JP2017105690A - Nickel-manganese-titanium-based composite composition, manufacturing method therefor and application thereof - Google Patents

Nickel-manganese-titanium-based composite composition, manufacturing method therefor and application thereof Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nickel-manganese-titanium-based composite composition stable in ambient air without generating segregation of a manganese component in general processes such as co-precipitation, washing and drying.SOLUTION: There is provided a nickel-manganese-titanium-based composite oxyhydroxide having a chemical composition represented by NiM1MnM2OOH, where M1 and M2 represent respectively one kind selected from Mg, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn and Zr, 0≤x≤0.1, 0≤y≤0.25 and -0.025≤α≤0.025, and containing a nickel-manganese-based composite oxyhydroxide of which a crystal structure is a cadmium oxide type structure and titanium oxide, a manufacturing method thereof and an application thereof.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物及びその製造方法、並びにその用途に関するものであり、詳しくは、リチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物の前駆体として適したニッケル−マンガン−チタン系複合組成物、そのニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を使用して得られるリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物、及び、そのリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物を正極として使用するリチウム二次電池に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nickel-manganese-titanium composite composition, a method for producing the same, and its use, and more specifically, nickel-manganese- suitable as a precursor of a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide. Titanium-based composite composition, lithium-nickel-manganese-titanium-based composite oxide obtained using the nickel-manganese-titanium-based composite composition, and lithium-nickel-manganese-titanium-based composite oxide as a positive electrode The present invention relates to a lithium secondary battery used as a battery.

スピネル型構造のリチウム−ニッケル−マンガン系複合酸化物が5V級リチウム二次電池用正極活物質として注目されている。   A spinel-type lithium-nickel-manganese composite oxide has attracted attention as a positive electrode active material for 5 V class lithium secondary batteries.

しかしながら、リチウム−ニッケル−マンガン系複合酸化物を正極として現行のリチウムイオン二次電池を構成した場合、高電圧での電解液分解や正極の金属成分溶出が問題となっている。   However, when a current lithium ion secondary battery is configured using a lithium-nickel-manganese based composite oxide as a positive electrode, decomposition of the electrolyte at high voltage and elution of metal components of the positive electrode are problematic.

非特許文献1、特許文献1では、高電圧での充放電において、電解液分解や、正極活物質構成元素の電解液への溶出を抑制、電池劣化を防ぐためには、Li[Ni0.5Mn1.5−xTi]OのようにTi導入したリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物が有効であることを示している。 In Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, in order to suppress electrolytic solution decomposition and elution of a positive electrode active material constituent element into an electrolytic solution during charge / discharge at a high voltage and prevent battery deterioration, Li [Ni 0.5 lithium was Ti introduced as Mn 1.5-x Ti x] O 4 - nickel - manganese - titanium-based composite oxide is shown to be effective.

また、特許文献2ではLi[Ni0.5Mn1.5−xTi]Oの前駆体であるニッケル−マンガン−チタン系化合物を提案している。 Patent Document 2 proposes a nickel-manganese-titanium compound that is a precursor of Li [Ni 0.5 Mn 1.5-x Ti x ] O 4 .

一方、特許文献3では、Ni、MnおよびFeを含有する水溶液とアルカリとを接触させて共沈物スラリーを得たのち、該共沈物スラリーを固液分離して、ウェットケークを作製し、ウェットケークを乾燥するまでの保管時間を48時間以下として複合金属水酸化物を製造することを提案している。   On the other hand, in Patent Document 3, an aqueous solution containing Ni, Mn and Fe is contacted with an alkali to obtain a coprecipitate slurry, and then the coprecipitate slurry is solid-liquid separated to prepare a wet cake. It has been proposed to produce a composite metal hydroxide with a storage time of 48 hours or less until the wet cake is dried.

また、非特許文献2では、NiおよびMnを含有する水溶液とアルカリとを接触させて共沈物スラリーを得たのち、該共沈物スラリーを固液分離して、乾燥し複合金属水酸化物を製造することを提案している。   In Non-Patent Document 2, a coprecipitate slurry is obtained by bringing an aqueous solution containing Ni and Mn into contact with an alkali, and then the coprecipitate slurry is solid-liquid separated and dried to obtain a composite metal hydroxide. Propose to manufacture.

特許第4639634号公報Japanese Patent No. 4636934 特開2015−845号公報JP-A-2015-845 特開2011−153067号公報JP 2011-153067 A

Kim et al,J.Powersources,262(2014),62−71Kim et al, J.A. Powersources, 262 (2014), 62-71 F.Zhou et al.,Chem.Mater.2010,22,1015−1021F. Zhou et al. , Chem. Mater. 2010, 22, 1015-1021

特許文献2のニッケル−マンガン−チタン系前駆体は、ニッケル−マンガン系複合水酸化物とチタン酸化物との複合体であるが、マンガン酸化物(Mn)が副生する。一方で特許文献3のニッケル−マンガン−鉄系複合水酸化物では、共沈物スラリーを固液分離してウェットケークを長期間保管した場合、マンガン酸化物(Mn)が副生するという問題を指摘している。また、副生物のMnを含む複合水酸化物と、リチウム化合物とを混合して焼成した場合、生成物であるリチウム複合金属酸化物が不均一な組成となり、電池性能が不十分となることまで言及している。 The nickel-manganese-titanium precursor of Patent Document 2 is a composite of nickel-manganese composite hydroxide and titanium oxide, but manganese oxide (Mn 3 O 4 ) is by-produced. On the other hand, in the nickel-manganese-iron composite hydroxide of Patent Document 3, manganese oxide (Mn 3 O 4 ) is by-produced when the co-precipitate slurry is solid-liquid separated and the wet cake is stored for a long period of time. It points out the problem. In addition, when a composite hydroxide containing by-product Mn 3 O 4 and a lithium compound are mixed and baked, the product lithium composite metal oxide has a non-uniform composition and battery performance is insufficient. It mentions to become.

また、非特許文献2のニッケル−マンガン複合水酸化物;NiMn1−x(OH)では、x≦1/3でウェットケークの乾燥時にマンガン酸化物(Mn)が副生することを示している。 Moreover, in the nickel-manganese composite hydroxide of Non Patent Literature 2; Ni x Mn 1-x (OH) 2 , manganese oxide (Mn 3 O 4 ) is by-produced when the wet cake is dried with x ≦ 1/3. It shows that

このように、比較的マンガン組成の高いニッケル−マンガン複合水酸化物は大気中で不安定であり、共沈物にもかかわらずMn成分が偏析するという課題がある。したがって、チタン酸化物と複合化する場合、水酸化物以外の安定な化合物が望ましいことは言うまでもない。   Thus, the nickel-manganese composite hydroxide having a relatively high manganese composition is unstable in the atmosphere, and there is a problem that the Mn component segregates despite the coprecipitate. Therefore, it goes without saying that when compounding with titanium oxide, a stable compound other than hydroxide is desirable.

本発明ではこれらの課題を解決し、ニッケル及びマンガンの複合化合物とチタン酸化物との複合組成物であって、大気中で安定であり、共沈、洗浄、乾燥といった一般的な工程でマンガン成分の偏析を生じないニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を与えることができる。また、そのニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を使用して得られるリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物、及び、そのリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物を正極として使用するリチウム二次電池を提供することを目的とする。   The present invention solves these problems and is a composite composition of a composite compound of nickel and manganese and a titanium oxide, which is stable in the atmosphere, and in a general process such as coprecipitation, washing and drying. Thus, it is possible to provide a nickel-manganese-titanium composite composition that does not cause segregation. Further, lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide obtained using the nickel-manganese-titanium composite composition, and lithium using the lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide as a positive electrode An object is to provide a secondary battery.

本発明者らはリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物の前駆体について鋭意検討した。チタン原料については、硫酸チタニルなどの水溶性チタン塩を原料に中和晶析したものが、金属成分の均一性が高いものが得られる。しかしながら、水溶性チタン塩は酸化チタンに比べ価格が著しく高い。したがって、コストが安価である酸化チタンを原料に安定なニッケル、マンガン成分と複合化することで、化学的に安定なニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を生成するとの着想に至った。その結果、酸化チタンと複合化するニッケル、マンガン成分として、水酸化物の類縁構造であるオキシ水酸化物であれば、Mn組成が比較的高い化学組成でも大気中で安定であり、長期間保管や乾燥時にマンガン酸化物(Mn)が副生しないことを見出し、さらに、本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を前駆体としたリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物を正極として使用するリチウム二次電池が高性能であることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、化学組成式がNi(0.25+α)−xM1Mn(0.75−α)−yM2OOH(但し、M1及びM2はそれぞれMg、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn及びZrから選ばれる1種を表し、0≦x≦0.1、0≦y≦0.25であり、−0.025≦α≦0.025である)で表され、結晶構造が水酸化カドミウム型構造であるニッケル−マンガン系複合オキシ水酸化物と、酸化チタンを含むことを特徴とするニッケル−マンガン−チタン系複合組成物、その製造方法、並びにその用途である。 The present inventors diligently studied a precursor of a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide. As for the titanium raw material, a product obtained by neutralizing and crystallizing a water-soluble titanium salt such as titanyl sulfate as a raw material has high uniformity of the metal component. However, water-soluble titanium salts are significantly more expensive than titanium oxide. Therefore, it came to the idea of producing a chemically stable nickel-manganese-titanium composite composition by complexing titanium oxide, which is inexpensive, with a stable nickel and manganese component. As a result, if the oxyhydroxide is a similar structure of hydroxide as a nickel or manganese component complexed with titanium oxide, it is stable in the atmosphere even with a relatively high chemical composition of Mn, and stored for a long time. Further, it was found that manganese oxide (Mn 3 O 4 ) was not by-produced during drying, and further, a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide using the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention as a precursor As a result, the present inventors have found that a lithium secondary battery using as a positive electrode has high performance and completed the present invention. That is, according to the present invention, the chemical composition formula is Ni (0.25 + α) -x M1 x Mn (0.75-α) -y M2 y OOH (where M1 and M2 are Mg, Al, Ti, V, Cr, respectively). , Fe, Co, Cu, Zn, and Zr, and 0 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 0.25, and −0.025 ≦ α ≦ 0.025). Nickel-manganese-based composite oxyhydroxide having a cadmium hydroxide type crystal structure and a titanium oxide, a nickel-manganese-titanium-based composite composition, its production method, and its use It is.

