JP2010092848A - 非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池 Download PDF

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Abstract

【課題】 充電時の熱安定性と高温安定性に優れた高容量ニッケル酸リチウムを提供する。
【解決手段】 核となる二次粒子の組成がLix1Ni1−y1−z1−w1Coy1Mnz1M1w12−vであるLi−Ni−Mn複合酸化物において、前記二次粒子の粒子表面若しくは表面近傍に、組成がLix2Ni1−y2−z2Coy2M2z2(0.98≦x2≦1.05、0.15≦y2≦0.2、0≦z2≦0.05、M2はAl、Mg、Zr、Tiから選ばれる少なくとも1種の金属)Li−Ni複合酸化物を複合粒子の平均粒子径が核となる二次粒子の平均粒子径の1.1倍以上になるように被覆又は存在させ、かつ核粒子に対する被覆粒子もしくは表面近傍に存在する粒子の重量百分率が10%以上50%以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末である。
【選択図】 なし

Description

充電時の熱安定性と高温安定性に優れた高容量のLi−Ni複合酸化物粒子粉末を提供する。
近年、AV機器やパソコン等の電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として小型、軽量で高エネルギー密度を有する二次電池への要求が高くなっている。また、近年地球環境への配慮から、電気自動車、ハイブリッド自動車の開発及び実用化がなされ、大型用途として保存特性の優れたリチウムイオン二次電池への要求が高くなっている。このような状況下において、充放電容量が大きく、保存特性が良いという長所を有するリチウムイオン二次電池が注目されている。
従来、4V級の電圧をもつ高エネルギー型のリチウムイオン二次電池に有用な正極活物質としては、スピネル型構造のLiMn、ジグザグ層状構造のLiMnO、層状岩塩型構造のLiCoO、LiNiO等が一般的に知られており、なかでもLiNiOを用いたリチウムイオン二次電池は高い充放電容量を有する電池として注目されてきた。しかし、この材料は、充電時の熱安定性及び充放電サイクル耐久性に劣る為、更なる特性改善が求められている。
即ち、LiNiOはリチウムを引き抜いた際に、Ni3+がNi4+となりヤーンテラー歪を生じ、Liを0.45引き抜いた領域で六方晶から単斜晶へ、さらに引き抜くと単斜晶から六方晶と結晶構造が変化する。そのため、充放電反応を繰り返すことによって、結晶構造が不安定となり、サイクル特性が悪くなる、又酸素放出による電解液との反応などが起こり、電池の熱安定性及び保存特性が悪くなるといった特徴があった。この課題を解決する為に、LiNiOのNiの一部にCo及びAlを添加した材料の研究が行われてきたが、未だにこれらの課題を解決した材料は得られておらず、より結晶性の高いLi−Ni複合酸化物が求められている。
また、Li−Ni複合酸化物の製造方法において、充填性が高く結晶構造が安定なLi−Ni複合酸化物を得るためには、物性及び結晶性、不純物量を制御したNi複合水酸化物粒子を用い、LiサイトへのNi2+の混入の無い条件で焼成を行う必要がある。
即ち、非水電解質二次電池用の正極活物質として充填性が高く結晶構造が安定で充電状態の熱安定性に優れたLi−Ni複合酸化物が要求されている。
従来、結晶構造の安定化、充放電サイクル特性などの諸特性改善のために、LiNiO粉末に対して種々の改良が行われている。例えば、LiNiAlOの表面にLi−Ni−Co−Mn複合酸化物を被覆し、サイクル特性と熱安定性を改善する技術(特許文献1)、材料の種類は違うがLi−Co複合酸化物とLi−Ni−Co−Mn複合酸化物を混合し、Li−Co複合酸化物の充放電サイクル特性及び熱安定性を改善する技術(特許文献2)、Li−Co複合酸化物に炭酸リチウム、Ni(OH)2、Co(OH)2、炭酸マンガンを懸濁させる若しくは、Li−Ni−Co−Mn複合酸化物を機械的処理によって被覆することにより、Li−Co複合酸化物の充放電サイクル特性及び高温特性を改善する技術(特許文献3及び特許文献4)、Li−Co複合酸化物、Li−Ni複合酸化物、Li−Mn複合酸化物を芯粒子と被覆粒子からなる複合化粒子を形成し、高充填性、高エネルギー密度を達成する技術(特許文献5)、Li−Co複合酸化物の表面をLi−Ni複合酸化物で被覆することにより、電解液へのCoの溶出を抑制する技術(特許文献6)等が知られている。
特開2004−127694号公報 特開2005−317499号公報 特開2006−331943号公報 特開2007−48711号公報 特開平9−35715号公報 特開2000−195517号公報
非水電解質二次電池用の正極活物質として充電時の熱安定性を改善と高容量化及び高温安定性を両立したLi−Ni複合酸化物について、現在最も要求されているところであるが、未だ必要十分な要求を満たす材料は得られていない。
即ち、本発明は、上記目的を達成する為に、正極とリチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料からなる負極とを有する非水電解質二次電池において、前記正極の活物質は、核となる二次粒子の組成がLix1Ni1−y1−z1−w1Coy1Mnz1M1w12−v(1<x1≦1.3、0≦y1≦0.33、0.2≦z1≦0.33、0≦w1<0.1、0≦v≦0.05であり、M1はAl、Mgから選ばれる少なくとも1種の金属及びKはF、PO 3−から選ばれる少なくとも1種のアニオン)であるLi−Ni−Mn複合酸化物において、前記二次粒子の粒子表面若しくは表面近傍に、組成がLix2Ni1−y2−z2Coy2M2z2(0.98≦x2≦1.05、0.15≦y2≦0.2、0≦z2≦0.05、M2はAl、Mg、Zr、Tiから選ばれる少なくとも1種の金属)であるLi−Ni複合酸化物を被覆又は存在させた非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末であって、該非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末の複合粒子の平均粒子径が核となる二次粒子の平均粒子径の1.1倍以上であり、かつ核となる粒子に対する被覆粒子もしくは表面近傍に存在するLi−Ni複合酸化物粒子の重量百分率が10%以上50%以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末である(本発明1)。
また、本発明は、リチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料からなる負極を用いたときに、4.3V充電状態で、1週間保存した後に残存する放電容量が保存前の放電容量に対して95%以上であることを特徴とする本発明1記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末である(本発明2)。
また、本発明は、リチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料からなる負極を用いたときに、4.3V充電状態で、60℃、1週間保存した後の電解液中へのマンガンイオンの溶出量が、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物のマンガンイオンの溶出量に対して80%以下であることを特徴とする本発明1記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末である(本発明3)。
また、本発明は、リチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料からなる負極に対して、4.3Vから3.0Vの範囲で0.2mA/cm2の充放電速度における放電容量が、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物に対して、3mAh/g以上高くなることを特徴とする本発明1記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末(本発明4)。
また、本発明は、リチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料からなる負極を用いたときに、4.5V充電状態の示差熱分析で200℃〜310℃の範囲で示す発熱最大ピークが核となるLi−Ni−Mn複合酸化物に対して温度の低下が32℃以内であることを特徴とする本発明1記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末である(本発明5)。
また、本発明は、本発明1〜5のいずれかに記載のLi−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法において、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物の二次粒子の表面若しくは表面近傍にLi−Ni複合酸化物を湿式による化学的処理若しくは乾式による機械的処理、又はさらに酸素雰囲気下において700℃以上で、熱的処理を施すことにより、被覆又は存在させることを特徴とする本発明1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法である(本発明6)。
また、本発明は、本発明1〜5のいずれかに記載のLi−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法において、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物の二次粒子の表面若しくは表面近傍にLi−Ni複合酸化物を湿式による化学的処理する場合は、核となる粒子を水中に懸濁攪拌し、硫酸ニッケル、硫酸コバルト混合液とアルカリ溶液とをpHが11.0以上になるように制御しながら添加して、Ni−Co複合水酸化物で表面が被覆された中間体を得た後、Li化合物及びAl化合物と混合し、酸素雰囲気下において700℃以上で、熱的処理を施すことにより、被覆又は存在させることを特徴とする本発明1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法である(本発明7)。
また、本発明は、本発明1〜5のいずれかに記載のLi−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法において、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物の二次粒子の表面若しくは表面近傍にLi−Ni複合酸化物を乾式による機械的処理する場合、硫酸ニッケル、硫酸コバルト混合液とアルカリ溶液とをpHを制御しながら添加してNi−Co複合水酸化物を生成させ得られたNi−Co複合水酸化物の平均粒子径が2μm以下になるように粉砕した後、核粒子となるLi−Ni−Mn複合酸化物と高速攪拌混合機によるメカノケミカル反応により粒子表面に存在させ、次いで、Li化合物及びAl化合物と混合し、酸素雰囲気下において700℃以上で焼成することを特徴とする本発明1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法である(本発明8)。
