JP2016081626A - Cathode active material for nonaqueous secondary battery, manufacturing method thereof, cathode for nonaqueous secondary battery, nonaqueous secondary battery and on-vehicle nonaqueous secondary battery module - Google Patents

Cathode active material for nonaqueous secondary battery, manufacturing method thereof, cathode for nonaqueous secondary battery, nonaqueous secondary battery and on-vehicle nonaqueous secondary battery module Download PDF

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崇 中林
Takashi Nakabayashi
崇 中林
秀一 高野
Shuichi Takano
秀一 高野
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Akira Gunji
章 軍司
達哉 遠山
Tatsuya Toyama
達哉 遠山
孝亮 馮
Hyo-Ryang Pung
孝亮 馮
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Sho Furutsuki
翔 古月
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高橋  心
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cathode active material for nonaqueous secondary battery capable of obtaining high capacity at an atmospheric temperature by suppressing cycle deterioration, a nonaqueous secondary battery and on-vehicle nonaqueous secondary battery module.SOLUTION: The cathode active material for nonaqueous secondary battery comprises an internal part 1, an intermediate part 2 which is provided on a surface of the internal part, and a surface part 3 which is provided on a surface of the intermediate part. The surface part 3, the intermediate part 2 and the internal part have different compositions, contain Ni and Mn, comprise a layered structure and include particles for which an atomic concentration Cs of Ni in the surface part 3, an atomic concentration Cm of Ni in the intermediate part 2 and an atomic concentration Cc of Ni in the internal part satisfy the relation of Cs<Cm<Cc and a concentration gradient Gs of the atomic concentration of Ni in the surface part 3 and a concentration gradient Gm of the atomic concentration of Ni in the intermediate part 2 satisfy the relation of Gs<Gm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、非水系二次電池用正極活物質、その製造方法、非水系二次電池用正極、非水系二次電池及び車載用非水系二次電池モジュールに関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery, a method for producing the same, a positive electrode for a non-aqueous secondary battery, a non-aqueous secondary battery, and an on-vehicle non-aqueous secondary battery module.

非水系電解質が電極間の電気伝導を媒介する非水系二次電池の一種として、リチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、充放電反応における電極間の電気伝導をリチウムイオンが担う二次電池であり、ニッケル・水素蓄電池やニッケル・カドミウム蓄電池等の他の二次電池と比較して、エネルギー密度が高く、メモリ効果が小さいといった特徴を有している。そのため、携帯電子機器、家庭用電気機器等の小型電源から、電力貯蔵装置、無停電電源装置、電力平準化装置等の定置用電源や、船舶、鉄道、ハイブリット自動車、電気自動車等の駆動電源等の中型・大型電源に至るまでその用途が拡大しており、電池性能のさらなる向上が求められている。例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車載用途においては、航続距離の長距離化を実現する高エネルギー密度化が要求されている。   One type of non-aqueous secondary battery in which a non-aqueous electrolyte mediates electrical conduction between electrodes is a lithium ion secondary battery. A lithium ion secondary battery is a secondary battery in which lithium ions are responsible for electrical conduction between electrodes in charge and discharge reactions. Compared to other secondary batteries such as nickel-hydrogen storage batteries and nickel-cadmium storage batteries, the energy density Is high and the memory effect is small. Therefore, from small power sources such as portable electronic devices and household electric devices, stationary power sources such as power storage devices, uninterruptible power supply devices, power leveling devices, drive power sources for ships, railways, hybrid vehicles, electric vehicles, etc. Applications are expanding to medium and large power supplies, and further improvements in battery performance are required. For example, in in-vehicle applications such as hybrid vehicles and electric vehicles, high energy density is required to realize a long cruising range.

このような要請に応じて、α−NaFeO型層状構造を有するLiMO(Mは、Ni、Co、Mn等の元素を示す)正極活物質は高い充放電容量を有するため開発が鋭意進められている。その一方で、層状正極活物質は、充放電サイクル特性が劣化する(以下、サイクル劣化と記す)という特徴がある。そこで、層状正極活物質の充放電サイクル特性(以下、サイクル特性と記す)を、正極活物質の表面近傍と内部の元素濃度比を変えることによって改善する技術が提案されている。 In response to such demands, LiMO 2 (M represents an element such as Ni, Co, Mn, etc.) positive electrode active material having an α-NaFeO 2 type layered structure has a high charge / discharge capacity, and thus has been intensively developed. ing. On the other hand, the layered positive electrode active material is characterized in that charge / discharge cycle characteristics deteriorate (hereinafter referred to as cycle deterioration). Therefore, a technique has been proposed for improving the charge / discharge cycle characteristics (hereinafter referred to as cycle characteristics) of the layered positive electrode active material by changing the element concentration ratio between the vicinity of the surface of the positive electrode active material and the inside.

例えば、特許文献1には、高電位でのサイクル劣化を抑制された複合粒子であって、複合粒子のそれぞれが、O3結晶構造を有する層状リチウム金属酸化物を含むコアであって、前記コアは、前記複合粒子の原子の総モルに対して、30〜85モルパーセントの前記複合粒子を含むコアと、前記コアを取り囲むO3結晶構造を有するシェル層であって、酸素欠損を有する層状リチウム金属酸化物を含むシェル層とを含む複合粒子が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses composite particles in which cycle deterioration at a high potential is suppressed, each of the composite particles including a layered lithium metal oxide having an O3 crystal structure, And a core layer containing 30 to 85 mole percent of the composite particles with respect to the total moles of atoms of the composite particles, and a shell layer having an O3 crystal structure surrounding the core, and a layered lithium metal oxide having an oxygen deficiency Composite particles comprising a shell layer comprising an article are disclosed.

また、特許文献2には、サイクル劣化を抑制された内部バルク部と前記内部バルク部を囲む外部バルク部を含み、前記外部バルク部と内部バルク部との接する境界面から活物質表面に金属組成が連続的な濃度勾配で存在することを特徴とするリチウム電池用正極活物質が開示されている。   Patent Document 2 includes an internal bulk portion in which cycle deterioration is suppressed and an external bulk portion surrounding the internal bulk portion, and a metal composition is formed on the active material surface from a boundary surface between the external bulk portion and the internal bulk portion. Is present in a continuous concentration gradient. A positive electrode active material for a lithium battery is disclosed.

特表2014−505992号公報Special table 2014-505992 gazette 特表2009−525578号公報Special table 2009-525578

特許文献1に開示されているように、正極活物質のシェル層に酸素欠損を有することで高電位(電池電圧で4.5V(vs.Li/Li)、正極単極で4.6V(vs.Li/Li)まで利用する場合でのサイクル劣化が抑制されるが、低電位(電池電圧で4.3V(vs.Li/Li)以下、正極単極で4.4V(vs.Li/Li)以下)まで利用する場合の考慮がなされていない。また、50℃では高容量が得られるが、常温では低容量であるという問題もある。また、特許文献2に開示される技術によれば、サイクル劣化を抑制することができると考えられるが、外部バルク部の割合を大きくする必要があり容量が不十分となる可能性がある。 As disclosed in Patent Document 1, the shell layer of the positive electrode active material has oxygen vacancies so that a high potential (4.5 V (vs. Li / Li + ) at the battery voltage, 4.6 V at the positive electrode single electrode ( Although the cycle deterioration in the case of using up to vs. Li / Li + ) is suppressed, the low potential (battery voltage is 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less, the positive electrode single electrode is 4.4 V (vs. Li / Li + ) or less) is not taken into consideration.Also, a high capacity is obtained at 50 ° C., but there is a problem that the capacity is low at room temperature. According to the technology, it is considered that cycle deterioration can be suppressed, but it is necessary to increase the ratio of the external bulk portion, and the capacity may be insufficient.

そこで、低電位(電池電圧で4.3V(vs.Li/Li)以下、正極単極で4.4V(vs.Li/Li)以下)まで利用する場合においてもサイクル劣化が抑制され、常温においても高容量を得ることができる非水系二次電池が求められている。本発明の課題は、高電位までの利用においても、低電位までの利用においてもサイクル劣化が抑制され、常温においても高容量な非水系二次電池用正極活物質、その製造方法、非水系二次電池用正極、非水系二次電池及び車載用非水系二次電池モジュールを提供することにある。 Therefore, even when the battery is used at a low potential (battery voltage of 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less, and positive electrode single electrode of 4.4 V (vs. Li / Li + ) or less), cycle deterioration is suppressed. There is a demand for non-aqueous secondary batteries capable of obtaining a high capacity even at room temperature. It is an object of the present invention to provide a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery that has a high capacity even at room temperature, in which the cycle deterioration is suppressed both in the use up to a high potential and in the use up to a low potential. The object is to provide a positive electrode for a secondary battery, a non-aqueous secondary battery, and a non-aqueous secondary battery module for vehicle use.

前記課題を解決するために、本発明の非水系二次電池用正極活物質は、内部と、内部の表面に設けられた中間部と、中間部の表面に設けられた表面部とを備え、表面部と中間部と内部は、それぞれ組成が異なり、Ni及びMnを含有し、層状構造を備え、表面部のNiの原子濃度Cs、中間部のNiの原子濃度Cm、内部のNiの原子濃度CcがCs<Cm<Ccであり、表面部のNiの原子濃度の濃度勾配Gs、中間部のNiの原子濃度の濃度勾配GmがGs<Gmである粒子を含むことを特徴とする。当該粒子を一次粒子とし、これらの一次粒子が凝集した二次粒子としてもよく、二次粒子の表面近傍の一次粒子の全部又は一部を前記の粒子としてもよい。   In order to solve the above problems, a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery of the present invention includes an inside, an intermediate portion provided on the inner surface, and a surface portion provided on the surface of the intermediate portion, The surface part, the intermediate part, and the inside are different in composition, contain Ni and Mn, and have a layered structure. The surface part Ni atomic concentration Cs, the intermediate Ni atomic concentration Cm, and the internal Ni atomic concentration Cc is Cs <Cm <Cc, and the particles include particles having a concentration gradient Gs of Ni atomic concentration in the surface portion and a concentration gradient Gm of Ni atomic concentration in the middle portion satisfying Gs <Gm. The particles may be primary particles, secondary particles obtained by agglomerating these primary particles, or all or part of the primary particles in the vicinity of the surface of the secondary particles may be the particles.

また、前記目的を達成するため、本発明の非水系二次電池用正極活物質の製造方法は、遷移金属の化合物とLi化合物を混合し、遷移金属の化合物とLi化合物の混合物を仮焼成し、得られた仮焼成体を本焼成して、Li、Ni及びMnを含む前駆体1を製造する工程と、遷移金属の化合物とLi化合物を混合し、遷移金属の化合物とLi化合物の混合物を焼成して、前駆体1より微粒であり、前駆体1よりNiの原子濃度が低い前駆体2を製造する工程と、前駆体1と前駆体2を混合し、前駆体1と前駆体2の混合物を熱処理する工程とを含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery according to the present invention includes mixing a transition metal compound and a Li compound, and pre-baking a mixture of the transition metal compound and the Li compound. The main calcined body thus obtained is calcined to produce the precursor 1 containing Li, Ni and Mn, the transition metal compound and the Li compound are mixed, and the mixture of the transition metal compound and the Li compound is mixed. The process of baking and manufacturing the precursor 2 which is finer than the precursor 1 and whose atomic concentration of Ni is lower than the precursor 1 is mixed, and the precursor 1 and the precursor 2 are mixed. And a step of heat-treating the mixture.

また、本発明の非水系二次電池用正極は、前記の非水系二次電池用正極活物質を含むことを特徴とする。   Moreover, the positive electrode for nonaqueous secondary batteries of this invention is characterized by including the said positive electrode active material for nonaqueous secondary batteries.

また、本発明の非水系二次電池は、前記の非水系二次電池用正極を備えることを特徴とする。   Moreover, the non-aqueous secondary battery of this invention is provided with the said positive electrode for non-aqueous secondary batteries.

また、本発明の車載用非水系二次電池モジュールは、前記の非水系二次電池を備えることを特徴とする。   Moreover, the vehicle-mounted non-aqueous secondary battery module of this invention is provided with the said non-aqueous secondary battery.

本発明によれば、サイクル劣化が抑制され、高容量である非水系二次電池用正極活物質、その製造方法、非水系二次電池用正極、非水系二次電池及び車載用非水系二次電池モジュールを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, cycle deterioration is suppressed and the positive electrode active material for nonaqueous secondary batteries which is high capacity, its manufacturing method, the positive electrode for nonaqueous secondary batteries, a nonaqueous secondary battery, and a vehicle-mounted nonaqueous secondary battery A battery module can be provided.

前記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.

非水系二次電池用正極活物質一次粒子の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the positive electrode active material primary particle for non-aqueous secondary batteries. 非水系二次電池用正極活物質一次粒子の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the positive electrode active material primary particle for non-aqueous secondary batteries. 非水系二次電池用正極活物質二次粒子の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the positive electrode active material secondary particle for non-aqueous secondary batteries. 非水系二次電池用正極活物質二次粒子の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the positive electrode active material secondary particle for non-aqueous secondary batteries. 非水系二次電池の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a non-aqueous secondary battery. 非水系二次電池用正極活物質の断面透過電子顕微鏡写真である。It is a cross-sectional transmission electron micrograph of the positive electrode active material for non-aqueous secondary batteries. 実施例1に係る非水系二次電池用正極活物質のTEM−EDX測定結果を示す図である。4 is a diagram showing a TEM-EDX measurement result of a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery according to Example 1. FIG. 実施例2に係る非水系二次電池用正極活物質のTEM−EDX測定結果を示す図である。It is a figure which shows the TEM-EDX measurement result of the positive electrode active material for non-aqueous secondary batteries which concerns on Example 2. FIG. 実施例3に係る非水系二次電池用正極活物質のTEM−EDX測定結果を示す図である。It is a figure which shows the TEM-EDX measurement result of the positive electrode active material for non-aqueous secondary batteries which concerns on Example 3. FIG.

以下に本発明の一実施形態に係る非水系二次電池用正極活物質、その製造方法、非水系二次電池用正極、非水系二次電池及び車載用非水系二次電池モジュールについて詳細に説明する。   Hereinafter, a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery, a manufacturing method thereof, a positive electrode for a non-aqueous secondary battery, a non-aqueous secondary battery, and an in-vehicle non-aqueous secondary battery module according to an embodiment of the present invention will be described in detail. To do.

