JP2015215951A - Active material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel active material which exhibits a satisfactory capacity-keeping rate.SOLUTION: An active material comprises: a first composition part expressed by the general formula, LiaNibCocMndDeOf(where 0.2≤a1≤1.5, b1+c1+d1+e1=1, 0≤e1<1, D is at least one element selected from Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf and Rf, 1.7≤f1≤2.1); and a second composition part expressed by the general formula, LiNiCoMnDO(where 0.2≤a2≤1.5, b2+c2+d2+e2=1, 0≤e2<1, D is at least one element selected from Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf and Rf, 1.7≤f2≤2.1, provided that at least one of the relations of c2<c1 and d2>d1 holds). The first and second composition parts are delocalized.

Description

本発明は、活物質及びその製造方法並びに該活物質を具備するリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to an active material, a method for producing the same, and a lithium ion secondary battery including the active material.

非水系電解質二次電池の活物質には種々の材料が用いられることが知られており、そのうち、層状岩塩構造の一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦1.5、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦2.1) で表されるリチウム複合金属酸化物は、リチウムイオン二次電池用活物質として汎用されている。 The active material of the nonaqueous electrolyte secondary battery has been known that various materials are used, of which the general formula of the layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 1.5, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1, D is Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, The lithium composite metal oxide represented by at least one element selected from V, Mo, Nb, W, La, Hf, and Rf, 1.7 ≦ f ≦ 2.1) is an active material for a lithium ion secondary battery. As a general purpose.

しかし、上記一般式で表されるリチウム複合金属酸化物を、例えば車載用二次電池に要求される高電圧で駆動される高容量二次電池の活物質として用いた場合には、当該材料の高電圧に対する耐性が不足したため、二次電池の容量維持率を満足する水準に保つことができなかった。   However, when the lithium composite metal oxide represented by the above general formula is used as an active material of a high-capacity secondary battery driven at a high voltage required for an in-vehicle secondary battery, for example, Due to the lack of resistance to high voltage, the capacity maintenance rate of the secondary battery could not be maintained at a satisfactory level.

そのため、近年、活物質として用いられる種々の材料の高電圧に対する耐性を向上させる検討がさかんに行われている。この検討にあたり、一般的に以下の3つの手法が提言されている。
1)活物質に異種元素をドーピングする
2)活物質表面に保護膜を形成する
3)活物質表層の組成を変える
For this reason, in recent years, various studies for improving the resistance to high voltages of various materials used as active materials have been conducted. In this examination, the following three methods are generally proposed.
1) Doping the active material with a different element 2) Forming a protective film on the active material surface 3) Changing the composition of the active material surface layer

上記1)の手法及び効果について具体的に説明すると、AlやZrなどの活物質に存在しなかった元素を活物質にドーピングすることで、充放電、すなわちLiの吸放出に伴う活物質の劣化を抑制することができる。   The method and effect of the above 1) will be specifically described. By doping the active material with an element that did not exist in the active material such as Al or Zr, the active material deteriorates due to charge / discharge, that is, absorption / release of Li. Can be suppressed.

上記2)の手法及び効果について具体的に説明すると、下記特許文献1で開示されるように、活物質表面にリン酸塩で保護膜を作り、電解液と活物質が直接に接することを防ぐことで、主に電解液との接触による活物質の劣化を抑制することができる。   When the method and effect of 2) are specifically described, as disclosed in Patent Document 1 below, a protective film is formed on the surface of the active material with a phosphate to prevent direct contact between the electrolyte and the active material. Thus, it is possible to suppress deterioration of the active material mainly due to contact with the electrolytic solution.

上記3)の手法について具体的に説明すると、下記特許文献2には、活物質表面をAl化合物で被覆し、これを熱処理することで得られる、表層のAl組成を増加させた活物質が開示されている。また、下記特許文献3及び下記特許文献4には、コア粒子を、コア粒子よりもコバルト濃度が高くマンガン濃度が低い被覆部で被覆した活物質が開示されている。   The above method 3) will be described in detail. Patent Document 2 below discloses an active material having an increased Al composition on the surface layer, obtained by coating the surface of the active material with an Al compound and heat-treating it. Has been. Moreover, the following patent document 3 and the following patent document 4 disclose an active material in which core particles are coated with a coating portion having a higher cobalt concentration and a lower manganese concentration than the core particles.

特開2006−127932号公報JP 2006-127932 A 特開2001−196063号公報JP 2001-196063 A 特開2013−182782号公報JP2013-182882A 特開2013−182783号公報JP 2013-182783 A

上記のとおり、新たな活物質が次々と提供されている。   As described above, new active materials are provided one after another.

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、高電圧で駆動される二次電池に使用した場合であっても良好なLi貯蔵容量を保つ、すなわち良好な容量維持率を示す新たな活物質を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and even when used in a secondary battery driven at a high voltage, it maintains a good Li storage capacity, that is, a good capacity maintenance rate. The purpose is to provide new active materials to be shown.

層状岩塩構造の一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦1.5、b+c+d+e=1、0≦e1<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦2.1) で表される活物質は、二次電池の充放電、すなわち該活物質からのリチウムの脱離及び吸着に伴い、膨張及び収縮することが知られている。詳細に述べると、活物質からのリチウムの脱離に伴い、層状岩塩構造のc軸が膨張する。この現象は以下のメカニズムで生じていると考えられている。層状岩塩構造からリチウムイオンが脱離すると、リチウムに配位していた複数のマイナスチャージの酸素が隣接することになる。これら酸素が電気的に反発するため、その結果としてc軸が膨張する。そして、c軸の膨張が活物質の劣化に深く関連すると考えられている。理解を容易にするために、層状岩塩構造の模式図を図1に示す。 General formula of layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d De O f (0.2 ≦ a ≦ 1.5, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e1 <1, D is Fe, Cr, Cu, Zn, At least one element selected from Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, and Rf, 1.7 ≦ f It is known that the active material represented by ≦ 2.1) expands and contracts with charge / discharge of the secondary battery, that is, with desorption and adsorption of lithium from the active material. More specifically, the c-axis of the layered rock salt structure expands as lithium is desorbed from the active material. This phenomenon is considered to be caused by the following mechanism. When lithium ions are desorbed from the layered rock salt structure, a plurality of negatively charged oxygens coordinated to lithium are adjacent to each other. Since these oxygens are electrically repelled, the c-axis expands as a result. The expansion of the c-axis is considered to be deeply related to the deterioration of the active material. In order to facilitate understanding, a schematic diagram of a layered rock salt structure is shown in FIG.

ここで、本発明者は、上記一般式を代表するLiNiCoMnについて第1原理計算を行い、ニッケル、コバルト及びマンガンの組成比とc軸の膨張の大きさとの関係を調査した。 Here, the present inventors have for the LiNi b Co c Mn d O 2 representing the general formula perform first-principles calculation, investigate nickel, the relationship between the size of the expansion of the cobalt and the composition ratio of manganese to the c-axis did.

その結果、c軸の膨張は、コバルト比が小さいほど抑制されること、及び、マンガン比が大きいほど抑制されることが判明した。   As a result, it was found that the expansion of the c-axis is suppressed as the cobalt ratio is decreased, and is suppressed as the manganese ratio is increased.

しかし、マンガンは充放電反応時に不活性であるため、単に、コバルト比が小さくマンガン比が大きい活物質を用いるのでは、活物質の容量が低下してしまう。   However, since manganese is inactive during the charge / discharge reaction, simply using an active material having a small cobalt ratio and a large manganese ratio results in a reduction in the capacity of the active material.

ここで、本発明者は、充放電時に高活性な第1組成部と充放電時にc軸の膨張が比較的小さい第2組成部とを混在させた、新たなリチウム複合金属酸化物を想起した。   Here, the present inventor has conceived a new lithium composite metal oxide in which a first composition part that is highly active during charge and discharge and a second composition part that has a relatively small c-axis expansion during charge and discharge are mixed. .

すなわち、本発明の活物質は、一般式:Lia1Nib1Coc1Mnd1e1f1(0.2≦a1≦1.5、b1+c1+d1+e1=1、0≦e1<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f1≦2.1)で表される第1組成部と、一般式:Lia2Nib2Coc2Mnd2e2f2(0.2≦a2≦1.5、b2+c2+d2+e2=1、0≦e2<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f2≦2.1、ただし少なくともc2<c1又はd2>d1のいずれかを満足する)で表される第2組成部を有する活物質であって、前記第1組成部と前記第2組成部が非局在化していることを特徴とする。 That is, the active material of the present invention has a general formula: Li a1 Ni b1 Co c1 Mn d1 D e1 O f1 (0.2 ≦ a1 ≦ 1.5, b1 + c1 + d1 + e1 = 1, 0 ≦ e1 <1, D is Fe, Cr At least one element selected from Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, Rf, 1.7 ≦ f1 ≦ 2.1) and a general formula: Li a2 Ni b2 Co c2 Mn d2 De2O f2 (0.2 ≦ a2 ≦ 1.5, b2 + c2 + d2 + e2 = 1, 0 ≦ e2 <1, D is Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, At least one element selected from Hf and Rf, 1.7 ≦ f2 ≦ 2.1 However, at least one of c2 <c1 or d2> d1 is satisfied), and the first composition part and the second composition part are delocalized. It is characterized by that.

第1組成部と前記第2組成部が非局在化していることにより、第1組成部で生じる膨張が第2組成部で緩衝され、又は膨張の応力集中が緩和され、その結果、活物質全体の劣化が緩和されると考えられる。   Since the first composition part and the second composition part are delocalized, the expansion occurring in the first composition part is buffered in the second composition part, or the stress concentration of the expansion is relieved, and as a result, the active material It is thought that the overall deterioration is alleviated.

本発明の活物質は劣化が抑制されているため、該活物質を具備する二次電池は良好な容量維持率を示す。   Since deterioration of the active material of the present invention is suppressed, a secondary battery including the active material exhibits a good capacity maintenance rate.

層状岩塩構造の模式図である。It is a schematic diagram of a layered rock salt structure. 表1の結果につき、Co含有比c及びΔcの関係を示した散布図である。5 is a scatter diagram showing the relationship between the Co content ratio c and Δc for the results in Table 1. FIG. 表1の結果につき、Mn含有比d及びΔcの関係を示した散布図である。5 is a scatter diagram showing the relationship between the Mn content ratio d and Δc for the results in Table 1. FIG. d)工程の模式図である。d) It is a schematic diagram of a process. e)工程の模式図である。e) It is a schematic diagram of a process. 本発明の活物質のHAADF−STEM像である。It is a HAADF-STEM image of the active material of the present invention. 本発明の活物質のHAADF−STEM像と、STEM−EDXで得られたCo、Mnの元素マップとを重ね合わせた図である。It is the figure which superimposed the HAADF-STEM image of the active material of this invention, and the elemental map of Co and Mn obtained by STEM-EDX. 本発明の活物質のHAADF−STEM像と、STEM−EDXで得られたCo、Mnの元素マップとを重ね合わせ、さらに、各組成部を実線で区分した図である。It is the figure which superimposed the HAADF-STEM image of the active material of this invention, and the element map of Co and Mn obtained by STEM-EDX, and also divided each composition part with the continuous line. 本発明の活物質のLAADF−STEM像である。It is a LAADF-STEM image of the active material of the present invention. 本発明の活物質のBF−STEM像である。It is a BF-STEM image of the active material of the present invention. 本発明の活物質の第2組成部と第1組成部の界面箇所のABF−STEM像である。It is an ABF-STEM image of the interface location of the 2nd composition part and the 1st composition part of the active material of the present invention. 本発明の活物質の第1組成部のABF−STEM像である。It is an ABF-STEM image of the 1st composition part of the active material of the present invention.

以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「x〜y」は、下限xおよび上限yをその範囲に含む。そして、これらの上限値および下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに数値範囲内から任意に選択した数値を上限、下限の数値とすることができる。   The best mode for carrying out the present invention will be described below. Unless otherwise specified, the numerical range “x to y” described in this specification includes the lower limit x and the upper limit y. The numerical range can be configured by arbitrarily combining these upper limit value and lower limit value and the numerical values listed in the examples. Furthermore, numerical values arbitrarily selected from the numerical value range can be used as upper and lower numerical values.

本発明の活物質は、一般式:Lia1Nib1Coc1Mnd1e1f1(0.2≦a1≦1.5、b1+c1+d1+e1=1、0≦e1<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f1≦2.1)で表される第1組成部と、一般式:Lia2Nib2Coc2Mnd2e2f2(0.2≦a2≦1.5、b2+c2+d2+e2=1、0≦e2<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f2≦2.1、ただし少なくともc2<c1又はd2>d1のいずれかを満足する)で表される第2組成部とで構成される活物質であって、前記第1組成部と前記第2組成部が非局在化していることを特徴とする。 The active material of the present invention has a general formula: Li a1 Ni b1 Co c1 Mn d1 D e1 O f1 (0.2 ≦ a1 ≦ 1.5, b1 + c1 + d1 + e1 = 1, 0 ≦ e1 <1, D is Fe, Cr, Cu Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, Rf, at least one element; 7 ≦ f1 ≦ 2.1) and a general formula: Li a2 Ni b2 Co c2 Mn d2 De2O f2 (0.2 ≦ a2 ≦ 1.5, b2 + c2 + d2 + e2 = 1, 0 ≦ e2 <1, D is Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, At least one element selected from Rf, 1.7 ≦ f2 ≦ 2.1, but small At least c2 <c1 or d2> d1), wherein the first composition part and the second composition part are non-localized. It is characterized by becoming.

また、本発明の活物質は、一般式:LiaNibCocMndDeOf(0.2≦a1≦1.5、b1+c1+d1+e1=1、0≦e1<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f1≦2.1)で表される第1組成部と、一般式:Lia2Nib2Coc2Mnd2e2f2(0.2≦a2≦1.5、b2+c2+d2+e2=1、0≦e2<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f2≦2.1、ただし少なくともc2<c1又はd2>d1のいずれかを満足する)で表される第2組成部を有する活物質であって、前記第1組成部及び前記第2組成部が単一の結晶構造体としての活物質1次粒子を形成していることを特徴とする。 The active material of the present invention has a general formula: Lia 1 Nib 1 Coc 1 Mnd 1 De 1 Of 1 (0.2 ≦ a1 ≦ 1.5, b1 + c1 + d1 + e1 = 1, 0 ≦ e1 <1, D is Fe, Cr At least one element selected from Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, Rf, 1.7 ≦ f1 ≦ 2.1) and a general formula: Li a2 Ni b2 Co c2 Mn d2 De2O f2 (0.2 ≦ a2 ≦ 1.5, b2 + c2 + d2 + e2 = 1, 0 ≦ e2 <1, D is Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, At least one element selected from Hf and Rf, 1.7 ≦ f2 ≦ 2.1, However, at least one of c2 <c1 or d2> d1 is satisfied), and the first composition part and the second composition part have a single crystal structure. The active material primary particle | grains as are formed.

