方、(003)面および(104)面の回折ピーク強度比I(003)/(104)が1.25を超える場合、リチウムニッケル複合酸化物の結晶性が高くなりすぎるため、放電容量が低下する。 The diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) of the (003) plane and the (104) plane is a parameter serving as an index of crystallinity of the lithium nickel composite oxide, and the diffraction peak intensity ratio I (003) / ( The higher the 104) , the higher the crystallinity and the less likely cation mixing occurs. That is, when the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) between the (003) plane and the (104) plane is less than 1.05, a large amount of cation mixing occurs in the lithium nickel composite oxide. Characteristics and initial charge / discharge efficiency are reduced. On the other hand, when the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) of the (003) plane and the (104) plane exceeds 1.25, the crystallinity of the lithium nickel composite oxide becomes too high, so that the discharge capacity decreases. To do.

さらに、本発明の一実施形態に係る高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物は、X線回折における(003)面の半値幅FWHM(003)が、0.12以上0.155以下である。後述する実施例で実証されるように、(003)面の半値幅FWHM(003)がこれらの範囲内の値となる場合に、放電容量、初期充放電効率およびサイクル特性が向上する。具体的には、(003)面の半値幅FWHM(003)が0.12未満である場合、放電容量、初期充放電効率およびサイクル特性が低下する。また、(003)面の半値幅FWHM(003)が0.155を超える場合、サイクル特性および初期充放電効率が低下する。 Further, in the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio according to an embodiment of the present invention, the half width FWHM (003) of the (003) plane in X-ray diffraction is 0.12 or more and 0.155 or less. As demonstrated in the examples described later, when the half-value width FWHM (003) of the (003) plane is a value within these ranges, the discharge capacity, the initial charge / discharge efficiency, and the cycle characteristics are improved. Specifically, when the half width FWHM (003) of the (003) plane is less than 0.12, the discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and cycle characteristics are degraded. On the other hand, when the half width FWHM (003) of the (003) plane exceeds 0.155, the cycle characteristics and the initial charge / discharge efficiency are lowered.

なお、上述した回折ピーク強度比I(003)/(104)、および(003)面の半値幅FWHM(003)は、本発明の一実施形態に係る高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物のX線回折パターン(pattern)から算出することが可能である。本発明の一実施形態に係る高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物のX線回折パターンは、例えば、公知のX線回折の測定方法によって測定することが可能である。 The diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) and the half width FWHM (003) of the (003) plane described above are X of the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio according to an embodiment of the present invention. It is possible to calculate from a line diffraction pattern (pattern). The X-ray diffraction pattern of the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio according to an embodiment of the present invention can be measured, for example, by a known X-ray diffraction measurement method.

また、本発明の一実施形態に係る高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物は、微細な1次粒子が凝集した2次粒子として存在しており、かかる2次粒子の平均粒子径(D50)は、3μm以上9μm以下である。後述する実施例で実証されるように、平均2次粒子径(D50)がこれらの範囲内の値となる場合に、初期充放電効率、放電容量およびサイクル特性が向上する。具体的には、高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物の平均2次粒子径(D50)が、3μm未満である場合、放電容量、初期充放電効率およびサイクル特性が低下する。一方、高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物の平均2次粒子径(D50)が、9μmを超える場合、サイクル特性が顕著に低下する。   Moreover, the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio according to an embodiment of the present invention exists as secondary particles in which fine primary particles are aggregated, and the average particle diameter (D50) of the secondary particles is 3 μm or more and 9 μm or less. As demonstrated in the examples described later, when the average secondary particle diameter (D50) is a value within these ranges, the initial charge / discharge efficiency, the discharge capacity, and the cycle characteristics are improved. Specifically, when the average secondary particle diameter (D50) of the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio is less than 3 μm, the discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and cycle characteristics are deteriorated. On the other hand, when the average secondary particle diameter (D50) of the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio exceeds 9 μm, the cycle characteristics are significantly deteriorated.

ここで、D50とは、粒径分布において、積算値が50%となる粒径のことを意味し、メディアン径(median diameter)とも呼ばれる。なお、2次粒子のD50を算出するための粒径分布は、公知の測定方法、例えば、レーザ(laser)回折・散乱法を用いた測定方法により測定可能である。また、本発明の一実施形態では、2次粒子の粒子径は、2次粒子を球体とみなしたときの直径である。   Here, D50 means a particle size with an integrated value of 50% in the particle size distribution, and is also called a median diameter. The particle size distribution for calculating D50 of the secondary particles can be measured by a known measurement method, for example, a measurement method using a laser diffraction / scattering method. In one embodiment of the present invention, the particle diameter of the secondary particle is a diameter when the secondary particle is regarded as a sphere.

さらに、本発明の一実施形態に係る高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物は、比表面積が0.38m/g以上1.05m/g以下である。後述する実施例で実証されるように、比表面積がこれらの範囲内の値(実施例の測定値+測定誤差10%)となる場合に、初期充放電効率、放電容量およびサイクル特性が向上する。具体的には、高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物の比表面積が、0.38m/g未満である場合、放電容量、初期充放電効率およびサイクル特性が低下する。一方、高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物の比表面積が、1.05m/gを超える場合、サイクル特性が顕著に低下する。ここで、比表面積は、公知の測定方法、例えば窒素吸着法により測定可能である。 Furthermore, the high nickel ratio lithium nickel composite oxide according to an embodiment of the present invention has a specific surface area of 0.38 m 2 / g or more and 1.05 m 2 / g or less. As demonstrated in the examples described later, the initial charge / discharge efficiency, the discharge capacity, and the cycle characteristics are improved when the specific surface area is a value within these ranges (measured values of the examples + measurement error 10%). . Specifically, when the specific surface area of the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio is less than 0.38 m 2 / g, the discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and cycle characteristics are degraded. On the other hand, when the specific surface area of the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio exceeds 1.05 m 2 / g, the cycle characteristics are significantly lowered. Here, the specific surface area can be measured by a known measurement method such as a nitrogen adsorption method.

なお、高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物の含有量は、特に制限されず、従来のリチウムイオン二次電池の正極活物質層に適用される含有量であればいずれであってもよい。   The content of the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio is not particularly limited, and may be any content as long as it is applied to the positive electrode active material layer of the conventional lithium ion secondary battery.

導電剤は、例えば、ケッチェンブラック(ketjen black)、アセチレンブラック(acetylene black)等のカーボンブラック(carbon black)、天然黒鉛、人造黒鉛等である。なお、導電剤は、正極の導電性を高めるためのものであれば特に制限されない。導電剤の含有量は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池の正極活物質層に適用される含有量であればいずれであってもよい。   Examples of the conductive agent include carbon black such as ketjen black and acetylene black, natural graphite, and artificial graphite. In addition, a conductive agent will not be restrict | limited especially if it is for improving the electroconductivity of a positive electrode. The content of the conductive agent is not particularly limited, and may be any content as long as it is applied to the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery.

