JP2008159543A - Positive electrode active material for non-aqueous type electrolyte secondary battery, and method for manufacturing the material, and non-aqueous type electrolyte secondary battery using the material - Google Patents

Positive electrode active material for non-aqueous type electrolyte secondary battery, and method for manufacturing the material, and non-aqueous type electrolyte secondary battery using the material Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode active material by which a non-aqueous type electrolyte secondary battery can be implemented, which has two characteristics of exhibiting high thermal stability and safety compatible, and has a high charge and discharge capacity. <P>SOLUTION: A method for manufacturing the positive electrode active material includes the steps of mixing a lithium metal composite oxide powder with cold water, to obtain a slurry; adding a water solution containing nickel salt while stirring the slurry at a pH of 9.0, thereby adhering a nickel compound particle; and performing heat treatment at 300 to 700 degrees centigrade, thereby converting the nickel compound into lithium nickel-based composite oxide. The lithium metal composite oxide is expressed as general Formula Li<SB>z</SB>Ni<SB>1-x-y</SB>Co<SB>x</SB>M<SB>y</SB>O<SB>2</SB>(where, M is at least one element chosen from among Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti, and Al; 0.10≤x≤0.21; 0≤y≤0.08; 0.97≤z≤1.10). The number of Ni atoms lies between 0.5 and 1.5% of the total number of atoms of Ni, Co, and M which are contained in the lithium metal composite oxide powder. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および、これを用いた非水系電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing the same, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.

近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及にともない、高いエネルギ密度を有する小型で軽量な非水系電解質二次電池の開発が強く望まれている。このような二次電池として、リチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、負極および正極と電解液等で構成され、負極および正極の活物質として、Liを脱離および挿入することが可能な材料が用いられている。   In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, development of small and lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries having high energy density is strongly desired. As such a secondary battery, there is a lithium ion secondary battery. A lithium ion secondary battery includes a negative electrode, a positive electrode, an electrolyte, and the like, and a material capable of desorbing and inserting Li is used as an active material for the negative electrode and the positive electrode.

このようなリチウムイオン二次電池については、現在、研究開発が盛んに行われているところである。この中でも、リチウム金属複合酸化物であり、特に合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギ密度を有する電池として実用化が進んでいる。このリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を用いたリチウムイオン二次電池では、優れた初期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ている。 Research and development of such lithium ion secondary batteries is being actively conducted. Among these, a lithium metal secondary oxide using a lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is a lithium metal composite oxide and is particularly easy to synthesize, as a positive electrode material can obtain a high voltage of 4V, Practical use is progressing as a battery having a high energy density. In the lithium ion secondary battery using this lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), many developments have been made so far to obtain excellent initial capacity characteristics and cycle characteristics, and various results have already been obtained. ing.

しかし、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)は、原料に希産で高価なコバルト化合物を用いているため、電池のコストアップの原因となる。このため、正極活物質として、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)以外を用いることが望まれている。 However, since lithium cobalt complex oxide (LiCoO 2 ) uses a rare and expensive cobalt compound as a raw material, it causes an increase in battery cost. For this reason, it is desired to use materials other than lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as the positive electrode active material.

また、最近は、携帯電子機器用の小型二次電池だけではなく、電力貯蔵用や、電気自動車用などの大型二次電池として、リチウムイオン二次電池を適用することへの期待も高まってきている。このため、正極材料のコストを下げ、より安価なリチウムイオン二次電池の製造を可能とすることは、広範な分野への大きな波及効果が期待できる。   Recently, not only small secondary batteries for portable electronic devices but also expectations for using lithium ion secondary batteries as large secondary batteries for power storage and electric vehicles are increasing. Yes. For this reason, reducing the cost of the positive electrode material and making it possible to manufacture a cheaper lithium ion secondary battery can be expected to have a large ripple effect in a wide range of fields.

リチウムイオン二次電池用正極活物質として新たに提案されている材料としては、Coよりも安価なMnを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn24)や、Niを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)を挙げることができる。 Newly proposed materials for positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries include lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using Mn, which is cheaper than Co, and lithium nickel composite oxide using Ni. (LiNiO 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、熱安定性、特に、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といえるが、理論容量がリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)のおよそ半分程度しかないため、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っている。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有している。 Lithium-manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) is an effective alternative to lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) because it is inexpensive and has excellent thermal stability, especially safety with respect to ignition. 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 that are increasing year by year. . Moreover, at 45 degreeC or more, it has the fault that self-discharge is intense and a charge / discharge lifetime also falls.

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(LiCoO2)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、Niを他の元素で置換せずに、純粋にNiのみで構成したリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)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(LiCoO2)を正極活物質として用いた場合に比べ、サイクル特性が劣っている。また、高温環境下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も有している。 On the other hand, lithium-nickel composite oxide (LiNiO 2) has the almost the same theoretical capacity as the lithium cobalt complex oxide (LiCoO 2), it shows a slightly lower cell voltage than the lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2). 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 manufactured using lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) purely composed of Ni without replacing Ni with another element, a lithium cobalt composite is produced. Compared with the case where an oxide (LiCoO 2 ) is used as the positive electrode active material, the cycle characteristics are inferior. In addition, when used or stored in a high temperature environment, the battery performance is relatively easily lost.

このような欠点を解決するために、例えば、特許文献1では、高温環境下での保存や使用に際して、良好な電池性能を維持することの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)で表されるコバルトとホウ素が添加されたリチウムニッケル複合酸化物が提案されている。 In order to solve such drawbacks, for example, in Patent Document 1, Li w Ni x Co y B z is used as a positive electrode active material capable of maintaining good battery performance during storage and use in a high temperature environment. Lithium nickel doped with cobalt and boron represented by O 2 (0.05 ≦ w ≦ 1.10, 0.5 ≦ x ≦ 0.995, 0.005 ≦ z ≦ 0.20, x + y + z = 1) Complex oxides have been proposed.

また、特許文献2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および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系複合酸化物が提案されている。 Further, in Patent Document 2, Li x Ni a Co b M c O 2 (0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0... Is intended to improve self-discharge characteristics and cycle characteristics of a lithium ion secondary battery. 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 at least one element selected from Zn) have been proposed.

しかしながら、これらの製造方法によって得られたリチウムニッケル系複合酸化物では、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)に比べて、充電容量および放電容量がともに高く、サイクル特性も改善されているが、満充電状態で高温環境下に放置しておくと、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)に比べて低い温度から、リチウムニッケル系複合酸化物の分解による酸素放出を起こすといった問題がある。さらに、高温環境下で不安定となったリチウムニッケル系複合酸化物中のNiが、電解液と接触することにより触媒的な働きをし、放出された酸素との反応を促進し、発火し易くなるという安全性の問題があった。 However, the lithium nickel composite oxides obtained by these production methods have higher charge capacity and discharge capacity and improved cycle characteristics than the lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ). If left in a high temperature environment in a charged state, there is a problem that oxygen is released due to decomposition of the lithium nickel composite oxide from a temperature lower than that of the lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ). Furthermore, Ni in the lithium nickel composite oxide that has become unstable in a high temperature environment acts catalytically by contact with the electrolytic solution, promotes reaction with the released oxygen, and easily ignites. There was a safety problem.

このような問題を解決するために、例えば、特許文献3では、リチウムイオン二次電池正極材料の熱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からな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≦b≦0.5、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金属複合酸化物等が提案されている。この場合に、添加元素Mとして、例えばAlを選択した場合、NiからAl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、熱安定性は向上することが確かめられている。しかし、十分な安定性を確保するのに有効な量のAlでNiを置換すると、充放電反応にともない、酸化還元反応に寄与するNi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。これは、Alが3価で安定していることから、Niも電荷を合わせるため3価で安定し、酸化還元反応に寄与しない部分が生ずるために、初期放電容量の低下が起こるものと考えられる。 In order to solve such a problem, for example, in Patent Document 3, for the purpose of improving the thermal stability of the positive electrode material of a lithium ion secondary battery, Li a M b Ni c Co d O e (M is It 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 ≦ b ≦ 0.5, 0.02 ≦ d / c + d ≦ 0.9, 1.8 <e <2.2, and b + c + d = 1)). Has been. In this case, for example, when Al is selected as the additive element M, it is confirmed that if the amount of substitution from Ni to Al is increased, the decomposition reaction of the positive electrode active material is suppressed and the thermal stability is improved. . However, if Ni is replaced with an amount of Al effective to ensure sufficient stability, the amount of Ni contributing to the oxidation-reduction reaction decreases with the charge / discharge reaction. There is a problem that the discharge capacity is greatly reduced. This is because Al is stable at trivalent, and Ni is also stable at trivalent because the charge is matched, and a part that does not contribute to the oxidation-reduction reaction occurs, so that the initial discharge capacity is considered to decrease. .