また、本発明は、本発明1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末からなる正極活物質を含有する正極を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池である(本発明9)。
本発明に係るLi−Ni複合酸化物粒子粉末は、負極にリチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を用いたときに、4.3V充電状態で、1週間保存した後の残存の放電容量が保存前の放電容量に対して95%以上となり、1週間保存した後の電解液中へのマンガンイオンの溶出量が核となるLi−Ni−Mn複合酸化物のマンガンイオンの溶出量に対して80%以下になるので、リチウムイオン電池の高温保存特性を向上させることができる。
また、本発明に係るLi−Ni複合酸化物粒子粉末は、4.3Vから3.0Vの範囲で0.2mA/cmの充放電速度における放電容量が、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物に対して、3mAh/g以上高くなるのでリチウムイオン電池の放電容量を向上させることができる。
さらに、本発明に係るLi−Ni複合酸化物粒子粉末は、負極にリチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を用いたときに、4.5V充電状態の示差熱分析で200℃〜310℃の範囲で示す発熱最大ピークが核となるLi−Ni−Mn複合酸化物に対して温度の低下が32℃以内であるのでリチウムイオン電池の熱安定性を維持できる。
更に、本発明に係るLi−Ni複合酸化物粒子粉末は、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物二次粒子の粒子表面若しくは表面近傍に、Li−Ni複合酸化物を湿式による化学的処理若しくは乾式による機械的処理、又はさらに熱的処理を施すことによって、充電時の安全性を維持したまま、高温保存特性と放電容量を向上させたLi−Ni複合酸化物粒子粉末を製造することができる。
従って、本発明に係るLi−Ni複合酸化物粒子粉末は、非水電解質二次電池用の正極活物質として好適である。
本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。
先ず、本発明に係る非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末について述べる。
本発明に係る非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末は、特定の組成を有するLi−Ni−Mn複合酸化物の二次粒子を核とし、該二次粒子の粒子表面若しくは粒子表面近傍に、特定の組成を有するLi−Ni複合酸化物粒子を被覆又は存在させたものである。すなわち、核となる二次粒子の表面全体を特定の組成を有するLi−Ni複合酸化物粒子を被覆させたもの、または核となる二次粒子の表面近傍若しくは粒子表面の一部に、特定の組成を有するLi−Ni複合酸化物粒子を存在若しくは被覆させたものである。
核となるLi−Ni−Mn複合酸化物の組成は、Lix1Ni1−y1−z1−w1Coy1Mnz1M1w12−v(1<x1≦1.3、0≦y1≦0.33、0.2≦z1≦0.33、0≦w1<0.1、0≦v≦0.05であり、M1はAl、Mgから選ばれる少なくとも1種の金属及びKはF、PO 3−から選ばれる少なくとも1種のアニオン)が好ましい。
組成範囲が前記範囲外となる場合には、Li−Ni−Mn複合酸化物の特徴である充電時の熱安定性、若しくは高い放電容量を得ることが難しくなる。
被覆又は存在させる粒子粉末の組成は、Lix2Ni1−y2−z2Coy2M2z2(0.98≦x2≦1.05、0.15≦y2≦0.2、0≦z2≦0.05、M2はAl、Mg、Zr、Tiから選ばれる少なくとも1種の金属)が好ましい。
組成範囲が前記範囲外となる場合には、高い放電容量と高温安定性を得ることが難しくなる。
また、F、PO 3−が存在することによって、核となる粒子の充電時の熱安定性が向上するため、Li−Ni複合酸化物粒子粉末の充電時の熱安定性を更に改善できる。Kの組成(v)が前記範囲外となる場合には、Li−Ni複合酸化物の放電容量が低下する。
本発明では、前記核となる二次粒子に対する被覆又は存在させるLi−Ni複合酸化物の重量百分率が10%以上50%以下を満たすものである。
重量百分率が10%未満の場合、高温保存時に電解液へマンガンが溶出し、高温保存特性が悪くなると共に、高容量化が難しくなる。一方、重量百分率が50%を超えた場合、4.5V充電状態での熱安定性の改善ができなくなる。
高温保存特性及び熱安定性の改善と高容量化の両立を考えた場合、好ましくは重量百分率が50%に近いほど良い。被覆又は存在させる量は、20%以上50%以下が好ましく、さらに好ましくは25%〜50%である。
本発明に係る非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末の平均粒子径は、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物の平均粒子径に対して、1.1倍以上になるように制御する。平均粒子径の比が1.1倍未満の場合には、Li−Ni複合酸化物を被覆又は付着させる効果がない。好ましい粒径比は1.2以上であり、より好ましくは1.3〜2.0である。
なお、本発明に係る非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末の平均粒子径(レーザー回折・散乱法による測定)は、3〜20μmが好ましい。平均粒子径が3μm以下の場合には、Li−Ni複合酸化物を電極スラリーにする際の分散性が悪くなる。20μmを超える場合には、電極の厚みが厚くなる為、レート特性が悪くなり、放電容量が低下する。
本発明に係る非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末は、負極にリチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料からなる負極を用いたときに、4.3V充電状態で、1週間保存した後の残存の放電容量が保存前の放電容量に対して95%以上を維持していることが好ましく、より好ましくは100%に近づくことが好ましい。
本発明に係る非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末は、負極にリチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を用いたときに、4.3V充電状態で、60℃、1週間保存した後の電解液中へのマンガンイオンの溶出量が核となるLi−Ni−Mn複合酸化物のマンガンイオンの溶出量に対して80%以下が好ましい。マンガンイオンの溶出量が80%を超える場合、二次電池の高温保存時の残存放電容量が低下する。より好ましいマンガンイオンの溶出量は75%以下になることが好ましく、さらにより好ましくは、0%に近付けば近付くことが好ましい。
本発明に係る非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末は、負極にリチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を用いたときに、4.3Vから3.0Vの範囲で0.2mA/cmの充放電速度における放電容量が、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物に対して、3mAh/g以上高くなることが好ましく、より好ましくは5mAh/g、さらに好ましくは、高いほど好ましい。
本発明に係る非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末は、負極にリチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を用いたときに、表面近傍に被覆又は存在するLi−Ni複合酸化物に対して、4.5V充電状態の示差熱分析で200℃〜310℃の範囲で示す発熱最大ピーク温度の低下が、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物に対して32℃以内であることが好ましく、より好ましくは20℃以内であり、さらに好ましくは、低下しない方がよい。
本発明において表面近傍とは、粒子を球状と仮定して粒子径を直径とした場合、表面から半径(粒子径の1/2)の25%程度に相当する部分までをいう。
次に、本発明に係る非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法について述べる。
本発明に係るLi−Ni複合酸化物粒子粉末は、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物二次粒子の粒子表面若しくは表面近傍に、被覆又は存在させるLi−Ni複合酸化物を湿式による化学的処理若しくは乾式による機械的処理によって、核となる二次粒子の粒子表面及び/又は表面近傍にLi−Ni複合酸化物粒子を存在させるものであり、必要により、さらに酸素雰囲気下で700℃以上好ましくは730℃以上で2時間以上、熱的処理を施してもよい。
核となるLi−Ni−Mn複合酸化物及び被覆又は存在させる粒子であるLi−Ni複合酸化物は、通常の方法で得られるものであり、例えば、固相法若しくは湿式法によりリチウム塩と混合して、空気雰囲気下において750℃〜1000℃で焼成して得られる。
また、本発明のような、F又はPO 3−を存在させる場合には、核となるLi−Ni複合酸化物を得るために用いる複合水酸化物とリチウム塩を乾式若しくは湿式で混合する際に、所定量のLiF又はLiPOを添加することで得ることができる。
核となる二次粒子と被覆又は存在させる粒子との複合化の方法は、特に限定されるものではなく、湿式による化学的処理若しくは乾式による機械的処理により行うことができる。例えば、湿式による化学的処理においては、核となる粒子を、被覆又は存在させる粒子を形成する元素を含む酸溶液中に懸濁させた後、中和して熱処理を行う方法、若しくは純水又は有機溶媒中に被覆又は存在させる粒子を懸濁させた後に、熱処理を行うことで粒子を複合化することができる。機械的処理においては、核となる二次粒子と被覆または存在させる粒子とを所定の隙間に圧縮せん断力を加えながら、粒子複合化することで行うことができる。また、高速で混合・攪拌できる装置を用いてもよい。熱処理は酸素雰囲気下で700〜850℃、より好ましくは720〜820℃で行うことが好ましい。
次に、本発明に係る非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末からなる正極活物質を用いた正極について述べる。
本発明に係る正極活物質を用いて正極を製造する場合には、常法に従って、導電剤と結着剤とを添加混合する。導電剤としてはアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等が好ましく、結着剤としてはポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等が好ましい。
本発明に係る正極活物質を用いて製造される二次電池は、前記正極、負極及び電解質から構成される。
