JP2006273620A - Lithium transition metal complex oxide, its manufacturing method, fired precursor for lithium transition metal complex oxide and lithium secondary battery - Google Patents

Lithium transition metal complex oxide, its manufacturing method, fired precursor for lithium transition metal complex oxide and lithium secondary battery Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a lithium transition metal complex oxide whose crystallinity is high and which can enhance the cell properties such as initial efficiency, an electric current rate property and the like when used as the positive electrode active material of a lithium secondary battery. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the lithium transition metal complex oxide comprises at least a granulating step for a transition metal compound, a mixing step to mix the granulated transition metal compound obtained from the granulating step and a lithium raw material and a firing step to fire the mixture obtained from the mixing step. In the mixing step, the lithium raw material is dissolved and mixed when the granulated transition metal compound is mixed with the lithium raw material. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム遷移金属複合酸化物の製造方法と、リチウム遷移金属複合酸化物を得るための焼成前駆体、その製造方法又は焼成前駆体により得られるリチウム遷移金属複合酸化物、並びにそのリチウム遷移金属複合酸化物を用いたリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a method for producing a lithium transition metal composite oxide, a calcined precursor for obtaining a lithium transition metal composite oxide, a lithium transition metal composite oxide obtained by the production method or the calcined precursor, and the lithium transition The present invention relates to a lithium secondary battery using a metal composite oxide.

近年、携帯用電子機器、通信機器の小型化、軽量化に伴い、その電源として、また、自動車用動力源として、高出力、高エネルギー密度であるリチウム二次電池が注目されている。リチウム二次電池の正極活物質としては、標準組成がLiCoO2、LiNiO2、LiMn24等のリチウム遷移金属複合酸化物が好ましいことが知られている。
更に、安全性や原料コストの観点から、これらのリチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属の一部を他の遷移金属で置換したLiNi1-xMnx2、LiNi1-x-yMnxCoy2等のLiCoO2やLiNiO2と同じ層状構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物が注目されている。
In recent years, with the reduction in size and weight of portable electronic devices and communication devices, lithium secondary batteries having high output and high energy density have attracted attention as power sources and automobile power sources. As a positive electrode active material of a lithium secondary battery, it is known that a standard composition is preferably a lithium transition metal composite oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 .
Furthermore, from the viewpoint of safety and raw material cost, LiNi 1-x Mn x O 2 , LiNi 1-xy Mn x Co y in which a part of the transition metal of these lithium transition metal composite oxides is substituted with another transition metal. lithium transition metal composite oxide having the same layered structure as LiCoO 2 or LiNiO 2 of O 2 or the like has attracted attention.

これらリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法として多くの方法が知られているが、例えば、ニッケル原料、コバルト原料、マンガン原料等の遷移金属系原料を含み、所望により更に少量のリチウム原料を含むスラリーを噴霧乾燥して造粒粒子とし、これに所望の組成比となるように更にリチウム原料を乾式混合した後、焼成する方法(特許文献1)や、ニッケル原料、コバルト原料、マンガン原料を、例えば炭酸塩として共沈させて得られる複合炭酸塩を焼成して脱炭酸し、得られた造粒粒子とリチウム原料を乾式混合した後、焼成する方法(特許文献2)などが用いられている。   Many methods are known as a method for producing these lithium transition metal composite oxides. For example, a slurry containing a transition metal-based material such as a nickel material, a cobalt material, or a manganese material, and a small amount of a lithium material as required. Is spray-dried into granulated particles, and a lithium raw material is further dry-mixed so as to have a desired composition ratio, followed by firing (Patent Document 1), a nickel raw material, a cobalt raw material, and a manganese raw material. A method is used in which a composite carbonate obtained by coprecipitation as a carbonate is baked and decarboxylated, and the resulting granulated particles and a lithium raw material are dry mixed and then baked (Patent Document 2).

特開2003−267732号公報JP 2003-267732 A 特開平10−134811号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-134811

しかしながら、上述の特許文献1及び特許文献2に記載の製造方法において、噴霧乾燥や共沈により得られた造粒粒子と混合されたリチウム原料は、通常乾式で混合されるため、混合後は造粒粒子とリチウム原料はお互い点接触しているのみである。こうした状態のものを焼成前駆体として使用した場合、焼成中に造粒粒子全体にリチウム原料が行き渡らない可能性があり、その結果、焼成後のリチウム遷移金属複合酸化物の組成に偏析が見られたり、焼成後のリチウム遷移金属複合酸化物の結晶性が不十分となったりする場合があった。これによって、焼成後のリチウム遷移金属複合酸化物をリチウム二次電池の正極活物質として使用した場合に、初期効率や電流レート特性等の電池特性が不十分になるという課題があった。   However, in the production methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, since the lithium raw material mixed with the granulated particles obtained by spray drying or coprecipitation is usually mixed in a dry method, The particles and the lithium material are only in point contact with each other. When such a state is used as a firing precursor, there is a possibility that the lithium raw material does not spread throughout the granulated particles during firing, and as a result, segregation is seen in the composition of the lithium transition metal composite oxide after firing. In some cases, the crystallinity of the lithium transition metal composite oxide after firing may be insufficient. Accordingly, when the fired lithium transition metal composite oxide is used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, there is a problem that battery characteristics such as initial efficiency and current rate characteristics become insufficient.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、結晶性が高く、リチウム二次電池の正極活物質として使用した場合に、初期効率や電流レート特性等の電池特性を向上させることが可能なリチウム遷移金属複合酸化物を製造する方法と、その製造に使用される焼成前駆体、並びにその製造方法又は焼成前駆体により得られるリチウム遷移金属複合酸化物を提供するとともに、そのリチウム遷移金属複合酸化物を用いたリチウム二次電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems. That is, an object of the present invention is a lithium transition metal composite oxide having high crystallinity and capable of improving battery characteristics such as initial efficiency and current rate characteristics when used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery. And a calcining precursor used in the production, and a lithium transition metal composite oxide obtained by the production method or calcining precursor, and lithium lithium using the lithium transition metal composite oxide. The next battery is to provide.

本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討した結果、遷移金属化合物の造粒粒子とリチウム原料とを混合する際に、リチウム原料を溶解させて混合することによって、結晶性が高く、リチウム二次電池の正極活物質として使用した場合に、初期効率や電流レート特性等の電池特性を向上させることが可能なリチウム遷移金属複合酸化物が得られることを見出して、本発明を完成した。   As a result of intensive studies in view of the above problems, the inventors of the present invention have high crystallinity by dissolving and mixing the lithium raw material when mixing the granulated particles of the transition metal compound and the lithium raw material. The present invention was completed by finding that a lithium transition metal composite oxide capable of improving battery characteristics such as initial efficiency and current rate characteristics when used as a positive electrode active material of a battery can be obtained.

即ち、本発明の趣旨は、遷移金属化合物の造粒工程と、該造粒工程により得られた遷移金属化合物の造粒粒子とリチウム原料との混合工程と、該混合工程により得られた混合物の焼成工程とを少なくとも備えた、リチウム遷移金属複合酸化物の製造方法において、該混合工程において、遷移金属化合物の造粒粒子とリチウム原料を混合する際に、リチウム原料を溶解させて混合することを特徴とする、リチウム遷移金属複合酸化物の製造方法に存する(請求項1)。   That is, the gist of the present invention is that the transition metal compound granulation step, the transition metal compound granulation particles obtained by the granulation step and the lithium raw material mixing step, and the mixture obtained by the mixing step In the method for producing a lithium transition metal composite oxide comprising at least a firing step, in mixing the granulated particles of the transition metal compound and the lithium raw material in the mixing step, the lithium raw material is dissolved and mixed. The present invention resides in a method for producing a lithium transition metal complex oxide (claim 1).

ここで、リチウム原料を水分により溶解することが好ましい(請求項2)。   Here, it is preferable to dissolve the lithium raw material with moisture (claim 2).

この場合、リチウム原料として水酸化リチウムの水和物を用い、該混合工程でリチウム原料が溶解する温度まで加熱することが好ましい(請求項3)。   In this case, it is preferable to use lithium hydroxide hydrate as the lithium raw material and to heat to a temperature at which the lithium raw material is dissolved in the mixing step.

また、該混合工程において、水分を共存させるのも好ましい(請求項4)。   In the mixing step, it is also preferable that water be present together (claim 4).

また、本発明の別の趣旨は、焼成によりリチウム遷移金属複合酸化物を得るための前駆体であって、遷移金属化合物の造粒粒子をリチウム原料が被覆していることを特徴とする、リチウム遷移金属複合酸化物用焼成前駆体に存する(請求項5)。   Another object of the present invention is a precursor for obtaining a lithium transition metal composite oxide by firing, characterized in that the lithium raw material coats the granulated particles of the transition metal compound, It exists in the baking precursor for transition metal complex oxides (Claim 5).

また、本発明の別の趣旨は、上述のリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法により製造されることを特徴とする、リチウム遷移金属複合酸化物に存する(請求項6)。   Further, another gist of the present invention resides in a lithium transition metal composite oxide produced by the above-described method for producing a lithium transition metal composite oxide (claim 6).

また、本発明の別の趣旨は、上述のリチウム遷移金属複合酸化物用焼成前駆体を用いて得られることを特徴とする、リチウム遷移金属複合酸化物に存する(請求項7)。   Further, another gist of the present invention resides in a lithium transition metal composite oxide obtained by using the above-mentioned firing precursor for lithium transition metal composite oxide (claim 7).

また、本発明の別の趣旨は、リチウムを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに、リチウム塩を電解質として含有する有機電解液を備えたリチウム二次電池であって、該正極が上述のリチウム遷移金属複合酸化物を含有することを特徴とする、リチウム二次電池に存する(請求項8)。   Another gist of the present invention is a lithium secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, and an organic electrolyte containing a lithium salt as an electrolyte, wherein the positive electrode is the above-mentioned lithium A lithium secondary battery is characterized by containing a transition metal composite oxide.

本発明のリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法及びリチウム遷移金属複合酸化物用焼成前駆体によれば、結晶性が高く、リチウム二次電池の正極活物質として使用した場合に、初期効率や電流レート特性等の電池特性を向上させることが可能なリチウム遷移金属複合酸化物を得ることが可能となる。   According to the method for producing a lithium transition metal composite oxide and the firing precursor for the lithium transition metal composite oxide of the present invention, when used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery having high crystallinity, the initial efficiency and current A lithium transition metal composite oxide capable of improving battery characteristics such as rate characteristics can be obtained.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内であれば種々に変更して実施することができる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

[I.リチウム遷移金属複合酸化物の製造方法]
本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法(以下適宜「本発明の製造方法」と略する。)は、遷移金属化合物を造粒する工程(造粒工程)と、造粒工程により得られた遷移金属化合物の造粒粒子とリチウム原料とを混合する工程(混合工程)と、混合工程により得られた混合物を焼成する工程(焼成工程)とを少なくとも備えた方法であって、混合工程において、遷移金属化合物の造粒粒子とリチウム原料を混合する際に、リチウム原料を溶解させて混合するものである。
[I. Method for producing lithium transition metal composite oxide]
The method for producing a lithium transition metal composite oxide according to the present invention (hereinafter appropriately abbreviated as “the production method of the present invention”) is obtained by a step of granulating a transition metal compound (granulation step) and a granulation step. A process comprising at least a step (mixing step) of mixing the granulated particles of the obtained transition metal compound and a lithium raw material, and a step (firing step) of firing the mixture obtained by the mixing step. In the above, when the granulated particles of the transition metal compound and the lithium raw material are mixed, the lithium raw material is dissolved and mixed.

