JP2010282982A - Lithium transition metal complex oxide and lithium battery made by using the same - Google Patents

Lithium transition metal complex oxide and lithium battery made by using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium transition metal complex oxide of large discharge capacity and excellent in rate characteristics, and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: In the stratified rock salt lithium transition metal complex oxide expressed in: Li<SB>1+x</SB>M<SB>1-x</SB>O<SB>2</SB>(wherein M is at least one transition metal selected from nickel, manganese, cobalt, iron, copper, zinc, chromium, titanium, and zirconium; 0≤x≤0.15), a content of the acid root in total quantity is 1,500 ppm at most, a content of the alkali metal in total quantity is 2,000 ppm at most, a peak intensity ratio (I(003)/I(104)) at (003) and (104) of X-ray diffraction attributed to hexagonal crystal is 1.4 at least. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム電池の電極材料などに有用なリチウム・遷移金属複合酸化物、及びそれを工業的有利に製造する方法、ならびにそれを用いてなるリチウム電池に関する。   The present invention relates to a lithium / transition metal composite oxide useful for an electrode material of a lithium battery, a method for producing it industrially advantageously, and a lithium battery using the same.

リチウム二次電池は、エネルギー密度が高く、充放電サイクル特性に優れていることから、急速に普及しており、リチウム二次電池の正極活物質には、コバルト酸リチウムが最もよく用いられている。しかし、コバルト資源が希少で高価であることから、近年、コバルトと、ニッケル、マンガン、鉄、銅、亜鉛、クロム等の遷移金属を複合化し、コバルトの使用量を低減させたリチウム・遷移金属複合酸化物や、あるいは、コバルトを使用せず、前記の遷移金属を複合化したものも提案されている。中でも、層状岩塩型のリチウム・遷移金属複合酸化物は放電容量が大きく、サイクル特性に優れており、とりわけ、層状岩塩型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物は、電池特性、安全性、コストのバランスに優れた材料として、実用化が期待されている。   Lithium secondary batteries are rapidly spreading due to their high energy density and excellent charge / discharge cycle characteristics, and lithium cobalt oxide is most commonly used as the positive electrode active material for lithium secondary batteries. . However, since cobalt resources are scarce and expensive, in recent years, lithium and transition metal composites that combine cobalt with transition metals such as nickel, manganese, iron, copper, zinc, and chromium to reduce the amount of cobalt used. A compound in which the above transition metal is combined without using an oxide or cobalt has been proposed. Among them, the layered rock salt type lithium / transition metal composite oxide has a large discharge capacity and excellent cycle characteristics, and the layered rock salt type lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide has battery characteristics, safety and cost. Practical use is expected as a material with an excellent balance.

リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物としては、組成式:Li[LiCo1−x−y]O(Aは[MnNi1−z]を表し、0≦x≦0.16、0.1≦y≦0.3、0.4≦z≦0.65、Lixは遷移金属層に含まれる)で表されるもの(特許文献1参照)、組成式:LiMn0.5−xNi0.5−yCox+y(0.05≦x<0.3、0.05≦y<0.3、−0.1≦x−y≦0.02、0<a<1.3、x+y<0.5、MはCoなどのNi、Mn以外の元素)で表され、CuKα線を用いた粉末X線回折の2θ:18.6±1°(003面)における回折ピークに対する2θ:44.1±1°(104面)における回折ピークの相対強度比が0.65以上1.05以下であるもの(特許文献2参照)などが知られている。 The lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide has a composition formula: Li [Li x Co y A 1-xy ] O 2 (A represents [Mn z Ni 1-z ], where 0 ≦ x ≦ 0. .16, 0.1 ≦ y ≦ 0.3, 0.4 ≦ z ≦ 0.65, Lix is included in the transition metal layer) (see Patent Document 1), composition formula: Li a Mn 0.5-x Ni 0.5-y Co x + y O 2 (0.05 ≦ x <0.3, 0.05 ≦ y <0.3, −0.1 ≦ x−y ≦ 0.02, 0 <A <1.3, x + y <0.5, where M is an element other than Ni, Mn such as Co), and 2θ of powder X-ray diffraction using CuKα rays: 18.6 ± 1 ° (003 plane) The relative intensity ratio of the diffraction peak at 2θ: 44.1 ± 1 ° (104 plane) with respect to the diffraction peak in FIG. Patent Document reference 2) it is known.

特許第3571671号公報Japanese Patent No. 3571671 WO2002/086993号公報WO2002 / 086993

特許文献1、2記載のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物では、コバルト含有量をニッケル若しくはマンガンと同程度の量にまで低減したり、更にはニッケルやマンガンよりも少なくした場合に、放電容量やレート特性の点で十分ではない。そこで、本発明は、コバルト含有量を少くしても、放電容量が大きく、レート特性の優れたリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物及びその製造方法を提供することを課題とする。   In the lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide described in Patent Documents 1 and 2, the discharge is reduced when the cobalt content is reduced to the same level as nickel or manganese, or even less than nickel or manganese. The capacity and rate characteristics are not sufficient. Therefore, an object of the present invention is to provide a lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide having a large discharge capacity and excellent rate characteristics even when the cobalt content is reduced, and a method for producing the same.

本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、酸性根及びアルカリ金属の含有量が少なく、層状岩塩型で結晶性が良好なリチウム・遷移金属複合酸化物は放電容量が高くレート特性が優れていること、特にリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物においては、放電容量が高いばかりでなく、通常はレート特性には不利となるコバルトの含有量がニッケル若しくはマンガンと同程度の量またはそれ以下の組成であっても、優れたレート特性を示すことを見出した。また、原料として用いる遷移金属炭酸塩を塩基性水溶液でリーチングすることにより酸性根、アルカリ金属の含有量を低減でき、更に、この遷移金属炭酸塩は水系において水溶性リチウム化合物との反応性に富んでいるので、リチウムとの反応によって得られる前駆体組成物は、加熱焼成により容易に結晶性が高い均質なリチウム・遷移金属複合酸化物が得られることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that lithium / transition metal composite oxides having a low content of acidic roots and alkali metals, a layered rock salt type and good crystallinity have a discharge capacity. The lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide not only has a high discharge capacity, but the cobalt content, which is usually disadvantageous for the rate characteristics, is not limited to nickel or manganese. It has been found that excellent rate characteristics are exhibited even with compositions of the same amount or less. In addition, by leaching the transition metal carbonate used as a raw material with a basic aqueous solution, the content of acidic roots and alkali metals can be reduced. Furthermore, this transition metal carbonate is highly reactive with water-soluble lithium compounds in aqueous systems. Therefore, the precursor composition obtained by the reaction with lithium found that a homogeneous lithium / transition metal composite oxide having high crystallinity can be easily obtained by heating and baking, and completed the present invention.

即ち、本発明は、Li1+x1−x(Mはニッケル、マンガン、コバルト、鉄、銅、亜鉛、クロム、チタン、ジルコニウムから選ばれる少なくとも一種の遷移金属、0≦x≦0.15)で表される層状岩塩型リチウム・遷移金属複合酸化物であって、酸性根の含有量が総量で多くとも1500ppm、アルカリ金属の含有量が総量で多くとも2000ppmであり、六方晶に帰属されるX線回折の(003)及び(104)のピーク強度比(I(003)/I(104))が少なくとも1.4であることを特徴とするリチウム・遷移金属複合酸化物である。さらに、本発明は、上記リチウム・遷移金属複合酸化物を製造する方法であって、ニッケル、マンガン、コバルト、鉄、銅、亜鉛、クロム、チタン、ジルコニウムから選ばれる少なくとも一種の遷移金属を含む遷移金属炭酸塩を塩基性水溶液でリーチングし、ろ別した後、純水で洗浄してリーチング処理遷移金属炭酸塩を得る第一の工程、該リーチング処理遷移金属炭酸塩と水溶性リチウム化合物とを水系媒液中で反応させた後、固液分離してリチウム・遷移金属複合酸化物前駆体組成物を得る第二の工程、該前駆体組成物を加熱焼成してリチウム・遷移金属複合酸化物を得る第三の工程を含むことを特徴とするリチウム・遷移金属複合酸化物の製造方法である。 That is, the present invention relates to Li 1 + x M 1-x O 2 (M is at least one transition metal selected from nickel, manganese, cobalt, iron, copper, zinc, chromium, titanium, zirconium, 0 ≦ x ≦ 0.15). Is a layered rock salt type lithium-transition metal composite oxide represented by the formula (1), wherein the total content of acidic roots is at most 1500 ppm, and the total content of alkali metals is at most 2000 ppm. The lithium / transition metal composite oxide has a peak intensity ratio (I (003) / I (104) ) of (003) and (104) of X-ray diffraction of at least 1.4. Furthermore, the present invention is a method for producing the above-mentioned lithium / transition metal composite oxide, which comprises at least one transition metal selected from nickel, manganese, cobalt, iron, copper, zinc, chromium, titanium, and zirconium. The first step of leaching a metal carbonate with a basic aqueous solution, filtering, and then washing with pure water to obtain a leaching treatment transition metal carbonate, the leaching treatment transition metal carbonate and a water-soluble lithium compound in an aqueous system The second step of obtaining a lithium / transition metal composite oxide precursor composition by solid-liquid separation after reacting in a liquid medium, heating and firing the precursor composition to form a lithium / transition metal composite oxide A method for producing a lithium / transition metal composite oxide, comprising the third step of obtaining.