ここで、単一の結晶構造体とは、第1組成部及び第2組成部が示す結晶構造が実質的に同じであって、さらに双方の結晶方位が実質的に同じ方向をとって連続して隣接し、組成が部分的に異なるものの、あたかも単結晶のような状態を示すもののことをいう。   Here, the single crystal structure means that the crystal structures of the first composition part and the second composition part are substantially the same, and the crystal orientations of both are continuous in substantially the same direction. Although they are adjacent to each other and have a partially different composition, they are as if they were in a single crystal state.

本発明の活物質は、活物質1次粒子並びにそれ以外の第1組成部及び/又は第2組成部からなる粒子が多数結合した結合体である。活物質1次粒子の形状は特に限定されないが、扁平形状のものが多く観察される。本発明の活物質を顕微鏡で観察した際の活物質1次粒子の長径長さは概ね100〜1200nmの範囲内であり、活物質1次粒子の短径長さは概ね100〜500nmの範囲内である。なお、「活物質一次粒子の長径長さ」とは、活物質一次粒子観察時における、活物質一次粒子の最も長い箇所の長さを意味する。「活物質一次粒子の短径長さ」とは、活物質一次粒子観察時における活物質一次粒子において、長径の直交方向のうち最も長い箇所の長さを意味する。   The active material of the present invention is a combined body in which a large number of particles composed of primary particles of the active material and the other first composition part and / or second composition part are combined. The shape of the active material primary particles is not particularly limited, but many flat particles are observed. When the active material of the present invention is observed with a microscope, the major axis length of the active material primary particles is approximately in the range of 100 to 1200 nm, and the minor axis length of the active material primary particles is approximately in the range of 100 to 500 nm. It is. The “major axis length of the active material primary particles” means the length of the longest portion of the active material primary particles when the active material primary particles are observed. The “short diameter length of the active material primary particles” means the length of the longest portion in the orthogonal direction of the long diameter in the active material primary particles when the active material primary particles are observed.

本発明の活物質の形状は特に限定されない。一般的なレーザー散乱回折式粒度分布計で測定した場合の、活物質の好ましい平均粒子径(D50)を挙げると、100μm以下が好ましく、1μm以上50μm以下がより好ましく、1μm以上30μm以下がさらに好ましく、2μm以上20μm以下が特に好ましい。平均粒子径が1μm未満では、活物質を用いて電極を製造する際に集電体との密着性が損なわれやすいなどの不具合を生じることがある。平均粒子径が100μmを超えると電極の大きさに影響を与えたり、二次電池を構成するセパレータを損傷するなどの不具合を生じることがある。   The shape of the active material of the present invention is not particularly limited. When a preferable average particle diameter (D50) of the active material when measured with a general laser scattering diffraction type particle size distribution analyzer is given, it is preferably 100 μm or less, more preferably 1 μm or more and 50 μm or less, further preferably 1 μm or more and 30 μm or less. 2 μm or more and 20 μm or less is particularly preferable. When the average particle size is less than 1 μm, there may be a problem that, when an electrode is produced using an active material, the adhesion with the current collector is easily impaired. If the average particle diameter exceeds 100 μm, the size of the electrode may be affected, or the separator constituting the secondary battery may be damaged.

さらに、本発明の好適な活物質は、前記第1組成部と前記第2組成部が非局在化しており、かつ、前記第1組成部及び前記第2組成部が単一の結晶構造体としての活物質1次粒子を形成しているものである。   Furthermore, a preferable active material of the present invention is such that the first composition part and the second composition part are delocalized, and the first composition part and the second composition part are a single crystal structure. Active material primary particles are formed.

第1組成部にかかる一般式:Lia1Nib1Coc1Mnd1e1f1(0.2≦a1≦1.5、b1+c1+d1+e1=1、0≦e1<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f1≦2.1)において、b1、c1及びd1の値は、上記条件を満足するものであれば特に制限はないが、0<b1<1、0<c1<1、0<d1<1であるものが良く、また、b1、c1、d1の少なくともいずれか一つが10/100<b1<90/100、10/100<c1<90/100、5/100<d1<70/100の範囲であることが好ましく、12/100<b1<80/100、12/100<c1<80/100、10/100<d1<60/100の範囲であることがより好ましく、15/100<b1<70/100、15/100<c1<70/100、12/100<d1<50/100の範囲であることがさらに好ましい。 General formula concerning the first composition part: Li a1 Ni b1 Co c1 Mn d1 D e1 O f1 (0.2 ≦ a1 ≦ 1.5, b1 + c1 + d1 + e1 = 1, 0 ≦ e1 <1, D is Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, Rf, at least one element, 1.7 ≦ f1 ≦ 2.1), the values of b1, c1 and d1 are not particularly limited as long as the above conditions are satisfied, but 0 <b1 <1, 0 <c1 <1, 0 <d1 <1 And at least one of b1, c1, and d1 is in the range of 10/100 <b1 <90/100, 10/100 <c1 <90/100, 5/100 <d1 <70/100. Preferably, 12/100 <b1 <80 More preferably, the ranges are 100, 12/100 <c1 <80/100, 10/100 <d1 <60/100, 15/100 <b1 <70/100, 15/100 <c1 <70/100, More preferably, the range is 12/100 <d1 <50/100.

a1、e1、f1については一般式で規定する範囲内の数値であればよく、好ましくは0.5≦a1≦1.3、0<e1<0.2、1.8≦f1≦2.1、より好ましくは0.8≦a1≦1.2、0<e1<0.1、1.9≦f1≦2.05を例示することができる。   About a1, e1, f1, what is necessary is just a numerical value within the range prescribed | regulated by a general formula, Preferably 0.5 <= a1 <= 1.3, 0 <e1 <0.2, 1.8 <= f1 <= 2.1 More preferably, 0.8 ≦ a1 ≦ 1.2, 0 <e1 <0.1, 1.9 ≦ f1 ≦ 2.05 can be exemplified.

第2組成部にかかる一般式:Lia2Nib2Coc2Mnd2e2f2(0.2≦a2≦1.5、b2+c2+d2+e2=1、0≦e2<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f2≦2.1、ただし少なくともc2<c1又はd2>d1のいずれかを満足する)において、b2、c2及びd2の値は、上記条件を満足するものであれば特に制限はないが、0<b2<1、0<c2<c1、d1<d2<1であるものが良く、c2<c1及びd2>d1の両者を満足するものでも良い。また、b2、c2、d2の少なくともいずれか一つが0<b2<b1、0<c2<c1、d1<d2<1の範囲であることが好ましく、10/100<b2<b1、10/100<c2<c1、d1<d2<90/100の範囲であることがより好ましく、10/100<b2<90/100、10/100<c2<c1−(5/100)、d1+(5/100)<d2<90/100の範囲であることがさらに好ましく、12/100<b2<80/100、10/100<c2<c1−(10/100)、d1+(10/100)<d2<90/100の範囲が特に好ましい。 General formula concerning the second composition part: Li a2 Ni b2 Co c2 Mn d2 De2 O f2 (0.2 ≦ a2 ≦ 1.5, b2 + c2 + d2 + e2 = 1, 0 ≦ e2 <1, D is Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, Rf, at least one element, 1.7 ≦ f2 ≦ 2.1 (provided that at least one of c2 <c1 or d2> d1 is satisfied), the values of b2, c2 and d2 are not particularly limited as long as the above conditions are satisfied. <B2 <1, 0 <c2 <c1, d1 <d2 <1 are preferable, and both of c2 <c1 and d2> d1 may be satisfied. Moreover, it is preferable that at least one of b2, c2, and d2 is in the range of 0 <b2 <b1, 0 <c2 <c1, d1 <d2 <1, 10/100 <b2 <b1, 10/100 <. More preferably, the ranges are c2 <c1, d1 <d2 <90/100, 10/100 <b2 <90/100, 10/100 <c2 <c1- (5/100), d1 + (5/100). <D2 <90/100 is more preferable, and 12/100 <b2 <80/100, 10/100 <c2 <c1- (10/100), d1 + (10/100) <d2 <90 / A range of 100 is particularly preferred.

a2、e2、f2については一般式で規定する範囲内の数値であればよく、好ましくは0.5≦a2≦1.3、0<e2<0.2、1.8≦f2≦2.1、より好ましくは0.8≦a2≦1.2、0<e2<0.1、1.9≦f2≦2.05を例示することができる。   The values a2, e2, and f2 may be numerical values within the range defined by the general formula, and preferably 0.5 ≦ a2 ≦ 1.3, 0 <e2 <0.2, 1.8 ≦ f2 ≦ 2.1. More preferably, 0.8 ≦ a2 ≦ 1.2, 0 <e2 <0.1, 1.9 ≦ f2 ≦ 2.05 can be exemplified.

なお、本発明の活物質は、全体として、層状岩塩構造の一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦1.5、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦2.1)で表すことができる。a、b、c、d、e、fの値は、第1組成部のa1、b1、c1、d1、e1、f1の値に本発明の活物質の全質量に対する第1組成部の質量の比を乗じた値と、前記第2組成部a2、b2、c2、d2、e2、f2の値に本発明の活物質の全質量に対する第2組成部の質量の比を乗じた値との和により算出される。好ましいb、c及びdとしては、0<b<1、0<c<1、0<d<1を挙げることができ、より好ましくは0<b<80/100、0<c<70/100、10/100<d<1の範囲内であり、10/100<b<70/100、12/100<c<60/100、20/100<d<70/100の範囲であることがさらに好ましく、25/100<b<60/100、15/100<c<50/100、25/100<d<60/100の範囲であることが特に好ましい。 Incidentally, the active material of the present invention generally formula layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 1.5, b + c + d + e = 1,0 ≦ e < 1, D is from Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, Rf It can be expressed by at least one selected element, 1.7 ≦ f ≦ 2.1). The values of a, b, c, d, e, and f are the values of a1, b1, c1, d1, e1, and f1 of the first composition part of the mass of the first composition part relative to the total mass of the active material of the present invention. The sum of the value multiplied by the ratio and the value obtained by multiplying the value of the second composition part a2, b2, c2, d2, e2, f2 by the ratio of the mass of the second composition part to the total mass of the active material of the present invention. Is calculated by Preferred examples of b, c and d include 0 <b <1, 0 <c <1, and 0 <d <1, and more preferably 0 <b <80/100 and 0 <c <70/100. 10/100 <d <1, and 10/100 <b <70/100, 12/100 <c <60/100, 20/100 <d <70/100. The ranges of 25/100 <b <60/100, 15/100 <c <50/100, and 25/100 <d <60/100 are particularly preferable.

また、後述する評価例2で明らかなように、本発明の活物質は、上記一般式のDで表されるドープ元素の存在に因り、さらに好適となる。よって、eの好ましい範囲として、0<e<0.2、0<e<0.1を例示することができる。   Further, as will be apparent from Evaluation Example 2 described later, the active material of the present invention is more suitable due to the presence of the doping element represented by D in the above general formula. Therefore, examples of preferable ranges for e include 0 <e <0.2 and 0 <e <0.1.

本発明の活物質における第1組成部と第2組成部の質量比は、1:10〜10:1の範囲内が良く、好ましい範囲として1:5〜5:1、1:3〜3:1、2:5〜5:2、1:2〜2:1、3:5〜5:3、7:10〜10:7、4:5〜5:4を例示することができ、9:10〜10:9の範囲内が特に好ましい。   The mass ratio of the first composition part and the second composition part in the active material of the present invention is preferably in the range of 1:10 to 10: 1, and the preferred range is 1: 5 to 5: 1, 1: 3 to 3: 1, 2: 5 to 5: 2, 1: 2 to 2: 1, 3: 5 to 5: 3, 7:10 to 10: 7, 4: 5 to 5: 4, and 9: A range of 10 to 10: 9 is particularly preferable.

ここで、本発明者は、層状岩塩構造のLiNiCoMnで表わされる活物質について、該活物質からLiが67%脱離した時のc軸の格子定数の変化量Δc(Å)を、第1原理計算を用いて以下の条件で算出した。その結果を表1に示す。また、Co含有比c及びΔcの関係を示した散布図、並びに、Mn含有比d及びΔcの関係を示した散布図を、それぞれ図2及び図3に示す。 Here, for the active material represented by the layered rock salt structure LiNi b Co c Mn d O 2 , the present inventor has changed the amount of change Δc (c-axis lattice constant when 67% of Li is desorbed from the active material. Ii) was calculated using the first principle calculation under the following conditions. The results are shown in Table 1. Moreover, the scatter diagram which showed the relationship between Co content ratio c and (DELTA) c, and the scatter diagram which showed the relationship between Mn content ratio d and (DELTA) c are shown in FIG.2 and FIG.3, respectively.

ソフトウエア:quantum espresso(PWscf)
交換相関相互作用:GGAPBE汎関数
計算手法:PAW(Project Augmented Wave)法
波動関数のカットオフ:50Ry
Software: quantum espresso (PWscf)
Exchange correlation interaction: GGAPBE functional Calculation method: PAW (Project Augmented Wave) method Cut-off of wave function: 50 Ry

図2から、活物質のCo含有比cが小さいほど、より小さいΔcを示す傾向であることがわかる。図3から、活物質のMn含有比dが大きいほど、より小さいΔcを示す傾向であることがわかる。   FIG. 2 shows that the smaller the Co content ratio c of the active material, the smaller the tendency of Δc. FIG. 3 shows that the larger the Mn content ratio d of the active material, the smaller the Δc tends to be.

本発明の活物質の第2組成部は、第1組成部よりもCo含有比が小さい又は第1組成部よりもMn含有比が大きい。第1組成部と第2組成部との組成関係及び上記第1原理計算結果から、第2組成部は第1組成部よりもΔcが小さいといえる。そして、Δcが小さい活物質ほど、充放電における活物質の結晶変形量が少なくなるため、充放電時の劣化が抑制される。したがって、第2組成部は第1組成部よりも充放電時に安定であることが、理論的に確認されたといえる。   The second composition part of the active material of the present invention has a smaller Co content ratio than the first composition part or a larger Mn content ratio than the first composition part. From the composition relationship between the first composition part and the second composition part and the first principle calculation result, it can be said that the second composition part has a smaller Δc than the first composition part. An active material having a smaller Δc has a smaller amount of crystal deformation of the active material during charge / discharge, so that deterioration during charge / discharge is suppressed. Therefore, it can be said that it has been theoretically confirmed that the second composition part is more stable during charge and discharge than the first composition part.

