JP7052806B2 - Method for manufacturing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, non-aqueous electrolyte secondary battery and positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムニッケルマンガン複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池及び非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法に関する。本出願は、日本国において2017年10月31日に出願された日本特許出願番号特願2017-211139を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。 The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which are made of a lithium nickel-manganese composite oxide. This application claims priority on the basis of Japanese Patent Application No. 2017-21139 filed in Japan on October 31, 2017, and is incorporated into this application by reference to this application. Will be done.

近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度や耐久性を有する小型で軽量な非水系電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、電動工具やハイブリット自動車をはじめとする電気自動車用電池として、高出力の二次電池の開発が強く望まれている。 In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, there is a strong demand for the development of small and lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries having high energy density and durability. Further, as a battery for electric vehicles such as electric tools and hybrid vehicles, the development of a high-output secondary battery is strongly desired.

このような要求を満たす二次電池として、リチウムイオン二次電池などの非水系電解質二次電池がある。層状又はスピネル型のリチウムニッケルマンガン複合酸化物を正極材料に用いた非水系電解質二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。 As a secondary battery satisfying such a requirement, there is a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a layered or spinel-type lithium nickel-manganese composite oxide as a positive electrode material is being put into practical use as a battery having a high energy density because a high voltage of 4V class can be obtained.

非水系電解質二次電池の正極活物質としては、近年、熱安定性に優れ、かつ、高容量であるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)が注目されている。リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化物などと同じく層状化合物であり、遷移金属サイトにおいてニッケルと、コバルトと、マンガンとを基本的に組成比1:1:1の割合で含んでいる。In recent years, as a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) having excellent thermal stability and high capacity has been used. Is attracting attention. Lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide is a layered compound like lithium-cobalt composite oxide and lithium-nickel composite oxide, and basically contains nickel, cobalt, and manganese at transition metal sites in a composition ratio of 1: 1: 1. It is included in the ratio of 1.

ところで、非水系電解質二次電池として高い性能(高サイクル特性、高容量、高出力)を有する正極を得ることを目的として正極活物質にタングステン、ニオブ、ジルコニウム等の金属を添加する技術が提案されている。 By the way, a technique of adding a metal such as tungsten, niobium, or zirconium to a positive electrode active material has been proposed for the purpose of obtaining a positive electrode having high performance (high cycle characteristics, high capacity, high output) as a non-aqueous electrolyte secondary battery. ing.

例えば、特許文献1には、リチウムとニッケルとコバルトと元素Mとニオブと酸素からなる少なくとも一種以上の化合物で構成される組成物からなる非水系二次電池用正極活物質が提案されている。この提案では、粒子の表面近傍または内部に存在するLi-Nb-O系化合物が高い熱安定性を有していることから、高い熱安定性と大きな放電容量を有する正極活物質が得られるとされている。 For example, Patent Document 1 proposes a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery, which comprises a composition composed of at least one compound composed of lithium, nickel, cobalt, element M, niobium, and oxygen. In this proposal, since the Li-Nb-O compound existing near or inside the surface of the particles has high thermal stability, a positive electrode active material having high thermal stability and a large discharge capacity can be obtained. Has been done.

また、特許文献2には、ニッケル含有水酸化物とリチウム化合物とチタン化合物とを混合してリチウム混合物を得る混合工程およびリチウム混合物を焼成してリチウム遷移金属複合酸化物を得る焼成工程を含む製造方法によって得られた多結晶構造の粒子で構成されたリチウム遷移金属複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質が提案されている。この正極活物質は、高い熱安定性と充放電容量および優れたサイクル特性の実現を可能とするとされている。 Further, Patent Document 2 includes a mixing step of mixing a nickel-containing hydroxide, a lithium compound and a titanium compound to obtain a lithium mixture, and a firing step of firing the lithium mixture to obtain a lithium transition metal composite oxide. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is composed of a lithium transition metal composite oxide composed of particles having a polycrystalline structure obtained by the method, has been proposed. This positive electrode active material is said to enable high thermal stability, charge / discharge capacity, and excellent cycle characteristics.

また、特許文献3には、ニオブ被覆工程及び焼成工程を含む製造方法によって得られたリチウム遷移金属複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であって、多孔質構造を有し、比表面積が2.0~7.0m/gである正極活物質が提案されている。この正極活物質を用いることによって、高い安全性と電池容量および優れたサイクル特性を有する非水系電解質二次電池を得ることができるとされている。Further, Patent Document 3 is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery made of a lithium transition metal composite oxide obtained by a production method including a niobium coating step and a firing step, and has a porous structure. , A positive electrode active material having a specific surface area of 2.0 to 7.0 m 2 / g has been proposed. By using this positive electrode active material, it is said that a non-aqueous electrolyte secondary battery having high safety, battery capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

また、特許文献4には、少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池用正極活物質であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、一次粒子およびその凝集体である二次粒子の一方又は両方からなる粒子の形態で存在し、前記粒子の少なくとも表面に、モリブデン、バナジウム、タングステン、ホウ素およびフッ素からなる群から選ばれる少なくとも1種を有する化合物を有する非水電解質二次電池用正極活物質が提案されている。粒子の表面に上記化合物を有することにより、導電性が向上するとされている。 Further, Patent Document 4 describes a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a layered structure of a lithium transition metal composite oxide, wherein the lithium transition metal composite oxide is a primary particle and an aggregate thereof. A non-aqueous electrolyte that exists in the form of particles consisting of one or both of certain secondary particles and has a compound having at least one selected from the group consisting of molybdenum, vanadium, tungsten, boron and fluorine on at least the surface of the particles. Positive electrode active materials for secondary batteries have been proposed. It is said that the conductivity is improved by having the above compound on the surface of the particles.

また、特許文献5には、リチウムイオンの挿入・脱離が可能な機能を有するリチウム遷移金属系化合物を主成分とし、主成分原料に、B及びBiから選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物と、Mo、W、Ti、Ta及びReから選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物をそれぞれ1種併用添加した後、焼成されてなるリチウム二次電池正極材料用リチウム遷移金属系化合物粉体が提案されている。添加元素を併用添加した後、焼成することにより、レートや出力特性が改善されるとともに、取り扱いや電極調製の容易なリチウム含有遷移金属系化合物粉体を得ることができるとしている。 Further, Patent Document 5 contains a lithium transition metal-based compound having a function of inserting and removing lithium ions as a main component, and contains at least one element selected from B and Bi as a main component raw material. Lithium transition metal compound powder for lithium secondary battery positive electrode material, which is obtained by adding one compound and a compound containing at least one element selected from Mo, W, Ti, Ta and Re in combination and then firing. The body is proposed. By firing after adding the additive element in combination, the rate and output characteristics are improved, and a lithium-containing transition metal compound powder that is easy to handle and prepare the electrodes can be obtained.

また、特許文献6には、リチウム遷移金属複合酸化物と、少なくともホウ素元素及び酸素元素を含むホウ素化合物とを含む非水電解液二次電池用正極組成物が提案されている。ニッケル及びタングステンを必須とするリチウム遷移金属複合酸化物と、特定のホウ素化合物とを含む正極組成物を用いることにより、リチウム遷移金属複合酸化物を用いた正極組成物において出力特性及びサイクル特性を向上させることができるとしている。 Further, Patent Document 6 proposes a positive electrode composition for a non-aqueous electrolytic solution secondary battery containing a lithium transition metal composite oxide and a boron compound containing at least a boron element and an oxygen element. By using a positive electrode composition containing a lithium transition metal composite oxide that requires nickel and tungsten and a specific boron compound, the output characteristics and cycle characteristics of the positive electrode composition using the lithium transition metal composite oxide are improved. It is said that it can be made to do.

また、特許文献7には、層状構造を有する六方晶系リチウム含有複合酸化物により構成されるリチウムニッケルマンガン複合酸化物からなる正極活物質であって、平均粒径が2~8μmであり、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径〕が0.60以下であり、凝集した一次粒子が焼結している外殻部と、その内側に存在する中空部とからなる中空構造を備えることを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質が提案されている。この正極活物質は、非水系二次電池に用いた場合に高容量でサイクル特性が良好で、高出力を可能とするとされている。 Further, Patent Document 7 describes a positive electrode active material made of a lithium nickel-manganese composite oxide composed of a hexagonal lithium-containing composite oxide having a layered structure, having an average particle size of 2 to 8 μm and a particle size. An outer shell portion in which [(d90-d10) / average particle size], which is an index indicating the spread of distribution, is 0.60 or less and aggregated primary particles are sintered, and a hollow portion existing inside the outer shell portion. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is characterized by having a hollow structure composed of the above, has been proposed. It is said that this positive electrode active material has a high capacity, good cycle characteristics, and high output when used in a non-aqueous secondary battery.

また、特許文献8には、リチウムコバルト複合酸化物にジルコニウムをコバルトに対するモル比で1~10%添加することにより、リチウムコバルト複合酸化物粒子の表面が酸化ジルコニウムもしくはリチウムとジルコニウムの複合酸化物に覆われることによって、高電位における電解液の分解反応や結晶破壊が抑制され、優れたサイクル特性、保存特性を示す正極活物質が得られるとされている。 Further, in Patent Document 8, by adding zirconium to the lithium cobalt composite oxide at a molar ratio of 1 to 10% with respect to cobalt, the surface of the lithium cobalt composite oxide particles becomes zirconium oxide or a composite oxide of lithium and zirconium. By being covered, it is said that the decomposition reaction of the electrolytic solution and crystal destruction at high potential are suppressed, and a positive electrode active material exhibiting excellent cycle characteristics and storage characteristics can be obtained.

特開2002-151071号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-151071 特開2015-122298号公報JP-A-2015-122298 国際公開WO2014/034430号International release WO2014 / 034430 特開2005-251716号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-251716 特開2011-108554号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-108554 特開2013-239434号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-239434 国際公開WO2012/131881号International release WO2012 / 131881 特許第2855877号公報Japanese Patent No. 2855877

しかしながら、上記提案は、いずれも出力特性、電池容量、耐久性に対して改善はみられるものの、熱安定性の改善については十分ではなく、これらの特性を高次元で両立させる正極活物質の開発が望まれている。例えば、リチウムイオン二次電池は、電池内部で短絡した際には急激な電流による発熱が生じる。この際、充電状態で不安定な正極活物質は急速な熱分解によりさらに発熱し、熱暴走してしまう。そのため、正極活物質にはより高い熱安定性が要求される。 However, although all of the above proposals have improved output characteristics, battery capacity, and durability, they are not sufficient for improving thermal stability, and development of a positive electrode active material that achieves both of these characteristics at a high level. Is desired. For example, in a lithium ion secondary battery, when a short circuit occurs inside the battery, heat is generated due to a sudden current. At this time, the positive electrode active material, which is unstable in the charged state, further generates heat due to rapid thermal decomposition, resulting in thermal runaway. Therefore, the positive electrode active material is required to have higher thermal stability.

過充電時の熱安定性を高める方法としては、正極活物質中に異種元素を添加し、結晶構造を安定化させる方法や正極活物質表面をSiO、Al、ZrOなどの酸化物で被覆する方法が提案されている。しなしながら、これらの方法では、初期の容量低下が大きかったり、また熱安定性との両立は困難である。また、プロセスが煩雑であったり、スケールアップが困難なため、工業規模の生産が困難である場合が多い。As a method for improving thermal stability during overcharging, a method of adding a dissimilar element to the positive electrode active material to stabilize the crystal structure or oxidation of the surface of the positive electrode active material with SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , etc. A method of covering with an object has been proposed. However, with these methods, the initial capacity decrease is large, and it is difficult to achieve both thermal stability. In addition, it is often difficult to produce on an industrial scale because the process is complicated and it is difficult to scale up.

そこで本発明は、これら事情を鑑みてなされたものであり、タップ密度の低下を抑え、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極活物質を提供することを目的とするものである。また、本発明は、このような正極活物質を、工業規模の生産において容易に製造することができる方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these circumstances, and is a positive electrode capable of obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery that suppresses a decrease in tap density and achieves both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level. The purpose is to provide an active material. Another object of the present invention is to provide a method capable of easily producing such a positive electrode active material in industrial scale production.

本発明の一態様に係る非水系電解質二次電池用正極活物質は、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、ジルコニウム(Zr)、及び、任意に元素Mを含み、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成されたリチウムニッケルマンガン複合酸化物を含有する非水系電解質二次電池用正極活物質であって、前記リチウムニッケルマンガン複合酸化物は、各元素の物質量比(モル比)が、Li:Ni:Mn:M:Zr=d:(1-a-b-c):a:b:c[式中、aは0.05≦a≦0.60、bは0≦b≦0.60、cは0.0003≦c≦0.06、dは0.95≦d≦1.20、(1-a-b-c)は0.30≦(1-a-b-c)≦0.95を満たし、Mは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素]で表され(但し、組成がLi (Ni Co 2(1-y)/5 Mn (3-w)(1-y)/5 1-z Zr (1.00≦x≦1.10、0.65<y<0.82、0≦z≦0.05、0≦w≦0.01で表されるものを除く)、前記リチウムニッケルマンガン複合酸化物中のジルコニウムの少なくとも一部は、前記一次粒子に固溶し、前記二次粒子のレーザー回折散乱法による粒度分布におけるD90及びD10と、体積平均粒径(Mv)とによって算出される粒径のばらつき指数を示す[(D90-D10)/Mv]が、0.80以上1.20以下であり、かつ、リートベルト解析によるLi席占有率が94%以上97%以下の範囲であることを特徴とする。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one aspect of the present invention contains lithium (Li), nickel (Ni), manganese (Mn), zirconium (Zr), and optionally element M, and has a plurality of elements. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium nickel-manganese composite oxide composed of secondary particles in which primary particles are aggregated, the lithium nickel-manganese composite oxide is a material content ratio of each element. (Mole ratio) is Li: Ni: Mn: M: Zr = d: (1-a-bc): a: b: c [in the formula, a is 0.05≤a≤0.60, b. Is 0 ≦ b ≦ 0.60, c is 0.0003 ≦ c ≦ 0.06, d is 0.95 ≦ d ≦ 1.20, and (1-a-bc) is 0.30 ≦ (1-). abc) ≤ 0.95 is satisfied, and M is represented by at least one element selected from Co, W, Mo, V, Mg, Ca, Al, Ti, Cr, Nb and Ta]. (However, the composition is Li x (Ny Co 2 (1-y) / 5 Mn ( 3-w) (1-y) / 5 ) 1-z Zr z O 2 (1.00 ≦ x ≦ 1.10 .) , 0.65 <y <0.82, excluding those represented by 0 ≦ z ≦ 0.05, 0 ≦ w ≦ 0.01) , at least a part of zirconium in the lithium nickel-manganese composite oxide. The variation index of the particle size calculated by D90 and D10 in the particle size distribution of the secondary particles by the laser diffraction scattering method and the volume average particle size (Mv) is shown [(D90-). D10) / Mv] is 0.80 or more and 1.20 or less, and the Li seat occupancy rate by the Rietbelt analysis is in the range of 94% or more and 97% or less.

このようにすれば、タップ密度の低下を抑え、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極活物質を提供することができる。 By doing so, it is possible to provide a positive electrode active material capable of obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery that suppresses a decrease in tap density and has both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level.

このとき、前記一次粒子内の最小ジルコニウム濃度は、前記一次粒子内の平均ジルコニウム濃度に対して、50%以上としてもよい。 At this time, the minimum zirconium concentration in the primary particles may be 50% or more with respect to the average zirconium concentration in the primary particles.

このようにすれば、タップ密度の低下を抑え、さらに熱安定性を向上させ、優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極活物質を提供することができる。 By doing so, it is possible to provide a positive electrode active material that can obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery that suppresses a decrease in tap density, further improves thermal stability, and achieves both excellent battery characteristics at a high level. can.

このとき、前記非水系電解質二次電池用正極活物質は、該非水系電解質二次電池用正極活物質中にリチウムとジルコニウムを含む化合物が存在してもよい。 At this time, the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery may contain a compound containing lithium and zirconium in the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery.

このようにすれば、タップ密度の低下を抑え、さらに高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極活物質を提供することができる。 By doing so, it is possible to provide a positive electrode active material capable of obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery that suppresses a decrease in tap density and has both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level.

このとき、本発明の一態様では、前記リチウムとジルコニウムを含む化合物が、LiZrO、LiZr、LiZrO、LiZrOから選択される少なくとも一種の化合物としてもよい。At this time, in one aspect of the present invention, the compound containing lithium and zirconium may be at least one compound selected from Li 2 ZrO 3 , Li 6 Zr 2 O 7 , Li 4 ZrO 4 , and Li 8 ZrO 6 . good.

このようにすれば、リチウムとジルコニウムを含む化合物の選択が最良となり、タップ密度の低下を抑え、さらに熱安定性を向上させ、優れた電池特性とを高次元で両立させることができる。 In this way, the selection of the compound containing lithium and zirconium becomes the best, the decrease in tap density can be suppressed, the thermal stability can be further improved, and excellent battery characteristics can be achieved at a high level.

本発明の一態様では、前記非水系電解質二次電池用正極活物質を正極に用いたことを特徴とする。 One aspect of the present invention is characterized in that the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is used for the positive electrode.

このようにすれば、タップ密度の低下を抑え、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極を提供することができる。 By doing so, it is possible to provide a positive electrode capable of obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery that suppresses a decrease in tap density and has both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level.

本発明の一態様では、リチウムニッケルマンガン複合酸化物を含む非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法であって、連続晶析法によりニッケルマンガン複合水酸化物粒子を晶析させる晶析工程と、少なくとも、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子と、ジルコニウム化合物と、リチウム化合物とを含む混合物とするジルコニウム混合工程と、前記混合物を焼成して前記リチウムニッケルマンガン複合酸化物を得る焼成工程とを有し、前記ジルコニウム混合工程で添加される前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子は、一般式(2):Ni1-a-bMn(OH)2+α(前記式(2)中、Mは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素であり、0.05≦a≦0.60、0≦b≦0.60、0.30≦(1-a-b)≦0.95、0≦α≦0.4)で表され、前記焼成工程では、酸化雰囲気中、750℃以上1000℃以下で行われ、前記焼成工程で得られた前記リチウムニッケルマンガン複合酸化物は、各元素の物質量比(モル比)が、Li:Ni:Mn:M:Zr=d:(1-a-b-c):a:b:c[式中、aは0.05≦a≦0.60、bは0≦b≦0.60、cは0.0003≦c≦0.06、dは0.95≦d≦1.20、(1-a-b-c)は0.30≦(1-a-b-c)≦0.95を満たし、Mは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素]で表され(但し、組成がLi (Ni Co 2(1-y)/5 Mn (3-w)(1-y)/5 1-z Zr (1.00≦x≦1.10、0.65<y<0.82、0≦z≦0.05、0≦w≦0.01で表されるものを除く)、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成され、ジルコニウムの少なくとも一部が、前記一次粒子に固溶していることを特徴とする。
One aspect of the present invention is a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium nickel-manganese composite oxide, which crystallizes nickel-manganese composite hydroxide particles by a continuous crystallization method. A step, a zirconium mixing step of at least a mixture containing nickel-manganese composite hydroxide particles, a zirconium compound, and a lithium compound, and a firing step of calcining the mixture to obtain the lithium nickel-manganese composite oxide. The nickel-manganese composite hydroxide particles having and added in the zirconium mixing step have a general formula (2): Ni 1-ab Mn a M b (OH) 2 + α (in the above formula (2), M. Is at least one element selected from Co, W, Mo, V, Mg, Ca, Al, Ti, Cr, Nb and Ta, and 0.05 ≦ a ≦ 0.60, 0 ≦ b ≦ 0. It is represented by .60, 0.30 ≦ (1-ab) ≦ 0.95, 0 ≦ α ≦ 0.4), and the firing step is carried out at 750 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere. In the lithium nickel-manganese composite oxide obtained in the firing step, the substance amount ratio (molar ratio) of each element is Li: Ni: Mn: M: Zr = d :( 1-a-bc) :. a: b: c [in the formula, a is 0.05 ≦ a ≦ 0.60, b is 0 ≦ b ≦ 0.60, c is 0.0003 ≦ c ≦ 0.06, and d is 0.95 ≦ d. ≤ 1.20, (1-a-bc) satisfies 0.30 ≤ (1-a-bc) ≤ 0.95, and M is Co, W, Mo, V, Mg, Ca, It is represented by [at least one element selected from Al, Ti, Cr, Nb and Ta] (provided that the composition is Li x (Ny Co 2 (1- y ) / 5 Mn (3-w) (1-w)). y) / 5 ) 1-z Zr z O 2 (Table with 1.00 ≦ x ≦ 1.10, 0.65 <y <0.82, 0 ≦ z ≦ 0.05, 0 ≦ w ≦ 0.01 It is characterized in that it is composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, and at least a part of zirconium is solidly dissolved in the primary particles.