結着剤は、例えば、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene difluoride)、エチレンプロピレンジエン三元共重合体(ethylene−propylene−diene terpolymer)、スチレンブタジエンゴム(styrene−butadiene rubber)、アクリロニトリルブタジエンゴム(acrylonitrile−butadiene rubber)、フッ素ゴム(fluoroelastomer)、ポリ酢酸ビニル(polyvinyl acetate)、ポリメチルメタクリレート(polymethyl methacrylate)、ポリエチレン(polyethylene)、ニトロセルロース(nitrocellulose)等である。なお、結着材は、正極活物質および導電剤を集電体21上に結着させることができるものであれば、特に制限されない。また、結着剤の含有量は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池の正極活物質層に適用される含有量であればいずれであってもよい。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, ethylene-propylene-diene terpolymer, styrene-butylene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, and acrylonitrile butadiene rubber. ), Fluoroelastomer, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose, and the like. The binder is not particularly limited as long as it can bind the positive electrode active material and the conductive agent onto the current collector 21. Further, the content of the binder is not particularly limited, and may be any content as long as it is applied to the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery.

正極活物質層22は、例えば、適当な有機溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン(N−methyl−2−pyrrolidone))に正極活物質、導電剤、および結着剤を分散させたスラリー(slurry)を集電体21上に塗工し、乾燥、圧延することで形成される。   The positive electrode active material layer 22 includes, for example, a slurry in which a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are dispersed in a suitable organic solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone). slurry) is applied onto the current collector 21, dried and rolled.

負極30は、集電体31と、負極活物質層32とを含む。集電体31は、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)等で構成される。ここで、負極活物質層32は、リチウムイオン二次電池の負極活物質層として使用されるものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、負極活物質層32は、負極活物質を含み、結着剤をさらに含んでいてもよい。負極活物質は、例えば、黒鉛活物質(人造黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛と天然黒鉛との混合物、人造黒鉛を被覆した天然黒鉛等)、ケイ素(Si)もしくはスズ(Sn)もしくはそれらの酸化物の微粒子と黒鉛活物質との混合物、ケイ素もしくはスズの微粒子、ケイ素もしくはスズを基本材料とした合金、およびLiTi12等の酸化チタン(TiO)系化合物等を使用することができる。なお、ケイ素の酸化物は、SiO(0≦x≦2)で表される。また、負極活物質としては、これらの他に、例えば金属リチウム等を使用することができる。さらに、結着剤は、正極活物質層22を構成する結着剤と同様のものが使用可能である。なお、負極活物質と結着剤との質量比は特に制限されず、従来のリチウムイオン二次電池で採用される質量比が本発明でも適用可能である。 The negative electrode 30 includes a current collector 31 and a negative electrode active material layer 32. The current collector 31 is made of, for example, copper (Cu), nickel (Ni), or the like. Here, as long as the negative electrode active material layer 32 is used as a negative electrode active material layer of a lithium ion secondary battery, what kind of thing may be sufficient as it. For example, the negative electrode active material layer 32 includes a negative electrode active material, and may further include a binder. Examples of the negative electrode active material include graphite active materials (artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, natural graphite coated with artificial graphite, etc.), silicon (Si), tin (Sn), or oxides thereof. A mixture of fine particles of graphite and a graphite active material, fine particles of silicon or tin, alloys based on silicon or tin, and titanium oxide (TiO x ) compounds such as Li 4 Ti 5 O 12 can be used. . Note that the oxide of silicon is represented by SiO x (0 ≦ x ≦ 2). In addition to these, for example, metallic lithium can be used as the negative electrode active material. Further, as the binder, the same binder as that constituting the positive electrode active material layer 22 can be used. Note that the mass ratio between the negative electrode active material and the binder is not particularly limited, and the mass ratio employed in the conventional lithium ion secondary battery is also applicable in the present invention.

セパレータ層40は、セパレータと、電解液とを含む。セパレータは、特に制限されず、リチウムイオン二次電池のセパレータとして使用されるものであれば、どのようなものであってもよい。セパレータとしては、優れた高率放電性能を示す多孔膜や不織布等を、単独あるいは併用することが好ましい。また、セパレータは、Al、SiO等の無機物によってコーティング(coating)されていてもよい。セパレータを構成する材料としては、例えば、ポリエチレン(polyethylene),ポリプロピレン(polypropylene)等に代表されるポリオレフィン(polyolefin)系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate),ポリブチレンテレフタレート(polybuthylene terephthalate)等に代表されるポリエステル(polyester)系樹脂、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene difluoride)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(hexafluoropropylene)共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル(perfluorovinylether)共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン(tetrafluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン(trifluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン(fluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン(hexafluoroacetone)共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン(ethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン(propylene)共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン(trifluoropropylene)共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等を使用することができる。セパレータの気孔率も特に制限されず、リチウムイオン二次電池のセパレータが有する気孔率が任意に適用可能である。 Separator layer 40 includes a separator and an electrolytic solution. The separator is not particularly limited, and any separator can be used as long as it is used as a separator for a lithium ion secondary battery. As the separator, it is preferable to use a porous film or a non-woven fabric exhibiting excellent high rate discharge performance alone or in combination. The separator may be coated with an inorganic material such as Al 2 O 3 or SiO 2 . Examples of the material constituting the separator include, for example, polyolefin resins represented by polyethylene, polypropylene, and the like, polyethylene terephthalate, and polybutylene terephthalate. Polyester resin, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinylether (perfluorovinylether) Polymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoroacetone (Hexafluoroacetone) copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetra Fluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene-tetra It can be used Ruoroechiren copolymer. The porosity of the separator is not particularly limited, and the porosity of the separator of the lithium ion secondary battery can be arbitrarily applied.

電解液は、従来からリチウム二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定されることなく使用することができる。ここで、電解液は、非水溶媒に電解質塩を含有させた組成を有する。非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(propylene carbonate)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate)、ブチレンカーボネート(buthylene carbonate)、クロロエチレンカーボネート(chloroethylene carbonate)、ビニレンカーボネート(vinylene carbonate)等の環状炭酸エステル(ester)類;γ−ブチロラクトン(butyrolactone)、γ−バレロラクトン(valerolactone)等の環状エステル類;ジメチルカーボネート(dimethyl carbonate)、ジエチルカーボネート(diethyl carbonate)、エチルメチルカーボネート(ethylmethyl carbonate)等の鎖状カーボネート(carbonate)類;ギ酸メチル(methyl formate)、酢酸メチル(methyl acetate)、酪酸メチル(methyl butyrate)等の鎖状エステル類;テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran)またはその誘導体;1,3−ジオキサン(1,3−dioxane)、1,4−ジオキサン(1,4−dioxane)、1,2−ジメトキシエタン(1,2−dimethoxyethane)、1,4−ジブトキシエタン(1,4−dibutoxyethane)、メチルジグライム(methyldiglyme)等のエーテル(ether)類;アセトニトリル(acetonitrile)、ベンゾニトリル(benzonitrile)等のニトリル(nitrile)類;ジオキソラン(dioxolane)またはその誘導体;エチレンスルフィド(ethylene sulfide)、スルホラン(sulfolane)、スルトン(sultone)またはその誘導体等を単独で、またはそれら2種以上を混合して使用することができるが、これらに限定されるものではない。   As the electrolytic solution, the same non-aqueous electrolytic solution conventionally used for lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. Here, the electrolytic solution has a composition in which an electrolyte salt is contained in a non-aqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, vinylene carbonate and the like. ); Cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate linear carbonates such as ethyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate, methyl butyrate; tetrahydrofuran or its derivatives; 3-dioxane (1,3-dioxane), 1,4-dioxane (1,4-dioxane), 1,2-dimethoxyethane (1,2-dioxyethane), 1,4-dibutoxyethane (1,4- ethers such as dibutoxyether and methyldiglyme; acetonitrile, benzonitrile (ben) nitriles such as zontrile; dioxolane or a derivative thereof; ethylene sulfide, sulfolane, sultone, a derivative thereof, or the like alone, or a mixture of two or more thereof However, the present invention is not limited to these.