〔遷移金属化合物〕
遷移金属化合物としては、マンガン、ニッケル、コバルト等の遷移金属を含有する化合物の中から、リチウム遷移金属複合酸化物の原料として用いうることが知られているものを適宜選択して用いることができる。例としては、マンガン、ニッケル、コバルト等の遷移金属の酸化物;水酸化物;ハロゲン化物;炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩などの無機酸塩;酢酸塩などの有機酸塩などが挙げられる。以下の記載では、各々の遷移金属を含有する化合物を、その金属名を冠して「マンガン原料」「ニッケル原料」「コバルト原料」等と呼ぶものとする。
[Transition metal compounds]
As the transition metal compound, a compound that is known to be used as a raw material for a lithium transition metal composite oxide can be appropriately selected from compounds containing transition metals such as manganese, nickel, and cobalt. . Examples include oxides of transition metals such as manganese, nickel, and cobalt; hydroxides; halides; inorganic acid salts such as carbonates, sulfates, and nitrates; organic acid salts such as acetates. In the following description, a compound containing each transition metal is referred to as “manganese raw material”, “nickel raw material”, “cobalt raw material”, etc. with the metal name.

具体的に、マンガン原料としては、Mn23、MnO2、Mn34等のマンガン酸化物、MnCO3、Mn(NO32、MnSO4、酢酸マンガン、ジカルボン酸マンガン、クエン酸マンガン、脂肪酸マンガン等のマンガン塩、オキシ水酸化物、ハロゲン化物等が挙げられる。Mn23として、MnCO3やMnO2などの化合物を熱処理して作製したものを用いてもよい。好ましくは、Mn23、Mn34、MnO2などの酸化物、Mn(OH)2等の水酸化物等が用いられる。 Specifically, manganese raw materials include manganese oxides such as Mn 2 O 3 , MnO 2 and Mn 3 O 4 , MnCO 3 , Mn (NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, manganese dicarboxylate, manganese citrate , Manganese salts such as fatty acid manganese, oxyhydroxides, halides and the like. As Mn 2 O 3 , a material prepared by heat-treating a compound such as MnCO 3 or MnO 2 may be used. Preferably, oxides such as Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 and MnO 2 , hydroxides such as Mn (OH) 2 and the like are used.

ニッケル原料としては、NiO、NiO2等の酸化物;Ni(OH)2などの水酸化物;NiOOHなどのオキシ水酸化物;NiCl2などのハロゲン化物、NiCO3等が挙げられる。好ましくは、NiOなどの酸化物、Ni(OH)2などの水酸化物等が用いられる。 Examples of the nickel raw material include oxides such as NiO and NiO 2 ; hydroxides such as Ni (OH) 2 ; oxyhydroxides such as NiOOH; halides such as NiCl 2 , NiCO 3 and the like. Preferably, an oxide such as NiO or a hydroxide such as Ni (OH) 2 is used.

コバルト原料としては、Co(OH)2などの水酸化物;CoOOHなどのオキシ水酸化物;CoO、Co23などの酸化物;CoCl2などのハロゲン化物;Co(NO32・6H2Oなどの硝酸塩;Co(SO42・7H2Oなどの硫酸塩等が挙げられる。好ましくは、Co34などの酸化物;Co(OH)2などの水酸化物;オキシ水酸化コバルト;炭酸コバルト等が用いられる。 Examples of cobalt raw materials include hydroxides such as Co (OH) 2 ; oxyhydroxides such as CoOOH; oxides such as CoO and Co 2 O 3 ; halides such as CoCl 2 ; Co (NO 3 ) 2 .6H Nitrates such as 2 O; sulfates such as Co (SO 4 ) 2 · 7H 2 O and the like. Preferably, oxides such as Co 3 O 4 ; hydroxides such as Co (OH) 2 ; cobalt oxyhydroxide; cobalt carbonate and the like are used.

〔置換元素原料〕
本発明の製造方法においては、目的とするリチウム遷移金属複合酸化物の組成に応じて、上述のマンガン、ニッケル、コバルトの他の元素(以下適宜「置換元素」という。)を用いてもよい。
[Substituted element materials]
In the production method of the present invention, other elements of the above-mentioned manganese, nickel, and cobalt (hereinafter appropriately referred to as “substitution elements”) may be used depending on the composition of the target lithium transition metal composite oxide.

置換元素としては、Fe、Cr、V、Ti、Cu、Ga、Bi、Sn、Zn、Mg、Ge、Nb、Ta、Be、Ca、Sc、Al、B、などが挙げられる。これらの中でも好ましいのは、Al、Bi、B、V、Mg、Nbなどである。   Examples of the substitution element include Fe, Cr, V, Ti, Cu, Ga, Bi, Sn, Zn, Mg, Ge, Nb, Ta, Be, Ca, Sc, Al, and B. Among these, Al, Bi, B, V, Mg, Nb and the like are preferable.

置換元素原料としては、上述の置換元素を含有する化合物(以下適宜「置換元素原料」という。)の中から、リチウム遷移金属複合酸化物の原料として用いうることが知られているものを適宜選択して用いることができる。具体的には、酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、硝酸塩、炭酸塩、ジカルボン酸塩、脂肪酸塩、アンモニウム塩等が挙げられる。   As a substitution element raw material, a compound known to be used as a raw material for a lithium transition metal composite oxide is appropriately selected from the compounds containing the substitution element described above (hereinafter, referred to as “substitution element raw material” as appropriate). Can be used. Specific examples include oxides, hydroxides, oxyhydroxides, nitrates, carbonates, dicarboxylates, fatty acid salts, and ammonium salts.

〔リチウム原料〕
本発明の製造方法において使用されるリチウム原料は、リチウムを含有する化合物であれば特に制限されないが、好ましくは水酸化リチウムの水和物又は無水水酸化リチウムを用いる。
[Lithium raw material]
The lithium raw material used in the production method of the present invention is not particularly limited as long as it is a compound containing lithium, but lithium hydrate or anhydrous lithium hydroxide is preferably used.

水酸化リチウムの水和物を使用した場合、その水和物から水分を発生させるような条件で後述の混合工程を行なうことで、外部から水分を加えなくともリチウム原料がを溶解させることができる。水酸化リチウムの水和物としては、水酸化リチウム一水和物が挙げられる。   When lithium hydroxide hydrate is used, the lithium raw material can be dissolved without adding moisture externally by performing the mixing step described below under conditions that generate moisture from the hydrate. . Examples of the hydrate of lithium hydroxide include lithium hydroxide monohydrate.

一方、無水水酸化リチウムを使用した場合、リチウム化合物から水分が発生しないため、後述の混合工程を行なう際に外部から水分を加えて共存させることで、リチウム原料を溶解させることができる。   On the other hand, when anhydrous lithium hydroxide is used, no moisture is generated from the lithium compound. Therefore, the lithium raw material can be dissolved by adding water from the outside and coexisting when performing the mixing step described later.

また、本発明の製造方法に使用されるリチウム原料は、そのメジアン径が通常0.1μm以上、中でも0.5μm以上、また、通常20μm以下、中でも15μm以下、更には10μm以下の範囲であることが好ましい。リチウム原料はメジアン径が小さいほど空気中の水分や二酸化炭素を吸収しやすく、保存安定性に劣る傾向がある。一方、リチウム原料のメジアン径が大きすぎると、得られるリチウム遷移金属複合酸化物の平均粒径が大きく、組成が不均一になりやすく、リチウム遷移金属複合酸化物を電池の正極活物質として使用した際に出力特性等の電池特性が不良となるおそれがある。   Further, the lithium raw material used in the production method of the present invention has a median diameter of usually 0.1 μm or more, particularly 0.5 μm or more, and usually 20 μm or less, especially 15 μm or less, more preferably 10 μm or less. Is preferred. Lithium raw materials tend to absorb moisture and carbon dioxide in the air the smaller the median diameter, and the storage stability tends to be poor. On the other hand, if the median diameter of the lithium raw material is too large, the average particle diameter of the obtained lithium transition metal composite oxide is large and the composition tends to be nonuniform, and the lithium transition metal composite oxide was used as the positive electrode active material of the battery. In some cases, battery characteristics such as output characteristics may be deteriorated.

本明細書において、リチウム原料の「メジアン径」は、室温で、JIS Z 8825−1に基づいてレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定した値である。測定用の分散媒としては、水酸化リチウムを予め飽和溶解させたエタノールを用いる。エタノールに水酸化リチウムを予め飽和溶解させておくことで、測定中にリチウム原料がエタノールに溶解してしまうのを防ぐことができる。測定に当たっては、リチウム原料をエタノールに加えた後、出力30W、周波数22.5kHzの超音波発振器で1分間分散処理を行なってから測定に供する。測定に使用する屈折率は、1.14a000i(実数部1.14、虚数部0.00)である。   In the present specification, the “median diameter” of the lithium raw material is a value measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device based on JIS Z 8825-1 at room temperature. As a dispersion medium for measurement, ethanol in which lithium hydroxide is saturated and dissolved in advance is used. By preliminarily dissolving lithium hydroxide in ethanol, it is possible to prevent the lithium raw material from being dissolved in ethanol during the measurement. In the measurement, after adding a lithium raw material to ethanol, a dispersion treatment is performed for 1 minute with an ultrasonic oscillator having an output of 30 W and a frequency of 22.5 kHz, and then used for the measurement. The refractive index used for the measurement is 1.14a000i (real part 1.14, imaginary part 0.00).

〔造粒工程〕
造粒工程としては、例えば、遷移金属化合物(マンガン原料、ニッケル原料、コバルト原料、及び必要に応じて用いられる置換元素原料を総称して呼ぶものとする。)を含有するスラリーを噴霧乾燥することにより造粒粒子を得る方法(噴霧乾燥法)、遷移金属化合物を含有する溶液から沈殿させることにより造粒粒子を得る方法(共沈法)などが挙げられる。
[Granulation process]
As the granulation step, for example, a slurry containing a transition metal compound (a manganese raw material, a nickel raw material, a cobalt raw material, and a substitution element raw material used as needed is generically called) is spray-dried. Examples thereof include a method for obtaining granulated particles by spraying (spray drying method) and a method for obtaining granulated particles by precipitation from a solution containing a transition metal compound (coprecipitation method).

以下の記載では、上述の遷移金属化合物を含有するスラリーを噴霧乾燥することにより造粒粒子を得る方法(噴霧乾燥法)を例として説明を行なう。   In the following description, a method (spray drying method) for obtaining granulated particles by spray drying a slurry containing the above transition metal compound will be described as an example.

・混合・粉砕:
まず、上述の遷移金属化合物を混合・粉砕する。各元素の配合比は、目的とするリチウム遷移金属複合酸化物の組成に応じて適宜調節する。
・ Mixing and grinding:
First, the above transition metal compound is mixed and pulverized. The mixing ratio of each element is appropriately adjusted according to the composition of the target lithium transition metal composite oxide.