このようにすれば、タップ密度の低下を抑え、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極活物質を提供することができる。 By doing so, it is possible to provide a positive electrode active material capable of obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery that suppresses a decrease in tap density and has both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level.

このとき、本発明の一態様では、前記ジルコニウム混合工程では、前記晶析工程で得られた前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子に、前記リチウム化合物と平均粒径が0.01μm以上10μm以下の前記ジルコニウム化合物の混合物を混合してリチウムジルコニウム混合物を得ることとしてもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, in the zirconium mixing step, the nickel-manganese composite hydroxide particles obtained in the crystallization step have an average particle size of 0.01 μm or more and 10 μm or less with the lithium compound. A mixture of zirconium compounds may be mixed to obtain a lithium zirconium mixture.

このようにすれば、粉末の取り扱いが非常に容易となり、焼成工程において、ジルコニウム化合物が飛散し、狙い通りの組成を活物質中に添加できる。また、焼成後のリチウム遷移金属複合酸化物中にジルコニウムが均一に分布でき、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極活物質を提供することができる。 By doing so, the handling of the powder becomes very easy, the zirconium compound is scattered in the firing step, and the desired composition can be added to the active material. In addition, a positive electrode active material that can uniformly distribute zirconium in the lithium transition metal composite oxide after firing and can obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery that achieves both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level. Can be provided.

このとき、本発明の一態様では、前記ジルコニウム混合工程は、さらに、前記晶析工程で得られた前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子と水とを混合してスラリーを得るスラリー工程と、前記スラリーにジルコニウム塩溶液と必要に応じてアルカリを添加して、前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子にジルコニウム化合物で被覆して、ジルコニウム被覆ニッケルマンガン複合水酸化物粒子を得るジルコニウム被覆工程と、前記ジルコニウム被覆工程で得られたジルコニウム被覆ニッケルマンガン複合水酸化物粒子と、前記リチウム化合物とを混合するリチウム混合工程とを有することとしてもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, the zirconium mixing step further includes a slurry step of mixing the nickel-manganese composite hydroxide particles obtained in the crystallization step with water to obtain a slurry, and the slurry. A zirconium coating step of coating the nickel-manganese composite hydroxide particles with a zirconium compound to obtain zirconium-coated nickel-manganese composite hydroxide particles by adding a zirconium salt solution and an alkali as necessary, and the zirconium coating. It may have a lithium mixing step of mixing the zirconium-coated nickel-manganese composite hydroxide particles obtained in the step with the lithium compound.

このようにすれば、晶析条件を最適化して組成比の制御を容易にすることができ、さらに高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極活物質を提供することができる。 By doing so, it is possible to optimize the crystallization conditions and facilitate the control of the composition ratio, and a non-aqueous electrolyte secondary battery that achieves both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level can be obtained. The obtained positive electrode active material can be provided.

このとき、本発明の一態様では、前記リチウムジルコニウム混合工程において、さらに前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子又はジルコニウム被覆ニッケルマンガン複合水酸化物粒子を熱処理する熱処理工程を有し、前記熱処理工程は、105℃以上700℃以下の温度で行うこととしてもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, the lithium-zirconium mixing step further includes a heat treatment step of heat-treating the nickel-manganese composite hydroxide particles or the zirconium-coated nickel-manganese composite hydroxide particles, and the heat treatment step comprises a heat treatment step. It may be performed at a temperature of 105 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.

このようにすれば、複合水酸化物粒子中に残留する水分の少なくとも一部を除去することにより、焼成工程で得られる正極活物質のLi/Meのばらつくことを防ぐことができる。 By doing so, it is possible to prevent the Li / Me of the positive electrode active material obtained in the firing step from being dispersed by removing at least a part of the water remaining in the composite hydroxide particles.

本発明によれば、タップ密度の低下を抑え、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極活物質を提供することができる。また、本発明は、このような正極活物質を、工業規模の生産において容易に製造することが可能であり、工業的価値は極めて大きいものといえる。 According to the present invention, it is possible to provide a positive electrode active material capable of obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery that suppresses a decrease in tap density and has both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level. Further, according to the present invention, such a positive electrode active material can be easily produced in industrial scale production, and it can be said that the industrial value is extremely large.

図1は、本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法の一例を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法の一例を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法の一例を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法の一例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図5は、電池評価に使用したコイン型二次電池の概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a coin-type secondary battery used for battery evaluation. 図6は、ナイキストプロットの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a Nyquist plot. 図7は、インピーダンス評価に用いた等価回路を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit used for impedance evaluation.

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、特定量のマンガンを含むリチウムニッケルマンガン複合酸化物に、特定量のジルコニウムを添加することにより、電池特性を維持しつつ、電子伝導性と過充電時の酸素放出の抑制による高い熱安定性との両立が可能であるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventor added a specific amount of manganese to the lithium nickel-manganese composite oxide containing a specific amount of manganese while maintaining the battery characteristics. The present invention has been completed based on the finding that it is possible to achieve both electron conductivity and high thermal stability by suppressing oxygen release during overcharging. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法及び非水系電解質二次電池について、下記の順に説明する。
1.非水系電解質二次電池用正極活物質
2.非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
2-1.晶析工程
2-2.ジルコニウム混合工程
2-2-1.スラリー工程
2-2-2.ジルコニウム被覆工程
2-2-3.リチウム混合工程
2-2-4.熱処理工程
2-3.焼成工程
3.非水系電解質二次電池
3-1.正極
3-2.負極
3-3.セパレータ
3-4.非水系電解液
3-5.二次電池の形状、構成
The embodiments described below do not unreasonably limit the content of the present invention described in the claims, and can be modified without departing from the gist of the present invention. Moreover, not all of the configurations described in the present embodiment are indispensable as the means for solving the present invention. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in the following order.
1. 1. Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries 2. Method for manufacturing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery 2-1. Crystallization step 2-2. Zirconium mixing step 2-2-1. Slurry process 2-2-2. Zirconium coating process 2-2-3. Lithium mixing process 2-2-4. Heat treatment process 2-3. Baking process 3. Non-aqueous electrolyte secondary battery 3-1. Positive electrode 3-2. Negative electrode 3-3. Separator 3-4. Non-aqueous electrolyte solution 3-5. Shape and composition of secondary battery

<1.非水系電解質二次電池用正極活物質>
本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、「正極活物質」という。)は、多結晶構造の粒子で構成され、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成されたリチウムニッケルマンガン複合酸化物(以下、「リチウム金属複合酸化物」という。)を含んでいる。
上記リチウム金属複合酸化物は、各元素の物質量比(モル比)が、Li:Ni:Mn:M:Zr=d:(1-a-b-c):a:b:c[式中、aは0.05≦a≦0.60、bは0≦b≦0.60、cは0.0003≦c≦0.06、dは0.95≦d≦1.20、(1-a-b-c)は0.30≦(1-a-b-c)≦0.95を満たし、Mは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素]で表される層状化合物である。また、上記リチウム金属複合酸化物は、一般式(1):LiNi1-a-b-cMnZr2+α(一般式(1)中、Mは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素であり、0.05≦a≦0.60、0≦b≦0.60、0.0003≦c≦0.06、0.95≦d≦1.20、0.30≦(1-a-b-c)≦0.95、-0.5≦α≦0.5である。)で表される層状化合物である。なお、一般式中のαは0であってもよい。
<1. Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries>
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter referred to as “positive electrode active material”) according to an embodiment of the present invention is composed of particles having a polycrystalline structure, and secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated. It contains a lithium nickel-manganese composite oxide composed of (hereinafter referred to as "lithium metal composite oxide").
In the above lithium metal composite oxide, the substance amount ratio (molar ratio) of each element is Li: Ni: Mn: M: Zr = d: (1-a-bc): a: b: c [in the formula]. , A is 0.05 ≦ a ≦ 0.60, b is 0 ≦ b ≦ 0.60, c is 0.0003 ≦ c ≦ 0.06, d is 0.95 ≦ d ≦ 1.20, (1- abc) satisfies 0.30 ≦ (1-abc) ≦ 0.95, and M is Co, W, Mo, V, Mg, Ca, Al, Ti, Cr, Nb and It is a layered compound represented by [at least one element selected from Ta]. Further, the lithium metal composite oxide has a general formula (1): Lid Ni 1-ab-c Mn a M b Zr c O 2 + α (in the general formula (1), M is Co, W, Mo. , V, Mg, Ca, Al, Ti, Cr, Nb and Ta, which is at least one element, 0.05 ≦ a ≦ 0.60, 0 ≦ b ≦ 0.60, 0.0003 ≦ c ≤ 0.06, 0.95 ≤ d ≤ 1.20, 0.30 ≤ (1-a-bc) ≤ 0.95, -0.5 ≤ α ≤ 0.5) It is a layered compound to be formed. In addition, α in the general formula may be 0.

そして、上記リチウムニッケルマンガン複合酸化物中のジルコニウムの少なくとも一部は、上記一次粒子に固溶し、上記二次粒子のレーザー回折散乱法による粒度分布におけるD90及びD10と、体積平均粒径(Mv)とによって算出される粒径のばらつき指数を示す[(D90-D10)/Mv]が、0.80以上1.20以下であり、かつ、リートベルト解析によるLi席占有率が94%以上97%以下の範囲であることを特徴とする。 Then, at least a part of zirconium in the lithium nickel-manganese composite oxide is dissolved in the primary particles, and D90 and D10 in the particle size distribution of the secondary particles by the laser diffraction scattering method and the volume average particle size (Mv). ] And [(D90-D10) / Mv] indicating the particle size variation index calculated by) is 0.80 or more and 1.20 or less, and the Li seat occupancy rate by the Rietbelt analysis is 94% or more and 97. It is characterized in that it is in the range of% or less.

非水系電解質二次電池は電池材料として可燃性の非水系電解質を用いるため、高い熱安定性が求められている。例えば、リチウムイオン二次電池は、充電状態の際に熱が与えられることで、正極活物質結晶中から酸素を放出し、電解液と反応することで熱暴走を起こすことが知られている。過充電時の熱安定性を高める方法としては、正極活物質中に異種元素を添加し結晶構造を安定化させる方法や、正極活物質表面をSiO、Al、ZrOなどの酸化物で被覆する方法が提案されている。しかしながら、これらの方法は、初期の充放電容量低下が大きく、電池容量と熱安定性との両立は困難である。また、プロセスが複雑であったり、スケールアップが困難なため、工業規模の生産が困難である場合が多い。Since a non-aqueous electrolyte secondary battery uses a flammable non-aqueous electrolyte as a battery material, high thermal stability is required. For example, it is known that a lithium ion secondary battery causes thermal runaway by releasing oxygen from a positive electrode active material crystal when heat is applied to it in a charged state and reacting with an electrolytic solution. Methods for improving thermal stability during overcharging include a method of adding dissimilar elements to the positive electrode active material to stabilize the crystal structure, and oxidation of the surface of the positive electrode active material with SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , etc. A method of covering with an object has been proposed. However, in these methods, the initial charge / discharge capacity is greatly reduced, and it is difficult to achieve both battery capacity and thermal stability. In addition, industrial scale production is often difficult due to the complexity of the process and the difficulty of scaling up.

そこで本発明によれば、特定量のマンガンを含むリチウムニッケルマンガン複合酸化物に、特定量のジルコニウムを添加することにより、タップ密度の低下を抑え、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立が可能であり、工業規模の生産において容易に製造することが可能となる。以下詳細に説明する。 Therefore, according to the present invention, by adding a specific amount of zirconium to a lithium nickel-manganese composite oxide containing a specific amount of manganese, a decrease in tap density is suppressed, and high thermal stability and excellent battery characteristics are achieved. It is compatible in terms of dimension and can be easily manufactured in industrial scale production. This will be described in detail below.

本発明の一実施形態に係る正極活物質は、ジルコニウム(Zr)を特定量含むリチウム金属複合酸化物からなり、この正極活物質を用いた非水系電解質二次電池(以下、「二次電池」という。)は、正極における反応抵抗が低く、二次電池は、ジルコニウムを含まない正極活物質を用いた場合と比較して、正極活物質の過充電時の熱安定性が極めて高い。また、ばらつき指数が0.80以上1.20以下であり粒度分布幅がブロードであるため、活物質の充填性が高く、二次電池とした際に高い体積エネルギー密度を示す。 The positive electrode active material according to the embodiment of the present invention is made of a lithium metal composite oxide containing a specific amount of zirconium (Zr), and a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, “secondary battery”) using this positive electrode active material. The reaction resistance in the positive electrode is low, and the secondary battery has extremely high thermal stability when the positive electrode active material is overcharged, as compared with the case where the positive electrode active material containing no zirconium is used. Further, since the variation index is 0.80 or more and 1.20 or less and the particle size distribution width is broad, the filling property of the active material is high, and the secondary battery shows a high volume energy density.

さらに、本実施形態の正極活物質は、Li席占有率が94%以上97%以下の範囲であり、ジルコニウムを含まない場合と比較して、Li席占有率が低いことを特徴とする。ジルコニウムの添加量が増加するほどLi席占有率が低下することから、このLi席占有率の低下は、添加したジルコニウムがLi席に固溶していることにより引き起こされると考えられる。詳細は明らかではないが、ジルコニウムがLi席に固溶することで過充電状態でも結晶構造が崩れにくくなり、高い熱安定性を示すものと思われる。 Further, the positive electrode active material of the present embodiment is characterized in that the Li seat occupancy rate is in the range of 94% or more and 97% or less, and the Li seat occupancy rate is lower than that in the case where zirconium is not contained. Since the Li-seat occupancy rate decreases as the amount of zirconium added increases, it is considered that this decrease in the Li-seat occupancy rate is caused by the solid solution of the added zirconium in the Li-seat. Although the details are not clear, it is thought that the solid solution of zirconium in the Li seat makes it difficult for the crystal structure to collapse even in an overcharged state, and exhibits high thermal stability.

上記特許文献8では、リチウムコバルト複合酸化物にジルコニウムを添加する技術が提案されているが、Li席占有率に関する記載がない他、ニッケルとマンガンを含まない組成であり、かつ、酸化ジルコニウム(ZrO)またはリチウムジルコニウム化合物(LiZrO)の形成が前提となっていることから、本発明とは異なる技術である。In the above Patent Document 8, a technique for adding zirconium to a lithium cobalt composite oxide is proposed, but there is no description about the Li seat occupancy, the composition does not contain nickel and manganese, and zirconium oxide (ZrO) is used. It is a technique different from the present invention because it is premised on the formation of 2 ) or a lithium zirconium compound (Li 2 ZrO 3 ).

上記モル比、及び一般式(1)において、Mnの含有量を示すaの範囲は、0.05≦a≦0.60、好ましくは0.05≦a≦0.50、より好ましくは0.05≦a≦0.40である。aの値が上記範囲である場合、高い容量および優れた反応抵抗が得られ、さらに、高い熱安定性を有することができる。一方、aの値が0.05未満である場合、熱安定性の改善効果が得られない。また、aの値が0.60を超える場合、容量が低下する。 In the above molar ratio and the general formula (1), the range of a indicating the Mn content is 0.05 ≦ a ≦ 0.60, preferably 0.05 ≦ a ≦ 0.50, and more preferably 0. 05 ≦ a ≦ 0.40. When the value of a is in the above range, a high capacity and excellent reaction resistance can be obtained, and further, high thermal stability can be obtained. On the other hand, when the value of a is less than 0.05, the effect of improving the thermal stability cannot be obtained. Further, when the value of a exceeds 0.60, the capacity decreases.

上記モル比、及び一般式(1)において、Zrの含有量を示すcの範囲は、0.0003≦c≦0.06、好ましくは0.005≦c≦0.04である。cの範囲が上記範囲である場合、二次電池の正極に用いた際に酸素放出を抑制し、高い熱安定性を得ることができるとともに、固溶したジルコニウムによって反応抵抗が低減され、優れた出力特性を得ることができる。一方、cの値が0.0003未満である場合、ジルコニウムの固溶量が十分ではないため、熱安定性改善効果がみられない。また、cの値が0.06を超える場合、リチウムジルコニウム化合物が多量に生成するため、電池容量が大幅に低下する。なお、リチウム金属複合酸化物の組成は、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法による定量分析により測定することができる。 In the above molar ratio and the general formula (1), the range of c indicating the Zr content is 0.0003 ≦ c ≦ 0.06, preferably 0.005 ≦ c ≦ 0.04. When the range of c is in the above range, oxygen release can be suppressed when used for the positive electrode of a secondary battery, high thermal stability can be obtained, and the reaction resistance is reduced by the solid-dissolved zirconium, which is excellent. Output characteristics can be obtained. On the other hand, when the value of c is less than 0.0003, the amount of zirconium dissolved is not sufficient, so that the effect of improving thermal stability is not observed. Further, when the value of c exceeds 0.06, a large amount of lithium zirconium compound is generated, so that the battery capacity is significantly reduced. The composition of the lithium metal composite oxide can be measured by quantitative analysis by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

上記モル比、及び一般式(1)において、添加元素を示すMは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素であり、Mの含有量を示すbの範囲は、0≦b≦0.60である。bが0以上の場合、熱安定性や保存特性改善及び電池特性等を改善することができる。bが0.60を超えると構造が不安定となり層状化合物が形成されない場合や、相対的にNiやMnの比率が低下することで電池容量が低下することがある。例えば、MがCoを含む場合、電池容量及び出力特性により優れる。MがCoの場合、好ましくは0.05≦b≦0.5、より好ましくは0.05≦b≦0.4である。 In the above molar ratio and the general formula (1), M indicating an additive element is at least one element selected from Co, W, Mo, V, Mg, Ca, Al, Ti, Cr, Nb and Ta. Yes, the range of b indicating the content of M is 0 ≦ b ≦ 0.60. When b is 0 or more, thermal stability, storage characteristics, battery characteristics, and the like can be improved. If b exceeds 0.60, the structure may become unstable and the layered compound may not be formed, or the ratio of Ni and Mn may be relatively lowered, so that the battery capacity may be lowered. For example, when M contains Co, it is superior in battery capacity and output characteristics. When M is Co, it is preferably 0.05 ≦ b ≦ 0.5, more preferably 0.05 ≦ b ≦ 0.4.

上記モル比、及び一般式(1)において、Liの含有量を示すdの範囲は、0.95≦d≦1.20である。dの範囲が上記範囲である場合、正極の反応抵抗が低下して電池の出力が向上する。dの値が0.95未満であったり、1.20を超えると、反応抵抗が大きくなり、電池の出力が低下することがある。 In the above molar ratio and the general formula (1), the range of d indicating the Li content is 0.95 ≦ d ≦ 1.20. When the range of d is the above range, the reaction resistance of the positive electrode is lowered and the output of the battery is improved. If the value of d is less than 0.95 or more than 1.20, the reaction resistance may increase and the output of the battery may decrease.