本発明のリチウム・遷移金属複合酸化物は、放電容量が高く、レート特性が優れている。特に、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物は、コバルトの含有量が少ないので安価であり、また、前記のように大きな放電容量を有することに加え、コバルトの含有量が少ないにも係らずレート特性が優れているので、これを電極活物質として用いると、高出力のリチウム電池が得られる。また、本発明の製造方法は、酸性根及びアルカリ金属の含有量が少なく、且つ、結晶性が高く均質なリチウム・遷移金属複合酸化物が工業的に有利に得られる。   The lithium / transition metal composite oxide of the present invention has a high discharge capacity and excellent rate characteristics. In particular, the lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide of the present invention is inexpensive because it contains a small amount of cobalt. In addition to having a large discharge capacity as described above, the content of cobalt is low. Nevertheless, since the rate characteristics are excellent, when this is used as an electrode active material, a high-power lithium battery can be obtained. In addition, the production method of the present invention advantageously produces a lithium / transition metal composite oxide having a low content of acidic roots and alkali metals, and having a high crystallinity and a homogeneous lithium / transition metal composite.

実施例5の前駆体組成物(試料e)のX線回折チャートである。6 is an X-ray diffraction chart of a precursor composition (Sample e) of Example 5. FIG. 実施例5(試料E)のX線回折チャートである。It is an X-ray diffraction chart of Example 5 (sample E). 比較例6(試料S)のX線回折チャートである。It is an X-ray-diffraction chart of the comparative example 6 (sample S).

本発明は、層状岩塩型リチウム・遷移金属複合酸化物であって、Li1+x1−x(Mはニッケル、マンガン、コバルト、鉄、銅、亜鉛、クロム、チタン、ジルコニウムから選ばれる少なくとも一種の遷移金属、0≦x≦0.15)で表され、酸性根の含有量が総量で多くとも1500ppm、アルカリ金属の含有量が総量で多くとも2000ppmであり、六方晶に帰属されるX線回折の(003)及び(104)のピーク強度比(I(003)/I(104))が少なくとも1.4であることを特徴とする。酸性根やアルカリ金属が多量に存在すると、電池特性を、特に放電容量を阻害すると考えられ、本発明では、酸性根及びアルカリ金属の含有量が前記のように少ないので放電容量が高い。一方、結晶構造が層状岩塩型である本発明において、六方晶に帰属されるX線回折の(003)及び(104)のピーク強度をそれぞれのI(003)、I(104)とした場合のピーク強度比(I(003)/I(104))が、少なくとも1.4であることは、結晶性が優れ、層状構造が高度に発達していることを示している。このため、本発明のリチウム・遷移金属複合酸化物は、優れたレート特性を有している。本発明において酸性根とは、硫酸根(SO)及び塩素根(Cl)を意味し、それらの総量が多くとも1500ppmであり、好ましくは多くとも1000ppmである。また、本発明においてアルカリ金属とはナトリウム及びカリウムを意味し、それらの総量が多くとも2000ppmであり、好ましくは1500ppmである。また、上記ピーク強度比が少なくとも1.5であると、更に好ましい。 The present invention is a layered rock salt type lithium / transition metal composite oxide, wherein Li 1 + x M 1-x O 2 (M is at least selected from nickel, manganese, cobalt, iron, copper, zinc, chromium, titanium, zirconium) A kind of transition metal, 0 ≦ x ≦ 0.15), the total content of acidic roots is at most 1500 ppm, the total content of alkali metals is at most 2000 ppm, and X belonging to hexagonal crystals The peak intensity ratio (I (003) / I (104) ) of (003) and (104) of the line diffraction is at least 1.4. If a large amount of acidic roots and alkali metals are present, it is considered that the battery characteristics, particularly the discharge capacity, are hindered. In the present invention, since the contents of acidic roots and alkali metals are small as described above, the discharge capacity is high. On the other hand, in the present invention in which the crystal structure is a layered rock salt type, the peak intensities of (003) and (104) of X-ray diffraction attributed to hexagonal crystals are I (003) and I (104) , respectively. The peak intensity ratio (I (003) / I (104) ) of at least 1.4 indicates that the crystallinity is excellent and the layered structure is highly developed. Therefore, the lithium / transition metal composite oxide of the present invention has excellent rate characteristics. In the present invention, the acidic root means a sulfate group (SO 3 ) and a chlorine group (Cl), and the total amount thereof is at most 1500 ppm, preferably at most 1000 ppm. In the present invention, the alkali metal means sodium and potassium, and the total amount thereof is at most 2000 ppm, preferably 1500 ppm. Further, the peak intensity ratio is more preferably at least 1.5.

本発明のリチウム・遷移金属複合酸化物を構成する遷移金属Mは、ニッケル、マンガン、コバルト、鉄、銅、亜鉛、クロム、チタン、ジルコニウムであれば、一種であっても二種以上であってもよく、二種以上であれば遷移金属種の組合せは特に制限を受けない。中でも遷移金属の少なくとも一種がニッケルである複合酸化物は、特徴的な電池特性を示すので好ましい。例えば、リチウム・ニッケル・マンガン複合酸化物、リチウム・ニッケル・コバルト複合酸化物、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・チタン複合酸化物などが挙げられる。   The transition metal M constituting the lithium-transition metal composite oxide of the present invention is nickel, manganese, cobalt, iron, copper, zinc, chromium, titanium, zirconium, or one kind or two or more kinds. The combination of transition metal species is not particularly limited as long as it is two or more species. Among these, composite oxides in which at least one transition metal is nickel are preferable because they exhibit characteristic battery characteristics. Examples include lithium / nickel / manganese composite oxides, lithium / nickel / cobalt composite oxides, lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxides, and lithium / nickel / manganese / cobalt / titanium composite oxides.

特に、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物は、電池特性、安全性、コストのバランスに優れており、好ましいリチウム・遷移金属複合酸化物である。一般に、層状岩塩型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物では、ニッケルの原子価は2価または3価であるとされている。2価のニッケルとリチウムはイオン半径が近似しているので、ニッケルがリチウム層に混入する所謂カチオンミキシングを生じ易い。このカチオンミキシングによる層状構造の不規則性は、コバルト含有量が少ない場合はより一層生じ易いとされている。リチウム層に混入したニッケルは、充放電反応中のリチウムの挿入脱離を阻害し、レート特性を低下させると推測される。本発明において、特に、遷移金属Mの組成がNi(1−y+z)/2Mn(1−y−z)/2Co(0<y≦0.35、−0.05≦z≦0.05)で表されるリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物は、前記のように放電容量が高いばかりでなく、コバルトの含有量がニッケル若しくはマンガンと同程度の量またはそれ以下であっても、カチオンミキシングによる層状構造の不規則性がほとんど無いかまたは非常に少ないと推測され、優れたレート特性を有している。また、コバルト含有量の少ない場合には、更に遷移金属としてチタンを用い、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・チタン複合酸化物にすると、熱安定性やレート特性が改良されるので好ましい。中でも、Ni(1−w−y+z)/2Mn(1−w−y−z)/2CoTi(0<w≦0.1、0≦y≦0.35、−0.05≦z≦0.05)の組成のものが、いっそう好ましい。 In particular, a lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide is a preferable lithium / transition metal composite oxide because of its excellent balance of battery characteristics, safety, and cost. In general, in the layered rock salt type lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide, the valence of nickel is considered to be divalent or trivalent. Since divalent nickel and lithium have similar ionic radii, so-called cation mixing in which nickel is mixed into the lithium layer is likely to occur. It is said that the irregularity of the layered structure due to cation mixing is more likely to occur when the cobalt content is low. It is presumed that nickel mixed in the lithium layer inhibits lithium insertion / extraction during the charge / discharge reaction and deteriorates the rate characteristics. In the present invention, in particular, the composition of the transition metal M is Ni (1-y + z) / 2 Mn (1-yz) / 2 Co y (0 <y ≦ 0.35, −0.05 ≦ z ≦ 0. The lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide represented by (05) not only has a high discharge capacity as described above, but also has a cobalt content equal to or less than that of nickel or manganese. It is presumed that there is little or very little irregularity of the layered structure due to cation mixing, and it has excellent rate characteristics. Further, when the cobalt content is low, it is preferable to use titanium as a transition metal and to make a lithium / nickel / manganese / cobalt / titanium composite oxide because thermal stability and rate characteristics are improved. Among them, Ni (1- wy + z) / 2 Mn (1-w-yz) / 2 Co y Ti w (0 <w ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 0.35, −0.05 ≦ The composition of z ≦ 0.05) is more preferable.

なお、本発明では、電池特性を改良する目的で、リチウム及び前記遷移金属以外の異種元素を、上記の結晶性(ピーク強度比)を阻害しない範囲で、その結晶格子中にドープすることができる。異種元素としては、例えば熱安定性を改良する目的ではAl等が挙げられ、またサイクル特性を改良する目的ではMg、Ca、Al、B等が挙げられる。あるいは、複合酸化物の粒子表面に、これらの異種元素を、酸化物、複合酸化物等の形態で被覆することもできる。   In the present invention, for the purpose of improving battery characteristics, different elements other than lithium and the transition metal can be doped into the crystal lattice within a range that does not inhibit the crystallinity (peak intensity ratio). . Examples of the different element include Al for the purpose of improving the thermal stability, and Mg, Ca, Al, B and the like for the purpose of improving the cycle characteristics. Alternatively, these different elements can be coated on the particle surface of the composite oxide in the form of an oxide, a composite oxide or the like.

