JP7048944B2 - Titanium and / or germanium-substituted lithium-manganese-based composite oxide and its production method - Google Patents
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Description
本発明は、チタン及び/又はゲルマニウム置換リチウムマンガン系複合酸化物及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a titanium and / or germanium-substituted lithium-manganese-based composite oxide and a method for producing the same.
現在、我が国において、携帯電話、スマートフォン、ノートパソコン、タブレット型パソコン等のポータブル機器に搭載されている二次電池のほとんどは、リチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、今後、電気自動車、電力負荷平準化システム等の大型電池としても実用化されつつあり、その重要性はますます高まっている。 Currently, in Japan, most of the secondary batteries installed in portable devices such as mobile phones, smartphones, notebook computers, and tablet personal computers are lithium ion secondary batteries. Lithium-ion secondary batteries are being put to practical use as large-sized batteries for electric vehicles, power load leveling systems, etc., and their importance is increasing.
現在、リチウムイオン二次電池においては、正極材料としてはリチウム含有遷移金属酸化物、負極材料としては黒鉛等の炭素材料が使用されている。特に、正極材料において可逆的に脱離(充電に相当)、挿入(放電に相当)するリチウムイオン量が電池の容量を決定づけ、脱離及び挿入時の電圧が電池の作動電圧を決定づけるために、電池の容量及び動作電圧は正極によって決定づけられる。さらに、電池の構成部材コストは正極活物質が最も高く、正極材料の選択はリチウムイオン二次電池の開発において最も重要である。 Currently, in a lithium ion secondary battery, a lithium-containing transition metal oxide is used as a positive electrode material, and a carbon material such as graphite is used as a negative electrode material. In particular, in the positive electrode material, the amount of lithium ions reversibly desorbed (corresponding to charging) and inserted (corresponding to discharge) determines the capacity of the battery, and the voltage at the time of desorption and insertion determines the operating voltage of the battery. Battery capacity and operating voltage are determined by the positive electrode. Further, the battery component cost is highest for the positive electrode active material, and the selection of the positive electrode material is the most important in the development of the lithium ion secondary battery.
このため、リチウムイオン二次電池の用途拡大及び大型化に伴い、正極材料の一層の需要増加が予想される。しかしながら、正極材料として通常使用されるコバルト酸リチウムは、希少金属であるコバルトを多量に含むために、リチウムイオン二次電池の素材コストを上昇させる要因の一つとなっている。さらに、現在コバルト資源の約20%が電池産業に用いられていることを考慮すれば、LiCoO2からなる正極材料のみでは今後の需要拡大に対応することは困難と考えられる。このため、特に、自動車用途等の大型リチウムイオン二次電池に用いるためには、資源的に豊富な元素を用いた酸化物正極材料が求められている。Therefore, it is expected that the demand for positive electrode materials will further increase with the expansion of applications and the increase in size of lithium ion secondary batteries. However, lithium cobalt oxide, which is usually used as a positive electrode material, contains a large amount of cobalt, which is a rare metal, and is one of the factors that increase the material cost of lithium ion secondary batteries. Furthermore, considering that about 20% of cobalt resources are currently used in the battery industry, it is considered difficult to meet future demand expansion with only the positive electrode material consisting of LiCoO 2 . Therefore, in particular, in order to use it in a large-sized lithium ion secondary battery for automobiles and the like, there is a demand for an oxide positive electrode material using a resource-rich element.
現在、より安価で資源的に制約の少ない正極材料として、本発明者らは、リチウムマンガン酸化物(Li2MnO3)とリチウムフェライトとからなる層状岩塩型構造の固溶体(Li1+x(FeyMn1-y)1-xO2(0<x<1/3, 0<y<1)、以下「鉄含有Li2MnO3」と言うこともある)が、室温での充放電試験においてはリチウムコバルト酸化物並の4V近い平均放電電圧を有することを見出している(例えば、特許文献1参照)。Currently, as a cheaper and less resource-constrained positive electrode material, we have found a layered rock salt-type solid solution (Li 1 + x (Fe)) consisting of lithium manganese oxide (Li 2 MnO 3 ) and lithium ferrite. y Mn 1-y ) 1-x O 2 (0 <x <1/3, 0 <y <1), sometimes referred to as "iron-containing Li 2 MnO 3 ") is a charge / discharge test at room temperature. Has been found to have an average discharge voltage close to 4 V, which is comparable to that of lithium cobalt oxide (see, for example, Patent Document 1).
また、本発明者らは、鉄とともに資源的に豊富なニッケルを含有するリチウムマンガン酸化物(鉄及びニッケル含有Li2MnO3等)が、4V領域のサイクル劣化を著しく改善できることを見出している(例えば、特許文献2参照)。In addition, the present inventors have found that lithium manganese oxide containing nickel, which is abundant in resources as well as iron (iron and nickel-containing Li 2 MnO 3 , etc.), can significantly improve cycle deterioration in the 4V region (iron and nickel-containing
さらに、本発明者らは、鉄とともに資源的に豊富で安価なチタンを含有するリチウムマンガン酸化物(チタン含有Li2MnO3、鉄及びチタン含有Li2MnO3等)が、高容量を示し、特に、特定の化学組成、遷移金属イオン分布において、室温における高電流密度下での放電特性や低温での放電特性に優れることを見出している(例えば、特許文献3参照)。Furthermore, the present inventors have shown that lithium manganese oxides containing titanium, which is abundant in resources and inexpensive as well as iron (titanium-containing Li 2 MnO 3 , iron and titanium-containing Li 2 MnO 3 , etc.), show high capacity. In particular, they have found that they are excellent in discharge characteristics under high current density at room temperature and discharge characteristics at low temperature in a specific chemical composition and transition metal ion distribution (see, for example, Patent Document 3).
以上の通り、リチウムコバルト系正極材料に代わり得るリチウムマンガン系正極材料について種々の報告がなされているが、より一層の充放電特性改善が望まれている。 As described above, various reports have been made on lithium manganese-based positive electrode materials that can replace lithium-cobalt-based positive electrode materials, but further improvement in charge / discharge characteristics is desired.
しかしながら、特許文献1~2のリチウムマンガン系複合酸化物を使用した場合には、充放電を繰り返すことにより、層状岩塩型構造の結晶相から徐々にスピネル型構造の結晶相又はリチウム過剰結晶相に変化するために、それぞれ放電時3.5V付近で急激な電位低下が見られ、放電時2.2V付近で付加的な容量の出現が見られる。工業的には、100サイクルや1000サイクル経過後であっても充放電曲線形状を維持できることが好ましいが、この手法ではそれ以前に充放電特性の低下が見られる。このため、特許文献1~2のリチウムマンガン系複合酸化物は、これら2種類の結晶構造転移によって充放電曲線形状が著しく変化し、充放電サイクル時の充放電曲線の相似性が維持できないために実用上好ましくない。
However, when the lithium manganese-based composite oxides of
また、特許文献3のリチウムマンガン系複合酸化物は、放電電圧が低く、充放電曲線ヒステリシスも大きくなってしまう。
Further, the lithium manganese-based composite oxide of
本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、資源的な制約が少なく安価な元素を使用するとともに、リチウムイオン二次電池用正極材料に用いた場合に、高い容量を有し、高い放電電圧を有し、且つ、充放電サイクル時の充放電曲線形状の相似性を維持できるために長期間のサイクル特性に優れる新規な材料を提供することを主な目的とする。 The present invention has been made in view of the current state of the prior art described above, and has a high capacity when used as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery while using an inexpensive element with few resource restrictions. The main purpose of the present invention is to provide a novel material which has a high discharge voltage and is excellent in long-term cycle characteristics because it can maintain the similarity of the charge / discharge curve shape at the time of charge / discharge cycle.
本発明者らは、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、特定量の鉄及び/又はニッケルを含むLi2MnO3型複合酸化物に、さらに、特定量のチタン及び/又はゲルマニウムを固溶させた複合酸化物は、資源的な制約が少なく安価な元素を使用しているとともに、リチウムイオン二次電池用正極材料に用いた場合に、高い容量を有し、高い放電電圧を有し、且つ、充放電サイクル時の充放電曲線形状の相似性を維持できるために長期間のサイクル特性に優れることを見出した。本発明者らは、このような知見に基づき、さらに研究を重ね、本発明を完成した。即ち、本発明は、以下の構成を包含する。
項1.一般式(1):
Li1+x(M1
yM2
zMn1-y-z)1-xO2 (1)
[式中、M1はFe及び/又はNiを示す。M2はTi及び/又はGeを示す。x、y及びzは、0<x<1/3、0≦y≦0.4、0<z≦0.3を示す。]
で表され、且つ、
単斜晶層状岩塩型構造又は六方晶層状岩塩型構造の結晶相を含むリチウムマンガン系複合酸化物。
項2.前記一般式(1)において、M1がNiを含有する、項1に記載のリチウムマンガン系複合酸化物。
項3.単斜晶層状岩塩型構造の結晶相のみからなる、項1又は2に記載のリチウムマンガン系複合酸化物。
項4.項1~3のいずれかに記載のリチウムマンガン系複合酸化物の製造方法であって、
(1)マンガン化合物と、鉄化合物及びニッケル化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物とを含む混合物を、アルカリ性として沈殿物を形成する工程、
(2)工程1で得られた沈殿物に湿式酸化処理を施して熟成させる工程、
(3)工程2で得られた熟成物を、リチウム化合物を含む原料化合物の共存下に、加熱する工程
をこの順に備える、製造方法。
項5.前記工程1における混合物が、さらに、チタン化合物を含む、項4に記載の製造方法。
項6.前記工程3における原料化合物が、さらに、ゲルマニウム化合物を含む、項4又は5に記載の製造方法。
項7.前記工程3が、前記工程2で得られた熟成物と、前記原料化合物と混合した後に加熱する工程である、項4~6のいずれかに記載の製造方法。
項8.前記工程3における加熱が、大気中で加熱した後に、大気中又は不活性雰囲気下で再度加熱する工程である、項4~7のいずれかに記載の製造方法。
項9.項1~3のいずれかに記載のリチウムマンガン系複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極材料。
項10.項9に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料を構成要素とするリチウムイオン二次電池。The present inventors have carried out diligent research to achieve the above-mentioned object. As a result, the composite oxide obtained by dissolving a specific amount of titanium and / or germanium in a Li 2 MnO type 3 composite oxide containing a specific amount of iron and / or nickel is inexpensive due to less resource restrictions. When used as a positive electrode material for lithium-ion secondary batteries, it has a high capacity, a high discharge voltage, and the similarity of the charge / discharge curve shape during the charge / discharge cycle. It was found that it is excellent in long-term cycle characteristics because it can be maintained. Based on such findings, the present inventors have further studied and completed the present invention. That is, the present invention includes the following configurations.
Item 1. General formula (1):
Li 1 + x (M 1 y M 2 z Mn 1-yz ) 1-x O 2 (1)
[In the formula, M 1 indicates Fe and / or Ni. M 2 indicates Ti and / or Ge. x, y and z indicate 0 <x <1/3, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 <z ≤ 0.3. ]
Represented by and
A lithium manganese-based composite oxide containing a crystalline phase having a monoclinic layered rock salt structure or a hexagonal layered rock salt structure.
(1) A step of forming a precipitate by treating a mixture containing a manganese compound and at least one compound selected from the group consisting of an iron compound and a nickel compound as alkaline.
(2) A step of subjecting the precipitate obtained in step 1 to a wet oxidation treatment and aging it.
(3) A production method comprising a step of heating the aged product obtained in
Item 6. Item 6. The production method according to
Item 7. Item 6. The production method according to any one of
Item 8.
Item 9. A positive electrode material for a lithium ion secondary battery made of the lithium manganese-based composite oxide according to any one of Items 1 to 3.
本発明によれば、資源的な制約が少なく安価な元素を使用しつつ、リチウムイオン二次電池用正極材料に用いた場合に、高い容量を有し、高い放電電圧を有し、且つ、充放電サイクル時の充放電曲線形状の相似性を維持できるために長期間のサイクル特性に優れる新規な材料を提供することができる。 According to the present invention, when used as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery while using an inexpensive element with few resource restrictions, it has a high capacity, a high discharge voltage, and is charged. Since the similarity of the charge / discharge curve shape during the discharge cycle can be maintained, it is possible to provide a novel material having excellent long-term cycle characteristics.
特に、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、高電位までの充電時においても化学的に安定であるため、長期サイクル時においても優れた充放電特性を発揮することができる。 In particular, since the lithium manganese-based composite oxide of the present invention is chemically stable even when charged to a high potential, it can exhibit excellent charge / discharge characteristics even during a long-term cycle.
1.リチウムマンガン系複合酸化物
本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、一般式(1):
Li1+x(M1
yM2
zMn1-y-z)1-xO2 (1)
[式中、M1はFe及び/又はNiを示す。M2はTi及び/又はGeを示す。x、y及びzは、0<x<1/3、0≦y≦0.4、0<z≦0.3を示す。]
で表される化合物であって、岩塩型構造を基本として、単斜晶層状岩塩型構造又は六方晶層状岩塩型構造の結晶相を含んでいる。 1. 1. Lithium-manganese-based composite oxide The lithium-manganese-based composite oxide of the present invention has the general formula (1) :.
Li 1 + x (M 1 y M 2 z Mn 1-yz ) 1-x O 2 (1)
[In the formula, M 1 indicates Fe and / or Ni. M 2 indicates Ti and / or Ge. x, y and z indicate 0 <x <1/3, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 <z ≤ 0.3. ]
It is a compound represented by, and contains a crystal phase of a monoclinic layered rock salt type structure or a hexagonal layered rock salt type structure based on a rock salt type structure.
単斜晶層状岩塩型構造は、空間群: The monoclinic layered rock salt type structure is a space group:
で帰属させることができる結晶相であり、具体的には、容量及びサイクル特性の観点から、Li2MnO3に類似する単位胞を有する結晶相のみからなるLi2MnO3型単斜晶層状岩塩型構造の結晶相であることが好ましい。Li 2 MnO type 3 monoclinic layered rock salt consisting only of crystal phases having unit cells similar to Li 2 MnO 3 from the viewpoint of volume and cycle characteristics. It is preferably a crystal phase having a mold structure.
一方、六方晶層状岩塩型構造は、空間群: On the other hand, the hexagonal layered rock salt type structure is a space group:
で帰属させることができる結晶相であり、具体的には、容量及びサイクル特性の観点から、LiNiO2に類似する単位胞を有する結晶相のみからなるLiNiO2型六方晶層状岩塩型構造の結晶相であることが好ましい。It is a crystal phase that can be assigned in, and specifically, from the viewpoint of capacity and cycle characteristics, a crystal phase having a LiNiO type 2 hexagonal layered rock salt structure consisting only of a crystal phase having unit cells similar to LiNiO 2 . Is preferable.
本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、上記の単斜晶層状岩塩型構造及び六方晶層状岩塩型構造の結晶相のうち、一方のみを有していてもよいし、双方を有していてもよい。いずれの場合においても、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、リチウムイオン二次電池用正極材料に用いた場合に、高い容量を有し、高い放電電圧を有し、且つ、充放電サイクル時の充放電曲線形状の相似性を維持できるために長期間のサイクル特性に優れる材料である。 The lithium manganese-based composite oxide of the present invention may have only one of the above-mentioned crystal phases of the monoclinic layered rock salt type structure and the hexagonal layered rock salt type structure, or may have both. May be good. In any case, the lithium manganese-based composite oxide of the present invention has a high capacity, a high discharge voltage, and during a charge / discharge cycle when used as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery. It is a material with excellent long-term cycle characteristics because it can maintain the similarity of the charge / discharge curve shape.