近年、携帯電子機器等に用いる小型二次電池に対する高容量化の要求は高まる一方であるが、安全性を確保するために容量を犠牲にすることは、リチウムニッケル系複合酸化物の高容量のメリットを失うことになり、高容量化の要求に応えられなくなる。また、リチウムイオン二次電池を大型二次電池に用いようという動きも盛んであり、中でも、ハイブリッド自動車用、電気自動車用の電源としての期待が大きい。このように、自動車用の電源として用いられる場合、安全性に劣るというリチウムニッケル系複合酸化物の問題点の解消は、大きな課題である。   In recent years, the demand for higher capacity for small secondary batteries used in portable electronic devices and the like has been increasing, but sacrificing capacity to ensure safety is the high capacity of lithium nickel-based composite oxides. The merit will be lost and it will not be possible to meet the demand for higher capacity. In addition, a movement to use a lithium ion secondary battery for a large-sized secondary battery is also active, and among them, there is a great expectation as a power source for a hybrid vehicle and an electric vehicle. Thus, when used as a power source for automobiles, solving the problem of the lithium nickel composite oxide that is inferior in safety is a big problem.

そこで、安全性を改善するため、正極活物質の周りを異種化合物で被覆し、正極活物質と電解液との直接的な接触を防ぐ方法が提案されている。例えば、非特許文献1では、リチウムニッケル複合酸化物の表面にマグネシウム酸化物をコーティングし、熱安定性を向上させることを提案している。しかしながら、かかるリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池では、充放電容量が低下しており、高容量と安全性の両立という課題を満たしているとは言い難い。   Therefore, in order to improve safety, a method has been proposed in which the positive electrode active material is covered with a different compound to prevent direct contact between the positive electrode active material and the electrolytic solution. For example, Non-Patent Document 1 proposes that the surface of a lithium nickel composite oxide is coated with magnesium oxide to improve thermal stability. However, in a secondary battery using such a lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material, the charge / discharge capacity is low, and it is difficult to say that the problem of achieving both high capacity and safety is satisfied.

また、特許文献4では、リチウム二次電池の正極用層相構造酸化物の表面をリチウム転移金属酸化物でコーティングすることが提案されている。この技術では、表面処理用原料溶液を、有機酸とアンモニアでpHを5〜9に調整し、溶液濃度を0.1〜2モル濃度に調節したのち、層相構造酸化物を添加して、コーティングされた層相構造酸化物を500〜850℃、3〜48時間で熱処理することにより、リチウム転移金属酸化物で表面を層状にコーティングされた層相構造酸化物からなる正極活物質を得ている。しかしながら、リチウム転移金属酸化物として、LiMn2-XM1X4、LiCo1-XAlX2、LiNi1-XAlX2、LiNi1-X-YCoXAlY2、LiNi1-X-Y-ZCoXM1YM2Z2(M1とM2は、Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Cu、Ti、W、Ta、MgまたはMo、0≦X<0.5、0≦Y<0.5、0≦Z<0.5)が挙げられているが、これらはリチウムイオンの移動が可能な酸化物であるにもかかわらず、かかる正極活物質を用いても、約8%もの充放電容量の低下が生じている。このように、この提案においても、高容量と安全性の両立という課題を満たしているとは言い難い。 Patent Document 4 proposes coating the surface of a layered structure oxide for a positive electrode of a lithium secondary battery with a lithium transition metal oxide. In this technique, the surface treatment raw material solution is adjusted to pH 5 to 9 with an organic acid and ammonia, the solution concentration is adjusted to 0.1 to 2 molar concentration, and then a layer phase structure oxide is added, The coated layer phase structure oxide is heat-treated at 500 to 850 ° C. for 3 to 48 hours to obtain a positive electrode active material composed of a layer phase structure oxide whose surface is coated with a lithium transition metal oxide. Yes. However, as the lithium transition metal oxide, LiMn 2-X M1 X O 4, LiCo 1-X Al X O 2, LiNi 1-X Al X O 2, LiNi 1-XY Co X Al Y O 2, LiNi 1- XYZ Co X M1 Y M2 Z O 2 (M1 and M2, Al, Ni, Co, Fe , Mn, V, Cr, Cu, Ti, W, Ta, Mg or Mo, 0 ≦ X <0.5,0 ≦ Y <0.5, 0 ≦ Z <0.5), although these are oxides that can move lithium ions, A reduction in charge / discharge capacity as much as 8% occurs. Thus, even in this proposal, it cannot be said that the problem of achieving both high capacity and safety is satisfied.

さらに、特許文献5では、リチウムニッケル酸化物の粒子の表面に、リチウム化合物を添着させた非水電解質リチウムイオン二次電池用正極材料が提案されている。しかしながら、この提案は、電解液分解の抑制を目的としたものであって、高容量と安全性の両立を目的としたものではない。また、表面に添着させる態様として被覆と点在が提案されているが、いずれの態様においても長所と短所を有しており、この観点から見ても高容量と安全性を両立させているとはい言い難い。   Further, Patent Document 5 proposes a positive electrode material for a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery in which a lithium compound is attached to the surface of lithium nickel oxide particles. However, this proposal is intended to suppress the decomposition of the electrolytic solution, and is not intended to achieve both high capacity and safety. In addition, although coating and doting have been proposed as modes to be attached to the surface, both modes have advantages and disadvantages, and both high capacity and safety are achieved from this viewpoint. Yes it is hard to say.

以上のように、高い充放電容量と熱安定性および安全性を両立させたリチウム金属複合酸化物は、見出されておらず、これらの問題を解決した非水系電解質二次電池が望まれている。
特開平8−45509号公報 特開平8−213015号公報 特開平5−242891号公報 特開2002−231227号公報 特開2005−190996号公報 H.J.Kweon et al.,Electrochem, and Solid-State lett.,3,128(2000)
As described above, a lithium metal composite oxide that has both high charge / discharge capacity, thermal stability, and safety has not been found, and a nonaqueous electrolyte secondary battery that solves these problems is desired. Yes.
JP-A-8-45509 Japanese Patent Laid-Open No. 8-213015 Japanese Patent Laid-Open No. 5-242891 JP 2002-231227 A JP-A-2005-190996 HJKweon et al., Electrochem, and Solid-State lett., 3, 128 (2000)

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、熱安定性および安全性が高く、かつ、高い充放電容量を有するという2つの特性を両立させた非水系電解質二次電池を実現することが可能な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 the above problems, and realizes a non-aqueous electrolyte secondary battery that has both thermal stability and safety and high charge / discharge capacity. An object of the present invention is to provide a positive electrode active material that can be used.

本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、リチウム金属複合酸化物の粉末を水と混合し、撹拌することにより、スラリーを得る第1工程、得られたスラリーを撹拌しつつ、ニッケル塩を含む水溶液を添加することにより、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に、ニッケル化合物の微粒子を付着させる第2工程、および、300〜700℃で熱処理をすることにより、前記ニッケル化合物をリチウムニッケル系複合酸化物とする第3工程を有する。   The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a first step of obtaining a slurry by mixing and stirring a lithium metal composite oxide powder with water, and stirring the obtained slurry. Meanwhile, by adding an aqueous solution containing a nickel salt, the second step of attaching the fine particles of the nickel compound to the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide, and the heat treatment at 300 to 700 ° C. It has the 3rd process which makes a nickel compound lithium nickel system complex oxide.

さらに、前記リチウム金属複合酸化物が、一般式LizNi1-x-yCoxy2(ただし、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素、0.10≦x≦0.21、0≦y≦0.08、0.97≦z≦1.10)で表されることが望ましい。 Further, the lithium metal composite oxide represented by the general formula Li z Ni 1-xy Co x M y O 2 ( however, M is, Mn, V, Mg, Mo, Nb, at least one selected from Ti and Al Element, 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0 ≦ y ≦ 0.08, 0.97 ≦ z ≦ 1.10.

さらに、前記第1工程で得られるスラリーのpHが、9.0を超えるように制御することが望ましい。   Furthermore, it is desirable to control the pH of the slurry obtained in the first step to exceed 9.0.

さらに、前記第1工程で得られるスラリーは、スラリー濃度を1000〜2500g/Lとすることが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the slurry obtained in the first step has a slurry concentration of 1000 to 2500 g / L.

さらに、前記第2工程で使用するニッケル塩に含まれるNiの原子数は、前記第1工程で使用されるリチウム金属複合酸化物の粉末に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.5〜1.5原子%とすることが望ましい。   Further, the number of Ni atoms contained in the nickel salt used in the second step is based on the total number of Ni, Co and M atoms contained in the lithium metal composite oxide powder used in the first step. Thus, it is desirable that the content be 0.5 to 1.5 atomic%.

本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、一般式LizNi1-x-yCoxy2(ただし、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素、0.10≦x≦0.21、0≦y≦0.08、0.97≦z≦1.10)で表されるリチウム金属複合酸化物の一次粒子、および、該一次粒子の表面に付着するリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であり、該微粒子に含まれるNiの原子数は、前記一次粒子に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.5〜1.5原子%である。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention have the general formula Li z Ni 1-xy Co x M y O 2 ( however, M is selected Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al At least one element, 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0 ≦ y ≦ 0.08, 0.97 ≦ z ≦ 1.10) primary particles, and A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising fine particles of a lithium nickel composite oxide adhering to the surface of the primary particles, and the number of Ni atoms contained in the fine particles is the number of Ni contained in the primary particles, It is 0.5 to 1.5 atomic% with respect to the total number of atoms of Co and M.

さらに、前記微粒子の直径は、100nm以下であることが望ましい。   Further, the diameter of the fine particles is preferably 100 nm or less.

さらに、正極に用いることにより得られる非水系電解質二次電池の初期放電容量が、190mAh/g以上であることが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the initial discharge capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by using the positive electrode is 190 mAh / g or more.

