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JP2022156472A - Positive electrode active material particles for lithium ion secondary battery and method for manufacturing the same - Google Patents

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

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JP2022156472A
JP2022156472A JP2021060189A JP2021060189A JP2022156472A JP 2022156472 A JP2022156472 A JP 2022156472A JP 2021060189 A JP2021060189 A JP 2021060189A JP 2021060189 A JP2021060189 A JP 2021060189A JP 2022156472 A JP2022156472 A JP 2022156472A
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JP
Japan
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lithium
particles
positive electrode
based polyanion
electrode active
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JP2021060189A
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Japanese (ja)
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弘樹 山下
Hiroki Yamashita
剛章 大神
Takeaki Ogami
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Taiheiyo Cement Corp
Original Assignee
Taiheiyo Cement Corp
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Abstract

To provide positive electrode active material particles for lithium ion secondary batteries that can effectively suppress side reactions during charge/discharge cycles of the lithium ion secondary batteries and effectively improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary batteries, and a method for manufacturing the same.SOLUTION: Lithium-based polyanion particles for a secondary battery positive electrode active material are expressed by the following formula (A): LiaMnbFecMxPO4 (In formula (A), M represents Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. a, b, c, and x represent numerical values satisfying 0<a≤1.2, 0≤b≤1.2, 0≤c≤1.2, 0≤x≤0.3, and b+c≠0, and a+(valence of Mn)×b+(valence of Fe)×c+(valence of M)×x=3), carbon derived from cellulose nanofibers is carried thereon, the contents of Mn and Fe increase from the center to the surface, and a pore volume in a pore diameter range of 0.5 nm to 20 nm ranges from 0.005 cm3/g to 0.035 cm3/g.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、良好なサイクル特性を示すリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to positive electrode active material particles for lithium ion secondary batteries exhibiting good cycle characteristics and a method for producing the same.

リチウムイオン二次電池等の二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートPC、ハイブリッド自動車、電気自動車等広い分野に利用されている。こうしたリチウムイオン二次電池の正極材料として、その安全性の高さや容量の大きさから、LiMnxFe1-xPO4のようなリチウム系ポリアニオン粒子が有望視されている。その一方で、リチウム系ポリアニオン粒子は導電性が低く、得られるリチウムイオン二次電池において充分に電池特性を高めるには、依然として改善を要することから、従来より種々の開発がなされている。 Secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are used in a wide range of fields such as mobile phones, digital cameras, notebook PCs, hybrid vehicles, and electric vehicles. Lithium-based polyanion particles such as LiMn x Fe 1-x PO 4 are considered promising as positive electrode materials for such lithium ion secondary batteries because of their high safety and high capacity. On the other hand, lithium-based polyanion particles have low conductivity, and further improvements are still required in order to sufficiently improve the battery characteristics of the resulting lithium-ion secondary battery. Therefore, various developments have been made.

例えば、特許文献1には、特定の炭素質被膜で被覆された電極活物質(LiaxyPO4等)の集合体である電極材料が開示されており、炭素源としてイオン性有機物を用いることによって、電極活物質の粒子成長や焼結を抑制し、サイクル特性の向上を図っている。また特許文献2には、繊維状炭素材料や鎖状炭素材料等の炭素材料とリチウム含有リン酸塩(LiMnxFe1-xPO4等)を含み、炭素材料を起点とした、複合粒子外へ通じる細孔を有する複合粒子が開示されており、電池のレート特性を向上させ、サイクル特性等を高める試みがなされている。 For example, Patent Document 1 discloses an electrode material that is an aggregate of an electrode active material ( such as LiaAxMyPO4 ) coated with a specific carbonaceous film, and an ionic organic substance is used as a carbon source. is used to suppress particle growth and sintering of the electrode active material, thereby improving cycle characteristics. Further, in Patent Document 2, a carbon material such as a fibrous carbon material or a chain carbon material and a lithium-containing phosphate (such as LiMn x Fe 1-x PO 4 ) are included, and the carbon material is used as a starting point. Composite particles having pores communicating with each other have been disclosed, and attempts have been made to improve the rate characteristics of batteries and improve cycle characteristics and the like.

特開2020-053291号公報JP 2020-053291 A 特開2018-139213号公報JP 2018-139213 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の電極活物質や上記特許文献2に記載の複合粒子では、正極を作製する際、合材層の調製に用いる溶媒やバインダー等の液剤を吸収しやすく、合材層の集電体への接着強度が低下して、リチウムイオン二次電池の充放電サイクル時に合材層の剥離を引き起こすおそれが高く、サイクル特性を十分に高めるには未だ改善の余地がある。 However, in the electrode active material described in Patent Document 1 and the composite particles described in Patent Document 2, when producing a positive electrode, liquid agents such as solvents and binders used for preparing the mixture layer are easily absorbed, and the mixture is The adhesion strength of the layer to the current collector is likely to decrease, and there is a high possibility that the composite material layer will peel off during charging and discharging cycles of the lithium ion secondary battery, and there is still room for improvement in sufficiently improving the cycle characteristics.

したがって、本発明の課題は、リチウムイオン二次電池の充放電サイクル時における副反応を効果的に抑制して、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を有効に向上させることのできるリチウムイオン二次電池用正極活物質粒子及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to effectively suppress side reactions during charge/discharge cycles of a lithium ion secondary battery and effectively improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery. The object of the present invention is to provide positive electrode active material particles and a method for producing the same.

そこで本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果中心から表面に向けてMn及びFeの含有量が増大してなる特定のリチウム系ポリアニオン粒子であれば、得られるリチウムイオン二次電池において、効果的にサイクル特性が高められることを見出した。 Therefore, the present inventors have made intensive studies to solve the above problems. In the following battery, it was found that the cycle characteristics were effectively improved.

すなわち、本発明は、下記式(A):
LiaMnbFecxPO4・・・(A)
(式(A)中、MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b、c、及びxは、0<a≦1.2、0≦b≦1.2、0≦c≦1.2、0≦x≦0.3、及びb+c≠0を満たし、かつa+(Mnの価数)×b+(Feの価数)×c+(Mの価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、セルロースナノファイバー由来の炭素が担持してなり、かつ中心から表面に向けてMn及びFeの含有量が増大してなるリチウム系ポリアニオン粒子であって、
0.5nm~20nmの細孔径範囲における細孔容積が0.005cm3/g~0.035cm3/gである二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子を提供するものである。
That is, the present invention provides the following formula (A):
LiaMnbFecMxPO4 ( A ) _
(In formula (A), M represents Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd a, b, c, and x satisfy 0<a≦1.2, 0≦b≦1.2, 0≦c≦1.2, 0≦x≦0.3, and b+c≠0; In addition, a number that satisfies a + (valence of Mn) x b + (valence of Fe) x c + (valence of M) x = 3.)
Lithium-based polyanion particles supported by carbon derived from cellulose nanofibers and having an increasing content of Mn and Fe from the center to the surface,
Disclosed is a lithium-based polyanion particle for secondary battery positive electrode active material having a pore volume of 0.005 cm 3 /g to 0.035 cm 3 /g in the pore diameter range of 0.5 nm to 20 nm.

また、本発明は、次の工程(I)~(IV):
(I)リチウム化合物、リン酸化合物、並びに水を混合して、或いはリン酸三リチウム粒子、及び水を混合して、予備粒子iを得る工程
(II)得られた予備粒子i、セルロースナノファイバー、及び水を添加してスラリー水aを得た後、噴霧乾燥に付して造粒体iiを得る工程
(III)得られた造粒体iiを焼成して複合体iiiを得る工程
(IV)得られた複合体iii、マンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物、リン酸化合物、湿潤剤、並びに水を添加してスラリー水bを得た後、水熱反応に付して複合体ivを得る工程
を備え、
工程(IV)における湿潤剤の添加量が、100質量部の複合体iiiに対して0.01質量部~4質量部である、上記二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子の製造方法を提供するものである。
The present invention also provides the following steps (I) to (IV):
(I) Step of mixing a lithium compound, a phosphate compound and water or mixing trilithium phosphate particles and water to obtain preliminary particles i (II) Obtained preliminary particles i and cellulose nanofibers , and after adding water to obtain slurry water a, a step of spray drying to obtain granules ii (III) Step of calcining the obtained granules ii to obtain composite iii (IV ) The obtained composite iii, a metal compound containing a manganese compound and/or an iron compound, a phosphoric acid compound, a wetting agent, and water are added to obtain a slurry water b, which is then subjected to a hydrothermal reaction to obtain a composite obtaining iv;
The amount of the wetting agent added in the step (IV) is 0.01 parts by mass to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite iii. It provides.

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子であれば、合材層の調製に用いる溶媒やバインダー等の液剤の吸収を有効に抑制するため、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を有効に向上させることが可能な正極材料を実現することができる。 The lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention effectively suppress the absorption of liquid agents such as solvents and binders used for preparing the mixture layer, so that the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery are effectively improved. It is possible to realize a positive electrode material that can be improved to

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子の中心を通る断面を示す概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which shows the cross section which passes through the center of the lithium type polyanion particle for secondary battery positive electrode active materials of this invention.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、下記式(A):
LiaMnbFecxPO4・・・(A)
(式(A)中、MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b、c、及びxは、0<a≦1.2、0≦b≦1.2、0≦c≦1.2、0≦x≦0.3、及びb+c≠0を満たし、かつa+(Mnの価数)×b+(Feの価数)×c+(Mの価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、セルロースナノファイバー由来の炭素が担持してなり、かつ中心から表面に向けてMn及びFeの含有量が増大してなるリチウム系ポリアニオン粒子であって、
0.5nm~20nmの細孔径範囲における細孔容積が0.005cm3/g~0.035cm3/gである。
The present invention will be described in detail below.
The lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention have the following formula (A):
LiaMnbFecMxPO4 ( A ) _
(In formula (A), M represents Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd a, b, c, and x satisfy 0<a≦1.2, 0≦b≦1.2, 0≦c≦1.2, 0≦x≦0.3, and b+c≠0; In addition, a number that satisfies a + (valence of Mn) x b + (valence of Fe) x c + (valence of M) x = 3.)
Lithium-based polyanion particles supported by carbon derived from cellulose nanofibers and having an increasing content of Mn and Fe from the center to the surface,
The pore volume in the pore diameter range of 0.5 nm to 20 nm is 0.005 cm 3 /g to 0.035 cm 3 /g.