遷移金属化合物の混合・粉砕方法は、特に限定されるものではなく、湿式で行なっても乾式で行なってもよい。例としては、ビーズミル、ボールミル等を使用する方法が挙げられる。粉砕は、粉砕後の原料粒子の平均粒径が、通常2μm以下、中でも1μm以下、更には0.5μm以下になるまで行なうのが好ましい。平均粒径が大きすぎると、焼成工程における原料同士の反応性が低下するおそれがある。但し、必要以上に小粒径化するのは粉砕のコストアップに繋がるので、平均粒径が通常0.01μm以上、中でも0.05μm以上、更には0.1μm以上となるように粉砕すればよい。   The method for mixing and pulverizing the transition metal compound is not particularly limited, and it may be performed wet or dry. Examples include a method using a bead mill, a ball mill or the like. The pulverization is preferably performed until the average particle diameter of the pulverized raw material particles is usually 2 μm or less, particularly 1 μm or less, and more preferably 0.5 μm or less. If the average particle size is too large, the reactivity between the raw materials in the firing step may be reduced. However, reducing the particle size more than necessary leads to an increase in the cost of pulverization. Therefore, the average particle size is usually 0.01 μm or more, particularly 0.05 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more. .

次いで、粉砕された原料を、溶媒とともに混合してスラリーとする。溶媒としては、有機溶媒、水性溶媒などが挙げられるが、コストの点で水が好ましい。   Next, the pulverized raw material is mixed with a solvent to form a slurry. Examples of the solvent include organic solvents and aqueous solvents, but water is preferable in terms of cost.

スラリー濃度は特に限定されないが、通常1重量%以上、中でも5重量%以上、更には10重量%以上、特に15重量%以上の範囲が好ましい。スラリー濃度が低すぎると生産性が低下しやすい。一方、スラリー濃度の上限は、通常50重量%以下、中でも45重量%以下、更には40重量%以下の範囲である。スラリー濃度が高すぎるとスラリーの粘度が高くなり、後述する噴霧乾燥にてノズルで噴霧できなくなるおそれがある。   The slurry concentration is not particularly limited, but it is usually 1% by weight or more, preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, and particularly preferably 15% by weight or more. If the slurry concentration is too low, the productivity tends to decrease. On the other hand, the upper limit of the slurry concentration is usually 50% by weight or less, particularly 45% by weight or less, and further 40% by weight or less. If the slurry concentration is too high, the viscosity of the slurry becomes high, and there is a possibility that it cannot be sprayed with a nozzle by spray drying described later.

また、スラリーの粘度は特に限定されないが、通常100mPs・s以上、中でも300mPs・s以上、また、通常2000mPs・s以下、中でも1500mPs・s以下の範囲が好ましい。スラリーの粘度が低すぎると、後述の噴霧乾燥の際にきれいな球状粒子が形成されにくい傾向があり、また、高すぎるとノズルで噴霧できなくなるおそれがある。   Further, the viscosity of the slurry is not particularly limited, but is preferably in the range of usually 100 mPs · s or more, particularly 300 mPs · s or more, and usually 2000 mPs · s or less, particularly 1500 mPs · s or less. If the viscosity of the slurry is too low, clean spherical particles tend to be difficult to form during spray drying described later, and if it is too high, there is a possibility that the nozzle cannot be sprayed.

・噴霧・乾燥:
得られたスラリーを噴霧乾燥して、遷移金属化合物の造粒粒子(これを適宜「造粒粒子」という。)を得る。噴霧乾燥は、生成する造粒粒子の均一性や粉体流動性、粉体ハンドリング性能、二次粒子を効率よく形成できる等の観点から好ましい。噴霧乾燥は公知の方法により行なえばよい。例えば、ノズルの先端に気体流とスラリーとを流入させることによって、ノズルからスラリーを液滴として吐出させ、乾燥ガスと接触させて液滴を迅速に乾燥させる方法を用いることができる。
・ Spraying / drying:
The obtained slurry is spray-dried to obtain granulated particles of transition metal compound (this is referred to as “granulated particles” as appropriate). Spray drying is preferable from the viewpoints of uniformity of the granulated particles to be generated, powder flowability, powder handling performance, and the ability to efficiently form secondary particles. Spray drying may be performed by a known method. For example, it is possible to use a method in which a gas flow and a slurry are caused to flow into the tip of a nozzle so that the slurry is discharged as droplets from the nozzle and brought into contact with a drying gas to quickly dry the droplets.

噴霧乾燥により得られる造粒粒子の平均粒径は、通常50μm以下、中でも40μm以下となるようにするのが好ましい。但し、噴霧乾燥では小さな粒径は得にくい傾向にあるので、平均粒径の下限は通常1μm以上、中でも3μm以上である。   The average particle size of the granulated particles obtained by spray drying is usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less. However, since it tends to be difficult to obtain a small particle size by spray drying, the lower limit of the average particle size is usually 1 μm or more, especially 3 μm or more.

噴霧乾燥法で造粒粒子を製造する場合、その粒子径は、噴霧形式、加圧気体流供給速度、スラリー供給速度、乾燥温度等を適宜選定することによって制御することができる。乾燥雰囲気は通常大気であるが、窒素などの不活性雰囲気下でもよい。乾燥用ガスは、80〜300℃で噴霧装置に導入し、45〜250℃で装置から排出するのが好ましい。   In the case of producing granulated particles by the spray drying method, the particle size can be controlled by appropriately selecting the spray format, pressurized gas flow supply rate, slurry supply rate, drying temperature and the like. The dry atmosphere is usually air, but may be an inert atmosphere such as nitrogen. The drying gas is preferably introduced into the spraying device at 80 to 300 ° C. and discharged from the device at 45 to 250 ° C.

〔混合工程〕
得られた遷移金属化合物の造粒粒子と上述のリチウム原料とを混合する。混合方法は特に限定されないが、混合度合いの観点から、羽根が回転して粉体を混合するミキサータイプの混合装置を用いることが好ましい。混合装置の例としては、ハイスピードミキサー(深江パウテック社製)、アキシャルミキサー(杉山重工社製)、レディゲミキサー(マツボー社製)などが挙げられる。
[Mixing process]
The obtained granulated particles of the transition metal compound and the above-described lithium raw material are mixed. The mixing method is not particularly limited, but from the viewpoint of the degree of mixing, it is preferable to use a mixer type mixing device in which the blades rotate to mix the powder. Examples of the mixing apparatus include a high speed mixer (Fukae Powtech Co., Ltd.), an axial mixer (Sugiyama Heavy Industries Co., Ltd.), and a Redige mixer (Matsubo Co., Ltd.).

造粒粒子とリチウム原料との混合割合は、所望するリチウム遷移金属複合酸化物の組成によって決定される。   The mixing ratio of the granulated particles and the lithium raw material is determined by the desired composition of the lithium transition metal composite oxide.

混合する際の雰囲気としては、不活性雰囲気中で実施することが好ましい。具体的には窒素ガス、アルゴンガス、脱炭酸空気ガス、などが挙げられる。   The atmosphere for mixing is preferably carried out in an inert atmosphere. Specific examples include nitrogen gas, argon gas, decarbonated air gas, and the like.

本発明にて目的とするリチウム遷移金属複合酸化物を得るためには、この混合工程において、リチウム原料を溶解させることが重要である。   In order to obtain the target lithium transition metal composite oxide in the present invention, it is important to dissolve the lithium raw material in this mixing step.

リチウム原料を溶解させる手法は特に制限されないが、例としては下記の2種類が挙げられる。
(1)水酸化リチウムの水和物を使用し、水和物が遊離するような温度に加熱する。
(2)無水水酸化リチウムを使用し、外部から水分を加えて共存させる。
The method for dissolving the lithium raw material is not particularly limited, but examples include the following two types.
(1) Use lithium hydroxide hydrate and heat to a temperature at which the hydrate is liberated.
(2) Use anhydrous lithium hydroxide and add water from the outside to coexist.

・(1)の場合:
リチウム原料として水酸化リチウムの水和物を使用する場合には、その水和物から水分を発生させるような条件下で混合する。具体的には、混合時に水和物が遊離するような温度まで加熱することで、リチウム原料を溶解させることができる。
・ In the case of (1):
When a hydrate of lithium hydroxide is used as the lithium raw material, mixing is performed under conditions that generate water from the hydrate. Specifically, the lithium raw material can be dissolved by heating to a temperature at which the hydrate is liberated during mixing.

加熱温度は、リチウム原料が溶解する限り特に制限はないが、例えば60〜80℃が挙げられる。必要に応じて、水酸化リチウムの水和物に対して更に水、メタノール、エタノールなどの溶媒を加えて溶解させてもよい。   Although there is no restriction | limiting in particular as long as a lithium raw material melt | dissolves, for example, 60-80 degreeC is mentioned. If necessary, a solvent such as water, methanol, ethanol or the like may be further added to the lithium hydroxide hydrate to dissolve it.

・(2)の場合:
リチウム原料として無水水酸化リチウムを使用する場合には、混合時に外部から水分を加えて共存させることで、リチウム原料を溶解させることができる。無水水酸化リチウムは、水、メタノール、エタノールなどの溶媒によって溶解させることができるが、コスト及び溶解性の観点から、特に水分により溶解することが好ましい。
・ In case of (2):
When anhydrous lithium hydroxide is used as the lithium raw material, the lithium raw material can be dissolved by adding water from the outside during mixing to allow it to coexist. Although anhydrous lithium hydroxide can be dissolved by a solvent such as water, methanol, ethanol, etc., it is particularly preferable to dissolve with water from the viewpoint of cost and solubility.

無水水酸化リチウムを使用する場合、混合時に加える水分の量は特に制限されないが、リチウム原料の重量に対して通常1%以上、中でも3%以上、また、通常20%以下、中でも10%以下の範囲である。水分の量がこの範囲を下回ると、リチウム原料が十分に溶解しない。一方、水分の量がこの範囲を上回ると、水分が過剰となり混合がうまく行かなくなる。また、あまりに水分が多くなると、水分により造粒粒子の形状が崩れてしまうおそれがある。   When anhydrous lithium hydroxide is used, the amount of water added during mixing is not particularly limited, but is usually 1% or more, especially 3% or more, and usually 20% or less, especially 10% or less, based on the weight of the lithium raw material. It is a range. When the amount of moisture is below this range, the lithium raw material is not sufficiently dissolved. On the other hand, if the amount of water exceeds this range, the water will be excessive and mixing will not be successful. Moreover, when there is too much moisture, the shape of the granulated particles may be destroyed by the moisture.

水分を加える方法は特に制限されないが、造粒粒子とリチウム原料との混合中に、混合装置内に水分を霧状に噴霧することが好ましい。造粒粒子及びリチウム原料を混合装置に仕込む時点で、同時に所定量の水を加えると、局所的に造粒粒子の崩れ及びリチウム原料の溶解が起こり、うまく混合ができなくなる。   The method for adding moisture is not particularly limited, but it is preferable to spray the moisture in a mist in the mixing apparatus during mixing of the granulated particles and the lithium raw material. If a predetermined amount of water is added at the same time when the granulated particles and the lithium raw material are charged into the mixing apparatus, the granulated particles are locally collapsed and the lithium raw material is dissolved, so that the mixing cannot be performed well.