本発明の非水系電解質二次電池は、前記のいずれかの非水系電解質二次電池用正極活物質が正極に用いられる。   In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, any of the positive electrode active materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries described above is used for the positive electrode.

本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法により、熱安定性および安全性が高く、かつ、高い充放電容量を有するという2つの特性を両立させた非水系電解質二次電池を実現することが可能な正極活物質を提供することができる。   A non-aqueous electrolyte secondary battery that achieves both of the two characteristics of high thermal stability and safety and high charge / discharge capacity by the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. A positive electrode active material that can be realized can be provided.

本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質を用いて、非水系電解質二次電池を得ることにより、最近の携帯電子機器等の小型二次電池に対する高容量化の要求を満足するとともに、ハイブリッド自動車用や電気自動車用の大型二次電池に用いられる電源として求められる安全性をも確保することが可能となり、工業上、きわめて有用である。   By using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery, while satisfying the recent demand for higher capacity for small secondary batteries such as portable electronic devices, It is possible to ensure the safety required as a power source used for large-sized secondary batteries for hybrid vehicles and electric vehicles, which is extremely useful industrially.

本発明者は、正極活物質としてリチウム金属複合酸化物を、非水系電解質二次電池に用いる場合に重要となる充放電容量と安全性の両立について深く検討したところ、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に、リチウムニッケル系酸化物の微粒子を付着させること、および、微粒子に含まれるNiを所定の量とするとともに、微粒子の形態を制御することで、高い充放電容量と熱安定性および安全性を両立させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventor has conducted a thorough examination on the compatibility between charge / discharge capacity and safety, which is important when a lithium metal composite oxide is used as a positive electrode active material in a non-aqueous electrolyte secondary battery. By attaching fine particles of lithium nickel-based oxide to the surface of the particles, and making Ni contained in the fine particles a predetermined amount, and controlling the morphology of the fine particles, high charge / discharge capacity and thermal stability and The inventors have found that both safety can be achieved and have completed the present invention.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

(1)正極活物質
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、一般式LizNi1-x-yCoxy2(ただし、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素、0.10≦x≦0.21、0≦y≦0.08、0.97≦z≦1.10)で表されるリチウム金属複合酸化物の一次粒子、および、該一次粒子の表面に付着するリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子からなり、該微粒子に含まれるNiの原子数は、前記一次粒子に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.5〜1.5原子%である。ここで、微粒子とは、形状がほぼ球状で、直径が5nm〜100nmであり、直径が均一に揃った粒子をいう。
(1) the positive electrode active material the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention have the general formula Li z Ni 1-xy Co x M y O 2 ( however, M is Mn, V, Mg, Mo, Nb , At least one element selected from Ti and Al, 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0 ≦ y ≦ 0.08, 0.97 ≦ z ≦ 1.10) Primary particles and lithium nickel composite oxide fine particles adhering to the surfaces of the primary particles, and the number of Ni atoms contained in the fine particles is the number of Ni, Co and M atoms contained in the primary particles. It is 0.5-1.5 atomic% with respect to the sum total. Here, the fine particles are particles having a substantially spherical shape, a diameter of 5 nm to 100 nm, and a uniform diameter.

二次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Li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燃焼を引き起こし、発熱反応が起こる。したがって、正極材料の熱安定性を改善するということは、Li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。   The charge / discharge reaction of the secondary battery proceeds by reversibly entering and exiting lithium ions in the positive electrode active material. The positive electrode active material from which Li is extracted by charging is unstable at a high temperature, and when heated, the active material is decomposed to release oxygen, which causes combustion of the electrolyte solution and causes an exothermic reaction. Therefore, improving the thermal stability of the positive electrode material means suppressing the decomposition reaction of the positive electrode active material from which Li is extracted.

公知の正極活物質の分解反応を抑える方法としては、Alのように、酸素との共有結合性の強い元素で、Niの一部を置換することが一般的に行なわれている。確かに、NiからAl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が、充放電反応にともなう酸化還元反応に寄与するNiの量が減少することで、充放電容量の低下を招くため、Alへの置換量はある程度に留めなければならない。その結果、十分な熱安定性を確保した場合には、十分な可逆容量を得ることができず、逆に、ある程度の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い。   As a known method for suppressing the decomposition reaction of the positive electrode active material, a part of Ni is generally substituted with an element having strong covalent bond with oxygen such as Al. Certainly, if the amount of substitution from Ni to Al is increased, the decomposition reaction of the positive electrode active material is suppressed and the thermal stability is improved, but the amount of Ni contributing to the oxidation-reduction reaction accompanying the charge / discharge reaction is reduced. Therefore, since the charge / discharge capacity is reduced, the amount of substitution with Al must be limited to some extent. As a result, when sufficient thermal stability is ensured, sufficient reversible capacity cannot be obtained. Conversely, in order to obtain a certain level of capacity, thermal stability must be sacrificed.

このため、本発明では、一般式LizNi1-x-yCoxy2(ただし、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素、0.10≦x≦0.21、0≦y≦0.08、0.97≦z≦1.10)で表されるリチウム金属複合酸化物を用いることにより、熱安定性を改善し、さらに、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子を付着させることにより、高い充放電容量と安全性を十分に確保する。すなわち、Liが奪われて不安定化したリチウム金属複合酸化物の一次粒子と電解液との直接的な接触を減少させることにより、発火を抑制または遅延させると同時に、界面抵抗を上昇させ、熱伝導も低減させ、温度上昇を緩慢にする効果を得ている。 Therefore, in the present invention, the general formula Li z Ni 1-xy Co x M y O 2 ( however, M is at least one element Mn, V, Mg, Mo, Nb, selected from Ti and Al, 0 .. 10 ≦ x ≦ 0.21, 0 ≦ y ≦ 0.08, 0.97 ≦ z ≦ 1.10) to improve the thermal stability, High charge / discharge capacity and safety are sufficiently ensured by attaching fine particles of lithium nickel composite oxide to the surface of primary particles of the lithium metal composite oxide. That is, by reducing direct contact between the electrolyte and the primary particles of lithium metal composite oxide destabilized due to Li deprivation, ignition is suppressed or delayed, and at the same time, interface resistance is increased, The effect of reducing conduction and slowing temperature rise is obtained.

また、詳細は不明であるが、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子をリチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に付着させる場合に、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面を完全に被覆する必要はない。リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子を部分的に付着させることのみで、リチウム金属複合酸化物の安定性が向上し、発火の抑制あるいは温度上昇を緩慢にするという安全性の効果を大幅に改善することが可能である。この点において、従来のリチウム化合物を付着ないしは被覆させる場合と比べて大きく異なっている。   In addition, although details are unknown, it is necessary to completely cover the surface of primary particles of lithium metal composite oxide when fine particles of lithium nickel composite oxide are attached to the surface of primary particles of lithium metal composite oxide. There is no. By only partially depositing lithium nickel composite oxide fine particles, the stability of the lithium metal composite oxide is improved and the safety effect of suppressing ignition or slowing the temperature rise is greatly improved. It is possible. In this respect, it is greatly different from the case where a conventional lithium compound is attached or coated.

一般的に、正極活物質の表面が、異種化合物により完全に被覆されてしまうと、リチウムイオンの移動(インターカレーション)が大きく制限されるため、結果的にリチウムニッケル複合酸化物の持つ高容量という長所が消されてしまう。しかしながら、本発明において、リチウム金属複合酸化物の一次粒子に付着している微粒子は、リチウムイオン伝導率の高いリチウムニッケル系酸化物であり、かかる微粒子でリチウム金属複合酸化物の一次粒子を被覆したとしても、リチウムイオンの移動をほとんど制限することはない。   In general, if the surface of the positive electrode active material is completely covered with a different compound, the movement (intercalation) of lithium ions is greatly limited, resulting in the high capacity of the lithium nickel composite oxide. The advantage of being erased. However, in the present invention, the fine particles adhering to the primary particles of the lithium metal composite oxide are lithium nickel oxides having a high lithium ion conductivity, and the primary particles of the lithium metal composite oxide are coated with such fine particles. Even so, the movement of lithium ions is hardly restricted.

そして、リチウム金属複合酸化物の一次粒子を被覆しているリチウムニッケル系酸化物の微粒子には、いかなる充放電状態であっても結晶中に十分なLiが存在していることになるため、見かけ上、熱的に安定な酸化物として常に存在し、発火の要因となる熱的不安定な状態とはならない。   In addition, the lithium nickel oxide fine particles covering the primary particles of the lithium metal composite oxide have sufficient Li in the crystals in any charge / discharge state. In addition, it is always present as a thermally stable oxide and does not become a thermally unstable state that causes ignition.

また、リチウムニッケル系複合酸化物は微粒子の状態で付着していることにより、比表面積が増大することで、電解液との接触面積が大きくなり、付着している部分においても、リチウム金属複合酸化物の一次粒子と電解液との間で、リチウムイオンの移動がほとんど妨げられない。   In addition, since the lithium nickel composite oxide is attached in the form of fine particles, the specific surface area is increased, so that the contact area with the electrolytic solution is increased. The movement of lithium ions is hardly hindered between the primary particles of the object and the electrolyte.

さらに、完全にリチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面を被覆せずとも、改善の効果が得られるため、付着していない部分は、従来と同様に自由にリチウムイオンの移動が可能である。   Furthermore, since the effect of improvement can be obtained without completely covering the surfaces of the primary particles of the lithium metal composite oxide, lithium ions can freely move in the non-adhered portion as in the conventional case.