次に、本発明は、リチウム・遷移金属複合酸化物の製造方法であって、ニッケル、マンガン、コバルト、鉄、銅、亜鉛、クロム、チタン、ジルコニウムから選ばれる少なくとも一種の遷移金属を含む遷移金属炭酸塩を塩基性水溶液でリーチングし、ろ別した後、純水で洗浄してリーチング処理遷移金属炭酸塩を得る第一の工程、該リーチング処理遷移金属炭酸塩と水溶性リチウム化合物とを水系媒液中で反応させた後、固液分離してリチウム・遷移金属複合酸化物前駆体組成物を得る第二の工程、該前駆体組成物を加熱焼成してリチウム・遷移金属複合酸化物を得る第三の工程を含むことを特徴とする。本発明により、酸性根及びアルカリ金属の含有量が少なく、結晶性が優れ、層状構造が高度に発達したリチウム・遷移金属複合酸化物が得られる。   Next, the present invention relates to a method for producing a lithium / transition metal composite oxide, which comprises at least one transition metal selected from nickel, manganese, cobalt, iron, copper, zinc, chromium, titanium, and zirconium. The first step of leaching the carbonate with a basic aqueous solution, filtering, and then washing with pure water to obtain a leaching treated transition metal carbonate, the leaching treated transition metal carbonate and the water-soluble lithium compound in an aqueous medium. The second step of obtaining a lithium / transition metal composite oxide precursor composition by solid-liquid separation after reacting in the liquid, and heating and firing the precursor composition to obtain a lithium / transition metal composite oxide A third step is included. According to the present invention, a lithium / transition metal composite oxide having a low content of acidic roots and alkali metals, excellent crystallinity, and a highly developed layered structure can be obtained.

先ず、第一の工程では、ニッケル、マンガン、コバルト、鉄、銅、亜鉛、クロム、チタン、ジルコニウムから選ばれる少なくとも一種の遷移金属を含む遷移金属炭酸塩を塩基性水溶液でリーチングし、ろ別した後、純水で洗浄してリーチング処理遷移金属炭酸塩を得る。第一の工程で用いる遷移金属炭酸塩は、水系媒液中で、ニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオン、鉄イオン、銅イオン、亜鉛イオン、クロムイオン、チタンイオン、ジルコニウムイオンから選ばれる少なくとも1種の遷移金属イオンを、少なくとも炭酸イオンと反応させて得ることができる。炭酸イオンと反応させる方法としては、(1)水溶性ニッケル化合物、水溶性マンガン化合物、水溶性コバルト化合物、水溶性鉄化合物、水溶性銅化合物、水溶性亜鉛化合物、水溶性クロム化合物、水溶性チタン化合物、水溶性ジルコニウム化合物から選ばれる少なくとも一種の水溶性遷移金属化合物を、水系媒液中で塩基性炭酸化合物を含む塩基性化合物で中和する方法、あるいは、(2)水溶性ニッケル化合物、水溶性マンガン化合物、水溶性コバルト化合物、水溶性鉄化合物、水溶性銅化合物、水溶性亜鉛化合物、水溶性クロム化合物、水溶性チタン化合物、水溶性ジルコニウム化合物から選ばれる少なくとも一種の水溶性遷移金属化合物を水系媒液中で、炭酸ガスを吹き込みながら塩基性化合物で中和する方法が好ましい。用いる前記遷移金属の水溶性化合物としては、これらの硫酸塩、塩化物、硝酸塩等が挙げられ、塩基性炭酸化合物としては炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等が挙げられる。また、(1)の方法において用いる塩基性化合物として塩基性炭酸化合物のほかに塩基性水酸化物を併用してもよい。その場合、塩基性水酸化物としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物を用いることが出来る。(2)の方法において用いる塩基性化合物としては、塩基性炭酸化合物、塩基性水酸化物等が挙げられ、特に塩基性炭酸化合物を用いて炭酸ガスと併用すると、重質な複合炭酸塩が生成されるので好ましい。   First, in the first step, a transition metal carbonate containing at least one transition metal selected from nickel, manganese, cobalt, iron, copper, zinc, chromium, titanium, and zirconium is leached with a basic aqueous solution and filtered. Thereafter, it is washed with pure water to obtain a leaching-treated transition metal carbonate. The transition metal carbonate used in the first step is at least one selected from nickel ions, manganese ions, cobalt ions, iron ions, copper ions, zinc ions, chromium ions, titanium ions and zirconium ions in an aqueous medium. These transition metal ions can be obtained by reacting at least with carbonate ions. As a method of reacting with carbonate ions, (1) water-soluble nickel compound, water-soluble manganese compound, water-soluble cobalt compound, water-soluble iron compound, water-soluble copper compound, water-soluble zinc compound, water-soluble chromium compound, water-soluble titanium A method of neutralizing at least one water-soluble transition metal compound selected from a compound and a water-soluble zirconium compound with a basic compound containing a basic carbonate compound in an aqueous medium, or (2) a water-soluble nickel compound or water At least one water-soluble transition metal compound selected from water-soluble manganese compounds, water-soluble cobalt compounds, water-soluble iron compounds, water-soluble copper compounds, water-soluble zinc compounds, water-soluble chromium compounds, water-soluble titanium compounds and water-soluble zirconium compounds A method of neutralizing with a basic compound while blowing carbon dioxide in an aqueous medium is preferable. Examples of the water-soluble compounds of the transition metal used include these sulfates, chlorides, nitrates, etc., and basic carbonate compounds include sodium carbonate, potassium carbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, ammonium carbonate, hydrogen carbonate. Ammonium etc. are mentioned. In addition to the basic carbonic acid compound, a basic hydroxide may be used in combination as the basic compound used in the method (1). In that case, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide can be used as the basic hydroxide. Examples of the basic compound used in the method (2) include a basic carbonate compound, a basic hydroxide, and the like. In particular, when a basic carbonate compound is used in combination with carbon dioxide, a heavy complex carbonate is formed. This is preferable.

(1)の方法において、前記遷移金属の水溶性化合物と塩基性炭酸化合物を含む塩基性化合物との反応は、前記遷移金属の水溶性化合物を混合水溶液とし、この混合水溶液中に、塩基性炭酸化合物を含む塩基性化合物の水溶液を添加して行っても、その逆の添加順序でもよく、あるいは、水系媒液中に前記混合水溶液、塩基性炭酸化合物を含む塩基性化合物の水溶液を並行添加して行ってもよい。また、(2)の方法においても、前記混合水溶液中に、炭酸ガスを通気しながら、塩基性水酸化物を含む塩基性化合物の水溶液を添加しても、逆に、塩基性水酸化物を含む塩基性化合物の水溶液中に、炭酸ガスを通気しながら、前記混合水溶液を添加してもよく、あるいは、水系媒液中に炭酸ガスを通気しながら、前記混合水溶液と塩基性水酸化物を含む塩基性化合物の水溶液とを並行添加して行ってもよい。特に、(1)、(2)いずれの方法でも、並行添加を行うと、粒度分布が整った複合炭酸塩が得られ易く、このものを用いると電池特性が優れたリチウム・遷移金属複合酸化物が得られ易いので好ましい。並行添加は、1〜20時間かけて徐々に行うと、一層粒度分布が整ったものが得られ易いので好ましく、3〜12時間の範囲が更に好ましい。反応温度は、いずれの方法でも、0〜90℃以下の範囲であると、反応が進み易いので好ましく、15〜80℃の範囲が更に好ましい。(1)の方法における塩基性炭酸化合物は、前記遷移金属の水溶性化合物の中和当量から2.5倍当量の範囲で用いるのが好ましい。塩基性水酸化物を併用する場合は、塩基性炭酸化合物と同当量以下の量を用いるのが好ましい。塩基性水酸化物の使用量が塩基性炭酸化合物と同当量より多くなると、複合炭酸塩以外にも、前記遷移金属の水酸化物が副生しやすくなる。(2)の方法においては、塩基性化合物を、中和当量から2倍当量の範囲で用いるのが好ましく、炭酸ガスの使用量は、複合炭酸塩を形成するのに必要な化学量論量以上であれば、特に制限は無い。   In the method of (1), the reaction between the water-soluble compound of the transition metal and the basic compound containing the basic carbonate compound is performed by using the water-soluble compound of the transition metal as a mixed aqueous solution. An aqueous solution of a basic compound containing a compound may be added or vice versa, or the mixed aqueous solution and an aqueous solution of a basic compound containing a basic carbonate compound may be added in parallel to an aqueous medium. You may go. Also in the method (2), even if an aqueous solution of a basic compound containing a basic hydroxide is added to the mixed aqueous solution while aeration of carbon dioxide gas, the basic hydroxide is conversely changed. The mixed aqueous solution may be added to the aqueous solution of the basic compound containing the carbon dioxide gas, or the mixed aqueous solution and the basic hydroxide may be added to the aqueous medium solution while the carbon dioxide gas is bubbled. You may carry out by adding in parallel with the aqueous solution of the basic compound to contain. In particular, in any of the methods (1) and (2), when the parallel addition is performed, it is easy to obtain a composite carbonate having a uniform particle size distribution, and when this is used, a lithium / transition metal composite oxide having excellent battery characteristics. Is easy to obtain. When the parallel addition is gradually performed over 1 to 20 hours, a product having a more uniform particle size distribution is easily obtained, and the range of 3 to 12 hours is more preferable. In any method, the reaction temperature is preferably in the range of 0 to 90 ° C., because the reaction easily proceeds, and the range of 15 to 80 ° C. is more preferable. The basic carbonic acid compound in the method (1) is preferably used in the range of neutralization equivalent to 2.5-fold equivalent of the water-soluble compound of the transition metal. When a basic hydroxide is used in combination, it is preferable to use an amount equal to or less than that of the basic carbonate compound. When the amount of the basic hydroxide used is more than the same amount as the basic carbonate compound, the transition metal hydroxide is easily produced as a by-product in addition to the complex carbonate. In the method (2), the basic compound is preferably used in the range of neutralization equivalent to double equivalent, and the amount of carbon dioxide used is the stoichiometric amount or more required to form the complex carbonate. If so, there is no particular limitation.