また、電解質塩としては、例えば、LiClO、LiBF、LiAsF、LiPF、LiSCN、LiBr、LiI、LiSO、Li10Cl10、NaClO、NaI、NaSCN、NaBr、KClO、KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiC(CFSO、LiC(CSO、(CHNBF、(CHNBr、(CNClO、(CNI、(CNBr、(n−CNClO、(n−CNI、(CN−maleate、(CN−benzoate、(CN−phtalate、ステアリルスルホン酸リチウム(lithium stearyl sulfate)、オクチルスルホン酸リチウム(lithium octyl sulfate)、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム(lithium dodecylbenzene sulphonate)等の有機イオン塩等を使用することができる。なお、これらのイオン性化合物は、単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。また、電解質塩の濃度は、従来のリチウム二次電池で使用される非水電解液と同様でよく、特に制限はない。本発明では、適当なリチウム化合物(電解質塩)を0.5〜2.0mol/L程度の濃度で含有させた電解液を使用することができる。 Examples of the electrolyte salt include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr, KClO 4. , Inorganic ion salts containing one of lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K), such as KSCN, LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (n-C 4 H 9 ) 4 NC lO 4, (n-C 4 H 9) 4 NI, (C 2 H 5) 4 N-maleate, (C 2 H 5) 4 N-benzoate, (C 2 H 5) 4 N-phtalate, stearyl acid Organic ion salts such as lithium (lithium stearyl sulfate), lithium octyl sulfonate (lithium octyl sulfate), lithium dodecylbenzene sulfonate (lithium dodecylbenzene sulfate), and the like can be used. These ionic compounds can be used alone or in admixture of two or more. Further, the concentration of the electrolyte salt may be the same as that of the nonaqueous electrolytic solution used in the conventional lithium secondary battery, and is not particularly limited. In the present invention, an electrolytic solution containing an appropriate lithium compound (electrolyte salt) at a concentration of about 0.5 to 2.0 mol / L can be used.

<3.リチウムイオン二次電池の製造方法>
[3−1.高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物の製造方法]
次に、本発明の一実施形態に係る高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物の製造方法について説明する。本発明の一実施形態に係るリチウムニッケル複合酸化物の製造方法は、特に制限されないが、例えば、共沈法を用いることできる。以下では、かかる共沈法を用いたリチウムニッケル複合酸化物の製造方法について、一例を挙げて説明を行う。
<3. Manufacturing method of lithium ion secondary battery>
[3-1. Method for producing lithium nickel composite oxide with high Ni ratio]
Next, a method for producing a lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio according to an embodiment of the present invention will be described. Although the manufacturing method of the lithium nickel composite oxide which concerns on one Embodiment of this invention is not restrict | limited in particular, For example, a coprecipitation method can be used. Below, an example is given and demonstrated about the manufacturing method of lithium nickel complex oxide using this coprecipitation method.

まず、硫酸ニッケル6水和物(NiSO・6HO)、硫酸コバルト5水和物(CoSO・5HO)、および金属元素Mを含む化合物をイオン交換水に溶解させて、混合水溶液を製造する。ここで、硫酸ニッケル6水和物、硫酸コバルト5水和物、および金属元素Mを含む化合物の総質量は、混合水溶液の総質量に対して、例えば20質量%程度であればよい。また、硫酸ニッケル6水和物、硫酸コバルト5水和物、および金属元素Mを含む化合物は、Ni、CoおよびMの各元素のモル(mole)比が所望の値となるように混合される。なお、各元素のモル比は、製造されるリチウムニッケル複合酸化物の組成に応じて決定される。例えば、LiNi0.8Co0.15Al0.05を製造する場合、各元素のモル比Ni:Co:Alは80:15:5となる。 First, nickel sulfate hexahydrate (NiSO 4 · 6H 2 O), cobalt sulfate pentahydrate (CoSO 4 · 5H 2 O), and a compound containing metal element M are dissolved in ion-exchanged water to obtain a mixed aqueous solution. Manufacturing. Here, the total mass of the compound including nickel sulfate hexahydrate, cobalt sulfate pentahydrate, and metal element M may be, for example, about 20% by mass with respect to the total mass of the mixed aqueous solution. Further, the nickel sulfate hexahydrate, cobalt sulfate pentahydrate, and the compound containing the metal element M are mixed so that the mole ratio of each element of Ni, Co, and M becomes a desired value. . In addition, the molar ratio of each element is determined according to the composition of the lithium nickel composite oxide to be produced. For example, when manufacturing LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , the molar ratio of each element Ni: Co: Al is 80: 15: 5.

なお、上記の金属元素Mは、例えば、Al、Mn、Cr、Fe、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、Ceからなる群から選択される1種または2種以上の元素である。また、金属元素Mを含む化合物とは、例えば、金属元素Mの硫酸塩および硝酸塩などの各種塩、酸化物、ならびに水酸化物などである。   The metal element M is, for example, from the group consisting of Al, Mn, Cr, Fe, V, Mg, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Cu, Zn, Ga, In, Sn, La, and Ce. One or more elements selected. Moreover, the compound containing the metal element M is, for example, various salts such as sulfate and nitrate of the metal element M, oxides, hydroxides, and the like.

また、反応層に所定量(例えば500ml)のイオン交換水を投入し、このイオン交換水の温度を50℃に維持する。以下、反応層内の水溶液を反応層水溶液と称する。次に、窒素等の不活性ガス(gas)によってイオン交換水をバブリング(bubbling)することによって溶存酸素を除去する。   In addition, a predetermined amount (for example, 500 ml) of ion exchange water is added to the reaction layer, and the temperature of this ion exchange water is maintained at 50 ° C. Hereinafter, the aqueous solution in the reaction layer is referred to as a reaction layer aqueous solution. Next, dissolved oxygen is removed by bubbling ion exchange water with an inert gas such as nitrogen.

ここで、反応層水溶液を撹拌し、反応層水溶液の温度を50℃に維持しながら、上述した混合水溶液を反応層水溶液に滴下する。滴下の速度は特に制限されないが、早過ぎると均一な前駆体(共沈水酸化物塩)が得られない可能性がある。例えば、滴下の速度は、3ml/min程度とすればよい。   Here, while stirring the reaction layer aqueous solution and maintaining the temperature of the reaction layer aqueous solution at 50 ° C., the above-described mixed aqueous solution is dropped into the reaction layer aqueous solution. The speed of dropping is not particularly limited, but if it is too fast, a uniform precursor (coprecipitated hydroxide salt) may not be obtained. For example, the dropping speed may be about 3 ml / min.

