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JP2016162672A - POSITIVE ELECTRODE CONTAINING LiaMxMnyO4 POWDER OF SPINEL TYPE CRYSTAL STRUCTURE, LITHIUM ION SECONDARY BATTERY, AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF - Google Patents

POSITIVE ELECTRODE CONTAINING LiaMxMnyO4 POWDER OF SPINEL TYPE CRYSTAL STRUCTURE, LITHIUM ION SECONDARY BATTERY, AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF Download PDF

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JP2016162672A JP2015042451A JP2015042451A JP2016162672A JP 2016162672 A JP2016162672 A JP 2016162672A JP 2015042451 A JP2015042451 A JP 2015042451A JP 2015042451 A JP2015042451 A JP 2015042451A JP 2016162672 A JP2016162672 A JP 2016162672A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode equipped with LiMMnOpowder manufactured by a new manufacturing method, and also to provide a lithium ion secondary battery.SOLUTION: Disclosed is a positive electrode equipped with LiMMnO(M is metal, 0.8≤a≤1.1, 0≤x≤1, 1≤y≤2.2, 1.8≤x+y≤2.2) powder of a spinel type crystal structure whose average particle size is within a range of 10 nm to 400 nm.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、スピネル型結晶構造のLiMn粉末を含む正極及びリチウムイオン二次電池、並びにこれらの製造方法に関する。 The present invention relates to a positive electrode including a Li a M x Mn y O 4 powder having a spinel crystal structure, a lithium ion secondary battery, and a method for producing the same.

スピネル型結晶構造の化合物には、ニッケル、マンガン、コバルト、鉄などの金属酸化物があり、これらの化合物は電子材料などに利用されている。特に、スピネル型結晶構造のLiMn(Mは金属、0.8≦a≦1.1、0≦x≦1、1≦y≦2.2、1.8≦x+y≦2.2)は、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いられることが知られており、その製造方法についても知られている。 Spinel-type crystal structure compounds include metal oxides such as nickel, manganese, cobalt, and iron, and these compounds are used as electronic materials. In particular, Li a M x Mn y O 4 having a spinel crystal structure (M is a metal, 0.8 ≦ a ≦ 1.1, 0 ≦ x ≦ 1, 1 ≦ y ≦ 2.2, 1.8 ≦ x + y ≦ 2.2) is known to be used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, and its manufacturing method is also known.

例えば、特許文献1には、炭酸リチウム、炭酸マンガン及び水酸化ニッケルを原料として用い、空気中、600℃で焼成した平均粒子径11μmのLiNi0.5Mn1.5が記載されており、また、炭酸リチウム及び炭酸マンガンを原料として用い、空気中、600℃で焼成した平均粒子径9μmのLiMnも記載されている。そして、同文献には、これらの金属酸化物を正極活物質として具備する二次電池が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 having an average particle diameter of 11 μm, which is calcined in air at 600 ° C. using lithium carbonate, manganese carbonate and nickel hydroxide as raw materials. Moreover, LiMn 2 O 4 having an average particle size of 9 μm, which is fired at 600 ° C. in air using lithium carbonate and manganese carbonate as raw materials, is also described. In the same document, a secondary battery including these metal oxides as a positive electrode active material is described.

特許文献2には、炭酸リチウム及び酸化マンガンを原料として用い、空気中、1000℃で焼成したLiMnが記載されており、さらに、LiMnを正極活物質として具備する二次電池が記載されている。 Patent Document 2 describes LiMn 2 O 4 baked in air at 1000 ° C. using lithium carbonate and manganese oxide as raw materials, and further includes a secondary battery comprising LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material. Is described.

特許文献3には、炭酸リチウム、二酸化マンガンなどを原料として用い、空気中、950℃で焼成した平均粒子径10μm程度のスピネル型リチウムマンガンニッケル酸化物が記載されており、当該酸化物を正極活物質として具備する二次電池が記載されている。   Patent Document 3 describes spinel type lithium manganese nickel oxide having an average particle size of about 10 μm, which is obtained by using lithium carbonate, manganese dioxide or the like as a raw material and calcined at 950 ° C. in the air. A secondary battery provided as a substance is described.

特許文献1〜3に記載されるように、スピネル型結晶構造のLiMnは、炭酸リチウムなどのLi源と炭酸マンガンなどのMMn源とを酸素雰囲気下で焼成することにより製造される。そして、この製造方法で得られるLiMnは、概ね平均粒子径10〜30μm程度である。 As described in Patent Documents 1~3, Li a M x Mn y O 4 of the spinel crystal structure, firing the M x Mn y source, such as a Li source and a manganese carbonate such as lithium carbonate in an oxygen atmosphere It is manufactured by doing. Then, Li a M x Mn y O 4 obtained by this production method is generally average about particle size 10 to 30 [mu] m.

特開2014−241229号公報JP 2014-241229 A 特開2013−214489号公報JP 2013-214489 A 特許第5572268号Japanese Patent No. 5572268

上述したように、従来のスピネル型結晶構造のLiMnは、概ね平均粒子径10〜30μm程度のものであった。そして、より細かい平均粒子径のものを得るために、さらなる粉砕を施しても、平均粒子径は0.6〜1μm程度の水準に留まっていた。そのため、より微細な粉末を得るためには、粉砕方法ではなく、製造方法自体に抜本的な変更が必要であった。 As described above, the conventional spinel crystal structure Li a M x Mn y O 4 has an average particle diameter of about 10 to 30 μm. And even if it grind | pulverized further in order to obtain the thing of a finer average particle diameter, the average particle diameter remained at the level of about 0.6-1 micrometer. Therefore, in order to obtain a finer powder, it was necessary to drastically change the production method itself, not the pulverization method.

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、新たな製造方法にて製造されたLiMn粉末を具備する正極及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, aims to provide a positive electrode and a lithium ion secondary battery comprising the Li a M x Mn y O 4 powder manufactured by a new manufacturing process And

本発明者は、従来の製造方法とは全く異なる条件下でLiMn粉末を得ることを想起した。具体的には、温度10000℃程度となるプラズマ内に所望のLiMnの原料となり得る原料物質又は原料混合物を投入すること、気体又は液体状態で原料物質又は原料混合物を反応させること、プラズマ内外の極端な温度差を利用して、生成物を急冷し微細な粉末を得ることを想起した。そして、本発明者が、試行錯誤を繰り返して鋭意検討したところ、上記製造方法にて、非常に微細な粒子径のスピネル型結晶構造のLiMn粉末が得られたことを確認した。そして、本発明者はかかる知見に基づき、新たな製造方法にて製造されたLiMn粉末を具備する正極を作製し、これが正常に動作することを確認して、本発明を完成させた。 The present inventor has conceived that Li a M x Mn y O 4 powder is obtained under completely different conditions from the conventional production method. Specifically, a raw material or raw material mixture that can be a raw material of desired Li a M x Mn y O 4 is introduced into a plasma at a temperature of about 10,000 ° C., and the raw material or raw material mixture is reacted in a gas or liquid state. It was recalled that the product was quenched by using an extreme temperature difference between the inside and outside of the plasma to obtain a fine powder. Then, the present inventors found was examined intensively by repeated trial and error, in the manufacturing method, very that Li a M x Mn y O 4 powder of fine particle size spinel crystalline structure was obtained confirmed. Then, the present inventors based on the above findings, ensure that to prepare a positive electrode having a Li a M x Mn y O 4 powder manufactured by a new manufacturing method, which is operating normally, the present invention Was completed.

すなわち、本発明の正極は、平均粒子径が10nm〜400nmの範囲内であるスピネル型結晶構造のLiMn(Mは金属、0.8≦a≦1.1、0≦x≦1、1≦y≦2.2、1.8≦x+y≦2.2)粉末を具備することを特徴とする。 That is, the positive electrode of the present invention has a spinel crystal structure Li a M x Mn y O 4 (M is a metal, 0.8 ≦ a ≦ 1.1, 0 ≦) with an average particle diameter in the range of 10 nm to 400 nm. x ≦ 1, 1 ≦ y ≦ 2.2, 1.8 ≦ x + y ≦ 2.2).

また、本発明の正極の製造方法は、LiMn源及び酸素ガスを導入流にて、プラズマ内に導入する工程を含むスピネル型結晶構造のLiMn(Mは金属、0.8≦a≦1.1、0≦x≦1、1≦y≦2.2、1.8≦x+y≦2.2)粉末の製造工程、前記LiMn粉末を用いる工程、を含むことを特徴とする。 The positive electrode manufacturing method of the present invention, Li a M x Mn y at O 4 source and oxygen gas introducing flow, a spinel crystal structure comprising introducing into the plasma Li a M x Mn y O 4 (M is a metal, 0.8 ≦ a ≦ 1.1, 0 ≦ x ≦ 1, 1 ≦ y ≦ 2.2, 1.8 ≦ x + y ≦ 2.2) Powder manufacturing process, Li a M x Mn a step of using y O 4 powder.

本発明は、新たな製造方法にて製造されたLiMMn2−xを具備する正極及びリチウムイオン二次電池を提供できる。 The present invention can provide a positive electrode and a lithium ion secondary battery comprising a LiM x Mn 2-x O 4 produced by the new production method.

