JP2018070442A - Nickel composite hydroxide and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ニッケル複合水酸化物、ニッケル複合水酸化物の製造方法に関する。 The present invention relates to a nickel composite hydroxide and a method for producing a nickel composite hydroxide.
近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な非水系電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット自動車を始めとする電気自動車用の電池として高出力の二次電池の開発が強く望まれている。このような要求を満たす二次電池としては、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、負極及び正極と電解液等で構成され、負極及び正極の活物質として、リチウムを脱離及び挿入することが可能な材料が用いられている。 In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and laptop computers, development of small and lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries having high energy density is strongly desired. In addition, development of a high output secondary battery is strongly desired as a battery for electric vehicles including hybrid vehicles. As a secondary battery satisfying such requirements, there is a lithium ion secondary battery. A lithium ion secondary battery includes a negative electrode, a positive electrode, an electrolyte, and the like, and a material capable of detaching and inserting lithium is used as an active material for the negative electrode and the positive electrode.
リチウムイオン二次電池については、現在研究開発が盛んに行われているが、中でも、層状又はスピネル型のリチウム金属複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。 Research and development of lithium ion secondary batteries are currently being actively conducted. Among them, lithium ion secondary batteries using a layered or spinel type lithium metal composite oxide as a positive electrode material have a high voltage of 4V. Therefore, practical use is progressing as a battery having a high energy density.
リチウムイオン二次電池の正極活物質として、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を用いた電池では、優れた初期容量特性やサイクル特性を得るための開発はこれまで数多く行われてきており、すでにさまざまな成果が得られている。しかしながら、リチウムコバルト複合酸化物は、原料に希産で高価なコバルト化合物を用いるため、正極活物質さらには該正極活物質を用いた電池のコストアップの原因となり、正極活物質の代替が望まれている。 In a battery using a lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) that is relatively easy to synthesize as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, many developments have been made so far to obtain excellent initial capacity characteristics and cycle characteristics. It has already been achieved, and various results have already been obtained. However, since the lithium cobalt composite oxide uses a rare and expensive cobalt compound as a raw material, it causes a cost increase of the positive electrode active material and further the battery using the positive electrode active material, and the replacement of the positive electrode active material is desired. ing.
そこで、コバルトよりも安価なニッケルを用いて、より高容量が期待できるリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)が注目されている。リチウムニッケル複合酸化物は、コスト面だけでなく、リチウムコバルト複合酸化物よりも低い電気化学ポテンシャルを示すことから、電解液の酸化による分解が問題になりにくく、より高い容量が期待でき、さらにコバルト系と同様に高い電池電圧を示すことから、開発が盛んに行われている。 Therefore, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), which can be expected to have a higher capacity using nickel cheaper than cobalt, has attracted attention. Lithium-nickel composite oxide not only has a low cost but also has a lower electrochemical potential than lithium-cobalt composite oxide. Therefore, decomposition due to oxidation of the electrolyte is less problematic, and higher capacity can be expected. Since it shows a high battery voltage as well as the system, it has been actively developed.
しかしながら、リチウムニッケル複合酸化物は、リチウム以外の金属成分を純粋にニッケルのみで合成した材料を正極活物質として用いてリチウムイオン二次電池を作製した場合、コバルト系に比べてサイクル特性が劣るという欠点がある。また、高温環境下で使用されたり保存されたりした場合に比較的電池性能を損ないやすいという欠点もある。 However, the lithium-nickel composite oxide is said to have inferior cycle characteristics when compared to a cobalt-based lithium ion secondary battery when a lithium-ion secondary battery is produced using a material obtained by synthesizing a metal component other than lithium purely as a positive electrode active material. There are drawbacks. In addition, there is a disadvantage that battery performance is relatively easily lost when used or stored in a high temperature environment.
このような欠点を解決するために、例えば特許文献1では、リチウムイオン二次電池の自己放電特性や構造安定性等の保存特性や電池のサイクル特性を向上させることを目的として、層状構造を有し、次式LixNiaCobMcO2(0.8≦x≦1.2、0.01≦a≦0.99、0.01≦b≦0.99、0.01≦c≦0.3、0.8≦a+b+c≦1.2、MはAl、V、Mn、Fe、Cu、及びZnから選ばれる少なくとも1種の元素)で表されるリチウム含有複合酸化物からなることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質が提案されている。 In order to solve such disadvantages, for example, Patent Document 1 has a layered structure for the purpose of improving storage characteristics such as self-discharge characteristics and structural stability of lithium ion secondary batteries and cycle characteristics of batteries. and the following formula Li x Ni a Co b M c O 2 (0.8 ≦ x ≦ 1.2,0.01 ≦ a ≦ 0.99,0.01 ≦ b ≦ 0.99,0.01 ≦ c ≦ 0.3, 0.8 ≦ a + b + c ≦ 1.2, and M is a lithium-containing composite oxide represented by (at least one element selected from Al, V, Mn, Fe, Cu, and Zn) A positive electrode active material for a lithium secondary battery is proposed.
特許文献2では、高容量で、かつサイクル特性、高率放電特性の良好な電池を実現することを目的として、その正極活物質として、LiNixM1−xO2(MはCo、Mn、Cr、Fe、V、Alのいずれか1種類以上、x:1>x≧0.5)が提案されている。 In Patent Document 2, LiNi x M 1-x O 2 (M is Co, Mn, as a positive electrode active material for the purpose of realizing a battery with high capacity and good cycle characteristics and high rate discharge characteristics. One or more of Cr, Fe, V, and Al, x: 1> x ≧ 0.5) has been proposed.
上記特許文献1及び2のようなリチウムニッケル複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物に比べて充電容量、放電容量ともに高く、サイクル特性も改善されているが、1回目の充放電に限り、充電容量に比べて放電容量が小さく、両者の差で定義される、いわゆる不可逆容量が大きいという問題がある。 The lithium nickel composite oxides as described in Patent Documents 1 and 2 are higher in charge capacity and discharge capacity and improved in cycle characteristics than the lithium cobalt composite oxide, but are charged only for the first charge / discharge. There is a problem that the discharge capacity is smaller than the capacity, and the so-called irreversible capacity defined by the difference between the two is large.
リチウムニッケル複合酸化物は、通常、ニッケル複合水酸化物をリチウム化合物と混合して焼成する工程から製造される。そして、ニッケル複合水酸化物は、ニッケル複合水酸化物の製造工程で原料由来の硫酸根などの不純物が含まれる。これら不純物は、リチウム化合物を混合し、焼成する工程において、リチウムとの反応を阻害することが多く、層状構造であるリチウムニッケル複合酸化物の結晶性を低下させる。 The lithium-nickel composite oxide is usually manufactured from a step of mixing a nickel composite hydroxide with a lithium compound and baking. And nickel composite hydroxide contains impurities, such as a sulfate radical derived from a raw material, in the manufacturing process of nickel composite hydroxide. These impurities often inhibit the reaction with lithium in the step of mixing and baking the lithium compound, and lower the crystallinity of the lithium nickel composite oxide having a layered structure.
結晶性の低いリチウムニッケル複合酸化物は、正極材料として電池を構成する際、固相内でのLi拡散を阻害して容量が低下するという問題がある。さらに、ニッケル複合水酸化物に含まれる不純物は、リチウム化合物と混合し、焼成した後もリチウムニッケル複合酸化物中に残留する。これらは、充放電反応に寄与しないため、電池を構成する際、正極材料の不可逆容量に相当する分、負極材料を余計に電池に使用せざるをえない。その結果、電池全体としての単位重量当たり及び単位体積当たりの容量が小さくなる。また、不可逆容量として負極に蓄積された余分なリチウムは、安全性を高める観点から抑制することが求められる。 Lithium nickel composite oxide with low crystallinity has a problem in that when a battery is formed as a positive electrode material, Li diffusion in the solid phase is inhibited and the capacity is reduced. Furthermore, the impurities contained in the nickel composite hydroxide remain in the lithium nickel composite oxide even after mixing with the lithium compound and firing. Since these do not contribute to the charge / discharge reaction, when the battery is constructed, the negative electrode material has to be used for the battery by an amount corresponding to the irreversible capacity of the positive electrode material. As a result, the capacity per unit weight and unit volume of the entire battery is reduced. Moreover, it is calculated | required to suppress the excess lithium accumulate | stored in the negative electrode as an irreversible capacity | capacitance from a viewpoint of improving safety.
そのため、より不純物含有量の少ないリチウムニッケル複合酸化物が求められるが、そのためには不純物含有量の少ないニッケル複合水酸化物が必要となる。 For this reason, a lithium nickel composite oxide having a lower impurity content is required. To this end, a nickel composite hydroxide having a lower impurity content is required.
不純物含有量の少ないニッケル複合水酸化物を製造する方法として、特許文献3には、下記の一般式(1)で表されるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子からなる非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法であって、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を、炭酸塩濃度が0.1mol/L以上の炭酸塩水溶液で洗浄することを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法が開示されている。 As a method for producing a nickel composite hydroxide having a low impurity content, Patent Document 3 discloses a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising nickel cobalt manganese composite hydroxide particles represented by the following general formula (1). A method for producing a precursor of a positive electrode active material, wherein nickel cobalt manganese composite hydroxide particles are washed with a carbonate aqueous solution having a carbonate concentration of 0.1 mol / L or more, and a non-aqueous electrolyte secondary A method for producing a precursor of a positive electrode active material for a battery is disclosed.
一般式:NixCoyMnzMt(OH)2・・・(1)
(式中、Mは、Mg、Ca、Ba、Sr、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、TaおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0.3≦x≦0.4、0.3≦y≦0.4、0.3≦z≦0.4、0≦t≦0.1、x+y+z+t=1である。)
しかしながら、特許文献3に開示された非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法によれば、洗浄に供したニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子について、局所的に見ると不純物の含有量が高くなることが懸念される。
General formula: Ni x Co y Mn z M t (OH) 2 (1)
(In the formula, M represents at least one element selected from Mg, Ca, Ba, Sr, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta and W, and 0.3 ≦ x ≦ 0.4, 0.3 ≦ y ≦ 0.4, 0.3 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, and x + y + z + t = 1.)
However, according to the method for producing a precursor of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed in Patent Document 3, the nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles subjected to the cleaning are locally contaminated. There is a concern that the content becomes high.
このため、例えば不純物として特に問題となる硫酸根や、塩素の含有量について、均一に低減したニッケル複合水酸化物が得られない恐れがあった。 For this reason, for example, there is a possibility that a nickel composite hydroxide that is reduced evenly with respect to the sulfate content or chlorine content that is particularly problematic as impurities cannot be obtained.
そこで上記従来技術が有する問題に鑑み本発明の一側面では、硫酸根、及び塩素の含有量を均一に低く抑制したニッケル複合水酸化物を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the problems of the above-described conventional techniques, an object of one aspect of the present invention is to provide a nickel composite hydroxide in which the content of sulfate radicals and chlorine is uniformly reduced.
上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
本発明の一側面では、一般式Ni1−x−yCoxAly(OH)2+α(0.05≦x≦0.35、0.01≦y≦0.2、x+y<0.4、−0.2≦α≦0.2)で表され、
複数の一次粒子が凝集して形成された球状の二次粒子を含有し、
前記二次粒子は、平均粒径が3μm以上20μm以下であり、前記二次粒子は、粒度分布の拡がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.55より大きく1.20以下であって、
硫酸根の含有量が0.4質量%以下、かつ塩素の含有量が0.05質量%以下であるニッケル複合水酸化物を提供する。
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention,
In one aspect of the present invention, the general formula Ni 1-x-y Co x Al y (OH) 2 + α (0.05 ≦ x ≦ 0.35,0.01 ≦ y ≦ 0.2, x + y <0.4, −0.2 ≦ α ≦ 0.2),
Containing spherical secondary particles formed by aggregation of a plurality of primary particles,
The secondary particles have an average particle size of 3 μm or more and 20 μm or less, and the secondary particles are an index indicating the spread of the particle size distribution [(d90−d10) / average particle size] larger than 0.55. 20 or less,
Provided is a nickel composite hydroxide having a sulfate radical content of 0.4 mass% or less and a chlorine content of 0.05 mass% or less.
本発明の一態様によれば、硫酸根、及び塩素の含有量を均一に低く抑制したニッケル複合水酸化物を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a nickel composite hydroxide in which the content of sulfate radicals and chlorine is uniformly reduced.
以下に、ニッケル複合水酸化物、及びニッケル複合水酸化物の製造方法の一構成例について詳細に説明する。なお、本発明は、特に限定がない限り、以下の詳細な説明に限定されるものではない。本発明に係る実施の形態の説明は、以下の順序で行う。 Below, one structural example of the manufacturing method of nickel composite hydroxide and nickel composite hydroxide is demonstrated in detail. Note that the present invention is not limited to the following detailed description unless otherwise specified. The embodiment according to the present invention will be described in the following order.
1.ニッケル複合水酸化物
2.ニッケル複合水酸化物の製造方法
3.非水系電解質二次電池用正極活物質
4.非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
5.非水系電解質二次電池
1. Nickel composite hydroxide 2. Manufacturing method of nickel composite hydroxide 3. Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery 4. Manufacturing method of positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery Non-aqueous electrolyte secondary battery
1.ニッケル複合水酸化物
本実施形態のニッケル複合水酸化物は、一般式Ni1−x−yCoxAly(OH)2+α(0.05≦x≦0.35、0.01≦y≦0.2、x+y<0.4、−0.2≦α≦0.2)で表すことができる。そして、硫酸根の含有量が0.4質量%以下、かつ塩素の含有量が0.05質量%以下であることが好ましい。
1. Nickel Nickel composite hydroxide of the composite hydroxide present embodiment, the general formula Ni 1-x-y Co x Al y (OH) 2 + α (0.05 ≦ x ≦ 0.35,0.01 ≦ y ≦ 0 .2, x + y <0.4, −0.2 ≦ α ≦ 0.2). And it is preferable that content of a sulfate radical is 0.4 mass% or less, and content of chlorine is 0.05 mass% or less.
また、本実施形態のニッケル複合水酸化物は、複数の一次粒子が凝集して形成された球状の二次粒子を含有し、該二次粒子は、平均粒径が3μm以上20μm以下であり、二次粒子は、粒度分布の拡がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.55より大きく1.20以下であることが好ましい。
[ニッケル複合水酸化物の組成]
本実施形態のニッケル複合水酸化物は、一般式Ni1−x−yCoxAly(OH)2+α(0.05≦x≦0.35、0.01≦y≦0.2、x+y<0.4、−0.2≦α≦0.2)で表される組成を有することができる。
Further, the nickel composite hydroxide of the present embodiment contains spherical secondary particles formed by aggregation of a plurality of primary particles, and the secondary particles have an average particle size of 3 μm or more and 20 μm or less, The secondary particles preferably have [(d90−d10) / average particle size], which is an index indicating the spread of the particle size distribution, greater than 0.55 and not greater than 1.20.
[Composition of nickel composite hydroxide]
Nickel composite hydroxide of the present embodiment, the general formula Ni 1-x-y Co x Al y (OH) 2 + α (0.05 ≦ x ≦ 0.35,0.01 ≦ y ≦ 0.2, x + y < 0.4, −0.2 ≦ α ≦ 0.2).
上記一般式においてコバルト含有量を示すxは、0.05≦x≦0.35である。コバルトを適度に含有することで、該ニッケル複合水酸化物から得られる非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」とも記載する)を用いた非水系電解質二次電池(以下、単に「電池」とも記載する)のサイクル特性や充放電に伴うLiの脱挿入による結晶格子の膨張収縮挙動を低減できる。 In the above general formula, x indicating the cobalt content is 0.05 ≦ x ≦ 0.35. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “positive electrode active material”) obtained from the nickel composite hydroxide by appropriately containing cobalt The cycle characteristics of the crystal lattice (hereinafter also simply referred to as “battery”) and the expansion / contraction behavior of the crystal lattice due to Li insertion / desorption associated with charge / discharge can be reduced.
コバルト含有量xが0.05以上の場合、該ニッケル複合水酸化物から得られる正極活物質について、上述の効果を十分に発揮することができるため好ましい。ただし、コバルト含有量が多すぎてxが0.35を超えると、該ニッケル複合水酸化物から得られる正極活物質を用いた電池の初期放電容量の低下が大きくなる場合があり、さらにコスト面で不利となる問題もある。 When the cobalt content x is 0.05 or more, the positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide is preferable because the above-described effects can be sufficiently exhibited. However, if the cobalt content is too high and x exceeds 0.35, the initial discharge capacity of the battery using the positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide may be greatly reduced, and the cost is further reduced. There are also disadvantages.
このため、本実施形態のニッケル複合水酸化物のコバルト含有量を示すxは、0.05≦x≦0.35であることが好ましく、該ニッケル複合水酸化物から得られる正極活物質を用いた電池の電池特性やコストをより考慮すると、0.07≦x≦0.25であることがより好ましく、0.10≦x≦0.20であることがさらに好ましい。 Therefore, x indicating the cobalt content of the nickel composite hydroxide of this embodiment is preferably 0.05 ≦ x ≦ 0.35, and a positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide is used. In view of the battery characteristics and cost of the conventional battery, 0.07 ≦ x ≦ 0.25 is more preferable, and 0.10 ≦ x ≦ 0.20 is further preferable.