以上に挙げた理由により、本発明では、十分な安全性を有したまま、高い充放電容量を維持することができる。   For the reasons mentioned above, in the present invention, a high charge / discharge capacity can be maintained with sufficient safety.

ここで、一次粒子の表面を、微粒子としてではなく、層状に被覆した場合には、その被覆厚みに関わらず、比表面積の低下が起こるため、たとえ被覆されている物質が高いリチウムイオン伝導度を持っていたとしても、電解液との接触面積が小さくなってしまい、それによって充放電容量の低下を招きやすい。   Here, when the surface of the primary particles is coated in layers instead of as fine particles, the specific surface area decreases regardless of the coating thickness, so even if the coated material has a high lithium ion conductivity. Even if it has, the contact area with the electrolytic solution becomes small, which tends to cause a decrease in charge / discharge capacity.

また、塊状で一次粒子の表面に付着させた場合は、その部分で比表面積の低下が起こり、その分、電解液との接触面積が小さくなってしまい、それによって充放電容量の低下を招きやすいばかりか、リチウムニッケル系複合酸化物以外では、電解液と直接接触する部分で、従来と同様に、リチウム金属複合酸化物は不安定な状態であり、安全性改善の効果が減少する。   In addition, when adhered to the surface of the primary particles in the form of a lump, the specific surface area is reduced at that portion, and the contact area with the electrolytic solution is reduced correspondingly, thereby easily reducing the charge / discharge capacity. In addition to the lithium nickel-based composite oxide, the lithium metal composite oxide is in an unstable state at the portion in direct contact with the electrolytic solution as in the prior art, and the safety improvement effect is reduced.

これに対して、本発明においては、リチウム金属複合酸化物の一次粒子に、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子を付着させているため、充電状態において不安定化したリチウム金属複合酸化物に対して、前記の効果が生じ、高い安全性を付与することができる。また、高比表面積でリチウムイオン伝導を効果的に維持できるとともに、リチウム金属複合酸化物と電解液の遮断が部分的であるため、充放電容量の低下を最小限に抑えることができる。   On the other hand, in the present invention, since the fine particles of the lithium nickel composite oxide are attached to the primary particles of the lithium metal composite oxide, the lithium metal composite oxide destabilized in the charged state. , The above-described effects are produced, and high safety can be imparted. In addition, lithium ion conduction can be effectively maintained with a high specific surface area, and since the lithium metal composite oxide and the electrolyte are partially blocked, the reduction in charge / discharge capacity can be minimized.

リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子に含まれるNiの原子数を、リチウム金属複合酸化物の一次粒子に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.5〜1.5原子%とすることにより、高い充放電容量と安全性を両立することができる。0.5原子%未満では、一次粒子の表面に、効果を発生させるのに十分な量の微粒子を付着させることができないため、安全性が低下する。また、1.5原子%を超えると、付着する微粒子の量が多くなりすぎ、リチウムイオン伝導性が損なわれ、結果的に充放電容量の低下を招く。   The number of Ni atoms contained in the fine particles of the lithium nickel composite oxide is 0.5 to 1.5 atoms with respect to the total number of Ni, Co, and M atoms contained in the primary particles of the lithium metal composite oxide. By setting it as%, it is possible to achieve both high charge / discharge capacity and safety. If it is less than 0.5 atomic%, the amount of fine particles sufficient to produce an effect cannot be adhered to the surface of the primary particles, and safety is lowered. On the other hand, if it exceeds 1.5 atomic%, the amount of adhering fine particles increases too much, and the lithium ion conductivity is impaired, resulting in a decrease in charge / discharge capacity.

リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子は、直径が100nm以下であることが好ましい。これにより、リチウムニッケル系複合酸化物が付着している部分においても、微粒子と電解液との接触面積が大きくなり、リチウムイオンの移動を十分に行なわすことができる。   The fine particles of the lithium nickel composite oxide preferably have a diameter of 100 nm or less. As a result, the contact area between the fine particles and the electrolytic solution is increased even in the portion where the lithium nickel composite oxide is adhered, and lithium ions can be sufficiently transferred.

また、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子の直径が100nmより大きくなると、微粒子と電解液との接触面積が小さくなるとともに、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子が付着した部分の厚みが増えることになり、リチウムイオンの移動に悪影響を及ぼす可能性を生ずるため、好ましくない。微粒子が付着した部分の厚みは、100nm以下であることが好ましい。なお、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子の直径が5nm未満である場合も、微粒子の凝集が進行しやすくなり、リチウムイオン伝導性に悪影響を及ぼすとともに、前述の効果が小さくなるため、好ましくない。   Further, when the diameter of the fine particles of the lithium nickel composite oxide is larger than 100 nm, the contact area between the fine particles and the electrolyte is reduced, and the thickness of the portion to which the fine particles of the lithium nickel composite oxide are attached increases. This is not preferable because it may adversely affect the movement of lithium ions. The thickness of the part to which the fine particles are attached is preferably 100 nm or less. In addition, when the diameter of the fine particles of the lithium nickel-based composite oxide is less than 5 nm, the aggregation of the fine particles is likely to proceed, adversely affecting the lithium ion conductivity, and the above-described effects are reduced.

このようなリチウム金属複合酸化物の表面の性状は、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM、HITACHI社製、S−4700)で観察することにより判断でき、本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質については、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に、直径が5nm以上100nm以下であるリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子が付着していることが確認されている。   The surface properties of such a lithium metal composite oxide can be determined by observing with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, manufactured by HITACHI, S-4700), and the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. As for the positive electrode active material for use, it has been confirmed that fine particles of a lithium nickel composite oxide having a diameter of 5 nm or more and 100 nm or less are attached to the surface of primary particles of the lithium metal composite oxide.

リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面にリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子を付着させることによる効果は、たとえば、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物などのように、本発明の正極活物質だけでなく、一般的に使用されるリチウム二次電池用正極活物質にも適用できる。   The effects of attaching fine particles of lithium nickel composite oxide to the surface of primary particles of lithium metal composite oxide include, for example, lithium cobalt composite oxide, lithium manganese composite oxide, lithium nickel cobalt manganese composite oxide The present invention can be applied not only to the positive electrode active material of the present invention but also to a commonly used positive electrode active material for a lithium secondary battery.

(2)正極活物質の製造方法
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、リチウム金属複合酸化物の粉末を水と混合し、撹拌することにより、スラリーを得る第1工程、得られたスラリーを撹拌しつつ、ニッケル塩を含む水溶液を添加することにより、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に、ニッケル化合物の微粒子を付着させる第2工程、および、300〜700℃で熱処理をすることにより、前記ニッケル化合物をリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子とする第3工程を有する。
(2) Method for Producing Positive Electrode Active Material The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a first method of obtaining a slurry by mixing lithium metal composite oxide powder with water and stirring. A second step of attaching nickel compound fine particles to the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide by adding an aqueous solution containing a nickel salt while stirring the obtained slurry, and 300 to 700 A third step is performed in which the nickel compound is made into fine particles of a lithium nickel-based composite oxide by performing a heat treatment at a temperature of ° C.

(第1工程)
まず、リチウム金属複合酸化物の粉末を水と混合し、撹拌することにより、スラリーを得る。リチウム金属複合酸化物は、高容量と熱安定性の観点より、一般式LizNi1-x-yCoxy2(ただし、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素、0.10≦x≦0.21、0≦y≦0.08、0.97≦z≦1.10)で表されるリチウム金属複合酸化物を用いることが好ましい。
(First step)
First, a lithium metal composite oxide powder is mixed with water and stirred to obtain a slurry. Lithium metal composite oxide, from the viewpoint of high capacity and thermal stability, the general formula Li z Ni 1-xy Co x M y O 2 ( however, M is, Mn, V, Mg, Mo , Nb, Ti and Al At least one element selected from 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0 ≦ y ≦ 0.08, and 0.97 ≦ z ≦ 1.10). preferable.

スラリーを得るための水は、正極活物質にとって有害な不純物を含まない一般的な純水等を用いることが、高い充放電容量を得るためには好ましい。   In order to obtain a high charge / discharge capacity, it is preferable to use, as the water for obtaining the slurry, general pure water that does not contain impurities harmful to the positive electrode active material.

スラリー濃度は、1000〜2500g/Lとすることが好ましい。スラリー濃度が1000g/L未満で希薄になると、スラリーの容積が増えて、排水量や、一度に作製可能な量を考慮した場合、効率が悪く、コスト的に不利になりやすい。また、2500g/Lを超えて濃厚になると、スラリーの粘度が高くなり過ぎて、均一に撹拌することが困難となる。   The slurry concentration is preferably 1000 to 2500 g / L. When the slurry concentration is less than 1000 g / L, the volume of the slurry increases, and when considering the amount of drainage and the amount that can be produced at one time, the efficiency is low and the cost tends to be disadvantageous. On the other hand, if the concentration exceeds 2500 g / L, the viscosity of the slurry becomes too high, and it becomes difficult to stir uniformly.