すなわち、本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、セルロースナノファイバー由来の炭素が堅固に担持されてなるとともに、中心から表面に向けてMn及びFeの含有量が増大してなり、かつ上記特定の細孔径範囲において特定の細孔容積を示すとおり、表面近傍から中心近傍に向けて次第にMn及びFeの存在量が減じてなる粒子、つまり中心よりもMn及びFeの存在量が高い表面を有する粒子である。
このように、本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、かかる粒子を構成する一次粒子が、セルロースナノファイバー由来の炭素を担持しつつ、二次粒子に相当する二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子の表面に近づくにつれMnやFeが密に存在するため、合材層の調製に用いる溶媒やバインダー等の液剤を吸収しにくい表面性状を有することとなり、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を有効に向上させるものと考えられる。
That is, the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention are formed by firmly supporting carbon derived from cellulose nanofibers and increasing the contents of Mn and Fe from the center toward the surface. , And as the specific pore volume is shown in the specific pore size range, particles in which the abundance of Mn and Fe gradually decreases from the vicinity of the surface to the vicinity of the center, that is, the abundance of Mn and Fe is greater than that in the center Particles with a high surface.
Thus, in the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention, the primary particles constituting such particles support carbon derived from cellulose nanofibers, and the secondary battery positive electrode corresponds to secondary particles. Since Mn and Fe are densely present as they approach the surface of the lithium-based polyanion particles for the active material, they have surface properties that make it difficult to absorb liquid agents such as solvents and binders used in preparing the composite layer, resulting in lithium ion secondary It is believed that this effectively improves the cycle characteristics of the battery.

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、下記式(A):
LiaMnbFecxPO4・・・(A)
(式(A)中、MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b、c、及びxは、0<a≦1.2、0≦b≦1.2、0≦c≦1.2、0≦x≦0.3、及びb+c≠0を満たし、かつa+(Mnの価数)×b+(Feの価数)×c+(Mの価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表される。
The lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention have the following formula (A):
LiaMnbFecMxPO4 ( A ) _
(In formula (A), M represents Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd a, b, c, and x satisfy 0<a≦1.2, 0≦b≦1.2, 0≦c≦1.2, 0≦x≦0.3, and b+c≠0; In addition, a number that satisfies a + (valence of Mn) x b + (valence of Fe) x c + (valence of M) x = 3.)
is represented by

すなわち、上記式(A)で表される二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、少なくともマンガン(Mn)又は鉄(Fe)を含む二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子(以下、「粒子(A)」とも称する)であって、一次粒子が凝集することにより形成される二次粒子である。式(A)中、Mは、Mg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示し、好ましくはMg、又はZrである。aは、0<a≦1.2であって、好ましくは0.6≦a≦1.2であり、より好ましくは0.65≦a≦1.15であり、さらに好ましくは0.7≦a≦1.1である。bは、0≦b≦1.2であって、好ましくは0.25≦b≦0.8であり、より好ましくは0.35≦b≦0.8である。cは、0≦c≦1.2であって、好ましくは0.2≦c≦0.75であり、より好ましくは0.2≦c≦0.65である。そして、これらb及びcは、b+c≠0を満たす。xは、0≦x≦0.3であって、好ましくは0≦x≦0.15であり、より好ましくは0≦x≦0.1である。そして、これらa、b、c及びxは、a+(Mnの価数)×b+(Feの価数)×c+(Mの価数)×x=3を満たす数である。
上記式(A)で表される粒子(A)としては、より具体的には、例えばLiMnPO4、LiFePO4、LiMn0.8Fe0.2PO4、LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.1Fe0.9PO4、LiMn0.8Fe0.1Mg0.1PO4、LiMn0.8Fe0.1Zr0.05PO4、等が挙げられる。
That is, the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material represented by the formula (A) are lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material containing at least manganese (Mn) or iron (Fe) (hereinafter referred to as Also referred to as "particles (A)"), which are secondary particles formed by agglomeration of primary particles. In formula (A), M represents Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. , preferably Mg or Zr. a is 0<a≤1.2, preferably 0.6≤a≤1.2, more preferably 0.65≤a≤1.15, still more preferably 0.7≤ a≤1.1. b is 0≤b≤1.2, preferably 0.25≤b≤0.8, more preferably 0.35≤b≤0.8. c is 0≤c≤1.2, preferably 0.2≤c≤0.75, more preferably 0.2≤c≤0.65. These b and c satisfy b+c≠0. x is 0≤x≤0.3, preferably 0≤x≤0.15, more preferably 0≤x≤0.1. These a, b, c, and x are numbers satisfying a+(valence of Mn)×b+(valence of Fe)×c+(valence of M)×x=3.
More specifically, the particles ( A) represented by the above formula ( A) include, for example , LiMnPO4 , LiFePO4 , LiMn0.8Fe0.2PO4 , LiMn0.7Fe0.3PO4 , LiMn0.1Fe0.9PO4 , LiMn0.8Fe0.1Mg0.1PO4 , LiMn0.8Fe0.1Zr0.05PO4 , and the like .

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、上記式(A)で表され、かつセルロースナノファイバー由来の炭素が担持してなる。かかるセルロースナノファイバーは炭化されて炭素となり、これが粒子(A)を構成する一次粒子の間隙の一部を充填するように一次粒子の表面に担持されてなるとともに、粒子(A)の表面にも堅固に担持されてなる。セルロースナノファイバーとは、全ての植物細胞壁の約5割を占める骨格成分であって、かかる細胞壁を構成する植物繊維をナノサイズまで解繊等することにより得ることができる軽量高強度繊維である。かかるセルロースナノファイバーの繊維径は1nm~1000nmであり、水への良好な分散性も有している。また、セルロースナノファイバーを構成するセルロース分子鎖では、炭素による周期的構造が形成されていることから、これが炭化されて粒子(A)に堅固に担持されることとなり、表面から中心に向けてMnやFeの存在量が減じられながらも、粒子(A)全体として優れた電池特性の発現を確保することができる。 The lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention are represented by the above formula (A) and carry carbon derived from cellulose nanofibers. Such cellulose nanofibers are carbonized to become carbon, which is supported on the surfaces of the primary particles so as to fill part of the interstices of the primary particles constituting the particles (A), and also on the surfaces of the particles (A). Firmly supported. Cellulose nanofibers are a skeletal component that accounts for about 50% of all plant cell walls, and are lightweight, high-strength fibers that can be obtained by defibrating plant fibers that make up the cell walls to nanosize. Such cellulose nanofibers have a fiber diameter of 1 nm to 1000 nm and have good dispersibility in water. In addition, since the cellulose molecular chains constituting the cellulose nanofibers have a periodic structure of carbon, they are carbonized and firmly supported on the particles (A). Although the abundance of Fe and Fe is reduced, the particles (A) as a whole can ensure the expression of excellent battery characteristics.

また、粒子(A)には、セルロースナノファイバー由来の炭素とともに水溶性炭素材料由来の炭素が担持されていてもよい。かかる水溶性炭素材料は、セルロースナノファイバーと同様、炭化されて炭素となり、これが粒子(A)を構成する一次粒子の間隙の一部を充填するように一次粒子の表面に担持されてなるとともに、粒子(A)の表面にも堅固に担持されてなる。かかる水溶性炭素材料としては、例えば、糖類、ポリオール、ポリエーテル、及び有機酸から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等の単糖類;マルトース、スクロース、セロビオース等の二糖類;デンプン、デキストリン等の多糖類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブタンジオール、プロパンジオール、ポリビニルアルコール、グリセリン等のポリオールやポリエーテル;クエン酸、酒石酸、アスコルビン酸等の有機酸が挙げられる。なかでも、溶媒への溶解性及び分散性を高めて炭素材料として効果的に機能させる観点から、グルコース、フルクトース、スクロース、デキストリンが好ましく、グルコースがより好ましい。 In addition, the particles (A) may carry carbon derived from a water-soluble carbon material together with carbon derived from cellulose nanofibers. Such a water-soluble carbon material, like cellulose nanofibers, is carbonized to become carbon, which is carried on the surface of the primary particles so as to partially fill the interstices of the primary particles constituting the particles (A), It is also firmly supported on the surface of the particles (A). Examples of such water-soluble carbon materials include one or more selected from sugars, polyols, polyethers, and organic acids. More specifically, for example, monosaccharides such as glucose, fructose, galactose and mannose; disaccharides such as maltose, sucrose and cellobiose; polysaccharides such as starch and dextrin; ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol and butane. polyols and polyethers such as diols, propanediol, polyvinyl alcohol and glycerin; and organic acids such as citric acid, tartaric acid and ascorbic acid. Among these, glucose, fructose, sucrose, and dextrin are preferred, and glucose is more preferred, from the viewpoint of enhancing solubility and dispersibility in a solvent and effectively functioning as a carbon material.

