JP2018095505A - Composite hydroxide containing transition metal and process for manufacturing the same and cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and process for manufacturing the same - Google Patents

Composite hydroxide containing transition metal and process for manufacturing the same and cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and process for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cathode active material which has improved output capacity as well as improved capacity characteristic and cycle characteristic, and a composite hydroxide containing transition metal as its precursor, by production on an industrial scale.SOLUTION: The process comprises a nucleation step where a nucleus is generated under non-oxidation atmosphere, and a particle growth step where the nucleus obtained in the nucleation step grows, and in the particle growth step, a first step under non-oxidation atmosphere, a second step under oxidation atmosphere, a third step under non-oxidation atmosphere, a fourth step under oxidation atmosphere, and an outer-shell formation step under non-oxidation atmosphere are switched in this order to produce a composite hydroxide containing transition metal, the composite hydroxide containing transition metal comprising a lamination structure outside of a center part made of primary tabular particles, the lamination structure being composed of a first low-density layer made of primary fine particles, a first high-density layer made of primary tabular particles, a second low-density layer made of primary fine particles, and an outer shell part made of primary tabular particles. A cathode active material obtained from the precursor comprises a plural of cavities inside and holes which communicate between the cavities and an outer part so that an electrolyte and an auxiliary conductive agent can infiltrate into the inner part.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、遷移金属含有複合水酸化物とその製造方法、この遷移金属含有複合水酸化物を前駆体とする非水電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、さらには、この非水電解質二次電池用正極活物質を正極材料として用いた非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a transition metal-containing composite hydroxide and a method for producing the same, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery using the transition metal-containing composite hydroxide as a precursor, a method for producing the same, and a method for producing the non-aqueous electrolyte. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material for an electrolyte secondary battery as a positive electrode material.

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、高いエネルギ密度を有する小型で軽量な非水電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電池式電気自動車などの電気自動車用の電源として高出力の二次電池の開発も強く望まれている。   In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and notebook 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 power source for electric vehicles such as hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and battery-powered electric vehicles.

このような要求を満たす二次電池として、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池がある。このリチウムイオン二次電池は、負極、正極、電解液などで構成され、その負極および正極の材料には、リチウムを脱離および挿入することが可能な活物質が使用されている。   As a secondary battery satisfying such requirements, there is a lithium ion secondary battery which is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery. This lithium ion secondary battery includes a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, and the like, and an active material capable of desorbing and inserting lithium is used as a material for the negative electrode and the positive electrode.

このリチウムイオン二次電池のうち、層状またはスピネル型のリチウム遷移金属含有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級の電圧が得られるため、高エネルギ密度を有する電池として、現在、研究開発が盛んに行われており、一部では実用化も進められている。   Among these lithium ion secondary batteries, a lithium ion secondary battery using a layered or spinel-type lithium transition metal-containing composite oxide as a positive electrode material can obtain a voltage of 4V, and therefore has a high energy density. Currently, research and development are actively conducted, and some are being put into practical use.

このリチウムイオン二次電池の正極材料である非水電解質二次電池用正極活物質としては、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)粒子、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)粒子、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)粒子、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)粒子、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5)粒子などのリチウム遷移金属含有複合酸化物が提案されている。 As a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is a positive electrode material of the lithium ion secondary battery, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) particles that are relatively easy to synthesize, nickel that is cheaper than cobalt was used. Lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) particles, lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) particles, lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using manganese ) Particles, lithium transition metal-containing composite oxides such as lithium nickel manganese composite oxide (LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 ) particles have been proposed.

ところで、サイクル特性や出力特性に優れたリチウムイオン二次電池を得るためには、非水電解質二次電池用正極活物質が、小粒径で粒度分布が狭い粒子によって構成されていることが必要となる。これは、粒径が小さい粒子は、比表面積が大きく、電解液との反応面積を十分に確保することができるばかりでなく、正極を薄く構成し、かつ、リチウムイオンの正極と負極の間の移動距離を縮めることにより、二次電池の内部抵抗を低減させることが可能となるためである。また、粒度分布が狭い粒子は、電極内でそれぞれの粒子に印加される電圧がほぼ一定となるため、微粒子の選択的な劣化による電池容量の低下を抑制することが可能となるためである。   By the way, in order to obtain a lithium ion secondary battery excellent in cycle characteristics and output characteristics, it is necessary that the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery is composed of particles having a small particle size and a narrow particle size distribution. It becomes. This is because particles having a small particle size have a large specific surface area and can sufficiently ensure a reaction area with the electrolyte solution, and the positive electrode is made thin, and between the positive and negative electrodes of lithium ions. This is because the internal resistance of the secondary battery can be reduced by reducing the moving distance. In addition, particles having a narrow particle size distribution have a substantially constant voltage applied to each particle in the electrode, and therefore, it is possible to suppress a decrease in battery capacity due to selective deterioration of the fine particles.

ここで、二次電池の内部抵抗成分である正極抵抗を低減させ、出力特性のさらなる改善を図るためには、非水電解質二次電池用正極活物質の内部に、電解液が侵入可能な空間部を形成することが有効である。このような中空構造の非水電解質二次電池用正極活物質は、粒径が同程度の大きさである中実構造の非水電解質二次電池用正極活物質と比べて、電解液との反応面積を大きくすることができるため、正極抵抗を大幅に低減させることが可能となる。なお、非水電解質二次電池用正極活物質は、その前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物の性状を引き継ぐことが知られている。したがって、上述した非水電解質二次電池用正極活物質を得るためには、その前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物の粒径、粒度分布、および粒子構造などを適切に制御することが必要となる。   Here, in order to reduce the positive electrode resistance, which is an internal resistance component of the secondary battery, and further improve the output characteristics, a space in which the electrolyte can enter the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery It is effective to form a part. The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having such a hollow structure is less in comparison with the electrolyte solution than the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a solid particle size. Since the reaction area can be increased, the positive electrode resistance can be greatly reduced. In addition, it is known that the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries will inherit the property of the transition metal containing composite hydroxide used as the precursor. Therefore, in order to obtain the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery described above, it is necessary to appropriately control the particle size, particle size distribution, particle structure, and the like of the transition metal-containing composite hydroxide serving as the precursor. Necessary.

たとえば、特開2012−246199号公報、特開2013−147416号公報、およびWO2012/131881号公報には、主として核生成が行われる核生成工程と、主として粒子成長が行われる粒子成長工程とに、晶析反応を2つの段階に分離することにより、正極活物質の前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物を製造する方法が開示されている。この方法では、核生成工程および粒子成長工程におけるpH値や反応雰囲気を適切に調整することにより、小粒径で粒度分布が狭く、かつ、微細一次粒子のみからなる低密度の中心部と、板状一次粒子のみからなる高密度の外殻部とから構成される遷移金属含有複合水酸化物を得ている。   For example, in JP2012-246199A, JP2013-147416A, and WO2012 / 1318181, a nucleation process in which nucleation is mainly performed, and a particle growth process in which particle growth is mainly performed, A method for producing a transition metal-containing composite hydroxide serving as a precursor of a positive electrode active material by separating the crystallization reaction into two stages is disclosed. In this method, by appropriately adjusting the pH value and reaction atmosphere in the nucleation step and the particle growth step, a low-density central part consisting of only fine primary particles with a small particle size and a narrow particle size distribution, and a plate A transition metal-containing composite hydroxide composed of a high-density outer shell composed of only primary particles is obtained.

このような構成の遷移金属含有複合水酸化物を前駆体とする非水電解質二次電池用正極活物質は、小粒径で粒度分布が狭く、かつ、外殻部とその内側にある空間部とからなる中空構造を備えることができる。したがって、これらの非水電解質二次電池用正極活物質を用いた二次電池では、電池容量、出力特性、およびサイクル特性が同時に改善されると考えられる。   The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a transition metal-containing composite hydroxide having such a configuration as a precursor has a small particle size, a narrow particle size distribution, and an outer shell portion and a space portion inside the outer shell portion. The hollow structure which consists of these can be provided. Therefore, in the secondary battery using the positive electrode active material for these nonaqueous electrolyte secondary batteries, it is considered that the battery capacity, output characteristics, and cycle characteristics are improved at the same time.

特開2012−246199号公報JP 2012-246199 A 特開2013−147416号公報JP 2013-147416 A 特開2011−119092号公報JP 2011-119092 A WO2012/131881号公報WO2012 / 131881

電気自動車などの電源への適用を前提とした場合、非水電解質二次電池の正極材料である非水電解質二次電池用正極活物質に対しては、その電池容量やサイクル特性を損なうことなく、さらなる出力特性の向上が求められており、そのためには、非水電解質二次電池用正極活物質における正極抵抗をさらに低減させる必要がある。   Assuming application to power sources such as electric vehicles, the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, which is the positive electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, without impairing the battery capacity or cycle characteristics Therefore, further improvement in output characteristics is required, and for this purpose, it is necessary to further reduce the positive electrode resistance in the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

本発明は、上述の問題を鑑みて、非水電解質二次電池を構成した場合に、その電池容量やサイクル特性を損なうことなく、さらに出力特性を向上させることを可能とする構造を備えた、非水電解質二次電池用正極活物質とその前駆体である遷移金属含有複合水酸化物を提供することを目的とする。また、本発明は、このような構造を有する正極活物質および遷移金属含有複合水酸化物を、工業規模で効率よく得るための製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above-mentioned problems, the present invention has a structure capable of further improving the output characteristics without damaging the battery capacity and cycle characteristics when a non-aqueous electrolyte secondary battery is configured. It aims at providing the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and the transition metal containing composite hydroxide which is the precursor. Moreover, an object of this invention is to provide the manufacturing method for obtaining the positive electrode active material and transition metal containing composite hydroxide which have such a structure efficiently on an industrial scale.

本発明の第1態様は、非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体であり、複数の板状一次粒子、および、該板状一次粒子よりも小さな粒径を有する微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなる遷移金属含有複合水酸化物に関する。   A first aspect of the present invention is a precursor of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, in which a plurality of plate-like primary particles and fine primary particles having a particle size smaller than the plate-like primary particles are aggregated It is related with the transition metal containing composite hydroxide which consists of the secondary particle formed in this way.

該二次粒子は、前記板状一次粒子からなる中心部と、該中心部の外側に形成され、前記微細一次粒子からなる第1の低密度層と、第1の低密度層の外側に形成され、前記板状一次粒子からなる第1の高密度層と、第1の高密度層の外側に形成され、前記微細一次粒子からなる第2の低密度層と、第2の低密度層の外側に形成され、前記板状一次粒子からなる外殻部と、を備えることを特徴としている。   The secondary particles are formed on the outer side of the central portion made of the plate-like primary particles, on the outer side of the central portion, and on the outer side of the first low-density layer made of the fine primary particles. A first high-density layer composed of the plate-like primary particles, a second low-density layer formed outside the first high-density layer and composed of the fine primary particles, and a second low-density layer. And an outer shell formed of the plate-like primary particles.

さらに、第2の低密度層と前記外殻部と間に、第2の低密度層の外側に形成され、前記板状一次粒子からなる外部高密度層と、該外部高密度層の外側に形成され、前記微細一次粒子からなる外部低密度層とからなる積層構造を、少なくとも1つさらに備えることもできる。   Furthermore, between the second low-density layer and the outer shell portion, the outer high-density layer formed on the outside of the second low-density layer and made of the plate-like primary particles, and on the outer side of the outer high-density layer It is also possible to further include at least one laminated structure formed and formed of an external low density layer made of the fine primary particles.

前記中心部の外径の前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、20%〜60%の範囲にあり、第1の低密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、8%〜33%の範囲にあり、第1の高密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、8%〜33%の範囲にあり、第2の低密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、8%〜23%の範囲にあり、かつ、前記外殻層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、4%〜18%の範囲にあることが好ましい。   The average ratio of the outer diameter of the central portion to the particle size of the secondary particles is in the range of 20% to 60%, and the average ratio of the thickness of the first low density layer to the particle size of the secondary particles is The average ratio of the thickness of the first high-density layer to the particle size of the secondary particles is in the range of 8% to 33%, and the second low-density layer is in the range of 8% to 33%. The average ratio of the thickness to the particle size of the secondary particles is in the range of 8% to 23%, and the average ratio of the thickness of the outer shell layer to the particle size of the secondary particles is 4% to It is preferable to be in the range of 18%.

また、第2の低密度層と前記外殻部と間に積層構造を備える場合には、前記外部高密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、4%〜18%の範囲にあることが好ましく、前記外部低密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する比率は、8%〜23%の範囲にあることが好ましい。   In addition, when a laminated structure is provided between the second low density layer and the outer shell portion, the average ratio of the thickness of the external high density layer to the particle size of the secondary particles is 4% to 18%. The ratio of the thickness of the outer low density layer to the particle size of the secondary particles is preferably in the range of 8% to 23%.

前記板状一次粒子の平均粒径は、0.3μm〜3μmの範囲にあり、かつ、前記微細一次粒子の平均粒径は、前記板状一次粒子の平均粒径よりも小さく、かつ、0.01μm〜0.3μmの範囲にあることが好ましい。   The average particle size of the plate-like primary particles is in the range of 0.3 μm to 3 μm, the average particle size of the fine primary particles is smaller than the average particle size of the plate-like primary particles, and It is preferable that it exists in the range of 01 micrometer-0.3 micrometer.

前記二次粒子の平均粒径は、1μm〜15μmの範囲にあり、かつ、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/平均粒径]の値は、0.65以下であることが好ましい。   The average particle size of the secondary particles is in the range of 1 μm to 15 μm, and the value of [(d90−d10) / average particle size] which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the secondary particles is 0. .65 or less is preferable.

本発明の遷移金属複合水酸化物の組成は、特に限定されるものではないが、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表されることが好ましい。 The composition of the transition metal composite hydroxide of the present invention is not particularly limited, but the general formula (A): Ni x Mn y Co z M t (OH) 2 + a (x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ a ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, It is preferably represented by one or more additive elements selected from V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W).

また、上記組成を有する場合、前記添加元素Mは、二次粒子の全体において、上述の組成比の範囲にあれば、種々の存在形態を採り得る。たとえば、前記添加元素Mは、前記遷移金属複合水酸化物の内部に均一に分布し、および/または、前記添加元素Mを含む化合物によって該遷移金属複合水酸化物の表面が被覆されていることが好ましい。   Moreover, when it has the said composition, the said addition element M can take a various presence form, if it exists in the range of the above-mentioned composition ratio in the whole secondary particle. For example, the additive element M is uniformly distributed inside the transition metal composite hydroxide and / or the surface of the transition metal composite hydroxide is coated with a compound containing the additive element M. Is preferred.

本発明の第2態様は、少なくとも遷移金属元素を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液とを混合して、反応水溶液を形成し、晶析反応によって、非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体である遷移金属複合水酸化物を製造する方法に関する。   In the second aspect of the present invention, a raw material aqueous solution containing at least a transition metal element and an aqueous solution containing an ammonium ion supplier are mixed to form a reaction aqueous solution, which is used for a non-aqueous electrolyte secondary battery by a crystallization reaction. The present invention relates to a method for producing a transition metal composite hydroxide that is a precursor of a positive electrode active material.

本発明の遷移金属複合水酸化物の製造方法は、
前記反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を12.0〜14.0の範囲に調整し、酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気で核生成を行う、核生成工程と、該核生成工程で得られた核を含む前記反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を、前記核生成工程のpH値よりも低く、かつ、10.5〜12.0となるように調整し、前記核を成長させる、粒子成長工程と、を備え、かつ、
該粒子成長工程において、該粒子成長工程の開始から前記非酸化性雰囲気を維持する第1段階と、第1段階の経過後、酸素濃度を5容量%を超える酸化性雰囲気に切り替えて、該酸化性雰囲気を維持する第2段階と、第2段階の経過後、該酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、該非酸化性雰囲気を維持する第3段階と、第3段階の経過後、該非酸化性雰囲気から前記酸化性雰囲気に切り替えて、該酸化性雰囲気を維持する第4段階と、第4段階の経過後、該酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、該非酸化性雰囲気を維持する外殻部形成段階と、を設けることを特徴としている。
The method for producing the transition metal composite hydroxide of the present invention comprises:
A nucleation step of adjusting the pH value of the reaction aqueous solution at a reference temperature of 25 ° C. to a range of 12.0 to 14.0 and performing nucleation in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less; The pH value of the reaction aqueous solution containing nuclei obtained in the nucleation step is adjusted to be lower than the pH value in the nucleation step and from 10.5 to 12.0, based on a liquid temperature of 25 ° C. And a particle growth step for growing the nucleus, and
In the grain growth step, a first stage for maintaining the non-oxidizing atmosphere from the start of the grain growth process, and after the first stage, the oxygen concentration is switched to an oxidizing atmosphere exceeding 5% by volume, and the oxidation is performed. A second stage for maintaining the oxidizing atmosphere, a third stage for switching from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere after the second stage, and maintaining the non-oxidizing atmosphere, and after the third stage, A fourth stage for switching from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere to maintain the oxidizing atmosphere, and after the fourth stage, the non-oxidizing atmosphere is switched from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere. And an outer shell forming step for maintaining the temperature.

上記において、第1段階を、前記粒子成長工程の全体に対して0.5%〜15%の範囲の時間とし、第2段階を、該粒子成長工程の全体に対して4%〜22%の範囲の時間とし、第3段階を、該粒子成長工程の全体に対して10%〜40%の範囲の時間とし、かつ、第4段階を、該粒子成長工程時間の全体に対して15%〜40%の範囲の時間とし、かつ、前記外殻部形成段階を、該粒子成長工程時間の全体に対して10%〜45%の範囲の時間とする、ことが好ましい。   In the above, the first stage is a time in the range of 0.5% to 15% with respect to the whole grain growth process, and the second stage is 4% to 22% with respect to the whole grain growth process. And the third stage is a time in the range of 10% to 40% with respect to the whole grain growth process, and the fourth stage is 15% to the whole grain growth process time. It is preferable that the time is in the range of 40%, and the outer shell portion formation stage is in the range of 10% to 45% with respect to the entire grain growth process time.

さらに、第4段階と前記外殻部形成段階との間に、該酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、該非酸化性雰囲気を維持する外部高密度層形成段階と、該外部高密度層形成段階の経過後、前記非酸化性雰囲気から前記酸化性雰囲気に切り替えて、該酸化性雰囲気を維持する外部低密度層形成段階との組み合わせを、少なくとも1回、設けることもできる。   Furthermore, between the fourth stage and the outer shell forming stage, switching from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere to maintain the non-oxidizing atmosphere, and forming the outer high-density layer, After the progress of the layer forming step, the combination with the external low density layer forming step of switching from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere and maintaining the oxidizing atmosphere may be provided at least once.

この場合には、外部高密度層形成段階を、前記粒子成長工程全体に対して10%〜40%の範囲の時間とし、かつ、外部低密度層形成段階を、前記粒子成長工程時間の全体に対して15%〜40%の範囲の時間とすることが好ましい。   In this case, the external high-density layer formation step is set to a time in the range of 10% to 40% with respect to the entire particle growth process, and the external low-density layer formation step is set to the entire particle growth process time. On the other hand, the time is preferably in the range of 15% to 40%.

本発明の遷移金属複合水酸化物の製造方法によって、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成となる遷移金属複合水酸化物を得ることができる。 According to the method for producing a transition metal composite hydroxide of the present invention, the general formula (A): Ni x Mn y Co z M t (OH) 2 + a (x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ a ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, A transition metal composite hydroxide having a composition represented by one or more additive elements selected from Mo, Hf, Ta, and W can be obtained.

また、前記粒子成長工程後に、前記遷移金属含有複合水酸化物の表面を、前記添加元素Mを含む化合物によって被覆する、被覆工程をさらに設けることもできる。   Further, a coating step of coating the surface of the transition metal-containing composite hydroxide with the compound containing the additive element M after the particle growth step can be further provided.