本発明の活物質においては、第1組成部と前記第2組成部が非局在化していることにより、第1組成部で生じるc軸膨張が局在化して過大なものとなることが抑制され、しかも該c軸膨張が第2組成部で緩衝されるため、活物質全体の劣化が緩和されると考えられる。   In the active material of the present invention, since the first composition part and the second composition part are delocalized, the c-axis expansion generated in the first composition part is suppressed from being localized and excessive. In addition, since the c-axis expansion is buffered by the second composition part, it is considered that the deterioration of the entire active material is alleviated.

また、第1組成部及び第2組成部からなる活物質1次粒子は単一の結晶構造体であるため、第1組成部で生じる膨張が直接に第2組成部で緩衝され、活物質1次粒子の劣化が抑制される。その結果として、活物質全体の劣化が好適に緩和されると考えられる。   Moreover, since the active material primary particle which consists of a 1st composition part and a 2nd composition part is a single crystal structure, the expansion which arises in a 1st composition part is directly buffered in a 2nd composition part, and the active material 1 Deterioration of secondary particles is suppressed. As a result, it is considered that the deterioration of the entire active material is preferably alleviated.

本発明の活物質の製造方法について説明する。本発明の活物質の製造方法には2通りの方法がある。   The manufacturing method of the active material of this invention is demonstrated. There are two methods for producing the active material of the present invention.

第1の製造方法は、以下のa)〜f)工程を含む。   The first production method includes the following steps a) to f).

a)ニッケル塩、コバルト塩及びマンガン塩を水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比がb3:c3:d3(b3+c3+d3=10)である第1水溶液を調製する工程
b)ニッケル塩、コバルト塩及びマンガン塩を水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比がb4:c4:d4(b4+c4+d4=10、ただし少なくともc4<c3又はd4>d3のいずれかを満足する)である第2水溶液を調製する工程
c)塩基性水溶液を調製する工程
d)前記塩基性水溶液に前記第1水溶液及び前記第2水溶液を同時に供給し、ニッケル、コバルト及びマンガンをモル比b3:c3:d3で含む第1の1次粒子、並びに、ニッケル、コバルト及びマンガンをモル比b4:c4:d4で含む第2の1次粒子を形成させる工程
e)前記第1の1次粒子及び前記第2の1次粒子が互いに結合した結合粒子を形成させる工程
f)前記結合粒子及びリチウム塩を混合し、焼成する焼成工程
a) Step of preparing a first aqueous solution in which nickel salt, cobalt salt and manganese salt are dissolved in water and the molar ratio of nickel, cobalt and manganese is b3: c3: d3 (b3 + c3 + d3 = 10) b) Nickel salt, cobalt A second aqueous solution in which a salt and a manganese salt are dissolved in water and the molar ratio of nickel, cobalt and manganese is b4: c4: d4 (b4 + c4 + d4 = 10, but at least satisfies either c4 <c3 or d4> d3) C) a step of preparing a basic aqueous solution d) a step of supplying the first aqueous solution and the second aqueous solution simultaneously to the basic aqueous solution, and containing nickel, cobalt and manganese in a molar ratio b3: c3: d3. 1 primary particles and second primary particles containing nickel, cobalt and manganese in a molar ratio b4: c4: d4 are formed. Extent e) mixing said first primary particles and step f) the binding particles and lithium salts second primary particles to form bound particles bound to one another, firing the firing step

第2の製造方法は、以下のa)〜c)及びg)〜l)工程を含む。
a)ニッケル塩、コバルト塩及びマンガン塩を水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比がb3:c3:d3(b3+c3+d3=10)である第1水溶液を調製する工程
b)ニッケル塩、コバルト塩及びマンガン塩を水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比がb4:c4:d4(b4+c4+d4=10、ただし少なくともc4<c3又はd4>d3のいずれかを満足する)である第2水溶液を調製する工程
c)塩基性水溶液を調製する工程
g)前記塩基性水溶液に前記第1水溶液を供給し、ニッケル、コバルト及びマンガンをモル比b3:c3:d3で含む第1の1次粒子を形成させる工程
h)前記第1の1次粒子を加熱し、第1脱水物とする工程
i)前記塩基性水溶液に前記第2水溶液を供給し、ニッケル、コバルト及びマンガンをモル比b4:c4:d4で含む第2の1次粒子を形成させる工程
j)前記第2の1次粒子を加熱し、第2脱水物とする工程
k)粒子複合化装置にて、前記第1脱水物及び前記第2脱水物を混合し、前記第1脱水物及び前記第2脱水物が互いに結合した脱水結合粒子を製造する工程
l)前記脱水結合粒子及びリチウム塩を混合し、焼成する焼成工程
The second production method includes the following steps a) to c) and g) to l).
a) Step of preparing a first aqueous solution in which nickel salt, cobalt salt and manganese salt are dissolved in water and the molar ratio of nickel, cobalt and manganese is b3: c3: d3 (b3 + c3 + d3 = 10) b) Nickel salt, cobalt A second aqueous solution in which a salt and a manganese salt are dissolved in water and the molar ratio of nickel, cobalt and manganese is b4: c4: d4 (b4 + c4 + d4 = 10, but at least satisfies either c4 <c3 or d4> d3) C) Step of preparing a basic aqueous solution g) The first aqueous solution is supplied to the basic aqueous solution, and first primary particles containing nickel, cobalt and manganese in a molar ratio b3: c3: d3 are provided. Forming step h) heating the first primary particles to form a first dehydrated product i) supplying the second aqueous solution to the basic aqueous solution; J) a step of forming second primary particles containing ru, cobalt and manganese in a molar ratio of b4: c4: d4 j) a step of heating the second primary particles to form a second dehydrated k) particle composite In the apparatus, the first dehydrated product and the second dehydrated product are mixed to produce dehydrated bonded particles in which the first dehydrated product and the second dehydrated product are bonded to each other. L) The dehydrated bonded particles and lithium salt Firing process to mix and fire

ここで、a)工程の第1水溶液、d)工程の第1の1次粒子、g)工程の第1の1次粒子、h)工程の第1脱水物が、本発明の活物質における第1組成部のニッケル、コバルト及びマンガン組成の基礎となる。そして、b)工程の第2水溶液、d)工程の第2の1次粒子、i)工程の第2の1次粒子、j)工程の第2脱水物が、本発明の活物質における第2組成部のニッケル、コバルト及びマンガン組成の基礎となる。よって、a)工程又はb)工程のニッケル、コバルト及びマンガンのモル比は、第1組成部又は第2組成部のニッケル、コバルト及びマンガンのモル比に合わせて設定すればよい。   Here, a) the first aqueous solution in the step, d) the first primary particles in the step, g) the first primary particles in the step, and h) the first dehydrated product in the active material of the present invention. It is the basis for the composition of nickel, cobalt and manganese in one composition part. And b) 2nd aqueous solution of a process, d) 2nd primary particle of a process, i) 2nd primary particle of a process, j) 2nd dehydration of a process is the 2nd in the active material of the present invention. It is the basis for the composition of nickel, cobalt and manganese in the composition part. Therefore, the molar ratio of nickel, cobalt and manganese in the step a) or the step b) may be set in accordance with the molar ratio of nickel, cobalt and manganese in the first composition part or the second composition part.

また、e)工程の結合粒子、及び、k)工程の脱水結合粒子が、本発明の活物質1次粒子の基礎となる。   Further, the binder particles in step e) and the dehydrated binder particles in step k) are the basis of the active material primary particles of the present invention.

a)工程及びb)工程で用いるニッケル塩としては、例えば、硫酸ニッケル、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、酢酸ニッケル、塩化ニッケルを挙げることができる。同工程で用いるコバルト塩としては、例えば、硫酸コバルト、炭酸コバルト、硝酸コバルト、酢酸コバルト、塩化コバルトを挙げることができる。同工程で用いるマンガン塩としては、例えば、硫酸マンガン、炭酸マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン、塩化マンガンを挙げることができる。   Examples of the nickel salt used in the steps a) and b) include nickel sulfate, nickel carbonate, nickel nitrate, nickel acetate, and nickel chloride. Examples of the cobalt salt used in the step include cobalt sulfate, cobalt carbonate, cobalt nitrate, cobalt acetate, and cobalt chloride. Examples of the manganese salt used in this step include manganese sulfate, manganese carbonate, manganese nitrate, manganese acetate, and manganese chloride.

第1水溶液又は第2水溶液の好ましい金属濃度範囲は0.01〜4mol/Lであり、より好ましくは0.05〜3mol/Lであり、さらに好ましくは0.1〜2mol/Lであり、特に好ましくは0.5〜1.5mol/Lである。第1の製造方法においては、第1水溶液及び第2水溶液の金属濃度を同程度とすれば、d)工程での両1次粒子形成速度が同程度となるので、好ましい。また、第1水溶液又は第2水溶液は、後の工程でこれらの水溶液に含まれる金属が析出されることを鑑みると、高濃度の方が好ましい。   A preferable metal concentration range of the first aqueous solution or the second aqueous solution is 0.01 to 4 mol / L, more preferably 0.05 to 3 mol / L, still more preferably 0.1 to 2 mol / L, particularly Preferably it is 0.5-1.5 mol / L. In the first production method, it is preferable that the first aqueous solution and the second aqueous solution have the same metal concentration because the primary particle formation rates in the step d) are approximately the same. Moreover, when the 1st aqueous solution or the 2nd aqueous solution considers that the metal contained in these aqueous solutions precipitates at a next process, the higher concentration is preferable.

c)工程の塩基性水溶液のpHは9〜14の範囲が好ましく、10〜13.5の範囲がより好ましく、11〜13の範囲がさらに好ましい。なお、本明細書で規定するpHは25℃で測定した場合の値をいう。使用し得る塩基性化合物としては水に溶解して塩基性を示すものであれば良く、例えば、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウムなどのアルカリ金属炭酸塩、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、リン酸三リチウムなどのアルカリ金属リン酸塩、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸リチウムなどのアルカリ金属酢酸塩を挙げることができる。塩基性化合物は単独で用いても良いし、複数を併用しても良い。d)工程、e)工程、g)工程、i)工程の水溶液においては、それぞれ好適なpHの範囲に保たれることが好ましいため、c)工程の塩基性水溶液には、少なくとも緩衝能を有する塩基性化合物が含まれるのが好ましい。緩衝能を有する塩基性化合物としては、例えば、アンモニア、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属酢酸塩を挙げることができる。   The pH of the basic aqueous solution in step c) is preferably 9 to 14, more preferably 10 to 13.5, and still more preferably 11 to 13. In addition, pH prescribed | regulated by this specification says the value at the time of measuring at 25 degreeC. The basic compound that can be used is not particularly limited as long as it dissolves in water and exhibits basicity, and examples thereof include alkali metal hydroxides such as ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and lithium hydroxide, sodium carbonate, and carbonate. List alkali metal carbonates such as potassium and lithium carbonate, alkali metal phosphates such as trisodium phosphate, tripotassium phosphate and trilithium phosphate, and alkali metal acetates such as sodium acetate, potassium acetate and lithium acetate. Can do. A basic compound may be used independently and may use multiple together. In the aqueous solutions of steps d), e), g), and i), it is preferable to maintain the pH within a suitable range. Therefore, the basic aqueous solution of step c) has at least a buffer capacity. Preferably a basic compound is included. Examples of the basic compound having a buffering ability include ammonia, alkali metal carbonates, alkali metal phosphates, and alkali metal acetates.

c)工程は、撹拌装置を備えた反応槽で行われるのが好ましく、さらに窒素やアルゴンなどの不活性ガスを導入できる装置を備えた反応槽で行われるのが好ましい。また、恒温条件となる装置を備えた反応槽がより好ましい。c)工程の具体例を以下に挙げる。撹拌装置、窒素ガス導入装置及び加熱装置を備えた反応槽に、水を投入し、40℃に加熱する。反応槽に窒素ガスを導入し、窒素ガス雰囲気下とする。水酸化ナトリウム水溶液とアンモニア水を反応槽に投入し、塩基性水溶液を調製する。   Step c) is preferably carried out in a reaction vessel equipped with a stirring device, and more preferably carried out in a reaction vessel equipped with a device capable of introducing an inert gas such as nitrogen or argon. Moreover, the reaction tank provided with the apparatus used as a constant temperature condition is more preferable. c) Specific examples of the steps are given below. Water is charged into a reaction vessel equipped with a stirrer, a nitrogen gas introducing device and a heating device, and heated to 40 ° C. Nitrogen gas is introduced into the reaction vessel to create a nitrogen gas atmosphere. An aqueous sodium hydroxide solution and aqueous ammonia are added to the reaction vessel to prepare a basic aqueous solution.