上記一般式において、アルミニウム含有量を示すyは、0.01≦y≦0.2であり、0.01≦y≦0.1であることが好ましい。アルミニウムの含有量が上記範囲の場合、該ニッケル複合水酸化物から得られる正極活物質を用いた電池の耐久性や安全性を向上させることができる。 In the above general formula, y indicating the aluminum content is 0.01 ≦ y ≦ 0.2, and preferably 0.01 ≦ y ≦ 0.1. When the aluminum content is in the above range, the durability and safety of the battery using the positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide can be improved.
特に、アルミニウムは、ニッケル複合水酸化物の粒子の内部に均一に分布していることが好ましい。アルミニウムがニッケル複合水酸化物の粒子の内部に均一に分布している場合、アルミニウムの分布の均一性が低い場合と比較して、同じアルミニウム含有量でより大きな効果が得られ、該ニッケル複合水酸化物から得られた正極活物質を用いた電池について、電池容量の低下を抑制できるという利点がある。 In particular, it is preferable that aluminum is uniformly distributed inside the nickel composite hydroxide particles. When aluminum is uniformly distributed inside the nickel composite hydroxide particles, a greater effect can be obtained with the same aluminum content as compared with the case where the uniformity of aluminum distribution is low. A battery using a positive electrode active material obtained from an oxide has an advantage that a decrease in battery capacity can be suppressed.
上述のように、アルミニウム含有量yを0.01以上とすることで、上述の効果を特に十分に得ることができるため、好ましい。また、アルミニウム含有量yが0.2以下の場合、該ニッケル複合水酸化物から得られる正極活物質を電池の正極材料に用いた場合に、該正極活物質は、該電池おける酸化還元反応に貢献する金属元素を特に十分に含有しているため、電池容量を特に高くすることができ、好ましいからである。このため、上述のようにアルミ含有量を示すyは0.01≦y≦0.2であることが好ましい。 As described above, it is preferable to set the aluminum content y to 0.01 or more because the above-described effects can be obtained particularly sufficiently. In addition, when the aluminum content y is 0.2 or less, when the positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide is used as a positive electrode material of a battery, the positive electrode active material is subjected to an oxidation-reduction reaction in the battery. This is because the metal element that contributes is particularly sufficiently contained, so that the battery capacity can be particularly increased, which is preferable. For this reason, as above-mentioned, it is preferable that y which shows aluminum content is 0.01 <= y <= 0.2.
更に、コバルト含有量xとアルミニウム含有量yとの合計の原子比は、x+y<0.4とすることができる。コバルト含有量とアルミニウム含有量との合計の原子比が0.4以上の場合、該ニッケル複合水酸化物から得られる正極活物質を用いた電池の容量が低下する場合があるからである。 Furthermore, the total atomic ratio of the cobalt content x and the aluminum content y can be x + y <0.4. This is because when the total atomic ratio of the cobalt content and the aluminum content is 0.4 or more, the capacity of the battery using the positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide may be reduced.
本実施形態のニッケル複合水酸化物の組成の分析方法は、特に限定されないが、ICP発光分光法による化学分析を用いて求めることができる。
[粒子構造]
本実施形態のニッケル複合水酸化物は、複数の一次粒子が凝集して形成された球状の二次粒子を含有することができ、係る球状の二次粒子により構成することもできる。二次粒子を構成する一次粒子の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば板状、針状、直方体状、楕円状、菱面体状などのさまざまな形態を採りうる。特に、二次粒子を構成する一次粒子は板状形状および針状形状から選択された1種類以上の形状を有することが好ましい。また、二次粒子を構成する複数の一次粒子の凝集状態も特に限定されるものではなく、ランダムな方向に凝集する形態のほか、中心から放射状に一次粒子の長径方向に凝集する形態等であってもよい。
The method for analyzing the composition of the nickel composite hydroxide of the present embodiment is not particularly limited, but can be determined using chemical analysis by ICP emission spectroscopy.
[Particle structure]
The nickel composite hydroxide of the present embodiment can contain spherical secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles, and can also be composed of such spherical secondary particles. The shape of the primary particles constituting the secondary particles is not particularly limited, and various forms such as a plate shape, a needle shape, a rectangular parallelepiped shape, an elliptical shape, and a rhombohedral shape can be adopted. In particular, the primary particles constituting the secondary particles preferably have one or more shapes selected from a plate shape and a needle shape. In addition, the aggregation state of the plurality of primary particles constituting the secondary particles is not particularly limited, and may be a form of aggregation in a random direction or a form of aggregation in the major axis direction of the primary particles radially from the center. May be.
凝集状態としては、板状形状および針状形状から選択された1種類以上の形状の一次粒子がランダムな方向に凝集して二次粒子を形成していることが好ましい。これは、このような構造の場合、一次粒子間にほぼ均一に空隙が生じており、正極活物質を形成するためにリチウム化合物と混合して焼成する際に、溶融したリチウム化合物が二次粒子内へ行きわたり、リチウムの拡散が十分に行われるからである。 As the aggregation state, it is preferable that primary particles of one or more shapes selected from a plate shape and a needle shape are aggregated in a random direction to form secondary particles. This is because, in the case of such a structure, voids are almost uniformly formed between the primary particles, and when the lithium compound is mixed and baked to form the positive electrode active material, the molten lithium compound becomes secondary particles. This is because the lithium is sufficiently diffused.
なお、一次粒子及び二次粒子の形状観察方法は特に限定されないが、ニッケル複合水酸化物の断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察することによって観察できる。
[平均粒径]
本実施形態のニッケル複合水酸化物は、含有する二次粒子の平均粒径が3μm以上20μm以下であることが好ましい。これは、含有する二次粒子の平均粒径が3μm以上の場合、該ニッケル複合水酸化物から正極活物質を生成し、正極としたときに粒子の充填密度を十分に高くすることができ、単位体積あたりの電池容量を高くできるためである。一方、本実施形態のニッケル複合水酸化物が含有する二次粒子の平均粒径を20μm以下とすることで、該ニッケル複合水酸化物から生成した正極活物質の比表面積を十分に高くすることができる。このため、該正極活物質を電池の正極に用いることで、正極活物質と電池の電解液との界面を十分に確保することができ、反応抵抗を抑制し、電池の出力特性を高めることができ、好ましいからである。したがって、ニッケル複合水酸化物は、含有する二次粒子の平均粒径が3μm以上20μm以上であることが好ましい。
In addition, although the shape observation method of a primary particle and a secondary particle is not specifically limited, It can observe by observing the cross section of a nickel composite hydroxide using a scanning electron microscope.
[Average particle size]
In the nickel composite hydroxide of the present embodiment, it is preferable that the secondary particles contained therein have an average particle size of 3 μm or more and 20 μm or less. This is because when the average particle size of the secondary particles contained is 3 μm or more, a positive electrode active material is generated from the nickel composite hydroxide, and the packing density of the particles can be sufficiently increased when used as a positive electrode. This is because the battery capacity per unit volume can be increased. On the other hand, by making the average particle size of the secondary particles contained in the nickel composite hydroxide of this embodiment 20 μm or less, the specific surface area of the positive electrode active material generated from the nickel composite hydroxide is sufficiently increased. Can do. For this reason, by using the positive electrode active material for the positive electrode of the battery, a sufficient interface between the positive electrode active material and the battery electrolyte can be secured, reaction resistance can be suppressed, and the output characteristics of the battery can be improved. It is possible and preferable. Therefore, the nickel composite hydroxide preferably contains secondary particles having an average particle size of 3 μm or more and 20 μm or more.
特に本実施形態のニッケル複合水酸化物が含有する二次粒子の平均粒径が7μm以上15μm以下の場合、該ニッケル複合水酸化物から得られる正極活物質を正極に用いた電池では、単位体積あたりの電池容量を特に大きくすることができ、電池の出力特性を特に良好にすることができるため、より好ましい。 In particular, when the average particle size of the secondary particles contained in the nickel composite hydroxide of the present embodiment is 7 μm or more and 15 μm or less, in a battery using a positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide for the positive electrode, the unit volume The battery capacity per unit can be particularly increased, and the output characteristics of the battery can be particularly improved, which is more preferable.
平均粒径の測定方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。
[不純物含有量]
ニッケル複合水酸化物は製造工程等に起因し、硫酸根や塩素が不純物として含有されているのが通常である。硫酸根や塩素は、例えば、後述する晶析工程で用いた原料に由来する。
The method for measuring the average particle diameter is not particularly limited, and can be determined from, for example, the volume integrated value measured with a laser light diffraction / scattering particle size analyzer.
[Impurity content]
Nickel composite hydroxides usually originate from manufacturing processes and contain sulfate radicals and chlorine as impurities. Sulfate radicals and chlorine are derived from, for example, the raw materials used in the crystallization process described later.
一方、本実施形態のニッケル複合水酸化物は、硫酸根含有量が0.4質量%以下であり、0.3質量%以下であることが好ましい。さらに、本実施形態のニッケル複合水酸化物は、塩素含有量が0.05質量%以下であり、0.03質量%以下であることが好ましい。 On the other hand, the nickel composite hydroxide of this embodiment has a sulfate radical content of 0.4% by mass or less, and preferably 0.3% by mass or less. Furthermore, the nickel composite hydroxide of the present embodiment has a chlorine content of 0.05% by mass or less, and preferably 0.03% by mass or less.
これは、ニッケル複合水酸化物中の硫酸根含有量を0.4質量%以下とすることで、正極活物質を生成するため、該ニッケル複合水酸化物と、リチウム化合物とを混合し、焼成する際に、リチウムとニッケル複合水酸化物との反応が阻害されることなく進行することができるからである。また、ニッケル複合水酸化物とリチウム化合物との反応により得られる正極活物質である、層状構造を有するリチウムニッケル複合酸化物の結晶性を十分に高いものとすることができるからである。 This is because, by setting the sulfate radical content in the nickel composite hydroxide to 0.4 mass% or less, a positive electrode active material is produced. Therefore, the nickel composite hydroxide and the lithium compound are mixed and fired. This is because the reaction between lithium and the nickel composite hydroxide can proceed without being hindered. Moreover, it is because the crystallinity of the lithium nickel composite oxide having a layered structure, which is a positive electrode active material obtained by the reaction between the nickel composite hydroxide and the lithium compound, can be made sufficiently high.
また、ニッケル複合水酸化物中の塩素含有量を0.05質量%以下とすることで、正極活物質を生成するため、該ニッケル複合水酸化物と、リチウム化合物とを混合し、焼成する際に、リチウムとニッケル複合水酸化物との反応が阻害されることなく進行することができるからである。また、ニッケル複合水酸化物とリチウム化合物との反応により得られる正極活物質である、層状構造を有するリチウムニッケル複合酸化物の結晶性を十分に高いものとすることができるからである。 Moreover, in order to produce a positive electrode active material by setting the chlorine content in the nickel composite hydroxide to 0.05 mass% or less, the nickel composite hydroxide and the lithium compound are mixed and fired. In addition, the reaction between lithium and nickel composite hydroxide can proceed without being inhibited. Moreover, it is because the crystallinity of the lithium nickel composite oxide having a layered structure, which is a positive electrode active material obtained by the reaction between the nickel composite hydroxide and the lithium compound, can be made sufficiently high.
そして、結晶性の高いリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用い、電池を構成した際、固相内でLi拡散が十分に促進され、電池容量を高くすることができる。 When a battery having a high crystallinity using lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material is constructed, Li diffusion is sufficiently promoted in the solid phase, and the battery capacity can be increased.
また、ニッケル複合水酸化物に含まれる不純物は、ニッケル複合水酸化物とリチウム化合物とを混合し焼成することで得られるリチウムニッケル複合酸化物中にも残留する。これら不純物は、充放電反応に寄与しないため、電池を構成する際、正極材料の不可逆容量に相当する分、負極材料を余計に電池に使用せざるを得ない。その結果、電池全体としての単位重量当たり及び単位体積当たりの容量が小さくなる。また、不可逆容量として負極に蓄積される余分なリチウムは安全性を高める観点から抑制することが好ましい。このため、単位重量あたり、または単位体積当たりの電池容量を大きくする観点や、安全性を高める観点からも本実施形態のニッケル複合水酸化物の硫酸根含有量は0.4質量%以下であることが好ましく、また塩素含有量は0.05質量%以下であることが好ましい。 Impurities contained in the nickel composite hydroxide also remain in the lithium nickel composite oxide obtained by mixing and firing the nickel composite hydroxide and the lithium compound. Since these impurities do not contribute to the charge / discharge reaction, when the battery is configured, the negative electrode material has to be used in the battery by an amount corresponding to the irreversible capacity of the positive electrode material. As a result, the capacity per unit weight and unit volume of the entire battery is reduced. Further, it is preferable to suppress excess lithium accumulated in the negative electrode as an irreversible capacity from the viewpoint of enhancing safety. For this reason, from the viewpoint of increasing the battery capacity per unit weight or unit volume, and also from the viewpoint of improving safety, the sulfate radical content of the nickel composite hydroxide of the present embodiment is 0.4% by mass or less. The chlorine content is preferably 0.05% by mass or less.
さらに、ニッケル複合水酸化物中の塩素は、該ニッケル複合水酸化物から正極活物質であるリチウムニッケル複合酸化物を製造した場合に、主にLiClやNaClの形態でリチウムニッケル複合酸化物中に残留する。そして、LiClやNaClは吸湿性が高いため、該正極活物質を電池に用いた場合、電池内部に水分を持ち込む要因となり、さらには電池の劣化の原因となる。このため、本実施形態のニッケル複合水酸化物中の塩素含有量は0.05質量%以下であることが好ましい。 Furthermore, the chlorine in the nickel composite hydroxide is mainly contained in the form of LiCl or NaCl in the lithium nickel composite oxide when the lithium nickel composite oxide as the positive electrode active material is produced from the nickel composite hydroxide. Remains. Since LiCl and NaCl are highly hygroscopic, when the positive electrode active material is used in a battery, it causes moisture to be brought into the battery and further causes deterioration of the battery. For this reason, it is preferable that the chlorine content in the nickel composite hydroxide of the present embodiment is 0.05% by mass or less.
また、本実施形態のニッケル複合水酸化物は、硫酸根、及び塩素の含有量を均一に低く抑制したニッケル複合水酸化物とすることができる。このため、本実施形態のニッケル複合水酸化物を複数箇所でサンプリングした場合に、全ての箇所で硫酸根含有量、塩素含有量が既述の範囲を充足することが好ましい、また、該複数箇所でサンプリングし、評価を行った場合に、硫酸根含有量、及び塩素含有量のばらつきが、それぞれ±20%以下であることが好ましい。 In addition, the nickel composite hydroxide of the present embodiment can be a nickel composite hydroxide in which the sulfate radicals and the chlorine content are uniformly reduced. For this reason, when the nickel composite hydroxide of the present embodiment is sampled at a plurality of locations, it is preferable that the sulfate radical content and the chlorine content satisfy the above-described ranges at all locations. When the sample is sampled and evaluated, the variation of the sulfate radical content and the chlorine content is preferably ± 20% or less.
なお、ニッケル複合水酸化物を複数箇所でサンプリングし、硫酸根、及び塩素の含有量を評価する場合に、そのサンプリング箇所の数は特に限定されないが、例えば2か所以上10か所以下でサンプリングを行うことが好ましい。
[粒度分布]
本実施形態のニッケル複合水酸化物が含有する二次粒子は、粒子の粒度分布の拡がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.55より大きく1.20以下であることが好ましい。
In addition, when the nickel composite hydroxide is sampled at a plurality of locations and the content of sulfate radicals and chlorine is evaluated, the number of sampling locations is not particularly limited. For example, sampling is performed at 2 to 10 locations. It is preferable to carry out.
[Particle size distribution]
The secondary particles contained in the nickel composite hydroxide of the present embodiment have an index ((d90-d10) / average particle size) that indicates the spread of the particle size distribution of the particles and is greater than 0.55 and less than or equal to 1.20. Preferably there is.
本実施形態のニッケル複合水酸化物から得られる正極活物質を電池の正極材料として用いる場合、該正極活物質の粒度分布は一定の拡がりを有することが好ましい。これは正極活物質の粒度分布が一定の拡がりを有する場合、該正極活物質を用いて作製した電池の極板は、極板当たりの粒子密度を十分に確保することができ、電池の単位重量当たり、もしくは単位体積当たりの電池容量を高くすることができるからである。 When the positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide of the present embodiment is used as a positive electrode material of a battery, the particle size distribution of the positive electrode active material preferably has a certain spread. This is because when the particle size distribution of the positive electrode active material has a certain spread, the electrode plate of the battery produced using the positive electrode active material can sufficiently secure the particle density per electrode plate, and the unit weight of the battery This is because the battery capacity per unit or unit volume can be increased.