本発明のリチウムマンガン系複合酸化物が、上記の単斜晶層状岩塩型構造及び六方晶層状岩塩型構造の結晶相の双方を有する場合、各結晶相の割合は特に制限されず、通常、層状岩塩型構造の結晶相の総量を100重量%として、単斜晶層状岩塩型構造の結晶相は1~99重量%(特に5~95重量%、さらに10~90重量%)、六方晶層状岩塩型構造の結晶相は1~99重量%(特に5~95重量%、さらに10~90重量%)が好ましい。 When the lithium manganese-based composite oxide of the present invention has both the above-mentioned crystal phases of the monoclinic layered rock salt type structure and the hexagonal layered rock salt type structure, the ratio of each crystal phase is not particularly limited and is usually layered. Assuming that the total amount of crystalline phase of the rock salt type structure is 100% by weight, the crystalline phase of the monoclinic layered rock salt type structure is 1 to 99% by weight (especially 5 to 95% by weight, and further 10 to 90% by weight), and the hexagonal layered rock salt. The crystal phase of the mold structure is preferably 1 to 99% by weight (particularly 5 to 95% by weight, more preferably 10 to 90% by weight).
一方、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、上記の単斜晶層状岩塩型構造又は六方晶層状岩塩型構造の結晶相を含んでいればよく、陽イオン分布の異なる他の岩塩型構造(例えば、立方晶岩塩型構造等)の結晶相を含む混合相であってもよい。また、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物が、上記の単斜晶層状岩塩型構造及び/又は六方晶層状岩塩型構造の結晶相のみからなる材料であってもよい。 On the other hand, the lithium manganese-based composite oxide of the present invention may contain the crystal phase of the above-mentioned monoclinic layered rock salt type structure or hexagonal layered rock salt type structure, and other rock salt type structures having different cation distributions ( For example, it may be a mixed phase containing a crystalline phase (such as a cubic rock salt type structure). Further, the lithium manganese-based composite oxide of the present invention may be a material consisting only of the crystal phases of the above-mentioned monoclinic layered rock salt type structure and / or hexagonal layered rock salt type structure.
後述する本発明の製造方法によれば、得られるリチウムマンガン系複合酸化物は、上記の単斜晶層状岩塩型構造及び/又は六方晶層状岩塩型構造の結晶相のみからなる材料が形成されやすいが、例えば、600℃以下の低温で合成する場合には、立方晶岩塩型構造の結晶相が含まれることがある。この立方晶岩塩型構造の結晶相も、優れた充放電特性を発揮する結晶構造であるため、この結晶構造を有していても何ら差し支えない。 According to the production method of the present invention described later, the obtained lithium manganese-based composite oxide is likely to form a material consisting only of the crystal phases of the above-mentioned monoclinic layered rock salt type structure and / or hexagonal layered rock salt type structure. However, for example, when synthesized at a low temperature of 600 ° C. or lower, a crystalline phase having a cubic rock salt type structure may be contained. Since the crystal phase of this cubic rock salt type structure also has a crystal structure that exhibits excellent charge / discharge characteristics, it does not matter if it has this crystal structure.
ただし、本発明においては、単斜晶層状岩塩型構造及び六方晶層状岩塩型構造の結晶相を有することにより、リチウムイオン二次電池用正極材料に用いた場合に、高い容量を有し、高い放電電圧を有し、且つ、充放電サイクル時の充放電曲線形状の相似性を維持できるために長期間のサイクル特性に優れる材料であることから、単斜晶層状岩塩型構造及び六方晶層状岩塩型構造の結晶相の存在割合は高いことが好ましい。このような観点から、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物が、陽イオン分布の異なる他の岩塩型構造(立方晶岩塩型構造等)を有する場合、層状岩塩型構造の結晶相との割合は、通常、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物の総量を100重量%として、層状岩塩型構造の結晶相は1~99重量%(特に10~95重量%、さらに50~90重量%)、他の岩塩型構造(立方晶岩塩型構造等)の結晶相は1~99重量%(特に5~90重量%、さらに10~50重量%)が好ましい。 However, in the present invention, since it has a crystal phase of a monoclinic layered rock salt type structure and a hexagonal layered rock salt type structure, it has a high capacity and high capacity when used as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery. Since it is a material that has a discharge voltage and is excellent in long-term cycle characteristics because it can maintain the similarity of the charge / discharge curve shape during the charge / discharge cycle, it has a monoclinic layered rock salt structure and a hexagonal layered rock salt. It is preferable that the abundance ratio of the crystal phase of the mold structure is high. From this point of view, when the lithium manganese-based composite oxide of the present invention has another rock salt type structure (cubic rock salt type structure, etc.) having a different cation distribution, the ratio with the crystal phase of the layered rock salt type structure is Usually, the total amount of the lithium manganese-based composite oxide of the present invention is 100% by weight, and the crystal phase of the layered rock salt type structure is 1 to 99% by weight (particularly 10 to 95% by weight, further 50 to 90% by weight), etc. The crystalline phase of the rock salt type structure (cubic rock salt type structure, etc.) is preferably 1 to 99% by weight (particularly 5 to 90% by weight, further 10 to 50% by weight).
本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、上記した一般式(1)で表されるとおり、Li、Mn及びM2を必須の元素として含んでおり、さらに、必要に応じてM1を固溶させている。As represented by the above general formula (1), the lithium manganese-based composite oxide of the present invention contains Li, Mn and M 2 as essential elements, and further dissolves M 1 as necessary. I'm letting you.
本発明のリチウムマンガン系複合酸化物がM1を含んでいる場合(M1を固溶させている場合)、固溶させるM1イオン量(y値;M1/(M1+M2+Mn))は、Liイオン以外の金属イオンの総量の40%以下(0<y≦0.4)、好ましくは5~35%(0.05≦y≦0.35)、より好ましくは10~30%(0.1≦y≦0.3)である。M1イオンの固溶量(y値)が過剰となる場合には、相対的にMn量が少なくなることから、組成式当たりのリチウム含有量が低下するために充放電容量が著しく低下する。一方、M1イオンの固溶量(y値)の下限値を上記範囲とすることで、放電電位をより上昇させ、ヒステリシスをより低減することができる。When the lithium manganese-based composite oxide of the present invention contains M 1 (when M 1 is solid-dissolved), the amount of M 1 ions to be solid-dissolved (y value; M 1 / (M 1 + M 2 +) Mn)) is 40% or less (0 <y ≤ 0.4), preferably 5 to 35% (0.05 ≤ y ≤ 0.35), and more preferably 10 to 30% (0.1 ≤ y) of the total amount of metal ions other than Li ions. ≤0.3). When the solid solution amount (y value) of the M 1 ion is excessive, the Mn amount is relatively small, so that the lithium content per composition formula is lowered and the charge / discharge capacity is remarkably lowered. On the other hand, by setting the lower limit of the solid solution amount (y value) of the M 1 ion in the above range, the discharge potential can be further increased and the hysteresis can be further reduced.
本発明のリチウムマンガン系複合酸化物がM1を含んでいる場合(M1を固溶させている場合)、Li、Mn等を置換する形で、層状岩塩型構造中に存在していると思われるが、Fe及びNiの片方のみを含んでいてもよいし、Fe及びNiの双方を含んでいてもよい。より詳細には、NiよりもFeのほうが安価ではあるが、Niのほうが酸化還元電位が高いために放電電圧を高くしやすいため、高電位が求められる用途(自動車用途等の大型リチウムイオン二次電池等)には適している。このため、Fe及びNiの使用量については、用途に応じて適宜設定することが好ましい。例えば、Fe及びNi の双方を含む場合、M1元素の総量を100重量%として、Feは10~90重量%(特に30~70重量%、さらに40~60重量%)が好ましい。なお、Niの使用量は、Feの使用量との合計が100重量%となるように設定される。When the lithium manganese-based composite oxide of the present invention contains M 1 (when M 1 is dissolved), it is present in the layered rock salt type structure in the form of substituting Li, Mn, etc. As it seems, it may contain only one of Fe and Ni, or it may contain both Fe and Ni. More specifically, Fe is cheaper than Ni, but since Ni has a higher redox potential, it is easier to increase the discharge voltage, so applications that require high potential (large lithium-ion secondary for automobile applications, etc.) Suitable for batteries, etc.). Therefore, it is preferable to appropriately set the amounts of Fe and Ni used according to the intended use. For example, when both Fe and Ni are contained, the total amount of M 1 element is 100% by weight, and Fe is preferably 10 to 90% by weight (particularly 30 to 70% by weight, further 40 to 60% by weight). The amount of Ni used is set so that the total amount with the amount of Fe used is 100% by weight.
本発明のリチウムマンガン系複合酸化物中に固溶させるM2イオン量(z値;M2/(M1+M2+Mn))は、Liイオン以外の金属イオンの総量の30%以下(0<z≦0.3)、好ましくは1~25%(0.01≦z≦0.25)である。なお、M2としてTiを使用する場合は、M2イオン量は10~25%(0.10≦z≦0.25)が好ましく、Geを使用する場合は、M2イオン量は1~10%(0.01≦z≦0.10)が好ましい。また、M2としてTi及びGeの双方を使用する場合は、その割合に応じて適宜設定することが好ましい。M2イオンの固溶量(z値)が過剰となる場合には、M2イオンの電気化学的活性度の低さから充放電容量が著しく低下する。一方、M2イオンの固溶量(z値)が少なすぎると充放電サイクル時の充放電曲線形状の相似性を維持しにくいために長期間充放電サイクルを行った場合のサイクル特性に劣る。The amount of M 2 ions (z value; M 2 / (M 1 + M 2 + Mn)) dissolved in the lithium manganese-based composite oxide of the present invention is 30% or less of the total amount of metal ions other than Li ions (z value;
本発明のリチウムマンガン系複合酸化物におけるM2もM1と同様に、Li、Mn等を置換する形で、層状岩塩型構造中に存在していると思われるが、Ti及びGeの片方のみを含んでいてもよいし、Ti及びGeの双方を含んでいてもよい。より詳細には、GeよりもTiのほうが安価ではあるが、Geは少ない元素量で優れた効果を発揮することができるためGeを使用した場合には原料の使用量を低減することもできる。このため、Ti及びGeの使用量については、用途に応じて適宜設定することが好ましい。例えば、Ti及びGe の双方を含む場合、M2元素の総量を100重量%として、Tiは10~90重量%(特に30~70重量%、さらに40~60重量%)が好ましい。なお、Geの使用量は、Tiの使用量との合計が100重量%となるように設定される。Similar to M 1 , M 2 in the lithium manganese-based composite oxide of the present invention seems to exist in the layered rock salt type structure in the form of substituting Li, Mn, etc., but only one of Ti and Ge is considered to be present. It may contain both Ti and Ge. More specifically, Ti is cheaper than Ge, but since Ge can exert an excellent effect with a small amount of elements, it is possible to reduce the amount of raw materials used when Ge is used. Therefore, it is preferable to appropriately set the amounts of Ti and Ge used according to the intended use. For example, when both Ti and Ge are contained, the total amount of M 2 elements is 100% by weight, and Ti is preferably 10 to 90% by weight (particularly 30 to 70% by weight, further 40 to 60% by weight). The amount of Ge used is set so that the total with the amount of Ti used is 100% by weight.
本発明リチウムマンガン系複合酸化物に固溶させるM1とM2の合計量(y+z)は、前記一般式(1)において、70%以下(0<y+z≦0.7)が好ましく、10~60%(0.1≦y+z≦0.6)がより好ましく、20~50%(0.2≦y+z≦0.5)がさらに好ましく、25~45%(0.25≦y+z≦0.45)が特に好ましい。これにより、リチウムイオン二次電池用正極材料に用いた場合に、容量をより高くし、放電電圧をより高くし、充放電サイクル時の充放電曲線形状の相似性を維持しやすくできるために長期間のサイクル特性をより優れたものとすることができる。The total amount (y + z) of M 1 and M 2 to be dissolved in the lithium manganese-based composite oxide of the present invention is preferably 70% or less (0 <y + z ≦ 0.7) in the general formula (1). 10 to 60% (0.1 ≤ y + z ≤ 0.6) is more preferable, 20 to 50% (0.2 ≤ y + z ≤ 0.5) is further preferable, and 25 to 45% (0.25 ≤ y + z ≤ 0.45) is particularly preferable. .. As a result, when used as a positive electrode material for a lithium-ion secondary battery, the capacity can be made higher, the discharge voltage can be made higher, and the similarity of the charge / discharge curve shape during the charge / discharge cycle can be easily maintained. The cycle characteristics of the period can be made better.
また、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物において、単斜晶層状岩塩型構造又は六方晶層状岩塩型構造の結晶相を保つことができる限り、Liイオン量(x)は、遷移金属の平均価数によって0と1/3の間の値をとることができる。通常、0.100~0.300が好ましく、0.200~0.280がより好ましく、0.230~0.270がさらに好ましい。 Further, in the lithium manganese-based composite oxide of the present invention, the Li ion amount (x) is the average value of the transition metal as long as the crystal phase of the monoclinic layered rock salt structure or the hexagonal layered rock salt structure can be maintained. Depending on the number, it can take a value between 0 and 1/3. Usually, 0.100 to 0.300 is preferable, 0.200 to 0.280 is more preferable, and 0.230 to 0.270 is further preferable.
さらに、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、充放電特性に重大な影響を及ぼさない範囲の水酸化リチウム、炭酸リチウム、鉄化合物、ニッケル化合物、チタン化合物、ゲルマニウム化合物、マンガン化合物、これらの化合物の水和物;リチウム、鉄、ニッケル、チタン及びゲルマニウムの2種以上を含む複合金属化合物等の不純物相を含んでいてもよい。単斜晶層状岩塩型構造、六方晶層状岩塩型構造及び陽イオン分布の異なる他の岩塩型構造(立方晶岩塩型構造等)の結晶相以外の不純物相の量については、本発明の効果を損なわない範囲とすることができ、例えば、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物中に0~10重量%が好ましく、0~5重量%がより好ましい。 Further, the lithium manganese-based composite oxide of the present invention includes lithium hydroxide, lithium carbonate, iron compounds, nickel compounds, titanium compounds, germanium compounds, manganese compounds, and compounds thereof within a range that does not significantly affect the charge / discharge characteristics. Hydrate; may contain an impurity phase such as a composite metal compound containing two or more of lithium, iron, nickel, titanium and germanium. Regarding the amount of impurity phases other than the crystalline phase of monoclinic layered rock salt type structure, hexagonal layered rock salt type structure and other rock salt type structures with different cation distribution (cubic rock salt type structure, etc.), the effect of the present invention is applied. It can be in a range that does not impair, and for example, 0 to 10% by weight is preferable, and 0 to 5% by weight is more preferable in the lithium manganese-based composite oxide of the present invention.