上記粒子(A)に担持してなる、炭化してなるセルロースナノファイバー由来の炭素の原子換算量、すなわちセルロースナノファイバー由来の炭素の担持量は、本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子100質量%中に、好ましくは0.9質量%~1.4質量%であり、より好ましくは0.8質量%~1.3質量%であり、さらに好ましくは0.9質量%~1.2質量%である。
なお、粒子(A)中に存在するセルロースナノファイバー由来の炭素の原子換算量(担持量)は、炭素・硫黄分析装置を用いた測定により求められる。
The atom-equivalent amount of carbon derived from carbonized cellulose nanofibers carried on the particles (A), that is, the amount of carbon derived from cellulose nanofibers carried is the lithium-based positive electrode active material for secondary batteries of the present invention. In 100% by mass of polyanion particles, preferably 0.9% by mass to 1.4% by mass, more preferably 0.8% by mass to 1.3% by mass, still more preferably 0.9% by mass to It is 1.2% by mass.
The atom-equivalent amount (supported amount) of carbon derived from cellulose nanofibers present in the particles (A) is obtained by measurement using a carbon/sulfur analyzer.

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、0.5nm~20nmの細孔径範囲における細孔容積が、0.005cm3/g~0.035cm3/gである。このように、本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、合材層の調製に用いる溶媒やバインダー等の液剤を吸収しにくい表面性状とするために、粒子(A)を構成する一次粒子同士が密に存在する特異な形状となっている。よって本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、表面から中心に向けてMnやFeの存在量が減じられつつも、粒子全体として適切な量のMn及びFeを含有し、合材層の調製に用いる溶媒やバインダー等の液剤を吸収しにくい表面性状を有することができる。 The lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention have a pore volume of 0.005 cm 3 /g to 0.035 cm 3 /g in a pore diameter range of 0.5 nm to 20 nm. As described above, the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention constitute the particles (A) in order to have a surface property that makes it difficult to absorb liquid agents such as solvents and binders used for preparing the mixture layer. It has a unique shape in which the primary particles are densely present. Therefore, the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention contain an appropriate amount of Mn and Fe as a whole particle while the amount of Mn and Fe is reduced from the surface toward the center, and are combined. It can have surface properties that make it difficult to absorb liquid agents such as solvents and binders used for preparing the material layer.

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、優れた電池特性の発現を確保する観点から、0.5nm~20nmの細孔径範囲における細孔容積が0.005cm3/g~0.035cm3/gであって、好ましくは0.005cm3/g~0.030cm3/gであり、より好ましくは0.005cm3/g~0.025cm3/gである。
なお、0.5nm~20nmの細孔径範囲における細孔容積は、BET多点法により測定される値を意味する。
The lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention have a particle size of 0.5 nm to 20 nm from the viewpoint of ensuring the expression of excellent battery characteristics. The pore volume in the pore diameter range is 0.005 cm 3 /g to 0.035 cm 3 /g, preferably 0.005 cm 3 /g to 0.030 cm 3 /g, more preferably 0.005 cm 3 /g to 0.025 cm 3 /g.
The pore volume in the pore diameter range of 0.5 nm to 20 nm means the value measured by the BET multipoint method.

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、具体的には、図1に示すように、リチウム系ポリアニオン粒子の中心2を通る断面1を、断面1の半径3を二等分する点4が連続してなる円5を境界として、リチウム系ポリアニオン粒子の中心2を含む断面Xとリチウム系ポリアニオン粒子の表面を含む断面Yとに二分割したときに、断面XにおけるMn及びFeの含有量xとリチウム系ポリアニオン粒子におけるMn及びFeの含有量Aとの比(x/A)が0.85~0.99であり、かつ断面YにおけるMn及びFeの含有量yとリチウム系ポリアニオン粒子におけるMn及びFeの含有量Aとの比(y/A)が1.01~1.15であるのが好ましい。
このように、本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、断面1において、リチウム系ポリアニオン粒子におけるMn及びFeの含有量Aに対し、中心2を含む断面XにおけるMn及びFeの含有量xよりも表面を含む断面YにおけるMn及びFeの含有量yの方が高く、二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子の表面に近づくにつれMnやFeが密に存在し、合材層の調製に用いる溶媒やバインダー等の液剤を吸収しにくい表面性状を有することとなる。
Specifically, as shown in FIG. 1, the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention are obtained by dividing a cross section 1 passing through the center 2 of the lithium-based polyanion particles into two equal halves of the radius 3 of the cross section 1. A circle 5 formed by continuous points 4 is a boundary, and when the cross section X including the center 2 of the lithium-based polyanion particle and the cross section Y including the surface of the lithium-based polyanion particle are divided into two, Mn and Fe in the cross section X The ratio (x/A) between the content x and the content A of Mn and Fe in the lithium-based polyanion particles is 0.85 to 0.99, and the content y of Mn and Fe in the cross section Y and the lithium-based The ratio (y/A) of the content A of Mn and Fe in the polyanion particles is preferably 1.01 to 1.15.
Thus, in the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention, the content A of Mn and Fe in the lithium-based polyanion particles in the cross section 1 is different from the content A of Mn and Fe in the cross section X including the center 2. The content y of Mn and Fe in the cross section Y including the surface is higher than the content x, and Mn and Fe are densely present as it approaches the surface of the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material, and the mixture It has a surface property that makes it difficult to absorb liquid agents such as solvents and binders used for layer preparation.

なお、二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子におけるMn及びFeの含有量は、蛍光X線分析(XRF)で分析したMn、Fe、及びPの合計量を100質量%としたときのMn及びFeの合計量(質量%)を意味する。また、断面X及び断面YにおけるMn及びFeの含有量は、走査型電子顕微鏡(SEM)のエネルギー分散型X線分析装置(EDX)で分析したMn、Fe、及びPの合計量を100質量%としたときのMn及びFeの合計量(質量%)を意味する。 The content of Mn and Fe in the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material is Mn when the total amount of Mn, Fe, and P analyzed by X-ray fluorescence analysis (XRF) is 100% by mass. and the total amount of Fe (% by mass). In addition, the content of Mn and Fe in the cross section X and the cross section Y is 100% by mass of the total amount of Mn, Fe, and P analyzed by an energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) of a scanning electron microscope (SEM). Means the total amount (% by mass) of Mn and Fe when .

断面XにおけるMn及びFeの含有量xとリチウム系ポリアニオン粒子におけるMn及びFeの含有量Aとの比(x/A)は、好ましくは0.85~0.99であり、より好ましくは0.85~0.97であり、さらに好ましくは0.85~0.95である。また、断面YにおけるMn及びFeの含有量yとリチウム系ポリアニオン粒子におけるMn及びFeの含有量Aとの比(y/A)は、好ましくは1.01~1.15であり、より好ましくは1.03~1.15であり、さらに好ましくは1.05~1.15である。 The ratio (x/A) of the content x of Mn and Fe in the cross section X to the content A of Mn and Fe in the lithium-based polyanion particles is preferably 0.85 to 0.99, more preferably 0. 85 to 0.97, more preferably 0.85 to 0.95. In addition, the ratio (y/A) of the content y of Mn and Fe in the cross section Y to the content A of Mn and Fe in the lithium-based polyanion particles is preferably 1.01 to 1.15, more preferably It is 1.03 to 1.15, more preferably 1.05 to 1.15.

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子の平均粒径は、得られる電池におけるサイクル特性を有効に向上させる観点から、好ましくは10μm~40μmであり、より好ましくは10μm~35μmであり、さらに好ましくは10μm~30μmである。
なお、平均粒径とは、レーザー回折・散乱法に基づく体積基準の粒度分布により得られるD50値(累積50%での粒径(メジアン径))を意味する。
The average particle diameter of the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention is preferably 10 μm to 40 μm, more preferably 10 μm to 35 μm, from the viewpoint of effectively improving the cycle characteristics of the resulting battery. , more preferably 10 μm to 30 μm.
The average particle size means the D 50 value (particle size at cumulative 50% (median diameter)) obtained from a volume-based particle size distribution based on a laser diffraction/scattering method.

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子のタップ密度は、中心から表面に向けてMnやFeが密に存在してなりながらも、粒子(A)全体として優れた電池特性の発現を確保する観点から、好ましくは1.0g/cm3~1.9g/cm3であり、より好ましくは1.1g/cm3~1.9g/cm3であり、さらに好ましくは1.2g/cm3~1.9g/cm3である。
なお、タップ密度とは、JIS R 1628「ファインセラミックス粉末のかさ密度測定方法」に規定される方法により測定される「タップかさ密度」を意味する。
The tap density of the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention is such that Mn and Fe are densely present from the center to the surface, but the particles (A) as a whole exhibit excellent battery characteristics. From the viewpoint of ensuring the cm 3 to 1.9 g/cm 3 .
The tap density means "tap bulk density" measured by the method specified in JIS R 1628 "Method for measuring bulk density of fine ceramic powder".

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子のBET比表面積は、中心から表面に向けてMn及びFeの含有量が増大してなりながらも、粒子(A)全体として優れた電池特性の発現を確保する観点から、好ましくは10m2/g~23m2/gであり、より好ましくは10m2/g~20m2/gであり、さらに好ましくは10m2/g~17m2/gである。BET比表面積は、例えば流動式比表面積自動測定装置(FlowSorbIII2305、島津製作所社製)を用いて、窒素を30%含有する窒素・ヘリウム混合ガスとする条件で測定することができる。 The BET specific surface area of the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention is such that the contents of Mn and Fe increase from the center to the surface, but the particles (A) as a whole have excellent battery characteristics. is preferably from 10 m 2 /g to 23 m 2 /g, more preferably from 10 m 2 /g to 20 m 2 /g, and even more preferably from 10 m 2 /g to 17 m 2 /g. be. The BET specific surface area can be measured using, for example, a flow-type automatic specific surface area measuring device (FlowSorb III 2305, manufactured by Shimadzu Corporation) under the conditions of a nitrogen-helium mixed gas containing 30% nitrogen.