(第2工程)
次に、得られたスラリーを撹拌しつつ、ニッケル塩を含む水溶液を添加する。ニッケル塩は、特に限定されるものではないが、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、酢酸ニッケル、クエン酸ニッケル、およびシュウ酸ニッケルなど、水に対して易溶性のニッケル塩を用いることが好ましい。ニッケル塩は、水に完全に溶解させ、スラリーを撹拌しつつ添加することが、晶析の均一性から好ましい。ニッケル塩を含む水溶液中のニッケル濃度、および、ニッケル塩を含む水溶液を添加する速度は、特に限定されないが、スラリー量およびスラリー濃度を考慮して、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に晶析するように、任意に決定することができる。
(Second step)
Next, an aqueous solution containing a nickel salt is added while stirring the obtained slurry. The nickel salt is not particularly limited, but it is preferable to use a nickel salt that is readily soluble in water, such as nickel sulfate, nickel nitrate, nickel chloride, nickel acetate, nickel citrate, and nickel oxalate. It is preferable from the uniformity of crystallization that the nickel salt is completely dissolved in water and added while stirring the slurry. The nickel concentration in the aqueous solution containing the nickel salt and the rate at which the aqueous solution containing the nickel salt is added are not particularly limited, but the crystal on the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide in consideration of the amount of slurry and the slurry concentration. It can be arbitrarily determined to analyze.

添加するニッケル塩を含む水溶液中にイオンとして存在するNiは、水酸化物を主としたニッケル化合物となって晶析した後、スラリー中において、リチウム金属複合酸化物の一次粒子と衝突することにより表面に付着するか、もしくは、一次粒子の表面上で晶析することにより付着する。その際、水溶液に含まれるNiは、ほぼ全量がリチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に晶析して付着するため、微粒子に含まれるNiの所望量に相当する量を、水溶液に含むことが好ましい。すなわち、水溶液に含まれるNiは、リチウム金属複合酸化物の一次粒子に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.5〜1.5原子%であることが好ましい。   Ni present as ions in the aqueous solution containing the nickel salt to be added is crystallized as a nickel compound mainly composed of hydroxide, and then collides with primary particles of the lithium metal composite oxide in the slurry. It adheres to the surface or by crystallization on the surface of primary particles. At that time, since almost all of the Ni contained in the aqueous solution crystallizes and adheres to the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide, the aqueous solution contains an amount corresponding to the desired amount of Ni contained in the fine particles. Is preferred. That is, the Ni contained in the aqueous solution is preferably 0.5 to 1.5 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the primary particles of the lithium metal composite oxide.

また、スラリーにニッケル塩を含む水溶液を添加するとき、スラリーのpHが9.0を超えるように制御することが好ましい。スラリーのpHが9.0以下の場合、中和反応によるニッケル化合物が生成されにくく、また、工程中にリチウム金属複合酸化物の一次粒子から大幅なLiの脱離が生じて、充放電容量の顕著な低下を招く。さらに、表面を被覆するリチウムニッケル系複合酸化物の形状に対しては、pHの影響が非常に大きい。pHが9.0以下の場合、ニッケル化合物が粗大粒子となりやすく、焼成後に層状の被覆物となりやすく、電解液との接触面積が減少して、充放電容量の低下を招く。   Moreover, when adding the aqueous solution containing nickel salt to a slurry, it is preferable to control so that the pH of a slurry exceeds 9.0. When the pH of the slurry is 9.0 or less, a nickel compound is hardly generated due to the neutralization reaction, and a large amount of Li is desorbed from the primary particles of the lithium metal composite oxide during the process. Incurs a noticeable decline. Furthermore, the influence of pH is very large on the shape of the lithium nickel composite oxide covering the surface. When the pH is 9.0 or less, the nickel compound tends to be coarse particles, and tends to be a layered coating after firing, resulting in a decrease in contact area with the electrolytic solution, resulting in a decrease in charge / discharge capacity.

これに対して、本発明では、スラリーに水酸化リチウムを溶解させておくことにより、pHが常に9.0を超えるように調整して、多量のニッケル化合物の核発生を起こさせ、さらに、粒成長を制御することにより、ニッケル化合物の均一な微粒子による付着物を得ている。   On the other hand, in the present invention, by dissolving lithium hydroxide in the slurry, the pH is always adjusted to exceed 9.0 to cause nucleation of a large amount of nickel compound. By controlling the growth, deposits of uniform fine particles of the nickel compound are obtained.

前述の第1工程では、リチウム金属複合酸化物の粉末と水とを混合して、スラリーとする際に、リチウム金属複合酸化物の粉末中のリチウムイオンがスラリー中に少量溶出して、スラリーのpHを上昇させる効果もあるが、pH調整により、スラリーのpHを上昇させて、9.0を超えるようにする。   In the first step, when lithium metal composite oxide powder and water are mixed to form a slurry, a small amount of lithium ions in the lithium metal composite oxide powder elute into the slurry, Although there is an effect of increasing the pH, the pH of the slurry is increased by adjusting the pH so as to exceed 9.0.

このような制御によるスラリーのpHの上限は、特に限定されないが、9.0を超えて13.5以下となる程度に保持できれば十分である。   The upper limit of the pH of the slurry by such control is not particularly limited, but it is sufficient if it can be maintained at a level exceeding 9.0 and not exceeding 13.5.

混合する水には、あらかじめ適量の水酸化リチウムを溶解させておくことが好ましい。リチウム金属複合酸化物の粉末のスラリーを得る第1工程において、用いる水に、あらかじめ一定量の水酸化リチウムを溶解させておくことで、pHの変動を安定化させ、その後のニッケル化合物の晶析を安定して行うことができ、晶析生成物の均一性も向上する。また、正極活物質であるリチウム金属複合酸化物の粉末からの過剰なLiの脱離を防ぐことができる。スラリー中のLiは、ニッケル塩中のNiと共に、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に晶析して、その後の熱処理で、リチウムニッケル系酸化物を形成する。従って、あらかじめ添加しておく水酸化リチウムは、その後の熱処理で、リチウムニッケル系酸化物の量に見合う量で十分である。また、水酸化リチウムを過剰に添加した場合には、余剰のLiが増えて、電池特性が低下する。また、無駄になるLiも増加し、コスト面からも好ましくない。   It is preferable to dissolve an appropriate amount of lithium hydroxide in advance in the water to be mixed. In the first step of obtaining a slurry of lithium metal composite oxide powder, a predetermined amount of lithium hydroxide is dissolved in the water to be used in advance to stabilize pH fluctuations, and then crystallize the nickel compound. And the uniformity of the crystallization product is improved. In addition, it is possible to prevent excessive Li desorption from the powder of the lithium metal composite oxide that is the positive electrode active material. Li in the slurry crystallizes on the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide together with Ni in the nickel salt, and forms a lithium nickel-based oxide in the subsequent heat treatment. Therefore, the amount of lithium hydroxide added in advance is sufficient for the amount of lithium nickel-based oxide in the subsequent heat treatment. Moreover, when lithium hydroxide is added excessively, excess Li increases and battery characteristics deteriorate. In addition, wasted Li is increased, which is not preferable from the viewpoint of cost.

(第3工程)
さらに、濾過および乾燥を行った後、300〜700℃の温度で熱処理を行うことで、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に存在するLiを含んだニッケル化合物は、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子に転換されて、リチウム金属複合酸化物の一次粒子、および一次粒子の表面に付着するリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子からなる非水系電解質二次電池用正極活物質が得られる。
(Third step)
Furthermore, after performing filtration and drying, the nickel compound containing Li present on the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide is obtained by performing a heat treatment at a temperature of 300 to 700 ° C. Thus, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising primary particles of a lithium metal composite oxide and fine particles of a lithium nickel composite oxide adhering to the surface of the primary particles is obtained.

スラリーの濾過は、通常、用いられる方法のいずれかでよく、吸引濾過、フィルタープレス、遠心分離等が用いられる。乾燥方法は、特に限定されないが、非水系電解質二次電池用正極活物質として用いた時の電気特性の劣化を防止するため、不活性雰囲気あるいは真空中で乾燥することが好ましく、特に真空乾燥が好ましい。例えば、90〜210℃、好ましくは150℃以上で、14時間以上、真空乾燥させることが好ましい。   The slurry may be filtered by any of the commonly used methods, such as suction filtration, filter press, and centrifugal separation. The drying method is not particularly limited, but in order to prevent deterioration of electrical characteristics when used as a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, it is preferable to dry in an inert atmosphere or vacuum. preferable. For example, it is preferable to vacuum dry at 90 to 210 ° C., preferably 150 ° C. or higher for 14 hours or longer.

また、熱処理温度は、300〜700℃が好ましい。300℃未満では、リチウムニッケル系複合酸化物への転換が十分ではなく、700℃を超えると、リチウム金属複合酸化物の一次粒子が焼結あるいは凝集を起こすため、好ましくない。熱処理時の雰囲気は、リチウムニッケル系複合酸化物への転換を行うため、大気雰囲気あるいは酸素雰囲気などのような酸化性雰囲気とすることが好ましい。熱処理時間は、特に限定されないが、リチウム金属複合酸化物の量、および熱処理温度を考慮して、リチウムニッケル系複合酸化物への転換が十分に行われる時間とすればよい。   The heat treatment temperature is preferably 300 to 700 ° C. If it is less than 300 degreeC, conversion to a lithium nickel type complex oxide is not enough, and since it exceeds 700 degreeC, since the primary particle of lithium metal complex oxide will raise | generate sintering or aggregation, it is not preferable. The atmosphere during the heat treatment is preferably an oxidizing atmosphere such as an air atmosphere or an oxygen atmosphere in order to convert the lithium nickel-based composite oxide. The heat treatment time is not particularly limited, but it may be a time during which the conversion to the lithium nickel composite oxide is sufficiently performed in consideration of the amount of the lithium metal composite oxide and the heat treatment temperature.