〔焼成前駆体〕
造粒粒子とリチウム原料を上述の手法で混合することにより、焼成前駆体を得る。
本発明の製造方法において得られる焼成前駆体(以下、これを適宜「本発明の焼成前駆体」という。)は、造粒粒子をリチウム原料が被覆している。ここでいう被覆とは、溶解したリチウム原料が造粒粒子表面の全体あるいは一部を覆っている状態のことである。造粒粒子1粒単独に対してリチウム原料が被覆している状態に加え、いくつかの造粒粒子が纏まった状態に対してリチウム原料が被覆している状態もある。
[Baking precursor]
A granulated particle and a lithium raw material are mixed by the above-mentioned method to obtain a calcined precursor.
In the calcined precursor obtained in the production method of the present invention (hereinafter referred to as “the calcined precursor of the present invention” as appropriate), the granulated particles are covered with a lithium raw material. The term “coating” as used herein refers to a state in which the dissolved lithium raw material covers the whole or part of the granulated particle surface. In addition to the state in which a single granulated particle is coated with a lithium raw material, there is also a state in which a lithium raw material is coated over a state in which several granulated particles are collected.

焼成前駆体のメジアン径は、造粒粒子にも依存するが、通常3μm以上、好ましくは5μm以上、また、通常100μm以下、好ましく50μm以下の範囲である。メジアン径がこの下限を下回ると、粒子が得にくくなるため好ましくない。一方、メジアン径がこの上限を上回ると、多くの造粒粒子が纏まっている状態となり、焼成後の段階で組成の偏析に繋がる可能性がある。   The median diameter of the calcined precursor is usually 3 μm or more, preferably 5 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, although it depends on the granulated particles. If the median diameter is less than this lower limit, it becomes difficult to obtain particles, which is not preferable. On the other hand, if the median diameter exceeds this upper limit, a large number of granulated particles are collected, which may lead to segregation of the composition at the stage after firing.

リチウム原料による造粒粒子の被覆状態は、造粒粒子の表面積に対する表面被覆率によって評価することができる。本発明の造粒粒子の表面被覆率は、通常30%以上、好ましくは50%以上の範囲である。表面被覆率がこの下限を下回ると、造粒粒子とリチウム原料との接触面積が低くなるので好ましくいない。一方、表面被覆率は高いほど好ましく、完全に被覆された場合(被覆率100%)には、造粒粒子とリチウム原料との接触面積を最も有効に使用することが出来る。更に、造粒粒子が纏まった状態よりは、1粒単独で被覆されていた方が、造粒粒子とリチウム原料との接触面積をより有効に使用することが出来る。   The covering state of the granulated particles with the lithium raw material can be evaluated by the surface coverage with respect to the surface area of the granulated particles. The surface coverage of the granulated particles of the present invention is usually 30% or more, preferably 50% or more. If the surface coverage is less than this lower limit, the contact area between the granulated particles and the lithium raw material becomes low, which is not preferable. On the other hand, the higher the surface coverage, the better. When fully coated (coverage 100%), the contact area between the granulated particles and the lithium raw material can be used most effectively. Furthermore, the contact area between the granulated particles and the lithium raw material can be used more effectively when the granulated particles are coated alone than when the granulated particles are collected.

リチウム原料による造粒粒子の被覆厚さは、通常0.05μm以上、好ましくは0.1μm以上、また、通常10μm以下、好ましく5μm以下の範囲である。被覆厚さはできるだけ造粒粒子に対して均一な方がよい。   The coating thickness of the granulated particles from the lithium raw material is usually 0.05 μm or more, preferably 0.1 μm or more, and usually 10 μm or less, preferably 5 μm or less. The coating thickness should be as uniform as possible with respect to the granulated particles.

なお、リチウム原料による造粒粒子の表面被覆率及び被覆厚さは、造粒粒子光学顕微鏡や電子顕微鏡(SEM、TEM)等によって測定することが可能である。   In addition, the surface coverage and the coating thickness of the granulated particles by the lithium raw material can be measured by a granulated particle optical microscope, an electron microscope (SEM, TEM), or the like.

混合工程でリチウム原料を溶解させることにより、上述の効果(結晶性が高く、リチウム二次電池の正極活物質として使用した場合に、初期効率や電流レート特性等の電池特性を向上させることが可能なリチウム遷移金属複合酸化物が得られる)が得られる理由は定かではないが、以下のように推測される。   By dissolving the lithium raw material in the mixing process, it is possible to improve the above-mentioned effects (high crystallinity and battery characteristics such as initial efficiency and current rate characteristics when used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery. The reason why such a lithium transition metal composite oxide is obtained is not clear, but is presumed as follows.

即ち、リチウム原料が溶解した状態で造粒粒子とリチウム原料とを混合することで、得られる焼成前駆体は上述の様にリチウム原料が造粒粒子を被覆した状態となるため、リチウム原料を溶解させない場合と比較して、造粒粒子とリチウム原料との接触面積が向上する。その状態で焼成を行なうことで、微細なスケールで見た場合でも規則正しい層構造を形成し、その結果、XRDで確認できる結晶性が向上し、電池の正極活物質として使用した際に電池特性の優れたリチウム遷移金属複合酸化物が得られるものと考えられる。   That is, by mixing the granulated particles and the lithium raw material in a state where the lithium raw material is dissolved, the resulting calcined precursor is in a state in which the lithium raw material is coated with the granulated particles as described above. The contact area between the granulated particles and the lithium raw material is improved as compared with the case where the particles are not used. By firing in that state, a regular layer structure is formed even when viewed on a fine scale. As a result, the crystallinity that can be confirmed by XRD is improved, and when used as a positive electrode active material of a battery, the battery characteristics are improved. It is considered that an excellent lithium transition metal composite oxide can be obtained.

〔焼成工程〕
得られた焼成前駆体を、リチウム遷移金属複合酸化物を得るために焼成する。
[Baking process]
The obtained firing precursor is fired to obtain a lithium transition metal composite oxide.

焼成温度は、通常500℃以上、好ましくは550℃以上であり、また通常1200℃以下、好ましくは1050℃以下である。焼成温度が低すぎると、結晶性の良い層状リチウム複合酸化物が得難い。また、焼成温度が高すぎると、目的とする層状リチウム複合酸化物以外の相が生成したり、欠陥が多い層状リチウム複合酸化物が生成したりするおそれがある。   The firing temperature is usually 500 ° C. or higher, preferably 550 ° C. or higher, and usually 1200 ° C. or lower, preferably 1050 ° C. or lower. If the firing temperature is too low, it is difficult to obtain a layered lithium composite oxide having good crystallinity. If the firing temperature is too high, a phase other than the target layered lithium composite oxide may be formed, or a layered lithium composite oxide having many defects may be formed.

また、常温から上記の焼成温度まで昇温する際には、反応をより均一に行なうために、例えば毎分5℃以下の温度で徐々に昇温するか、或いは途中で一旦昇温を停止し、一定温度で保持して全体の温度が均一となるようにするのが好ましい。   Further, when raising the temperature from room temperature to the above-mentioned firing temperature, in order to carry out the reaction more uniformly, for example, the temperature is gradually raised at a temperature of 5 ° C. or less per minute, or the temperature rise is temporarily stopped in the middle. It is preferable to keep the temperature constant so that the entire temperature becomes uniform.

焼成時間は、通常1時間以上、好ましくは2時間以上であり、通常100時間以下、好ましくは50時間以下である。焼成時間が短すぎると結晶性の良い層状リチウム複合酸化物が得難く、逆に長すぎる反応時間は工業的に無意味である。   The firing time is usually 1 hour or longer, preferably 2 hours or longer, and usually 100 hours or shorter, preferably 50 hours or shorter. If the firing time is too short, it is difficult to obtain a layered lithium composite oxide having good crystallinity. Conversely, a too long reaction time is industrially meaningless.

焼成は、通常は空気中で行なうが、他の酸素含有ガス中で行なうこともできる。なお、空気中で焼成する場合には、二酸化炭素を予め除去した空気を用いるのが好ましい。   Firing is usually performed in air, but can also be performed in other oxygen-containing gases. In addition, when baking in air, it is preferable to use air from which carbon dioxide has been previously removed.

欠陥の少ない層状リチウム複合酸化物を得るためには、上記の焼成後、ゆっくり冷却することが好ましく、通常600℃まで、特に400℃までは、毎分5℃以下の冷却速度で徐冷することが好ましい。   In order to obtain a layered lithium composite oxide with few defects, it is preferable to cool slowly after the above-mentioned firing, usually to 600 ° C, particularly to 400 ° C, at a cooling rate of 5 ° C or less per minute. Is preferred.

焼成に使用する加熱装置は、上記の温度、雰囲気を達成できるものであれば、特に制限は無く、例えば箱形炉、管状炉、トンネル炉、ロータリーキルン等を使用することができる。   The heating device used for firing is not particularly limited as long as the above temperature and atmosphere can be achieved. For example, a box furnace, a tubular furnace, a tunnel furnace, a rotary kiln, or the like can be used.

焼成により得られたリチウム遷移金属複合酸化物は、通常は粉砕、篩分され、リチウム二次電池の正極材料として用いられる。   The lithium transition metal composite oxide obtained by firing is usually pulverized and sieved and used as a positive electrode material for a lithium secondary battery.

[II.リチウム遷移金属複合酸化物]
〔組成〕
本発明の製造方法により得られるリチウム遷移金属複合酸化物(以下適宜「本発明のリチウム遷移金属複合酸化物」という。)の組成は、リチウム二次電池の正極活物質として利用できることが知られているものであれば、特に制限されないが、六方晶層状岩塩構造をもつリチウム遷移金属複合酸化物であることが好ましい。
[II. Lithium transition metal composite oxide]
〔composition〕
It is known that the composition of a lithium transition metal composite oxide obtained by the production method of the present invention (hereinafter referred to as “the lithium transition metal composite oxide of the present invention” as appropriate) can be used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery. The lithium transition metal composite oxide having a hexagonal layered rock salt structure is preferable.

具体的には、以下の式(1)で表わされる組成が挙げられる。

Figure 2006273620
Specifically, the composition represented by the following formula (1) is mentioned.
Figure 2006273620

上記式(1)中、Mは、NiとMnのサイトの一部を置換する金属元素を表し、Fe、Cr、V、Ti、Cu、Ga、Bi、Sn、Zn、Mg、Ge、Nb、Ta、Be、Ca、Sc、Al、B及びZrから選択される少なくとも一種の元素が挙げられる。   In the above formula (1), M represents a metal element that substitutes a part of the sites of Ni and Mn, Fe, Cr, V, Ti, Cu, Ga, Bi, Sn, Zn, Mg, Ge, Nb, Examples thereof include at least one element selected from Ta, Be, Ca, Sc, Al, B, and Zr.

上記式(1)中、a、b、c、dは、それぞれ、0.2≦a≦0.85、0≦b≦0.8、0.1≦c≦0.4、0≦d≦0.4、且つ、a+b+c+d=1を満たす数を表わす。また、xは、0.7≦x≦1.3を満たす数を表わし、δは、−0.1<δ<0.1を満たす数を表わす。   In the above formula (1), a, b, c, and d are 0.2 ≦ a ≦ 0.85, 0 ≦ b ≦ 0.8, 0.1 ≦ c ≦ 0.4, and 0 ≦ d ≦, respectively. It represents a number satisfying 0.4 and a + b + c + d = 1. X represents a number satisfying 0.7 ≦ x ≦ 1.3, and δ represents a number satisfying −0.1 <δ <0.1.