以上のような条件を満たす本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、長期の充放電サイクル時においても、充放電曲線形状の相似性を維持することができ、層状岩塩型構造の結晶相からスピネル型構造の結晶相への相転移に基づく放電時3.5 V付近での急激な電位低下と、層状岩塩型構造の結晶相からリチウム過剰結晶相への相転移に基づく放電時2.2 V付近での付加的な容量の出現とをいずれも抑制できるため、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、高容量及び高い放電電圧を有するのみならず、長期間の充放電サイクル時においても優れたサイクル特性を有する。このため、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、小型民生用リチウムイオン二次電池のみならず車載用等の大型リチウムイオン二次電池用正極材料として極めて有用である。 The lithium manganese-based composite oxide of the present invention satisfying the above conditions can maintain the similarity of the charge / discharge curve shape even during a long-term charge / discharge cycle, and spinnel from the crystal phase of the layered rock salt type structure. A sharp drop in potential around 3.5 V at the time of discharge based on the phase transition to the crystalline phase of the mold structure and an addition near 2.2 V at the time of discharge based on the phase transition from the crystalline phase of the layered rock salt type structure to the lithium excess crystal phase. The lithium manganese-based composite oxide of the present invention not only has a high capacity and a high discharge voltage, but also has excellent cycle characteristics even during a long-term charge / discharge cycle because it can suppress the appearance of various capacities. Have. Therefore, the lithium manganese-based composite oxide of the present invention is extremely useful as a positive electrode material for not only small consumer lithium ion secondary batteries but also large lithium ion secondary batteries for automobiles and the like.
2.リチウムマンガン系複合酸化物の製造方法
本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、通常の複合酸化物の合成法を用いて合成することができる。具体的には、共沈-焼成法、共沈-水熱-焼成法、固相反応法等により合成することが可能である。特に優れた充放電特性を有する複合酸化物を容易に製造できる観点から、共沈-焼成法を採用することが好ましい。 2. 2. Method for Producing Lithium Manganese-based Composite Oxide The lithium manganese-based composite oxide of the present invention can be synthesized by using an ordinary composite oxide synthesis method. Specifically, it can be synthesized by a coprecipitation-firing method, a coprecipitation-hydrothermal-firing method, a solid phase reaction method, or the like. It is preferable to adopt the coprecipitation-calcination method from the viewpoint that a composite oxide having particularly excellent charge / discharge characteristics can be easily produced.
例えば、共沈-焼成法を採用する場合は、例えば、
(1)マンガン化合物と、鉄化合物及びニッケル化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物と必要に応じてチタン化合物とを含む混合物を、アルカリ性として沈殿物を形成する工程(以下、工程1と言うこともある)、
(2)工程1で得られた沈殿物に湿式酸化処理を施して熟成させる工程(以下、工程2と言うこともある)、
(3)工程2で得られた熟成物を、リチウム化合物及び必要に応じてゲルマニウム化合物を含む原料化合物の共存下に、加熱する工程(以下、工程3と言うこともある)をこの順に備える製造方法により、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物を得ることができる。For example, when adopting the coprecipitation-firing method, for example,
(1) A step of forming a precipitate by treating a mixture containing a manganese compound, at least one compound selected from the group consisting of an iron compound and a nickel compound, and a titanium compound, if necessary, as alkaline (hereinafter referred to as step 1). I may say),
(2) A step of subjecting the precipitate obtained in step 1 to a wet oxidation treatment and aging it (hereinafter, also referred to as step 2).
(3) Production comprising a step of heating the aged product obtained in
(2-1)工程1
工程1では、マンガン化合物と、鉄化合物及びニッケル化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物とを含む混合物を、アルカリ性として沈殿物を形成する。具体的には、マンガン化合物と、鉄化合物及びニッケル化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物とを含む混合物の溶液からアルカリ性として沈殿物を形成することが簡便である。(2-1) Process 1
In step 1, a mixture containing a manganese compound and at least one compound selected from the group consisting of an iron compound and a nickel compound is regarded as alkaline to form a precipitate. Specifically, it is convenient to form an alkaline precipitate from a solution of a mixture containing a manganese compound and at least one compound selected from the group consisting of iron compounds and nickel compounds.
なお、最終的に得ようとする本発明のリチウムマンガン系複合酸化物において、Ti元素を含んでいる場合は、マンガン化合物と、鉄化合物及びニッケル化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物と、チタン化合物とを含む混合物を、アルカリ性として沈殿物を形成する工程とすることが好ましい。具体的には、マンガン化合物と、鉄化合物及びニッケル化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物と、チタン化合物とを含む混合物の溶液をアルカリに加えて沈殿物を形成することが簡便である。 In the lithium manganese-based composite oxide of the present invention to be finally obtained, when the Ti element is contained, a manganese compound and at least one compound selected from the group consisting of an iron compound and a nickel compound are used. , It is preferable to use the mixture containing the titanium compound as an alkaline step to form a precipitate. Specifically, it is convenient to add a solution of a mixture containing a manganese compound, at least one compound selected from the group consisting of an iron compound and a nickel compound, and a titanium compound to an alkali to form a precipitate. ..
マンガン化合物、鉄化合物、ニッケル化合物及びチタン化合物としては、これらの化合物を含む混合水溶液を形成できる成分が好ましい。水溶性の化合物を用いることが好ましい。このような水溶性化合物の具体例としては、例えば、マンガン、鉄、ニッケル又はチタンの塩化物、硝酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩等の水溶性塩;水酸化物等を挙げることができる。また、チタン酸マンガン、チタン酸ニッケル、亜マンガン酸ニッケル、マンガン酸鉄等の複数の金属種を含む化合物を使用することもできる。マンガン化合物としては、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸塩もリチウムイオン以外の金属分布の均一化を図ることができ、充放電特性をより改善することができる。これらの水溶性化合物は、無水物及び水和物のいずれも採用し得る。また、マンガン、鉄、ニッケル又はチタンの酸化物、金属等の非水溶性化合物であっても、例えば、硫酸、塩酸等の酸を用いて溶解させて水溶液として用いることが可能である。これらの各原料化合物は、各金属源について、それぞれ単独で使用することもでき、2種以上を組合せて使用することもできる。 As the manganese compound, iron compound, nickel compound and titanium compound, a component capable of forming a mixed aqueous solution containing these compounds is preferable. It is preferable to use a water-soluble compound. Specific examples of such water-soluble compounds include water-soluble salts such as chlorides of manganese, iron, nickel or titanium, nitrates, sulfates, oxalates and acetates; hydroxides and the like. can. Further, a compound containing a plurality of metal species such as manganese titanate, nickel titanate, nickel nitrite, iron manganate and the like can also be used. As the manganese compound, permanganate such as potassium permanganate can also make the distribution of metals other than lithium ions uniform, and can further improve the charge / discharge characteristics. Both anhydrous and hydrated compounds can be adopted as these water-soluble compounds. Further, even a water-insoluble compound such as an oxide of manganese, iron, nickel or titanium, or a metal can be dissolved with an acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid and used as an aqueous solution. Each of these raw material compounds may be used alone for each metal source, or may be used in combination of two or more.
マンガン化合物、鉄化合物、ニッケル化合物及びチタン化合物の混合割合は、目的とする本発明のリチウムマンガン系複合酸化物における各元素比と同様の元素比とし得る。 The mixing ratio of the manganese compound, the iron compound, the nickel compound and the titanium compound can be the same as the element ratio of each element in the target lithium manganese-based composite oxide of the present invention.
混合水溶液とする場合の各化合物の濃度については、特に限定的ではなく、均一な混合水溶液を形成でき、且つ円滑に共沈物を形成できるように適宜決めることができる。通常、マンガン化合物、鉄化合物、ニッケル化合物及びチタン化合物の合計濃度は、0.01~5mol/L、特に0.1~2mol/Lが好ましい。 The concentration of each compound in the case of a mixed aqueous solution is not particularly limited, and can be appropriately determined so that a uniform mixed aqueous solution can be formed and a coprecipitate can be smoothly formed. Usually, the total concentration of the manganese compound, the iron compound, the nickel compound and the titanium compound is preferably 0.01 to 5 mol / L, particularly preferably 0.1 to 2 mol / L.
混合水溶液とする場合の溶媒としては、水を単独で用いる他、メタノール、エタノール等の水溶性アルコールを含む水-アルコール混合溶媒を用いることもできる。水-アルコール混合溶媒を用いることにより、アルコールが不凍液として働き、0℃を下回る温度での沈殿生成が可能となる。低温での沈殿物形成を行うことにより、M1元素としてFeを含む場合の沈殿形成時に発生しやすいリチウムフェライト、マンガンフェライト等の不純物の生成をより抑制する、すなわちより遷移金属分布の均一な共沈物を得ることができる。また、水のみでは沈殿物が形成しにくい過マンガン酸カリウム等のマンガン源も採用できるために原料の選択の幅がより広がる。アルコールの使用量は、目的とする沈殿生成温度等に応じて適宜決めることができ、通常、水100重量部に対して、50重量部以下(例えば10~50重量部)の使用量とすることが適当である。As the solvent for preparing the mixed aqueous solution, water may be used alone, or a water-alcohol mixed solvent containing a water-soluble alcohol such as methanol or ethanol may be used. By using a water-alcohol mixed solvent, the alcohol acts as an antifreeze liquid, and precipitation can be formed at a temperature below 0 ° C. By forming the precipitate at a low temperature, the formation of impurities such as lithium ferrite and manganese ferrite, which are likely to occur during precipitation formation when Fe is contained as the M 1 element, is further suppressed, that is, the transition metal distribution is more uniform. You can get a deposit. Further, since a manganese source such as potassium permanganate, which is difficult to form a precipitate with water alone, can be adopted, the range of selection of raw materials is further expanded. The amount of alcohol used can be appropriately determined according to the target precipitation temperature, etc., and is usually 50 parts by weight or less (for example, 10 to 50 parts by weight) with respect to 100 parts by weight of water. Is appropriate.
前記混合物(特に前記混合水溶液)をアルカリ性とすることで、沈殿物(共沈物)を生成させることができる。良好な沈殿物を形成する条件は、前記混合物(特に前記混合水溶液)に含まれる各化合物の種類、濃度等によって異なるので一概に規定出来ないが、通常、pH8以上(例えばpH8~14)が好ましく、pH11以上(例えばpH11~14)がより好ましい。 By making the mixture (particularly the mixed aqueous solution) alkaline, a precipitate (coprecipitate) can be produced. The conditions for forming a good precipitate cannot be unconditionally defined because they differ depending on the type, concentration, etc. of each compound contained in the mixture (particularly the mixed aqueous solution), but usually pH 8 or higher (for example, pH 8 to 14) is preferable. , PH 11 or higher (eg pH 11-14) is more preferred.
前記混合物(特に前記混合水溶液)をアルカリ性にする方法については、特に限定はなく、通常は、均一な沈殿物の形成のために、アルカリを含む水溶液に前記混合物(特に前記混合水溶液)を添加する方法によっても沈殿物(共沈物)を形成することができる。また前記混合水溶液にアルカリ又はアルカリを含む水溶液を添加することによっても沈殿を得ることができる。 The method for making the mixture (particularly the mixed aqueous solution) alkaline is not particularly limited, and usually, the mixture (particularly the mixed aqueous solution) is added to the alkaline-containing aqueous solution in order to form a uniform precipitate. A precipitate (co-precipitate) can also be formed by the method. A precipitate can also be obtained by adding an alkali or an aqueous solution containing an alkali to the mixed aqueous solution.
前記混合物(特に前記混合水溶液)をアルカリ性にするために用いるアルカリとしては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物、アンモニア等を用いることができる。これらのアルカリを水溶液として用いる場合には、例えば、濃度が0.1~20mol/L、特に0.3~10mol/Lの水溶液として用いることができる。また、アルカリは、上記した金属化合物の混合水溶液と同様に、水溶性アルコールを含む水-アルコール混合溶媒に溶解することもできる。 As the alkali used to make the mixture (particularly the mixed aqueous solution) alkaline, for example, alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide, sodium hydroxide and lithium hydroxide, ammonia and the like can be used. When these alkalis are used as an aqueous solution, they can be used, for example, as an aqueous solution having a concentration of 0.1 to 20 mol / L, particularly 0.3 to 10 mol / L. Further, the alkali can be dissolved in a water-alcohol mixed solvent containing a water-soluble alcohol, similarly to the above-mentioned mixed aqueous solution of a metal compound.
沈殿生成の際には、前記混合物(特に前記混合水溶液)の温度を、通常、-50~50℃、特に-20~30℃とすることにより、M1としてFeを含む場合に反応時の中和熱発生に伴うスピネルフェライトの生成がより抑制され、また、微細且つ均質な沈殿物(共沈物)が形成されやすくなるために後述のリチウム化合物との反応性をより高め、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物を合成しやすくなる。また、本工程で良好に沈殿物(共沈物)を形成させるためには、中和熱の発生をより抑制するため、アルカリに対して、前記混合物(特に前記混合水溶液)を少なくとも数時間かけて徐々に滴下していく方法が好ましい。この際の反応時間は長ければ長いほどよいが、実際には、1時間~1日、特に2~12時間が好ましい。At the time of precipitation formation, the temperature of the mixture (particularly the mixed aqueous solution) is usually set to -50 to 50 ° C, particularly -20 to 30 ° C, so that when Fe is contained as M 1 , during the reaction. The formation of spinel ferrite due to the generation of sum of heat is further suppressed, and a fine and homogeneous precipitate (co-precipitate) is easily formed, so that the reactivity with the lithium compound described later is further enhanced, and the lithium of the present invention is used. It becomes easier to synthesize manganese-based composite oxides. Further, in order to form a precipitate (coprecipitate) satisfactorily in this step, in order to further suppress the generation of heat of neutralization, the mixture (particularly the mixed aqueous solution) is applied to the alkali for at least several hours. The method of gradually dropping the solution is preferable. The longer the reaction time is, the better, but in practice, 1 hour to 1 day, particularly 2 to 12 hours is preferable.
(2-2)工程2
上記工程1で沈殿物(共沈物)を形成した後には、沈殿物(共沈物)を湿式酸化により熟成する。具体的には、工程2では、工程1で得られた沈殿物(共沈物)に湿式酸化処理を施して熟成させる。より詳細には、上記工程1で得られた沈殿物(共沈物)を含むアルカリ水溶液に、コンプレッサー、酸素ガス発生器等で、酸素を含む気体を吹き込んでバブリング処理することにより熟成させることができる。(2-2)
After the precipitate (coprecipitate) is formed in the above step 1, the precipitate (coprecipitate) is aged by wet oxidation. Specifically, in
吹き込む気体には、一定量の酸素を含むことが好ましい。具体的には、吹き込むガスの10~100体積%の酸素を含むことが好ましい。このような吹き込む気体としては、例えば、空気、酸素等が挙げられ、酸素が好ましい。 The gas to be blown preferably contains a certain amount of oxygen. Specifically, it preferably contains 10 to 100% by volume of oxygen of the gas to be blown. Examples of such a gas to be blown include air, oxygen and the like, and oxygen is preferable.
熟成温度は特に制限されず、沈殿物(共沈物)の湿式酸化処理を行い得る温度が好ましい。通常、0~150℃が好ましく、10~100℃がより好ましい。また、熟成時間も特に制限されず、沈殿物(共沈物)の湿式酸化処理を行い得る時間が好ましい。この熟成時間は長ければ長いほどよいが、実際には、0.5~7日が好ましく、2~4日がより好ましい。 The aging temperature is not particularly limited, and a temperature at which the wet oxidation treatment of the precipitate (coprecipitate) can be performed is preferable. Usually, 0 to 150 ° C. is preferable, and 10 to 100 ° C. is more preferable. Further, the aging time is not particularly limited, and a time during which a wet oxidation treatment of a precipitate (coprecipitate) can be performed is preferable. The longer this aging time is, the better, but in practice, 0.5 to 7 days is preferable, and 2 to 4 days is more preferable.
