JP2006228604A - Anode active substance for lithium ion secondary batterry, and its manufacturing method - Google Patents

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Mitsukuni Kondo
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an anode active substance which has proper heat stability and is cheap, and further whose initial discharge capacity is sufficiently large that can withstand the use as a real battery, as the anode active substance for a lithium ion secondary batterry. <P>SOLUTION: A composite hydroxide shown by general Formula Mn<SB>(1-Y-Z)</SB>Ni<SB>Y</SB>Al<SB>Z</SB>(OH)<SB>2</SB>is heat-treated at 900-1,000°C to produce a manganese-nickel-aluminium composite oxide, and the manganese-nickel-aluminium composite oxide and a lithium compound produced are mixed and heat-treated at 650-850°C, to produce a lithium-manganese-nickel-aluminium composite oxide. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、六方晶系の層状型結晶構造を持つリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery and a method for producing the same, and more particularly, to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery comprising a lithium manganese nickel aluminum composite oxide having a hexagonal layered crystal structure. The present invention relates to a substance and a manufacturing method thereof.

近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯機器の普及にともない、高いエネルギー密度を有する小型、軽量な二次電池の要求が高まっている。このようなものとして非水電解液タイプのリチウムイオン二次電池があり、研究開発が盛んに行われ、実用化されてきている。このリチウムイオン二次電池は、リチウム含有複合酸化物を活物質とする正極と、リチウム、リチウム合金、金属酸化物あるいはカーボンのようなリチウムを吸蔵・放出することが可能な材料を活物質とする負極と、非水電解液を含むセパレータまたは固体電解質とを主要構成要素とする。   In recent years, with the widespread use of portable devices such as mobile phones and laptop computers, there is an increasing demand for small and lightweight secondary batteries with high energy density. There is a non-aqueous electrolyte type lithium ion secondary battery as such, and research and development have been actively conducted and put into practical use. This lithium ion secondary battery uses a positive electrode having a lithium-containing composite oxide as an active material and a material capable of inserting and extracting lithium, such as lithium, a lithium alloy, a metal oxide, or carbon, as an active material. The main component is a negative electrode and a separator or solid electrolyte containing a non-aqueous electrolyte.

これら構成要素のうち、正極活物質として検討されているものには、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)、リチウムマンガン複合酸化物(LiMn24)等がある。特に、リチウムコバルト複合酸化物を正極に用いた電池では、優れた初期放電容量特性やサイクル特性を得るための開発がこれまで数多く行われてきており、すでにさまざまな成果が得られ、実用化に至っている。 Among these components, those studied as positive electrode active materials include lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ), and the like. There is. In particular, a battery using lithium cobalt composite oxide as a positive electrode has been developed to obtain excellent initial discharge capacity characteristics and cycle characteristics, and various results have already been obtained and put into practical use. Has reached.

しかし、二次電池に対する高エネルギー密度化の要求は年々高まる一方であり、現在実用化されているリチウムコバルト複合酸化物を正極に用いたリチウムイオン二次電池では、コバルトは資源が少なく高価であることから、より安価で高エネルギー密度を実現できる代替材料が求められている。   However, the demand for higher energy density for secondary batteries is increasing year by year, and in lithium ion secondary batteries using a lithium cobalt composite oxide that is currently in practical use as a positive electrode, cobalt is scarce and expensive. Therefore, there is a demand for an alternative material that can be realized at a lower cost and higher energy density.

そのため、非水系電解質二次電池用の正極活物質として、LiCoO2に代えて、安価なマンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn24)やニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)など検討されている。 Therefore, as a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using inexpensive manganese or lithium nickel composite oxide (LiNiO) using nickel instead of LiCoO 2 2 ).

リチウムマンガン複合酸化物(LiMn24)は原料が安価である上に、熱安定性(発火などについての安全性)に優れるため、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)の有力な代替材料である。しかし、理論容量がリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)のおよそ半分しかないため、年々高まるリチウムイオン二次電池の高容量化の要求に応えるのが難しいという欠点を持つ。また、45℃以上では自己放電が激しく、充放電寿命も低下するという欠点もある。 Lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) is a powerful alternative to lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) because it is inexpensive and has excellent thermal stability (safety for ignition, etc.). is there. However, since the theoretical capacity is only about half that of lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), it has a drawback that it is difficult to meet the demand for higher capacity of lithium ion secondary batteries, which is increasing year by year. In addition, the self-discharge is intense at 45 ° C. or higher, and the charge / discharge life is also reduced.

一方、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)は、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)とほぼ同じ理論容量を持ち、リチウムコバルト複合酸化物よりもやや低い電池電圧を示す。このため、電解液の酸化による分解が問題になりにくく、より高容量が期待できることから、開発が盛んに行われている。しかし、ニッケルを他の元素で置換せずに、純粋にニッケルのみで構成したリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いてリチウムイオン二次電池を作製した場合、リチウムコバルト複合酸化物に比べサイクル特性が劣る。また、高温環境下(例えば、60℃程度)で使用されたり保存されたりした場合に比較的電池性能を損ないやすいという欠点を有している。 On the other hand, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) has substantially the same theoretical capacity as lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), and shows a slightly lower battery voltage than lithium cobalt composite oxide. For this reason, decomposition | disassembly by oxidation of electrolyte solution does not become a problem, and development is performed actively from expecting higher capacity | capacitance. However, when a lithium-ion secondary battery is made using a lithium-nickel composite oxide composed solely of nickel as a positive electrode active material without replacing nickel with other elements, the cycle is higher than that of lithium-cobalt composite oxide. Inferior properties. In addition, the battery performance is relatively easily lost when used or stored in a high temperature environment (for example, about 60 ° C.).

このような欠点を解決するために、例えば特許文献1(特開平8−45509号公報)では、高温環境下での保存や使用においても良好な電池性能を維持することができる正極活物質として、LiwNixCoyz2(0.05≦w≦1.10、0.5≦x≦0.995、0.005≦z≦0.20、x+y+z=1)で表されるリチウムニッケル複合酸化物等が提案されている。 In order to solve such drawbacks, for example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-45509), as a positive electrode active material capable of maintaining good battery performance even in storage and use under a high temperature environment, Li w Ni x Co y B z O 2 (0.05 ≦ w ≦ 1.10, 0.5 ≦ x ≦ 0.995, 0.005 ≦ z ≦ 0.20, x + y + z = 1) Nickel composite oxides have been proposed.

また、特許文献2(特開平8−213015号公報)では、リチウムイオン二次電池の自己放電特性やサイクル特性を向上させることを目的として、LixNiaCobc2(0.8≦x≦1.2、0.01≦a≦0.99、0.01≦b≦0.99、0.01≦c≦0.3、0.8≦a+b+c≦1.2、MはAl、V、Mn、Fe、Cu及びZnから選ばれる少なくとも1種の元素)で表されるリチウムニッケル複合酸化物が提案されている。 In Patent Document 2 (JP-A-8-213015), for the purpose of improving the self-discharge characteristics and cycle characteristics of the lithium ion secondary battery, Li x Ni a Co b M c O 2 (0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.01 ≦ a ≦ 0.99, 0.01 ≦ b ≦ 0.99, 0.01 ≦ c ≦ 0.3, 0.8 ≦ a + b + c ≦ 1.2, M is Al , V, Mn, Fe, Cu, and Zn) have been proposed.

特許文献1および特許文献2で提案されているリチウムニッケル複合酸化物は、従来の製造方法によって製造されたものであっても、コバルト系複合酸化物に比べて充電容量、放電容量ともに高く、サイクル特性も改善されている。しかし、従来の製造方法によって製造されたものでは、満充電状態で高温環境下に放置しておくと、コバルト系複合酸化物に比べて低い温度から酸素放出を伴う分解が始まり、その結果電池の内部圧力が上昇して、最悪の場合電池が爆発する危険性を有している。また、放出された酸素が電解液の酸化を引き起こし、電池の温度が急激に上昇するという危険性もある。   The lithium nickel composite oxide proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2 is higher in charge capacity and discharge capacity than the cobalt-based composite oxide, even if manufactured by a conventional manufacturing method. The characteristics are also improved. However, in the case of a product manufactured by a conventional manufacturing method, when it is left in a high temperature environment in a fully charged state, decomposition starts with oxygen release from a lower temperature than that of a cobalt-based composite oxide. There is a risk that the internal pressure will rise and the battery will explode in the worst case. There is also a danger that the released oxygen causes the electrolyte to oxidize and the temperature of the battery rises rapidly.

このような問題を解決するために、例えば特許文献3(特開平5−242891号公報)では、リチウムイオン二次電池正極材料の熱的安定性を向上させることを目的として、LiabNicCode(MはAl、Mn、Sn、In、Fe、V、Cu、Mg、Ti、Zn、Moから成る群から選択される少なくとも一種の金属であり、かつ0<a<1.3、0.02≦d/c+d≦0.9、1.8<e<2.2の範囲であって、さらにb+c+d=1である)で表されるリチウム含有複合酸化物等が提案されている。 In order to solve such a problem, for example, in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-242891), Li a M b Ni is used for the purpose of improving the thermal stability of the positive electrode material of a lithium ion secondary battery. c Co d O e (M is at least one metal selected from the group consisting of Al, Mn, Sn, In, Fe, V, Cu, Mg, Ti, Zn, and Mo, and 0 <a <1. 3, 0.02 ≦ d / c + d ≦ 0.9, 1.8 <e <2.2, and b + c + d = 1)). Yes.

添加元素Mとして例えばアルミニウムを選択した場合、ニッケルからアルミニウムへの置換量を多くすれば、正極活物質の分解反応は抑えられ、熱安定性が向上することが確かめられているが、十分な安定性を確保するのに必要な量のアルミニウムでニッケルを置換すると、充放電反応にともなう酸化還元反応に寄与するニッケルの量が減少するため、電池性能として最も重要である初期放電容量が大きく低下するという問題点を有している。   For example, when aluminum is selected as the additive element M, it is confirmed that if the amount of substitution from nickel to aluminum is increased, the decomposition reaction of the positive electrode active material is suppressed and the thermal stability is improved. When nickel is replaced with an amount of aluminum necessary to ensure the safety, the amount of nickel contributing to the oxidation-reduction reaction accompanying the charge / discharge reaction is reduced, so the initial discharge capacity, which is the most important for battery performance, is greatly reduced. Has the problem.

添加元素Mとして例えばマンガンを選択した場合、リチウムマンガンニッケルコバルト複合酸化物となるが、この系の材料としては一般的にマンガン、ニッケル、コバルトの比が1:1:1の材料が知られており、熱安定性に優れる材料であるが、使用するコバルトが高価であるという問題点がある。   When manganese is selected as the additive element M, for example, a lithium manganese nickel cobalt composite oxide is obtained. As a material of this system, a material having a 1: 1 ratio of manganese, nickel, and cobalt is generally known. However, although it is a material excellent in thermal stability, there is a problem that the cobalt used is expensive.

また、特許文献4および特許文献5では、リチウムマンガンニッケルコバルト複合酸化物のコバルトを安価なアルミニウムに置換したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物も開示されている。しかし、初期放電容量が具体的に示されておらず、実電池としての使用に耐える初期放電容量を有するのかどうか不明である。   Patent Documents 4 and 5 also disclose lithium manganese nickel aluminum composite oxides in which cobalt of lithium manganese nickel cobalt composite oxide is replaced with inexpensive aluminum. However, the initial discharge capacity is not specifically shown, and it is unclear whether it has an initial discharge capacity that can withstand use as an actual battery.