以下、第1の製造方法のd)〜f)工程について説明する。   Hereinafter, steps d) to f) of the first production method will be described.

d)工程は、前記塩基性水溶液に前記第1水溶液及び第2水溶液を同時に別箇所から供給し、第1の1次粒子及び第2の1次粒子を、それぞれ同時に形成させる工程である。第1の1次粒子及び第2の1次粒子は、それぞれ第1水溶液及び第2水溶液に含まれる金属の水酸化物からなる。d)工程においては、第1水溶液又は第2水溶液に含まれる金属イオンの水酸化物が生じ、これらの水酸化物がそれぞれ粒子核を形成し、そして、それぞれ一定の大きさの1次粒子を形成する。各1次粒子は単結晶の状態にあると推定される。第1の1次粒子及び第2の1次粒子は、顕微鏡で観察した際の粒子長が概ね1000nm以下であり、その範囲は概ね80〜1000nmである。なお、本明細書にて「粒子長」とは、観察時における各粒子の最も長い箇所の長さを意味する。   Step d) is a step in which the first aqueous solution and the second aqueous solution are simultaneously supplied to the basic aqueous solution from different locations to simultaneously form the first primary particles and the second primary particles, respectively. The first primary particles and the second primary particles are made of metal hydroxides contained in the first aqueous solution and the second aqueous solution, respectively. d) In the step, metal ion hydroxides contained in the first aqueous solution or the second aqueous solution are formed, each of these hydroxides forms a particle nucleus, and each primary particle of a certain size is formed. Form. Each primary particle is presumed to be in a single crystal state. The first primary particles and the second primary particles have a particle length of approximately 1000 nm or less when observed with a microscope, and the range is approximately 80 to 1000 nm. In the present specification, “particle length” means the length of the longest portion of each particle at the time of observation.

d)工程の模式図を図4に示す。図4に示すように、第1水溶液1及び第2水溶液2が塩基性水溶液3に対しそれぞれ同時に供給される。そして、第1水溶液1に含まれる金属イオンが塩基性水溶液3中で水酸化物となり、第1粒子核11が形成され、そして、一定の大きさの第1の1次粒子12が形成される。同様に、第2水溶液2に含まれる金属イオンが塩基性水溶液3中で水酸化物となり、第2粒子核21が形成され、そして、一定の大きさの第2の1次粒子22が形成される。   d) A schematic diagram of the process is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the first aqueous solution 1 and the second aqueous solution 2 are simultaneously supplied to the basic aqueous solution 3, respectively. And the metal ion contained in the 1st aqueous solution 1 becomes a hydroxide in the basic aqueous solution 3, the 1st particle nucleus 11 is formed, and the 1st primary particle 12 of a fixed magnitude | size is formed. . Similarly, metal ions contained in the second aqueous solution 2 become hydroxides in the basic aqueous solution 3 to form second particle nuclei 21, and second primary particles 22 having a certain size are formed. The

d)工程は、c)工程で述べたのと同様の条件下で行われるのが好ましい。撹拌速度や温度条件は、核発生及び1次粒子形成に好適な範囲に適宜設定すればよい。好ましい撹拌速度として50〜10000rpmを挙げることができ、より好ましくは100〜3000rpm、さらに好ましくは200〜1500rpmを挙げることができる。第1水溶液及び第2水溶液の供給に伴い塩基性水溶液のpHが変動する場合や気化によりアンモニアなどの塩基性化合物が反応槽から失われる場合には、c)工程で採用した塩基性化合物を含む水溶液を適宜供給して、核発生及び1次粒子形成に好適なpHやアンモニア濃度を維持すればよい。工程の安定性の観点から、第1水溶液の供給速度及び第2水溶液の供給速度は一定であることが好ましい。好ましい供給速度として1〜30mL/min.を挙げることができ、より好ましくは1.5〜15mL/min.、さらに好ましくは2〜8mL/min.を挙げることができる。   Step d) is preferably performed under the same conditions as described in step c). The stirring speed and temperature conditions may be appropriately set within a range suitable for nucleation and primary particle formation. Preferable stirring speed can be 50 to 10,000 rpm, more preferably 100 to 3000 rpm, and still more preferably 200 to 1500 rpm. When the pH of the basic aqueous solution fluctuates with the supply of the first aqueous solution and the second aqueous solution, or when a basic compound such as ammonia is lost from the reaction tank due to vaporization, the basic compound employed in step c) is included. An aqueous solution may be appropriately supplied to maintain a pH and ammonia concentration suitable for nucleation and primary particle formation. From the viewpoint of process stability, the supply rate of the first aqueous solution and the supply rate of the second aqueous solution are preferably constant. A preferable supply rate is 1 to 30 mL / min. More preferably, 1.5 to 15 mL / min. More preferably, it is 2-8 mL / min. Can be mentioned.

e)工程は、第1の1次粒子及び第2の1次粒子が互いに結合した結合粒子を形成させる工程である。具体的には、d)工程の液を必要により減じつつ、継続して保持及び/又は撹拌する工程である。e)工程はd)工程と連続して行われるのが好ましい。さらには、e)工程において、d)工程と同様に、第1水溶液、第2水溶液、塩基性化合物を含む水溶液を適宜供給してもよい。e)工程とd)工程とを厳密に区別するのは困難な場合もある。各粒子の溶解度の関係から、e)工程はd)工程よりも液の量を減じて実施することが好ましい。また、e)工程においては所望の結合粒子の大きさになるまで液を保持及び/又は撹拌するのが好ましい。結合粒子は顕微鏡で観察した際の粒子長が概ね20μm以下であり、粒子長の範囲は概ね2〜20μmである。得られた結合粒子は濾過で分離できる。分離後の結合粒子は必要に応じて再度e)工程に供してもよい。分離後の結合粒子は加熱条件下にて脱水されるのが良い。加熱条件としては100〜400℃、1〜50時間を挙げることができる。なお、e)工程では、第1の1次粒子及び第2の1次粒子が互いに結合した結合粒子に加え、第1の1次粒子同士又は第2の1次粒子同士が結合した結合粒子も得られる場合がある。また、複数の結合粒子が結合した結合粒子が得られる場合がある。   Step e) is a step of forming bonded particles in which the first primary particles and the second primary particles are bonded to each other. Specifically, it is a step of continuously holding and / or stirring while reducing the liquid in step d) as necessary. The step e) is preferably performed continuously with the step d). Furthermore, in step e), as in step d), a first aqueous solution, a second aqueous solution, and an aqueous solution containing a basic compound may be appropriately supplied. It may be difficult to strictly distinguish between the step e) and the step d). From the relationship of the solubility of each particle, it is preferable to carry out the step e) with a smaller amount of liquid than the step d). In step e), it is preferable to hold and / or stir the liquid until the desired size of the binding particles is obtained. The binding particles have a particle length of approximately 20 μm or less when observed with a microscope, and the particle length range is approximately 2 to 20 μm. The resulting bonded particles can be separated by filtration. The bound particles after separation may be subjected to step e) again as necessary. The bound particles after separation are preferably dehydrated under heating conditions. As heating conditions, 100-400 degreeC and 1 to 50 hours can be mentioned. In the step e), in addition to the bonded particles in which the first primary particles and the second primary particles are bonded to each other, the bonded particles in which the first primary particles or the second primary particles are bonded are also included. May be obtained. In some cases, a bonded particle in which a plurality of bonded particles are bonded is obtained.

e)工程の模式図を図5に示す。図5に示すように、第1の1次粒子12及び第2の1次粒子22が撹拌により衝突することによって、第1の1次粒子12及び第2の1次粒子22が互いに結合した結合粒子4が形成される。   e) A schematic diagram of the process is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the first primary particles 12 and the second primary particles 22 are bonded to each other by the collision of the first primary particles 12 and the second primary particles 22 by stirring. Particles 4 are formed.

f)工程は、e)工程で得られた結合粒子及びリチウム塩を混合し、焼成して、本発明の活物質を得る工程である。リチウム塩としては、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、シュウ酸リチウム、ハロゲン化リチウムを例示することができる。リチウム塩の配合量は、所望のリチウム組成の活物質となるように適宜決定すればよい。一例を挙げると、f)工程で用いられる原料全体において、リチウムとニッケル、コバルト及びマンガンの合計とのモル比が0.2:1〜1.2:1の範囲内になるように、リチウム塩の配合量を決定すればよい。   Step f) is a step in which the binding particles and lithium salt obtained in step e) are mixed and fired to obtain the active material of the present invention. Examples of the lithium salt include lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium acetate, lithium oxalate, and lithium halide. What is necessary is just to determine suitably the compounding quantity of lithium salt so that it may become an active material of a desired lithium composition. As an example, in the entire raw material used in step f), the lithium salt so that the molar ratio of lithium to the sum of nickel, cobalt and manganese is in the range of 0.2: 1 to 1.2: 1. What is necessary is just to determine the compounding quantity of.

混合装置としては、乳鉢及び乳棒、攪拌混合機、V型混合機、W型混合機、リボン型混合機、ドラムミキサー、ボールミルを例示できる。   Examples of the mixing device include a mortar and pestle, a stirring mixer, a V-type mixer, a W-type mixer, a ribbon-type mixer, a drum mixer, and a ball mill.

焼成条件は、例えば、500〜1000℃、1〜20時間の範囲内で適宜設定すればよい。焼成途中に焼成温度を変化させ、複数の温度で焼成しても良い。好適な焼成条件として、600〜800℃、8〜12時間の条件下で第1次焼成を行い、次いで、800〜1000℃、3〜7時間の条件下で第2次焼成を行うことを例示できる。焼成後に得られた活物質は、粉砕工程、分級工程を経て、一定の粒度分布のものとするのが好ましい。粒度分布の範囲としては、一般的なレーザー散乱回折式粒度分布計での測定において、平均粒子径(D50)が100μm以下が好ましく、1μm以上50μm以下がより好ましく、1μm以上30μm以下がさらに好ましく、2μm以上20μm以下が特に好ましい。平均粒子径が1μm未満では、活物質を用いて電極を製造する際に集電体との密着性が損なわれやすいなどの不具合を生じることがある。平均粒子径が100μmを超えると電極の大きさに影響を与えたり、二次電池を構成するセパレータを損傷するなどの不具合を生じることがある。   What is necessary is just to set baking conditions suitably within the range of 500-1000 degreeC and 1 to 20 hours, for example. The firing temperature may be changed during firing, and firing may be performed at a plurality of temperatures. Examples of suitable firing conditions include primary firing under conditions of 600 to 800 ° C. and 8 to 12 hours, and then secondary firing under conditions of 800 to 1000 ° C. and 3 to 7 hours. it can. The active material obtained after calcination preferably has a constant particle size distribution through a pulverization step and a classification step. As the range of the particle size distribution, the average particle diameter (D50) is preferably 100 μm or less, more preferably 1 μm or more and 50 μm or less, and even more preferably 1 μm or more and 30 μm or less in the measurement with a general laser scattering diffraction particle size distribution analyzer. 2 μm or more and 20 μm or less is particularly preferable. When the average particle size is less than 1 μm, there may be a problem that, when an electrode is produced using an active material, the adhesion with the current collector is easily impaired. If the average particle diameter exceeds 100 μm, the size of the electrode may be affected, or the separator constituting the secondary battery may be damaged.

以下、第2の製造方法のg)〜l)工程について説明する。   Hereinafter, steps g) to l) of the second production method will be described.

g)工程は、塩基性水溶液に第1水溶液を供給し、第1の1次粒子を形成させる工程である。g)工程の各条件は、上記d)工程の説明から第2水溶液及び第2の1次粒子に関する箇所を除いた条件でよい。   Step g) is a step of forming the first primary particles by supplying the first aqueous solution to the basic aqueous solution. g) Each condition of a process may be the conditions which excluded the location about the 2nd aqueous solution and the 2nd primary particle from explanation of the above-mentioned d) process.

h)工程は、g)工程で得られた金属の水酸化物からなる第1の1次粒子を加熱し、第1脱水物とする工程である。加熱条件としては、例えば、100〜400℃、1〜50時間を挙げることができる。   Step h) is a step in which the first primary particles made of the metal hydroxide obtained in step g) are heated to form a first dehydrated product. As heating conditions, 100-400 degreeC and 1 to 50 hours can be mentioned, for example.

i)工程はc)工程で調製した塩基性水溶液に第2水溶液を供給し、第2の1次粒子を形成させる工程である。i)工程の各条件は、上記d)工程の説明から第1水溶液及び第1の1次粒子に関する箇所を除いた条件でよい。   Step i) is a step in which the second aqueous solution is supplied to the basic aqueous solution prepared in step c) to form second primary particles. i) Each condition of the process may be a condition excluding the part relating to the first aqueous solution and the first primary particles from the description of the above d) process.

j)工程は、i)工程で得られた金属の水酸化物からなる第2の1次粒子を加熱し、第2脱水物とする工程である。加熱条件としては、例えば、100〜400℃、1〜50時間を挙げることができる。   Step j) is a step in which the second primary particles made of the metal hydroxide obtained in step i) are heated to form a second dehydrated product. As heating conditions, 100-400 degreeC and 1 to 50 hours can be mentioned, for example.

k)工程は、粒子複合化装置にて、第1脱水物及び第2脱水物を混合し、第1脱水物及び第2脱水物が互いに結合した脱水結合粒子を製造する工程である。粒子複合化装置としては、株式会社奈良機械製作所のハイブリダイゼーションシステム(NHS)及びミラーロ(MIRALO)、ホソカワミクロン株式会社のメカノフュージョン及びノビルタ、株式会社徳寿工作所のシータ・コンポーザを例示することができる。   Step k) is a step of producing dehydrated bonded particles in which the first dehydrated product and the second dehydrated product are combined with each other in the particle compounding apparatus and the first dehydrated product and the second dehydrated product are bonded to each other. Examples of the particle composite apparatus include a hybridization system (NHS) and Miraro from Nara Machinery Co., Ltd., Mechano-Fusion and Nobilta from Hosokawa Micron Corporation, and a theta composer from Tokuju Works.

l)工程は、脱水結合粒子及びリチウム塩を混合し、焼成する工程であって、具体的な条件は、f)工程と同様である。   Step l) is a step in which dehydrated bonded particles and a lithium salt are mixed and fired, and specific conditions are the same as those in step f).

なお、本発明の活物質に一般式のDで表されるドープ元素を添加したい場合には、a)〜e)工程及びg)〜k)工程のうちいずれかの工程、又はf)工程の焼成以前の時点で、ドープ元素含有化合物を添加すればよい。ドープ元素含有化合物の配合量は、所望のドープ量となるように適宜決定すればよい。   In addition, when it is desired to add the doping element represented by the general formula D to the active material of the present invention, any of the steps a) to e) and g) to k), or f) What is necessary is just to add a dope element containing compound in the time before baking. What is necessary is just to determine the compounding quantity of a dope element containing compound suitably so that it may become a desired dope amount.

本発明の活物質は第1組成部及び第2組成部で構成され、かつ、第1組成部と第2組成部が非局在化していることを特徴とする。そして、本発明の活物質は、従来の活物質と異なる物として認識できる。   The active material of the present invention is composed of a first composition part and a second composition part, and the first composition part and the second composition part are delocalized. And the active material of this invention can be recognized as a different thing from the conventional active material.

上述の特許文献3に開示の活物質について、その製造方法に従い詳細に説明する。まず、第一硫酸塩水溶液を炭酸イオン含有水溶液に滴下して炭酸塩粒子を形成させる。次いで、第二硫酸塩水溶液を滴下して前記炭酸塩粒子の周りに第二硫酸塩水溶液に含有する金属炭酸塩を付着させ、2層状態の炭酸塩粒子を得る。そして、該2層状態の炭酸塩粒子と炭酸リチウムを混合し、混合物を焼成して、コアと被覆部を有するリチウム複合金属酸化物を得る。すなわち、特許文献3に開示される活物質においては、本発明でいうところの第1組成部及び第2組成部がそれぞれ粒子内部及び粒子周縁部に局在化している。   The active material disclosed in Patent Document 3 will be described in detail according to its production method. First, the first sulfate aqueous solution is dropped into the carbonate ion-containing aqueous solution to form carbonate particles. Next, a second sulfate aqueous solution is dropped to attach the metal carbonate contained in the second sulfate aqueous solution around the carbonate particles to obtain two-layered carbonate particles. Then, the carbonate particles in the two-layer state and lithium carbonate are mixed, and the mixture is fired to obtain a lithium composite metal oxide having a core and a covering portion. That is, in the active material disclosed in Patent Document 3, the first composition part and the second composition part as referred to in the present invention are localized in the inside of the particle and the periphery of the particle, respectively.