本発明の一実施形態に係る正極活物質は、ジルコニウムの少なくとも一部が、一次粒子に固溶し、かつLi席占有率(層状化合物の3aサイトのLiイオンのサイト占有率)が94%以上97%以下の範囲であることが好ましく、94.5%以上97%以下の範囲であることがより好ましい。熱安定性および反応抵抗改善効果は、ジルコニウムのLi席への固溶によるものと考えられる。 In the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention, at least a part of zirconium is dissolved in the primary particles, and the Li seat occupancy rate (site occupancy rate of Li ions at 3a sites of the layered compound) is 94% or more. The range is preferably 97% or less, and more preferably 94.5% or more and 97% or less. The effect of improving thermal stability and reaction resistance is considered to be due to the solid solution of zirconium into the Li seat.

ここで、ジルコニウムの固溶とは、例えば、ICP発光分析法により、ジルコニウムが検出され、かつ、走査型透過電子顕微鏡(S-TEM)におけるEDXを用いた一次粒子断面の面分析により、ジルコニウムが一次粒子内に検出される状態をいい、ジルコニウムが一次粒子内の全面にわたって検出されることが好ましい。また、Li席占有率は、CuのKα線を用いた粉末X線回折図形のリートベルト解析から求めた。Li席占有率が97%を超える場合、ジルコニウムのLi席への固溶量が十分ではないため、熱安定性改善効果がみられない。さらに、Li席占有率が94%未満である場合、充放電反応に寄与するLiイオンの割合が少なくなるため、電池容量が大幅に低下する。 Here, the solid dissolution of zirconium means that, for example, zirconium is detected by ICP emission analysis method, and zirconium is found by surface analysis of the primary particle cross section using EDX in a scanning transmission electron microscope (S-TEM). It refers to a state in which zirconium is detected in the primary particles, and it is preferable that zirconium is detected over the entire surface of the primary particles. The Li seat occupancy was obtained from Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern using Cu Kα rays. When the Li seat occupancy rate exceeds 97%, the amount of zirconium dissolved in the Li seat is not sufficient, so that the effect of improving thermal stability is not observed. Further, when the Li seat occupancy rate is less than 94%, the proportion of Li ions contributing to the charge / discharge reaction is small, so that the battery capacity is significantly reduced.

また、一次粒子内で極度にジルコニウム濃度が低い部分が存在すると、十分な熱安定性改善効果が得られないことから、一次粒子内での最小ジルコニウム濃度が、当該一次粒子内の平均ジルコニウム濃度に対して、50%以上であることが好ましい。最小ジルコニウム濃度とは、一次粒子内におけるジルコニウム濃度が局所的に最も低い部分の濃度をいう。また、平均ジルコニウム濃度とは、一次粒子内におけるジルコニウム濃度の平均をいう。 Further, if there is a portion of the primary particle having an extremely low zirconium concentration, a sufficient effect of improving thermal stability cannot be obtained. Therefore, the minimum zirconium concentration in the primary particle is set to the average zirconium concentration in the primary particle. On the other hand, it is preferably 50% or more. The minimum zirconium concentration is the concentration of the portion of the primary particle where the zirconium concentration is locally lowest. The average zirconium concentration means the average zirconium concentration in the primary particles.

一次粒子内のジルコニウム濃度の変動は、走査型透過電子顕微鏡(S-TEM)のEDX分析により、一次粒子断面の組成を分析することにより確認することができる。一次粒子内の平均ジルコニウム濃度に対する、最小ジルコニウム濃度の比(最小ジルコニウム濃度/平均ジルコニウム濃度)は、例えば、複数の二次粒子から任意に20個以上の一次粒子を選択し、個々の一次粒子断面内をS-TEMのEDXにより組成を分析することにより得ることができる。なお、ジルコニウム濃度の変動は、一次粒子内での値であることから、事前の面分析などにより一次粒子の表面にジルコニウム化合物が確認された場合には、そのジルコニウム化合物の存在により一次粒子の表面付近のジルコニウム濃度の計測値が影響されない位置でEDX分析してジルコニウム濃度の変動を計測する。 Fluctuations in the zirconium concentration in the primary particles can be confirmed by analyzing the composition of the cross section of the primary particles by EDX analysis of a scanning transmission electron microscope (S-TEM). The ratio of the minimum zirconium concentration to the average zirconium concentration in the primary particles (minimum zirconium concentration / average zirconium concentration) is, for example, arbitrarily selected 20 or more primary particles from a plurality of secondary particles, and each primary particle cross section. The inside can be obtained by analyzing the composition with EDX of S-TEM. Since the fluctuation of the zirconium concentration is a value within the primary particle, if a zirconium compound is confirmed on the surface of the primary particle by prior surface analysis or the like, the presence of the zirconium compound causes the surface of the primary particle. EDX analysis is performed at a position where the measured value of the zirconium concentration in the vicinity is not affected, and the fluctuation of the zirconium concentration is measured.

以上のように、本発明の一実施形態に係る正極活物質を用いた二次電池は、ジルコニウムが一次粒子内のLi席に固溶することで、過充電時の結晶構造が崩れにくくなり、熱安定性を改善することができる。さらに、固溶したジルコニウムにより反応抵抗が低減され、優れた出力特性が得られる。よって、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させることができる。 As described above, in the secondary battery using the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention, the zirconium is dissolved in the Li seat in the primary particles, so that the crystal structure at the time of overcharging is less likely to collapse. Thermal stability can be improved. Furthermore, the reaction resistance is reduced by the solid-dissolved zirconium, and excellent output characteristics can be obtained. Therefore, it is possible to achieve both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level.

さらに、本発明の一実施形態に係る正極活物質中に、リチウムとジルコニウムを含む化合物が含まれていることが好ましい。リチウムジルコニウム化合物は、正極活物質とは別に単独で存在していてもよく、一次粒子表面の少なくとも一部に存在してもよい。また、一次粒子表面全体を被覆してもよい。リチウムジルコニウム化合物は正極活物質に対し、化学的安定性が比較的高いことから、リチウムジルコニウム化合物の存在により、得られる二次電池の熱安定性をより高めることができる。 Further, it is preferable that the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention contains a compound containing lithium and zirconium. The lithium zirconium compound may be present alone separately from the positive electrode active material, or may be present on at least a part of the surface of the primary particles. Further, the entire surface of the primary particles may be covered. Since the lithium zirconium compound has relatively high chemical stability with respect to the positive electrode active material, the presence of the lithium zirconium compound can further enhance the thermal stability of the obtained secondary battery.

リチウムジルコニウム化合物としては、LiZrO、LiZr、LiZrO、LiZrOから選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、熱安定性改善効果の高いLiZrであることがより好ましい。また、リチウムジルコニウム化合物の一部に、アモルファス相を含んでいてもよい。The lithium zirconium compound preferably contains at least one selected from Li 2 ZrO 3 , Li 6 Zr 2 O 7 , Li 4 ZrO 4 , and Li 8 ZrO 6 , and Li 6 Zr has a high effect of improving thermal stability. 2 O 7 is more preferred. Further, an amorphous phase may be contained as a part of the lithium zirconium compound.

正極活物質は、体積平均粒径(Mv)が5μm以上20μm以下であることが好ましく、6μm以上15μm以下であることがより好ましい。体積平均粒径(Mv)が上記範囲である場合、正極活物質を二次電池の正極に用いた際、高い出力特性および電池容量と、正極への高い充填性とを両立させることができる。二次粒子の平均粒径が5μm未満になると、正極への高い充填性が得られないことがあり、平均粒径が20μmを超えると、高い出力特性や電池容量が得られないことがある。なお、平均粒径は、例えば、レーザー光回折散乱式粒度分布計により測定される体積積算値から求めることができる。 The positive electrode active material preferably has a volume average particle diameter (Mv) of 5 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 6 μm or more and 15 μm or less. When the volume average particle size (Mv) is in the above range, when the positive electrode active material is used for the positive electrode of the secondary battery, it is possible to achieve both high output characteristics and battery capacity and high filling property to the positive electrode. If the average particle size of the secondary particles is less than 5 μm, high filling property to the positive electrode may not be obtained, and if the average particle size exceeds 20 μm, high output characteristics and battery capacity may not be obtained. The average particle size can be obtained from, for example, a volume integrated value measured by a laser light diffraction / scattering type particle size distribution meter.

また、レーザー光回折散乱法による粒度分布におけるD90及びD10(粒度分布曲線における粒子量の体積積算で90%での粒径と10%での粒径)と体積平均粒径(Mv)とによって算出される粒径のばらつき指数を示す[(D90-D10)/Mv]が、0.80以上1.20以下であることが好ましい。 In addition, it is calculated by D90 and D10 (particle size at 90% and particle size at 10% in the volume integration of the particle size in the particle size distribution curve) and volume average particle size (Mv) in the particle size distribution by the laser light diffraction scattering method. It is preferable that [(D90-D10) / Mv] indicating the variation index of the particle size to be obtained is 0.80 or more and 1.20 or less.

正極活物質の粒度分布が広範囲になっている場合には、正極活物質に、平均粒径に対して粒径が小さい微粒子や、平均粒径に対して粒径の大きい粗大粒子が多く存在することになる。これら微粒子や粗大粒子が混在すれば、充填密度が高くなり、体積当たりのエネルギー密度を高めることができる。よって、粒径のばらつき指数が0.80未満では、体積エネルギー密度が低下することがある。後述する製造方法を用いれば上限は1.20である。後述する焼成温度が1000℃を超えると粒径のばらつき指数が1.20を超えることがあるが、正極活物質を形成したときに比表面積が低下して正極の抵抗が上昇して電池容量が低下することがある。 When the particle size distribution of the positive electrode active material is wide, there are many fine particles having a small particle size with respect to the average particle size and coarse particles having a large particle size with respect to the average particle size in the positive electrode active material. It will be. If these fine particles and coarse particles are mixed, the packing density becomes high, and the energy density per volume can be increased. Therefore, if the particle size variation index is less than 0.80, the volumetric energy density may decrease. If the manufacturing method described later is used, the upper limit is 1.20. If the firing temperature, which will be described later, exceeds 1000 ° C, the particle size variation index may exceed 1.20, but when the positive electrode active material is formed, the specific surface area decreases, the resistance of the positive electrode increases, and the battery capacity increases. May decrease.

また、タップ密度は2.0g/cmが好ましく、さらに好ましくは2.2g/cm以上である。タップ密度が2.0g/cm未満の場合、二次電池にした際の充填性が悪化し、体積エネルギー密度の低下を引き起こす場合がある。The tap density is preferably 2.0 g / cm 3 , more preferably 2.2 g / cm 3 or more. If the tap density is less than 2.0 g / cm 3 , the filling property of the secondary battery may deteriorate, which may cause a decrease in the volumetric energy density.

本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質によれば、タップ密度の低下(2.0g/cm未満)を抑え、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極活物質を提供することができる。According to the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, a decrease in tap density (less than 2.0 g / cm 3 ) is suppressed, and high thermal stability and excellent battery characteristics are achieved. It is possible to provide a positive electrode active material that can obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery that is compatible in terms of dimensions.

<2.非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法>
次に、本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法について図面を使用しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法の概略を示す工程図である。本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、リチウムニッケルマンガン複合酸化物を含み、図1に示す晶析工程S10、ジルコニウム混合工程S20、焼成工程S30の、少なくとも、ジルコニウム混合工程S20と焼成工程S30とを有する。以下、工程ごとに詳細に説明する。なお、以下の説明は、製造方法の一例であって、製造方法を限定するものではない。
<2. Manufacturing method of positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery >
Next, a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram showing an outline of a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention contains a lithium nickel-manganese composite oxide and comprises the crystallization step S10, the zirconium mixing step S20, and the firing step S30 shown in FIG. At least, it has a zirconium mixing step S20 and a firing step S30. Hereinafter, each step will be described in detail. The following description is an example of the manufacturing method, and does not limit the manufacturing method.

<2-1.晶析工程S10>
本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、マンガンを含むことにより熱的安定性を向上させるとともに、マンガンとジルコニウムとを組み合わせて含むことにより正極活物質の熱安定性をさらに高めた正極活物質に関するものである。
<2-1. Crystallization step S10>
The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention improves thermal stability by containing manganese and also contains manganese and zirconium in combination to provide a positive electrode active material. It relates to a positive electrode active material having further improved thermal stability.

従って、晶析工程S10は、上記マンガンの含有量を有するニッケルマンガン複合水酸化物粒子(以下、「複合水酸化物粒子」とすることもある。)が得られるものであれば公知の方法により行うことができ、例えば、反応槽内において、少なくともニッケルとマンガンとを含む混合水溶液を、一定速度にて攪拌しながら、中和剤を加えて、中和することによりpHを制御して、複合水酸化物粒子を共沈殿により生成させることができる。 Therefore, the crystallization step S10 can be carried out by a known method as long as nickel-manganese composite hydroxide particles having the above manganese content (hereinafter, may be referred to as “composite hydroxide particles”) can be obtained. For example, in a reaction vessel, a mixed aqueous solution containing at least nickel and manganese is stirred at a constant rate, and a neutralizing agent is added to neutralize the mixed aqueous solution to control the pH. Hydroxide particles can be produced by co-precipitation.

晶析工程S10における製造方法には、1)バッチ式の晶析による製法、2)連続式の晶析による製法などがある。しかしながら、バラつき指数が高く粒度分布幅がブロードであり、充填性が高く二次電池とした際に高い体積エネルギー密度を示す活物質を得るためには、連続式の晶析による製法を用いることが最適であり、連続晶析法による製造方法を以下で説明する。また、連続晶析法はバッチ式の晶析よりも生産性が高く、工業的規模で生産するのに適している。 The production method in the crystallization step S10 includes 1) a production method by batch-type crystallization, and 2) a production method by continuous crystallization. However, in order to obtain an active material having a high variation index, a broad particle size distribution width, a high filling property, and a high volumetric energy density when used as a secondary battery, it is necessary to use a continuous crystallization manufacturing method. The optimum production method by the continuous crystallization method will be described below. In addition, the continuous crystallization method has higher productivity than the batch type crystallization and is suitable for production on an industrial scale.

ニッケルとマンガンを含む混合水溶液は、例えば、ニッケル及びマンガンの硫酸塩溶液、硝酸塩溶液、塩化物溶液を用いることができる。また、後述するように、混合水溶液は、添加元素Mを含んでもよい。混合水溶液に含まれる金属元素の組成は、得られる複合水酸化物粒子に含まれる金属元素の組成とほぼ一致する。したがって、目的とする複合水酸化物粒子の金属元素の組成と同じになるように混合水溶液の金属元素の組成を調製することができる。中和剤は、アルカリ水溶液を用いることができ、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを用いることができる。 As the mixed aqueous solution containing nickel and manganese, for example, a sulfate solution, a nitrate solution, or a chloride solution of nickel and manganese can be used. Further, as described later, the mixed aqueous solution may contain the additive element M. The composition of the metal element contained in the mixed aqueous solution is almost the same as the composition of the metal element contained in the obtained composite hydroxide particles. Therefore, the composition of the metal element in the mixed aqueous solution can be adjusted so as to have the same composition as the metal element of the target composite hydroxide particles. As the neutralizing agent, an alkaline aqueous solution can be used, and for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like can be used.

また、中和剤と併せて、錯化剤を混合水溶液に添加することが好ましい。錯化剤は、反応槽内の水溶液(以下、「反応水溶液」という。)中でニッケルイオンやその他金属イオンと結合して錯体を形成可能なものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができ、例えば、アンモニウムイオン供給体を用いることができる。アンモニウムイオン供給体としては、とくに限定されないが、例えば、アンモニア、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、フッ化アンモニウムなどを用いることができる。錯化剤を添加することにより、反応水溶液中の金属イオンの溶解度を調整することができる。 Further, it is preferable to add a complexing agent to the mixed aqueous solution together with the neutralizing agent. The complexing agent is not particularly limited as long as it can combine with nickel ions or other metal ions to form a complex in the aqueous solution in the reaction vessel (hereinafter referred to as "reaction aqueous solution"), and known ones are used. It can be used, for example, an ammonium ion feeder can be used. The ammonium ion feeder is not particularly limited, and for example, ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride and the like can be used. By adding a complexing agent, the solubility of metal ions in the reaction aqueous solution can be adjusted.

晶析工程S10において、錯化剤を使用しない場合、反応水溶液の温度は、温度(液温)を、60℃を越えて80℃以下の範囲とすることが好ましく、かつ、上記温度における反応水溶液のpHが10以上12以下(25℃基準)であることが好ましい。反応水溶液のpHが12を超える場合、得られる複合水酸化物粒子が細かい粒子となり、濾過性も悪くなり、球状粒子が得られないことがある。一方、反応水溶液のpHが10よりも小さい場合、複合水酸化物粒子の生成速度が著しく遅くなり、濾液中にNiが残留し、Niの沈殿量が目的組成からずれて、目的の比率の複合水酸化物が得られなくなることがある。 When no complexing agent is used in the crystallization step S10, the temperature of the reaction aqueous solution is preferably in the range of more than 60 ° C. and 80 ° C. or lower, and the reaction aqueous solution at the above temperature. The pH of is preferably 10 or more and 12 or less (based on 25 ° C.). When the pH of the reaction aqueous solution exceeds 12, the obtained composite hydroxide particles become fine particles, the filterability is deteriorated, and spherical particles may not be obtained. On the other hand, when the pH of the reaction aqueous solution is smaller than 10, the formation rate of the composite hydroxide particles becomes significantly slow, Ni remains in the filtrate, the amount of Ni precipitate deviates from the target composition, and the composite has the desired ratio. Hydroxides may not be obtained.

また、反応水溶液の温度が60℃を越える場合、Niの溶解度が上がり、Niの沈殿量が目的組成からずれ、共沈にならない現象を回避できる。一方、反応水溶液の温度が80℃を越えると、水分の蒸発量が多いためにスラリー濃度(反応水溶液濃度)が高くなり、Niの溶解度が低下する上、濾液中に硫酸ナトリウム等の結晶が発生し、不純物濃度が上昇する等、正極活物質の充放電容量が低下する可能性が生じる。 Further, when the temperature of the reaction aqueous solution exceeds 60 ° C., the solubility of Ni increases, the amount of precipitation of Ni deviates from the target composition, and the phenomenon that coprecipitation does not occur can be avoided. On the other hand, when the temperature of the reaction aqueous solution exceeds 80 ° C., the slurry concentration (reaction aqueous solution concentration) becomes high due to the large amount of water vaporized, the solubility of Ni decreases, and crystals such as sodium sulfate are generated in the filtrate. However, there is a possibility that the charge / discharge capacity of the positive electrode active material may decrease, such as an increase in the concentration of impurities.

晶析工程S10において、アンモニウムイオン供給体(錯化剤)を使用する場合、反応水溶液の温度は、反応水溶液中のNiの溶解度が上昇するため、30℃以上60℃以下であることが好ましく、かつ、反応水溶液のpHが10以上13以下(25℃基準)であることが好ましく、12以上13以下であることがより好ましい。 When an ammonium ion feeder (complexing agent) is used in the crystallization step S10, the temperature of the reaction aqueous solution is preferably 30 ° C. or higher and 60 ° C. or lower because the solubility of Ni in the reaction aqueous solution increases. Moreover, the pH of the reaction aqueous solution is preferably 10 or more and 13 or less (based on 25 ° C.), and more preferably 12 or more and 13 or less.