さらに、熱処理を行う前に、目開きが100〜200μm、好ましくは、100μmの篩にて解砕することが好ましい。解砕することで、熱処理時のリチウム金属複合酸化物の凝集を防止することができる。   Furthermore, before the heat treatment is performed, it is preferable to crush with a sieve having an opening of 100 to 200 μm, preferably 100 μm. By crushing, aggregation of the lithium metal composite oxide during heat treatment can be prevented.

(3)非水系電解質二次電池
本発明の非水系電解質二次電池は、正極、負極および非水系電解液などからなり、一般の非水系電解質二次電池と同様の構成要素により構成される。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、本発明の非水系電解質二次電池は、本明細書に記載されている実施形態を基に、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、本発明の非水系電解質二次電池は、その用途を特に限定するものではない。
(3) Non-aqueous electrolyte secondary battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte solution, and the like, and includes the same components as those of a general non-aqueous electrolyte secondary battery. The embodiment described below is merely an example, and the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be variously modified based on the knowledge of those skilled in the art based on the embodiment described in the present specification. It can be implemented in an improved form. Moreover, the use of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited.

(a)正極
前述のように得られた非水系電解質二次電池用正極活物質を用いて、例えば、以下のようにして、非水系電解質二次電池の正極を作製する。
(A) Positive electrode Using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained as described above, for example, a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery is produced as follows.

まず、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、粘度調整等の目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製する。正極合材ペースト中のそれぞれの混合比も、非水系電解質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質量部とした場合、一般の非水系電解質二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を60〜95質量部とし、導電材の含有量を1〜20質量部とし、結着剤の含有量を1〜20質量部とすることが望ましい。   First, a powdered positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed, and, if necessary, a target solvent such as activated carbon and viscosity adjustment is added and kneaded to prepare a positive electrode mixture paste. Each mixing ratio in the positive electrode mixture paste is also an important factor for determining the performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery. When the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material is 60 to 95 parts by mass in the same manner as the positive electrode of a general non-aqueous electrolyte secondary battery, and the conductive material It is desirable to set the content of 1 to 20 parts by mass and the content of the binder to 1 to 20 parts by mass.

得られた正極合材ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して、溶剤を飛散させる。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、シート状の正極を作製することができる。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をして、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 obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of, for example, an aluminum foil and dried 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 can be produced. The sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size or the like according to the target 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.

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。   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.

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、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などを用いることができる。   The binder plays a role of holding the active material particles. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorine rubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulosic resin, polyacrylic. An acid or the like can be used.

必要に応じ、正極活物質、導電材、活性炭を分散させ、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。   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. Activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

(b)負極
負極には、金属リチウムやリチウム合金等、あるいは、リチウムイオンを吸蔵および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し、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。
(B) Negative electrode A negative electrode mixture in which a negative electrode active material capable of occluding and desorbing lithium ions is mixed with a binder and an appropriate solvent is added to the negative electrode. 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、PVDF等の含フッ素樹脂等を用いることができ、これらの活物質および結着剤を分散させる溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン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 PVDF can be used as in the case of the positive electrode, and as a solvent for dispersing these active materials and the binder, N-methyl-2-pyrrolidone or the like can be used. Organic solvents can be used.

(c)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、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。
(C) Separator A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and retains the electrolyte, and a thin film such as polyethylene or polypropylene and a film having many minute holes can be used.

(d)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。
(D) 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、ラジカル捕捉剤、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.

(e)電池の形状、構成
以上のように説明してきた正極、負極、セパレータおよび非水系電解液で構成される本発明の非水系電解質二次電池の形状は、円筒型、積層型等、種々のものとすることができる。
(E) Battery shape and configuration The shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention composed of the positive electrode, negative electrode, separator and non-aqueous electrolyte described above can be various, such as a cylindrical type and a laminated type. Can be.

いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、得られた電極体に、非水系電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リード等を用いて接続し、電池ケースに密閉して、非水系電解質二次電池を完成させる。   In any case, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte and communicated with the positive electrode current collector and the outside. The positive electrode terminal 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 and sealed in a battery case to complete a non-aqueous electrolyte secondary battery. .

(f)特性
本発明の正極活物質を用いた二次電池は、190mAh/g以上の初期放電容量が得られる。また、示差走査熱量測定(DSC、BRUKER社製、DSC3100SA)において、リチウムニッケル系酸化物の微粒子による被覆がない正極活物質との比較において、発熱開始温度の大幅な上昇および発熱量の低減化が確認されており、安全性においても優れているといえる。
(F) Characteristics The secondary battery using the positive electrode active material of the present invention has an initial discharge capacity of 190 mAh / g or more. Also, in differential scanning calorimetry (DSC, manufactured by BRUKER, DSC3100SA), compared with a positive electrode active material that is not covered with fine particles of lithium nickel-based oxide, the heat generation start temperature is significantly increased and the heat generation amount is reduced. It has been confirmed and it can be said that it is excellent in safety.

以下、本発明の一実施例について、図面を参照して詳述する。図1は、電池評価に用いたコイン電池を示す一部破断斜視図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a coin battery used for battery evaluation.

(実施例1)
Li1.05Ni0.85Co0.15Al0.032で表されるリチウム金属複合酸化物の粉末200gを、80mLの純水に加え、撹拌することにより、2500g/Lのスラリー濃度で、スラリー化した。該スラリーのpHを水酸化リチウムにより調整し、pHを12.0とした。さらに、得られたスラリーを撹拌しつつ、硫酸ニッケル(和光純薬工業株式会社製、硫酸ニッケル(II)六水和物)の水溶液であり、リチウム金属複合酸化物中のNi、CoおよびAlの原子数の合計に対して、0.5原子%のNiを含む水溶液を、1時間かけて滴下した。滴下終了後、スラリーを吸引濾過し、得られた粉末を150℃で14時間、真空乾燥させ、さらに、目開き100μmの篩にかけて解砕した。
(Example 1)
200 g of lithium metal composite oxide powder represented by Li 1.05 Ni 0.85 Co 0.15 Al 0.03 O 2 was added to 80 mL of pure water and stirred to form a slurry at a slurry concentration of 2500 g / L. The pH of the slurry was adjusted with lithium hydroxide to 12.0. Furthermore, stirring the obtained slurry, it is an aqueous solution of nickel sulfate (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., nickel (II) sulfate hexahydrate), and the Ni, Co and Al in the lithium metal composite oxide An aqueous solution containing 0.5 atomic% of Ni was added dropwise over 1 hour with respect to the total number of atoms. After completion of dropping, the slurry was suction filtered, and the obtained powder was vacuum-dried at 150 ° C. for 14 hours, and further crushed through a sieve having an opening of 100 μm.

得られた粉末を20g、秤取り、10cm×5cm×5cmのアルミナ製焼成容器に入れ、管状電気炉を用いて、流量1.5L/分の100%酸素気流中において、昇温速度5℃/分で、500℃まで昇温して、10時間、熱処理し、その後、室温まで炉冷した。最後に、目開き50μmの篩にかけ、再度、解砕することにより、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子が表面に付着するリチウム金属複合酸化物の一次粒子からなる粉末である正極活物質を得た。   20 g of the obtained powder was weighed and placed in a 10 cm × 5 cm × 5 cm alumina firing container, and a temperature increase rate of 5 ° C./min in a 100% oxygen stream at a flow rate of 1.5 L / min using a tubular electric furnace. In minutes, the temperature was raised to 500 ° C., heat-treated for 10 hours, and then cooled to room temperature. Finally, it was passed through a sieve having an opening of 50 μm and pulverized again to obtain a positive electrode active material which was a powder composed of primary particles of a lithium metal composite oxide in which fine particles of the lithium nickel composite oxide adhered to the surface. .

得られた正極活物質の初期容量評価は、以下のようにして行った。   The initial capacity evaluation of the obtained positive electrode active material was performed as follows.

正極活物質の粉末70質量%に、アセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)20質量%、およびPTFE(ダイキン工業株式会社製)10質量%を混合し、150mgを取り出して、圧力100MPaで直径11mmのペレットを作製し、正極とした。負極として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(富山薬品工業株式会社製)を用いた。これらを用いて、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に一部破断斜視図を示すような2032型のコイン電池を作製した。 70% by mass of the positive electrode active material powder was mixed with 20% by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kogyo Co., Ltd.) and 10% by mass of PTFE (manufactured by Daikin Kogyo Co., Ltd.), 150 mg was taken out, and the diameter was 11 mm at a pressure of 100 MPa. A pellet was prepared as a positive electrode. Lithium metal was used as 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 as the electrolyte. Using these, a 2032 type coin battery as shown in a partially broken perspective view in FIG. 1 was fabricated in an Ar atmosphere glove box whose dew point was controlled at −80 ° C.