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

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物に含まれるニッケル−マンガン系複合オキシ水酸化物は、化学組成式がNi(0.25+α)−xM1Mn(0.75−α)−yM2OOH(但し、M1及びM2はそれぞれMg、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn及びZrから選ばれる1種を表し、0≦x≦0.1、0≦y≦0.25であり、−0.025≦α≦0.025である)で表される。異種元素置換(M1,M2)により、電池性能、特に充放電サイクルの安定性の向上やMnの溶出抑制効果が期待できる。スピネル型副格子内のNi−Mn規則配列の規則度や5V領域の電池容量を維持するため、Niに対する異種元素置換量は少ない方が好ましい。具体的な化学組成としては、例えば、Ni0.25Mn0.75OOH、Ni0.25Mn0.65Ti0.10OOH、Ni0.20Fe0.05Mn0.75OOH、Ni0.23Mg0.02Mn0.75OOH、Ni0.225Mg0.025Mn0.75OOH、Ni0.225Co0.05Mn0.725OOH(Ni0.225Co0.025Mn0.725Co0.025OOH)、Ni0.23Zn0.02Mn0.75等が挙げられる。 The nickel-manganese composite oxyhydroxide contained in the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention has a chemical composition formula of Ni (0.25 + α) -x M1 x Mn (0.75-α) -y. M2 y OOH (where M1 and M2 each represent one selected from Mg, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn and Zr, and 0 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 0.25 and −0.025 ≦ α ≦ 0.025). Different element substitution (M1, M2) can be expected to improve battery performance, in particular, charge / discharge cycle stability and suppress Mn elution. In order to maintain the degree of order of the Ni—Mn ordered arrangement in the spinel type sublattice and the battery capacity in the 5 V region, it is preferable that the amount of substitution of different elements for Ni is small. As specific chemical composition, for example, Ni 0.25 Mn 0.75 OOH, Ni 0.25 Mn 0.65 Ti 0.10 OOH, Ni 0.20 Fe 0.05 Mn 0.75 OOH, Ni 0 .23 Mg 0.02 Mn 0.75 OOH, Ni 0.225 Mg 0.025 Mn 0.75 OOH, Ni 0.225 Co 0.05 Mn 0.725 OOH (Ni 0.225 Co 0.025 Mn 0 .725 Co 0.025 OOH), Ni 0.23 Zn 0.02 Mn 0.75, and the like.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物に含まれるニッケル−マンガン系複合オキシ水酸化物は、結晶構造が水酸化カドミウム型のオキシ水酸化物である。一方、α型水酸化ニッケル型構造は遷移金属層間が比較的広いため、SOなどの不純物となり得るアニオンを取り込みやすい。水酸化カドミウム型構造であれば、遷移金属層間にはアニオンは取り込まれない。なお、水酸化カドミウム型構造は六方晶系のヨウ化カドミウム型構造のヨウ化物イオンの位置に水酸化物イオンが配置した結晶構造である。水酸化物イオンがほぼ六方最密充填構造に配置し、c軸方向の層の一つおきに八面体六配位の間隙に金属イオンが位置する。 The nickel-manganese composite oxyhydroxide contained in the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention is an oxyhydroxide having a cadmium hydroxide type crystal structure. On the other hand, since the α-type nickel hydroxide structure has a relatively wide transition metal layer, it easily takes in anions that can be impurities such as SO 4 . If it is a cadmium hydroxide type structure, an anion is not taken in between transition metal layers. The cadmium hydroxide structure is a crystal structure in which hydroxide ions are arranged at the positions of iodide ions of a hexagonal cadmium iodide structure. The hydroxide ions are arranged in a nearly hexagonal close-packed structure, and metal ions are located in the octahedral hexacoordinate gaps every other layer in the c-axis direction.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物に含まれるニッケル−マンガン系複合オキシ水酸化物は、理論平均原子価が3価のため、化学組成式中のNi、Mn、M1及びM2の平均原子価が2.8〜3.1であることが好ましく、2.9〜3.0がさらに好ましい。ここに、平均原子価は、ヨードメトリー法により求める。   Since the nickel-manganese composite oxyhydroxide contained in the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention has a theoretical average valence of trivalent, the average of Ni, Mn, M1 and M2 in the chemical composition formula The valence is preferably 2.8 to 3.1, and more preferably 2.9 to 3.0. Here, the average valence is determined by an iodometry method.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物は、酸化チタンを含むものである。ここに、酸化チタンは、二酸化チタン(TiO)であり、結晶形はアナタース、ルチル型のどちらでも構わない。また、酸化チタンの粒径は微細である方が金属成分の分散性が向上できるため、一次粒径は1μm以下であることが好ましく、0.5μm以下がさらに好ましく、0.15μm以下が特に好ましい。多くは二次凝集粒子として存在するが、凝集していない方が分散性の点で有利である。二次凝集粒子の平均粒径としては、2μm以下が好ましく、1μm以下がさらに好ましく、0.5μm以下が特に好ましい。また、凝集粒子の存在状態としては、酸化チタン粒子が当該凝集粒子の表面及び内部の両方に分散していること、すなわち凝集粒子内外で高分散することが必要となる。 The nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention contains titanium oxide. Here, the titanium oxide is titanium dioxide (TiO 2 ), and the crystal form may be either anatase or rutile type. Further, the finer the particle size of titanium oxide, the better the dispersibility of the metal component, so the primary particle size is preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, and particularly preferably 0.15 μm or less. . Many exist as secondary agglomerated particles, but it is advantageous in terms of dispersibility that they are not agglomerated. The average particle size of the secondary aggregated particles is preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm or less, and particularly preferably 0.5 μm or less. In addition, as the presence state of the aggregated particles, it is necessary that the titanium oxide particles are dispersed on both the surface and inside of the aggregated particles, that is, highly dispersed inside and outside the aggregated particles.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物のタップ密度は、電極中の正極活物質の充填性がエネルギー密度に影響するため、1.0g/cm以上であることが好ましい。タップ密度が1.0g/cm以上であれば、本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を原料として得られるリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物の充填性が高くなりやすい。 The tap density of the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention is preferably 1.0 g / cm 3 or more because the filling property of the positive electrode active material in the electrode affects the energy density. When the tap density is 1.0 g / cm 3 or more, the filling property of the lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide obtained using the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention as a raw material tends to be high.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の比表面積は、充填性を確保するため、70m/g以下であることが好ましく、50m/g以下であることがさらに好ましい。一般的には、充填性と比表面積とは相関関係があるため、低比表面積の方が高い充填性の粉末が得られやすい。 The specific surface area of the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention is preferably 70 m 2 / g or less, and more preferably 50 m 2 / g or less, in order to ensure fillability. In general, since the filling property and the specific surface area have a correlation, a powder having a high filling property is easily obtained with a low specific surface area.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の平均粒子径は、電極を形成しやすい粒子径に適合させるため、5〜20μmが好ましく、5〜10μmがさらに好ましい。なお、平均粒子径とは、一次粒子が凝集した二次粒子の平均粒子径、いわゆる凝集粒子径である。   The average particle size of the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention is preferably 5 to 20 μm and more preferably 5 to 10 μm in order to adapt to the particle size at which an electrode can be easily formed. The average particle diameter is an average particle diameter of secondary particles in which primary particles are aggregated, that is, a so-called aggregated particle diameter.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の粒子分布は、単分散、すなわち、モノモーダルな分布を有する粒子径分布である。   The particle distribution of the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention is a particle size distribution having a monodisperse, that is, monomodal distribution.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の化学組成は、(Ni(0.25+α)−xM1Mn(0.75−α)−yM2OOH)−(TiO(但し、A+B=1、M1及びM2はそれぞれMg、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn及びZrから選ばれる1種を表し、0≦x≦0.1、0≦y≦0.25であり、−0.025≦α≦0.025である)で表される。ここで、Tiの金属モル比を示すBは、電池性能の点で0.1以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.05以下である。なお、化学組成についてはその効果を阻害しない限り、化学組成式に含まれるものとは別に、例えば、Mg、Ca、Na、K等のアルカリ金属、アルカリ土類金属を含有していてもよい。その含有量は、特に限定するものではないが、電池性能がより向上するため、200〜1000ppmが好ましく、300〜600ppmがさらに好ましい。 Manganese - - The nickel chemical composition of the titanium-based composite composition, (Ni (0.25 + α) -x M1 x Mn (0.75-α) -y M2 y OOH) A - (TiO 2) B ( However, A + B = 1, M1 and M2 each represent one selected from Mg, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn and Zr, and 0 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 0.25 and −0.025 ≦ α ≦ 0.025). Here, B indicating the metal molar ratio of Ti is preferably 0.1 or less, more preferably 0.05 or less in terms of battery performance. In addition, as long as the effect is not inhibited about a chemical composition, you may contain alkali metals, alkaline-earth metals, such as Mg, Ca, Na, K, etc. separately from what is contained in a chemical composition formula, for example. Although the content is not particularly limited, 200 to 1000 ppm is preferable and 300 to 600 ppm is more preferable because battery performance is further improved.