1.正極活物質一次粒子
正極活物質一次粒子は、内部と、内部の表面に設けられた中間部と、中間部の表面に設けられた表面部とを備える。表面部と中間部と内部は、それぞれ組成が異なり、Ni及びMnを含有し、層状構造を備える化合物よりなる。表面部のNiの原子濃度Cs、中間部のNiの原子濃度Cm、内部のNiの原子濃度CcはCs<Cm<Ccである。表面部のNiの原子濃度の濃度勾配Gs、中間部のNiの原子濃度の濃度勾配GmはGs<Gmである。
1. Positive electrode active material primary particles The positive electrode active material primary particles include an inside, an intermediate portion provided on the surface of the inside, and a surface portion provided on the surface of the intermediate portion. The surface portion, the intermediate portion, and the inside have different compositions, and are made of a compound containing Ni and Mn and having a layered structure. The atomic concentration Cs of Ni in the surface portion, the atomic concentration Cm of Ni in the intermediate portion, and the atomic concentration Cc of Ni in the interior are Cs <Cm <Cc. The concentration gradient Gs of the atomic concentration of Ni in the surface portion and the concentration gradient Gm of the atomic concentration of Ni in the intermediate portion are Gs <Gm.

層状構造とは、結晶構造が層状であることを意味する。結晶構造は、例えば透過電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分光法(Transmission Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Detector;TEM-EDX)によって確認することができる。   The layered structure means that the crystal structure is a layered structure. The crystal structure can be confirmed by, for example, transmission electron microscope-energy dispersive X-ray detector (TEM-EDX).

正極活物質一次粒子の断面模式図を図1及び図2に示す。正極活物質一次粒子は、図1及び図2に示すように、内部1と、内部の表面に設けられた中間部2と、中間部の表面に設けられた表面部3とを備える粒子であり、図1に示すように、内部1の表面の全てに中間部2が設けられ、中間部2の表面の全てに表面部3が設けられていてもよいし、図2に示すように、内部1の表面の一部に中間部2と表面部3が設けられていてもよい。つまり、正極活物質一次粒子の表面に内部が露出している部分があってもよいし、表面部と内部が接している部分があってもよい。   1 and 2 show schematic cross-sectional views of the positive electrode active material primary particles. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the positive electrode active material primary particles are particles including an inner portion 1, an intermediate portion 2 provided on the inner surface, and a surface portion 3 provided on the surface of the intermediate portion. As shown in FIG. 1, the intermediate part 2 may be provided on all the surfaces of the inner part 1, and the surface part 3 may be provided on all the surfaces of the intermediate part 2, or as shown in FIG. The intermediate part 2 and the surface part 3 may be provided in a part of the surface of 1. That is, there may be a portion where the inside is exposed on the surface of the primary particle of the positive electrode active material, or there may be a portion where the surface portion is in contact with the inside.

正極活物質一次粒子の表面部と中間部と内部は以下のように定義する。TEM−EDX等により観察し無作為に選択した粒子において、TEM―EDXの線分析や、数nm〜10nm毎の点分析を行い、粒子の表面から中心に向かって200nm以内の距離に、Niの原子濃度が低下する濃度勾配がある場合、表面部は、粒子の最表面からNiの原子濃度が低下する濃度勾配がなくなる部位までであり、内部は、粒子の中心から、粒子の中心とNiの原子濃度の差が2mol%以内の部位までであり、中間部は、表面部と内部の間にある部位である。また、粒子の表面から中心に向かって200nm以内の距離に、Niの原子濃度が低下する濃度勾配がない場合は、表面部は、粒子の最表面から、最表面とNiの原子濃度の差が2mol%以内の部位までであり、内部は、粒子の中心から、粒子の中心とNiの原子濃度の差が2mol%以内の部位までであり、中間部は、表面部と内部の間にある部位である。ここで、Niの原子濃度が低下する濃度勾配がある場合とは、Niの原子濃度が低下する濃度勾配が0.2mol%/nmよりも大きくなる部分がある場合をいう。また、Niの原子濃度が低下する濃度勾配がなくなるとは、Niの原子濃度が低下する濃度勾配が0mol%/nm〜0.2mol%/nmである場合をいう。   The surface part, the intermediate part, and the inside of the positive electrode active material primary particles are defined as follows. For particles randomly selected by observation with TEM-EDX, etc., TEM-EDX line analysis and point analysis every few nm to 10 nm are performed. When there is a concentration gradient in which the atomic concentration decreases, the surface portion is from the outermost surface of the particle to a portion where the concentration gradient in which the atomic concentration of Ni decreases disappears, and the inside is from the center of the particle to the center of the particle and Ni. The difference in atomic concentration is up to a site within 2 mol%, and the intermediate part is a part between the surface part and the inside. In addition, when there is no concentration gradient in which the Ni atomic concentration decreases at a distance within 200 nm from the surface of the particle toward the center, the surface portion has a difference in atomic concentration between the outermost surface and the Ni from the outermost surface of the particle. The portion is within 2 mol%, the inside is from the center of the particle to the portion where the difference in atomic concentration between the center of the particle and Ni is within 2 mol%, and the intermediate portion is the portion between the surface portion and the inside It is. Here, the case where there is a concentration gradient in which the atomic concentration of Ni decreases means that there is a portion where the concentration gradient in which the atomic concentration of Ni decreases is greater than 0.2 mol% / nm. Further, the absence of the concentration gradient in which the Ni atomic concentration decreases means that the concentration gradient in which the Ni atomic concentration decreases is 0 mol% / nm to 0.2 mol% / nm.

正極活物質一次粒子は、表面部のNiの原子濃度Cs、中間部のNiの原子濃度Cm、内部のNiの原子濃度CcがCs<Cm<Ccである。これにより、正極活物質一次粒子は、Niの原子濃度が高い内部で高容量とし、Niの原子濃度が低い表面部でサイクル劣化を抑制することができる。Niの原子濃度とは、遷移金属原子中のNi原子の濃度である。   In the positive electrode active material primary particles, the atomic concentration Cs of Ni in the surface portion, the atomic concentration Cm of Ni in the intermediate portion, and the atomic concentration Cc of Ni in the interior are Cs <Cm <Cc. As a result, the primary particles of the positive electrode active material can have a high capacity in the interior where the atomic concentration of Ni is high, and the cycle deterioration can be suppressed at the surface portion where the atomic concentration of Ni is low. The atomic concentration of Ni is the concentration of Ni atoms in transition metal atoms.

表面部のNiの原子濃度Csは、例えば、5mol%〜90mol%である。中間部のNiの原子濃度Cmは、例えば、5mol%〜90mol%である。内部のNiの原子濃度Ccは、例えば、60mol%〜95mol%である。   The atomic concentration Cs of Ni in the surface portion is, for example, 5 mol% to 90 mol%. The atomic concentration Cm of Ni in the intermediate part is, for example, 5 mol% to 90 mol%. The atomic concentration Cc of Ni inside is, for example, 60 mol% to 95 mol%.

正極活物質一次粒子は、表面部のNiの原子濃度の濃度勾配Gs及び中間部のNiの原子濃度の濃度勾配Gmが、Gs<Gmである。表面部よりNiの原子濃度勾配が大きい中間層が内部と表面部の界面に介在することにより、表面部と内部の原子構造の差異を抑制し、Liイオンの移動をスムースとし、高容量を維持することができる。Niの原子濃度の濃度勾配とは、粒子の厚さ方向の変化(nm)に対するNiの原子濃度の変化(mol%)である。   In the primary particles of the positive electrode active material, the concentration gradient Gs of the atomic concentration of Ni in the surface portion and the concentration gradient Gm of the atomic concentration of Ni in the intermediate portion are Gs <Gm. An intermediate layer with a larger Ni atom concentration gradient than the surface part is interposed at the interface between the inside and the surface part, thereby suppressing the difference in the atomic structure between the surface part and the inside, smoothing the movement of Li ions, and maintaining a high capacity. can do. The concentration gradient of the atomic concentration of Ni is the change (mol%) of the atomic concentration of Ni with respect to the change (nm) in the thickness direction of the particles.

表面部のNiの原子濃度の濃度勾配Gsは、Niの原子濃度が、表面部の粒子表面側から中心側に向かって連続的に増加する勾配でもよいし、連続的に減少する勾配でもよい。Gsは0であってもよい。Gsは、例えば、0mol%/nm以上0.2mol%/nm未満である。中間部のNiの原子濃度の濃度勾配Gmは、Gm>0である。中間部では、Niの原子濃度は、表面部側から内部側にかけて、又は内部側から表面部側にかけて連続的に変化している。Gmは、好ましくは、Niの原子濃度が粒子表面側から中心側に向かって連続的に増加する勾配である。Gmは、例えば、0mol%/nmより大きく0.2mol%/nm以下である。内部のNiの原子濃度の濃度勾配は、特に限定されないが、通常、Gs及びGm以下となる。   The concentration gradient Gs of the atomic concentration of Ni in the surface portion may be a gradient in which the atomic concentration of Ni continuously increases from the particle surface side to the center side in the surface portion, or may be a gradient that continuously decreases. Gs may be 0. Gs is, for example, 0 mol% / nm or more and less than 0.2 mol% / nm. The concentration gradient Gm of the atomic concentration of Ni in the intermediate part is Gm> 0. In the intermediate portion, the atomic concentration of Ni continuously changes from the surface portion side to the inner side or from the inner side to the surface portion side. Gm is preferably a gradient in which the atomic concentration of Ni continuously increases from the particle surface side toward the center side. Gm is, for example, greater than 0 mol% / nm and not greater than 0.2 mol% / nm. The concentration gradient of the atomic concentration of Ni inside is not particularly limited, but is usually Gs and Gm or less.

中間部のNiの原子濃度の濃度勾配Gmの表面部のNiの原子濃度の濃度勾配Gsに対する比(Gm/Gs)が2以上であることが好ましく、Gm/Gsが4以上であることがさらに好ましい。Gm/Gsが2以上であると、中間部の厚さが薄くでき高容量な内部の割合を増やせ、高容量とすることができる。   The ratio (Gm / Gs) of the concentration gradient Gm of the atomic concentration of Ni in the intermediate portion to the concentration gradient Gs of the atomic concentration of Ni in the surface portion is preferably 2 or more, and Gm / Gs is further 4 or more. preferable. When Gm / Gs is 2 or more, the thickness of the intermediate portion can be reduced, the proportion of the high capacity inside can be increased, and the capacity can be increased.

表面部のNiの原子濃度の濃度勾配Gs、中間部のNiの原子濃度の濃度勾配Gmは、TEM−EDXにより観察し無作為に選択した粒子において、TEM―EDXの線分析や、数nm〜10nm毎の点分析を行い、表面部、中間部のNiの原子濃度の濃度勾配を計測して決定する。   The concentration gradient Gs of the atomic concentration of Ni in the surface portion and the concentration gradient Gm of the atomic concentration of Ni in the intermediate portion are measured by TEM-EDX line analysis or several nm Point analysis is performed every 10 nm, and the concentration gradient of the atomic concentration of Ni in the surface portion and the intermediate portion is measured and determined.

正極活物質一次粒子は、好ましくは、表面部のMnの原子濃度Cs(Mn)、中間部のMnの原子濃度Cm(Mn)、内部のMnの原子濃度Cc(Mn)がCs(Mn)>Cm(Mn)>Cc(Mn)である。これにより、正極活物質一次粒子を長寿命化することができる。Mnの原子濃度とは、遷移金属原子中のMn原子の濃度である。   The primary particles of the positive electrode active material preferably have an atomic concentration Cs (Mn) of Mn in the surface portion, an atomic concentration Cm (Mn) of Mn in the intermediate portion, and an atomic concentration Cc (Mn) of Mn in the inner portion Cs (Mn)> Cm (Mn)> Cc (Mn). Thereby, the life of the positive electrode active material primary particles can be extended. The atomic concentration of Mn is the concentration of Mn atom in the transition metal atom.

正極活物質一次粒子は、好ましくは、表面部のMnの原子濃度の濃度勾配Gs(Mn)及び中間部のMnの原子濃度の濃度勾配Gm(Mn)が、Gs(Mn)<Gm(Mn)である。中間部のMnの原子濃度の濃度勾配Gmは、好ましくは、Mnの原子濃度が、粒子の表面側から中心側に向かって減少する勾配である。Mnの原子濃度の濃度勾配は、前記のNiの原子濃度の濃度勾配と同様にして計測することができる。   The primary particles of the positive electrode active material preferably have a concentration gradient Gs (Mn) of atomic concentration of Mn in the surface portion and a concentration gradient Gm (Mn) of atomic concentration of Mn in the intermediate portion such that Gs (Mn) <Gm (Mn) It is. The concentration gradient Gm of the atomic concentration of Mn in the intermediate part is preferably a gradient in which the atomic concentration of Mn decreases from the surface side to the center side of the particle. The concentration gradient of Mn atomic concentration can be measured in the same manner as the concentration gradient of Ni atomic concentration.

正極活物質一次粒子の表面部、中間部、内部の組成式は、好ましくは、Li1+XNiMnCo2−Y[式中、Xは、−0.1≦X≦0.3を満たす数であり、Yは、−0.1≦Y≦0.1を満たす数であり、Aは、0.2≦A≦0.95を満たす数であり、Bは、0<B≦0.95を満たす数であり、Cは、0≦C≦0.6を満たす数であり、Mは、Mg、Al、Ti、Mo及びNbからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Dは、0≦D≦0.1を満たす数であり、A+B+C+D=1である]で表される。これにより、正極活物質一次粒子は高容量となり、かつ、サイクル劣化を抑制することができる。 The compositional formula of the surface part, the intermediate part, and the inside of the positive electrode active material primary particles is preferably Li 1 + X Ni A Mn B Co C M D O 2-Y [wherein X is −0.1 ≦ X ≦ 0. .3, Y is a number that satisfies −0.1 ≦ Y ≦ 0.1, A is a number that satisfies 0.2 ≦ A ≦ 0.95, and B is 0 < B ≦ 0.95, C is a number satisfying 0 ≦ C ≦ 0.6, and M is at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Mo and Nb. It is an element, and D is a number satisfying 0 ≦ D ≦ 0.1, and A + B + C + D = 1. Thereby, the positive electrode active material primary particles have a high capacity, and cycle deterioration can be suppressed.

正極活物質一次粒子の表面部、中間部、内部の組成は、TEM−EDXや、透過電子顕微鏡−電子エネルギー損失分光法(Transmission Electron Microscopy-Electron Energy Loss Spectroscopy;TEM-EELS)等で測定することができる。   The composition of the surface part, intermediate part, and internal part of the positive electrode active material primary particles should be measured by TEM-EDX, Transmission Electron Microscopy-Electron Energy Loss Spectroscopy (TEM-EELS), etc. Can do.