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、次の工程(I)~(IV):
(I)リチウム化合物、リン酸化合物、並びに水を混合して、或いはリン酸三リチウム粒子、及び水を混合して、予備粒子iを得る工程
(II)得られた予備粒子i、セルロースナノファイバー、及び水を添加してスラリー水aを得た後、噴霧乾燥に付して造粒体iiを得る工程
(III)得られた造粒体iiを焼成して複合体iiiを得る工程
(IV)得られた複合体iii、マンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物、リン酸化合物、湿潤剤、並びに水を添加してスラリー水bを得た後、水熱反応に付して複合体ivを得る工程
を備え、
工程(IV)における湿潤剤の添加量が、100質量部の複合体iiiに対して0.01質量部~4質量部である製造方法により得ることができる。
The lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention are prepared by the following steps (I) to (IV):
(I) Step of mixing a lithium compound, a phosphate compound and water or mixing trilithium phosphate particles and water to obtain preliminary particles i (II) Obtained preliminary particles i and cellulose nanofibers , and after adding water to obtain slurry water a, a step of spray drying to obtain granules ii (III) Step of calcining the obtained granules ii to obtain composite iii (IV ) The obtained composite iii, a metal compound containing a manganese compound and/or an iron compound, a phosphoric acid compound, a wetting agent, and water are added to obtain a slurry water b, which is then subjected to a hydrothermal reaction to obtain a composite obtaining iv;
It can be obtained by a production method in which the amount of the wetting agent added in step (IV) is 0.01 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of composite iii.

このように、まず工程(I)を経ることにより、粒子(A)を構成する一次粒子の核としてのリン酸三リチウム粒子である予備粒子iをスラリ―中に形成させるか、或いはリン酸三リチウム粒子と水を混合して予備粒子iを含むスラリーを調製し、次いで工程(II)~(III)を経ることにより、予備粒子iの周囲にセルロースナノファイバー由来の炭素を担持させながらMn及びFeが適度に存在してなる複合体iiiを得ることができる。その後、工程(IV)を経ることにより、湿潤剤の介在も相まって、複合体iiiの内部にMn及びFeを浸透させながら一次粒子を形成し、さらにこれが凝集して複合体ivを形成することとなり、リチウムイオン二次電池の合材層の調製に用いる溶媒やバインダー等の液剤を吸収しにくい表面性状を有する二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子を得ることができる。 In this way, by first going through the step (I), preliminary particles i, which are trilithium phosphate particles as nuclei of primary particles constituting the particles (A), are formed in the slurry, or Lithium particles and water are mixed to prepare a slurry containing preliminary particles i, and then through steps (II) to (III), Mn and Mn are produced while supporting carbon derived from cellulose nanofibers around the preliminary particles i. A composite iii in which Fe is moderately present can be obtained. After that, through step (IV), primary particles are formed while allowing Mn and Fe to permeate the interior of composite iii, coupled with the intervention of a wetting agent, and these aggregate to form composite iv. Thus, it is possible to obtain lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material that have surface properties that make it difficult to absorb liquid agents such as solvents and binders used in the preparation of mixture layers of lithium ion secondary batteries.

本発明の製造方法が備える工程(I)は、リチウム化合物、リン酸化合物、並びに水を混合して、或いはリン酸三リチウム粒子、及び水を混合して、予備粒子iを得る工程である。 Step (I) provided in the production method of the present invention is a step of mixing a lithium compound, a phosphate compound and water, or mixing trilithium phosphate particles and water to obtain preliminary particles i.

工程(I)において、リチウム化合物、リン酸化合物、並びに水を混合する場合、リチウム化合物としては、水酸化物(例えばLiOH・H2O、LiOH)、炭酸塩、硫酸塩、酢酸塩が挙げられる。なかでも、水酸化物が好ましい。
リン酸化合物としては、オルトリン酸(H3PO4、リン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム等が挙げられる。なかでもリン酸を用いるのが好ましく、70質量%~90質量%濃度の水溶液として用いるのが好ましい。
リチウム化合物、リン酸化合物、並びに水を混合して得られるスラリー水において、水100質量部に対するリチウム化合物の含有量は、好ましくは5質量部~50質量部であり、より好ましくは7質量部~45質量部である。
In step (I), when a lithium compound, a phosphate compound, and water are mixed, examples of the lithium compound include hydroxides (e.g., LiOH.H 2 O, LiOH), carbonates, sulfates, and acetates. . Among them, hydroxide is preferable.
Phosphoric acid compounds include orthophosphoric acid (H 3 PO 4 , phosphoric acid), metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, and ammonium hydrogen phosphate. Among them, it is preferable to use phosphoric acid, and it is preferable to use it as an aqueous solution having a concentration of 70% by mass to 90% by mass.
In slurry water obtained by mixing a lithium compound, a phosphate compound, and water, the content of the lithium compound with respect to 100 parts by mass of water is preferably 5 parts by mass to 50 parts by mass, more preferably 7 parts by mass to 45 parts by mass.

さらに工程(I)において、リン酸化合物としてリン酸を用いる場合、スラリー水にリン酸を混合するにあたり、スラリー水を撹拌しながらリン酸を滴下するのが好ましい。リン酸の上記スラリー水への滴下速度は、好ましくは15mL/分~50mL/分であり、より好ましくは20mL/分~45mL/分であり、さらに好ましくは28mL/分~40mL/分である。また、リン酸を滴下しながらのスラリー水の撹拌時間は、好ましくは0.5時間~24時間であり、より好ましくは3時間~12時間である。さらに、リン酸を滴下しながらのスラリー水の撹拌速度は、好ましくは200rpm~700rpmであり、より好ましくは250rpm~600rpmであり、さらに好ましくは300rpm~500rpmである。
また、リン酸化合物としてリン酸を用い、これを混合するにあたり、スラリー水を撹拌しながらリン酸を滴下するのが好ましい。混合液にリン酸を滴下して少量ずつ加えることで、スラリー水中において良好に反応が進行して、予備粒子iがスラリー水中で均一に分散しつつ生成され、かかる予備粒子iが不要に凝集するのをも効果的に抑制することができる。
なお、スラリー水を撹拌する際、さらにスラリー水の沸点温度以下に冷却するのが好ましい。具体的には、80℃以下に冷却するのが好ましく、20℃~60℃に冷却するのがより好ましい。
Furthermore, in the step (I), when phosphoric acid is used as the phosphoric acid compound, it is preferable to add the phosphoric acid dropwise while stirring the slurry water when mixing the phosphoric acid into the slurry water. The dropping rate of phosphoric acid into the slurry water is preferably 15 mL/min to 50 mL/min, more preferably 20 mL/min to 45 mL/min, and still more preferably 28 mL/min to 40 mL/min. The stirring time of the slurry water while dropping the phosphoric acid is preferably 0.5 hours to 24 hours, more preferably 3 hours to 12 hours. Furthermore, the stirring speed of the slurry water while dropping the phosphoric acid is preferably 200 rpm to 700 rpm, more preferably 250 rpm to 600 rpm, and still more preferably 300 rpm to 500 rpm.
Further, it is preferable to use phosphoric acid as the phosphoric acid compound, and add the phosphoric acid dropwise while stirring the slurry water when mixing the phosphoric acid. By adding phosphoric acid dropwise to the mixed liquid little by little, the reaction proceeds favorably in the slurry water, and the preliminary particles i are generated while being uniformly dispersed in the slurry water, and the preliminary particles i aggregate unnecessarily. can also be effectively suppressed.
In addition, when stirring the slurry water, it is preferable to further cool the slurry water to a boiling point temperature or lower. Specifically, cooling to 80°C or lower is preferable, and cooling to 20°C to 60°C is more preferable.

リン酸化合物を混合した後のスラリー水は、リン酸1モルに対し、リチウムを2.7モル~3.3モル含有するのが好ましく、2.8モル~3.1モル含有するのがより好ましく、このような量となるよう、上記リチウム化合物とリン酸化合物を用いればよい。 The slurry water after mixing the phosphoric acid compound preferably contains 2.7 mol to 3.3 mol, more preferably 2.8 mol to 3.1 mol, of lithium per 1 mol of phosphoric acid. Preferably, the lithium compound and the phosphoric acid compound are used in such amounts.

リン酸化合物を混合した後のスラリー水に対して窒素をパージすることにより、かかる混合液中での反応を完了させて、粒子(A)を構成する一次粒子の核としてのリン酸三リチウム粒子である予備粒子iをスラリーとして得ることができる。窒素がパージされると、スラリー水中の溶存酸素濃度が低減された状態で反応を進行させることができ、また得られる複合体Xを含有するスラリーの溶存酸素濃度も効果的に低減されるため、後述する工程(IV)で添加する金属塩の酸化を抑制することができる。かかる予備粒子iは、微細な分散粒子であるリン酸三リチウム(Li3PO4)として得られる。
得られた予備粒子iは、ろ過後、水で洗浄し、乾燥することにより単離してもよく、続く工程(II)において、そのまま予備粒子iを含むスラリーとして用いてもよい。乾燥手段は、凍結乾燥、真空乾燥が用いられる。
By purging nitrogen into the slurry water after mixing the phosphoric acid compound, the reaction in the mixed solution is completed, and the trilithium phosphate particles as nuclei of the primary particles constituting the particles (A) can be obtained as a slurry. When the nitrogen is purged, the reaction can proceed with the dissolved oxygen concentration in the slurry water being reduced, and the dissolved oxygen concentration of the obtained slurry containing the complex X is also effectively reduced. Oxidation of the metal salt added in step (IV) described below can be suppressed. Such preliminary particles i are obtained as fine dispersed particles of trilithium phosphate (Li 3 PO 4 ).
The obtained preliminary particles i may be isolated by filtering, washing with water and drying, or may be used as a slurry containing the preliminary particles i in the subsequent step (II). Freeze drying and vacuum drying are used as drying means.