次に、本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の製造方法について説明する。   Next, a method for producing the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention will be described.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物は、ニッケル及びマンガン、又はニッケル、マンガン、並びにMg、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn及びZrから選ばれる1種以上を含む金属塩水溶液、酸化チタン、苛性ソーダ水溶液及び酸化剤として有酸素ガス又は過酸化水素水をpH8〜10で混合してニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を晶析させることにより製造することができる。   The nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention comprises at least one selected from nickel and manganese, or nickel, manganese, and Mg, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, and Zr. It can be produced by crystallization of a nickel-manganese-titanium composite composition by mixing an aqueous solution of metal salt, titanium oxide, an aqueous solution of caustic soda and an aerobic gas or aqueous hydrogen peroxide as an oxidizing agent at pH 8-10. .

金属塩水溶液は、少なくともニッケル及びマンガンを含み、さらにMg、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn及びZrから選ばれる1種以上の金属を含むことができる。金属塩水溶液としては、ニッケル及びマンガン、さらに他の所定の金属を含む硫酸塩、塩化物、硝酸塩、酢酸塩などを溶解させた水溶液や、硫酸、塩酸、硝酸、酢酸などの無機酸にニッケル及びマンガン、さらに他の所定の金属を溶解した水溶液等を挙げることができる。好ましい金属塩水溶液として、硫酸ニッケル及び硫酸マンガンを含む水溶液を例示することができる。   The metal salt aqueous solution contains at least nickel and manganese, and can further contain one or more metals selected from Mg, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, and Zr. Examples of the metal salt aqueous solution include nickel, manganese, an aqueous solution in which sulfates, chlorides, nitrates, acetates and the like containing other predetermined metals are dissolved, and nickel and inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid. An aqueous solution in which manganese and other predetermined metals are dissolved can be used. An example of a preferable aqueous metal salt solution is an aqueous solution containing nickel sulfate and manganese sulfate.

また、金属塩水溶液中のニッケル、マンガン、他の所定の金属の割合は、目的とするニッケル−マンガン系複合オキシ水酸化物のニッケル、マンガン、他の所定の金属の割合となるようにすればよい。金属塩水溶液中のニッケル、マンガン、他の所定の金属の割合は、モル比でNi+M1:Mn+M2=0.25+α:0.75−α、Ni:M1=(0.25+α)−x:x、Mn:M2=(0.75−α)−y:y(但し、M1及びM2はそれぞれMg、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn及びZrから選ばれる1種を表し、0≦x≦0.1、0≦y≦0.25であり、−0.025≦α≦0.025である)を挙げることができる。   In addition, the ratio of nickel, manganese, and other predetermined metals in the metal salt aqueous solution should be the ratio of nickel, manganese, and other predetermined metals of the target nickel-manganese composite oxyhydroxide. Good. The proportions of nickel, manganese, and other predetermined metals in the aqueous metal salt solution are molar ratios of Ni + M1: Mn + M2 = 0.25 + α: 0.75-α, Ni: M1 = (0.25 + α) −x: x, Mn : M2 = (0.75−α) −y: y (where M1 and M2 each represent one selected from Mg, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn and Zr, and 0 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 0.25, and −0.025 ≦ α ≦ 0.025).

金属塩水溶液中のニッケル、マンガンなどの全金属の合計濃度(金属濃度)は任意であるが、金属濃度は生産性に影響を及ぼすため、1.0mol/L以上が好ましく、2.0mol/L以上がさらに好ましい。   Although the total concentration (metal concentration) of all metals such as nickel and manganese in the metal salt aqueous solution is arbitrary, since the metal concentration affects the productivity, 1.0 mol / L or more is preferable, and 2.0 mol / L The above is more preferable.

酸化チタンは二酸化チタン(TiO)であり、水に分散した懸濁液を用いたり、直接粉末で導入することができる。ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物内の酸化チタンの分散性を向上させるためには、まず、懸濁液中の酸化チタンの分散・解こう性を向上させる必要がある。そのためには第一に、酸、アルカリを水に添加することによりpH調整する方法がある。この場合、晶析したニッケル−マンガン−チタン系複合組成物に不純物が残らないような酸、アルカリ剤が望ましく、例として硝酸やアンモニア水を挙げることができる。第二の方法として、界面活性剤を微量添加することにより分散・解こう性を向上させることができる。また、第3の方法として、粉砕機や超音波装置などにより、同じく分散・解こう性を増すことができるが、高額設備を伴う場合が多い。これらの3つの方法の中で、薬剤、設備などの費用と分散・解こう効果とを評価した場合、界面活性剤を添加する方法が費用対効果が高いことが判明した。以上から、酸化チタン懸濁液に界面活性剤を添加することが好ましい。 Titanium oxide is titanium dioxide (TiO 2 ), which can be introduced as a suspension dispersed in water or directly as a powder. In order to improve the dispersibility of titanium oxide in the nickel-manganese-titanium composite composition, it is first necessary to improve the dispersibility / peptization properties of titanium oxide in the suspension. For this purpose, first, there is a method of adjusting pH by adding an acid or an alkali to water. In this case, an acid or an alkali agent that does not leave impurities in the crystallized nickel-manganese-titanium composite composition is desirable, and examples thereof include nitric acid and aqueous ammonia. As a second method, dispersion and peptization can be improved by adding a small amount of a surfactant. Further, as a third method, the dispersibility / peptization can be similarly increased by a pulverizer, an ultrasonic device, or the like, but often involves expensive equipment. Among these three methods, when evaluating the cost of chemicals and equipment and the dispersion / peptization effect, it was found that the method of adding a surfactant is highly cost-effective. From the above, it is preferable to add a surfactant to the titanium oxide suspension.

酸化チタン懸濁液に界面活性剤を添加する場合の界面活性剤としては、分散・解こう効果が高いものを選択するのは言うまでもないが、金属カチオンや硫酸塩など晶析したニッケル−マンガン−チタン系複合組成物に不純物が残らないものが好ましい。この点で界面活性剤種としてポリカルボン酸アンモニウム系が最適である。また、添加する界面活性剤は微量で十分な効果が得られる。界面活性剤/酸化チタン重量比で0.02以下、好ましくは0.01以下、さらに好ましくは0.0075以下を例示することができる。   Needless to say, a surfactant having a high dispersion / peptification effect is selected as the surfactant in the case of adding a surfactant to the titanium oxide suspension, but the crystallized nickel-manganese- Those in which no impurities remain in the titanium-based composite composition are preferred. In this respect, an ammonium polycarboxylate is most suitable as the surfactant species. Further, a sufficient amount of surfactant can be obtained with a small amount. A surfactant / titanium oxide weight ratio is 0.02 or less, preferably 0.01 or less, and more preferably 0.0075 or less.

苛性ソーダ水溶液は、水酸化ナトリウム水溶液であり、例えば、固形状水酸化ナトリウムを水溶させたものや食塩電解から生成した水酸化ナトリウム水溶液を濃度調製したもの等を用いることができる。   The caustic soda aqueous solution is an aqueous sodium hydroxide solution, and for example, an aqueous solution of solid sodium hydroxide or an aqueous solution of sodium hydroxide generated from salt electrolysis can be used.

酸化剤は、有酸素ガス又は過酸化水素水である。酸化剤が有酸素ガス又は過酸化水素水でない場合(例えば、過硫酸ソーダ、塩素酸ソーダ等)は、目的とするオキシ水酸化物が得られない。有酸素ガスとしては、例えば、空気、酸素等を例示することができるが、経済上、空気が最も好ましい。空気や酸素などのガスはバブラーなどを用いてバブリングさせることで添加する。一方、過酸化水素水は金属塩水溶液や苛性ソーダ水溶液と同様に混合することができる。過酸化水素水の濃度としては、3〜30重量%を例示することができる。   The oxidizing agent is aerobic gas or hydrogen peroxide solution. When the oxidizing agent is not an aerobic gas or hydrogen peroxide water (for example, sodium persulfate, sodium chlorate, etc.), the target oxyhydroxide cannot be obtained. Examples of the aerobic gas include air, oxygen and the like, but air is most preferable from an economic viewpoint. Gases such as air and oxygen are added by bubbling with a bubbler or the like. On the other hand, the hydrogen peroxide solution can be mixed similarly to the metal salt aqueous solution and the caustic soda aqueous solution. Examples of the concentration of the hydrogen peroxide solution include 3 to 30% by weight.