特開平8−45509号公報JP-A-8-45509

特開平8−213015号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-213015

特開平5−242891号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-242891

特開2004−281253号公報JP 2004-281253 A

特開2000−223122号公報JP 2000-223122 A

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、リチウムイオン二次電池用正極活物質として、熱安定性が良好で、かつ、安価であり、さらに初期放電容量が実電池としての使用に耐える大きさである正極活物質を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, the thermal stability is good and inexpensive, and the initial discharge capacity is used as a real battery. It aims at providing the positive electrode active material which is a magnitude | size which can endure.

電池の充放電反応は、正極活物質内のリチウムイオンが可逆的に出入りすることで進行する。充電によってリチウムが引き抜かれた正極活物質は高温で不安定であり、加熱すると活物質が分解して酸素を放出し、この酸素が電解液の酸化を引き起こし、発熱反応が起こる。   The charge / discharge reaction of the battery proceeds as lithium ions in the positive electrode active material reversibly enter and exit. The positive electrode active material from which lithium has been extracted by charging is unstable at high temperatures, and when heated, the active material decomposes and releases oxygen, which causes oxidation of the electrolyte and causes an exothermic reaction.

正極材料の熱安定性を改善するということは、リチウムが引き抜かれた正極活物質の分解反応を抑えるということである。従来開示されている正極活物質の分解反応を抑える方法としては、アルミニウムのような酸素との共有結合性の強い元素でニッケルの一部を置換することが一般的に行なわれてきた。確かにニッケルからアルミニウムへの置換量を多くすれば、正極活物質の分解反応は抑えられ、熱安定性が向上することが確かめられているが、充放電反応にともなう酸化還元反応に寄与するニッケルの量が減少してしまい、充放電容量の低下を招く。そのため、充放電容量の低下を一定の範囲内に抑えるためには、アルミニウムへの置換量をある程度の範囲内に留める必要があった。すなわち、ある程度以上の充放電容量を得るためには熱安定性を犠牲にしなければならなかった。   To improve the thermal stability of the positive electrode material means to suppress the decomposition reaction of the positive electrode active material from which lithium has been extracted. As a method for suppressing the decomposition reaction of the positive electrode active material disclosed heretofore, it has been generally performed that a part of nickel is substituted with an element having strong covalent bond with oxygen such as aluminum. Certainly, if the amount of substitution from nickel to aluminum is increased, it is confirmed that the decomposition reaction of the positive electrode active material is suppressed and the thermal stability is improved, but nickel that contributes to the oxidation-reduction reaction accompanying the charge / discharge reaction As a result, the charge / discharge capacity is reduced. Therefore, in order to suppress the decrease in charge / discharge capacity within a certain range, it is necessary to keep the substitution amount with aluminum within a certain range. In other words, thermal stability must be sacrificed in order to obtain a certain level of charge / discharge capacity.

また、リチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得るために、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物とリチウム化合物とを、所定量混合、焼成した場合、原料に硫酸塩を用いていると、多量に含まれる硫酸根によってリチウムが消費され、リチウム不足のリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物となってしまい、そのため、初期放電容量が大きく低下し、実電池として充放電できる材料にならないという問題点があることも本発明者は見出した。   In addition, in order to obtain a lithium manganese nickel aluminum composite oxide, manganese nickel aluminum composite hydroxide and a lithium compound are mixed and fired in a predetermined amount. When sulfate is used as a raw material, sulfuric acid contained in a large amount Lithium is consumed by the roots, resulting in a lithium-deficient lithium-manganese-nickel-aluminum composite oxide. Therefore, the initial discharge capacity is greatly reduced, and there is a problem that the material cannot be charged and discharged as an actual battery. Found.

以上のような問題点を踏まえ、本発明者は、六方晶系の層状構造を有し、熱安定性が良好で、かつ、安価であり、さらに初期放電容量が実電池としての使用に耐える大きさであるリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得るための研究開発を鋭意進めた。その結果、一般式Li1+XMn(1-Y-Z)NiYAlZ2(ただし、式中X、Y、Zは、各々−0.05≦X≦0.10、0.33≦Y≦0.50、0<Z≦0.24)で表される六方晶の層状構造を有するリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を含有するリチウムイオン二次電池用正極活物質を次のような製造方法で作製すると、熱安定性が良好で、かつ、安価であり、さらに初期放電容量が実電池としての使用に耐える大きさであるリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得ることができることを見出し、本発明に至った。 In light of the above problems, the present inventor has a hexagonal layered structure, good thermal stability, is inexpensive, and has an initial discharge capacity that can withstand use as a real battery. Research and development for obtaining lithium-manganese-nickel-aluminum composite oxide, which is the same size, has been advanced. As a result, the general formula Li 1 + X Mn (1-YZ) Ni Y Al Z O 2 (where X, Y, and Z are −0.05 ≦ X ≦ 0.10 and 0.33 ≦ Y, respectively) ≦ 0.50, 0 <Z ≦ 0.24) A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery containing a lithium manganese nickel aluminum composite oxide having a hexagonal layered structure represented by It is found that a lithium manganese nickel aluminum composite oxide having good thermal stability and low cost and having an initial discharge capacity that can withstand use as a real battery can be obtained. It came to.

まず、マンガンとニッケルとアルミニウムの原子比が上記一般式の原子比となるようにニッケル塩とアルミニウム塩とマンガン塩とを混合した水溶液をアルカリ溶液とともに連続的に反応槽内に投入し、混合攪拌する。そして、錯化剤を用いずに共沈殿させ、得られた沈殿物を濾過、水洗することによって複合水酸化物Mn(1-Y-Z)NiYAlZ (OH) 2を得る。次に、得られた複合水酸化物Mn(1-Y-Z)NiYAlZ (OH) 2を熱処理してマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物とした後、リチウム化合物と混合して熱処理することで、熱安定性が良好で、かつ、安価であり、さらに初期放電容量が実電池としての使用に耐える大きさであるリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得る。 First, an aqueous solution in which a nickel salt, an aluminum salt, and a manganese salt are mixed so that the atomic ratio of manganese, nickel, and aluminum is the atomic ratio of the above general formula is continuously poured into the reaction vessel together with the alkaline solution, and mixed and stirred. To do. Then, coprecipitation is performed without using a complexing agent, and the resulting precipitate is filtered and washed with water to obtain a composite hydroxide Mn (1-YZ) Ni Y Al Z (OH) 2 . Next, the obtained composite hydroxide Mn (1-YZ) Ni Y Al Z (OH) 2 is heat-treated to make a manganese nickel aluminum composite oxide, and then mixed with a lithium compound and heat-treated, A lithium manganese nickel-aluminum composite oxide having good stability and low cost and having an initial discharge capacity that can withstand use as a real battery is obtained.

すなわち、本発明に係るリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物は、一般式Li1+XMn(1-Y-Z)NiYAlZ2(ただし、式中X、Y、Zは、各々−0.05≦X≦0.10、0.33≦Y≦0.50、0<Z≦0.24)で表される六方晶系の層状構造を有し、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いたとき、該リチウムイオン二次電池の初期放電容量が100mAh/g以上であり、正極の安全性評価試験における発熱量が500J/g以下である。ここで、該初期放電容量の測定および正極の安全性評価試験は次のように行う。 That is, the lithium manganese nickel aluminum composite oxide according to the present invention has a general formula Li 1 + X Mn (1-YZ) Ni Y Al Z O 2 (wherein X, Y, and Z are each -0.05 ≦ X ≦ 0.10, 0.33 ≦ Y ≦ 0.50, 0 <Z ≦ 0.24), and is used as a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries. The initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery is 100 mAh / g or more, and the calorific value in the safety evaluation test of the positive electrode is 500 J / g or less. Here, the measurement of the initial discharge capacity and the safety evaluation test of the positive electrode are performed as follows.

リチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の粉末70質量%に、アセチレンブラック20質量%およびPTFE10質量%を混合し、得られた混合物から150mgを取り出してペレットを作製し正極とする。   70% by mass of lithium manganese nickel aluminum composite oxide powder is mixed with 20% by mass of acetylene black and 10% by mass of PTFE, and 150 mg is taken out from the resulting mixture to produce a pellet, which is used as a positive electrode.

負極にはリチウム金属を用い、電解液には1MのLiClO4を支持塩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)の等量混合溶液を用いる。そして、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス中で、図1に示すような2032型のコイン電池を作製する。 Lithium metal is used for the negative electrode, and an equivalent mixed solution of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1M LiClO 4 as a supporting salt is used for the electrolyte. Then, a 2032 type coin battery as shown in FIG. 1 is manufactured in an Ar atmosphere glove box whose dew point is controlled to −80 ° C.

作製した電池は24時間程度放置し、OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.5mA/cm2としてカットオフ電圧4.3Vまで充電し、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する。 The produced battery is left for about 24 hours, and after OCV (open circuit voltage) is stabilized, the current density with respect to the positive electrode is set to 0.5 mA / cm 2 and is charged to a cutoff voltage of 4.3 V. The capacity when discharged to an off voltage of 3.0 V is defined as the initial discharge capacity.

正極の安全性評価試験は、上記のようにして作製した2032型のコイン電池を、カットオフ電圧4.5VまでCCCV充電(定電流−定電圧充電のことであり、まず、充電を定電流で行い、それから定電圧で充電を終了するという2つのフェーズの充電過程を用いる充電方法。)した後、短絡しないように注意しながら解体して取り出した正極に対して行う。具体的には、この取り出した正極を3.0mg計り取り、電解液(1MのLiClO4を支持塩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)の等量混合溶液)を1.3mg加えて、アルミニウム製測定容器に封入し、示差走査熱量計(DSC)PTC−10A(Rigaku社製)を用いて昇温速度10℃/minで80℃から400℃まで昇温させ、そのときの発熱量を測定することで行う。 The safety evaluation test of the positive electrode is a CCCV charge (constant current-constant voltage charge) of a 2032 type coin battery manufactured as described above up to a cutoff voltage of 4.5V. And then charge the positive electrode that is disassembled and taken out with care so as not to short-circuit. Specifically, 3.0 mg of the extracted positive electrode was weighed, and 1.3 mg of an electrolytic solution (a mixed solution of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in an equal amount using 1 M LiClO 4 as a supporting salt) was added. Then, the sample was sealed in an aluminum measurement container and heated from 80 ° C. to 400 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min using a differential scanning calorimeter (DSC) PTC-10A (manufactured by Rigaku). This is done by measuring the amount.

本発明に係るリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物において、平均粒子径d50は7〜12μm、タップ密度は1〜1.5g/cm3であることが好ましく、また、硫酸根(SO4 2-)の含有量は0.35質量%以下であることが好ましい。ここで、平均粒子径d50とは、粉体の粒径分布において,最小粒子径からの累積質量が,全粉体の合計質量の50%を占めるときの粒子径のことである。また、タップ密度は、粉末12gを20mlのガラス製メスシリンダーに入れ、500回タップした後の容積で粉末質量12gを除して求める。 In the lithium manganese nickel aluminum composite oxide according to the present invention, the average particle diameter d50 is preferably 7 to 12 μm, the tap density is preferably 1 to 1.5 g / cm 3 , and the sulfate group (SO 4 2− ) is used. The content is preferably 0.35% by mass or less. Here, the average particle size d50 is a particle size when the cumulative mass from the minimum particle size occupies 50% of the total mass of all powders in the particle size distribution of the powder. The tap density is determined by putting 12 g of powder in a 20 ml glass graduated cylinder and dividing the powder mass 12 g by the volume after tapping 500 times.

本発明に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、前記リチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を含有し、本発明に係るリチウムイオン二次電池は、前記リチウムイオン二次電池用正極活物質を含有する。   The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries according to the present invention contains the lithium manganese nickel aluminum composite oxide, and the lithium ion secondary battery according to the present invention contains the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries. To do.