前記遷移金属の水溶性化合物の配合割合は、目的とするリチウム・遷移金属複合酸化物の組成に応じて適宜設定することができる。   The blending ratio of the water-soluble transition metal compound can be appropriately set according to the composition of the target lithium / transition metal composite oxide.

第一の工程で用いる遷移金属炭酸塩を上記(1)又は(2)の方法で製造する場合、得られる遷移金属炭酸塩は、遷移金属を1種含む場合、炭酸ニッケル、炭酸マンガン、炭酸コバルト、炭酸鉄、炭酸銅、炭酸亜鉛、炭酸クロムであり、遷移金属を2種以上含む場合は、ニッケル、マンガン、コバルト、鉄、銅、亜鉛、クロム、チタン、ジルコニウム等の複合炭酸塩である。チタン、ジルコニウムは、それぞれ単独の炭酸塩は知られていないが、他の遷移金属との複合炭酸塩は形成し得ると考えられる。これらは、何れも六方晶の結晶構造を有する化合物であり、粉末X線回折を測定することにより確認することができる。   When the transition metal carbonate used in the first step is produced by the above method (1) or (2), the resulting transition metal carbonate contains nickel carbonate, manganese carbonate, cobalt carbonate when one transition metal is included. , Iron carbonate, copper carbonate, zinc carbonate, and chromium carbonate. When two or more kinds of transition metals are included, they are complex carbonates such as nickel, manganese, cobalt, iron, copper, zinc, chromium, titanium, and zirconium. Titanium and zirconium are not known as single carbonates, respectively, but it is considered that complex carbonates with other transition metals can be formed. These are all compounds having a hexagonal crystal structure, and can be confirmed by measuring powder X-ray diffraction.

上記遷移金属炭酸塩を塩基性水溶液でリーチングし、ろ別した後、純水で洗浄してリーチング処理遷移金属炭酸塩を得る。リーチング処理により、酸性根及びアルカリ金属の含有量を低減させる。後述する前駆体組成物に、酸性根及びアルカリ金属が多量に含まれていると、第三の工程で加熱焼成することにより得られるリチウム・遷移金属複合酸化物中にも多量の酸性根、アルカリ金属が含まれ、電池特性を、特に放電容量を阻害する。複合炭酸塩は酸性根と塩を形成し難く、塩基性水溶液は酸性根の除去能力が高いので、本発明では複合炭酸塩を塩基性水溶液でリーチングすることで、従来は困難であった酸性根の除去を比較的容易に行うことができ、更に純水洗浄により、アルカリ金属が除去される。塩基性水溶液としては炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、アンモニア等の水溶液が挙げられ、特に、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属水酸化物が洗浄性がよく好ましい。複合炭酸塩のリーチングは、遷移金属を塩基性水溶液でろ過・洗浄してもよいが、遷移金属を一旦固液分離し、水系媒液中に再分散させスラリー化し、塩基性水溶液でスラリーのpHを8〜11.5、より好ましくは8.5〜11の範囲に調整すると、酸性根の含有量を低減させ易く好ましい。pHが8以下であると酸性根の低減が困難であり、また11.5以上にすると、塩基性水溶液の使用量が多くなり過ぎ、水洗してもアルカリ成分の除去が困難となる。塩基性水溶液を添加後は、例えば、10分〜2時間程度撹拌するなどして一定の時間保持するのが好ましい。酸性根は、出発物質となる前記遷移金属の水溶性化合物に由来するSOやCl等であり、アルカリ金属は塩基性炭酸化合物や中和剤に由来し、実質的にナトリウムとカリウムである。第一の工程では、複合炭酸塩中の酸性根の含有量が総量で多くとも2000ppm、アルカリ金属の含有量が総量で多くとも3000ppmになるように、塩基性水溶液リーチング及び純水洗浄を行うと好ましい。 The transition metal carbonate is leached with a basic aqueous solution, filtered, and then washed with pure water to obtain a leached transition metal carbonate. The content of acidic roots and alkali metals is reduced by leaching treatment. When the precursor composition described later contains a large amount of acidic root and alkali metal, a large amount of acidic root and alkali are also contained in the lithium / transition metal composite oxide obtained by heating and firing in the third step. Metal is included, which inhibits battery characteristics, particularly discharge capacity. Since complex carbonates do not easily form salts with acidic roots, and basic aqueous solutions have a high ability to remove acidic roots, in the present invention, by leaching the complex carbonates with basic aqueous solutions, acidic roots that have been difficult in the past have been difficult. Can be removed relatively easily, and the alkali metal is removed by washing with pure water. Examples of the basic aqueous solution include alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, and aqueous solutions such as ammonia. Oxides are preferred because of their good cleaning properties. In the leaching of the composite carbonate, the transition metal may be filtered and washed with a basic aqueous solution. Is preferably adjusted to the range of 8 to 11.5, more preferably 8.5 to 11, so that the content of acidic roots can be easily reduced. When the pH is 8 or less, it is difficult to reduce acidic roots. When the pH is 11.5 or more, the amount of the basic aqueous solution used is excessive, and it is difficult to remove the alkaline component even if washed with water. After adding the basic aqueous solution, it is preferable to hold for a certain period of time, for example, by stirring for about 10 minutes to 2 hours. The acidic root is SO 3 or Cl derived from the water-soluble compound of the transition metal as a starting material, and the alkali metal is derived from a basic carbonate compound or a neutralizing agent, and is substantially sodium and potassium. In the first step, when the basic aqueous solution leaching and pure water washing are performed so that the total content of acidic roots in the composite carbonate is at most 2000 ppm and the total content of alkali metals is at most 3000 ppm preferable.

次いで、第二の工程では、該リーチング処理遷移金属炭酸塩と水溶性リチウム化合物とを、水系媒液中で反応させた後、固液分離してリチウム・遷移金属複合酸化物前駆体組成物を得る。第一の工程で得られるリーチング処理遷移金属炭酸塩は、水溶性リチウム化合物との反応性に富んでいるため、反応温度は常圧で反応が行える100℃未満であれば特に制限は無く、遷移金属元素の種類に応じて適宜設定するが、通常は、室温以上90℃未満の範囲の温度が好ましく、室温以上60℃以下の範囲が更に好ましい。水溶性リチウム化合物としては、水酸化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム等が挙げられ、中でも水酸化リチウムは該リーチング処理遷移金属炭酸塩との反応性に優れているので、これを用いるのが好ましい。水溶性リチウム化合物の添加量はLi成分が、遷移金属炭酸塩に含まれる前記遷移金属の合計量に対してモル比で1.0〜1.4に相当する量に設定すればよい。リーチング処理遷移金属炭酸塩と水溶性リチウム化合物との反応は、前記遷移金属炭酸塩に含まれる炭酸成分と、リチウム化合物に含まれるリチウムとが反応して炭酸リチウムを生成させ、一方で、遷移金属が、水酸化物を生成させるものと推測され、前駆体組成物は、これら炭酸リチウムと遷移金属水酸化物とを含む組成物であり、粉末X線回折を測定することにより確認することができる。   Next, in the second step, the leaching-treated transition metal carbonate and the water-soluble lithium compound are reacted in an aqueous medium, followed by solid-liquid separation to obtain a lithium / transition metal composite oxide precursor composition. obtain. Since the leaching treatment transition metal carbonate obtained in the first step is rich in reactivity with the water-soluble lithium compound, there is no particular limitation as long as the reaction temperature is less than 100 ° C. at which the reaction can be performed at normal pressure. Although it sets suitably according to the kind of metal element, the temperature of the range of room temperature or more and less than 90 degreeC is preferable normally, and the range of room temperature or more and 60 degrees C or less is still more preferable. Examples of the water-soluble lithium compound include lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium sulfate and the like. Among them, lithium hydroxide is excellent in reactivity with the leaching-treated transition metal carbonate, and it is preferable to use this. What is necessary is just to set the addition amount of a water-soluble lithium compound to the quantity corresponding to 1.0-1.4 by molar ratio with respect to the total amount of the said transition metal in which Li component is contained in transition metal carbonate. The reaction between the leaching treatment transition metal carbonate and the water-soluble lithium compound is such that the carbonate component contained in the transition metal carbonate reacts with lithium contained in the lithium compound to produce lithium carbonate, while the transition metal However, the precursor composition is a composition containing these lithium carbonate and transition metal hydroxide, and can be confirmed by measuring powder X-ray diffraction. .