金属塩水溶液、酸化チタン、苛性ソーダ水溶液及び酸化剤として有酸素ガス又は過酸化水素水をpH8.5〜10で混合することにより、本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物が晶析する。pH10を超えると、ニッケル、マンガン成分が水酸化カドミウム型構造以外の結晶相となり、微細粒子となりやすい。このような微細粒子は濾過・洗浄効率が低く、これにより著しく製造効率が低くなる。一方、pH8.5未満であると、α型オキシ水酸化物やスピネル型酸化物の混合相となり、ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物が晶析しにくくなる。高い製造効率での製造を可能とするため、pH9〜10が好ましい。   The nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention is crystallized by mixing an aqueous solution of metal salt, titanium oxide, aqueous solution of caustic soda, and oxygen gas or hydrogen peroxide water as an oxidizing agent at pH 8.5-10. When the pH exceeds 10, the nickel and manganese components become crystalline phases other than the cadmium hydroxide type structure and tend to be fine particles. Such fine particles have low filtration / cleaning efficiency, which significantly reduces production efficiency. On the other hand, when the pH is less than 8.5, a mixed phase of α-type oxyhydroxide and spinel-type oxide is formed, and the nickel-manganese-titanium composite composition is hardly crystallized. In order to enable production with high production efficiency, pH 9 to 10 is preferable.

金属塩水溶液、酸化チタン、苛性ソーダ水溶液及び酸化剤を混合するときの混合温度は特に限定するものではないが、金属塩水溶液の酸化反応が進みやすくなり、ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物がより晶析しやすくなるため、50℃以上が好ましく、60℃以上がさらに好ましく、80℃以上が特に好ましい。   The mixing temperature when mixing the metal salt aqueous solution, titanium oxide, caustic soda aqueous solution and oxidant is not particularly limited, but the oxidation reaction of the metal salt aqueous solution is facilitated, and the nickel-manganese-titanium composite composition is more Since it becomes easy to crystallize, 50 degreeC or more is preferable, 60 degreeC or more is more preferable, and 80 degreeC or more is especially preferable.

金属塩水溶液、酸化チタン、苛性ソーダ水溶液及び酸化剤の混合によりpHが変動する場合がある。この場合、適宜、苛性ソーダ水溶液以外のアルカリ水溶液を混合水溶液に混合することでpHを制御することができる。苛性ソーダ水溶液以外のアルカリ水溶液の混合は、連続的に行ってもよく、断続的に行ってもよい。苛性ソーダ水溶液以外のアルカリ水溶液としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属の水溶液が例示できる。また、アルカリ水溶液のアルカリ濃度は1mol/L以上を例示することができる。   The pH may fluctuate due to mixing of the metal salt aqueous solution, titanium oxide, caustic soda aqueous solution, and oxidizing agent. In this case, the pH can be controlled by appropriately mixing an alkaline aqueous solution other than the caustic soda aqueous solution with the mixed aqueous solution. Mixing of the alkaline aqueous solution other than the caustic soda aqueous solution may be performed continuously or intermittently. Examples of the alkaline aqueous solution other than the caustic soda aqueous solution include aqueous solutions of alkali metals such as potassium hydroxide and lithium hydroxide. Moreover, the alkali concentration of aqueous alkali solution can illustrate 1 mol / L or more.

なお、本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の製造の際には、錯化剤を添加することができる。錯化剤を共存させると、ニッケルイオンの溶解度が増加し、粒子表面が平滑となり球形度が向上する。その結果、タップ密度が向上するといった利点がある。錯化剤としては、アンモニア、アンモニウム塩、アミノ酸が好適であり、アンモニアとしては、例えば、アンモニア水等が例示され、アンモニウム塩としては、例えば、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム等が例示され、アミノ酸としては、例えば、グリシン等が例示される。該錯化剤は、金属イオンとともにフィードさせるのが好ましい。その濃度は、NH/遷移金属モル比として0.1〜2が好ましく、さらに好ましくは0.5〜1である。 In the production of the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention, a complexing agent can be added. When a complexing agent is present, the solubility of nickel ions increases, the particle surface becomes smooth, and the sphericity is improved. As a result, there is an advantage that the tap density is improved. As the complexing agent, ammonia, an ammonium salt, and an amino acid are preferable. As the ammonia, for example, aqueous ammonia is exemplified, and as the ammonium salt, for example, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium nitrate, ammonium carbonate, and the like are exemplified. Examples of amino acids include glycine and the like. The complexing agent is preferably fed together with metal ions. The concentration is preferably 0.1 to 2, more preferably 0.5 to 1, as the NH 3 / transition metal molar ratio.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の製造は、雰囲気制御は必要なく、通常の大気雰囲気下で行うことが可能である。   Manufacture of the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention does not require atmospheric control, and can be performed in a normal air atmosphere.

ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物が得られれば、製造はバッチ式、連続式のどちらでも可能である。バッチ式の場合、混合時間は任意である。例えば、3〜48時間が挙げられ、さらには6〜24時間を挙げることができる。一方、連続式の場合、ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物が反応容器内に滞在する平均滞在時間を1〜30時間にするのが好ましく、3〜20時間がより好ましい。   If a nickel-manganese-titanium composite composition is obtained, the production can be performed either batchwise or continuously. In the case of a batch type, the mixing time is arbitrary. For example, 3 to 48 hours can be mentioned, and further 6 to 24 hours can be mentioned. On the other hand, in the case of a continuous type, it is preferable that the average residence time in which the nickel-manganese-titanium composite composition stays in the reaction vessel is 1 to 30 hours, and more preferably 3 to 20 hours.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の製造方法では、ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物が晶析した後に、ろ過、洗浄及び乾燥を行う。   In the method for producing a nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention, filtration, washing and drying are performed after the nickel-manganese-titanium composite composition is crystallized.

ろ過では、一般的な固液分離操作を行うもので、特に制限はない。   Filtration is a general solid-liquid separation operation and is not particularly limited.

洗浄では、ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物に付着、吸着した不純物を除去する。洗浄方法としては、水(例えば、純水、水道水、河川水等)にニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を添加し、これを洗浄する方法等が例示できる。   In the cleaning, impurities adhering to and adsorbing to the nickel-manganese-titanium composite composition are removed. Examples of the cleaning method include a method of adding a nickel-manganese-titanium composite composition to water (for example, pure water, tap water, river water, etc.) and cleaning the same.

乾燥では、ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の水分を除去する。乾燥方法としては、例えば、ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を110〜150℃で2〜15時間で乾燥すること等が挙げられる。   In the drying, the moisture of the nickel-manganese-titanium composite composition is removed. Examples of the drying method include drying the nickel-manganese-titanium composite composition at 110 to 150 ° C. for 2 to 15 hours.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の製造方法では、ろ過、洗浄、乾燥後のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を焼成してもよい。焼成温度は適用する排ガス温度よりも高いことが望ましい。具体的には300℃以上であることが好ましく、450℃以上であることがより好ましく、一方、単斜晶ZrOとMn酸化物に分解するのを防止できるため、900℃以下が好ましい。焼成時間は特に制限はないが、極端に長時間にする必要はなく、例えば、5〜100時間、好ましくは5〜20時間が挙げられる。焼成の雰囲気については特に制限はないが、大気などの酸素雰囲気、窒素などの非酸素雰囲気が例示できるが、簡便であるため大気で行なうことが好ましい。焼成方法は特に制限されず、例えば、マッフル炉、ロータリーキルン、流動焼成炉等を使用した各種の焼成方法を用いることができる。 In the method for producing a nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention, the nickel-manganese-titanium composite composition after filtration, washing, and drying may be fired. The firing temperature is desirably higher than the exhaust gas temperature to be applied. Specifically, it is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 450 ° C. or higher. On the other hand, since it can be prevented from being decomposed into monoclinic ZrO 2 and Mn oxide, 900 ° C. or lower is preferable. Although there is no restriction | limiting in particular in baking time, It is not necessary to make it extremely long time, for example, 5 to 100 hours, Preferably 5 to 20 hours is mentioned. The firing atmosphere is not particularly limited, and examples thereof include an oxygen atmosphere such as air and a non-oxygen atmosphere such as nitrogen. However, it is preferable that the firing is performed in the air because it is simple. The firing method is not particularly limited, and various firing methods using a muffle furnace, a rotary kiln, a fluidized firing furnace, and the like can be used.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の製造方法では、乾燥又は焼結した後に、粉砕を行ってもよい。   In the method for producing a nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention, pulverization may be performed after drying or sintering.

粉砕では、用途に適した平均粒子径の粉末とする。所望の平均粒子径となれば粉砕条件は任意であり、例えば、湿式粉砕、乾式粉砕等の方法で粉砕することが例示できる。   In pulverization, a powder having an average particle size suitable for the application is used. If it becomes a desired average particle diameter, grinding | pulverization conditions are arbitrary, For example, grind | pulverizing by methods, such as wet grinding and dry grinding, can be illustrated.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物は金属元素の分散性が比較的高く、化学的安定性も高いため、リチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物の製造に使用することができる。   Since the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention has relatively high dispersibility of metal elements and high chemical stability, it can be used for the production of lithium-nickel-manganese-titanium composite oxides. .