さらに、反応層水溶液に、混合水溶液の他に飽和NaOH水溶液を混合水溶液のNi、Coに対して過剰量滴下する。なお、かかる滴下において、反応層水溶液のpHを11.5に、温度を50℃に維持する。この処理を、例えば、所定の撹拌速度(※1)にて、所定の撹拌時間(※2)行う。これにより、各金属元素の水酸化物塩が共沈する。   Further, a saturated NaOH aqueous solution in addition to the mixed aqueous solution is dropped into the reaction layer aqueous solution in an excessive amount relative to Ni and Co in the mixed aqueous solution. In addition, in this dripping, pH of reaction layer aqueous solution is maintained at 11.5, and temperature is maintained at 50 degreeC. This process is performed for a predetermined stirring time (* 2) at a predetermined stirring speed (* 1), for example. Thereby, the hydroxide salt of each metal element co-precipitates.

続いて、固液分離(例えば吸引ろ過)を行い、共沈水酸化物塩を反応層水溶液から取り出し、取り出した共沈水酸化物塩をイオン交換水で洗浄する。さらに、共沈水酸化物塩を真空乾燥させる。この時の温度は、例えば、100℃程度とすればよく、乾燥時間は、例えば、10時間程度とすればよい。   Subsequently, solid-liquid separation (for example, suction filtration) is performed, the coprecipitated hydroxide salt is taken out from the aqueous reaction layer solution, and the taken out coprecipitated hydroxide salt is washed with ion-exchanged water. Further, the coprecipitated hydroxide salt is vacuum dried. The temperature at this time may be about 100 ° C., for example, and the drying time may be about 10 hours, for example.

次に、乾燥後の共沈水酸化物塩を乳鉢で数分間粉砕し、乾燥粉末を得る。そして、乾燥粉末と、水酸化リチウム(LiOH)とを混合することで、混合粉体を生成する。ここで、LiとNi+Mn+M(=Me)とのモル比は、リチウムニッケル複合酸化物の組成に応じて決定される。例えば、LiNi0.8Co0.15Al0.05を製造する場合、LiとMeとのモル比Li:Meは1.0:1.0となる。 Next, the dried coprecipitated hydroxide salt is pulverized for several minutes in a mortar to obtain a dry powder. And mixed powder is produced | generated by mixing dry powder and lithium hydroxide (LiOH). Here, the molar ratio between Li and Ni + Mn + M (= Me) is determined according to the composition of the lithium nickel composite oxide. For example, when producing LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , the molar ratio Li: Me between Li and Me is 1.0: 1.0.

さらに、この混合粉体を酸素雰囲気下にて、所定の焼成時間(※3)、焼成温度(※4)で焼成する。これにより、高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物が製造される。以上の方法によって製造された本発明の一実施形態に係る高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物は、(003)面および(104)面の回折ピーク強度比I(003)/(104)、(003)面の半値幅FWHM(003)、平均2次粒子径(D50)、比表面積が本発明にて特定される所定範囲内の値となる。 Further, the mixed powder is fired in an oxygen atmosphere at a predetermined firing time (* 3) and a firing temperature (* 4). Thereby, a lithium nickel composite oxide with a high Ni ratio is produced. The lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio according to an embodiment of the present invention manufactured by the above method has a diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) 2 , (003) plane and (104) plane ( 003) FWHM (003) , average secondary particle diameter (D50), and specific surface area are values within a predetermined range specified in the present invention.

なお、高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物の各種パラメータ(parameter)は、※1の撹拌速度、※2の撹拌時間、※3の焼成時間、および※4の焼成温度等によって調整可能である。このうち、特に、焼成温度によって各種パラメータを調整することが可能である。具体的には、焼成温度が高いほど、(003)面および(104)面の回折ピーク強度比I(003)/(104)は大きくなり、(003)面の半値幅FWHM(003)は低下する傾向にある。例えば、撹拌速度を周速で4〜5m/s、撹拌時間を10時間、焼成時間を10時間とした上で、焼成温度を700℃〜800℃の範囲で調整することにより、本発明の一実施形態に係る高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物を製造することができる。 The various parameters of the lithium nickel composite oxide with a high Ni ratio can be adjusted by * 1 stirring speed, * 2 stirring time, * 3 firing time, * 4 firing temperature, and the like. Among these, it is possible to adjust various parameters depending on the firing temperature. Specifically, as the firing temperature increases, the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) between the (003) plane and the (104) plane increases, and the half-value width FWHM (003) of the (003) plane decreases. Tend to. For example, the stirring speed is 4 to 5 m / s at the peripheral speed, the stirring time is 10 hours, and the firing time is 10 hours. The lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio according to the embodiment can be manufactured.

[3−2.リチウムイオン二次電池の製造方法]
続いて、リチウムイオン二次電池10の製造方法について説明する。なお、本発明では、上述した製造方法による高Ni比率のリチウムニッケル複合酸化物に正極活物質を変更した以外は、従来のリチウムイオン二次電池と同様の製造方法にて、リチウムイオン二次電池10を製造することができる。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池10の製造方法は概略的には以下のとおりである。
[3-2. Manufacturing method of lithium ion secondary battery]
Then, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery 10 is demonstrated. In the present invention, the lithium ion secondary battery is manufactured by the same manufacturing method as that of the conventional lithium ion secondary battery except that the positive electrode active material is changed to the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio by the manufacturing method described above. 10 can be manufactured. A method of manufacturing the lithium ion secondary battery 10 according to an embodiment of the present invention is schematically as follows.

正極20は、以下のように製造される。まず、正極活物質、導電剤、および結着剤を所望の割合で混合したものを、有機溶媒(例えば、N−メチル−2−ピロリドン)に分散させることでスラリーを形成する。次に、スラリーを集電体21上に形成(例えば塗工)し、乾燥させることで、正極活物質層22を形成する。なお、塗工の方法は、特に限定されないが、例えば、ナイフコーター(knife coater)法、グラビアコーター(gravure coater)法等を用いてもよい。以下の各塗工工程も同様の方法により行われる。さらに、圧縮機により正極活物質層22を所望の厚さとなるように圧縮する。これにより、正極20が製造される。ここで、正極活物質層22の厚さは特に制限されず、リチウムイオン二次電池の正極活物質層が有する厚さであればよい。   The positive electrode 20 is manufactured as follows. First, a slurry is formed by dispersing a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder in a desired ratio in an organic solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone). Next, the positive electrode active material layer 22 is formed by forming (for example, coating) the slurry on the current collector 21 and drying the slurry. The coating method is not particularly limited, and for example, a knife coater method, a gravure coater method, or the like may be used. The following coating steps are also performed by the same method. Furthermore, the positive electrode active material layer 22 is compressed to a desired thickness by a compressor. Thereby, the positive electrode 20 is manufactured. Here, the thickness of the positive electrode active material layer 22 is not particularly limited as long as the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery has a thickness.