ここで、本発明の発明者らの検討によれば、正極活物質と、該正極活物質の原料となるニッケル複合水酸化物が含有する二次粒子とは、同様の粒度分布の拡がりを有している。そして、ニッケル複合水酸化物が含有する二次粒子の粒度分布の拡がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.55より大きい場合、該ニッケル複合水酸化物から生成した正極活物質を用いた電池の極板において、極板当りの粒子密度を十分に高くすることができるため好ましい。 Here, according to the study of the inventors of the present invention, the positive electrode active material and the secondary particles contained in the nickel composite hydroxide as the raw material of the positive electrode active material have the same particle size distribution spread. doing. When [(d90−d10) / average particle size], which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the secondary particles contained in the nickel composite hydroxide, is greater than 0.55, it is generated from the nickel composite hydroxide. In the electrode plate of the battery using the positive electrode active material, the particle density per electrode plate can be sufficiently increased, which is preferable.
ただし、〔(d90−d10)/平均粒径〕が1.20より大きい場合は、平均粒径に対して粒径が非常に小さい微粒子や、平均粒径に対して非常に粒径の大きい粒子(大径粒子)が過度に多く存在することになる。係るニッケル複合水酸化物から生成した正極活物質を用いた場合、単位重量当たり、あるいは単位体積当たりの電池容量を高くすることは可能である。 However, when [(d90-d10) / average particle size] is greater than 1.20, fine particles having a very small particle size with respect to the average particle size, or particles having a very large particle size with respect to the average particle size (Large-diameter particles) are present in an excessive amount. When the positive electrode active material produced from such nickel composite hydroxide is used, the battery capacity per unit weight or per unit volume can be increased.
しかし、微粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を形成した場合には、微粒子の局所的な反応に起因して発熱する可能性があり、微粒子が選択的に劣化し、サイクル特性が悪化する恐れがあるため好ましくない。一方、大径粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を形成した場合には、電解液と正極活物質との反応面積が十分に取れず反応抵抗の増加による電池出力が低下する恐れがあるため好ましくない。 However, when a positive electrode is formed using a positive electrode active material in which a large amount of fine particles are present, heat may be generated due to local reaction of the fine particles, and the fine particles are selectively deteriorated, resulting in poor cycle characteristics. It is not preferable because there is a risk of doing so. On the other hand, when a positive electrode is formed using a positive electrode active material having a large number of large particles, the reaction area between the electrolyte and the positive electrode active material may not be sufficient, and the battery output may decrease due to an increase in reaction resistance. This is not preferable.
したがって、本実施形態のニッケル複合水酸化物が含有する二次粒子は、粒子の粒度分布の拡がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.55より大きく1.20以下であることが好ましい。本実施形態のニッケル複合水酸化物が含有する二次粒子が、係る粒度分布を有する場合、該ニッケル複合水酸化物から得られる正極活物質を用いた電池について、単位重量当たり、あるいは単位体積当たりの電池容量を高くすることができ、かつサイクル特性や電池出力を高くできるため、好ましい。 Therefore, the secondary particles contained in the nickel composite hydroxide of the present embodiment have an index ((d90-d10) / average particle size) that indicates an expansion of the particle size distribution of the particles, greater than 0.55 and 1.20. The following is preferable. When the secondary particles contained in the nickel composite hydroxide of the present embodiment have such a particle size distribution, for a battery using a positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide, per unit weight or per unit volume This is preferable because the battery capacity can be increased and the cycle characteristics and battery output can be increased.
なお、粒度分布の拡がりを示す指標〔(d90−d10)/平均粒径〕において、d10は、各粒径における粒子数を粒径が小さいほうから累積したときにおいて、その累積体積が全粒子の合計体積の10%となる粒径を意味している。また、d90は、各粒径における粒子数を粒径が小さいほうから累積したときにおいて、その累積体積が全粒子の合計体積の90%となる粒径を意味している。 In addition, in the index [(d90−d10) / average particle size] indicating the spread of the particle size distribution, d10 is the cumulative volume of all particles when the number of particles in each particle size is accumulated from the smaller particle size. It means the particle size which becomes 10% of the total volume. Further, d90 means a particle size in which the cumulative volume becomes 90% of the total volume of all particles when the number of particles in each particle size is accumulated from the smallest particle size.
平均粒径や、d90、d10を求める方法は特に限定されないが、例えば、レーザー光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。なお、本明細書の他の部分における平均粒径や、d90、d10についても同様にして求めることができる。 The method for obtaining the average particle diameter and d90 and d10 is not particularly limited, and for example, it can be obtained from the volume integrated value measured with a laser light diffraction / scattering particle size analyzer. In addition, it can obtain | require similarly about the average particle diameter in other part of this specification, d90, and d10.
本実施形態のニッケル複合水酸化物によれば、硫酸根、及び塩素の含有量を均一に低く抑制することができる。このため、該ニッケル複合水酸化物から得られた正極活物質を用いて非水系電解質二次電池を作製した場合、該電池は電池容量が大きく、安全性も優れた電池とすることができる。このため、本実施形態のニッケル複合水酸化物は、電気エネルギーのみで駆動する電気自動車用の電池材料、あるいはコンセントから差込プラグを用いて直接バッテリーに充電できるプラグインハイブリッド自動車用の非水系電解質二次電池の、正極活物質の前駆体として好適に用いることができる。 According to the nickel composite hydroxide of the present embodiment, the sulfate radicals and the chlorine content can be uniformly reduced. For this reason, when a non-aqueous electrolyte secondary battery is produced using a positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide, the battery can be a battery having a large battery capacity and excellent safety. For this reason, the nickel composite hydroxide of this embodiment is a battery material for an electric vehicle that is driven only by electric energy, or a non-aqueous electrolyte for a plug-in hybrid vehicle that can be charged directly from an outlet using an insertion plug. It can be suitably used as a precursor of a positive electrode active material of a secondary battery.
2.ニッケル複合水酸化物の製造方法
本実施形態のニッケル複合水酸化物の製造方法の一構成例について説明する。なお、本実施形態のニッケル複合水酸化物の製造方法により、既述のニッケル複合水酸化物を製造することができるため、重複する説明は一部省略する。
2. Manufacturing method of nickel composite hydroxide One structural example of the manufacturing method of the nickel composite hydroxide of this embodiment is demonstrated. In addition, since the nickel composite hydroxide described above can be manufactured by the method for manufacturing the nickel composite hydroxide of the present embodiment, a part of the overlapping description is omitted.
本実施形態のニッケル複合水酸化物の製造方法は、以下の工程を有することができる。 The manufacturing method of the nickel composite hydroxide of this embodiment can have the following processes.
ニッケル複合水酸化物スラリーを圧搾手段内に供給配管を介して供給する供給工程。
前記ニッケル複合水酸化物スラリーを圧搾手段によりろ過し、ニッケル複合水酸化物ケーキとするろ過工程。
ニッケル複合水酸化物ケーキを、圧搾手段内で洗浄する洗浄工程。
A supply step of supplying the nickel composite hydroxide slurry into the squeezing means via a supply pipe.
A filtration step of filtering the nickel composite hydroxide slurry by a squeezing means to obtain a nickel composite hydroxide cake.
A washing step of washing the nickel composite hydroxide cake in the pressing means.
そして、上記洗浄工程は、さらに以下のステップを有することができる。 And the said washing | cleaning process can have the following steps further.
ニッケル複合水酸化物ケーキを圧搾手段により圧搾した状態で、圧搾手段に接続された洗浄液配管を介して、ニッケル複合水酸化物ケーキにアルカリ性の液体を供給し、ニッケル複合水酸化物ケーキを洗浄する第1洗浄ステップ。
ニッケル複合水酸化物ケーキを圧搾していない状態で、供給配管を介して圧搾手段内にアルカリ性の液体を供給し、その後ニッケル複合水酸化物ケーキを再圧搾する第2洗浄ステップ。
In a state where the nickel composite hydroxide cake is squeezed by the squeezing means, an alkaline liquid is supplied to the nickel composite hydroxide cake via the cleaning liquid pipe connected to the squeezing means, and the nickel composite hydroxide cake is washed. First washing step.
The 2nd washing | cleaning step which supplies an alkaline liquid in a pressing means via supply piping in the state which is not squeezing nickel composite hydroxide cake, and re-squeezes nickel composite hydroxide cake after that.
以下、各工程について説明する。
[供給工程、ろ過工程]
各種方法により得られた、ニッケル複合水酸化物は不純物を含有していることから、ろ過工程、および後述する洗浄工程を実施し、不純物を除去することができる。
Hereinafter, each step will be described.
[Supply process, Filtration process]
Since the nickel composite hydroxide obtained by various methods contains impurities, the impurities can be removed by performing a filtration step and a cleaning step described later.
ニッケル複合水酸化物を洗浄する方法としては、例えばアルカリ性の液体にニッケル複合水酸化物を添加し、スラリー化して洗浄した後、ろ過する方法が考えられる。また、共沈工程より生成したニッケル複合水酸化物を含むスラリーをろ過機に供給し、ケーキとした後、ケーキを別の洗浄手段に搬送し、洗浄する方法なども考えられる。 As a method of cleaning the nickel composite hydroxide, for example, a method of adding nickel composite hydroxide to an alkaline liquid, slurrying and cleaning, and then filtering can be considered. Moreover, after supplying the slurry containing the nickel composite hydroxide produced | generated from the coprecipitation process to a filter and making it into a cake, the method of conveying a cake to another washing | cleaning means and washing | cleaning etc. can also be considered.
しかし、ろ過と洗浄とを同一の設備で連続的に行うことが可能である圧搾手段を用いてろ過、洗浄を実施することが好ましい。このため、供給工程では圧搾手段内に、該圧搾手段に接続された供給配管を介してニッケル複合水酸化物スラリーを供給する工程とすることが好ましい。 However, it is preferable to carry out filtration and washing using a squeezing means that can continuously carry out filtration and washing with the same equipment. For this reason, it is preferable to set it as the process of supplying a nickel composite hydroxide slurry in a pressing means via the supply piping connected to this pressing means in a pressing means.
そして、ろ過工程では、圧搾手段内に供給されたニッケル複合水酸化物スラリーを圧搾手段によりろ過し、ニッケル複合水酸化物ケーキとすることができる。 And in a filtration process, the nickel composite hydroxide slurry supplied in the pressing means can be filtered by the pressing means to obtain a nickel composite hydroxide cake.
なお、圧搾手段としては、上述のようにニッケル複合水酸化物スラリーについて、ろ過と洗浄とを実施できる手段であれば良く、特に限定されるものではない。ろ過と洗浄とを実施できる圧搾手段としては、例えばフィルタープレス、ベルトフィルター等から選択された1種類以上を好ましく用いることができる。
[洗浄工程]
洗浄工程は、以下の第1洗浄ステップと、第2洗浄ステップとの2つの洗浄ステップを有することができる。以下に各ステップについて具体的に説明する。
(第1洗浄ステップ)
第1洗浄ステップでは、既述のろ過工程の後、ニッケル複合水酸化物ケーキを圧搾手段により圧搾した状態で、圧搾手段に接続された洗浄液配管を介して、ニッケル複合水酸化物ケーキに洗浄液としてアルカリ性の液体を供給し、ニッケル複合水酸化物ケーキを洗浄することができる。
In addition, as a pressing means, what is necessary is just a means which can implement filtration and washing | cleaning about nickel composite hydroxide slurry as mentioned above, and is not specifically limited. As the squeezing means capable of performing filtration and washing, for example, one or more types selected from a filter press, a belt filter and the like can be preferably used.
[Washing process]
The cleaning process can have two cleaning steps, the following first cleaning step and second cleaning step. Each step will be specifically described below.
(First cleaning step)
In a 1st washing | cleaning step, in the state which pressed the nickel composite hydroxide cake by the pressing means after the filtration process as stated above, it is made into a nickel composite hydroxide cake as washing | cleaning liquid via the washing liquid piping connected to the pressing means. An alkaline liquid can be supplied to wash the nickel composite hydroxide cake.
ろ過されたニッケル複合水酸化物ケーキに圧搾圧がかかった状態で洗浄液であるアルカリ性の液体を通水すると、洗浄液がケーキに均一に通液され、洗浄効率が高められると共に、より少ない洗浄液量でニッケル複合水酸化物中の不純物量を均一に、目的の濃度まで低減できる。 When an alkaline liquid, which is a cleaning liquid, is passed through the filtered nickel composite hydroxide cake under pressure, the cleaning liquid is uniformly passed through the cake, improving the cleaning efficiency and reducing the amount of cleaning liquid. The amount of impurities in the nickel composite hydroxide can be uniformly reduced to the target concentration.
第1洗浄ステップで用いる洗浄液としては、アルカリ性の液体を好ましく用いることができる。洗浄液として用いるアルカリ性の液体としては特に限定されないが、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、セスキ炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化ナトリウムから選ばれる少なくとも1種の水溶液であることが好ましい。 As the cleaning liquid used in the first cleaning step, an alkaline liquid can be preferably used. The alkaline liquid used as the cleaning liquid is not particularly limited, but is preferably at least one aqueous solution selected from sodium carbonate, potassium carbonate, sesquisodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, and sodium hydroxide.
また、アルカリ性の液体の濃度についても特に限定されるものではないが、例えば下限値は、0.10mol/L以上であることが好ましく、0.15mol/L以上であることがより好ましく、0.20mol/L以上であることがさらに好ましい。また、上限値は、2.00mol/L以下であることが好ましく、1.50mol/L以下であることがより好ましい。 Also, the concentration of the alkaline liquid is not particularly limited. For example, the lower limit is preferably 0.10 mol / L or more, more preferably 0.15 mol / L or more, and More preferably, it is 20 mol / L or more. Moreover, it is preferable that an upper limit is 2.00 mol / L or less, and it is more preferable that it is 1.50 mol / L or less.
洗浄液として、濃度が0.10mol/L以上のアルカリ性の液体を用いることで、ニッケル複合水酸化物の粒子中の不純物、特に硫酸根や塩素などを、洗浄液中に含まれるイオンのイオン交換作用により、効率よく除去することができ、好ましいからである。ただし、濃度が2.00mol/Lを超えてもニッケル複合水酸化物の粒子中の不純物を除去する効果に大きな差が生じないことから、2.00mol/L以下であることが好ましい。 By using an alkaline liquid having a concentration of 0.10 mol / L or more as the cleaning liquid, impurities in the nickel composite hydroxide particles, particularly sulfate radicals and chlorine, can be removed by the ion exchange action of ions contained in the cleaning liquid. This is because it can be efficiently removed. However, even if the concentration exceeds 2.00 mol / L, a large difference does not occur in the effect of removing impurities in the nickel composite hydroxide particles, and therefore it is preferably 2.00 mol / L or less.
洗浄液として用いるアルカリ性の液体の液温(水温)についても特に限定されないが、例えば15℃以上50℃以下であることが好ましい。洗浄液の液温が上記範囲にあることにより、イオン交換反応が活発となり不純物除去が効率的に進むからである。 The liquid temperature (water temperature) of the alkaline liquid used as the cleaning liquid is not particularly limited, but is preferably 15 ° C. or higher and 50 ° C. or lower, for example. This is because when the temperature of the cleaning liquid is within the above range, the ion exchange reaction becomes active and the impurity removal proceeds efficiently.
第1洗浄ステップにおいて洗浄液として用いるアルカリ性の液体の供給量についても特に限定されるものではないが、例えばニッケル複合水酸化物1000gに対して1000mL以上であることが好ましく、2000mL以上であることがより好ましい。第1洗浄ステップにおいて洗浄液として用いるアルカリ性の液体の供給量の上限値についても特に限定されないが、例えばニッケル複合水酸化物1000gに対して5000mL以下であることが好ましい。 The supply amount of the alkaline liquid used as the cleaning liquid in the first cleaning step is not particularly limited. For example, it is preferably 1000 mL or more, more preferably 2000 mL or more with respect to 1000 g of the nickel composite hydroxide. preferable. The upper limit value of the supply amount of the alkaline liquid used as the cleaning liquid in the first cleaning step is not particularly limited, but is preferably 5000 mL or less with respect to 1000 g of nickel composite hydroxide, for example.
これは、第1洗浄ステップにおいて、洗浄液として用いるアルカリ性の液体の供給量を、ニッケル複合水酸化物1000gに対して1000mL以上とすることで、ニッケル複合水酸化物に含まれる不純物イオンを十分に除去することができるからである。また、ニッケル複合水酸化物1000gに対して5000mLよりも多くアルカリ性の液体を供給しても、不純物除去についてあまり効果に違いが見られないからである。 This is because, in the first cleaning step, the supply amount of the alkaline liquid used as the cleaning liquid is set to 1000 mL or more with respect to 1000 g of the nickel composite hydroxide, thereby sufficiently removing impurity ions contained in the nickel composite hydroxide. Because it can be done. Moreover, even if it supplies more alkaline liquid than 5000 mL with respect to 1000 g of nickel composite hydroxide, there is not much difference in an effect about impurity removal.
第1洗浄ステップにおいて、洗浄液として用いるアルカリ性の液体を供給し、洗浄する時間についても特に限定されるものではないが、例えば0.2時間以上1時間以下とすることができる。 In the first cleaning step, the alkaline liquid used as the cleaning liquid is supplied and the cleaning time is not particularly limited, but may be, for example, 0.2 hours or more and 1 hour or less.