プラズマ発生装置の模式図である。It is a schematic diagram of a plasma generator. 製造例1、製造例3、製造例6の粉末のX線回折チャートである。6 is an X-ray diffraction chart of powders of Production Example 1, Production Example 3, and Production Example 6. 製造例1の粉末の透過型電子顕微鏡像である。2 is a transmission electron microscope image of the powder of Production Example 1. 製造例3の粉末の透過型電子顕微鏡像である。6 is a transmission electron microscope image of the powder of Production Example 3. 製造例6の粉末の透過型電子顕微鏡像である。7 is a transmission electron microscope image of the powder of Production Example 6. 製造例1の粉末の走査型電子顕微鏡像である。2 is a scanning electron microscope image of the powder of Production Example 1. 製造例6の粉末の走査型電子顕微鏡像である。7 is a scanning electron microscope image of the powder of Production Example 6. 市販のスピネル型結晶構造のLiMn粉末の走査型電子顕微鏡像である。It is a scanning electron micrograph of LiMn 2 O 4 powders of commercially available spinel-type crystal structure. 製造例10の粉末の透過型電子顕微鏡像である。10 is a transmission electron microscope image of the powder of Production Example 10.

以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「x〜y」は、下限xおよび上限yをその範囲に含む。そして、これらの上限値および下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに数値範囲内から任意に選択した数値を上限、下限の数値とすることができる。   The best mode for carrying out the present invention will be described below. Unless otherwise specified, the numerical range “x to y” described in this specification includes the lower limit x and the upper limit y. The numerical range can be configured by arbitrarily combining these upper limit value and lower limit value and the numerical values listed in the examples. Furthermore, numerical values arbitrarily selected from the numerical value range can be used as upper and lower numerical values.

以下、本発明の正極の製造方法に沿って、本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described along the method for producing a positive electrode of the present invention.

本発明の正極の製造方法は、LiMn源及び酸素ガスを導入流にて、プラズマ内に導入する工程を含むスピネル型結晶構造のLiMn(Mは金属、0.8≦a≦1.1、0≦x≦1、1≦y≦2.2、1.8≦x+y≦2.2)粉末の製造工程、前記LiMn粉末を用いる工程、を含むことを特徴とする。 The method for producing a positive electrode of the present invention includes a Li a M x Mn y O 4 source and an oxygen gas introduced into a plasma by an introduction flow, and a spinel crystal structure of Li a M x Mn y O 4 (M Is a metal, 0.8 ≦ a ≦ 1.1, 0 ≦ x ≦ 1, 1 ≦ y ≦ 2.2, 1.8 ≦ x + y ≦ 2.2) Powder production process, Li a M x Mn y O A step of using four powders.

まず、LiMn源及び酸素ガスを導入流にて、プラズマ内に導入する工程を含むスピネル型結晶構造のLiMn(Mは金属、0.8≦a≦1.1、0≦x≦1、1≦y≦2.2、1.8≦x+y≦2.2)粉末の製造工程(以下、当該製造工程を単に「粉末製造工程」ということがあり、当該製造工程で製造されたスピネル型結晶構造のLiMn粉末を「本発明の粉末」ということがある。)について説明する。 First, a Li a M x Mn y O 4 source and an oxygen gas are introduced into the plasma by an introduction flow, and the spinel type crystal structure Li a M x Mn y O 4 (M is a metal, 0.8 ≦ a ≦ 1.1, 0 ≦ x ≦ 1, 1 ≦ y ≦ 2.2, 1.8 ≦ x + y ≦ 2.2) Powder manufacturing process (hereinafter referred to as “powder manufacturing process”) The spinel type crystal structure Li a M x Mn y O 4 powder produced in the production process is sometimes referred to as “the powder of the present invention”).

LiMn(Mは金属、0.8≦a≦1.1、0≦x≦1、1≦y≦2.2、1.8≦x+y≦2.2)におけるMは、原子価2〜4を取り得る金属元素である。好ましいMとして、Mg、Al、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Laを例示できる。aは上記の範囲内であればよく、0.9≦a≦1.1の範囲内でもよい。xは上記の範囲内であればよく、0≦x≦0.6の範囲内でもよい。yは上記の範囲内であればよく、1≦y≦2.1の範囲内でもよい。x+yは上記の範囲内であればよく、1.9≦x+y≦2.1の範囲内でもよい。具体的なLiMnとしては、LiMn、LiNi0.5Mn1.5、LiAl0.1Mn1.9、LiCrMnO、LiCoMnO、LiFe0.5Mn1.5、LiLa0.05Mn1.95、Li0.91Mn2.09((Li0.91Mn0.09)Mnと同義とする。)を例示できる。 M in Li a M x Mn y O 4 (M is metal, 0.8 ≦ a ≦ 1.1, 0 ≦ x ≦ 1, 1 ≦ y ≦ 2.2, 1.8 ≦ x + y ≦ 2.2) , A metal element capable of taking valences 2-4. Preferred examples of M include Mg, Al, Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, and La. a may be in the above range, and may be in a range of 0.9 ≦ a ≦ 1.1. x should just be in said range, and may be in the range of 0 <= x <= 0.6. y should just be in said range, and may be in the range of 1 <= y <= 2.1. x + y should just be in said range, and may be in the range of 1.9 <= x + y <= 2.1. Specific examples of Li a M x Mn y O 4 include LiMn 2 O 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiAl 0.1 Mn 1.9 O 4 , LiCrMnO 4 , LiCoMnO 4 , LiFe 0. 5 Mn 1.5 O 4 , LiLa 0.05 Mn 1.95 O 4 , Li 0.91 Mn 2.09 O 4 (same as (Li 0.91 Mn 0.09 ) Mn 2 O 4 ) Can be illustrated.

LiMn源としては、本発明の粉末の原料となり得る原料物質又は原料混合物であればよく、例えば、LiMnそのものでも良いし、また、Li源とMMn源とを併用してもよい。LiMn源は粉末状態のものが好ましい。 The Li a M x Mn y O 4 source may be a raw material substance or a raw material mixture that can be a raw material of the powder of the present invention. For example, Li a M x Mn y O 4 itself may be used. and M x Mn y source may be used in combination. The Li a M x Mn y O 4 source is preferably in a powder state.

Li源としては、金属リチウムやリチウム化合物であればよい。リチウム化合物としては、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、酸化リチウム、酢酸リチウム、シュウ酸リチウム、ハロゲン化リチウムを例示できる。Li源は、1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。   The Li source may be metallic lithium or a lithium compound. Examples of the lithium compound include lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium oxide, lithium acetate, lithium oxalate, and lithium halide. One type of Li source may be used, or two or more types may be used.

Mn源としては、M、Mn、M化合物、Mn化合物を、所望とするMMnの割合となるように、採用すればよい。M化合物又はMn化合物としては、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、ハロゲン酸塩を例示できる。 The M x Mn y source, M, Mn, M compound, a Mn compound, such that the ratio of M x Mn y to desired, may be adopted. Examples of the M compound or Mn compound include oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, sulfates, acetates, oxalates, and halogenates.

Li源とMMn源との割合は、リチウムとMMnとの元素のモル比がa:x+y及びその近辺となるようにすればよく、具体的な数値で示すと、1:1.5〜1:2.5の範囲内にあるのが好ましく、特にモル比1:2近辺が好ましい。 The ratio of the Li source to the M x Mn y source may be such that the molar ratio of the elements of lithium and M x Mn y is a: x + y and the vicinity thereof. The molar ratio is preferably in the range of 1.5 to 1: 2.5, and particularly a molar ratio of around 1: 2.

粉末製造工程は、プラズマ発生装置を用いて実施される。プラズマは、アーク放電、高周波電磁誘導、マイクロ波加熱放電などで発生させればよい。   The powder production process is performed using a plasma generator. The plasma may be generated by arc discharge, high frequency electromagnetic induction, microwave heating discharge, or the like.

高周波電磁誘導式のプラズマ発生装置の場合、その周波数は、例えば0.5〜400MHzの範囲内、好ましくは1〜80MHzの範囲内とすればよい。プラズマ出力は、例えば3〜300kWの範囲内、好ましくは5〜100kWの範囲内とすればよい。プラズマ発生装置内の圧力は適宜設定すればよく、例えば10kPa〜大気圧の範囲内を例示できる。プラズマ出力やプラズマ発生装置内の圧力を変動させることで、本発明の粉末の平均粒子径を変化させることができる。例えば、プラズマ出力を増加することで、本発明の粉末の平均粒子径を小さくすることができる。   In the case of a high frequency electromagnetic induction type plasma generator, the frequency may be, for example, in the range of 0.5 to 400 MHz, preferably in the range of 1 to 80 MHz. The plasma output may be, for example, in the range of 3 to 300 kW, preferably in the range of 5 to 100 kW. What is necessary is just to set the pressure in a plasma generator suitably, for example, the inside of the range of 10 kPa-atmospheric pressure can be illustrated. The average particle size of the powder of the present invention can be changed by changing the plasma output or the pressure in the plasma generator. For example, the average particle diameter of the powder of the present invention can be reduced by increasing the plasma output.

導入流としては、プラズマの安定性を考慮して、プラズマ下で使用し得る気体を主流とするのが好ましい。上記気体としては、ヘリウム、アルゴンなどの希ガスが好ましい。導入ガス流量としては、20〜120L/min.を例示できる。   As the introduction flow, in consideration of the stability of the plasma, a gas that can be used under the plasma is preferably used as the main flow. As the gas, a rare gas such as helium or argon is preferable. The introduced gas flow rate is 20 to 120 L / min. Can be illustrated.