作製した電池は、24時間程度、放置し、開回路電圧(OCV;Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.5mA/cm2として、カットオフ電圧4.3Vまで充電して、初期充電容量とし、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を、初期放電容量とした。 The produced battery is left to stand for about 24 hours, and after the open circuit voltage (OCV) is stabilized, the current density with respect to the positive electrode is set to 0.5 mA / cm 2 and charged to a cutoff voltage of 4.3 V. The initial charge capacity was defined as the capacity when the battery was discharged to a cut-off voltage of 3.0 V after 1 hour of rest.

正極の安全性の評価は、前述と同様な方法で作製した2032型のコイン電池を用いて、以下のように行った。まず、カットオフ電圧4.5VまでCCCV充電(定電流−定電圧充電。最初に、充電が定電流で動作し、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正極を取り出した。得られた正極を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、BRUCKER社製、DSC3100SA)を用いて、昇温速度10℃/分で、室温から400℃までの発熱速度を測定し、発熱開始温度および発熱ピーク強度を測定した。発熱開始温度は、255℃であった。また、発熱ピーク強度は、3cal/sec・gであり、後述する比較例1を100とする比である発熱ピーク相対強度を算出した。   Evaluation of the safety of the positive electrode was performed as follows using a 2032 type coin battery manufactured by the same method as described above. First, CCCV charge up to a cut-off voltage of 4.5 V (constant current-constant voltage charge. First, a charging method using a charging process of two phases in which charging is operated at a constant current and then charging is terminated at a constant voltage. ) And then disassembled with care so as not to short-circuit, and the positive electrode was taken out. 3.0 mg of the obtained positive electrode was weighed, 1.3 mg of the electrolyte was added, sealed in an aluminum measurement container, and the temperature rising rate was 10 ° C. using a differential scanning calorimeter (DSC, manufactured by BRUCKER, DSC3100SA). The rate of heat generation from room temperature to 400 ° C. was measured per minute, and the heat generation start temperature and the heat generation peak intensity were measured. The heat generation starting temperature was 255 ° C. The exothermic peak intensity was 3 cal / sec · g, and the exothermic peak relative intensity, which is a ratio with Comparative Example 1 described later as 100, was calculated.

電池評価によって得られた初期放電容量、発熱開始温度、および発熱ピーク相対強度を、表1に示す。   Table 1 shows the initial discharge capacity, heat generation start temperature, and heat generation peak relative intensity obtained by battery evaluation.

(実施例2)
硫酸ニッケルの水溶液が、リチウム金属複合酸化物中のNi、CoおよびAlの原子数の合計に対して、0.8原子%のNiを含むこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, except that the aqueous solution of nickel sulfate contains 0.8 atomic% of Ni with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms in the lithium metal composite oxide. Obtained material.

図2に、FE−SEM(CarlZeiss社製、ULTRA55)を用いて得られた正極活物質の表面微細領域の写真を示す。   In FIG. 2, the photograph of the surface fine area | region of the positive electrode active material obtained using FE-SEM (The product made by Carl Zeiss, ULTRA55) is shown.

その後、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を、表1に示す。   Thereafter, the same evaluation as in Example 1 was performed. The evaluation results are shown in Table 1.

(実施例3)
硫酸ニッケルの水溶液が、リチウム金属複合酸化物中のNi、CoおよびAlの原子数の合計に対して、1.0原子%のNiを含むこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, except that the aqueous solution of nickel sulfate contains 1.0 atomic% of Ni with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms in the lithium metal composite oxide, Obtained material.

その後、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を、表1に示す。   Thereafter, the same evaluation as in Example 1 was performed. The evaluation results are shown in Table 1.

(実施例4)
硫酸ニッケルの水溶液が、リチウム金属複合酸化物中のNi、CoおよびAlの原子数の合計に対して、1.5原子%のNiを含むこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。
Example 4
In the same manner as in Example 1, except that the aqueous solution of nickel sulfate contains 1.5 atomic% of Ni with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms in the lithium metal composite oxide. Obtained material.

その後、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を、表1に示す。   Thereafter, the same evaluation as in Example 1 was performed. The evaluation results are shown in Table 1.

(実施例5)
硫酸ニッケルの水溶液が、リチウム金属複合酸化物中のNi、CoおよびAlの原子数の合計に対して、0.8原子%のNiを含むことと、スラリーのpHを調整し、pHを9.5にすること以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。
(Example 5)
The aqueous solution of nickel sulfate contains 0.8 atomic% of Ni with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms in the lithium metal composite oxide, and the pH of the slurry is adjusted. A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5.

その後、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を、表1に示す。   Thereafter, the same evaluation as in Example 1 was performed. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例1)
Li1.05Ni0.85Co0.15Al0.032で表されるリチウム金属複合酸化物の粉末200gを、133mLの純水に加え、撹拌することにより、1500g/Lのスラリー濃度で、スラリー化した。さらに、得られたスラリーを、30分、撹拌して、粉末を水洗した後、スラリーを吸引濾過し、得られた粉末を150℃で14時間、真空乾燥させ、さらに、目開き50μmの篩にかけて解砕し、リチウム金属複合酸化物の粉末からなる正極活物質を得た。
(Comparative Example 1)
200 g of lithium metal composite oxide powder represented by Li 1.05 Ni 0.85 Co 0.15 Al 0.03 O 2 was added to 133 mL of pure water and stirred to form a slurry at a slurry concentration of 1500 g / L. Further, the obtained slurry was stirred for 30 minutes, and the powder was washed with water. Then, the slurry was subjected to suction filtration, and the obtained powder was vacuum dried at 150 ° C. for 14 hours, and further passed through a sieve having an opening of 50 μm. By crushing, a positive electrode active material made of a lithium metal composite oxide powder was obtained.

その後、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を、表1に示す。   Thereafter, the same evaluation as in Example 1 was performed. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例2)
硫酸ニッケルの水溶液が、リチウム金属複合酸化物中のNi、CoおよびAlの原子数の合計に対して、0.3原子%のNiを含むこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。
(Comparative Example 2)
In the same manner as in Example 1, except that the aqueous solution of nickel sulfate contains 0.3 atomic% of Ni with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms in the lithium metal composite oxide, Obtained material.

その後、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を、表1に示す。   Thereafter, the same evaluation as in Example 1 was performed. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例3)
硫酸ニッケルの水溶液が、リチウム金属複合酸化物中のNi、CoおよびAlの原子数の合計に対して、2.0原子%のNiを含むこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。
(Comparative Example 3)
In the same manner as in Example 1, except that the aqueous solution of nickel sulfate contains 2.0 atomic% of Ni with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms in the lithium metal composite oxide, Obtained material.

その後、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を、表1に示す。   Thereafter, the same evaluation as in Example 1 was performed. The evaluation results are shown in Table 1.

(参考例1)
硫酸ニッケルの水溶液が、リチウム金属複合酸化物中のNi、CoおよびAlの原子数の合計に対して、0.8原子%のNiを含むことと、スラリーのpHを調整し、pHを8.5にすること以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。
(Reference Example 1)
The aqueous solution of nickel sulfate contains 0.8 atomic% of Ni with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms in the lithium metal composite oxide, and the pH of the slurry is adjusted. A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5.

その後、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を、表1に示す。   Thereafter, the same evaluation as in Example 1 was performed. The evaluation results are shown in Table 1.

[評価]
図2から、直径10〜20nmのリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子が、直径約0.3〜0.5μmのリチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に付着していることが分かる。
[Evaluation]
As can be seen from FIG. 2, fine particles of lithium nickel composite oxide having a diameter of 10 to 20 nm are attached to the surface of primary particles of a lithium metal composite oxide having a diameter of about 0.3 to 0.5 μm.

表1から、本発明の実施例1〜5では、比較例1のように水洗したリチウム金属複合酸化物を正極に用いた場合と比較しても、非常に高い容量が得られることが分かる。すなわち、表面に付着させたリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子は、十分に高いリチウムイオン伝導率を有しており、正極活物質の容量にほとんど影響を与えていないと考えられる。   From Table 1, it can be seen that in Examples 1 to 5 of the present invention, a very high capacity can be obtained even when the lithium metal composite oxide washed with water as in Comparative Example 1 is used for the positive electrode. That is, the lithium nickel composite oxide fine particles adhered to the surface have a sufficiently high lithium ion conductivity and are considered to have little influence on the capacity of the positive electrode active material.

また、実施例1〜5では、比較例1に比べて、発熱開始温度が30〜40℃高く、また、発熱ピーク相対強度も大幅に減少していることが分かる。これは、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面上に付着したリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子により、界面抵抗が増加して、熱伝導が、ある程度、抑制されたことや、Liが失われて不安定化したリチウム金属複合酸化物の一次粒子と電解液との直接的な接触が抑制されて、正極活物質から脱離した酸素との反応が比較的緩やかになったこと、さらにリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子に特有の効果などが、理由として考えられる。   Moreover, in Examples 1-5, compared with the comparative example 1, it turns out that heat_generation | fever start temperature is 30-40 degreeC higher, and heat_generation | fever peak relative intensity | strength is also reducing significantly. This is because the lithium nickel composite oxide fine particles adhering to the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide increased the interfacial resistance and the heat conduction was suppressed to some extent, and Li was lost. The direct contact between the primary particles of the destabilized lithium metal composite oxide and the electrolyte is suppressed, and the reaction with oxygen desorbed from the positive electrode active material becomes relatively slow. An effect peculiar to the fine particles of the composite oxide is considered as the reason.