また、反応水溶液中のアンモニア濃度は、3g/L以上25g/L以下の範囲内で一定値に保持することが好ましい。アンモニア濃度が3g/L未満である場合、金属イオンの溶解度を一定に保持することができないため、形状及び粒径が整った複合水酸化物の一次粒子が形成されないことがある。また、ゲル状の核が生成しやすいため、得られる複合水酸化物粒子の粒度分布も広がりやすい。一方、アンモニア濃度が25g/Lを越えると、金属イオンの溶解度が大きくなりすぎ、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増えて、得られる複合水酸化物粒子の組成のずれなどが起きやすくなる。なお、アンモニア濃度が変動すると、金属イオンの溶解度が変動し、均一な水酸化物粒子が形成されないため、一定値に保持することが好ましい。例えば、アンモニア濃度は、上限と下限の幅を5g/L程度として所望の濃度に保持することが好ましい。 Further, it is preferable to keep the ammonia concentration in the reaction aqueous solution at a constant value within the range of 3 g / L or more and 25 g / L or less. When the ammonia concentration is less than 3 g / L, the solubility of the metal ion cannot be kept constant, so that the primary particles of the composite hydroxide having a uniform shape and particle size may not be formed. In addition, since gel-like nuclei are easily generated, the particle size distribution of the obtained composite hydroxide particles is also easy to spread. On the other hand, when the ammonia concentration exceeds 25 g / L, the solubility of the metal ions becomes too large, the amount of the metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases, and the composition of the obtained composite hydroxide particles tends to shift. .. When the ammonia concentration fluctuates, the solubility of the metal ion fluctuates and uniform hydroxide particles are not formed. Therefore, it is preferable to keep the value constant. For example, the ammonia concentration is preferably maintained at a desired concentration with the upper and lower limits set to about 5 g / L.

また、複合水酸化物粒子は、後述する一般式(2)に示されるように、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素(以下、「添加元素M」という。)を含んでもよい。複合水酸化物粒子中に、添加元素Mを配合する方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができ、例えば、生産性を高めるという観点から、ニッケルとマンガンとを含む混合水溶液に、添加元素Mを含む水溶液を添加し、添加元素Mを含む複合水酸化物粒子を共沈させる方法が好ましい。 Further, the composite hydroxide particles are at least one selected from Co, W, Mo, V, Mg, Ca, Al, Ti, Cr, Nb and Ta as shown in the general formula (2) described later. (Hereinafter referred to as “additive element M”) may be contained. The method for blending the additive element M in the composite hydroxide particles is not particularly limited, and a known method can be used. For example, from the viewpoint of increasing productivity, a mixed aqueous solution containing nickel and manganese can be used. A method of adding an aqueous solution containing the additive element M to co-precipitate the composite hydroxide particles containing the additive element M is preferable.

添加元素Mを含む水溶液としては、たとえば、硫酸コバルト、タングステン酸ナトリウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、硫化モリブデン、五酸化バナジウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、酸化ニオブ、ニオブ酸、塩化クロム、タンタル酸ナトリウム、タンタル酸などを含む水溶液を用いることができる。 Examples of the aqueous solution containing the additive element M include cobalt sulfate, sodium tungstate, tungsten oxide, molybdenum oxide, molybdenum sulfide, vanadium pentoxide, magnesium sulfate, magnesium chloride, calcium chloride, aluminum sulfate, sodium aluminate, and titanium sulfate. An aqueous solution containing ammonium peroxotitanate, potassium titanium oxalate, niobium oxide, niobic acid, chromium chloride, sodium aluminate, tantalic acid and the like can be used.

また、晶析条件を最適化して組成比の制御を容易にするという観点から、晶析により複合水酸化粒子を得た後、さらに、得られた複合水酸化物粒子にMを被覆する工程を設けてもよい。添加元素Mを被覆方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。 Further, from the viewpoint of optimizing the crystallization conditions and facilitating the control of the composition ratio, a step of coating the obtained composite hydroxide particles with M after obtaining the composite hydroxide particles by crystallization is performed. It may be provided. The method for coating the additive element M is not particularly limited, and a known method can be used.

以下に、添加元素Mの被覆方法の一例について説明する。まず、晶析により得られた複合水酸化物粒子を純水に分散させ、スラリーとする。次いで、このスラリーに狙いの被覆量見合いのMを含有する溶液を混合し、所定のpHになるように酸またはアルカリを滴下し、調整する。酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸などが用いられる。アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが用いられる。次いで、スラリーを所定の時間で混合した後、スラリーのろ過及び乾燥を行い、添加元素Mが被覆された複合水酸化物粒子を得ることができる。なお、他の被覆方法としては、Mを含む化合物を含有する溶液を複合水酸化物粒子に噴霧した後乾燥させるスプレードライ法、Mを含む化合物を含有する溶液を複合水酸化物粒子に含浸させる方法などが挙げられる。 An example of the coating method of the additive element M will be described below. First, the composite hydroxide particles obtained by crystallization are dispersed in pure water to form a slurry. Next, a solution containing M corresponding to the target coating amount is mixed with this slurry, and an acid or an alkali is added dropwise to adjust the pH to a predetermined pH. As the acid, for example, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid and the like are used. As the alkali, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like are used. Then, after mixing the slurry for a predetermined time, the slurry can be filtered and dried to obtain composite hydroxide particles coated with the additive element M. Other coating methods include a spray-drying method in which a solution containing a compound containing M is sprayed on the composite hydroxide particles and then dried, and a solution containing a compound containing M is impregnated in the composite hydroxide particles. The method etc. can be mentioned.

なお、添加元素Mを複合水酸化物粒子に配合する方法は、上記の混合水溶液に添加元素Mを混合することと、複合水酸化物粒子に添加元素Mを被覆することと、の一方又は両方を含んでもよく、例えば、1)ニッケル及びマンガンを含む混合水溶液(ただし、添加元素Mを除く)にアルカリ水溶液を加えて晶析させたニッケル含有水酸化物に、添加元素Mを被覆してもよく、2)ニッケル、マンガン及び添加元素Mの一部を含む混合水溶液を作製し、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子(添加元素Mを含む)を共沈させ、さらに共沈物に添加元素Mを被覆してMの含有量を調整してもよい。 The method of blending the additive element M into the composite hydroxide particles is one or both of mixing the additive element M with the above-mentioned mixed aqueous solution and coating the composite hydroxide particles with the additive element M. For example, 1) a nickel-containing hydroxide crystallized by adding an alkaline aqueous solution to a mixed aqueous solution containing nickel and manganese (excluding the additive element M) may be coated with the additive element M. Often, 2) a mixed aqueous solution containing nickel, manganese and a part of the additive element M is prepared, nickel-manganese composite hydroxide particles (including the additive element M) are co-precipitated, and the additive element M is further added to the co-precipitate. The content of M may be adjusted by coating.

<2-2.ジルコニウム混合工程S20>
次に、ジルコニウム混合工程S20について説明する。図1に示すように、ジルコニウム混合工程S20では、上記の晶析工程S10で得られたニッケルマンガン複合水酸化物粒子と、ジルコニウム化合物と、リチウム化合物とを含む混合物(以下、「ジルコニウム混合物」とすることもある。)とする。
<2-2. Zirconium mixing step S20>
Next, the zirconium mixing step S20 will be described. As shown in FIG. 1, in the zirconium mixing step S20, a mixture containing the nickel-manganese composite hydroxide particles obtained in the above crystallization step S10, a zirconium compound, and a lithium compound (hereinafter referred to as “zirconium mixture”). It may be done.)

また、図2に示すように、ジルコニウム混合工程S20では、例えば、複合水酸化物粒子に、リチウム化合物とジルコニウム化合物の混合物を、粉末(固相)で添加し、混合してジルコニウム混合物を得ることができる。 Further, as shown in FIG. 2, in the zirconium mixing step S20, for example, a mixture of a lithium compound and a zirconium compound is added as a powder (solid phase) to the composite hydroxide particles and mixed to obtain a zirconium mixture. Can be done.

さらに、図3に示すように、ジルコニウム混合工程S20では、さらに、上記晶析工程S10で得られた上記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子と水とを混合してスラリーを得るスラリー工程S21と、上記スラリーにジルコニウム塩溶液と必要に応じてアルカリを添加して、上記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子にジルコニウム化合物で被覆して、ジルコニウム被覆ニッケルマンガン複合水酸化物粒子を得るジルコニウム被覆工程S22と、上記ジルコニウム被覆工程S22で得られたジルコニウム被覆ニッケルマンガン複合水酸化物粒子と、上記リチウム化合物とを混合するリチウム混合工程S23とを有することができる。以下、図1~3を参照して、ジルコニウム混合工程S20のについて詳細に説明する。 Further, as shown in FIG. 3, in the zirconium mixing step S20, further, a slurry step S21 for obtaining a slurry by mixing the nickel-manganese composite hydroxide particles obtained in the crystallization step S10 with water, and the above. The zirconium coating step S22 for obtaining zirconium-coated nickel-manganese composite hydroxide particles by coating the nickel-manganese composite hydroxide particles with a zirconium compound by adding a zirconium salt solution and, if necessary, an alkali to the slurry, and the above. It is possible to have a lithium mixing step S23 in which the zirconium-coated nickel-manganese composite hydroxide particles obtained in the zirconium coating step S22 and the above lithium compound are mixed. Hereinafter, the zirconium mixing step S20 will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

ジルコニウム混合工程S20で用いられる複合水酸化物粒子は、一般式(2):Ni1-a-bMn(OH)2+α(ただし、Mは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素であり、0.05≦a≦0.60、0≦b≦0.60、0.30≦(1-a-b)≦0.95、0≦α≦0.4)で表される。複合水酸化粒子中の金属(Ni、Mn、M)の含有量(組成)は、リチウム金属複合酸化物中でもほぼ維持されるため、各金属(Ni、Mn、M)の含有量は、上述のリチウム金属複合酸化物中の含有量と同様の範囲であることが好ましい。The composite hydroxide particles used in the zirconium mixing step S20 have a general formula (2): Ni 1-ab Mn a M b (OH) 2 + α (where M is Co, W, Mo, V, Mg, It is at least one element selected from Ca, Al, Ti, Cr, Nb and Ta, and is 0.05 ≦ a ≦ 0.60, 0 ≦ b ≦ 0.60, 0.30 ≦ (1-a-). b) ≤0.95, 0≤α≤0.4). Since the content (composition) of the metal (Ni, Mn, M) in the composite hydroxide particles is almost maintained even in the lithium metal composite oxide, the content of each metal (Ni, Mn, M) is described above. It is preferably in the same range as the content in the lithium metal composite oxide.

複合水酸化物粒子は、少なくともマンガンを上記範囲で含むニッケル複合水酸化物粒子を用いる。これにより、得られる正極活物質の複数の一次粒子内で、マンガンを均一に分布させることができる。複数の一次粒子内にマンガンとジルコニウムとが含有(固溶)された正極活物質は、高い熱安定性を有し、かつ、導電率が低下する。 As the composite hydroxide particles, nickel composite hydroxide particles containing at least manganese in the above range are used. As a result, manganese can be uniformly distributed in the plurality of primary particles of the obtained positive electrode active material. A positive electrode active material containing (solid-dissolved) manganese and zirconium in a plurality of primary particles has high thermal stability and a decrease in conductivity.

また、一次粒子内にマンガンが含有されることにより、リチウムジルコニウム混合物を比較的高い温度で焼成することが可能となる。そして、高い温度で焼成することにより、ジルコニウム化合物中のジルコニウムを、一次粒子に、より均一に固溶させることができる。複合水酸化物粒子の製造方法は、特に限定されないが、図2、3、4に示すように、晶析工程S10により、得られた複合水酸化物粒子を用いることが好ましい。 Further, the inclusion of manganese in the primary particles makes it possible to calcin the lithium zirconium mixture at a relatively high temperature. Then, by firing at a high temperature, the zirconium in the zirconium compound can be more uniformly dissolved in the primary particles. The method for producing the composite hydroxide particles is not particularly limited, but as shown in FIGS. 2, 3 and 4, it is preferable to use the composite hydroxide particles obtained by the crystallization step S10.

なお、複合水酸化物粒子は、この粒子内にニッケルとマンガンとがそれぞれ均一に含まれるものであり、例えば、ニッケル水酸化物粒子とマンガン化合物とを混合した混合物や、マンガン化合物で被覆されたニッケル水酸化物粒子などの場合、得られる正極活物質中のマンガンの分布が不均一になって、マンガンを含有させることによって得られる効果が十分に得られないことがある。 The composite hydroxide particles contain nickel and manganese uniformly in the particles, and are, for example, coated with a mixture of nickel hydroxide particles and a manganese compound or a manganese compound. In the case of nickel hydroxide particles or the like, the distribution of manganese in the obtained positive electrode active material becomes non-uniform, and the effect obtained by containing manganese may not be sufficiently obtained.

図2に示すように、ジルコニウム混合工程S20は、例えば、上記晶析工程S10で得られた上記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子に、上記リチウム化合物と上記ジルコニウム化合物の混合物を混合してジルコニウム混合物を得ることが好ましい。このようにすれば、後述する焼成工程S30において、少なくとも一次粒子にジルコニウムが固溶したリチウムニッケルマンガン複合酸化物を得ることができる。 As shown in FIG. 2, in the zirconium mixing step S20, for example, the nickel-manganese composite hydroxide particles obtained in the crystallization step S10 are mixed with a mixture of the lithium compound and the zirconium compound to obtain a zirconium mixture. It is preferable to obtain. By doing so, in the firing step S30 described later, a lithium nickel-nickel-manganese composite oxide in which zirconium is dissolved in at least primary particles can be obtained.

ジルコニウム化合物は、粒子(固相)で混合されることが好ましい。ジルコニウムを固相添加する場合、ジルコニウム化合物の粒径により、後の焼成工程S30における、反応性が変化するため、用いるジルコニウム化合物の粒径が重要な要素の一つとなる。ジルコニウム化合物の平均粒径は、好ましくは0.01μm以上10μm以下であり、より好ましくは0.05μm以上3.0μm以下であり、さらに好ましくは0.08μm以上1.0μm以下である。平均粒径が0.01μmより小さい場合、粉末の取り扱いが非常に困難になるという問題や、ジルコニウム混合工程S20及び焼成工程S30において、ジルコニウム化合物が飛散し、狙い通りの組成を活物質中に添加できない問題が生じることがある。一方で、平均粒径が10μmより大きい場合、焼成後のリチウムニッケルマンガン複合酸化物中にジルコニウムが均一に分布せず、熱安定性を確保できないことがある。なお、平均粒径は、体積平均粒径Mvであり、例えば、レーザー光回折散乱式粒度分布計により測定される体積積算値から求めることができる。 The zirconium compound is preferably mixed with particles (solid phase). When zirconium is added in solid phase, the reactivity in the subsequent firing step S30 changes depending on the particle size of the zirconium compound, so the particle size of the zirconium compound used is one of the important factors. The average particle size of the zirconium compound is preferably 0.01 μm or more and 10 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 3.0 μm or less, and further preferably 0.08 μm or more and 1.0 μm or less. If the average particle size is smaller than 0.01 μm, it becomes very difficult to handle the powder, and in the zirconium mixing step S20 and the firing step S30, the zirconium compound is scattered and the desired composition is added to the active material. There may be problems that cannot be done. On the other hand, when the average particle size is larger than 10 μm, zirconium may not be uniformly distributed in the lithium nickel-manganese composite oxide after firing, and thermal stability may not be ensured. The average particle size is a volume average particle size Mv, and can be obtained from, for example, a volume integrated value measured by a laser light diffraction / scattering type particle size distribution meter.

ジルコニウム化合物は、予め、ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル・ナノジェットミル、ビーズミル、ピンミルなど各種粉砕機を用いて、上記範囲の粒径となるように粉砕してもよい。また、ジルコニウム化合物は、必要に応じて、乾式分級機や篩がけにより分級してもよい。例えば、篩がけを行い、0.01μmに近い粒子を得ることができる。 The zirconium compound may be pulverized in advance using various pulverizers such as a ball mill, a planetary ball mill, a jet mill / nano jet mill, a bead mill, and a pin mill so as to have a particle size in the above range. Further, the zirconium compound may be classified by a dry classifier or sieving, if necessary. For example, sieving can be performed to obtain particles close to 0.01 μm.

ジルコニウム混合工程S20で混合されるジルコニウム化合物としては、ジルコニウムを含む公知の化合物を用いることができ、例えば、酸化ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、三塩化ジルコニウム、四塩化ジルコニウムなどを用いることができる。これらの中でも、入手のしやすさや、リチウム金属複合酸化物中への不純物の混入を避けるという観点から、酸化ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、又は、これらの混合物が好ましい。なお、リチウム金属複合酸化物中に不純物が混入した場合、得られる二次電池の熱安定性や電池容量、サイクル特性の低下を招くことがある。 As the zirconium compound mixed in the zirconium mixing step S20, a known compound containing zirconium can be used, and for example, zirconium oxide, zirconium hydroxide, zirconium sulfate, zirconium trichloride, zirconium tetrachloride and the like can be used. .. Among these, zirconium oxide, zirconium hydride, or a mixture thereof is preferable from the viewpoint of easy availability and avoiding contamination of lithium metal composite oxide with impurities. If impurities are mixed in the lithium metal composite oxide, the thermal stability, battery capacity, and cycle characteristics of the obtained secondary battery may be deteriorated.

リチウム化合物は、特に限定されず、リチウムを含む公知の化合物を用いることができ、例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチリウム、又は、これらの混合物などが用いられる。これらの中でも、残留不純物の影響が少なく、焼成温度で溶解するという観点から、炭酸リチウム、水酸化リチウム、又は、これらの混合物が好ましい。 The lithium compound is not particularly limited, and a known compound containing lithium can be used, and for example, lithium carbonate, lithium hydroxide, lithylium nitrate, or a mixture thereof can be used. Among these, lithium carbonate, lithium hydroxide, or a mixture thereof is preferable from the viewpoint of being less affected by residual impurities and dissolving at the firing temperature.

複合水酸化物粒子とリチウム化合物とジルコニウム化合物との混合方法は、特に限定されず、複合水酸化物粒子等の形骸が破壊されない程度で、複合水酸化物粒子とリチウム化合物とジルコニウム化合物とが十分に混合されればよい。混合方法としては、例えば、一般的な混合機を使用して混合することができ、例えばシェーカーミキサーやレーディゲミキサー、ジュリアミキサー、Vブレンダーなどを用いて混合することができる。なお、ジルコニウム混合物は、後述する焼成工程S30の前に十分混合しておくことが好ましい。混合が十分でない場合、正極活物質の個々の粒子間でLiとLi以外の金属元素Me(本実施形態ではMe=Ni+Mn+添加元素M+Zr)との原子%比(Li/Me、一般式(1)及び後述する一般式(3)のdと同じ)がばらつき、十分な電池特性が得られない等の問題が生じることがある。 The method of mixing the composite hydroxide particles, the lithium compound, and the zirconium compound is not particularly limited, and the composite hydroxide particles, the lithium compound, and the zirconium compound are sufficient to the extent that the skeletons such as the composite hydroxide particles are not destroyed. It may be mixed with. As a mixing method, for example, a general mixer can be used for mixing, and for example, a shaker mixer, a Ladyge mixer, a Julia mixer, a V blender, or the like can be used for mixing. It is preferable that the zirconium mixture is sufficiently mixed before the firing step S30 described later. When the mixing is not sufficient, the atomic% ratio (Li / Me, general formula (1)) of Li and the metal element Me other than Li (Me = Ni + Mn + added element M + Zr in this embodiment) between the individual particles of the positive electrode active material. And the same as d of the general formula (3) described later) may vary, and problems such as insufficient battery characteristics may occur.