反応後、得られた前駆体組成物をろ別する。本発明では、ろ別により前駆体組成物を固液分離すると共に、第一の工程後も残留する酸性根、アルカリ金属を除去でき、これらの含有量をいっそう低減できる。ろ別には公知のろ過装置を用いることができ、特に制限は無いが、工業的にはロールプレス、フィルタープレス等が好ましい。但し、ろ別中またはろ別後に、洗浄やリーチングを行うと、前駆体組成物からリチウムが溶出し易くなるので好ましくない。前駆体組成物中の酸性根の含有量は総量で多くとも1500ppm、アルカリ金属の含有量は総量で多くとも2000ppmとするのが好ましく、それぞれを多くとも1000ppm、1500ppmとするのが更に好ましい。ろ別後は乾燥し、次の第三の工程に供するのが好ましい。   After the reaction, the obtained precursor composition is filtered off. In this invention, while separating a precursor composition into solid and liquid by filtration, the acidic root and alkali metal which remain | survive after a 1st process can be removed, and these content can be reduced further. A known filtration device can be used for the filtration, and there is no particular limitation, but a roll press, a filter press and the like are preferable industrially. However, it is not preferable to perform washing or leaching during or after the filtration because lithium is easily eluted from the precursor composition. The total amount of acidic roots in the precursor composition is preferably at most 1500 ppm, and the total content of alkali metals is preferably at most 2000 ppm, more preferably at most 1000 ppm and 1500 ppm, respectively. It is preferable to dry after filtration and to use for the following 3rd process.

尚、リーチング処理遷移金属炭酸塩及び前駆体組成物中の酸性根、アルカリ金属の含有量は、これらを120℃の温度で5時間乾燥した後、測定したものである。   The contents of acidic root and alkali metal in the leaching-treated transition metal carbonate and precursor composition were measured after drying them at a temperature of 120 ° C. for 5 hours.

第三の工程では、第二の工程で得られた前駆体組成物を加熱焼成してリチウム・遷移金属複合酸化物を得る。加熱焼成温度は、概ね700〜1100℃の範囲が好ましい。粒子の焼結を防ぐためには、1000℃以下とするのが好ましいので、より好ましい加熱焼成温度は700〜1000℃の範囲である。また加熱時間は1〜20時間であればよく、3〜10時間であれば更に好ましい。加熱焼成で複合酸化物への転化が均質に進み、非常に結晶性が高く層状構造の発達したリチウム・遷移金属複合酸化物が得られ易くなる。例えば、層状岩塩型結晶構造を有するものであれば、六方晶に帰属されるX線回折の(003)及び(104)のピーク強度をそれぞれI(003)、I(104)とすると、ピーク強度比(I(003)/I(104))が少なくとも1.4、好ましくは1.5以上の値を示す。加熱焼成後、得られた複合酸化物が焼結、凝集していれば、必要に応じてフレーククラッシャ、ハンマミル、ピンミルなどを用いて粉砕してもよい。 In the third step, the precursor composition obtained in the second step is heated and fired to obtain a lithium / transition metal composite oxide. The heating and baking temperature is preferably in the range of approximately 700 to 1100 ° C. In order to prevent the sintering of the particles, it is preferable to set the temperature to 1000 ° C. or lower, and thus a more preferable heating and baking temperature is in the range of 700 to 1000 ° C. The heating time may be 1 to 20 hours, and more preferably 3 to 10 hours. Conversion to a composite oxide proceeds homogeneously by heating and firing, and it becomes easy to obtain a lithium / transition metal composite oxide having very high crystallinity and a layered structure. For example, if it has a layered rock salt type crystal structure, the peak intensities of (003) and (104) of X-ray diffraction attributed to hexagonal crystals are I (003) and I (104) , respectively. The ratio (I (003) / I (104) ) is at least 1.4, preferably 1.5 or more. If the obtained composite oxide is sintered and agglomerated after heating and firing, it may be pulverized using a flake crusher, a hammer mill, a pin mill, or the like, if necessary.

リチウム及び前記遷移金属以外の異種元素を、その結晶格子中にドープするには、例えば、複合酸化物の表面に異種金属の化合物を沈着させた後、加熱焼成する等の公知の方法に従ってもよい。あるいは、本発明の第一または第三の工程において、異種元素の水溶性化合物を添加してもよい。   In order to dope different elements other than lithium and the transition metal into the crystal lattice, for example, a known method such as heating and firing after depositing a compound of a different metal on the surface of the composite oxide may be used. . Or you may add the water-soluble compound of a different element in the 1st or 3rd process of this invention.

更に、本発明はリチウム電池であって、前記リチウム・遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いることを特徴とする。リチウム電池用正極は、該複合酸化物に、カーボンブラックなどの導電材とフッ素樹脂などのバインダを加え、適宜成形または塗布して得られる。リチウム電池は、前記の正極、負極及び電解液とからなる。負極材料としては、金属リチウム、リチウム合金など、あるいはグラファイト、コークスなどの炭素系材料などが用いられる。また、電解液には、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、などの溶媒にLiPF、LiClO、LiCFSO、LiN(CFSO、LiBFなどのリチウム塩を溶解させたものなど常用の材料を用いることができる。 Furthermore, the present invention is a lithium battery, wherein the lithium / transition metal composite oxide is used as a positive electrode active material. The positive electrode for a lithium battery is obtained by adding a conductive material such as carbon black and a binder such as a fluororesin to the composite oxide, and appropriately molding or applying it. The lithium battery is composed of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution. As the negative electrode material, metallic lithium, lithium alloy or the like, or carbon-based material such as graphite or coke is used. In addition, the electrolyte includes a solvent such as propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, LiPF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , Conventional materials such as those in which a lithium salt such as LiBF 4 is dissolved can be used.

以下に本発明の実施例を示すが、これらは本発明を限定するものではない。   Examples of the present invention are shown below, but these do not limit the present invention.

実施例1
(第一の工程)
遷移金属炭酸塩の調製
硫酸ニッケル、硫酸マンガン及び硫酸コバルトの混合水溶液(ニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオン換算でそれぞれ0.7モル)700ミリリットルと、炭酸水素カリウム水溶液(炭酸イオン換算で4.72モル)1575ミリリットルとを、70℃の温度の純水500ミリリットル中に、温度を維持し撹拌しながら10時間かけて並行添加して中和し、ろ別した後、純水で洗浄複合炭酸塩を得た。
Example 1
(First step)
Preparation of transition metal carbonate 700 ml of a mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate and cobalt sulfate (0.7 mol each in terms of nickel ion, manganese ion and cobalt ion) and an aqueous potassium hydrogen carbonate solution (4.72 in terms of carbonate ion) Mole) 1575 ml of pure water at a temperature of 70 ° C., neutralized by adding in parallel over 10 hours with stirring while maintaining the temperature, filtered and then washed with pure water. Got.

複合炭酸塩の塩基性水溶液リーチング及び水洗
ろ別・洗浄した複合炭酸塩を、純水に分散させて400ミリリットルのスラリーとし、炭酸カリウム水溶液を添加してスラリーのpHを9に調整し、1時間攪拌後、再度ろ別した後、純水で洗浄した。尚、この複合炭酸塩に含まれる酸性根としてはSOが1710ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが150ppm、カリウムが100ppmであった。
Complex carbonate basic aqueous solution leaching and washing Filtered and washed composite carbonate is dispersed in pure water to make a 400 ml slurry, and potassium carbonate aqueous solution is added to adjust the pH of the slurry to 9, 1 hour After stirring, it was filtered again and washed with pure water. In addition, as an acidic root contained in this composite carbonate, SO 3 was 1710 ppm, and as an alkali metal, sodium was 150 ppm and potassium was 100 ppm.

(第二の工程:前駆体組成物の調製)
ニッケル、マンガン及びコバルトの合量換算で100gに相当するリーチング・水洗した複合炭酸塩を、純水に分散させて400ミリリットルのスラリーとした。このスラリーに攪拌しながら水酸化リチウム(一水塩)83gを室温下、常圧下で添加し1時間攪拌した後、ろ過・乾燥して前駆体組成物を得た。尚、この前駆体組成物に含まれる酸性根としてはSOが800ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが120ppm、カリウムが70ppmであった。
(Second step: Preparation of precursor composition)
A leaching / water-washed composite carbonate equivalent to 100 g in terms of the total amount of nickel, manganese and cobalt was dispersed in pure water to form a 400 milliliter slurry. While stirring the slurry, 83 g of lithium hydroxide (monohydrate) was added at room temperature and normal pressure, stirred for 1 hour, filtered and dried to obtain a precursor composition. Note that the SO 3 as the acidic roots included in the precursor composition 800 ppm, sodium as the alkali metal is 120 ppm, potassium was 70 ppm.