また、リチウム遷移金属複合酸化物は、本発明の下記式(2)で表されるニッケル、コバルト、及びアルミニウムを含むリチウム複合酸化物、又は、下記式(3)で表されるニッケル、マンガン、及びコバルトを含むリチウム複合酸化物等であっても好ましい。   Further, the lithium transition metal composite oxide is a lithium composite oxide containing nickel, cobalt, and aluminum represented by the following formula (2) of the present invention, or nickel, manganese represented by the following formula (3), And lithium composite oxide containing cobalt.

Figure 2006273620
Figure 2006273620

上記式(2)中、xは、化学量論比以上のLiのモル過剰量を示し、通常0.01以上、好ましくは0.02以上であり、通常0.2以下、好ましくは0.15以下、より好ましくは0.10以下の数である。xがこの範囲外であると、結晶構造が不安定化したり、これを用いたリチウム二次電池の性能低下を招くおそれがある。   In the above formula (2), x represents a molar excess amount of Li of the stoichiometric ratio or more, and is usually 0.01 or more, preferably 0.02 or more, usually 0.2 or less, preferably 0.15. Hereinafter, the number is more preferably 0.10 or less. If x is outside this range, the crystal structure may become unstable, or the performance of a lithium secondary battery using the same may be reduced.

上記式(2)中、eは、通常0より大きく、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上であり、また、通常0.4以下、好ましくは0.3以下、より好ましくは0.2以下の数である。また、fは、通常0以上、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.04以上であり、また、通常0.3以下、好ましくは0.25以下、より好ましくは0.2以下の数である。e、fが小さ過ぎると、正極活物質の化学的安定性が不十分となるおそれがあり、eが大き過ぎると、コストが上昇し、fが大き過ぎると、電池にした場合の容量が低下するおそれがある。   In the above formula (2), e is usually larger than 0, preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, and usually 0.4 or less, preferably 0.3 or less, more preferably The number is 0.2 or less. F is usually 0 or more, preferably 0.02 or more, more preferably 0.04 or more, and usually 0.3 or less, preferably 0.25 or less, more preferably 0.2 or less. It is. If e and f are too small, the chemical stability of the positive electrode active material may be insufficient. If e is too large, the cost increases. If f is too large, the capacity of the battery decreases. There is a risk.

Figure 2006273620
Figure 2006273620

上記式(3)中、xは化学量論比以上のLiのモル過剰量を示し、通常0以上、好ましくは0.02以上であり、また、通常0.2以下、好ましくは0.15以下、より好ましくは0.10以下の数である。xがこの範囲外であると、結晶構造が不安定化したり、これを用いたリチウム二次電池の性能低下を招くおそれがある。   In the above formula (3), x represents a molar excess amount of Li of the stoichiometric ratio or more, and is usually 0 or more, preferably 0.02 or more, and usually 0.2 or less, preferably 0.15 or less. More preferably, the number is 0.10 or less. If x is outside this range, the crystal structure may become unstable, or the performance of a lithium secondary battery using the same may be reduced.

上記式(3)中、gは、通常0より大きく、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上であり、また、通常0.8以下、好ましくは0.7以下、より好ましくは0.5以下の数である。
hは、通常0より大きく、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上であり、また、通常0.6以下、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.4以下の数である。
iは、通常0以上、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上であり、また、通常0.5以下、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下の数である。
但し、g+h+i=1である。
g、h、iが上記の範囲を外れると、電池にした場合の容量が低下してしまう場合がある。
In the above formula (3), g is usually larger than 0, preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and usually 0.8 or less, preferably 0.7 or less, more preferably The number is 0.5 or less.
h is usually larger than 0, preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and usually 0.6 or less, preferably 0.5 or less, more preferably 0.4 or less. is there.
i is usually 0 or more, preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and usually 0.5 or less, preferably 0.4 or less, more preferably 0.3 or less. .
However, g + h + i = 1.
If g, h, and i are out of the above ranges, the battery capacity may be reduced.

本明細書において、リチウム遷移金属複合酸化物の組成は、例えばICP(Inductively Coupled Plasma)分析等の手法により測定することが可能である。   In this specification, the composition of the lithium transition metal composite oxide can be measured by a technique such as ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis.

〔メジアン径〕
本発明のリチウム遷移金属複合酸化物は、そのメジアン径が通常20μm以下、好ましくは15μm以下の範囲である。メジアン径が上限を上回るリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として正極を作製すると、塗布工程においてスジ引きの原因となるおそれがあり、また、組成が偏析しているおそれもある。一方、メジアン径の下限は、通常1μm以上、好ましくは3μm以上である。メジアン径が下限を下回ると、微粉が増加して粒子同士が凝集するおそれがある。
[Median diameter]
The median diameter of the lithium transition metal composite oxide of the present invention is usually 20 μm or less, preferably 15 μm or less. If a positive electrode is produced using a lithium transition metal composite oxide whose median diameter exceeds the upper limit as the positive electrode active material, it may cause streaking in the coating process, and the composition may be segregated. On the other hand, the lower limit of the median diameter is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more. If the median diameter is below the lower limit, fine powder may increase and the particles may aggregate.

本明細書において、リチウム遷移金属複合酸化物の「メジアン径」は、JIS Z 8825−1に基づいて、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定される値である。測定の際の分散媒としては、0.1重量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用いる。測定時に使用する屈折率は、1.60a010i(実数部1.60、虚数部0.10)である。なお、リチウム遷移金属複合酸化物粒子は分散媒中で超音波発振器による分散処理を行なうと凝集が解かれるので、凝集の度合いの指標とするために、測定試料を分散媒に投入した後、超音波発振器による分散処理は行なわずに測定に供する。   In the present specification, the “median diameter” of the lithium transition metal composite oxide is a value measured by a known laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer based on JIS Z 8825-1. As a dispersion medium at the time of measurement, a 0.1% by weight sodium hexametaphosphate aqueous solution is used. The refractive index used at the time of measurement is 1.60a010i (real part 1.60, imaginary part 0.10). The lithium transition metal composite oxide particles are agglomerated when dispersed with an ultrasonic oscillator in a dispersion medium. Therefore, in order to use the measurement sample as an index of the degree of aggregation, The measurement is performed without performing a dispersion process using a sound wave oscillator.

〔最大粒径〕
本発明のリチウム遷移金属複合酸化物は、その最大粒径が通常40μm以下、好ましくは35μm以下である。最大粒径がこの範囲を上回ると、塗膜作成時に筋ひきが発生しやすい。
[Maximum particle size]
The maximum particle diameter of the lithium transition metal composite oxide of the present invention is usually 40 μm or less, preferably 35 μm or less. If the maximum particle size exceeds this range, striations are likely to occur during coating film creation.

本明細書において、リチウム遷移金属複合酸化物の「最大粒径」とは、上述の「メジアン径」の場合と同様、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定される値である。測定の際の分散媒、測定時に使用する屈折率、超音波発振器による分散処理は行なわい点等も、上述の「メジアン径」の測定の場合と同様である。   In the present specification, the “maximum particle size” of the lithium transition metal composite oxide is a value measured by a known laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer, as in the case of the “median diameter” described above. The dispersion medium at the time of measurement, the refractive index used at the time of measurement, the point of not performing the dispersion treatment by the ultrasonic oscillator, and the like are the same as in the case of the above-mentioned “median diameter” measurement.

このようにして得られた本発明のリチウム遷移金属複合酸化物は、リチウム二次電池の正極材料(正極活物質)として用いられる。   The lithium transition metal composite oxide of the present invention thus obtained is used as a positive electrode material (positive electrode active material) of a lithium secondary battery.

[III.リチウム二次電池用正極]
リチウム二次電池用の正極は、通常、正極活物質、バインダー及び導電剤を含有する正極活物質層を集電体上に形成してなり、本発明のリチウム遷移金属複合酸化物はこの正極活物質として用いられる。正極活物質としては、本発明のリチウム遷移金属複合酸化物を一種のみ単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、一種又は二種以上の本発明のリチウム遷移金属複合酸化物と、一種又は二種以上の他の公知の正極活物質とを組み合わせて用いてもよい。
[III. Positive electrode for lithium secondary battery]
A positive electrode for a lithium secondary battery is usually formed by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a binder and a conductive agent on a current collector, and the lithium transition metal composite oxide of the present invention has a positive electrode active material. Used as a substance. As the positive electrode active material, the lithium transition metal composite oxide of the present invention may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio. Moreover, you may use combining the 1 type, 2 or more types of lithium transition metal complex oxide of this invention, and 1 type, or 2 or more types of other well-known positive electrode active materials.

正極活物質層は通常、上記構成成分を含有するスラリーを調製し、これを集電体上に塗布・乾燥することで得ることができる。   The positive electrode active material layer can be usually obtained by preparing a slurry containing the above-described constituents and applying and drying the slurry on a current collector.

正極活物質層中における正極活物質の割合は、通常10重量%以上、好ましくは30重量%以上、更に好ましくは50重量%以上であり、通常99.9重量%以下、好ましくは99重量%以下である。正極活物質が多すぎると正極の強度が不足する傾向にあり、少なすぎると容量の面で不十分となることがある。   The proportion of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is usually 10% by weight or more, preferably 30% by weight or more, more preferably 50% by weight or more, and usually 99.9% by weight or less, preferably 99% by weight or less. It is. If the amount of the positive electrode active material is too large, the strength of the positive electrode tends to be insufficient. If the amount is too small, the capacity may be insufficient.

正極に使用される導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等を挙げることができる。活物質層中の導電剤の割合は、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、更に好ましくは1重量%以上であり、通常50重量%以下、好ましくは20重量%以下、更に好ましくは10重量%以下である。導電剤が多すぎると容量の面で不十分となることがあり、少なすぎると電気導電性が不十分になることがある。   Examples of the conductive agent used for the positive electrode include natural graphite, artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon such as needle coke. The proportion of the conductive agent in the active material layer is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and usually 50% by weight or less, preferably 20% by weight or less. More preferably, it is 10% by weight or less. If the amount of the conductive agent is too large, the capacity may be insufficient, and if the amount is too small, the electrical conductivity may be insufficient.

また、正極に使用されるバインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、フッ素ゴム等のフッ素系高分子の外、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等を挙げることができる。活物質層中のバインダーの割合は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、更に好ましくは5重量%以上であり、通常80重量%以下、好ましくは60重量%以下、更に好ましくは40重量%以下である。多すぎると容量の面で不十分となることがあり、少なすぎると強度が不十分になることがある。   Moreover, as a binder used for a positive electrode, besides fluorinated polymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, and fluorine rubber, EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer) , SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose and the like. The ratio of the binder in the active material layer is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and usually 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less, more preferably. Is 40% by weight or less. If the amount is too large, the capacity may be insufficient. If the amount is too small, the strength may be insufficient.

また、正極活物質層を形成するためのスラリーを調製する際に使用する溶媒としては、通常は結着剤を溶解あるいは分散する有機溶剤が使用される。例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等を挙げることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加えてSBR等のラテックスでスラリー化する場合もある。
正極活物質層の厚さは、通常10〜200μm程度である。
Moreover, as a solvent used when preparing the slurry for forming a positive electrode active material layer, the organic solvent which melt | dissolves or disperse | distributes a binder normally is used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like can be mentioned. In some cases, a dispersant, a thickener, or the like is added to water and slurried with a latex such as SBR.
The thickness of the positive electrode active material layer is usually about 10 to 200 μm.