内部は、前記組成式において、Aが0.6≦A≦0.9であるとより高容量となり好ましい。また、内部は、前記組成式において、Bが0.05≦B≦0.3であることが好ましい。Bが0.05以上であるとサイクル劣化をより抑制でき、Bが0.3以下であるとより高容量となる。内部は、前記組成式において、Cが0.05≦C≦0.2であることが好ましい。Cが0.05以上であるとカチオンミキシングが抑制でき、より高容量となり、また、Cが0.2以下であると高価なCoの量が過大とならず、低コストとなる。   It is preferable that the inside has a higher capacity when A is 0.6 ≦ A ≦ 0.9 in the composition formula. Moreover, it is preferable that B is 0.05 <= B <= 0.3 in the said compositional formula inside. When B is 0.05 or more, cycle deterioration can be further suppressed, and when B is 0.3 or less, the capacity becomes higher. The inside is preferably such that C is 0.05 ≦ C ≦ 0.2 in the composition formula. When C is 0.05 or more, cation mixing can be suppressed and the capacity becomes higher, and when C is 0.2 or less, the amount of expensive Co is not excessive and the cost is low.

表面部は、前記組成式において、Xが0<X≦0.3であることが好ましい。Xが0<X≦0.3である、つまり、Li過剰組成となることで、高電位でのサイクル劣化をより抑制できる。ところで、Li濃度が高いと高電位でのサイクル劣化を抑制できるものの、レート特性が悪化する。そこで、前記正極活物質の表面部のLiの原子濃度が内部のLiの原子濃度よりも高いことが好ましい。Liの原子濃度とは、全原子中のLi原子の濃度である。Liの原子濃度が高い表面部で高電位でのサイクル劣化を抑制し、Liの原子濃度が低い内部でレート特性を維持し、レート特性を維持しつつ高電位でのサイクル劣化を抑制することができる。   The surface portion is preferably such that X is 0 <X ≦ 0.3 in the composition formula. When X is 0 <X ≦ 0.3, that is, the Li is excessive, cycle deterioration at a high potential can be further suppressed. By the way, if the Li concentration is high, cycle deterioration at a high potential can be suppressed, but the rate characteristics deteriorate. Therefore, it is preferable that the atomic concentration of Li in the surface portion of the positive electrode active material is higher than the atomic concentration of Li inside. The atomic concentration of Li is the concentration of Li atoms in all atoms. Suppresses cycle deterioration at a high potential at the surface portion where the atomic concentration of Li is high, maintains rate characteristics inside the low atomic concentration of Li, and suppresses cycle deterioration at a high potential while maintaining rate characteristics. it can.

正極活物質一次粒子の表面部、中間部及び内部のNi及びMnのモル比率は、それぞれ、求められる特性に応じて選択することができる。表面部のNi及びMnのモル比率は、例えば、Ni:Mn=7:20〜20:1、好ましくはNi:Mn=20:20〜20:2である。内部のNi及びMnのモル比率は、例えば、Ni:Mn=20:8〜20:1、好ましくはNi:Mn=20:7〜20:2である。   The molar ratio of Ni and Mn in the surface part, intermediate part and internal part of the positive electrode active material primary particles can be selected according to the required characteristics. The molar ratio of Ni and Mn on the surface is, for example, Ni: Mn = 7: 20 to 20: 1, preferably Ni: Mn = 20: 20 to 20: 2. The molar ratio of Ni and Mn inside is, for example, Ni: Mn = 20: 8 to 20: 1, preferably Ni: Mn = 20: 7 to 20: 2.

正極活物質一次粒子の表面部の厚さは20nm以上200nm以下であることが好ましい。表面部の厚さが20nm以上であるとサイクル劣化の抑制が十分となり、また、表面部の厚さが200nm以下であると高容量を担う内部の割合が十分であるため、高容量となる。   The thickness of the surface portion of the positive electrode active material primary particles is preferably 20 nm or more and 200 nm or less. When the thickness of the surface portion is 20 nm or more, the cycle deterioration is sufficiently suppressed, and when the thickness of the surface portion is 200 nm or less, the internal ratio that bears a high capacity is sufficient, so that the capacity becomes high.

正極活物質一次粒子の中間部の厚さは10nm以上100nm以下であることが好ましい。表面部の厚さが10nm以上であるとLiの移動がスムースであり、また、中間部の厚さが100nm以下であると高容量を担う内部の割合が十分であるため、高容量となる。   The thickness of the intermediate part of the positive electrode active material primary particles is preferably 10 nm or more and 100 nm or less. If the thickness of the surface portion is 10 nm or more, the movement of Li is smooth, and if the thickness of the intermediate portion is 100 nm or less, the ratio of the internal capacity that bears a high capacity is sufficient, resulting in a high capacity.

正極活物質一次粒子のメジアン径は、50nm以上2000nm以下であることが好ましい。正極活物質一次粒子のメジアン径が50nm未満であると、比表面積が大きくなり、つまり、解液との接触面積が大きくなりサイクル劣化が大きくなる。一方、正極活物質一次粒子のメジアン径が2000nmより大きくなるとLiイオンの拡散距離が長くなり、高抵抗となるなどし低容量となり好ましくない。   The median diameter of the positive electrode active material primary particles is preferably 50 nm or more and 2000 nm or less. When the median diameter of the primary particles of the positive electrode active material is less than 50 nm, the specific surface area increases, that is, the contact area with the liquid solution increases and cycle deterioration increases. On the other hand, if the median diameter of the primary particles of the positive electrode active material is larger than 2000 nm, the diffusion distance of Li ions becomes long and the resistance becomes low.

表面部、中間部の厚さは、例えば、透過型電子顕微鏡により観察し無作為に選択した粒子において、TEM―EDXの線分析や、数nm〜50nm毎の点分析を行い、表面部、中間部の厚さを計測して決定する。正極活物質一次粒子のメジアン径は、例えば、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて計測することができる。   The thickness of the surface portion and the intermediate portion can be determined by, for example, performing TEM-EDX line analysis or point analysis every several nm to 50 nm on particles randomly selected by observation with a transmission electron microscope. The thickness of the part is measured and determined. The median diameter of the primary particles of the positive electrode active material can be measured using, for example, a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus.

正極活物質一次粒子の内部の表面に表面部と中間部が形成されている割合である形成率は、80%以上であると、サイクル劣化を抑制できるため好ましい。   The formation rate, which is the ratio of the surface portion and the intermediate portion formed on the surface inside the primary particles of the positive electrode active material, is preferably 80% or more because cycle deterioration can be suppressed.

正極活物質の形成率は、例えば、以下のように測定することができる。無作為に選択した正極活物質一次粒子の表面の上下左右方向4箇所から中心に向かい表面から距離10nmの位置のNiの原子濃度をTEM−EDXにより測定し、中心部のNiの原子濃度より高い箇所の箇所数を、測定箇所の数で除し、100を乗じた値を形成率とする。   The formation rate of the positive electrode active material can be measured, for example, as follows. The atomic concentration of Ni at a distance of 10 nm from the surface is measured from 4 points in the vertical and horizontal directions on the surface of the randomly selected positive electrode active material primary particles toward the center by TEM-EDX, and is higher than the atomic concentration of Ni at the center. The number of places is divided by the number of places to be measured, and a value obtained by multiplying by 100 is taken as the formation rate.

一部でも正極活物質一次粒子の内部の表面に表面部と中間部が形成されている粒子の割合である形成粒子率は、50%以上であると、サイクル劣化を抑制できるため好ましい。   Even if a part of the positive electrode active material primary particles has a surface particle portion and a middle particle portion formed on the surface, the formed particle ratio is preferably 50% or more because cycle deterioration can be suppressed.

形成粒子率は、例えば、以下のように測定することができる。無作為に選択した正極活物質一次粒子の中心と、表面の上下左右方向4箇所から中心に向かい表面から距離10nmの位置のNiの原子濃度をTEM−EDXで測定し、表面から中心に向かい表面から距離10nmの位置のNiの原子濃度のうち一箇所でも中心のNiの原子濃度より高い粒子の数を、測定した粒子の数で除し、100を乗じた値を形成粒子率とする。   The formed particle ratio can be measured, for example, as follows. The atomic concentration of the primary particles of the positive electrode active material selected at random and the atomic concentration of Ni at a distance of 10 nm from the surface from four points in the vertical and horizontal directions of the surface are measured by TEM-EDX. The number of particles higher than the central atomic concentration of Ni at any one of the atomic concentrations of Ni at a distance of 10 nm from the center is divided by the number of measured particles, and a value obtained by multiplying by 100 is defined as the formed particle ratio.

2.正極活物質一次粒子の製造方法
正極活物質一次粒子は、遷移金属の化合物とLi化合物を混合し、遷移金属の化合物とLi化合物の混合物を仮焼成し、得られた仮焼成体を本焼成して、Li、Ni及びMnを含む前駆体1を製造する工程(工程1)と、遷移金属の化合物とLi化合物を混合し、遷移金属の化合物とLi化合物の混合物を焼成して、前駆体1より微粒であり、前駆体1よりNiの原子濃度が低い前駆体2を製造する工程(工程2)と、前駆体1と前駆体2を混合し、前駆体1と前駆体2の混合物を熱処理する工程(工程3)とを含む方法により製造することができる。得られる正極活物質一次粒子は、内部、中間部及び表面部の三層構造を有する。
2. Method for producing positive electrode active material primary particles The positive electrode active material primary particles are prepared by mixing a transition metal compound and a Li compound, pre-baking a mixture of the transition metal compound and the Li compound, and main baking the obtained pre-fired body. The precursor 1 containing Li, Ni, and Mn is manufactured (step 1), the transition metal compound and the Li compound are mixed, the mixture of the transition metal compound and the Li compound is baked, and the precursor 1 A step (step 2) for producing a precursor 2 that is finer and has a lower atomic concentration of Ni than the precursor 1, a mixture of the precursor 1 and the precursor 2, and a heat treatment of the mixture of the precursor 1 and the precursor 2 It can manufacture by the method including the process to perform (process 3). The obtained positive electrode active material primary particles have a three-layer structure of an inner part, an intermediate part, and a surface part.

工程1では、主に内部となる前駆体1を製造する。前駆体1は、Li、Ni及びMnを含む層状構造を備える粒子である。前駆体1は、好ましくは、遷移金属原子中のNiの原子濃度が50mol%以上である。これにより、得られる正極活物質一次粒子の内部を高容量とすることができる。   In step 1, the precursor 1 which mainly becomes an inside is manufactured. The precursor 1 is a particle having a layered structure containing Li, Ni, and Mn. In the precursor 1, the atomic concentration of Ni in the transition metal atom is preferably 50 mol% or more. Thereby, the inside of the positive electrode active material primary particle obtained can be made into a high capacity | capacitance.

前駆体1に含まれるNi及びMn以外の遷移金属としては、例えば、Co、Mg、Al、Ti、Mo、Nb等が挙げられるが、容量、抵抗の観点からCoが好ましい。前駆体1は、これらの遷移金属を2種以上含むこともできる。   Examples of transition metals other than Ni and Mn contained in the precursor 1 include Co, Mg, Al, Ti, Mo, Nb, and the like, and Co is preferable from the viewpoint of capacity and resistance. The precursor 1 can also contain two or more of these transition metals.

前駆体1は、好ましくは、前記正極活物質一次粒子の内部を構成する材料である。   The precursor 1 is preferably a material constituting the inside of the positive electrode active material primary particles.

前駆体1は、好ましくは、組成式Li1+XNiMnCo2−Y[式中、Xは、−0.1≦X≦0.3を満たす数であり、Yは、−0.1≦Y≦0.1を満たす数であり、Aは、0.2≦A≦0.95を満たす数であり、Bは、0<B≦0.95を満たす数であり、Cは、0≦C≦0.6を満たす数であり、Mは、Mg、Al、Ti、Mo、Nbからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Dは、0≦D≦0.1を満たす数であり、A+B+C+D=1である]で表される。 The precursor 1 is preferably a composition formula Li 1 + X Ni A Mn B Co C M D O 2-Y [wherein X is a number satisfying −0.1 ≦ X ≦ 0.3, and Y is -0.1 ≦ Y ≦ 0.1, A is a number satisfying 0.2 ≦ A ≦ 0.95, B is a number satisfying 0 <B ≦ 0.95, C is a number that satisfies 0 ≦ C ≦ 0.6, M is at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Mo, and Nb, and D is 0 ≦ D ≦ It is a number satisfying 0.1, and A + B + C + D = 1].

前駆体1は、前記正極活物質一次粒子の内部と同様に、より好ましくは、前記組成式において、Aが0.6≦A≦0.9であり、Bが0.05≦B≦0.3であり、Cが0.05≦C≦0.2である。   More preferably, in the precursor, the precursor 1 is more preferably 0.6 ≦ A ≦ 0.9 and B is 0.05 ≦ B ≦ 0. 3 and C is 0.05 ≦ C ≦ 0.2.

Li化合物としては、例えば、酢酸リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム等を用いることができる。Ni化合物としては、例えば、酢酸ニッケル、硝酸ニッケル、炭酸ニッケル、硫酸ニッケル、水酸化ニッケル、酸化ニッケル等を用いることができる。Mn化合物としては、例えば、酢酸マンガン、硝酸マンガン、炭酸マンガン、硫酸マンガン、酸化マンガン、水酸化マンガン等を用いることができる。Co、Mg、Al、Ti、Mo、Nbを含有させる場合は、これらの酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、水酸化物、酸化物等を用いることができる。   As the Li compound, for example, lithium acetate, lithium nitrate, lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium chloride, lithium sulfate and the like can be used. As the Ni compound, for example, nickel acetate, nickel nitrate, nickel carbonate, nickel sulfate, nickel hydroxide, nickel oxide and the like can be used. As the Mn compound, for example, manganese acetate, manganese nitrate, manganese carbonate, manganese sulfate, manganese oxide, manganese hydroxide and the like can be used. When Co, Mg, Al, Ti, Mo, and Nb are contained, these acetates, nitrates, carbonates, sulfates, hydroxides, oxides, and the like can be used.

工程1では、まず、原料のLi化合物、Ni化合物、Mn化合物及び場合によって他の遷移金属化合物を所定の元素組成となる比率で秤量し、粉砕及び混合して原料粉末を調製する。   In step 1, first, raw material Li compound, Ni compound, Mn compound and optionally other transition metal compounds are weighed at a ratio of a predetermined elemental composition, and pulverized and mixed to prepare raw material powder.

粉砕、混合には、乾式粉砕及び湿式粉砕のいずれの方式も用いることができる。粉砕手段としては、例えば、ボールミル、ビーズミル、遊星型ボールミル、アトライター、ジェットミル等の粉砕機を利用することができる。   For pulverization and mixing, any of dry pulverization and wet pulverization can be used. As the pulverizing means, for example, a pulverizer such as a ball mill, a bead mill, a planetary ball mill, an attritor, or a jet mill can be used.