プラズマ発生装置の種類によるが、粉末製造工程においては、導入流として、LiMn源を運搬するキャリヤーガス、キャリヤーガスとは別にコイル内に導入されるインナーガス、及び、プラズマ発生部位を不活性雰囲気下にするためのプロセスガスを採用するのが好ましい。 Depending on the type of plasma generator, in the powder production process, as an introduction flow, a carrier gas carrying a Li a M x Mn y O 4 source, an inner gas introduced into the coil separately from the carrier gas, and a plasma It is preferable to employ a process gas for bringing the generation site into an inert atmosphere.

キャリヤーガスの流量としては、1〜10L/min.を例示できる。インナーガスの流量としては、1〜10L/min.を例示できる。プロセスガスの流量としては、15〜100L/min.を例示できる。   The flow rate of the carrier gas is 1 to 10 L / min. Can be illustrated. The flow rate of the inner gas is 1 to 10 L / min. Can be illustrated. The flow rate of the process gas is 15 to 100 L / min. Can be illustrated.

酸素ガスは、キャリヤーガス、インナーガス及び/又はプロセスガスの一部として、例えば、導入ガス全体の0.4〜20体積%で導入されればよい。プラズマ発生装置のガス配管の安定性、LiMn源及び酸素のプラズマ内での反応均一性などを考慮すると、酸素ガスはプロセスガスの一部として導入されるのが、酸素ガスを最も好適に希釈できる点から好ましい。酸素ガスの導入量は、例えば0.5〜10L/min.を例示できる。酸素ガス量を変動させることで本発明の粉末の平均粒子径を変化させることができ、酸素ガス量を増加することで本発明の粉末の平均粒子径を大きくすることができる。 The oxygen gas may be introduced as a part of the carrier gas, the inner gas and / or the process gas, for example, in an amount of 0.4 to 20% by volume of the entire introduced gas. Considering the stability of the gas piping of the plasma generator, the Li a M x Mn y O 4 source and the uniformity of the reaction of oxygen in the plasma, oxygen gas is introduced as part of the process gas. This is preferable because the gas can be diluted most suitably. The amount of oxygen gas introduced is, for example, 0.5 to 10 L / min. Can be illustrated. The average particle size of the powder of the present invention can be changed by changing the amount of oxygen gas, and the average particle size of the powder of the present invention can be increased by increasing the amount of oxygen gas.

ここで、LiMn源としてLi源とMMn源を用いた場合の本発明の粉末の生成機構について考察する。プラズマ内の温度は、8000〜20000℃程度である。Li源とMMn源はプラズマ内で気化又は分解状態となる。プラズマ内にLi源及びMMn源とともに酸素ガスを導入することで、Li源はLiO等のリチウム酸化物に、MMn源はMnO等のマンガン酸化物又はマンガン−M複合酸化物に変換され得る。なお、LiOはLi単体よりも融点が高く、また、MnOはMn単体及びMnO、Mn、Mnなどのマンガン酸化物の中で最も融点が高いため、高温のプラズマ内から放出されて冷却される過程において、LiOとMnOは冷却初期段階で核生成しやすい化合物といえる。そして、LiOとMnOの融点を比較するとMnOの融点の方が高いため、MnOの核生成が先に生じると考えられる。 Here, consider the powder generation mechanism of the present invention using a Li source and M x Mn y source as Li a M x Mn y O 4 source. The temperature in plasma is about 8000-20000 degreeC. Li source and the M x Mn y source will be vaporized or decomposed state in the plasma. By introducing the Li source and M x Mn y source together with oxygen gas into plasma, Li source lithium oxides such as Li 2 O, M x Mn y source of manganese oxide or manganese -M complex, such as MnO It can be converted to an oxide. Since Li 2 O has a higher melting point than Li alone, and MnO has the highest melting point among Mn alone and manganese oxides such as MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4, etc. It can be said that Li 2 O and MnO are compounds that are easily nucleated in the initial stage of cooling in the process of being discharged from the inside and cooled. Then, when the melting points of Li 2 O and MnO are compared, the melting point of MnO is higher, so it is considered that nucleation of MnO occurs first.

ここで、例えば、融点が1705Kであり沸点が2873KであるLiOと、融点が2113Kであり沸点が3400KであるMnOとは、融点と沸点の間の温度範囲が、共に2200〜2800K程度の範囲で重複している。したがって、液体状態のLiOとMnOは酸素存在下で冷却されて核を生成し、これらが凝集することで、LiMnが生成されると推定される。この反応を反応式で示すと、以下のとおりとなる。
2LiO(liq.)+ 8MnO(liq.)+ 3O(gas)→ 4LiMn
Here, for example, Li 2 O having a melting point of 1705K and a boiling point of 2873K and MnO having a melting point of 2113K and a boiling point of 3400K both have a temperature range between the melting point and the boiling point of about 2200 to 2800K. Duplicate in range. Therefore, it is presumed that Li 2 O and MnO in the liquid state are cooled in the presence of oxygen to generate nuclei, and these aggregate to form LiMn 2 O 4 . This reaction is represented by the following reaction formula.
2Li 2 O (liq.) + 8MnO (liq.) + 3O 2 (gas) → 4LiMn 2 O 4

さらに、生じたLiMn結晶核は、さらなる急速冷却により、結晶構造及び結晶成長が制御され、その結果、微細なLiMn粒子が得られると推定される。 Furthermore, it is estimated that the resulting LiMn 2 O 4 crystal nucleus is controlled in crystal structure and crystal growth by further rapid cooling, and as a result, fine LiMn 2 O 4 particles are obtained.

粉末製造工程で得られるLiMn粒子(以下、本発明の粒子という。)は、高温状態から室温付近にまで、急激に冷却されるため、結晶成長する期間がほとんどない。そのため、本発明の粒子は、一般的な製造方法で得られるような、特定の軸が成長した針状結晶となることが妨げられている。その結果、本発明の粉末に含まれる本発明の粒子は、各軸の結晶成長速度にムラの無い形状となっている。そして、本発明の粒子の一態様として、多数の平面で構成される多面体形状のものが観察された。多面体の具体例として、三角形及び四角形の平面を含むもの、四角形及び六角形の平面を含むもの、又は、三角形、四角形及び六角形の平面を含むものを例示できる。さらに、多面体の具体例として、8つの三角形よりなる八面体から該八面体の頂点を頭頂点とする6つの四角錐を除去した切頂八面体を例示できる。 Since Li a M x Mn y O 4 particles (hereinafter referred to as particles of the present invention) obtained in the powder production process are rapidly cooled from a high temperature state to near room temperature, there is almost no period for crystal growth. For this reason, the particles of the present invention are prevented from becoming needle-like crystals having a specific axis grown as obtained by a general production method. As a result, the particles of the present invention contained in the powder of the present invention have a shape with no unevenness in the crystal growth rate of each axis. And as an aspect of the particles of the present invention, a polyhedral shape composed of a large number of planes was observed. Specific examples of the polyhedron include those including triangular and quadrangular planes, those including quadrangular and hexagonal planes, and those including triangular, quadrangular and hexagonal planes. Further, as a specific example of the polyhedron, a truncated octahedron obtained by removing six quadrangular pyramids having the apex of the octahedron as the head apex from an octahedron consisting of eight triangles can be exemplified.

本発明の粉末は、その平均粒子径が10nm〜400nmの範囲内であるのが好ましく、30nm〜150nmの範囲内がより好ましい。ここでの平均粒子径とは、本発明の粉末を走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡などの電子顕微鏡で観察した場合における、観察された粒子像の外接円の直径の算術平均値を意味する。例えば、六角形の粒子像が観察されたら、その外接円を作成し、該外接円の直径を測定する。そのようにして、例えば200個の粒子につき、各外接円の直径を測定して、その算術平均値を算出する。この値が平均粒子径である。   The average particle size of the powder of the present invention is preferably in the range of 10 nm to 400 nm, more preferably in the range of 30 nm to 150 nm. The average particle diameter here means the arithmetic average value of the diameter of the circumscribed circle of the observed particle image when the powder of the present invention is observed with an electron microscope such as a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. . For example, when a hexagonal particle image is observed, a circumscribed circle is created and the diameter of the circumscribed circle is measured. Thus, for example, for 200 particles, the diameter of each circumscribed circle is measured, and the arithmetic average value is calculated. This value is the average particle size.

粉末製造工程において、LiMnを含むガス流の冷却速度が増加すれば、LiMn結晶核の結晶成長が初期段階で中断されるため、より微細であり、かつ形状が均一なLiMn粒子が得られるといえる。 In the powder manufacturing process, if the cooling rate of the gas flow containing Li a M x Mn y O 4 is increased, the crystal growth of the Li a M x Mn y O 4 crystal nucleus is interrupted in the initial stage, so It can be said that Li a M x Mn y O 4 particles having a uniform shape are obtained.

したがって、粉末製造工程において、導入流がプラズマ内を通過した後の通過流を当該通過流に対向する冷却ガス流で冷却する工程を有すると、より微細なLiMn粒子が得られるため、より好ましい。 Therefore, in the powder production process, when the introduction flow has a step of cooling the passage flow after passing through the plasma with a cooling gas flow facing the passage flow, finer Li a M x Mn y O 4 particles are formed. Since it is obtained, it is more preferable.