正極に使用する集電体の材質としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属が用いられ、好ましくはアルミニウムである。   As the material of the current collector used for the positive electrode, metals such as aluminum, stainless steel, nickel-plated steel, etc. are used, and preferably aluminum.

なお、塗布・乾燥によって得られた活物質層は、電極材料の充填密度を上げるためローラープレス等により圧密されるのが好ましい。   The active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the electrode material.

[IV.リチウム二次電池]
本発明のリチウム二次電池は、リチウムを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに、リチウム塩を電解質として含有する有機電解液を備えたリチウム二次電池であって、正極が正極活物質として本発明のリチウム遷移金属複合酸化物を含有した正極である(即ち、上記[III.リチウム二次電池用正極]の欄で説明したリチウム二次電池用正極である)ことを特徴とする。
[IV. Lithium secondary battery]
The lithium secondary battery of the present invention is a lithium secondary battery including a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, and an organic electrolyte containing a lithium salt as an electrolyte, and the positive electrode is used as a positive electrode active material. It is a positive electrode containing the lithium transition metal composite oxide of the invention (that is, the positive electrode for a lithium secondary battery described in the above section [III. Positive electrode for a lithium secondary battery]).

本発明のリチウム二次電池に使用できる負極材料としては、炭素材料を使用するのが好ましい。このような炭素材料としては、天然ないし人造の黒鉛、石油系コークス、石炭系コークス、石油系ピッチの炭化物、石炭系ピッチの炭化物、フェノール樹脂・結晶セルロース等樹脂の炭化物及びこれらを一部炭化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、あるいはこれらの2種以上の混合物等が挙げられる。負極材料は、通常、バインダー及び必要に応じて導電剤とともに集電体上に活物質層として形成される。また、リチウム金属そのものや、リチウムアルミニウム合金等のリチウム合金を負極として用いることもできる。負極に使用できるバインダーや導電剤は、正極に使用するものと同様のものを例示することができる。   As a negative electrode material that can be used in the lithium secondary battery of the present invention, a carbon material is preferably used. Such carbon materials include natural or artificial graphite, petroleum coke, coal coke, petroleum pitch carbide, coal pitch carbide, phenolic resin / crystalline cellulose resin carbide, etc. and partially carbonized. Examples thereof include carbon materials, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fibers, PAN-based carbon fibers, or a mixture of two or more thereof. The negative electrode material is usually formed as an active material layer on a current collector together with a binder and, if necessary, a conductive agent. Moreover, lithium metal itself or lithium alloys, such as a lithium aluminum alloy, can also be used as a negative electrode. Examples of the binder and conductive agent that can be used for the negative electrode are the same as those used for the positive electrode.

負極の活物質層の厚さは、通常10〜200μm程度である。負極の活物質層の形成は、前記正極の活物質層の形成方法に準じて行なうことができる。
負極の集電体の材質としては、通常銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属が用いられ、好ましくは銅である。
The thickness of the active material layer of the negative electrode is usually about 10 to 200 μm. Formation of the active material layer of the negative electrode can be performed according to the method for forming the active material layer of the positive electrode.
As the material for the current collector of the negative electrode, metals such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel and the like are usually used, and copper is preferable.

本発明のリチウム二次電池に使用できる電解質としては、電解液、高分子固体電解質、半固体状電解質等が挙げられる。   Examples of the electrolyte that can be used in the lithium secondary battery of the present invention include an electrolytic solution, a polymer solid electrolyte, and a semi-solid electrolyte.

電解液としては、好ましくは非水系電解液が挙げられる。非水系電解液としては、各種の電解塩を非水系溶媒に溶解したものを挙げることができる。   The electrolyte solution is preferably a non-aqueous electrolyte solution. Examples of the non-aqueous electrolyte include those obtained by dissolving various electrolytic salts in a non-aqueous solvent.

非水系溶媒としては、例えばカーボネート類、エーテル類、ケトン類、スルホラン系化合物、ラクトン類、ニトリル類、ハロゲン化炭化水素類、アミン類、エステル類、アミド類、燐酸エステル化合物等を使用することができる。これらの代表的なものを列挙すると、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、クロロエ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、ブチレンカーボネート、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、ビニレンカーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、4−メチル−2−ペンタノン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、1,2−ジクロロエタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、燐酸トリメチル、燐酸トリエチル等の単独もしくは二種類以上の混合溶媒が使用できる。   Examples of the non-aqueous solvent include carbonates, ethers, ketones, sulfolane compounds, lactones, nitriles, halogenated hydrocarbons, amines, esters, amides, phosphate ester compounds, and the like. it can. Typical examples of these are propylene carbonate, ethylene carbonate, chloroethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1, 4-dioxane, 4-methyl-2-pentanone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, Sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, butyronitrile, valeronitrile, 1,2-dichloroethane, dimethylformamide, dimethyl Sulfoxides, trimethyl phosphate, and either alone or two or more kinds of mixed solvents such as triethyl phosphate may be used.

上述の非水系溶媒の中でも、電解質を解離させるために高誘電率溶媒を使用するのが好ましい。高誘電率溶媒とは、概ね25℃における比誘電率が20以上の化合物を意味する。高誘電率溶媒の中で、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びそれらの水素原子をハロゲン等の他の元素又はアルキル基等で置換した化合物が電解液中に含まれることが好ましい。   Among the non-aqueous solvents described above, it is preferable to use a high dielectric constant solvent in order to dissociate the electrolyte. The high dielectric constant solvent means a compound having a relative dielectric constant of about 20 or more at 25 ° C. Among the high dielectric constant solvents, it is preferable that the electrolyte solution contains ethylene carbonate, propylene carbonate, and compounds obtained by substituting hydrogen atoms thereof with other elements such as halogen or alkyl groups.

このような高誘電率溶媒を使用する場合、高誘電率溶媒の電解液中に占める割合は、通常20重量%以上、好ましくは30重量%以上、更に好ましくは40重量%以上である。該高誘電率溶媒の含有量が少ないと、所望の電池特性が得られない場合がある。   When such a high dielectric constant solvent is used, the proportion of the high dielectric constant solvent in the electrolytic solution is usually 20% by weight or more, preferably 30% by weight or more, and more preferably 40% by weight or more. If the content of the high dielectric constant solvent is small, desired battery characteristics may not be obtained.

電解塩としては、従来公知のいずれもが使用でき、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C654、LiCl、LiBr、LiCH3SO3Li、LiCF3SO3、LiN(SO2CF32、LiN(SO2252、LiC(SO2CF33、LiN(SO3CF32等のリチウム塩が挙げられる。 Any conventionally known electrolytic salt can be used, and LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCl, LiBr, LiCH 3 SO 3 Li, LiCF 3 SO 3 , Examples include lithium salts such as LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , and LiN (SO 3 CF 3 ) 2 .

また、CO2、N2O、CO、SO2等のガスやポリサルファイドSx2-、ビニレンカーボネート、カテコールカーボネートなど負極表面にリチウムイオンの効率よい充放電を可能にする良好な皮膜を生成する添加剤を任意の割合で電解液中に存在させてもよい。 Additives that produce a good film that enables efficient charge and discharge of lithium ions on the negative electrode surface, such as gases such as CO 2 , N 2 O, CO, SO 2 , polysulfide Sx 2− , vinylene carbonate, catechol carbonate, etc. May be present in the electrolyte at an arbitrary ratio.

なお、電解液の代わりに、リチウムイオン等のアルカリ金属カチオンの導電体である高分子固体電解質を用いることもできる。また、上記電解液を、高分子によって非流動化して半固体状電解質を用いることもできる。本発明のリチウム二次電池においては、正極と負極との間に、上記のような様々な材料によって電解質層を設けることができる。   Instead of the electrolytic solution, a polymer solid electrolyte that is a conductor of an alkali metal cation such as lithium ion can be used. Alternatively, the electrolyte solution can be made non-fluidized with a polymer to use a semi-solid electrolyte. In the lithium secondary battery of the present invention, an electrolyte layer can be provided between the positive electrode and the negative electrode using various materials as described above.

正極と負極との間には、通常セパレーターが設けられる。セパレータとしては、微多孔性の高分子フィルムが用いられ、その材質としては、ナイロン、ポリエステル、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレンや、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン等のポリオレフィン系高分子を挙げることができる。また、ガラス繊維等の不織布フィルター、更にはガラス繊維と高分子繊維の複合不織布フィルター等も用いることができる。セパレータの化学的及び電気化学安定性は重要な因子であり、この点から材質としては、ポリオレフィン系高分子が好ましく、特に、電池セパレータの目的の一つである自己閉塞温度の点からポリエチレン製であることが好ましい。   Usually, a separator is provided between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, a microporous polymer film is used, and the material is nylon, polyester, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polybutene, etc. The polyolefin-type polymer | macromolecule can be mentioned. Further, a nonwoven fabric filter such as glass fiber, a composite nonwoven fabric filter of glass fiber and polymer fiber, and the like can also be used. The chemical and electrochemical stability of the separator is an important factor, and from this point, the polymer is preferably a polyolefin-based polymer. Preferably there is.

ポリエチレン製セパレータの場合、高温形状維持性の点から超高分子量ポリエチレンであることが好ましく、その分子量の下限は好ましくは50万以上、更に好ましくは100万以上、最も好ましくは150万以上である。他方分子量の上限は、好ましくは500万以下、更に好ましくは400万以下、最も好ましくは300万以下である。分子量が大きすぎると、流動性が低すぎて加熱されたときセパレータの孔が閉塞しない場合があるからである。   In the case of a polyethylene separator, ultrahigh molecular weight polyethylene is preferable from the viewpoint of maintaining high-temperature shape, and the lower limit of the molecular weight is preferably 500,000 or more, more preferably 1,000,000 or more, and most preferably 1,500,000 or more. On the other hand, the upper limit of the molecular weight is preferably 5 million or less, more preferably 4 million or less, and most preferably 3 million or less. This is because if the molecular weight is too large, the pores of the separator may not close when heated because the fluidity is too low.

リチウム二次電池の形状は、一般的に採用されている各種形状の中から、その用途に応じて適宜選択することができる。形状としては、例えば、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ等が挙げられる。リチウム二次電池は、目的とする電池の形状に合わせ公知の方法により組み立てればよい。   The shape of the lithium secondary battery can be appropriately selected from various shapes generally employed according to the application. Examples of the shape include a cylinder type in which a sheet electrode and a separator are spiral, a cylinder type having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a coin type in which a pellet electrode and a separator are stacked, and the like. What is necessary is just to assemble a lithium secondary battery by a well-known method according to the shape of the target battery.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.

[I.評価方法]
〔X線回折測定〕
<測定条件>
下記条件でX線回折測定を実施し、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶性を評価した。
・X線源: CuKα線(CuKα=1.5418Å)
・発散スリット: 1°
・散乱スリット: 1°
・受光スリット: 0.3mm
・ステップ幅: 0.02°
[I. Evaluation methods]
[X-ray diffraction measurement]
<Measurement conditions>
X-ray diffraction measurement was performed under the following conditions to evaluate the crystallinity of the lithium transition metal composite oxide.
・ X-ray source: CuKα ray (CuKα = 1.5418Å)
・ Divergent slit: 1 °
・ Scatter slit: 1 °
・ Reception slit: 0.3mm
・ Step width: 0.02 °

<ピーク半価幅>
六方晶層状岩塩構造の[003]に帰属される18.8°付近のピークが最も強度が強いことから、このピークの半価幅を比較して結晶性の指標とした。半価幅の値が小さい方がより結晶性が高いことになる。
<Peak half width>
Since the peak around 18.8 ° attributed to [003] of the hexagonal layered rock salt structure has the strongest intensity, the half-value width of this peak was compared and used as an index of crystallinity. The smaller the half-value width, the higher the crystallinity.