次に、調製した原料粉末を焼成して前駆体1を得る。原料粉末の焼成は、不活性ガス雰囲気又は酸化ガス雰囲気の下で仮焼成することによって原料化合物を熱分解させ、適宜解砕及び分級した後、得られた仮焼成体を本焼成することによって焼結させる。仮焼成における加熱温度は、例えば、300〜700℃程度であり、本焼成における加熱温度は、例えば、700〜1100℃である。   Next, the prepared raw material powder is fired to obtain the precursor 1. The raw material powder is fired by calcining it under an inert gas atmosphere or an oxidizing gas atmosphere by thermally decomposing the raw material compound, appropriately pulverizing and classifying it, and then firing the obtained temporary fired body. Tie. The heating temperature in temporary baking is, for example, about 300 to 700 ° C., and the heating temperature in main baking is, for example, 700 to 1100 ° C.

得られた前駆体1は解砕して一次粒子化して用いても構わないし、二次粒子のまま用いても構わない。   The obtained precursor 1 may be used after being pulverized into primary particles, or may be used as secondary particles.

工程2では、主に表面部となる前駆体2を製造する。前駆体2は、前駆体1よりもメジアン系が小さい微粒な粒子である。前駆体2は、前駆体1よりもNiの原子濃度が低い。前駆体2は、好ましくは、遷移金属の合計モル比率に対するLiのモル比率が1よりも大きい。Li過剰組成であることにより、高電位でのサイクル劣化をより抑制できる。   In step 2, a precursor 2 that mainly becomes a surface portion is manufactured. The precursor 2 is fine particles having a smaller median system than the precursor 1. The precursor 2 has a lower atomic concentration of Ni than the precursor 1. In the precursor 2, the molar ratio of Li to the total molar ratio of transition metals is preferably larger than 1. By being a Li-excess composition, cycle deterioration at a high potential can be further suppressed.

前駆体2は、前記の正極活物質の表面部を構成することができる限り、特に限定されないが、好ましくは、Li及びMnを含む粒子であるか、又は、Li、Mn及びNiを含む粒子である。後記の通り、工程3において、前駆体1と前駆体2の混合物を熱処理することにより、前駆体1と前駆体2の成分が相互拡散するため、使用する前駆体2と得られる正極活物質の表面部の組成とは異なる。   The precursor 2 is not particularly limited as long as it can constitute the surface portion of the positive electrode active material. Preferably, the precursor 2 is a particle containing Li and Mn, or a particle containing Li, Mn and Ni. is there. As will be described later, since the components of the precursor 1 and the precursor 2 are interdiffused by heat-treating the mixture of the precursor 1 and the precursor 2 in the step 3, the precursor 2 to be used and the obtained positive electrode active material It differs from the composition of the surface part.

前駆体2は、好ましくは、組成式Li1+XNiMnCo2−Y[式中、Xは、−0.1≦X≦0.3を満たす数であり、Yは、−0.1≦Y≦0.1を満たす数であり、Aは、0.2≦A≦0.95を満たす数であり、Bは、0<B≦0.95を満たす数であり、Cは、0≦C≦0.6を満たす数であり、Mは、Mg、Al、Ti、Mo及びNbからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Dは、0≦D≦0.1を満たす数であり、A+B+C+D=1である]で表される。
前駆体2は、より好ましくは、前記組成式において、Xが0<X≦0.3である。
The precursor 2 is preferably a composition formula Li 1 + X Ni A Mn B Co C M D O 2-Y [wherein, X is a number satisfying −0.1 ≦ X ≦ 0.3, and Y is -0.1 ≦ Y ≦ 0.1, A is a number satisfying 0.2 ≦ A ≦ 0.95, B is a number satisfying 0 <B ≦ 0.95, C is a number that satisfies 0 ≦ C ≦ 0.6, M is at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Mo, and Nb, and D is 0 ≦ D ≦ It is a number satisfying 0.1, and A + B + C + D = 1].
In the precursor 2, more preferably, X is 0 <X ≦ 0.3 in the composition formula.

また、前駆体2は、前記のもの以外にも、例えば、Li及びMnを含み、Niを含まない組成式Li1+XMn1−X2+Y(−0.1≦X≦0.4、−0.1≦Y≦0.1である)の材料とすることもでき、好ましくはLiMnO(Li1.33Mn0.67が用いられる。
得られた前駆体2は解砕又は粉砕して用いることが好ましい。
In addition to the above, the precursor 2 contains, for example, Li and Mn but does not contain Ni. Li 1 + X Mn 1-X O 2 + Y (−0.1 ≦ X ≦ 0.4, −0 0.1 ≦ Y ≦ 0.1), and Li 2 MnO 3 (Li 1.33 Mn 0.67 O 2) is preferably used.
The obtained precursor 2 is preferably used after being crushed or ground.

工程3では、前駆体1と前駆体2を混合し、前駆体1と前駆体2の混合物を熱処理する。前駆体1と前駆体2を混合することにより、前駆体1の粒子の表面に前駆体2の粒子が付着した混合物が得られる。この混合物を熱処理すると、前駆体1と前駆体2の成分が相互拡散するため、熱処理後の粒子の表面部の組成は、前駆体2の組成から前駆体1の組成へ近づき、熱処理後の粒子は、内部、中間部及び表面部を有する三層構造となる。前記の通り、中間部では、Niの原子濃度が連続的に変化している。   In step 3, precursor 1 and precursor 2 are mixed, and the mixture of precursor 1 and precursor 2 is heat-treated. By mixing the precursor 1 and the precursor 2, a mixture in which the particles of the precursor 2 are adhered to the surface of the particles of the precursor 1 is obtained. When this mixture is heat-treated, the components of the precursor 1 and the precursor 2 are interdiffused, so that the composition of the surface portion of the particles after the heat treatment approaches the composition of the precursor 1 from the composition of the precursors 2, and the particles after the heat treatment Has a three-layer structure having an inner portion, an intermediate portion, and a surface portion. As described above, the atomic concentration of Ni continuously changes in the intermediate portion.

前駆体1のメジアン径D50Aと前駆体2のメジアン径D50Bは、2≦D50A/D50B≦100であることが好ましい。D50A/D50Bが2以上であると表面部の厚さが適切になるため好ましい。また、D50A/D50Bが100以下であると、前駆体2が小さくなり過ぎないため、容易に製造することができる。   The median diameter D50A of the precursor 1 and the median diameter D50B of the precursor 2 are preferably 2 ≦ D50A / D50B ≦ 100. It is preferable that D50A / D50B is 2 or more because the thickness of the surface portion becomes appropriate. Moreover, since the precursor 2 does not become small too much that D50A / D50B is 100 or less, it can manufacture easily.

前駆体1と前駆体2の混合は、前駆体1の表面に前駆体2を担持させることによって行ってもよい。混合又は担持は、らい解機、ヘンシェルミキサー、ボールミル、ビーズミル、遊星型ボールミル、アトライター、表面改質装置、複合化装置等の混合機を利用して行うことができる。   Mixing of the precursor 1 and the precursor 2 may be performed by supporting the precursor 2 on the surface of the precursor 1. Mixing or loading can be performed using a mixer such as a levester, a Henschel mixer, a ball mill, a bead mill, a planetary ball mill, an attritor, a surface reforming device, or a compounding device.

前駆体1と前駆体2の重量比は、特に限定されずに例えば、前駆体1:前駆体2=100:1〜100:20であり、容量や抵抗及び電解液との反応抑制の観点から、好ましくは100:1〜100:10である   The weight ratio of the precursor 1 and the precursor 2 is not particularly limited, and is, for example, precursor 1: precursor 2 = 100: 1 to 100: 20, from the viewpoint of capacity, resistance, and reaction suppression with the electrolytic solution. , Preferably 100: 1 to 100: 10

熱処理は、前駆体1と前駆体2を混合、又は、前駆体1の表面に前駆体2を担持させた原料粉末を加熱することによって行う。   The heat treatment is performed by mixing the precursor 1 and the precursor 2 or heating the raw material powder having the precursor 2 supported on the surface of the precursor 1.

熱処理は、得られる粒子が三層構造を有するような条件であれば特に限定されずに、使用する前駆体1及び前駆体2に応じて熱処理条件を選択することができる。熱処理は不活性ガス雰囲気又は酸化ガス雰囲気で行うことができるが、酸化ガス雰囲気中で行うことが好ましい。Niの原子濃度が高くても酸素欠損を防ぐことができるためである。熱処理について、前駆体1から前駆体2への成分の拡散距離を一定距離以内にとどめるために、加熱温度としては、前駆体1の製造における本焼成温度より50度高い温度以下の温度が好ましい。この温度よりも高温で加熱処理をすると、成分拡散が進みすぎ、表面部の組成が内部の組成により近づく。また、熱処理における加熱温度は、形成率及び形成粒子率の観点から、前駆体1の製造における本焼成温度より200℃低い温度以上の温度であることが好ましく、前駆体1の製造における本焼成温度より100℃低い温度以上の温度で熱処理することがさらに好ましい。加熱温度は、例えば、300〜1100℃程度とする。熱処理における加熱時間は、使用する前駆体1、前駆体2及び熱処理における加熱温度に応じて適宜選択することができるが、前駆体1の製造における本焼成時間以下の時間であることが好ましい。これより長い時間加熱処理をすると、成分拡散が進みすぎ、表面部の組成が内部の組成により近づく。加熱処理時間は、例えば、30分〜6時間である。   The heat treatment is not particularly limited as long as the obtained particles have a three-layer structure, and heat treatment conditions can be selected according to the precursor 1 and the precursor 2 to be used. The heat treatment can be performed in an inert gas atmosphere or an oxidizing gas atmosphere, but is preferably performed in an oxidizing gas atmosphere. This is because oxygen vacancies can be prevented even when the atomic concentration of Ni is high. Regarding the heat treatment, in order to keep the diffusion distance of the component from the precursor 1 to the precursor 2 within a certain distance, the heating temperature is preferably a temperature not higher than 50 degrees higher than the main firing temperature in the production of the precursor 1. When heat treatment is performed at a temperature higher than this temperature, component diffusion proceeds too much, and the composition of the surface portion approaches the internal composition. In addition, the heating temperature in the heat treatment is preferably a temperature that is 200 ° C. or lower than the main firing temperature in the production of the precursor 1 from the viewpoint of the formation rate and the formed particle ratio, and the main firing temperature in the production of the precursor 1 More preferably, the heat treatment is performed at a temperature of 100 ° C. or lower. The heating temperature is, for example, about 300 to 1100 ° C. The heating time in the heat treatment can be appropriately selected according to the precursor 1, the precursor 2 to be used, and the heating temperature in the heat treatment, but is preferably a time shorter than the main firing time in the production of the precursor 1. When the heat treatment is performed for a longer time, the component diffusion proceeds too much, and the composition of the surface portion approaches the internal composition. The heat treatment time is, for example, 30 minutes to 6 hours.

以上のようにして製造された非水系二次電池用正極活物質は、非水系二次電池用正極の材料として用いられる。   The positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery manufactured as described above is used as a material for a positive electrode for a non-aqueous secondary battery.

3.正極活物質二次粒子
正極活物質は、一次粒子が凝集した二次粒子とすることができる。二次粒子を正極活物質として使用することで、正極のエネルギー密度を向上させることができる。なお、二次粒子は、粒子内の粒界が存在することにより、粒子内に粒界のない一次粒子と区別される。
3. Positive electrode active material secondary particles The positive electrode active material can be secondary particles in which primary particles are aggregated. By using secondary particles as the positive electrode active material, the energy density of the positive electrode can be improved. Secondary particles are distinguished from primary particles having no grain boundaries in the particles by the presence of grain boundaries in the particles.

二次粒子からなる正極活物質は、二次粒子内の全ての一次粒子が前記正極活物質であってもよいし、二次粒子内の一部の一次粒子が前記正極活物質であってもよい。二次粒子内の一次粒子のうち、二次粒子の表面近傍(外側)の一次粒子の全部又は一部が、前記正極活物質であることが好ましい。電解液と接触する二次粒子の表面近傍に前記正極活物質が配されることにより、サイクル劣化を抑制することができるためである。この場合、二次粒子中心部には、Niの原子濃度が高い一次粒子を用いることが好ましく、例えば、前記正極活物質一次粒子の内部のみで構成される一次粒子を用いる。これにより、高容量な正極活物質とすることができる。   The positive electrode active material composed of secondary particles may be such that all primary particles in the secondary particles may be the positive electrode active material, or some primary particles in the secondary particles may be the positive electrode active material. Good. Of the primary particles in the secondary particles, all or part of the primary particles in the vicinity of the surface (outside) of the secondary particles are preferably the positive electrode active material. This is because cycle deterioration can be suppressed by arranging the positive electrode active material in the vicinity of the surface of the secondary particles in contact with the electrolytic solution. In this case, primary particles having a high Ni atomic concentration are preferably used in the central part of the secondary particles. For example, primary particles composed only of the positive electrode active material primary particles are used. Thereby, it can be set as a high capacity | capacitance positive electrode active material.

二次粒子内の一次粒子のうち、二次粒子の表面近傍の一次粒子の一部が前記正極活物質である場合、当該一次粒子は、その内部の表面の全てに中間部と表面部とを備えるものであってもよいし、その内部の表面の一部に表面部と中間部とを備えるものであってもよい。図3及び図4にこのような二次粒子の断面模式図を示す。図3において、正極活物質二次粒子4は、その表面近傍の一次粒子の一部を、内部1と、中間部2と、表面部3とを備える正極活物質一次粒子とし、表面近傍の他の部分と二次粒子中心部は、内部1のみで構成される一次粒子としたものである。図4において、正極活物質二次粒子4は、その表面近傍の一次粒子の一部を、内部1の二次粒子表面側の表面に中間部2と、表面部3とを備える正極活物質一次粒子とし、表面近傍の他の部分と中心部は、内部1のみで構成される一次粒子としたものである。   Of the primary particles in the secondary particles, when a part of the primary particles in the vicinity of the surface of the secondary particles is the positive electrode active material, the primary particles have an intermediate portion and a surface portion on the entire inner surface. It may be provided, or it may be provided with a surface portion and an intermediate portion on a part of its inner surface. 3 and 4 are schematic cross-sectional views of such secondary particles. In FIG. 3, the positive electrode active material secondary particles 4 are a part of the primary particles in the vicinity of the surface of the positive electrode active material primary particles including the inner part 1, the intermediate part 2, and the surface part 3. These parts and the central part of the secondary particles are primary particles composed only of the inside 1. In FIG. 4, the positive electrode active material secondary particle 4 includes a part of primary particles in the vicinity of the surface, and a positive electrode active material primary provided with an intermediate portion 2 and a surface portion 3 on the surface of the inner particle 1 on the secondary particle surface side. The other parts and the central part in the vicinity of the surface are primary particles composed of only the interior 1.