本発明の第3態様は、非水電解質二次電池の正極材料として用いられる正極活物質に関する。本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなり、該二次粒子の内部に分散して存する複数の空隙部と、該空隙部と前記二次粒子の外部とを連通する、少なくとも1つの連通孔を備えることを特徴としている。   A 3rd aspect of this invention is related with the positive electrode active material used as a positive electrode material of a nonaqueous electrolyte secondary battery. The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles, and a plurality of void portions dispersed in the secondary particles; and It is characterized by comprising at least one communicating hole for communicating the void portion and the outside of the secondary particle.

上記構造において、前記空隙部の平均孔径は、0.1μm〜2μmの範囲にあることが好ましい。また、前記連通孔の平均内径は、0.2μm〜0.7μmの範囲にあることが好ましい。   The said structure WHEREIN: It is preferable that the average hole diameter of the said space | gap part exists in the range of 0.1 micrometer-2 micrometers. Moreover, it is preferable that the average internal diameter of the said communicating hole exists in the range of 0.2 micrometer-0.7 micrometer.

本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、前記二次粒子の単位体積あたりの比表面積が、3.5m/cm以上であることが好ましく、また、前記二次粒子の比表面積が、2.7m/g〜4.0m/gであり、かつ、JIS Z2512に基づき測定した前記二次粒子のタップ密度が、1.0g/cm以上であることが好ましい。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention preferably has a specific surface area per unit volume of the secondary particles of 3.5 m 2 / cm 3 or more, and the ratio of the secondary particles surface area, a 2.7m 2 /g~4.0m 2 / g, and a tap density of the secondary particles was measured based on JIS Z2512 is preferably not 1.0 g / cm 3 or more.

前記二次粒子の平均粒径は、1μm〜15μmの範囲にあり、かつ、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/平均粒径]の値は、0.70以下であることが好ましい。   The average particle size of the secondary particles is in the range of 1 μm to 15 μm, and the value of [(d90−d10) / average particle size] which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the secondary particles is 0. .70 or less is preferable.

本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、その組成が特に限定されるものではないが、一般式(B):Li1+uNiMnCo(−0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表されることが好ましい。 The composition of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is not particularly limited, but is represented by the general formula (B): Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 (−0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is It is preferably represented by one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W).

上記の場合において、前記添加元素Mが、該非水電解質二次電池用正極活物質の内部に均一に分布し、および/または、前記添加元素Mを含む化合物によって該非水電解質二次電池用正極活物質の表面が被覆されていることが好ましい。   In the above case, the additive element M is uniformly distributed inside the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and / or the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery by a compound containing the additive element M. The surface of the substance is preferably coated.

本発明の第4態様は、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法に関する。本発明の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、本発明の第1態様である遷移金属含有複合水酸化物と、リチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を形成する混合工程と、
該リチウム混合物を、酸化性雰囲気中で、650℃〜1000℃の範囲の温度で焼成して、リチウム遷移金属含有複合酸化物からなる非水電解質二次電池用正極活物質を得る焼成工程と、を備えることを特徴としている。
A 4th aspect of this invention is related with the manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a mixing step in which a transition metal-containing composite hydroxide according to the first aspect of the present invention and a lithium compound are mixed to form a lithium mixture. When,
A firing step of firing the lithium mixture in an oxidizing atmosphere at a temperature in the range of 650 ° C. to 1000 ° C. to obtain a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a lithium transition metal-containing composite oxide; It is characterized by having.

前記混合工程において、前記リチウム混合物に含まれるリチウムの原子数の、リチウム以外の金属元素の原子数の合計に対する比率が、0.95〜1.5の範囲となるように、前記リチウム化合物の混合量を調整することが好ましい。   In the mixing step, the lithium compound is mixed such that the ratio of the number of lithium atoms contained in the lithium mixture to the total number of metal element atoms other than lithium is in the range of 0.95 to 1.5. It is preferable to adjust the amount.

また、前記混合工程の前に、前記遷移金属複合水酸化物粒子を、105℃〜750℃の範囲の温度で熱処理する熱処理工程をさらに備えることが好ましい。   Moreover, it is preferable to further include a heat treatment step of heat treating the transition metal composite hydroxide particles at a temperature in the range of 105 ° C. to 750 ° C. before the mixing step.

本発明の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法によって、前記リチウム遷移金属含有複合酸化物を、一般式(B):Li1+uNiMnCo(−0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成となる非水電解質二次電池用正極活物質を得ることができる。 According to the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the lithium transition metal-containing composite oxide is converted into the general formula (B): Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 (−0. 05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is , Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W), a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a composition represented by An active material can be obtained.

本発明の第5態様は、非水電解質二次電池に関する。本発明の非水電解質二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備え、該正極の正極材料として、本発明の第2態様である非水電解質二次電池用正極活物質が用いられている、ことを特徴としている。   A fifth aspect of the present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery. The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte. The positive electrode material for the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the second aspect of the present invention is used as the positive electrode material of the positive electrode. It is characterized by the fact that an active material is used.

本発明の遷移金属含有複合水酸化物を前駆体とした、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質を非水電解質二次電池の正極材料として用いることにより、その電池容量やサイクル特性を損なうことなく、さらに出力特性を向上させた非水電解質二次電池を提供することが可能となる。また、本発明によれば、このような電池特性の向上に寄与する、非水電解質二次電池用正極活物質およびその前駆体としての遷移金属含有複合水酸化物を、工業規模の生産において、効率よく製造することを可能にすることができる。このため、本発明の工業的意義はきわめて大きい。   By using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention as a precursor of the transition metal-containing composite hydroxide according to the present invention as a positive electrode material for the non-aqueous electrolyte secondary battery, its battery capacity and cycle characteristics It is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery with further improved output characteristics without impairing the characteristics. Further, according to the present invention, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that contributes to the improvement of such battery characteristics and the transition metal-containing composite hydroxide as a precursor thereof are produced on an industrial scale. It can be possible to manufacture efficiently. For this reason, the industrial significance of the present invention is extremely large.

図1は、本発明の遷移金属含有複合水酸化物の構造を概略的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the transition metal-containing composite hydroxide of the present invention. 図2は、実施例1で得られた非水電解質二次電池用正極活物質の断面を示すFE−SEM像(観察倍率5,000倍)である。FIG. 2 is an FE-SEM image (observation magnification: 5,000 times) showing a cross section of the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery obtained in Example 1. 図3は、電池評価に使用した2032型コイン電池の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a 2032 type coin battery used for battery evaluation. 図4は、インピーダンス評価の測定例と解析に使用した等価回路の概略説明図である。FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of an impedance evaluation measurement example and an equivalent circuit used for analysis.

本発明者らは、WO2012/131881号公報などの従来技術に基づいて得られた、小粒径で粒度分布が狭く、かつ、外殻部とその内側にある空間部とからなる中空構造を備えた非水電解質二次電池用正極活物質(以下、「正極活物質」という)について、その出力特性のさらなる改善について、鋭意検討を行った。   The present inventors have a hollow structure obtained based on the prior art such as WO2012 / 131881 and having a small particle size, a narrow particle size distribution, and comprising an outer shell portion and a space portion inside the outer shell portion. In addition, for the positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries (hereinafter referred to as “positive electrode active material”), intensive studies were conducted to further improve the output characteristics.

その結果、第1に、粒子成長工程において、原料水溶液の供給を継続しながら、反応系に対し、散気管を用いて雰囲気ガスを供給することにより、短時間で反応雰囲気を切り替えることができ、かつ、この反応雰囲気の切り替えを行うことにより、板状一次粒子のみからなる高密度層と、微細一次粒子とからなる低密度層とを交互に積層することが可能であるとの知見が得られた。   As a result, first, in the particle growth step, the reaction atmosphere can be switched in a short time by supplying the atmosphere gas to the reaction system using an air diffuser while continuing the supply of the raw material aqueous solution. In addition, by switching the reaction atmosphere, it has been found that it is possible to alternately stack a high-density layer composed only of plate-like primary particles and a low-density layer composed of fine primary particles. It was.

第2に、このような反応雰囲気の切り替えにより、板状一次粒子からなる中心部と、該中心部の外側に形成され、前記微細一次粒子からなる低密度層(以下、「第1の低密度層」という)と、第1の低密度層の外側に形成され、前記板状一次粒子からなる高密度層(以下、「第1の高密度層」という)と、第1の高密度層の外側に形成され、前記微細一次粒子からなる低密度層(以下、「第2の低密度層」という)と、第2の低密度層の外側に形成され、板状一次粒子からなる外殻部とを備える遷移金属含有複合水酸化物が得られるという知見を得た。   Secondly, by switching the reaction atmosphere as described above, a central portion composed of plate-like primary particles and a low density layer (hereinafter referred to as “first low density”) formed on the outside of the central portion and composed of the fine primary particles. Layer ”), a high-density layer formed on the outside of the first low-density layer and made of the plate-like primary particles (hereinafter referred to as“ first high-density layer ”), and a first high-density layer A low-density layer (hereinafter referred to as “second low-density layer”) formed on the outside and made of the fine primary particles, and an outer shell portion formed on the outside of the second low-density layer and made of plate-like primary particles It was found that a transition metal-containing composite hydroxide comprising:

第3に、この遷移金属含有複合水酸化物を前駆体として得られた正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなり、該二次粒子の内部に分散して存する複数の空隙部と、該空隙部と前記二次粒子の外部とを連通する、少なくとも1つの連通孔を備える構造からなるとの知見を得た。   Third, the positive electrode active material obtained using the transition metal-containing composite hydroxide as a precursor is composed of secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles, and is dispersed inside the secondary particles. The present inventors have found that a plurality of existing voids and a structure including at least one communication hole communicating the voids and the outside of the secondary particles are provided.

第4に、この正極活物質に形成された連通孔は、電解液および導電助剤の二次粒子内部への浸入を可能とする結果、正極活物質の外側表面だけでなく、その内部においても電化液との反応場を設けることができ、このような構造の正極活物質を非水電解質二次電池の正極材料に用いた場合、より低い正極抵抗を示す効果が得られるという知見が得られた。   Fourth, the communication hole formed in the positive electrode active material allows the electrolytic solution and the conductive auxiliary agent to enter the secondary particles. As a result, not only in the outer surface of the positive electrode active material but also in the inside thereof. It is possible to provide a reaction field with the electrification solution, and when a positive electrode active material having such a structure is used as a positive electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, the knowledge that an effect of lower positive electrode resistance can be obtained is obtained. It was.

本発明は、これらの知見に基づき完成されたものである。   The present invention has been completed based on these findings.

1.遷移金属含有複合水酸化物
(1−1)遷移金属含有複合水酸化物の構造
本発明の遷移金属含有複合水酸化物(以下、「複合水酸化物」という)は、非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体であって、複数の板状一次粒子、および、該板状一次粒子よりも小さな粒径を有する微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子により構成される。
1. Transition metal-containing composite hydroxide (1-1) Structure of transition metal-containing composite hydroxide The transition metal-containing composite hydroxide of the present invention (hereinafter referred to as “composite hydroxide”) is a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is a precursor of a positive electrode active material for use, and is composed of a plurality of plate-like primary particles and secondary particles formed by agglomerating fine primary particles having a smaller particle size than the plate-like primary particles.

特に、本発明の複合水酸化物を構成する二次粒子は、図1に示すように、板状一次粒子からなる中心部21と、該中心部の外側に形成され、微細一次粒子からなる第1の低密度層22と、第1の低密度層の外側に形成され、板状一次粒子からなる第1の高密度層23と、第1の高密度層の外側に形成され、微細一次粒子からなる第2の低密度層24と、第2の低密度層の外側に形成され、板状一次粒子からなる外殻部25とからなる構造を備える。   In particular, the secondary particles constituting the composite hydroxide of the present invention, as shown in FIG. 1, are formed in a central portion 21 made of plate-like primary particles, and on the outer side of the central portion and made of fine primary particles. 1 low-density layer 22, formed on the outside of the first low-density layer, and formed on the outside of the first high-density layer, the first high-density layer 23 made of plate-like primary particles, and the fine primary particles The second low-density layer 24 is made of, and the outer shell portion 25 made of plate-like primary particles is formed outside the second low-density layer.

本発明の複合水酸化物において、第2の低密度層の外側に、さらに高密度層と低密度層とからなる積層構造を備える形態も採り得る。すなわち、第2の低密度層と前記外殻部と間に、第2の低密度層の外側に形成され、板状一次粒子からなる外部高密度層と、該外部高密度層の外側に形成され、微細一次粒子からなる外部低密度層とからなる積層構造を、少なくとも1つさらに備えることができる。   In the composite hydroxide of the present invention, a mode in which a laminated structure including a high density layer and a low density layer is further provided outside the second low density layer can be employed. That is, between the second low-density layer and the outer shell portion, it is formed outside the second low-density layer, and is formed outside the high-density layer made of plate-like primary particles and outside the external high-density layer. In addition, at least one laminated structure including an external low-density layer made of fine primary particles can be further provided.

以下、本発明の複合水酸化物の構造について詳細に説明するが、単に「低密度層」というときは、第1の低密度層と第2の低密度層を併せて意味するが、外部低密度層を有する構造ではこの外部低密度層も含むものとする。同様に、単に「高密度層」というときは、第1の高密度層を意味するが、外部高密度層を有する構造ではこの外部高密度層も含むものとする。   Hereinafter, the structure of the composite hydroxide of the present invention will be described in detail. When the term “low density layer” is used, it means both the first low density layer and the second low density layer. The structure having a density layer includes this external low density layer. Similarly, the term “high-density layer” simply means the first high-density layer, but the structure having the external high-density layer includes this external high-density layer.

まず、中心部、高密度層および外殻部は、板状一次粒子からなる構造であるため、より小さくて厚みのない微細一次粒子からなる低密度層と比較すると、より高温域から焼結が進行する。その結果、相対的に低温域から焼結が開始され焼結の進行が早い低密度層は、中心部、高密度層および外殻部よりも、複合水酸化物を正極活物質とするための焼成時において、熱変形量が大きくなる。   First, since the central part, the high-density layer and the outer shell part have a structure composed of plate-like primary particles, compared with a low-density layer composed of fine primary particles that are smaller and less thick, sintering can be performed from a higher temperature range. proceed. As a result, the low-density layer, which starts sintering from a relatively low temperature region and has a fast progress of sintering, has a composite hydroxide as a positive electrode active material than the central portion, the high-density layer, and the outer shell portion. At the time of firing, the amount of thermal deformation increases.

特に、本発明の複合水酸化物を構成する二次粒子では、従来構造のように、微細一次粒子により構成される中心部の周囲に1層の高密度層からなる外殻部を備えるのではなく、板状一次粒子からなり、所定の厚さの中心部と高密度層と外殻部との間に、複数の所定の厚さの低密度層が挟まれる積層構造となっている。   In particular, in the secondary particles constituting the composite hydroxide of the present invention, the outer shell portion composed of one high-density layer is not provided around the center portion constituted by the fine primary particles as in the conventional structure. Rather, it is composed of plate-like primary particles, and has a laminated structure in which a plurality of low-density layers having a predetermined thickness are sandwiched between a central portion having a predetermined thickness, a high-density layer, and an outer shell portion.

このような構成により、焼成に際して、低密度層のように微細一次粒子が連なった隙間の多い構造部分は、中心部、高密度層および外殻部と比較して熱変形量が大きいために、中心部、高密度層もしくは外殻部側に不均一に収縮して、不連続な空間、すなわち、空隙部を形成する。同時に、中心部、高密度層および外殻部同士が収縮により近接ないしは実質的に一体化して、正極活物質においては主部を形成する。この際、主部の形成に伴って、前記空隙部の一部が連通孔として高密度部および外殻部を貫通して、二次粒子の外部と空隙部とを連通させる。   With such a configuration, when firing, a structure portion with many gaps in which fine primary particles are connected like a low density layer has a larger amount of thermal deformation than the center portion, the high density layer and the outer shell portion. It contracts non-uniformly toward the center, high-density layer or outer shell to form a discontinuous space, that is, a void. At the same time, the central portion, the high-density layer, and the outer shell portion are close to each other or substantially integrated by shrinkage to form a main portion in the positive electrode active material. At this time, along with the formation of the main part, a part of the void part passes through the high-density part and the outer shell part as a communication hole, and communicates the outside of the secondary particle and the void part.

なお、複合水酸化物を構成する二次粒子において、低密度層は、中心部、高密度層および外殻部との間の全体に均一に形成されている必要はなく、正極活物質の主部において、少なくとも1つの連通孔が形成される限りにおいて、このような低密度層が部分的に形成されている構造も、本発明の範囲に含まれる。   In the secondary particles constituting the composite hydroxide, the low density layer does not have to be uniformly formed between the central portion, the high density layer, and the outer shell portion. As long as at least one communication hole is formed in the part, such a structure in which such a low density layer is partially formed is also included in the scope of the present invention.

(1−2)遷移金属含有複合水酸化物の平均粒径
本発明の複合水酸化物を構成する二次粒子の平均粒径は、1μm〜15μm、好ましくは3μm〜12μm、より好ましくは3μm〜10μmに調整される。正極活物質の平均粒径は、この複合水酸化物の平均粒径と相関する。このため、複合水酸化物の平均粒径をこのような範囲に設定することで、正極活物質の平均粒径を所定の範囲に設定することが可能となる。
(1-2) Average particle diameter of transition metal-containing composite hydroxide The average particle diameter of secondary particles constituting the composite hydroxide of the present invention is 1 μm to 15 μm, preferably 3 μm to 12 μm, more preferably 3 μm to It is adjusted to 10 μm. The average particle diameter of the positive electrode active material correlates with the average particle diameter of the composite hydroxide. For this reason, it becomes possible to set the average particle diameter of a positive electrode active material to a predetermined | prescribed range by setting the average particle diameter of a composite hydroxide in such a range.

なお、本発明において、複合水酸化物の平均粒径とは、体積基準平均粒径(MV)を意味し、たとえば、レーザ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。   In the present invention, the average particle size of the composite hydroxide means a volume-based average particle size (MV), and can be obtained from, for example, a volume integrated value measured by a laser light diffraction / scattering particle size analyzer. .

(1−3)遷移金属含有複合水酸化物の粒度分布
本発明の複合水酸化物を構成する二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/平均粒径]の値は、0.65以下、好ましくは0.55以下、より好ましくは0.50以下、さらに好ましくは0.45以下に調整される。
(1-3) Particle Size Distribution of Transition Metal-Containing Composite Hydroxide [(d90-d10) / Average Particle Size] which is an index showing the spread of the particle size distribution of secondary particles constituting the composite hydroxide of the present invention The value is adjusted to 0.65 or less, preferably 0.55 or less, more preferably 0.50 or less, and still more preferably 0.45 or less.

正極活物質の粒度分布は、その前駆体である複合水酸化物の影響を強く受ける。このため、たとえば、微細な粒子や粗大な粒子を多く含む複合水酸化物を前駆体として正極活物質を作製した場合には、正極活物質にも微細な粒子や粗大な粒子が多く含まれることとなり、これを用いた二次電池の安全性、サイクル特性および出力特性を十分に改善することができなくなる。このため、その前駆体である複合水酸化物の粒度分布を、[(d90−d10)/平均粒径]の値が0.65以下となるように調整することにより、正極活物質の粒度分布を狭くすることができ、上述した電池特性,特に微細な粒子の選択劣化に起因する安全性やサイクル特性に関する問題を回避することが可能となる。ただし、工業規模の生産を考慮した場合には、[(d90−d10)/平均粒径]の値が過度に小さい粉体状態の複合水酸化物を作製することは、収率、生産性、または生産コストの観点からから現実的ではない。したがって、[(d90−d10)/平均粒径]の値の下限値は、0.25程度とすることが好ましい。   The particle size distribution of the positive electrode active material is strongly influenced by the composite hydroxide that is a precursor thereof. For this reason, for example, when a positive electrode active material is produced using a composite hydroxide containing a large amount of fine particles and coarse particles as a precursor, the positive electrode active material also contains many fine particles and coarse particles. Thus, the safety, cycle characteristics, and output characteristics of a secondary battery using the same cannot be sufficiently improved. Therefore, the particle size distribution of the positive electrode active material is adjusted by adjusting the particle size distribution of the composite hydroxide as the precursor so that the value of [(d90-d10) / average particle size] is 0.65 or less. This makes it possible to avoid the above-described problems related to the battery characteristics, particularly the safety and cycle characteristics due to the selective deterioration of fine particles. However, when considering production on an industrial scale, producing a composite hydroxide in a powder state in which the value of [(d90-d10) / average particle size] is excessively small is the yield, productivity, Or it is not realistic from the viewpoint of production cost. Therefore, the lower limit value of [(d90−d10) / average particle diameter] is preferably about 0.25.