<ピーク強度比>
六方晶層状岩塩型の結晶構造では[003]に対応する反射は現れないことから、この六方晶層状岩塩構造の[003]に帰属される18.8°付近のピークが小さくなるほど、岩塩型の結晶相の混入の割合が大きく、そのようなリチウム遷移金属複合酸化物をリチウムイオン二次電池用正極材料として使用して電池評価を行なうと、容量が小さくなってしまう(特開平6−96769号公報参照)。そこで、[003]のピーク強度を定量的に比較するため、強度変化が小さい[104]に帰属される44.6°付近のピークとの強度比([003]/[104])にて、岩塩型の結晶相の混入割合を比較した。この強度比([003]/[104])の値が大きい方が、岩塩型の結晶相の混入割合が小さくなる指標となる。その結果、電池特性も良好となると考えられる。
<Peak intensity ratio>
Since the reflection corresponding to [003] does not appear in the hexagonal layered rock salt type crystal structure, the smaller the peak near 18.8 ° attributed to [003] of this hexagonal layered rock salt structure, When the rate of mixing of the crystal phase is large and battery evaluation is performed using such a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, the capacity becomes small (Japanese Patent Laid-Open No. 6-96769). See the official gazette). Therefore, in order to quantitatively compare the peak intensity of [003], the intensity ratio ([003] / [104]) with the peak near 44.6 ° attributed to [104] where the intensity change is small. The mixing ratio of rock salt type crystal phase was compared. A larger value of the intensity ratio ([003] / [104]) serves as an index for decreasing the mixing ratio of the rock salt type crystal phase. As a result, it is considered that the battery characteristics are also improved.

〔電池特性測定〕
<初期効率・レート評価>
(i)電池作製:
実施例及び比較例で得られたリチウム遷移金属複合酸化物75重量部、アセチレンブラック20重量部及びポリテトラフルオロエチレンパウダー5重量部を乳鉢で十分混合し、薄くシート状にしたものを9mmφに打ち抜いた。これをアルミニウム製のエキスパンドメタルに圧着して正極とした。
[Battery characteristics measurement]
<Initial efficiency / rate evaluation>
(I) Battery production:
75 parts by weight of the lithium transition metal composite oxide obtained in Examples and Comparative Examples, 20 parts by weight of acetylene black and 5 parts by weight of polytetrafluoroethylene powder were sufficiently mixed in a mortar, and a thin sheet was punched into 9 mmφ. It was. This was pressure-bonded to an aluminum expanded metal to form a positive electrode.

負極としては、直径12mm、厚さ1mmの金属リチウムを用いた。
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの重量比3:7の混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/リットルとなるように溶解させ、電解液を調製した。
As the negative electrode, metallic lithium having a diameter of 12 mm and a thickness of 1 mm was used.
An electrolyte was prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a weight ratio of 3: 7 so as to be 1 mol / liter.

正極缶の中に、上述の電解液を浸した上述の正極、次いで上述の電解液を浸した多孔性ポリエチレンフィルム製のセパレータを置いた後、ポリプロピレン製ガスケットを載せて押さえた。更に上記の負極及びスペーサーを入れ、最後に負極缶をかぶせて封口し、評価用のコイン型電池(リチウム二次電池)を作成した。   In the positive electrode can, the above-described positive electrode soaked with the above-described electrolyte solution and then a separator made of a porous polyethylene film soaked with the above-described electrolyte solution were placed, and then a polypropylene gasket was placed and pressed. Further, the above negative electrode and spacer were put, and finally a negative electrode can was covered and sealed to prepare a coin type battery (lithium secondary battery) for evaluation.

(ii)初期効率の測定:
以上のようにして作製した評価用の電池について、測定条件として3.0V〜4.2Vの電圧範囲で充放電を実施した。
(Ii) Measurement of initial efficiency:
The battery for evaluation produced as described above was charged and discharged in a voltage range of 3.0 V to 4.2 V as measurement conditions.

充電時、放電時共に0.2mA/cm2の電流密度で充放電試験を実施した際の、正極活物質単位重量当たりの初期充電容量(mAh/g)及び初期放電容量(mAh/g)を測定した。それらの比を百分率で求め({(初期放電容量)/(初期充電容量)}×100)、得られた値を初期効率とした。 The initial charge capacity (mAh / g) and initial discharge capacity (mAh / g) per unit weight of the positive electrode active material when the charge / discharge test was conducted at a current density of 0.2 mA / cm 2 both during charging and discharging. It was measured. Those ratios were calculated in percentage ({(initial discharge capacity) / (initial charge capacity)} × 100), and the obtained value was defined as the initial efficiency.

(iii)レート評価:
充電時0.2mA/cm2、放電時11mA/cm2の電流密度で充放電試験を実施した際の、正極活物質単位重量当たりの初期放電容量(mAh/g)を測定し、この値をレート評価の指標として用いた。
(Iii) Rate assessment:
Charging time 0.2 mA / cm 2, when carrying out the charge and discharge test at a current density during discharge 11 mA / cm 2, the initial discharge capacity per electrode active material unit weight (mAh / g) was measured and this value Used as an index for rate evaluation.

<抵抗評価>
(i)電池作製:
実施例及び比較例で得られたリチウム遷移金属複合酸化物75重量部、アセチレンブラック20重量部及びポリテトラフルオロエチレンパウダー5重量部を乳鉢で十分に混合し、薄くシート状にしたものを12mmφに打ち抜いた。これをアルミニウム製のエキスパンドメタルに圧着して正極とした。
<Resistance evaluation>
(I) Battery production:
75 parts by weight of the lithium transition metal composite oxide obtained in Examples and Comparative Examples, 20 parts by weight of acetylene black, and 5 parts by weight of polytetrafluoroethylene powder were sufficiently mixed in a mortar to make a thin sheet into 12 mmφ. Punched out. This was pressure-bonded to an aluminum expanded metal to form a positive electrode.

粒径約8〜10μmの黒鉛粉末92.5重量部と、ポリフッ化ビニリデン7.5重量部とを混合し、これにN−メチルピロリドンを加えてスラリーとした。銅箔の片面にこのスラリーを塗布し、乾燥させた。これを12mmφに打ち抜き、更に0.5トン/cm2でプレス処理して負極とした。 92.5 parts by weight of graphite powder having a particle size of about 8 to 10 μm and 7.5 parts by weight of polyvinylidene fluoride were mixed, and N-methylpyrrolidone was added thereto to form a slurry. This slurry was applied to one side of a copper foil and dried. This was punched out to 12 mmφ and further pressed at 0.5 ton / cm 2 to obtain a negative electrode.

エチレンカーボネートをジエチルカーボネートの重量比3:7の混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/リットルとなるように溶解させ、電解液を調製した。 Ethylene carbonate was dissolved in a mixed solvent of diethyl carbonate in a weight ratio of 3: 7 so that lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was 1 mol / liter to prepare an electrolytic solution.

正極缶の中に、上記の電解液を浸した上記の正極、次いで上記の電解液を浸した多孔性ポリエチレンフィルム製のセパレータを置いた後、ポリプロピレン製ガスケットを載せて押さえた。更に、電解液を浸した上記の負極及びスペーサーを入れ、最後に負極缶をかぶせて封口し、評価用のコイン型電池(リチウム二次電池)を作製した。   In the positive electrode can, the above-mentioned positive electrode immersed in the above electrolytic solution, and then a separator made of a porous polyethylene film immersed in the above electrolytic solution were placed, and a polypropylene gasket was placed and pressed. Furthermore, the negative electrode and the spacer soaked with the electrolytic solution were put, and finally the negative electrode can was covered and sealed to prepare a coin-type battery for evaluation (lithium secondary battery).

(ii)室温抵抗評価:
次掲「(iii)サイクル負荷試験」の前後に、室温抵抗の評価を行なった。
25℃の温度下で、1/3Cの定電流で4.1Vになるまで充電した後、下限電圧3.0Vとして1/3Cの定電流充放電を行ない、充電深度40%に調整した。このコイン型電池について、1/4Cで10秒間放電を行なった。放電時の電流値(I)、放電直前のOCV(Open Circuit Voltage)1及び放電後のOCV2を測定した。OCV1とOCV2との差をΔVとし、次式より抵抗(R)を算出した。
(Ii) Room temperature resistance evaluation:
The room temperature resistance was evaluated before and after the following “(iii) cycle load test”.
After charging at a constant current of 1/3 C to 4.1 V at a temperature of 25 ° C., charging was performed at a constant current of 1/3 C with a lower limit voltage of 3.0 V, and the charging depth was adjusted to 40%. This coin battery was discharged at 1/4 C for 10 seconds. The current value (I) at the time of discharge, OCV (Open Circuit Voltage) 1 immediately before the discharge, and OCV 2 after the discharge were measured. The difference between OCV 1 and OCV 2 was ΔV, and the resistance (R) was calculated from the following equation.

Figure 2006273620
Figure 2006273620

(iii)サイクル負荷試験:
まず25℃で定電流0.2C、充電上限電圧4.1V、放電下限電源3.0Vで充放電を2サイクル行なった。次に、60℃で、定電流1C、充電上限電圧4.1V、放電下限電圧3.0Vで充放電を100サイクル繰り返した。ここで「1C」とは、電池の基準容量を1時間で放電する電流値を表わす。
(Iii) Cycle load test:
First, charging and discharging were performed for 2 cycles at 25 ° C. with a constant current of 0.2 C, a charge upper limit voltage of 4.1 V, and a discharge lower limit power source of 3.0 V. Next, at 60 ° C., charging / discharging was repeated 100 cycles at a constant current of 1 C, a charging upper limit voltage of 4.1 V, and a discharging lower limit voltage of 3.0 V. Here, “1C” represents a current value for discharging the reference capacity of the battery in one hour.

[II.リチウム遷移金属複合酸化物の作製及び分析]
〔実施例1〕
Ni(OH)2、Co(OH)2、及びMn34を、Ni:Co:Mn=0.33:0.33:0.33のモル比になるように混合し、これに水を加えて固形分濃度15重量%のスラリーを調製した。このスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕機を用いて、スラリー中の固形分の平均粒径が0.2μm以下になるまで粉砕した。このスラリーをスプレードライヤーにより噴霧乾燥し、メジアン径約10μmのほぼ球状の造粒粒子を得た。乾燥ガスとしては空気を用い、乾燥ガス入口温度は140℃とした。
[II. Preparation and analysis of lithium transition metal composite oxide]
[Example 1]
Ni (OH) 2 , Co (OH) 2 , and Mn 3 O 4 are mixed at a molar ratio of Ni: Co: Mn = 0.33: 0.33: 0.33, and water is added thereto. In addition, a slurry having a solid concentration of 15% by weight was prepared. While this slurry was stirred, it was pulverized using a circulating medium agitation type wet pulverizer until the average particle size of the solid content in the slurry became 0.2 μm or less. This slurry was spray-dried with a spray dryer to obtain substantially spherical granulated particles having a median diameter of about 10 μm. Air was used as the drying gas, and the drying gas inlet temperature was 140 ° C.