(第三の工程:前駆体組成物の加熱焼成)
前駆体組成物を、大気中900℃の温度で10時間加熱焼成を行い、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料A)を得た。
(Third step: Heat firing of the precursor composition)
The precursor composition was heated and fired at 900 ° C. in the atmosphere for 10 hours to obtain the lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (sample A) of the present invention.

実施例2
第一の工程において、炭酸カリウムに替えて水酸化ナトリウムを使用してpHを10に調整してリーチングしたこと以外は実施例1と同様にして、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料B)を得た。尚、前駆体組成物に含まれる酸性根としてはSOが500ppm、アルカリ金属成分はナトリウムが90ppm、カリウムが10ppmであった。
Example 2
In the first step, the lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxidation of the present invention was performed in the same manner as in Example 1 except that the pH was adjusted to 10 using sodium hydroxide instead of potassium carbonate. A product (sample B) was obtained. The acidic root contained in the precursor composition was 500 ppm of SO 3 , and the alkali metal component was 90 ppm of sodium and 10 ppm of potassium.

実施例3
(第一の工程)
遷移金属炭酸塩の調製
70℃の温度の純水500ミリリットル中に、炭酸ガスを毎分1リットルの流量で吹込みながら、硫酸ニッケル、硫酸マンガン及び硫酸コバルトの混合水溶液(ニッケルイオン、マンガンイオン及びコバルトイオン換算でそれぞれ0.8モル)800ミリリットルと、炭酸ナトリウム水溶液(炭酸イオン換算で3.2モル)1000ミリリットルとを、温度を維持し攪拌しながら10時間かけて並行添加して中和し、ろ別した後、純水で洗浄して複合炭酸塩を得た。
Example 3
(First step)
Preparation of transition metal carbonate A mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate and cobalt sulfate (nickel ion, manganese ion and manganese ion) while blowing carbon dioxide at a flow rate of 1 liter per minute into 500 ml of pure water at a temperature of 70 ° C. Neutralize by adding 800 ml of each 0.8 mol in terms of cobalt ion) and 1000 ml of aqueous sodium carbonate solution (3.2 mol in terms of carbonate ion) in parallel over 10 hours while maintaining the temperature. After filtration, it was washed with pure water to obtain a composite carbonate.

複合炭酸塩の塩基性水溶液リーチング及び水洗
ろ別・洗浄した複合炭酸塩を、純水に分散させて500ミリリットルのスラリーとし、炭酸ナトリウム水溶液を添加してスラリーのpHを9に調整し、1時間攪拌後、再度ろ別した後、純水で洗浄した。尚、この複合炭酸塩に含まれる酸性根としてはSOが810ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが2890ppm、カリウムが20ppmであった。
Complex carbonate basic aqueous solution leaching and washing Filtered and washed composite carbonate is dispersed in pure water to make a 500 ml slurry, and an aqueous sodium carbonate solution is added to adjust the pH of the slurry to 9 for 1 hour. After stirring, it was filtered again and washed with pure water. The acidic root contained in this composite carbonate was 810 ppm for SO 3 , and 2890 ppm for sodium and 20 ppm for potassium as the alkali metal.

(第二の工程:前駆体組成物の調製)
ニッケル、マンガン及びコバルトの合量換算で100gに相当するリーチング・水洗した複合炭酸塩を、純水に分散させて500ミリリットルのスラリーとした。このスラリーに攪拌しながら水酸化リチウム(一水塩)85gを室温下、常圧下で添加し1時間攪拌した後、ろ過・乾燥して前駆体組成物を得た。尚、前駆体組成物に含まれる酸性根としてはSOが10ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが1350ppm、カリウムが10ppmであった。
(Second step: Preparation of precursor composition)
A leaching / water-washed composite carbonate equivalent to 100 g in terms of the total amount of nickel, manganese and cobalt was dispersed in pure water to give a 500 milliliter slurry. While stirring this slurry, 85 g of lithium hydroxide (monohydrate) was added at room temperature and normal pressure and stirred for 1 hour, followed by filtration and drying to obtain a precursor composition. The acidic root contained in the precursor composition was 10 ppm SO 3 , and the alkali metal was 1350 ppm sodium and 10 ppm potassium.

(第三の工程:前駆体組成物の加熱焼成)
前駆体組成物を、大気中900℃の温度で10時間加熱焼成を行い、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料C)を得た。
(Third step: Heat firing of the precursor composition)
The precursor composition was fired at 900 ° C. for 10 hours in the atmosphere to obtain a lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (sample C) of the present invention.

実施例4
第一の工程において、純水の温度を25℃として並行添加中の温度も25℃に維持したこと以外は実施例3と同様にして、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料D)を得た。尚、前駆体組成物に含まれる酸性根としてはSOが630ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが1250ppm、カリウムが10ppmであった。
Example 4
In the first step, the lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide of the present invention (in the same manner as in Example 3 except that the temperature of pure water was 25 ° C. and the temperature during parallel addition was also maintained at 25 ° C.) Sample D) was obtained. Note that the SO 3 as the acidic roots included in the precursor composition 630 ppm, sodium as the alkali metal is 1250 ppm, the potassium was 10 ppm.

実施例5
第一の工程中の遷移金属炭酸塩の調製において、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトの混合水溶液中のニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオンを、それぞれ0.875、0.875、0.35モルとしたこと以外は実施例1と同様にして、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料E)を得た。尚、前駆体組成物(試料e)に含まれる酸性根としてはSOが530ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが100ppm、カリウムが40ppmであった。
Example 5
In preparation of the transition metal carbonate in the first step, nickel ions, manganese ions, and cobalt ions in a mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate were added to 0.875, 0.875, and 0.35 mol, respectively. Except for the above, a lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (sample E) of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1. Note that the SO 3 as the acidic roots included in the precursor composition (Sample e) 530 ppm, sodium 100 ppm, potassium was 40ppm as alkali metal.

実施例6
第一の工程中の遷移金属炭酸塩の調製において、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトの混合水溶液中のニッケルイオン、コバルトイオン、マンガンイオンを、それぞれ1.0、1.0、0.4モルとしたこと以外は実施例3と同様にして、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料F)を得た。尚、前駆体組成物に含まれる酸性根としてはSOが420ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが1260ppm、カリウムが10ppmであった。
Example 6
In the preparation of the transition metal carbonate in the first step, nickel ion, cobalt ion and manganese ion in the mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate and cobalt sulfate were respectively 1.0, 1.0 and 0.4 mol. Except for the above, a lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (sample F) of the present invention was obtained in the same manner as in Example 3. The acidic root contained in the precursor composition was 420 ppm SO 3 , and the alkali metal was 1260 ppm sodium and 10 ppm potassium.

実施例7
第一の工程中の遷移金属炭酸塩の調製において、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトの混合水溶液中のニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオンを、それぞれ1.0、1.0、0.4モルとし、リーチングにおいて炭酸ナトリウムの替わりに水酸化ナトリウムを使用し、pHを10に調整したこと以外は実施例3と同様にして、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料G)を得た。尚、前駆体組成物に含まれる酸性根としてはSOが330ppm、アルカリとしてはナトリウムが590ppm、カリウムが10ppmであった。
Example 7
In the preparation of the transition metal carbonate in the first step, nickel ion, manganese ion, and cobalt ion in the mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate are respectively 1.0, 1.0, and 0.4 mol. The lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide of the present invention (sample G) was used in the same manner as in Example 3 except that sodium hydroxide was used instead of sodium carbonate in the leaching and the pH was adjusted to 10. Got. The acidic root contained in the precursor composition was 330 ppm of SO 3 , and the alkali was 590 ppm of sodium and 10 ppm of potassium.

実施例8
第一の工程中の遷移金属炭酸塩の調製において、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトの混合水溶液の替わりに塩化ニッケル、塩化マンガン、塩化コバルトの混合水溶液を用い、該水溶液中のニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオンを、それぞれ1.0、1.0、0.4モルとし、リーチングにおいて炭酸ナトリウムの替わりに炭酸カリウムを使用すること以外は実施例3と同様にして、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料H)を得た。尚、前駆体組成物に含まれる酸性根としてはClが130ppm、SOが10ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが80ppm、カリウムは20ppmであった。
Example 8
In the preparation of the transition metal carbonate in the first step, a mixed aqueous solution of nickel chloride, manganese chloride, and cobalt chloride was used instead of the mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate. The lithium / nickel of the present invention was prepared in the same manner as in Example 3, except that the ions and cobalt ions were 1.0, 1.0, and 0.4 mol, respectively, and potassium carbonate was used instead of sodium carbonate in leaching. -Manganese-cobalt composite oxide (sample H) was obtained. The acidic root contained in the precursor composition was 130 ppm for Cl, 10 ppm for SO 3 , 80 ppm for alkali metal, and 20 ppm for potassium.

実施例9
第一の工程中の遷移金属炭酸塩の調製において、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトの混合水溶液中のニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオンをそれぞれ1.15、1.15、0.1モルとしたこと以外は実施例3と同様にして、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料I)を得た。尚、前駆体組成物に含まれる酸性根としてはSOが160ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが1100ppm、カリウムが10ppmであった。
Example 9
In the preparation of the transition metal carbonate in the first step, nickel ion, manganese ion, and cobalt ion in the mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate were 1.15, 1.15, and 0.1 mol, respectively. A lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (sample I) of the present invention was obtained in the same manner as in Example 3 except that. The acidic root contained in the precursor composition was 160 ppm of SO 3 , and the alkali metal was 1100 ppm of sodium and 10 ppm of potassium.