リチウム化合物は、リチウムジルコニウム混合物中のLi/Meが、0.95以上1.20以下となるように、混合される。つまり、ジルコニウム混合物におけるLi/Meが、得られる正極活物質におけるLi/Meと同じになるように混合される。これは、後述する焼成工程S30前後で、Li/Me及び各金属元素のモル比は変化しないので、上記混合時における、リチウムジルコニウム混合物のLi/Meが、正極活物質のLi/Meとなるからである。また、ジルコニウム化合物は、リチウムジルコニウム混合物中のジルコニウム含有量が、リチウムジルコニウム混合物中のLi以外の金属元素(Ni、Mn、添加元素M、Zr)の合計に対して、0.03原子%以上6原子%以下となるように混合される。 The lithium compound is mixed so that Li / Me in the lithium zirconium mixture is 0.95 or more and 1.20 or less. That is, the Li / Me in the zirconium mixture is mixed so as to be the same as the Li / Me in the obtained positive electrode active material. This is because the molar ratio of Li / Me and each metal element does not change around the firing step S30 described later, so that Li / Me of the lithium zirconium mixture at the time of the above mixing becomes Li / Me of the positive electrode active material. Is. Further, the zirconium compound has a zirconium content in the lithium zirconium mixture of 0.03 atomic% or more with respect to the total of metal elements (Ni, Mn, additive elements M, Zr) other than Li in the lithium zirconium mixture. It is mixed so as to be atomic% or less.

<2-2-1.スラリー工程S21>
ジルコニウム混合工程S20では、図3に示すように、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子の表面にジルコニウム化合物を被覆してジルコニウム混合物を得てもよい。この場合さらに、スラリー工程S21を有することが好ましい。スラリー工程S21では、上記晶析工程S10で得られた前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子と水とを混合してスラリーを得る。スラリーとすることで、後述するジルコニウム被覆工程S22において、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子の表面にジルコニウム化合物を晶析させ、容易に被覆することができる。混合方法は特に限定はされず、公知の方法を用いればよい。
<2-2-1. Slurry process S21>
In the zirconium mixing step S20, as shown in FIG. 3, the surface of the nickel-manganese composite hydroxide particles may be coated with a zirconium compound to obtain a zirconium mixture. In this case, it is more preferable to have the slurry step S21. In the slurry step S21, the nickel-manganese composite hydroxide particles obtained in the crystallization step S10 and water are mixed to obtain a slurry. By forming a slurry, the zirconium compound can be crystallized on the surface of the nickel-manganese composite hydroxide particles in the zirconium coating step S22 described later, and the zirconium compound can be easily coated. The mixing method is not particularly limited, and a known method may be used.

<2-2-2.ジルコニウム被覆工程S22>
ジルコニウム混合工程S20では、図3に示すように、さらに、ジルコニウム被覆工程S22を有することが好ましい。ジルコニウム被覆工程S22は、上記スラリー工程S21で得られたスラリーにジルコニウム塩溶液と必要に応じてアルカリを添加して、晶析工程S10で得られた複合水酸化物粒子にジルコニウム化合物で被覆してジルコニウム被覆ニッケルマンガン複合水酸化物粒子を得る。
<2-2-2. Zirconium coating step S22>
As shown in FIG. 3, the zirconium mixing step S20 preferably further includes a zirconium coating step S22. In the zirconium coating step S22, a zirconium salt solution and, if necessary, an alkali are added to the slurry obtained in the slurry step S21, and the composite hydroxide particles obtained in the crystallization step S10 are coated with the zirconium compound. A zirconium-coated nickel-manganese composite hydroxide particle is obtained.

ジルコニウム化合物の被覆方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができるが、安価で工業的に利用が容易であるという観点から、例えば、複合水酸化物粒子と、水とを混合して得られたスラリーに、ジルコニウム塩溶液と必要に応じてアルカリとを添加して、複合水酸化粒子の表面にジルコニウム化合物(例えば、ジルコニウム水酸化物など)を晶析させる方法が好ましい。ニッケルマンガン複合水酸化物粒子の表面にジルコニウム化合物が被覆されると、後述する焼成工程S30において、リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子へ固溶するジルコニウムの反応が促進される。なお、複合水酸化物粒子と水とを混合して得られたスラリーは塩基性を示すため、ジルコニウム塩溶液が少ない場合にはジルコニウム化合物が晶析するpHに到達していることもあるので、アルカリを添加しない場合もある。 The method for coating the zirconium compound is not particularly limited, and a known method can be used. However, from the viewpoint of low cost and industrial ease of use, for example, composite hydroxide particles and water are mixed. A method of adding a zirconium salt solution and, if necessary, an alkali to the obtained slurry to crystallize a zirconium compound (for example, zirconium hydroxide) on the surface of the composite hydroxide particles is preferable. When the surface of the nickel-manganese composite hydroxide particles is coated with the zirconium compound, the reaction of zirconium that dissolves in the lithium nickel-manganese composite oxide particles is promoted in the firing step S30 described later. Since the slurry obtained by mixing the composite hydroxide particles and water is basic, the pH at which the zirconium compound crystallizes may be reached when the zirconium salt solution is small. In some cases, no alkali is added.

<2-2-3.リチウム混合工程S23>
ジルコニウム混合工程S20では、図3に示すように、さらに、リチウム混合工程S23を有することが好ましい。リチウム混合工程S23では、上記ジルコニウム被覆工程S22で得られたジルコニウム被覆ニッケルマンガン複合水酸化物粒子と、上記リチウム化合物とを混合する。混合方法は特に限定はされず、公知の方法を用いればよい。
<2-2-3. Lithium mixing step S23>
As shown in FIG. 3, the zirconium mixing step S20 preferably further includes a lithium mixing step S23. In the lithium mixing step S23, the zirconium-coated nickel-manganese composite hydroxide particles obtained in the zirconium-coated step S22 are mixed with the lithium compound. The mixing method is not particularly limited, and a known method may be used.

<2-2-4.熱処理工程S24>
本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、図4に示すように、前記ジルコニウム混合工程S20において、さらに前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子を熱処理する熱処理工程S24を有してもよい。熱処理工程S24は、複合水酸化物粒子に含まれる水分の少なくとも一部を熱処理により除去する工程である。上記熱処理工程S24を有することによって、複合水酸化物粒子中に残留する水分の少なくとも一部を除去することにより、後述する焼成工程S30で得られる正極活物質のLi/Meのばらつくことを防ぐことができる。
<2-2-4. Heat treatment step S24>
As shown in FIG. 4, the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention is a heat treatment for further heat-treating the nickel-manganese composite hydroxide particles in the zirconium mixing step S20. It may have a step S24. The heat treatment step S24 is a step of removing at least a part of the water content contained in the composite hydroxide particles by the heat treatment. By having the heat treatment step S24, at least a part of the water remaining in the composite hydroxide particles is removed to prevent the Li / Me of the positive electrode active material obtained in the firing step S30 described later from being dispersed. Can be done.

熱処理工程S24における熱処理は、Li/Meのばらつきをより低減させるという観点から、複合水酸化物粒子を、十分に酸化させ、複合酸化物粒子まで転換するようにすることが好ましい。なお、正極活物質のLi/Meにばらつきが生じない程度に水分が除去できればよいので、必ずしも全ての複合水酸化物粒子中の水酸化物(複合水酸化物)を複合酸化物に転換する必要はない。 From the viewpoint of further reducing the variation in Li / Me, it is preferable that the heat treatment in the heat treatment step S24 sufficiently oxidizes the composite hydroxide particles and converts them into the composite oxide particles. Since it is sufficient that water can be removed to the extent that the Li / Me of the positive electrode active material does not vary, it is necessary to convert the hydroxide (composite hydroxide) in all the composite hydroxide particles to the composite oxide. There is no.

また、熱処理工程S24を行う場合、図4に示すように、ジルコニウム混合工程S20は、ジルコニウム混合物を調整する前に、複合水酸化物粒子を熱処理して、その後、熱処理後の複合水酸化物粒子及び/又は複合酸化物粒子と、リチウム化合物と、ジルコニウム化合物とを混合して、ジルコニウム混合物を調製することができる。また、複合水酸化物粒子が添加元素Mを含む場合、添加元素Mを含む化合物を複合水酸化物粒子に被覆した後、熱処理を行ってもよく、熱処理後の複合水酸化物粒子及び/又は複合酸化物粒子に、添加元素Mを含む化合物を被覆してもよい。また、上述した複合水酸化物粒子をジルコニウム化合物で被覆する場合(図3参照)、得られたジルコニウム被覆複合水酸化物粒子を熱処理してもよい。この場合、図3で説明するとジルコニウム被覆工程S22の後に熱処理工程S24を行い、リチウム混合工程S23を行う(不図示)。 Further, when the heat treatment step S24 is performed, as shown in FIG. 4, in the zirconium mixing step S20, the composite hydroxide particles are heat-treated before preparing the zirconium mixture, and then the composite hydroxide particles after the heat treatment are performed. And / or the composite oxide particles, the lithium compound, and the zirconium compound can be mixed to prepare a zirconium mixture. When the composite hydroxide particles contain the additive element M, the composite hydroxide particles may be coated with the compound containing the additive element M and then heat-treated, and the composite hydroxide particles and / or the heat-treated composite hydroxide particles may be subjected to heat treatment. The composite oxide particles may be coated with a compound containing the additive element M. Further, when the above-mentioned composite hydroxide particles are coated with a zirconium compound (see FIG. 3), the obtained zirconium-coated composite hydroxide particles may be heat-treated. In this case, as described in FIG. 3, the zirconium coating step S22 is followed by the heat treatment step S24 and the lithium mixing step S23 (not shown).

熱処理工程S24の熱処理は、複合水酸化物粒子中の残留水分が除去される温度まで加熱すればよく、例えば、熱処理の温度は、105℃以上700℃以下とすることが好ましい。複合水酸化物粒子を105℃以上で加熱した場合、残留水分の少なくとも一部を除去することができる。なお、熱処理の温度が105℃未満の場合、残留水分を除去するために長時間を要するため工業的に適当でない。一方、熱処理の温度が700℃を超える場合、複合酸化物粒子に転換された粒子が焼結して凝集することがある。例えば、複合水酸化物粒子の大部分を複合酸化物粒子まで転換する場合、熱処理の温度は、350℃以上700℃以下とすることが好ましい。 The heat treatment in the heat treatment step S24 may be performed by heating to a temperature at which the residual water content in the composite hydroxide particles is removed. For example, the heat treatment temperature is preferably 105 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. When the composite hydroxide particles are heated at 105 ° C. or higher, at least a part of the residual water can be removed. If the heat treatment temperature is less than 105 ° C., it takes a long time to remove the residual water, which is not industrially suitable. On the other hand, when the temperature of the heat treatment exceeds 700 ° C., the particles converted into the composite oxide particles may be sintered and aggregated. For example, when converting most of the composite hydroxide particles to the composite oxide particles, the heat treatment temperature is preferably 350 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.

熱処理を行う雰囲気は、特に限定されず、例えば、容易に操作が行えるという観点から、空気気流中において行うことが好ましい。また、熱処理の時間は、特に限定されず、例えば、1時間以上とすることができる。熱処理の時間が1時間未満である場合、複合水酸化物粒子中の残留水分の除去が十分に行われない場合がある。また、熱処理の時間は、好ましくは5時間以上15時間以下である。また、熱処理に用いられる設備は、特に限定されず、複合水酸化物粒子を空気気流中で加熱できるものであればよく、例えば、送風乾燥器、ガス発生がない電気炉などが好適に使用できる。 The atmosphere in which the heat treatment is performed is not particularly limited, and is preferably performed in an air stream from the viewpoint of easy operation, for example. The heat treatment time is not particularly limited, and may be, for example, one hour or more. If the heat treatment time is less than 1 hour, the residual water content in the composite hydroxide particles may not be sufficiently removed. The heat treatment time is preferably 5 hours or more and 15 hours or less. The equipment used for the heat treatment is not particularly limited as long as it can heat the composite hydroxide particles in an air stream, and for example, a blower dryer, an electric furnace that does not generate gas, or the like can be preferably used. ..

<2-3.焼成工程S30>
焼成工程S30では、ジルコニウム混合工程S20で得られた上記混合物を焼成して上記リチウムニッケルマンガン複合酸化物を得る。焼成工程S30は、酸化雰囲気中、750℃以上1000℃以下で行われる。
<2-3. Firing step S30>
In the firing step S30, the mixture obtained in the zirconium mixing step S20 is fired to obtain the lithium nickel-manganese composite oxide. The firing step S30 is performed at 750 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere.

リチウムジルコニウム混合物を焼成すると、複合水酸化物粒子、又は、後述するジルコニウム被覆複合水酸化物粒子にリチウム化合物中のリチウムが拡散するので、多結晶構造の粒子からなるリチウム金属複合酸化物が形成される。リチウム化合物は、焼成時の温度で溶融し、複合水酸化物粒子内に浸透してリチウム金属複合酸化物を形成する。この際、ジルコニウム化合物は溶融したリチウム化合物とともに二次粒子内部まで浸透する。また一次粒子においても結晶粒界などがあれば浸透する。浸透することで一次粒子内部における拡散が促進されジルコニウムが一次粒子内で均一に固溶する。本検討では、ジルコニウム量によっては、一次粒子内への固溶限界を越えることがあり、固溶限界を超えたジルコニウムは余剰のリチウム分と反応し、リチウムジルコニウム化合物を一次粒子表面や粒界、あるいは単体で形成する。 When the lithium zirconium mixture is fired, lithium in the lithium compound diffuses into the composite hydroxide particles or the zirconium-coated composite hydroxide particles described later, so that a lithium metal composite oxide composed of particles having a polycrystalline structure is formed. To. The lithium compound melts at the temperature at the time of firing and permeates into the composite hydroxide particles to form a lithium metal composite oxide. At this time, the zirconium compound penetrates into the secondary particles together with the molten lithium compound. In addition, even in the primary particles, if there are crystal grain boundaries, they permeate. By permeating, diffusion inside the primary particles is promoted and zirconium is uniformly dissolved in the primary particles. In this study, depending on the amount of zirconium, the solid solution limit in the primary particles may be exceeded, and the zirconium that exceeds the solid solution limit reacts with the excess lithium content, and the lithium zirconium compound is applied to the surface of the primary particles, grain boundaries, and grain boundaries. Alternatively, it is formed by itself.

焼成温度は、酸化雰囲気中750℃以上1000℃以下であり、好ましくは750℃以上950℃以下である。上記温度で焼成する場合、リチウム化合物の溶融が生じ、ジルコニウム化合物の浸透と拡散が促進される。また、リチウムジルコニウム混合物は、マンガンを含むことにより、焼成温度を高くすることができる。焼成温度を高くすることで、ジルコニウムの拡散が促進されるとともに、リチウムジルコニウム化合物の形成が促進される。さらに、リチウムニッケルマンガン複合酸化物の結晶性が高くなり、電池容量をより向上させることができる。 The firing temperature is 750 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, preferably 750 ° C. or higher and 950 ° C. or lower in the oxidizing atmosphere. When firing at the above temperature, the lithium compound melts and the permeation and diffusion of the zirconium compound are promoted. Further, the lithium zirconium mixture contains manganese, so that the firing temperature can be increased. By increasing the firing temperature, the diffusion of zirconium is promoted and the formation of the lithium zirconium compound is promoted. Further, the crystallinity of the lithium nickel-manganese composite oxide is increased, and the battery capacity can be further improved.

一方、焼成温度が750℃未満である場合、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子中へのリチウムおよびジルコニウムの拡散が十分に行われなくなり、余剰のリチウムや未反応の粒子が残ったり、結晶構造が十分整わなくなったりして、十分な電池特性が得られないという問題が生じる。また、Li席占有率が高くなり過ぎて、十分な熱安定性が得られないことがある。さらに、焼成温度が1000℃を超えると、形成されたリチウム遷移金属複合酸化物粒子間で激しく焼結が生じるとともに、異常粒成長を生じる可能性がある。異常粒成長が生じると、焼成後の粒子が粗大となってしまい粒子形態を保持できなくなるだけでなく、粗大粒子の比率が高くなって粒径のばらつき指数が1.20を超え、正極活物質を形成したときに、比表面積が低下して正極の抵抗が上昇して電池容量が低下するという問題が生じる。 On the other hand, when the firing temperature is less than 750 ° C., the diffusion of lithium and zirconium into the nickel-manganese composite hydroxide particles is not sufficiently performed, excess lithium and unreacted particles remain, and the crystal structure is sufficient. There is a problem that sufficient battery characteristics cannot be obtained due to improper alignment. In addition, the Li seat occupancy rate may become too high, and sufficient thermal stability may not be obtained. Further, when the firing temperature exceeds 1000 ° C., severe sintering occurs between the formed lithium transition metal composite oxide particles, and abnormal grain growth may occur. When abnormal grain growth occurs, not only the particles after firing become coarse and the particle morphology cannot be maintained, but also the ratio of coarse particles becomes high and the particle size variation index exceeds 1.20, and the positive electrode active material. When the particles are formed, there arises a problem that the specific surface area decreases, the resistance of the positive electrode increases, and the battery capacity decreases.

焼成時間は、少なくとも3時間以上とすることが好ましく、より好ましくは、6時間以上24時間以下である。焼成時間が3時間未満である場合、リチウム遷移金属複合酸化物の生成が十分に行われないことがある。また、焼成時の雰囲気は、酸化雰囲気とし、とくに、酸素濃度が3~100容量%の雰囲気とすることがより好ましい。すなわち、焼成は、空気ないしは酸素気流中で行うことが好ましい。これは、酸素濃度が3容量%未満であると、十分に酸化できず、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶性が十分でない状態になる可能性があるからである。とくに電池特性を考慮すると、酸素気流中で行うことが好ましい。また、焼成に用いられる炉は、特に限定されず、空気又は酸素気流中でリチウムジルコニウム混合物を焼成できるものであればよいが、ガス発生がない電気炉を用いることが好ましく、バッチ式又は連続式の炉のいずれも用いることができる。 The firing time is preferably at least 3 hours or more, more preferably 6 hours or more and 24 hours or less. If the calcination time is less than 3 hours, the lithium transition metal composite oxide may not be sufficiently produced. Further, it is more preferable that the atmosphere at the time of firing is an oxidizing atmosphere, and in particular, an atmosphere having an oxygen concentration of 3 to 100% by volume. That is, firing is preferably performed in an air or oxygen stream. This is because if the oxygen concentration is less than 3% by volume, it cannot be sufficiently oxidized, and the crystallinity of the lithium transition metal composite oxide may be insufficient. In particular, considering the battery characteristics, it is preferable to perform the operation in an oxygen stream. The furnace used for firing is not particularly limited as long as it can fire the lithium zirconium mixture in an air or oxygen stream, but it is preferable to use an electric furnace that does not generate gas, and a batch type or a continuous type is preferable. Any of the furnaces can be used.

焼成工程S30は、750℃以上1000℃以下の温度で焼成する前に、この焼成温度より低い温度で仮焼する工程をさらに含んでもよい。仮焼は、リチウムジルコニウム混合物中のリチウム化合物及び/又はジルコニウム化合物が溶融し、複合水酸化物粒子と反応し得る温度で行うことが好ましい。仮焼の温度は、例えば、350℃以上、かつ、焼成温度より低い温度とすることができる。また、仮焼の温度の下限は、好ましくは400℃以上である。上記の温度範囲でリチウムジルコニウム混合物を保持(仮焼)することにより、複合水酸化物粒子にリチウム化合物及び/又はジルコニウム化合物が浸透して、リチウムとジルコニウムの拡散が十分に行われ、均一なリチウム金属複合酸化物を得ることができる。例えば、水酸化リチウムを使用する場合、仮焼は、400℃以上550℃以下の温度で1時間以上10時間程度保持して行うことが好ましい。 The firing step S30 may further include a step of calcining at a temperature lower than this firing temperature before firing at a temperature of 750 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. The calcining is preferably performed at a temperature at which the lithium compound and / or the zirconium compound in the lithium zirconium mixture can be melted and reacted with the composite hydroxide particles. The calcining temperature can be, for example, 350 ° C. or higher and lower than the firing temperature. The lower limit of the calcining temperature is preferably 400 ° C. or higher. By holding (temporarily burning) the lithium-zirconium mixture in the above temperature range, the lithium compound and / or the zirconium compound permeates the composite hydroxide particles, and lithium and zirconium are sufficiently diffused to obtain uniform lithium. A metal composite oxide can be obtained. For example, when lithium hydroxide is used, it is preferable to carry out the calcining at a temperature of 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower for about 1 hour or more and 10 hours or less.