冷却ガス流のガスとしては、ヘリウム、アルゴンなどの希ガスや、酸素、空気が好ましく、これらを混合して用いてもよい。冷却ガス流の温度は室温でもよいし、室温以下でもよい。冷却ガスの流量としては、導入流よりも小さい流量であればよく、例えば1〜30L/min.の範囲内を例示できる。   As the gas of the cooling gas flow, a rare gas such as helium and argon, oxygen, and air are preferable, and these may be mixed and used. The temperature of the cooling gas flow may be room temperature or may be below room temperature. The flow rate of the cooling gas may be a flow rate smaller than the introduction flow, for example, 1 to 30 L / min. This can be illustrated as an example.

微細なLiMn粉末が電池の正極活物質として使用された場合、例えば、電池の反応抵抗を低減できる、高速の充放電でも十分な容量を示すことができるなどの効果が奏される。 When the fine Li a M x Mn y O 4 powder is used as the positive electrode active material of the battery, for example, it is possible to reduce the reaction resistance of the battery, and to exhibit a sufficient capacity even at high speed charge / discharge. Played.

次に、本発明の粉末を用いる工程について説明する。当該工程は、具体的には、正極活物質として機能するLiMn粉末を溶剤と混合し正極活物質層用組成物とする工程である。 Next, the process using the powder of the present invention will be described. Specifically, the step is a step of mixing a Li a M x Mn y O 4 powder functioning as a positive electrode active material with a solvent to obtain a composition for a positive electrode active material layer.

溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトンを例示できる。溶剤の使用量は、正極活物質層用組成物がスラリー状になる程度の量が好ましい。   Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, and methyl isobutyl ketone. The amount of the solvent used is preferably such an amount that the composition for the positive electrode active material layer becomes a slurry.

正極活物質層用組成物には、LiMn粉末及び溶剤以外に、他の公知の正極活物質、結着剤、導電助剤を加えてもよい。 In addition to the Li a M x Mn y O 4 powder and the solvent, other known positive electrode active materials, binders, and conductive assistants may be added to the positive electrode active material layer composition.

結着剤は、活物質を集電体の表面に繋ぎ止め、電極中の導電ネットワークを維持する役割を果たすものである。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリ(メタ)アクリル酸等のアクリル系樹脂、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースを例示することができる。これらの結着剤を単独で又は複数で採用すれば良い。   The binder plays a role of securing the active material to the surface of the current collector and maintaining a conductive network in the electrode. Examples of the binder include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, alkoxysilyl group-containing resins, poly ( Examples thereof include acrylic resins such as (meth) acrylic acid, styrene-butadiene rubber, and carboxymethyl cellulose. These binders may be used singly or in plural.

正極活物質層用組成物に対する結着剤の配合割合は、質量比で、正極活物質:結着剤=1:0.001〜1:0.3の範囲内とするのが好ましく、1:0.005〜1:0.2の範囲内とするのがより好ましく、1:0.01〜1:0.15の範囲内とするのがさらに好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The blending ratio of the binder to the composition for the positive electrode active material layer is preferably a mass ratio in the range of positive electrode active material: binder = 1: 0.001 to 1: 0.3. More preferably, it is within the range of 0.005 to 1: 0.2, and even more preferably within the range of 1: 0.01 to 1: 0.15. This is because when the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and when the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。そのため、導電助剤は、電極の導電性が不足する場合に任意に加えればよく、電極の導電性が十分に優れている場合には加えなくても良い。導電助剤としては化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)、および各種金属粒子などが例示される。これらの導電助剤を単独または二種以上組み合わせて正極活物質層に添加することができる。   The conductive assistant is added to increase the conductivity of the electrode. Therefore, the conductive auxiliary agent may be added arbitrarily when the electrode conductivity is insufficient, and may not be added when the electrode conductivity is sufficiently excellent. The conductive auxiliary agent may be any chemically inert electronic high conductor, such as carbon black, graphite, acetylene black, ketjen black (registered trademark), vapor grown carbon fiber (Vapor Grown Carbon). Fiber: VGCF) and various metal particles are exemplified. These conductive assistants can be added to the positive electrode active material layer alone or in combination of two or more.

正極活物質層用組成物に対する導電助剤の配合割合は、質量比で、正極活物質:導電助剤=1:0.005〜1:0.5の範囲内とするのが好ましく、1:0.01〜1:0.2の範囲内とするのがより好ましく、1:0.02〜1:0.1の範囲内とするのがさらに好ましい。導電助剤が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助剤が多すぎると正極活物質層の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The blending ratio of the conductive additive to the positive electrode active material layer composition is, by mass ratio, preferably within the range of positive electrode active material: conductive additive = 1: 0.005 to 1: 0.5. A range of 0.01 to 1: 0.2 is more preferable, and a range of 1: 0.02 to 1: 0.1 is even more preferable. This is because if the amount of the conductive auxiliary is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive auxiliary is too large, the formability of the positive electrode active material layer is deteriorated and the energy density of the electrode is lowered.

正極活物質層用組成物を集電体に塗布する工程、乾燥工程、必要に応じ圧縮工程を経て、本発明の正極が製造される。   The positive electrode of the present invention is manufactured through a step of applying the composition for a positive electrode active material layer to a current collector, a drying step, and a compression step as necessary.

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。   The current collector refers to a chemically inert electronic high conductor that keeps a current flowing through an electrode during discharge or charging of a lithium ion secondary battery. As the current collector, at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel, etc. Metal materials can be exemplified. The current collector may be covered with a known protective layer. What collected the surface of the electrical power collector by the well-known method may be used as an electrical power collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, a linear shape, a rod shape, a mesh, or the like. Therefore, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, and a stainless steel foil can be suitably used as the current collector. When the current collector is in the form of foil, sheet or film, the thickness is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

正極活物質層用組成物を集電体に塗布するには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いればよい。   In order to apply the composition for the positive electrode active material layer to the current collector, a conventionally known method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method may be used. .

本発明の正極は、リチウムイオン二次電池の正極として使用し得る。以下、本発明の正極を具備するリチウムイオン二次電池を本発明のリチウムイオン二次電池という。本発明のリチウムイオン二次電池の一態様は、本発明の正極、負極、電解液及びセパレータを具備する。   The positive electrode of the present invention can be used as a positive electrode of a lithium ion secondary battery. Hereinafter, the lithium ion secondary battery provided with the positive electrode of the present invention is referred to as the lithium ion secondary battery of the present invention. One aspect of the lithium ion secondary battery of the present invention includes the positive electrode, the negative electrode, the electrolytic solution, and the separator of the present invention.

負極は、集電体と、集電体の表面に結着させた負極活物質層を有する。集電体については、正極で説明したものを適宜適切に採用すれば良い。負極活物質層は負極活物質、並びに必要に応じて導電助剤及び/又は結着剤を含む。   The negative electrode has a current collector and a negative electrode active material layer bound to the surface of the current collector. What is necessary is just to employ | adopt suitably what was demonstrated with the positive electrode about a collector. The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and, if necessary, a conductive additive and / or a binder.

負極活物質としては、リチウムを吸蔵及び放出可能な炭素系材料、リチウムと合金化可能な元素、リチウムと合金化可能な元素を有する化合物、あるいは高分子材料などを例示することができる。   Examples of the negative electrode active material include a carbon-based material capable of inserting and extracting lithium, an element that can be alloyed with lithium, a compound having an element that can be alloyed with lithium, a polymer material, and the like.

炭素系材料としては、難黒鉛化性炭素、黒鉛、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭あるいはカーボンブラック類が例示できる。ここで、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール類やフラン類などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。   Examples of the carbon-based material include non-graphitizable carbon, graphite, cokes, graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, activated carbon, and carbon blacks. Here, the organic polymer compound fired body refers to a material obtained by firing and carbonizing a polymer material such as phenols and furans at an appropriate temperature.

リチウムと合金化可能な元素としては、具体的にNa、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Biが例示でき、特に、Si又はSnが好ましい。   Specifically, elements that can be alloyed with lithium include Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si. , Ge, Sn, Pb, Sb, Bi can be exemplified, and Si or Sn is particularly preferable.

リチウムと合金化可能な元素を有する化合物としては、具体的にZnLiAl、AlSb、SiB、SiB、MgSi、MgSn、NiSi、TiSi、MoSi、 CoSi、NiSi、CaSi、CrSi、CuSi、FeSi、MnSi、NbSi、TaSi、VSi、WSi、ZnSi、SiC、Si、SiO、SiO(0<v≦2)、SnO(0<w≦2)、SnSiO、LiSiO あるいはLiSnOを例示でき、特に、SiO(0.3≦x≦1.6、又は0.5≦x≦1.5)が好ましい。 Specific examples of compounds having elements that can be alloyed with lithium include ZnLiAl, AlSb, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2, TaSi 2, VSi 2, WSi 2, ZnSi 2, SiC, Si 3 N 4, Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), SnO w (0 <w ≦ 2), SnSiO 3 , LiSiO 2 or LiSnO, particularly SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6, or 0.5 ≦ x ≦ 1.5) Is preferred.