一方、比較例2では、初期放電容量が高いが、DSCによる発熱開始温度は低温であり、発熱ピーク相対強度もほとんど低減されていないことが分かる。この原因は、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子の量が少なすぎたため、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子の効果が少ないこと、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面を覆うリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子が少なく、リチウム金属複合酸化物と電解液との接触が多いことが考えられる。   On the other hand, in Comparative Example 2, although the initial discharge capacity is high, it can be seen that the heat generation start temperature by DSC is low and the heat generation peak relative intensity is hardly reduced. This is because the amount of fine particles of lithium-nickel composite oxide is too small, so the effect of fine particles of lithium-nickel composite oxide is small, and the lithium-nickel composite oxide that covers the surface of the primary particles of lithium metal composite oxide It is considered that there are few fine particles of the product and there are many contacts between the lithium metal composite oxide and the electrolyte.

また、比較例3では、DSCによる発熱開始温度が実施例1〜5に比べて高温であり、発熱ピーク相対強度も低減化されているが、初期放電容量が大幅に減少している。この原因は、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子の量が多すぎて、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子が、余分に重なって付着しており、リチウムイオンの伝導性が悪化したためと考えられる。   In Comparative Example 3, the heat generation start temperature by DSC is higher than those in Examples 1 to 5 and the heat generation peak relative intensity is also reduced, but the initial discharge capacity is greatly reduced. The reason for this is that the amount of fine particles of the lithium nickel composite oxide is too large, and the fine particles of the lithium nickel composite oxide are adhered to the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide, This is probably because the conductivity of lithium ions has deteriorated.

従って、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子に含まれるNiの原子数は、リチウム金属複合酸化物の一次粒子に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.5〜1.5原子%とすることが適当であることが分かる。   Therefore, the number of Ni atoms contained in the fine particles of the lithium nickel composite oxide is 0.5 to 1. with respect to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the primary particles of the lithium metal composite oxide. It turns out that it is suitable to set it as 5 atomic%.

参考例1では、大幅に初期放電容量が低下しているが、この原因はスラリーのpHが低すぎて、正極活物質内からLiが過剰にスラリー中に溶出したためと考えられる。また、DSCにおける発熱開始温度および発熱ピーク相対強度も実施例2に比べて悪化しているが、この原因はスラリーのpHが低すぎて、リチウムニッケル系複合酸化物が凝集を起こしてしまい、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面にリチウムニッケル系複合酸化物を微粒子としてほとんど付着させることができていないためであると考えられる。   In Reference Example 1, the initial discharge capacity is greatly reduced. This is considered to be because the pH of the slurry was too low, and Li was excessively eluted from the positive electrode active material. Moreover, although the exothermic start temperature and exothermic peak relative intensity in DSC are worse than those in Example 2, the cause of this is that the pH of the slurry is too low and the lithium-nickel composite oxide causes agglomeration. This is probably because the lithium nickel composite oxide was hardly adhered as fine particles to the surface of the primary particles of the metal composite oxide.

また、実施例5では、参考例1に比べて初期放電容量が高く、DSCにおける発熱開始温度も高温側であり、発熱ピーク相対強度も低い。これは、リチウムニッケル系複合酸化物の微粒子をリチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に付着させることができているためである。したがって、スラリーのpHが反応および特性に大きな影響を与えるということが示唆される。   In Example 5, the initial discharge capacity is higher than in Reference Example 1, the heat generation start temperature in DSC is on the high temperature side, and the heat generation peak relative intensity is also low. This is because the fine particles of the lithium nickel composite oxide can be attached to the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide. Therefore, it is suggested that the pH of the slurry has a great influence on the reaction and properties.

以上の結果から、スラリーのpHが9.0を超えるように制御して、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に十分な量のリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子を付着させることにより、正極活物質として使用した場合に、高い充放電容量を維持したまま、十分な安全性を確保することが可能であることが示された。   From the above results, by controlling the pH of the slurry to exceed 9.0 and adhering a sufficient amount of fine particles of the lithium nickel composite oxide to the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide, When used as an active material, it was shown that sufficient safety can be ensured while maintaining a high charge / discharge capacity.

安全性に優れ、かつ、高い充放電容量を有しているという本発明の非水系電解質二次電池は、常に高容量を要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや、携帯電話端末など)の電源に好適である。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, which is excellent in safety and has a high charge / discharge capacity, is a small portable electronic device (a notebook personal computer, a mobile phone terminal, etc.) that always requires a high capacity. ) Is suitable for the power source.

また、電気自動車用の電源においては、電池の大型化による安全性の確保の難しさと、より高度な安全性を確保するための高価な保護回路が必要不可欠である。これに対して、本発明の非水系電解質二次電池は、優れた安全性を有しているため、安全性の確保が容易になるばかりでなく、高価な保護回路を簡略化し、より低コストにできるという点において、電気自動車用電源としても好適である。なお、本発明は、純粋に電気エネルギで駆動する電気自動車用の電源のみならず、ガソリンエンジン、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としても用いることができる。   Further, in a power source for an electric vehicle, it is indispensable to ensure safety by increasing the size of the battery and an expensive protection circuit for ensuring higher safety. On the other hand, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has excellent safety, so that not only is it easy to ensure safety, but also an expensive protection circuit is simplified to reduce the cost. Therefore, it is also suitable as a power source for electric vehicles. The present invention can be used not only as a power source for an electric vehicle driven purely by electric energy but also as a power source for a so-called hybrid vehicle used in combination with a combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine.

電池評価に用いたコイン電池を示す一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows the coin battery used for battery evaluation. 本発明の実施例で得られた非水系電解質二次電池用正極活物質の表面微細領域の写真である。3 is a photograph of a surface fine region of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained in an example of the present invention.

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 (9)

リチウム金属複合酸化物の粉末を水と混合し、撹拌することにより、スラリーを得る第1工程、得られたスラリーを撹拌しつつ、ニッケル塩を含む水溶液を添加することにより、リチウム金属複合酸化物の一次粒子の表面に、ニッケル化合物の微粒子を付着させる第2工程、および、300〜700℃で熱処理をすることにより、前記ニッケル化合物をリチウムニッケル系複合酸化物とする第3工程を有することを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   The first step of obtaining a slurry by mixing the powder of lithium metal composite oxide with water and stirring, and adding the aqueous solution containing nickel salt while stirring the resulting slurry, thereby adding lithium metal composite oxide A second step of attaching nickel compound fine particles to the surface of the primary particles, and a third step of converting the nickel compound into a lithium nickel based composite oxide by heat treatment at 300 to 700 ° C. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. 前記リチウム金属複合酸化物が、一般式LizNi1-x-yCoxy2(ただし、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素、0.10≦x≦0.21、0≦y≦0.08、0.97≦z≦1.10)で表されることを特徴とする請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 The lithium metal composite oxide represented by the general formula Li z Ni 1-xy Co x M y O 2 ( however, M is at least one element Mn, V, Mg, Mo, Nb, selected from Ti and Al, 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0 ≦ y ≦ 0.08, 0.97 ≦ z ≦ 1.10), for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 A method for producing a positive electrode active material. 前記第1工程で得られるスラリーのpHが、9.0を超えるように制御することを特徴とする請求項1または2に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the pH of the slurry obtained in the first step is controlled to exceed 9.0. 前記第1工程で得られるスラリーは、スラリー濃度を1000〜2500g/Lとすることを特徴とする請求項1または2に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   3. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the slurry obtained in the first step has a slurry concentration of 1000 to 2500 g / L. 前記第2工程で使用するニッケル塩に含まれるNiの原子数は、前記第1工程で使用されるリチウム金属複合酸化物の粉末に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.5〜1.5原子%とすることを特徴とする請求項1または2に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   The number of Ni atoms contained in the nickel salt used in the second step is based on the total number of Ni, Co and M atoms contained in the lithium metal composite oxide powder used in the first step. It is 0.5-1.5 atomic%, The manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. 一般式LizNi1-x-yCoxy2(ただし、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素、0.10≦x≦0.21、0≦y≦0.08、0.97≦z≦1.10)で表されるリチウム金属複合酸化物の一次粒子、および、該一次粒子の表面に付着するリチウムニッケル系複合酸化物の微粒子からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であり、該微粒子に含まれるNiの原子数は、前記一次粒子に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.5〜1.5原子%であることを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質。 Formula Li z Ni 1-xy Co x M y O 2 ( however, M is at least one element Mn, V, Mg, Mo, Nb, selected from Ti and Al, 0.10 ≦ x ≦ 0. 21, 0 ≦ y ≦ 0.08, 0.97 ≦ z ≦ 1.10), and lithium nickel composite oxide attached to the surface of the primary particles. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising fine particles, and the number of Ni atoms contained in the fine particles is 0.5 with respect to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the primary particles. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that it is ˜1.5 atomic%. 前記微粒子の直径は、100nm以下であることを特徴とする請求項6に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 6, wherein the fine particles have a diameter of 100 nm or less. 正極に用いることにより得られる非水系電解質二次電池の初期放電容量が、190mAh/g以上であることを特徴とする請求項6または7に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 6 or 7, wherein an initial discharge capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by using the positive electrode is 190 mAh / g or more. 請求項6〜8のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質が、正極に用いられていることを特徴とする非水系電解質二次電池。   A non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 6 is used for a positive electrode.
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