二次粒子は、二次粒子内の一次粒子が物理的な力で凝集していても構わないが、二次粒子内の一次粒子が焼結していることが好ましい。二次粒子内の一次粒子が焼結していることにより、二次粒子の強度が強くなり、正極作製時にかけられる揃断力が高くなり、正極作製が容易になる。   In the secondary particles, the primary particles in the secondary particles may be aggregated by a physical force, but the primary particles in the secondary particles are preferably sintered. Since the primary particles in the secondary particles are sintered, the strength of the secondary particles is increased, the cutting force applied during the production of the positive electrode is increased, and the production of the positive electrode is facilitated.

二次粒子内の一次粒子のメジアン径は、前記の正極活物質一次粒子と同様に、例えば、50nm〜2000nm程度である。二次粒子のメジアン径は、一次粒子のメジアン径にもよるが、1μm〜30μmとすることが好ましい。二次粒子の表面近傍に配置された一次粒子のみに表面部と中間部を設ける場合、二次粒子表面から二次粒子のメジアン径の5%〜30%の距離までに配置されている一次粒子に表面部と中間部が設けられていることが好ましい。   The median diameter of the primary particles in the secondary particles is, for example, about 50 nm to 2000 nm, like the positive electrode active material primary particles. The median diameter of the secondary particles depends on the median diameter of the primary particles, but is preferably 1 μm to 30 μm. When the surface portion and the intermediate portion are provided only on the primary particles arranged in the vicinity of the surface of the secondary particles, the primary particles arranged at a distance of 5% to 30% of the median diameter of the secondary particles from the secondary particle surface. It is preferable that a surface portion and an intermediate portion are provided on the surface.

4.正極活物質二次粒子の製造方法
前記の二次粒子の製造方法について説明する。二次粒子は、例えば、前記の製造方法で得られた一次粒子を凝集・結合させて二次粒子化することによって製造することができる。この方法では、二次粒子内の全ての一次粒子が前記正極活物質である二次粒子が得られる。
4). Method for Producing Positive Electrode Active Material Secondary Particles The method for producing the secondary particles will be described. The secondary particles can be produced, for example, by agglomerating and bonding the primary particles obtained by the above production method into secondary particles. In this method, secondary particles in which all primary particles in the secondary particles are the positive electrode active material are obtained.

一次粒子の二次粒子化は、例えば、一次粒子のスラリーを噴霧乾燥後、熱処理することによって行うことができる。前駆体1と前駆体2を混合したスラリーを噴霧乾燥後、熱処理することで、前駆体1と前駆体2の熱処理と同時に二次粒子化してもよい。   The primary particles can be converted into secondary particles by, for example, heat-treating a slurry of primary particles after spray drying. The slurry in which the precursor 1 and the precursor 2 are mixed may be spray-dried and then heat-treated to form secondary particles simultaneously with the heat treatment of the precursor 1 and the precursor 2.

また、二次粒子は、前駆体1が凝集した二次粒子を用意し、該二次粒子と前駆体2とを混合した後に熱処理することによっても製造することができる。この方法では、二次粒子内の一次粒子のうち、二次粒子の表面近傍の一次粒子の全部又は一部が前記正極活物質である二次粒子が得られる。前駆体1が凝集した二次粒子は、前駆体1の一次粒子を焼結して製造してもよいし、前記の前駆体1の製造時に得られた二次粒子をそのまま用いてもよい。   The secondary particles can also be produced by preparing secondary particles in which the precursor 1 is aggregated, mixing the secondary particles and the precursor 2, and then performing a heat treatment. In this method, among the primary particles in the secondary particles, secondary particles in which all or part of the primary particles near the surface of the secondary particles are the positive electrode active material are obtained. The secondary particles in which the precursor 1 is aggregated may be produced by sintering the primary particles of the precursor 1, or the secondary particles obtained during the production of the precursor 1 may be used as they are.

5.非水系二次電池用正極
非水系二次電池用正極は、主に、非水系二次電池用正極活物質、導電材及び結着剤を含む正極合材層と、正極合材層が塗工された正極集電体とを備える。正極は、前記の正極活物質と共に、他の正極活物質を含有しても構わない。含有させる他の正極活物質としては、例えば、LiMnO−LiM2O(M2は、Co、Ni、Mn等の元素を示す)のように表される固溶体系正極活物質、LiM3Oのように表される層状酸化物系正極活物質や、LiM4Aのように表されるポリアニオン系正極活物質等が挙げられる。なお、前記の式中、M3及びM4は、Mn、Ni、Co及びFeからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Aは、酸素と結合してPO、SiO、BO等のアニオンを形成する典型元素であり、p、qは、それぞれ、1≦p≦2、3≦q≦7を満たす数である。M3及びM4の元素は、一部をTi、Zr、Al、Mg、Cr、V、Nb、Ta、W、Mo等の元素で置換してもよい。
5. Positive electrode for non-aqueous secondary battery The positive electrode for non-aqueous secondary battery is mainly coated with a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive material and a binder for a non-aqueous secondary battery, and a positive electrode mixture layer. A positive electrode current collector. The positive electrode may contain other positive electrode active materials in addition to the positive electrode active material. As another positive electrode active material to be contained, for example, Li 2 MnO 3 —LiM 2 O 2 (M 2 represents an element such as Co, Ni, Mn and the like), a solid solution positive electrode active material, such as LiM 3 O 2 And a polyanion-based positive electrode active material represented by LiM4A p O q , and the like. In the above formula, M3 and M4 are at least one element selected from the group consisting of Mn, Ni, Co, and Fe, and A is bonded to oxygen to form PO 4 , SiO 4 , BO 3. And p and q are numbers satisfying 1 ≦ p ≦ 2 and 3 ≦ q ≦ 7, respectively. Part of the elements M3 and M4 may be substituted with elements such as Ti, Zr, Al, Mg, Cr, V, Nb, Ta, W, and Mo.

導電材としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている導電材を用いることができる。具体的には、例えば、黒鉛粉末、アセチレンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等の炭素粒子や炭素繊維等が挙げられる。   As the conductive material, a conductive material used in a general lithium ion secondary battery can be used. Specific examples include carbon particles such as graphite powder, acetylene black, furnace black, thermal black, and channel black, carbon fibers, and the like.

導電材は、例えば、正極合材全体の重量に対して1重量%以上10重量%以下程度となる量を用いればよい。   What is necessary is just to use the quantity used as a conductive material, for example about 1 to 10 weight% with respect to the weight of the whole positive electrode compound material.

結着剤としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている結着剤を用いることができる。具体的には、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリロニトリル、変性ポリアクリロニトリル等が挙げられる。   As the binder, a binder used in a general lithium ion secondary battery can be used. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polyacrylonitrile, and modified polyacrylonitrile.

結着剤は、例えば、正極合材全体の重量に対して1重量%以上10重量%以下程度となる量を用いればよい。   What is necessary is just to use the quantity used as a binder, for example about 1 to 10 weight% with respect to the weight of the whole positive electrode compound material.

正極集電体としては、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル等を用いることができる。箔は、例えば、8μm以上30μm以下程度の厚さとすればよい。   As the positive electrode current collector, foil made of aluminum or aluminum alloy, expanded metal, punching metal, or the like can be used. For example, the foil may have a thickness of about 8 μm to 30 μm.

非水系二次電池用正極は、一般的な正極の製造方法に準じて製造することができる。   The positive electrode for nonaqueous secondary batteries can be manufactured according to the manufacturing method of a general positive electrode.

非水系二次電池用正極の製造方法の一例は、正極合材調製工程、正極合材塗工工程、成形工程を含む。   An example of the manufacturing method of the positive electrode for non-aqueous secondary batteries includes a positive electrode mixture preparation step, a positive electrode mixture coating step, and a molding step.

正極合材調製工程では、材料の正極活物質、導電材、結着剤を溶媒中で混合することでスラリー状の正極合材を調製する。正極活物質を少なくとも用いて、結着剤を溶解させた溶媒中において、導電材と共に撹拌均質化する。   In the positive electrode mixture preparation step, a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed in a solvent to prepare a slurry-like positive electrode mixture. At least the positive electrode active material is used and stirred and homogenized together with the conductive material in a solvent in which the binder is dissolved.

溶媒は、結着剤の種類に応じて、N−メチルピロリドン、水、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン等から選択することができる。   Solvents are N-methylpyrrolidone, water, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, dimethyl sulfoxide, depending on the type of binder. , Tetrahydrofuran and the like.

材料を混合する撹拌手段としては、例えば、プラネタリーミキサー、ディスパーミキサー、自転・公転ミキサー等が挙げられる。   Examples of the stirring means for mixing the materials include a planetary mixer, a disper mixer, and a rotation / revolution mixer.

正極合材塗工工程では、調製されたスラリー状の正極合材を正極集電体上に塗布した後、熱処理により溶媒乾燥させることによって、正極合材層を形成する。   In the positive electrode mixture coating step, the prepared slurry-like positive electrode mixture is applied onto the positive electrode current collector, and then the solvent is dried by heat treatment to form the positive electrode mixture layer.

正極合材を塗布する塗工手段としては、例えば、バーコーター、ドクターブレード、ロール転写機等が挙げられる。   Examples of the coating means for applying the positive electrode mixture include a bar coater, a doctor blade, and a roll transfer machine.

成形工程では、乾燥させた正極合材層をロールプレス等を用いて加圧成形し、必要に応じて正極集電体と共に裁断することによって、所望の形状の非水系二次電池用正極とする。正極集電体上に形成される正極合材層の厚さは、例えば、15μm以上300μm以下程度とすればよい。   In the molding step, the dried positive electrode mixture layer is pressure-molded using a roll press or the like, and cut with a positive electrode current collector as necessary to obtain a positive electrode for a non-aqueous secondary battery having a desired shape. . The thickness of the positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector may be, for example, about 15 μm to 300 μm.

6.非水系二次電池
前記の非水系二次電池用正極は、非水系二次電池の材料として用いられる。
非水系二次電池は、主に、非水系二次電池用正極、非水系二次電池用負極、セパレータ、非水電解液を含んでなり、これらが円筒型、角型、ボタン型、ラミネートシート型等の形状の外装体に収容された構成とされる。
6). Non-aqueous secondary battery The positive electrode for a non-aqueous secondary battery is used as a material for a non-aqueous secondary battery.
The non-aqueous secondary battery mainly includes a positive electrode for a non-aqueous secondary battery, a negative electrode for a non-aqueous secondary battery, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and these are cylindrical, rectangular, button, and laminate sheets. It is set as the structure accommodated in exterior bodies of shapes, such as a type | mold.

図5は、非水系二次電池の一例を示す断面模式図である。図5は円筒型の非水系二次電池を例示しており、この非水系二次電池5は、正極集電体の両表面に正極合材が塗工された正極6と、負極集電体の両表面に負極合材が塗工された負極7と、正極6及び負極7の間に介装されたセパレータ8とからなる電極群を備えている。正極6及び負極7は、セパレータ8を介して捲回され、円筒型の電池缶9に収容されている。また、正極6は、正極リード片10を介して密閉蓋12と電気的に接続され、負極7は、負極リード片11を介して電池缶9と電気的に接続され、正極リード片10と負極7、負極リード片11と正極6の間には、それぞれエポキシ樹脂等を材質とする絶縁板14が配設されて電気的に絶縁されている。各リード片は、それぞれの集電体と同様の材質からなる電流引き出し用の部材であり、スポット溶接又は超音波溶接により各集電体と接合されている。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a non-aqueous secondary battery. FIG. 5 illustrates a cylindrical non-aqueous secondary battery. The non-aqueous secondary battery 5 includes a positive electrode 6 having a positive electrode mixture coated on both surfaces of a positive electrode current collector, and a negative electrode current collector. The electrode group which consists of the negative electrode 7 by which the negative electrode compound material was coated on both surfaces of this, and the separator 8 interposed between the positive electrode 6 and the negative electrode 7 is provided. The positive electrode 6 and the negative electrode 7 are wound through a separator 8 and accommodated in a cylindrical battery can 9. The positive electrode 6 is electrically connected to the sealing lid 12 via the positive electrode lead piece 10, and the negative electrode 7 is electrically connected to the battery can 9 via the negative electrode lead piece 11, and the positive electrode lead piece 10 and the negative electrode 7. An insulating plate 14 made of an epoxy resin or the like is disposed between the negative electrode lead piece 11 and the positive electrode 6 to be electrically insulated. Each lead piece is a current drawing member made of the same material as each current collector, and is joined to each current collector by spot welding or ultrasonic welding.

また、電池缶9は、内部に非水電解液が注入された後、ゴム等のシール材13で密封され、頂部を密閉蓋12で封止される構造とされている。   The battery can 9 has a structure in which a nonaqueous electrolyte is injected into the battery can 9 and then sealed with a sealing material 13 such as rubber, and the top is sealed with a sealing lid 12.

非水系二次電池用負極としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている負極活物質及び負極集電体を用いることができる。   As the negative electrode for a non-aqueous secondary battery, a negative electrode active material and a negative electrode current collector used in a general lithium ion secondary battery can be used.

負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属材料、金属酸化物材料等の一種以上を用いることができる。炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛類や、コークス、ピッチ等の炭化物類や、非晶質炭素や、炭素繊維等がある。また、金属材料としては、リチウム、シリコン、スズ、アルミニウム、インジウム、ガリウム、マグネシウムやこれらの合金、金属酸化物材料としては、スズ、ケイ、リチウム、チタン素等を含む金属酸化物がある。   As the negative electrode active material, for example, one or more of a carbon material, a metal material, a metal oxide material, and the like can be used. Examples of the carbon material include graphites such as natural graphite and artificial graphite, carbides such as coke and pitch, amorphous carbon, and carbon fibers. Examples of the metal material include lithium, silicon, tin, aluminum, indium, gallium, magnesium, and alloys thereof, and examples of the metal oxide material include metal oxides including tin, silicon, lithium, and titanium.

この非水系二次電池用負極には、必要に応じて、前記の非水系二次電池用正極において用いられる結着剤、導電材と同種の群から選択されるものを用いてもよい。結着剤は、例えば、負極合材全体の重量に対して5重量%程度となる量を用いればよい。   As the negative electrode for a non-aqueous secondary battery, a material selected from the same group as the binder and the conductive material used in the positive electrode for a non-aqueous secondary battery may be used as necessary. What is necessary is just to use the quantity used as a binder about 5 weight% with respect to the weight of the whole negative electrode compound material, for example.