第1洗浄ステップでは、洗浄液としてアルカリ性の液体を用いた洗浄後、必要に応じて洗浄液を純水に切り替えて、純水による洗浄を行うことが好ましい。これは、洗浄液として用いたアルカリ性の液体由来のナトリウムなどのカチオン不純物を除去するためである。純水により洗浄する方法は特に限定されないが、例えば洗浄液としてアルカリ性の液体を用いた通水洗浄後に、洗浄液を純水に切り替えて、純水による通水洗浄を連続的に行うことが好ましい。すなわち、ニッケル複合水酸化物ケーキを圧搾手段により圧搾した状態で、圧搾手段に接続された洗浄液配管を介してニッケル複合水酸化物ケーキに純水を供給し、ニッケル複合水酸化物ケーキを洗浄することができる。 In the first cleaning step, after cleaning using an alkaline liquid as a cleaning liquid, it is preferable to perform cleaning with pure water by switching the cleaning liquid to pure water as necessary. This is to remove cationic impurities such as sodium derived from the alkaline liquid used as the cleaning liquid. The method of cleaning with pure water is not particularly limited. For example, it is preferable to perform continuous water cleaning with pure water by switching the cleaning liquid to pure water after water cleaning using an alkaline liquid as a cleaning liquid. That is, in a state where the nickel composite hydroxide cake is squeezed by the squeezing means, pure water is supplied to the nickel composite hydroxide cake via the cleaning liquid pipe connected to the squeezing means, and the nickel composite hydroxide cake is washed. be able to.
第1洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキを圧搾する際の圧搾圧は、次ステップの第2洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキを再圧搾する際の再圧搾圧よりも低いことが好ましい。これは、第1洗浄ステップにおける圧搾圧が、第2洗浄ステップにおける再圧搾圧よりも高いと、ケーキが局所的に圧密になる部分ができ、洗浄液が流れにくくなる場合があるためである。 In the first washing step, the squeezing pressure when squeezing the nickel composite hydroxide cake may be lower than the re-pressing pressure in re-squeezing the nickel composite hydroxide cake in the second washing step of the next step. preferable. This is because if the pressing pressure in the first cleaning step is higher than the re-pressing pressure in the second cleaning step, a portion where the cake becomes locally consolidated is formed, and the cleaning liquid may not flow easily.
第1洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキを圧搾する際の圧搾圧は特に限定されないが、例えば0.2MPa以上0.5MPa以下であることが好ましい。 In the first washing step, the pressing pressure when pressing the nickel composite hydroxide cake is not particularly limited, but is preferably 0.2 MPa or more and 0.5 MPa or less, for example.
これは第1洗浄ステップにおける圧搾圧を0.2MPa以上とすることで、ニッケル複合水酸化物ケーキを全体に十分に圧搾することができ、イオン交換を行うことで不純物を含んだ洗浄液をニッケル複合水酸化物ケーキ内から十分に除去し、不純物量を十分に低減できるからである。一方、第1洗浄ステップにおける圧搾圧が高くなりすぎると、ニッケル複合水酸化物ケーキが圧搾されすぎて洗浄液が流れにくくなる部分が生じる恐れがあるが、圧搾圧を0.5MPa以下とした場合、洗浄液が確実にニッケル複合水酸化物ケーキ全体に行き渡り、特に均一に洗浄できるため好ましい。 By setting the pressing pressure in the first cleaning step to 0.2 MPa or more, the nickel composite hydroxide cake can be fully squeezed as a whole, and the ion-exchanged cleaning solution containing impurities can be converted into nickel composite. This is because it can be sufficiently removed from the hydroxide cake and the amount of impurities can be sufficiently reduced. On the other hand, if the pressing pressure in the first cleaning step is too high, there is a risk that the nickel composite hydroxide cake will be excessively pressed and the cleaning liquid will not flow easily, but if the pressing pressure is 0.5 MPa or less, The cleaning liquid is preferable because it can be surely distributed over the entire nickel composite hydroxide cake and can be uniformly cleaned.
なお、洗浄液による洗浄後、既述のように純水でニッケル複合水酸化物ケーキの洗浄を行う場合にも、ニッケル複合水酸化物ケーキは圧搾されていることが好ましい。そして、純水でニッケル複合水酸化物ケーキを洗浄する際の圧搾圧についても特に限定されないが、上述の場合と同様の理由から、0.2MPa以上0.5MPa以下であることが好ましい。
(第2洗浄ステップ)
圧搾手段は通常、洗浄液を供給するための洗浄液配管と、該圧搾手段に対して被圧搾物を供給するための供給配管と、さらには圧搾した液を外部に排出する排水配管とが接続されている。
In addition, also when wash | cleaning a nickel composite hydroxide cake with pure water after washing | cleaning by a washing | cleaning liquid as mentioned above, it is preferable that the nickel composite hydroxide cake is squeezed. And although it does not specifically limit about the pressing pressure at the time of wash | cleaning a nickel composite hydroxide cake with a pure water, It is preferable that it is 0.2 MPa or more and 0.5 MPa or less for the same reason as the above-mentioned case.
(Second cleaning step)
The squeezing means is usually connected to a cleaning liquid pipe for supplying a cleaning liquid, a supply pipe for supplying an object to be squeezed to the squeezing means, and a drain pipe for discharging the squeezed liquid to the outside. Yes.
そして、圧搾手段により洗浄を行う場合、洗浄液は洗浄液配管のみから供給し、洗浄を行うのが一般的である。すなわち、第1洗浄ステップのように洗浄液配管のみから洗浄液を供給し、洗浄を実施するのが一般的である。 And when wash | cleaning by a pressing means, it is common to wash | clean by supplying a cleaning liquid only from cleaning liquid piping. That is, as in the first cleaning step, the cleaning liquid is generally supplied only from the cleaning liquid piping and cleaning is performed.
しかしながら、本発明の発明者らの検討によると、第1洗浄ステップに加えて、第2洗浄ステップを実施し、該第2洗浄ステップでは、洗浄液配管とは別の配管である供給配管から洗浄液を供給することで、ニッケル複合水酸化物ケーキ内の不純物を大幅に、かつ均一に低減できることを見出した。 However, according to the study of the inventors of the present invention, in addition to the first cleaning step, the second cleaning step is performed, and in this second cleaning step, the cleaning liquid is supplied from the supply pipe which is a pipe different from the cleaning liquid pipe. It has been found that the impurities in the nickel composite hydroxide cake can be significantly and uniformly reduced by supplying.
本発明の発明者らの検討によると、供給配管内や、供給配管出口近傍のニッケル複合水酸化物ケーキは、洗浄液配管から洗浄液を供給したのでは洗浄されにくい。このため、既述の第1洗浄ステップを実施するだけでは、一部に十分に洗浄されていないニッケル複合水酸化物ケーキが混入する恐れがあった。そこで、第2洗浄ステップを実施し、該第2洗浄ステップでは供給配管から洗浄液を供給することで、供給配管や、その出口近傍のニッケル複合水酸化物ケーキも十分に洗浄することが可能になり、ニッケル複合水酸化物ケーキ内の不純物濃度を大幅に、かつ均一に低減することができる。 According to the study by the inventors of the present invention, the nickel composite hydroxide cake in the supply pipe or in the vicinity of the outlet of the supply pipe is not easily cleaned if the cleaning liquid is supplied from the cleaning liquid pipe. For this reason, there is a possibility that nickel composite hydroxide cake that has not been sufficiently cleaned may be mixed in only by performing the first cleaning step described above. Therefore, the second cleaning step is performed, and in the second cleaning step, the cleaning liquid is supplied from the supply pipe, so that the supply pipe and the nickel composite hydroxide cake near the outlet can be sufficiently cleaned. The impurity concentration in the nickel composite hydroxide cake can be greatly and uniformly reduced.
第2洗浄ステップで用いる洗浄液としては、アルカリ性の液体を好ましく用いることができる。洗浄液として用いるアルカリ性の液体としては特に限定されないが、第1洗浄ステップで好適に用いることができるアルカリ性の液体として説明したものを、好ましく用いることができる。 As the cleaning liquid used in the second cleaning step, an alkaline liquid can be preferably used. Although it does not specifically limit as an alkaline liquid used as a washing | cleaning liquid, What was demonstrated as an alkaline liquid which can be used suitably at a 1st washing | cleaning step can be used preferably.
また、アルカリ性の液体の濃度についても特に限定されるものではないが、例えば下限値は、0.10mol/L以上であることが好ましく、0.15mol/L以上であることがより好ましく、0.20mol/L以上であることがさらに好ましい。また、上限値は、2.00mol/L以下であることが好ましく、1.50mol/L以下であることがより好ましい。 Also, the concentration of the alkaline liquid is not particularly limited. For example, the lower limit is preferably 0.10 mol / L or more, more preferably 0.15 mol / L or more, and More preferably, it is 20 mol / L or more. Moreover, it is preferable that an upper limit is 2.00 mol / L or less, and it is more preferable that it is 1.50 mol / L or less.
洗浄液として、濃度が0.10mol/L以上のアルカリ性の液体を用いることで、ニッケル複合水酸化物の粒子中の不純物、特に硫酸根や塩素などを、洗浄液中に含まれるイオンのイオン交換作用により、効率よく除去することができる好ましいからである。ただし、濃度が2.00mol/Lを超えてもニッケル複合水酸化物の粒子中の不純物を除去する効果に大きな差が生じないことから、2.00mol/L以下であることが好ましい。 By using an alkaline liquid having a concentration of 0.10 mol / L or more as the cleaning liquid, impurities in the nickel composite hydroxide particles, particularly sulfate radicals and chlorine, can be removed by the ion exchange action of ions contained in the cleaning liquid. This is because it can be removed efficiently. However, even if the concentration exceeds 2.00 mol / L, a large difference does not occur in the effect of removing impurities in the nickel composite hydroxide particles, and therefore it is preferably 2.00 mol / L or less.
洗浄液として用いるアルカリ性の液体の液温(水温)についても特に限定されないが、例えば15℃以上50℃以下であることが好ましい。洗浄液の液温が上記範囲にあることにより、イオン交換反応が活発となり不純物除去が効率的に進むからである。 The liquid temperature (water temperature) of the alkaline liquid used as the cleaning liquid is not particularly limited, but is preferably 15 ° C. or higher and 50 ° C. or lower, for example. This is because when the temperature of the cleaning liquid is within the above range, the ion exchange reaction becomes active and the impurity removal proceeds efficiently.
第2洗浄ステップにおいて洗浄液として用いるアルカリ性の液体の供給量についても特に限定されるものではないが、例えばニッケル複合水酸化物1000gに対して150mL以上であることが好ましく、250mL以上であることがより好ましい。第2洗浄ステップにおいて洗浄液として用いるアルカリ性の液体の供給量の上限値についても特に限定されないが、例えばニッケル複合水酸化物1000gに対して5000mL以下であることが好ましい。 The supply amount of the alkaline liquid used as the cleaning liquid in the second cleaning step is not particularly limited. For example, it is preferably 150 mL or more, more preferably 250 mL or more with respect to 1000 g of nickel composite hydroxide. preferable. The upper limit of the supply amount of the alkaline liquid used as the cleaning liquid in the second cleaning step is not particularly limited, but is preferably 5000 mL or less with respect to 1000 g of the nickel composite hydroxide, for example.
これは、第2洗浄ステップにおいて、洗浄液として用いるアルカリ性の液体の供給量を、ニッケル複合水酸化物1000gに対して150mL以上とすることで、ニッケル複合水酸化物に含まれる不純物イオンを十分に除去することができるからである。また、ニッケル複合水酸化物1000gに対して5000mLよりも多くアルカリ性の液体を供給しても、不純物除去についてあまり効果に違いが見られないからである。 This is because, in the second cleaning step, the supply amount of the alkaline liquid used as the cleaning liquid is 150 mL or more with respect to 1000 g of the nickel composite hydroxide, thereby sufficiently removing impurity ions contained in the nickel composite hydroxide. Because it can be done. Moreover, even if it supplies more alkaline liquid than 5000 mL with respect to 1000 g of nickel composite hydroxide, there is not much difference in an effect about impurity removal.
なお、第1洗浄ステップで洗浄液として用いるアルカリ性の液体と、第2洗浄ステップで洗浄液として用いるアルカリ性の液体とは同じであってもよいが、異なっていてもよい。ただし、洗浄液に由来する異なる種類のカチオンがニッケル複合水酸化物ケーキ内に残存することを避けるため、第1洗浄ステップと、第2洗浄ステップとで、洗浄液として同じアルカリ性の液体を用いることが好ましい。 Note that the alkaline liquid used as the cleaning liquid in the first cleaning step and the alkaline liquid used as the cleaning liquid in the second cleaning step may be the same or different. However, in order to avoid that different kinds of cations derived from the cleaning liquid remain in the nickel composite hydroxide cake, it is preferable to use the same alkaline liquid as the cleaning liquid in the first cleaning step and the second cleaning step. .
第2洗浄ステップにおいて、洗浄液であるアルカリ性の液体を供給し、洗浄する時間についても特に限定されないが、例えば0.05時間以上1時間以下とすることができる。 In the second cleaning step, an alkaline liquid as a cleaning liquid is supplied and the cleaning time is not particularly limited, but may be, for example, 0.05 hours or more and 1 hour or less.
第2洗浄ステップにおいても、第1洗浄ステップで説明したように、洗浄液としてアルカリ性の液体を用いた洗浄後、必要に応じて洗浄液を純水に切り替えて、純水による洗浄を行うことが好ましい。これは、洗浄液として用いたアルカリ性の液体由来のナトリウムなどのカチオン不純物を除去するためである。純水により洗浄する方法は特に限定されないが、例えば洗浄液としてアルカリ性の液体を用いた通水洗浄後に、洗浄液を純水に切り替えて、純水による通水洗浄を連続的に行うことが好ましい。すなわち、ニッケル複合水酸化物ケーキを圧搾していない状態で、圧搾手段に接続された供給配管を介してニッケル複合水酸化物ケーキに純水を供給し、ニッケル複合水酸化物ケーキを洗浄することができる。 Also in the second cleaning step, as described in the first cleaning step, after cleaning using an alkaline liquid as the cleaning liquid, it is preferable to perform cleaning with pure water by switching the cleaning liquid to pure water as necessary. This is to remove cationic impurities such as sodium derived from the alkaline liquid used as the cleaning liquid. The method of cleaning with pure water is not particularly limited. For example, it is preferable to perform continuous water cleaning with pure water by switching the cleaning liquid to pure water after water cleaning using an alkaline liquid as a cleaning liquid. That is, pure water is supplied to the nickel composite hydroxide cake through a supply pipe connected to the squeezing means in a state where the nickel composite hydroxide cake is not compressed, and the nickel composite hydroxide cake is washed. Can do.
そして、第2洗浄ステップでは、アルカリ性の液体、またはさらに純水を通液した後にニッケル複合水酸化物ケーキを再圧搾することが好ましい。再圧搾により、ニッケル複合水酸化物ケーキに残存するカチオン不純物などを水分と共に除去することができ、ニッケル複合水酸化物ケーキ中の不純物量をさらに低減することができる。また、ニッケル複合水酸化物ケーキの含水率を下げることによって、例えば第2洗浄ステップの後に乾燥工程等を実施する際に、用いる熱風の使用量を低減できるためである。 In the second cleaning step, it is preferable to re-squeeze the nickel composite hydroxide cake after passing an alkaline liquid or pure water. By re-pressing, cation impurities remaining in the nickel composite hydroxide cake can be removed together with moisture, and the amount of impurities in the nickel composite hydroxide cake can be further reduced. Moreover, it is because the usage-amount of the hot air used can be reduced by implementing the drying process etc., for example after a 2nd washing | cleaning step by lowering | hanging the moisture content of a nickel composite hydroxide cake.
第2洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキを再圧搾する際の再圧搾圧は特に限定されないが、例えば0.25MPa以上0.8MPa以下であることが好ましい。これは、再圧搾圧を0.25MPa以上とすることで、ニッケル複合水酸化物ケーキを十分に再圧搾することができ、ニッケル複合水酸化物ケーキから、不純物を含む洗浄液や、洗浄水を十分に除去できるからである。また、後述するように、例えば第2洗浄ステップの後に乾燥工程等を実施する際に容易にケーキの乾燥を行うことができ、その際にも不純物を含んだ洗浄液や洗浄水を十分に除去できるため、不純物濃度を特に低減することができるからである。 In the second washing step, the re-pressing pressure when re-pressing the nickel composite hydroxide cake is not particularly limited, but is preferably, for example, 0.25 MPa or more and 0.8 MPa or less. This is because the nickel composite hydroxide cake can be sufficiently re-pressed by setting the re-pressing pressure to 0.25 MPa or more. From the nickel composite hydroxide cake, the washing liquid containing impurities and the washing water are sufficient. This is because it can be removed. Moreover, as will be described later, for example, the cake can be easily dried when a drying process or the like is performed after the second cleaning step, and in that case, the cleaning liquid and the cleaning water containing impurities can be sufficiently removed. This is because the impurity concentration can be particularly reduced.