負極30も、正極20と同様に製造される。まず、負極活物質および結着剤を所望の割合で混合したものを、有機溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン)に分散させることでスラリーを形成する。次に、スラリーを集電体31上に形成(例えば塗工)し、乾燥させることで、負極活物質層32を形成する。さらに、圧縮機により負極活物質層32を所望の厚さとなるように圧縮する。これにより、負極30が製造される。ここで、負極活物質層32の厚さは特に制限されず、リチウムイオン二次電池の負極活物質層が有する厚さであればよい。また、負極活物質層32として金属リチウムを用いる場合、集電体31に金属リチウム箔を重ねれば良い。   The negative electrode 30 is also manufactured in the same manner as the positive electrode 20. First, a slurry is formed by dispersing a mixture of a negative electrode active material and a binder in a desired ratio in an organic solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone). Next, the negative electrode active material layer 32 is formed by forming (for example, coating) the slurry on the current collector 31 and drying the slurry. Further, the negative electrode active material layer 32 is compressed to a desired thickness by a compressor. Thereby, the negative electrode 30 is manufactured. Here, the thickness of the negative electrode active material layer 32 is not particularly limited as long as the negative electrode active material layer of the lithium ion secondary battery has a thickness. Further, when metal lithium is used for the negative electrode active material layer 32, a metal lithium foil may be stacked on the current collector 31.

続いて、セパレータ40を正極20および負極30で挟むことで、電極構造体を製造する。次に、電極構造体を所望の形態(例えば、円筒形、角形、ラミネート形、ボタン形等)に加工し、当該形態の容器に挿入する。さらに、当該容器内に所望の組成の電解液を注入することで、セパレータ40内の各気孔に電解液を含浸させる。これにより、リチウムイオン二次電池10が製造される。   Subsequently, the electrode structure is manufactured by sandwiching the separator 40 between the positive electrode 20 and the negative electrode 30. Next, the electrode structure is processed into a desired shape (for example, a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a button shape, etc.) and inserted into a container of the shape. Further, by injecting an electrolytic solution having a desired composition into the container, each pore in the separator 40 is impregnated with the electrolytic solution. Thereby, the lithium ion secondary battery 10 is manufactured.

以下では、本発明の一実施形態に係る実施例について説明する。   Below, the Example which concerns on one Embodiment of this invention is described.

(実施例1〜3および比較例1〜4に係るリチウムニッケル複合酸化物の製造)
硫酸ニッケル6水和物(NiSO・6HO)、硫酸コバルト5水和物(CoSO・5HO)、および硝酸アルミニウム(Al(NO)をイオン交換水に溶解させ、混合水溶液を製造した。ここで、硫酸ニッケル6水和物、硫酸コバルト5水和物、および硝酸アルミニウムの総質量は、混合水溶液の総質量に対して、20質量%とした。また、硫酸ニッケル6水和物、硫酸コバルト5水和物、および硝酸アルミニウムの混合比は、Ni、Co、およびAlの各元素のモル比が、それぞれの実施例において、Ni:Co:Al=80〜84:15:1〜5となるように混合した。
(Production of lithium nickel composite oxides according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4)
Nickel sulfate hexahydrate (NiSO 4 · 6H 2 O), cobalt sulfate pentahydrate (CoSO 4 · 5H 2 O), and aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ) are dissolved in ion-exchanged water and mixed. An aqueous solution was prepared. Here, the total mass of nickel sulfate hexahydrate, cobalt sulfate pentahydrate, and aluminum nitrate was 20 mass% with respect to the total mass of the mixed aqueous solution. Further, the mixing ratio of nickel sulfate hexahydrate, cobalt sulfate pentahydrate, and aluminum nitrate is such that the molar ratio of each element of Ni, Co, and Al is Ni: Co: Al = It mixed so that it might become 80-84: 15: 1-5.

また、反応層に500mlのイオン交換水を投入し、このイオン交換水の温度を50℃に維持した。次に、窒素ガスによってイオン交換水をバブリングすることによって溶存酸素を除去した。   Moreover, 500 ml of ion exchange water was added to the reaction layer, and the temperature of this ion exchange water was maintained at 50 ° C. Next, dissolved oxygen was removed by bubbling ion exchange water with nitrogen gas.

そして、反応層水溶液を撹拌し、反応層水溶液の温度を50℃に維持しながら、上述した混合水溶液を3ml/minの速度で反応層水溶液に滴下した。   Then, while stirring the reaction layer aqueous solution and maintaining the temperature of the reaction layer aqueous solution at 50 ° C., the above-described mixed aqueous solution was dropped into the reaction layer aqueous solution at a rate of 3 ml / min.

また、混合水溶液の他に、混合水溶液のNi、Coに対して過剰量の飽和NaOH水溶液を反応槽水溶液に滴下し、反応層水溶液のpHを11.5に、温度を50℃に維持した。ここで、撹拌速度は周速で4〜5m/s、撹拌時間は10時間であった。これにより、各金属元素の水酸化物塩が共沈した。   In addition to the mixed aqueous solution, an excessive amount of saturated NaOH aqueous solution was dropped into the reaction bath aqueous solution with respect to Ni and Co in the mixed aqueous solution, and the pH of the aqueous reaction layer solution was maintained at 11.5 and the temperature was maintained at 50 ° C. Here, the stirring speed was 4 to 5 m / s in peripheral speed, and the stirring time was 10 hours. Thereby, the hydroxide salt of each metal element coprecipitated.

続いて、吸引ろ過により共沈水酸化物塩を反応層水溶液から取り出し、共沈水酸化物塩をイオン交換水で洗浄した。そして、共沈水酸化物塩を真空乾燥させた。真空乾燥の温度は100℃とし、乾燥時間は10時間とした。   Subsequently, the coprecipitated hydroxide salt was taken out from the aqueous reaction layer solution by suction filtration, and the coprecipitated hydroxide salt was washed with ion-exchanged water. The coprecipitated hydroxide salt was then vacuum dried. The temperature for vacuum drying was 100 ° C., and the drying time was 10 hours.

次に、乾燥後の共沈水酸化物塩を乳鉢で数分間粉砕し、乾燥粉末を得た。そして、乾燥粉末と、水酸化リチウム(LiOH)とを混合することで、混合粉体を生成した。ここで、LiとMe(=Ni+Co+Al)とのモル比は1.0:1.0とした。さらに、この混合粉体を酸素雰囲気下にて、焼成時間を10時間とし、焼成温度を700℃〜800℃として焼成を行った。   Next, the dried coprecipitated hydroxide salt was pulverized for several minutes in a mortar to obtain a dry powder. And mixed powder was produced | generated by mixing dry powder and lithium hydroxide (LiOH). Here, the molar ratio between Li and Me (= Ni + Co + Al) was 1.0: 1.0. Further, the mixed powder was fired in an oxygen atmosphere with a firing time of 10 hours and a firing temperature of 700 ° C. to 800 ° C.