焼成によって得られたリチウム遷移金属複合酸化物は、粒子間の焼結は抑制されているが、弱い焼結や凝集により粗大な粒子を形成していることがある。このような場合には、解砕により上記焼結や凝集を解消して粒度分布を調整することができる。 The lithium transition metal composite oxide obtained by firing suppresses sintering between particles, but may form coarse particles due to weak sintering or aggregation. In such a case, the particle size distribution can be adjusted by eliminating the sintering and aggregation by crushing.

以上のように、焼成工程S30で得られた上記リチウムニッケルマンガン複合酸化物は、各元素の物質量比(モル比)が、Li:Ni:Mn:M:Zr=d:(1-a-b-c):a:b:c[式中、aは0.05≦a≦0.60、bは0≦b≦0.60、cは0.0003≦c≦0.06、dは0.95≦d≦1.20、(1-a-b-c)は0.30≦(1-a-b-c)≦0.95を満たし、Mは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素]で表され、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成され、ジルコニウムの少なくとも一部が、前記一次粒子に固溶していることを特徴とする。また、上記リチウムニッケルマンガン複合酸化物は、一般式(3):LiNi1-a-b-cMnZr2+α(前記式(3)中、Mは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素であり、0.05≦a≦0.60、0≦b≦0.60、0.0003≦c≦0.06、0.95≦d≦1.20、0.30≦(1-a-b-c)≦0.95、-0.5≦α≦0.5である。)でも表される。As described above, the lithium nickel-manganese composite oxide obtained in the firing step S30 has a substance amount ratio (molar ratio) of each element of Li: Ni: Mn: M: Zr = d: (1-a-). bc): a: b: c [In the formula, a is 0.05 ≦ a ≦ 0.60, b is 0 ≦ b ≦ 0.60, c is 0.0003 ≦ c ≦ 0.06, and d is. 0.95 ≦ d ≦ 1.20, (1-a-bc) satisfies 0.30 ≦ (1-a-bc) ≦ 0.95, and M is Co, W, Mo, V. , Mg, Ca, Al, Ti, Cr, Nb and at least one element selected from Ta], which is composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, and at least a part of zirconium is described above. It is characterized by being solidly dissolved in primary particles. Further, the lithium nickel-manganese composite oxide has a general formula (3): Lid Ni 1-ab-c Mn a M b Zr c O 2 + α (in the above formula (3), M is Co, W, It is at least one element selected from Mo, V, Mg, Ca, Al, Ti, Cr, Nb and Ta, and is 0.05 ≦ a ≦ 0.60, 0 ≦ b ≦ 0.60, 0.0003. ≤c ≤ 0.06, 0.95 ≤ d ≤ 1.20, 0.30 ≤ (1-a-bc) ≤ 0.95, -0.5 ≤ α ≤ 0.5) expressed.

また、焼成工程S30によって得られたリチウムニッケルマンガン遷移金属複合酸化物は、粒子間の焼結は抑制されているが、弱い焼結や凝集により粗大な粒子を形成していることがある。このような場合には、解砕により上記焼結や凝集を解消して粒度分布を調整することができる。 Further, in the lithium nickel-manganese transition metal composite oxide obtained in the firing step S30, sintering between particles is suppressed, but coarse particles may be formed by weak sintering or aggregation. In such a case, the particle size distribution can be adjusted by eliminating the sintering and aggregation by crushing.

本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法によれば、タップ密度の低下を抑え、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極活物質を提供することができる。また、本発明は、このような正極活物質を、工業規模の生産において容易に製造することが可能であり、工業的価値は極めて大きいものといえる。 According to the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, a decrease in tap density is suppressed, and high thermal stability and excellent battery characteristics are achieved at a high level. It is possible to provide a positive electrode active material from which an aqueous electrolyte secondary battery can be obtained. Further, according to the present invention, such a positive electrode active material can be easily produced in industrial scale production, and it can be said that the industrial value is extremely large.

<3.非水系電解質二次電池>
本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池(以下、「二次電池」ともいう。)は、前述の正極活物質を正極に用いる。以下、本発明の一実施形態に係る二次電池について、構成要素ごとにそれぞれ説明する。本発明の一実施形態に係る二次電池は、正極、負極及び非水電解液を含み、一般のリチウムイオン二次電池と同様の構成要素から構成される。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、非水系電解質二次電池は、下記実施形態をはじめとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、二次電池は、その用途を特に限定するものではない。
<3. Non-aqueous electrolyte secondary battery >
The non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, also referred to as “secondary battery”) according to the embodiment of the present invention uses the above-mentioned positive electrode active material as the positive electrode. Hereinafter, the secondary battery according to the embodiment of the present invention will be described for each component. The secondary battery according to the embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolytic solution, and is composed of the same components as a general lithium ion secondary battery. It should be noted that the embodiments described below are merely examples, and the non-aqueous electrolyte secondary battery may be implemented in a form in which various changes and improvements have been made based on the knowledge of those skilled in the art, including the following embodiments. can. Further, the secondary battery is not particularly limited in its use.

<3-1.正極>
上述した、本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質を用いて、二次電池の正極を作製する。以下に正極の製造方法の一例を説明する。まず、上記の正極活物質(粉末状)、導電材および結着剤(バインダー)を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整などの目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製する。
<3-1. Positive electrode>
The positive electrode of the secondary battery is manufactured by using the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the embodiment of the present invention described above. An example of a method for manufacturing a positive electrode will be described below. First, the above-mentioned positive electrode active material (powder), conductive material and binder (binder) are mixed, and if necessary, activated carbon or a solvent of interest such as viscosity adjustment is added, and the mixture is kneaded to form a positive electrode. Make a mixture paste.

正極合材中のそれぞれの材料の混合比は、リチウム二次電池の性能を決定する要素となるため、用途に応じて、調整することができる。材料の混合比は、公知のリチウム二次電池の正極と同様とすることができ、例えば、溶剤を除いた正極合材の固形分の全質量を100質量%とした場合、正極活物質を60~95質量%、導電材を1~20質量%、結着剤を1~20質量%含有することができる。 Since the mixing ratio of each material in the positive electrode mixture is a factor that determines the performance of the lithium secondary battery, it can be adjusted according to the application. The mixing ratio of the materials can be the same as that of the positive electrode of a known lithium secondary battery. For example, when the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100% by mass, the positive electrode active material is 60. It can contain up to 95% by mass, a conductive material in an amount of 1 to 20% by mass, and a binder in an amount of 1 to 20% by mass.

得られた正極合材ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して溶剤を飛散させ、シート状の正極が作製される。必要に応じ、電極密度を高めるべくロールプレス等により加圧することもある。このようにして得られたシート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等し、電池の作製に供することができる。ただし、正極の作製方法は、前記例示のものに限られることなく、他の方法に依ってもよい。 The obtained positive electrode mixture paste is applied to, for example, the surface of a current collector made of aluminum foil and dried to disperse the solvent to produce a sheet-shaped positive electrode. If necessary, pressurization may be performed by a roll press or the like in order to increase the electrode density. The sheet-shaped positive electrode thus obtained can be cut into an appropriate size according to the target battery and used for manufacturing the battery. However, the method for producing the positive electrode is not limited to the above-exemplified one, and other methods may be used.

導電材としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛および膨張黒鉛など)や、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料などを用いることができる。 As the conductive material, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), carbon black materials such as acetylene black and Ketjen black, and the like can be used.

結着剤(バインダー)としては、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂およびポリアクリル酸などを用いることができる。 The binder (binder) plays a role of binding the active material particles, and is, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose-based. Resins, polyacrylic acid and the like can be used.

必要に応じ、正極活物質、導電材および活性炭を分散させて、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加する。溶剤としては、具体的には、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することができる。 If necessary, the positive electrode active material, the conductive material and the activated carbon are dispersed, and a solvent for dissolving the binder is added to the positive electrode mixture. Specifically, as the solvent, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used. In addition, activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

<3-2.負極>
負極は、金属リチウム、リチウム合金等を用いることができる。また、負極は、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを用いてもよい。
<3-2. Negative electrode>
As the negative electrode, metallic lithium, a lithium alloy, or the like can be used. For the negative electrode, a negative electrode mixture made into a paste by mixing a binder with a negative electrode active material capable of occluding and desorbing lithium ions and adding an appropriate solvent is applied to the surface of a metal foil current collector such as copper. It may be coated, dried, and if necessary, compressed to increase the electrode density.

負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛およびフェノール樹脂などの有機化合物焼成体、およびコークスなどの炭素物質の粉状体を用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、これらの活物質および結着剤を分散させる溶剤としては、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, a calcined body of an organic compound such as natural graphite, artificial graphite and a phenol resin, and a powdery body of a carbon substance such as coke can be used. In this case, as the negative electrode binder, a fluororesin such as PVDF can be used as in the positive electrode, and the solvent for dispersing these active substances and the binder is an organic substance such as N-methyl-2-pyrrolidone. A solvent can be used.

<3-3.セパレータ>
正極と負極との間には、セパレータを挟み込んで配置する。セパレータは、正極と負極とを分離し、電解質を保持するものであり、公知のものを用いることができ、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。
<3-3. Separator>
A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, a positive electrode and a negative electrode are separated to retain an electrolyte, and a known one can be used. For example, a thin film such as polyethylene or polypropylene, which has a large number of fine pores, may be used. can.

<3-4.非水系電解液>
非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。また、非水系電解液として、イオン液体にリチウム塩が溶解したものを用いてもよい。なお、イオン液体とは、リチウムイオン以外のカチオンおよびアニオンから構成され、常温でも液体状を示す塩をいう。有機溶媒としては、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およびトリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートおよびジプロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート、さらに、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランおよびジメトキシエタンなどのエーテル化合物、エチルメチルスルホンやブタンスルトンなどの硫黄化合物、リン酸トリエチルやリン酸トリオクチルなどのリン化合物などから選ばれる1種を単独、又は2種以上を混合して用いることができる。
<3-4. Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte solution is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent. Further, as the non-aqueous electrolyte solution, one in which a lithium salt is dissolved in an ionic liquid may be used. The ionic liquid is a salt composed of cations and anions other than lithium ions and showing a liquid state even at room temperature. Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and trifluoropropylene carbonate, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and dipropyl carbonate, and tetrahydrofuran and 2-. Use one selected from ether compounds such as methyl tetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethyl sulfone and butane sulton, and phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, alone or in combination of two or more. Can be done.

支持塩としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiN(CFSO、およびそれらの複合塩などを用いることができる。さらに、非水系電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤および難燃剤などを含んでいてもよい。As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and a composite salt thereof can be used. Further, the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant and the like.

なお、非水系電解液に代わり固体電解質を用いて二次電池を構成することも可能である。固体電解質は高電位でも分解しないので、非水系電解液で見られるような充電時の電解液の分解によるガス発生や熱暴走が無いため、高い熱安定性を有している。そのため、本発明による正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池に用いた場合、より熱安定性の高い二次電池を得ることができる。上記固体電解質としては、無機固体電解質、有機固体電解質が挙げられる。 It is also possible to construct a secondary battery by using a solid electrolyte instead of the non-aqueous electrolyte solution. Since the solid electrolyte does not decompose even at a high potential, it has high thermal stability because there is no gas generation or thermal runaway due to decomposition of the electrolyte during charging as seen in non-aqueous electrolytes. Therefore, when used in a lithium ion secondary battery using the positive electrode active material according to the present invention, a secondary battery with higher thermal stability can be obtained. Examples of the solid electrolyte include an inorganic solid electrolyte and an organic solid electrolyte.

無機固体電解質として、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質等が用いられる。 As the inorganic solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte, or the like is used.

酸化物系固体電解質としては、特に限定されず、酸素(O)を含有し、かつ、リチウムイオン電導性と電子絶縁性とを有するものであれば用いることができる。酸化物系固体電解質としては、例えば、リン酸リチウム(LiPO)、LiPO、LiBO、LiNbO、LiTaO、LiSiO、LiSiO-LiPO、LiSiO-LiVO、LiO-B-P、LiO-SiO、LiO-B-ZnO、Li1+XAlTi2-X(PO(0≦X≦1)、Li1+XAlGe2-X(PO(0≦X≦1)、LiTi(PO、Li3XLa2/3-XTiO(0≦X≦2/3)、LiLaTa12、LiLaZr12、LiBaLaTa12、Li3.6Si0.60.4等が挙げられる。The oxide-based solid electrolyte is not particularly limited as long as it contains oxygen (O) and has lithium ion conductivity and electron insulation. Examples of the oxide-based solid electrolyte include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), Li 3 PO 4 N X , LiBO 2 N X , LiNbO 3 , LiTaO 3 , Li 2 SiO 3 , and Li 4 SiO 4 -Li 3 . PO 4 , Li 4 SiO 4 -Li 3 VO 4 , Li 2 O-B 2 O 3 -P 2 O 5 , Li 2 O-SiO 2 , Li 2 O-B 2 O 3 -ZnO, Li 1 + X Al X Ti 2-X (PO 4 ) 3 (0 ≤ X ≤ 1), Li 1 + X Al X Ge 2-X (PO 4 ) 3 (0 ≤ X ≤ 1), LiTi 2 (PO 4 ) 3 , Li 3X La 2 / 3-X TiO 3 (0 ≤ X ≤ 2/3), Li 5 La 3 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 and the like can be mentioned.

硫化物系固体電解質としては、特に限定されず、硫黄(S)を含有し、かつ、リチウムイオン電導性と電子絶縁性とを有するものであれば用いることができる。硫化物系固体電解質としては、例えば、LiS-P、LiS-SiS、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiS-B、LiPO-LiS-SiS、LiPO-LiS-SiS、LiPO-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P等が挙げられる。The sulfide-based solid electrolyte is not particularly limited, and any sulfide-based solid electrolyte that contains sulfur (S) and has lithium ion conductivity and electron insulation can be used. Examples of the sulfide-based solid electrolyte include Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 2 . SB 2 S 3 , Li 3 PO 4 -Li 2 S-Si 2 S, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , LiPO 4 -Li 2 S-SiS, LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 and the like can be mentioned.

なお、無機固体電解質としては、上記以外のものを用いてよく、例えば、LiN、LiI、LiN-LiI-LiOH等を用いてもよい。As the inorganic solid electrolyte, an electrolyte other than the above may be used, and for example, Li 3N, LiI, Li 3N - LiI - LiOH or the like may be used.

有機固体電解質としては、イオン電導性を示す高分子化合物であれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの共重合体などを用いることができる。また、有機固体電解質は、支持塩(リチウム塩)を含んでいてもよい。なお、固体電解質を用いる場合は、電解質と正極活物質の接触を確保するため、正極材中にも固体電解質を混合させてもよい。 The organic solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a polymer compound exhibiting ionic conductivity, and for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, copolymers thereof and the like can be used. Further, the organic solid electrolyte may contain a supporting salt (lithium salt). When a solid electrolyte is used, the solid electrolyte may be mixed in the positive electrode material in order to ensure contact between the electrolyte and the positive electrode active material.

<3-5.二次電池の形状、構成>
以上のように説明してきた正極、負極、セパレータおよび非水系電解液で構成される本発明の非水系電解質二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、得られた電極体に、非水系電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉して、非水系電解質二次電池を完成させる。
<3-5. Shape and configuration of secondary battery>
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention composed of the positive electrode, the negative electrode, the separator and the non-aqueous electrolyte solution described above can have various shapes such as a cylindrical shape and a laminated type. Regardless of which shape is adopted, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolytic solution and communicates with the positive electrode current collector and the outside. Connect between the positive electrode terminal and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal leading to the outside using a current collecting lead or the like, and seal the battery case to complete a non-aqueous electrolyte secondary battery. ..

本発明の一実施形態に係る二次電池は、タップ密度の低下を抑え、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立できる。また、上記の二次電池に用いられる正極活物質は、上述した工業的な製造方法で得ることができる。本発明の一実施形態に係る二次電池は、常に高容量を要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末など)の電源に好適である。また、本発明の一実施形態に係る二次電池は、従来のリチウムコバルト系酸化物あるいはリチウムニッケル系酸化物の正極活物質を用いた電池との比較においても、容量及び電子伝導性のみならず、耐久性及び過充電時の熱安定性に優れている。そのため、小型化、高容量化が可能であることから、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源として好適である。なお、本発明の一実施形態に係る二次電池は、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車用の電源のみならず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃焼機関と併用するいわゆるハイブリッド車用の電源としても用いることができる。 The secondary battery according to the embodiment of the present invention can suppress a decrease in tap density and can achieve both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level. Further, the positive electrode active material used in the above-mentioned secondary battery can be obtained by the above-mentioned industrial manufacturing method. The secondary battery according to the embodiment of the present invention is suitable for a power source of a small portable electronic device (such as a notebook personal computer or a mobile phone terminal) that always requires a high capacity. Further, the secondary battery according to the embodiment of the present invention has not only capacity and electron conductivity but also a comparison with a conventional battery using a positive electrode active material of a lithium cobalt-based oxide or a lithium nickel-based oxide. It has excellent durability and thermal stability during overcharging. Therefore, since it is possible to reduce the size and increase the capacity, it is suitable as a power source for electric vehicles whose mounting space is limited. The secondary battery according to the embodiment of the present invention is used not only as a power source for an electric vehicle driven by purely electric energy but also as a power source for a so-called hybrid vehicle used in combination with a combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine. Can also be used.

次に、本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池及び非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法について、実施例により詳しく説明する。なお、実施例及び比較例における正極活物質に含有される金属の分析方法及び正極活物質の各種評価方法は、以下の通りである。 Next, a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to Examples. .. The methods for analyzing the metal contained in the positive electrode active material and various evaluation methods for the positive electrode active material in Examples and Comparative Examples are as follows.