工程(I)において、リン酸三リチウム粒子、及び水を混合する場合、予備粒子iは、これを含むスラリーとして得られる。かかる予備粒子iを含むスラリーを、続く工程(II)において、工程(I)で得られた予備粒子iとして、そのまま用いればよい。
この場合、スラリー中における予備粒子iの含有量は、好ましくは3質量%~50質量%であり、より好ましくは5質量%~45質量%である。
When the trilithium phosphate particles and water are mixed in step (I), the preliminary particles i are obtained as a slurry containing them. A slurry containing such preliminary particles i may be used as it is in the subsequent step (II) as the preliminary particles i obtained in step (I).
In this case, the content of the preliminary particles i in the slurry is preferably 3% by mass to 50% by mass, more preferably 5% by mass to 45% by mass.

工程(II)は、工程(I)で得られた予備粒子i、セルロースナノファイバー、及び水を添加してスラリー水aを得た後、噴霧乾燥に付して造粒体iiを得る工程である。ここでセルロースナノファイバーを用い、後の工程を経ることにより、セルロースナノファイバーを炭化させ、粒子(A)を構成する一次粒子の核に相当する予備粒子iにセルロースナノファイバー由来の炭素を担持させることができる。
なお、工程(II)において用い得るセルロースナノファイバーは、上記のとおりである。
Step (II) is a step of adding preliminary particles i obtained in step (I), cellulose nanofibers, and water to obtain slurry water a, followed by spray drying to obtain granules ii. be. Here, cellulose nanofibers are used, and through subsequent steps, the cellulose nanofibers are carbonized, and carbon derived from the cellulose nanofibers is supported on the preliminary particles i corresponding to the nuclei of the primary particles constituting the particles (A). be able to.
The cellulose nanofibers that can be used in step (II) are as described above.

スラリー水aにおけるセルロースナノファイバーの含有量は、水100質量部に対し、炭化処理の残渣量換算で、好ましくは0.5質量部~5質量部であり、より好ましくは0.5質量部~4.5質量部であり、さらに好ましくは0.5質量部~4.0質量部である。 The content of the cellulose nanofibers in the slurry water a is preferably 0.5 parts by mass to 5 parts by mass, more preferably 0.5 parts by mass to 100 parts by mass, in terms of the amount of carbonization residue per 100 parts by mass of water. 4.5 parts by mass, more preferably 0.5 to 4.0 parts by mass.

スラリー水aの固形分濃度は、好ましくは40質量%~70質量%であり、より好ましくは45質量%~70質量%であり、さらに好ましくは50質量%~70質量%である。
なお、工程(I)で得られた予備粒子iをスラリーのまま用いる場合、スラリー水aの固形分濃度がこのような量になるよう、工程(II)において水の添加量を適宜調整すればよい。
The solid content concentration of the slurry water a is preferably 40% to 70% by mass, more preferably 45% to 70% by mass, still more preferably 50% to 70% by mass.
When the preliminary particles i obtained in the step (I) are used as a slurry, the amount of water added in the step (II) may be appropriately adjusted so that the solid content concentration of the slurry water a is such an amount. good.

水を添加した後、噴霧乾燥に付す前にスラリー水aを予め撹拌するのが好ましい。かかるスラリー水aの撹拌時間は、好ましくは3分~60分であり、より好ましくは5分~30分である。また、スラリー水aの温度は、好ましくは10℃~60℃であり、より好ましくは20℃~40℃である。 After adding the water, it is preferred to pre-stir the slurry water a before subjecting it to spray drying. The stirring time of the slurry water a is preferably 3 minutes to 60 minutes, more preferably 5 minutes to 30 minutes. The temperature of the slurry water a is preferably 10°C to 60°C, more preferably 20°C to 40°C.

次いで、得られたスラリー水aを噴霧乾燥に付して造粒体iiを得る。噴霧乾燥では、用いる装置に応じて適宜運転条件を設定すればよい。
例えば、4流体ノズルを備えたマイクロミストドライヤー(藤崎電気(株)製 MDL-050M)での処理条件としては、熱風温度が110℃~300℃であるのが好ましく、150℃~250℃であるのがより好ましい。また、熱風の供給量とスラリー水の供給量の容積比(熱風の供給量/スラリー水の供給量)が、500~10000であるのが好ましく、1000~9000であるのがより好ましい。
The resulting slurry water a is then spray-dried to obtain granules ii. In spray drying, operating conditions may be appropriately set according to the equipment used.
For example, as the treatment conditions with a micro mist dryer (MDL-050M manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.) equipped with a 4-fluid nozzle, the hot air temperature is preferably 110 ° C. to 300 ° C., and 150 ° C. to 250 ° C. is more preferred. Further, the volume ratio of hot air supply to slurry water supply (hot air supply/slurry water supply) is preferably 500 to 10,000, more preferably 1,000 to 9,000.

工程(III)は、工程(II)で得られた造粒体iiを焼成して複合体iiiを得る工程である。かかる工程(III)の焼成条件は、還元雰囲気又は不活性雰囲気中であるのが好ましく、焼成温度は、好ましくは500℃~800℃であり、より好ましくは550℃~750℃であり、焼成時間は、好ましくは0.5時間~12時間であり、より好ましくは1時間~6時間である。 Step (III) is a step of firing the granules ii obtained in step (II) to obtain a composite iii. The firing conditions in step (III) are preferably a reducing atmosphere or an inert atmosphere, the firing temperature is preferably 500° C. to 800° C., more preferably 550° C. to 750° C., and the firing time is is preferably 0.5 hours to 12 hours, more preferably 1 hour to 6 hours.

工程(IV)は、工程(III)で得られた複合体iii、マンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物、リン酸化合物、湿潤剤、並びに水を添加してスラリー水bを得た後、乾燥して複合体ivを得る工程であって、湿潤剤の添加量が、100質量部の複合体iiiに対して0.01質量部~4質量部である。これにより、複合体iiiの周囲にMnやFeを密に存在させて、複合体ivの中心から表面に向けてMn及びFeの含有量を増大させることができ、かつ湿潤剤を特定量で用いることにより、複合体iiiの内部にMn及びFeを浸透させながら一次粒子を形成し、一次粒子が密に凝集するのを効果的に促進させることができる。 In step (IV), the complex iii obtained in step (III), a metal compound containing a manganese compound and/or an iron compound, a phosphoric acid compound, a wetting agent, and water are added to obtain slurry water b. , drying to obtain the composite iv, wherein the amount of the wetting agent added is 0.01 to 4 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the composite iii. As a result, Mn and Fe can be densely present around the composite iii, the contents of Mn and Fe can be increased from the center to the surface of the composite iv, and the wetting agent is used in a specific amount. As a result, the primary particles are formed while allowing Mn and Fe to permeate the interior of the composite iii, and dense agglomeration of the primary particles can be effectively promoted.

リン酸化合物は、工程(I)と同様のものを用いればよい。
マンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物としては、マンガン化合物及び鉄化合物のほか、金属(M)化合物を用いることができる。
用い得るマンガン化合物としては、酢酸マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、硫酸マンガンが好ましい。
用い得る鉄化合物としては、酢酸鉄、硝酸鉄、硫酸鉄等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、硫酸鉄が好ましい。
用い得る金属(M)化合物としては、上記式(A)中のMと同義の金属を含む硫酸塩や硝酸塩や酢酸塩等が挙げられる。なかでも、電池特性を高める観点から、硫酸塩が好ましい。
The same phosphoric acid compound as used in step (I) may be used.
As a metal compound containing a manganese compound and/or an iron compound, a metal (M) compound can be used in addition to the manganese compound and the iron compound.
Manganese compounds that can be used include manganese acetate, manganese nitrate, manganese sulfate, and the like. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types. Among them, manganese sulfate is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics.
Iron compounds that can be used include iron acetate, iron nitrate, iron sulfate, and the like. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types. Among them, iron sulfate is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics.
Usable metal (M) compounds include sulfates, nitrates, acetates, etc. containing the same metal as M in the above formula (A). Among them, sulfate is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics.

マンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物の添加量は、100質量部の複合体iiiに対し、好ましくは200質量部~600質量部であり、より好ましくは250質量部~550質量部であり、さらに好ましくは300質量部~500質量部である。また、マンガン化合物及び鉄化合物の使用モル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、好ましくは80:20~20:80であり、より好ましくは80:20~30:70であり、さらに好ましくは80:20~35:65である。
リン酸化合物の添加量は、100質量部の複合体iiiに対し、好ましくは50質量部~300質量部であり、より好ましくは70質量部~250質量部であり、さらに好ましくは90質量部~200質量部である。
The amount of the metal compound containing the manganese compound and/or the iron compound added is preferably 200 parts by mass to 600 parts by mass, more preferably 250 parts by mass to 550 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the composite iii. , and more preferably 300 to 500 parts by mass. The molar ratio of the manganese compound and the iron compound (manganese compound:iron compound) is preferably 80:20 to 20:80, more preferably 80:20 to 30:70, still more preferably 80: 20-35:65.
The amount of the phosphoric acid compound added is preferably 50 parts by mass to 300 parts by mass, more preferably 70 parts by mass to 250 parts by mass, and still more preferably 90 parts by mass to 100 parts by mass of the complex iii. 200 parts by mass.

湿潤剤としては、ポリエーテルエステル酸アミン、ポリエーテル燐酸エステルアミン、及びポリエーテル燐酸エステルから選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。なかでも、一次粒子が密に凝集するのを効果的に促進しつつ、中心から表面に向けてMn及びFeの含有量を増大させる観点から、ポリエーテルエステル酸アミンが好ましい。
湿潤剤の添加量は、100質量部の複合体iiiに対し、0.01質量部~4質量部であって、好ましくは0.1質量部~4質量部であり、より好ましくは0.5質量部~4質量部である。
なお、後述する工程(IV)を経ることにより、添加した湿潤剤は焼失し、得られる粒子(A)には残存しないこととなる。
As the wetting agent, one or more selected from polyetherester amine, polyether phosphate amine, and polyether phosphate may be used. Among them, amine polyether ester acid is preferable from the viewpoint of increasing the content of Mn and Fe from the center toward the surface while effectively promoting dense aggregation of the primary particles.
The amount of the wetting agent added is 0.01 to 4 parts by mass, preferably 0.1 to 4 parts by mass, more preferably 0.5 parts by mass, per 100 parts by mass of the composite iii. parts by mass to 4 parts by mass.
The added wetting agent is burnt out and does not remain in the obtained particles (A) through step (IV) described later.