負極集電体としては、銅製又はニッケル製の箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル等を用いることができる。箔は、例えば、5μm以上20μm以下程度の厚さとすればよい。   As the negative electrode current collector, copper or nickel foil, expanded metal, punching metal, or the like can be used. For example, the foil may have a thickness of about 5 μm to 20 μm.

非水系二次電池用負極は、非水系二次電池用正極と同様に、負極活物質と結着剤を混合した負極合材を負極集電体上に塗工し、加圧成形し、必要に応じて裁断することによって製造される。負極集電体上に形成される負極合材層の厚さは、例えば、20μm以上150μm以下程度とすればよい。   A negative electrode for a non-aqueous secondary battery is coated with a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and a binder on a negative electrode current collector and pressure-molded, as with a positive electrode for a non-aqueous secondary battery. It is manufactured by cutting according to. The thickness of the negative electrode mixture layer formed on the negative electrode current collector may be, for example, about 20 μm to 150 μm.

セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン−ポリプロピレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂等の微孔性フィルムや不織布等を用いることができる。   As the separator, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, and a polyethylene-polypropylene copolymer, a microporous film such as a polyamide resin and an aramid resin, a nonwoven fabric, and the like can be used.

非水電解液としては、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、LiCSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO等のリチウム塩を非水溶媒に溶解させた溶液を用いることができる。非水電解液におけるリチウム塩の濃度は、0.7M以上1.5M以下とすることが好ましい。 Non-aqueous electrolytes include LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2. A solution in which a lithium salt such as LiN (CF 3 SO 2 ) 2 or LiC (CF 3 SO 2 ) 3 is dissolved in a non-aqueous solvent can be used. The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.7M or more and 1.5M or less.

非水溶媒としては、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルアセテート、ジメトキシエタン等を用いることができる。また、非水電解液には、電解液の酸化分解及び還元分解の抑制、金属元素の析出防止、イオン伝導性の向上、難燃性の向上等を目的として、各種の添加剤を添加することができる。このような添加剤としては、例えば、電解液の分解を抑制する1,3−プロパンサルトン、1,4−ブタンサルトン等や、電解液の保存性を向上させる不溶性ポリアジピン酸無水物、ヘキサヒドロ無水フタル酸等や、難燃性を向上させるフッ素置換アルキルホウ素等がある。   As the non-aqueous solvent, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl acetate, dimethoxyethane and the like can be used. In addition, various additives should be added to the non-aqueous electrolyte for the purpose of suppressing oxidative decomposition and reductive decomposition of the electrolytic solution, preventing precipitation of metal elements, improving ion conductivity, and improving flame retardancy. Can do. Examples of such additives include 1,3-propane sultone and 1,4-butane sultone that suppress decomposition of the electrolytic solution, insoluble polyadipic anhydride that improves the storage stability of the electrolytic solution, and hexahydrophthalic anhydride. Examples include acids and the like, and fluorine-substituted alkylborons that improve flame retardancy.

7.二次電池モジュール
前記の非水系二次電池は、例えば、携帯電子機器や家庭用電気機器等の小型電源、無停電電源や電力平準化装置等の定置用電源、船舶、鉄道、ハイブリット自動車、電気自動車等の駆動電源として使用することができる。
7). Secondary battery module The non-aqueous secondary battery includes, for example, small power sources such as portable electronic devices and household electrical devices, stationary power sources such as uninterruptible power sources and power leveling devices, ships, railways, hybrid vehicles, electric It can be used as a drive power source for automobiles and the like.

車載用非水系二次電池モジュールは、ハイブリット自動車、電気自動車等の車載用駆動電源として好適な二次電池モジュールであって、主に、前記の非水系二次電池と、コントローラと、ヒューズと、バランス回路とを備える。車載用非水系二次電池モジュールにおいて、非水系二次電池は、所望の出力を確保するために複数個が直列に接続されて電池群を構成し、この電池群が並列に組み合わされて筺体に格納され高容量の電池モジュールを形成している。   The in-vehicle non-aqueous secondary battery module is a secondary battery module suitable as an in-vehicle drive power source for hybrid vehicles, electric vehicles, etc., and mainly includes the non-aqueous secondary battery, a controller, a fuse, And a balance circuit. In a non-aqueous secondary battery module for in-vehicle use, a plurality of non-aqueous secondary batteries are connected in series to form a battery group in order to secure a desired output, and these battery groups are combined in parallel to form a casing. A stored and high capacity battery module is formed.

ヒューズは、過電流に対する保護機能を有し、バランス回路は、電極間電圧を平準化する機能を有する。コントローラは、非水系二次電池の電極間電圧、電流、温度を監視する機能を有し、保護回路によって、設定された充放電終止電位の範囲で過充電や過放電等を防止する機能を備えている。また、コントローラには、外部との通信を行う信号入出力手段が接続され、信号入出力手段は、例えば、車両に備えられるECUからの制御信号の入力や、ECUへの電池監視情報の出力を行う機能を有する。二次電池モジュールの構成としては、これらに加え、さらに各二次電池の容量の監視や平準化の機能、冷却機能等が備えられてもよい。   The fuse has a protection function against overcurrent, and the balance circuit has a function of leveling the voltage between the electrodes. The controller has a function to monitor the voltage, current, and temperature between the electrodes of the non-aqueous secondary battery, and a function to prevent overcharge and overdischarge in the range of the set charge / discharge end potential by the protection circuit. ing. The controller is connected to signal input / output means for communicating with the outside, and the signal input / output means inputs, for example, a control signal from an ECU provided in the vehicle and outputs battery monitoring information to the ECU. Has the function to perform. As a configuration of the secondary battery module, in addition to these, a capacity monitoring function, a leveling function, a cooling function, and the like of each secondary battery may be further provided.

車載用非水系二次電池モジュールは、特に、サイクル劣化が抑制された非水系二次電池を備えていることによって、例えば、電気自動車等やハイブリット自動車等においては、経時しても安定的な出力を得ることが可能とし得る点で有用である。   In-vehicle non-aqueous secondary battery modules, in particular, include non-aqueous secondary batteries in which cycle deterioration is suppressed, so that, for example, in an electric vehicle or a hybrid vehicle, a stable output even over time It is useful in that it can be obtained.

以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated concretely, the technical scope of this invention is not limited to this.

前駆体1の合成
はじめに、主に内部となるNiの原子濃度の高い前駆体1を製造した。
原料の炭酸リチウム、炭酸ニッケル、炭酸コバルト、炭酸マンガンをLi:Ni:Co:Mnが、モル濃度比で、1.03:0.80:0.10:0.10となるように秤量し、これらを湿式粉砕及び混合して原料粉末を調製した。得られた原料粉末を、ノズル式スプレードライ装置で乾燥した後、高純度アルミナ容器に投入し、酸素気流下において650℃で12時間の仮焼成を行った。そして、得られた仮焼成体を空冷し、二次粒子を粉砕しないように解砕した後、再び高純度アルミナ容器に投入して、酸素気流下において850℃で8時間の本焼成を行った。そして、得られた焼成体を空冷し、分級した。
Synthesis of Precursor 1 First, a precursor 1 having a high atomic concentration of Ni mainly inside was produced.
Lithium carbonate, nickel carbonate, cobalt carbonate, and manganese carbonate as raw materials are weighed so that Li: Ni: Co: Mn is 1.03: 0.80: 0.10: 0.10 in molar concentration ratio, These were wet pulverized and mixed to prepare a raw material powder. The obtained raw material powder was dried by a nozzle type spray drying apparatus, then charged into a high-purity alumina container, and pre-baked at 650 ° C. for 12 hours under an oxygen stream. The obtained pre-fired body was air-cooled and pulverized so as not to pulverize the secondary particles, and then charged again into a high-purity alumina container and subjected to main calcination at 850 ° C. for 8 hours in an oxygen stream. . And the obtained sintered body was air-cooled and classified.

得られた前駆体1の粒子の元素分析を行ったところ、Li:Ni:Co:Mnは、1.00:0.80:0.10:0.10であった。よって、元素組成は、Li1.0Ni0.8Co0.1Mn0.1であると推定される。 When the elemental analysis of the particle | grains of the obtained precursor 1 was conducted, Li: Ni: Co: Mn was 1.00: 0.80: 0.10: 0.10. Therefore, the elemental composition is estimated to be Li 1.0 Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 .

次に、前駆体1の結晶構造を分析した。X線回折装置(リガク社製RINT III)を用い、CuKα線を用いて測定した結果、R3−mに帰属する層状構造のピークが確認できた。   Next, the crystal structure of the precursor 1 was analyzed. As a result of measurement using an X-ray diffractometer (RINT III manufactured by Rigaku Corporation) using CuKα rays, a peak of a layered structure belonging to R3-m could be confirmed.

また、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製LA−920)で粒度分布を測定した結果、メジアン径(D50)は11μmであった。   Moreover, as a result of measuring the particle size distribution with a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.), the median diameter (D50) was 11 μm.

前駆体2Aの合成
次に、主に表面部となるNiの原子濃度が低く、Liの原子濃度が高い前駆体2Aを製造した。
原料の炭酸リチウム、炭酸ニッケル及び炭酸マンガンを、Li:Ni:Mnが、モル濃度比で、1.20:0.2:0.6となるように秤量し、これらを湿式粉砕及び混合して原料粉末を調製した。得られた原料粉末を、乾燥した後、高純度アルミナ容器に投入し、大気中において700℃で12時間の熱処理を行った。そして、得られた仮焼成体を空冷し、粉砕した。
Synthesis of Precursor 2A Next, a precursor 2A having a low atomic concentration of Ni mainly serving as a surface portion and a high atomic concentration of Li was manufactured.
Lithium carbonate, nickel carbonate and manganese carbonate as raw materials are weighed so that Li: Ni: Mn is a molar concentration ratio of 1.20: 0.2: 0.6, and these are wet-ground and mixed. Raw material powder was prepared. After drying the obtained raw material powder, it was put into a high-purity alumina container and heat-treated at 700 ° C. for 12 hours in the atmosphere. And the obtained temporary baking body was air-cooled and grind | pulverized.

得られた前駆体2Aの粒子の元素分析を行ったところ、Li:Ni:Mnは、1.16:0.2:0.6であった。よって、元素組成は、Li1.16Ni0.2Mn0.6であると推定される。 When elemental analysis of the particles of the obtained precursor 2A was performed, Li: Ni: Mn was 1.16: 0.2: 0.6. Therefore, the elemental composition is estimated to be Li 1.16 Ni 0.2 Mn 0.6 O 2 .

また、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製LA−920)で粒度分布を測定した結果、メジアン径(D50)は0.17μmであった。   Moreover, as a result of measuring the particle size distribution with a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus (LA-920 manufactured by Horiba, Ltd.), the median diameter (D50) was 0.17 μm.

前駆体2Bの合成
次に、主に表面部となるNiを含まず、Liの原子濃度の高い前駆体2Bを製造した。
原料の炭酸リチウム、炭酸マンガンを、Li:Mnが、モル濃度比で2.02:1.0となるように秤量し、これらを湿式粉砕及び混合して原料粉末を調製した。得られた原料粉末を、乾燥した後、高純度アルミナ容器に投入し、大気中において700℃で12時間の熱処理を行った。そして、得られた仮焼成体を空冷し、粉砕した。
Synthesis of Precursor 2B Next, a precursor 2B having a high atomic concentration of Li, which does not mainly include Ni as a surface portion, was manufactured.
Raw material lithium carbonate and manganese carbonate were weighed so that Li: Mn was 2.02: 1.0 in terms of molar concentration ratio, and these were wet pulverized and mixed to prepare raw material powder. After drying the obtained raw material powder, it was put into a high-purity alumina container and heat-treated at 700 ° C. for 12 hours in the atmosphere. And the obtained temporary baking body was air-cooled and grind | pulverized.

得られた前駆体2Bの粒子の元素分析を行ったところ、Li:Mnは、2.00:1.0であった。よって、元素組成は、LiMnOであると推定される。 When elemental analysis of the particles of the obtained precursor 2B was performed, Li: Mn was 2.00: 1.0. Therefore, the elemental composition is estimated to be Li 2 MnO 3 .

また、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製LA−920)で粒度分布を測定した結果、メジアン径(D50)は0.18μmであった。   Moreover, as a result of measuring the particle size distribution with a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus (LA-920 manufactured by Horiba Ltd.), the median diameter (D50) was 0.18 μm.

(実施例1)
非水系二次電池正極活物質の製造は、次の手順で行った。100重量部の前駆体1と、5重量部の前駆体2Aとを乳鉢を用い混合した。得られた混合粉を高純度アルミナ容器に投入し、酸素雰囲気中において800℃で1時間の熱処理を行った。
Example 1
Manufacture of the non-aqueous secondary battery positive electrode active material was performed in the following procedure. 100 parts by weight of precursor 1 and 5 parts by weight of precursor 2A were mixed using a mortar. The obtained mixed powder was put into a high-purity alumina container and heat-treated at 800 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere.

製成した実施例1の正極活物質について、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製LA−920)で粒度分布を測定した結果、メジアン径(D50)は9μmであった。元素分析を行ったところ、Li:Ni:Mn:Co=1.02:0.77:0.13:0.10であった。よって、実施例1の正極活物質の組成は、Li1.02Ni0.77Mn0.13Co0.10であると推定される。また、実施例1の正極活物質についてTEM−EDXの測定を行った。TEMにより表面部と内部の電子回折パターンを測定し、いずれもR3−mに帰属する層状構造のパターンが確認できた。一次粒子1について、ライン状に点分析するとともに、表面部を測定した。測定した箇所を図6、測定結果を図7に示す。 As a result of measuring the particle size distribution of the produced positive electrode active material of Example 1 with a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.), the median diameter (D50) was 9 μm. When elemental analysis was performed, it was Li: Ni: Mn: Co = 1.02: 0.77: 0.13: 0.10. Therefore, the composition of the positive electrode active material of Example 1 is estimated to be Li 1.02 Ni 0.77 Mn 0.13 Co 0.10 O 2 . Further, the TEM-EDX measurement was performed on the positive electrode active material of Example 1. The surface and internal electron diffraction patterns were measured by TEM, and a pattern of a layered structure belonging to R3-m was confirmed. The primary particle 1 was subjected to point analysis in a line shape and the surface portion was measured. The measured locations are shown in FIG. 6 and the measurement results are shown in FIG.