中でも、負極活物質は、Siを有するSi系材料を含むものがよい。Si系材料は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な珪素又は/及び珪素化合物からなるとよく、例えば、SiOx(0.5≦x≦1.5)がよい。珪素は理論充放電容量が大きいものの、珪素は充放電時の体積変化が大きい。そこで、負極活物質を珪素を含むSiOxとすることで珪素の体積変化を緩和することができる。   Among these, the negative electrode active material preferably includes a Si-based material having Si. The Si-based material may be made of silicon or / and a silicon compound capable of occluding / releasing lithium ions, for example, SiOx (0.5 ≦ x ≦ 1.5). Although silicon has a large theoretical charge / discharge capacity, silicon has a large volume change during charge / discharge. Therefore, the volume change of silicon can be mitigated by using SiOx containing silicon as the negative electrode active material.

また、Si系材料は、Si相と、SiO相とをもつことが好ましい。Si相は、珪素単体からなり、Liイオンを吸蔵・放出し得る相であり、Liイオンの吸蔵及び放出に伴って膨張及び収縮する。SiO相は、SiOからなり、Si相の膨張及び収縮を吸収する緩衝相となる。Si相がSiO相により被覆されるSi系材料が好ましい。さらには、微細化された複数のSi相がSiO相により被覆されて一体となって粒子を形成しているものがよい。この場合には、Si系材料全体の体積変化を効果的に抑えることができる。 The Si-based material preferably has a Si phase and a SiO 2 phase. The Si phase is composed of simple silicon, and is a phase that can occlude and release Li ions, and expands and contracts as Li ions are occluded and released. The SiO 2 phase is made of SiO 2 and serves as a buffer phase that absorbs the expansion and contraction of the Si phase. A Si-based material in which the Si phase is covered with the SiO 2 phase is preferable. Furthermore, it is preferable that a plurality of micronized Si phases are covered with a SiO 2 phase to form particles integrally. In this case, the volume change of the entire Si-based material can be effectively suppressed.

Si系材料でのSi相に対するSiO相の質量比は、1〜3であることが好ましい。前記質量比が1未満の場合には、Si系材料の膨張及び収縮が大きくなり、Si系材料を含む負極活物質層にクラックが生じるおそれがある。一方、前記質量比が3を超える場合には、負極活物質のLiイオンの吸蔵及び放出量が少なくなり、電池の負極単位質量あたりの電気容量が低くなる。 また、リチウムと合金化反応可能な元素を有する化合物として、スズ合金(Cu−Sn合金、Co−Sn合金等)などの錫化合物を例示できる。 The mass ratio of the SiO 2 phase to the Si phase in the Si-based material is preferably 1 to 3. When the mass ratio is less than 1, the expansion and contraction of the Si-based material increases, and the negative electrode active material layer containing the Si-based material may be cracked. On the other hand, when the mass ratio exceeds 3, the amount of occlusion and release of Li ions of the negative electrode active material decreases, and the electric capacity per unit negative electrode mass of the battery decreases. Moreover, tin compounds, such as a tin alloy (Cu-Sn alloy, Co-Sn alloy, etc.), can be illustrated as a compound which has an element which can be alloyed with lithium.

高分子材料としては、具体的にポリアセチレン、ポリピロールを例示できる。   Specific examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole.

負極活物質として、CaSiを塩酸やフッ化水素酸などの酸で処理して得られる層状ポリシランを、300〜1000℃で加熱して得られるSi材料を採用しても良い。さらに、上記Si材料を炭素源とともに加熱して、カーボンコートしたものを負極活物質として採用してもよい。 As the negative electrode active material, a Si material obtained by heating a layered polysilane obtained by treating CaSi 2 with an acid such as hydrochloric acid or hydrofluoric acid at 300 to 1000 ° C. may be employed. Furthermore, the Si material heated with a carbon source and carbon coated may be adopted as the negative electrode active material.

負極活物質としては、以上のものの一種以上を使用することができる。   As the negative electrode active material, one or more of the above can be used.

負極に用いる導電助剤については、正極で説明したものを同様の配合割合で適宜適切に採用すれば良い。   About the conductive support agent used for a negative electrode, what was demonstrated with the positive electrode should just be employ | adopted suitably suitably with the same mixture ratio.

負極に用いる結着剤については、正極で説明したものを同様の配合割合で適宜適切に採用すれば良い。   What is necessary is just to employ | adopt suitably suitably about the binder used for a negative electrode with the same mixture ratio as what was demonstrated with the positive electrode.

電解液は、非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質とを含んでいる。   The electrolytic solution includes a nonaqueous solvent and an electrolyte dissolved in the nonaqueous solvent.

非水溶媒としては、環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類等が使用できる。環状エステル類としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンを例示できる。鎖状エステル類としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等を例示できる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンを例示できる。非水溶媒としては、上記具体的な溶媒の化学構造のうち一部又は全部の水素がフッ素に置換した化合物を採用しても良い。   As the non-aqueous solvent, cyclic esters, chain esters, ethers and the like can be used. Examples of cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone, and gamma valerolactone. Examples of chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetic acid alkyl ester. Examples of ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane. As the non-aqueous solvent, a compound in which part or all of hydrogen in the chemical structure of the specific solvent is substituted with fluorine may be employed.

電解質としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を例示できる。 Examples of the electrolyte include lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .

電解液としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネートなどの非水溶媒に、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSOなどのリチウム塩を0.5mol/Lから1.7mol/L程度の濃度で溶解させた溶液を例示できる。 As an electrolytic solution, 0.5 mol / L to 1.7 mol of a lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 in a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, and diethyl carbonate. A solution dissolved at a concentration of about / L can be exemplified.

セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド(Aromatic polyamide)、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を1種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。   The separator separates the positive electrode and the negative electrode and allows lithium ions to pass while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. As separators, natural resins such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamide, polyaramid (Aromatic polymer), polyester, polyacrylonitrile, and other polysaccharides, cellulose, amylose and other polysaccharides, fibroin, keratin, lignin, suberin, etc. Examples thereof include porous bodies, nonwoven fabrics, and woven fabrics using one or more electrically insulating materials such as polymers and ceramics. The separator may have a multilayer structure.

次に、本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は、本発明の正極の製造方法で得られた正極を配設する工程を含む。具体的には、以下のとおりである。   Next, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of this invention is demonstrated. The manufacturing method of the lithium ion secondary battery of this invention includes the process of arrange | positioning the positive electrode obtained by the manufacturing method of the positive electrode of this invention. Specifically, it is as follows.

正極および負極に必要に応じてセパレータを挟装させ電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体および負極の集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に電解液を加えてリチウムイオン二次電池とするとよい。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、電極に含まれる活物質の種類に適した電圧範囲で充放電を実行されればよい。   A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode as necessary to form an electrode body. The electrode body may be either a stacked type in which the positive electrode, the separator and the negative electrode are stacked, or a wound type in which the positive electrode, the separator and the negative electrode are sandwiched. After connecting between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal connected to the outside using a current collecting lead or the like, an electrolytic solution is added to the electrode body to form a lithium ion secondary battery. It is good to do. Moreover, the lithium ion secondary battery of this invention should just be charged / discharged in the voltage range suitable for the kind of active material contained in an electrode.

本発明のリチウムイオン二次電池の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。   The shape of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a laminate shape can be adopted.

本発明のリチウムイオン二次電池は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部にリチウムイオン二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、たとえば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両にリチウムイオン二次電池を搭載する場合には、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。リチウムイオン二次電池を搭載する機器としては、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。さらに、本発明のリチウムイオン二次電池は、風力発電、太陽光発電、水力発電その他電力系統の蓄電装置及び電力平滑化装置、船舶等の動力及び/又は補機類の電力供給源、航空機、宇宙船等の動力及び/又は補機類の電力供給源、電気を動力源に用いない車両の補助用電源、移動式の家庭用ロボットの電源、システムバックアップ用電源、無停電電源装置の電源、電動車両用充電ステーションなどにおいて充電に必要な電力を一時蓄える蓄電装置に用いてもよい。   The lithium ion secondary battery of the present invention may be mounted on a vehicle. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a lithium ion secondary battery for all or a part of its power source, and may be, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle. When a lithium ion secondary battery is mounted on a vehicle, a plurality of lithium ion secondary batteries may be connected in series to form an assembled battery. Examples of devices equipped with lithium ion secondary batteries include various home appliances driven by batteries such as personal computers and portable communication devices, office devices, and industrial devices in addition to vehicles. Furthermore, the lithium ion secondary battery of the present invention includes wind power generation, solar power generation, hydroelectric power generation and other power system power storage devices and power smoothing devices, power supplies for ships and / or auxiliary power supply sources, aircraft, Power supply for spacecraft and / or auxiliary equipment, auxiliary power supply for vehicles that do not use electricity as a power source, power supply for mobile home robots, power supply for system backup, power supply for uninterruptible power supply, You may use for the electrical storage apparatus which stores temporarily the electric power required for charge in the charging station for electric vehicles.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。なお、本発明の粉末には、不純物が含まれるものもある。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art. Some powders of the present invention contain impurities.

以下に、製造例、実施例及び比較例などを示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to production examples, examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited by these Examples.

(製造例1)
図1に示すプラズマ発生装置を用いて、製造例1の粉末を製造した。図1に示すプラズマ発生装置において黒塗り矢印は冷却水を表す。
(Production Example 1)
The powder of Production Example 1 was produced using the plasma generator shown in FIG. In the plasma generator shown in FIG. 1, black arrows represent cooling water.