得られた沈殿を必要に応じて蒸留水等で洗浄して、過剰のアルカリ成分、残留原料等を除去し、濾別することによって、沈殿を精製することも可能である。 It is also possible to purify the precipitate by washing the obtained precipitate with distilled water or the like as necessary to remove excess alkaline components, residual raw materials and the like, and filtering the obtained precipitate.
(2-3)工程3
次いで、工程3では、工程2で得られた熟成物を、リチウム化合物を含む原料化合物の共存下に、加熱する。具体的には、工程2で得られた熟成物と、リチウム化合物を含む原料化合物とを含有する水溶液を、必要に応じてスラリーを形成して乾燥及び粉砕後、加熱(特に焼成)することが好ましい。(2-3)
Next, in
使用する水溶液における、上記工程2で得られた熟成物の含有量は、通常、水1 Lあたり100~3000gが好ましく、500~2000gがより好ましい。
The content of the aged product obtained in the
リチウム化合物としては、例えば、塩化リチウム、ヨウ化リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、水酸化リチウム等の水溶性リチウム塩;炭酸リチウム等を用いることができる。これらのリチウム化合物は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。また、リチウム化合物としては、無水物及び水和物のいずれも採用し得る。特に、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物がGeを含む場合には、リチウム化合物として水酸化リチウムを用いれば、非水溶性ゲルマニウム化合物を溶解しやすくすることができるため好ましい。 As the lithium compound, for example, a water-soluble lithium salt such as lithium chloride, lithium iodide, lithium nitrate, lithium acetate and lithium hydroxide; lithium carbonate and the like can be used. These lithium compounds can be used alone or in combination of two or more. Further, as the lithium compound, either an anhydride or a hydrate can be adopted. In particular, when the lithium manganese-based composite oxide of the present invention contains Ge, it is preferable to use lithium hydroxide as the lithium compound because the water-insoluble germanium compound can be easily dissolved.
リチウム化合物の使用量は、上記工程2で得られた熟成物と、後述のゲルマニウム化合物との合計量を基準とし、Li/(M1+M2)=1~5が好ましく、1.5~3がより好ましい。The amount of the lithium compound used is preferably Li / (M 1 + M 2 ) = 1 to 5, preferably 1.5 to 3, based on the total amount of the aged product obtained in the
また、水溶液中のリチウム化合物の濃度は、通常、0.1~10mol/Lが好ましく、1~8mol/Lがより好ましい。 The concentration of the lithium compound in the aqueous solution is usually preferably 0.1 to 10 mol / L, more preferably 1 to 8 mol / L.
また、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物がGeを含む場合には、原料化合物としてゲルマニウム化合物を使用することが好ましい。 When the lithium manganese-based composite oxide of the present invention contains Ge, it is preferable to use a germanium compound as a raw material compound.
ゲルマニウム化合物としては、塩化ゲルマニウム、ヨウ化ゲルマニウム等の水溶性ゲルマニウム化合物;酸化ゲルマニウム、金属ゲルマニウム等の非水溶性ゲルマニウム化合物等が挙げられる。非水溶性ゲルマニウム化合物を使用する場合は、ゲルマニウムが両性元素であることを活かし、酸又は前記したアルカリ等でゲルマニウム化合物を溶解させることにより、工程2で得た熟成物との反応性を向上させることが好ましい。なお、リチウム化合物として水酸化リチウムを使用する場合には、別途酸又はアルカリを使用せずとも、非水溶性ゲルマニウム化合物を溶解させることが可能である。
Examples of the germanium compound include water-soluble germanium compounds such as germanium chloride and germanium iodide; and water-insoluble germanium compounds such as germanium oxide and metallic germanium. When a water-insoluble germanium compound is used, the reactivity with the aged product obtained in
加熱後に洗浄処理を行う場合は、ゲルマニウムは洗い流される量が多いので、ゲルマニウム化合物の添加量(仕込み量)は得ようとする複合酸化物中の含有量より多くすることが好ましい。このような観点から、ゲルマニウム化合物の使用量は、上記工程2で得られた熟成物と、ゲルマニウム化合物との合計量を基準とし、Ge/(M1+M2)=0.01~0.5が好ましく、0.1~0.4がより好ましい。When the cleaning treatment is performed after heating, the amount of germanium to be washed away is large, so that the amount of the germanium compound added (charged amount) is preferably larger than the content in the composite oxide to be obtained. From this point of view, the amount of the germanium compound used is preferably Ge / (M 1 + M 2 ) = 0.01 to 0.5, based on the total amount of the aged product obtained in the
また、水溶液中のゲルマニウム化合物の濃度は、通常、0.05~1.0mol/Lが好ましく、0.1~0.7mol/Lがより好ましい。 The concentration of the germanium compound in the aqueous solution is usually preferably 0.05 to 1.0 mol / L, more preferably 0.1 to 0.7 mol / L.
工程2で得た熟成物と、リチウム化合物及び必要に応じてジルコニウム化合物との混合方法は特に制限されない。例えば、水溶性リチウム化合物の水溶液に、工程2で得た熟成物を添加し、撹拌して分散させた後に、別途作製した水溶性ゲルマニウム化合物の水溶液又は非水溶性ゲルマニウム化合物のアルカリ溶液を添加し、よく撹拌した後に、必要に応じて乾燥及び粉砕することが好ましい。
The mixing method of the aged product obtained in
撹拌は、通常の方法を採用することができ、例えば、ミキサー、V型混合機、W型混合機、リボン混合機等の公知の混合機で撹拌することが好ましい。 As the stirring, a usual method can be adopted, and for example, it is preferable to stir with a known mixer such as a mixer, a V-type mixer, a W-type mixer, or a ribbon mixer.
乾燥する場合、乾燥条件は特に制限されない。乾燥温度は、例えば、20~100℃が好ましく、30~80℃がより好ましい。また、乾燥時間は、例えば、1時間~5日が好ましく、12時間~3日がより好ましい。 When drying, the drying conditions are not particularly limited. The drying temperature is, for example, preferably 20 to 100 ° C, more preferably 30 to 80 ° C. The drying time is preferably, for example, 1 hour to 5 days, more preferably 12 hours to 3 days.
後の加熱処理の際に反応性を向上させるために、粉砕することが好ましい。粉砕の程度については、粗大粒子が含まれず、混合物が均一な色調となっていることが好ましい。粉砕する場合、通常の方法を採用することができ、例えば、振動ミル、ボールミル、ジェットミル等で粉砕することができる。また、粉砕を2回以上繰り返すこともできる。また、加熱処理は、加熱温度を段階的に上げて実施することもできる。 It is preferable to grind in order to improve the reactivity in the subsequent heat treatment. Regarding the degree of pulverization, it is preferable that the mixture does not contain coarse particles and has a uniform color tone. In the case of pulverization, a usual method can be adopted, and for example, pulverization can be performed by a vibration mill, a ball mill, a jet mill or the like. Further, the crushing can be repeated twice or more. Further, the heat treatment can be carried out by raising the heating temperature step by step.
加熱処理は、通常、密閉容器(電気炉等)中で行うことが好ましい。 The heat treatment is usually preferably performed in a closed container (electric furnace or the like).
加熱条件は特に限定されるものではないが、充放電サイクル特性をより安定化させるために、最終加熱温度を750℃以上とすることが好ましい。また、加熱温度は、リチウムが揮発しにくいように、1000℃以下が好ましい。最終加熱温度は、特に、800~950℃が好ましい。この範囲で加熱(特に焼成)することにより、より短時間の焼成で、高い容量及びより高い放電電圧を有するのみならず、長期間の充放電サイクル時においてもより優れたサイクル特性を有するリチウムマンガン系複合酸化物を得やすい。 The heating conditions are not particularly limited, but it is preferable that the final heating temperature is 750 ° C. or higher in order to further stabilize the charge / discharge cycle characteristics. The heating temperature is preferably 1000 ° C. or lower so that lithium does not easily volatilize. The final heating temperature is particularly preferably 800 to 950 ° C. By heating (especially firing) in this range, lithium manganese not only has a higher capacity and a higher discharge voltage in a shorter firing time, but also has better cycle characteristics even during a long-term charge / discharge cycle. It is easy to obtain a system composite oxide.
加熱雰囲気(特に焼成雰囲気)も特に制限されない。最終加熱雰囲気を窒素、アルゴン等の不活性雰囲気又は還元性雰囲気とする場合は、試料の分解を抑制するため、あらかじめ、大気中、500~750℃(特に550~700℃)の低温で加熱(特に焼成)してから、不活性雰囲気又は還元性雰囲気での最終加熱(特に最終焼成)を行うことが好ましい。また、最終加熱雰囲気を大気中とする場合であっても、Li含有量、粉体特性等の制御をより精密に行うために、2段階の加熱(特に焼成)を行うこともできる。なお、最終加熱雰囲気を還元性雰囲気とする場合は、例えば、不活性雰囲気下において、有機物、炭素粉末等の存在下に焼成することによって、還元性雰囲気下における加熱処理(特に焼成)が可能である。 The heating atmosphere (particularly the firing atmosphere) is not particularly limited. When the final heating atmosphere is an inert atmosphere such as nitrogen or argon or a reducing atmosphere, the sample is heated in advance at a low temperature of 500 to 750 ° C (particularly 550 to 700 ° C) in the air to suppress decomposition of the sample (especially 550 to 700 ° C). It is preferable to perform final heating (particularly final firing) in an inert atmosphere or a reducing atmosphere after (particularly firing). Further, even when the final heating atmosphere is in the atmosphere, two-step heating (particularly firing) can be performed in order to more precisely control the Li content, powder characteristics, and the like. When the final heating atmosphere is a reducing atmosphere, for example, by firing in the presence of organic substances, carbon powder, etc. in an inert atmosphere, heat treatment (particularly firing) in the reducing atmosphere is possible. be.
有機物としては、特に限定はなく、上記加熱温度(特に焼成温度)において分解して還元性雰囲気とすることができる炭素含有化合物が好ましい。特に、水溶性の有機物を用いる場合には、水溶液状態でリチウムマンガン系複合酸化物粉末と分散混合できるので有利である。このような有機物の具体例としては、例えば、ショ糖、ブドウ糖、デンプン、酢酸、クエン酸、シュウ酸、安息香酸、アミノ酢酸等を挙げることができる。 The organic substance is not particularly limited, and a carbon-containing compound that can be decomposed at the above heating temperature (particularly the firing temperature) to form a reducing atmosphere is preferable. In particular, when a water-soluble organic substance is used, it is advantageous because it can be dispersed and mixed with the lithium manganese-based composite oxide powder in an aqueous solution state. Specific examples of such organic substances include sucrose, glucose, starch, acetic acid, citric acid, oxalic acid, benzoic acid, aminoacetic acid and the like.
炭素粉末としては、例えば、有機物の熱分解によって得られた炭素粉末、例えば、黒鉛、アセチレンブラック等を用いることができる。 As the carbon powder, for example, carbon powder obtained by thermal decomposition of an organic substance, for example, graphite, acetylene black or the like can be used.
上記した有機物及び炭素粉末は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。 The above-mentioned organic substances and carbon powders can be used alone or in combination of two or more.
有機物及び炭素粉末よりなる群から選ばれた少なくとも一種の成分の使用量は、リチウムマンガン系複合酸化物に対して、炭素のモル量換算で0.001~5倍モルが好ましく、0.01~1倍モルがより好ましい。水溶液として用いる場合には有機物等の濃度は、上記した使用量の範囲となるように適宜決めることができる。 The amount of at least one component selected from the group consisting of organic substances and carbon powder is preferably 0.001 to 5 times mol, and 0.01 to 1 times mol, in terms of carbon molar amount, with respect to the lithium manganese-based composite oxide. More preferred. When used as an aqueous solution, the concentration of the organic substance or the like can be appropriately determined so as to be within the above-mentioned range of the amount used.
加熱時間も特に制限されない。より詳細には、最終加熱温度における保持時間は10分~24時間が好ましく、30分~12時間がより好ましい。また、2段階の加熱処理を行う場合、1段階目の加熱温度における保持時間は10分~24時間(特に30分~12時間)が好ましく、2段階目の最終加熱温度における保持時間は10分~24時間(特に30分~12時間)が好ましい。 The heating time is also not particularly limited. More specifically, the holding time at the final heating temperature is preferably 10 minutes to 24 hours, more preferably 30 minutes to 12 hours. When performing two-step heat treatment, the holding time at the heating temperature of the first step is preferably 10 minutes to 24 hours (particularly 30 minutes to 12 hours), and the holding time at the final heating temperature of the second step is 10 minutes. It is preferably about 24 hours (particularly 30 minutes to 12 hours).
上記した方法で本発明のリチウムマンガン系複合酸化物を得た後、必要に応じて、過剰のリチウム化合物を除去するために、得られた焼成物を水洗処理、溶媒洗浄処理等に供することができる。その後、濾過を行い、例えば、80℃以上、好ましくは100℃以上で加熱乾燥することもできる。 After obtaining the lithium manganese-based composite oxide of the present invention by the above-mentioned method, the obtained calcined product may be subjected to water washing treatment, solvent washing treatment, etc. in order to remove excess lithium compound, if necessary. can. After that, it can be filtered and dried by heating at, for example, 80 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher.
さらに、必要に応じて、この加熱乾燥物を粉砕し、リチウム化合物及び有機物を加えて加熱(特に焼成)し、洗浄し、乾燥するという一連の操作を繰り返し行うことにより、リチウムマンガン系複合酸化物の優れた特性をより一層改善することもできる。 Further, if necessary, the lithium manganese-based composite oxide is obtained by repeating a series of operations of crushing the heat-dried product, adding a lithium compound and an organic substance, heating (particularly firing), washing, and drying. It is also possible to further improve the excellent characteristics of.
3.リチウムイオン二次電池
本発明のリチウムマンガン系複合酸化物を用いるリチウムイオン二次電池は、公知の手法により製造することができる。例えば、正極材料として、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物を使用し、負極材料として、公知の金属リチウム、炭素系材料(活性炭、黒鉛等)、ケイ素、酸化ケイ素、Si-SiO系材料、リチウムチタン酸化物等を使用し、電解液として、公知のエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の1種以上からなる溶媒に過塩素酸リチウム、LiPF6等のリチウム塩を溶解させた溶液(有機電解液)、無機固体電解質(Li2S-P2S5系、Li2S-GeS2-P2S5系等)を使用し、さらにその他の公知の電池構成要素を使用して、常法に従って、リチウムイオン二次電池を組立てることができる。なお、本発明において、「リチウムイオン二次電池」とは、負極材料として金属リチウムを用いた「リチウム二次電池」も包含する概念である。また、本発明において、「リチウムイオン二次電池」とは、非水電解液を使用した「非水リチウムイオン二次電池」と固体電解質を使用した「全固体リチウムイオン二次電池」のいずれも包含する概念である。 3. 3. Lithium Ion Secondary Battery The lithium ion secondary battery using the lithium manganese-based composite oxide of the present invention can be manufactured by a known method. For example, the lithium manganese-based composite oxide of the present invention is used as the positive electrode material, and known metallic lithium, carbon-based materials (activated carbon, graphite, etc.), silicon, silicon oxide, Si-SiO-based material, and lithium are used as the negative electrode material. A solution (organic electrolysis) in which a lithium salt such as lithium perchlorate or LiPF 6 is dissolved in a solvent consisting of one or more of known ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, etc. as an electrolytic solution using titanium oxide or the like. Liquid), inorganic solid electrolytes (Li 2 S-P 2 S 5 series, Li 2 S-GeS 2 -P 2 S 5 series, etc.), and other known battery components are used in the conventional method. According to this, the lithium ion secondary battery can be assembled. In the present invention, the "lithium ion secondary battery" is a concept including a "lithium secondary battery" using metallic lithium as a negative electrode material. Further, in the present invention, the "lithium ion secondary battery" is either a "non-aqueous lithium ion secondary battery" using a non-aqueous electrolyte solution or an "all-solid-state lithium ion secondary battery" using a solid electrolyte. It is a concept to be included.