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を原料として、リチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物を製造する場合、その製造方法は、ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物とリチウム及びリチウム化合物の少なくとも一方とを混合する混合工程と、焼成工程とを有することが好ましい。   In the case of producing a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide using the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention as a raw material, the production method includes the following: nickel-manganese-titanium composite composition, lithium and lithium It is preferable to have a mixing step of mixing at least one of the compounds and a firing step.

混合工程において、リチウム化合物は任意のものを用いることができる。リチウム化合物として、水酸化リチウム、酸化リチウム、炭酸リチウム、ヨウ化リチウム、硝酸リチウム、シュウ酸リチウム及びアルキルリチウムの群から選ばれる1種以上が例示できる。好ましいリチウム化合物として、水酸化リチウム、酸化リチウム及び炭酸リチウムの群から選ばれるいずれか1種以上が例示できる。   In the mixing step, any lithium compound can be used. Examples of the lithium compound include one or more selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium oxide, lithium carbonate, lithium iodide, lithium nitrate, lithium oxalate, and alkyl lithium. As a preferable lithium compound, any one or more selected from the group of lithium hydroxide, lithium oxide and lithium carbonate can be exemplified.

焼成工程において、原料を混合後に焼成してリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物を製造する。焼成は500〜1000℃のいずれかの温度で、空気中、酸素中など各種の雰囲気で行うことができる。   In the firing step, the raw materials are mixed and then fired to produce a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide. Firing can be performed at any temperature of 500 to 1000 ° C. in various atmospheres such as air and oxygen.

このように得られたリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物については、リチウム二次電池の正極活物質として用いられる。   The lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide thus obtained is used as a positive electrode active material for a lithium secondary battery.

本発明のリチウム二次電池に用いる負極活物質としては、金属リチウム、リチウムまたはリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用いることができる。例えば、金属リチウム、リチウム/アルミニウム合金、リチウム/スズ合金、リチウム/鉛合金、電気化学的にリチウムイオンを挿入・脱離することができる炭素材料等が例示され、電気化学的にリチウムイオンを挿入・脱離することができる炭素材料が安全性および電池の特性の面から特に好適である。   As the negative electrode active material used in the lithium secondary battery of the present invention, metallic lithium, lithium, or a material capable of occluding and releasing lithium ions can be used. Examples include lithium metal, lithium / aluminum alloy, lithium / tin alloy, lithium / lead alloy, and carbon materials that can electrochemically insert and desorb lithium ions, and electrochemically insert lithium ions. A carbon material that can be detached is particularly suitable from the viewpoint of safety and battery characteristics.

本発明のリチウム二次電池で用いる電解質としても特に制限はなく、例えば、カーボネート類、スルホラン類、ラクトン類、エーテル顆等の有機溶媒中にリチウム塩を溶解したものや、リチウムイオン導電性の固体電解質を用いることができる。   The electrolyte used in the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, a lithium salt dissolved in an organic solvent such as carbonates, sulfolanes, lactones, ether condyles, or a lithium ion conductive solid An electrolyte can be used.

本発明のリチウム二次電池で用いるセパレーターとしては、特に制限はないが、例えば、ポリエチレン製、ポリプロピレン製の微細多孔膜等を用いることができる。   Although there is no restriction | limiting in particular as a separator used with the lithium secondary battery of this invention, For example, the microporous film made from polyethylene, a polypropylene, etc. can be used.

以上のようなリチウム二次電池の構成の一例として、導電剤との混合物をペレット状に成型した後、100〜200℃で減圧乾燥して得られる成形物を電池用正極とし、金属リチウム箔からなる負極、およびエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを溶解した電解液を用いたものが挙げられる。   As an example of the configuration of the lithium secondary battery as described above, a molded product obtained by molding a mixture with a conductive agent into a pellet and then drying under reduced pressure at 100 to 200 ° C. is used as a battery positive electrode. And those using an electrolytic solution in which lithium hexafluorophosphate is dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物は、大気中で安定であり、長期間保管や乾燥時にマンガン酸化物(Mn)が副生しない。このように化学的に安定であり、低コストな酸化チタンを適度に分散した金属元素の分散性が高い前駆体といえる。また、本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を前駆体としたリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物を正極として使用するリチウム二次電池は高性能である。 The nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention is stable in the air, and manganese oxide (Mn 3 O 4 ) is not by-produced during long-term storage or drying. Thus, it can be said that it is a chemically stable precursor with high dispersibility of a metal element in which low-cost titanium oxide is appropriately dispersed. A lithium secondary battery using a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide having the nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention as a precursor as a positive electrode has high performance.

実施例1のニッケル−マンガン−チタン−アルミニウム系複合組成物のSEM像である。2 is a SEM image of the nickel-manganese-titanium-aluminum composite composition of Example 1. FIG. 実施例2のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物のSEM像である。3 is a SEM image of the nickel-manganese-titanium composite composition of Example 2. FIG. 実施例3のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物のSEM像である。4 is a SEM image of the nickel-manganese-titanium composite composition of Example 3. FIG. 実施例1のニッケル−マンガン−チタン−アルミニウム系複合組成物のXRDパターンである。2 is an XRD pattern of a nickel-manganese-titanium-aluminum composite composition of Example 1. FIG. 実施例2のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物のXRDパターンである。2 is an XRD pattern of a nickel-manganese-titanium composite composition of Example 2. FIG. 実施例3のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物のXRDパターンである。3 is an XRD pattern of a nickel-manganese-titanium composite composition of Example 3. FIG. 実施例1のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の断面のSEM像とNi、Mn、Ti、AlのEDS元素マッピング像である。It is the SEM image of the cross section of the nickel-manganese-titanium-type composite composition of Example 1, and the EDS element mapping image of Ni, Mn, Ti, and Al. 実施例2のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の断面のSTEM像とNi、Mn、TiのEDS元素マッピング像である。It is a STEM image of the cross section of the nickel-manganese-titanium composite composition of Example 2, and an EDS element mapping image of Ni, Mn, and Ti.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、これらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, it is not limited to these.

<化学組成の測定>
得られたニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の組成分析は誘導結合プラズマ発光分析法(ICP法)により行った。すなわち、得られたニッケル−マンガン−チタン系複合組成物と硫酸とをオートクレーブに入れ加圧酸分解することにより、測定溶液を調製した。一般的な誘導結合プラズマ発光分析装置(商品名:OPTIMA3000DV、PERKIN ELMER製)を用い、得られた測定溶液を測定することで、得られたニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の組成を分析した。
<Measurement of chemical composition>
The composition analysis of the obtained nickel-manganese-titanium composite composition was performed by inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP method). That is, the measurement solution was prepared by putting the obtained nickel-manganese-titanium composite composition and sulfuric acid into an autoclave and performing pressure acid decomposition. The composition of the obtained nickel-manganese-titanium composite composition was analyzed by measuring the obtained measurement solution using a general inductively coupled plasma optical emission analyzer (trade name: OPTIMA 3000 DV, manufactured by PERKIN ELMER). .

<金属原子価の測定>
ニッケル、マンガンなどの金属の平均原子価をヨードメトリーにより測定した。得られたニッケル−マンガン−チタン系複合組成物0.3gとヨウ化カリウム3.0gを7N−塩酸溶液50mlに溶解させた後、1N−NaOH溶液200mlを添加し、中和した。中和した試料液に対して、0.1N−チオ硫酸ナトリウム水溶液を滴下し、滴下量から平均原子価を計算した。なお、指示薬にはでんぷん溶液を用いた。
<Measurement of metal valence>
The average valence of metals such as nickel and manganese was measured by iodometry. After 0.3 g of the obtained nickel-manganese-titanium composite composition and 3.0 g of potassium iodide were dissolved in 50 ml of 7N-hydrochloric acid solution, 200 ml of 1N-NaOH solution was added for neutralization. 0.1N-sodium thiosulfate aqueous solution was dripped with respect to the neutralized sample liquid, and average valence was computed from the dripping amount. A starch solution was used as an indicator.

<粉末X線回折測定>
一般的なX線回折装置(商品名:MXP−3、マックサイエンス社製)を使用し、試料の粉末X線回折測定を行った。線源にはCuKα線(λ=1.5405Å)を用い、測定モードはステップスキャン、スキャン条件は毎秒0.04°、計測時間は3秒、及び、測定範囲は2θとして5°から100°の範囲で測定した。
<Powder X-ray diffraction measurement>
Using a general X-ray diffractometer (trade name: MXP-3, manufactured by MacScience), powder X-ray diffraction measurement of the sample was performed. A CuKα ray (λ = 1.5405 mm) is used as the radiation source, the measurement mode is step scan, the scan condition is 0.04 ° per second, the measurement time is 3 seconds, and the measurement range is 2 ° to 5 ° to 100 °. Measured in range.