Li源として炭酸リチウム、MMn源として二酸化マンガンを準備し、これらをモル比1:4で混合して混合粉体とした。そして、混合粉体を粉体供給器に配置した。なお、当該混合粉体におけるリチウムとマンガンの元素モル比は1:2である。 Lithium carbonate as a Li source, to prepare manganese dioxide as M x Mn y source, these molar ratio of 1: obtain a mixed powder were mixed at 4. Then, the mixed powder was placed in a powder feeder. The element molar ratio of lithium and manganese in the mixed powder is 1: 2.

プラズマ発生装置内に、プロセスガスとしてアルゴンと酸素の体積比59:1の混合ガスを60L/min.で供給し、インナーガスとしてアルゴンを5L/min.で供給し、キャリヤーガスとしてアルゴンを3L/min.で供給した。電力供給装置から電力を供給し、周波数4MHzの磁場をコイルに印加して、出力20kWのプラズマを発生させた。なお、プラズマ発生装置内の圧力は大気圧とした。   In the plasma generator, a mixed gas having a volume ratio of 59: 1 of argon and oxygen of 60 L / min. And argon as the inner gas at 5 L / min. At a flow rate of 3 L / min. Supplied with. Electric power was supplied from the power supply device, and a magnetic field with a frequency of 4 MHz was applied to the coil to generate plasma with an output of 20 kW. The pressure in the plasma generator was atmospheric pressure.

プラズマの安定後、粉体供給器を作動させ、混合粉体を400mg/min.の供給量で、キャリヤーガスとともに、プラズマ内へ導入した。プラズマ内を通過した後の通過流とともに放出された粉末を収集し、製造例1の粉末とした。   After the plasma was stabilized, the powder feeder was operated, and the mixed powder was charged at 400 mg / min. Was introduced into the plasma together with the carrier gas. The powder discharged together with the flow after passing through the plasma was collected and used as the powder of Production Example 1.

なお、製造例1においては、冷却ガスを使用しなかった。   In Production Example 1, no cooling gas was used.

(製造例2)
プロセスガスとしてアルゴンと酸素の体積比57.5:2.5の混合ガスを60L/min.で供給した以外は、製造例1と同様の方法で、製造例2の粉末を製造した。
(Production Example 2)
As a process gas, a mixed gas having a volume ratio of 57.5: 2.5 of argon and oxygen was 60 L / min. The powder of Production Example 2 was produced in the same manner as in Production Example 1, except that it was supplied in the above.

(製造例3)
プロセスガスとしてアルゴンと酸素の体積比55:5の混合ガスを60L/min.で供給した以外は、製造例1と同様の方法で、製造例3の粉末を製造した。
(Production Example 3)
As a process gas, a mixed gas of 55: 5 by volume of argon and oxygen was used at 60 L / min. The powder of Production Example 3 was produced in the same manner as in Production Example 1 except that the powder was supplied in the above.

(製造例4)
プロセスガスとしてアルゴンと酸素の体積比52.5:7.5の混合ガスを60L/min.で供給した以外は、製造例1と同様の方法で、製造例4の粉末を製造した。
(Production Example 4)
As a process gas, a mixed gas having a volume ratio of 52.5: 7.5 of argon and oxygen was 60 L / min. The powder of Production Example 4 was produced in the same manner as in Production Example 1, except that the powder was supplied in the above.

(製造例5)
導入流がプラズマ内を通過した後の通過流を当該通過流に対向する冷却ガス流で冷却する工程を実施するために、冷却ガスとして室温のアルゴンを10L/min.で供給した以外は、製造例3と同様の方法で、製造例5の粉末を製造した。
(Production Example 5)
In order to perform the step of cooling the flow after the introduction flow has passed through the plasma with the cooling gas flow facing the flow, argon at room temperature is used as the cooling gas at 10 L / min. The powder of Production Example 5 was produced in the same manner as in Production Example 3, except that the powder was supplied in (5).

(製造例6)
冷却ガスとして室温のアルゴンを20L/min.で供給した以外は、製造例5と同様の方法で、製造例6の粉末を製造した。
(Production Example 6)
Argon at room temperature was used as a cooling gas at 20 L / min. The powder of Production Example 6 was produced in the same manner as in Production Example 5, except that the powder was supplied in the above.

(製造例7)
プラズマの出力を25kWとした以外は、製造例3と同様の方法で、製造例7の粉末を製造した。
(Production Example 7)
The powder of Production Example 7 was produced in the same manner as in Production Example 3, except that the plasma output was 25 kW.

(製造例8)
プラズマの出力を30kWとした以外は、製造例3と同様の方法で、製造例8の粉末を製造した。
(Production Example 8)
The powder of Production Example 8 was produced in the same manner as in Production Example 3, except that the plasma output was 30 kW.

(比較製造例1)
プロセスガスとしてアルゴンを60L/min.で供給した以外は、製造例1と同様の方法で、比較製造例1の粉末を製造した。
(Comparative Production Example 1)
Argon is used as a process gas at 60 L / min. The powder of Comparative Production Example 1 was produced in the same manner as in Production Example 1 except that the powder was supplied in Step 1.

製造例1〜8、比較製造例1の粉末の製造方法の一覧表を表1に示す。   Table 1 shows a list of production methods of the powders of Production Examples 1 to 8 and Comparative Production Example 1.

(評価例1)
粉末X線回折装置にて、製造例1〜8の粉末及び比較例1の粉末のX線回折を測定した。製造例1〜8の粉末から得られたX線回折チャートにおいては、いずれもスピネル型結晶構造のLiMn及び(Li0.91Mn0.09)Mnに特有の回折パターンが観察された。また、製造例1〜8の粉末から得られたX線回折チャートにおいては、不純物であるMnに該当する回折ピークも観察された。ここで、各X線回折チャートの比較から、プロセスガスにおける酸素量が増加するに従い、Mnが減少することが確認できた。さらに、冷却ガスの存在により、Mnが減少することも確認できた。製造例1、製造例3、製造例6の粉末のX線回折チャートを図2に示し、これらのX線回折チャートから算出された各粉末に含まれる成分の質量%を、表2に示す。
(Evaluation example 1)
X-ray diffraction of the powders of Production Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 was measured with a powder X-ray diffractometer. In the X-ray diffraction charts obtained from the powders of Production Examples 1 to 8, diffraction patterns peculiar to LiMn 2 O 4 and (Li 0.91 Mn 0.09 ) Mn 2 O 4 having a spinel crystal structure are present. Observed. In addition, in the X-ray diffraction charts obtained from the powders of Production Examples 1 to 8, diffraction peaks corresponding to Mn 3 O 4 as an impurity were also observed. Here, it was confirmed from the comparison of the respective X-ray diffraction charts that Mn 3 O 4 decreased as the amount of oxygen in the process gas increased. Furthermore, it was also confirmed that Mn 3 O 4 was reduced due to the presence of the cooling gas. The X-ray diffraction charts of the powders of Production Example 1, Production Example 3 and Production Example 6 are shown in FIG. 2, and the mass% of the components contained in each powder calculated from these X-ray diffraction charts is shown in Table 2.

他方、比較製造例1の粉末から得られたX線回折チャートにおいては、主にMnとスピネル型結晶構造ではないLiMnOに特有の回折パターンが観察された。 On the other hand, in the X-ray diffraction chart obtained from the powder of Comparative Production Example 1, diffraction patterns peculiar to Mn 3 O 4 and LiMnO 2 which is not a spinel crystal structure were observed.

粉末製造工程においては、酸素ガスの存在に因り、好適にスピネル型結晶構造のLiMn(Mは金属、0.8≦a≦1.1、0≦x≦1、1≦y≦2.2、1.8≦x+y≦2.2)粉末が製造されることが裏付けられた。 In the powder production process, Li a M x Mn y O 4 (M is a metal, 0.8 ≦ a ≦ 1.1, 0 ≦ x ≦ 1, 1 due to the presence of oxygen gas is preferable. ≦ y ≦ 2.2, 1.8 ≦ x + y ≦ 2.2) It was confirmed that the powder was produced.

(評価例2)
製造例1〜8の粉末を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した。得られた各TEM像において、粒子200個につき、各粒子像の外接円の直径を測定し、その算術平均値である平均粒子径を算出した。結果を表3に示す。また、製造例1、製造例3、製造例6の粉末のTEM像を図3〜5に示す。
(Evaluation example 2)
The powders of Production Examples 1 to 8 were observed with a transmission electron microscope (TEM). In each of the obtained TEM images, the diameter of the circumscribed circle of each particle image was measured for 200 particles, and the average particle diameter that was the arithmetic average value was calculated. The results are shown in Table 3. Moreover, the TEM image of the powder of the manufacture example 1, the manufacture example 3, and the manufacture example 6 is shown to FIGS.

製造例1〜4の結果から、酸素ガス量を増加することで、本発明の粉末の平均粒子径は大きくなる傾向にあるといえる。製造例3、製造例5〜6の結果から、冷却ガス量を増加することで、本発明の粉末の平均粒子径は小さくなるといえる。また、製造例3、製造例7〜8の結果から、プラズマ出力を増加することで、本発明の粉末の平均粒子径は小さくなるといえる。   From the results of Production Examples 1 to 4, it can be said that the average particle diameter of the powder of the present invention tends to increase by increasing the amount of oxygen gas. From the results of Production Example 3 and Production Examples 5 to 6, it can be said that the average particle size of the powder of the present invention is reduced by increasing the cooling gas amount. Moreover, it can be said from the results of Production Example 3 and Production Examples 7 to 8 that the average particle size of the powder of the present invention is reduced by increasing the plasma output.