ここで、d10とは、粉体試料の、各粒径における粒子数を粒径の小さな側から累積し、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、d90は、同様の手法で粒子数を累積したときに、その累積体積が全粒子の合計体積の90%となる粒径を意味する。d10およびd90は、複合水酸化物の平均粒径と同様に、レーザ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。   Here, d10 means a particle size in which the number of particles in each particle size of the powder sample is accumulated from the smaller particle size side, and the accumulated volume is 10% of the total volume of all particles, d90 is When the number of particles is accumulated by the same method, it means a particle size in which the accumulated volume is 90% of the total volume of all particles. d10 and d90 can be determined from the volume integrated value measured with a laser light diffraction / scattering particle size analyzer, similarly to the average particle size of the composite hydroxide.

(1−4)中心部、高密度層、低密度層および外殻部の厚さ
本発明の複合水酸化物において、その二次粒子の粒径に対する中心部の外径、第1の低密度層、第1の高密度層、第2の低密度層および外殻部、あるいはさらに外部高密度層および外部低密度層のそれぞれの厚さの比率を上記範囲に制御することにより、二次粒子の内部に分散して存する複数の空隙部と、該空隙部と前記二次粒子の外部とを連通する、少なくとも1つの連通孔を備える正極活物質が形成される。したがって、複合水酸化物を構成する二次粒子において、その粒径に対する中心部の外径、および、第1の低密度層、第1の高密度層、第2の低密度層および外殻部、あるいはさらに外部高密度層および外部低密度層のそれぞれの厚さの比率を適切に制御することにより、正極活物質の粒子構造を、適切な範囲に設定することが可能となる。
(1-4) Thickness of center part, high density layer, low density layer and outer shell part In the composite hydroxide of the present invention, the outer diameter of the center part relative to the particle diameter of the secondary particles, the first low density By controlling the ratio of the thickness of each of the layer, the first high-density layer, the second low-density layer and the outer shell, or the external high-density layer and the external low-density layer in the above range, A positive electrode active material having a plurality of voids dispersed inside and at least one communication hole that communicates the voids with the outside of the secondary particles is formed. Therefore, in the secondary particles constituting the composite hydroxide, the outer diameter of the central portion with respect to the particle size, and the first low density layer, the first high density layer, the second low density layer, and the outer shell portion Alternatively, the particle structure of the positive electrode active material can be set in an appropriate range by appropriately controlling the ratio of the thicknesses of the external high-density layer and the external low-density layer.

本発明の構造の複合水酸化物では、複合水酸化物を構成する二次粒子において、その粒径に対する中心部の外径の平均比率(以下、「中心部粒径比」という)は、20%〜60%の範囲にあることが好ましく、25%〜55%の範囲にあることがより好ましく、30%〜50%の範囲にあることがさらに好ましい。このような構成により、複合水酸化物において、高密度層、それぞれの低密度層、および外殻部を適切な厚さとして、このような複合水酸化物を前駆体として得られる正極活物質において、所定の空隙部、連通孔を備えることが可能となる。中心部の大きさがこの範囲を超えると、複合水酸化物において、低密度層、高密度層や外殻部の大きさが本発明の範囲を超えるため、得られる正極活物質において所望の空隙と連通孔を内部に備えた構造が得られない可能性がある。   In the composite hydroxide having the structure of the present invention, in the secondary particles constituting the composite hydroxide, the average ratio of the outer diameter of the central portion to the particle size (hereinafter referred to as “central particle size ratio”) is 20 % To 60% is preferable, 25% to 55% is more preferable, and 30% to 50% is more preferable. With such a configuration, in the composite hydroxide, in the positive electrode active material obtained by using such a composite hydroxide as a precursor with the high-density layer, each low-density layer, and the outer shell portion having an appropriate thickness. It is possible to provide a predetermined gap and a communication hole. If the size of the central part exceeds this range, the composite hydroxide has a low density layer, a high density layer and an outer shell part that exceed the scope of the present invention. There is a possibility that a structure with a communication hole inside cannot be obtained.

第1の低密度層の厚さの二次粒子の粒径に対する平均比率(以下、「第1低密度層粒径比」という)は、8%〜33%の範囲にあることが好ましく、10%〜30%の範囲にあることが好ましく、15%〜25%の範囲にあることがさらに好ましい。   The average ratio of the thickness of the first low density layer to the particle size of the secondary particles (hereinafter referred to as “first low density layer particle size ratio”) is preferably in the range of 8% to 33%. % To 30% is preferable, and 15% to 25% is more preferable.

第1の高密度層の厚さの比二次粒子の粒径に対する平均比率(以下、「第1高密度層粒径比」という)は、8%〜33%の範囲にあることが好ましく、10%〜30%の範囲にあることがより好ましく、15%〜25%の範囲にあることがさらに好ましい。   The ratio of the thickness of the first high-density layer to the average particle size of the secondary particles (hereinafter referred to as “first high-density layer particle size ratio”) is preferably in the range of 8% to 33%, It is more preferably in the range of 10% to 30%, and further preferably in the range of 15% to 25%.

第2の低密度層の厚さの二次粒子の粒径に対する平均比率(以下、「第2低密度層粒径比」という)は、8%〜23%の範囲にあることが好ましく、10%〜30%の範囲にあることが好ましく、15%〜25%の範囲にあることがさらに好ましい。   The average ratio of the thickness of the second low density layer to the particle size of the secondary particles (hereinafter referred to as “second low density layer particle size ratio”) is preferably in the range of 8% to 23%. % To 30% is preferable, and 15% to 25% is more preferable.

外殻部の厚さの二次粒子の粒径に対する平均比率(以下、「外殻部粒径比」という)は、4%〜18%の範囲にあることが好ましく、5%〜15%の範囲にあることがより好ましく、8%〜12%の範囲にあることがさらに好ましい。   The average ratio of the thickness of the outer shell portion to the particle size of the secondary particles (hereinafter referred to as “outer shell particle size ratio”) is preferably in the range of 4% to 18%, and is preferably 5% to 15%. More preferably, it is in the range of 8% to 12%.

第1低密度層粒径比、第1高密度層粒径比、第2低密度層粒径比、および外殻部粒径比をこの範囲に設定することにより、このような構造の複合水酸化物を用いて得られる正極活物質において、適切な大きさの空隙部および連通孔が形成された二次粒子(主部)を形成することが可能となる。それぞれの低密度層粒径比が小さすぎると、得られる正極活物質において外部に連通する連通孔を形成させるに十分な大きさの空隙部が、複合水酸化物の焼成時に生じない。逆に、それぞれの低密度層粒径比が大きすぎると、複合水酸化物の焼成時に、中心部と高密度層と外殻部とが十分に接続ないしは一体化せず、正極活物質において所望の構造を得られなくなる。この場合、中心部と高密度層と外殻部とが相互に電気的に導通しないため、正極抵抗の低減の効果が得られない。   By setting the first low density layer particle size ratio, the first high density layer particle size ratio, the second low density layer particle size ratio, and the outer shell portion particle size ratio within this range, the composite water having such a structure can be obtained. In the positive electrode active material obtained using the oxide, it is possible to form secondary particles (main part) in which voids and communication holes of appropriate sizes are formed. When the respective low density layer particle size ratios are too small, voids large enough to form communication holes communicating with the outside in the obtained positive electrode active material are not generated during firing of the composite hydroxide. Conversely, if the particle size ratio of each of the low density layers is too large, the center, the high density layer, and the outer shell are not sufficiently connected or integrated when firing the composite hydroxide, which is desirable in the positive electrode active material. The structure of can not be obtained. In this case, since the central portion, the high-density layer, and the outer shell portion are not electrically connected to each other, the effect of reducing the positive electrode resistance cannot be obtained.

それぞれの高密度層粒径比および外殻部粒径比が小さすぎると、正極活物質の製造段階あるいは充填段階で二次粒子の所定構造が維持されず、破壊されてしまったり、二次粒子の内部に十分な大きさの連通孔を有した空隙が形成されなかったりする可能性がある。一方、それぞれの高密度層粒径比および外殻部粒径比が大きすぎると、複合水酸化物の焼成時に、これらの層を貫通する連通孔が形成されず、内部の空隙に十分な電解液と導電助剤の侵入が不十分となる可能性がある。   If the high-density layer particle size ratio and the outer shell particle size ratio are too small, the predetermined structure of the secondary particles is not maintained in the production stage or filling stage of the positive electrode active material, and the secondary particles may be destroyed. There is a possibility that a void having a sufficiently large communication hole may not be formed inside. On the other hand, if the high-density layer particle size ratio and the outer shell particle size ratio are too large, communication holes penetrating these layers will not be formed during firing of the composite hydroxide, and sufficient electrolysis will occur in the internal voids. There is a possibility that penetration of the liquid and the conductive auxiliary agent becomes insufficient.

本発明の複合水酸化物においては、第2の低密度層と外殻部と間に、第2の低密度層の外側に形成され、板状一次粒子からなる外部高密度層と、その外部高密度層の外側に形成され、微細一次粒子からなる外部低密度層とからなる積層構造を、少なくとも1つさらに備えることができる。   In the composite hydroxide of the present invention, an external high-density layer formed of plate-like primary particles formed between the second low-density layer and the outer shell portion and outside the second low-density layer, and the outside thereof At least one laminated structure formed on the outside of the high-density layer and composed of an external low-density layer made of fine primary particles can be further provided.

この場合、第2の低密度層と前記外殻部と間に積層構造を備える場合には、前記外部高密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、4%〜18%の範囲にあるであることが好ましく、前記外部低密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する比率は、8%〜23%の範囲にあるであることが好ましい。   In this case, when a laminated structure is provided between the second low density layer and the outer shell portion, the average ratio of the thickness of the external high density layer to the particle size of the secondary particles is 4% to 18%. %, And the ratio of the thickness of the external low density layer to the particle size of the secondary particles is preferably in the range of 8% to 23%.

本発明においては、基本となる中心部、第1低密度層、第1高密度層、第2低密度層、および外殻部が所定の厚さを有している限り、高密度層と低密度層からなる積層構造をさらに1つ以上備えた場合でも、基本的には、このような構造の複合水酸化物を焼成する際に、中心部、第1の高密度層、外部高密度層、および外殻部が、焼結収縮により実質的に一体化し、かつ、内部に生じた空隙部が連通孔を通じて外部と連通する構造が得られる。したがって、このような構造では、得られる正極活物質全体の構造の崩れにくさを維持しつつ、空隙部が形成する箇所が多くなり、さらに、空隙部と外部とを連通する連通孔を形成する部位が多くなる結果、正極抵抗のさらなる低減を図ることが可能となる。   In the present invention, as long as the basic center portion, the first low density layer, the first high density layer, the second low density layer, and the outer shell portion have a predetermined thickness, the high density layer and the low density layer are low. Even when one or more laminated structures composed of density layers are further provided, basically, when the composite hydroxide having such a structure is fired, the central portion, the first high-density layer, and the external high-density layer And the outer shell part is substantially integrated by sintering shrinkage, and a structure in which the void part formed inside communicates with the outside through the communication hole is obtained. Therefore, in such a structure, while maintaining the structure of the entire positive electrode active material that is difficult to be collapsed, the number of places where the voids are formed is increased, and further, communication holes that communicate the voids and the outside are formed. As a result of the increase in the number of parts, it is possible to further reduce the positive electrode resistance.

ここで、中心部粒径比、第1低密度層粒径比、第1高密度粒径比、第2低密度層粒径比、および外殻部粒径比、さらに外部低高度層粒径比、外部低密度層粒径比は、それぞれ複合水酸化物の断面を、電界放出型走査電子顕微鏡(FE−SEM)などの走査電子顕微鏡(SEM)で観察することにより求めることができる。   Here, the central part particle size ratio, the first low density layer particle size ratio, the first high density particle size ratio, the second low density layer particle size ratio, the outer shell particle size ratio, and the external low altitude layer particle size The ratio and the external low density layer particle size ratio can be determined by observing the cross section of the composite hydroxide with a scanning electron microscope (SEM) such as a field emission scanning electron microscope (FE-SEM).

具体的には、まず、二次粒子における中心部、それぞれの層および外殻部が判別できる程度の視野において、二次粒子の断面を観察する。二次粒子の外縁上の任意2点間の最大長さ、および中心部の外縁上の任意2点間の最大長さをそれぞれ測定し、それらの値を、それぞれ二次粒子の粒径および中心部の外径とする。また、1つの二次粒子に対して3か所以上の任意の位置におけるそれぞれの層および外殻部の厚さをそれぞれ測定し、その平均値を求める。ここで、それぞれの層の厚さは、二次粒子の断面における、該層の最内縁から任意の一点を選び、該層の最外縁までの長さが最短となる2点間の長さとする。   Specifically, first, the cross section of the secondary particle is observed in a field of view that allows the central part, each layer, and the outer shell part of the secondary particle to be distinguished. The maximum length between any two points on the outer edge of the secondary particle and the maximum length between any two points on the outer edge of the central part are measured, and these values are respectively determined as the particle size and center of the secondary particle. The outer diameter of the part. Further, the thicknesses of the respective layers and outer shells at arbitrary positions at three or more locations are measured for one secondary particle, and the average value is obtained. Here, the thickness of each layer is an arbitrary point from the innermost edge of the layer in the cross section of the secondary particle, and is the length between two points where the length to the outermost edge of the layer is the shortest. .

これらの中心部の外径、それぞれの層の厚さ、および外殻部の厚さを、複合水酸化物を構成する二次粒子の粒径で除することにより、中心部粒径比、第1低密度層粒径比、第1高密度粒径比、第2低密度粒径比、および外殻部粒径比、さらには外部高密度層粒径比と外部低密度層粒径比をそれぞれ求める。同様の測定を10個以上の複合水酸化物に対して行い、それらの平均値を算出することで、その試料全体における、中心部粒径比、第1低密度層粒径比、第1高密度粒径比、第2低密度粒径比、および外殻部粒径比、さらには外部高密度層粒径比と外部低密度層粒径比を最終的に決定する。   By dividing the outer diameter of these central parts, the thickness of each layer, and the thickness of the outer shell part by the particle diameter of the secondary particles constituting the composite hydroxide, 1 low density layer particle size ratio, first high density particle size ratio, second low density particle size ratio, outer shell particle size ratio, and external high density layer particle size ratio and external low density layer particle size ratio Ask for each. The same measurement is performed on 10 or more composite hydroxides, and the average value thereof is calculated, whereby the central part particle size ratio, the first low density layer particle size ratio, the first high value in the entire sample are calculated. The density particle size ratio, the second low density particle size ratio, the outer shell particle size ratio, and the external high density layer particle size ratio and the external low density layer particle size ratio are finally determined.

(1−5)一次粒子
本発明の複合水酸化物において、中心部および低密度層の構成要素である微細一次粒子は、平均粒径が、0.01μm〜0.3μmであることが好ましく、0.1μm〜0.3μmであることがより好ましい。ここで、微細一次粒子の平均粒径が、0.01μm未満であると、低密度層の厚みを満足に得ることができない場合がある。一方、微細一次粒子の平均粒径が、0.3μmよりも大きくなると、正極活物質を作製するための焼成工程において、低温域における焼成時に、加熱による体積収縮が十分に進行せず、中心部および低密度層と、高密度層および外殻部との体積収縮量の差が小さくなるため、正極活物質の二次粒子の内部に十分な大きさの空隙部が形成されない、あるいは、正極活物質の二次粒子において、空隙部と二次粒子の外部とを連通する、十分な大きさの連通孔が形成されない場合がある。
(1-5) Primary particles In the composite hydroxide of the present invention, the fine primary particles that are constituent elements of the central portion and the low-density layer preferably have an average particle diameter of 0.01 μm to 0.3 μm. More preferably, it is 0.1 μm to 0.3 μm. Here, when the average particle size of the fine primary particles is less than 0.01 μm, the thickness of the low density layer may not be obtained satisfactorily. On the other hand, when the average particle size of the fine primary particles is larger than 0.3 μm, the volume shrinkage due to heating does not sufficiently proceed during the firing step in the low temperature region in the firing step for producing the positive electrode active material, and the central portion In addition, since the difference in volume shrinkage between the low density layer, the high density layer and the outer shell portion is small, a sufficiently large void portion is not formed inside the secondary particles of the positive electrode active material, or the positive electrode active material In the secondary particles of the substance, there is a case where a sufficiently large communication hole that communicates the void portion and the outside of the secondary particle is not formed.

このような微細一次粒子の形状は、針状であることが好ましい。針状一次粒子は、一次元的な方向性を有する形状であるため、粒子が凝集したときに、隙間の多い構造、すなわち、密度の低い構造を形成する。これにより、低密度層と、中心部、高密度層および外殻部との密度差を十分に大きなものとすることができる。   The shape of such fine primary particles is preferably needle-like. Since the acicular primary particles have a shape having a one-dimensional directionality, when the particles are aggregated, a structure with many gaps, that is, a structure with low density is formed. Thereby, the density difference between the low density layer and the central portion, the high density layer, and the outer shell portion can be made sufficiently large.

一方、複合水酸化物を構成する二次粒子の中心部、高密度層、外殻部を形成する板状一次粒子は、平均粒径が0.3μm〜3μmであることが好ましく、0.4μm〜1.5μmであることがより好ましく、0.4μm〜1.0μmであることがさらに好ましい。板状一粒子の平均粒径が0.3μm未満のときは、正極活物質を作製するための焼成工程において、板状一次粒子の体積収縮も低温域においても生じてしまうため、中心部および低密度層との体積収縮量の差が小さくなるため、正極活物質の内部において十分な数の空隙部が得られなかったり、または、空隙部と二次粒子の外部とを連通する連通孔の形成に繋がる十分な大きさの空隙部が形成されなかったりする場合がある。一方、板状一次粒子の平均粒径が3μmより大きいときは、正極活物質を作製する際の焼成工程において、正極活物質の結晶性を高めるために、より高温での焼成が必要となり、複合水酸化物を構成する二次粒子間の焼結が進行し、正極活物質の平均粒径や粒度分布を所定の範囲に設定することが困難となる。   On the other hand, the plate-like primary particles forming the central part, the high density layer, and the outer shell part of the secondary particles constituting the composite hydroxide preferably have an average particle diameter of 0.3 μm to 3 μm, and 0.4 μm More preferably, it is -1.5 micrometers, and it is further more preferable that it is 0.4 micrometer-1.0 micrometer. When the average particle size of the plate-like single particles is less than 0.3 μm, the volume shrinkage of the plate-like primary particles also occurs in the low temperature region in the firing step for producing the positive electrode active material. Since the difference in volume shrinkage with the density layer becomes small, a sufficient number of voids cannot be obtained inside the positive electrode active material, or formation of communication holes that communicate the voids with the outside of the secondary particles In some cases, a sufficiently large gap portion that leads to is not formed. On the other hand, when the average particle size of the plate-like primary particles is larger than 3 μm, it is necessary to perform firing at a higher temperature in order to increase the crystallinity of the positive electrode active material in the firing step when producing the positive electrode active material. Sintering between the secondary particles constituting the hydroxide proceeds, and it becomes difficult to set the average particle size and particle size distribution of the positive electrode active material within a predetermined range.

なお、微細一次粒子と板状一次粒子の平均粒径の差は0.1μm以上あることが好ましく、0.2μm以上あることがさらに好ましい。また、微細一次粒子がその他の構造、たとえば針状よりも板状に近い構造である場合にも、微細一次粒子と板状一次粒子の平均粒径の差は0.2μm以上あることが好ましく、0.3μm以上あることがさらに好ましい。   The difference in average particle size between the fine primary particles and the plate-like primary particles is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.2 μm or more. In addition, even when the fine primary particles have another structure, for example, a structure closer to a plate shape than a needle shape, the difference in average particle size between the fine primary particles and the plate-like primary particles is preferably 0.2 μm or more, More preferably, it is 0.3 μm or more.