工程(IV)において、複合体iii、マンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物、リン酸化合物、湿潤剤、並びに水の添加順序は、湿潤剤の添加による効果を充分に発揮させ、中心から表面に向けてMn及びFeの含有量が増大してなる粒子(A)を有効に得る観点から、まず湿潤剤及び水を添加し、次いで複合体iiiを添加した後、マンガン化合物及び/又は鉄化合物、並びにリン酸化合物を添加してスラリー水bを得るのが好ましい。 In the step (IV), the order of addition of the complex iii, the metal compound containing the manganese compound and/or the iron compound, the phosphoric acid compound, the wetting agent, and water is such that the addition of the wetting agent can fully exert its effect, and the From the viewpoint of effectively obtaining particles (A) in which the contents of Mn and Fe increase toward the surface, first a wetting agent and water are added, then the complex iii is added, and then a manganese compound and / or iron It is preferable to add a compound and a phosphoric acid compound to obtain slurry water b.

スラリー水bの固形分濃度は、好ましくは5質量%~50質量%であり、より好ましくは8質量%~45質量%であり、さらに好ましくは10質量%~40質量%である。
なお、その他スラリー水bを水熱反応に付す前に撹拌する際の条件は、工程(II)におけるスラリー水aを噴霧乾燥に付す前に撹拌する際の条件と同様であり、適宜選択すればよい。
The solid content concentration of the slurry water b is preferably 5% by mass to 50% by mass, more preferably 8% by mass to 45% by mass, and still more preferably 10% by mass to 40% by mass.
The other conditions for stirring the slurry water b before being subjected to the hydrothermal reaction are the same as the conditions for stirring the slurry water a before being subjected to spray drying in step (II), and may be selected as appropriate. good.

次いで工程(IV)では、得られたスラリー水bを水熱反応に付して複合体ivを得る。水熱反応は、100℃以上であればよく、130℃~200℃が好ましい。水熱反応は耐圧容器中で行うのが好ましく、130℃~200℃で反応を行う場合、この時の圧力は0.3MPa~1.6MPaであるのが好ましく、140℃~160℃で反応を行う場合の圧力は0.3MPa~0.6MPaであるのが好ましい。水熱反応時間は0.1時間~48時間が好ましく、さらに0.2時間~24時間が好ましい。
得られた複合体ivは、ろ過後、水で洗浄し、乾燥することにより単離し、本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子として得る。乾燥手段は、凍結乾燥、真空乾燥が用いられる。
Next, in step (IV), the resulting slurry water b is subjected to a hydrothermal reaction to obtain complex iv. The hydrothermal reaction may be performed at 100°C or higher, preferably from 130°C to 200°C. The hydrothermal reaction is preferably carried out in a pressure vessel, and when the reaction is carried out at 130°C to 200°C, the pressure at this time is preferably 0.3 MPa to 1.6 MPa, and the reaction is carried out at 140°C to 160°C. The pressure when carrying out is preferably 0.3 MPa to 0.6 MPa. The hydrothermal reaction time is preferably 0.1 to 48 hours, more preferably 0.2 to 24 hours.
The obtained complex iv is isolated by filtering, washing with water, and drying to obtain the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention. Freeze drying and vacuum drying are used as drying means.

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子は、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いる材料である。具体的には、例えば本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子と、アセチレンブラックやケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデン、N-メチル-2-ピロリドン等とを混練して正極スラリーを調製した後、集電体に塗工し、次いでプレス成形して正極を作製する。本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子であれば、中心よりも表面におけるMn及びFeの含有量が高く、リチウムイオン二次電池の合材層の調製に用いる溶媒やバインダー等の液剤を吸収しにくい表面性状を有するため、合材層の集電体に対する優れた接着強度を発現し、得られるリチウムイオン二次電池の充放電サイクル時に合材層の剥離を有効に抑制して、サイクル特性を有効に向上させることができる。 The lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention are materials used as a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries. Specifically, for example, the lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention, acetylene black, Ketjen black, polyvinylidene fluoride, N-methyl-2-pyrrolidone, etc. are kneaded to prepare a positive electrode slurry. After that, it is applied to a current collector and then press-molded to produce a positive electrode. The lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material of the present invention have a higher Mn and Fe content in the surface than in the center, and the solvent, binder, etc. used for preparing the composite layer of the lithium ion secondary battery. Since it has a surface property that makes it difficult to absorb liquid agents, it exhibits excellent adhesion strength of the mixture layer to the current collector, and effectively suppresses peeling of the mixture layer during charge-discharge cycles of the resulting lithium-ion secondary battery. , the cycle characteristics can be effectively improved.

本発明の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子を用いて得られた正極を適用できる、リチウムイオン二次電池としては、正極と負極と電解液とセパレータ、若しくは正極と負極と固体電解質を必須構成とするものであれば特に限定されない。 As a lithium ion secondary battery to which the positive electrode obtained using the lithium-based polyanion particles for a secondary battery positive electrode active material of the present invention can be applied, a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution and a separator, or a positive electrode, a negative electrode and a solid electrolyte are used. It is not particularly limited as long as it is an essential configuration.

ここで、負極については、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。たとえば、リチウム金属、グラファイト、シリコン系(Si、SiOx)、チタン酸リチウム又は非晶質炭素等の炭素材料等を用いることができる。そしてリチウムイオンを電気化学的に吸蔵・放出し得るインターカレート材料で形成された電極、特に炭素材料を用いることが好ましい。さらに、2種以上の上記の負極材料を併用してもよく、たとえばグラファイトとシリコン系の組み合わせを用いることができる。 Here, as for the negative electrode, as long as it can absorb lithium ions during charging and release lithium ions during discharging, the material composition is not particularly limited, and a known material composition can be used. For example, lithium metal, graphite, silicon-based (Si, SiOx), lithium titanate, carbon materials such as amorphous carbon, and the like can be used. It is preferable to use an electrode made of an intercalate material capable of electrochemically intercalating and deintercalating lithium ions, particularly a carbon material. Furthermore, two or more of the above negative electrode materials may be used in combination, for example, a combination of graphite and silicon can be used.

電解液は、有機溶媒に支持塩を溶解させたものである。有機溶媒は、通常リチウムイオン二次電池の電解液に用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。 The electrolytic solution is obtained by dissolving a supporting salt in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent that is usually used in the electrolyte of a lithium ion secondary battery, and examples thereof include carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones. , oxolane compounds and the like can be used.

支持塩は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF6、LiBF4、LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSO3CF3、LiC(SO3CF32及びLiN(SO3CF32、LiN(SO2252及びLiN(SO2CF3)(SO249)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。 The type of supporting salt is not particularly limited, but inorganic salts selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 and LiAsF 6 , derivatives of the inorganic salts, LiSO 3 CF 3 , LiC(SO 3 CF 3 ) 2 and LiN(SO 3 CF 3 ) 2 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN(SO 2 CF 3 )(SO 2 C 4 F 9 ), and derivatives of said organic salts. is preferably at least one of

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

固体電解質は、正極及び負極を電気的に絶縁し、高いリチウムイオン電導性を示すものである。たとえば、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43、Li7La3Zr212、50Li4SiO4・50Li3BO3、Li2.9PO3.30.46、Li3.6Si0.60.44、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO43、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO43、Li10GeP212、Li3.25Ge0.250.754、30Li2S・26B23・44LiI、63Li2S・36SiS2・1Li3PO4、57Li2S・38SiS2・5Li4SiO4、70Li2S・30P25、50Li2S・50GeS2、Li7311、Li3.250.954を用いればよい。 The solid electrolyte electrically insulates the positive and negative electrodes and exhibits high lithium ion conductivity. For example , La0.51Li0.34TiO2.94 , Li1.3Al0.3Ti1.7 ( PO4 ) 3 , Li7La3Zr2O12 , 50Li4SiO4.50Li3BO3 , Li2.9PO3.3N0.46 , Li3.6Si _ _ 0.6P0.4O4 , Li1.07Al0.69Ti1.46 ( PO4 ) 3 , Li1.5Al0.5Ge1.5 ( PO4 ) 3 , Li10GeP2S12 , Li3.25Ge0.25P0.75S4 , 30Li2S . _ 26B2S3.44LiI , 63Li2S.36SiS2.1Li3PO4 , 57Li2S.38SiS2.5Li4SiO4 , 70Li2S.30P2S5 , 50Li2S.50GeS2 , Li7P _ _ _ _ _ 3 S 11 and Li 3.25 P 0.95 S 4 may be used.

上記の構成を有するリチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限を受けるものではなく、コイン型、円筒型、角型等種々の形状や、ラミネート外装体に封入した不定形状であってもよい。 The shape of the lithium-ion secondary battery having the above configuration is not particularly limited, and may be various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, or an irregular shape enclosed in a laminated outer package. .

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、得られたリチウム系ポリアニオン粒子についての炭素の原子換算量(担持量)及び平均粒径は、以下の方法により測定した。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
The amount of carbon converted to atoms (supported amount) and the average particle size of the obtained lithium-based polyanion particles were measured by the following methods.

《炭素の原子換算量(担持量)》
炭素・硫黄分析装置(EMIA-220V2、堀場製作所社製)を用い、得られたリチウム系ポリアニオン粒子の炭素の原子換算量(担持量)を測定した。
<<Atom equivalent amount of carbon (supported amount)>>
Using a carbon/sulfur analyzer (EMIA-220V2, manufactured by Horiba Ltd.), the atomic equivalent amount of carbon (supported amount) of the obtained lithium-based polyanion particles was measured.