以下、実施例および比較例を示し、本発明の特徴とするところを一層明確にするが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, examples and comparative examples will be shown to further clarify the features of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.
[実施例1]
試料合成、並びに構造及び組成評価
硝酸鉄(III)9水和物10.10g、硝酸ニッケル(II)6水和物7.27g、30%硫酸チタン(IV)水溶液40.00g、塩化マンガン(II)4水和物29.69g(全量0.25mol、Fe: Ni: Ti: Mnモル比1: 1: 2: 6)を500mLの蒸留水に加え完全に溶解させた。別のビーカーに水酸化ナトリウム50gを秤量し、蒸留水500mLを添加して撹拌しつつ溶解させて水酸化ナトリウム水溶液を作製した。この水酸化ナトリウム水溶液をチタン製ビーカーに入れ、20℃に保たれた恒温槽内に静置した。次いでこの水酸化ナトリウム溶液に、上記金属塩水溶液を約3時間かけて徐々に滴下し、Fe-Ni-Ti-Mn沈殿物(共沈物)を形成させた。反応液が完全にアルカリ性になっていることを確認し、撹拌下に共沈物を含む反応液に、室温で2日間酸素を吹き込んで湿式酸化処理して、沈殿を熟成させた。[Example 1]
Sample synthesis, structure and composition evaluation
Iron (III) Nitrate 9 hydrate 10.10 g, Nickel Nitrate (II) Hexahydrate 7.27 g, 30% Titanium Sulfate (IV) aqueous solution 40.00 g, Manganese (II) chloride tetrahydrate 29.69 g (total amount 0.25 mol) , Fe: Ni: Ti: Mn molar ratio 1: 1: 2: 6) was added to 500 mL of distilled water to completely dissolve it. 50 g of sodium hydroxide was weighed in another beaker, 500 mL of distilled water was added, and the mixture was dissolved with stirring to prepare an aqueous sodium hydroxide solution. This aqueous sodium hydroxide solution was placed in a titanium beaker and allowed to stand in a constant temperature bath kept at 20 ° C. Next, the aqueous metal salt solution was gradually added dropwise to this sodium hydroxide solution over about 3 hours to form a Fe—Ni—Ti—Mn precipitate (coprecipitate). After confirming that the reaction solution was completely alkaline, oxygen was blown into the reaction solution containing the coprecipitate under stirring for 2 days at room temperature for wet oxidation treatment, and the precipitate was aged.
得られた沈殿物を蒸留水で洗浄して濾別し、蒸留水で分散させた0.25mol炭酸リチウム18.47gとミキサー混合し、均一なスラリーを形成させた。スラリーをテトラフルオロエチレン製シャーレに移し、50℃で2日間乾燥後、粉砕して焼成用原料を作製した。 The obtained precipitate was washed with distilled water, filtered off, and mixed with 18.47 g of 0.25 mol lithium carbonate dispersed in distilled water with a mixer to form a uniform slurry. The slurry was transferred to a tetrafluoroethylene petri dish, dried at 50 ° C. for 2 days, and then pulverized to prepare a raw material for firing.
次いで得られた粉末を、1時間かけて650℃まで昇温し、その温度で5時間保持後、炉中で室温付近まで冷却した。粉砕後、再度電気炉を用いて、窒素気流下、1時間かけて850℃まで昇温し、その温度で5時間保持後、炉中で室温付近まで冷却した。つまり、1段階目は大気中、2段階目は窒素雰囲気で焼成することにより、試料作製を行った。電気炉から焼成物を取り出し、過剰のリチウム塩を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、乾燥して目的物である、鉄、ニッケル及びチタン置換Li2MnO3を粉末状生成物として得た。Next, the obtained powder was heated to 650 ° C. over 1 hour, kept at that temperature for 5 hours, and then cooled to near room temperature in a furnace. After crushing, the temperature was raised to 850 ° C. over 1 hour under a nitrogen stream using an electric furnace again, and the temperature was maintained at that temperature for 5 hours, and then cooled to near room temperature in the furnace. That is, the sample was prepared by firing in the atmosphere in the first stage and in the nitrogen atmosphere in the second stage. To remove the calcined product from the electric furnace and remove excess lithium salts, the calcined product is washed with distilled water, filtered, dried and powdered with the target iron, nickel and titanium substituted Li 2 MnO 3 . Obtained as a state product.
X線回折による評価
この最終生成物の実測(+)及び計算(実線)X線回折パターンを図1に示す。リートベルト解析プログラムRIETAN-FPによる解析結果より、すべてのピークは以下の表1に記載の格子定数で指数付けでき、単斜晶Li2MnO3の単位胞(C2/m)を有する結晶相のみからなることがわかった。また、表2の構造内遷移金属イオン分布を確認すると、実施例1の試料は後述するTiを含まない比較例1の試料と比較してLi-Mn層内遷移金属量が少なく、Li単独層内遷移金属量が多いことがわかり、Ti導入により遷移金属イオンが不規則配列しやすい傾向にあることがわかる。また実施例1の試料は後述するTiを含まない比較例1の試料と比較して六角網目規則配列度が高いことがわかる。 Evaluation by X-ray Diffraction The measured (+) and calculated (solid) X-ray diffraction patterns of this final product are shown in FIG. From the analysis results by the Rietveld analysis program RIETAN-FP, all peaks can be indexed by the lattice constants shown in Table 1 below, and only the crystal phase having a monoclinic Li 2 MnO 3 unit cell (C2 / m). It turned out to consist of. Further, when the transition metal ion distribution in the structure of Table 2 was confirmed, the sample of Example 1 had a smaller amount of transition metal in the Li—Mn layer than the sample of Comparative Example 1 containing no Ti, which will be described later, and the Li single layer. It can be seen that the amount of transition metal is large, and that the introduction of Ti tends to cause irregular arrangement of transition metal ions. Further, it can be seen that the sample of Example 1 has a higher degree of hexagonal network regular arrangement than the sample of Comparative Example 1 which does not contain Ti, which will be described later.
化学分析等による評価
化学分析より、リチウム以外の全金属量に対するFe、Ni、Ti含有量がそれぞれ仕込み量である10mol%と10mol%(y値0.20相当)、20mol%(z値0.20相当)を維持しており、Li/(M1+M2+Mn)比も1.68(x値換算0.254)であることから目的の組成式Li1+x(M1
yM2
zMn1-y-z)1-xO2を有するリチウムマンガン系複合酸化物が得られたことが明らかである。 Evaluation by chemical analysis, etc. From chemical analysis, the Fe, Ni, and Ti contents with respect to the total amount of metals other than lithium are 10 mol%, 10 mol% (equivalent to y value 0.20), and 20 mol% (equivalent to z value 0.20), respectively. Since it is maintained and the Li / (M 1 + M 2 + Mn) ratio is 1.68 (x value conversion 0.254), the desired composition formula Li 1 + x (M 1 y M 2 z Mn 1-yz ) 1 It is clear that a lithium manganese-based composite oxide with -x O 2 was obtained.
充放電特性評価
詳細は後述する充放電特性評価に記載の手順で、得られた試料を正極材料とし、金属リチウムを負極材料としたリチウム二次電池を作製し、活性化処理、サイクル試験を行った。 Charging / discharging characteristic evaluation For details, follow the procedure described in the charging / discharging characteristic evaluation described later to prepare a lithium secondary battery using the obtained sample as the positive electrode material and metallic lithium as the negative electrode material, and perform activation treatment and cycle test. rice field.
図2及び表4の結果から、実施例1の試料は活性化後には240mAh/g近い充放電容量を示すのみならず、後述するM2元素を含まず、同一作製条件で得られた比較例1の試料と比較して、活性化処理後1サイクル時の充放電特性がほぼ同等であるばかりでなく、活性化処理後50サイクルまで、活性化処理後20サイクル時と類似した充放電曲線を示している。つまり、活性化処理後50サイクル放電時に層状岩塩型構造からスピネル相への構造転移に伴う3.7V付近からの急激な電位の落ち込みや、層状岩塩型構造からLi2(Ni,Mn)O2相への構造転移に伴う2.2V以下での付加的な容量の出現が全く見られないことから、高容量と長期サイクル特性に優れた正極材料であることが明らかである。From the results of FIGS. 2 and 4, the sample of Example 1 not only showed a charge / discharge capacity close to 240 mAh / g after activation, but also did not contain the M 2 element described later, and was a comparative example obtained under the same production conditions. Compared with the sample of 1, not only the charge / discharge characteristics at 1 cycle after activation treatment are almost the same, but also the charge / discharge curve similar to that at 20 cycles after activation treatment up to 50 cycles after activation treatment. Shows. That is, a sharp drop in potential from around 3.7V due to structural transition from layered rock salt structure to spinel phase during 50-cycle discharge after activation treatment, and Li 2 (Ni, Mn) O 2 phase from layered rock salt structure. It is clear that it is a positive electrode material with high capacity and excellent long-term cycle characteristics, as no additional capacity appears below 2.2V due to structural transition to.
[比較例1]
出発原料として、硝酸鉄(III)9水和物10.10g、硝酸ニッケル(II)6水和物7.27g、塩化マンガン(II)4水和物39.58g(全量0.25mol、Fe: Ni: Mnモル比1: 1: 8)を500mLの蒸留水に加え完全に溶解させた。それ以降は実施例1と同様に正極材料作製を行った。[Comparative Example 1]
As starting materials, iron (III) nitrate 9 hydrate 10.10 g, nickel (II) nitrate hexahydrate 7.27 g, manganese chloride (II) tetrahydrate 39.58 g (total amount 0.25 mol, Fe: Ni: Mn mol) Ratio 1: 1: 8) was added to 500 mL of distilled water to completely dissolve it. After that, the positive electrode material was prepared in the same manner as in Example 1.
この最終生成物の実測(+)及び計算(実線)X線回折パターンを図3に示す。リートベルト解析プログラムRIETAN-FPによる解析結果より、すべてのピークは後述の表1にある格子定数で指数付けでき、単斜晶Li2MnO3の単位胞(C2/m)を有する結晶相のみからなることがわかった。The measured (+) and calculated (solid) X-ray diffraction patterns of this final product are shown in FIG. From the analysis results by the Rietveld analysis program RIETAN-FP, all peaks can be indexed by the lattice constants shown in Table 1 below, and only from the crystal phase having the unit cell (C2 / m) of the monoclinic Li 2 MnO 3 . It turned out to be.
また、化学分析より、リチウム以外の全金属量に対するFe、Ni含有量がそれぞれ仕込み量である10mol%と10mol%(y値0.20相当)を維持しており、Li/(M1+Mn)比も1.71(x値換算0.262)であることからM2を含まない組成式Li1+x(M1 yMn1-y)1-xO2を有するリチウムマンガン系複合酸化物が得られたことが明らかである。In addition, from chemical analysis, the Fe and Ni contents with respect to the total amount of metals other than lithium are maintained at 10 mol% and 10 mol% (equivalent to y value 0.20), which are the charged amounts, respectively, and the Li / (M 1 + Mn) ratio. Since it is also 1.71 (x value conversion 0.262), a lithium manganese-based composite oxide having the composition formula Li 1 + x (M 1 y Mn 1-y ) 1-x O 2 containing no M 2 was obtained. Is clear.
さらに、詳細は後述する充放電特性評価に記載の手順で、得られた試料を正極材料とし、金属リチウムを負極材料としたリチウム二次電池を作製し、活性化処理、サイクル試験を行った。充放電特性の評価結果を図4及び表3に示す。図4及び表3より比較例1の試料は活性化後には250mAh/g近い充放電容量を示すが、活性化処理後50サイクル放電時には、層状岩塩型構造からスピネル相への構造転移に伴う3.7V付近からの急激な電位の落ち込みや、層状岩塩型構造からLi2(Ni,Mn)O2相への構造転移に伴う2.2V以下での付加的な容量の出現が見られることから、実施例1のリチウムマンガン系複合酸化物と比較し、長期サイクル特性に劣る正極材料であることが明らかである。Further, in detail, according to the procedure described in the charge / discharge characteristic evaluation described later, a lithium secondary battery using the obtained sample as a positive electrode material and metallic lithium as a negative electrode material was produced, and an activation treatment and a cycle test were performed. The evaluation results of the charge / discharge characteristics are shown in FIGS. 4 and 3. From FIGS. 4 and 3, the sample of Comparative Example 1 shows a charge / discharge capacity close to 250 mAh / g after activation, but during 50-cycle discharge after activation treatment, 3.7 due to structural transition from layered rock salt type structure to spinel phase. Implementation due to a sharp drop in potential from near V and the appearance of additional capacitance below 2.2V due to structural transition from layered rock salt structure to Li 2 (Ni, Mn) O 2 phase. It is clear that the positive electrode material is inferior in long-term cycle characteristics to the lithium manganese-based composite oxide of Example 1.
[実施例2]
最終焼成雰囲気を大気中とした以外は、実施例1と同様に試料作製を行った。つまり、大気中で2回焼成することにより、試料作製を行った。この最終生成物の実測(+)及び計算(実線)X線回折パターンを図5に示す。リートベルト解析プログラムRIETAN-FPによる解析結果より、すべてのピークは後述の表1にある格子定数で指数付けでき、単斜晶Li2MnO3の単位胞(C2/m)を有する結晶相のみからなることがわかった。[Example 2]
Samples were prepared in the same manner as in Example 1 except that the final firing atmosphere was set to the atmosphere. That is, the sample was prepared by firing twice in the atmosphere. The measured (+) and calculated (solid) X-ray diffraction patterns of this final product are shown in FIG. From the analysis results by the Rietveld analysis program RIETAN-FP, all peaks can be indexed by the lattice constants shown in Table 1 below, and only from the crystal phase having the unit cell (C2 / m) of the monoclinic Li 2 MnO 3 . It turned out to be.
また、後述の表2の構造内遷移金属イオン分布を確認すると、実施例2の試料は後述するTiを含まない比較例2の試料と比較してLi-Mn層内遷移金属量が少なく、Li単独層内遷移金属量が多いことがわかり、Ti導入により遷移金属イオンが不規則配列しやすい傾向にあることがわかる。また、実施例2の試料は後述するTiを含まない比較例2の試料と比較して六角網目規則配列度が高いことがわかる。 Further, when the distribution of transition metal ions in the structure in Table 2 described later was confirmed, the sample in Example 2 had a smaller amount of transition metal in the Li—Mn layer than the sample in Comparative Example 2 not containing Ti, which will be described later, and Li. It can be seen that the amount of transition metal in the single layer is large, and that the introduction of Ti tends to cause irregular arrangement of transition metal ions. Further, it can be seen that the sample of Example 2 has a higher degree of hexagonal network regular arrangement than the sample of Comparative Example 2 which does not contain Ti, which will be described later.