本発明に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、一般式Li1+XMn(1-Y-Z)NiYAlZ2(ただし、式中X、Y、Zは、各々−0.05≦X≦0.10、0.33≦Y≦0.50、0<Z≦0.24)で表される六方晶系の層状構造を有するリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を含有するリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、マンガンとニッケルとアルミニウムの原子比が上記一般式の原子比となるようにニッケル塩とアルミニウム塩とマンガン塩を混合した水溶液とアルカリ溶液とを連続的に反応槽内に投入し、得られる反応液のpHを10〜11の範囲とし、かつ反応温度を60℃〜80℃の範囲として、錯化剤を用いずに共沈殿させ、沈殿物を得る工程1と、工程1で得られた沈殿物を濾過、水洗することによって一般式Mn(1-Y-Z)NiYAlZ (OH) 2で表される複合水酸化物を得る工程2と、工程2で得られた複合水酸化物を熱処理してマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物とする工程3と、工程3で得られたマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、熱処理をして、リチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得る工程4を有することを特徴とする。 The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention has a general formula Li 1 + X Mn (1-YZ) Ni Y Al Z O 2 (wherein X, Y and Z are each − 0.05 ≦ X ≦ 0.10, 0.33 ≦ Y ≦ 0.50, 0 <Z ≦ 0.24) containing a lithium manganese nickel aluminum composite oxide having a hexagonal layer structure A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein an aqueous solution and an alkaline solution in which a nickel salt, an aluminum salt and a manganese salt are mixed so that the atomic ratio of manganese, nickel and aluminum is the atomic ratio of the above general formula And continuously co-precipitated without using a complexing agent, with the resulting reaction solution having a pH of 10 to 11 and a reaction temperature of 60 to 80 ° C. Step 1 to obtain a precipitate and obtained in step 1 Step 2 for obtaining a composite hydroxide represented by the general formula Mn (1-YZ) Ni Y Al Z (OH) 2 by filtering and washing the precipitate, and the composite hydroxide obtained in Step 2 Step 3 in which heat treatment is performed to obtain a manganese nickel aluminum composite oxide, and a step in which the manganese nickel aluminum composite oxide obtained in step 3 is mixed with a lithium compound and heat treatment is performed to obtain a lithium manganese nickel aluminum composite oxide. 4.

前記工程3において、一般式Mn(1-Y-Z)NiYAlZ (OH) 2で表される複合水酸化物を熱処理する温度が900〜1000℃であることが好ましい。 In the step 3, the temperature at which the composite hydroxide represented by the general formula Mn (1-YZ) Ni Y Al Z (OH) 2 is heat-treated is preferably 900 to 1000 ° C.

また、前記工程4において、マンガンニッケルアルミニウム複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、熱処理をする温度が650〜850℃であることが好ましい。   Moreover, in the said process 4, it is preferable that the temperature which mixes and heat-processes a manganese nickel aluminum complex oxide and a lithium compound is 650-850 degreeC.

本発明によれば、リチウムイオン二次電池用正極活物質として、熱安定性が良好で、かつ、安価であり、さらに初期放電容量が実電池としての使用に耐える大きさである正極活物質を提供することができる。   According to the present invention, as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material that has good thermal stability, is inexpensive, and has an initial discharge capacity that can withstand use as a real battery. Can be provided.

(1)リチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物
まず、本発明に係るリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の構成要件における数値限定理由等について説明する。
(1) Lithium Manganese Nickel Aluminum Composite Oxide First, the reasons for limiting the numerical values in the constituent requirements of the lithium manganese nickel aluminum composite oxide according to the present invention will be described.

本発明に係るリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物は、一般式Li1+XMn(1-Y-Z)NiYAlZ2(ただし、式中X、Y、Zは、各々−0.05≦X≦0.10、0.33≦Y≦0.50、0<Z≦0.24)で表される六方晶系の層状構造を有し、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いたとき、該リチウムイオン二次電池の初期放電容量が100mAh/g以上であり、前記した正極の安全性評価試験における発熱量が500J/g以下である。 The lithium manganese nickel aluminum composite oxide according to the present invention has a general formula Li 1 + X Mn (1-YZ) Ni Y Al Z O 2 (wherein X, Y and Z are each -0.05 ≦ X ≦ 0.10, 0.33 ≦ Y ≦ 0.50, 0 <Z ≦ 0.24) When used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery The initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery is 100 mAh / g or more, and the calorific value in the safety evaluation test of the positive electrode is 500 J / g or less.

リチウムの原子比は、0.95以上1.10以下であることが必要である。リチウムの原子比が0.95を下回ると、リチウムが不足するため完全な六方晶系の層状構造とならず、未反応酸化物の残留により放電容量の低下を招く結果となる。一方、リチウムの原子比が1.10を上回ると、リチウムが過剰となるため、粒子が過度に成長し、充放電時のリチウムイオンの移動が困難となって放電容量の低下を招く結果となる。   The atomic ratio of lithium needs to be 0.95 or more and 1.10 or less. When the atomic ratio of lithium is less than 0.95, lithium is insufficient, so that a complete hexagonal layered structure is not obtained, resulting in a decrease in discharge capacity due to residual unreacted oxide. On the other hand, when the atomic ratio of lithium exceeds 1.10, lithium is excessive, so that the particles grow excessively and it becomes difficult to move lithium ions during charge / discharge, resulting in a decrease in discharge capacity. .

マンガンの原子比は、0.26以上0.67未満であることが必要である。マンガンの原子比が0.26を下回ると、熱安定性に寄与するマンガンの量が少なくなるため、前記した正極の安全性評価試験における発熱量が500J/g以上となる。一方、マンガンの原子比が0.67以上となると、充放電容量に寄与するニッケル量が少なくなり、初期放電容量が100mAh/g以下となる。   The atomic ratio of manganese needs to be 0.26 or more and less than 0.67. If the atomic ratio of manganese is less than 0.26, the amount of manganese that contributes to thermal stability decreases, so the calorific value in the safety evaluation test of the positive electrode is 500 J / g or more. On the other hand, when the atomic ratio of manganese is 0.67 or more, the amount of nickel contributing to the charge / discharge capacity is reduced, and the initial discharge capacity is 100 mAh / g or less.

ニッケルの原子比は、0.33以上0.50以下であることが必要である。ニッケルの原子比が0.33を下回ると、充放電容量に寄与するニッケル量が少なくなり、初期放電容量が100mAh/g以下となる。一方、ニッケルの原子比が0.50を上回ると、熱安定性に寄与するマンガンの量が少なくなるため、前記した正極の安全性評価試験における発熱量が500J/g以上となる。   The atomic ratio of nickel needs to be 0.33 or more and 0.50 or less. When the atomic ratio of nickel is less than 0.33, the amount of nickel contributing to the charge / discharge capacity is reduced, and the initial discharge capacity is 100 mAh / g or less. On the other hand, if the atomic ratio of nickel exceeds 0.50, the amount of manganese that contributes to thermal stability decreases, so the calorific value in the safety evaluation test of the positive electrode is 500 J / g or more.

アルミニウムの原子比は、0より大きく、0.24以下であることが必要である。アルミニウムが全く含まれていないと、マンガン系の弱点である充放電を繰り返す際に起こるマンガンの電解液中への溶出を抑制できなくなるため、サイクル特性が悪化することとなる。一方、アルミニウムの原子比が0.24を上回ると、充放電容量に寄与しない元素量が増えることから初期放電容量が100mAh/g以下となる。   The atomic ratio of aluminum needs to be larger than 0 and 0.24 or less. If aluminum is not contained at all, elution of manganese into the electrolytic solution that occurs when charging / discharging, which is a weak point of the manganese system, cannot be suppressed, and cycle characteristics deteriorate. On the other hand, when the atomic ratio of aluminum exceeds 0.24, the amount of elements that do not contribute to the charge / discharge capacity increases, so the initial discharge capacity becomes 100 mAh / g or less.

結晶構造は、六方晶系の層状構造を有することが必要である。六方晶系の層状構造を有することにより、初期放電容量が大きくなる。   The crystal structure needs to have a hexagonal layered structure. By having a hexagonal layered structure, the initial discharge capacity is increased.

前記のようにして2032型のコイン電池を作製して測定した初期放電容量は、100mAh/g以上必要である。初期放電容量が100mAh/g以上であるかどうかは、実電池としての使用に耐えるかどうかの目安となる。   The initial discharge capacity measured by producing a 2032 type coin battery as described above needs to be 100 mAh / g or more. Whether or not the initial discharge capacity is 100 mAh / g or more is a measure of whether or not the battery can withstand use as an actual battery.

前記した正極の安全性評価試験における発熱量は500J/g以下であることが必要である。該発熱量が500J/gを上回ると、実電池として使用する際における安全性が十分ではなくなる。   The calorific value in the safety evaluation test of the positive electrode described above needs to be 500 J / g or less. When the calorific value exceeds 500 J / g, safety when used as an actual battery is not sufficient.

なお、該発熱量が500J/g以下であれば、安全性において実用上問題ないことを実用化されているリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)において本発明者らは確認している。 Note that the present inventors have confirmed that there is no practical problem in safety if the calorific value is 500 J / g or less in lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) that has been put into practical use.

平均粒子径d50は、7〜12μmであることが好ましい。平均粒子径d50が7μmを下回ると、タップ密度が1g/cm3以下となる点で好ましくない。また、12μmを上回ると、正極を作製するために導電材、結着剤を混合して作製し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する場合に均一に塗布できなくなるという点で好ましくない。 The average particle diameter d50 is preferably 7 to 12 μm. When the average particle diameter d50 is less than 7 μm, it is not preferable in that the tap density is 1 g / cm 3 or less. When the thickness exceeds 12 μm, a positive electrode mixture paste prepared by mixing a conductive material and a binder to produce a positive electrode is uniformly applied, for example, on the surface of a current collector made of aluminum foil. It is not preferable in that it cannot be performed.

タップ密度は、1〜1.5g/cm3であることが好ましい。タップ密度が1g/cm3を下回ると、電池を作製する場合に充填できる量が少なくなり、一定の容量を満たすことができなくなるという点で好ましくない。また、1.5g/cm3を上回ると、平均粒子径d50が12μmを上回ることとなる点で好ましくない。 The tap density is preferably 1 to 1.5 g / cm 3 . When the tap density is less than 1 g / cm 3 , the amount that can be filled in the production of a battery is reduced, which is not preferable in that a certain capacity cannot be satisfied. Moreover, when it exceeds 1.5 g / cm < 3 >, it is unpreferable at the point from which the average particle diameter d50 will exceed 12 micrometers.

硫酸根の含有量は、0.35質量%以下であることが好ましい。硫酸根の含有量が0.35質量%を上回ると、硫酸根がリチウム化合物と結合してしまい、六方晶系の層状構造が不完全となってしまうからである。   The content of sulfate radicals is preferably 0.35% by mass or less. This is because if the sulfate group content exceeds 0.35% by mass, the sulfate group is combined with the lithium compound, resulting in an incomplete hexagonal layered structure.

次に、本発明に係るリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の製造方法について、以下に説明する。   Next, a method for producing a lithium manganese nickel aluminum composite oxide according to the present invention will be described below.

前記した一般式で表される六方晶系の層状構造を有するリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の製造方法において、その原料である水酸化物は、ニッケル塩とマンガン塩とアルミニウム塩の混合水溶液とアルカリ溶液を同時に、かつ、連続的に反応槽に投入して混合攪拌し、沈殿させて得ており、いわゆる共沈法で得ている。   In the method for producing a lithium manganese nickel aluminum composite oxide having a hexagonal layered structure represented by the general formula described above, the hydroxide as the raw material is a mixed aqueous solution of nickel salt, manganese salt and aluminum salt, and alkali. The solution is obtained simultaneously and continuously into the reaction vessel, mixed and stirred, and precipitated, and is obtained by a so-called coprecipitation method.