一次粒子1は、Niの原子濃度(Cs)が71mol%で、Niの原子濃度の勾配(Gs)が0.028mol%/nmであり、Mnの原子濃度(Cs(Mn))が21mol%で、Mnの原子濃度の勾配(Gs(Mn))が0.028mol%/nmであり、厚さ50nmの表面部と、Niの原子濃度(Cm)が75mol%で、Niの原子濃度の勾配(Gm)が0.18mol%/nmであり、Mnの原子濃度(Cm(Mn))が15mol%で、Mnの原子濃度の勾配(Gm(Mn))が0.22mol%/nmであり、厚さ50nmの中間部と、Niの原子濃度(Cc)が80mol%で、Niの原子濃度の勾配が0.012mol%/nmであり、Mnの原子濃度が10mol%で、Mnの原子濃度の勾配が0.022mol%/nmの内部と、が形成されていることが確認できた。   The primary particle 1 has an Ni atomic concentration (Cs) of 71 mol%, an Ni atomic concentration gradient (Gs) of 0.028 mol% / nm, and an Mn atomic concentration (Cs (Mn)) of 21 mol%. , The atomic concentration gradient of Mn (Gs (Mn)) is 0.028 mol% / nm, the surface portion is 50 nm thick, the atomic concentration of Ni (Cm) is 75 mol%, and the atomic concentration gradient of Ni ( Gm) is 0.18 mol% / nm, the atomic concentration of Mn (Cm (Mn)) is 15 mol%, the gradient of atomic concentration of Mn (Gm (Mn)) is 0.22 mol% / nm, The intermediate portion of 50 nm, the atomic concentration (Cc) of Ni is 80 mol%, the gradient of atomic concentration of Ni is 0.012 mol% / nm, the atomic concentration of Mn is 10 mol%, and the gradient of atomic concentration of Mn Is 0.022 mol% / And internal m, it was confirmed that is formed.

また、他の一次粒子2〜4の表面部についても、一次粒子1と同様に表面部と中心部のTEM−EDXの測定を行った。測定結果を表1に示す。一次粒子2、4では、中心部のNi原子濃度が低くなっており、中心部まで全固溶し、ほぼ均一組成になっていると思われる。実施例1の正極活物質の形成率は88%、形成粒子率は50%であった。   Moreover, also about the surface part of the other primary particles 2-4, the TEM-EDX of the surface part and center part was measured similarly to the primary particle 1. The measurement results are shown in Table 1. In the primary particles 2 and 4, the concentration of Ni atoms in the center is low, and it is considered that the Ni particles are completely dissolved up to the center and have a substantially uniform composition. The formation rate of the positive electrode active material of Example 1 was 88%, and the formation particle rate was 50%.

Figure 2016081626
Figure 2016081626

(実施例2)
非水系二次電池正極活物質の製造は、次の手順で行った。100重量部の前駆体1と、2.5重量部の前駆体2Aとを複合化装置を用い混合した。得られた混合粉を高純度アルミナ容器に投入し、酸素雰囲気中において800℃で1時間の熱処理を行った。
(Example 2)
Manufacture of the non-aqueous secondary battery positive electrode active material was performed in the following procedure. 100 parts by weight of the precursor 1 and 2.5 parts by weight of the precursor 2A were mixed using a composite apparatus. The obtained mixed powder was put into a high-purity alumina container and heat-treated at 800 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere.

製成した実施例2の正極活物質について、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製LA−920)で粒度分布を測定した結果、メジアン径(D50)は10μmであった。元素分析を行ったところ、Li:Ni:Mn:Co=1.02:0.79:0.11:0.10であった。よって、実施例2の正極活物質の組成は、Li1.02Ni0.79Mn0.11Co0.10であると推定される。形成率は86%、形成粒子率は70%であった。また、TEMにより表面部と内部の電子回折パターンを測定し、いずれもR3−mに帰属する層状構造のパターンが確認できた。 The produced positive electrode active material of Example 2 was measured for particle size distribution with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.). As a result, the median diameter (D50) was 10 μm. When elemental analysis was performed, it was Li: Ni: Mn: Co = 1.02: 0.79: 0.11: 0.10. Therefore, the composition of the positive electrode active material of Example 2 is estimated to be Li 1.02 Ni 0.79 Mn 0.11 Co 0.10 O 2 . The formation rate was 86% and the formation particle rate was 70%. Moreover, the surface part and the internal electron diffraction pattern were measured by TEM, and the pattern of the layered structure which all belonged to R3-m has been confirmed.

また、実施例2の正極活物質の一次粒子5〜14について、TEM−EDXの測定結果を表2に示す。焼成により前駆体1と前駆体2Aは相互に拡散し、表面部のNiの原子濃度は61.6mol%以上となっていた。   Table 2 shows the TEM-EDX measurement results for the primary particles 5 to 14 of the positive electrode active material of Example 2. The precursor 1 and the precursor 2A diffused to each other by firing, and the atomic concentration of Ni in the surface portion was 61.6 mol% or more.

また、一次粒子1と同様に測定した一次粒子8のライン状点分析結果を図8に示す。一次粒子8は、Niの原子濃度(Cs)が72mol%で、Niの原子濃度の勾配(Gs)が0.12mol%/nmであり、Mnの原子濃度(Cs(Mn))が19mol%で、Mnの原子濃度の勾配(Gs(Mn))が0.132mol%/nmであり、厚さ100nmの表面部と、Niの原子濃度(Cm)が73mol%で、Niの原子濃度の勾配(Gm)が0.80mol%/nmであり、Mnの原子濃度(Cm(Mn))が18mol%で、Mnの原子濃度の勾配(Gm(Mn))が0.9mol%/nmであり、厚さ20nmの中間部と、Niの原子濃度(Cc)が79mol%で、Niの原子濃度の勾配が0.0086mol%/nmであり、Mnの原子濃度が10mol%で、Mnの原子濃度の勾配が0.006mol%/nmの内部とが形成されていることが確認できた。   In addition, FIG. 8 shows the results of line point analysis of the primary particles 8 measured in the same manner as the primary particles 1. The primary particle 8 has an Ni atomic concentration (Cs) of 72 mol%, an Ni atomic concentration gradient (Gs) of 0.12 mol% / nm, and an Mn atomic concentration (Cs (Mn)) of 19 mol%. , The atomic concentration gradient of Mn (Gs (Mn)) is 0.132 mol% / nm, the surface portion is 100 nm thick, the atomic concentration of Ni (Cm) is 73 mol%, and the atomic concentration gradient of Ni ( Gm) is 0.80 mol% / nm, the atomic concentration of Mn (Cm (Mn)) is 18 mol%, the gradient of atomic concentration of Mn (Gm (Mn)) is 0.9 mol% / nm, 20 nm intermediate portion, Ni atomic concentration (Cc) is 79 mol%, Ni atomic concentration gradient is 0.0086 mol% / nm, Mn atomic concentration is 10 mol%, Mn atomic concentration gradient Is 0.006 mol% / It was confirmed that the internal m are formed.

Figure 2016081626

Figure 2016081626
Figure 2016081626

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(実施例3)
非水系二次電池正極活物質の製造は、次の手順で行った。100重量部の前駆体1と、5重量部の前駆体2Bとを乳鉢を用い混合した。得られた混合粉を高純度アルミナ容器に投入し、酸素雰囲気中において800℃で1時間の熱処理を行った。
(Example 3)
Manufacture of the non-aqueous secondary battery positive electrode active material was performed in the following procedure. 100 parts by weight of the precursor 1 and 5 parts by weight of the precursor 2B were mixed using a mortar. The obtained mixed powder was put into a high-purity alumina container and heat-treated at 800 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere.

実施例3の正極活物質に対し、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製LA−920)で粒度分布を測定した結果、メジアン径(D50)は9μmであった。元素分析を行ったところ、Li:Ni:Mn:Co=1.05:0.76:0.14:0.10であった。よって、実施例1の正極活物質の組成は、Li1.05Ni0.76Mn0.14Co0.10であると推定される。形成率は88%、形成粒子率は66%であった。また、TEMにより表面部と内部の電子回折パターンを測定し、いずれもR3−mに帰属する層状構造のパターンが確認できた。 The particle size distribution of the positive electrode active material of Example 3 was measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (LA-920, manufactured by Horiba Ltd.), and as a result, the median diameter (D50) was 9 μm. When elemental analysis was performed, it was Li: Ni: Mn: Co = 1.05: 0.76: 0.14: 0.10. Therefore, the composition of the positive electrode active material of Example 1 is estimated to be Li 1.05 Ni 0.76 Mn 0.14 Co 0.10 O 2 . The formation rate was 88% and the formation particle rate was 66%. Moreover, the surface part and the internal electron diffraction pattern were measured by TEM, and the pattern of the layered structure which all belonged to R3-m has been confirmed.

また、実施例3の正極活物質一次粒子15〜17について、TEM−EDXの測定結果を表3に示す。また、一次粒子1と同様に測定した一次粒子17のライン状点分析結果を図9に示す。一次粒子17は、Niの原子濃度(Cs)が75mol%で、Niの原子濃度の勾配(Gs)が0.0095mol%/nmであり、Mnの原子濃度(Cs(Mn))が17mol%で、Mnの原子濃度の勾配(Gs(Mn))が0.149mol%/nmであり、厚さ115nmの表面部と、Niの原子濃度(Cm)が78mol%でNiの原子濃度の勾配(Gm)が0.30mol%/nmであり、Mnの原子濃度(Cm(Mn))が13mol%でMnの原子濃度の勾配(Gm(Mn))が0.4mol%/nmであり、厚さ15nmの中間部と、Niの原子濃度(Cc)が81mol%で、Niの原子濃度の勾配が0.028mol%/nmであり、Mnの原子濃度が10mol%で、Mnの原子濃度の勾配が0.018mol%/nmの内部とが形成されていることが確認できた。   Table 3 shows the TEM-EDX measurement results for the positive electrode active material primary particles 15 to 17 of Example 3. Further, FIG. 9 shows the results of line point analysis of the primary particles 17 measured in the same manner as the primary particles 1. The primary particles 17 have an Ni atomic concentration (Cs) of 75 mol%, an Ni atomic concentration gradient (Gs) of 0.0095 mol% / nm, and an Mn atomic concentration (Cs (Mn)) of 17 mol%. , The Mn atomic concentration gradient (Gs (Mn)) is 0.149 mol% / nm, the surface portion is 115 nm thick, the Ni atomic concentration (Cm) is 78 mol%, and the Ni atomic concentration gradient (Gm ) Is 0.30 mol% / nm, the Mn atomic concentration (Cm (Mn)) is 13 mol%, the Mn atomic concentration gradient (Gm (Mn)) is 0.4 mol% / nm, and the thickness is 15 nm. The intermediate concentration of Ni, the atomic concentration (Cc) of Ni is 81 mol%, the atomic concentration gradient of Ni is 0.028 mol% / nm, the atomic concentration of Mn is 10 mol%, and the atomic concentration gradient of Mn is 0 .018 mol% / It was confirmed that the internal m are formed.

Figure 2016081626
Figure 2016081626

(比較例1)
表面部と内部の組成が異なり、表面部と内部がともにNi及びMnを含有し、層状構造を備え、表面部のNiの原子濃度Cs、内部のNiの原子濃度CcがCs<Ccである中間部を有さない正極活物質を合成した。具体的には、100重量部の前駆体1と、2.5重量部の前駆体2Aとを複合化装置を用い混合し、前駆体1及び2Aの相互拡散のための熱処理を施さないで比較例1の正極活物質とした。
(Comparative Example 1)
The composition of the surface portion and the inside is different, both the surface portion and the inside contain Ni and Mn, and has a layered structure. The intermediate concentration Cs of Ni in the surface portion and the atomic concentration Cc of Ni in the interior are Cs <Cc A positive electrode active material having no part was synthesized. Specifically, 100 parts by weight of Precursor 1 and 2.5 parts by weight of Precursor 2A are mixed using a compounding apparatus and compared without performing heat treatment for mutual diffusion of Precursors 1 and 2A. The positive electrode active material of Example 1 was used.

(比較例2)
単一組成、つまり、内部のみで構成される正極活物質とした。具体的には、実施例及び比較例1と比較するために、前駆体1を比較例2の正極活物質とした。
(Comparative Example 2)
A positive electrode active material having a single composition, that is, only the inside was used. Specifically, for comparison with Examples and Comparative Example 1, Precursor 1 was used as the positive electrode active material of Comparative Example 2.

実施例1〜3、比較例1、2の非水系二次電池用正極活物質を用いて非水系二次電池をそれぞれ次の手順で製造した。はじめに、正極活物質90重量部と、導電材6重量部と、結着剤4重量部とを、溶媒のN−メチルピロリドンと混合し、均質化してスラリー状の正極合材を調製した。導電材としては、アセチレンブラック「デンカブラック(登録商標)」(電気化学工業株式会社製)を用いた。また、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデンを用いた。続いて、調製した正極合材を、厚み15μmの箔状のアルミ製正極集電体に塗布し、120℃で乾燥させた後、60MPaで2回プレスし圧縮成形して電極板とした。そして、電極板を直径15mmの円盤状に打ち抜き、非水系二次電池用正極とした。   Using the positive electrode active materials for non-aqueous secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, non-aqueous secondary batteries were produced by the following procedures. First, 90 parts by weight of a positive electrode active material, 6 parts by weight of a conductive material, and 4 parts by weight of a binder were mixed with N-methylpyrrolidone as a solvent and homogenized to prepare a slurry-like positive electrode mixture. As the conductive material, acetylene black “DENKA BLACK (registered trademark)” (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) was used. In addition, polyvinylidene fluoride was used as the binder. Subsequently, the prepared positive electrode mixture was applied to a foil-like aluminum positive electrode current collector having a thickness of 15 μm, dried at 120 ° C., and then pressed twice at 60 MPa to form an electrode plate. Then, the electrode plate was punched into a disk shape having a diameter of 15 mm to obtain a positive electrode for a non-aqueous secondary battery.

非水系二次電池は、製造した非水系二次電池用正極と、金属リチウムからなる非水系二次電池用負極とを用いて製造した。非水電解液としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比1:2で混合した溶媒に、LiPFを1.0mol/Lの濃度となるように溶解させたものを用いた。 The non-aqueous secondary battery was manufactured using the manufactured non-aqueous secondary battery positive electrode and the non-aqueous secondary battery negative electrode made of metallic lithium. As the non-aqueous electrolyte, a solution in which LiPF 6 was dissolved to a concentration of 1.0 mol / L in a solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 2 was used.

次に、製造した実施例1〜3、比較例1、2の非水系二次電池について、以下の充放電試験を行い、放電容量を測定した。なお、充放電試験は、環境温度25℃の下で行った。   Next, the following charge / discharge tests were performed on the manufactured non-aqueous secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, and the discharge capacity was measured. The charge / discharge test was conducted at an environmental temperature of 25 ° C.