<結晶相の同定>
上記の条件のXRD測定で得られたXRDパターンにおいて、2θ=19.0±0.5°にシャープなピークを有し、36.9±1.5°、48.0±3.5°、62.0±5.0°、65.0±5.0°にブロードなXRDピークを有することをもって、水酸化カドミウム構造とみなした。最低角以外のピーク形状がブロードであるのは積層欠陥の影響である。また、二酸化チタンについては、XRDパターンにおいて2θ=27.0±2.0°にシャープなメインピークを有する。
<Identification of crystal phase>
In the XRD pattern obtained by the XRD measurement under the above conditions, it has a sharp peak at 2θ = 19.0 ± 0.5 °, 36.9 ± 1.5 °, 48.0 ± 3.5 °, A cadmium hydroxide structure was considered to have a broad XRD peak at 62.0 ± 5.0 ° and 65.0 ± 5.0 °. The peak shape other than the lowest angle is broad because of stacking faults. Titanium dioxide has a sharp main peak at 2θ = 27.0 ± 2.0 ° in the XRD pattern.

<粒度分布、平均粒子径の測定>
得られたニッケル−マンガン−チタン系複合組成物0.5gを0.1Nアンモニア水50mL中に投入し、10秒間超音波照射して分散スラリーとした。当該分散スラリーを粒度分布測定装置(商品名:マイクロトラックHRA、HONEWELL製)に投入し、レーザー回折法で体積分布の測定を行なった。得られた体積分布から粒度分布及び平均粒子径(μm)を求めた。
<Measurement of particle size distribution and average particle size>
0.5 g of the obtained nickel-manganese-titanium composite composition was put into 50 mL of 0.1N ammonia water, and subjected to ultrasonic irradiation for 10 seconds to obtain a dispersion slurry. The dispersed slurry was put into a particle size distribution measuring apparatus (trade name: Microtrac HRA, manufactured by HONEWELL), and volume distribution was measured by a laser diffraction method. The particle size distribution and average particle size (μm) were determined from the obtained volume distribution.

<タップ密度の測定>
得られたニッケル−マンガン−チタン系複合組成物2gを10mLのガラス製メスシリンダーに充填し、これを200回タッピングした。重量およびタッピング後の体積から、タップ密度(g/cm)を算出した。
<Measurement of tap density>
2 g of the obtained nickel-manganese-titanium composite composition was filled into a 10 mL glass graduated cylinder and tapped 200 times. The tap density (g / cm 3 ) was calculated from the weight and the volume after tapping.

<比表面積の測定>
流動式比表面積自動測定装置(商品名:フローソーブ3−2305、Micrometrics社製)を用い、得られたニッケル−マンガン−チタン系複合組成物1.0gを窒素気流中150℃、1時間前処理した後、BET1点法にて吸脱着面積を測定した後、重量で除することで比表面積(m/g)を求めた。
<Measurement of specific surface area>
Using a flow-type specific surface area automatic measuring apparatus (trade name: Flowsorb 3-2305, manufactured by Micrometrics), 1.0 g of the obtained nickel-manganese-titanium composite composition was pretreated in a nitrogen stream at 150 ° C. for 1 hour. Then, after measuring the adsorption / desorption area by the BET one-point method, the specific surface area (m 2 / g) was determined by dividing by the weight.

<粒子内の元素分布評価>
得られたニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を樹脂包埋した後、イオンミリングにより切断し、粒子断面のSEM観察とEDSによる元素マッピングを行った。SEM観察は、走査電子顕微鏡(商品名:JSM−7600F、日本電子製)、EDSは、EDS検出器(商品名:NSS312E、サーモフィッシャーサイエンティフィック製)を用いた。
<Evaluation of element distribution in particles>
The obtained nickel-manganese-titanium composite composition was embedded in a resin and then cut by ion milling, and SEM observation of the particle cross section and element mapping by EDS were performed. A scanning electron microscope (trade name: JSM-7600F, manufactured by JEOL) was used for SEM observation, and an EDS detector (trade name: NSS312E, manufactured by Thermo Fisher Scientific) was used for EDS.

また、STEM−EDSマッピングも行った。ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を乳鉢で粉砕した後、アセトン中で超音波分散し、マイクログリッド上で乾燥させたものを測定試料とした。STEMは、透過型電子顕微鏡(商品名:JEM−2100F、日本電子製)、EDSは、EDS検出器(商品名:JED−2300T、日本電子製)を用いた。   STEM-EDS mapping was also performed. The nickel-manganese-titanium composite composition was pulverized in a mortar, then ultrasonically dispersed in acetone, and dried on a microgrid as a measurement sample. A transmission electron microscope (trade name: JEM-2100F, manufactured by JEOL) was used for STEM, and an EDS detector (trade name: JED-2300T, manufactured by JEOL) was used for EDS.

<電池性能評価>
リチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物の正極としての電池特性試験を行った。
<Battery performance evaluation>
A battery characteristic test as a positive electrode of a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide was performed.

リチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物と導電剤のポリテトラフルオロエチレンとアセチレンブラックとの混合物(商品名:TAB−2)とを重量比で4:1の割合で混合し、1ton/cmの圧力でメッシュ(SUS316製)上にペレット状に成型した後、150℃で減圧乾燥し、電池用正極を作製した。得られた電池用正極と、金属リチウム箔(厚さ0.2mm)からなる負極、およびエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを1mol/dmの濃度で溶解した電解液を用いてリチウム二次電池を構成した。当該リチウム二次電池を用いて定電流で電池電圧が4.9Vから3.0Vの間室温下で30サイクル充放電させた。充放電時の電流密度は0.4mA/cmとした。 A lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide, a mixture of polytetrafluoroethylene and acetylene black (trade name: TAB-2) as a conductive agent are mixed at a weight ratio of 4: 1, and 1 ton / cm. After forming into a pellet shape on a mesh (made of SUS316) at a pressure of 2 , it was dried under reduced pressure at 150 ° C. to produce a battery positive electrode. Electrolysis in which lithium hexafluorophosphate was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a concentration of 1 mol / dm 3 in the obtained positive electrode for a battery, a negative electrode comprising a metal lithium foil (thickness 0.2 mm), and A lithium secondary battery was constructed using the liquid. Using the lithium secondary battery, the battery voltage was charged and discharged at a constant current for 30 cycles at room temperature between 4.9V and 3.0V. The current density during charge / discharge was 0.4 mA / cm 2 .

実施例1
硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸アルミニウムを純水に溶解し、Ni:Mn:Alモル比=0.505:1.474:0.021の金属塩水溶液とした(金属塩水溶液中の全金属の合計濃度は2.0mol/Lであった)。
Example 1
Nickel sulfate, manganese sulfate, and aluminum sulfate were dissolved in pure water to form a metal salt aqueous solution having a Ni: Mn: Al molar ratio = 0.505: 1.474: 0.021 (total of all metals in the metal salt aqueous solution). The concentration was 2.0 mol / L).

一方で二酸化チタン(商品名:A120、堺化学工業製)とポリアクリル酸アンモニウム系界面活性剤(サンノプコ、SNディスパーサント5020)とを純水に溶解させることにより酸化チタン懸濁液を調製した。懸濁液中の二酸化チタンの重量分率2.5%、界面活性剤/二酸化チタン重量比率0.6%とした。   On the other hand, a titanium oxide suspension was prepared by dissolving titanium dioxide (trade name: A120, manufactured by Sakai Chemical Industry) and an ammonium polyacrylate surfactant (San Nopco, SN Dispersant 5020) in pure water. The weight fraction of titanium dioxide in the suspension was 2.5%, and the surfactant / titanium dioxide weight ratio was 0.6%.

また、内容積1Lの反応容器に純水200gを入れた後、これを70℃まで昇温、維持した。   Further, 200 g of pure water was put into a reaction vessel having an internal volume of 1 L, and then this was heated to 70 ° C. and maintained.

ニッケル、マンガン、アルミニウムを含む当該金属塩水溶液を供給速度1.04g/minで、酸化チタン懸濁液を0.20g/minでそれぞれ反応容器に添加した。また、酸化剤として空気を供給速度1L/minで反応容器中にバブリングした。原料液及び空気供給の際、pHが9.25となるように、20wt%水酸化ナトリウム水溶液(苛性ソーダ水溶液)を断続的に添加することで混合して、ニッケル−マンガン−チタン−アルミニウム系複合組成物が晶析し、スラリーを得た。得られたスラリーをろ過、洗浄した後、洗浄後のウェットケーキを1週間大気中で風乾し、その後115℃で5時間乾燥することでニッケル−マンガン−チタン−アルミニウム系複合組成物を得た。   The metal salt aqueous solution containing nickel, manganese, and aluminum was added to the reaction vessel at a supply rate of 1.04 g / min and a titanium oxide suspension at 0.20 g / min, respectively. Further, air was bubbled into the reaction vessel at a supply rate of 1 L / min as an oxidant. A nickel-manganese-titanium-aluminum composite composition is mixed by intermittently adding a 20 wt% sodium hydroxide aqueous solution (caustic soda aqueous solution) so that the pH becomes 9.25 when supplying the raw material liquid and air. The product crystallized to obtain a slurry. The obtained slurry was filtered and washed, and then the washed wet cake was air-dried in the air for 1 week, and then dried at 115 ° C. for 5 hours to obtain a nickel-manganese-titanium-aluminum composite composition.