上述の特許文献4に開示の活物質について、その製造方法に従い詳細に説明する。まず、コア粒子を作成し、次にコア粒子の表面にコバルト水酸化物を被覆させ、2層状態の被覆粒子を得る。次に、2層状態の被覆粒子と炭酸リチウムを混合し、混合物を焼成して、コアと被覆部を有する活物質を得る。すなわち、特許文献4に開示される活物質においても、特許文献3の活物質と同様に、本発明でいうところの第1組成部及び第2組成部がそれぞれ粒子内部及び粒子周縁部に局在化している。   The active material disclosed in Patent Document 4 will be described in detail according to its production method. First, core particles are prepared, and then the surface of the core particles is coated with cobalt hydroxide to obtain two-layer coated particles. Next, two-layer coated particles and lithium carbonate are mixed, and the mixture is baked to obtain an active material having a core and a coating portion. That is, in the active material disclosed in Patent Document 4, as in the active material disclosed in Patent Document 3, the first composition portion and the second composition portion referred to in the present invention are localized in the inside of the particle and the periphery of the particle, respectively. It has become.

本明細書の「非局在化」とは、本発明の活物質が、上述の特許文献3及び特許文献4に開示の活物質のように、第1組成部及び第2組成部がそれぞれ1か所に局在化した活物質で無いことを意味する。   In the present specification, “delocalization” means that the active material of the present invention is 1 in each of the first composition part and the second composition part like the active materials disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4 described above. It means that it is not an active material localized at a place.

また、リチウム複合金属酸化物と他のリチウム複合金属酸化物を単に混合した混合物は、当然に本発明の活物質ではない。   Further, a mixture obtained by simply mixing a lithium composite metal oxide and another lithium composite metal oxide is naturally not an active material of the present invention.

これらのことを鑑みると、本発明の活物質は、一般式:LiaNibCocMndDeOf(0.2≦a1≦1.5、b1+c1+d1+e1=1、0≦e1<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f1≦2.1)で表される第1組成部と、一般式:Lia2Nib2Coc2Mnd2e2f2(0.2≦a2≦1.5、b2+c2+d2+e2=1、0≦e2<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f2≦2.1、ただし少なくともc2<c1又はd2>d1のいずれかを満足する)で表される第2組成部を有する活物質であって、特許文献3及び4に開示の活物質ではないものと表現することもできる。 In view of these, the active material of the present invention has a general formula: Lia 1 Nib 1 Coc 1 Mnd 1 De 1 Of 1 (0.2 ≦ a1 ≦ 1.5, b1 + c1 + d1 + e1 = 1, 0 ≦ e1 <1, D is selected from Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, Rf A first composition part represented by at least one element, 1.7 ≦ f1 ≦ 2.1), and a general formula: Li a2 Ni b2 Co c2 Mn d2 De2O f2 (0.2 ≦ a2 ≦ 1.5) , B2 + c2 + d2 + e2 = 1, 0 ≦ e2 <1, D is Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb , At least one element selected from W, La, Hf, and Rf; ≦ f2 ≦ 2.1 (provided that at least either c2 <c1 or d2> d1 is satisfied), and the active materials disclosed in Patent Documents 3 and 4 It can also be expressed as not.

本発明の活物質を用いて、リチウムイオン二次電池を製造できる。本発明のリチウムイオン二次電池は、電池構成要素として、本発明の活物質を有する正極に加えて、負極、セパレータ及び電解液を含む。   A lithium ion secondary battery can be manufactured using the active material of the present invention. The lithium ion secondary battery of this invention contains a negative electrode, a separator, and electrolyte solution in addition to the positive electrode which has the active material of this invention as a battery component.

正極は、集電体と、本発明の活物質を含む活物質層で構成される。なお、活物質層には、本発明の活物質以外の活物質を含んでいても良い。   The positive electrode includes a current collector and an active material layer containing the active material of the present invention. Note that the active material layer may contain an active material other than the active material of the present invention.

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。   The current collector refers to a chemically inert electronic high conductor that keeps a current flowing through an electrode during discharge or charging of a lithium ion secondary battery. As the current collector, at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, magnesium, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel Examples of such a metal material can be given. The current collector may be covered with a known protective layer.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状などの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが10μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, a line, a bar, and the like. Therefore, metal foils, such as copper foil, nickel foil, aluminum foil, stainless steel foil, can be used suitably as a collector. When the current collector is in the form of foil, sheet or film, the thickness is preferably in the range of 10 μm to 100 μm.

集電体の表面に活物質層を形成することで正極とすることができる。   A positive electrode can be obtained by forming an active material layer on the surface of the current collector.

活物質層は導電助剤を含んでもよい。導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。導電助剤としては、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)が例示される。これらの導電助剤を単独または二種以上組み合わせて活物質層に添加することができる。導電助剤の使用量については特に制限はないが、例えば、活物質100質量部に対して1〜50質量部又は1〜30質量部とすることができる。   The active material layer may contain a conductive additive. The conductive assistant is added to increase the conductivity of the electrode. Examples of the conductive assistant include carbon black, graphite, acetylene black, ketjen black (registered trademark), and vapor grown carbon fiber (VGCF) which are carbonaceous fine particles. These conductive assistants can be added to the active material layer alone or in combination of two or more. Although there is no restriction | limiting in particular about the usage-amount of a conductive support agent, For example, it can be set as 1-50 mass parts or 1-30 mass parts with respect to 100 mass parts of active materials.

活物質層は結着剤を含んでもよい。結着剤は活物質及び導電助剤を集電体の表面に繋ぎ止める役割を果たすものである。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂を例示することができる。結着剤の使用量については特に制限はないが、例えば、活物質100質量部に対して5〜50質量部とすることができる。   The active material layer may contain a binder. The binder serves to bind the active material and the conductive additive to the surface of the current collector. Examples of the binder include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, and alkoxysilyl group-containing resins. be able to. Although there is no restriction | limiting in particular about the usage-amount of a binder, For example, it can be set as 5-50 mass parts with respect to 100 mass parts of active materials.

集電体の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に活物質を塗布すればよい。具体的には、活物質、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を含む活物質層形成用組成物を調製し、この組成物に適当な溶剤を加えてペースト状にしてから、集電体の表面に塗布後、乾燥する。必要に応じて電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。   In order to form an active material layer on the surface of the current collector, the surface of the current collector can be formed using a conventionally known method such as a roll coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method. What is necessary is just to apply | coat an active material to. Specifically, an active material layer-forming composition containing an active material and, if necessary, a binder and a conductive aid is prepared, and an appropriate solvent is added to the composition to make a paste, and then the collection is performed. After applying to the surface of the electric body, it is dried. If necessary, the dried product may be compressed to increase the electrode density.

溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、メタノール、メチルイソブチルケトン(MIBK)を例示できる。   Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methanol, and methyl isobutyl ketone (MIBK).

負極は、集電体と、集電体の表面に結着させた負極活物質層を有する。   The negative electrode has a current collector and a negative electrode active material layer bound to the surface of the current collector.

負極活物質層は負極活物質、並びに必要に応じて結着剤及び/又は導電助剤を含む。   The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and, if necessary, a binder and / or a conductive aid.

集電体、結着剤及び導電助剤は正極で説明したものと同様である。   The current collector, binder and conductive additive are the same as those described for the positive electrode.

負極活物質としては、リチウムを吸蔵及び放出可能な炭素系材料、リチウムと合金化可能な元素、リチウムと合金化可能な元素を有する化合物、あるいは高分子材料などを例示することができる。   Examples of the negative electrode active material include a carbon-based material capable of inserting and extracting lithium, an element that can be alloyed with lithium, a compound having an element that can be alloyed with lithium, a polymer material, and the like.

炭素系材料としては、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭あるいはカーボンブラック類が例示できる。ここで、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール類やフラン類などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。   Examples of the carbon-based material include non-graphitizable carbon, artificial graphite, coke, graphite, glassy carbon, organic polymer compound fired body, carbon fiber, activated carbon, or carbon black. Here, the organic polymer compound fired body refers to a material obtained by firing and carbonizing a polymer material such as phenols and furans at an appropriate temperature.

リチウムと合金化可能な元素としては、具体的にNa、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Biが例示でき、特に、Si又はSnが好ましい。   Specifically, elements that can be alloyed with lithium include Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si. , Ge, Sn, Pb, Sb, Bi can be exemplified, and Si or Sn is particularly preferable.

リチウムと合金化可能な元素を有する化合物としては、具体的にZnLiAl、AlSb、SiB、SiB、MgSi、MgSn、NiSi、TiSi、MoSi、 CoSi、NiSi、CaSi、CrSi、CuSi、FeSi、MnSi、NbSi、TaSi、VSi、WSi、ZnSi、SiC、Si、SiO、SiO(0<v≦2)、SnO(0<w≦2)、SnSiO、LiSiO あるいはLiSnOを例示でき、特に、SiO(0.3≦x≦1.6、又は0.5≦x≦1.5)が好ましい。 Specific examples of compounds having elements that can be alloyed with lithium include ZnLiAl, AlSb, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2, TaSi 2, VSi 2, WSi 2, ZnSi 2, SiC, Si 3 N 4, Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), SnO w (0 <w ≦ 2), SnSiO 3 , LiSiO 2 or LiSnO, particularly SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6, or 0.5 ≦ x ≦ 1.5) Is preferred.

中でも、負極活物質は、Siを有するSi系材料を含むものがよい。Si系材料は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な珪素又は/及び珪素化合物からなるとよく、例えば、SiOx(0.5≦x≦1.5)がよい。珪素は理論充放電容量が大きいものの、珪素は充放電時の体積変化が大きい。そこで、負極活物質を珪素を含むSiOxとすることで珪素の体積変化を緩和することができる。   Among these, the negative electrode active material preferably includes a Si-based material having Si. The Si-based material may be made of silicon or / and a silicon compound capable of occluding / releasing lithium ions, for example, SiOx (0.5 ≦ x ≦ 1.5). Although silicon has a large theoretical charge / discharge capacity, silicon has a large volume change during charge / discharge. Therefore, the volume change of silicon can be mitigated by using SiOx containing silicon as the negative electrode active material.

また、Si系材料は、Si相と、SiO相とをもつことが好ましい。Si相は、珪素単体からなり、Liイオンを吸蔵・放出し得る相であり、Liイオンの吸蔵及び放出に伴って膨張及び収縮する。SiO相は、SiOからなり、Si相の膨張及び収縮を吸収する緩衝相となる。Si相がSiO相により被覆されるSi系材料が好ましい。さらには、微細化された複数のSi相がSiO相により被覆されて一体となって粒子を形成しているものがよい。この場合には、Si系材料全体の体積変化を効果的に抑えることができる。 The Si-based material preferably has a Si phase and a SiO 2 phase. The Si phase is composed of simple silicon, and is a phase that can occlude and release Li ions, and expands and contracts as Li ions are occluded and released. The SiO 2 phase is made of SiO 2 and serves as a buffer phase that absorbs the expansion and contraction of the Si phase. A Si-based material in which the Si phase is covered with the SiO 2 phase is preferable. Furthermore, it is preferable that a plurality of micronized Si phases are covered with a SiO 2 phase to form particles integrally. In this case, the volume change of the entire Si-based material can be effectively suppressed.

Si系材料でのSi相に対するSiO相の質量比は、1〜3であることが好ましい。前記質量比が1未満の場合には、Si系材料の膨張及び収縮が大きくなり、Si系材料を含む負極活物質層にクラックが生じるおそれがある。一方、前記質量比が3を超える場合には、負極活物質のLiイオンの吸蔵及び放出量が少なくなり、電池の負極単位質量あたりの電気容量が低くなる。 The mass ratio of the SiO 2 phase to the Si phase in the Si-based material is preferably 1 to 3. When the mass ratio is less than 1, the expansion and contraction of the Si-based material increases, and the negative electrode active material layer containing the Si-based material may be cracked. On the other hand, when the mass ratio exceeds 3, the amount of occlusion and release of Li ions of the negative electrode active material decreases, and the electric capacity per unit negative electrode mass of the battery decreases.

また、リチウムと合金化反応可能な元素を有する化合物として、スズ合金(Cu−Sn合金、Co−Sn合金等)などの錫化合物を例示できる。   Moreover, tin compounds, such as a tin alloy (Cu-Sn alloy, Co-Sn alloy, etc.), can be illustrated as a compound which has an element which can be alloyed with lithium.

高分子材料としては、具体的にポリアセチレン、ポリピロールを例示できる。   Specific examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole.

セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン若しくはポリエチレンなどの合成樹脂を1種又は複数用いた多孔質膜、またはセラミックス製の多孔質膜を例示できる。   The separator separates the positive electrode and the negative electrode and allows lithium ions to pass while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. Examples of the separator include a porous film using one or more synthetic resins such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a ceramic porous film.

電解液は、非水溶媒と非水溶媒に溶解された電解質とを含んでいる。   The electrolytic solution includes a non-aqueous solvent and an electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent.

非水溶媒としては、環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類等が使用できる。環状エステル類としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンを例示できる。鎖状エステル類としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等を例示できる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンを例示できる。   As the non-aqueous solvent, cyclic esters, chain esters, ethers and the like can be used. Examples of cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone, and gamma valerolactone. Examples of chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetic acid alkyl ester. Examples of ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane.

電解質としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を例示できる。 Examples of the electrolyte include lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .

電解液としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの非水溶媒に、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSOなどのリチウム塩を0.5mol/lから1.7mol/l程度の濃度で溶解させた溶液を例示できる。 As an electrolytic solution, 0.5 mol / l to 1.7 mol of a lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 in a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate. A solution dissolved at a concentration of about 1 / l can be exemplified.