《平均粒径》
得られたリチウム系ポリアニオン粒子の粒度分布をレーザー回折装置(マイクロトラックMT3000II、MicrotracBEL社製)を用いて測定し、平均粒径(D50)を求めた。
《Average particle diameter》
The particle size distribution of the resulting lithium-based polyanion particles was measured using a laser diffraction device (Microtrac MT3000II, manufactured by MicrotracBEL) to determine the average particle size ( D50 ).

[実施例1]
LiOH・H2O 1272g、及び水4Lを混合してスラリーを得た。次いで、得られたスラリーを、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液1153gを35mL/分で滴下し、速度400rpmで12時間撹拌して、予備粒子i-1(Li3PO4)を含むスラリーを得た。得られたスラリーをろ過した後、水で洗浄して80℃で12時間温風乾燥し、予備粒子i-1を単離した。
得られた予備粒子i-1を1158g分取し、これに水3Lを添加し、続いてセルロースナノファイバー(セリッシュKY-100G、ダイセルファインケム社製、繊維径4nm~100nm)2114gを添加して、スラリーa1を得た。得られたスラリーa1を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で2分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(MDL-050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライ(ノズルエアー流量52L/min、給気温度180℃)に付して造粒体ii-1を得た。
[Example 1]
1272 g of LiOH.H 2 O and 4 L of water were mixed to obtain a slurry. Next, while the resulting slurry is maintained at a temperature of 25° C. and stirred for 3 minutes, 1153 g of an 85% aqueous solution of phosphoric acid is added dropwise at 35 mL/min, and stirred at a speed of 400 rpm for 12 hours to obtain preliminary particles i-1. A slurry containing (Li 3 PO 4 ) was obtained. The resulting slurry was filtered, washed with water and dried with hot air at 80° C. for 12 hours to isolate preliminary particles i-1.
1158 g of the obtained preliminary particles i-1 was taken, 3 L of water was added thereto, and then 2114 g of cellulose nanofiber (Celish KY-100G, manufactured by Daicel Finechem, fiber diameter 4 nm to 100 nm) was added, A slurry a1 was obtained. The obtained slurry a1 was dispersed for 2 minutes with an ultrasonic stirrer (T25, manufactured by IKA) to uniformly color the whole, and then a spray dryer (MDL-050M, manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.) was used. Then, it was spray-dried (nozzle air flow rate: 52 L/min, supply air temperature: 180°C) to obtain granules ii-1.

得られた造粒体ii-1を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)にて650℃で30分焼成して、複合体iii-1を得た。得られた複合体iii-1を585g分取し、これをポリエーテルエステル酸アミン(ディスパロンDA-234、楠本化成社製)0.06g(100質量部の複合体iii-1に対し、0.01質量部に相当)及び水5Lを添加した混合液に添加した後、MnSO4・5H2O 2415g、FeSO4・7H2O 1251g、85%のリン酸水溶液1153gを添加してスラリー水b1を得た。
次いで、得られたスラリー水b1をオートクレーブに投入し、170℃で2時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は0.3MPaであった。水熱反応後、生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を-50℃で12時間凍結乾燥して、リチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の担持量=1.1質量%、平均粒径:15μm)を得た。
The resulting granules ii-1 were sintered at 650° C. for 30 minutes in an argon-hydrogen atmosphere (hydrogen concentration: 3%) to obtain a composite iii-1. 585 g of the obtained complex iii-1 was taken, and 0.06 g of polyether ester acid amine (Disparlon DA-234, manufactured by Kusumoto Kasei Co., Ltd.) (per 100 parts by mass of complex iii-1, 0.06 g) was added. 01 parts by mass) and 5 L of water, and then 2415 g of MnSO 4 .5H 2 O, 1251 g of FeSO 4 .7H 2 O, and 1153 g of an 85% aqueous solution of phosphoric acid are added to prepare slurry water b1. Obtained.
Next, the obtained slurry water b1 was charged into an autoclave and hydrothermally reacted at 170° C. for 2 hours. The pressure inside the autoclave was 0.3 MPa. After the hydrothermal reaction, the crystals produced were filtered and then washed with 12 parts by mass of water per 1 part by mass of the crystals. The washed crystals were freeze-dried at −50° C. for 12 hours to obtain lithium-based polyanion particles (LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 , amount of carbon supported=1.1 mass %, average particle size: 15 μm).

[実施例2]
ポリエーテルエステル酸アミンの添加量を0.78g(100質量部の複合体iii-1に対し、0.13質量部に相当)とした以外、実施例1と同様して、リチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の担持量=1.1質量%、平均粒径:15μm)を得た。
[Example 2]
Lithium-based polyanion particles ( LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 , amount of carbon supported=1.1% by mass, average particle size: 15 μm).

[実施例3]
ポリエーテルエステル酸アミンの添加量を3.9g(100質量部の複合体iii-1に対し、0.65質量部に相当)とした以外、実施例1と同様して、リチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の担持量=1.1質量%、平均粒径:14μm)を得た。
[Example 3]
Lithium-based polyanion particles ( LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 , amount of carbon supported=1.1% by mass, average particle size: 14 μm).

[実施例4]
ポリエーテルエステル酸アミンの添加量を7.8g(100質量部の複合体iii-1に対し、1.3質量部に相当)とした以外、実施例1と同様して、リチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の担持量=1.1質量%、平均粒径:14μm)を得た。
[Example 4]
Lithium-based polyanion particles ( LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 , amount of carbon supported=1.1% by mass, average particle size: 14 μm).

[実施例5]
ポリエーテルエステル酸アミンの添加量を23.4g(100質量部の複合体iii-1に対し、4質量部に相当)とした以外、実施例1と同様して、リチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の担持量=1.1質量%、平均粒径:13μm)を得た。
[Example 5]
Lithium-based polyanion particles (LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 , amount of carbon supported=1.1% by mass, average particle size: 13 μm).

[比較例1]
ポリエーテルエステル酸アミンを添加しなかった以外、実施例1と同様して、リチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の担持量=1.1質量%、平均粒径:16μm)を得た。
[Comparative Example 1]
Lithium-based polyanion particles (LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 , amount of carbon supported=1.1% by mass, average particle size: 16 μm) were added in the same manner as in Example 1, except that no polyether ester acid amine was added. Obtained.

《0.5nm~20nmの細孔径範囲における細孔容積の測定》
得られた各リチウム系ポリアニオン粒子を用い、BELSORP MINI X(島津製作所社製)を用いてBET多点法により、0.5nm~20nmの細孔径範囲における細孔容積(cm3/g)を測定した。
結果を表1に示す。
<<Measurement of pore volume in the pore diameter range of 0.5 nm to 20 nm>>
Using each of the obtained lithium-based polyanion particles, the pore volume (cm 3 /g) in the pore diameter range of 0.5 nm to 20 nm was measured by the BET multipoint method using BELSORP MINI X (manufactured by Shimadzu Corporation). did.
Table 1 shows the results.

《断面XにおけるMn及びFeの含有量xとリチウム系ポリアニオン粒子におけるMn及びFeの含有量Aとの比(x/A)、並びに断面YにおけるMn及びFeの含有量yとリチウム系ポリアニオン粒子におけるMn及びFeの含有量Aとの比(y/A)の算出》
得られた各リチウム系ポリアニオン粒子を用い、XRF(リガク社製、ZSX Primus IV)で分析したMn、Fe、及びPの合計量を100質量%としたときのMn及びFeの合計量(質量%)としてAを算出した。また、得られた各リチウム系ポリアニオン粒子を用い、レーザーカッターで粒子の中心を通る断面を切り出し、SEM-EDX(日本電子社製、JSM-7900F)で500nm×500nmの10視野での平均値から分析したMn、Fe、及びPの合計量を100質量%としたときのMn及びFeの合計量(質量%)としてx及びyを算出した。
結果を表1に示す。
<<Ratio (x/A) between the Mn and Fe content x in the cross section X and the Mn and Fe content A in the lithium-based polyanion particles, and the Mn and Fe content y in the cross section Y and the lithium-based polyanion particles Calculation of the ratio (y/A) to the content A of Mn and Fe>>
Using each of the obtained lithium-based polyanion particles, the total amount of Mn and Fe (mass% ) was calculated as A. Also, using each lithium-based polyanion particle obtained, a cross section passing through the center of the particle is cut out with a laser cutter, and the average value in 10 fields of view of 500 nm × 500 nm with SEM-EDX (manufactured by JEOL Ltd., JSM-7900F). x and y were calculated as the total amount (% by mass) of Mn and Fe when the total amount of Mn, Fe, and P analyzed was 100% by mass.
Table 1 shows the results.

《不純物の有無の評価》
得られた各リチウム系ポリアニオン粒子を用い、X線回折装置(BRUKER社製、D8 ADVANCE)を用いて2θ=10~80°のX線回折パターンを得た後、2θ=23.8°のLi3PO4に由来するピークの有無から、不純物の有無を評価した。
結果を表1に示す。
<<Evaluation of the presence or absence of impurities>>
Using each of the obtained lithium-based polyanion particles, an X-ray diffraction pattern (D8 ADVANCE manufactured by BRUKER) was used to obtain an X-ray diffraction pattern at 2θ = 10 to 80 °, and then Li at 2θ = 23.8 ° The presence or absence of impurities was evaluated from the presence or absence of peaks derived from 3 PO 4 .
Table 1 shows the results.

《吸着水分量の算出》
得られた各リチウム系ポリアニオン粒子を用い、K 5101-13-2:2004(吸油量の測定方法)に準じ、あまに油の代わりに0.5wt.%カルボキシメチルセルロース水溶液を用いて吸着水分量(質量%)として求めた。
結果を表1に示す。
《Calculation of the amount of adsorbed water》
Using each of the obtained lithium-based polyanion particles, the amount of adsorbed water ( %).
Table 1 shows the results.