得られたニッケル−マンガン−チタン−アルミニウム系複合組成物のXRDパターンは2θ=19.0°にシャープなピークを有し、2θ=40°以降にブロードなピークが確認された。また、2θ=25.4°に比較的弱いがルチル型二酸化チタンに帰属可能なシャープなピークが現れた。したがって、その結晶構造は、積層欠陥を有する水酸化カドミウム構造とルチル型酸化チタンとの混合相であった。   The XRD pattern of the obtained nickel-manganese-titanium-aluminum composite composition had a sharp peak at 2θ = 19.0 °, and a broad peak was observed after 2θ = 40 °. In addition, a sharp peak that was relatively weak at 2θ = 25.4 ° but could be attributed to rutile titanium dioxide appeared. Therefore, the crystal structure was a mixed phase of a cadmium hydroxide structure having a stacking fault and a rutile type titanium oxide.

当該ニッケル−マンガン−チタン−アルミニウム系複合組成物の測定結果を表1に示す。表1から、タップ密度が比較的高いことが分かる。   The measurement results of the nickel-manganese-titanium-aluminum composite composition are shown in Table 1. From Table 1, it can be seen that the tap density is relatively high.

Figure 2017105690
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硫酸ニッケル、硫酸マンガンを純水に溶解し、Ni:Mnモル比=0.521:1.479の金属塩水溶液とした(金属塩水溶液中の全金属の合計濃度は2.0mol/L)。   Nickel sulfate and manganese sulfate were dissolved in pure water to obtain a metal salt aqueous solution having a Ni: Mn molar ratio = 0.521: 1.479 (the total concentration of all metals in the metal salt aqueous solution was 2.0 mol / L).

また、二酸化チタン(商品名:A120、堺化学工業製)を純水に分散させることにより酸化チタン懸濁液を調製した。懸濁液中の二酸化チタンの重量分率2.5%とした。   Further, a titanium oxide suspension was prepared by dispersing titanium dioxide (trade name: A120, manufactured by Sakai Chemical Industry) in pure water. The weight fraction of titanium dioxide in the suspension was 2.5%.

次に、内容積1Lの反応容器に純水200gを入れた後、これを70℃まで昇温、維持した。   Next, after adding 200 g of pure water to a reaction vessel having an internal volume of 1 L, the temperature was raised to 70 ° C. and maintained.

ニッケル、マンガンを含む当該金属塩水溶液を供給速度1.04g/minで、酸化チタン懸濁液を0.27g/minでそれぞれ反応容器に添加した。また、酸化剤として空気を供給速度1L/minで反応容器中にバブリングした。原料液及び空気供給の際、pHが9.25となるように、20wt%水酸化ナトリウム水溶液(苛性ソーダ水溶液)を断続的に添加することで混合して、ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物が晶析し、スラリーを得た。得られたスラリーをろ過、洗浄した後、洗浄後のウェットケーキを1週間大気中で風乾し、その後115℃で5時間乾燥することでニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を得た。   The metal salt aqueous solution containing nickel and manganese was added to the reaction vessel at a supply rate of 1.04 g / min and a titanium oxide suspension at 0.27 g / min, respectively. Further, air was bubbled into the reaction vessel at a supply rate of 1 L / min as an oxidant. When supplying the raw material liquid and air, the nickel-manganese-titanium composite composition is mixed by intermittently adding a 20 wt% sodium hydroxide aqueous solution (caustic soda aqueous solution) so that the pH becomes 9.25. Crystallization gave a slurry. The obtained slurry was filtered and washed, and then the washed wet cake was air-dried in the air for 1 week, and then dried at 115 ° C. for 5 hours to obtain a nickel-manganese-titanium composite composition.

得られたニッケル−マンガン系複合オキシ水酸化物のXRDパターンは2θ=19.0°にシャープなピークを有し、2θ=40°以降にブロードなピークが確認された。また、2θ=25.4°に比較的弱いがルチル型二酸化チタンに帰属可能なシャープなピークが現れた。したがって、その結晶構造は、積層欠陥を有する水酸化カドミウム構造とルチル型酸化チタンとの混合相であった。   The XRD pattern of the obtained nickel-manganese composite oxyhydroxide had a sharp peak at 2θ = 19.0 ° and a broad peak after 2θ = 40 °. In addition, a sharp peak that was relatively weak at 2θ = 25.4 ° but could be attributed to rutile titanium dioxide appeared. Therefore, the crystal structure was a mixed phase of a cadmium hydroxide structure having a stacking fault and a rutile type titanium oxide.

当該ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の測定結果を表1に示す。表1から、タップ密度が比較的高いことが分かる。   The measurement results of the nickel-manganese-titanium composite composition are shown in Table 1. From Table 1, it can be seen that the tap density is relatively high.

実施例3
原料液の1つに0.25mol/Lのグリシン溶液を追加し、0.35g/minで添加したこと以外は実施例2と同様な方法でスラリーを得た。得られたスラリーをろ過、洗浄した後、乾燥することでニッケル−マンガン−チタン系複合組成物を得た。
Example 3
A slurry was obtained in the same manner as in Example 2 except that a 0.25 mol / L glycine solution was added to one of the raw material liquids and added at 0.35 g / min. The obtained slurry was filtered, washed, and dried to obtain a nickel-manganese-titanium composite composition.

得られたニッケル−マンガン系複合オキシ水酸化物のXRDパターンは2θ=19.0°にシャープなピークを有し、2θ=40°以降にブロードなピークが確認された。また、2θ=25.4°に比較的弱いがルチル型二酸化チタンに帰属可能なシャープなピークが現れた。したがって、その結晶構造は、積層欠陥を有する水酸化カドミウム構造とルチル型酸化チタンとの混合相であった。   The XRD pattern of the obtained nickel-manganese composite oxyhydroxide had a sharp peak at 2θ = 19.0 ° and a broad peak after 2θ = 40 °. In addition, a sharp peak that was relatively weak at 2θ = 25.4 ° but could be attributed to rutile titanium dioxide appeared. Therefore, the crystal structure was a mixed phase of a cadmium hydroxide structure having a stacking fault and a rutile type titanium oxide.

当該ニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の測定結果を表1に示す。表1から、タップ密度が比較的高いことが分かる。   The measurement results of the nickel-manganese-titanium composite composition are shown in Table 1. From Table 1, it can be seen that the tap density is relatively high.

実施例4
実施例1で得られたニッケル−マンガン−チタン−アルミニウム系複合組成物と炭酸リチウムとを混合し、空気流中、900℃で10時間焼成した後、700℃で48時間焼成することにより、リチウム‐ニッケル−マンガン−チタン−アルミニウム系複合酸化物を合成した。化学組成分析の結果から、組成式はLi1.00Ni0.48Mn1.44Ti0.06Al0.02と表すことができた。また、XRDパターンからは、全ての回折ピークは立方晶スピネル構造に帰属可能であり、微小な超格子ピークも確認された。さらに、Rietveld法で構造精密化し、格子定数を求めたところ8.180Å(空間群Fd3−m)となった。
Example 4
The nickel-manganese-titanium-aluminum composite composition obtained in Example 1 and lithium carbonate were mixed, fired at 900 ° C. for 10 hours in an air stream, and then fired at 700 ° C. for 48 hours. -A nickel-manganese-titanium-aluminum composite oxide was synthesized. From the results of chemical composition analysis, the composition formula could be expressed as Li 1.00 Ni 0.48 Mn 1.44 Ti 0.06 Al 0.02 O 4 . Further, from the XRD pattern, all diffraction peaks can be attributed to a cubic spinel structure, and a minute superlattice peak was also confirmed. Furthermore, when the structure was refined by the Rietveld method and the lattice constant was determined, it was 8.180 mm (space group Fd3-m).

当該リチウム‐ニッケル−マンガン−チタン−アルミニウム系複合酸化物の電池性能評価を行った。測定結果を表2に示す。初期放電容量は129mAh/g、1サイクル目と30サイクル目の放電容量の放電容量比率(30サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)は98.6%であることから、充放電サイクル性能は良好であることが分かった。   The battery performance of the lithium-nickel-manganese-titanium-aluminum composite oxide was evaluated. The measurement results are shown in Table 2. Since the initial discharge capacity is 129 mAh / g, the discharge capacity ratio of the discharge capacities of the first and 30th cycles (the discharge capacity of the 30th cycle / the discharge capacity of the 1st cycle) is 98.6%. The performance was found to be good.

Figure 2017105690
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実施例5
実施例2で得られたニッケル−マンガン−チタン系複合組成物と炭酸リチウムとを混合し、空気流中、900℃で10時間焼成した後、700℃で48時間焼成することにより、リチウム‐ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物を合成した。化学組成分析の結果から、組成式はLi1.00Ni0.50Mn1.41Ti0.09と表すことができた。また、XRDパターンからは、全ての回折ピークは立方晶スピネル構造に帰属可能であり、微小な超格子ピークも確認された。さらに、Rietveld法で構造精密化し、格子定数を求めたところ8.187Å(空間群Fd3−m)となった。
Example 5
The nickel-manganese-titanium composite composition obtained in Example 2 and lithium carbonate were mixed, fired at 900 ° C. for 10 hours in an air stream, and then fired at 700 ° C. for 48 hours. -Manganese-titanium composite oxide was synthesized. From the results of chemical composition analysis, the composition formula could be expressed as Li 1.00 Ni 0.50 Mn 1.41 Ti 0.09 O 4 . Further, from the XRD pattern, all diffraction peaks can be attributed to a cubic spinel structure, and a minute superlattice peak was also confirmed. Furthermore, when the structure was refined by the Rietveld method and the lattice constant was determined, it was 8.187Å (space group Fd3-m).