ただし、0.8MPaを超えると圧搾ゴムや、ろ布にかかる圧力が高くなり、ろ布の破れ等を生じる恐れがあるため、再圧搾圧は0.8MPa以下とすることが好ましい。 However, if the pressure exceeds 0.8 MPa, the pressure applied to the compressed rubber or the filter cloth increases, and the filter cloth may be broken, and therefore, the recompression pressure is preferably 0.8 MPa or less.
なお、洗浄工程終了後において、得られたニッケル複合水酸化物ケーキを乾燥工程等に供した場合に、乾燥を効率的に実施するために、また、圧搾手段から容易に回収できるように該ニッケル複合水酸化物ケーキは、含水率が10%以上30%以下となるように脱水されていることが好ましい。 In addition, when the obtained nickel composite hydroxide cake is subjected to a drying step or the like after completion of the cleaning step, the nickel composite hydroxide cake can be easily recovered from the squeezing means for efficient drying. The composite hydroxide cake is preferably dehydrated so that the water content is 10% or more and 30% or less.
本実施形態のニッケル複合水酸化物の製造方法は、上述の供給工程、ろ過工程、洗浄工程に加えて任意の工程を有することもできる。 The manufacturing method of the nickel composite hydroxide of this embodiment can also have arbitrary processes in addition to the above-mentioned supply process, filtration process, and washing | cleaning process.
例えばニッケル複合水酸化物を製造する共沈工程を有することができる。 For example, it may have a coprecipitation process for producing a nickel composite hydroxide.
共沈工程の構成例について、以下に説明する。
[共沈工程]
共沈工程では、既述の供給工程で、圧搾手段に供給するニッケル複合水酸化物スラリーを生成することができる。
A configuration example of the coprecipitation step will be described below.
[Co-precipitation process]
In the coprecipitation step, the nickel composite hydroxide slurry to be supplied to the pressing means can be generated in the supply step described above.
共沈工程は、例えば以下のステップを有することができる。 A coprecipitation process can have the following steps, for example.
ニッケル及びコバルトを含むNi/Co含有混合水溶液と、アンモニウムイオン供給体と、アルミニウム源とを含む初期水溶液を反応槽内に用意する初期水溶液準備ステップ。 An initial aqueous solution preparation step of preparing an initial aqueous solution containing an Ni / Co-containing mixed aqueous solution containing nickel and cobalt, an ammonium ion supplier, and an aluminum source in a reaction vessel.
そして、初期水溶液にアルカリ性溶液、Ni/Co含有混合水溶液、アンモニウムイオン供給体、アルミニウム源などを連続的に供給し、混合水溶液を形成するアルカリ性溶液供給ステップ。
なお、アルカリ性溶液供給ステップでは、液温25℃を基準として測定する混合水溶液のpH値を11.0以上12.8以下になるように制御することが好ましい。
And the alkaline solution supply step which supplies an alkaline solution, Ni / Co containing mixed aqueous solution, an ammonium ion supply body, an aluminum source etc. to an initial stage aqueous solution continuously, and forms mixed aqueous solution.
In the alkaline solution supply step, it is preferable to control the pH value of the mixed aqueous solution, which is measured with the liquid temperature of 25 ° C. as a reference, to be 11.0 or higher and 12.8 or lower.
アルカリ性溶液供給ステップでは、反応槽内に既述のニッケル複合水酸化物の一般式の原子比となるようにニッケル複合水酸化物を共沈殿させることができ、反応槽からオーバーフローさせることによりニッケル複合水酸化物を回収することができる。 In the alkaline solution supply step, the nickel composite hydroxide can be co-precipitated in the reaction tank so as to have the atomic ratio of the general formula of the nickel composite hydroxide described above, and the nickel composite can be overflowed from the reaction tank. The hydroxide can be recovered.
共沈工程では、核生成反応と粒子成長反応とが同じ反応槽内において同時に進行するため、得られるニッケル複合水酸化物の粒度分布を広範囲とすることができる。 In the coprecipitation step, since the nucleation reaction and the particle growth reaction proceed simultaneously in the same reaction tank, the particle size distribution of the obtained nickel composite hydroxide can be widened.
以下、各ステップについて説明する。
(初期水溶液準備ステップ)
上記共沈工程の初期水溶液準備ステップでは、ニッケル及びコバルトを含むNi/Co含有混合水溶液と、アンモニウムイオン供給体と、アルミニウム源とを含む初期水溶液を反応槽内に用意することができる。以下、初期水溶液に含まれる各成分について説明する。
(1)Ni/Co含有混合水溶液
ニッケル及びコバルトを含むNi/Co含有混合水溶液に用いられる、ニッケル塩、コバルト塩などの塩としては、水溶性の化合物であれば特に限定するものではないが、硫酸塩、硝酸塩、塩化物などを使用することができる。例えば、硫酸ニッケルや、硫酸コバルト等を好ましく用いることができる。
Hereinafter, each step will be described.
(Initial aqueous solution preparation step)
In the initial aqueous solution preparation step of the coprecipitation step, an initial aqueous solution containing a Ni / Co-containing mixed aqueous solution containing nickel and cobalt, an ammonium ion supplier, and an aluminum source can be prepared in the reaction vessel. Hereinafter, each component contained in the initial aqueous solution will be described.
(1) Ni / Co-containing mixed aqueous solution The salt such as nickel salt and cobalt salt used in the Ni / Co-containing mixed aqueous solution containing nickel and cobalt is not particularly limited as long as it is a water-soluble compound. Sulfates, nitrates, chlorides and the like can be used. For example, nickel sulfate or cobalt sulfate can be preferably used.
Ni/Co含有混合水溶液の金属塩の濃度は、金属塩の合計で1mol/L以上2.6mol/L以下とすることが好ましく、1mol/L以上2.2mol/L以下とすることがより好ましい。これは、Ni/Co含有混合水溶液の金属塩濃度を1mol/L以上とすることで、得られるニッケル複合水酸化物スラリーのスラリー濃度を十分に高くすることができるため、生産性良くニッケル複合水酸化物を生成できるからである。ただし、Ni/Co含有混合水溶液の金属塩濃度が2.6mol/Lを超えると、−5℃以下で結晶析出や凍結が起こり、設備の配管を詰まらせる恐れがあり、配管の保温もしくは加温を行う必要があり、コストがかかるため、好ましくない。 The concentration of the metal salt in the Ni / Co-containing mixed aqueous solution is preferably 1 mol / L or more and 2.6 mol / L or less, more preferably 1 mol / L or more and 2.2 mol / L or less in total of the metal salts. . This is because when the metal salt concentration of the Ni / Co-containing mixed aqueous solution is 1 mol / L or more, the resulting nickel composite hydroxide slurry can have a sufficiently high slurry concentration. This is because an oxide can be generated. However, if the metal salt concentration of the Ni / Co-containing mixed aqueous solution exceeds 2.6 mol / L, crystal precipitation or freezing may occur at -5 ° C or lower, and the equipment piping may be clogged. This is not preferable because it requires cost and costs.
さらに、Ni/Co含有混合水溶液を反応槽に供給する量は特に限定されないが、例えば晶析反応を終えた時点での晶析物濃度が、30g/L以上250g/L以下となるように調整することが好ましく、晶析物濃度が80g/L以上150g/L以下になるように調整することがより好ましい。これは、晶析反応を終えた時点での晶析物濃度が30g/L以上の場合には、一次粒子の凝集を特に十分に進行させることができるからであり、250g/L以下とすることで、添加するNi/Co含有混合水溶液を反応槽内で十分に拡散させ、特に均一な組成のニッケル複合水酸化物スラリーを得ることができるからである。
(2)アンモニウムイオン供給体
アンモニウムイオン供給体としては、水溶性の化合物であれば特に限定するものではないが、例えばアンモニア、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、フッ化アンモニウム等から選択された1種類以上を好ましく用いることができる。特に、アンモニア、及び硫酸アンモニウムから選択された1種類以上をより好ましく用いることができる。
Furthermore, the amount of supplying the Ni / Co-containing mixed aqueous solution to the reaction vessel is not particularly limited, but for example, the crystallized product concentration at the time when the crystallization reaction is finished is adjusted to be 30 g / L or more and 250 g / L or less It is preferable to adjust the crystallized substance concentration to be 80 g / L or more and 150 g / L or less. This is because when the concentration of the crystallized product at the time when the crystallization reaction is finished is 30 g / L or more, the aggregation of the primary particles can be made to proceed particularly sufficiently, and should be 250 g / L or less. This is because the Ni / Co-containing mixed aqueous solution to be added can be sufficiently diffused in the reaction vessel to obtain a nickel composite hydroxide slurry having a particularly uniform composition.
(2) Ammonium ion supplier The ammonium ion supplier is not particularly limited as long as it is a water-soluble compound. For example, one kind selected from ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride, and the like. The above can be preferably used. In particular, one or more selected from ammonia and ammonium sulfate can be used more preferably.
アンモニウムイオン供給体は錯化剤として機能することができる。アンモニウムイオン供給体を添加しておくことで、後述するアルカリ性溶液供給ステップにおいて、混合水溶液のpH値を11.0以上12.8以下の広い範囲内で制御したとしても、ニッケル複合水酸化物の生成速度を十分に速く保つことができるからである。また、混合水溶液のpH値を上記範囲内で制御したとしても、得られたニッケル複合水酸化物をろ過する際にろ過の妨げとなるような細かい粒子の生成を抑制し、ニッケル複合水酸化物の二次粒子を球状粒子とすることができるからである。 The ammonium ion donor can function as a complexing agent. Even if the pH value of the mixed aqueous solution is controlled within a wide range of 11.0 or more and 12.8 or less in the alkaline solution supply step to be described later by adding the ammonium ion supplier, the nickel composite hydroxide can be used. This is because the generation rate can be kept sufficiently high. In addition, even when the pH value of the mixed aqueous solution is controlled within the above range, when the obtained nickel composite hydroxide is filtered, the formation of fine particles that hinder the filtration is suppressed, and the nickel composite hydroxide is suppressed. This is because the secondary particles can be made into spherical particles.
反応槽内において、初期水溶液、及び混合水溶液中のアンモニア濃度は、3g/L以上25g/L以下であることが好ましい。 In the reaction vessel, the ammonia concentration in the initial aqueous solution and the mixed aqueous solution is preferably 3 g / L or more and 25 g / L or less.
上述のようにアンモニウムイオン供給体は錯化剤として作用し、初期水溶液、及び混合水溶液中のアンモニア濃度を3g/L以上とすることで、初期水溶液や、混合水溶液について、金属イオンの溶解度を安定して一定に保持することができる。このため、形状及び粒径が整ったニッケル複合水酸化物の一次粒子が形成することができる。さらには、アンモニア濃度を3g/L以上とすることで、正極活物質の原料として用いるのに適した適度な粒度分布の拡がりを有する二次粒子を含むニッケル複合水酸化物を生成することができる。 As described above, the ammonium ion supplier acts as a complexing agent and stabilizes the solubility of metal ions in the initial aqueous solution and the mixed aqueous solution by setting the ammonia concentration in the initial aqueous solution and the mixed aqueous solution to 3 g / L or more. And can be held constant. For this reason, primary particles of nickel composite hydroxide having a uniform shape and particle size can be formed. Furthermore, by setting the ammonia concentration to 3 g / L or more, it is possible to produce a nickel composite hydroxide containing secondary particles having an appropriate spread of particle size distribution suitable for use as a raw material for the positive electrode active material. .
一方、初期水溶液、及び混合水溶液中のアンモニア濃度を25g/L以下とすることで、金属イオンの溶解度が大きくなりすぎることを防止し、得られるニッケル複合水酸化物について、組成のずれが生じることを防止できる。 On the other hand, by setting the ammonia concentration in the initial aqueous solution and the mixed aqueous solution to 25 g / L or less, it is possible to prevent the solubility of metal ions from becoming too large, and the resulting nickel composite hydroxide has a composition shift. Can be prevented.
なお、初期水溶液、及び混合水溶液中のアンモニア濃度の変動に伴い、金属イオンの溶解度が変動し、ニッケル複合水酸化物の粒子の内部の組成の均一性が低下する恐れがある。このため、初期水溶液、及び混合水溶液中のアンモニア濃度の変動幅は小さくなるように制御することが好ましい。例えば、アンモニア濃度は、上限値と下限値との幅を5g/Lとして、該幅内に収まるように制御することがより好ましい。なお、この場合でもアンモニアの上限値と下限値とは3g/L以上25g/L以下であることが好ましい。
(3)アルミニウム源
アルミニウム源についても特に限定されるものではないが、アルミン酸ナトリウム水溶液を使用することが好ましい。アルミン酸ナトリウム水溶液は、例えば、所定量のアルミン酸ナトリウムを水に溶解して水溶液とし、水酸化ナトリウムを所定量添加することで得られる。アルミニウムをニッケル複合水酸化物の粒子の内部に均一に分散させるためには、ニッケル及びコバルトを含む混合水溶液とアルミン酸ナトリウム水溶液を反応槽に同時に添加すればよい。この際、ニッケル複合水酸化物の一般式で示した、目標とする組成比に合うように、ニッケル、コバルト、アルミニウムのそれぞれの金属濃度を調整することが好ましい。
(アルカリ性溶液供給ステップ)
そして、アルカリ性溶液供給ステップでは、初期水溶液にアルカリ性溶液、Ni/Co含有混合水溶液、アンモニウムイオン供給体、アルミニウム源などを連続的に供給し、混合水溶液を形成することができる。
Note that the solubility of metal ions varies with the variation of the ammonia concentration in the initial aqueous solution and the mixed aqueous solution, and the uniformity of the composition inside the nickel composite hydroxide particles may be reduced. For this reason, it is preferable to control the fluctuation range of the ammonia concentration in the initial aqueous solution and the mixed aqueous solution to be small. For example, the ammonia concentration is more preferably controlled so that the range between the upper limit value and the lower limit value is 5 g / L and is within the range. Even in this case, the upper and lower limits of ammonia are preferably 3 g / L or more and 25 g / L or less.
(3) Aluminum source The aluminum source is not particularly limited, but it is preferable to use an aqueous sodium aluminate solution. The aqueous sodium aluminate solution can be obtained, for example, by dissolving a predetermined amount of sodium aluminate in water to obtain an aqueous solution, and adding a predetermined amount of sodium hydroxide. In order to uniformly disperse aluminum inside the nickel composite hydroxide particles, a mixed aqueous solution containing nickel and cobalt and a sodium aluminate aqueous solution may be added simultaneously to the reaction vessel. At this time, it is preferable to adjust the respective metal concentrations of nickel, cobalt, and aluminum so as to meet the target composition ratio indicated by the general formula of the nickel composite hydroxide.
(Alkaline solution supply step)
In the alkaline solution supply step, an alkaline solution, a Ni / Co-containing mixed aqueous solution, an ammonium ion supplier, an aluminum source, and the like can be continuously supplied to the initial aqueous solution to form a mixed aqueous solution.
アルカリ性溶液供給ステップで用いるアルカリ性溶液は特に限定されないが、アルカリ金属水酸化物の水溶液を用いることが好ましい。アルカリ金属水酸化物としては、添加量の制御を行いやすいことから、水に溶解し易い化合物を用いることが好ましく、例えば水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムから選ばれる1種類以上であることが好ましい。 The alkaline solution used in the alkaline solution supply step is not particularly limited, but an aqueous solution of an alkali metal hydroxide is preferably used. As the alkali metal hydroxide, since it is easy to control the amount of addition, it is preferable to use a compound that is easily dissolved in water, for example, one or more selected from lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide. It is preferable.
アルカリ性溶液供給ステップにおいて、アルカリ性溶液を反応槽に添加する方法については、特に限定されるものではなく、定量ポンプなど、流量制御が可能なポンプで添加することが好ましい。なお、アルカリ性溶液を添加する際に、混合水溶液のpH値が、液温25℃を基準として11.0以上12.8以下に保持されるように添加することが好ましい。 In the alkaline solution supply step, the method of adding the alkaline solution to the reaction vessel is not particularly limited, and it is preferable to add the alkaline solution with a pump capable of controlling the flow rate such as a metering pump. In addition, when adding an alkaline solution, it is preferable to add so that pH value of mixed aqueous solution may be hold | maintained at 11.0 or more and 12.8 or less on the basis of liquid temperature of 25 degreeC.
アルカリ性溶液供給ステップにおいて、Ni/Co含有混合水溶液、及びアルミニウム源を供給する際、混合水溶液内のニッケル、コバルト、アルミニウムのそれぞれの金属濃度が、ニッケル複合水酸化物の一般式で示した目標とする組成比に合うように調整することが好ましい。 In the alkaline solution supply step, when supplying the Ni / Co-containing mixed aqueous solution and the aluminum source, the respective metal concentrations of nickel, cobalt, and aluminum in the mixed aqueous solution are the target indicated by the general formula of the nickel composite hydroxide. It is preferable to adjust so as to match the composition ratio.
なお、アルカリ性溶液供給ステップにおいて初期水溶液に添加する、Ni/Co含有混合水溶液、アンモニウムイオン供給体、アルミニウム源については、初期水溶液において説明したものと同様のものを好適に用いることができるため、ここでは説明を省略する。 As the Ni / Co-containing mixed aqueous solution, ammonium ion supplier, and aluminum source added to the initial aqueous solution in the alkaline solution supplying step, the same materials as those described in the initial aqueous solution can be preferably used. Then, explanation is omitted.