(実施例4、5および比較例5、6に係るリチウムニッケル複合酸化物の製造)
混合水溶液を硫酸ニッケル6水和物、硫酸コバルト5水和物、および硫酸マンガン7水和物(MnSO・7HO)で製造した以外は、上述した実施例1〜3および比較例1〜4と同様の方法で、実施例4、5および比較例5、6に係るリチウムニッケル複合酸化物を製造した。なお、硫酸ニッケル6水和物、硫酸コバルト5水和物、および硫酸マンガン7水和物の混合比は、Ni、Co、およびMnの各元素のモル比がNi:Co:Mn=80〜85:10〜15:4〜10となるように混合した。
(Production of lithium nickel composite oxide according to Examples 4 and 5 and Comparative Examples 5 and 6)
Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 1 described above were prepared except that the mixed aqueous solution was produced with nickel sulfate hexahydrate, cobalt sulfate pentahydrate, and manganese sulfate heptahydrate (MnSO 4 .7H 2 O). 4 were used to produce lithium nickel composite oxides according to Examples 4 and 5 and Comparative Examples 5 and 6. The mixing ratio of nickel sulfate hexahydrate, cobalt sulfate pentahydrate, and manganese sulfate heptahydrate is such that the molar ratio of Ni, Co, and Mn elements is Ni: Co: Mn = 80 to 85. : 10-15: Mixed so as to be 4-10.

(実施例1〜5および比較例1〜6に係るリチウムニッケル複合酸化物の測定)
上記で製造した実施例1〜5および比較例1〜6に係るリチウムニッケル複合酸化物のX線回折試験を行ったところ、回折角(2θ)18°付近に(003)面のピークが検出され、回折角(2θ)44°付近に(104)面のピークが検出された。かかるピークに基づいて、(003)面および(104)面の回折ピーク強度比I(003)/(104)、および(003)面の半値幅FWHM(003)を算出した。
(Measurement of lithium nickel composite oxide according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6)
When the X-ray diffraction test was performed on the lithium nickel composite oxides according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 manufactured above, a peak on the (003) plane was detected near the diffraction angle (2θ) of 18 °. A peak on the (104) plane was detected near a diffraction angle (2θ) of 44 °. Based on this peak, the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) of the (003) plane and the ( 104 ) plane and the half width FWHM (003) of the (003) plane were calculated.

また、製造したリチウムニッケル複合酸化物の平均二次粒子径(D50)をレーザ回折・散乱式粒度分布計(日機装社製 Microtrac MT3000)で測定した。さらに、製造したリチウムニッケル複合酸化物の比表面積を窒素吸着法により測定した。   Moreover, the average secondary particle diameter (D50) of the manufactured lithium nickel composite oxide was measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution meter (Microtrac MT3000 manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). Furthermore, the specific surface area of the manufactured lithium nickel composite oxide was measured by a nitrogen adsorption method.

なお、実施例1〜5および比較例1〜6に係るリチウムニッケル複合酸化物における、(003)面および(104)面の回折ピーク強度比I(003)/(104)、(003)面の半値幅FWHM(003)、平均二次粒子径(D50)、および比表面積の測定結果については、表2および3にて、充放電評価結果と併せて後述する。 In the lithium nickel composite oxides according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) and (003) of the (003) plane and (104) plane The measurement results of the half width FWHM (003) , the average secondary particle diameter (D50), and the specific surface area will be described later in Tables 2 and 3 together with the charge / discharge evaluation results.

(リチウムイオン二次電池の製造)
さらに、リチウムイオン二次電池を以下のように製造した。まず、上述した製造方法によって、それぞれ製造されたリチウムニッケル複合酸化物と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデンとを95:2:3の質量比で混合した。そして、この混合物をN−メチル−2−ピロリドンに分散させることでスラリーを形成した。
(Manufacture of lithium ion secondary batteries)
Further, a lithium ion secondary battery was manufactured as follows. First, the lithium nickel composite oxide, acetylene black, and polyvinylidene fluoride produced by the above-described production methods were mixed at a mass ratio of 95: 2: 3. Then, this mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry.

続いて、スラリーを集電体であるアルミニウム箔上に塗工し、乾燥させて正極活物質層とすることで正極を製造した。   Then, the positive electrode was manufactured by coating the slurry on an aluminum foil as a current collector and drying it to form a positive electrode active material layer.

また、負極は、金属リチウムを集電体に貼り付けて製造した。   The negative electrode was manufactured by attaching metallic lithium to a current collector.

セパレータは、Al微粒子とPVdF(ポリフッ化ビニリデン)とを質量比70:30で混合した塗工液によって表裏面にコーティングが施された多孔質ポリエチレンフィルム(polyethylene film)(厚さ12μm)を用いた。かかるセパレータを正極および負極で挟むことにより、電極構造体を製造した。また、電極構造体を2032コインハーフセル(coin half cell)に加工した。 The separator is a porous polyethylene film (thickness 12 μm) whose front and back surfaces are coated with a coating liquid in which Al 2 O 3 fine particles and PVdF (polyvinylidene fluoride) are mixed at a mass ratio of 70:30. Was used. An electrode structure was produced by sandwiching the separator between the positive electrode and the negative electrode. The electrode structure was processed into a 2032 coin half cell.

一方、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを3:7の体積比で混合した非水溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.3mol/Lの濃度となるように溶解し、電解液を製造した。製造した電解液を2032コインハーフセルに注入することで、電解液をセパレータに含浸させた。これにより、リチウムイオン二次電池を製造した。 On the other hand, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved to a concentration of 1.3 mol / L in a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7, and the electrolyte solution was Manufactured. The separator was impregnated with the electrolytic solution by injecting the manufactured electrolytic solution into a 2032 coin half cell. Thereby, the lithium ion secondary battery was manufactured.

(充放電評価)
以上で説明した方法にて製造された実施例1〜5および比較例1〜6に係るリチウムイオン二次電池の充放電評価を行った。具体的には、以下の表1に示す充放電レート(rate)、カットオフ(cut off)電圧にてサイクル試験を行った。
(Charge / discharge evaluation)
The charge / discharge evaluation of the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 manufactured by the method described above was performed. Specifically, a cycle test was conducted at the charge / discharge rate (rate) and cut-off voltage shown in Table 1 below.

Figure 0006435093
Figure 0006435093

表1において、CC−CVは定電流定電圧充電を示し、CCは定電流放電を示す。カットオフ電圧は、充電終了時の電圧および放電終了時の電圧を示す。例えば、1サイクル目の充電はリチウムイオン二次電池の電圧が4.3(V)となるまで行われ、放電はリチウムイオン二次電池の電圧が3.0(V)となるまで行われたことを示す。   In Table 1, CC-CV indicates constant current constant voltage charging, and CC indicates constant current discharging. The cut-off voltage indicates a voltage at the end of charging and a voltage at the end of discharging. For example, charging in the first cycle was performed until the voltage of the lithium ion secondary battery reached 4.3 (V), and discharging was performed until the voltage of the lithium ion secondary battery reached 3.0 (V). It shows that.

かかる充放電評価の結果を表2および3に示す。   The results of such charge / discharge evaluation are shown in Tables 2 and 3.

なお、表2および3において、初期充放電効率は、1サイクル目の放電容量を1サイクル目の充電容量で除した数値である。また、放電容量は、2サイクル目の放電容量である。さらに、容量維持率は、52サイクル目の放電容量を3サイクル目に対する放電容量で除した値である。   In Tables 2 and 3, the initial charge / discharge efficiency is a numerical value obtained by dividing the discharge capacity at the first cycle by the charge capacity at the first cycle. The discharge capacity is the discharge capacity at the second cycle. Furthermore, the capacity retention ratio is a value obtained by dividing the discharge capacity at the 52nd cycle by the discharge capacity for the third cycle.