0.2C相当の電流で上限電圧4.3Vまで定電流定電圧充電を行い30分間休止した後、0.2C相当の定電流で下限電圧3.3Vまで放電を行い30分間休止する充放電を2サイクル行い初期化を行った。放電容量は1サイクル目の値とした。その後、1C相当の電流で上限電圧4.4Vまで定電流定電圧充電を行い5分間休止後、1C相当の定電流で下限電圧3.3Vまで放電を行い5分間休止する充放電を50サイクル行った。1C相当の定電流放電の50サイクル目の放電容量を、1C相当の定電流放電の1サイクル目の放電容量で除して、100を乗じた値を容量維持率とした。その結果を、以下の表4に示す。   Charging / discharging at a constant current equivalent to 0.2C up to an upper limit voltage of 4.3V and resting for 30 minutes and then discharging to a lower limit voltage of 3.3V at a constant current equivalent to 0.2C and resting for 30 minutes Two cycles were initialized. The discharge capacity was the value at the first cycle. After that, constant current and constant voltage charging with a current equivalent to 1C is performed up to an upper limit voltage of 4.4V, and resting for 5 minutes, then discharging to a lower limit voltage of 3.3V with a constant current equivalent to 1C and charging and discharging for 5 minutes is performed for 50 cycles. It was. The discharge capacity at the 50th cycle of constant current discharge equivalent to 1C was divided by the discharge capacity at the first cycle of constant current discharge equivalent to 1C, and a value multiplied by 100 was taken as the capacity retention rate. The results are shown in Table 4 below.

次に、製造した実施例1及び比較例2の非水系二次電池について、以下の充放電試験を行い、放電容量を測定した。なお、充放電試験は、環境温度25℃の下で行った。   Next, the manufactured non-aqueous secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 2 were subjected to the following charge / discharge test, and the discharge capacity was measured. The charge / discharge test was conducted at an environmental temperature of 25 ° C.

0.2C相当の電流で上限電圧4.6Vまで定電流定電圧充電を行い30分間休止した後、0.2C相当の定電流で下限電圧3.3Vまで放電を行い30分間休止する充放電を2サイクル行い初期化を行った。その後、1C相当の電流で上限電圧4.6Vまで定電流定電圧充電を行い5分間休止後、1C相当の定電流で下限電圧3.3Vまで放電を行い5分間休止する充放電を50サイクル行った。1C相当の定電流放電の50サイクル目の放電容量を1C相当の定電流放電の1サイクル目の放電容量で除して、100を乗じた値を4.6Vにおける容量維持率とした。その結果を、以下の表4に示す。   Charge and discharge with constant current and constant voltage charge up to an upper limit voltage of 4.6 V at a current equivalent to 0.2 C and resting for 30 minutes, then discharging to a lower limit voltage of 3.3 V with a constant current equivalent to 0.2 C and resting for 30 minutes Two cycles were initialized. After that, constant current and constant voltage charging with a current equivalent to 1 C is performed up to an upper limit voltage of 4.6 V, and resting for 5 minutes, then discharging to a lower limit voltage of 3.3 V with a constant current equivalent to 1 C and charging and discharging for 5 minutes are performed for 50 cycles. It was. The discharge capacity at the 50th cycle of constant current discharge equivalent to 1C was divided by the discharge capacity at the first cycle of constant current discharge equivalent to 1C, and a value multiplied by 100 was taken as the capacity maintenance rate at 4.6V. The results are shown in Table 4 below.

Figure 2016081626
Figure 2016081626

表4に示すように、実施例1〜3の非水系二次電池では、容量維持率の値については、表面部と内部の組成が異なり、表面部と内部がともにNi及びMnを含有し、層状構造を備え、表面部のNiの原子濃度Cs、内部のNiの原子濃度CcがCs<Ccである比較例1、表面部と内部との組成差がほとんどない比較例2と比較して向上した。また、実施例1〜3の二次電池では、放電容量も179Ah/kg以上と高容量である。また、4.6Vにおける容量維持率についても、表面部と内部との組成差がほとんどない比較例2と比較して向上した。   As shown in Table 4, in the non-aqueous secondary batteries of Examples 1 to 3, the composition of the surface portion and the interior are different for the capacity retention rate, both the surface portion and the inside contain Ni and Mn, Compared to Comparative Example 1, which has a layered structure, the atomic concentration Cs of Ni in the surface portion, and the atomic concentration Cc of the internal Ni is Cs <Cc, compared with Comparative Example 2 in which there is almost no difference in composition between the surface portion and the inside. did. Further, in the secondary batteries of Examples 1 to 3, the discharge capacity is as high as 179 Ah / kg or more. The capacity retention rate at 4.6 V was also improved compared to Comparative Example 2 where there was almost no difference in composition between the surface portion and the inside.

よって、本発明の正極活物質は、高容量、かつ、高電位(電池電圧で4.5V(vs.Li/Li)、正極単極で4.6V(vs.Li/Li))まで利用する場合でのサイクル劣化も、低電位(電池電圧で4.3V(vs.Li/Li)以下、正極単極で4.4V(vs.Li/Li)以下)まで利用する場合におけるサイクル劣化も抑制できることが確認された。 Therefore, the positive electrode active material of the present invention has a high capacity and a high potential (battery voltage of 4.5 V (vs. Li / Li + ), positive electrode single electrode of 4.6 V (vs. Li / Li + )). Cycle deterioration in the case of use is also in the case of using up to a low potential (battery voltage of 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less, positive electrode single electrode of 4.4 V (vs. Li / Li + ) or less). It was confirmed that cycle deterioration can also be suppressed.

1 内部
2 中間部
3 表面部
4 正極活物質二次粒子
5 非水系二次電池
6 非水系二次電池用正極
7 非水系二次電池用負極
8 セパレータ
9 電池缶
10 正極リード片
11 負極リード片
12 密閉蓋
13 シール材
14 絶縁板
15 正極活物質一次粒子
16 TEM−EDX点分析の測定箇所
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inner 2 Middle part 3 Surface part 4 Positive electrode active material secondary particle 5 Non-aqueous secondary battery 6 Positive electrode for non-aqueous secondary battery 7 Negative electrode 8 for non-aqueous secondary battery Separator 9 Battery can 10 Positive electrode lead piece 11 Negative electrode lead piece 12 Sealing lid 13 Sealing material 14 Insulating plate 15 Cathode active material primary particle 16 Measurement location of TEM-EDX point analysis

Claims (16)

内部と、内部の表面に設けられた中間部と、中間部の表面に設けられた表面部とを備え、
表面部と中間部と内部は、それぞれ組成が異なり、Ni及びMnを含有し、層状構造を備え、
表面部のNiの原子濃度Cs、中間部のNiの原子濃度Cm、内部のNiの原子濃度CcがCs<Cm<Ccであり、
表面部のNiの原子濃度の濃度勾配Gs、中間部のNiの原子濃度の濃度勾配GmがGs<Gmである粒子を含むことを特徴とする非水系二次電池用正極活物質。
An inner portion, an intermediate portion provided on the inner surface, and a surface portion provided on the surface of the intermediate portion;
The surface part, the intermediate part, and the inside are different in composition, contain Ni and Mn, and have a layered structure,
The atomic concentration Cs of Ni in the surface portion, the atomic concentration Cm of Ni in the middle portion, and the atomic concentration Cc of Ni in the interior are Cs <Cm <Cc,
A positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery, comprising particles having a concentration gradient Gs of Ni concentration in a surface portion and a concentration gradient Gm of Ni concentration in a middle portion of Gs <Gm.
表面部と中間部と内部の組成式がLi1+XNiMnCo2−Y[式中、Xは、−0.1≦X≦0.3を満たす数であり、Yは、−0.1≦Y≦0.1を満たす数であり、Aは、0.2≦A≦0.95を満たす数であり、Bは、0<B≦0.95を満たす数であり、Cは、0≦C≦0.6を満たす数であり、Mは、Mg、Al、Ti、Mo及びNbからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Dは、0≦D≦0.1を満たす数であり、A+B+C+D=1である]で表されることを特徴とする請求項1に記載の非水系二次電池用正極活物質。 Surface portion and the intermediate portion and the interior of the composition formula Li 1 + X Ni A Mn B Co C M D O 2-Y [ wherein, X is a number satisfying the -0.1 ≦ X ≦ 0.3, Y is , −0.1 ≦ Y ≦ 0.1, A is a number that satisfies 0.2 ≦ A ≦ 0.95, and B is a number that satisfies 0 <B ≦ 0.95. , C is a number satisfying 0 ≦ C ≦ 0.6, M is at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Mo and Nb, and D is 0 ≦ D 2 is a number satisfying ≦ 0.1, and A + B + C + D = 1]. The positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery according to claim 1. 表面部の組成式がLi1+XNiMnCo2−Y[式中、Xは、0<X≦0.3を満たす数であり、Yは、−0.1≦Y≦0.1を満たす数であり、Aは、0.2≦A≦0.95を満たす数であり、Bは、0<B≦0.95を満たす数であり、Cは、0≦C≦0.6を満たす数であり、Mは、Mg、Al、Ti、Mo及びNbからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Dは、0≦D≦0.1を満たす数であり、A+B+C+D=1である]で表されることを特徴とする請求項1又は2に記載の非水系二次電池用正極活物質。 The compositional formula of the surface portion is Li 1 + X Ni A Mn B Co C M D O 2-Y [wherein X is a number satisfying 0 <X ≦ 0.3, and Y is −0.1 ≦ Y ≦ 0.1, A is a number that satisfies 0.2 ≦ A ≦ 0.95, B is a number that satisfies 0 <B ≦ 0.95, and C is 0 ≦ C ≦ 0.95. 0.6 is a number satisfying 0.6, M is at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Mo and Nb, and D is a number satisfying 0 ≦ D ≦ 0.1. The positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein A + B + C + D = 1. 表面部のLiの原子濃度が、内部のLiの原子濃度よりも高いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水系二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the atomic concentration of Li in the surface portion is higher than the atomic concentration of internal Li. 表面部の厚さが20nm以上200nm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水系二次電池用正極活物質。   The thickness of a surface part is 20 nm or more and 200 nm or less, The positive electrode active material for non-aqueous secondary batteries of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 中間部の厚さが10nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水系二次電池用正極活物質。   The thickness of the intermediate part is 10 nm or more and 100 nm or less, The positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 5. 一次粒子が凝集した二次粒子からなり、二次粒子の表面近傍の一次粒子の全部又は一部が、請求項1〜6のいずれか1項に記載の粒子であることを特徴とする非水系二次電池用正極活物質。 A non-aqueous system comprising secondary particles in which primary particles are aggregated, wherein all or part of primary particles in the vicinity of the surface of the secondary particles are particles according to any one of claims 1 to 6. Positive electrode active material for secondary battery. 遷移金属の化合物とLi化合物を混合し、遷移金属の化合物とLi化合物の混合物を仮焼成し、得られた仮焼成体を本焼成して、Li、Ni及びMnを含む前駆体1を製造する工程と、
遷移金属の化合物とLi化合物を混合し、遷移金属の化合物とLi化合物の混合物を焼成して、前駆体1より微粒であり、前駆体1よりNiの原子濃度が低い前駆体2を製造する工程と、
前駆体1と前駆体2を混合し、前駆体1と前駆体2の混合物を熱処理する工程とを含むことを特徴とする、三層構造を有する粒子を含む非水系二次電池用正極活物質の製造方法。
The transition metal compound and the Li compound are mixed, the mixture of the transition metal compound and the Li compound is temporarily fired, and the obtained temporary fired body is fired to produce the precursor 1 containing Li, Ni, and Mn. Process,
A step of mixing a transition metal compound and a Li compound, and firing a mixture of the transition metal compound and the Li compound to produce a precursor 2 that is finer than the precursor 1 and lower in atomic concentration of Ni than the precursor 1 When,
A positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery comprising particles having a three-layer structure, comprising: a step of mixing the precursor 1 and the precursor 2 and heat-treating the mixture of the precursor 1 and the precursor 2 Manufacturing method.
前駆体1のNiの原子濃度が50mol%以上であることを特徴とする、請求項8に記載の非水系二次電池用正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery according to claim 8, wherein the atomic concentration of Ni in the precursor 1 is 50 mol% or more. 前駆体2の遷移金属の合計モル比率に対するLiのモル比率が1よりも大きいことを特徴とする、請求項8又は9に記載の非水系二次電池用正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery according to claim 8 or 9, wherein the molar ratio of Li to the total molar ratio of the transition metals of the precursor 2 is greater than 1. 前駆体1のメジアン径D50Aと前駆体2のメジアン径D50Bが、2≦D50A/D50B≦100であることを特徴とする、請求項8〜10のいずれか1項に記載の非水系二次電池用正極活物質の製造方法。   11. The non-aqueous secondary battery according to claim 8, wherein a median diameter D50A of the precursor 1 and a median diameter D50B of the precursor 2 satisfy 2 ≦ D50A / D50B ≦ 100. For producing a positive electrode active material for use. 前駆体1と前駆体2の混合物の熱処理における加熱温度が、前駆体1を製造する工程における本焼成温度より50度高い温度以下の温度であることを特徴とする、請求項8〜11のいずれか1項に記載の非水系二次電池用正極活物質の製造方法。   The heating temperature in the heat treatment of the mixture of the precursor 1 and the precursor 2 is a temperature not higher than 50 degrees higher than the main firing temperature in the step of manufacturing the precursor 1. The manufacturing method of the positive electrode active material for non-aqueous secondary batteries of Claim 1. 前駆体1と前駆体2の混合物の熱処理における加熱時間が、前駆体1の本焼成時間以下であることを特徴とする、請求項8〜12のいずれか1項に記載の非水系二次電池用正極活物質の製造方法。   The nonaqueous secondary battery according to any one of claims 8 to 12, wherein the heating time in the heat treatment of the mixture of the precursor 1 and the precursor 2 is equal to or shorter than the main firing time of the precursor 1. For producing a positive electrode active material for use. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の非水系二次電池用正極活物質を含むことを特徴とする非水系二次電池用正極。   A positive electrode for a non-aqueous secondary battery, comprising the positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery according to claim 1. 請求項14に記載の非水系二次電池用正極を備えることを特徴とする非水系二次電池。   A non-aqueous secondary battery comprising the positive electrode for a non-aqueous secondary battery according to claim 14. 請求項15に記載の非水系二次電池を備えることを特徴とする車載用非水系二次電池モジュール。   An in-vehicle non-aqueous secondary battery module comprising the non-aqueous secondary battery according to claim 15.
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