また、製造例1及び製造例6の粉末を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。製造例1、製造例6の粉末のSEM像を図6〜7に示す。図6〜7のSEM像から、本発明の粉末には、針状などではなく、多面体形状の粒子が存在することがわかる。図6〜7のSEM像には、切頂八面体形状の粒子も観察された。観察された切頂八面体は六角形の{111面}×8面、四角形の{100面}×6面で構成されている。{100面}があることによって、八面体の頂点の応力集中(ヤーン・テラー効果)を緩和することが出来、Liの出入りがしやすくなり、二次電池の入出力特性が向上すると考えられる。切頂八面体形状の粒子につき、四角形と六角形とで共有する辺の長さaと、該六角形と他の六角形とで共有する辺の長さbとを測定した。製造例1及び製造例6の粉末について、切頂八面体形状の粒子の200箇所につき測定したaとbの算術平均値を表4に示す。なお、各六角形それぞれのaとbの関係は、いずれもb≦1.5aを満足していた。   Further, the powders of Production Example 1 and Production Example 6 were observed with a scanning electron microscope (SEM). SEM images of the powders of Production Example 1 and Production Example 6 are shown in FIGS. From the SEM images of FIGS. 6 to 7, it can be seen that the powder of the present invention contains polyhedral particles rather than needles. In the SEM images of FIGS. 6 to 7, truncated octahedral particles were also observed. The observed truncated octahedron is composed of a hexagonal {111 plane} × 8 plane and a square {100 plane} × 6 plane. Presence of {100 face} can alleviate stress concentration at the top of the octahedron (Yarn-Teller effect), facilitate Li entry and exit, and improve the input / output characteristics of the secondary battery. For truncated octahedron shaped particles, the side length a shared by the square and the hexagon and the side length b shared by the hexagon and the other hexagon were measured. Table 4 shows the arithmetic average values of a and b measured for 200 parts of the truncated octahedron-shaped particles for the powders of Production Example 1 and Production Example 6. Note that the relation between a and b in each hexagon satisfied b ≦ 1.5a.

参考として、市販のスピネル型結晶構造のLiMn粉末(株式会社豊島製作所)を走査型電子顕微鏡で観察したSEM像を図8に示す。 As a reference, FIG. 8 shows an SEM image of a commercially available spinel crystal structure LiMn 2 O 4 powder (Toshima Seisakusho Co., Ltd.) observed with a scanning electron microscope.

(製造例9)
図1に示すプラズマ発生装置を用いて、製造例9の粉末を製造した。
(Production Example 9)
The powder of Production Example 9 was produced using the plasma generator shown in FIG.

Li源として炭酸リチウム、MMn源として二酸化マンガン及びNi粉末を準備し、これらをモル比1:3:1で混合して混合粉体とした。そして、混合粉体を粉体供給器に配置した。なお、当該混合粉体におけるリチウム、マンガン、ニッケルの元素モル比は2:3:1であり、リチウムと、マンガン及びニッケルとの元素モル比は1:2である。 Lithium carbonate as a Li source, to prepare the manganese dioxide and Ni powder as M x Mn y source, these molar ratio of 1: 3: was mixed powder was mixed with 1. Then, the mixed powder was placed in a powder feeder. In addition, the element molar ratio of lithium, manganese, and nickel in the mixed powder is 2: 3: 1, and the element molar ratio of lithium, manganese, and nickel is 1: 2.

プラズマ発生装置内に、プロセスガスとしてアルゴンと酸素の体積比57.5:2.5の混合ガスを60L/min.で供給し、インナーガスとしてアルゴンを5L/min.で供給し、キャリヤーガスとしてアルゴンを3L/min.で供給した。電力供給装置から電力を供給し、周波数4MHzの磁場をコイルに印加して、出力20kWのプラズマを発生させた。なお、プラズマ発生装置内の圧力は大気圧とした。   In the plasma generator, a mixed gas having a volume ratio of 57.5: 2.5 of argon and oxygen as a process gas was 60 L / min. And argon as the inner gas at 5 L / min. At a flow rate of 3 L / min. Supplied with. Electric power was supplied from the power supply device, and a magnetic field with a frequency of 4 MHz was applied to the coil to generate plasma with an output of 20 kW. The pressure in the plasma generator was atmospheric pressure.

プラズマの安定後、粉体供給器を作動させ、混合粉体を400mg/min.の供給量で、キャリヤーガスとともに、プラズマ内へ導入した。プラズマ内を通過した後の通過流とともに放出された粉末を収集し、製造例9の粉末とした。   After the plasma was stabilized, the powder feeder was operated, and the mixed powder was charged at 400 mg / min. Was introduced into the plasma together with the carrier gas. The powder discharged together with the flow after passing through the plasma was collected and used as the powder of Production Example 9.

なお、製造例9においては、冷却ガスを使用しなかった。   In Production Example 9, no cooling gas was used.

(製造例10)
プロセスガスとしてアルゴンと酸素の体積比55:5の混合ガスを60L/min.で供給した以外は、製造例9と同様の方法で、製造例10の粉末を製造した。
(Production Example 10)
As a process gas, a mixed gas of 55: 5 by volume of argon and oxygen was used at 60 L / min. The powder of Production Example 10 was produced in the same manner as in Production Example 9, except that the powder was supplied in the above.

(製造例11)
導入流がプラズマ内を通過した後の通過流を当該通過流に対向する冷却ガス流で冷却する工程を実施するために、冷却ガスとして室温のアルゴンを10L/min.で供給した以外は、製造例9と同様の方法で、製造例11の粉末を製造した。
(Production Example 11)
In order to perform the step of cooling the flow after the introduction flow has passed through the plasma with the cooling gas flow facing the flow, argon at room temperature is used as the cooling gas at 10 L / min. The powder of Production Example 11 was produced in the same manner as in Production Example 9, except that the powder was supplied in the above.

(製造例12)
冷却ガスとして室温のアルゴンを20L/min.で供給した以外は、製造例11と同様の方法で、製造例12の粉末を製造した。
(Production Example 12)
Argon at room temperature was used as a cooling gas at 20 L / min. The powder of Production Example 12 was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the powder was supplied in the above.

(評価例3)
粉末X線回折装置にて、製造例9〜12の粉末のX線回折を測定した。製造例9〜12の粉末から得られたX線回折チャートにおいては、いずれもスピネル型結晶構造のLiNi0.5Mn1.5に特有の回折パターンが観察された。
(Evaluation example 3)
The X-ray diffraction of the powders of Production Examples 9 to 12 was measured with a powder X-ray diffractometer. In the X-ray diffraction charts obtained from the powders of Production Examples 9 to 12, a diffraction pattern specific to LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 having a spinel crystal structure was observed.

(評価例4)
製造例10の粉末をTEMで観察した。製造例10の粉末のTEM像を図9に示す。TEM像から微細な粒径の粒子が観察された。
(Evaluation example 4)
The powder of Production Example 10 was observed with TEM. A TEM image of the powder of Production Example 10 is shown in FIG. From the TEM image, fine particles were observed.

(実施例1)
以下のとおり、実施例1の正極及びリチウムイオン二次電池を製造した。
Example 1
The positive electrode and lithium ion secondary battery of Example 1 were manufactured as follows.

正極活物質として製造例1の粉末90質量部、導電助剤としてアセチレンブラック5質量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン5質量部を混合した。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、スラリー状の正極活物質層用組成物を作製した。   90 parts by mass of the powder of Production Example 1 as a positive electrode active material, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed. This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry-like composition for a positive electrode active material layer.

集電体として厚み20μmのアルミニウム箔を準備した。上記アルミニウム箔の表面に正極活物質層用組成物をのせ、ドクターブレードを用いて正極活物質層用組成物が膜状になるように塗布した。正極活物質層用組成物を塗布したアルミニウム箔を80℃で20分間乾燥することで、N−メチル−2−ピロリドンを揮発により除去し、アルミニウム箔表面に正極活物質層を形成させた。表面に正極活物質層が形成されたアルミニウム箔を、ロ−ルプレス機を用いて圧縮し、アルミニウム箔と正極活物質層とを強固に密着接合させた。接合物を120℃で6時間、真空乾燥機で加熱し、所定の形状に切断して、実施例1の正極とした。   An aluminum foil having a thickness of 20 μm was prepared as a current collector. The composition for positive electrode active material layer was placed on the surface of the aluminum foil, and applied so that the composition for positive electrode active material layer became a film using a doctor blade. The aluminum foil coated with the positive electrode active material layer composition was dried at 80 ° C. for 20 minutes to remove N-methyl-2-pyrrolidone by volatilization, thereby forming a positive electrode active material layer on the aluminum foil surface. The aluminum foil having the positive electrode active material layer formed on the surface was compressed using a roll press machine, and the aluminum foil and the positive electrode active material layer were firmly bonded. The joined product was heated with a vacuum dryer at 120 ° C. for 6 hours and cut into a predetermined shape to obtain a positive electrode of Example 1.