(A)組成の分析:ICP発光分析法で測定した。
(B)平均粒径Mv、およびばらつき指数〔(D90-D10)/平均体積粒径〕:
レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)により行なった。
(C)結晶構造とリチウムジルコニウム化合物の定性評価、およびLi席占有率の評価:XRD回折装置(パナリティカル社製、X‘Pert PRO)。Cu-Kα線を用いたXRD回折パターンのリートベルト解析から、3aサイトのLi席占有率を求めた。
(D)ジルコニウム濃度:正極活物質をS-TEMによる一次粒子の断面分析が可能となるように加工した。正極活物質に含まれる複数の二次粒子から任意に30個の一次粒子を選択し、それぞれの一次粒子断面において、任意の箇所5点の組成をS-TEMのEDXにより分析した。各一次粒子において、ジルコニウム濃度比(最小ジルコニウム濃度/平均ジルコニウム濃度)を算出し、得られた30個の一次粒子のジルコニウム濃度比の平均値を、正極活物質のジルコニウム濃度比とした。
(E)初期充電容量及び初期放電容量:
初期充電容量及び初期放電容量は、図5に示すコイン型電池1を作製してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cmとしてカットオフ電圧4.3Vまで充電して初期充電容量とし、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。放電容量の測定には,マルチチャンネル電圧/電流発生器(株式会社アドバンテスト製、R6741A)を用いた。
(F)反応抵抗:
反応抵抗は、測定温度に温度調節したコイン型電池1を充電電位4.1Vで充電して、交流インピーダンス法により抵抗値を測定した。測定には、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット(ソーラトロン製、1255B)を使用して、図6に示すナイキストプロットを作成し、図7に示した等価回路を用いてフィッティング計算して、正極抵抗(反応抵抗)の値を算出した。
(G)熱安定性評価
正極の熱安定性評価は、正極活物質を過充電状態とし、加熱することで放出される酸素量の定量により行った。(E)と同様にコイン型電池を作製し、カットオフ電圧4.5Vまで0.2CレートでCCCV充電(定電流―定電圧充電)した。その後、コイン電池を解体し、短絡しないよう慎重に正極のみ取り出して、DMC(ジメチルカーボネート)で洗浄し、乾燥した。乾燥後の正極をおよそ2mg量りとり、ガスクロマトグラフ質量分析計(GCMS、島津製作所、QP-2010plus)を用いて、昇温速度10℃/minで室温から450℃まで昇温した。キャリアガスにはヘリウムを用いた。加熱時に発生した酸素(m/z=32)の発生挙動を測定し、得られた最大酸素発生ピーク高さとピーク面積から酸素発生量の半定量を行い、これらを熱安定性の評価指標とした。なお、酸素発生量の半定量値は、純酸素ガスを標準試料としてGCMSに注入し、その測定結果から得た検量線を外挿して算出した。
(A) Composition analysis: Measured by ICP emission spectrometry.
(B) Average particle size Mv and variation index [(D90-D10) / average volume particle size]:
This was performed by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (Microtrac HRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).
(C) Qualitative evaluation of crystal structure and lithium zirconium compound, and evaluation of Li seat occupancy: XRD diffractometer (X'Pert PRO manufactured by PANalytical Co., Ltd.). The Rietveld analysis of the XRD diffraction pattern using Cu-Kα rays was used to determine the Li seat occupancy of the 3a site.
(D) Zirconium concentration: The positive electrode active material was processed so that the cross-sectional analysis of the primary particles by S-TEM was possible. Arbitrarily 30 primary particles were selected from a plurality of secondary particles contained in the positive electrode active material, and the composition of 5 points at arbitrary points on each primary particle cross section was analyzed by S-TEM EDX. The zirconium concentration ratio (minimum zirconium concentration / average zirconium concentration) was calculated for each primary particle, and the average value of the zirconium concentration ratios of the obtained 30 primary particles was taken as the zirconium concentration ratio of the positive electrode active material.
(E) Initial charge capacity and initial discharge capacity:
The initial charge capacity and initial discharge capacity are set to 0.1 mA with respect to the positive electrode after the coin-type battery 1 shown in FIG. 5 is manufactured and left to stand for about 24 hours to stabilize the open circuit voltage OCV (open circuit voltage). The initial charge capacity was defined as the initial charge capacity when the battery was charged to a cutoff voltage of 4.3 V at / cm2 , and the capacity when the battery was discharged to a cutoff voltage of 3.0 V after 1 hour of rest was defined as the initial discharge capacity. A multi-channel voltage / current generator (R6741A, manufactured by Advantest Co., Ltd.) was used to measure the discharge capacity.
(F) Reaction resistance:
For the reaction resistance, the coin-type battery 1 whose temperature was adjusted to the measured temperature was charged with a charging potential of 4.1 V, and the resistance value was measured by the AC impedance method. For the measurement, a frequency response analyzer and a potential galvanostat (Solartron, 1255B) were used to create the Nyquist plot shown in FIG. 6, and the fitting calculation was performed using the equivalent circuit shown in FIG. The value of reaction resistance) was calculated.
(G) Thermal stability evaluation The thermal stability evaluation of the positive electrode was performed by quantifying the amount of oxygen released by heating the positive electrode active material in an overcharged state. A coin-type battery was produced in the same manner as in (E), and CCCV charging (constant current-constant voltage charging) was performed at a cutoff voltage of 4.5 V at a rate of 0.2 C. Then, the coin battery was disassembled, only the positive electrode was carefully taken out so as not to cause a short circuit, washed with DMC (dimethyl carbonate), and dried. Approximately 2 mg of the dried positive electrode was weighed, and the temperature was raised from room temperature to 450 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min using a gas chromatograph mass spectrometer (GCMS, Shimadzu Corporation, QP-2010plus). Helium was used as the carrier gas. The generation behavior of oxygen (m / z = 32) generated during heating was measured, and the amount of oxygen generated was semi-quantified from the obtained maximum oxygen generation peak height and peak area, and these were used as evaluation indexes for thermal stability. .. The semi-quantitative value of oxygen evolution was calculated by injecting pure oxygen gas into GCMS as a standard sample and extrapolating the calibration curve obtained from the measurement results.

(実施例1)
<晶析工程>
反応槽(60L)に純水を所定量入れ、攪拌しながら槽内温度を49℃に設定した。このとき反応槽内に、反応槽液中の溶存酸素濃度が0.8mg/LとなるようにNガスを流した。この反応槽内にニッケル:コバルト:マンガンのモル比が80:10:10となるように、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガンの2.0Mの混合水溶液と、アルカリ溶液である25質量%水酸化ナトリウム溶液、錯化剤として25質量%アンモニア水を反応槽に同時に連続的に添加した。
(Example 1)
<Crystalization process>
A predetermined amount of pure water was put into the reaction tank (60 L), and the temperature inside the tank was set to 49 ° C. with stirring. At this time, N2 gas was flowed into the reaction vessel so that the dissolved oxygen concentration in the reaction vessel liquid was 0.8 mg / L. In this reaction vessel, a mixed aqueous solution of nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate of 2.0 M and an alkaline solution of 25% by mass hydroxylation so that the molar ratio of nickel: cobalt: manganese is 80:10:10. A sodium solution and 25% by mass aqueous ammonia as a complexing agent were continuously added to the reaction vessel at the same time.

このとき混合水溶液の滞留時間は8時間となるように流量を制御し、反応槽内のpHを12.0~12.6に、アンモニア濃度を10~14g/Lに調整した。反応槽が安定した後、オーバーフロー口からニッケルコバルトマンガン複合水酸化物を含むスラリーを回収した後、濾過を行いニッケルコバルトマンガン複合水酸化物のケーキを得た(晶析工程)。濾過を行ったデンバー内にあるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物140gに対して1Lの純水を通液することで、不純物の洗浄を行った。濾過後の粉を乾燥し、Ni0.80Co0.10Mn0.10(OH)2+α(0≦α≦0.4)で表されるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を得た。得られた複合水酸化物の平均粒径Mvは、12.6μmであった。At this time, the flow rate was controlled so that the residence time of the mixed aqueous solution was 8 hours, the pH in the reaction vessel was adjusted to 12.0 to 12.6, and the ammonia concentration was adjusted to 10 to 14 g / L. After the reaction vessel became stable, the slurry containing the nickel-cobalt-manganese composite hydroxide was recovered from the overflow port and then filtered to obtain a nickel-cobalt-manganese composite hydroxide cake (crystallization step). Impurities were washed by passing 1 L of pure water through 140 g of the nickel-cobalt-manganese composite hydroxide in the filtered Denver. The powder after filtration was dried to obtain nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles represented by Ni 0.80 Co 0.10 Mn 0.10 (OH) 2 + α (0 ≦ α ≦ 0.4). The average particle size Mv of the obtained composite hydroxide was 12.6 μm.

<ジルコニウム混合工程>
得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子と、水酸化リチウムと、平均粒径が1.0μmの酸化ジルコニウム(ZrO)とを、ニッケル:コバルト:マンガン:ジルコニウムのモル比が79.4:10.0:9.8:0.8になるように、かつ、リチウム量(Li)とニッケル、コバルト、マンガン及びジルコニウムの合計メタル量(Me)との原子比(以下、Li/Meと表す)が1.01になるように、秤量した後、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、リチウム混合物を得た。
<Zirconium mixing process>
The obtained nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles, lithium hydroxide, and zirconium oxide (ZrO 2 ) having an average particle size of 1.0 μm were used, and the molar ratio of nickel: cobalt: manganese: zirconium was 79.4 :. Atomic ratio of lithium amount (Li) to total metal amount (Me) of nickel, cobalt, manganese and zirconium (hereinafter referred to as Li / Me) so as to be 10.0: 9.8: 0.8. ) Was 1.01, and then sufficiently mixed using a shaker mixer device (TURBULA TypeT2C manufactured by Willy et Bacoffen (WAB)) to obtain a lithium mixture.

<焼成工程>
得られたリチウム混合物を空気(酸素:21容量%)気流中にて800℃で10時間保持して焼成し、その後、解砕してリチウムニッケルコバルトマンガンジルコニウム複合酸化物からなる正極活物質を得た。
<Baking process>
The obtained lithium mixture was held in an air (oxygen: 21% by volume) air stream at 800 ° C. for 10 hours and fired, and then crushed to obtain a positive electrode active material composed of a lithium nickel cobalt manganese zirconium composite oxide. rice field.

得られた正極活物質の体積平均粒径Mv、ばらつき指数およびタップ密度を表1に示す。XRD測定の結果、異相は特に確認できなかった。また、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の格子定数a、cの増加が認められた。XRD回折パターンのリートベルト解析から、Li席占有率の減少が確認できた。さらに、STEM-EDX分析の結果から、ジルコニウムが結晶構造中に均一に固溶していることが確認された。これらの結果を表1に示す。 Table 1 shows the volume average particle size Mv, the variation index and the tap density of the obtained positive electrode active material. As a result of XRD measurement, no particular phase was confirmed. In addition, an increase in the lattice constants a and c of the lithium nickel-cobalt-manganese composite oxide was observed. From the Rietveld analysis of the XRD diffraction pattern, it was confirmed that the Li seat occupancy rate decreased. Furthermore, from the results of STEM-EDX analysis, it was confirmed that zirconium was uniformly dissolved in the crystal structure. These results are shown in Table 1.

(電気化学特性評価)
得られた正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、およびポリテトラフッ化エチレン樹脂(PTFE)7.5mgを混合し、100MPaの圧力で直径11mm、厚さ100μmにプレス成形し、図5に示す正極(評価用電極)2を作製した。作製した正極2を真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した後、この正極2を用いて2032型コイン電池1を、露点が-80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。
(Evaluation of electrochemical characteristics)
The obtained positive electrode active material (52.5 mg), acetylene black (15 mg), and polytetrafluoroethylene resin (PTFE) (7.5 mg) were mixed and press-molded to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm at a pressure of 100 MPa. Evaluation electrode) 2 was produced. The prepared positive electrode 2 was dried in a vacuum dryer at 120 ° C. for 12 hours, and then the 2032 type coin battery 1 was manufactured using the positive electrode 2 in a glove box having an Ar atmosphere in which the dew point was controlled to −80 ° C.

負極3には、直径17mm厚さ1mmのリチウム(Li)金属を用い、電解液には、1MのLiClOを支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。セパレータ4には膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。また、コイン電池は、ガスケット5とウェーブワッシャー6を有し、正極缶7と負極缶8とでコイン型の電池に組み立てた。得られた正極活物質の初期充放電容量および正極抵抗値の測定結果を表2に示す。A lithium (Li) metal having a diameter of 17 mm and a thickness of 1 mm is used for the negative electrode 3, and an equal amount mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1M LiClO 4 as a supporting electrolyte (DEC) is used as the electrolytic solution. Tomiyama Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. A polyethylene porous membrane having a film thickness of 25 μm was used for the separator 4. Further, the coin battery has a gasket 5 and a wave washer 6, and the positive electrode can 7 and the negative electrode can 8 are assembled into a coin-shaped battery. Table 2 shows the measurement results of the initial charge / discharge capacity and the positive electrode resistance value of the obtained positive electrode active material.

(熱安定性評価)
上述の正極活物質の評価方法(G)に記載の手順で、熱安定性評価を行った。得られた最大酸素発生ピーク強度とピーク面積から酸素発生量の半定量値を求めた。これらの結果を表2に示す。
(Evaluation of thermal stability)
The thermal stability was evaluated by the procedure described in the above-mentioned evaluation method (G) for the positive electrode active material. A semi-quantitative value of oxygen evolution was obtained from the obtained maximum oxygen evolution peak intensity and peak area. These results are shown in Table 2.

上記で得られた電池の電気化学特性評価及び熱安定性評価の判断方法は、下記の三段階評価(1,2,3)で判定した。
(I)電池特性判定
初期充電容量(mAh/g)
3:195.0より大きい、2:170.0~195.0、1:170.0未満
(三段階評価の数字が大きいほど、高性能を示す。以下同様。)
初期放電容量(mAh/g)
3:160.0より大きい、2:150.0~160.0、1:150.0未満
反応抵抗(Ω)
3:3.0未満、2:3.0~4.0、1:4.0より大きい
(II)熱安定性判定
酸素発生量(wt%)
3:3.5未満、2:3.5~5.5、1:5.5より大きい
(III)総合判定
そして、各評価の合計を数値化し、当該数値が12を◎、11を○、8~10を△、7以下を×として判定した。その結果を表3に示す。
The judgment method of the electrochemical property evaluation and the thermal stability evaluation of the battery obtained above was judged by the following three-step evaluation (1, 2, 3).
(I) Battery characteristic determination initial charge capacity (mAh / g)
Greater than 3: 195.0, 2: 170.0 to 195.0, less than 1: 170.0 (The larger the number on the three-point scale, the higher the performance. The same shall apply hereinafter).
Initial discharge capacity (mAh / g)
Greater than 3: 160.0, 2: 150.0 to 160.0, less than 1: 150.0 Reaction resistance (Ω)
Less than 3: 3.0, 2: 3.0 to 4.0, greater than 1: 4.0 (II) Thermal stability determination Oxygen evolution (wt%)
Less than 3: 3.5, 2: 3.5 to 5.5, greater than 1: 5.5 (III) Comprehensive judgment Then, the total of each evaluation is quantified, and the numerical value is 12 for ◎, 11 for ○, 8 to 10 were determined as Δ, and 7 or less was determined as x. The results are shown in Table 3.

(実施例2)
リチウム混合工程で、得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子と、水酸化リチウム、平均粒径が1.0μmの酸化ジルコニウム(ZrO)をニッケル:コバルト:マンガン:ジルコニウムのモル比が78.0:9.8:9.6:2.6になるように秤量したこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。またXRD測定の結果、LiZr帰属されるピークが確認された。評価結果を表1~3に示す。
(Example 2)
The nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles obtained in the lithium mixing step, lithium hydroxide, and zirconium oxide (ZrO 2 ) having an average particle size of 1.0 μm are mixed with a nickel: cobalt: manganese: zirconium molar ratio of 78. A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the particles were weighed so as to be 0: 9.8: 9.6: 2.6. As a result of XRD measurement, a peak attributed to Li 6 Zr 2 O 7 was confirmed. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.

(実施例3)
<晶析工程>
実施例1の晶析工程と同様にして、Ni0.80Co0.10Mn0.10(OH)2+α(0≦α≦0.4)で表されるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を得た。
(Example 3)
<Crystalization process>
Nickel cobalt manganese composite hydroxide particles represented by Ni 0.80 Co 0.10 Mn 0.10 (OH) 2 + α (0 ≦ α ≦ 0.4) are obtained in the same manner as in the crystallization step of Example 1. Obtained.

<ジルコニウム混合工程におけるジルコニウム被覆工程>
次いで、硫酸ジルコニウム(Zr(SO・nHO)粉末を水溶液中にジルコニウム濃度で100g/Lとなるように調整し、溶解温度を50℃で一定に保持し、2時間攪拌して溶解した後、残渣を濾別してジルコニウム塩溶液を作製した。上記ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物を純水と混合したスラリーにジルコニウム塩溶液と25質量%水酸化ナトリウム水溶液を、液温25℃で保持しながらpHが11.0となるように同時に滴下し、ジルコニウム化合物で被覆されたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物を得た。なお、狙いのジルコニウム添加量は0.8(モル比)とした。
<Zirconium coating process in the zirconium mixing process>
Next, zirconium sulfate (Zr (SO 4 ) 2.nH 2 O ) powder was adjusted to a zirconium concentration of 100 g / L in an aqueous solution, the dissolution temperature was kept constant at 50 ° C., and the mixture was stirred for 2 hours. After dissolution, the residue was filtered off to prepare a zirconium salt solution. A zirconium salt solution and a 25 mass% sodium hydroxide aqueous solution were simultaneously added dropwise to a slurry obtained by mixing the nickel-cobalt-manganese composite hydroxide with pure water so that the pH became 11.0 while maintaining the liquid temperature at 25 ° C. A nickel-cobalt-manganese composite hydroxide coated with a zirconium compound was obtained. The target amount of zirconium added was 0.8 (molar ratio).

<ジルコニウム混合工程におけるリチウム混合工程、焼成工程>
得られたジルコニウム被覆ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子と、水酸化リチウムをリチウムとニッケル、コバルト、マンガン、ジルコニウムの合計メタル量との原子比(以下、Li/Meと表す)が1.01になるように秤量した後、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、リチウム混合物を得た。焼成工程以降は実施例1と同様とし、正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1~3に示す。
<Lithium mixing process and firing process in zirconium mixing process>
The atomic ratio (hereinafter referred to as Li / Me) of the obtained zirconium-coated nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles and the total amount of metal of lithium hydroxide and nickel, cobalt, manganese, and zirconium is 1.01. After weighing, the mixture was sufficiently mixed using a shaker mixer device (TURBULA Type T2C manufactured by Willy et Bacoffen (WAB)) to obtain a lithium mixture. The firing step and subsequent steps were the same as in Example 1, and the positive electrode active material was obtained and evaluated. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.

(実施例4)
実施例1の晶析工程と同様にしてNi0.80Co0.10Mn0.10(OH)2+α(0≦α≦0.4)で表されるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を得た後、ジルコニウム被覆工程で、狙いのジルコニウム添加量を2.6(モル比)としたこと以外は、実施例3と同様に正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1~3に示す。
(Example 4)
Nickel cobalt manganese composite hydroxide particles represented by Ni 0.80 Co 0.10 Mn 0.10 (OH) 2 + α (0 ≦ α ≦ 0.4) are obtained in the same manner as in the crystallization step of Example 1. After that, in the zirconium coating step, a positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 3 except that the target amount of zirconium added was 2.6 (molar ratio). The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.

(実施例5)
リチウム混合工程で、得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子と、水酸化リチウム、平均粒径が1.0μmの酸化ジルコニウム(ZrO)をニッケル:コバルト:マンガン:ジルコニウムのモル比が76.6:9.7:9.5:4.2になるように秤量したこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1~3に示す。
(Example 5)
The nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles obtained in the lithium mixing step, lithium hydroxide, and zirconium oxide (ZrO 2 ) having an average particle size of 1.0 μm are mixed with a nickel: cobalt: manganese: zirconium molar ratio of 76. The positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that it was weighed so as to be 6: 9.7: 9.5: 4.2. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.

(比較例1)
リチウム混合工程で、酸化ジルコニウムを準備しない以外は(得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子と水酸化リチウムをLi/Meが1.01になるように秤量)実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1~3に示す。
(Comparative Example 1)
In the lithium mixing step, the positive electrode activity is the same as in Example 1 except that zirconium oxide is not prepared (the obtained nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles and lithium hydroxide are weighed so that Li / Me is 1.01). The substance was obtained and evaluated. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.

(比較例2)
リチウム混合工程で、得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子と、水酸化リチウム、平均粒径が1.0μmの酸化ジルコニウム(ZrO)をニッケル:コバルト:マンガン:ジルコニウムのモル比が74.5:9.4:9.1:7.0になるように秤量したこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1~3に示す。
(Comparative Example 2)
The nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles obtained in the lithium mixing step, lithium hydroxide, and zirconium oxide (ZrO 2 ) having an average particle size of 1.0 μm are mixed with a nickel: cobalt: manganese: zirconium molar ratio of 74. A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that it was weighed so as to be 5: 9.4: 9.1: 7.0. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.