また、微細一次粒子および板状一次粒子の平均粒径は、複合水酸化物を樹脂などに埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工などにより、その断面観察が可能な状態とした後、その断面について、FE−SEMなどのSEMを用いて観察し、次のようにして求めることができる。具体的には、はじめに、複合酸化物を構成する二次粒子の断面に存在する10個以上の微細一次粒子または板状一次粒子の最大外径(長軸径)を測定し、その平均値を求め、この値を、この二次粒子における微細一次粒子または板状一次粒子の粒径とする。次に、10個以上の二次粒子について、同様に微細一次粒子および板状一次粒子の粒径を求める。最後に、これらの二次粒子について得られた粒径の平均を求めることにより、これらの二次粒子を含む複合水酸化物全体の微細一次粒子または板状一次粒子の平均粒径を決定する。   In addition, the average particle diameter of the fine primary particles and the plate-like primary particles is determined by embedding the composite hydroxide in a resin or the like and making it possible to observe the cross section by cross section polisher processing. Observation can be performed using an SEM such as SEM, and can be obtained as follows. Specifically, first, the maximum outer diameter (major axis diameter) of 10 or more fine primary particles or plate-like primary particles existing in the cross section of the secondary particles constituting the composite oxide is measured, and the average value is calculated. This value is determined as the particle size of the fine primary particles or plate-like primary particles in the secondary particles. Next, the particle diameters of fine primary particles and plate-like primary particles are similarly determined for 10 or more secondary particles. Finally, by determining the average particle diameter obtained for these secondary particles, the average particle diameter of the fine primary particles or plate-like primary particles of the entire composite hydroxide containing these secondary particles is determined.

(1−6)遷移金属含有複合水酸化物の組成
本発明の複合水酸化物は、その二次粒子の粒子構造に特徴を有するものであるから、本発明が適用される複合水酸化物に関して、その組成が制限されることはないが、本発明は、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される複合水酸化物に好適に適用される。このような組成を有する複合水酸化物を前駆体とすることで、より高い電池性能を実現可能な、一般式(B)の組成で表される正極活物質を容易に得ることができる。
(1-6) Composition of transition metal-containing composite hydroxide Since the composite hydroxide of the present invention is characterized by the particle structure of its secondary particles, it relates to the composite hydroxide to which the present invention is applied. Although the composition thereof is not limited, the present invention is not limited to the general formula (A): Ni x Mn y Co z M t (OH) 2 + a (x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0 .05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ a ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, It is suitably applied to a composite hydroxide represented by one or more additive elements selected from Nb, Mo, Hf, Ta, and W. By using the composite hydroxide having such a composition as a precursor, a positive electrode active material represented by the composition of the general formula (B) that can realize higher battery performance can be easily obtained.

このような組成を有する複合水酸化物において、添加元素(M)は、晶析反応によって、遷移金属(ニッケル、コバルト、およびマンガン)とともに晶析させ、複合水酸化物中に均一に分散させることもできるが、晶析反応後に、複合水酸化物を構成する二次粒子の最表面を、添加元素(M)を主として含む化合物により被覆してもよい。また、正極活物質の作製の際の混合工程において、複合水酸化物に対して、リチウム化合物とともに、添加元素(M)を含む化合物を混合することも可能である。また、これらの方法を併用してもよい。いずれの方法による場合であっても、最終的に複合水酸化物が一般式(A)で表される組成を含む所望の組成となるように、その含有量を調整することが必要となる。   In the composite hydroxide having such a composition, the additive element (M) is crystallized together with transition metals (nickel, cobalt, and manganese) by a crystallization reaction, and is uniformly dispersed in the composite hydroxide. However, after the crystallization reaction, the outermost surface of the secondary particles constituting the composite hydroxide may be coated with a compound mainly containing the additive element (M). In addition, in the mixing step in producing the positive electrode active material, it is possible to mix a compound containing the additive element (M) together with the lithium compound in the composite hydroxide. Moreover, you may use these methods together. Regardless of which method is used, it is necessary to adjust the content so that the composite hydroxide finally has a desired composition including the composition represented by the general formula (A).

なお、一般式(A)で表される複合水酸化物において、これを構成するニッケル、マンガン、コバルト、および添加元素Mの組成範囲およびその臨界的意義は、一般式(B)で表される正極活物質と同様である。このため、これらの事項について、ここでの説明は省略する。   In the composite hydroxide represented by the general formula (A), the composition range of nickel, manganese, cobalt, and the additive element M constituting the composite hydroxide and the critical significance thereof are represented by the general formula (B). The same as the positive electrode active material. For this reason, description of these matters is omitted here.

2.遷移金属複合水酸化物の製造方法
(2−1)供給水溶液
本発明の複合水酸化物の製造方法では、反応槽内に、少なくとも遷移金属、好ましくは、ニッケル、ニッケルとマンガン、またはニッケルとマンガンとコバルトを含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、pH調整剤によって該反応水溶液のpH値を所定範囲に調整しつつ、晶析反応によって、複合水酸化物を得る。
2. Method for producing transition metal composite hydroxide (2-1) Supply aqueous solution In the method for producing composite hydroxide of the present invention, at least a transition metal, preferably nickel, nickel and manganese, or nickel and manganese in the reaction vessel. And a raw material aqueous solution containing cobalt and an aqueous solution containing an ammonium ion supplier to form a reaction aqueous solution, and by adjusting the pH value of the reaction aqueous solution to a predetermined range with a pH adjuster, A composite hydroxide is obtained.

a)原料水溶液
本発明においては、原料水溶液中に含まれる金属元素の比率が、実質的に得られる複合水酸化物の組成となる。このため、原料水溶液は、目的とする複合水酸化物の組成に応じて、それぞれの金属成分の含有量を適宜調整することが必要となる。たとえば、一般式(A)で表される組成を有する複合水酸化物を得ようとする場合には、原料水溶液中の金属元素の比率を、Ni:Mn:Co:M=x:y:z;t(ただし、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1)となるように調整することが必要となる。ただし、上述したように添加元素Mを別工程で導入する場合には、原料水溶液に添加元素Mが含まれないようにする。また、核生成工程と粒子成長工程とにおいて、添加元素Mの添加の有無、あるいは、遷移金属や添加元素Mの含有比率を変更することも可能である。
a) Raw Material Aqueous Solution In the present invention, the ratio of metal elements contained in the raw material aqueous solution is substantially the composition of the composite hydroxide obtained. For this reason, it is necessary for the raw material aqueous solution to appropriately adjust the content of each metal component according to the composition of the target composite hydroxide. For example, when a composite hydroxide having a composition represented by the general formula (A) is to be obtained, the ratio of metal elements in the raw material aqueous solution is set to Ni: Mn: Co: M = x: y: z. ; T (where x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1) It is necessary to do. However, as described above, when the additive element M is introduced in a separate process, the additive element M is not included in the raw material aqueous solution. Further, in the nucleation step and the particle growth step, it is possible to change whether or not the additive element M is added or the content ratio of the transition metal and the additive element M.

原料水溶液を調製するための、遷移金属の化合物は、特に制限されることはないが、取扱いの容易性から、水溶性の硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩などを用いることが好ましく、原料コストやハロゲン成分の混入を防止する観点から、硫酸塩を用いることが特に好ましい。   The transition metal compound for preparing the raw material aqueous solution is not particularly limited, but from the viewpoint of easy handling, it is preferable to use water-soluble nitrates, sulfates, hydrochlorides, etc. From the viewpoint of preventing mixing of components, it is particularly preferable to use sulfate.

また、複合水酸化物中に添加元素M(Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)を含有させる場合には、添加元素Mを供給するための化合物として、同様に水溶性の化合物が好ましく、たとえば、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、硫酸ハフニウム、タンタル酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸アンモニウムなどを好適に用いることができる。   Further, an additive element M (M is one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W) in the composite hydroxide. When contained, the compound for supplying the additive element M is preferably a water-soluble compound, for example, magnesium sulfate, calcium sulfate, aluminum sulfate, titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, potassium titanium oxalate, Vanadium sulfate, ammonium vanadate, chromium sulfate, potassium chromate, zirconium sulfate, niobium oxalate, ammonium molybdate, hafnium sulfate, sodium tantalate, sodium tungstate, ammonium tungstate and the like can be suitably used.

原料水溶液の濃度は、金属化合物の合計物質量に基づいて決定されるが、好ましくは1mol/L〜2.6mol/L、より好ましくは1.5mol/L〜2.2mol/Lとする。原料水溶液の濃度が1mol/L未満では、反応槽容積あたりの晶析物量が少なくなるため、生産性が低下する。一方、混合水溶液の濃度が2.6mol/Lを超えると、常温での飽和濃度を超えるため、それぞれの金属化合物の結晶が再析出して、配管などを詰まらせるおそれがある。   The concentration of the raw material aqueous solution is determined based on the total amount of the metal compound, but is preferably 1 mol / L to 2.6 mol / L, more preferably 1.5 mol / L to 2.2 mol / L. When the concentration of the raw material aqueous solution is less than 1 mol / L, the amount of crystallized material per reaction tank volume decreases, and thus productivity decreases. On the other hand, if the concentration of the mixed aqueous solution exceeds 2.6 mol / L, it exceeds the saturation concentration at room temperature, and thus the crystals of the respective metal compounds may reprecipitate and clog piping and the like.

上記金属化合物は、必ずしも原料水溶液として反応槽に供給しなくてもよい。たとえば、混合すると反応して目的とする化合物以外の化合物が生成されてしまう金属化合物を用いて晶析反応を行う場合には、すべての金属化合物水溶液の合計の濃度が上記範囲となるように、個別に金属化合物水溶液を調製して、それぞれの金属化合物の水溶液として、所定の割合で反応槽内に供給してもよい。   The metal compound is not necessarily supplied to the reaction vessel as a raw material aqueous solution. For example, when a crystallization reaction is performed using a metal compound that reacts when mixed to produce a compound other than the target compound, the total concentration of all the metal compound aqueous solutions is within the above range. You may prepare metal compound aqueous solution separately, and you may supply in a reaction tank in predetermined ratio as aqueous solution of each metal compound.

また、原料水溶液の供給量は、粒子成長工程の終了時点において、反応水溶液中の生成物の濃度が、好ましくは30g/L〜200g/L、より好ましくは80g/L〜150g/Lとなるようにする。生成物の濃度が30g/L未満では、一次粒子の凝集が不十分になる場合がある。一方、200g/Lを超えると、反応槽内において、反応水溶液の攪拌が十分に行われず、凝集条件が不均一となるため、粒子成長に偏りが生じる場合がある。   The supply amount of the raw material aqueous solution is such that the concentration of the product in the reaction aqueous solution is preferably 30 g / L to 200 g / L, more preferably 80 g / L to 150 g / L at the end of the particle growth step. To. When the concentration of the product is less than 30 g / L, the primary particles may be insufficiently aggregated. On the other hand, if it exceeds 200 g / L, the reaction aqueous solution is not sufficiently stirred in the reaction tank, and the aggregation conditions become non-uniform, which may cause uneven grain growth.

b)アルカリ性水溶液
反応水溶液中のpH値を調整するためのアルカリ性水溶液は、特に制限されることはなく、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの一般的なアルカリ金属水酸化物水溶液を用いることができる。なお、アルカリ金属水酸化物を、固体の状態で、直接、反応水溶液に添加することもできるが、pH制御の容易さの観点から、水溶液として添加することが好ましい。この場合、アルカリ金属水酸化物水溶液の濃度を、好ましくは20質量%〜50質量%、より好ましくは20質量%〜30質量%とする。アルカリ金属水溶液の濃度をこのような範囲に設定することにより、反応系に供給する溶媒量、すなわち水の量を抑制しつつ、反応槽内での添加位置による、局所的なpH値の上昇を防止することができるため、粒度分布の狭い複合遷移金属複合水酸化物粒子を効率的に得ることが可能となる。
b) Alkaline aqueous solution The alkaline aqueous solution for adjusting the pH value in the reaction aqueous solution is not particularly limited, and a general alkali metal hydroxide aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide can be used. . Although the alkali metal hydroxide can be directly added to the reaction aqueous solution in a solid state, it is preferably added as an aqueous solution from the viewpoint of ease of pH control. In this case, the concentration of the alkali metal hydroxide aqueous solution is preferably 20% by mass to 50% by mass, more preferably 20% by mass to 30% by mass. By setting the concentration of the alkali metal aqueous solution in such a range, the amount of solvent supplied to the reaction system, that is, the amount of water is suppressed, and the local pH value is increased by the addition position in the reaction tank. Therefore, it is possible to efficiently obtain composite transition metal composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution.

なお、アルカリ水溶液の供給方法は、反応水溶液のpH値が、局所的に高くならず、かつ所定の範囲に維持される限り、特に制限されることはない。たとえば、反応水溶液を十分に撹拌しながら、定量ポンプなどの流量制御が可能なポンプにより供給すればよい。   The method for supplying the alkaline aqueous solution is not particularly limited as long as the pH value of the reaction aqueous solution is not locally increased and is maintained within a predetermined range. For example, the reaction aqueous solution may be supplied by a pump capable of controlling the flow rate such as a metering pump while sufficiently stirring.

c)アンモニウムイオン供給体を含む水溶液
アンモニウムイオン供給体を含む水溶液も、反応水溶液中において、アンモニウムイオンを供給可能であれば、特に制限されることはなく、たとえば、アンモニア水、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などの水溶液を使用することができる。
c) Aqueous solution containing ammonium ion donor The aqueous solution containing an ammonium ion donor is not particularly limited as long as ammonium ions can be supplied in the reaction aqueous solution. For example, aqueous ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, An aqueous solution of ammonium carbonate, ammonium fluoride or the like can be used.

アンモニウムイオン供給体として、アンモニア水を使用する場合には、その濃度は、好ましくは20質量%〜30質量%、より好ましくは22質量%〜28質量%とする。アンモニア水の濃度をこのような範囲に設定することにより、揮発などによる反応槽からのアンモニアの損失を最小限に抑制することができるため、生産効率の向上を図ることが可能となる。   When ammonia water is used as the ammonium ion supplier, the concentration is preferably 20% by mass to 30% by mass, more preferably 22% by mass to 28% by mass. By setting the concentration of the ammonia water in such a range, loss of ammonia from the reaction tank due to volatilization or the like can be suppressed to the minimum, so that production efficiency can be improved.

なお、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液の供給方法も、アルカリ水溶液と同様に、流量制御が可能なポンプにより供給することができる。   In addition, the supply method of the aqueous solution containing an ammonium ion supply body can also be supplied by a pump capable of controlling the flow rate, similarly to the alkaline aqueous solution.

(2−2)晶析反応
本発明の複合水酸化物の製造方法では、晶析反応を、主として核生成が行われる核生成工程と、主として粒子成長が行われる粒子成長工程との2つの工程に明確に分離し、それぞれの工程における晶析反応の条件を調整するとともに、粒子成長工程において、原料水溶液の供給を継続しながら、反応雰囲気、すなわち反応水溶液内の雰囲気を、非酸化性雰囲気と酸化性雰囲気とに、適宜切り替えることを特徴としている。特に、この雰囲気の切り替え時に、反応水溶液中に、雰囲気ガス、すなわち酸化性ガス、もしくは、不活性ガスあるいはこれらの混合ガスを送り込み、これらのガスと反応水溶液を直接接触させ、反応雰囲気を速やかに切り換えることにより、上述した低密度層と高密度層とが積層した粒子構造、平均粒径、および粒度分布を備える複合水酸化物を効率よく得ることを可能としている。
(2-2) Crystallization Reaction In the method for producing a composite hydroxide of the present invention, the crystallization reaction is performed in two steps: a nucleation step in which nucleation is mainly performed and a particle growth step in which particle growth is mainly performed. In the particle growth process, the supply of the raw material aqueous solution is continued while the reaction atmosphere, that is, the atmosphere in the reaction aqueous solution is changed to a non-oxidizing atmosphere. It is characterized by switching appropriately to an oxidizing atmosphere. In particular, at the time of switching the atmosphere, an atmosphere gas, that is, an oxidizing gas, an inert gas, or a mixed gas thereof is sent into the reaction aqueous solution, and these gases and the reaction aqueous solution are brought into direct contact so that the reaction atmosphere can be quickly changed. By switching, it is possible to efficiently obtain a composite hydroxide having a particle structure in which the above-described low-density layer and high-density layer are laminated, an average particle size, and a particle size distribution.

[核生成工程]
核生成工程では、はじめに、複合水酸化物の原料となる遷移金属の化合物を水に溶解し、原料水溶液を調製する。同時に、反応槽内に、アルカリ性水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを含む水溶液を供給する。これと原料水溶液を混合して、液温25℃基準で測定するpH値が、12.0〜14.0、アンモニウムイオン濃度が、3g/L〜25g/Lとなる反応水溶液を調製する。ここで、反応水溶液のpH値はpH計により、アンモニウムイオン濃度はイオンメータにより測定することができる。
[Nucleation process]
In the nucleation step, first, a transition metal compound as a raw material for the composite hydroxide is dissolved in water to prepare a raw material aqueous solution. At the same time, an aqueous solution containing an alkaline aqueous solution and an ammonium ion supplier is supplied into the reaction vessel. This is mixed with a raw material aqueous solution to prepare a reaction aqueous solution having a pH value of 12.0 to 14.0 and an ammonium ion concentration of 3 g / L to 25 g / L measured on the basis of a liquid temperature of 25 ° C. Here, the pH value of the reaction aqueous solution can be measured by a pH meter, and the ammonium ion concentration can be measured by an ion meter.

次に、この反応水溶液を撹拌しながら、原料水溶液を供給する。これにより、反応槽内には、核生成工程における反応水溶液が形成される。この反応水溶液のpH値は上記範囲にあるため、核生成工程では、核はほとんど成長することなく、核生成が優先的に起こる。なお、核生成工程では、核の生成に伴い、反応水溶液のpH値およびアンモニウムイオンの濃度が変化するので、アルカリ性水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、反応水溶液のpH値が、液温25℃基準でpH12.0〜14.0の範囲に、アンモニウムイオンの濃度が3g/L〜25g/Lの範囲に維持されるように制御する。   Next, the aqueous raw material solution is supplied while stirring the aqueous reaction solution. Thereby, the reaction aqueous solution in a nucleation process is formed in a reaction tank. Since the pH value of the reaction aqueous solution is in the above range, in the nucleation step, nucleation occurs preferentially with almost no nuclei growing. In the nucleation step, the pH value of the reaction aqueous solution and the ammonium ion concentration change with the generation of the nuclei, so that an alkaline aqueous solution and an aqueous ammonia solution are supplied in a timely manner. The pH is controlled so that the concentration of ammonium ions is maintained in the range of 3 g / L to 25 g / L in the range of pH 12.0 to 14.0.

また、核生成工程中は、反応槽内の反応水溶液に不活性ガスを流通させて、反応雰囲気を酸素濃度が5容量%より低い非酸化性雰囲気に調整する。ここで、不活性ガスの反応槽内の反応水溶液への供給方法は、反応水溶液と接する反応槽内の空間への供給、または散気管などを用いて反応水溶液中に直接供給する方法の、いずれの方法でも可能である。ただし、核生成工程における反応雰囲気の調整は、反応槽内へ不活性ガスを供給することで十分である。   Further, during the nucleation step, an inert gas is circulated through the reaction aqueous solution in the reaction tank to adjust the reaction atmosphere to a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration lower than 5% by volume. Here, the supply method of the inert gas to the reaction aqueous solution in the reaction tank may be either the supply to the space in the reaction tank in contact with the reaction aqueous solution or the method of supplying directly into the reaction aqueous solution using an air diffuser or the like. This method is also possible. However, it is sufficient to adjust the reaction atmosphere in the nucleation step by supplying an inert gas into the reaction vessel.

核生成工程では、反応水溶液に、原料水溶液、アルカリ性水溶液、およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することにより、連続的に核の生成反応を継続させ、反応水溶液中に、所定量の核が生成した時点で、核生成工程を終了する。   In the nucleation step, by supplying an aqueous solution containing an aqueous raw material solution, an alkaline aqueous solution, and an ammonium ion supplier to the reaction aqueous solution, the nucleation reaction is continuously continued, and a predetermined amount of nuclei are contained in the reaction aqueous solution. At the time of generation, the nucleation process is terminated.