実施例10
第一の工程中の遷移金属炭酸塩の調製において、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトの混合水溶液中のニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオンをそれぞれ1.15、1.15、0.1モルとし、リーチングにおいて炭酸ナトリウムの替わりに水酸化ナトリウムを使用し、pHを10に調整したこと以外は実施例3と同様にして、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料J)を得た。尚、前駆体組成物に含まれる酸性根としてはSOが140ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが630ppm、カリウムが10ppmであった。
Example 10
In the preparation of the transition metal carbonate in the first step, the nickel ion, manganese ion, and cobalt ion in the mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate were 1.15, 1.15, and 0.1 mol, respectively. The lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (Sample J) of the present invention was prepared in the same manner as in Example 3 except that sodium hydroxide was used instead of sodium carbonate in the leaching and the pH was adjusted to 10. Obtained. The acidic root contained in the precursor composition was 140 ppm of SO 3 , and the alkali metal was 630 ppm of sodium and 10 ppm of potassium.

実施例11
第一の工程中の遷移金属炭酸塩の調製において、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトの混合水溶液の替わりに塩化ニッケル、塩化マンガン、塩化コバルトの混合水溶液を用い、該水溶液中のニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオンをそれぞれ1.15、1.15、0.1モルとし、リーチングにおいて炭酸ナトリウムの替わりに炭酸カリウムを使用すること以外は実施例3と同様にして、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料K)を得た。尚、前駆体組成物に含まれる酸性根としてはClが60ppm、SOが20ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが110ppm、カリウムが40ppmであった。
Example 11
In the preparation of the transition metal carbonate in the first step, a mixed aqueous solution of nickel chloride, manganese chloride, and cobalt chloride was used instead of the mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate. The lithium, nickel, and nickel ions of the present invention were prepared in the same manner as in Example 3, except that the ions and cobalt ions were 1.15, 1.15, and 0.1 mol, respectively, and potassium carbonate was used instead of sodium carbonate in leaching. Manganese / cobalt composite oxide (sample K) was obtained. The acidic root contained in the precursor composition was 60 ppm for Cl, 20 ppm for SO 3 , and 110 ppm for sodium and 40 ppm for potassium as the alkali metal.

実施例12
第一の工程において、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトの混合水溶液の替わりに塩化ニッケル、塩化マンガン、塩化コバルトの混合水溶液を用い、該水溶液中のニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオンをそれぞれ1.15、1.15、0.1モルとし、純水の温度を25℃として並行添加中の温度も25℃に維持したこと、及び、リーチングにおいて炭酸ナトリウムの替わりに炭酸カリウムを使用したこと以外は実施例3と同様にして、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料L)を得た。尚、前駆体組成物に含まれる酸性根としてはClが50ppm、SOが20ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが90ppm、カリウムが20ppmであった。
Example 12
In the first step, a mixed aqueous solution of nickel chloride, manganese chloride, and cobalt chloride is used instead of the mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate, and the nickel ion, manganese ion, and cobalt ion in the aqueous solution are each 1. 15, 1.15, 0.1 mol, except that pure water temperature was 25 ° C. and the temperature during parallel addition was maintained at 25 ° C., and potassium carbonate was used instead of sodium carbonate in leaching. In the same manner as in Example 3, the lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (sample L) of the present invention was obtained. The acidic root contained in the precursor composition was 50 ppm for Cl, 20 ppm for SO 3 , and 90 ppm for sodium and 20 ppm for potassium as the alkali metal.

実施例13
第一の工程において、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトの混合水溶液の替わりに塩化ニッケル、塩化マンガン、塩化コバルト及び四塩化チタンの混合水溶液を用い、該水溶液中のニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオン、チタンイオンをそれぞれ1.14、1.14、0.1、0.02モルとし、リーチングにおいて炭酸ナトリウムの替わりに炭酸カリウムを使用したこと以外は実施例3と同様にして、本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・チタン複合酸化物(試料M)を得た。尚、前駆体組成物に含まれる酸性根としてはClが60ppm、SOが10ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが100ppm、カリウムが20ppmであった。
Example 13
In the first step, a mixed aqueous solution of nickel chloride, manganese chloride, cobalt chloride and titanium tetrachloride is used in place of the mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate and cobalt sulfate, and nickel ion, manganese ion and cobalt ion in the aqueous solution are used. In the same manner as in Example 3, except that the titanium ions were 1.14, 1.14, 0.1, and 0.02 mol, respectively, and potassium carbonate was used instead of sodium carbonate in the leaching, the lithium of the present invention was used. Nickel / manganese / cobalt / titanium composite oxide (sample M) was obtained. The acidic root contained in the precursor composition was Cl of 60 ppm, SO 3 of 10 ppm, and the alkali metal was 100 ppm of sodium and 20 ppm of potassium.

比較例1
リーチングを行わなかったこと以外は、実施例3と同様にしてリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料N)を得た。尚、複合炭酸塩に含まれる酸性根としてはSOが2540ppm、アルカリ金属としてはナトリウムが8100ppm、カリウムが70ppmであり、前駆体組成物に含まれるSOが840ppm、ナトリウムが4500ppm、カリウムが40ppmであった。
Comparative Example 1
A lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (sample N) was obtained in the same manner as in Example 3 except that leaching was not performed. The acidic root contained in the composite carbonate is 2540 ppm of SO 3 , the alkali metal is 8100 ppm of sodium and 70 ppm of potassium, the precursor composition contains SO 3 of 840 ppm, sodium of 4500 ppm and potassium of 40 ppm. Met.

比較例2
硫酸ニッケル、硫酸マンガン及び硫酸コバルトの混合水溶液(ニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオン換算でそれぞれ0.8)800ミリリットルと、水酸化ナトリウム水溶液(水酸イオン換算で6.2モル)1000ミリリットルとを、50℃の温度の純水600ミリリットル中に、温度を維持し撹拌しながら6時間かけて並行添加して中和し、ろ別、純水で洗浄後、乾燥して複合水酸化物を得た。この複合水酸化物には酸性根としてSO3が4230ppm、アルカリ金属としてナトリウムが2200ppm含まれていた。ニッケル、マンガン及びコバルトの合量換算で50gに相当する複合水酸化物に、水酸化リチウム(一水塩)42gをサンプルミルを用いて混合し、この混合物を大気中900℃で10時間加熱焼成し、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料O)を得た。
Comparative Example 2
800 ml of a mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate and cobalt sulfate (each 0.8 in terms of nickel ion, manganese ion and cobalt ion) and 1000 ml of an aqueous sodium hydroxide solution (6.2 mol in terms of hydroxide ion) In 600 ml of pure water at a temperature of 50 ° C., neutralize by adding in parallel over 6 hours while maintaining the temperature, filter, wash with pure water, and dry to obtain a composite hydroxide. It was. This composite hydroxide contained 4230 ppm of SO3 as an acidic root and 2200 ppm of sodium as an alkali metal. 42 g of lithium hydroxide (monohydrate) is mixed with a composite hydroxide equivalent to 50 g in terms of the total amount of nickel, manganese and cobalt using a sample mill, and this mixture is heated and fired at 900 ° C. in the atmosphere for 10 hours. As a result, a lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (sample O) was obtained.

比較例3
水酸化ナトリウム水溶液の替わりに水酸化リチウム水溶液を用い、その添加量を水酸イオン換算で6.2モルとしたこと以外は比較例2と同様にして、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料P)を得た。参考として、この複合水酸化物には、酸性根としてSOが14040ppm含まれていた。
Comparative Example 3
Lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide in the same manner as in Comparative Example 2, except that a lithium hydroxide aqueous solution was used instead of the sodium hydroxide aqueous solution, and the amount added was 6.2 mol in terms of hydroxide ion. (Sample P) was obtained. As a reference, this composite hydroxide contained 14040 ppm of SO 3 as an acidic root.

比較例4
硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトの混合水溶液中のニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオンを、それぞれ1.0、1.0、0.4モルとし、水酸化ナトリウム水溶液の替わりに水酸化リチウム水溶液を用い、その添加量を水酸イオン換算で6.2モルとしたこと以外は比較例2と同様にして、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料Q)を得た。参考として、この複合水酸化物には、酸性根としてSOが13400ppm含まれていた。
Comparative Example 4
The nickel ion, manganese ion, and cobalt ion in the mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate are 1.0, 1.0, and 0.4 mol, respectively. Instead of the sodium hydroxide aqueous solution, the lithium hydroxide aqueous solution is used. A lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (sample Q) was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that the amount used was 6.2 mol in terms of hydroxide ion. As a reference, this composite hydroxide contained 13400 ppm of SO 3 as an acidic root.

比較例5
硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトの混合水溶液中のニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオンを、それぞれ1.15、1.15、0.1モルとし、水酸化ナトリウム水溶液の替わりに水酸化リチウム水溶液を用い、その添加量を水酸イオン換算で6.2モルとしたこと以外は比較例2と同様にして、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料R)を得た。参考として、この複合水酸化物には酸性根としてSO3が12300ppm含まれていた。
Comparative Example 5
The nickel ion, manganese ion, and cobalt ion in the mixed aqueous solution of nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate are 1.15, 1.15, and 0.1 mol, respectively. Instead of the sodium hydroxide aqueous solution, the lithium hydroxide aqueous solution is used. A lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (sample R) was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that the amount used was 6.2 mol in terms of hydroxide ion. As a reference, this composite hydroxide contained 12300 ppm of SO3 as an acidic root.