負極活物質としては、リチウム金属、リチウム/アルミニウム合金、リチウム/スズ合金、グラファイトや黒鉛等を用いることができる。
また、電解液の溶媒としては、炭酸エチレンと炭酸ジエチルの組み合わせ以外に、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル等のカーボネート類や、ジメトキシエタン等のエーテル類の少なくとも1種類を含む有機溶媒を用いることができる。
さらに、電解質としては、六フッ化リン酸リチウム以外に、過塩素酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム等のリチウム塩の少なくとも1種類を上記溶媒に溶解して用いることができる。
<作用>
非水電解質二次電池の熱安定性不足の原因として酸素脱離温度が低いことが挙げられる。この酸素脱離の原因として、充電状態では構造的に不安定なため、電極表面から酸素が脱離することが挙げられる。また、高温保存安定性不足の原因としては、CoやMnの溶出によることが挙げられる。
前記課題を抑制するためには非水電解質二次電池用の正極活物質の表面改質が重要であり、先行技術(特許文献1乃至4)などで改善を行っているが、特許文献1では、核粒子の組成がLi−Ni−Al複合酸化物であり、核となる粒子の充放電効率が悪くなると共に、被覆状態及び、被覆割合についての記述が無く、被覆することによる熱安定性改善と高温保存特性の改善については考慮されていない。また。特許文献2では、Li−Co複合酸化物へのLi−Ni−Co−Mn複合酸化物の混合による熱安定性改善であり、Li−Ni−Mn複合酸化物の高温保存特性の改善については考慮されていない。また、特許文献3では、Li−Co複合酸化物へLi−Ni−Co−Mn複合酸化物を表面被覆することで、特許文献4ではCo複合酸化物の表面にリチウム、ニッケル、コバルト、マンガン金属よりなる被覆層を形成することで高容量化及びサイクル特性、高温保存特性の改善を行っているが、表面のMn元素の溶出抑制と充電時の高温保存特性改善については考慮されていない。特許文献5では、Li−Co複合酸化物、Li−Ni複合酸化物、Li−Mn複合酸化物を芯粒子と被覆粒子からなる複合化粒子を形成し、充填性及びエネルギー密度を改善しているが、芯粒子と被覆粒子の組成の記述が不明確であるとともに、高温保存特性の改善は考慮されていない。特許文献6ではLi−Co複合酸化物の表面をLi−Ni複合酸化物で被覆することにより、電解液へのCoの溶出を抑制しているが、充電時の熱安定性に乏しいLi−Co複合酸化物のCoの溶出を制御する技術であり、高温保存特性の改善と熱安定性の両立については考慮さていない。
そこで、本発明においては、核となる二次粒子の組成がLix1Ni1−y1−z1−w1Coy1Mnz1M1w12−v(1<x1≦1.3、0≦y1≦0.33、0.2≦z1≦0.33、0≦w1<0.1、0≦v≦0.05であり、M1はAl、Mgから選ばれる少なくとも1種の金属及びKはF、PO 3−から選ばれる少なくとも1種のアニオン)であるLi−Ni−Mn複合酸化物において、前記二次粒子の粒子表面若しくは表面近傍に、組成がLix2Ni1−y2−z2Coy2M2z2(0.98≦x2≦1.05、0.15≦y2≦0.2、0≦z2≦0.05、M2はAl、Mg、Zr、Tiから選ばれる少なくとも1種の金属)からなるLi−Ni複合酸化物を、得られる複合粒子の粒子径が核となる粒子の粒子径の1.1倍以上になるように被覆又は存在させ、かつ核粒子に対する被覆粒子もしくは表面近傍に存在する粒子の重量百分率が10%以上50%以下にすることによって、高温保存時の残存放電容量の低下及びMn溶出量を改善し、高温保存特性を改善することが可能になる。
また、本発明においては、Li−Ni複合酸化物粒子粉末を前記構成とすることによって、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物に対して、3mAh/g以上放電容量を高くすることができ、電池の高容量化が可能になる。
加えて、本発明に係るLi−Ni複合酸化物粒子粉末は、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物二次粒子の粒子表面若しくは表面近傍にLi−Ni複合酸化物を湿式による化学的処理若しくは乾式による機械的処理、又はさらに熱的処理を施すことにより、被覆又は存在させることで、核となるLi−Ni複合酸化物に対して4.5V充電状態の示差熱分析で200℃〜310℃の範囲で示す発熱最大ピークが核となるLi−Ni−Mn複合酸化物に対して温度の低下が32℃以内に抑えることができ、高容量化と充電時の安全性の両立が可能となる。
本発明の代表的な実施の形態は次の通りである。
Li−Ni複合酸化物の組成は誘導プラズマ発光分光法ICP−7500[島津製作所(株)製]を用いて分析し、確認した。
平均粒子径はレーザー式粒度分布測定装置LMS−30[セイシン企業(株)製]を用いて湿式レーザー法で測定した体積基準の平均粒子径である。
被覆又は存在させる粒子の存在状態はエネルギー分散型X線分析装置付き走査電子顕微鏡SEM−EPMA[(株)日立ハイテクノロジーズ製]を用いて観察した。
Li−Ni複合酸化物粒子を用いてコインセルによる初期充放電特性及び高温保存特性評価を行った。
まず、正極活物質としてLi−Ni複合酸化物を90重量%、導電材としてアセチレンブラックを3重量%及びグラファイトKS−6を3重量%、バインダーとしてN−メチルピロリドンに溶解したポリフッ化ビニリデン4重量%とを混合した後、Al金属箔に塗布し150℃にて乾燥した。このシートを16mmφに打ち抜いた後、1t/cmで圧着し、電極厚みを50μmとした物を正極に用いた。負極は16mmφに打ち抜いた金属リチウムとし、電解液は1mol/lのLiPFを溶解したECとDMCを体積比1:2で混合した溶液を用いてCR2032型コインセルを作成した。
初期充放電特性は、室温で充電は4.3Vまで0.2mA/cmにて行った後、放電を3.0Vまで0.2mA/cmにて行い、その時の初期充電容量、初期放電容量及び初期効率を測定した。
高温保存特性は、初期充放電特性評価と同様にしてCR2032型コインセルを作成し、初期の充放電を行った後、二回目の充電を4.3Vまで10時間で充電が完了するように電流にて行い、その状態で60℃の恒温槽に1週間保存した後、室温で3.0Vまで0.2mA/cm放電した時の残存放電容量を確認した。
高温保存後の電解液のMn溶出量は、初期充放電特性評価と同様にしてCR2032型コインセルを作成し、初期の充放電を行った後、二回目の充電を4.3Vまで10時間で充電が完了するように電流にて行い、その状態で60℃の恒温槽に1週間保存した後、その状態でコインセルを分解して電解液を取り出し、導プラズマ発光分光法ICP−7500[島津製作所(株)製]を用いて分析し、確認した。
Li−Ni複合酸化物粒子の安全性の評価は、初期充放電特性評価と同様にしてCR2032型コインセルを作成し、初期の充放電を行った後、二回目の充電を4.5Vまで10時間で充電が完了するように電流にて行い、その状態でコインセルを分解して、正極を取り出し、Al耐圧セルに電解液共存下で密閉して示差熱分析を室温から400℃まで5℃/minの走査速度で測定を行った。
比較例1
2mol/lの硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガンをNi:Co:Mn=33:33:33なるように混合した水溶液と5.0mol/lアンモニア水溶液を、同時に反応槽内に供給した。
反応槽は羽根型攪拌機で常に攪拌を行い、同時にpH=11.5±0.5となるように2mol/lの水酸化ナトリウム水溶液を自動供給した。生成したNi−Co−Mn水酸化物はオーバーフローされ、オーバーフロー管に連結された濃縮槽で濃縮し、反応槽へ循環を行い、反応槽と沈降槽中のNi−Co−Mn水酸化物濃度が4mol/lになるまで40時間反応を行った。
反応後、取り出した懸濁液を、フィルタープレスを用いてNi−Co−Mn水酸化物の重量に対して10倍の水により水洗を行った後、乾燥を行い、Ni:Co:Mn=33:33:33の平均二次粒子径が9.5μmのNi−Co−Mn水酸化物粒子を得た。Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した。
この混合物を酸素雰囲気下、925℃にて4時間焼成し、解砕した。得られた焼成物の化学組成は、ICP分析の結果、Li1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33であった。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は291℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は156mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、147mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、27ppmであった。
比較例5
Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は比較例1と同様にして、組成がLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.331.950.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は154mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、143mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、26ppmであった。
比較例6
Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は比較例1と同様にして、組成がLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.331.95(PO0.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は153mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、140mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、24ppmであった。
比較例7
硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガンをNi:Co:Mn=50:20:30なるように混合した水溶液を用い、混合物を空気雰囲気下950℃にて4時間焼成した以外は比較例1と同様にして、組成がLi1.05Ni0.50Co0.20Mn0.30のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は167mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、155mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、24ppmであった。
比較例8
Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は比較例7と同様にして、組成がLi1.05Ni0.50Co0.20Mn0.301.950.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は165mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、155mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、23ppmであった。
比較例9
Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は比較例7と同様にして、組成がLi1.05Ni0.50Co0.20Mn0.301.95(PO0.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は163mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、152mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、23ppmであった。
比較例10
硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガンをNi:Co:Mn=60:20:20なるように混合した水溶液を用い、混合物を空気雰囲気下830℃にて4時間焼成した以外は比較例1と同様にして、組成がLi1.05Ni0.60Co0.20Mn0.20のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は174mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、163mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、22ppmであった。
比較例11
Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は比較例10と同様にして、組成がLi1.05Ni0.60Co0.20Mn0.201.950.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は172mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、160mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、20ppmであった。
比較例12
Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は比較例10と同様にして、組成がLi1.05Ni0.60Co0.20Mn0.201.95(PO0.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は171mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、158mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、21ppmであった。
比較例13
硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガン及び硫酸アルミニウムをNi:Co:Mn:Al=33:24:33:9なるように混合した水溶液を用い、Ni−Co−Mn−Al水酸化物粒子と炭酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al)=1.01となるように混合した以外は比較例1と同様にして、組成がLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.09のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は152mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、142mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、26ppmであった。
比較例14
Ni−Co−Mn−Al水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al)=1.01となるように混合した以外は比較例13と同様にして、組成がLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.091.950.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は150mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、140mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、25ppmであった。
比較例15
Ni−Co−Mn−Al水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al)=1.01となるように混合した以外は比較例13と同様にして、組成がLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.091.95(PO0.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は149mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、138mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、24ppmであった。
比較例16
硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガン及び硫酸マグネシウムをNi:Co:Mn:Mg=33:24:33:9なるように混合した水溶液を用いNi−Co−Mn−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Mg)=1.01となるように混合した以外は比較例1と同様にして、組成がLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Mg0.09のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は148mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、135mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、25ppmであった。
比較例17
Ni−Co−Mn−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Mg)=1.01となるように混合した以外は比較例16と同様にして、組成がLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Mg0.091.950.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は147mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、136mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、24ppmであった。
比較例18
Ni−Co−Mn−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Mg)=1.01となるように混合した以外は比較例16と同様にして、組成がLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Mg0.091.95(PO0.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は146mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、135mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、23ppmであった。
比較例19
硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガン及び硫酸アルミニウム及び硫酸マグネシウムをNi:Co:Mn:Al:Mg=33:24:33:5:4なるように混合した水溶液を用いNi−Co−Mn−Al−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al+Mg)=1.01となるように混合した以外は比較例1と同様にして、組成がLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.05Mg0.04のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は147mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、135mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、24ppmであった。
比較例20
Ni−Co−Mn−Al−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al+Mg)=1.01となるように混合した以外は比較例19と同様にして、組成がLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.05Mg0.041.950.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は145mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、133mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、22ppmであった。
比較例21
Ni−Co−Mn−Al−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al+Mg)=1.01となるように混合した以外は比較例19と同様にして、組成がLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.05Mg0.041.95(PO0.05のLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は143mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、132mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、23ppmであった。
実施例1