アルカリ性溶液供給ステップにおける混合水溶液の温度は特に限定されるものではないが、例えば50℃以上80℃以下であることが好ましい。 The temperature of the mixed aqueous solution in the alkaline solution supply step is not particularly limited, but is preferably 50 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, for example.
また、本実施形態のニッケル複合水酸化物の製造方法は、洗浄工程の後、得られたニッケル複合水酸化物のケーキを乾燥する乾燥工程を有することもできる。
[乾燥工程]
乾燥工程では、洗浄工程によって得られたニッケル複合水酸化物ケーキを乾燥することができる。ニッケル複合水酸化物ケーキを乾燥させることで粉末状にすることができる。
Moreover, the manufacturing method of the nickel composite hydroxide of this embodiment can also have a drying process which dries the obtained nickel composite hydroxide cake after a washing | cleaning process.
[Drying process]
In the drying step, the nickel composite hydroxide cake obtained by the washing step can be dried. The nickel composite hydroxide cake can be made into powder by drying.
乾燥工程で用いる乾燥手段としては特に限定されるものではなく、各種乾燥手段を用いることができる。例えば、温風乾燥等の乾燥方法を用いることができ、乾燥設備としては定置型の乾燥機、蒸気などで加温した熱風を用いたバッチ式あるいは連続式の気流乾燥機等を用いることができる。 The drying means used in the drying step is not particularly limited, and various drying means can be used. For example, a drying method such as hot air drying can be used, and as a drying equipment, a stationary dryer, a batch type or continuous type air dryer using hot air heated by steam or the like can be used. .
3.非水系電解質二次電池用正極活物質
上述したニッケル複合水酸化物を前駆体として、非水系電解質二次電池用正極活物質を生成することができる。
3. Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery A positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery can be produced using the nickel composite hydroxide described above as a precursor.
本実施形態の正極活物質は、層状構造を有する六方晶系リチウム含有複合酸化物により構成されるリチウムニッケル複合酸化物からなるものである。リチウムニッケル複合酸化物は、既述のニッケル複合水酸化物を前駆体として用いているため、所定の組成や平均粒径を有し、且つ所定の粒度分布を有することができる。このため、本実施形態の正極活物質は、サイクル特性や安全性に優れ、非水系電解質二次電池の正極の材料として適したものである。 The positive electrode active material of the present embodiment is made of a lithium nickel composite oxide composed of a hexagonal lithium-containing composite oxide having a layered structure. Since the lithium nickel composite oxide uses the nickel composite hydroxide described above as a precursor, the lithium nickel composite oxide has a predetermined composition and average particle size, and can have a predetermined particle size distribution. For this reason, the positive electrode active material of this embodiment is excellent in cycle characteristics and safety, and is suitable as a positive electrode material of a nonaqueous electrolyte secondary battery.
[組成]
本実施形態の正極活物質は、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物からなり、その組成は、一般式:LitNi1−x−yCoxAlyO2+β(但し、式中において、0.97≦t≦1.20、0.05≦x≦0.35、0.01≦y≦0.2、x+y<0.4、−0.2≦β≦0.2を満たす。)で表される。
[composition]
The positive electrode active material of the present embodiment is made of lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide, the composition has the general formula: Li t Ni 1-x- y Co x Al y O 2 + β ( where in the formula, 0.97 ≦ t ≦ 1.20, 0.05 ≦ x ≦ 0.35, 0.01 ≦ y ≦ 0.2, x + y <0.4, −0.2 ≦ β ≦ 0.2. The
本実施形態の正極活物質においては、リチウムの原子比tは、0.97≦t≦1.20を満たすことが好ましい。リチウムの原子比tを0.97以上とすることで、該正極活物質を用いた電池における正極の反応抵抗を十分に抑制できるため、該電池の出力を特に高くすることができる。ただし、リチウムの原子比tが1.20よりも多い場合には、該正極活物質を用いた電池の初期放電容量が低下すると共に、正極の反応抵抗が増加する場合がある。従って、リチウムの原子比tは、0.97≦t≦1.20とすることが好ましく、特に、リチウムの原子比tの下限値を1.05以上とすることがより好ましい。 In the positive electrode active material of this embodiment, the atomic ratio t of lithium preferably satisfies 0.97 ≦ t ≦ 1.20. By setting the lithium atomic ratio t to 0.97 or more, the reaction resistance of the positive electrode in a battery using the positive electrode active material can be sufficiently suppressed, so that the output of the battery can be particularly increased. However, when the atomic ratio t of lithium is greater than 1.20, the initial discharge capacity of a battery using the positive electrode active material may be reduced and the reaction resistance of the positive electrode may be increased. Accordingly, the atomic ratio t of lithium is preferably 0.97 ≦ t ≦ 1.20, and more preferably the lower limit of the atomic ratio t of lithium is 1.05 or more.
正極活物質にコバルトを含有させることで、良好なサイクル特性を得ることができる。これは、結晶格子のニッケルの一部をコバルトに置換することにより、充放電に伴うリチウムの脱挿入による結晶格子の膨張収縮挙動を低減できるためである。コバルトの原子比xは、0.05≦x≦0.35が好ましく、電池特性や安全性を向上させることを考慮すると、0.07≦x≦0.25がより好ましく、0.10≦x≦0.20とすることがさらに好ましい。 By including cobalt in the positive electrode active material, good cycle characteristics can be obtained. This is because by replacing a part of nickel in the crystal lattice with cobalt, the expansion and contraction behavior of the crystal lattice due to lithium desorption due to charge / discharge can be reduced. The atomic ratio x of cobalt is preferably 0.05 ≦ x ≦ 0.35, and considering the improvement of battery characteristics and safety, 0.07 ≦ x ≦ 0.25 is more preferable, and 0.10 ≦ x. More preferably, ≦ 0.20.
正極活物質では、リチウム以外の全金属の原子に対するアルミニウムの原子比yは、0.01≦y≦0.2であることが好ましく、0.01≦y≦0.1であることがより好ましい。正極活物質中にアルミニウムを添加することにより、電池の正極活物質として用いた場合において、電池の耐久性や安全性を向上させることができる。特に、正極活物質において、アルミニウムが正極活物質の粒子の内部に均一に分布している場合、粒子全体で電池の耐久性や安全性を向上させる効果を発揮することができ、同じ添加量であっても、より大きな効果が得られ、電池容量の低下を抑制できるという利点もある。 In the positive electrode active material, the atomic ratio y of aluminum to the atoms of all metals other than lithium is preferably 0.01 ≦ y ≦ 0.2, and more preferably 0.01 ≦ y ≦ 0.1. . By adding aluminum to the positive electrode active material, the durability and safety of the battery can be improved when used as the positive electrode active material of the battery. In particular, in the positive electrode active material, when aluminum is uniformly distributed inside the particles of the positive electrode active material, the entire particle can exert the effect of improving the durability and safety of the battery. Even if it exists, there exists an advantage that the bigger effect is acquired and the fall of battery capacity can be suppressed.
そして、既述のように正極活物質では、リチウム以外の全金属の原子に対するアルミニウムの原子比yは、0.01以上であることが好ましい。これは、リチウム以外の全金属の原子に対するアルミニウムの原子比yが、0.01以上の場合、特に耐久性(サイクル特性)や安全性を高めることができるからである。 As described above, in the positive electrode active material, the atomic ratio y of aluminum to atoms of all metals other than lithium is preferably 0.01 or more. This is because durability (cycle characteristics) and safety can be particularly improved when the atomic ratio y of aluminum to atoms of all metals other than lithium is 0.01 or more.
また、正極活物質におけるリチウム以外の全金属の原子に対するアルミニウムの原子比yは0.2以下であることが好ましい。これは、リチウム以外の全金属の原子に対するアルミニウムの原子比yは0.2以下の場合、該正極活物質を電池の正極材料に用いた場合に、該正極活物質は、該電池おける酸化還元反応に貢献する金属元素を特に十分に含有しているため、電池容量を特に高くすることができ、好ましいからである。 Further, the atomic ratio y of aluminum to the atoms of all metals other than lithium in the positive electrode active material is preferably 0.2 or less. This is because, when the atomic ratio y of aluminum to the atoms of all metals other than lithium is 0.2 or less, when the positive electrode active material is used as a positive electrode material of a battery, the positive electrode active material is oxidized / reduced in the battery. This is because the metal element contributing to the reaction is particularly sufficiently contained, so that the battery capacity can be particularly increased, which is preferable.
正極活物質は、前駆体である上述したニッケル複合水酸化物の性状を引き継いでおり、硫酸根含有量が0.4質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.3質量%以下であり、かつ塩素含有量が0.05質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.03質量%以下である。 The positive electrode active material has inherited the properties of the above-described nickel composite hydroxide as a precursor, and the sulfate radical content is preferably 0.4% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or less. In addition, the chlorine content is preferably 0.05% by mass or less, and more preferably 0.03% by mass or less.
また、正極活物質の粒子(二次粒子)の平均粒径は3μm以上25μm以下が好ましい。正極活物質の粒子の平均粒径を上記範囲とすることで、該正極活物質を用いた電池について、容積あたりの電池容量を大きくすることができ、電池の出力特性を特に良好にすることができる。 The average particle diameter of the positive electrode active material particles (secondary particles) is preferably 3 μm or more and 25 μm or less. By setting the average particle diameter of the positive electrode active material particles within the above range, the battery capacity per volume can be increased for the battery using the positive electrode active material, and the output characteristics of the battery can be made particularly good. it can.
正極活物質の粒度分布の拡がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が、0.55より大きく1.20以下であることが好ましい。正極活物質の〔(d90−d10)/平均粒径〕が係る範囲を充足することで、この正極活物質を正極に用いた電池では、単位重量当たりの容量あるいは単位体積当たりの容量が高く、かつ安全性に優れ、良好なサイクル特性及び電池出力を得ることができる。 It is preferable that [(d90−d10) / average particle size], which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the positive electrode active material, is greater than 0.55 and not greater than 1.20. By satisfying the range of [(d90-d10) / average particle diameter] of the positive electrode active material, a battery using this positive electrode active material for the positive electrode has a high capacity per unit weight or capacity per unit volume, Moreover, it is excellent in safety, and good cycle characteristics and battery output can be obtained.
4.非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
次に、本実施形態の正極活物質の製造方法の構成例について説明する。
4). Method for Producing Positive Electrode Active Material for Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery Next, a configuration example of the method for producing the positive electrode active material of the present embodiment will be described.
本実施形態の正極活物質の製造方法は、既述のニッケル複合水酸化物から製造できる製造方法であれば特に限定されないが、次のような正極活物質の製造方法を採用すれば、より確実に正極活物質を製造できるので、好ましい。 The method for producing the positive electrode active material of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a production method that can be produced from the nickel composite hydroxide described above, but it is more reliable if the following method for producing a positive electrode active material is adopted. Since a positive electrode active material can be manufactured, it is preferable.
本実施形態の正極活物質の製造方法は、以下の工程を有することができる。 The manufacturing method of the positive electrode active material of this embodiment can have the following processes.
正極活物質の原料となるニッケル複合水酸化物を熱処理する熱処理工程。
熱処理を施したニッケル複合水酸化物と、リチウム化合物とを混合して混合物を形成する混合工程。
A heat treatment process in which nickel composite hydroxide as a raw material for the positive electrode active material is heat treated.
A mixing step in which a nickel composite hydroxide subjected to heat treatment and a lithium compound are mixed to form a mixture.
混合工程で形成された混合物を焼成する焼成工程。 A firing step of firing the mixture formed in the mixing step.
なお、焼成工程の後、必要に応じて、焼成された焼成物を解砕することもできる(解砕工程)。 In addition, after a baking process, the baked fired material can also be crushed as needed (crushing process).
以上の工程によりリチウムニッケル複合酸化物、つまり、正極活物質を得ることができる。以下、各工程について説明する。 Through the above steps, a lithium nickel composite oxide, that is, a positive electrode active material can be obtained. Hereinafter, each step will be described.
熱処理工程では、ニッケル複合水酸化物の残留水分の除去、及びニッケル複合水酸化物を分解し、ニッケル複合酸化物とすることができる。熱処理工程での熱処理温度は特に限定されないが、熱処理温度は300℃以上800℃以下とすることが好ましい。これは、熱処理温度を300℃以上とすることで、水分の除去と、ニッケル複合水酸化物の分解とを十分に進行することができるからである。ただし、生成したニッケル複合酸化物の焼結による凝集を抑制する観点から、熱処理温度は800℃以下であることが好ましい。 In the heat treatment step, residual moisture of the nickel composite hydroxide can be removed, and the nickel composite hydroxide can be decomposed into a nickel composite oxide. The heat treatment temperature in the heat treatment step is not particularly limited, but the heat treatment temperature is preferably 300 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. This is because moisture removal and decomposition of the nickel composite hydroxide can proceed sufficiently by setting the heat treatment temperature to 300 ° C. or higher. However, the heat treatment temperature is preferably 800 ° C. or lower from the viewpoint of suppressing aggregation of the produced nickel composite oxide due to sintering.
熱処理工程において、熱処理を行う雰囲気は特に制限されるものではなく、簡易的に行える空気気流中において行うことが好ましい。 In the heat treatment step, the atmosphere in which the heat treatment is performed is not particularly limited, and is preferably performed in an air stream that can be easily performed.
混合工程では、熱処理後のニッケル複合水酸化物、すなわちニッケル複合酸化物と、リチウム化合物とを混合することができる。 In the mixing step, the nickel composite hydroxide after the heat treatment, that is, the nickel composite oxide and the lithium compound can be mixed.
混合工程で用いるリチウム化合物としては特に限定されないが、例えば、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、から選択された1種類以上を好ましく用いることができる。これは、上述のリチウム化合物が比較的入手し易いからである。特に、取り扱いの容易さ、品質の安定性を考慮すると、混合工程では、リチウム化合物として、水酸化リチウムを用いることがより好ましい。 Although it does not specifically limit as a lithium compound used at a mixing process, For example, 1 or more types selected from lithium hydroxide, lithium nitrate, and lithium carbonate can be used preferably. This is because the above-described lithium compound is relatively easily available. In particular, in consideration of ease of handling and quality stability, it is more preferable to use lithium hydroxide as the lithium compound in the mixing step.
混合工程でニッケル複合酸化物と、リチウム化合物とを混合する混合手段は特に限定されるものではない。例えば、混合処理で一般的に用いられる各種混合機を使用することができ、例えば、シェーカーミキサー、レーディゲミキサー、ジュリアミキサー、Vブレンダー等から選択された1種類以上を用いることができる。これらの混合機を用いる場合には、ニッケル複合酸化物等の粒子の形骸が破壊されない程度で、ニッケル複合酸化物とリチウム化合物とが十分に混合できるように条件を選択することが好ましい。 The mixing means for mixing the nickel composite oxide and the lithium compound in the mixing step is not particularly limited. For example, various mixers generally used in the mixing process can be used. For example, one or more types selected from a shaker mixer, a Laedige mixer, a Julia mixer, a V blender, and the like can be used. When these mixers are used, it is preferable to select conditions so that the nickel composite oxide and the lithium compound can be sufficiently mixed to such an extent that the particles of nickel composite oxide and the like are not destroyed.
焼成工程では、混合工程で形成した混合物を焼成することができる。焼成工程における焼成温度は特に限定されないが、例えば700℃以上850℃以下であることが好ましく、720℃以上820℃以下であることがより好ましい。 In the firing step, the mixture formed in the mixing step can be fired. The firing temperature in the firing step is not particularly limited, but is preferably 700 ° C. or higher and 850 ° C. or lower, and more preferably 720 ° C. or higher and 820 ° C. or lower.
これは、混合工程で形成した混合物を焼成する温度を700℃以上とすることで、該混合物中において、リチウムの拡散を十分に行うことができ、余剰のリチウムや未反応の粒子の残留を抑制し、得られるリチウムニッケル複合酸化物の結晶構造を十分に整えることができる。このため、得られた正極活物質であるリチウムニッケル複合酸化物を用いた電池において、十分な電池特性を発揮することができる。 This is because when the temperature at which the mixture formed in the mixing step is baked is 700 ° C. or higher, lithium can be sufficiently diffused in the mixture, and residual lithium and unreacted particles are prevented from remaining. In addition, the crystal structure of the obtained lithium nickel composite oxide can be sufficiently adjusted. For this reason, in the battery using the lithium nickel composite oxide which is the obtained positive electrode active material, sufficient battery characteristics can be exhibited.
ただし、混合工程で形成した混合物を焼成する温度が850℃を超えると、得られるリチウムニッケル複合酸化物の凝集が促進される恐れがある。このため、混合工程で形成した混合物を焼成する温度の上限値は850℃以下であることが好ましい。 However, if the temperature for firing the mixture formed in the mixing step exceeds 850 ° C., aggregation of the resulting lithium nickel composite oxide may be promoted. For this reason, it is preferable that the upper limit of the temperature which bakes the mixture formed at the mixing process is 850 degrees C or less.