リチウムイオン二次電池の製造方法としては、本発明の正極を配置する工程を有していればよい。以下、リチウムイオン二次電池の具体的な製造方法を例示する。正極および負極にセパレータを挟装させ電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体および負極の集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に電解液を加えてリチウムイオン二次電池とするとよい。   As a manufacturing method of a lithium ion secondary battery, what is necessary is just to have the process of arrange | positioning the positive electrode of this invention. Hereinafter, a specific method for producing a lithium ion secondary battery will be exemplified. A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body. The electrode body may be either a stacked type in which the positive electrode, the separator and the negative electrode are stacked, or a wound type in which the positive electrode, the separator and the negative electrode are sandwiched. After connecting between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal connected to the outside using a current collecting lead or the like, an electrolytic solution is added to the electrode body to form a lithium ion secondary battery. It is good to do.

本発明の活物質はリチウムイオンの吸着及び脱離に伴う伸縮及び膨張が全体として緩和されるため、本発明の活物質を用いたリチウムイオン二次電池は充放電を繰り返しても劣化しにくく好適な容量維持率を示す。その結果として、本発明のリチウムイオン二次電池は、高電位駆動条件下でも良好な容量維持率を示すことができる。ここで、高電位駆動条件とは、リチウム金属に対するリチウムイオンの作動電位が4.3V以上、さらには4.4V〜4.6V又は4.5V〜5.5Vのことをいう。本発明のリチウムイオン二次電池は、正極の充電電位をリチウム基準で4.3V以上、さらには4.4V〜4.6V又は4.5V〜5.5Vとすることができる。なお、一般的なリチウムイオン二次電池の駆動条件においては、リチウム金属に対するリチウムイオンの作動電位は4.3V未満である。   Since the active material of the present invention relaxes the expansion and contraction associated with the adsorption and desorption of lithium ions as a whole, the lithium ion secondary battery using the active material of the present invention is less likely to deteriorate even after repeated charge and discharge. A good capacity maintenance rate. As a result, the lithium ion secondary battery of the present invention can exhibit a good capacity retention rate even under high potential driving conditions. Here, the high potential driving condition means that the operating potential of lithium ions with respect to lithium metal is 4.3 V or higher, and further 4.4 V to 4.6 V or 4.5 V to 5.5 V. In the lithium ion secondary battery of the present invention, the charging potential of the positive electrode can be set to 4.3 V or higher, further 4.4 V to 4.6 V or 4.5 V to 5.5 V on the basis of lithium. Note that, under the driving conditions of a general lithium ion secondary battery, the operating potential of lithium ions with respect to lithium metal is less than 4.3V.

本発明のリチウムイオン二次電池の型は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の型を採用することができる。   The type of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and various types such as a cylindrical type, a square type, a coin type, and a laminate type can be adopted.

本発明のリチウムイオン二次電池は車両に搭載することができる。本発明のリチウムイオン二次電池は、大きな充放電容量を維持し、かつ優れたサイクル性能を有するため、これを搭載した車両は、高性能の車両となる。   The lithium ion secondary battery of the present invention can be mounted on a vehicle. Since the lithium ion secondary battery of the present invention maintains a large charge / discharge capacity and has excellent cycle performance, a vehicle equipped with the lithium ion secondary battery is a high-performance vehicle.

車両としては、電池による電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両であればよく、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、電動フォークリフト、電気車椅子、電動アシスト自転車、電動二輪車が挙げられる。   The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a battery as a whole or a part of a power source. For example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a hybrid railway vehicle, an electric forklift, an electric wheelchair, and an electric assist. Bicycles and electric motorcycles are examples.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art.

以下に、実施例および比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。以下において、特に断らない限り、「部」とは質量部を意味し、「%」とは質量%を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited by these Examples. In the following, unless otherwise specified, “part” means part by mass, and “%” means mass%.

(実施例1)
硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンを水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比が6:2:2である第1水溶液を調製した。第1水溶液におけるニッケル、コバルト及びマンガンの合計濃度は、0.9mol/Lであった。
Example 1
Nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate were dissolved in water to prepare a first aqueous solution having a molar ratio of nickel, cobalt, and manganese of 6: 2: 2. The total concentration of nickel, cobalt and manganese in the first aqueous solution was 0.9 mol / L.

硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンを水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比が4:2:4である第2水溶液を調製した。第2水溶液におけるニッケル、コバルト及びマンガンの合計濃度は、0.9mol/Lであった。   Nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were dissolved in water to prepare a second aqueous solution having a molar ratio of nickel, cobalt and manganese of 4: 2: 4. The total concentration of nickel, cobalt and manganese in the second aqueous solution was 0.9 mol / L.

撹拌装置及び窒素導入管を備えた反応槽に水を入れ、撹拌しながら40℃に加熱した。窒素導入管から窒素を供給し続けて、該反応槽を窒素雰囲気下に維持した。水酸化ナトリウム16質量%水溶液及びアンモニア28質量%水溶液を反応槽に供給し、アンモニア濃度9g/Lであって、pHが11.6の塩基性水溶液を調製した。なお、上述したように、本明細書で規定するpHは25℃で測定した場合の値である。   Water was put into a reaction vessel equipped with a stirrer and a nitrogen introduction tube, and heated to 40 ° C. with stirring. Nitrogen was continuously supplied from the nitrogen introduction tube, and the reaction vessel was maintained under a nitrogen atmosphere. A 16% by weight aqueous solution of sodium hydroxide and a 28% by weight aqueous solution of ammonia were supplied to the reaction vessel to prepare a basic aqueous solution having an ammonia concentration of 9 g / L and a pH of 11.6. In addition, as above-mentioned, pH prescribed | regulated by this specification is a value at the time of measuring at 25 degreeC.

速度1000rpmでの撹拌条件下とした塩基性水溶液に対し、前記第1水溶液及び前記第2水溶液を同時に供給した。第1水溶液及び第2水溶液の供給速度は0.4mL/min.であった。また、塩基性水溶液のアンモニア濃度を9g/L程度、塩基性水溶液のpHを11.6〜11.8程度に維持するために、水酸化ナトリウム16質量%水溶液及びアンモニア3質量%水溶液を反応槽に適宜供給した。そして、ニッケル、コバルト及びマンガンをモル比6:2:2で含む第1の1次粒子並びにニッケル、コバルト及びマンガンをモル比4:2:4で含む第2の1次粒子を形成させた。   The first aqueous solution and the second aqueous solution were simultaneously supplied to the basic aqueous solution under stirring conditions at a speed of 1000 rpm. The supply rates of the first aqueous solution and the second aqueous solution were 0.4 mL / min. Met. In order to maintain the ammonia concentration of the basic aqueous solution at about 9 g / L and the pH of the basic aqueous solution at about 11.6 to 11.8, a 16 mass% aqueous solution of sodium hydroxide and an aqueous 3 mass% solution of ammonia were added to the reaction vessel. Were appropriately supplied. Then, first primary particles containing nickel, cobalt and manganese in a molar ratio of 6: 2: 2 and second primary particles containing nickel, cobalt and manganese in a molar ratio of 4: 2: 4 were formed.

反応槽の水溶液の量を減じ、水溶液のアンモニア濃度を9g/L程度、水溶液のpHを11.2〜11.3程度に維持しつつ撹拌を続けて、第1の1次粒子及び第2の1次粒子が互いに結合した結合粒子を形成させた。結合粒子を濾過した後、再び反応槽の水溶液の量を減じ、該結合粒子を水溶液に投入して結合粒子を成長させた。成長後の結合粒子を濾過で分離し、水で洗浄した。洗浄後の結合粒子を300℃で20時間加熱し、脱水した。   The amount of the aqueous solution in the reaction vessel is reduced, and stirring is continued while maintaining the ammonia concentration in the aqueous solution at about 9 g / L and the pH of the aqueous solution at about 11.2 to 11.3. Bonded particles in which primary particles were bonded to each other were formed. After the binding particles were filtered, the amount of the aqueous solution in the reaction vessel was reduced again, and the binding particles were added to the aqueous solution to grow the binding particles. The grown bonded particles were separated by filtration and washed with water. The washed bonded particles were heated at 300 ° C. for 20 hours for dehydration.

リチウムとニッケル、コバルト及びマンガンの合計とのモル比が1.1:1となるように、脱水後の結合粒子と炭酸リチウムを混合し混合物を得た。該混合物に対し、0.5質量%のリン酸ジルコニウムを加え、混合した。得られた混合物に対し、650℃、10時間の条件下で、第1次焼成を行った。次いで、850℃、5時間の条件下で、第2次焼成を行い、焼成物を得た。焼成物を冷却し、粉砕及び分級を行って、平均粒子径6μmのリチウム複合金属酸化物を得た。これを実施例1の活物質とした。実施例1の活物質は、平均組成がLi1.13Ni4.97/10Co1.99/10Mn2.98/10Zr0.05/10で表される。 The dehydrated binding particles and lithium carbonate were mixed so that a molar ratio of lithium to the total of nickel, cobalt, and manganese was 1.1: 1 to obtain a mixture. 0.5% by mass of zirconium phosphate was added to the mixture and mixed. The obtained mixture was subjected to primary firing at 650 ° C. for 10 hours. Next, secondary firing was performed at 850 ° C. for 5 hours to obtain a fired product. The fired product was cooled, pulverized and classified to obtain a lithium composite metal oxide having an average particle size of 6 μm. This was used as the active material of Example 1. The active material of Example 1 is represented by an average composition of Li 1.13 Ni 4.97 / 10 Co 1.99 / 10 Mn 2.98 / 10 Zr 0.05 / 10 O 2 .

(実施例2)
リン酸ジルコニウムを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2の活物質を製造した。
(Example 2)
The active material of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that zirconium phosphate was not used.

(実施例3)
硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンを水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比が6:2:2である第1水溶液を調製した。第1水溶液におけるニッケル、コバルト及びマンガンの合計濃度は、0.9mol/Lであった。
(Example 3)
Nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate were dissolved in water to prepare a first aqueous solution having a molar ratio of nickel, cobalt, and manganese of 6: 2: 2. The total concentration of nickel, cobalt and manganese in the first aqueous solution was 0.9 mol / L.

撹拌装置及び窒素導入管を備えた反応槽に水を入れ、撹拌しながら40℃に加熱した。窒素導入管から窒素を供給し続けて、該反応槽を窒素雰囲気下に維持した。水酸化ナトリウム16質量%水溶液及びアンモニア28質量%水溶液を反応槽に供給し、アンモニア濃度9g/Lであって、pHが12.4の塩基性水溶液を調製した。   Water was put into a reaction vessel equipped with a stirrer and a nitrogen introduction tube, and heated to 40 ° C. with stirring. Nitrogen was continuously supplied from the nitrogen introduction tube, and the reaction vessel was maintained under a nitrogen atmosphere. Sodium hydroxide 16 mass% aqueous solution and ammonia 28 mass% aqueous solution were supplied to the reaction tank, and basic aqueous solution with ammonia concentration of 9 g / L and pH of 12.4 was prepared.

速度1000rpmでの撹拌条件下とした塩基性水溶液に対し、前記第1水溶液を供給した。第1水溶液の供給速度は0.4mL/min.であった。また、塩基性水溶液のアンモニア濃度を9g/L程度、塩基性水溶液のpHを12.0〜12.2程度に維持するために、水酸化ナトリウム16質量%水溶液及びアンモニア3質量%水溶液を反応槽に適宜供給した。そして、ニッケル、コバルト及びマンガンをモル比6:2:2で含む第1の1次粒子を形成させた。   Said 1st aqueous solution was supplied with respect to the basic aqueous solution made into stirring conditions with a speed | rate of 1000 rpm. The supply rate of the first aqueous solution was 0.4 mL / min. Met. Further, in order to maintain the ammonia concentration of the basic aqueous solution at about 9 g / L and the pH of the basic aqueous solution at about 12.0 to 12.2, a 16 mass% aqueous solution of sodium hydroxide and an aqueous 3 mass% solution of ammonia were added to the reaction vessel. Were appropriately supplied. And the 1st primary particle which contains nickel, cobalt, and manganese by molar ratio 6: 2: 2 was formed.

第1の1次粒子を濾過で分離し、水で洗浄した。洗浄後の第1の1次粒子を300℃で20時間加熱し、脱水して、第1脱水物とした。   The first primary particles were separated by filtration and washed with water. The first primary particles after washing were heated at 300 ° C. for 20 hours and dehydrated to obtain a first dehydrated product.

硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンを水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比が4:2:4である第2水溶液を調製した。第2水溶液におけるニッケル、コバルト及びマンガンの合計濃度は、0.9mol/Lであった。   Nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were dissolved in water to prepare a second aqueous solution having a molar ratio of nickel, cobalt and manganese of 4: 2: 4. The total concentration of nickel, cobalt and manganese in the second aqueous solution was 0.9 mol / L.

撹拌装置及び窒素導入管を備えた反応槽に水を入れ、撹拌しながら40℃に加熱した。窒素導入管から窒素を供給し続けて、該反応槽を窒素雰囲気下に維持した。水酸化ナトリウム16質量%水溶液及びアンモニア28質量%水溶液を反応槽に供給し、アンモニア濃度9g/Lであって、pHが12.4の塩基性水溶液を調製した。   Water was put into a reaction vessel equipped with a stirrer and a nitrogen introduction tube, and heated to 40 ° C. with stirring. Nitrogen was continuously supplied from the nitrogen introduction tube, and the reaction vessel was maintained under a nitrogen atmosphere. Sodium hydroxide 16 mass% aqueous solution and ammonia 28 mass% aqueous solution were supplied to the reaction tank, and basic aqueous solution with ammonia concentration of 9 g / L and pH of 12.4 was prepared.

速度1000rpmでの撹拌条件下とした塩基性水溶液に対し、前記第2水溶液を供給した。第2水溶液の供給速度は0.4mL/min.であった。また、塩基性水溶液のアンモニア濃度を9g/L程度、塩基性水溶液のpHを12.0〜12.2程度に維持するために、水酸化ナトリウム16質量%水溶液及びアンモニア3質量%水溶液を反応槽に適宜供給した。そして、ニッケル、コバルト及びマンガンをモル比4:2:4で含む第2の1次粒子を形成させた。   Said 2nd aqueous solution was supplied with respect to the basic aqueous solution made into stirring conditions with a speed | rate of 1000 rpm. The supply rate of the second aqueous solution was 0.4 mL / min. Met. Further, in order to maintain the ammonia concentration of the basic aqueous solution at about 9 g / L and the pH of the basic aqueous solution at about 12.0 to 12.2, a 16 mass% aqueous solution of sodium hydroxide and an aqueous 3 mass% solution of ammonia were added to the reaction vessel. Were appropriately supplied. Then, second primary particles containing nickel, cobalt, and manganese at a molar ratio of 4: 2: 4 were formed.