また、化学分析より、リチウム以外の全金属量に対するFe、Ni、Ti含有量がそれぞれ仕込み量である10mol%と10mol%(y値0.20相当)、20mol%(z値0.20相当)を維持しており、Li/(M1+M2+Mn)比も1.72(x値換算0.265)であることから目的の組成式Li1+x(M1 yM2 zMn1-y-z)1-xO2を有するリチウムマンガン系複合酸化物が得られたことが明らかである。In addition, from chemical analysis, the Fe, Ni, and Ti contents with respect to the total amount of metals other than lithium were maintained at 10 mol%, 10 mol% (equivalent to y value 0.20), and 20 mol% (equivalent to z value 0.20), respectively. Since the Li / (M 1 + M 2 + Mn) ratio is also 1.72 (x value conversion 0.265), the desired composition formula Li 1 + x (M 1 y M 2 z Mn 1-yz ) 1-x O It is clear that a lithium manganese-based composite oxide having 2 was obtained.
さらに、詳細は後述する充放電特性評価に記載の手順で、得られた試料を正極材料とし、金属リチウムを負極材料としたリチウム二次電池を作製し、活性化処理、サイクル試験を行った。充放電特性の評価結果を図6及び表3に示す。図6及び表3より実施例2の試料は活性化後には240 mAh/g近い充放電容量を示すのみならず、後述するM2元素を含まず、同一作製条件で得られた比較例2の試料と比較して、活性化処理後1サイクル時の充放電特性がほぼ同等であるばかりでなく、活性化処理後50サイクルまで、活性化処理後20サイクル時と類似した充放電曲線を示している。つまり、活性化処理後50サイクル放電時に層状岩塩型構造からスピネル相への構造転移に伴う3.7 V付近からの急激な電位の落ち込みや、層状岩塩型構造からLi2(Ni,Mn)O2相への構造転移に伴う2.2 V以下での付加的な容量の出現が全く見られないことから、高容量と長期サイクル特性に優れた正極材料であることが明らかである。Further, in detail, according to the procedure described in the charge / discharge characteristic evaluation described later, a lithium secondary battery using the obtained sample as a positive electrode material and metallic lithium as a negative electrode material was produced, and an activation treatment and a cycle test were performed. The evaluation results of the charge / discharge characteristics are shown in FIGS. 6 and 3. From FIG. 6 and Table 3, the sample of Example 2 not only showed a charge / discharge capacity close to 240 mAh / g after activation, but also did not contain the M 2 element described later, and was obtained in Comparative Example 2 under the same production conditions. Compared with the sample, not only the charge / discharge characteristics at 1 cycle after activation treatment are almost the same, but also the charge / discharge curves similar to those at 20 cycles after activation treatment up to 50 cycles after activation treatment are shown. There is. That is, a sharp drop in potential from around 3.7 V due to structural transition from layered rock salt structure to spinel phase during 50-cycle discharge after activation treatment, and Li 2 (Ni, Mn) O 2 phase from layered rock salt structure. It is clear that it is a positive electrode material with high capacity and excellent long-term cycle characteristics, as no additional capacity appears below 2.2 V due to structural transition to.
[比較例2]
出発原料として、硝酸鉄(III)9水和物10.10g、硝酸ニッケル(II)6水和物7.27g、塩化マンガン(II)4水和物39.58g(全量0.25mol、Fe: Ni: Mnモル比1: 1: 8)を500mLの蒸留水に加え完全に溶解させた。それ以降は実施例2と同様に正極材料作製を行った。[Comparative Example 2]
As starting materials, iron (III) nitrate 9 hydrate 10.10 g, nickel (II) nitrate hexahydrate 7.27 g, manganese chloride (II) tetrahydrate 39.58 g (total amount 0.25 mol, Fe: Ni: Mn mol) Ratio 1: 1: 8) was added to 500 mL of distilled water to completely dissolve it. After that, the positive electrode material was prepared in the same manner as in Example 2.
この最終生成物の実測(+)及び計算(実線)X線回折パターンを図7に示す。リートベルト解析プログラムRIETAN-FPによる解析結果より、すべてのピークは後述の表1にある格子定数で指数付けでき、単斜晶Li2MnO3の単位胞(C2/m)を有する結晶相のみからなることがわかった。The measured (+) and calculated (solid) X-ray diffraction patterns of this final product are shown in FIG. From the analysis results by the Rietveld analysis program RIETAN-FP, all peaks can be indexed by the lattice constants shown in Table 1 below, and only from the crystal phase having the unit cell (C2 / m) of the monoclinic Li 2 MnO 3 . It turned out to be.
また、化学分析より、リチウム以外の全金属量に対するFe、Ni含有量がそれぞれ仕込み量である10mol%と10mol%(y値0.20相当)を維持しており、Li/(M1+Mn)比も1.73(x値換算0.267)であることからM2を含まない組成式Li1+x(M1 yMn1-y)1-xO2を有するリチウムマンガン系複合酸化物が得られたことが明らかである。In addition, from chemical analysis, the Fe and Ni contents with respect to the total amount of metals other than lithium are maintained at 10 mol% and 10 mol% (equivalent to y value 0.20), which are the charged amounts, respectively, and the Li / (M 1 + Mn) ratio. Since it is also 1.73 (x value conversion 0.267), a lithium manganese-based composite oxide having the composition formula Li 1 + x (M 1 y Mn 1-y ) 1-x O 2 containing no M 2 was obtained. Is clear.
さらに、詳細は後述する充放電特性評価に記載の手順で、得られた試料を正極材料とし、金属リチウムを負極材料としたリチウム二次電池を作製し、活性化処理、サイクル試験を行った。充放電特性の評価結果を図8及び表3に示す。図8及び表3より比較例2の試料は活性化後には250mAh/g近い充放電容量を示すが、活性化処理後50サイクル放電時には、層状岩塩型構造からスピネル相への構造転移に伴う3.7V付近からの急激な電位の落ち込みや、層状岩塩型構造からLi2(Ni,Mn)O2相への構造転移に伴う2.2V以下での付加的な容量の出現が見られることから、実施例2のリチウムマンガン系複合酸化物と比較し、長期サイクル特性に劣る正極材料であることが明らかである。Further, in detail, according to the procedure described in the charge / discharge characteristic evaluation described later, a lithium secondary battery using the obtained sample as a positive electrode material and metallic lithium as a negative electrode material was produced, and an activation treatment and a cycle test were performed. The evaluation results of the charge / discharge characteristics are shown in FIGS. 8 and 3. From FIGS. 8 and 3, the sample of Comparative Example 2 shows a charge / discharge capacity close to 250 mAh / g after activation, but during 50-cycle discharge after activation treatment, 3.7 due to structural transition from layered rock salt type structure to spinel phase. Implementation due to a sharp drop in potential from near V and the appearance of additional capacitance below 2.2V due to structural transition from layered rock salt structure to Li 2 (Ni, Mn) O 2 phase. It is clear that the positive electrode material is inferior in long-term cycle characteristics to the lithium manganese-based composite oxide of Example 2.
[実施例3]
最終焼成条件を900℃、5時間、大気中とした以外は、実施例1と同様に試料作製を行った。つまり、大気中で2回焼成することにより、試料作製を行った。この最終生成物の実測(+)及び計算(実線)X線回折パターンを図9に示す。リートベルト解析プログラムRIETAN-FPによる解析結果より、すべてのピークは後述の表1にある格子定数で指数付けでき、単斜晶Li2MnO3の単位胞(C2/m)を有する結晶相のみからなることがわかった。[Example 3]
Samples were prepared in the same manner as in Example 1 except that the final firing conditions were 900 ° C., 5 hours, and the atmosphere. That is, the sample was prepared by firing twice in the atmosphere. The measured (+) and calculated (solid) X-ray diffraction patterns of this final product are shown in FIG. From the analysis results by the Rietveld analysis program RIETAN-FP, all peaks can be indexed by the lattice constants shown in Table 1 below, and only from the crystal phase having the unit cell (C2 / m) of the monoclinic Li 2 MnO 3 . It turned out to be.
また、後述の表2の構造内遷移金属イオン分布を確認すると、実施例3の試料は後述するTiを含まない比較例3の試料と比較してLi-Mn層内遷移金属量が少なく、Li単独層内遷移金属量が多いことがわかり、Ti導入により遷移金属イオンが不規則配列しやすい傾向にあることがわかる。また、実施例3の試料は後述するTiを含まない比較例3の試料と比較して六角網目規則配列度が高いことがわかる。 Further, when the distribution of transition metal ions in the structure in Table 2 described later was confirmed, the sample in Example 3 had a smaller amount of transition metal in the Li—Mn layer than the sample in Comparative Example 3 not containing Ti, which will be described later, and Li. It can be seen that the amount of transition metal in the single layer is large, and that the introduction of Ti tends to cause irregular arrangement of transition metal ions. Further, it can be seen that the sample of Example 3 has a higher degree of hexagonal mesh regular arrangement than the sample of Comparative Example 3 which does not contain Ti, which will be described later.
また、化学分析より、リチウム以外の全金属量に対するFe、Ni、Ti含有量がそれぞれ仕込み量である10mol%と10mol%(y値0.20相当)、20mol%(z値0.20相当)を維持しており、Li/(M1+M2+Mn)比も1.74(x値換算0.270)であることから目的の組成式Li1+x(M1 yM2 zMn1-y-z)1-xO2を有するリチウムマンガン系複合酸化物が得られたことが明らかである。In addition, from chemical analysis, the Fe, Ni, and Ti contents with respect to the total amount of metals other than lithium were maintained at 10 mol%, 10 mol% (equivalent to y value 0.20), and 20 mol% (equivalent to z value 0.20), respectively. Since the Li / (M 1 + M 2 + Mn) ratio is also 1.74 (x value conversion 0.270), the desired composition formula Li 1 + x (M 1 y M 2 z Mn 1-yz ) 1-x O It is clear that a lithium manganese-based composite oxide having 2 was obtained.
さらに、詳細は後述する充放電特性評価に記載の手順で、得られた試料を正極材料とし、金属リチウムを負極材料としたリチウム二次電池を作製し、活性化処理、サイクル試験を行った。充放電特性の評価結果を図10及び表3に示す。図10及び表3より実施例3の試料は活性化後には200mAh/g近い充放電容量を示すのみならず、後述するM2元素を含まず、同一作製条件で得られた比較例3の試料と比較して、活性化処理後1サイクル時の充放電特性がほぼ同等であるばかりでなく、活性化処理後50サイクルまで、活性化処理後20サイクル時と類似した充放電曲線を示している。つまり、活性化処理後50サイクル放電時に層状岩塩型構造からスピネル相への構造転移に伴う3.7V付近からの急激な電位の落ち込みや、層状岩塩型構造からLi2(Ni,Mn)O2相への構造転移に伴う2.2V以下での付加的な容量の出現が全く見られないことから、高容量と長期サイクル特性に優れた正極材料であることが明らかである。Further, in detail, according to the procedure described in the charge / discharge characteristic evaluation described later, a lithium secondary battery using the obtained sample as a positive electrode material and metallic lithium as a negative electrode material was produced, and an activation treatment and a cycle test were performed. The evaluation results of the charge / discharge characteristics are shown in FIGS. 10 and 3. From FIG. 10 and Table 3, the sample of Example 3 not only showed a charge / discharge capacity close to 200 mAh / g after activation, but also did not contain the M 2 element described later, and was obtained under the same preparation conditions as the sample of Comparative Example 3. Not only is the charge / discharge characteristics at 1 cycle after activation treatment almost the same, but the charge / discharge curve is similar to that at 20 cycles after activation treatment up to 50 cycles after activation treatment. .. That is, a sharp drop in potential from around 3.7V due to structural transition from layered rock salt structure to spinel phase during 50-cycle discharge after activation treatment, and Li 2 (Ni, Mn) O 2 phase from layered rock salt structure. It is clear that it is a positive electrode material with high capacity and excellent long-term cycle characteristics, as no additional capacity appears below 2.2V due to structural transition to.
[比較例3]
出発原料として、硝酸鉄(III)9水和物10.10g、硝酸ニッケル(II)6水和物7.27g、塩化マンガン(II)4水和物39.58g(全量0.25mol、Fe: Ni: Mnモル比1: 1: 8)を500mLの蒸留水に加え完全に溶解させた。それ以降は実施例3と同様に正極材料作製を行った。[Comparative Example 3]
As starting materials, iron (III) nitrate 9 hydrate 10.10 g, nickel (II) nitrate hexahydrate 7.27 g, manganese chloride (II) tetrahydrate 39.58 g (total amount 0.25 mol, Fe: Ni: Mn mol) Ratio 1: 1: 8) was added to 500 mL of distilled water to completely dissolve it. After that, the positive electrode material was prepared in the same manner as in Example 3.
この最終生成物の実測(+)及び計算(実線)X線回折パターンを図11に示す。リートベルト解析プログラムRIETAN-FPによる解析結果より、すべてのピークは後述の表1にある格子定数で指数付けでき、単斜晶Li2MnO3の単位胞(C2/m)を有する結晶相のみからなることがわかった。The measured (+) and calculated (solid) X-ray diffraction patterns of this final product are shown in FIG. From the analysis results by the Rietveld analysis program RIETAN-FP, all peaks can be indexed by the lattice constants shown in Table 1 below, and only from the crystal phase having the unit cell (C2 / m) of the monoclinic Li 2 MnO 3 . It turned out to be.
また、化学分析より、リチウム以外の全金属量に対するFe、Ni含有量がそれぞれ仕込み量である10mol%と10mol%(y値0.20相当)を維持しており、Li/(M1+Mn)比も1.71(x値換算0.262)であることからM2を含まない組成式Li1+x(M1 yMn1-y)1-xO2を有するリチウムマンガン系複合酸化物が得られたことが明らかである。In addition, from chemical analysis, the Fe and Ni contents with respect to the total amount of metals other than lithium are maintained at 10 mol% and 10 mol% (equivalent to y value 0.20), which are the charged amounts, respectively, and the Li / (M 1 + Mn) ratio. Since it is also 1.71 (x value conversion 0.262), a lithium manganese-based composite oxide having the composition formula Li 1 + x (M 1 y Mn 1-y ) 1-x O 2 containing no M 2 was obtained. Is clear.
さらに、詳細は後述する充放電特性評価に記載の手順で、得られた試料を正極材料とし、金属リチウムを負極材料としたリチウム二次電池を作製し、活性化処理、サイクル試験を行った。充放電特性の評価結果を図12及び表3に示す。図12及び表3より比較例3の試料は活性化後には230mAh/g近い充放電容量を示すが、活性化処理後50サイクル放電時には、層状岩塩型構造からスピネル相への構造転移に伴う3.7V付近からの急激な電位の落ち込みや、層状岩塩型構造からLi2(Ni,Mn)O2相への構造転移に伴う2.2V以下での付加的な容量の出現が見られることから、実施例3のリチウムマンガン系複合酸化物と比較し、長期サイクル特性に劣る正極材料であることが明らかである。Further, in detail, according to the procedure described in the charge / discharge characteristic evaluation described later, a lithium secondary battery using the obtained sample as a positive electrode material and metallic lithium as a negative electrode material was produced, and an activation treatment and a cycle test were performed. The evaluation results of the charge / discharge characteristics are shown in FIGS. 12 and 3. From FIGS. 12 and Table 3, the sample of Comparative Example 3 shows a charge / discharge capacity close to 230 mAh / g after activation, but at 50 cycle discharge after activation treatment, 3.7 due to structural transition from layered rock salt type structure to spinel phase. Implementation due to a sharp drop in potential from near V and the appearance of additional capacitance below 2.2V due to structural transition from layered rock salt structure to Li 2 (Ni, Mn) O 2 phase. It is clear that the positive electrode material is inferior in long-term cycle characteristics to the lithium manganese-based composite oxide of Example 3.