焼成工程において、混合工程で形成した混合物を焼成する焼成時間は特に限定されないが、例えば3時間以上とすることが好ましく、6時間以上とすることがより好ましい。焼成時間の上限値は特に限定されないが、例えば24時間以下とすることが好ましい。 In the firing step, the firing time for firing the mixture formed in the mixing step is not particularly limited, but for example, preferably 3 hours or more, and more preferably 6 hours or more. Although the upper limit of baking time is not specifically limited, For example, it is preferable to set it as 24 hours or less.
これは、混合工程で形成した混合物を焼成する焼成時間を3時間以上とすることで、リチウムニッケル複合酸化物の生成を十分に行うことができるからである。すなわち、反応率を十分に高めることができるためである。 This is because the lithium nickel composite oxide can be sufficiently generated by setting the firing time for firing the mixture formed in the mixing step to 3 hours or longer. That is, the reaction rate can be sufficiently increased.
また、焼成工程では、混合工程で形成した混合物を焼成する際の雰囲気は、酸化性雰囲気とすることが好ましく、特に、酸素を、酸素濃度が18容量%以上100容量%以下の範囲内で含有する雰囲気とすることがより好ましい。 In the firing step, the atmosphere at the time of firing the mixture formed in the mixing step is preferably an oxidizing atmosphere, and particularly contains oxygen within a range of oxygen volume of 18 volume% to 100 volume%. It is more preferable that the atmosphere be
以上のような正極活物質の製造方法では、原料に上述した不純物である硫酸根、及び塩素の含有量を均一に、低く抑制したニッケル複合水酸化物を用いているため、リチウム化合物と混合して焼成する際に、リチウムとの反応が阻害されず、リチウムニッケル複合酸化物の結晶性の低下を抑えられる。これにより、この正極活物質の製造方法で得られた正極活物質は、内部に残留している不純物が少なく、結晶性が高くなっている。このため、該正極活物質を用いた非水系電解質二次電池は、電池全体として単位重量当り及び単位体積当りの電池容量が高く、従来よりも高容量であり、安全性も優れた非水系電解質二次電池とすることができる。 In the method for producing a positive electrode active material as described above, since the raw material uses the above-described sulfate radical, which is an impurity, and a nickel composite hydroxide in which the content of chlorine is suppressed to be low, it is mixed with a lithium compound. When firing, the reaction with lithium is not inhibited, and the decrease in crystallinity of the lithium nickel composite oxide can be suppressed. Thereby, the positive electrode active material obtained by this method for producing a positive electrode active material has few impurities remaining inside and has high crystallinity. For this reason, the non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material has a higher battery capacity per unit weight and unit volume as a whole battery, higher capacity than before, and excellent safety. It can be set as a secondary battery.
5.非水系電解質二次電池
本実施形態の非水系電解質二次電池の一構成例について説明する。
5. Non-aqueous electrolyte secondary battery A configuration example of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment will be described.
本実施形態の非水系電解質二次電池は、既述の正極活物質を用いた非水系電解質二次電池とすることができる。本実施形態の非水系電解質二次電池は、より具体的には既述の正極活物質を用いた正極を有することができる。非水系電解質二次電池は、正極材料として既述の正極活物質を用いること以外は、一般的な非水系電解質二次電池と実質的に同様の構造を備えることができるため、簡単に説明する。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment can be a non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material described above. More specifically, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can have a positive electrode using the positive electrode active material described above. The non-aqueous electrolyte secondary battery can be provided with a structure substantially similar to that of a general non-aqueous electrolyte secondary battery except that the positive electrode active material described above is used as the positive electrode material. .
本実施形態の非水系電解質二次電池は、ケースと、このケース内に収容された正極、負極、非水系電解液およびセパレーターを備えた構造を有している。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment has a structure including a case, and a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte solution, and a separator housed in the case.
本実施形態の非水系電解質二次電池は、具体的には、非水系電解液を含浸させた電極体を電池ケース内に密閉した構造を有することができる。ここでいう電極体は、正極及び負極を、セパレーターを介して積層させた構造を有し、上述のように非水系電解液を含浸させることができる。以下、非水系電解質二次電池を構成する各部材について説明する。 Specifically, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can have a structure in which an electrode body impregnated with a nonaqueous electrolyte solution is sealed in a battery case. The electrode body here has a structure in which a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator, and can be impregnated with a non-aqueous electrolyte solution as described above. Hereinafter, each member which comprises a non-aqueous electrolyte secondary battery is demonstrated.
正極は、シート状の部材であり、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に、正極活物質、導電材および結着剤を混合してなる正極合材ペーストを塗布し、乾燥して形成することができる。また、例えば、正極活物質、導電材および結着剤を混合物を成形し、必要に応じて乾燥等を行い正極とすることもできる。 The positive electrode is a sheet-like member. For example, a positive electrode mixture paste formed by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder is applied to the surface of a current collector made of aluminum foil and formed by drying. can do. Further, for example, a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder can be formed, and dried as necessary to obtain a positive electrode.
負極は、銅などの金属箔集電体の表面に、負極活物質を含有する負極合材ペーストを塗布し、乾燥して形成されたシート状の部材である。また、所望の形状に加工したリチウム金属を負極として用いることもできる。 The negative electrode is a sheet-like member formed by applying a negative electrode mixture paste containing a negative electrode active material to the surface of a metal foil current collector such as copper and drying it. Moreover, lithium metal processed into a desired shape can also be used as the negative electrode.
セパレーターは、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微細な孔を多数有する膜を用いることができる。なお、セパレーターの機能を有するものであれば、特に限定されない。 As the separator, for example, a thin film such as polyethylene or polypropylene and a film having many fine holes can be used. In addition, if it has a function of a separator, it will not specifically limit.
非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート等を用いることができる。電解質塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4等を用いることができる。 The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent. As the organic solvent, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate and the like can be used. As the electrolyte salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 or the like can be used.
本実施形態の非水系電解質二次電池は、上述した硫酸根、及び塩素の含有量を抑制したニッケル複合水酸化物を前駆体とする正極活物質を用いた正極を有している。このため、電池全体としての単位重量当たり及び単位体積当たりの容量が高容量であり、不可逆容量が小さく、安全性が高いものとすることができる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment has a positive electrode using a positive electrode active material having the above-described sulfate radical and a nickel composite hydroxide with suppressed chlorine content as a precursor. For this reason, the capacity | capacitance per unit weight as a whole battery and the capacity | capacitance per unit volume are high capacity | capacitance, irreversible capacity | capacitance is small, and it can be set as the safety | security high.
以下、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples.
ここでまず、本実施例、比較例で得られたニッケル複合水酸化物の評価方法について説明する。
(ニッケル複合水酸化物の組成の評価)
ニッケル複合水酸化物の組成は、試料を硝酸に溶解した後、高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析装置(株式会社島津製作所製、ICPS−8100)で測定した。
(ニッケル複合水酸化物の硫酸根含有量の評価)
硫酸根含有量は、得られたニッケル複合水酸化物を硝酸に溶解した後、ICP発光分光分析装置(株式会社島津製作所製、ICPS−8100)により硫黄元素の含有量を測定し、この測定された硫黄元素の量をSO4に換算することにより求めた。
Here, first, an evaluation method of the nickel composite hydroxide obtained in this example and the comparative example will be described.
(Evaluation of composition of nickel composite hydroxide)
The composition of the nickel composite hydroxide was measured with a high frequency inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analyzer (ICPS-8100, manufactured by Shimadzu Corporation) after the sample was dissolved in nitric acid.
(Evaluation of sulfate radical content of nickel composite hydroxide)
The sulfate radical content was measured by measuring the content of sulfur element with an ICP emission spectroscopic analyzer (ICPS-8100, manufactured by Shimadzu Corporation) after dissolving the obtained nickel composite hydroxide in nitric acid. the amount of elemental sulfur was determined by converting the SO 4.
なお、硫酸根含有量の評価は、各実施例、比較例で得られたニッケル複合水酸化物について、それぞれ任意の5か所からサンプルを採取し、各サンプルについて上記評価に供した。
(ニッケル複合水酸化物の塩素含有量の評価)
塩素含有量は、自動滴定装置(平沼産業株式会社製、COM−1600)で測定した。
The sulfate radical content was evaluated by taking samples from arbitrary five locations for the nickel composite hydroxides obtained in the examples and comparative examples, and subjecting each sample to the above evaluation.
(Evaluation of chlorine content of nickel composite hydroxide)
Chlorine content was measured with an automatic titrator (Hiranuma Sangyo Co., Ltd., COM-1600).
なお、塩素含有量の評価は、各実施例、比較例で得られたニッケル複合水酸化物について、それぞれ任意の5か所からサンプルを採取し、各サンプルについて上記評価に供した。
(ニッケル複合水酸化物の平均粒径、粒度分布の評価)
ニッケル複合水酸化物が含有する二次粒子について、レーザー光回折散乱式粒度分析計(マイクロトラック・ベル株式会社製 型式:MT3300EXII)を用いて、d10、d90、及び平均粒径を測定した。
In addition, the evaluation of chlorine content took the sample from arbitrary 5 places about the nickel composite hydroxide obtained by each Example and the comparative example, respectively, and used for the said evaluation about each sample.
(Evaluation of average particle size and particle size distribution of nickel composite hydroxide)
The secondary particles contained in the nickel composite hydroxide were measured for d10, d90, and average particle diameter using a laser light diffraction / scattering particle size analyzer (Model: MT3300EXII manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.).
なお、d10は、各粒径における粒子数を粒径が小さいほうから累積したときにおいて、その累積体積が全粒子の合計体積の10%となる粒径を意味している。また、d90は、各粒径における粒子数を粒径が小さいほうから累積したときにおいて、その累積体積が全粒子の合計体積の90%となる粒径を意味している。 In addition, d10 means the particle size in which the cumulative volume becomes 10% of the total volume of all particles when the number of particles in each particle size is accumulated from the smaller particle size. Further, d90 means a particle size in which the cumulative volume becomes 90% of the total volume of all particles when the number of particles in each particle size is accumulated from the smallest particle size.
また、測定値から、(d90−d10)/平均粒径を算出した。
(電池特性の評価方法)
電池特性を評価するに当って、各実施例、比較例で作製したニッケル複合水酸化物から、正極活物質であるリチウムニッケル複合酸化物をそれぞれ生成した。リチウムニッケル複合酸化物の生成方法について以下に説明する。
Moreover, (d90-d10) / average particle diameter was computed from the measured value.
(Evaluation method of battery characteristics)
In evaluating the battery characteristics, a lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material was generated from the nickel composite hydroxide produced in each of the examples and comparative examples. A method for producing the lithium nickel composite oxide will be described below.
実施例及び比較例で作製したニッケル複合水酸化物を、酸素含有量が21容積%の空気気流中、温度700℃で6時間の熱処理を行い、ニッケル複合酸化物を回収した(熱処理工程)。 The nickel composite hydroxide produced in Examples and Comparative Examples was heat-treated at a temperature of 700 ° C. for 6 hours in an air stream having an oxygen content of 21% by volume to recover the nickel composite oxide (heat treatment step).
続いて、Li/Me=1.025となるように水酸化リチウムを秤量し、回収したニッケル複合酸化物と混合して混合物を形成した(混合工程)。なお、上記Li/MeのMeは、混合物中のリチウム以外の金属、すなわちニッケル、コバルト、アルミニウムの合計を意味する。混合は、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて行った。 Subsequently, lithium hydroxide was weighed so that Li / Me = 1.025 and mixed with the recovered nickel composite oxide to form a mixture (mixing step). In addition, Me of said Li / Me means the sum total of metals other than lithium in a mixture, ie, nickel, cobalt, and aluminum. Mixing was performed using a shaker mixer apparatus (TURBULA Type T2C manufactured by Willy et Bacofen (WAB)).
次に、混合工程で得られた混合物を酸素含有量が100容量%の酸素気流中、500℃で4時間仮焼した後、730℃で24時間焼成した(焼成工程)。 Next, the mixture obtained in the mixing step was calcined at 500 ° C. for 4 hours in an oxygen stream having an oxygen content of 100% by volume, and then calcined at 730 ° C. for 24 hours (firing step).
焼成後、室温まで冷却し、回収した生成物の解砕を行った(解砕工程)。 After firing, the product was cooled to room temperature, and the recovered product was crushed (crushing step).
以上の工程により、正極活物質であるリチウムニッケル複合酸化物を得た。 Through the above steps, a lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material was obtained.
次いで、得られたリチウムニッケル複合酸化物を用いて、非水系電解質二次電池を作製した。 Next, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced using the obtained lithium nickel composite oxide.
上述の手順により、各実施例、比較例で作製したニッケル複合水酸化物から得られた正極活物質の粉末70質量%に、導電材としてアセチレンブラックを20質量%、及び結着剤としてPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を10質量%を添加、混合し、ここから150mgを取り出してペレットを作製し正極とした。 According to the above-described procedure, 70% by mass of the positive electrode active material powder obtained from the nickel composite hydroxide prepared in each example and comparative example, 20% by mass of acetylene black as a conductive material, and PTFE ( (Polytetrafluoroethylene) was added and mixed in an amount of 10% by mass, and 150 mg was taken out from this to produce a pellet to obtain a positive electrode.
負極としてリチウム金属を用いた。 Lithium metal was used as the negative electrode.
非水系電解液には1MのLiClO4を支持塩とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合溶液(富山薬品工業製)を用いた。 As the non-aqueous electrolyte solution, an equivalent mixed solution (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1M LiClO 4 as a supporting salt was used.
そして、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス中で、上記各部材を用いて2032型のコイン電池を作製した。 Then, a 2032 type coin battery was fabricated using each of the above members in an Ar atmosphere glove box whose dew point was controlled at −80 ° C.
作製したコイン電池について、初期放電容量を評価し、初期効率を算出した。 About the produced coin battery, initial stage discharge capacity was evaluated and initial stage efficiency was computed.
作製したコイン電池は24時間程度放置し、開路電圧OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.5mA/cm2としてカットオフ電圧4.3Vまで充電して初期充電容量とした。そして、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。初期効率は初期放電容量/初期充電容量×100(%)として算出した。 The produced coin battery is left for about 24 hours, and after the open circuit voltage OCV (open circuit voltage) is stabilized, the current density with respect to the positive electrode is set to 0.5 mA / cm 2 and charged to a cutoff voltage of 4.3 V to obtain an initial charge capacity. did. And the capacity | capacitance when it discharged to the cut-off voltage 3.0V after the rest for 1 hour was made into the initial stage discharge capacity. The initial efficiency was calculated as initial discharge capacity / initial charge capacity × 100 (%).
なお、実施例及び比較例では、ニッケル複合水酸化物の製造に、和光純薬工業株式会社製の特級試薬を各試料に使用している。 In Examples and Comparative Examples, a special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. is used for each sample for the production of nickel composite hydroxide.
以下に、各実施例、比較例のニッケル複合水酸化物の製造条件について説明する。
[実施例1]
以下の共沈工程を実施して、ニッケル複合水酸化物を生成した。
Below, the manufacturing conditions of the nickel composite hydroxide of each Example and a comparative example are demonstrated.
[Example 1]
The following coprecipitation step was performed to produce a nickel composite hydroxide.
ニッケル:コバルト:アルミニウムのモル比が81.5:15.0:3.5となるように、硫酸ニッケルと塩化コバルトとを含むNi/Co含有混合水溶液と、25質量%のアンモニア水と、アルミン酸ナトリウム水溶液とを反応槽に同時に添加し、初期水溶液を用意した(初期水溶液準備ステップ)。なお、硫酸ニッケルと塩化コバルトとのNi/Co含有混合水溶液の金属塩の濃度は2.0mol/Lとした。 Ni / Co-containing mixed aqueous solution containing nickel sulfate and cobalt chloride, 25% by mass of ammonia water, and aluminium so that the molar ratio of nickel: cobalt: aluminum is 81.5: 15.0: 3.5. A sodium acid aqueous solution was simultaneously added to the reaction vessel to prepare an initial aqueous solution (initial aqueous solution preparation step). In addition, the density | concentration of the metal salt of Ni / Co containing mixed aqueous solution of nickel sulfate and cobalt chloride was 2.0 mol / L.
そして、初期水溶液に対して、pHを液温25℃基準で11.8に、反応温度を50℃に、アンモニア濃度を10g/Lに保つように制御しながら、25質量%水酸化ナトリウム水溶液、Ni/Co含有混合水溶液、25質量%のアンモニア水、及びアルミン酸ナトリウム水溶液を添加した(アルカリ性溶液供給ステップ)。 Then, with respect to the initial aqueous solution, while controlling the pH to 11.8 on the basis of the liquid temperature of 25 ° C., the reaction temperature to 50 ° C., and the ammonia concentration to be kept at 10 g / L, Ni / Co containing mixed aqueous solution, 25 mass% ammonia water, and sodium aluminate aqueous solution were added (alkaline solution supply step).