2mol/lの硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガンをNi:Co:Mn=33:33:33なるように混合した水溶液と5.0mol/lアンモニア水溶液を、同時に反応槽内に供給した。
反応槽は羽根型攪拌機で常に攪拌を行い、同時にpH=11.5±0.5となるように2mol/lの水酸化ナトリウム水溶液を自動供給した。生成したNi−Co−Mn水酸化物はオーバーフローされ、オーバーフロー管に連結された濃縮槽で濃縮し、反応槽へ循環を行い、反応槽と沈降槽中のNi−Co−Mn水酸化物濃度が4mol/lになるまで40時間反応を行った。
反応後、取り出した懸濁液を、フィルタープレスを用いてNi−Co−Mn水酸化物の重量に対して10倍の水により水洗を行った後、乾燥を行い、Ni:Co:Mn=33:33:33の平均二次粒子径が9.5μmのNi−Co−Mn水酸化物粒子を得た。Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した。
この混合物を空気雰囲気下、925℃にて4時間焼成し、解砕した。得られた焼成物の化学組成は、ICP分析の結果、Li1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33であり、平均粒子径は9.6μmであった。このLi−Ni−Mn複合酸化物を核となる二次粒子粉末として用いた。
この二次粒子粉末300gを水中に懸濁し、この懸濁液に、2mol/lの硫酸ニッケルと硫酸コバルトをNi:Co=84:16となるように混合した水溶液と5.0mol/lアンモニア水溶液を、同時に反応槽内に供給した。
反応槽は羽根型攪拌機で常に攪拌を行い、同時にpH=11.5±0.5となるように2mol/lの水酸化ナトリウム水溶液を自動供給し、生成したNi−Co水酸化物がLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33に対して重量百分率で10wt%となるようにした。
この懸濁液を、フィルタープレスを用いて表面被覆Li−Ni−Mn複合酸化物の重量に対して10倍の水により水洗を行った後、乾燥を行い、Ni−Co水酸化物で被覆されたLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33中間体を得た。
Ni−Co水酸化物で被覆されたLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33中間体と予め粉砕機によって粒度調整を行った水酸化リチウム及び水酸化アルミニウムとをモル比でLi/(表面のNi+Co+Al)=0.98となるように混合した。
この混合物を酸素雰囲気下、750℃にて10時間焼成し、核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.05が10重量%被覆した平均粒子径が10.6μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は290℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は160mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、155mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、21ppmであった。
実施例2
被覆させるNi−Co水酸化物がLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33に対して重量百分率で30wt%となるようにした以外は実施例1と同様にして、核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.05が30重量%被覆した平均粒子径が11.0μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は281℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は167mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、161mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、19ppmであった。
実施例3
被覆させるNi−Co水酸化物がLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33に対して重量百分率で50wt%となるようにした以外は実施例1と同様にして、核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.05が50重量%被覆した平均粒子径が13.0μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は259℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は176mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、170mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、18ppmであった。
実施例4
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は実施例3と同様にして、核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.331.950.05の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.05が50重量%被覆した平均粒子径が13.5μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は292℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は158mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、150mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、18ppmであった。
実施例5
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は実施例3と同様にして、核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.331.95(PO0.05の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.05が50重量%被覆した平均粒子径が13.2μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は295℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は157mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、151mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、15ppmであった。
実施例6
実施例1と同様にして、核となる組成がLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33である平均粒子径が9.6μmであるLi−Ni−Mn複合酸化物を得た。
次に、2mol/lの硫酸ニッケルと硫酸コバルトをNi:Co=84:16になるように混合した水溶液と5.0mol/lアンモニア水溶液を、同時に反応槽内に供給した。
反応槽は羽根型攪拌機で常に攪拌を行い、同時にpH=11.5±0.5となるように2mol/lの水酸化ナトリウム水溶液を自動供給した。生成したNi−Co水酸化物はオーバーフローされ、オーバーフロー管に連結された濃縮槽で濃縮し、反応槽へ循環を行い、反応槽と沈降槽中のNi−Co水酸化物濃度が4mol/lになるまで40時間反応を行った。
この懸濁液を、フィルタープレスを用いてNi−Co水酸化物の重量に対して10倍の水により水洗を行った後、乾燥を行い、気流粉砕機で粉砕し、平均粒子径が1.8μmのNi:Co=84:16のNi−Co水酸化物粒子を得た。
ここで、核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33に対して、重量百分率が50%となるように平均粒子径が1.8μmのNi0.84Co0.16(OH)を混合し、機械的磨砕機を用いて30分間機械的処理を行い、Ni−Co水酸化物で被覆されたLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33中間体を得た。
Ni−Co水酸化物で被覆されたLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33中間体と予め粉砕機によって粒度調整を行った水酸化リチウム及び水酸化アルミニウムとをモル比でLi/(表面のNi+Co+Al)=0.98となるように混合した。
この混合物を酸素雰囲気下、750℃にて10時間焼成し、核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.05が50重量%被覆した平均粒子径が13.1μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は298℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は159mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、154mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、17ppmであった。
実施例7
Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は実施例6と同様にして、核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.331.950.05の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.05が50重量%被覆した平均粒子径が13.0μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は290℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は158mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、151mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、14ppmであった。
実施例8
Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は実施例6と同様にして、核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.331.95(PO0.05の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.05が50重量%被覆した平均粒子径が13.3μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は295℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は157mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、152mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、16ppmであった。
実施例9
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、2mol/lの硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガンをNi:Co:Mn=50:20:30なるように混合した水溶液を用い、混合物を空気雰囲気下950℃にて4時間焼成したこと及びNi−Co水酸化物で被覆されたLi1.05Ni0.50Co0.20Mn0.30中間体と予め粉砕機によって粒度調整を行った水酸化リチウム及び水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムとをモル比でLi/(表面のNi+Co+Al+Mg)=0.98となるように混合した以外は実施例3と同様にして、核となるLi1.05Ni0.50Co0.20Mn0.30の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.04Mg0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.4μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は285℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は171mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、166mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、17ppmであった。
実施例10
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は実施例9と同様にして、核となるLi1.05Ni0.50Co0.20Mn0.301.950.05の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.04Mg0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.3μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は287℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は169mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、163mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、15ppmであった。
実施例11
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は実施例9と同様にして、核となるLi1.05Ni0.50Co0.20Mn0.301.95(PO0.05の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.04Mg0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.4μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は285℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は167mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、161mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、18ppmであった。
実施例12
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、2mol/lの硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガンをNi:Co:Mn=60:20:20なるように混合した水溶液を用い、混合物を空気雰囲気下830℃にて4時間焼成したこと及びNi−Co水酸化物で被覆されたLi1.05Ni0.60Co0.20Mn0.20中間体と予め粉砕機によって粒度調整を行った水酸化リチウム及び水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウム及び酸化ジルコニウムとをモル比でLi/(表面のNi+Co+Al+Mg+Zr)=0.98となるように混合した以外は実施例3と同様にして、核となるLi1.05Ni0.60Co0.20Mn0.20の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.03Mg0.01Zr0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.6μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は278℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は184mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、177mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、17ppmであった。
実施例13
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は実施例12と同様にして、核となるLi1.05Ni0.60Co0.20Mn0.201.950.05の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.03Mg0.01Zr0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.7μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は279℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は183mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、175mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、15ppmであった。
実施例14
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、Ni−Co−Mn水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合した以外は実施例12と同様にして、核となるLi1.05Ni0.60Co0.20Mn0.201.95(PO0.05の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.03Mg0.01Zr0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.8μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は274℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は181mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、175mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、16ppmであった。
実施例15
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、2mol/lの硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガン、硫酸アルミニウムをNi:Co:Mn:Al=33:24:33:9なるように混合した水溶液を用い、Ni−Co−Mn−Al水酸化物粒子と炭酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al)=1.01となるように混合したこと及び2mol/lの硫酸ニッケルと硫酸コバルトをNi:Co=79:21となるように混合した水溶液を用いて、Ni:Co=79:21のNi−Co水酸化物で被覆されたLi1.05Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.09中間体と予め粉砕機によって粒度調整を行った水酸化リチウム及び水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムと酸化ジルコニウム及び酸化チタンをモル比でLi/(表面のNi+Co+Al+Mg+Zr+Ti)=1.05となるように混合した以外は実施例3と同様にして、核となるLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.09の二次粒子の粒子表面にLi1.05Ni0.75Co0.20Al0.02Mg0.01Zr0.01Ti0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.0μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は300℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は165mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、159mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、19ppmであった。
実施例16
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、Ni−Co−Mn−Al水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al)=1.01となるように混合した以外は実施例15と同様にして、核となるLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.091.950.05の二次粒子の粒子表面にLi1.05Ni0.75Co0.20Al0.02Mg0.01Zr0.01Ti0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.2μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は295℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は163mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、157mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、15ppmであった。