比較例6
実施例4で得られた遷移金属炭酸塩を、ニッケル、マンガン及びコバルトの合量換算で50gに相当する量を用い、これに炭酸リチウム37gをサンプルミルを用いて混合し、この混合物を大気中900℃で10時間加熱焼成してリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(試料S)を得た。
Comparative Example 6
The transition metal carbonate obtained in Example 4 was used in an amount corresponding to 50 g in terms of the total amount of nickel, manganese and cobalt, and 37 g of lithium carbonate was mixed using a sample mill, and the mixture was mixed in the atmosphere. Lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (Sample S) was obtained by heating and firing at 900 ° C. for 10 hours.

評価1:酸性根及びアルカリ金属の含有量、I(003)/I(104)値の測定
実施例1〜13、比較例1〜6の試料A〜Sの化学組成、酸性根及びアルカリ金属の含有量を表1に示す。これらの試料の粉末X線回折(X線:Cu−Kα)を測定し、このX線回折チャートから、六方晶に帰属される(003)及び(104)のピークの強度I(003)、I(104)を読み取り、強度比(I(003)/I(104))を算出した結果を表1に示す。本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物は、いずれも酸性根の含有量が総量で1500ppm以下、アルカリ金属成分の含有量が総量で2000ppm以下で、I(003)/I(104)が1.5以上である。
Evaluation 1: Content of acidic root and alkali metal, measurement of I (003) / I (104) value Chemical composition of samples A to S of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 6, of acidic root and alkali metal The content is shown in Table 1. The powder X-ray diffraction (X-ray: Cu-Kα) of these samples was measured, and from this X-ray diffraction chart, the intensities of peaks (003) and (104) belonging to hexagonal crystals I (003) , I (104) reads, shows the result of calculating the intensity ratio (I (003) / I (104)) in Table 1. In the lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide of the present invention, the total content of acidic roots is 1500 ppm or less, the content of alkali metal components is 2000 ppm or less in total, I (003) / I (104) Is 1.5 or more.

Figure 2010282982
Figure 2010282982

評価2:充放電特性及びレート特性の評価
実施例1〜13及び比較例1〜6で得られたリチウム・遷移金属複合酸化物(試料A〜S)を正極活物質とした場合のリチウムニ次電池の充放電容量とレート特性を評価した。電池の形態や測定条件について説明する。
Evaluation 2: Evaluation of charge / discharge characteristics and rate characteristics Lithium secondary battery using lithium / transition metal composite oxides (samples A to S) obtained in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 6 as a positive electrode active material The charge / discharge capacity and rate characteristics were evaluated. The battery configuration and measurement conditions will be described.

試料A〜Sと、導電剤としてのアセチレンブラック粉末、及び結着剤としてのポリフッ化ビニリデン粉末をN−メチル−2−ピロリドン中で混練し、試料と導電剤及び結着剤が重量比で100:10:10の割合で混合されたペーストを調製した。このペーストをアルミ箔上に塗布し、120℃で脱溶媒した後、直径10mmの円形に打ち抜き、14.7MPaでプレスして作用極とした。   Samples A to S, acetylene black powder as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride powder as a binder were kneaded in N-methyl-2-pyrrolidone, and the sample, the conductive agent, and the binder were 100 by weight. A paste mixed at a ratio of 10:10 was prepared. This paste was applied onto an aluminum foil, desolvated at 120 ° C., punched into a circle with a diameter of 10 mm, and pressed at 14.7 MPa to obtain a working electrode.

この作用極を120℃で4時間真空乾燥した後、露点−70℃以下のグローブボックス中で、密閉可能なコイン型評価用セルに正極として組み込んだ。評価用セルには材質がステンレス製(SUS316)で外径20mm、高さ3.2mmのものを用いた。負極には厚み0.5mmの金属リチウムを直径14mmの円形に成形したものを用いた。非水電解液として1モル/リットルとなる濃度でLiPFを溶解したエチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶液(体積比で1:2に混合)を用いた。 This working electrode was vacuum-dried at 120 ° C. for 4 hours and then incorporated as a positive electrode in a sealable coin-type evaluation cell in a glove box having a dew point of −70 ° C. or lower. The evaluation cell used was made of stainless steel (SUS316) and had an outer diameter of 20 mm and a height of 3.2 mm. As the negative electrode, a metal lithium having a thickness of 0.5 mm formed into a circle having a diameter of 14 mm was used. As the non-aqueous electrolyte, a mixed solution of ethylene carbonate and dimethyl carbonate (mixed in a volume ratio of 1: 2) in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / liter was used.

正極は評価用セルの下部缶に置き、その上にセパレーターとして多孔性ポリプロピレンフィルムを置き、その上から非水電解液をスポイドで滴下した。さらにその上に負極及び厚み調整用の0.5mm厚スペーサーとスプリング(ともにSUS316製)をのせ、プロピレン製ガスケットのついた上部缶を被せて外周縁部をかしめて密封した。   The positive electrode was placed in the lower can of the evaluation cell, a porous polypropylene film was placed thereon as a separator, and a non-aqueous electrolyte was dropped from above with a dropper. Further, a negative electrode and a 0.5 mm thick spacer for adjusting the thickness and a spring (both made of SUS316) were put thereon, and an upper can with a propylene gasket was put on and the outer peripheral edge portion was caulked and sealed.

電圧範囲を2.5V〜4.3Vに設定し、充電電流を40mA/g、放電電流を40mA/gとした時の放電容量C、充電電流を40mA/g、放電電流を320mA/gとした時の放電容量Cを測定し、Cを放電容量、(C/C)×100(%)(容量維持率)をレート特性とした。 When the voltage range is set to 2.5 V to 4.3 V, the charging current is 40 mA / g, the discharging current is 40 mA / g, the discharging capacity C 1 , the charging current is 40 mA / g, and the discharging current is 320 mA / g. The discharge capacity C 2 was measured, C 1 was the discharge capacity, and (C 2 / C 1 ) × 100 (%) (capacity maintenance ratio) was the rate characteristic.

試料A〜Sの放電容量及び容量維持率を、表2に示す。本発明のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物は、放電容量が高く、レート特性に優れており、特にコバルト含有量の少ない試料においても良好な負荷特性を示していることが分かる。   Table 2 shows the discharge capacities and capacity retention rates of Samples A to S. It can be seen that the lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide of the present invention has a high discharge capacity and excellent rate characteristics, and particularly shows good load characteristics even in a sample having a low cobalt content.

Figure 2010282982
Figure 2010282982

本発明のリチウム・遷移金属、特にリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物は、レート特性が優れ、高容量のリチウム電池に特に有用である。   The lithium-transition metal of the present invention, particularly lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide, is excellent in rate characteristics and is particularly useful for a high-capacity lithium battery.

Claims (4)

Li1+x1−x(Mはニッケル、マンガン、コバルト、鉄、銅、亜鉛、クロム、チタン、ジルコニウムから選ばれる少なくとも一種の遷移金属、0≦x≦0.15)で表される層状岩塩型リチウム・遷移金属複合酸化物であって、酸性根の含有量が総量で多くとも1500ppm、アルカリ金属の含有量が総量で多くとも2000ppmであり、六方晶に帰属されるX線回折の(003)及び(104)のピーク強度比(I(003)/I(104))が少なくとも1.4であることを特徴とするリチウム・遷移金属複合酸化物。 Li 1 + x M 1−x O 2 (M is at least one transition metal selected from nickel, manganese, cobalt, iron, copper, zinc, chromium, titanium, zirconium, 0 ≦ x ≦ 0.15) A rock salt type lithium / transition metal composite oxide having an acid radical content of at most 1500 ppm and an alkali metal content of at most 2000 ppm. 003) and (104) have a peak intensity ratio (I (003) / I (104) ) of at least 1.4. 遷移金属MがNi(1−y+z)/2Mn(1−y−z)/2Co(0<y≦0.35、−0.05≦z≦0.05)であることを特徴とする請求項1記載のリチウム・遷移金属複合酸化物。 The transition metal M is Ni (1-y + z) / 2 Mn (1-y-z) / 2 Co y (0 <y ≦ 0.35, −0.05 ≦ z ≦ 0.05), The lithium / transition metal composite oxide according to claim 1. 遷移金属MがNi(1−w−y+z)/2Mn(1−w−y−z)/2CoTi(0<w≦0.1、0≦y≦0.35、−0.05≦z≦0.05)であることを特徴とする請求項1記載のリチウム・遷移金属複合酸化物。 The transition metal M is Ni (1- wy + z) / 2 Mn (1- wyzy ) / 2 Co y Ti w (0 <w ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 0.35, −0. The lithium / transition metal composite oxide according to claim 1, wherein 05 ≦ z ≦ 0.05). 請求項1に記載のリチウム・遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いることを特徴とするリチウム電池。 A lithium battery using the lithium-transition metal composite oxide according to claim 1 as a positive electrode active material.
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