[実施例4]
最終焼成条件を900℃、5時間、窒素気流中とした以外は、実施例1と同様に試料作製を行った。この最終生成物の実測(+)及び計算(実線)X線回折パターンを図13に示す。リートベルト解析プログラムRIETAN-FPによる解析結果より、すべてのピークは後述の表1にある格子定数で指数付けでき、単斜晶Li2MnO3の単位胞(C2/m)を有する結晶相のみからなることがわかった。[Example 4]
Samples were prepared in the same manner as in Example 1 except that the final firing conditions were 900 ° C., 5 hours, and in a nitrogen stream. The measured (+) and calculated (solid) X-ray diffraction patterns of this final product are shown in FIG. From the analysis results by the Rietveld analysis program RIETAN-FP, all peaks can be indexed by the lattice constants shown in Table 1 below, and only from the crystal phase having the unit cell (C2 / m) of the monoclinic Li 2 MnO 3 . It turned out to be.
また、後述の表2の構造内遷移金属イオン分布を確認すると、実施例4の試料は後述するTiを含まない比較例4の試料と比較してLi-Mn層内遷移金属量が少なく、Li単独層内遷移金属量が多いことがわかり、Ti導入により遷移金属イオンが不規則配列しやすい傾向にあることがわかる。また、実施例4の試料は後述するTiを含まない比較例4の試料と比較して六角網目規則配列度が高いことがわかる。 Further, when the distribution of transition metal ions in the structure in Table 2 described later was confirmed, the sample of Example 4 had a smaller amount of transition metal in the Li—Mn layer than the sample of Comparative Example 4 not containing Ti, which will be described later, and Li. It can be seen that the amount of transition metal in the single layer is large, and that the introduction of Ti tends to cause irregular arrangement of transition metal ions. Further, it can be seen that the sample of Example 4 has a higher degree of hexagonal mesh regular arrangement than the sample of Comparative Example 4 which does not contain Ti, which will be described later.
また、化学分析より、リチウム以外の全金属量に対するFe、Ni、Ti含有量がそれぞれ仕込み量である10mol%と10mol%(y値0.20相当)、20mol%(z値0.20相当)を維持しており、Li/(M1+M2+Mn)比も1.64(x値換算0.242)であることから目的の組成式Li1+x(M1 yM2 zMn1-y-z)1-xO2を有するリチウムマンガン系複合酸化物が得られたことが明らかである。In addition, from chemical analysis, the Fe, Ni, and Ti contents with respect to the total amount of metals other than lithium were maintained at 10 mol%, 10 mol% (equivalent to y value 0.20), and 20 mol% (equivalent to z value 0.20), respectively. Since the Li / (M 1 + M 2 + Mn) ratio is also 1.64 (x value conversion 0.242), the desired composition formula Li 1 + x (M 1 y M 2 z Mn 1-yz ) 1-x O It is clear that a lithium manganese-based composite oxide having 2 was obtained.
さらに、詳細は後述する充放電特性評価に記載の手順で、得られた試料を正極材料とし、金属リチウムを負極材料としたリチウム二次電池を作製し、活性化処理、サイクル試験を行った。充放電特性の評価結果を図14及び表3に示す。図14及び表3より実施例4の試料は活性化後には200mAh/g近い充放電容量を示すのみならず、後述するM2元素を含まず、同一作製条件で得られた比較例4の試料と比較して、活性化処理後1サイクル時の充放電特性がほぼ同等であるばかりでなく、活性化処理後50サイクルまで、活性化処理後20サイクル時と類似した充放電曲線を示している。つまり、活性化処理後50サイクル放電時に層状岩塩型構造からスピネル相への構造転移に伴う3.7V付近からの急激な電位の落ち込みや、層状岩塩型構造からLi2(Ni,Mn)O2相への構造転移に伴う2.2V以下での付加的な容量の出現が全く見られないことから、高容量と長期サイクル特性に優れた正極材料であることが明らかである。Further, in detail, according to the procedure described in the charge / discharge characteristic evaluation described later, a lithium secondary battery using the obtained sample as a positive electrode material and metallic lithium as a negative electrode material was produced, and an activation treatment and a cycle test were performed. The evaluation results of the charge / discharge characteristics are shown in FIGS. 14 and 3. From FIG. 14 and Table 3, the sample of Example 4 not only showed a charge / discharge capacity close to 200 mAh / g after activation, but also did not contain the M 2 element described later, and was obtained under the same preparation conditions as the sample of Comparative Example 4. Not only is the charge / discharge characteristics at 1 cycle after activation treatment almost the same, but the charge / discharge curve is similar to that at 20 cycles after activation treatment up to 50 cycles after activation treatment. .. That is, a sharp drop in potential from around 3.7V due to structural transition from layered rock salt structure to spinel phase during 50-cycle discharge after activation treatment, and Li 2 (Ni, Mn) O 2 phase from layered rock salt structure. It is clear that it is a positive electrode material with high capacity and excellent long-term cycle characteristics, as no additional capacity appears below 2.2V due to structural transition to.
[比較例4]
出発原料として、硝酸鉄(III)9水和物10.10g、硝酸ニッケル(II)6水和物7.27g、塩化マンガン(II)4水和物39.58g(全量0.25mol、Fe: Ni: Mnモル比1: 1: 8)を500mLの蒸留水に加え完全に溶解させた。それ以降は実施例4と同様に正極材料作製を行った。[Comparative Example 4]
As starting materials, iron (III) nitrate 9 hydrate 10.10 g, nickel (II) nitrate hexahydrate 7.27 g, manganese chloride (II) tetrahydrate 39.58 g (total amount 0.25 mol, Fe: Ni: Mn mol) Ratio 1: 1: 8) was added to 500 mL of distilled water to completely dissolve it. After that, the positive electrode material was prepared in the same manner as in Example 4.
この最終生成物の実測(+)及び計算(実線)X線回折パターンを図15に示す。リートベルト解析プログラムRIETAN-FPによる解析結果より、すべてのピークは後述の表1にある格子定数で指数付けでき、単斜晶Li2MnO3の単位胞(C2/m)を有する結晶相のみからなることがわかった。The measured (+) and calculated (solid) X-ray diffraction patterns of this final product are shown in FIG. From the analysis results by the Rietveld analysis program RIETAN-FP, all peaks can be indexed by the lattice constants shown in Table 1 below, and only from the crystal phase having the unit cell (C2 / m) of the monoclinic Li 2 MnO 3 . It turned out to be.
また、化学分析より、リチウム以外の全金属量に対するFe、Ni含有量がそれぞれ仕込み量である10mol%と10mol%(y値0.20相当)を維持しており、Li/(M1+Mn)比も1.72(x値換算0.265)であることからM2を含まない組成式Li1+x(M1 yMn1-y)1-xO2を有するリチウムマンガン系複合酸化物が得られたことが明らかである。In addition, from chemical analysis, the Fe and Ni contents with respect to the total amount of metals other than lithium are maintained at 10 mol% and 10 mol% (equivalent to y value 0.20), which are the charged amounts, respectively, and the Li / (M 1 + Mn) ratio. Since it is also 1.72 (x value conversion 0.265), a lithium manganese-based composite oxide having the composition formula Li 1 + x (M 1 y Mn 1-y ) 1-x O 2 containing no M 2 was obtained. Is clear.
さらに、詳細は後述する充放電特性評価に記載の手順で、得られた試料を正極材料とし、金属リチウムを負極材料としたリチウム二次電池を作製し、活性化処理、サイクル試験を行った。充放電特性の評価結果を図16及び表3に示す。図16及び表3より比較例4の試料は活性化後には200mAh/g近い充放電容量を示すが、活性化処理後50サイクル放電時には、層状岩塩型構造からスピネル相への構造転移に伴う3.7V付近からの急激な電位の落ち込みや、層状岩塩型構造からLi2(Ni,Mn)O2相への構造転移に伴う2.2V以下での付加的な容量の出現が見られることから、実施例4のリチウムマンガン系複合酸化物と比較し、長期サイクル特性に劣る正極材料であることが明らかである。Further, in detail, according to the procedure described in the charge / discharge characteristic evaluation described later, a lithium secondary battery using the obtained sample as a positive electrode material and metallic lithium as a negative electrode material was produced, and an activation treatment and a cycle test were performed. The evaluation results of the charge / discharge characteristics are shown in FIGS. 16 and 3. From FIGS. 16 and 3, the sample of Comparative Example 4 shows a charge / discharge capacity close to 200 mAh / g after activation, but during 50-cycle discharge after activation treatment, 3.7 due to structural transition from layered rock salt type structure to spinel phase. Implementation due to a sharp drop in potential from near V and the appearance of additional capacitance below 2.2V due to structural transition from layered rock salt structure to Li 2 (Ni, Mn) O 2 phase. It is clear that the positive electrode material is inferior in long-term cycle characteristics to the lithium manganese-based composite oxide of Example 4.
[実施例5]
試料合成、並びに構造及び組成評価
硝酸鉄(III)9水和物10.10g、硝酸ニッケル(II)6水和物7.27g、塩化マンガン(II)4水和物29.69g(全量0.25mol、Fe: Ni: Mnモル比1: 1: 6)を500mLの蒸留水に加え完全に溶解させた。別のビーカーに水酸化ナトリウム50gを秤量し、蒸留水500mLを添加して撹拌しつつ溶解させて水酸化ナトリウム水溶液を作製した。この水酸化ナトリウム水溶液をチタン製ビーカーに入れ、20℃に保たれた恒温槽内に静置した。次いでこの水酸化ナトリウム溶液に、上記金属塩水溶液を約3時間かけて徐々に滴下し、Fe-Ni-Mn沈殿物(共沈物)を形成させた。反応液が完全にアルカリ性になっていることを確認し、撹拌下に共沈物を含む反応液に、室温で2日間酸素を吹き込んで湿式酸化処理して、沈殿を熟成させた。[Example 5]
Sample synthesis, structure and composition evaluation
Iron (III) Nitrate 9 Hydrate 10.10g, Nickel Nitrate (II) Hexahydrate 7.27g, Manganese (II) Chloride Tetrahydrate 29.69g (Total 0.25mol, Fe: Ni: Mn Mol ratio 1: 1 : 6) was added to 500 mL of distilled water to completely dissolve it. 50 g of sodium hydroxide was weighed in another beaker, 500 mL of distilled water was added, and the mixture was dissolved with stirring to prepare an aqueous sodium hydroxide solution. This aqueous sodium hydroxide solution was placed in a titanium beaker and allowed to stand in a constant temperature bath kept at 20 ° C. Next, the aqueous metal salt solution was gradually added dropwise to this sodium hydroxide solution over about 3 hours to form a Fe—Ni—Mn precipitate (coprecipitate). After confirming that the reaction solution was completely alkaline, oxygen was blown into the reaction solution containing the coprecipitate under stirring for 2 days at room temperature for wet oxidation treatment, and the precipitate was aged.
得られた沈殿物を蒸留水で洗浄して濾別し、蒸留水で分散及び完全に溶解させた水酸化リチウム1水和物20.98g(0.5mol)及びGeO2 5.23g(0.05mol)とミキサー混合し、均一なスラリーを形成させた。スラリーをテトラフルオロエチレン製シャーレに移し、50℃で2日間乾燥後、粉砕して焼成用原料を作製した。The obtained precipitate was washed with distilled water, filtered off, dispersed with distilled water and completely dissolved, and mixed with 20.98 g (0.5 mol) of lithium hydroxide monohydrate and 5.23 g (0.05 mol) of GeO 2 . It was mixed to form a uniform slurry. The slurry was transferred to a tetrafluoroethylene petri dish, dried at 50 ° C. for 2 days, and then pulverized to prepare a raw material for firing.
次いで得られた粉末を、1時間かけて650℃まで昇温し、その温度で5時間保持後、炉中で室温付近まで冷却した。粉砕後、再度電気炉を用いて、窒素気流下、1時間かけて900℃まで昇温し、その温度で5時間保持後、炉中で室温付近まで冷却した。電気炉から焼成物を取り出し、過剰のリチウム塩を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、乾燥して目的物である、鉄、ニッケル及びゲルマニウム置換Li2MnO3を粉末状生成物として得た。Next, the obtained powder was heated to 650 ° C. over 1 hour, kept at that temperature for 5 hours, and then cooled to near room temperature in a furnace. After crushing, the temperature was raised to 900 ° C. over 1 hour under a nitrogen stream using an electric furnace again, and the temperature was maintained at that temperature for 5 hours, and then cooled to near room temperature in the furnace. To remove the calcined product from the electric furnace and remove excess lithium salts, the calcined product is washed with distilled water, filtered, dried and powdered with the iron, nickel and germanium-substituted Li 2 MnO 3 of interest. Obtained as a state product.
X線回折による評価
この最終生成物の実測(+)及び計算(実線)X線回折パターンを図17に示す。リートベルト解析プログラムRIETAN-FPによる解析結果より、すべてのピークは以下の表1に記載の格子定数で指数付けでき、単斜晶Li2MnO3の単位胞(C2/m)を有する結晶相のみからなることがわかった。また、表2の構造内遷移金属イオン分布を確認すると、実施例5の試料は前述のGeを含まない比較例4の試料と比較してLi-Mn層内遷移金属量が少なく、Li単独層内遷移金属量が多いことがわかり、Ge導入により遷移金属イオンが不規則配列しやすい傾向にあることがわかる。また実施例5の試料は前述するGeを含まない比較例4の試料と比較して六角網目規則配列度が高いことがわかる。 Evaluation by X-ray Diffraction The measured (+) and calculated (solid) X-ray diffraction patterns of this final product are shown in FIG. From the analysis results by the Rietveld analysis program RIETAN-FP, all peaks can be indexed by the lattice constants shown in Table 1 below, and only the crystal phase having a monoclinic Li 2 MnO 3 unit cell (C2 / m). It turned out to consist of. Further, when the transition metal ion distribution in the structure of Table 2 was confirmed, the sample of Example 5 had a smaller amount of transition metal in the Li—Mn layer than the sample of Comparative Example 4 which did not contain Ge, and the Li single layer. It can be seen that the amount of transition metal is large, and that transition metal ions tend to be irregularly arranged due to the introduction of Ge. Further, it can be seen that the sample of Example 5 has a higher degree of hexagonal network regular arrangement than the sample of Comparative Example 4 which does not contain Ge described above.