なお、この際、Ni/Co含有混合水溶液、及びアルミン酸ナトリウムは、得られる混合水溶液内のニッケル、コバルト、アルミニウムのモル比が、上記初期水溶液でのモル比を維持するように添加した。 At this time, the Ni / Co-containing mixed aqueous solution and sodium aluminate were added so that the molar ratio of nickel, cobalt, and aluminum in the obtained mixed aqueous solution maintained the molar ratio in the initial aqueous solution.
以上の初期水溶液準備ステップと、アルカリ性溶液供給ステップとを有する共沈工程を実施することで、板状の一次粒子が凝集した、球状の二次粒子からなるニッケル複合水酸化物(ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物)を生成した。反応槽内が安定した後、オーバーフロー口からニッケル複合水酸化物スラリーを回収した。 By carrying out the coprecipitation step having the initial aqueous solution preparation step and the alkaline solution supply step, nickel composite hydroxide (nickel cobalt aluminum composite) composed of spherical secondary particles in which plate-like primary particles are aggregated. Hydroxide). After the inside of the reaction vessel was stabilized, the nickel composite hydroxide slurry was recovered from the overflow port.
次いで、得られたスラリー濃度が100g/Lのニッケル複合水酸化物スラリー40Lを、圧搾手段であるフィルタープレス(日本濾過装置株式会社製 型式:PFS−0.48−25)内に、圧搾手段に接続された供給配管を介して供給した(供給工程)。 Next, the obtained nickel composite hydroxide slurry 40L having a slurry concentration of 100 g / L is used as a pressing means in a filter press (Nippon Filtration Equipment Co., Ltd. model: PFS-0.48-25) as a pressing means. It supplied via the connected supply piping (supply process).
次いで、ニッケル複合水酸化物スラリーを、圧搾手段であるフィルタープレスを用いて、ろ過し、ニッケル複合水酸化物ケーキとした(ろ過工程)。 Next, the nickel composite hydroxide slurry was filtered using a filter press as a pressing means to obtain a nickel composite hydroxide cake (filtration step).
そして、以下の手順によりニッケル複合水酸化物ケーキを洗浄、ろ過した(洗浄工程)。 And the nickel composite hydroxide cake was wash | cleaned and filtered with the following procedures (washing | cleaning process).
フィルタープレスによる圧搾圧を0.4MPaとして、ニッケル複合水酸化物ケーキを圧搾しながら、フィルタープレスに接続された洗浄液配管を介して、洗浄液としてアルカリ性の液体である液温が25℃、1.0mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液を8L供給した。なお、洗浄液であるアルカリ性の液体は0.3時間かけて供給した。これによりニッケル複合水酸化物ケーキの洗浄を行った(第1洗浄ステップ)。 The pressure of the pressure by the filter press is 0.4 MPa, and the temperature of the alkaline liquid as the cleaning liquid is 25 ° C. and 1.0 mol through the cleaning liquid pipe connected to the filter press while pressing the nickel composite hydroxide cake. 8 L of / L sodium carbonate aqueous solution was supplied. The alkaline liquid as the cleaning liquid was supplied over 0.3 hours. Thereby, the nickel composite hydroxide cake was washed (first washing step).
第1洗浄ステップ終了後、フィルタープレスによる圧搾は一旦中止した。 After completion of the first washing step, the squeezing by the filter press was temporarily stopped.
次に、ニッケル複合水酸化物ケーキを圧搾していない状態で、フィルタープレスにニッケル複合水酸化物スラリーを供給した供給配管に、洗浄液としてアルカリ性の液体である液温が25℃、1.0mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液を1L供給した。なお、洗浄液であるアルカリ性の液体は0.1時間かけて供給した。 Next, in a state where the nickel composite hydroxide cake has not been squeezed, the liquid temperature which is an alkaline liquid as a cleaning liquid is 25 ° C., 1.0 mol / 1 L of sodium carbonate aqueous solution was supplied. The alkaline liquid as the cleaning liquid was supplied over 0.1 hour.
また、アルカリ性の液体を供給した後、さらに供給配管に洗浄水として純水を9L流した。その後に再度0.7MPaでケーキを再圧搾しながら、エアーを20分流すことでケーキの脱水をした(第2洗浄ステップ)。 In addition, after supplying the alkaline liquid, 9 L of pure water was supplied as washing water to the supply pipe. Thereafter, the cake was dehydrated by flowing air for 20 minutes while re-pressing the cake again at 0.7 MPa (second washing step).
得られたニッケル複合水酸化物ケーキは定置乾燥機にて120℃で15時間乾燥させて、ニッケル複合水酸化物を得た。 The obtained nickel composite hydroxide cake was dried at 120 ° C. for 15 hours by a stationary dryer to obtain a nickel composite hydroxide.
得られたニッケル複合水酸化物について、既述の評価を行った。評価結果を表1に示す。 The obtained nickel composite hydroxide was evaluated as described above. The evaluation results are shown in Table 1.
なお、ニッケル複合水酸化物の硫酸根含有量の評価、及び塩素含有量の評価は、既述のように得られたニッケル複合水酸化物の任意の5か所からサンプルを採取し、実施した。しかし、硫酸根含有量、及び塩素含有量の評価結果は、それぞれ5か所のサンプルの評価結果が同じになったため、1つの値のみを表1に示している。実施例2〜11についても同様であった。
[実施例2]
第1洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキの圧搾圧を0.2MPaとした点以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を作製し、既述の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例3]
第1洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキの圧搾圧を0.5MPaとした点以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を作製し、既述の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例4]
第2洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキの再圧搾圧を0.5MPaとした点以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を作製し、既述の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例5]
第1洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキの圧搾圧を0.1MPaとした点以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を作製し、既述の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例6]
第1洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキの圧搾圧を0.7MPaとした点、及び第2洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキの再圧搾圧を0.8MPaとした点以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を作製し、既述の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例7]
第1洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキの圧搾圧を0.7MPaとした点、及び第2洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキの再圧搾圧を0.4MPaとした点以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を作製し、既述の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例8]
第1洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキの圧搾圧を0.2MPaとした点、及び第2洗浄ステップにおいて、ニッケル複合水酸化物ケーキの再圧搾圧を0.3MPaとした点以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を作製し、既述の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例9]
共沈工程の際に各供給液の供給速度を実施例1よりも低減させることで、得られたニッケル複合水酸化物の粒度分布の拡がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.61とした点以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を作製し、既述の評価を行った。
In addition, the evaluation of the sulfate content of the nickel composite hydroxide and the evaluation of the chlorine content were carried out by collecting samples from any five locations of the nickel composite hydroxide obtained as described above. . However, the evaluation results of the sulfate radical content and the chlorine content are the same in the evaluation results of the five samples, and only one value is shown in Table 1. The same applies to Examples 2 to 11.
[Example 2]
In the first washing step, a nickel composite hydroxide was produced in the same manner as in Example 1 except that the pressing pressure of the nickel composite hydroxide cake was 0.2 MPa, and the above-described evaluation was performed. The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 3]
In the first washing step, a nickel composite hydroxide was produced in the same manner as in Example 1 except that the pressing pressure of the nickel composite hydroxide cake was 0.5 MPa, and the above-described evaluation was performed. The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 4]
In the second washing step, a nickel composite hydroxide was produced in the same manner as in Example 1 except that the recompression pressure of the nickel composite hydroxide cake was 0.5 MPa, and the above-described evaluation was performed. The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 5]
In the first washing step, a nickel composite hydroxide was produced in the same manner as in Example 1 except that the pressing pressure of the nickel composite hydroxide cake was 0.1 MPa, and the above-described evaluation was performed. The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 6]
In the first washing step, except that the pressing pressure of the nickel composite hydroxide cake was 0.7 MPa, and in the second cleaning step, the recompression pressure of the nickel composite hydroxide cake was 0.8 MPa. A nickel composite hydroxide was produced in the same manner as in Example 1, and the above-described evaluation was performed. The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 7]
In the first cleaning step, except that the pressing pressure of the nickel composite hydroxide cake was 0.7 MPa, and in the second cleaning step, the re-pressing pressure of the nickel composite hydroxide cake was 0.4 MPa. A nickel composite hydroxide was produced in the same manner as in Example 1, and the above-described evaluation was performed. The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 8]
In the first cleaning step, except that the pressing pressure of the nickel composite hydroxide cake was 0.2 MPa, and in the second cleaning step, the re-pressing pressure of the nickel composite hydroxide cake was 0.3 MPa. A nickel composite hydroxide was produced in the same manner as in Example 1, and the above-described evaluation was performed. The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 9]
In the coprecipitation step, the supply rate of each supply liquid is reduced from that in Example 1, which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the obtained nickel composite hydroxide [(d90-d10) / average particle Nickel composite hydroxide was prepared in the same manner as in Example 1 except that the [diameter] was 0.61, and the above-described evaluation was performed.
評価結果を表1に示す。
[実施例10]
共沈工程の際に各供給液の供給速度を実施例1よりも増加させることで、得られたニッケル複合水酸化物の粒度分布の拡がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が1.18とした点以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を作製し、既述の評価を行った。
The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 10]
In the coprecipitation step, the feed rate of each feed solution is increased from that in Example 1, which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the obtained nickel composite hydroxide [(d90-d10) / average particle Nickel composite hydroxide was prepared in the same manner as in Example 1 except that the [diameter] was 1.18, and the above-described evaluation was performed.
評価結果を表1に示す。
[実施例11]
第1洗浄ステップ、及び第2洗浄ステップにおいて、洗浄液としてアルカリ性の液体である液温が25℃、1.0mol/Lの炭酸カリウム水溶液を用いた点以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を作製し、既述の評価を行った。
The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 11]
In the first washing step and the second washing step, nickel composite water is used in the same manner as in Example 1 except that a potassium carbonate aqueous solution having an alkaline liquid temperature of 25 ° C. and 1.0 mol / L is used as the washing liquid. An oxide was prepared and evaluated as described above.
なお、第1洗浄ステップでは上記炭酸カリウム水溶液を8L、第2洗浄ステップでは上記炭酸カリウム水溶液を1L供給した。 In the first cleaning step, 8 L of the potassium carbonate aqueous solution was supplied, and in the second cleaning step, 1 L of the potassium carbonate aqueous solution was supplied.
評価結果を表1に示す。
[比較例1]
第2洗浄ステップを実施せず、第1洗浄ステップ終了後、引き続き0.7MPaでケーキを再圧搾しながら、エアーを20分流すことでケーキの脱水を行い、乾燥工程に供した点以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を作製し、既述の評価を行った。評価結果を表1に示す。
The evaluation results are shown in Table 1.
[Comparative Example 1]
The second washing step was not carried out. After the first washing step was completed, the cake was depressurized by flowing air for 20 minutes while continuing to re-press the cake at 0.7 MPa. A nickel composite hydroxide was produced in the same manner as in Example 1, and the above-described evaluation was performed. The evaluation results are shown in Table 1.
なお、ニッケル複合水酸化物の硫酸根含有量の評価、及び塩素含有量の評価は、既述のように得られたニッケル複合水酸化物の任意の5か所からサンプルを採取し、実施しており、表1には最も低かった硫酸根含有量、及び塩素含有量の評価結果を示している。 The evaluation of the sulfate content of the nickel composite hydroxide and the evaluation of the chlorine content were carried out by collecting samples from any of the five nickel composite hydroxides obtained as described above. Table 1 shows the evaluation results of the lowest sulfate group content and chlorine content.
また、実施例1〜実施例11において、得られたニッケル複合水酸化物の断面を走査型電子顕微鏡により観察したところ、複数の板状の一次粒子が凝集して球状の二次粒子を形成していることが確認できた。 In Examples 1 to 11, when the cross section of the obtained nickel composite hydroxide was observed with a scanning electron microscope, a plurality of plate-like primary particles aggregated to form spherical secondary particles. It was confirmed that
そして、表1に示した結果によると、実施例1〜実施例11ではニッケル複合水酸化物の硫酸根含有量は0.4質量%以下であり、かつ塩素含有量は0.05質量%以下であった。また、硫酸根、及び塩素の含有量を均一に低く抑制できていることも確認できた。 According to the results shown in Table 1, in Examples 1 to 11, the sulfate content of the nickel composite hydroxide is 0.4% by mass or less, and the chlorine content is 0.05% by mass or less. Met. Moreover, it has also confirmed that the content of sulfate radicals and chlorine could be suppressed uniformly low.
このため、実施例1〜実施例11のニッケル複合水酸化物から得た正極活物質を用いた非水系電解質二次電池の初期放電容量は180mAh/g以上であり、初期効率はいずれも85%以上と、高い電池容量を有することが確認できた。 For this reason, the initial discharge capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide of Examples 1 to 11 is 180 mAh / g or more, and the initial efficiency is 85% in all cases. From the above, it was confirmed that the battery capacity was high.
一方、第2洗浄ステップを実施しなかった比較例1では硫酸根が0.42質量%、塩素が0.09質量%であった。また、同じサンプル内で、硫酸根や、塩素の含有量についてばらつきが見られ、均一ではないことが確認できた。具体的には、比較例1では、評価を行った5か所のサンプルの硫酸根含有量、及び塩素含有量の評価結果は、それぞれ最大値と、最小値とが、中央値の±20%の範囲を超えていることが確認された。 On the other hand, in Comparative Example 1 in which the second washing step was not performed, the sulfate radical was 0.42% by mass and chlorine was 0.09% by mass. Moreover, in the same sample, the sulfate radicals and the chlorine content varied, confirming that they were not uniform. Specifically, in Comparative Example 1, the evaluation results of the sulfate radical content and the chlorine content of the five samples that were evaluated had a maximum value and a minimum value of ± 20% of the median value, respectively. It was confirmed that the range was exceeded.
そして、比較例1のニッケル複合水酸化物から得た正極活物質を用いた非水系電解質二次電池の初期放電容量は173mAh/gであり、初期効率はいずれも83%と、実施例1〜実施例11と比較して低い値を示すことが確認できた。 And the initial discharge capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material obtained from the nickel composite hydroxide of Comparative Example 1 is 173 mAh / g, and the initial efficiency is 83% in all cases. It was confirmed that the value was lower than that of Example 11.
Claims (6)
複数の一次粒子が凝集して形成された球状の二次粒子を含有し、
前記二次粒子は、平均粒径が3μm以上20μm以下であり、前記二次粒子は、粒度分布の拡がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.55より大きく1.20以下であって、
硫酸根の含有量が0.4質量%以下、かつ塩素の含有量が0.05質量%以下であるニッケル複合水酸化物。 Formula Ni 1-x-y Co x Al y (OH) 2 + α (0.05 ≦ x ≦ 0.35,0.01 ≦ y ≦ 0.2, x + y <0.4, -0.2 ≦ α ≦ 0.2),
Containing spherical secondary particles formed by aggregation of a plurality of primary particles,
The secondary particles have an average particle size of 3 μm or more and 20 μm or less, and the secondary particles are an index indicating the spread of the particle size distribution [(d90−d10) / average particle size] larger than 0.55. 20 or less,
A nickel composite hydroxide having a sulfate radical content of 0.4 mass% or less and a chlorine content of 0.05 mass% or less.
前記ニッケル複合水酸化物スラリーを前記圧搾手段によりろ過し、ニッケル複合水酸化物ケーキとするろ過工程と、
前記ニッケル複合水酸化物ケーキを、前記圧搾手段内で洗浄する洗浄工程とを有しており、
前記洗浄工程は、
前記ニッケル複合水酸化物ケーキを前記圧搾手段により圧搾した状態で、前記圧搾手段に接続された洗浄液配管を介して、前記ニッケル複合水酸化物ケーキにアルカリ性の液体を供給し、前記ニッケル複合水酸化物ケーキを洗浄する第1洗浄ステップと、
前記ニッケル複合水酸化物ケーキを圧搾していない状態で、前記供給配管を介して前記圧搾手段内にアルカリ性の液体を供給し、その後、前記ニッケル複合水酸化物ケーキを再圧搾する第2洗浄ステップとを含むニッケル複合水酸化物の製造方法。 Supplying a nickel composite hydroxide slurry into the squeezing means via a supply pipe;
The nickel composite hydroxide slurry is filtered by the squeezing means, and the nickel composite hydroxide cake is filtered.
A washing step of washing the nickel composite hydroxide cake in the pressing means,
The washing step includes
An alkaline liquid is supplied to the nickel composite hydroxide cake through a cleaning liquid pipe connected to the pressing means in a state where the nickel composite hydroxide cake is compressed by the pressing means, and the nickel composite hydroxide is supplied. A first washing step for washing the cake;
The 2nd washing | cleaning step which supplies an alkaline liquid in the said pressing means via the said supply piping in the state which is not pressing the said nickel composite hydroxide cake, and re-presses the said nickel composite hydroxide cake after that And a method for producing a nickel composite hydroxide.
前記第2洗浄ステップにおいて、前記ニッケル複合水酸化物ケーキを再圧搾する際の再圧搾圧よりも低い請求項2または3に記載のニッケル複合水酸化物の製造方法。 In the first washing step, the pressing pressure when pressing the nickel composite hydroxide cake is:
The manufacturing method of the nickel composite hydroxide of Claim 2 or 3 lower than the re-pressing pressure at the time of re-pressing the said nickel composite hydroxide cake in a said 2nd washing | cleaning step.
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