この際、核の生成量は、反応水溶液に供給した原料水溶液に含まれる金属化合物の量から判断することができる。核生成工程における核の生成量は、特に制限されないが、粒度分布の狭い複合水酸化物を得るためには、核生成工程および粒子成長工程を通じて供給される原料水溶液に含まれる金属化合物中の金属元素の量全体に対して、0.1原子%〜2原子%とすることが好ましく、0.1原子%〜1.5原子%とすることがより好ましい。なお、核生成工程における反応時間は、通常0.2分〜5分程度である。   At this time, the amount of nuclei generated can be determined from the amount of the metal compound contained in the raw material aqueous solution supplied to the reaction aqueous solution. The amount of nucleation in the nucleation step is not particularly limited, but in order to obtain a composite hydroxide with a narrow particle size distribution, the metal in the metal compound contained in the raw material aqueous solution supplied through the nucleation step and the particle growth step It is preferable to set it as 0.1 atomic%-2 atomic% with respect to the whole quantity of an element, and it is more preferable to set it as 0.1 atomic%-1.5 atomic%. The reaction time in the nucleation step is usually about 0.2 to 5 minutes.

[粒子成長工程]
核生成工程終了後、反応槽内の核生成用水溶液のpH値を、液温25℃基準で10.5〜12.0に調整し、粒子成長工程における反応水溶液を形成する。pH値は、アルカリ性水溶液の供給を停止することでも調整可能であるが、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を得るためには、一旦、すべての水溶液の供給を停止した後に、pH値を調整することが好ましい。具体的には、すべての水溶液の供給を停止した後、反応水溶液に、原料水溶液の作製に用いた金属化合物と同じ基を有する無機酸を供給することにより、pH値を調整することが好ましい。
[Particle growth process]
After completion of the nucleation step, the pH value of the aqueous solution for nucleation in the reaction vessel is adjusted to 10.5 to 12.0 on the basis of the liquid temperature of 25 ° C. to form a reaction aqueous solution in the particle growth step. The pH value can be adjusted by stopping the supply of the alkaline aqueous solution. However, in order to obtain composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution, the pH value is adjusted after stopping the supply of all the aqueous solutions. It is preferable to do. Specifically, after stopping the supply of all aqueous solutions, it is preferable to adjust the pH value by supplying the reaction aqueous solution with an inorganic acid having the same group as the metal compound used for preparing the raw material aqueous solution.

次に、この反応水溶液を撹拌しながら、原料水溶液の供給を再開する。このとき、反応水溶液のpH値は上記範囲にあるため、新たな核はほとんど生成せず、核の成長が進行し、遷移金属複合水酸化物の二次粒子が所定の粒径に達するまで、晶析反応を継続する。なお、粒子成長工程においても、粒子成長に伴い、反応水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度が変化するので、アルカリ性水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、pH値およびアンモニウムイオン濃度を上記範囲に維持することが必要である。なお、粒子成長工程における全体の反応時間は、通常1時間〜6時間程度である。   Next, the supply of the raw material aqueous solution is resumed while stirring the reaction aqueous solution. At this time, since the pH value of the reaction aqueous solution is in the above range, almost no new nuclei are generated, the growth of the nuclei proceeds, and the secondary particles of the transition metal composite hydroxide reach a predetermined particle size. Continue the crystallization reaction. In the particle growth process, the pH value and ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution change as the particle grows. Therefore, an alkaline aqueous solution and an aqueous ammonia solution are supplied in a timely manner, and the pH value and ammonium ion concentration are maintained within the above ranges. is necessary. In addition, the whole reaction time in a particle growth process is about 1 hour-about 6 hours normally.

特に、本発明の複合水酸化物の製造方法においては、核生成工程における不活性雰囲気を維持したまま、粒子成長工程の第1段階において、複合水酸化物を構成する二次粒子の中心部を形成する。次に、粒子成長工程の第1段階の終了後に、原料水溶液の供給を継続しながら、反応水溶液中に酸化性ガスを直接供給することにより、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸素の濃度が5容量%より高い酸化性雰囲気に切り替える。この粒子成長工程の第2段階において、複合水酸化物を構成する二次粒子の中心部の周囲に1層目の低密度層(第1の低密度層)が形成される。次いで、粒子成長工程の第2段階の終了後に、原料水溶液の供給を継続しながら、反応水溶液中に不活性ガスを直接供給することにより、酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に再度切り替える。この粒子成長工程の第3段階において、1層目の低密度層を被覆するように、1層目の高密度層(第1の高密度層)が形成される。次いで、粒子成長工程の第3段階の終了後に、原料水溶液の供給を継続しながら、反応水溶液中に酸化性ガスを直接供給することにより、非酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%より高い酸化性雰囲気に再度切り替える。この粒子成長工程の第4段階において、1層目の高密度層を被覆するように、2層目の低密度層(第2の低密度層)が形成される。さらに、粒子成長工程の第4段階の終了後に、原料水溶液の供給を継続しながら、反応水溶液中に不活性ガスを直接供給することにより、酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に再度切り替える。この粒子成長工程の第5段階(外殻部形成段階)において、2層目の低密度層を被覆するように、外殻部が形成される。   In particular, in the method for producing a composite hydroxide of the present invention, while maintaining the inert atmosphere in the nucleation step, in the first stage of the particle growth step, the central part of the secondary particles constituting the composite hydroxide is determined. Form. Next, after the completion of the first stage of the particle growth process, by continuously supplying the oxidizing gas into the reaction aqueous solution while continuing the supply of the raw material aqueous solution, the reaction atmosphere is changed from the non-oxidizing atmosphere to the oxygen concentration. Switch to an oxidizing atmosphere higher than 5% by volume. In the second stage of the particle growth process, a first low-density layer (first low-density layer) is formed around the center of the secondary particles constituting the composite hydroxide. Subsequently, after the completion of the second stage of the particle growth process, by supplying the inert gas directly into the reaction aqueous solution while continuing the supply of the raw material aqueous solution, non-oxidation with an oxygen concentration of 5% by volume or less from the oxidizing atmosphere is performed. Switch back to sexual atmosphere. In the third stage of the grain growth process, the first high-density layer (first high-density layer) is formed so as to cover the first low-density layer. Next, after completion of the third stage of the particle growth process, by supplying the oxidizing gas directly into the reaction aqueous solution while continuing the supply of the raw material aqueous solution, the oxygen concentration is higher than 5% by volume from the non-oxidizing atmosphere. Switch back to sexual atmosphere. In the fourth stage of the grain growth process, a second low-density layer (second low-density layer) is formed so as to cover the first high-density layer. Further, after the completion of the fourth stage of the particle growth process, non-oxidation with an oxygen concentration of 5% by volume or less from an oxidizing atmosphere is performed by supplying an inert gas directly into the reaction aqueous solution while continuing to supply the raw material aqueous solution. Switch back to sexual atmosphere. In the fifth stage (outer shell forming stage) of the grain growth process, the outer shell is formed so as to cover the second low-density layer.

このような雰囲気切り替えの制御により、複合水酸化物を構成する二次粒子の中心部と外殻部との間に、1つの高密度層が2つの低密度層に狭持される積層構造、すなわち、複合水酸化物を構成する二次粒子の内側から順に、中心部、第1の低密度層、第1の高密度層、第2の低密度層、および外殻部が配置されてなる積層構造が形成される。   By controlling the atmosphere switching as described above, a laminated structure in which one high-density layer is sandwiched between two low-density layers between the center part of the secondary particles constituting the composite hydroxide and the outer shell part, That is, the central portion, the first low density layer, the first high density layer, the second low density layer, and the outer shell portion are arranged in order from the inside of the secondary particles constituting the composite hydroxide. A laminated structure is formed.

粒子成長工程においては、反応槽内の反応水溶液に不活性ガスおよび/または酸化性ガスを流通させて、反応雰囲気を酸素濃度が5容量%より高い酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に、あるいは、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に速やかに切り替えることが好ましい。不活性ガスおよび/または酸化性ガスの反応槽内の反応水溶液への供給方法は、反応水溶液と接する反応槽内の空間への供給も可能であるが、散気管などを用いて反応水溶液中に直接供給する方法を採ることが好ましい。これにより、雰囲気の切り替え時間を短縮することができ、高密度層、低密度層、あるいは外殻部の厚さを小さく設計する場合でも、そのための反応時間を制御しやすくすることができる。   In the particle growth step, an inert gas and / or an oxidizing gas is circulated in the reaction aqueous solution in the reaction vessel, and the reaction atmosphere is changed from an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration higher than 5% by volume to an oxygen concentration of 5% by volume or less. It is preferable to quickly switch to a non-oxidizing atmosphere or from a non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere. The method of supplying the inert gas and / or oxidizing gas to the reaction aqueous solution in the reaction tank can also be supplied to the space in the reaction tank in contact with the reaction aqueous solution. It is preferable to adopt a method of supplying directly. Thereby, the switching time of the atmosphere can be shortened, and even when the thickness of the high density layer, the low density layer, or the outer shell portion is designed to be small, the reaction time for that can be easily controlled.

本発明では、晶析反応中に、上記のように雰囲気の切り替えを少なくとも4回行うことを特徴としている。外殻部形成段階における外殻部の形成の前において、同様にして、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気への切り替え、および、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替えを行う、反応雰囲気の制御を繰り返すこともできる。このような雰囲気切り替えの制御を2回繰り返した場合には、複合水酸化物を構成する二次粒子の中心部と外殻部との間に、2つの高密度層が3つの低密度層に狭持される構造、すなわち、複合水酸化物を構成する二次粒子の内側から順に、中心部、第1の低密度層、第1の高密度層、第2の低密度層、外部高密度層、外部低密度層、および外殻部が配置されてなる積層構造が形成される。   The present invention is characterized in that the atmosphere is switched at least four times as described above during the crystallization reaction. In the same manner, before the formation of the outer shell portion in the outer shell portion forming stage, the reaction atmosphere is switched from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere and from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere. The control can be repeated. When such control of atmosphere switching is repeated twice, two high-density layers become three low-density layers between the central part and outer shell part of the secondary particles constituting the composite hydroxide. The sandwiched structure, that is, the central part, the first low density layer, the first high density layer, the second low density layer, and the external high density in order from the inside of the secondary particles constituting the composite hydroxide. A laminated structure is formed in which a layer, an external low-density layer, and an outer shell are arranged.

なお、このような複合水酸化物の製造方法では、核生成工程および粒子成長工程において、反応水溶液中の金属イオンは、固体である核または一次粒子として析出する。このため、反応水溶液中の金属イオン量に対する、液体成分の割合が増加する。反応の進行とともに、反応水溶液中の金属イオン濃度が低下するため、特に、粒子成長工程においては、複合水酸化物の成長が停滞する可能性がある。したがって、液体成分の割合の増加、すなわち見かけ上の金属イオン濃度の低下を抑制するため、核生成工程終了後から粒子成長工程の途中において、反応水溶液の液体成分の一部を反応槽外に排出することが好ましい。具体的には、原料水溶液、アルカリ性水溶液、およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の反応槽への供給および反応水溶液の攪拌を一旦停止し、反応水溶液中の固体成分、すなわち複合水酸化物を沈降させて、反応水溶液の上澄み液のみを反応槽外に排出することが好ましい。このような操作により、反応水溶液における金属イオン濃度を維持することができるため、粒子成長が停滞するのを防止し、得られる複合水酸化物の粒度分布を好適な範囲に制御することができるばかりでなく、粉体としての密度も向上させることができる。   In such a method for producing a composite hydroxide, metal ions in the reaction aqueous solution are precipitated as solid nuclei or primary particles in the nucleation step and the particle growth step. For this reason, the ratio of the liquid component to the amount of metal ions in the reaction aqueous solution increases. As the reaction proceeds, the concentration of metal ions in the aqueous reaction solution decreases, so that the growth of the composite hydroxide may stagnate particularly in the particle growth step. Therefore, in order to suppress an increase in the proportion of the liquid component, that is, a decrease in the apparent metal ion concentration, a part of the liquid component of the reaction aqueous solution is discharged out of the reaction tank during the particle growth step after the nucleation step. It is preferable to do. Specifically, the supply of the raw material aqueous solution, the alkaline aqueous solution, and the aqueous solution containing the ammonium ion supplier to the reaction vessel and the stirring of the aqueous reaction solution are temporarily stopped, and the solid component in the reaction aqueous solution, that is, the composite hydroxide is allowed to settle. Thus, it is preferable to discharge only the supernatant of the reaction aqueous solution to the outside of the reaction tank. By such an operation, the metal ion concentration in the reaction aqueous solution can be maintained, so that the particle growth is prevented from stagnation and the particle size distribution of the resulting composite hydroxide can be controlled within a suitable range. In addition, the density as a powder can be improved.

[複合水酸化物の粒径制御]
複合水酸化物を構成する二次粒子の粒径は、核生成工程や粒子成長工程を行う時間、それぞれの工程における反応水溶液のpH値や、原料水溶液の供給量などにより制御することができる。たとえば、核生成工程を高いpH値において行う場合や、核生成工程を行う時間を長くする場合、あるいは、原料水溶液の金属濃度を増加させた場合には、核生成工程における核の生成量が増加し、粒子成長工程後に比較的粒径の小さな複合水酸化物が得られる。反対に、核生成工程における核の生成量を抑制することで、あるいは、粒子成長工程を行う時間を十分に長くすることで、粒径の大きな複合水酸化物を得ることができる。
[Particle size control of composite hydroxide]
The particle size of the secondary particles constituting the composite hydroxide can be controlled by the time for performing the nucleation step and the particle growth step, the pH value of the reaction aqueous solution in each step, the supply amount of the raw material aqueous solution, and the like. For example, when the nucleation step is performed at a high pH value, when the time for performing the nucleation step is increased, or when the metal concentration of the raw material aqueous solution is increased, the amount of nucleation generated in the nucleation step increases. Thus, a composite hydroxide having a relatively small particle size can be obtained after the particle growth step. On the other hand, a composite hydroxide having a large particle size can be obtained by suppressing the amount of nuclei generated in the nucleation step, or by sufficiently increasing the time for performing the particle growth step.

[晶析反応の別実施態様]
本発明の複合水酸化物の製造方法では、反応水溶液とは別に、粒子成長工程に適したpH値およびアンモニウムイオン濃度に調整された成分調整用水溶液を用意し、この成分調整用水溶液に、核生成工程後の反応水溶液、好ましくは核生成工程後の反応水溶液から液体成分の一部を除去したものを添加および混合して、これを反応水溶液として、粒子成長工程を行ってもよい。
[Another Embodiment of Crystallization Reaction]
In the method for producing a composite hydroxide of the present invention, a component adjusting aqueous solution adjusted to a pH value and an ammonium ion concentration suitable for the particle growth step is prepared separately from the reaction aqueous solution. The particle growth step may be carried out by adding and mixing a reaction aqueous solution after the production step, preferably a solution obtained by removing a part of the liquid component from the reaction aqueous solution after the nucleation step, and using this as the reaction aqueous solution.

この場合、核生成工程と粒子成長工程の分離をより確実に行うことができるため、それぞれの工程における反応水溶液を、最適な状態に制御することができる。特に、粒子成長工程の開始時から反応水溶液のpH値を最適な範囲に制御することができるため、得られる複合水酸化物の粒度分布をより狭いものとすることができる。   In this case, since the nucleation step and the particle growth step can be more reliably separated, the reaction aqueous solution in each step can be controlled to an optimum state. In particular, since the pH value of the reaction aqueous solution can be controlled within the optimum range from the start of the particle growth step, the particle size distribution of the resulting composite hydroxide can be made narrower.

(2−3)pH値
本発明の複合水酸化物の製造方法において、液温25℃基準におけるpH値を、核生成工程を行うときは、12.0〜14.0の範囲に、粒子成長工程を行うときは、10.5〜12.0の範囲に制御することが必要となる。なお、いずれの工程においても、晶析反応中のpH値の変動量は、設定値に対して、±0.2以内に制御することが好ましい。pH値の変動量が大きい場合には、核生成工程における核生成量と粒子成長工程における粒子成長の程度とが一定とならないため、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を得ることが困難となる。
(2-3) pH value In the method for producing a composite hydroxide of the present invention, when the nucleation step is performed, the pH value based on a liquid temperature of 25 ° C. is in the range of 12.0 to 14.0. When performing a process, it is necessary to control in the range of 10.5 to 12.0. In any step, it is preferable to control the fluctuation amount of the pH value during the crystallization reaction within ± 0.2 with respect to the set value. When the amount of variation in pH value is large, the amount of nucleation in the nucleation step and the degree of particle growth in the particle growth step are not constant, making it difficult to obtain composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution. .

a)核生成工程のpH値
核生成工程においては、反応水溶液のpH値を、液温25℃基準で、12.0〜14.0、好ましくは12.3〜13.5、より好ましくは12.5より大きく13.3以下の範囲に制御することが必要となる。これにより、反応水溶液中の核の成長を抑制し、核生成のみを優先させることが可能となり、この工程で生成する核を均質な大きさとし、かつ粒度分布の狭いものとすることができる。また、pH値を12.5より高くすることで、核生成をさらに優先させる結果、次工程の粒子成長工程において粒度分布をより狭小化させることが可能となる。pH値が12.0未満のときは、核生成とともに核の成長も進行するため、得られる複合水酸化物の粒径が不均一となり、粒度分布が広くなる。一方、pH値を14.0より高くすると、生成する核が微細になりすぎるため、反応水溶液がゲル化する問題が生じる。
a) pH value of the nucleation step In the nucleation step, the pH value of the reaction aqueous solution is 12.0 to 14.0, preferably 12.3 to 13.5, more preferably 12 based on the liquid temperature of 25 ° C. It is necessary to control within a range greater than .5 and less than 13.3. Thereby, it is possible to suppress the growth of nuclei in the reaction aqueous solution and give priority to only the nucleation, and the nuclei generated in this step can have a uniform size and a narrow particle size distribution. Further, by making the pH value higher than 12.5, it is possible to further narrow the particle size distribution in the next particle growth step as a result of further giving priority to nucleation. When the pH value is less than 12.0, the growth of nuclei proceeds with the nucleation, so that the resulting composite hydroxide has a non-uniform particle size and a wide particle size distribution. On the other hand, if the pH value is higher than 14.0, the generated nuclei become too fine, which causes a problem that the aqueous reaction solution gels.

b)粒子成長工程のpH値
粒子成長工程においては、反応水溶液のpH値を、液温25℃基準で、10.5〜12.0、好ましくは11.0〜12.0、より好ましくは11.5〜12.0の範囲に制御することが必要となる。これにより、新たな核の生成が抑制され、粒子成長を優先させることが可能となり、得られる複合水酸化物を均質かつ粒度分布が狭いものとすることができる。一方、pH値が10.5未満では、アンモニウムイオン濃度が上昇し、金属イオンの溶解度が高くなるため、晶析反応の速度が遅くなるばかりでなく、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、生産性が低下する。一方、pH値が12.0より高くなると、粒子成長工程中の核生成量が増加し、得られる複合水酸化物の粒径が不均一となり、粒度分布が広くなる。
b) pH value of the particle growth step In the particle growth step, the pH value of the reaction aqueous solution is 10.5 to 12.0, preferably 11.0 to 12.0, more preferably 11 based on the liquid temperature of 25 ° C. It is necessary to control within the range of .5 to 12.0. Thereby, generation of new nuclei is suppressed, it is possible to give priority to particle growth, and the resulting composite hydroxide can be made homogeneous and have a narrow particle size distribution. On the other hand, when the pH value is less than 10.5, the ammonium ion concentration increases and the solubility of metal ions increases, so that not only the rate of crystallization reaction is slowed but also the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases. And productivity is reduced. On the other hand, when the pH value is higher than 12.0, the amount of nucleation during the particle growth step increases, the particle size of the resulting composite hydroxide becomes non-uniform, and the particle size distribution becomes wide.