噴霧乾燥により得られた造粒粒子とLiOH・H2O粉砕品を、Li:(Ni+Co+Mn)=1.05:1となるように秤量し、ミキサー型混合機にて30分混合し、混合粉を得た。この際、混合系内の温度を70℃(±10℃)に保温した。この混合粉を空気雰囲気下、990℃で15時間焼成し、乳鉢で解砕後、篩目45μのm篩で篩分し、リチウム遷移金属複合酸化物を得た。 The granulated particles obtained by spray drying and the pulverized product of LiOH.H 2 O are weighed so that Li: (Ni + Co + Mn) = 1.05: 1, mixed for 30 minutes with a mixer-type mixer, and mixed powder Got. At this time, the temperature in the mixed system was kept at 70 ° C. (± 10 ° C.). This mixed powder was calcined at 990 ° C. for 15 hours in an air atmosphere, crushed with a mortar, and then sieved with an m sieve having a sieve size of 45 μm to obtain a lithium transition metal composite oxide.

実施例1のリチウム遷移金属複合酸化物について、その組成をICP法により分析した結果、その組成はほぼ仕込み通りであった。
また、実施例1のリチウム遷移金属複合酸化物について、上述の手法によりX線回折分析を実施した。結果を後出の表−1に示す。
また、実施例1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いて、上述の手法により評価用のコイン型セル電池を作製し、電池の評価を行なった。結果を後出の表−2に示す。
As a result of analyzing the composition of the lithium transition metal composite oxide of Example 1 by the ICP method, the composition was almost as prepared.
Moreover, the X-ray diffraction analysis was implemented about the lithium transition metal complex oxide of Example 1 with the above-mentioned method. The results are shown in Table 1 below.
Moreover, using the lithium transition metal composite oxide of Example 1, a coin-type cell battery for evaluation was produced by the above-described method, and the battery was evaluated. The results are shown in Table 2 below.

〔比較例1〕
Ni(OH)2、Co(OH)2、及びMn34を、Ni:Co:Mn=0.33:0.33:0.33のモル比になるように混合し、これに水を加えて固形分濃度15重量%のスラリーを調製した。このスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕機を用いて、スラリー中の固形分の平均粒径が0.2μm以下になるまで粉砕した。このスラリーをスプレードライヤーにより噴霧乾燥し、メジアン径約10μmのほぼ球状の造粒粒子を得た。乾燥ガスとしては空気を用い、乾燥ガス入口温度は140℃とした。
[Comparative Example 1]
Ni (OH) 2 , Co (OH) 2 , and Mn 3 O 4 are mixed at a molar ratio of Ni: Co: Mn = 0.33: 0.33: 0.33, and water is added thereto. In addition, a slurry having a solid concentration of 15% by weight was prepared. While this slurry was stirred, it was pulverized using a circulating medium agitation type wet pulverizer until the average particle size of the solid content in the slurry became 0.2 μm or less. This slurry was spray-dried with a spray dryer to obtain substantially spherical granulated particles having a median diameter of about 10 μm. Air was used as the drying gas, and the drying gas inlet temperature was 140 ° C.

噴霧乾燥により得られた造粒粒子と無水LiOH粉砕品を、Li:(Ni+Co+Mn)=1.05:1となるように秤量し、ミキサー型混合機にて30分混合し、混合粉を得た。この際、混合系内の温度は25℃(±5℃)に維持した。この混合粉を空気雰囲気下、990℃で15時間焼成し、乳鉢で解砕後、篩目45μのm篩で篩分し、リチウム遷移金属複合酸化物を得た。これを比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物とする。   The granulated particles obtained by spray drying and the pulverized product of anhydrous LiOH were weighed so that Li: (Ni + Co + Mn) = 1.05: 1, and mixed for 30 minutes with a mixer-type mixer to obtain mixed powder. . At this time, the temperature in the mixed system was maintained at 25 ° C. (± 5 ° C.). This mixed powder was calcined at 990 ° C. for 15 hours in an air atmosphere, crushed with a mortar, and then sieved with an m sieve having a sieve size of 45 μm to obtain a lithium transition metal composite oxide. This is the lithium transition metal composite oxide of Comparative Example 1.

比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物について、その組成をICP法により分析した結果、その組成はほぼ仕込み通りであった。
また、比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物について、上述の手法によりX線回折分析を実施した。結果を後出の表−1に示す。
また、比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いて、上述の手法により評価用のコイン型セル電池を作製し、電池の評価を行なった。結果を後出の表−2に示す。
As a result of analyzing the composition of the lithium transition metal composite oxide of Comparative Example 1 by the ICP method, the composition was almost as prepared.
Moreover, about the lithium transition metal complex oxide of the comparative example 1, X-ray diffraction analysis was implemented with the above-mentioned method. The results are shown in Table 1 below.
Moreover, the coin type cell battery for evaluation was produced by the above-mentioned method using the lithium transition metal complex oxide of Comparative Example 1, and the battery was evaluated. The results are shown in Table 2 below.

[III.リチウム遷移金属複合酸化物の分析結果の評価]
〔X線回折測定結果〕

Figure 2006273620
[III. Evaluation of analysis results of lithium transition metal composite oxides]
[Results of X-ray diffraction measurement]
Figure 2006273620

上記表−1より、実施例1のリチウム遷移金属複合酸化物は、比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物に比べて、[003]ピーク半価幅の値が小さく、結晶性がより高いことが判る。   From Table 1 above, the lithium transition metal composite oxide of Example 1 has a smaller [003] peak half-value width and higher crystallinity than the lithium transition metal composite oxide of Comparative Example 1. I understand.

また、実施例1のリチウム遷移金属複合酸化物は、比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物に比べて、[003]/[104]強度比の値が大きく、岩塩型結晶相の混入割合がより小さいことが判る。   Further, the lithium transition metal composite oxide of Example 1 has a larger value of [003] / [104] strength ratio than the lithium transition metal composite oxide of Comparative Example 1, and the mixing ratio of the rock salt type crystal phase is larger. It turns out that it is smaller.

以上の結果から、実施例1のリチウム遷移金属複合酸化物は、比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物に比べて、リチウム二次電池の正極材料として用いた場合に、得られる電池特性も良好となると考えられる。   From the above results, when the lithium transition metal composite oxide of Example 1 is used as a positive electrode material of a lithium secondary battery, the battery characteristics obtained are better than the lithium transition metal composite oxide of Comparative Example 1. It is thought that it becomes.

〔電池特性測定結果〕

Figure 2006273620
[Battery characteristics measurement results]
Figure 2006273620

上記表−2より、実施例1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたリチウム二次電池は、比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたリチウム二次電池に比べて、初期効率及び大電流(11mA/cm2)での放電容量が高く、また、サイクル試験前後での抵抗増加倍率が低かった。従って、実施例1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたリチウム二次電池の方が、全体的に電池特性が良好な結果となった。 From the above Table-2, the lithium secondary battery using the lithium transition metal composite oxide of Example 1 is higher in initial efficiency and larger than the lithium secondary battery using the lithium transition metal composite oxide of Comparative Example 1. The discharge capacity at a current (11 mA / cm 2 ) was high, and the resistance increase ratio before and after the cycle test was low. Therefore, the lithium secondary battery using the lithium transition metal composite oxide of Example 1 had better battery characteristics overall.

以上の結果から、遷移金属化合物の造粒粒子とリチウム原料を混合する際に、リチウム原料を溶解させて混合することにより、遷移金属化合物の造粒粒子とリチウム原料との接触面積を向上させることができ、その結果、焼成後の結晶性が高いリチウム遷移金属複合酸化物が得られ、それをリチウム二次電池の正極活物質として使用することで、優れた電池特性を示すことが判った。   From the above results, when the granulated particles of the transition metal compound and the lithium raw material are mixed, the contact area between the granulated particles of the transition metal compound and the lithium raw material is improved by dissolving and mixing the lithium raw material. As a result, it was found that a lithium transition metal composite oxide having high crystallinity after firing was obtained, and by using it as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, excellent battery characteristics were exhibited.

本発明の用途は特に限定されず、リチウム二次電池が用いられる電子機器等の各種の分野において、好適に利用できる。   The application of the present invention is not particularly limited, and can be suitably used in various fields such as an electronic device in which a lithium secondary battery is used.

Claims (8)

遷移金属化合物の造粒工程と、該造粒工程により得られた遷移金属化合物の造粒粒子とリチウム原料との混合工程と、該混合工程により得られた混合物の焼成工程とを少なくとも備えた、リチウム遷移金属複合酸化物の製造方法において、
該混合工程において、遷移金属化合物の造粒粒子とリチウム原料を混合する際に、リチウム原料を溶解させて混合する
ことを特徴とする、リチウム遷移金属複合酸化物の製造方法。
At least a granulation step of the transition metal compound, a mixing step of the granulated particles of the transition metal compound obtained by the granulation step and the lithium raw material, and a firing step of the mixture obtained by the mixing step, In the method for producing a lithium transition metal composite oxide,
In the mixing step, when the granulated particles of the transition metal compound and the lithium raw material are mixed, the lithium raw material is dissolved and mixed.
リチウム原料を水分により溶解する
ことを特徴とする、請求項1記載のリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法。
2. The method for producing a lithium transition metal composite oxide according to claim 1, wherein the lithium raw material is dissolved by moisture.
リチウム原料が水酸化リチウムの水和物であり、該混合工程でリチウム原料が溶解する温度まで加熱する
ことを特徴とする、請求項2記載のリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法。
3. The method for producing a lithium transition metal composite oxide according to claim 2, wherein the lithium raw material is a hydrate of lithium hydroxide, and is heated to a temperature at which the lithium raw material is dissolved in the mixing step.
該混合工程において、水分を共存させる
ことを特徴とする、請求項2記載のリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法。
3. The method for producing a lithium transition metal composite oxide according to claim 2, wherein moisture is allowed to coexist in the mixing step.
焼成によりリチウム遷移金属複合酸化物を得るための前駆体であって、
遷移金属化合物の造粒粒子をリチウム原料が被覆している
ことを特徴とする、リチウム遷移金属複合酸化物用焼成前駆体。
A precursor for obtaining a lithium transition metal composite oxide by firing,
A calcined precursor for a lithium transition metal composite oxide, wherein the granulated particles of a transition metal compound are coated with a lithium raw material.
請求項1〜4の何れか一項に記載のリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法により製造される
ことを特徴とする、リチウム遷移金属複合酸化物。
It manufactures with the manufacturing method of the lithium transition metal complex oxide as described in any one of Claims 1-4, The lithium transition metal complex oxide characterized by the above-mentioned.
請求項5記載のリチウム遷移金属複合酸化物用焼成前駆体を用いて得られる
ことを特徴とする、リチウム遷移金属複合酸化物。
A lithium transition metal composite oxide obtained by using the firing precursor for lithium transition metal composite oxide according to claim 5.
リチウムを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに、リチウム塩を電解質として含有する有機電解液を備えたリチウム二次電池であって、
該正極が、請求項6又は請求項7に記載のリチウム遷移金属複合酸化物を含有する
ことを特徴とする、リチウム二次電池。
A lithium secondary battery comprising a positive and negative electrodes capable of inserting and extracting lithium, and an organic electrolyte containing a lithium salt as an electrolyte,
A lithium secondary battery, wherein the positive electrode contains the lithium transition metal composite oxide according to claim 6 or 7.
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