(比較例3)
焼成工程で、リチウム混合物を空気(酸素:21容量%)気流中にて1020℃で10時間保持焼成したこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1~3に示す。
(Comparative Example 3)
In the firing step, a positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium mixture was held and fired at 1020 ° C. for 10 hours in an air (oxygen: 21% by volume) air stream. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.

(比較例4)
焼成工程で、リチウム混合物を空気(酸素:21容量%)気流中にて700℃で10時間保持焼成したこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1~3に示す。
(Comparative Example 4)
In the firing step, a positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium mixture was held and fired at 700 ° C. for 10 hours in an air (oxygen: 21% by volume) air stream. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.

(比較例5)
晶析工程において、バッチ方式による晶析法を用いたこと以外は、実施例2と同様に正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1~3に示す。
(Comparative Example 5)
In the crystallization step, the positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the crystallization method by the batch method was used. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.


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表1及び表2に示すように、実施例で得られた正極活物質は、ジルコニウムを添加していない比較例1に対して、熱安定性が極めて良好であり、反応抵抗にも優れている。実施例で得られた正極活物質はいずれも、ジルコニウムが一次粒子内に固溶しており、かつLi席占有率がジルコニウムを添加していない場合と比較して低下している。さらに全ての実施例では、タップ密度の低下を抑え、高い値となった。 As shown in Tables 1 and 2, the positive electrode active material obtained in Examples has extremely good thermal stability and excellent reaction resistance as compared with Comparative Example 1 to which zirconium is not added. .. In all of the positive electrode active materials obtained in the examples, zirconium is dissolved in the primary particles and the Li seat occupancy is lower than that in the case where zirconium is not added. Further, in all the examples, the decrease in tap density was suppressed and the value was high.

また、表3に示すように、全ての実施例では、総合判定が○又は◎となり、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立できた。一方、比較例では、総合判定が△又は×となり、熱安定性と電池特性とを高次元で両立することはできなかった。 Further, as shown in Table 3, in all the examples, the overall judgment was ◯ or ⊚, and high thermal stability and excellent battery characteristics could be achieved at a high level. On the other hand, in the comparative example, the overall judgment was Δ or ×, and it was not possible to achieve both thermal stability and battery characteristics at a high level.

ジルコニウムがLi席に固溶することで過充電状態でも結晶構造が崩れにくくなり、高い熱安定性を示すものと推察される。また、固溶したジルコニウムによって結晶中でLiイオンが移動しやすくなり、反応抵抗が低減されたと考えられる。また、Zrの添加方法は固相添加、コートのいずれでもよく、コートの場合は固相添加よりも若干、熱安定性改善効果および抵抗低減効果が高い。なお、生産性等の観点から、工業的には、固相添加が優位である。 It is presumed that the solid solution of zirconium in the Li seat makes it difficult for the crystal structure to collapse even in an overcharged state, and exhibits high thermal stability. It is also considered that the solid-dissolved zirconium facilitates the movement of Li ions in the crystal and reduces the reaction resistance. Further, the method of adding Zr may be either solid phase addition or coating, and in the case of coating, the effect of improving thermal stability and the effect of reducing resistance are slightly higher than those of solid phase addition. From the viewpoint of productivity and the like, industrially, solid phase addition is superior.

一方、比較例1の正極活物質では、Zrを添加していないため、熱安定性・反応抵抗ともに劣っている。比較例2では、Zr添加量が多いため、熱安定性は極めて良好であるが、過度なZr添加によってZr化合物が多く析出しており、反応抵抗や初期容量が著しく悪化している。レドックスに寄与するNi量が低減したことも、容量低下に影響しており、低い電気化学特性のために熱安定性は見かけ上良化したと推定される。 On the other hand, the positive electrode active material of Comparative Example 1 is inferior in both thermal stability and reaction resistance because Zr is not added. In Comparative Example 2, since the amount of Zr added is large, the thermal stability is extremely good, but a large amount of Zr compound is precipitated due to excessive Zr addition, and the reaction resistance and the initial capacity are significantly deteriorated. The reduction in the amount of Ni that contributes to the redox also affects the capacity reduction, and it is presumed that the thermal stability is apparently improved due to the low electrochemical characteristics.

比較例3では、焼成温度が低いために結晶成長が十分に進まず、Zrが単体で残留して結晶構造中にほとんど固溶せず、粒子表面と中心部での濃度差が大きかった。また、Li席占有率は高いが、これも焼成温度が低く、Zrの固溶が不十分であるためと推定される。さらに結晶成長が十分に進まないため、反応抵抗や初期容量は低くなっている。比較例4では、焼成温度が高いために、焼結・凝集の進行で粒径のばらつき指数が増加しカチオンミキシングの発生のために、初期容量が低くなっている。熱安定性は、容量が低いために、比較例2と同様見かけ上良化したと推定される。 In Comparative Example 3, the crystal growth did not proceed sufficiently because the firing temperature was low, Zr remained alone and hardly solid-solved in the crystal structure, and the concentration difference between the particle surface and the central portion was large. Further, although the Li seat occupancy rate is high, it is presumed that this is also because the firing temperature is low and the solid solution of Zr is insufficient. Furthermore, since the crystal growth does not proceed sufficiently, the reaction resistance and the initial capacitance are low. In Comparative Example 4, since the firing temperature is high, the variation index of the particle size increases due to the progress of sintering and aggregation, and the initial capacity is low due to the occurrence of cation mixing. It is presumed that the thermal stability was apparently improved as in Comparative Example 2 due to the low capacity.

比較例5では、バッチ晶析法により複合水酸化物粒子を得たことで、活物質のバラつき指数およびタップ密度が低くなっている。実施例と同様に高い熱安定性と優れた電池特性を示しているが、タップ密度が低いために二次電池にした際の充填性が悪化し、体積エネルギー密度の低下を引き起こすと考えられる。 In Comparative Example 5, the variation index and the tap density of the active material are low because the composite hydroxide particles are obtained by the batch crystallization method. Similar to the examples, it exhibits high thermal stability and excellent battery characteristics, but it is considered that the low tap density causes deterioration of the filling property when the secondary battery is used, which causes a decrease in the volumetric energy density.

以上より、本発明の一実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法及び非水系電解質二次電池は、タップ密度の低下を抑え、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池が得られる正極活物質を提供することができる。また、本発明は、このような正極活物質を、工業規模の生産において容易に製造することが可能であり、工業的価値は極めて大きいものといえる。 Based on the above, the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention suppress a decrease in tap density. It is possible to provide a positive electrode active material capable of obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery having both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level. Further, according to the present invention, such a positive electrode active material can be easily produced in industrial scale production, and it can be said that the industrial value is extremely large.

本実施形態では、高い熱安定性と優れた電池特性とを高次元で両立させた非水系電解質二次電池用正極活物質を工業的な製造方法で得ることができる。この非水系電解質二次電池は、常に高容量・高寿命を要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末など)の電源に好適である。 In the present embodiment, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that achieves both high thermal stability and excellent battery characteristics at a high level can be obtained by an industrial manufacturing method. This non-aqueous electrolyte secondary battery is suitable as a power source for small portable electronic devices (notebook personal computers, mobile phone terminals, etc.) that are always required to have high capacity and long life.

また、本発明の一実施形態に係る二次電池は、従来のリチウムコバルト系酸化物あるいはリチウムニッケル系酸化物の正極活物質を用いた電池との比較においても、安全性に優れており、さらに容量・耐久性の点で優れている。そのため、小型化、高寿命化が可能であることから、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源として好適である。 Further, the secondary battery according to the embodiment of the present invention is excellent in safety even in comparison with a conventional battery using a positive electrode active material of lithium cobalt oxide or lithium nickel oxide, and further. Excellent in capacity and durability. Therefore, since it is possible to reduce the size and extend the service life, it is suitable as a power source for electric vehicles whose mounting space is limited.

また、本発明の一実施形態に係る正極活物質及びそれを用いた二次電池は、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車用の電源のみならず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃焼機関と併用するいわゆるハイブリッド車用の電源や定置型蓄電池としても用いることができる。 Further, the positive electrode active material and the secondary battery using the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention are used not only as a power source for an electric vehicle driven by purely electric energy but also as a combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine. It can also be used as a power source for so-called hybrid vehicles and as a stationary storage battery.

なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。 Although each embodiment and each embodiment of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art will be able to make many modifications that do not substantially deviate from the new matters and effects of the present invention. , Will be easy to understand. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention.

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池及び非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 For example, in a specification or drawing, a term described at least once with a different term having a broader meaning or a synonym may be replaced with the different term in any part of the specification or the drawing. Further, the configuration and operation of the method for producing the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery, the non-aqueous electrolyte secondary battery and the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery are also described in each embodiment and each embodiment of the present invention. It is not limited to the one, and various modifications can be carried out.

S10 晶析工程、S20 ジルコニウム混合工程、S21 スラリー工程、S22 ジルコニウム被覆工程、S23 リチウム混合工程、S24 熱処理工程、S30 焼成工程
1 コイン型電池、2 正極(評価用電極)、3 負極(リチウム金属)、4 セパレータ、5 ガスケット、6 ウェーブワッシャー、7 正極缶、8 負極缶
S10 crystallization process, S20 zirconium mixing process, S21 slurry process, S22 zirconium coating process, S23 lithium mixing process, S24 heat treatment process, S30 firing process 1 coin-type battery, 2 positive electrode (evaluation electrode), 3 negative electrode (lithium metal) 4, Separator, 5 Gasket, 6 Wave washer, 7 Positive electrode can, 8 Negative electrode can

Claims (10)

リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、ジルコニウム(Zr)、及び、任意に元素Mを含み、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成されたリチウムニッケルマンガン複合酸化物を含有する非水系電解質二次電池用正極活物質であって、
前記リチウムニッケルマンガン複合酸化物は、各元素の物質量比(モル比)が、Li:Ni:Mn:M:Zr=d:(1-a-b-c):a:b:c[式中、aは0.05≦a≦0.60、bは0≦b≦0.60、cは0.0003≦c≦0.06、dは0.95≦d≦1.20、(1-a-b-c)は0.30≦(1-a-b-c)≦0.95を満たし、Mは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素]で表され(但し、組成がLi (Ni Co 2(1-y)/5 Mn (3-w)(1-y)/5 1-z Zr (1.00≦x≦1.10、0.65<y<0.82、0≦z≦0.05、0≦w≦0.01)で表されるものを除く)
前記リチウムニッケルマンガン複合酸化物中のジルコニウムの少なくとも一部は、前記一次粒子に固溶し、前記二次粒子のレーザー回折散乱法による粒度分布におけるD90及びD10と、体積平均粒径(Mv)とによって算出される粒径のばらつき指数を示す[(D90-D10)/Mv]が、0.80以上1.20以下であり、かつ、リートベルト解析によるLi席占有率が94%以上97%以下の範囲であることを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質。
A lithium nickel-nickel-manganese composite oxide composed of secondary particles containing lithium (Li), nickel (Ni), manganese (Mn), zirconium (Zr), and optionally the element M, in which a plurality of primary particles are aggregated. It is a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries that contains it.
In the lithium nickel-manganese composite oxide, the substance amount ratio (molar ratio) of each element is Li: Ni: Mn: M: Zr = d: (1-a-bc): a: b: c [formula]. Among them, a is 0.05 ≦ a ≦ 0.60, b is 0 ≦ b ≦ 0.60, c is 0.0003 ≦ c ≦ 0.06, and d is 0.95 ≦ d ≦ 1.20, (1). -A-bc) satisfies 0.30 ≤ (1-a-bc) ≤ 0.95, and M is Co, W, Mo, V, Mg, Ca, Al, Ti, Cr, Nb. And at least one element selected from Ta] (however, the composition is Li x (Ny Co 2 (1-y) / 5 Mn ( 3-w) (1-y) / 5 ) 1- z Zr z O 2 (excluding those represented by 1.00 ≦ x ≦ 1.10, 0.65 <y <0.82, 0 ≦ z ≦ 0.05, 0 ≦ w ≦ 0.01) ,
At least a part of zirconium in the lithium nickel-manganese composite oxide is dissolved in the primary particles, and D90 and D10 in the particle size distribution of the secondary particles by the laser diffraction scattering method, and the volume average particle size (Mv). [(D90-D10) / Mv], which indicates the particle size variation index calculated by, is 0.80 or more and 1.20 or less, and the Li seat occupancy rate by the Rietbelt analysis is 94% or more and 97% or less. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is characterized by being in the range of.
前記一次粒子内の最小ジルコニウム濃度は、前記一次粒子内の平均ジルコニウム濃度に対して、50%以上であることを特徴とする請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the minimum zirconium concentration in the primary particles is 50% or more with respect to the average zirconium concentration in the primary particles. 前記非水系電解質二次電池用正極活物質は、該非水系電解質二次電池用正極活物質中にリチウムとジルコニウムを含む化合物が存在していることを特徴とする請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 The non-aqueous electrolyte according to claim 1, wherein the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery contains a compound containing lithium and zirconium in the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery. Positive active material for secondary batteries. 前記リチウムとジルコニウムを含む化合物が、LiZrO、LiZr、LiZrO、LiZrOから選択される少なくとも一種の化合物であることを特徴とする請求項3に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 The third aspect of claim 3, wherein the compound containing lithium and zirconium is at least one compound selected from Li 2 ZrO 3 , Li 6 Zr 2 O 7 , Li 4 ZrO 4 , and Li 8 ZrO 6 . Non-aqueous electrolyte Positive active material for secondary batteries. 請求項1~4のいずれか一項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質を正極に用いたことを特徴とする非水系電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery is used for the positive electrode. リチウムニッケルマンガン複合酸化物を含む非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法であって、
連続晶析法によりニッケルマンガン複合水酸化物粒子を晶析させる晶析工程と、
少なくとも、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子と、ジルコニウム化合物と、リチウム化合物とを含む混合物とするジルコニウム混合工程と、
前記混合物を焼成して前記リチウムニッケルマンガン複合酸化物を得る焼成工程とを有し、
前記ジルコニウム混合工程で添加される前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子は、一般式(2):Ni1-a-bMn(OH)2+α(前記式(2)中、Mは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素であり、0.05≦a≦0.60、0≦b≦0.60、0.30≦(1-a-b)≦0.95、0≦α≦0.4)で表され、
前記焼成工程では、酸化雰囲気中、750℃以上1000℃以下で行われ、
前記焼成工程で得られた前記リチウムニッケルマンガン複合酸化物は、各元素の物質量比(モル比)が、Li:Ni:Mn:M:Zr=d:(1-a-b-c):a:b:c[式中、aは0.05≦a≦0.60、bは0≦b≦0.60、cは0.0003≦c≦0.06、dは0.95≦d≦1.20、(1-a-b-c)は0.30≦(1-a-b-c)≦0.95を満たし、Mは、Co、W、Mo、V、Mg、Ca、Al、Ti、Cr、Nb及びTaから選択される少なくとも1種の元素]で表され(但し、組成がLi (Ni Co 2(1-y)/5 Mn (3-w)(1-y)/5 1-z Zr (1.00≦x≦1.10、0.65<y<0.82、0≦z≦0.05、0≦w≦0.01で表されるものを除く)、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成され、ジルコニウムの少なくとも一部が、前記一次粒子に固溶していることを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium nickel-manganese composite oxide.
A crystallization step for crystallization of nickel-manganese composite hydroxide particles by a continuous crystallization method,
At least, a zirconium mixing step of making a mixture containing nickel-manganese composite hydroxide particles, a zirconium compound, and a lithium compound.
It has a firing step of calcining the mixture to obtain the lithium nickel-manganese composite oxide.
The nickel-manganese composite hydroxide particles added in the zirconium mixing step have a general formula (2): Ni 1-ab Mn a M b (OH) 2 + α (in the formula (2), M is Co. , W, Mo, V, Mg, Ca, Al, Ti, Cr, Nb and Ta, which are at least one element, 0.05 ≦ a ≦ 0.60, 0 ≦ b ≦ 0.60, It is represented by 0.30 ≦ (1-ab) ≦ 0.95, 0 ≦ α ≦ 0.4).
The firing step is performed at 750 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere.
In the lithium nickel-manganese composite oxide obtained in the firing step, the substance amount ratio (molar ratio) of each element is Li: Ni: Mn: M: Zr = d :( 1-a-bc) :. a: b: c [in the formula, a is 0.05 ≦ a ≦ 0.60, b is 0 ≦ b ≦ 0.60, c is 0.0003 ≦ c ≦ 0.06, and d is 0.95 ≦ d. ≤ 1.20, (1-a-bc) satisfies 0.30 ≤ (1-a-bc) ≤ 0.95, and M is Co, W, Mo, V, Mg, Ca, It is represented by [at least one element selected from Al, Ti, Cr, Nb and Ta] (provided that the composition is Li x (Ny Co 2 (1- y ) / 5 Mn (3-w) (1-w)). y) / 5 ) 1-z Zr z O 2 (1.00 ≦ x ≦ 1.10, 0.65 <y <0.82, 0 ≦ z ≦ 0.05, 0 ≦ w ≦ 0.01 A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, and at least a part of zirconium is solidly dissolved in the primary particles. Manufacturing method of active material.
前記ジルコニウム混合工程では、前記晶析工程で得られた前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子に、前記リチウム化合物と平均粒径が0.01μm以上10μm以下の前記ジルコニウム化合物の混合物を混合してジルコニウム混合物を得ることを特徴とする請求項6に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 In the zirconium mixing step, a mixture of the lithium compound and the zirconium compound having an average particle size of 0.01 μm or more and 10 μm or less is mixed with the nickel-manganese composite hydroxide particles obtained in the crystallization step to form a zirconium mixture. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 6, wherein the present invention is obtained. 前記ジルコニウム混合工程において、さらに前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子を熱処理する熱処理工程を有し、
前記熱処理工程は、105℃以上700℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項6又は7に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
In the zirconium mixing step, there is a heat treatment step of further heat-treating the nickel-manganese composite hydroxide particles.
The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 6 or 7, wherein the heat treatment step is performed at a temperature of 105 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.
前記ジルコニウム混合工程は、さらに、前記晶析工程で得られた前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子と水とを混合してスラリーを得るスラリー工程と、前記スラリーにジルコニウム塩溶液と必要に応じてアルカリを添加して、前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子にジルコニウム化合物で被覆して、ジルコニウム被覆ニッケルマンガン複合水酸化物粒子を得るジルコニウム被覆工程と、前記ジルコニウム被覆工程で得られたジルコニウム被覆ニッケルマンガン複合水酸化物粒子と、前記リチウム化合物とを混合するリチウム混合工程とを有することを特徴とする請求項6に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 The zirconium mixing step further includes a slurry step of mixing the nickel-manganese composite hydroxide particles obtained in the crystallization step with water to obtain a slurry, and the slurry with a zirconium salt solution and, if necessary, an alkali. The nickel-manganese composite hydroxide particles are coated with a zirconium compound to obtain zirconium-coated nickel-manganese composite hydroxide particles, and the zirconium-coated nickel-manganese composite obtained in the zirconium-coating step. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 6, further comprising a lithium mixing step of mixing the hydroxide particles and the lithium compound. 前記ジルコニウム混合工程において、さらに前記ジルコニウム被覆ニッケルマンガン複合水酸化物粒子を熱処理する熱処理工程を有し、
前記熱処理工程は、105℃以上700℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項9に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
The zirconium mixing step further includes a heat treatment step of heat-treating the zirconium-coated nickel-manganese composite hydroxide particles.
The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 9, wherein the heat treatment step is performed at a temperature of 105 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.
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