第2の1次粒子を濾過で分離し、水で洗浄した。洗浄後の第2の1次粒子を300℃で20時間加熱し、脱水して、第2脱水物とした。   The second primary particles were separated by filtration and washed with water. The washed second primary particles were heated at 300 ° C. for 20 hours and dehydrated to obtain a second dehydrated product.

第1脱水物25gと第2脱水物25gを株式会社奈良機械製作所のハイブリダイゼーションシステム(NHS)に投入し、15000rpm、5分間混合し、第1脱水物及び第2脱水物が互いに結合した脱水結合粒子を製造した。   25 g of the first dehydrated product and 25 g of the second dehydrated product are put into a hybridization system (NHS) manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. and mixed at 15000 rpm for 5 minutes. Particles were produced.

リチウムとニッケル、コバルト及びマンガンの合計とのモル比が1.1:1となるように、上記脱水結合粒子と炭酸リチウムを混合し混合物を得た。該混合物に対し、0.5質量%のリン酸ジルコニウムを加え、混合した。得られた混合物に対し、650℃、10時間の条件下で、第1次焼成を行った。次いで、850℃、5時間の条件下で、第2次焼成を行い、焼成物を得た。焼成物を冷却し、粉砕及び分級を行って、平均粒子径6μmのリチウム複合金属酸化物を得た。これを実施例3の活物質とした。実施例3の活物質は、平均組成がLi1.13Ni4.97/10Co1.99/10Mn2.98/10Zr0.05/10で表される。 The above dehydrated bonded particles and lithium carbonate were mixed to obtain a mixture so that the molar ratio of lithium to the total of nickel, cobalt and manganese was 1.1: 1. 0.5% by mass of zirconium phosphate was added to the mixture and mixed. The obtained mixture was subjected to primary firing at 650 ° C. for 10 hours. Next, secondary firing was performed at 850 ° C. for 5 hours to obtain a fired product. The fired product was cooled, pulverized and classified to obtain a lithium composite metal oxide having an average particle size of 6 μm. This was used as the active material of Example 3. The active material of Example 3 has an average composition represented by Li 1.13 Ni 4.97 / 10 Co 1.99 / 10 Mn 2.98 / 10 Zr 0.05 / 10 O 2 .

(実施例4)
実施例4のリチウムイオン二次電池を以下のとおり作製した。
Example 4
The lithium ion secondary battery of Example 4 was produced as follows.

正極は以下のように作成した。   The positive electrode was prepared as follows.

正極用集電体として厚み20μmのアルミニウム箔を準備した。実施例1の活物質を94質量部、導電助剤として3質量部のアセチレンブラック、および結着剤として3質量部のポリフッ化ビニリデン(PVDF)を混合した。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて、スラリーを作製した。上記アルミニウム箔の表面に上記スラリーをのせ、ドクターブレードを用いてスラリーが膜状になるように塗布した。スラリーを塗布したアルミニウム箔を80℃で20分間乾燥することで、NMPを揮発により除去し、アルミニウム箔表面に活物質層を形成させた。表面に活物質層を形成させたアルミニウム箔を、ロ−ルプレス機を用いて圧縮し、アルミニウム箔と活物質層とを強固に密着接合させた。接合物を120℃で6時間、真空乾燥機で加熱し、所定の形状(25mm×30mmの矩形状)に切り取り、厚さ60μm程度の正極を得た。   An aluminum foil having a thickness of 20 μm was prepared as a positive electrode current collector. 94 parts by mass of the active material of Example 1, 3 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed. This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a slurry. The slurry was placed on the surface of the aluminum foil, and applied using a doctor blade so that the slurry became a film. The aluminum foil coated with the slurry was dried at 80 ° C. for 20 minutes, thereby removing NMP by volatilization and forming an active material layer on the surface of the aluminum foil. The aluminum foil having the active material layer formed on the surface was compressed using a roll press machine, and the aluminum foil and the active material layer were firmly bonded. The joined product was heated with a vacuum dryer at 120 ° C. for 6 hours, cut into a predetermined shape (rectangular shape of 25 mm × 30 mm), and a positive electrode having a thickness of about 60 μm was obtained.

負極は以下のように作製した。   The negative electrode was produced as follows.

黒鉛粉末97質量部と、導電助剤としてアセチレンブラック1質量部と、結着剤としてスチレン−ブタジエンゴム(SBR)1質量部及びカルボキシメチルセルロース(CMC)1質量部とを混合し、この混合物を適量のイオン交換水に分散させてスラリーを作製した。このスラリーを負極用集電体である厚み20μmの銅箔にドクターブレードを用いて膜状になるように塗布し、スラリーを塗布した集電体を乾燥後プレスし、接合物を200℃で2時間、真空乾燥機で加熱し、所定の形状(25mm×30mmの矩形状)に切り取り、厚さ45μm程度の負極とした。   Mix 97 parts by weight of graphite powder, 1 part by weight of acetylene black as a conductive additive, 1 part by weight of styrene-butadiene rubber (SBR) and 1 part by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) as a binder, and add an appropriate amount of this mixture. A slurry was prepared by dispersing in ion exchange water. The slurry was applied to a negative electrode current collector copper foil having a thickness of 20 μm so as to form a film using a doctor blade, and the current collector coated with the slurry was dried and pressed, and the joined product was heated at 200 ° C. at 2 ° C. It was heated with a vacuum dryer for a time, cut into a predetermined shape (rectangular shape of 25 mm × 30 mm), and a negative electrode having a thickness of about 45 μm was obtained.

上記の正極および負極を用いて、ラミネート型リチウムイオン二次電池を製作した。詳しくは、正極および負極の間に、セパレータとしてポリプロピレン樹脂からなる矩形状シート(27×32mm、厚さ25μm)を挟装して極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに電解液を注入した。電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)をEC:DEC=3:7(体積比)で混合した溶媒にLiPF6を1モル/Lとなるよう溶解した溶液を用いた。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉されたラミネート型リチウムイオン二次電池を得た。なお、正極および負極は外部と電気的に接続可能なタブを備え、このタブの一部はラミネート型リチウムイオン二次電池の外側に延出している。 A laminate type lithium ion secondary battery was manufactured using the positive electrode and the negative electrode. Specifically, a rectangular sheet (27 × 32 mm, thickness 25 μm) made of polypropylene resin as a separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode plate group. The electrode plate group was covered with a set of two laminated films, and the three sides were sealed, and then an electrolyte solution was injected into the bag-like laminated film. As the electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 was dissolved at 1 mol / L in a solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at EC: DEC = 3: 7 (volume ratio) was used. Thereafter, the remaining one side was sealed to obtain a laminate type lithium ion secondary battery in which the four sides were hermetically sealed and the electrode plate group and the electrolyte were sealed. Note that the positive electrode and the negative electrode have a tab that can be electrically connected to the outside, and a part of the tab extends to the outside of the laminated lithium ion secondary battery.

以上の工程で、実施例4のラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。   Through the above steps, a laminate type lithium ion secondary battery of Example 4 was produced.

(実施例5)
実施例1の活物質に替えて、実施例2の活物質を採用した以外は、実施例4と同様の方法で、実施例5のラミネート型リチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 5)
A laminated lithium ion secondary battery of Example 5 was produced in the same manner as in Example 4 except that the active material of Example 2 was adopted instead of the active material of Example 1.

(比較例1)
活物質として、市販のLiNi5/10Co2/10Mn3/10を用いた以外は、実施例4と同様の方法で、比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A laminated lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 4 except that commercially available LiNi 5/10 Co 2/10 Mn 3/10 O 2 was used as the active material.

<評価例1>活物質の分析
実施例1の活物質の活物質1次粒子につき、イオンスライサー(EM−09100IS、日本電子株式会社製)を用いたArイオンミリング法にて断面を形成させ、該断面を、高角度散乱環状暗視野走査透過電子顕微鏡(HAADF−STEM):JEM−ARM200F(JEOL:日本電子株式会社製)を用い、球面収差補正を行いつつ、加速電圧200kVにて測定した。得られたHAADF−STEM像を図6に示す。図6のHAADF−STEM像では、結晶方位が異なることを示す結晶粒界が観察されなかった。
<Evaluation example 1> Analysis of active material About the active material primary particle of the active material of Example 1, a cross section is formed by an Ar ion milling method using an ion slicer (EM-09100IS, manufactured by JEOL Ltd.). The cross section was measured at an acceleration voltage of 200 kV while performing spherical aberration correction using a high angle scattering annular dark field scanning transmission electron microscope (HAADF-STEM): JEM-ARM200F (JEOL: manufactured by JEOL Ltd.). The obtained HAADF-STEM image is shown in FIG. In the HAADF-STEM image of FIG. 6, no crystal grain boundary indicating that the crystal orientation is different was observed.

上記と同じ活物質1次粒子の断面に対し、走査透過型電子顕微鏡とエネルギー分散型X線分光分析装置を組み合わせたSTEM−EDXを用い、Co、Mnを測定対象として分析を行った。図7に、STEM−EDXで得られたCo、Mnの元素マップと、上記HAADF−STEM像とを重ね合わせた図を示す。さらに、各組成部を実線で区分した図を図8に示す。図8にて実線で区分した組成部は、上から順に、第2組成部、第1組成部、第2組成部、第1組成部、第2組成部である。   The cross section of the same primary particles of the active material as described above was analyzed using STEM-EDX in which a scanning transmission electron microscope and an energy dispersive X-ray spectrometer were combined, with Co and Mn as measurement targets. FIG. 7 shows a diagram in which the element maps of Co and Mn obtained by STEM-EDX and the HAADF-STEM image are superimposed. Furthermore, the figure which divided each composition part with the continuous line is shown in FIG. The composition parts divided by a solid line in FIG. 8 are, in order from the top, the second composition part, the first composition part, the second composition part, the first composition part, and the second composition part.

上記と同じ活物質1次粒子の断面を、低角度散乱環状暗視野走査透過電子顕微鏡(LAADF−STEM)で測定した。LAADF−STEM像はHAADF−STEM像と比較して、回折コントラストを鮮明に表示し、結晶に内在する歪みを可視化できる。得られたLAADF−STEM像を図9に示す。図9には、図6では観察されなかった白線が観察された。この粒子中央を横切る白線箇所は、第2組成部と第1組成部の界面箇所に該当する。   The cross section of the same primary particle of the active material as above was measured with a low angle scattering annular dark field scanning transmission electron microscope (LAADF-STEM). Compared with the HAADF-STEM image, the LAADF-STEM image can clearly display the diffraction contrast and visualize the distortion inherent in the crystal. The obtained LAADF-STEM image is shown in FIG. In FIG. 9, white lines that were not observed in FIG. 6 were observed. The white line portion that crosses the center of the particle corresponds to the interface portion between the second composition part and the first composition part.

上記と同じ活物質1次粒子の断面を、明視野走査透過電子顕微鏡(BF−STEM)で測定した。得られたBF−STEM像を図10に示す。図10のBF−STEM像において、縦方向が方位<0001>であり、横方向が方位<11−20>である。なお、<11−20>において、「−2」は上線を付した2を表したものである。図10の像と図9の像は、像のコントラストが反転関係にあり、図9で初めて確認された白線は図10では黒線で観察されている。   The cross section of the same active material primary particle as the above was measured with a bright field scanning transmission electron microscope (BF-STEM). The obtained BF-STEM image is shown in FIG. In the BF-STEM image of FIG. 10, the vertical direction is the orientation <0001>, and the horizontal direction is the orientation <11-20>. In <11-20>, “−2” represents 2 with an overline. The image of FIG. 10 and the image of FIG. 9 are in the relationship of reversal of the image contrast, and the white line first confirmed in FIG. 9 is observed as a black line in FIG.

続いて、図10のBF−STEM像において、中央を横切る黒線箇所を、環状明視野走査透過電子顕微鏡(ABF−STEM)で測定した。この黒線箇所は、第2組成部と第1組成部の界面箇所に該当する。得られたABF−STEM像を図11に示す。比較対照として、第1組成部の中央付近を環状明視野走査透過電子顕微鏡で測定したABF−STEM像を図12に示す。   Subsequently, in the BF-STEM image of FIG. 10, the black line portion crossing the center was measured with an annular bright field scanning transmission electron microscope (ABF-STEM). This black line location corresponds to the interface location between the second composition part and the first composition part. The obtained ABF-STEM image is shown in FIG. As a comparison, FIG. 12 shows an ABF-STEM image obtained by measuring the vicinity of the center of the first composition part with an annular bright-field scanning transmission electron microscope.

図11及び図12において、各斑点は元素を示し、横方向の斑点層が元素層を示す。そして、最も濃い黒斑点層は遷移金属層を示す。図11及び図12の各像は、最も濃い黒斑点層である遷移金属層、以下、縦方向に、酸素層、リチウム層、酸素層、遷移金属層の順に規則的に繰り返されていることがわかる。図11と図12を詳細に観察し比較すると、図12では各元素で構成される層が一直線状に乱れなく配列しているのに対し、図11の各層はごく僅かな配列の乱れを有するのがわかる。しかしながら、図7及び図8で確認されたように組成が切り替わる部分であるにも関わらず、図11の周期的な元素配列に特段の境界が観察されなかった。これは、図11の像が、単一の結晶構造であることを意味する。つまり、活物質1次粒子の第2組成部と第1組成部の界面箇所は、結晶格子の観点からは他の箇所と実質的に差異を生じず、遷移金属の組成のみが切り替わる箇所であることを意味する。図11に結晶の境界を示す像が観察されなかったことから、図9及び図10で新たに観察された回折コントラストによる線は、結晶粒を示すものではなく、活物質1次粒子のごく僅かな配列の乱れが像となって観察されたものと考えられ、その原因は、組成の切り替わりに因り発生する歪みにあると推察される。   In FIG.11 and FIG.12, each spot shows an element and the spot layer of a horizontal direction shows an element layer. And the darkest black spot layer shows a transition metal layer. Each image in FIG. 11 and FIG. 12 is regularly repeated in the order of the transition metal layer, which is the darkest black spot layer, hereinafter, the oxygen layer, the lithium layer, the oxygen layer, and the transition metal layer in the vertical direction. Recognize. When FIG. 11 and FIG. 12 are observed and compared in detail, in FIG. 12, the layers composed of each element are arranged in a straight line without any disturbance, whereas each layer in FIG. 11 has a very slight arrangement disturbance. I understand. However, no special boundary was observed in the periodic element arrangement of FIG. 11 despite the fact that the composition was switched as confirmed in FIGS. This means that the image of FIG. 11 has a single crystal structure. That is, the interface part between the second composition part and the first composition part of the primary particles of the active material is a place where only the transition metal composition is switched without substantially different from other parts from the viewpoint of the crystal lattice. Means that. Since no image showing the boundary of the crystal was observed in FIG. 11, the newly observed line due to the diffraction contrast in FIGS. 9 and 10 does not indicate a crystal grain, but a very small amount of primary particles of the active material. It is thought that the disorder of the arrangement was observed as an image, and the cause is presumed to be the distortion generated due to the composition change.