なお、反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値が12.0の場合は、核生成と核成長の境界条件であるため、反応水溶液中に存在する核の有無により、核生成工程または粒子成長工程のいずれかの条件とすることができる。たとえば、核生成工程のpH値を12.0より高くして多量に核生成を行わせた後、粒子成長工程のpH値を12.0とすると、反応水溶液中に反応体となる多量の核が存在するため、粒子成長が優先して起こり、粒径分布が狭い複合水酸化物粒子を得ることができる。一方、核生成工程のpH値を12.0とすると、反応水溶液中に成長する核が存在しないため、核生成が優先して起こり、粒子成長工程のpH値を12.0より小さくすることによって、生成した核の成長が進行する。   When the pH value of the reaction aqueous solution at 25 ° C. is 12.0, it is a boundary condition between nucleation and nucleation, so the nucleation process or particle growth depends on the presence or absence of nuclei present in the reaction aqueous solution. Any condition of the process can be used. For example, if the pH value of the nucleation step is higher than 12.0 and a large amount of nucleation is performed and then the pH value of the particle growth step is 12.0, a large amount of nuclei that become reactants in the reaction aqueous solution. Therefore, particle growth occurs preferentially, and composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution can be obtained. On the other hand, when the pH value of the nucleation step is 12.0, there is no nucleus that grows in the reaction aqueous solution, so that nucleation occurs preferentially, and the pH value of the particle growth step is made smaller than 12.0. The growth of the generated nuclei proceeds.

いずれの場合においても、粒子成長工程のpH値を核生成工程のpH値より低い値で制御すればよく、核生成と粒子成長とをより明確に分離するためには、粒子成長工程のpH値を核生成工程のpH値よりも、0.5以上低くすることが好ましく、1.0以上低くすることがより好ましい。   In any case, the pH value of the particle growth process may be controlled at a value lower than the pH value of the nucleation process. In order to more clearly separate nucleation and particle growth, the pH value of the particle growth process is used. Is preferably lower by 0.5 or more than the pH value of the nucleation step, more preferably by 1.0 or more.

(2−4)反応雰囲気
本発明の複合水酸化物の製造方法においては、それぞれの工程におけるpH値の制御とともに、反応雰囲気の制御が重要な意義を有する。すなわち、それぞれの工程におけるpH値を制御し、さらに、核生成工程と粒子成長工程の第1段階までの反応雰囲気を非酸化性雰囲気に調整することで、核が生成され、その後、それぞれの核が粒成長することにより、板状一次粒子が凝集した中心部が形成される。
(2-4) Reaction Atmosphere In the method for producing a composite hydroxide of the present invention, control of the reaction atmosphere is important as well as control of the pH value in each step. That is, by controlling the pH value in each step and further adjusting the reaction atmosphere up to the first stage of the nucleation step and the particle growth step to a non-oxidizing atmosphere, nuclei are generated, and thereafter As a result of grain growth, a central portion in which the plate-like primary particles are aggregated is formed.

本発明では、粒子成長工程の途中で、原料水溶液の供給を継続しながら、反応水溶液中に酸化性ガスを直接供給することにより、反応雰囲気を酸化性雰囲気に速やかに切り替えることにより、微細一次粒子が凝集して形成された層の形成に切り替え、さらに、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に速やかに切り替えることにより、板状一次粒子が凝集して形成された層の形成に切り替えて、低密度層と高密度層が積層した構造を得ることができる。   In the present invention, fine primary particles can be obtained by quickly switching the reaction atmosphere to the oxidizing atmosphere by supplying the oxidizing gas directly into the reaction aqueous solution while continuing the supply of the raw material aqueous solution in the middle of the particle growth process. By switching to the formation of a layer formed by agglomeration, and by quickly switching from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere, the formation of a layer formed by agglomeration of plate-like primary particles can be switched to a low density. A structure in which a layer and a high-density layer are stacked can be obtained.

このような反応雰囲気の制御において、低密度層に含まれる微細一次粒子は、針状となるが、複合水酸化物の組成によって、直方体状、楕円状、稜面体状などの形状もとりうる。この点については、高密度層を構成する板状一次粒子についても同様である。したがって、本発明の複合水酸化物の製造方法においては、目的とする複合水酸化物の組成に応じて、それぞれの段階における反応雰囲気を適切に制御することが必要となる。   In such control of the reaction atmosphere, the fine primary particles contained in the low-density layer are in the shape of needles, but can take shapes such as a rectangular parallelepiped shape, an elliptical shape, and a ridged surface shape depending on the composition of the composite hydroxide. The same applies to the plate-like primary particles constituting the high-density layer. Therefore, in the method for producing a composite hydroxide of the present invention, it is necessary to appropriately control the reaction atmosphere at each stage according to the composition of the target composite hydroxide.

a)非酸化性雰囲気
本発明の製造方法において、板状一次粒子からなる中心部、高密度層および外殻部を形成する段階における反応雰囲気を、非酸化性雰囲気に制御する。具体的には、反応雰囲気中における酸素濃度が、5容量%以下、好ましくは2容量%以下、より好ましくは1容量%以下となるように、アルゴンや窒素などの不活性ガス、あるいは、酸素などの酸化性ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いることができる。これにより、反応雰囲気における酸素濃度を十分に低減して不要な酸化を抑制しつつ、核生成工程で生成した核を一定の範囲まで成長させることができるため、複合水酸化物の高密度層を、平均粒径が0.3μm〜3μmの範囲にあって粒度分布が狭い板状一次粒子が、凝集した構造とすることができる。
a) Non-oxidizing atmosphere In the production method of the present invention, the reaction atmosphere in the step of forming the central portion, the high-density layer and the outer shell portion composed of plate-like primary particles is controlled to a non-oxidizing atmosphere. Specifically, an inert gas such as argon or nitrogen, oxygen, or the like so that the oxygen concentration in the reaction atmosphere is 5% by volume or less, preferably 2% by volume or less, more preferably 1% by volume or less. A mixed gas of an oxidizing gas and an inert gas can be used. As a result, it is possible to grow the nuclei generated in the nucleation step to a certain range while sufficiently reducing the oxygen concentration in the reaction atmosphere to suppress unnecessary oxidation, so that a high density layer of composite hydroxide can be formed. The plate-like primary particles having an average particle size in the range of 0.3 μm to 3 μm and a narrow particle size distribution can be aggregated.

b)酸化性雰囲気
一方、低密度層を形成する段階では、反応雰囲気を、酸化性雰囲に制御する。具体的には、反応雰囲気中における酸素濃度が、5容量%を超えるように、好ましくは10容量%以上、より好ましくは大気雰囲気(酸素濃度:21容量%)となるように制御する。反応雰囲気中の酸素濃度をこのような範囲に制御することにより、反応雰囲気における酸素濃度を十分に高くすることによって一次粒子の成長が抑制され、微細一次粒子の平均粒径が0.01μm〜0.3μmの範囲となるため、高密度層と十分な密度差を有する低密度層が形成される。
b) Oxidizing atmosphere On the other hand, in the step of forming the low density layer, the reaction atmosphere is controlled to an oxidizing atmosphere. Specifically, the oxygen concentration in the reaction atmosphere is controlled so as to exceed 5% by volume, preferably 10% by volume or more, more preferably the atmospheric air (oxygen concentration: 21% by volume). By controlling the oxygen concentration in the reaction atmosphere in such a range, the oxygen concentration in the reaction atmosphere is sufficiently increased to suppress the growth of primary particles, and the average particle size of the fine primary particles is 0.01 μm to 0 μm. Therefore, a low-density layer having a sufficient density difference from the high-density layer is formed.

なお、酸化性雰囲気中の酸素濃度の上限は特に制限されることはないが、酸素濃度が過度に高いと、一次粒子の平均粒径が0.01μm未満となり、低密度層が十分な厚さとならない場合がある。このため、酸化性雰囲気中の酸素濃度は30容量%以下とすることが好ましい。また、低密度層を構成する微細一次粒子と、高密度層および外殻部を構成する板状一次粒子とのサイズの差に起因する熱収縮量の差を明確なものとするため、雰囲気切り替え前後での酸素濃度の差を3容量%以上,好ましくは10容量%以上とすることが好ましい。   The upper limit of the oxygen concentration in the oxidizing atmosphere is not particularly limited, but if the oxygen concentration is excessively high, the average particle size of the primary particles becomes less than 0.01 μm, and the low-density layer has a sufficient thickness. It may not be possible. For this reason, the oxygen concentration in the oxidizing atmosphere is preferably 30% by volume or less. In addition, in order to clarify the difference in heat shrinkage due to the difference in size between the fine primary particles constituting the low-density layer and the plate-like primary particles constituting the high-density layer and the outer shell, the atmosphere is switched. The difference in oxygen concentration before and after is preferably 3% by volume or more, preferably 10% by volume or more.

c)雰囲気制御のタイミング
粒子成長工程における雰囲気制御は、目的とする粒子構造を有する複合水酸化物が形成されるように、適切なタイミングで行うことが必要となる。
c) Timing of Atmosphere Control Atmosphere control in the particle growth process needs to be performed at an appropriate timing so that a composite hydroxide having a target particle structure is formed.

本発明の複合水酸化物の製造方法において、反応水溶液中に雰囲気ガスを直接供給する場合には、反応雰囲気、すなわち反応場である反応水溶液中の酸素溶存量は、反応槽内の酸素濃度の変化に対して遅れることなく変化する。したがって、雰囲気の切り替え時間は、反応槽内の酸素濃度を測定することにより確認することができる。一方、反応槽内の反応水溶液に接する空間へと、雰囲気ガスを供給する場合には、反応水溶液の酸素溶存量の変化と反応槽内の酸素濃度の変化とにタイムラグが生じるため、反応槽内の酸素濃度の変化が安定するまでは、反応水溶液の酸素溶存量を、即時的に正しい値として確認することはできないが、同様に、反応槽内の酸素濃度が安定した後の測定値により確認することが可能である。このように、いずれの場合も、反応槽内の酸素濃度を基準として得られた雰囲気の切り替え時間を、反応場である反応水溶液中の酸素溶存量の切り替え時間とすることができ、よって、反応槽内の酸素濃度を基準として、反応雰囲気の時間的な制御を適切に行うことができる。   In the method for producing the composite hydroxide of the present invention, when the atmospheric gas is directly supplied to the reaction aqueous solution, the oxygen dissolved amount in the reaction aqueous solution, that is, the reaction aqueous solution as the reaction field, is the oxygen concentration in the reaction tank. Change without delay to change. Therefore, the atmosphere switching time can be confirmed by measuring the oxygen concentration in the reaction vessel. On the other hand, when the atmospheric gas is supplied to the space in contact with the reaction aqueous solution in the reaction tank, a time lag occurs between the change in the dissolved oxygen amount in the reaction aqueous solution and the change in the oxygen concentration in the reaction tank. Until the change in oxygen concentration in the reactor becomes stable, the dissolved oxygen amount in the reaction solution cannot be immediately confirmed as the correct value. Similarly, it is confirmed by the measured value after the oxygen concentration in the reaction vessel has stabilized. Is possible. As described above, in any case, the switching time of the atmosphere obtained based on the oxygen concentration in the reaction vessel can be set as the switching time of the dissolved oxygen amount in the reaction aqueous solution as the reaction field. The temporal control of the reaction atmosphere can be appropriately performed based on the oxygen concentration in the tank.

なお、本発明において、雰囲気の切り替えに要する時間は、粒子成長工程の全体に対して1%〜2%程度である。この時間は、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気、または酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替えるときも共通である。したがって、雰囲気の切り替え時間を、単独で厳密に管理することも可能であるが、通常は、雰囲気切り替え後の非酸化性雰囲気あるいは酸化性雰囲気の時間に含めて管理すれば十分である。   In the present invention, the time required for switching the atmosphere is about 1% to 2% with respect to the whole particle growth process. This time is also common when switching from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere, or from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere. Therefore, it is possible to strictly manage the atmosphere switching time alone, but it is usually sufficient to manage it by including it in the time of the non-oxidizing atmosphere or oxidizing atmosphere after the atmosphere switching.

本発明では、粒子成長工程の非酸化性雰囲気における第1段階の晶析反応時間は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは0.5%〜15%の範囲とし、より好ましくは3%〜13%の範囲とし、さらに好ましくは5%〜10%の範囲とする。非酸化性雰囲気におけるこの範囲の反応時間での反応により、適切な大きさの中心部が形成される。所定時間の経過後、反応水溶液への酸化性ガスの導入を開始して、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に切り替え、第1段階から第2段階に移行する。   In the present invention, the crystallization reaction time of the first stage in the non-oxidizing atmosphere of the particle growth process is preferably in the range of 0.5% to 15%, more preferably 3% with respect to the entire particle growth process time. % To 13%, and more preferably 5% to 10%. A reaction with this range of reaction times in a non-oxidizing atmosphere results in the formation of an appropriately sized center. After the elapse of a predetermined time, the introduction of the oxidizing gas into the reaction aqueous solution is started, the non-oxidizing atmosphere is switched to the oxidizing atmosphere, and the first stage is shifted to the second stage.

第1段階の非酸化性雰囲気からの切り替え開始後の酸化性雰囲気における第2段階での晶析反応時間(非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替え時間を含む)は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは4%〜22%の範囲、より好ましくは4%〜20%の範囲、さらに好ましくは5%〜18%の範囲とする。酸化性雰囲気におけるこの範囲の反応時間での反応により、正極活物質において適切な大きさの空隙部を形成させることができる、第1の低密度層が形成される。所定時間の経過後、反応水溶液への不活性ガスあるいは酸化性ガスと不活性ガスとの混合ガスの導入を開始して、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替え,第2段階から第3段階に移行する。   The crystallization reaction time in the second stage in the oxidizing atmosphere after the start of switching from the non-oxidizing atmosphere in the first stage (including the switching time from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere) is the particle growth process time. The total content is preferably 4% to 22%, more preferably 4% to 20%, and still more preferably 5% to 18%. By the reaction in this range of reaction time in an oxidizing atmosphere, a first low-density layer that can form an appropriately sized void in the positive electrode active material is formed. After a predetermined time has elapsed, the introduction of an inert gas or a mixed gas of an oxidizing gas and an inert gas into the reaction aqueous solution is started to switch from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere. From the second stage to the third stage Migrate to

第2段階の酸化性雰囲気からの切り替え開始後の非酸化性雰囲気における第3段階での晶析反応時間(酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気への切り替え時間を含む)は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは10%〜40%の範囲、より好ましくは12%〜35%の範囲、さらに好ましくは14%〜30%の範囲とする。非酸化性雰囲気におけるこの範囲の反応時間での反応により、正極活物質において、その内側に、外側との連通が可能な連通孔を備えた空隙部を形成することを可能とする、第1の高密度層が形成される。所定時間の経過後、反応水溶液への酸化性ガスの導入を開始して、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に切り替え,第3段階から第4段階に移行する。   The crystallization reaction time (including the switching time from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere) in the third stage in the non-oxidizing atmosphere after the start of switching from the oxidizing atmosphere in the second stage is the particle growth process time. The total content is preferably in the range of 10% to 40%, more preferably in the range of 12% to 35%, and still more preferably in the range of 14% to 30%. The reaction in this range of reaction time in a non-oxidizing atmosphere enables the positive electrode active material to form a void portion having a communication hole capable of communicating with the outside on the inside thereof. A high density layer is formed. After the elapse of a predetermined time, the introduction of the oxidizing gas into the reaction aqueous solution is started, the non-oxidizing atmosphere is switched to the oxidizing atmosphere, and the third stage is shifted to the fourth stage.

第3段階の非酸化性雰囲気からの切り替え開始後の第2回目の酸化性雰囲気における第4段階での晶析反応時間は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは15%〜40%の範囲、より好ましくは20%〜38%の範囲、さらに好ましくは25%〜35%の範囲とする。酸化性雰囲気におけるこの範囲の反応時間での反応により、正極活物質において適切な大きさの空隙部を形成させることができる、第2の低密度層が形成される。所定時間の経過後、反応水溶液への不活性ガスあるいは酸化性ガスと不活性ガスとの混合ガスの導入を開始して、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替え,第4段階から第5段階(外殻部形成段階)に移行する。   The crystallization reaction time in the fourth stage in the second oxidizing atmosphere after the start of switching from the non-oxidizing atmosphere in the third stage is preferably 15% to 40% with respect to the entire particle growth process time. More preferably in the range of 20% to 38%, still more preferably in the range of 25% to 35%. By the reaction in this range of reaction time in an oxidizing atmosphere, a second low-density layer that can form a void having an appropriate size in the positive electrode active material is formed. After the elapse of a predetermined time, introduction of an inert gas or a mixed gas of an oxidizing gas and an inert gas into the reaction aqueous solution is started to switch from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere. Move to (outer shell formation stage).

最後に、第4段階の酸化性雰囲気からの切り替え開始後の第2回目の非酸化性雰囲気における第5段階(外殻部形成段階)での晶析反応終了までの晶析反応時間は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは10%〜45%の範囲、より好ましくは12%〜40%の範囲、さらに好ましくは15%〜35%の範囲とする。非酸化性雰囲気におけるこの範囲の反応時間での反応により、正極活物質において、その内側に、外部との連通が可能な連通孔を備えた空隙部を形成することを可能とする、外殻部が形成される。   Finally, the crystallization reaction time until the end of the crystallization reaction in the fifth stage (outer shell formation stage) in the second non-oxidizing atmosphere after the start of the switching from the fourth stage oxidizing atmosphere is the particle size. The total growth process time is preferably in the range of 10% to 45%, more preferably in the range of 12% to 40%, and still more preferably in the range of 15% to 35%. The outer shell portion that enables the positive electrode active material to form a void portion with a communication hole that can communicate with the outside, by reaction within this range of reaction time in a non-oxidizing atmosphere. Is formed.

すなわち、上述のようなタイミングで反応雰囲気を順次切り替えることにより、中心部の大きさや、高密度層、低密度層、および外殻部の厚さを好適な範囲に制御することが可能となる。   That is, by sequentially switching the reaction atmosphere at the timing as described above, it is possible to control the size of the central portion and the thicknesses of the high-density layer, the low-density layer, and the outer shell portion within a suitable range.

なお、外殻部形成段階の前に、外部高密度層および外部低密度層を形成する場合にも、同様に、第4段階の酸化性雰囲気からの切り替え開始後の非酸化性雰囲気における第5段階(外部高密度層形成段階)での晶析反応時間(酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気への切り替え時間を含む)は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは10%〜40%の範囲、より好ましくは12%〜35%の範囲、さらに好ましくは14%〜30%の範囲とする。また、第5段階の非酸化性雰囲気からの切り替え開始後の第3回目の酸化性雰囲気における第6段階(外部低密度層形成段階)での晶析反応時間は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは15%〜40%の範囲、より好ましくは20%〜38%の範囲、さらに好ましくは25%〜35%の範囲とする。第6段階の経過後、反応水溶液への不活性ガスあるいは酸化性ガスと不活性ガスとの混合ガスの導入を開始して、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替え,第7段階(外殻部形成段階)に移行する。   Similarly, when the external high-density layer and the external low-density layer are formed before the outer shell forming step, the fifth in the non-oxidizing atmosphere after the start of switching from the oxidizing atmosphere in the fourth stage is similarly performed. The crystallization reaction time (including the switching time from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere) at the stage (outer high-density layer forming stage) is preferably 10% to 40% with respect to the entire particle growth process time. More preferably, the range is 12% to 35%, and further preferably the range is 14% to 30%. In addition, the crystallization reaction time in the sixth stage (external low-density layer forming stage) in the third oxidizing atmosphere after the start of switching from the non-oxidizing atmosphere in the fifth stage is the entire time of the particle growth process. On the other hand, it is preferably in the range of 15% to 40%, more preferably in the range of 20% to 38%, and still more preferably in the range of 25% to 35%. After the sixth stage, the introduction of an inert gas or a mixed gas of an oxidizing gas and an inert gas into the reaction aqueous solution is started to switch from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere, and the seventh stage (outer shell) Part formation stage).