まず、表2において、正極活物質として、LiNiCoAlの組成を有するリチウムニッケル複合酸化物を用いた実施例1〜3および比較例1〜4の測定結果を示す。なお、各実施例および比較例におけるx、y、zの値も表2に併記した。 First, in Table 2, as a positive electrode active material, the measurement results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 using a lithium nickel composite oxide having a composition of LiNi x Co y Al z O 2 . The values of x, y, and z in each example and comparative example are also shown in Table 2.

Figure 0006435093
Figure 0006435093

表2を参照すると、実施例1〜3は、回折ピーク強度比I(003)/(104)、半値幅FWHM(003)、平均二次粒子径(D50)、および比表面積が本発明の範囲内であり、いずれも放電容量、初期充放電効率、およびサイクル特性のすべてが高いことがわかる。 Referring to Table 2, in Examples 1 to 3, the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) , the half-width FWHM (003) , the average secondary particle diameter (D50), and the specific surface area are within the scope of the present invention. It can be seen that the discharge capacity, the initial charge / discharge efficiency, and the cycle characteristics are all high.

一方、比較例1および3は、回折ピーク強度比I(003)/(104)、半値幅FWHM(003)が本発明の範囲から外れており、サイクル特性が低下している。また、比較例2は、D50、比表面積、および半値幅FWHM(003)が本発明の範囲から外れており、放電容量、初期充放電効率、サイクル特性が低下している。さらに、比較例4は、D50、回折ピーク強度比I(003)/(104)が本発明の範囲から外れており、放電容量、初期充放電効率、サイクル特性が低下している。 On the other hand, in Comparative Examples 1 and 3, the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) and the full width at half maximum FWHM (003) are out of the scope of the present invention, and the cycle characteristics are deteriorated. In Comparative Example 2, D50, specific surface area, and full width at half maximum ( FWHM ) (003) are out of the scope of the present invention, and the discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and cycle characteristics are reduced. Further, in Comparative Example 4, D50 and diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) are out of the scope of the present invention, and the discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and cycle characteristics are reduced.

次に、表3において、正極活物質として、LiNiCoMnの組成を有するリチウムニッケル複合酸化物を用いた実施例4、5および比較例5、6の測定結果を示す。なお、各実施例および比較例におけるx、y、zの値も表3に併記した。 Next, in Table 3, measurement results of Examples 4 and 5 and Comparative Examples 5 and 6 using a lithium nickel composite oxide having a composition of LiNi x Co y Mn z O 2 as the positive electrode active material are shown. The values of x, y, and z in each example and comparative example are also shown in Table 3.

Figure 0006435093
Figure 0006435093

表3を参照すると、実施例4および5は、回折ピーク強度比I(003)/(104)、半値幅FWHM(003)、平均二次粒子径(D50)、および比表面積が本発明の範囲内であり、いずれも放電容量、初期充放電効率、およびサイクル特性のすべてが高いことがわかる。 Referring to Table 3, Examples 4 and 5 show that the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) , the full width at half maximum FWHM (003) , the average secondary particle diameter (D50), and the specific surface area are within the scope of the present invention. It can be seen that the discharge capacity, the initial charge / discharge efficiency, and the cycle characteristics are all high.

一方、比較例5は、回折ピーク強度比I(003)/(104)、半値幅FWHM(003)が本発明の範囲から外れており、初期充放電効率およびサイクル特性が低下している。また、比較例6は、半値幅FWHM(003)が本発明の範囲から外れており、初期充放電効率およびサイクル特性が低下している。 On the other hand, in Comparative Example 5, the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) and the full width at half maximum FWHM (003) are out of the scope of the present invention, and the initial charge / discharge efficiency and the cycle characteristics are deteriorated. Further, in Comparative Example 6, the half width FWHM (003) is out of the scope of the present invention, and the initial charge / discharge efficiency and the cycle characteristics are deteriorated.

以上の結果からわかるように、本発明の一実施形態によれば、高Ni比率であるリチウムニッケル複合酸化物を含む正極活物質において、X線回折における(003)面の回折ピーク強度I(003)と、(104)面の回折ピーク強度I(104)との比I(003)/(104)を1.05以上1.25以下とし、かつ、(003)面の半値幅FWHM(003)を0.12以上0.155以下とし、かつ、平均2次粒子径(D50)を3μm以上9μm以下とし、かつ、比表面積を0.38m/g以上1.05m/g以下とすることにより、初期充放電効率、放電容量およびサイクル特性のすべてを向上させることができる。 As can be seen from the above results, according to one embodiment of the present invention, in the positive electrode active material containing the lithium nickel composite oxide having a high Ni ratio, the diffraction peak intensity I (003 ) on the (003) plane in X-ray diffraction. ) And (104) plane diffraction peak intensity I (104) ratio I (003) / (104) is 1.05 or more and 1.25 or less, and (003) plane half width FWHM (003) Of 0.12 to 0.155, an average secondary particle diameter (D50) of 3 μm to 9 μm, and a specific surface area of 0.38 m 2 / g to 1.05 m 2 / g. Thus, all of initial charge / discharge efficiency, discharge capacity, and cycle characteristics can be improved.

特に、本発明の一実施形態によれば、Ni比率が80%以上のリチウムニッケル複合酸化物において、(003)面および(104)面の回折ピーク強度比I(003)/(104)が比較的小さい値であっても、平均2次粒子径(D50)、(003)面の半値幅FWHM(003)、および比表面積を本発明の範囲とすることによって、放電容量、初期充放電効率およびサイクル特性のすべてを向上させることが可能である。 In particular, according to one embodiment of the present invention, in the lithium nickel composite oxide having a Ni ratio of 80% or more, the diffraction peak intensity ratio I (003) / (104) between the (003) plane and the (104) plane is compared. Even when the average secondary particle size (D50), the half-value width FWHM (003) of the (003) plane, and the specific surface area are within the scope of the present invention, the discharge capacity, initial charge / discharge efficiency and It is possible to improve all of the cycle characteristics.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な一実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to this example. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

10 リチウムイオン二次電池
20 正極
21 集電体
22 正極活物質層
30 負極
31 集電体
32 負極活物質層
40 セパレータ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lithium ion secondary battery 20 Positive electrode 21 Current collector 22 Positive electrode active material layer 30 Negative electrode 31 Current collector 32 Negative electrode active material layer 40 Separator layer

Claims (2)