共沈させるために用いた条件は、錯化剤を用いず、ニッケル塩とマンガン塩とアルミニウム塩の混合水溶液とアルカリ溶液とを混合した反応槽中の反応液のpH領域をpH=10〜11とし、かつ、該反応液の温度を、60℃を超えて80℃以下の範囲とした。   The conditions used for the coprecipitation were not using a complexing agent, and the pH range of the reaction solution in a reaction vessel in which a mixed aqueous solution of nickel salt, manganese salt and aluminum salt and an alkaline solution were mixed was pH = 10 to 11 And the temperature of the reaction solution was in the range of more than 60 ° C. and 80 ° C. or less.

錯化剤を使用していない理由は、アンモニアなどの錯化剤を使用すると、マンガンが錯体を形成しないため、ニッケルが水酸化物として沈殿するpH領域が変動してしまい、好ましくないからである。   The reason for not using a complexing agent is that when a complexing agent such as ammonia is used, manganese does not form a complex, and therefore the pH region in which nickel precipitates as a hydroxide fluctuates, which is not preferable. .

錯化剤を用いない場合、pH=11〜13のpH領域で反応槽中の反応液を晶析させると細かい粒子となり、濾過性も悪くなり、球状粒子が得られない。このため、洗浄が不十分となって不純物濃度が上昇するという弊害が生じる。また、反応槽中の反応液のpHが10よりも小さいとマンガン水酸化物の生成速度が著しく遅くなり、濾液中にマンガンイオンが残留し、マンガン水酸化物の沈殿量が目的とする組成よりも少なくなり、目的の比率の混合水酸化物が得られなくなってしまう。そのため、反応槽中の反応液のpH領域はpH=10〜11とし、マンガン水酸化物の沈殿量を多くするとともに、該反応液の温度を60℃を超えた温度に保つことでニッケルの溶解度を上げて、水酸化ニッケルの沈殿反応を抑制した。これにより、マンガン水酸化物とニッケル水酸化物の沈殿量が目的とする量となり、沈殿物が目的組成からずれることを回避することができ、目的の組成のニッケルアルミニウムマンガン複合水酸化物を得ることができる。   When a complexing agent is not used, when the reaction solution in the reaction tank is crystallized in the pH range of pH = 11 to 13, fine particles are obtained, filterability is deteriorated, and spherical particles cannot be obtained. For this reason, the problem that cleaning becomes insufficient and the impurity concentration increases occurs. In addition, if the pH of the reaction solution in the reaction tank is less than 10, the production rate of manganese hydroxide is remarkably slow, manganese ions remain in the filtrate, and the amount of manganese hydroxide precipitated is less than the intended composition. As a result, the mixed hydroxide having the desired ratio cannot be obtained. Therefore, the pH range of the reaction solution in the reaction tank is set to pH = 10 to 11, the precipitation amount of manganese hydroxide is increased, and the temperature of the reaction solution is maintained at a temperature exceeding 60 ° C. To suppress the nickel hydroxide precipitation reaction. Thereby, the precipitation amount of manganese hydroxide and nickel hydroxide becomes the target amount, and it can be avoided that the precipitate deviates from the target composition, and a nickel aluminum manganese composite hydroxide having the target composition is obtained. be able to.

なお、反応槽中の反応液の温度が80℃を超えると、水の蒸発量が多くなるためスラリー濃度が高くなり、中和反応で生成する硫酸ナトリウムが過飽和の状態となり、濾液中に硫酸ナトリウムの結晶が発生し、水酸化物中の不純物濃度が上昇する問題が生じてしまう。また、水酸化物の沈殿速度が速くなるため、粒子の成長が不十分となり、平均粒子径d50の小さい粒子となってしまう。さらに、反応槽中の反応液の温度が60℃を下回るとpH=10〜11のpH領域ではマンガン水酸化物とニッケル水酸化物の沈殿量が同じでも沈殿速度が低下することによる粒子の成長が起こり、平均粒子径d50が15μmを超えるような粗大粒子となってしまう。このような問題が生じると、得られる正極材の充放電容量が低下してしまい好ましくない。   When the temperature of the reaction solution in the reaction vessel exceeds 80 ° C., the amount of water evaporation increases, so the slurry concentration increases, and sodium sulfate produced in the neutralization reaction becomes supersaturated, and sodium sulfate is added to the filtrate. This causes a problem that the concentration of impurities in the hydroxide increases. Further, since the precipitation rate of the hydroxide is increased, the particle growth is insufficient and the particles have a small average particle diameter d50. Further, when the temperature of the reaction solution in the reaction vessel is lower than 60 ° C., the growth of particles in the pH range of pH = 10 to 11 is caused by the decrease in the precipitation rate even if the precipitation amount of manganese hydroxide and nickel hydroxide is the same. Occurs, resulting in coarse particles having an average particle diameter d50 exceeding 15 μm. When such a problem arises, the charge / discharge capacity of the obtained positive electrode material decreases, which is not preferable.

このマンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物は、リチウム化合物と混合する前に、熱処理し、複合酸化物とすることが必要である。熱処理し、複合酸化物とすることが必要な理由は、マンガン、ニッケル、アルミニウムを完全に固溶させることに加え、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物の原料に硫酸塩を用いた場合にマンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物中に含まれることとなる硫酸根を亜硫酸ガスの形態で系外に除去するためである。該熱処理は900〜1000℃で行うことが好ましい。   This manganese nickel aluminum composite hydroxide must be heat-treated before mixing with the lithium compound to form a composite oxide. The reason why it is necessary to heat-treat the composite oxide is that manganese, nickel and aluminum are completely dissolved, and manganese nickel aluminum when sulfate is used as the raw material for manganese nickel aluminum composite hydroxide This is for removing sulfate radicals contained in the composite hydroxide out of the system in the form of sulfurous acid gas. The heat treatment is preferably performed at 900 to 1000 ° C.

得られたマンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物を熱処理せずに、直接リチウム化合物と混合、焼成してリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合化物を得ても、マンガン、ニッケル、アルミニウムが十分には固溶しておらず、また、該複合水酸化物中に硫酸根(SO4 2-)が含まれていると、その硫酸根(SO4 2-)がリチウム化合物と結合してしまうため、六方晶系の層状構造が不完全となってしまう。このため、得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を正極材料として用いても、初期充放電容量が著しく低くなってしまうため、正極材料として使用することはできない。 Even if the obtained manganese nickel aluminum composite hydroxide was directly mixed with a lithium compound and baked without heat treatment to obtain a lithium manganese nickel aluminum composite, manganese, nickel, and aluminum were not sufficiently dissolved. In addition, if the composite hydroxide contains a sulfate radical (SO 4 2− ), the sulfate radical (SO 4 2− ) is bonded to the lithium compound, so that a hexagonal layered structure is formed. The structure will be incomplete. For this reason, even if it uses the obtained lithium manganese nickel aluminum complex oxide as a positive electrode material, since initial stage charge / discharge capacity will become remarkably low, it cannot be used as a positive electrode material.

これに対し、本発明のように、リチウム化合物と混合する前に、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物を熱処理してマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物にした場合は、得られた複合酸化物中においてマンガン、ニッケル、アルミニウムが固溶していることに加え、硫酸根(SO4 2-)は熱処理中にSO2ガスの形態で系外に除去されており、硫酸根(SO4 2-)の含有量は0.35質量%以下となる。したがって、この後、リチウム化合物と混合して所定の熱処理をすれば、六方晶系の層状構造をもつリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得ることができ、正極材料として用いた場合、充放電可能な材料となる。なお、熱処理して得られたマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物において、マンガン、ニッケル、アルミニウムを十分に固溶させるためには、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物の熱処理温度が900℃以上であることが好ましく、また、900℃未満の熱処理温度では、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物中に硫酸根(SO4 2-)が存在していた場合、硫酸根(SO4 2-)を十分に除去することができず、好ましくない。一方、該熱処理温度が1000℃を超えるとマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の焼結が進み、粉砕が必要となり、好ましくない。 On the other hand, when the manganese nickel aluminum composite hydroxide is heat-treated into a manganese nickel aluminum composite oxide before mixing with the lithium compound as in the present invention, manganese, In addition to the solid solution of nickel and aluminum, sulfate radical (SO 4 2- ) is removed from the system in the form of SO 2 gas during heat treatment, and the content of sulfate radical (SO 4 2- ) Becomes 0.35 mass% or less. Therefore, after that, if the lithium compound is mixed and subjected to a predetermined heat treatment, a lithium manganese nickel aluminum composite oxide having a hexagonal layered structure can be obtained. When used as a positive electrode material, charge and discharge are possible. Become a material. In addition, in the manganese nickel aluminum composite oxide obtained by heat treatment, in order to sufficiently dissolve manganese, nickel, and aluminum, the heat treatment temperature of the manganese nickel aluminum composite hydroxide is preferably 900 ° C. or higher. In addition, when the sulfate group (SO 4 2− ) is present in the manganese nickel aluminum composite hydroxide at a heat treatment temperature of less than 900 ° C., the sulfate group (SO 4 2− ) can be sufficiently removed. It is not possible and not preferable. On the other hand, if the heat treatment temperature exceeds 1000 ° C., the sintering of the manganese nickel aluminum composite oxide proceeds and pulverization is required, which is not preferable.

マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物を熱処理して得られたマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を、リチウム化合物と所定量混合して所定の熱処理をすることで本発明に係るリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得ることができる。   The manganese nickel aluminum composite oxide obtained by heat treating the manganese nickel aluminum composite hydroxide is mixed with a predetermined amount of lithium compound and subjected to a predetermined heat treatment to obtain the lithium manganese nickel aluminum composite oxide according to the present invention. be able to.

リチウム化合物としては、炭酸リチウムおよび水酸化リチウムならびにその水和物等が好ましい。ニッケル化合物としては、硫酸ニッケル、酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、水酸化ニッケルおよびオキシ水酸化ニッケル等を用いることができ、添加元素(マンガン、アルミニウム)に係る化合物としては、硫酸塩、酸化物、炭酸化物等を用いることができる。ただし、前述のように、ニッケル、マンガン、アルミニウムは、複合水酸化物の状態にして所定の熱処理をして複合酸化物の状態にしてから、リチウム化合物と混合して熱処理した方がより好ましい。   As the lithium compound, lithium carbonate, lithium hydroxide and hydrates thereof are preferable. As the nickel compound, nickel sulfate, nickel oxide, nickel carbonate, nickel nitrate, nickel hydroxide, nickel oxyhydroxide, and the like can be used. Carbon dioxide or the like can be used. However, as described above, it is more preferable that nickel, manganese, and aluminum are mixed with a lithium compound after being subjected to a predetermined heat treatment in the form of a composite hydroxide and then subjected to a heat treatment.

リチウム化合物と、前述のようにして得られたマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物とを所定量混合した後の熱処理は、酸素気流中で650〜850℃程度の温度で、10〜20時間程度行えばよい。   The heat treatment after mixing a predetermined amount of the lithium compound and the manganese nickel aluminum composite oxide obtained as described above may be performed in an oxygen stream at a temperature of about 650 to 850 ° C. for about 10 to 20 hours. .

焼成温度が650℃より低温であると、リチウム化合物との反応が十分に進まず、所望の層状構造をもったリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を合成することが難しくなる。また、850℃を越えるとLi層にNiが混入し、Ni層にLiが混入して層状構造が乱れ、3aサイトにおけるリチウム以外の金属イオンのサイト占有率が2%より大きくなってしまう。このため、リチウムのサイトである3aサイトに金属イオンの混入率が高くなり、リチウムイオンの拡散パスが阻害され、そのリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を用いた電池は初期放電容量や出力が低下してしまい、好ましくない。   When the firing temperature is lower than 650 ° C., the reaction with the lithium compound does not proceed sufficiently, and it becomes difficult to synthesize a lithium manganese nickel aluminum composite oxide having a desired layered structure. Further, if the temperature exceeds 850 ° C., Ni is mixed into the Li layer, Li is mixed into the Ni layer and the layered structure is disturbed, and the site occupancy rate of metal ions other than lithium at the 3a site becomes larger than 2%. For this reason, the mixing rate of metal ions at the 3a site, which is the lithium site, is increased, the lithium ion diffusion path is obstructed, and the battery using the lithium manganese nickel aluminum composite oxide has a reduced initial discharge capacity and output. This is not preferable.