当該リチウム‐ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物の電池性能評価を行った。測定結果を表2に示す。初期放電容量は128mAh/g、放電容量比率は98.8%であることから、充放電サイクル性能は良好であることが分かった。   The battery performance of the lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide was evaluated. The measurement results are shown in Table 2. Since the initial discharge capacity was 128 mAh / g and the discharge capacity ratio was 98.8%, it was found that the charge / discharge cycle performance was good.

比較例
硫酸ニッケル、硫酸マンガンを純水に溶解し、Ni:Mnモル比=0.521:1.479の金属塩水溶液とした(金属塩水溶液中の全金属の合計濃度は2.0mol/L)。
Comparative Example Nickel sulfate and manganese sulfate were dissolved in pure water to form a metal salt aqueous solution having a Ni: Mn molar ratio = 0.521: 1.479 (the total concentration of all metals in the metal salt aqueous solution was 2.0 mol / L). ).

次に、内容積1Lの反応容器に純水200gを入れた後、これを70℃まで昇温、維持した。   Next, after adding 200 g of pure water to a reaction vessel having an internal volume of 1 L, the temperature was raised to 70 ° C. and maintained.

ニッケル、マンガンを含む当該金属塩水溶液を供給速度1.04g/minで、反応容器に添加した。また、酸化剤として空気を供給速度1L/minで反応容器中にバブリングした。原料液及び空気供給の際、pHが9.25となるように、20wt%水酸化ナトリウム水溶液(苛性ソーダ水溶液)を断続的に添加することで混合して、ニッケル−マンガン系複合組成物が晶析し、スラリーを得た。得られたスラリーをろ過、洗浄した後、洗浄後のウェットケーキを1週間大気中で風乾し、その後115℃で5時間乾燥することでニッケル−マンガン系複合組成物を得た。   The metal salt aqueous solution containing nickel and manganese was added to the reaction vessel at a supply rate of 1.04 g / min. Further, air was bubbled into the reaction vessel at a supply rate of 1 L / min as an oxidant. When supplying the raw material liquid and air, the nickel-manganese composite composition is crystallized by mixing by intermittently adding a 20 wt% sodium hydroxide aqueous solution (caustic soda aqueous solution) so that the pH becomes 9.25. To obtain a slurry. The obtained slurry was filtered and washed, then the washed wet cake was air-dried in the air for 1 week, and then dried at 115 ° C. for 5 hours to obtain a nickel-manganese composite composition.

得られたニッケル−マンガン系複合オキシ水酸化物のXRDパターンは2θ=19.0°にシャープなピークを有し、2θ=40°以降にブロードなピークが確認された。したがって、その結晶構造は、積層欠陥を有する水酸化カドミウム構造であった。   The XRD pattern of the obtained nickel-manganese composite oxyhydroxide had a sharp peak at 2θ = 19.0 ° and a broad peak after 2θ = 40 °. Therefore, the crystal structure was a cadmium hydroxide structure having a stacking fault.

当該ニッケル−マンガン系複合組成物と炭酸リチウムと二酸化チタン(商品名:A120、堺化学工業製)とを混合し、空気流中、900℃で10時間焼成した後、700℃で48時間焼成することにより、リチウム‐ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物を合成した。化学組成分析の結果から、組成式はLi1.00Ni0.50Mn1.42Ti0.08と表すことができた。また、XRDパターンからは、全ての回折ピークは立方晶スピネル構造に帰属可能であり、微小な超格子ピークも確認された。さらに、Rietveld法で構造精密化し、格子定数を求めたところ8.176Å(空間群Fd3−m)となった。 The nickel-manganese composite composition, lithium carbonate, and titanium dioxide (trade name: A120, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) are mixed, fired at 900 ° C. for 10 hours in an air stream, and then fired at 700 ° C. for 48 hours. Thus, a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide was synthesized. From the results of chemical composition analysis, the composition formula could be expressed as Li 1.00 Ni 0.50 Mn 1.42 Ti 0.08 O 4 . Further, from the XRD pattern, all diffraction peaks can be attributed to a cubic spinel structure, and a minute superlattice peak was also confirmed. Furthermore, when the structure was refined by the Rietveld method and the lattice constant was determined, it was 8.176 mm (space group Fd3-m).

当該リチウム‐ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物の電池性能評価を行った。測定結果を表2に示す。初期放電容量は129mAh/g、放電容量比率は95.4%であることから、充放電サイクル性能は実施例4、5に比べて低いことが明らかである。   The battery performance of the lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide was evaluated. The measurement results are shown in Table 2. Since the initial discharge capacity is 129 mAh / g and the discharge capacity ratio is 95.4%, it is clear that the charge / discharge cycle performance is lower than those in Examples 4 and 5.

本発明のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物は、リチウム二次電池の正極活物質などに用いられるリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物の前駆体として使用することができ、そのリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物を電池用正極として使用した高性能なリチウム二次電池を構成することが可能となる。   The nickel-manganese-titanium composite composition of the present invention can be used as a precursor of a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide used for a positive electrode active material of a lithium secondary battery. A high-performance lithium secondary battery using a nickel-manganese-titanium composite oxide as a positive electrode for a battery can be configured.

Claims (11)

化学組成式がNi(0.25+α)−xM1Mn(0.75−α)−yM2OOH(但し、M1及びM2はそれぞれMg、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn及びZrから選ばれる1種を表し、0≦x≦0.1、0≦y≦0.25であり、−0.025≦α≦0.025である)で表され、結晶構造が水酸化カドミウム型構造であるニッケル−マンガン系複合オキシ水酸化物と、酸化チタンを含むことを特徴とするニッケル−マンガン−チタン系複合組成物。 Chemical composition formula is Ni (0.25 + α) -x M1 x Mn (0.75-α) -y M2 y OOH (where M1 and M2 are Mg, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, respectively) , Zn and Zr, and 0 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 0.25, and −0.025 ≦ α ≦ 0.025). A nickel-manganese-titanium composite composition comprising a nickel-manganese composite oxyhydroxide having a cadmium hydroxide type structure and titanium oxide. Ni、Mn、M1及びM2の平均原子価が2.8〜3.1であることを特徴とする請求項1に記載のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物。 The nickel-manganese-titanium composite composition according to claim 1, wherein the average valences of Ni, Mn, M1, and M2 are 2.8 to 3.1. 平均粒子径が5〜20μmであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物。 The nickel-manganese-titanium composite composition according to claim 1 or 2, wherein the average particle size is 5 to 20 µm. 酸化チタンの一次粒径が1μm未満であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかの項に記載のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物。 The nickel-manganese-titanium composite composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the primary particle diameter of titanium oxide is less than 1 µm. ニッケル及びマンガンを含む金属塩水溶液、酸化チタン、苛性ソーダ水溶液及び酸化剤として有酸素ガス又は過酸化水素水をpH8〜10で混合することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかの項に記載のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の製造方法。 The metal salt aqueous solution containing nickel and manganese, titanium oxide, caustic soda aqueous solution and aerobic gas or hydrogen peroxide solution as an oxidizing agent are mixed at pH 8 to 10, respectively. A method for producing a nickel-manganese-titanium composite composition as described in 1. above. 酸化チタン懸濁液に界面活性剤を含むことを特徴とする請求項5に記載のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の製造方法。 The method for producing a nickel-manganese-titanium composite composition according to claim 5, wherein the titanium oxide suspension contains a surfactant. 界面活性剤がポリカルボン酸アンモニウムであることを特徴とする請求項6に記載のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の製造方法。 The method for producing a nickel-manganese-titanium composite composition according to claim 6, wherein the surfactant is ammonium polycarboxylate. さらに錯化剤を添加することを特徴とする請求項5〜請求項7のいずれかの項に記載のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の製造方法。 The method for producing a nickel-manganese-titanium composite composition according to any one of claims 5 to 7, further comprising adding a complexing agent. 錯化剤がアンモニア、アンモニウム塩及びアミノ酸から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項8に記載のニッケル−マンガン−チタン系複合組成物の製造方法。 The method for producing a nickel-manganese-titanium composite composition according to claim 8, wherein the complexing agent is at least one selected from ammonia, ammonium salts and amino acids. 請求項1〜請求項4のいずれかの項に記載の凝集粒子とリチウム化合物を混合し、熱処理することを特徴とするリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物の製造方法。 A method for producing a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide, comprising mixing the aggregated particles according to any one of claims 1 to 4 and a lithium compound, followed by heat treatment. 請求項10に記載のリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物の製造方法で得られたリチウム−ニッケル−マンガン−チタン系複合酸化物を正極活物質として有することを特徴とするリチウム二次電池。 A lithium secondary battery comprising, as a positive electrode active material, a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide obtained by the method for producing a lithium-nickel-manganese-titanium composite oxide according to claim 10. .
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