上記の手順で作製した実施例1の正極を作用極として用い、リチウムイオン二次電池(ハーフセル)を作製した。対極は金属リチウム箔とした。   A lithium ion secondary battery (half cell) was produced using the positive electrode of Example 1 produced by the above procedure as a working electrode. The counter electrode was a metal lithium foil.

作用極及び対極、並びに両極の間に介装させるセパレータ(ヘキストセラニーズ社製ガラスフィルター及びCelgard社製「Celgard2400」)を配設して電極体とした。この電極体を電池ケース(CR2032型コイン電池用部材、宝泉株式会社製)に収容した。電池ケースに、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比1:1で混合した混合溶媒にLiPFを1Mの濃度で溶解した非水電解液を注入し、電池ケースを密閉して、実施例1のリチウムイオン二次電池を得た。 A working electrode and a counter electrode, and a separator (Hoechst Celanese glass filter and Celgard “Celgard 2400”) interposed between the two electrodes were disposed to form an electrode body. This electrode body was accommodated in a battery case (CR2032-type coin battery member, manufactured by Hosen Co., Ltd.). Into the battery case, a nonaqueous electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1M was poured into a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1, the battery case was sealed, and A lithium ion secondary battery was obtained.

(実施例2)
正極活物質として製造例6の粉末を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2の正極及びリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 2)
A positive electrode and a lithium ion secondary battery of Example 2 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the powder of Production Example 6 was used as the positive electrode active material.

(比較例1)
正極活物質として、市販のスピネル型結晶構造のLiMn粉末(株式会社豊島製作所、平均粒子径6μm(レーザー回折式粒度分布測定におけるD50の値))を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、比較例1の正極及びリチウムイオン二次電池を得た。
(Comparative Example 1)
Example 1 except that a commercially available LiMn 2 O 4 powder having a spinel crystal structure (Toshima Seisakusho, average particle size of 6 μm (value of D50 in laser diffraction particle size distribution measurement)) was used as the positive electrode active material. In the same manner, a positive electrode and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 were obtained.

(評価例A)
各リチウムイオン二次電池につき、温度25℃、0.1Cレートの定電流にて4.2Vにした後に3.5Vに調整した後、1Cレートで60秒間、定電流放電をさせた。放電前後の電圧変化量及び電流値から、オームの法則により放電時の各リチウムイオン二次電池の直流抵抗を算出した。結果を表5に示す。
(Evaluation example A)
Each lithium ion secondary battery was adjusted to 3.5 V after being adjusted to 4.2 V at a constant current of 25 ° C. and a 0.1 C rate, and then discharged at a constant C rate for 60 seconds. The direct current resistance of each lithium ion secondary battery during discharge was calculated from the voltage change amount and current value before and after discharge according to Ohm's law. The results are shown in Table 5.

実施例1及び実施例2のリチウムイオン二次電池の抵抗が、比較例1のリチウムイオン二次電池の抵抗よりも低いことが確認できた。本発明の粉末を具備する正極及びリチウムイオン二次電池は、従来のLiMn粉末を具備する正極及び二次電池よりも、低抵抗を示すことが裏付けられた。 It was confirmed that the resistances of the lithium ion secondary batteries of Example 1 and Example 2 were lower than the resistance of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1. It was confirmed that the positive electrode and the lithium ion secondary battery including the powder of the present invention exhibit lower resistance than the positive electrode and the secondary battery including the conventional LiMn 2 O 4 powder.

(評価例B)
各リチウムイオン二次電池に対し、室温で、3.5Vから4.2Vまでの充電及び4.2Vから3.5Vまでの放電を、0.1C、0.2C、0.5C、1Cレートの順序で行う充放電サイクル試験を行った。0.1Cレートでの放電容量に対する、1Cレートでの放電容量の割合を算出した結果を表6に示す。なお、ここでの記述は、対極を負極、作用極を正極とみなしている。1Cとは一定電流において1時間で電池を完全充電または放電させるために要する電流値を意味する。
(Evaluation Example B)
For each lithium ion secondary battery, charging from 3.5 V to 4.2 V and discharging from 4.2 V to 3.5 V at room temperature was performed at a rate of 0.1 C, 0.2 C, 0.5 C, and 1 C. A charge / discharge cycle test was performed in order. Table 6 shows the result of calculating the ratio of the discharge capacity at the 1C rate to the discharge capacity at the 0.1C rate. In this description, the counter electrode is regarded as a negative electrode and the working electrode is regarded as a positive electrode. 1C means a current value required to fully charge or discharge a battery in one hour at a constant current.

表6に示した結果から、実施例1及び実施例2のリチウムイオン二次電池は、比較例1のリチウムイオン二次電池と比較して、高レートにおける放電容量の低下が抑制されており、優れたレート特性を示した。本発明の粉末を具備する正極及びリチウムイオン二次電池は、優れたレート特性を示すことが裏付けられた。   From the results shown in Table 6, the lithium ion secondary batteries of Example 1 and Example 2 are suppressed from decreasing the discharge capacity at a high rate as compared with the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1. Excellent rate characteristics. It was confirmed that the positive electrode and the lithium ion secondary battery including the powder of the present invention exhibit excellent rate characteristics.

Claims (11)

LiMn源及び酸素ガスを導入流にて、プラズマ内に導入する工程を含むスピネル型結晶構造のLiMn(Mは金属、0.8≦a≦1.1、0≦x≦1、1≦y≦2.2、1.8≦x+y≦2.2)粉末の製造工程、
前記LiMn粉末を用いる工程、
を含む正極の製造方法。
Li a M x Mn y O 4 source and an oxygen gas at introducing flow, Li a M x Mn y O 4 (M is a metal of the spinel type crystal structure which comprises introducing into the plasma, 0.8 ≦ a ≦ 1.1, 0 ≦ x ≦ 1, 1 ≦ y ≦ 2.2, 1.8 ≦ x + y ≦ 2.2) production process of powder,
Using the Li a M x Mn y O 4 powder,
The manufacturing method of the positive electrode containing this.
前記LiMn粉末の平均粒子径が10nm〜400nmの範囲内である請求項1に記載の正極の製造方法。 The method for producing a positive electrode according to claim 1, wherein an average particle size of the Li a M x Mn y O 4 powder is in a range of 10 nm to 400 nm. 前記LiMn粉末は、多面体形状の粒子を含む請求項1又は2に記載の正極の製造方法。 The Li a M x Mn y O 4 powder, the positive electrode manufacturing method according to claim 1 or 2 comprising particles of polyhedral shape. 前記導入流がプラズマ内を通過した後の通過流を、当該通過流に対向する冷却ガス流で冷却する工程、
を前記LiMn粉末の製造工程に含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の正極の製造方法。
Cooling the flow after the introduced flow has passed through the plasma with a cooling gas flow facing the flow;
The Li a M x Mn y O 4 powder positive electrode manufacturing method according to claim 1, comprising the manufacturing process of the.
前記LiMn粉末を用いる工程が、前記LiMn粉末を溶剤と混合し正極活物質層用組成物とする工程であり、
さらに、前記正極活物質層用組成物を集電体に塗布する工程、
を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の正極の製造方法。
The Li a M x Mn y O 4 processes using powders is at the Li a M x Mn y O 4 steps of a powder was mixed with a solvent positive electrode active material layer composition,
Furthermore, the process of apply | coating the said composition for positive electrode active material layers to a collector,
The manufacturing method of the positive electrode of any one of Claims 1-4 containing this.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法で得られた正極を配設する工程、
を含むリチウムイオン二次電池の製造方法。
A step of disposing a positive electrode obtained by the production method according to claim 1;
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery containing this.
平均粒子径が10nm〜400nmの範囲内であるスピネル型結晶構造のLiMn(Mは金属、0.8≦a≦1.1、0≦x≦1、1≦y≦2.2、1.8≦x+y≦2.2)粉末を具備する正極。 Li a M x Mn y O 4 (M is a metal, 0.8 ≦ a ≦ 1.1, 0 ≦ x ≦ 1, 1 ≦ y ≦) having a spinel crystal structure with an average particle diameter in the range of 10 nm to 400 nm 2.2, 1.8 ≦ x + y ≦ 2.2) Positive electrode comprising powder. 前記LiMn粉末は、多面体形状の粒子を含む請求項7に記載の正極。 The positive electrode according to claim 7, wherein the Li a M x Mn y O 4 powder includes polyhedral particles. 前記LiMn粉末は、六角形の{111面}が8面、及び、四角形の{100面}が6面で構成された切頂八面体形状の粒子を含む請求項7又は8に記載の正極。 The Li a M x Mn y O 4 powder includes truncated octahedron-shaped particles in which a hexagonal {111 face} is composed of 8 faces and a square {100 face} is composed of 6 faces. Or the positive electrode of 8. 前記粒子の切頂八面体形状において、四角形と六角形とで共有する辺の長さaと、該六角形と他の六角形とで共有する辺の長さbが、b≦1.5aを満足する請求項9に記載の正極。   In the truncated octahedron shape of the particle, the side length a shared by the square and the hexagon and the side length b shared by the hexagon and the other hexagon satisfy b ≦ 1.5a. The positive electrode according to claim 9, which is satisfied. 請求項7〜10のいずれか1項に記載の正極を具備するリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery which comprises the positive electrode of any one of Claims 7-10.
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