化学分析等による評価
化学分析より、リチウム以外の全金属量に対するFe、Ni、Ge含有量が仕込み量とは異なるものの、それぞれ、12mol%と12mol%(y値0.24相当)、4mol%(z値0.04相当)であり、Li/(M1+M2+Mn)比も1.65(x値換算0.245)であることから目的の組成式Li1+x(M1
yM2
zMn1-y-z)1-xO2を有するリチウムマンガン系複合酸化物が得られたことが明らかである。なお、含有量が仕込み量からずれたのは、Geが両性金属のために焼成後の水洗時に一部溶出したためと考えられる。しかしながら完全になくなるわけではないので、Ge含有量を増やすためには仕込み量を多めにする等して対応し得る。 Evaluation by chemical analysis, etc. From chemical analysis, although the Fe, Ni, and Ge contents with respect to the total amount of metals other than lithium are different from the charged amount, they are 12 mol%, 12 mol% (equivalent to y value 0.24), and 4 mol% (z value, respectively). Since it is equivalent to 0.04) and the Li / (M 1 + M 2 + Mn) ratio is 1.65 (x value conversion 0.245), the target composition formula Li 1 + x (M 1 y M 2 z Mn 1-yz ) It is clear that a lithium manganese-based composite oxide with 1-x O 2 was obtained. It is considered that the content deviated from the charged amount because Ge was partially eluted during washing with water after firing because of the amphoteric metal. However, since it is not completely eliminated, it is possible to increase the amount of charge in order to increase the Ge content.
充放電特性評価
詳細は後述する充放電特性評価に記載の手順で、得られた試料を正極材料とし、金属リチウムを負極材料としたリチウム二次電池を作製し、活性化処理、サイクル試験を行った。図18及び表4の結果から、実施例5の試料は活性化後には250mAh/g近い充放電容量を示すのみならず、前述のM2元素を含まず、同一作製条件で得られた比較例4の試料と比較して、活性化処理後1サイクル時の充放電特性が向上しているばかりでなく、活性化処理後50サイクルまで、活性化処理後20サイクル時と類似した充放電曲線を示している。つまり、活性化処理後50サイクル放電時に層状岩塩型構造からスピネル相への構造転移に伴う3.7 V付近からの急激な電位の落ち込みや、層状岩塩型構造からLi2(Ni,Mn)O2相への構造転移に伴う2.2 V以下での付加的な容量の出現が全く見られないことから、高容量と長期サイクル特性に優れた正極材料であることが明らかである。 Charging / discharging characteristic evaluation For details, follow the procedure described in the charging / discharging characteristic evaluation described later to prepare a lithium secondary battery using the obtained sample as the positive electrode material and metallic lithium as the negative electrode material, and perform activation treatment and cycle test. rice field. From the results of FIGS. 18 and 4, the sample of Example 5 not only showed a charge / discharge capacity close to 250 mAh / g after activation, but also did not contain the above-mentioned M 2 element, and was a comparative example obtained under the same production conditions. Compared with the sample of 4, not only the charge / discharge characteristics at 1 cycle after activation treatment are improved, but also the charge / discharge curve similar to that at 20 cycles after activation treatment is obtained up to 50 cycles after activation treatment. Shows. That is, a sharp drop in potential from around 3.7 V due to structural transition from layered rock salt structure to spinel phase during 50-cycle discharge after activation treatment, and Li 2 (Ni, Mn) O 2 phase from layered rock salt structure. It is clear that it is a positive electrode material with high capacity and excellent long-term cycle characteristics, as no additional capacity appears below 2.2 V due to structural transition to.
[試験結果]
X線回折による評価
実施例1~5及び比較例1~4で得た試料のX線回折パターンから、リートベルト解析プログラムRIETAN-FP(F. Izumi, K. Momma, "Three-Dimensional Visualization in Powder Diffraction", Solid State Phenomena, Vol. 130, pp. 15-20, 2007)による解析結果より、各試料の格子定数及び格子体積を評価した。結果を表1に示す。なお、表1において、a、b及びcは、それぞれ各軸の長さを示し、βは稜cとaとの間の角を示す。また、Vは格子体積を示す。[Test results]
Evaluation by X-ray diffraction
From the X-ray diffraction patterns of the samples obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, the Rietveld analysis program RIETAN-FP (F. Izumi, K. Momma, "Three-Dimensional Visualization in Powder Diffraction", Solid State From the analysis results by Phenomena, Vol. 130, pp. 15-20, 2007), the lattice constant and lattice volume of each sample were evaluated. The results are shown in Table 1. In Table 1, a, b, and c indicate the length of each axis, and β indicates the angle between the ridges c and a. In addition, V indicates the lattice volume.
次に、実施例1~5及び比較例1~4で得た試料のX線回折パターンから、各格子位置の遷移金属量を可変とした構造モデルから得られる計算パターンを実測パターンに合わせこむことにより、構造内遷移金属イオン分布を評価した。結果を表2に示す。 Next, from the X-ray diffraction patterns of the samples obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, the calculation pattern obtained from the structural model in which the transition metal amount at each lattice position is variable is combined with the measured pattern. The transition metal ion distribution in the structure was evaluated by. The results are shown in Table 2.
なお、公知物質であるLi2MnO3において、Mnイオンが規則配列状態である場合は、六角網目格子構成位置(4g)位置にMnが100%占有し、Li位置である六角網目中心位置(2b)等の他の位置にはMnイオンが存在しないが、実際には、4g位置にMnイオンが100%存在することはなく、一部のMnイオンは3つのLi位置に配置する。表2において、g4gは六角網目格子構成位置(4g)位置のMn占有率を示し、g2bは2b位置のMn占有率を示し、g2cは2c位置のMn占有率を示し、g4hは4h位置のMn占有率を示す。4g位置と2b位置のMn占有率の差(g4g-g2b)が六角網目規則配列度として定義され、大きいほど理想的なLi2MnO3型単斜晶層状岩塩型構造であることを意味する。また、平均値1は、Li-Mn層内の格子位置(4g及び2b位置)における遷移金属元素の平均占有率(元素比(%))を示し、平均値2は、Li単独層内の格子位置(4h及び2c位置)における遷移金属元素の平均占有率(元素比(%))を示す。また、全遷移金属量は、単斜晶層状岩塩型構造モデルを用いた際のLi-Mn層内の格子位置(4g及び2b)における遷移金属元素の占有率(元素比(%))とLi単独層内の格子位置(4h及び2c)における遷移金属元素の占有率(元素比(%))の和を示す。平均値1が少なく平均値2が大きいほど、遷移金属イオンが不規則配列していることを意味する。In Li 2 MnO 3 , which is a known substance, when Mn ions are in a regular arrangement state, Mn occupies 100% at the hexagonal network lattice configuration position (4g) position, and the hexagonal network center position (2b) which is the Li position. ) And other positions do not have Mn ions, but in reality, 100% of Mn ions do not exist at the 4g position, and some Mn ions are placed at the three Li positions. In Table 2, g 4g indicates the Mn occupancy at the hexagonal mesh grid configuration position (4g), g 2b indicates the Mn occupancy at the 2b position, g 2c indicates the Mn occupancy at the 2c position, and g 4h indicates the Mn occupancy at the 2c position. The Mn occupancy rate at the 4h position is shown. The difference in Mn occupancy between the 4g and 2b positions (g 4g -g 2b ) is defined as the hexagonal network regular arrangement, and the larger it is, the more ideal Li 2 MnO type 3 monoclinic layered rock salt structure. do. The average value 1 indicates the average occupancy rate (element ratio (%)) of the transition metal elements at the lattice positions (4g and 2b positions) in the Li—Mn layer, and the
化学分析等による評価
実施例1~5及び比較例1~4で得た試料について、ICP発光分析により、化学分析を行った。結果を表3に示す。結果を表3に示す。 Evaluation by chemical analysis, etc. The samples obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were chemically analyzed by ICP emission analysis. The results are shown in Table 3. The results are shown in Table 3.
充放電特性評価
実施例1~5及び比較例1~4で得られた試料を正極材料として用いて、充放電試験を行った。具体的には、実施例1~5及び比較例1~4で得られた試料5mgをアセチレンブラック5mgとよく混合後、ポリテトラフルオロエチレン粉末0.5mgを加えて結着させ、Alメッシュ上に圧着して正極を作製した。得られた正極を120℃で一晩真空乾燥後、グローブボックス内にて、リチウム二次電池を作製した。電解液はLiPF6をエチレンカーボネート(EC)及びジメチルカーボネート(DMC)の混合溶媒(体積比3: 7)に溶解させた溶液を使用し、負極は金属リチウムを用いた。 Charging / Discharging Characteristic Evaluation The charging / discharging tests were performed using the samples obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 as the positive electrode material. Specifically, 5 mg of the samples obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 are well mixed with 5 mg of acetylene black, 0.5 mg of polytetrafluoroethylene powder is added and bound, and the sample is pressure-bonded onto an Al mesh. To prepare a positive electrode. The obtained positive electrode was vacuum dried at 120 ° C. overnight, and then a lithium secondary battery was prepared in a glove box. A solution prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) (volume ratio 3: 7) was used as the electrolytic solution, and metallic lithium was used as the negative electrode.
充放電試験は活性化試料を得るための段階充電処理後、サイクル劣化試験に移行させた。試験は充電開始で行い、2.0-4.8Vの電位範囲、試験温度30℃、電流密度40mA/gで充電容量を80、120、160、200mAh/gの順に増加させてサイクルさせ、5サイクル目は4.8Vまで定電流-定電圧充電(4.8Vにおける電流終止は10mA/g)による活性化処理を行った。なお、段階充電活性化処理は本発明のリチウムマンガン系複合酸化物の充放電特性評価には必須である。特に、M1元素としてFeを含む場合は必須プロセスである。活性化処理後、2.0-4.8Vで定電流充放電にて50サイクルまで評価を行うことにより、サイクル経過に伴う、充放電曲線変化(特に20サイクル経過以降に見られる、相似形形状からの逸脱)を評価した。特に前述したように、活性化処理後50サイクル放電時(54サイクル放電時: 54d)の放電曲線にて、(1) 層状岩塩型構造からスピネル相への構造転移に伴う3.7V付近での急激な電位の落ち込み、(2) Li2(Mn,Ni)O2相への構造転移に伴う2.2V以下における付加的な容量の出現の有無を評価した。結果を図2、4、6、8、10、12、14、16及び18、並びに表4に示す。なお、図2、4、6、8、10、12、14、16及び18においては、活性化処理後1サイクル充電時の充電曲線(5c)、活性化処理後20サイクル充電時の充電曲線(24c)、活性化処理後50サイクル充電時の充電曲線(54c)、活性化処理後1サイクル放電時の放電曲線(5d)、活性化処理後20サイクル放電時の放電曲線(24d)、及び活性化処理後50サイクル放電時の放電曲線(54d)を示しており、右上がりの曲線が充電、右下がりの曲線が放電に対応する。また、表4において、Q5cは活性化処理後1サイクル充電時の容量、Q5dは活性化処理後1サイクル放電時の容量、Q54dは活性化処理後50サイクル放電時の容量、(Q1d~Q5dの和)/(Q1c~Q5cの和)は、段階充電活性化処理中における各サイクルの放電容量の合計を、各サイクルの充電容量の和で除したものである。V5d・aveは活性化処理後1サイクル放電時の初期平均放電電圧を示す。The charge / discharge test was transferred to a cycle deterioration test after a stepwise charge treatment for obtaining an activated sample. The test is performed at the start of charging, and the charging capacity is increased in the order of 80, 120, 160, 200mAh / g at a potential range of 2.0-4.8V, a test temperature of 30 ° C, and a current density of 40mA / g. Activation treatment was performed by constant current-constant voltage charging up to 4.8V (current termination at 4.8V is 10mA / g). The stepwise charge activation treatment is indispensable for evaluating the charge / discharge characteristics of the lithium manganese-based composite oxide of the present invention. In particular, it is an essential process when Fe is included as the M 1 element. After the activation treatment, by evaluating up to 50 cycles with constant current charge / discharge at 2.0-4.8 V, the charge / discharge curve changes with the passage of cycles (especially the deviation from the similar shape seen after 20 cycles). ) Was evaluated. In particular, as mentioned above, in the discharge curve at 50-cycle discharge (54-cycle discharge: 54d) after activation treatment, (1) rapid at around 3.7V due to structural transition from layered rock salt structure to spinel phase. We evaluated the presence or absence of a significant potential drop and (2) the appearance of additional capacitance below 2.2 V associated with structural transitions to the Li 2 (Mn, Ni) O 2 phase. The results are shown in FIGS. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 and 18, and Table 4. In FIGS. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 and 18, the charging curve (5c) during 1-cycle charging after activation treatment and the charging curve during 20-cycle charging after activation treatment (5c). 24c), charge curve during 50-cycle charge after activation treatment (54c), discharge curve during 1-cycle discharge after activation treatment (5d), discharge curve during 20-cycle discharge after activation treatment (24d), and activity. The discharge curve (54d) at the time of 50-cycle discharge after the conversion process is shown. The upward-sloping curve corresponds to charging, and the downward-sloping curve corresponds to discharging. Further, in Table 4, Q 5c is the capacity at the time of 1-cycle charging after the activation treatment, Q 5d is the capacity at the time of 1-cycle discharge after the activation treatment, and Q 54d is the capacity at the time of 50-cycle discharge after the activation treatment, (Q). 1d to Q 5d sum) / (Q 1c to Q 5c sum) is the sum of the discharge capacities of each cycle during the stepwise charge activation process divided by the sum of the charge capacities of each cycle. V 5d · ave shows the initial average discharge voltage at the time of one cycle discharge after activation treatment.
以上の実施例及び比較例から明らかなように、本発明のリチウムマンガン系複合酸化物は、初回に200mAh/g以上の大きな充放電容量を示すのみならず、サイクル経過後に起こる、2つの副反応による結晶構造変化を抑制する、長期サイクル特性に優れる物質であることが確認できた。 As is clear from the above Examples and Comparative Examples, the lithium manganese-based composite oxide of the present invention not only exhibits a large charge / discharge capacity of 200 mAh / g or more at the first time, but also has two side reactions that occur after the cycle. It was confirmed that the substance has excellent long-term cycle characteristics and suppresses the change in crystal structure due to the above.
Claims (10)
[式中、M1はFe及びNiを示す。M2はTi及び/又はGeを示す。x、y及びzは、0<x<1/3、0<y≦0.4、0<z≦0.3を示す。]
で表され、且つ、
単斜晶層状岩塩型構造又は六方晶層状岩塩型構造の結晶相を含むリチウムマンガン系複合酸化物。 General formula (1): Li 1 + x (M 1 y M 2 z Mn 1-y-z ) 1-x O 2 (1)
[In the formula, M 1 represents Fe and Ni . M 2 represents Ti and / or Ge. x, y and z indicate 0 <x <1/3, 0 <y ≦ 0.4 , 0 <z ≦ 0.3. ]
Represented by and
A lithium manganese-based composite oxide containing a crystalline phase having a monoclinic layered rock salt structure or a hexagonal layered rock salt structure.
(1)マンガン化合物、鉄化合物及びニッケル化合物を含む混合物を、アルカリ性として沈殿物を形成する工程、
(2)工程1で得られた沈殿物に湿式酸化処理を施して熟成させる工程、
(3)工程2で得られた熟成物を、リチウム化合物を含む原料化合物の共存下に、加熱する工程
をこの順に備える、製造方法。 The method for producing a lithium manganese-based composite oxide according to any one of claims 1 to 3.
(1) A step of forming a precipitate by treating a mixture containing a manganese compound , an iron compound and a nickel compound as alkaline.
(2) A step of subjecting the precipitate obtained in step 1 to a wet oxidation treatment and aging it.
(3) A production method comprising a step of heating the aged product obtained in step 2 in the coexistence of a raw material compound containing a lithium compound in this order.
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