それぞれの段階における反応時間が、これらの範囲を外れると、正極活物質を構成する二次粒子において、主部の内部に十分な大きさの複数の空隙部が形成されなかったり、空隙部と外部との間に連通孔が形成されなかったり、中心部とその外側の凝集層が連結ないしは一体化せずに、相互に電気的に導通しない構造となったり、外殻部が剥がれて微粉となったりするなど、所望の構造の二次粒子からなる正極活物質が形成されない場合がある。   If the reaction time in each stage is out of these ranges, the secondary particles constituting the positive electrode active material may not form a plurality of sufficiently large voids inside the main part, or may be There is no communication hole between them, the center part and the outer agglomerated layer are not connected or integrated, so that they are not electrically connected to each other, or the outer shell part is peeled off and becomes fine powder. In some cases, a positive electrode active material composed of secondary particles having a desired structure may not be formed.

d)切り替え方法
従来の晶析工程中における反応雰囲気の切り替えは、反応槽内、より具体的には、反応槽内の反応水溶液と接する空間に雰囲気ガスを流通させるか、反応水溶液に内径が1mm〜50mm程度の導管を挿入し、雰囲気ガスによって反応水溶液をバブリングすることで行うことが一般的である。この場合、反応水溶液の酸素溶存量を本発明の複合水酸化物の製造方法のように、短時間で雰囲気を切り替えることが困難である。この場合、粒子成長工程における非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替え中は、原料水溶液の供給を停止することが必要となる。このとき、原料水溶液の供給を停止しなければ、複合水酸化物内部に緩やかな密度勾配が形成されるために、低密度層を十分な厚さとすることができないと考えられる。
d) Switching method The switching of the reaction atmosphere during the conventional crystallization process is performed by circulating an atmospheric gas in the reaction tank, more specifically, in a space in contact with the reaction aqueous solution in the reaction tank, or by an inner diameter of 1 mm in the reaction aqueous solution. In general, it is carried out by inserting a conduit of about 50 mm and bubbling the reaction aqueous solution with an atmospheric gas. In this case, it is difficult to switch the atmosphere in a short time with respect to the amount of oxygen dissolved in the reaction aqueous solution as in the method for producing a composite hydroxide of the present invention. In this case, during the switching from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere in the particle growth process, it is necessary to stop the supply of the raw material aqueous solution. At this time, if the supply of the raw material aqueous solution is not stopped, a gentle density gradient is formed inside the composite hydroxide, and it is considered that the low density layer cannot be made sufficiently thick.

これに対して、本発明の複合水酸化物の製造方法では、粒子成長工程における非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替え中に、原料水溶液の供給を継続しながら、反応水溶液中に雰囲気ガスを直接供給して雰囲気を切り替えることを特徴とする。したがって、反応雰囲気の切り替え時に、原料水溶液の供給を停止する必要がないため、生産効率の改善を図ることができる。   In contrast, in the method for producing a composite hydroxide of the present invention, the atmosphere gas is contained in the reaction aqueous solution while continuing the supply of the raw material aqueous solution during the switching from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere in the particle growth step. It is characterized in that the atmosphere is switched by supplying directly. Therefore, it is not necessary to stop the supply of the raw material aqueous solution when switching the reaction atmosphere, so that the production efficiency can be improved.

なお、反応水溶液内への雰囲気ガスの直接供給による、反応雰囲気の切り替えに要する時間、すなわち雰囲気の切り替え時間は、上記構造を備える遷移金属複合水酸化物粒子を得ることができる限り制限されることはないが、粒子構造の制御を容易にする観点から、切り替えようとする雰囲気の反応時間内で、かつ、粒子成長工程時間の全体に対して、0.4%〜2%の範囲とすることが好ましく、0.4%〜1%の範囲とすることがより好ましい。   Note that the time required for switching the reaction atmosphere by directly supplying the atmospheric gas into the reaction aqueous solution, that is, the time for switching the atmosphere is limited as long as the transition metal composite hydroxide particles having the above structure can be obtained. However, from the viewpoint of facilitating the control of the particle structure, within the reaction time of the atmosphere to be switched and within the range of 0.4% to 2% with respect to the entire particle growth process time Is preferable, and the range of 0.4% to 1% is more preferable.

ここで、反応水溶液中への雰囲気ガスの供給手段は、反応水溶液中に雰囲気ガスを直接供給可能な手段であることが必要となる。このような手段としては、たとえば、散気管を用いることができる。散気管は、表面に微細な孔を多数有する導管によって構成され、液体中に微細な気泡を多数放出することができるため、反応水溶液と気泡との接触面積が大きく、雰囲気ガスの供給量に応じて、切り替え時間の制御を容易に行うことができる。   Here, the means for supplying the atmospheric gas into the aqueous reaction solution needs to be means capable of directly supplying the atmospheric gas into the aqueous reaction solution. As such means, for example, an air diffuser can be used. The diffuser tube is composed of a conduit having a large number of fine holes on the surface, and can release a large number of fine bubbles in the liquid. Therefore, the contact area between the reaction aqueous solution and the bubbles is large, and it depends on the supply amount of atmospheric gas. Thus, the switching time can be easily controlled.

このような散気管としては、高pH環境下における化学耐性に優れるセラミック製のものを用いることが好ましい。また、散気管は、その孔径が小さいほど、微細な気泡を放出することができるため、短時間で反応雰囲気を切り替えることが可能となる。本発明においては、孔径が100μm以下の散気管を用いることが好ましく、50μm以下の散気管を用いることがより好ましい。   As such an air diffuser, it is preferable to use a ceramic tube excellent in chemical resistance under a high pH environment. In addition, the smaller the hole diameter of the air diffusing tube, the more fine bubbles can be discharged, so that the reaction atmosphere can be switched in a short time. In the present invention, it is preferable to use an air diffuser having a pore diameter of 100 μm or less, and more preferably an air diffuser having a diameter of 50 μm or less.

なお、雰囲気ガスの供給方法は、微細な気泡を発生させ、反応水溶液と気泡のと接触面積を大きくする手段であれば特に限定されず、上述した散気管以外のものであっても、導管の孔から気泡を発生させ、撹拌翼などによって気泡を微細に粉砕し分散させることができるものなどを、同様に、好適に用いることができる。   The method for supplying the atmospheric gas is not particularly limited as long as it generates fine bubbles and increases the contact area between the reaction aqueous solution and the bubbles. Similarly, those that can generate bubbles from the holes and finely pulverize and disperse the bubbles with a stirring blade or the like can be suitably used.

(2−5)アンモニウムイオン濃度
反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは3g/L〜25g/L、より好ましくは5g/L〜20g/Lの範囲内で一定値に保持する。反応水溶液中においてアンモニウムイオンは錯化剤として機能するため、アンモニウムイオン濃度が3g/L未満では、金属イオンの溶解度を一定に保持することができず、また、反応水溶液がゲル化しやすくなり、形状や粒径の整った遷移金属複合水酸化物粒子を得ることが困難となる。一方、アンモニウムイオン濃度が25g/Lを超えると、金属イオンの溶解度が大きくなりすぎるため、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、複合水酸化物の組成ずれなどの原因となる。
(2-5) Ammonium ion concentration The ammonium ion concentration in the aqueous reaction solution is preferably maintained at a constant value within a range of 3 g / L to 25 g / L, more preferably 5 g / L to 20 g / L. Since ammonium ions function as a complexing agent in the reaction aqueous solution, if the ammonium ion concentration is less than 3 g / L, the solubility of the metal ions cannot be kept constant, and the reaction aqueous solution is easily gelled. Further, it becomes difficult to obtain transition metal composite hydroxide particles having a uniform particle size. On the other hand, when the ammonium ion concentration exceeds 25 g / L, the solubility of metal ions becomes too high, so that the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases, causing a composition shift of the composite hydroxide.

なお、晶析反応中にアンモニウムイオン濃度が変動すると、金属イオンの溶解度が変動し、均一な複合水酸化物が形成されなくなる。このため、核生成工程と粒子成長工程との間、アンモニウムイオン濃度の変動量を一定の範囲に制御することが好ましく、具体的には、設定値から5g/L以内の変動量に制御することが好ましい。   If the ammonium ion concentration fluctuates during the crystallization reaction, the solubility of metal ions fluctuates and a uniform composite hydroxide cannot be formed. For this reason, it is preferable to control the fluctuation amount of the ammonium ion concentration within a certain range between the nucleation step and the particle growth step, and specifically, to control the fluctuation amount within 5 g / L from the set value. Is preferred.

(2―6)反応温度
反応水溶液の温度、すなわち晶析反応の反応温度は、核生成工程と粒子成長工程との全体を通じて、好ましくは20℃以上、より好ましくは20℃〜60℃の範囲に制御することが必要となる。反応温度が20℃未満では、反応水溶液の溶解度が低くなることに起因して、核生成が起こりやすくなり、得られる複合水酸化物の平均粒径や粒度分布の制御が困難となる。なお、反応温度の上限は、特に制限されることはないが、60℃を超えると、アンモニアの揮発が促進され、反応水溶液中のアンモニウムイオンを一定範囲に制御するために供給するアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の量が増加するために、生産コストが増加してしまう。
(2-6) Reaction temperature The temperature of the reaction aqueous solution, that is, the reaction temperature of the crystallization reaction, is preferably 20 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. to 60 ° C. throughout the nucleation step and the particle growth step. It is necessary to control. When the reaction temperature is less than 20 ° C., the solubility of the reaction aqueous solution becomes low, so that nucleation is likely to occur, and it becomes difficult to control the average particle size and particle size distribution of the resulting composite hydroxide. The upper limit of the reaction temperature is not particularly limited, but when it exceeds 60 ° C., the volatilization of ammonia is promoted, and an ammonium ion supplier that is supplied to control ammonium ions in the aqueous reaction solution within a certain range. The production cost increases because the amount of the aqueous solution containing is increased.

(2−7)被覆工程
本発明の遷移金属複合水酸化物の製造方法では、原料水溶液中に添加元素Mを含有する化合物を添加することで、粒子内部に添加元素Mが均一に分散した複合水酸化物を得ることができる。しかしながら、より少ない添加量で、添加元素Mの添加による効果を得ようとする場合には、粒子成長工程後に、複合水酸化物を構成する二次粒子の表面を、添加元素Mを含む化合物で被覆する被覆工程を行うことが好ましい。
(2-7) Coating step In the method for producing a transition metal composite hydroxide of the present invention, a compound in which the additive element M is uniformly dispersed inside the particles by adding a compound containing the additive element M in the raw material aqueous solution. A hydroxide can be obtained. However, when the effect of adding the additive element M is to be obtained with a smaller addition amount, the surface of the secondary particles constituting the composite hydroxide is made of a compound containing the additive element M after the particle growth step. It is preferable to perform a coating step for coating.

被覆方法は、複合水酸化物を、添加元素Mを含む化合物によって均一に被覆することができる限り、特に限定されることはない。たとえば、複合水酸化物をスラリー化し、そのpH値を所定の範囲内に制御した後、添加元素Mを含む化合物を溶解した被覆用水溶液を添加し、複合水酸化物を構成する二次粒子の表面に添加元素Mを含む化合物を析出させることで、添加元素Mを含む化合物によって均一に被覆された複合水酸化物を得ることができる。この場合、被覆用水溶液に代えて、添加元素Mのアルコキシド水溶液をスラリー化した複合水酸化物に添加してもよい。また、複合水酸化物をスラリー化せずに、添加元素Mを含む化合物を溶解した水溶液またはスラリーを吹き付けて乾燥させることにより被覆してもよい。さらに、複合水酸化物と添加元素Mを含む化合物とが懸濁したスラリーを噴霧乾燥させる方法により、または、複合水酸化物と添加元素Mを含む化合物とを固相法で混合するなどの方法により被覆することもできる。   The coating method is not particularly limited as long as the composite hydroxide can be uniformly coated with the compound containing the additive element M. For example, the composite hydroxide is slurried and the pH value is controlled within a predetermined range, and then an aqueous solution for coating in which the compound containing the additive element M is dissolved is added, and the secondary particles constituting the composite hydroxide are added. By precipitating the compound containing the additive element M on the surface, a composite hydroxide uniformly coated with the compound containing the additive element M can be obtained. In this case, instead of the coating aqueous solution, an alkoxide aqueous solution of the additive element M may be added to the slurry of the composite hydroxide. Moreover, you may coat | cover by spraying and drying the aqueous solution or slurry which melt | dissolved the compound containing the addition element M, without making a composite hydroxide into a slurry. Further, a method in which a slurry in which the compound hydroxide and the compound containing the additive element M are suspended is spray-dried, or a method in which the compound hydroxide and the compound containing the additive element M are mixed by a solid phase method. Can also be coated.

なお、複合水酸化物の表面を添加元素Mで被覆する場合には、被覆後の複合水酸化物の組成が、目的とする複合水酸化物の組成と一致するように、原料水溶液および被覆用水溶液の組成を適宜調整することが必要となる。また、被覆工程は、正極活物質を製造時の熱処理工程において、複合水酸化物を熱処理した後の熱処理粒子に対して行ってもよい。   When the surface of the composite hydroxide is coated with the additive element M, the raw material aqueous solution and the coating are used so that the composition of the composite hydroxide after coating matches the composition of the target composite hydroxide. It is necessary to appropriately adjust the composition of the aqueous solution. Moreover, you may perform a coating | covering process with respect to the heat-processed particle after heat-processing a composite hydroxide in the heat processing process at the time of manufacture of a positive electrode active material.

(2−8)製造装置
本発明の複合水酸化物を製造するための晶析装置、すなわち反応槽は、上記の散気管によって反応雰囲気の切り替えを行うことができるものである限り、特に限定されることはない。本発明の実施において、晶析反応が終了するまで、析出した生成物を回収しないバッチ式晶析装置を用いることが特に好ましい。このような晶析装置の場合、オーバーフロー方式によって生成物を回収する連続晶析装置とは異なり、成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されることがないため、粒度分布の狭い複合水酸化物を精度よく得ることができる。また、本発明の複合水酸化物の製造方法は、晶析反応中の反応雰囲気を適切に制御することが必要となるため、密閉式の晶析装置を用いることが特に好ましい。
(2-8) Production apparatus The crystallizer for producing the composite hydroxide of the present invention, that is, the reaction vessel, is particularly limited as long as the reaction atmosphere can be switched by the above-mentioned diffuser tube. Never happen. In the practice of the present invention, it is particularly preferable to use a batch crystallizer that does not collect the precipitated product until the crystallization reaction is completed. In the case of such a crystallizer, unlike the continuous crystallizer that recovers the product by the overflow method, the growing particles are not recovered at the same time as the overflow liquid. Can be obtained with high accuracy. Moreover, since it is necessary for the manufacturing method of the composite hydroxide of this invention to control reaction atmosphere during crystallization reaction appropriately, it is especially preferable to use a closed-type crystallization apparatus.

3.非水電解質二次電池用正極活物質
(3−1)正極活物質の粒子構造
a)二次粒子の構造
本発明の正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。特に、本発明の正極活物質においては、図2に示すように、その二次粒子(主部)が、その内部に分散して存する複数の空隙部と、該空隙部と前記二次粒子の外部とを連通する、少なくとも1つの連通孔を備えることを特徴とする。
3. Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery (3-1) Particle structure of positive electrode active material a) Structure of secondary particle The positive electrode active material of the present invention is a secondary particle formed by aggregating a plurality of primary particles. Consists of In particular, in the positive electrode active material of the present invention, as shown in FIG. 2, the secondary particles (main part) are dispersed in the interior of the plurality of voids, the voids and the secondary particles. It is characterized by including at least one communication hole that communicates with the outside.

このような粒子構造を有する正極活物質では、二次粒子の表面に形成された連通孔を介して、二次粒子の内部で主部により支持されている空隙部の中に、電解液のみならず導電助剤も浸入するため、二次粒子の主部の表面ばかりでなく、二次粒子の主部の内側で、空隙部や連通孔に対して露出している部分の表面も、リチウムと電解液との反応場となり、リチウムの脱離および挿入が可能となる。したがって、このような構造の正極活物質を用いた二次電池では、電池容量とサイクル特性を維持しつつ、電極抵抗のさらなる低減による出力特性の向上を図ることができる。   In the positive electrode active material having such a particle structure, only the electrolytic solution is present in the void supported by the main part inside the secondary particle through the communication hole formed on the surface of the secondary particle. In addition, since the conductive auxiliary agent also enters, not only the surface of the main part of the secondary particles but also the surface of the part exposed inside the main part of the secondary particles with respect to the voids and the communication holes are lithium and It becomes a reaction field with the electrolytic solution, and lithium can be desorbed and inserted. Therefore, in the secondary battery using the positive electrode active material having such a structure, the output characteristics can be improved by further reducing the electrode resistance while maintaining the battery capacity and the cycle characteristics.

(主部)
本発明の正極活物質の二次粒子の基本骨格を構成する主部は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子により構成され、略球形状の外観形状を有する。本発明の複合水酸化物を焼成することにより、該複合水酸化物を構成する中心部、高密度層および外殻部(あるいは、さらに外部高密度層)が、焼結により実質的に一体化することにより構成される。この主部は、その内側、特に、その外径側において、複数の空隙部を内包しており、少なくとも、それら空隙部を安定して支持するための強度を備えている。
(Main part)
The main part constituting the basic skeleton of the secondary particles of the positive electrode active material of the present invention is constituted by secondary particles obtained by aggregating a plurality of primary particles, and has a substantially spherical appearance. By firing the composite hydroxide of the present invention, the central portion, the high-density layer, and the outer shell (or even the external high-density layer) constituting the composite hydroxide are substantially integrated by sintering. It is constituted by doing. The main portion includes a plurality of voids on the inner side, in particular, on the outer diameter side thereof, and has at least strength for stably supporting the voids.

(空隙部)
一方、空隙部は、上記主部の内部において、主部に安定して支持される閉じられた空間部分である。空隙部は複数存在しており、連通孔により外部と連通する。空隙部の大きさは二次粒子の中でその形状を維持できる程度の大きさであれば任意であるが、その平均孔径が、好ましくは0.1μm〜2μmの範囲、より好ましくは0.2μm〜1.5μmの範囲、さらに好ましくは0.2μm〜1μmの範囲にある。なお、空隙部の孔径は、連通孔の形成の影響は受けるものの、基本的には、複合水酸化物における低密度層の厚みに対応する。また、空隙部の個数についても、空隙部の大きさなどに応じて任意であるが、複数の空隙部が存在することが好ましい。
(Void)
On the other hand, the void portion is a closed space portion that is stably supported by the main portion inside the main portion. There are a plurality of gaps, and communicate with the outside through the communication holes. The size of the void is arbitrary as long as the shape can be maintained in the secondary particles, but the average pore diameter is preferably in the range of 0.1 μm to 2 μm, more preferably 0.2 μm. It is in the range of ˜1.5 μm, more preferably in the range of 0.2 μm to 1 μm. In addition, although the hole diameter of a space | gap part receives the influence of formation of a communicating hole, it respond | corresponds fundamentally to the thickness of the low density layer in a composite hydroxide. Further, the number of voids is arbitrary depending on the size of the voids, but it is preferable that a plurality of voids exist.

なお、空隙部の平均孔径は、正極活物質を樹脂などに埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工などにより、その断面観察が可能な状態とした後、その断面について、FE−SEMなどのSEMを用いて観察し、次のようにして求めることができる。具体的には、はじめに、正極活物質を構成する二次粒子の断面に存在する10個以上の空隙部の最大外径を測定し、その平均値を求め、この値を、この二次粒子における空隙部の孔径とする。次に、10個以上の二次粒子について、同様に空隙部の孔径を求める。最後に、これらの二次粒子について得られた孔径の平均を求めることにより、これらの二次粒子を含む正極活物質全体の空隙部の平均孔径を決定する。   Note that the average pore size of the voids was determined by embedding the positive electrode active material in a resin, etc., and making the cross-section observable by cross-section polisher processing, etc., and then observing the cross-section using an SEM such as FE-SEM. And can be obtained as follows. Specifically, first, the maximum outer diameter of 10 or more voids present in the cross section of the secondary particles constituting the positive electrode active material is measured, the average value thereof is obtained, and this value is determined in the secondary particles. It is set as the hole diameter of a space | gap part. Next, the pore diameter of the void portion is similarly determined for 10 or more secondary particles. Finally, the average pore diameter of the entire positive electrode active material containing these secondary particles is determined by determining the average of the pore diameters obtained for these secondary particles.