図6〜図12で示した結果から、第1組成部及び第2組成部からなる活物質1次粒子は、組成が部分的に異なる箇所があるものの、あたかも単結晶のような状態を示す単一の結晶構造体であることが裏付けられた。   From the results shown in FIGS. 6 to 12, the active material primary particles composed of the first composition part and the second composition part have single parts that appear as if they are single crystals, although there are portions where the compositions are partially different. It was confirmed that it was a single crystal structure.

また、活物質1次粒子の断面に対し、STEM−EDXを用い、Zrを測定対象として分析を行った。その結果、粒子の内部側と比較して表層側に高濃度でZrが存在することが確認できた。   In addition, the cross section of the primary particles of the active material was analyzed using STEM-EDX and Zr as a measurement target. As a result, it was confirmed that Zr was present at a higher concentration on the surface layer side than on the inner side of the particles.

<評価例2>リチウムイオン二次電池の評価
実施例4、5、比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池につき、以下の試験を行った。測定する電池に対し、25℃、0.33Cレート、電圧4.5VでCCCV充電(定電流定電圧充電)し、そして、電圧3.0V、0.33CレートでCC放電(定電流放電)を行ったときの放電容量を測定した。この放電容量を初期容量とした。
<Evaluation Example 2> Evaluation of Lithium Ion Secondary Battery The following tests were conducted on the laminated lithium ion secondary batteries of Examples 4 and 5 and Comparative Example 1. The battery to be measured is CCCV charged (constant current constant voltage charge) at 25 ° C., 0.33 C rate, voltage 4.5 V, and CC discharge (constant current discharge) is performed at voltage 3.0 V, 0.33 C rate. The discharge capacity as measured was measured. This discharge capacity was taken as the initial capacity.

さらに、60℃、1Cレート、電圧4.5VでCCCV充電(定電流定電圧充電)を行い、2.5時間保持後、電圧3.0V、1CレートでCC放電(定電流放電)を行う4.5V−3.0Vの充放電サイクルを、測定する電池に対して100サイクル及び200サイクル行い、その後、0.33Cレートでの放電容量を測定して、容量維持率を算出した。   Furthermore, CCCV charge (constant current constant voltage charge) is performed at 60 ° C., 1 C rate, voltage 4.5 V, and after 2.5 hours, CC discharge (constant current discharge) is performed at voltage 3.0 V, 1 C rate 4 A charge / discharge cycle of 0.5 V to 3.0 V was performed on the battery to be measured for 100 cycles and 200 cycles, and then the discharge capacity at the 0.33 C rate was measured to calculate the capacity retention rate.

容量維持率(%)は以下の式で求めた。
容量維持率(%)=100又は200サイクル後の放電容量/初期容量×100
なお、例えば1時間で放電する電流レートを1Cという。
The capacity retention rate (%) was obtained by the following formula.
Capacity maintenance rate (%) = 100 or discharge capacity after 200 cycles / initial capacity × 100
For example, the current rate for discharging in 1 hour is referred to as 1C.

結果を表2に示す。なお、試験結果はn=2の平均値である。   The results are shown in Table 2. The test result is an average value of n = 2.

実施例4、5のリチウムイオン二次電池は、比較例1のリチウムイオン二次電池と比較して、優れた容量維持率を示すことがわかる。これらの電池の容量維持率の差は、活物質の違いに基づくものである。本発明の活物質は劣化が抑制されることが実験で裏付けられた。また、本発明の活物質は、一般式においてDで表されるドープ元素の存在に因り、より好適なものとなることが実験で裏付けられた。   It can be seen that the lithium ion secondary batteries of Examples 4 and 5 show an excellent capacity retention rate as compared with the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1. The difference in capacity retention rate of these batteries is based on the difference in active materials. Experiments have confirmed that deterioration of the active material of the present invention is suppressed. In addition, it has been experimentally confirmed that the active material of the present invention is more suitable due to the presence of the doping element represented by D in the general formula.

1:第1水溶液、11:第1粒子核、12:第1の1次粒子、
2:第2水溶液、21:第2粒子核、22:第2の1次粒子、
3:塩基性水溶液、
4:第1の1次粒子及び第2の1次粒子が互いに結合した結合粒子
1: first aqueous solution, 11: first particle nucleus, 12: first primary particle,
2: second aqueous solution, 21: second particle nucleus, 22: second primary particle,
3: Basic aqueous solution,
4: A bonded particle in which the first primary particle and the second primary particle are bonded to each other.

Claims (6)

一般式:LiaNibCocMndDeOf(0.2≦a1≦1.5、b1+c1+d1+e1=1、0≦e1<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f1≦2.1)で表される第1組成部と、一般式:Lia2Nib2Coc2Mnd2e2f2(0.2≦a2≦1.5、b2+c2+d2+e2=1、0≦e2<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f2≦2.1、ただし少なくともc2<c1又はd2>d1のいずれかを満足する)で表される第2組成部を有する活物質であって、
前記第1組成部と前記第2組成部が非局在化していることを特徴とする活物質。
General formula: Lia 1 Nib 1 Coc 1 Mnd 1 De 1 Of 1 (0.2 ≦ a1 ≦ 1.5, b1 + c1 + d1 + e1 = 1, 0 ≦ e1 <1, D is Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, At least one element selected from Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, and Rf, 1.7 ≦ f1 ≦ 2.1 ) And a general formula: Li a2 Ni b2 Co c2 Mn d2 D e2 O f2 (0.2 ≦ a2 ≦ 1.5, b2 + c2 + d2 + e2 = 1, 0 ≦ e2 <1, D is Fe , Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, Rf Element, 1.7 ≦ f2 ≦ 2.1, but at least c2 <c Or an active material having a second composition unit represented by d2> d1 satisfies either),
The active material, wherein the first composition part and the second composition part are delocalized.
一般式:LiaNibCocMndDeOf(0.2≦a1≦1.5、b1+c1+d1+e1=1、0≦e1<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f1≦2.1)で表される第1組成部と、一般式:Lia2Nib2Coc2Mnd2e2f2(0.2≦a2≦1.5、b2+c2+d2+e2=1、0≦e2<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、Zr、S、Si、Na、K、Al、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Hf、Rfから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f2≦2.1、ただし少なくともc2<c1又はd2>d1のいずれかを満足する)で表される第2組成部を有する活物質であって、
前記第1組成部及び前記第2組成部が単一の結晶構造体としての活物質1次粒子を形成していることを特徴とする活物質。
General formula: Lia 1 Nib 1 Coc 1 Mnd 1 De 1 Of 1 (0.2 ≦ a1 ≦ 1.5, b1 + c1 + d1 + e1 = 1, 0 ≦ e1 <1, D is Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, At least one element selected from Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, and Rf, 1.7 ≦ f1 ≦ 2.1 ) And a general formula: Li a2 Ni b2 Co c2 Mn d2 D e2 O f2 (0.2 ≦ a2 ≦ 1.5, b2 + c2 + d2 + e2 = 1, 0 ≦ e2 <1, D is Fe , Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, Zr, S, Si, Na, K, Al, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Hf, Rf Element, 1.7 ≦ f2 ≦ 2.1, but at least c2 <c Or an active material having a second composition unit represented by d2> d1 satisfies either),
An active material, wherein the first composition part and the second composition part form primary particles of an active material as a single crystal structure.
前記第1組成部と前記第2組成部が非局在化しており、かつ、前記第1組成部及び前記第2組成部が単一の結晶構造体としての活物質1次粒子を形成していることを特徴とする請求項1又は2に記載の活物質。   The first composition part and the second composition part are delocalized, and the first composition part and the second composition part form active material primary particles as a single crystal structure. The active material according to claim 1 or 2, wherein a)ニッケル塩、コバルト塩及びマンガン塩を水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比がb3:c3:d3(b3+c3+d3=10)である第1水溶液を調製する工程
b)ニッケル塩、コバルト塩及びマンガン塩を水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比がb4:c4:d4(b4+c4+d4=10、ただし少なくともc4<c3又はd4>d3のいずれかを満足する)である第2水溶液を調製する工程、
c)塩基性水溶液を調製する工程
d)前記塩基性水溶液に前記第1水溶液及び前記第2水溶液を同時に供給し、ニッケル、コバルト及びマンガンをモル比b3:c3:d3で含む第1の1次粒子、並びに、ニッケル、コバルト及びマンガンをモル比b4:c4:d4で含む第2の1次粒子を形成させる工程
e)前記第1の1次粒子及び前記第2の1次粒子が互いに結合した結合粒子を形成させる工程
f)前記結合粒子及びリチウム塩を混合し、焼成する焼成工程
を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の活物質の製造方法。
a) Step of preparing a first aqueous solution in which nickel salt, cobalt salt and manganese salt are dissolved in water and the molar ratio of nickel, cobalt and manganese is b3: c3: d3 (b3 + c3 + d3 = 10) b) Nickel salt, cobalt A second aqueous solution in which a salt and a manganese salt are dissolved in water and the molar ratio of nickel, cobalt and manganese is b4: c4: d4 (b4 + c4 + d4 = 10, but at least satisfies either c4 <c3 or d4> d3) The step of preparing,
c) Step of preparing a basic aqueous solution d) First primary solution containing nickel, cobalt and manganese in a molar ratio b3: c3: d3 simultaneously supplying the first aqueous solution and the second aqueous solution to the basic aqueous solution. A step of forming particles and second primary particles comprising nickel, cobalt and manganese in a molar ratio of b4: c4: d4; e) the first primary particles and the second primary particles bonded together; The process of forming a coupling | bonding particle f) The manufacturing method of the active material in any one of Claims 1-3 including the baking process which mixes the said coupling | bonding particle and lithium salt, and bakes.
a)ニッケル塩、コバルト塩及びマンガン塩を水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比がb3:c3:d3(b3+c3+d3=10)である第1水溶液を調製する工程
b)ニッケル塩、コバルト塩及びマンガン塩を水に溶解し、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比がb4:c4:d4(b4+c4+d4=10、ただし少なくともc4<c3又はd4>d3のいずれかを満足する)である第2水溶液を調製する工程
c)塩基性水溶液を調製する工程
g)前記塩基性水溶液に前記第1水溶液を供給し、ニッケル、コバルト及びマンガンをモル比b3:c3:d3で含む第1の1次粒子を形成させる工程
h)前記第1の1次粒子を加熱し、第1脱水物とする工程
i)前記塩基性水溶液に前記第2水溶液を供給し、ニッケル、コバルト及びマンガンをモル比b4:c4:d4で含む第2の1次粒子を形成させる工程
j)前記第2の1次粒子を加熱し、第2脱水物とする工程
k)粒子複合化装置にて、前記第1脱水物及び前記第2脱水物を混合し、前記第1脱水物及び前記第2脱水物が互いに結合した脱水結合粒子を製造する工程
l)前記脱水結合粒子及びリチウム塩を混合し、焼成する焼成工程
を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の活物質の製造方法。
a) Step of preparing a first aqueous solution in which nickel salt, cobalt salt and manganese salt are dissolved in water and the molar ratio of nickel, cobalt and manganese is b3: c3: d3 (b3 + c3 + d3 = 10) b) Nickel salt, cobalt A second aqueous solution in which a salt and a manganese salt are dissolved in water and the molar ratio of nickel, cobalt and manganese is b4: c4: d4 (b4 + c4 + d4 = 10, but at least satisfies either c4 <c3 or d4> d3) C) Step of preparing a basic aqueous solution g) The first aqueous solution is supplied to the basic aqueous solution, and first primary particles containing nickel, cobalt and manganese in a molar ratio b3: c3: d3 are provided. Forming step h) heating the first primary particles to form a first dehydrated product i) supplying the second aqueous solution to the basic aqueous solution; J) a step of forming second primary particles containing ru, cobalt and manganese in a molar ratio of b4: c4: d4 j) a step of heating the second primary particles to form a second dehydrated k) particle composite In the apparatus, the first dehydrated product and the second dehydrated product are mixed to produce dehydrated bonded particles in which the first dehydrated product and the second dehydrated product are bonded to each other. L) The dehydrated bonded particles and lithium salt The manufacturing method of the active material in any one of Claims 1-3 including the baking process which mixes and bakes.
請求項1〜3に記載の活物質又は請求項4〜5に記載の製造方法で得られる活物質を具備するリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery which comprises the active material of the active material of Claims 1-3, or the active material obtained by the manufacturing method of Claims 4-5.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3641024A1 (en) 2018-10-18 2020-04-22 SK Innovation Co., Ltd. Lithium secondary battery
CN112701258A (en) * 2019-10-23 2021-04-23 美商映能量公司 Multilayer cathode with nickel gradient

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013517599A (en) * 2010-01-14 2013-05-16 株式会社エコプロ Positive electrode active material precursor for lithium secondary battery having concentration gradient layer using batch reactor (BATCHREACTOR), method for producing positive electrode active material, and positive electrode active material precursor for lithium secondary battery produced thereby , Cathode active material
JP2013182782A (en) * 2012-03-01 2013-09-12 Gs Yuasa Corp Active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method thereof, electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2014063669A (en) * 2012-09-21 2014-04-10 Nichia Chem Ind Ltd Method for manufacturing positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013517599A (en) * 2010-01-14 2013-05-16 株式会社エコプロ Positive electrode active material precursor for lithium secondary battery having concentration gradient layer using batch reactor (BATCHREACTOR), method for producing positive electrode active material, and positive electrode active material precursor for lithium secondary battery produced thereby , Cathode active material
JP2013182782A (en) * 2012-03-01 2013-09-12 Gs Yuasa Corp Active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method thereof, electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2014063669A (en) * 2012-09-21 2014-04-10 Nichia Chem Ind Ltd Method for manufacturing positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3641024A1 (en) 2018-10-18 2020-04-22 SK Innovation Co., Ltd. Lithium secondary battery
US11646404B2 (en) 2018-10-18 2023-05-09 Sk On Co., Ltd. Lithium secondary battery
CN112701258A (en) * 2019-10-23 2021-04-23 美商映能量公司 Multilayer cathode with nickel gradient

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