以上のようにして製造したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を正極活物質として用いて、図1に示すような2032型のコイン電池を作製し、24時間程度放置し、OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.5mA/cm2としてカットオフ電圧4.3Vまで充電し、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すると、初期放電容量は100mAh/g以上となる。したがって、以上のようにして製造したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を正極活物質として用いて構成したリチウムイオン二次電池は、実電池としての使用に耐える大きさの初期放電容量を有する。 Using the lithium manganese nickel aluminum composite oxide produced as described above as a positive electrode active material, a 2032 type coin battery as shown in FIG. 1 is produced and left for about 24 hours, and the OCV (open circuit voltage) is After stabilization, assuming that the current density with respect to the positive electrode is 0.5 mA / cm 2 and charging to a cut-off voltage of 4.3 V, and the capacity when discharged to a cut-off voltage of 3.0 V after a pause of 1 hour is the initial discharge capacity, The initial discharge capacity is 100 mAh / g or more. Therefore, the lithium ion secondary battery configured using the lithium manganese nickel aluminum composite oxide produced as described above as the positive electrode active material has an initial discharge capacity large enough to withstand use as an actual battery.

また、正極の安全性の評価は、上記と同様な方法で作成した2032型のコイン電池を、カットオフ電圧4.5VまでCCCV充電(定電流−定電圧充電のことであり、まず、充電を定電流で行い、それから定電圧で充電を終了するという2つのフェーズの充電過程を用いる充電方法。)した後、短絡しないように注意しながら解体して取り出した正極を3.0mg計り取り、電解液を1.3mg加えて、アルミニウム製測定容器に封入し、示差走査熱量計(DSC)PTC−10A(Rigaku社製)を用いて昇温速度10℃/minで80℃から400℃まで昇温させ、発熱量を測定することで行うことができる。そして、この発熱量が500J/g以下であれば、実電池としての安全性において実用上問題ないことを本発明者らは前述のように確認しているところ、以上のようにして製造したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を正極活物質として用いて構成したリチウムイオン二次電池では、500J/g以下の小さい発熱量となり、安全性に問題がない。   In addition, the safety evaluation of the positive electrode is performed by charging a 2032 type coin battery created by the same method as described above to CCCV charge (constant current-constant voltage charge) up to a cut-off voltage of 4.5V. A charging method using a two-phase charging process that is performed at a constant current and then terminated at a constant voltage.) Then, 3.0 mg of the positive electrode taken out and disassembled with care so as not to be short-circuited is measured. 1.3 mg of the solution was added, sealed in an aluminum measuring container, and heated from 80 ° C. to 400 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min using a differential scanning calorimeter (DSC) PTC-10A (manufactured by Rigaku). And the calorific value can be measured. When the calorific value is 500 J / g or less, the present inventors have confirmed that there is no practical problem in safety as an actual battery as described above. A lithium ion secondary battery constructed using manganese nickel aluminum composite oxide as a positive electrode active material has a small calorific value of 500 J / g or less, and there is no problem in safety.

なお、得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の粒度分布における平均粒子径d50(累積質量が50%となる粒子径)は7.0〜12.0μm、タップ密度は1.0〜1.5g/cm3であることが好ましい。上記範囲を外れると、正極を作製するときに正極活物質を十分に充填することが難しくなるなど、適切に正極を作製することが難しくなってしまうからである。 In addition, the average particle diameter d50 (particle diameter in which the cumulative mass is 50%) in the particle size distribution of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide is 7.0 to 12.0 μm, and the tap density is 1.0 to 1.5 g. / Cm 3 is preferable. If it is out of the above range, it becomes difficult to properly produce the positive electrode, for example, it becomes difficult to sufficiently fill the positive electrode active material when producing the positive electrode.

(2)正極
次に、正極の作製方法、正極を形成する正極合材、およびそれを構成する各材料について説明する。
(2) Positive electrode Next, the preparation method of a positive electrode, the positive electrode compound material which forms a positive electrode, and each material which comprises it are demonstrated.

前記一般式Li1+XMn(1-Y-Z)NiYAlZ2(ただし、式中X、Y、Zは、各々−0.05≦X≦0.10、0.33≦Y≦0.50、0<Z≦0.24)で表される六方晶系の層状構造を有するリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を正極活物質として用いた正極は、例えば、次のようにして作製する。 Formula Li 1 + X Mn (1- YZ) Ni Y Al Z O 2 ( where wherein X, Y, Z are each -0.05 ≦ X ≦ 0.10,0.33 ≦ Y ≦ 0 A positive electrode using a lithium manganese nickel aluminum composite oxide having a hexagonal layered structure represented by .50, 0 <Z ≦ 0.24) as a positive electrode active material is produced, for example, as follows.

粉末状の正極活物質、導電材、結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭および粘度調整等の目的の溶剤を添加し、混練して正極合材ペーストを作製する。   A powdery positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed, and activated carbon and a target solvent such as viscosity adjustment are added as necessary, and kneaded to prepare a positive electrode mixture paste.

正極合材中のそれぞれの混合比も、リチウム二次電池の性能を決定する重要な要素となる。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、一般のリチウム二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を60〜95質量%、導電材の含有量を1〜20質量%、結着剤の含有量を1〜20質量%とすることが望ましい。   The respective mixing ratios in the positive electrode mixture are also important factors that determine the performance of the lithium secondary battery. When the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100% by mass, the content of the positive electrode active material is 60 to 95% by mass and the content of the conductive material is the same as the positive electrode of a general lithium secondary battery. 1 to 20% by mass, and the binder content is preferably 1 to 20% by mass.

正極は、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て作製する。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。このようにしてシート状の正極が作製される。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て、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、他の方法によってもよい。   The positive electrode is produced by applying the obtained positive electrode mixture paste to the surface of a current collector made of aluminum foil, for example, and drying to disperse the solvent. If necessary, pressurization may be performed by a roll press or the like to increase the electrode density. In this way, a sheet-like positive electrode is produced. The sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size according to the intended battery and used for battery production. However, the method for manufacturing the positive electrode is not limited to the above-described examples, and other methods may be used.

前記正極の作製にあたって、導電剤としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など)やアセチレンブラック、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。また、バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンプロピレンジエンゴム、フッ素ゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などを用いることができる。   In producing the positive electrode, as the conductive agent, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), carbon black materials such as acetylene black, ketjen black, and the like can be used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene propylene diene rubber, fluororubber, styrene butadiene, cellulose resin, polyacrylic acid, and the like can be used.

結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。必要に応じ、正極活物質、導電材、活性炭を分散させるとともに、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−ピロリドン等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。   The binder plays a role of holding the active material particles, and for example, fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and fluororubber, and thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene can be used. If necessary, a positive electrode active material, a conductive material, and activated carbon are dispersed, and a solvent that dissolves the binder is added to the positive electrode mixture. Specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent. Moreover, activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

(3)負極
負極には、金属リチウム、リチウム合金等、また、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使用する。
(3) Negative electrode For the negative electrode, a negative electrode mixture formed by mixing metallic lithium, lithium alloy, etc., and a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions with a binder and adding an appropriate solvent to form a paste. In addition, it is applied to the surface of a metal foil current collector such as copper, dried, and compressed to increase the electrode density as necessary.

負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等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、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を用いることができ、これら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−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。   As the negative electrode active material, for example, natural graphite, artificial graphite, a fired organic compound such as phenol resin, or a powdery carbon material such as coke can be used. In this case, as the negative electrode binder, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride can be used as in the case of the positive electrode, and the active material and the solvent for dispersing the binder include N-methyl-2-pyrrolidone. Organic solvents can be used.

(4)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、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い膜で、微細な穴を多数有する膜を用いることができる。
(4) Separator A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and holds the electrolyte, and a thin film such as polyethylene or polypropylene and a film having many fine holes can be used.

(5)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。
(5) Non-aqueous electrolyte The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent.

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、トリフルオロプロピレンカーボネート等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、ジプロピルカーボネート等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、ジメトキシエタン等のエーテル化合物、エチルメチルスルホン、ブタンスルトン等の硫黄化合物、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチル等のリン化合物等から選ばれる1種を単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。   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, ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate; and tetrahydrofuran, 2- One kind selected from ether compounds such as methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butanesultone, phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, etc. are used alone or in admixture of two or more. be able to.

支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO22等、およびそれらの複合塩を用いることができる。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , or a composite salt thereof can be used.

さらに、非水系電解液は、ラジカル補足剤、界面活性剤および難燃剤等を含んでいてもよい。   Furthermore, the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.

(6)電池の形状、構成
以上説明してきた正極、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に係るリチウム二次電池の形状は、円筒型、積層型等、種々のものとすることができる。
(6) Shape and configuration of battery The shape of the lithium secondary battery according to the present invention composed of the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte described above is various, such as a cylindrical type and a laminated type. be able to.

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、この電極体に上記非水電解液を含浸させる。正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、並びに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等を用いて接続する。以上の構成のものを電池ケースに密閉して電池を完成させることができる。   In any case, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and the electrode body is impregnated with the non-aqueous electrolyte. The positive electrode current collector and the positive electrode terminal communicating with the outside, and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal communicating with the outside are connected using a current collecting lead or the like. The battery having the above configuration can be sealed in a battery case to complete the battery.

(7)想定される適用分野
以上述べてきたように、本発明に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、初期放電容量が実電池としての使用に耐える大きさであり、かつ、安全性に優れていながら、マンガン、ニッケル、アルミニウムという安価な材料で構成されている。
(7) Assumed Field of Application As described above, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention has an initial discharge capacity that can withstand use as a real battery, and safety. It is made of inexpensive materials such as manganese, nickel, and aluminum.

したがって、本発明に係る非水系電解質二次電池は、電気自動車用の電源のように、高い安全性と低コスト化が求められている分野での使用に適すると考えられる。   Therefore, it is considered that the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is suitable for use in a field where high safety and low cost are required, such as a power source for an electric vehicle.

一方、電気自動車用の電源においては、大きな出力が求められるため電池の大型化が避けられず、安全性の確保が難しい。また、より高度な安全性を確保するための高価な保護回路の装着も必要不可欠である。   On the other hand, in a power source for an electric vehicle, since a large output is required, an increase in size of a battery is inevitable, and it is difficult to ensure safety. In addition, it is indispensable to install an expensive protection circuit for ensuring a higher level of safety.

これに対しては、本発明に係るリチウムイオン二次電池は、優れた安全性を有しているので、安全性の確保が容易であるとともに、高価な保護回路を簡略化し、より低コストにできる。したがって、本発明に係る非水系電解質二次電池は、電気自動車用電源として好適である。   On the other hand, since the lithium ion secondary battery according to the present invention has excellent safety, it is easy to ensure safety, simplify an expensive protection circuit, and reduce costs. it can. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is suitable as a power source for electric vehicles.

なお、ここで述べている電気自動車用電源には、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車のみならず、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等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も含む。   The electric vehicle power source described here includes not only an electric vehicle driven purely by electric energy but also 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.

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。各実施例及び比較例で合成したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の組成、製造条件およびその評価結果については表1にまとめた。   Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. Table 1 summarizes the composition, production conditions, and evaluation results of the lithium manganese nickel aluminum composite oxide synthesized in each Example and Comparative Example.