《電池特性(サイクル特性)の評価》
得られた各リチウム系ポリアニオン粒子を用い、まずリチウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、得られた各粒子、ケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデンを質量比90:5:5の配合割合で混合し、これにN-メチル-2-ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、ロールプレスを用いて20kNで正極スラリーを塗工した集電体をプレスし、φ14mmの円盤状に打ち抜いて正極とした。
次いで、上記正極を用いてコイン型二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比3:7の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、高分子多孔フィルムを用いた。これらの電池部品を露点が-50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型二次電池(CR-2032)を得た。
得られた二次電池を用いて、サイクル特性を評価した。具体的には、電流密度170mA/g、電圧4.5Vの定電流充電と、電流密度85mA/g、終止電圧2.0Vの定電流放電とし、電流密度85mA/g(0.5CA)における放電容量を求めた。さらに、同じ充放電条件の100サイクル繰り返し試験を行い、下記式(y)により容量保持率(%)を求めた。なお、充放電試験は全て30℃で行った。
容量保持率(%)
=(100サイクル後の放電容量)/(1サイクル後の放電容量)×100・・・(y)
結果を表1に示す。
《Evaluation of battery characteristics (cycle characteristics)》
Using each lithium-based polyanion particle obtained, a positive electrode for a lithium-ion secondary battery was first produced. Specifically, the obtained particles, Ketjenblack, and polyvinylidene fluoride are mixed at a mass ratio of 90:5:5, and N-methyl-2-pyrrolidone is added and kneaded sufficiently to obtain a positive electrode. A slurry was prepared. The positive electrode slurry was applied to a current collector made of aluminum foil having a thickness of 20 μm using a coating machine, and vacuum-dried at 80° C. for 12 hours. After that, the current collector coated with the positive electrode slurry was pressed at 20 kN using a roll press, and punched into a disk shape of φ14 mm to obtain a positive electrode.
Next, a coin-type secondary battery was constructed using the above positive electrode. A lithium foil punched into a diameter of φ15 mm was used as the negative electrode. The electrolytic solution used was obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol/L in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3:7. A polymer porous film was used as the separator. These battery parts were incorporated and housed in an atmosphere with a dew point of -50°C or less by a conventional method to obtain a coin-type secondary battery (CR-2032).
Cycle characteristics were evaluated using the obtained secondary battery. Specifically, a constant current charge at a current density of 170 mA/g and a voltage of 4.5 V and a constant current discharge at a current density of 85 mA/g and a final voltage of 2.0 V are discharged at a current density of 85 mA/g (0.5 CA). asked for capacity. Furthermore, a 100-cycle repeated test was performed under the same charge/discharge conditions, and the capacity retention rate (%) was obtained from the following formula (y). All charge/discharge tests were conducted at 30°C.
Capacity retention rate (%)
= (Discharge capacity after 100 cycles)/(Discharge capacity after 1 cycle) x 100 (y)
Table 1 shows the results.

Figure 2022156472000001
Figure 2022156472000001

1:リチウム系ポリアニオン粒子の中心2を通る断面
2:リチウム系ポリアニオン粒子の中心
3:断面の半径
4:断面の半径3を二等分する点
5:断面の半径3を二等分する点4が連続してなる円
X:リチウム系ポリアニオン粒子の中心2を含む断面X
Y:リチウム系ポリアニオン粒子の表面を含む断面Y
1: Cross section passing through the center 2 of the lithium-based polyanion particle 2: Center of the lithium-based polyanion particle 3: Radius of the cross section 4: A point that bisects the radius 3 of the cross section 5: A point 4 that bisects the radius 3 of the cross section is continuous circle X: cross section X including the center 2 of the lithium-based polyanion particle
Y: Cross section Y including the surface of the lithium-based polyanion particles

Claims (8)

下記式(A):
LiaMnbFecxPO4・・・(A)
(式(A)中、MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b、c、及びxは、0<a≦1.2、0≦b≦1.2、0≦c≦1.2、0≦x≦0.3、及びb+c≠0を満たし、かつa+(Mnの価数)×b+(Feの価数)×c+(Mの価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、セルロースナノファイバー由来の炭素が担持してなり、かつ中心から表面に向けてMn及びFeの含有量が増大してなるリチウム系ポリアニオン粒子であって、
0.5nm~20nmの細孔径範囲における細孔容積が0.005cm3/g~0.035cm3/gである二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子。
Formula (A) below:
LiaMnbFecMxPO4 ( A ) _
(In formula (A), M represents Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd a, b, c, and x satisfy 0<a≦1.2, 0≦b≦1.2, 0≦c≦1.2, 0≦x≦0.3, and b+c≠0; In addition, a number that satisfies a + (valence of Mn) x b + (valence of Fe) x c + (valence of M) x = 3.)
Lithium-based polyanion particles supported by carbon derived from cellulose nanofibers and having an increasing content of Mn and Fe from the center to the surface,
Lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material having a pore volume of 0.005 cm 3 /g to 0.035 cm 3 /g in a pore diameter range of 0.5 nm to 20 nm.
リチウム系ポリアニオン粒子の中心を通る断面を、断面の半径を二等分する点が連続してなる円を境界として、リチウム系ポリアニオン粒子の中心を含む断面Xとリチウム系ポリアニオン粒子の表面を含む断面Yとに二分割したときに、
断面XにおけるMn及びFeの含有量xとリチウム系ポリアニオン粒子におけるMn及びFeの含有量Aとの比(x/A)が0.85~0.99であり、かつ断面YにおけるMn及びFeの含有量yとリチウム系ポリアニオン粒子におけるMn及びFeの含有量Aとの比(y/A)が1.01~1.15である請求項1に記載の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子。
A cross section passing through the center of the lithium-based polyanion particle, with a circle formed by continuously dividing the radius of the cross section into two equal parts, a cross section X including the center of the lithium-based polyanion particle and a cross section including the surface of the lithium-based polyanion particle. When bisected into Y and
The ratio (x/A) of the Mn and Fe content x in the cross section X to the Mn and Fe content A in the lithium-based polyanion particles is 0.85 to 0.99, and the Mn and Fe content in the cross section Y The lithium-based polyanion for a secondary battery positive electrode active material according to claim 1, wherein the ratio (y/A) between the content y and the content A of Mn and Fe in the lithium-based polyanion particles is 1.01 to 1.15. particle.
平均粒径が、10μm~40μmである請求項1又は2に記載の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子。 The lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material according to claim 1 or 2, having an average particle size of 10 µm to 40 µm. タップ密度が1.0g/cm3~1.9g/cm3であり、かつBET比表面積が10m2/g~23m2/gである請求項1~3のいずれか1項に記載の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子。 The secondary according to any one of claims 1 to 3, which has a tap density of 1.0 g/cm 3 to 1.9 g/cm 3 and a BET specific surface area of 10 m 2 /g to 23 m 2 /g. Lithium-based polyanion particles for battery positive electrode active materials. セルロースナノファイバー由来の炭素の担持量が、0.9質量%~1.4質量%である請求項1~4のいずれか1項に記載の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子。 The lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material according to any one of claims 1 to 4, wherein the amount of carbon derived from cellulose nanofibers is 0.9% by mass to 1.4% by mass. 次の工程(I)~(IV):
(I)リチウム化合物、リン酸化合物、並びに水を混合して、或いはリン酸三リチウム粒子、及び水を混合して、予備粒子iを得る工程
(II)得られた予備粒子i、セルロースナノファイバー、及び水を添加してスラリー水aを得た後、噴霧乾燥に付して造粒体iiを得る工程
(III)得られた造粒体iiを焼成して複合体iiiを得る工程
(IV)得られた複合体iii、マンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物、リン酸化合物、湿潤剤、並びに水を添加してスラリー水bを得た後、水熱反応に付して複合体ivを得る工程
を備え、
工程(IV)における湿潤剤の添加量が、100質量部の複合体iiiに対して0.01質量部~4質量部である、請求項1~5のいずれか1項に記載の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子の製造方法。
The following steps (I)-(IV):
(I) Step of mixing a lithium compound, a phosphate compound and water or mixing trilithium phosphate particles and water to obtain preliminary particles i (II) Obtained preliminary particles i and cellulose nanofibers , and after adding water to obtain slurry water a, a step of spray drying to obtain granules ii (III) Step of calcining the obtained granules ii to obtain composite iii (IV ) The obtained composite iii, a metal compound containing a manganese compound and/or an iron compound, a phosphoric acid compound, a wetting agent, and water are added to obtain a slurry water b, which is then subjected to a hydrothermal reaction to obtain a composite obtaining iv;
The secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount of the wetting agent added in step (IV) is 0.01 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of composite iii. A method for producing lithium-based polyanion particles for positive electrode active material.
工程(IV)において、まず湿潤剤及び水を添加し、次いで複合体iiiを添加した後、マンガン化合物及び/又は鉄化合物、並びにリン酸化合物を添加してスラリー水bを得る請求項6に記載の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子の製造方法。 7. The method according to claim 6, wherein in step (IV), the wetting agent and water are first added, then the complex iii is added, and then the manganese compound and/or iron compound and the phosphoric acid compound are added to obtain slurry water b. A method for producing lithium-based polyanion particles for secondary battery positive electrode active material. 湿潤剤が、ポリエーテルエステル酸アミン、ポリエーテル燐酸エステルアミン、及びポリエーテル燐酸エステルから選ばれる1種又は2種以上である請求項6又は7に記載の二次電池正極活物質用リチウム系ポリアニオン粒子の製造方法。 The lithium-based polyanion for secondary battery positive electrode active material according to claim 6 or 7, wherein the wetting agent is one or more selected from polyetherester amine, polyether phosphate amine, and polyether phosphate. Particle production method.
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