実施例17
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、Ni−Co−Mn−Al水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al)=1.01となるように混合した以外は実施例15と同様にして、核となるLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.091.95(PO0.05の二次粒子の粒子表面にLi1.05Ni0.75Co0.20Al0.02Mg0.01Zr0.01Ti0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.3μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は290℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は162mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、157mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、15ppmであった。
実施例18
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、2mol/lの硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガン、硫酸マグネシウムをNi:Co:Mn:Mg=33:24:33:9なるように混合した水溶液を用い、Ni−Co−Mn−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Mg)=1.01となるように混合したこと及び2mol/lの硫酸ニッケルと硫酸コバルトをNi:Co=79:21となるように混合した水溶液を用いて、Ni:Co=79:21のNi−Co水酸化物で被覆されたLi1.05Ni0.33Co0.24Mn0.33Mg0.09中間体と予め粉砕機によって粒度調整を行った水酸化リチウム及び水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムと酸化ジルコニウム及び酸化チタンをモル比でLi/(表面のNi+Co+Al+Mg+Zr+Ti)=1.05となるように混合した以外は実施例3と同様にして、核となるLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Mg0.09の二次粒子の粒子表面にLi1.05Ni0.75Co0.20Al0.02Mg0.01Zr0.01Ti0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.1μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は292℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は163mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、156mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、17ppmであった。
実施例19
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、Ni−Co−Mn−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Mg)=1.01となるように混合した以外は実施例18と同様にして、核となるLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Mg0.091.950.05の二次粒子の粒子表面にLi1.05Ni0.75Co0.20Al0.02Mg0.01Zr0.01Ti0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.0μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は294℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は162mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、156mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、18ppmであった。
実施例20
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、Ni−Co−Mn−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Mg)=1.01となるように混合した以外は実施例18と同様にして、核となるLi1.01Ni0.33Co0.24Mn0.33Mg0.091.95(PO0.05の二次粒子の粒子表面にLi1.05Ni0.75Co0.20Al0.02Mg0.01Zr0.01Ti0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.4μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は305℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は160mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、155mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、17ppmであった。
実施例21
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、2mol/lの硫酸ニッケルと硫酸コバルト及び硫酸マンガン、硫酸アルミニウム及び硫酸マグネシウムをNi:Co:Mn:Al:Mg=33:24:33:5:4なるように混合した水溶液を用い、Ni−Co−Mn−Al−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al+Mg)=1.01となるように混合した以外は実施例3と同様にして、核となるLi1.05Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.05Mg0.04の二次粒子の粒子表面にLi1.05Ni0.75Co0.20Al0.02Mg0.01Zr0.01Ti0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.3μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は306℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は164mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、159mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、16ppmであった。
実施例22
Li−Ni−Mn複合酸化物の製造において、Ni−Co−Mn−Al−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムとフッ化リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al+Mg)=1.01となるように混合した以外は実施例21と同様にして、核となるLi1.05Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.05Mg0.041.950.05の二次粒子の粒子表面にLi1.05Ni0.75Co0.20Al0.02Mg0.01Zr0.01Ti0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.2μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は305℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は163mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、158mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、17ppmであった。
実施例23
Ni−Co−Mn−Al−Mg水酸化物粒子と炭酸リチウムとリン酸リチウムをモル比でLi/(Ni+Co+Mn+Al+Mg)=1.01となるように混合した以外は実施例21と同様にして、核となるLi1.05Ni0.33Co0.24Mn0.33Al0.05Mg0.041.95(PO0.05の二次粒子の粒子表面にLi1.05Ni0.75Co0.20Al0.02Mg0.01Zr0.01Ti0.01が50重量%被覆した平均粒子径が13.1μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は303℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は161mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、157mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、16ppmであった。
比較例2
被覆させるNi−Co水酸化物がLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33に対して重量百分率で5wt%となるようにした以外は実施例1と同様にして、核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.05が5重量%被覆した平均粒子径が9.8μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は290℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は157mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、153mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、25ppmであった。
比較例3