(実施例1)
マンガン:ニッケル:アルミニウムのモル比が47:47:6となるように硫酸マンガン(信陽(株)製)と硫酸ニッケル(住友金属鉱山(株)製)と硫酸アルミニウム(和光純薬(株)製)を混合した水溶液と、12.5%水酸化ナトリウム水溶液とを反応槽に同時に投入し、得られる反応液のpHを10〜11の範囲、反応温度を65〜70℃の範囲に一定に保ち、共沈法によってマンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物粒子を形成させた。その後反応槽内の水酸化物スラリーを全量回収し、濾過、水洗後乾燥させ、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物の乾燥粉末を得た。この金属複合水酸化物は、1μm以下の一次粒子が複数集合した二次粒子からなる。
Example 1
Manganese sulfate (manufactured by Shinyo Co., Ltd.), nickel sulfate (manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.) and aluminum sulfate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) so that the molar ratio of manganese: nickel: aluminum is 47: 47: 6 ) And a 12.5% aqueous sodium hydroxide solution are simultaneously added to the reaction vessel, and the pH of the resulting reaction solution is kept in the range of 10 to 11 and the reaction temperature in the range of 65 to 70 ° C. Then, manganese nickel aluminum composite hydroxide particles were formed by a coprecipitation method. Thereafter, the entire amount of hydroxide slurry in the reaction vessel was recovered, filtered, washed with water and dried to obtain a dry powder of manganese nickel aluminum composite hydroxide. This metal composite hydroxide is composed of secondary particles in which a plurality of primary particles of 1 μm or less are aggregated.

このマンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物を完全に固溶させるとともに、水酸化物中に含まれる硫酸根(SO4 2-)を除去するため、乾燥粉末を粉砕し、篩目106μmの篩にかけ、得られた篩下粉末を電気炉にて1000℃で10時間、空気気流中で焼成した後、室温まで炉冷し、マンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得た。 In order to completely dissolve this manganese nickel aluminum composite hydroxide and to remove sulfate radicals (SO 4 2− ) contained in the hydroxide, the dried powder was pulverized and passed through a sieve having a sieve size of 106 μm. The obtained sieving powder was baked in an air stream at 1000 ° C. for 10 hours in an electric furnace, and then cooled to room temperature to obtain a manganese nickel aluminum composite oxide.

この複合酸化物と市販の炭酸リチウム(FMC社製)とを、マンガン、ニッケル、アルミニウムの合計の原子数とリチウムの原子数の比が1:1.05になるように秤量した後、球状の二次粒子の形骸が維持される程度の強さで十分に混合した。この混合物20gを5cm×12cm×3cmのマグネシア製の焼成容器に入れ、密閉式電気炉を用いて、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで900℃まで昇温して、900℃で10時間焼成した後、室温まで炉冷した。   The composite oxide and commercially available lithium carbonate (manufactured by FMC) were weighed so that the ratio of the total number of atoms of manganese, nickel and aluminum to the number of atoms of lithium was 1: 1.05, Thoroughly mixed with sufficient strength to maintain secondary particle morphology. 20 g of this mixture was put into a 5 cm × 12 cm × 3 cm magnesia firing container and heated to 900 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min in an oxygen stream at a flow rate of 3 L / min using a closed electric furnace. After firing at 900 ° C. for 10 hours, the furnace was cooled to room temperature.

得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.07Mn0.47Ni0.47Al0.062)であった。マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は8.7μm、タップ密度は1.27g/cm3であった。タップ密度は、粉末12gを20mlのガラス製メスシリンダーに入れ、500回タップした後の容積で粉末質量12gを除して求めた。 When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.07 Mn 0.47 Ni 0.47 Al 0.06 O 2 ) having a hexagonal layered structure. The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 8.7 μm, and the tap density was 1.27 g / cm 3 . The tap density was determined by putting 12 g of powder in a 20 ml glass graduated cylinder and dividing the powder mass of 12 g by the volume after tapping 500 times.

得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の初期放電容量評価は以下のようにして行った。リチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の粉末70質量%にアセチレンブラック20質量%及びPTFE10質量%を混合し、得られた混合物から150mgを取り出してペレットを作製し正極とした。   The initial discharge capacity evaluation of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide was performed as follows. 70% by mass of lithium manganese nickel aluminum composite oxide powder was mixed with 20% by mass of acetylene black and 10% by mass of PTFE, and 150 mg was taken out from the resulting mixture to produce a pellet, which was used as a positive electrode.

負極にはリチウム金属を用い、電解液には1MのLiClO4を支持塩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)の等量混合溶液(富山薬品工業製)を用いた。そして、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス中で、図1に示すような2032型のコイン電池を作製した。 Lithium metal was used for the negative electrode, and an equivalent mixed solution of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (made by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) using 1M LiClO 4 as a supporting salt was used for the electrolyte. Then, a 2032 type coin battery as shown in FIG. 1 was produced in a glove box in an Ar atmosphere in which the dew point was controlled at −80 ° C.

作製した電池は24時間程度放置し、OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.5mA/cm2としてカットオフ電圧4.3Vまで充電したときの容量を初期充電容量とし、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。 The prepared battery is left for about 24 hours, and after OCV (open circuit voltage) is stabilized, the initial charge capacity is the capacity when the current density with respect to the positive electrode is 0.5 mA / cm 2 and the battery is charged to a cutoff voltage of 4.3 V. 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.

正極の安全性の評価は、上記と同様な方法で作成した2032型のコイン電池を、カットオフ電圧4.5VまでCCCV充電(定電流−定電圧充電のことであり、まず、充電を定電流で行い、それから定電圧で充電を終了するという2つのフェーズの充電過程を用いる充電方法。)した後、短絡しないように注意しながら解体して取り出した正極に対して行った。具体的には、この取り出した正極を3.0mg計り取り、電解液(1MのLiClO4を支持塩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)の等量混合溶液)を1.3mg加えて、アルミニウム製測定容器に封入し、示差走査熱量計(DSC)PTC−10A(Rigaku社製)を用いて昇温速度10℃/minで80℃から400℃まで昇温させ、発熱挙動を測定することで行った。 The safety of the positive electrode is evaluated by CCCV charging (constant current-constant voltage charging) of a 2032 type coin battery made by the same method as described above up to a cutoff voltage of 4.5V. The charging method using a two-phase charging process in which charging is terminated at a constant voltage), and then the positive electrode was disassembled and taken out with care so as not to short-circuit. Specifically, 3.0 mg of the extracted positive electrode was weighed, and 1.3 mg of an electrolytic solution (a mixed solution of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in an equal amount using 1 M LiClO 4 as a supporting salt) was added. The temperature is increased from 80 ° C. to 400 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min using a differential scanning calorimeter (DSC) PTC-10A (Rigaku) and the heat generation behavior is measured. It was done by doing.

得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。   Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

(実施例2)
マンガン:ニッケル:アルミニウムのモル比が43:43:14となるように硫酸マンガンと硫酸ニッケルと硫酸アルミニウムを混合した水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、複合水酸化物を共沈させ、熱処理、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.10Mn0.43Ni0.43Al0.142)であった。
(Example 2)
The composite hydroxide was coprecipitated in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution in which manganese sulfate, nickel sulfate, and aluminum sulfate were mixed so that the molar ratio of manganese: nickel: aluminum was 43:43:14 was used. Heat treatment, mixing with lithium carbonate, and firing. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.10 Mn 0.43 Ni 0.43 Al 0.14 O 2 ) having a hexagonal layered structure.

マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は7.7μm、タップ密度は1.15g/cm3であった。電池評価によって初期放電容量を測定するとともに、示差走査熱量計(DSC)を用いて発熱挙動を測定した。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。 The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 7.7 μm, and the tap density was 1.15 g / cm 3 . The initial discharge capacity was measured by battery evaluation, and the heat generation behavior was measured using a differential scanning calorimeter (DSC). Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

(実施例3)
マンガン:ニッケル:アルミニウムのモル比が38:38:24となるように硫酸マンガンと硫酸ニッケルと硫酸アルミニウムを混合した水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、複合水酸化物を共沈させ、熱処理、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った。
(Example 3)
The composite hydroxide was coprecipitated in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution in which manganese sulfate, nickel sulfate and aluminum sulfate were mixed so that the molar ratio of manganese: nickel: aluminum was 38:38:24 was used. Heat treatment, mixing with lithium carbonate, and firing.

得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.09Mn0.38Ni0.38Al0.242)であった。マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は7.1μm、タップ密度は1.05g/cm3であった。電池評価によって初期放電容量を測定するとともに、示差走査熱量計(DSC)を用いて発熱挙動を測定した。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。 When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.09 Mn 0.38 Ni 0.38 Al 0.24 O 2 ) having a hexagonal layered structure. The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 7.1 μm, and the tap density was 1.05 g / cm 3 . The initial discharge capacity was measured by battery evaluation, and the heat generation behavior was measured using a differential scanning calorimeter (DSC). Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

(実施例4)
実施例1で得られた複合水酸化物を、900℃で熱処理して複合酸化物とした以外は、実施例1と同様の条件で炭酸リチウムとの混合、焼成を行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.07Mn0.47Ni0.47Al0.062)であった。
Example 4
The composite hydroxide obtained in Example 1 was mixed and fired with lithium carbonate under the same conditions as in Example 1 except that the composite hydroxide was heat-treated at 900 ° C. to obtain a composite oxide. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.07 Mn 0.47 Ni 0.47 Al 0.06 O 2 ) having a hexagonal layered structure.

マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は8.5μm、タップ密度は1.25g/cm3であった。電池評価によって初期放電容量を測定するとともに、示差走査熱量計(DSC)を用いて発熱挙動を測定した。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。 The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 8.5 μm, and the tap density was 1.25 g / cm 3 . The initial discharge capacity was measured by battery evaluation, and the heat generation behavior was measured using a differential scanning calorimeter (DSC). Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

(実施例5)
実施例1で得られた複合水酸化物を、890℃で熱処理して複合酸化物とした以外は、実施例1と同様の条件で炭酸リチウムとの混合、焼成を行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.07Mn0.47Ni0.47Al0.062)であった。
(Example 5)
The composite hydroxide obtained in Example 1 was mixed and fired with lithium carbonate under the same conditions as in Example 1 except that the composite hydroxide was heat-treated at 890 ° C. to obtain a composite oxide. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.07 Mn 0.47 Ni 0.47 Al 0.06 O 2 ) having a hexagonal layered structure.

マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は8.4μm、タップ密度は1.24g/cm3であった。電池評価によって初期放電容量を測定するとともに、示差走査熱量計(DSC)を用いて発熱挙動を測定した。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。 The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 8.4 μm, and the tap density was 1.24 g / cm 3 . The initial discharge capacity was measured by battery evaluation, and the heat generation behavior was measured using a differential scanning calorimeter (DSC). Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

(実施例6)
実施例1で得られた複合水酸化物を、1010℃で熱処理して複合酸化物とした以外は、実施例1と同様の条件で炭酸リチウムとの混合、焼成を行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.07Mn0.47Ni0.47Al0.062)であった。
(Example 6)
The composite hydroxide obtained in Example 1 was mixed and fired with lithium carbonate under the same conditions as in Example 1 except that the composite hydroxide was heat-treated at 1010 ° C. to obtain a composite oxide. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.07 Mn 0.47 Ni 0.47 Al 0.06 O 2 ) having a hexagonal layered structure.

マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は12.0μm、タップ密度は1.48g/cm3であった。電池評価によって初期放電容量を測定するとともに、示差走査熱量計(DSC)を用いて発熱挙動を測定した。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。 The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 12.0 μm, and the tap density was 1.48 g / cm 3 . The initial discharge capacity was measured by battery evaluation, and the heat generation behavior was measured using a differential scanning calorimeter (DSC). Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

(比較例1)
マンガン:ニッケル:アルミニウムのモル比が33:33:34となるように硫酸マンガンと硫酸ニッケルと硫酸アルミニウムを混合した水溶液を用いた以外は実施例1と同様に、複合水酸化物を共沈させ、熱処理、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った。
(Comparative Example 1)
The composite hydroxide was coprecipitated in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution in which manganese sulfate, nickel sulfate and aluminum sulfate were mixed so that the molar ratio of manganese: nickel: aluminum was 33:33:34 was used. , Heat treatment, mixing with lithium carbonate, and firing.

得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.09Mn0.33Ni0.33Al0.342)であった。 When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.09 Mn 0.33 Ni 0.33 Al 0.34 O 2 ) having a hexagonal layered structure.

マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は12.3μm、タップ密度は1.43g/cm3であった。電池評価によって初期放電容量を測定するとともに、示差走査熱量計(DSC)を用いて発熱挙動を測定した。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。 The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 12.3 μm, and the tap density was 1.43 g / cm 3 . The initial discharge capacity was measured by battery evaluation, and the heat generation behavior was measured using a differential scanning calorimeter (DSC). Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

(比較例2)
実施例1で得られた複合水酸化物を、熱処理せずに用い、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った以外は実施例1と同様に行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有しているが、硫酸リチウムのピークが認められ、完全な層状構造ではない正極活物質であった。
(Comparative Example 2)
The composite hydroxide obtained in Example 1 was used in the same manner as in Example 1 except that the composite hydroxide was used without heat treatment, mixed with lithium carbonate, and fired. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a positive electrode active material having a hexagonal layered structure, but having a lithium sulfate peak, and not a complete layered structure.

マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は9.8μm、タップ密度は1.48g/cm3であった。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値および電池評価によって得られた初期放電容量を表1に示す。なお、初期放電容量が低かったため、正極の発熱挙動測定は実施しなかった。 The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 9.8 μm, and the tap density was 1.48 g / cm 3 . Table 1 shows the elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide and the initial discharge capacities obtained by battery evaluation. In addition, since the initial discharge capacity was low, the heat generation behavior of the positive electrode was not measured.

(比較例3)
実施例2で得られた複合水酸化物を、熱処理せずに用い、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った以外は実施例1と同様に行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有しているが、硫酸リチウムのピークが認められ、完全な層状構造ではない正極活物質であった。
(Comparative Example 3)
The composite hydroxide obtained in Example 2 was used in the same manner as in Example 1 except that it was used without heat treatment, mixed with lithium carbonate, and fired. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a positive electrode active material having a hexagonal layered structure, but having a lithium sulfate peak, and not a complete layered structure.

マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は11.4μm、タップ密度は1.50g/cm3であった。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値および電池評価によって得られた初期放電容量を表1に示す。なお、初期放電容量が低かったため、正極の発熱挙動測定は実施しなかった。 The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 11.4 μm, and the tap density was 1.50 g / cm 3 . Table 1 shows the elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide and the initial discharge capacities obtained by battery evaluation. In addition, since the initial discharge capacity was low, the heat generation behavior of the positive electrode was not measured.

(比較例4)
実施例3で得られた複合水酸化物を、熱処理せずに用い、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った以外は実施例1と同様に行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有しているが、硫酸リチウムのピークが認められ、完全な層状構造ではない正極活物質であった。
(Comparative Example 4)
The composite hydroxide obtained in Example 3 was used in the same manner as in Example 1 except that the composite hydroxide was used without heat treatment, mixed with lithium carbonate, and fired. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a positive electrode active material having a hexagonal layered structure, but having a lithium sulfate peak, and not a complete layered structure.

マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は13.0μm、タップ密度は1.69g/cm3であった。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値および電池評価によって得られた初期放電容量を表1に示す。なお、初期放電容量が低かったため、正極の発熱挙動測定は実施しなかった。 The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 13.0 μm, and the tap density was 1.69 g / cm 3 . Table 1 shows the elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide and the initial discharge capacities obtained by battery evaluation. In addition, since the initial discharge capacity was low, the heat generation behavior of the positive electrode was not measured.

(比較例5)
比較例1で得られた複合水酸化物を、熱処理せずに用い、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った以外は実施例1と同様に行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有しているが、硫酸リチウムのピークが認められ、完全な層状構造ではない正極活物質であった。
(Comparative Example 5)
The composite hydroxide obtained in Comparative Example 1 was used in the same manner as in Example 1 except that the composite hydroxide was used without heat treatment, mixed with lithium carbonate, and fired. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a positive electrode active material having a hexagonal layered structure, but having a lithium sulfate peak, and not a complete layered structure.

マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は17.3μm、タップ密度は1.74g/cm3であった。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値および電池評価によって得られた初期放電容量を表1に示す。なお、初期放電容量が低かったため、正極の発熱挙動測定は実施しなかった。 The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 17.3 μm, and the tap density was 1.74 g / cm 3 . Table 1 shows the elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide and the initial discharge capacities obtained by battery evaluation. In addition, since the initial discharge capacity was low, the heat generation behavior of the positive electrode was not measured.

(比較例6)
反応pHを9以上10未満とした以外は、実施例1と同様にして、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物を得て、熱処理をした後、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.06Mn0.44Ni0.47Al0.062)であった。マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は15.1μm、タップ密度は1.43g/cm3であった。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。
(Comparative Example 6)
Except that the reaction pH was 9 or more and less than 10, a manganese nickel aluminum composite hydroxide was obtained and heat-treated in the same manner as in Example 1, followed by mixing and baking with lithium carbonate. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.06 Mn 0.44 Ni 0.47 Al 0.06 O 2 ) having a hexagonal layered structure. The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 15.1 μm, and the tap density was 1.43 g / cm 3 . Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

(比較例7)
反応pHを11を超えて12以下とした以外は、実施例1と同様にして、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物を得て、熱処理をした後、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.06Mn0.47Ni0.47Al0.062)であった。マイクロトラックで測定した粒度分布のd50は6.6μm、タップ密度は1.20g/cm3であった。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。
(Comparative Example 7)
Except that the reaction pH was more than 11 and 12 or less, a manganese nickel aluminum composite hydroxide was obtained and heat-treated in the same manner as in Example 1, followed by mixing and baking with lithium carbonate. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.06 Mn 0.47 Ni 0.47 Al 0.06 O 2 ) having a hexagonal layered structure. The particle size distribution d50 measured by Microtrac was 6.6 μm, and the tap density was 1.20 g / cm 3 . Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

(比較例8)
反応温度を55℃とした以外は、実施例1と同様にして、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物を得て、熱処理をした後、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.07Mn0.47Ni0.47Al0.062)であった。マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は15.4μm、タップ密度は1.44g/cm3であった。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。
(Comparative Example 8)
Except that the reaction temperature was 55 ° C., a manganese nickel aluminum composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and fired. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.07 Mn 0.47 Ni 0.47 Al 0.06 O 2 ) having a hexagonal layered structure. The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 15.4 μm, and the tap density was 1.44 g / cm 3 . Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

(比較例9)
反応温度を85℃とした以外は、実施例1と同様にして、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物を得て、熱処理をした後、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.07Mn0.47Ni0.47Al0.062)であった。マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は6.8μm、タップ密度は1.26g/cm3であった。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。
(Comparative Example 9)
Except that the reaction temperature was 85 ° C., a manganese nickel aluminum composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1, heat-treated, and then mixed with lithium carbonate and fired. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.07 Mn 0.47 Ni 0.47 Al 0.06 O 2 ) having a hexagonal layered structure. The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 6.8 μm, and the tap density was 1.26 g / cm 3 . Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

(比較例10)
錯化剤としてアンモニアを添加とした以外は、実施例1と同様にして、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物を得て、熱処理をした後、炭酸リチウムとの混合、焼成を行った。得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物(Li1.06Mn0.42Ni0.47Al0.062)であった。マイクロトラックで測定した粒度分布の平均粒子径d50は10.5μm、タップ密度は1.33g/cm3であった。得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物の元素分析値ならびに電池評価によって得られた初期放電容量およびDSC測定によって得られた正極の発熱量を表1に示す。
(Comparative Example 10)
Except that ammonia was added as a complexing agent, a manganese nickel aluminum composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1, heat-treated, and then mixed with lithium carbonate and fired. When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a lithium manganese nickel aluminum composite oxide (Li 1.06 Mn 0.42 Ni 0.47 Al 0.06 O 2 ) having a hexagonal layered structure. The average particle diameter d50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 10.5 μm, and the tap density was 1.33 g / cm 3 . Table 1 shows elemental analysis values of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and calorific value of the positive electrode obtained by DSC measurement.

Figure 2006228604
Figure 2006228604

本発明の範囲内の実施例1〜6は、初期放電容量がいずれも100mAh/g以上であり、良好である。また、前述の方法によりDSCで測定した発熱量が500J/g以下であれば、実電池としての安全性において実用上問題ないことを本発明者らは確認しているところ、本発明の範囲内の実施例1〜6に示したリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物は、500J/g以下の小さい発熱量となっており、安全性に問題のない材料であることがわかる。   Examples 1 to 6 within the scope of the present invention have good initial discharge capacities of 100 mAh / g or more. In addition, the present inventors have confirmed that if the calorific value measured by DSC by the above-described method is 500 J / g or less, there is no practical problem in safety as an actual battery. The lithium manganese nickel aluminum composite oxides shown in Examples 1 to 6 have a small calorific value of 500 J / g or less, and it can be seen that the material has no safety problem.

さらに、実施例1〜4では、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物からマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得るための熱処理温度が好ましい温度範囲(900〜1000℃)に入っているので、得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物に含まれる硫酸根(SO4 2-)の含有割合が少なくなり、硫酸リチウムとして分離する量が少なくなっている。また、平均粒子径も7.1〜8.7μmであり、10μmを下回っている。このため、初期放電容量が実施例1〜4のいずれも110(mAh/g)を超えており、電池材料として好適な材料であることがわかる。 Furthermore, in Examples 1 to 4, since the heat treatment temperature for obtaining the manganese nickel aluminum composite oxide from the manganese nickel aluminum composite hydroxide is within a preferable temperature range (900 to 1000 ° C.), the obtained lithium manganese The content of sulfate radicals (SO 4 2− ) contained in the nickel aluminum composite oxide is reduced, and the amount separated as lithium sulfate is reduced. Moreover, an average particle diameter is also 7.1-8.7 micrometers, and is less than 10 micrometers. For this reason, the initial discharge capacity of each of Examples 1 to 4 exceeds 110 (mAh / g), which indicates that the material is suitable as a battery material.

実施例5で得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物は、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物からマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得るための熱処理温度が890℃であり、好ましい温度範囲の下限値の900℃を下回っているため、硫酸根(SO4 2-)の含有割合が1.20質量%とやや高く、初期放電容量が105.2mAh/gと若干低目である。しかし、100mAh/gは上回っている。また、DSCで測定した発熱量も500J/g以下であり、安全性にも問題がない。したがって、電池材料として使用可能な材料である。 In the lithium manganese nickel aluminum composite oxide obtained in Example 5, the heat treatment temperature for obtaining the manganese nickel aluminum composite oxide from the manganese nickel aluminum composite hydroxide is 890 ° C., which is 900, which is the lower limit of the preferable temperature range. Since the temperature is lower than 0 ° C., the content of sulfate radical (SO 4 2− ) is slightly high at 1.20% by mass, and the initial discharge capacity is slightly low at 105.2 mAh / g. However, it exceeds 100 mAh / g. Moreover, the calorific value measured by DSC is 500 J / g or less, and there is no problem in safety. Therefore, it is a material that can be used as a battery material.