X線回折において、(003)面の回折ピーク強度I(003)と、(104)面の回折ピーク強度I(104)との比I(003)/(104)が、1.05以上1.25以下であり、かつ、(003)面の半値幅FWHM(003)が、0.12以上0.155以下であり、かつ、平均2次粒子径であるD50が、3μm以上9μm以下であり、かつ、比表面積が、0.38m/g以上1.05m/g以下であり、
下記一般式(1)で示される組成を有するリチウム複合酸化物を含む、正極活物質。
(化1)
LiNiCo・・・(1)
前記一般式(1)において、Mは、Alであり、
aは、0.20≦a≦1.20であり、
xは、0.80≦x<1.00であり、
yは、0<y≦0.15であり、
zは、0<z≦0.05であり、
x+y+z=1である。
In X-ray diffraction, (003) plane and the diffraction peak intensity I (003) of (104) plane of the diffraction peak intensity I (104) ratio of I (003) / (104) is 1.05 or more 1. 25 or less, and the (003) plane half-width FWHM (003) is 0.12 or more and 0.155 or less, and the average secondary particle diameter D50 is 3 μm or more and 9 μm or less, and a specific surface area, and at 0.38 m 2 / g or more 1.05 m 2 / g or less,
A positive electrode active material comprising a lithium composite oxide having a composition represented by the following general formula (1).
(Chemical formula 1)
Li a Ni x Co y M z O 2 (1)
In the general formula (1), M is Al,
a is 0.20 ≦ a ≦ 1.20,
x is 0.80 ≦ x <1.00,
y is 0 <y ≦ 0.15 ,
z is 0 <z ≦ 0.05 ,
x + y + z = 1.
請求項1に記載の正極活物質を含む、リチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising the positive electrode active material according to claim 1 .
JP2013241551A 2013-11-22 2013-11-22 Positive electrode active material and lithium ion secondary battery Active JP6435093B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013241551A JP6435093B2 (en) 2013-11-22 2013-11-22 Positive electrode active material and lithium ion secondary battery
KR1020140145205A KR102303567B1 (en) 2013-11-22 2014-10-24 Positive electrode for rechargeable lithium battery, preparing the same, and rechargeable lithium battery
US14/540,857 US9391327B2 (en) 2013-11-22 2014-11-13 Positive electrode for rechargeable lithium battery, preparing same, and rechargeable lithium battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013241551A JP6435093B2 (en) 2013-11-22 2013-11-22 Positive electrode active material and lithium ion secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015103331A JP2015103331A (en) 2015-06-04
JP6435093B2 true JP6435093B2 (en) 2018-12-05

Family

ID=53378890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013241551A Active JP6435093B2 (en) 2013-11-22 2013-11-22 Positive electrode active material and lithium ion secondary battery

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6435093B2 (en)
KR (1) KR102303567B1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6739981B2 (en) * 2016-04-22 2020-08-12 ユミコア Method for producing nickel-lithium metal composite oxide
KR102141485B1 (en) * 2017-12-28 2020-08-05 삼성에스디아이 주식회사 Method of preparing positve active material, postive active material prepared by same, positive electrode for non-aqueous rechargeable battery, and non-aqueous rechargeable battery
KR102447005B1 (en) 2018-01-29 2022-09-22 삼성에스디아이 주식회사 A cathode active material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same
CN110462894B (en) * 2018-03-07 2024-05-24 株式会社博迈立铖 Positive electrode active material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
US11949100B2 (en) 2018-03-07 2024-04-02 Proterial, Ltd. Cathode active material used for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
JP7021366B2 (en) * 2018-03-28 2022-02-16 ユミコア Lithium transition metal composite oxide as positive electrode active material for rechargeable lithium secondary batteries
US20240038970A1 (en) * 2020-12-18 2024-02-01 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Non-aqueous electrolyte secondary battery positive electrode and non-aqueous electrolyte secondary battery
EP4345949A4 (en) * 2021-09-28 2024-10-16 Ningde Amperex Technology Limited Electrochemical apparatus and electronic apparatus
CN116960276B (en) * 2023-09-20 2023-12-29 中创新航科技集团股份有限公司 A positive electrode plate, an electrochemical device and an electronic device including the positive electrode plate

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3130813B2 (en) * 1995-11-24 2001-01-31 富士化学工業株式会社 Lithium nickel composite oxide, method for producing the same, and positive electrode active material for secondary battery
JPH09298061A (en) * 1996-03-04 1997-11-18 Sharp Corp Non-aqueous secondary battery
JP3561607B2 (en) * 1997-05-08 2004-09-02 三洋電機株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing positive electrode material
JP4022937B2 (en) * 1997-04-24 2007-12-19 宇部興産株式会社 Lithium ion non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4127892B2 (en) * 1998-03-31 2008-07-30 日立マクセル株式会社 Lithium ion secondary battery
JP3233352B2 (en) * 1998-12-24 2001-11-26 株式会社東芝 Manufacturing method of non-aqueous solvent secondary battery
JP3032757B1 (en) * 1999-02-18 2000-04-17 株式会社東芝 Non-aqueous electrolyte secondary battery
WO2003088382A1 (en) * 2002-04-18 2003-10-23 Japan Storage Battery Co., Ltd. Non-aqueous secondary cell
KR100570616B1 (en) * 2004-02-06 2006-04-12 삼성에스디아이 주식회사 Cathode active material for lithium secondary battery, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery comprising same
JP4172423B2 (en) * 2004-05-26 2008-10-29 ソニー株式会社 Positive electrode active material and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4752244B2 (en) * 2004-11-09 2011-08-17 三菱化学株式会社 Layered lithium nickel manganese based composite oxide powder for lithium secondary battery positive electrode material, lithium secondary battery positive electrode using the same, and lithium secondary battery
CN100502106C (en) * 2006-05-12 2009-06-17 盐光科技(嘉兴)有限公司 Secondary battery positive electrode material and preparation method
US20110269018A1 (en) * 2009-06-17 2011-11-03 Satoshi Kono Electrode for electrochemical device and electrochemical device using the same
EP2533334B1 (en) * 2010-02-05 2019-12-11 JX Nippon Mining & Metals Corporation Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode for lithium ion battery, and lithium ion battery
JP5737513B2 (en) * 2011-07-07 2015-06-17 戸田工業株式会社 Positive electrode active material powder for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP5985818B2 (en) * 2011-12-07 2016-09-06 Jx金属株式会社 Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode for lithium ion battery, and lithium ion battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015103331A (en) 2015-06-04
KR102303567B1 (en) 2021-09-16
KR20150059594A (en) 2015-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6614766B2 (en) Positive electrode active material and lithium ion secondary battery
JP6324051B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, and positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
JP6435093B2 (en) Positive electrode active material and lithium ion secondary battery
CN105702952B (en) Positive active material for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery
JP2023138734A (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries and non-aqueous electrolyte secondary batteries
US9391327B2 (en) Positive electrode for rechargeable lithium battery, preparing same, and rechargeable lithium battery
JP2016100101A (en) Lithium ion secondary battery coated particles, positive electrode active material layer for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP2024036438A (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries and non-aqueous electrolyte secondary batteries
JP2015115105A (en) Lithium ion secondary battery, production method of positive electrode active material for lithium ion secondary battery, and manufacturing method of positive electrode for lithium ion secondary battery
JP2015153551A (en) Positive electrode active material particle powder, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6943564B2 (en) Positive electrode for lithium ion secondary battery and its manufacturing method, and lithium ion secondary battery
JP2015084303A (en) Rechargeable lithium ion battery
KR102235278B1 (en) Positive electrode for non-aqueous electrolyte seconary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6498861B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, and positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
US20150118562A1 (en) Rechargeable lithium ion battery and method of preparing the same
KR101904895B1 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, and positive electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
KR101805651B1 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, and positive electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
US20150236346A1 (en) Positive electrode active material, preparing method thereof, positive electrode including the same, and lithium secondary battery including the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161104

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170925

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171031

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20180403

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180803

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20180814

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181016

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181112

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6435093

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250