被覆させるNi−Co水酸化物がLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33に対して重量百分率で60wt%となるようにした以外は実施例1と同様にして、核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33の二次粒子の粒子表面にLi0.98Ni0.80Co0.15Al0.05が60重量%被覆した平均粒子径が13.5μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は253℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は178mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、170mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、12ppmであった。
比較例4
核となるLi1.05Ni0.33Co0.33Mn0.33に対して、重量百分率が50%となるように平均粒子径が5.0μmのNi0.84Co0.16(OH)を混合し、機械的磨砕機を用いて30分間機械的処理を行いった以外は、実施例6と同様にして、平均粒子径が7.3μmのLi−Ni複合酸化物粒子粉末を得た。
このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の4.5V充電状態における示差熱分析を行った結果、発熱最大ピーク温度は279℃であった。また、このLi−Ni複合酸化物粒子粉末の放電容量は157mAh/gであり、60℃、1週間保存後の残存放電容量は、148mAh/gであった。さらに高温保存後の電解液中へのマンガン溶出量は、24ppmであった。
実施例1〜23及び比較例1〜21で得られたLi−Ni複合酸化物の核となる粒子の組成、表面若しくは表面近傍に被覆又は存在させる粒子の組成、被覆又は存在させる粒子の重量百分率、平均粒子径、初期放電容量、高温保存後の残存容量率、Mn溶出量、Mn溶出率、最大発熱ピーク温度を表1〜表4に示す。
実施例1〜23で得られたLi−Ni複合酸化物粒子粉末は、いずれも最大発熱ピークが、核となる粒子の最大発熱ピークに対してピーク温度の低下が32℃以内であり、充電時の熱安定性に優れた正極材料である。
また高温保存後の放電容量残存率が95%以上であるとともに、高温保存後のMn溶出率が核となるLi−Ni−Mn複合酸化物に対して80%以下であり、高温保存特性に優れた正極材料である。
実施例1及び実施例3で得られたLi−Ni複合酸化物粒子の断面状態を観察した結果を図1及び図2に示す。
図1及び図2より、実施例1及び実施例3で得られたLi−Ni複合酸化物粒子は、粒子表面のAl金属の濃度が高く、またMn金属の濃度が低くなっており、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物の二次粒子の粒子表面に、本発明1記載のLi−Ni複合酸化物が被覆されていることが分かる。
実施例1、実施例3、比較例1で得られたLi−Ni複合酸化物粒子粉末を用いてコインセルによる安全性評価を行った示差熱分析結果を図3に示す。
図3より、実施例1及び実施例3で得られたLi−Ni複合酸化物粒子粉末は、核となる粒子の表面若しくは表面近傍に本発明1〜5記載のLi−Ni複合酸化物粒子を存在させ、核粒子に対する被覆粒子もしくは表面近傍に存在する粒子の重量百分率が10%以上50%以下とすることで、最大発熱ピーク温度の低下を32℃以内に抑えることができることが分かる。
以上の結果から本発明に係るLi−Ni複合酸化物粒子粉末は充電時の熱安定性と高温安定性に優れた高容量非水電解液電池用活物質として有効であることが確認された。
本発明に係る、 核となる二次粒子の組成がLix1Ni1−y1−z1−w1Coy1Mnz1M1w12−v(1<x1≦1.3、0≦y1≦0.33、0.2≦z1≦0.33、0≦w1<0.1、0≦v≦0.05であり、M1はAl、Mgから選ばれる少なくとも1種の金属及びKはF、PO 3−から選ばれる少なくとも1種のアニオン)であるLi−Ni−Mn複合酸化物において、前記二次粒子の粒子表面若しくは表面近傍に、組成がLix2Ni1−y2−z2Coy2M2z2(0.98≦x2≦1.05、0.15≦y2≦0.2、0≦z2≦0.05、M2はAl、Mg、Zr、Tiから選ばれる少なくとも1種の金属)からなるLi−Ni複合酸化物を、得られる複合粒子の粒子径が核となる粒子の粒子径の1.1倍以上になるように被覆又は存在させ、かつ核粒子に対する被覆粒子もしくは表面近傍に存在する粒子の重量百分率が10%以上50%以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末を用いることで、充放電容量が大きく充電時の熱安定性と高温安定性に優れた非水電解液電池を得ることができる。
実施例1で得られたLi−Ni複合酸化物粒子粉末の断面状態を観察し、各元素の存在状態を示した写真(EPMA)である。 実施例3で得られたLi−Ni複合酸化物粒子粉末の断面状態を観察し、各元素の存在状態を示した写真(EPMA)である。 実施例1、実施例3、比較例1で得られたLi−Ni複合酸化物粒子粉末を用いてコインセルによる安全性評価を行った示差熱分析結果である。

Claims (9)

  1. 核となる二次粒子の組成がLix1Ni1−y1−z1−w1Coy1Mnz1M1w12−v(1<x1≦1.3、0≦y1≦0.33、0.2≦z1≦0.33、0≦w1<0.1、0≦v≦0.05であり、M1はAl、Mgから選ばれる少なくとも1種の金属及びKはF、PO 3−から選ばれる少なくとも1種のアニオン)であるLi−Ni−Mn複合酸化物において、前記二次粒子の粒子表面若しくは表面近傍に、組成がLix2Ni1−y2−z2Coy2M2z2(0.98≦x2≦1.05、0.15≦y2≦0.2、0≦z2≦0.05、M2はAl、Mg、Zr、Tiから選ばれる少なくとも1種の金属)であるLi−Ni複合酸化物を被覆又は存在させた非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末であって、該非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末の複合粒子の平均粒子径が核となる二次粒子の平均粒子径の1.1倍以上であり、かつ核となる粒子に対する被覆粒子もしくは表面近傍に存在するLi−Ni複合酸化物粒子の重量百分率が10%以上50%以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末。
  2. リチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料からなる負極を用いたときに、4.3V充電状態で、1週間保存した後に残存する放電容量が保存前の放電容量に対して95%以上であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末。
  3. リチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料からなる負極を用いたときに、4.3V充電状態で、60℃、1週間保存した後の電解液中へのマンガンイオンの溶出量が、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物のマンガンイオンの溶出量に対して80%以下であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末。
  4. リチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料からなる負極に対して、4.3Vから3.0Vの範囲で0.2mA/cmの充放電速度における放電容量が、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物に対して、3mAh/g以上高くなることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末。
  5. リチウム金属或いはリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料からなる負極を用いたときに、4.5V充電状態の示差熱分析で200℃〜310℃の範囲で示す発熱最大ピークが核となるLi−Ni−Mn複合酸化物に対して温度の低下が32℃以内であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のLi−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法において、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物の二次粒子の表面若しくは表面近傍にLi−Ni複合酸化物を湿式による化学的処理若しくは乾式による機械的処理、又はさらに酸素雰囲気下において700℃以上で、熱的処理を施すことにより、被覆又は存在させることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法。
  7. 請求項1〜5のいずれかに記載のLi−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法において、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物の二次粒子の表面若しくは表面近傍にLi−Ni複合酸化物を湿式による化学的処理する場合は、核となる粒子を水中に懸濁攪拌し、硫酸ニッケル、硫酸コバルト混合液とアルカリ溶液とをpHが11.0以上になるように制御しながら添加して、Ni−Co複合水酸化物で表面が被覆された中間体を得た後、Li化合物及びAl化合物と混合し、酸素雰囲気下において700℃以上で、熱的処理を施すことにより、被覆又は存在させることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法。
  8. 請求項1〜5のいずれかに記載のLi−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法において、核となるLi−Ni−Mn複合酸化物の二次粒子の表面若しくは表面近傍にLi−Ni複合酸化物を乾式による機械的処理する場合、硫酸ニッケル、硫酸コバルト混合液とアルカリ溶液とをpHを制御しながら添加してNi−Co複合水酸化物を生成させ得られたNi−Co複合水酸化物の平均粒子径が2μm以下になるように粉砕した後、核粒子となるLi−Ni−Mn複合酸化物と高速攪拌混合機によるメカノケミカル反応により粒子表面に存在させ、次いで、Li化合物及びAl化合物と混合し、酸素雰囲気下において700℃以上で焼成することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末の製造方法。
  9. 請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末からなる正極活物質を含有する正極を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池。
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