実施例6で得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物は、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物からマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得るための熱処理温度が1010℃であり、好ましい温度範囲の上限値の1000℃を上回っているが、高目の温度で熱処理をしているため硫酸根(SO4 2-)の含有割合は低くなっている。しかし、高目の温度で熱処理をしているため、焼結が進み、平均粒子径d50が12.0μmと大きくなっており、初期放電容量が104.0mAh/gと若干低目である。しかし、100mAh/gは上回っている。また、DSCで測定した発熱量も500J/g以下であり、安全性にも問題がない。したがって、電池材料として使用可能な材料である。 In the lithium manganese nickel aluminum composite oxide obtained in Example 6, the heat treatment temperature for obtaining the manganese nickel aluminum composite oxide from the manganese nickel aluminum composite hydroxide is 1010 ° C., which is 1000, which is the upper limit of the preferable temperature range. Although the temperature is higher than ° C., the content of sulfate radical (SO 4 2− ) is low because the heat treatment is performed at a higher temperature. However, since the heat treatment is performed at a higher temperature, the sintering proceeds, the average particle diameter d50 is as large as 12.0 μm, and the initial discharge capacity is slightly low at 104.0 mAh / g. However, it exceeds 100 mAh / g. Moreover, the calorific value measured by DSC is 500 J / g or less, and there is no problem in safety. Therefore, it is a material that can be used as a battery material.

比較例1で得られたマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物はアルミニウムの原子比が0.34であり、本発明の範囲の上限値の0.24を上回っている。このため、初期放電容量が67.8mAh/gと100mAh/g以下となっており、電池材料として好ましくない。さらに、比較例1に示した正極活物質は、DSCで測定した発熱量が571.3J/gであり、500J/gを超える発熱量となっており、安全性についても問題があることがわかる。   The manganese nickel aluminum composite oxide obtained in Comparative Example 1 has an aluminum atomic ratio of 0.34, which exceeds the upper limit of 0.24 in the range of the present invention. For this reason, initial discharge capacities are 67.8 mAh / g and 100 mAh / g or less, which is not preferable as a battery material. Further, the positive electrode active material shown in Comparative Example 1 has a calorific value measured by DSC of 571.3 J / g, a calorific value exceeding 500 J / g, and it can be seen that there is a problem with safety. .

また、比較例2〜5においては、得られたマンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物について、いずれも熱処理をせずに炭酸リチウムと混合、焼成を行っている。このため、得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物において、硫酸根(SO4 2-)の含有割合が高くなり、硫酸リチウムとして分離してしまうと考えられるところ、X線回折による分析の結果、実際に硫酸リチウムのピークが認められており、得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物のリチウムが不足していると考えられる。このため、初期放電容量が3.5〜89.4mAh/gと100mAh/g以下となっており、特に、比較例3〜5は3.5〜19.2mAh/gと小さく、電池材料として不適である。 In Comparative Examples 2 to 5, the obtained manganese nickel aluminum composite hydroxide is mixed and fired with lithium carbonate without any heat treatment. For this reason, in the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, the content ratio of sulfate radical (SO 4 2− ) is considered to be increased and separated as lithium sulfate. As a result of analysis by X-ray diffraction, The peak of lithium sulfate is actually recognized, and it is considered that the lithium of the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide is insufficient. Therefore, the initial discharge capacities are 3.5 to 89.4 mAh / g and 100 mAh / g or less. In particular, Comparative Examples 3 to 5 are as small as 3.5 to 19.2 mAh / g and are not suitable as battery materials. It is.

比較例6は、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物粒子形成時の反応槽中の反応液のpHが9≦pH<10であり、本発明の範囲(10≦pH≦11)からpHが小さい方向に外れている。このため、Mnの原子比が混合時組成よりも小さくなり、初期放電容量が低下してしまっている。   In Comparative Example 6, the pH of the reaction solution in the reaction vessel at the time of forming the manganese nickel aluminum composite hydroxide particles is 9 ≦ pH <10, and in the direction of decreasing pH from the range of the present invention (10 ≦ pH ≦ 11). It is off. For this reason, the atomic ratio of Mn becomes smaller than the composition at the time of mixing, and the initial discharge capacity is reduced.

比較例7は、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物粒子形成時の反応槽中の反応液のpHが11<pH≦12であり、本発明の範囲(10≦pH≦11)からpHが大きい方向に外れている。このため、粒度分布における平均粒子径d50が6.6μmと小さくなり、初期放電容量が低下してしまっている。   In Comparative Example 7, the pH of the reaction solution in the reaction tank at the time of forming the manganese nickel aluminum composite hydroxide particles is 11 <pH ≦ 12, and the pH is increased from the range of the present invention (10 ≦ pH ≦ 11). It is off. For this reason, the average particle diameter d50 in the particle size distribution is as small as 6.6 μm, and the initial discharge capacity is reduced.

比較例8は、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物粒子形成時の反応槽中の反応液の温度が55℃であり、本発明の範囲(60〜80℃)から温度が小さい方向に外れている。このため、粒度分布における平均粒子径d50が15.4μmと大きくなり、初期放電容量が低下してしまっている。   In Comparative Example 8, the temperature of the reaction liquid in the reaction vessel at the time of forming the manganese nickel aluminum composite hydroxide particles is 55 ° C., and deviates from the range of the present invention (60 to 80 ° C.) in the direction of decreasing temperature. For this reason, the average particle diameter d50 in the particle size distribution is as large as 15.4 μm, and the initial discharge capacity is reduced.

比較例9は、マンガンニッケルアルミニウム複合水酸化物粒子形成時の反応槽中の反応液の温度が85℃であり、本発明の範囲(60〜80℃)から温度が大きい方向に外れている。このため、粒度分布における平均粒子径d50が6.8μmと小さくなり、初期放電容量が低下してしまっている。   In Comparative Example 9, the temperature of the reaction liquid in the reaction vessel at the time of forming the manganese nickel aluminum composite hydroxide particles is 85 ° C., and deviates from the range of the present invention (60 to 80 ° C.) in the direction of increasing temperature. For this reason, the average particle diameter d50 in the particle size distribution is as small as 6.8 μm, and the initial discharge capacity is reduced.

比較例10は、錯化剤(アンモニア)を用いている。このため、得られたリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物は、マンガンの原子比が目的とする組成の原子比から10%程度小さくなっており、初期放電容量が低下してしまっている。したがって、錯化剤(アンモニア)を用いることは量産性に乏しい方法といえる。   Comparative Example 10 uses a complexing agent (ammonia). For this reason, in the obtained lithium manganese nickel aluminum composite oxide, the atomic ratio of manganese is about 10% smaller than the atomic ratio of the target composition, and the initial discharge capacity is lowered. Therefore, it can be said that using a complexing agent (ammonia) is a method with poor mass productivity.

電池評価に用いたコイン電池の断面図Cross section of coin battery used for battery evaluation

符号の説明Explanation of symbols

1 リチウム金属負極
2 セパレータ(電解液含浸)
3 正極(評価用電極)
4 ガスケット
5 負極缶
6 正極缶
7 集電体
1 Lithium metal negative electrode 2 Separator (electrolyte impregnation)
3 Positive electrode (Evaluation electrode)
4 Gasket 5 Negative electrode can 6 Positive electrode can 7 Current collector

Claims (8)

一般式Li1+XMn(1-Y-Z)NiYAlZ2(ただし、式中X、Y、Zは、各々−0.05≦X≦0.10、0.33≦Y≦0.50、0<Z≦0.24)で表される六方晶系の層状構造を有し、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いたとき、該リチウムイオン二次電池の初期放電容量が100mAh/g以上であり、正極の安全性評価試験における発熱量が500J/g以下であるリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物。 Formula Li 1 + X Mn (1- YZ) Ni Y Al Z O 2 ( where wherein X, Y, Z are each -0.05 ≦ X ≦ 0.10,0.33 ≦ Y ≦ 0. 50, 0 <Z ≦ 0.24). When used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery is 100 mAh. Lithium manganese nickel-aluminum composite oxide having a calorific value of 500 J / g or less in a positive electrode safety evaluation test. 平均粒子径d50が7〜12μm、タップ密度が1〜1.5g/cm3である請求項1記載のリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物。 The lithium manganese nickel aluminum composite oxide according to claim 1, wherein the average particle diameter d50 is 7 to 12 µm and the tap density is 1 to 1.5 g / cm 3 . 硫酸根の含有量が0.35質量%以下である請求項1または2に記載のリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物。   The lithium manganese nickel aluminum composite oxide according to claim 1 or 2, wherein the sulfate group content is 0.35 mass% or less. 請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を含有するリチウムイオン二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries containing the lithium manganese nickel aluminum complex oxide in any one of Claims 1-3. 請求項4記載のリチウム二次電池正極活物質を正極活物質として用いたリチウム二次電池。   The lithium secondary battery which used the lithium secondary battery positive electrode active material of Claim 4 as a positive electrode active material. 一般式Li1+XMn(1-Y-Z)NiYAlZ2(ただし、式中X、Y、Zは、各々−0.05≦X≦0.10、0.33≦Y≦0.50、0<Z≦0.24)で表される六方晶系の層状構造を有するリチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を含有するリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、マンガンとニッケルとアルミニウムの原子比が上記一般式の原子比となるようにニッケル塩とアルミニウム塩とマンガン塩を混合した水溶液とアルカリ溶液とを連続的に反応槽内に投入し、得られる反応液のpHを10〜11の範囲とし、かつ反応温度を60℃〜80℃の範囲として、錯化剤を用いずに共沈殿させ、沈殿物を得る工程1と、工程1で得られた沈殿物を濾過、水洗することによって一般式Mn(1-Y-Z)NiYAlZ (OH) 2で表される複合水酸化物を得る工程2と、工程2で得られた複合水酸化物を熱処理してマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物とする工程3と、工程3で得られたマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、熱処理をして、リチウムマンガンニッケルアルミニウム複合酸化物を得る工程4を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 Formula Li 1 + X Mn (1- YZ) Ni Y Al Z O 2 ( where wherein X, Y, Z are each -0.05 ≦ X ≦ 0.10,0.33 ≦ Y ≦ 0. 50, 0 <Z ≦ 0.24), a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery containing a lithium manganese nickel aluminum composite oxide having a hexagonal layered structure represented by: An aqueous solution in which a nickel salt, an aluminum salt and a manganese salt are mixed and an alkaline solution are continuously charged into the reaction vessel so that the atomic ratio of nickel and aluminum is the atomic ratio of the above general formula, and the pH of the resulting reaction liquid is obtained. In the range of 10 to 11 and the reaction temperature in the range of 60 to 80 ° C., coprecipitation without using a complexing agent to obtain a precipitate, and filtration of the precipitate obtained in step 1 By washing with water, the general formula Mn (1-YZ) Ni Y Al Obtained in Step 2 for obtaining a composite hydroxide represented by Z (OH) 2 , Step 3 for heat treating the composite hydroxide obtained in Step 2 to make a manganese nickel aluminum composite oxide, and Step 3 A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising the step 4 of mixing a manganese nickel aluminum composite oxide and a lithium compound and performing a heat treatment to obtain a lithium manganese nickel aluminum composite oxide . 前記工程3において、一般式Mn(1-Y-Z)NiYAlZ (OH) 2で表される複合水酸化物を熱処理する温度が900〜1000℃であることを特徴とする請求項6記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The temperature of heat-treating the composite hydroxide represented by the general formula Mn (1-YZ) Ni Y Al Z (OH) 2 in the step 3 is 900 to 1000 ° C. A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. 前記工程4において、マンガンニッケルアルミニウム複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、熱処理をする温度が650〜850℃であることを特徴とする請求項6または7に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。   8. The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 6, wherein a temperature at which the manganese nickel aluminum composite oxide and the lithium compound are mixed and heat-treated in the step 4 is 650 to 850 ° C. 8. A method for producing an active material.
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