(連通孔)
本発明の正極活物質は、主部に形成され、二次粒子の主部の内部に存在する空隙部と二次粒子の外部とを連通する連通孔を備えることを特徴とする。
(Communication hole)
The positive electrode active material of the present invention is characterized in that it is provided with a communication hole formed in the main part and communicating between the void part existing inside the main part of the secondary particle and the outside of the secondary particle.

この連通孔は、二次粒子の外部と、主部の内部にある空隙部の内部とを連通する、略円柱形状の空間部分である。連通孔の配置について、1つの連通孔が複数の空隙部の内部と接続して、二次粒子の外部と連通する配置、また、1つの空隙部が複数の連通孔と接続して二次粒子の外部と連通する配置も、本発明に含まれる。   The communication hole is a substantially cylindrical space portion that communicates the outside of the secondary particles and the inside of the void portion inside the main portion. Regarding the arrangement of the communication holes, one communication hole is connected to the inside of the plurality of voids and communicates with the outside of the secondary particles, and one void is connected to the plurality of communication holes to form the secondary particles. Arrangements communicating with the outside of the apparatus are also included in the present invention.

それぞれの連通孔の大きさ(平均内径)は、電解液および導電助剤が主部内部に存在する空隙部まで浸入できる大きさであれば十分であるが、その平均径は、好ましくは0.2μm〜0.7μmの範囲、より好ましくは0.3μm〜0.6μmの範囲にある。連通孔の平均径が0.2μmよりも小さいと、電解液および導電助剤の浸入が十分に行われない可能性がある。一方、連通孔の大きさ(平均内径)の上限値は、正極活物質を構成する二次粒子の平均粒径、二次粒子を構成する外殻部を含む主部の物理的な耐久性の観点、さらには、本発明の製造方法による適切な大きさの空隙部および連通孔の形成の両立の観点から、0.7μm程度となる。   The size (average inner diameter) of each communication hole is sufficient if the electrolyte solution and the conductive additive can penetrate into the voids existing inside the main part, but the average diameter is preferably 0.00. It is in the range of 2 μm to 0.7 μm, more preferably in the range of 0.3 μm to 0.6 μm. If the average diameter of the communication holes is smaller than 0.2 μm, there is a possibility that the electrolyte solution and the conductive additive are not sufficiently infiltrated. On the other hand, the upper limit value of the size (average inner diameter) of the communication holes is the average particle size of the secondary particles constituting the positive electrode active material and the physical durability of the main part including the outer shell portion constituting the secondary particles. From the viewpoint, and further, from the viewpoint of coexistence of formation of an appropriately sized void and communication hole by the production method of the present invention, the thickness is about 0.7 μm.

連通孔の平均内径は、正極活物質の断面のSEM像を用いて、断面が見える連通孔の幅、すなわち内径を、任意の2点間の最大長さとして測定し、その平均値をその二次粒子における連通孔の内径とする。同様の測定を、その二次粒子内における、3個以上の連通孔に対して行い、それらの平均値をその二次粒子における連通孔の平均内径とする。これらの測定を10個以上の正極活物質に対して実施し、それらの平均値を算出することにより、その試料全体における正極活物質に形成された連通孔の平均内径を最終的に決定する。   The average inner diameter of the communication hole is measured by using the SEM image of the cross section of the positive electrode active material, and measuring the width of the communication hole where the cross section can be seen, that is, the inner diameter as the maximum length between any two points. The inner diameter of the communication hole in the next particle. The same measurement is performed on three or more communication holes in the secondary particle, and the average value thereof is set as the average inner diameter of the communication hole in the secondary particle. These measurements are performed on 10 or more positive electrode active materials, and the average value thereof is calculated, whereby the average inner diameter of the communication holes formed in the positive electrode active material in the entire sample is finally determined.

(3−2)平均粒径
本発明の正極活物質を構成する二次粒子の平均粒径は、1μm〜15μm、好ましくは3μm〜12μm、より好ましくは3μm〜10μmである。正極活物質の平均粒径がこのような範囲にあれば、この正極活物質を用いた二次電池の単位体積あたりの電池容量を増加させることができるばかりでなく、安全性や出力特性も改善することができる。これに対して、平均粒径が1μm未満のときは、正極活物質の充填性が低下し、単位体積あたりの電池容量を増加させることができない。一方、平均粒径が15μmより大きくなると、電解液との接触界面が減少し、正極活物質の反応面積が低下するため、出力特性を向上させることが困難となる。
(3-2) Average Particle Size The average particle size of the secondary particles constituting the positive electrode active material of the present invention is 1 μm to 15 μm, preferably 3 μm to 12 μm, more preferably 3 μm to 10 μm. If the average particle diameter of the positive electrode active material is in such a range, not only can the battery capacity per unit volume of the secondary battery using this positive electrode active material be increased, but also the safety and output characteristics are improved. can do. On the other hand, when the average particle size is less than 1 μm, the filling property of the positive electrode active material is lowered, and the battery capacity per unit volume cannot be increased. On the other hand, when the average particle size is larger than 15 μm, the contact interface with the electrolytic solution is decreased, and the reaction area of the positive electrode active material is decreased, so that it is difficult to improve output characteristics.

なお、正極活物質の平均粒径とは、上記の複合水酸化物の場合と同様に、体積基準平均粒径(MV)を意味し、たとえば、レーザ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。   The average particle diameter of the positive electrode active material means a volume-based average particle diameter (MV) as in the case of the composite hydroxide described above. For example, the volume measured with a laser light diffraction / scattering particle size analyzer It can be obtained from the integrated value.

(3−3)粒度分布
本発明の正極活物質の粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/平均粒径]の値は、0.70以下、好ましくは0.60以下、より好ましくは0.55以下、さらに好ましくは0.45以下であり、本発明の正極活物質は、きわめて粒度分布が狭い粉体により構成される。このような正極活物質は、微細粒子や粗大粒子の割合が少なく、これを用いた二次電池は、安全性、サイクル特性、および出力特性がともに優れたものとなる。
(3-3) Particle size distribution The value of [(d90-d10) / average particle size] which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the positive electrode active material of the present invention is 0.70 or less, preferably 0.60 or less, More preferably, it is 0.55 or less, More preferably, it is 0.45 or less, and the positive electrode active material of this invention is comprised by the powder with a very narrow particle size distribution. Such a positive electrode active material has a small proportion of fine particles and coarse particles, and a secondary battery using the positive electrode material has excellent safety, cycle characteristics, and output characteristics.

これに対して、[(d90−d10)/平均粒径]の値が0.70を超えると、正極活物質中の微細粒子や粗大粒子の割合が増加する。たとえば、微細粒子の割合が多い正極活物質を用いた二次電池では、微細粒子の局所的な反応に起因して、二次電池が発熱しやすくなり、安全性が低下するばかりでなく、微細粒子の選択的な劣化により、サイクル特性が劣ったものとなる。また、粗大粒子の割合が多い正極活物質を用いた二次電池では、電解液と正極活物質の反応面積を十分に確保することができず、出力特性が劣ったものとなる。   On the other hand, when the value of [(d90−d10) / average particle diameter] exceeds 0.70, the ratio of fine particles and coarse particles in the positive electrode active material increases. For example, in a secondary battery using a positive electrode active material with a high proportion of fine particles, the secondary battery is likely to generate heat due to local reaction of fine particles, which not only reduces safety but also reduces fineness. Cycle characteristics are inferior due to selective degradation of the particles. In addition, in a secondary battery using a positive electrode active material with a large proportion of coarse particles, a sufficient reaction area between the electrolytic solution and the positive electrode active material cannot be ensured, resulting in poor output characteristics.

一方、工業規模の生産を考慮した場合には、前駆体として、[(d90−d10)/平均粒径]の値が過度に小さい粉体状態の複合水酸化物を作製することは、収率、生産性、または生産コストの観点からから現実的ではない。したがって、正極活物質の[(d90−d10)/平均粒径]の下限値を、0.25程度とすることが好ましい。   On the other hand, when considering production on an industrial scale, as a precursor, producing a composite hydroxide in a powder state with an excessively small value of [(d90-d10) / average particle size] From the viewpoint of productivity, or production cost, it is not realistic. Therefore, the lower limit of [(d90−d10) / average particle diameter] of the positive electrode active material is preferably about 0.25.

なお、正極活物質における、粒度分布の広がりを示す指標[(d90−d10)/平均粒径]におけるd10およびd90の意味、ならびに、これらの求め方は、上記の複合水酸化物と同様である。   In addition, the meaning of d10 and d90 in the index [(d90−d10) / average particle diameter] indicating the spread of the particle size distribution in the positive electrode active material, and how to obtain them are the same as in the above composite hydroxide. .

(3−4)比表面積
本発明の正極活物質は、比表面積が、0.7m/g〜4.0m/gであることが好ましく、1.0m/g〜3.0m/gであることがより好ましい。比表面積がこのような範囲にある正極活物質は、電解液との接触面積が大きく、これを用いた二次電池の出力特性を大幅に向上させることができる。これに対して、正極活物質の比表面積が0.7m/g未満のときは、二次電池を構成した場合に、電解液との反応面積を確保することができず、出力特性を十分に向上させることが困難となる。一方、正極活物質の比表面積が3.0m/gよりも大きなときは、電解液との反応性が高くなりすぎるため、熱安定性が低下する場合がある。
(3-4) a positive electrode active material having a specific surface area of the present invention has a specific surface area is preferably 0.7m 2 /g~4.0m 2 / g, 1.0m 2 /g~3.0m 2 / More preferably, it is g. The positive electrode active material having a specific surface area in such a range has a large contact area with the electrolytic solution, and can greatly improve the output characteristics of a secondary battery using the positive electrode active material. On the other hand, when the specific surface area of the positive electrode active material is less than 0.7 m 2 / g, when the secondary battery is configured, the reaction area with the electrolytic solution cannot be secured, and the output characteristics are sufficient. It will be difficult to improve. On the other hand, when the specific surface area of the positive electrode active material is larger than 3.0 m 2 / g, the reactivity with the electrolytic solution becomes too high, and the thermal stability may be lowered.

ここで、本発明における正極活物質の比表面積は、たとえば、窒素ガス吸着によるBET法により測定することができる。   Here, the specific surface area of the positive electrode active material in the present invention can be measured, for example, by the BET method by nitrogen gas adsorption.

(3−5)タップ密度
携帯電子機器の使用時間や電気自動車の走行距離を伸ばすために、二次電池の高容量化は重要な課題となっている。一方、二次電池の電極の厚さは、電池全体のパッキングや電子伝導性の問題から数μm程度とすることが要求される。このため、正極活物質として高容量のものを使用するばかりでなく、二次粒子の球形性を高めることにより正極活物質の充填性を高め、二次電池全体としての高容量化を図ることが必要となる。
(3-5) Tap density Increasing the capacity of secondary batteries is an important issue in order to extend the usage time of portable electronic devices and the travel distance of electric vehicles. On the other hand, the thickness of the electrode of the secondary battery is required to be about several μm because of problems of packing of the whole battery and electronic conductivity. For this reason, not only a high-capacity positive electrode active material is used, but also the filling property of the positive electrode active material is improved by increasing the sphericity of the secondary particles, thereby increasing the capacity of the secondary battery as a whole. Necessary.

このような観点から、本発明の正極活物質では、充填性(正極活物質を構成する二次粒子の球形性)の指標であるタップ密度を、1.0g/cm以上とすることが好ましく、1.2g/cm以上とすることがより好ましく、1.3g/cm以上とすることがさらに好ましくい。タップ密度が1.0g/cm未満のときは、充填性が低く、二次電池全体の電池容量を十分に向上させることができない場合がある。一方、タップ密度の上限値は、特に制限されるものではないが、通常の製造条件での上限は、3.0g/cm程度となる。 From such a viewpoint, in the positive electrode active material of the present invention, it is preferable that the tap density, which is an index of filling property (sphericity of the secondary particles constituting the positive electrode active material), is 1.0 g / cm 3 or more. 1.2 g / cm 3 or more is more preferable, and 1.3 g / cm 3 or more is more preferable. When the tap density is less than 1.0 g / cm 3 , the filling property is low, and the battery capacity of the entire secondary battery may not be sufficiently improved. On the other hand, the upper limit of the tap density is not particularly limited, but the upper limit under normal manufacturing conditions is about 3.0 g / cm 3 .

なお、本発明におけるタップ密度とは、JIS Z−2512:2012に基づき、容器に採取した試料粉末を、100回タッピングした後のかさ密度を表し、振とう比重測定器を用いて測定することができる。   In addition, the tap density in this invention represents the bulk density after tapping the sample powder extract | collected in the container 100 times based on JISZ-2512: 2012, and can measure it using a shake specific gravity measuring device. it can.

(3−6)単位体積あたりの比表面積
本発明の正極活物質では、タップ密度と同様に、正極活物質の充填性についての大きな指標となる、単位体積あたりの比表面積が3.5m/cm以上であり、3.6m/cm以上であることが好ましく、3.8m/cm以上であることがより好ましく、4.0m/cm以上であることがさらに好ましい。これにより、正極活物質の粉体としての充填性を確保しつつ、電解液との接触面積を増大させることができるため、出力特性と電池容量を同時に向上させることができる。また、単位体積あたりの比表面積の上限は、より高い充填性を得る観点から、6.0m/cm以下であることが好ましく、5.5m/cm以下であることがより好ましく、5.0m/cm以下であることがさらに好ましい。なお、本発明における、単位体積あたりの比表面積は、正極活物質の比表面積とタップ密度との積によって求めることができる。
(3-6) Specific surface area per unit volume In the positive electrode active material of the present invention, the specific surface area per unit volume, which is a large index for the filling property of the positive electrode active material, is 3.5 m 2 / cm 3 or more, preferably 3.6 m 2 / cm 3 or more, more preferably 3.8 m 2 / cm 3 or more, and still more preferably 4.0 m 2 / cm 3 or more. Thereby, the contact area with the electrolytic solution can be increased while ensuring the filling property as the powder of the positive electrode active material, so that the output characteristics and the battery capacity can be improved at the same time. Further, the upper limit of the specific surface area per unit volume is preferably 6.0 m 2 / cm 3 or less, more preferably 5.5 m 2 / cm 3 or less, from the viewpoint of obtaining higher filling properties. More preferably, it is 5.0 m 2 / cm 3 or less. In the present invention, the specific surface area per unit volume can be determined by the product of the specific surface area of the positive electrode active material and the tap density.

(3−7)正極活物質の組成
本発明の正極活物質は、その二次粒子の粒子構造に特徴を有するものであるから、上述した粒子構造を有する限り、その組成が制限されることはないが、本発明は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(−0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される正極活物質に対して好適に適用することができる。
(3-7) Composition of positive electrode active material Since the positive electrode active material of the present invention is characterized by the particle structure of its secondary particles, its composition is limited as long as it has the particle structure described above. However, the present invention is not limited to the general formula (B): Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 (−0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95) 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, It can be suitably applied to a positive electrode active material represented by one or more additive elements selected from Ta and W.

この正極活物質において、リチウム(Li)の過剰量を示すuの値は、好ましくは−0.05以上0.50以下、より好ましく0以上0.50以下、さらに好ましくは0以上0.35以下とする。uの値を上記範囲内に設定することにより、この正極活物質を正極材料として用いた二次電池の出力特性および電池容量を向上させることができる。これに対して、uの値が−0.05未満のときは、二次電池の正極抵抗が大きくなるため、出力特性を向上させることができない。一方、0.50より大きなときは、初期放電容量が低下するばかりでなく、正極抵抗も大きくなってしまう。   In this positive electrode active material, the value of u indicating an excess amount of lithium (Li) is preferably −0.05 or more and 0.50 or less, more preferably 0 or more and 0.50 or less, and further preferably 0 or more and 0.35 or less. And By setting the value of u within the above range, the output characteristics and battery capacity of a secondary battery using this positive electrode active material as the positive electrode material can be improved. On the other hand, when the value of u is less than −0.05, the positive electrode resistance of the secondary battery increases, and thus the output characteristics cannot be improved. On the other hand, when it is larger than 0.50, not only the initial discharge capacity is lowered, but also the positive electrode resistance is increased.

ニッケル(Ni)は、二次電池の高電位化および高容量化に寄与する元素であり、その含有量を示すxの値は、好ましくは0.3以上0.95以下、より好ましくは0.3以上0.9以下とする。xの値が0.3未満では、この正極活物質を用いた二次電の電池容量を向上させることができない。一方、xの値が0.95を超えると、他の金属元素の含有量が減少し、その効果を得ることができない。   Nickel (Ni) is an element that contributes to increasing the potential and capacity of the secondary battery, and the value x indicating the content thereof is preferably 0.3 or more and 0.95 or less, more preferably 0.8. 3 to 0.9. If the value of x is less than 0.3, the battery capacity of the secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, if the value of x exceeds 0.95, the content of other metal elements decreases, and the effect cannot be obtained.

マンガン(Mn)は、熱安定性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すyの値は、好ましくは0.05以上0.55以下、より好ましくは0.10以上0.40以下とする。yの値が0.05未満では、この正極活物質を用いた二次電池の熱安定性を向上させることができない。一方、yの値が0.55を超えると、高温作動時に正極活物質からMnが溶出し、充放電サイクル特性が劣化してしまう。   Manganese (Mn) is an element contributing to the improvement of thermal stability, and the value of y indicating the content thereof is preferably 0.05 or more and 0.55 or less, more preferably 0.10 or more and 0.40 or less. And If the value of y is less than 0.05, the thermal stability of a secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, if the value of y exceeds 0.55, Mn elutes from the positive electrode active material during high temperature operation, and the charge / discharge cycle characteristics deteriorate.

コバルト(Co)は、充放電サイクル特性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すzの値は、好ましくは0以上0.4以下、より好ましくは0.10以上0.35以下とする。zの値が0.4を超えると、この正極活物質を用いた二次電池の初期放電容量が大幅に低下してしまう。   Cobalt (Co) is an element contributing to the improvement of charge / discharge cycle characteristics, and the value of z indicating the content thereof is preferably 0 or more and 0.4 or less, more preferably 0.10 or more and 0.35 or less. To do. When the value of z exceeds 0.4, the initial discharge capacity of the secondary battery using this positive electrode active material is significantly reduced.

本発明の正極活物質では、二次電池の耐久性や出力特性をさらに向上させるため、上記の遷移金属元素に加えて、添加元素Mを含有してもよい。このような添加元素Mとしては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)から選択される1種以上を用いることができる。   In order to further improve the durability and output characteristics of the secondary battery, the positive electrode active material of the present invention may contain an additive element M in addition to the above transition metal element. Examples of the additive element M include magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr), niobium (Nb), and molybdenum. One or more selected from (Mo), hafnium (Hf), tantalum (Ta), and tungsten (W) can be used.

添加元素Mの含有量を示すtの値は、好ましくは0以上0.1以下、より好ましくは0.001以上0.05以下とする。tの値が0.1より大きなときは、Redox反応に寄与する金属元素が減少するため、電池容量が低下する。   The value of t indicating the content of the additive element M is preferably 0 or more and 0.1 or less, more preferably 0.001 or more and 0.05 or less. When the value of t is larger than 0.1, the metal element that contributes to the Redox reaction decreases, so that the battery capacity decreases.

このような添加元素Mは、正極活物質の粒子内部に均一に分散させてもよく、正極活物質の粒子表面を被覆させてもよい。さらには、粒子内部に均一に分散させた上で、その表面を被覆させてもよい。いずれにしても、添加元素Mの含有量が上記範囲となるように制御することが必要となる。   Such additive element M may be uniformly dispersed inside the positive electrode active material particles, or the particle surface of the positive electrode active material may be coated. Furthermore, the surface may be coated after being uniformly dispersed inside the particles. In any case, it is necessary to control the content of the additive element M to be in the above range.

なお、上記正極活物質において、これを用いた二次電池の電池容量のさらなる向上を図る場合には、その組成を、一般式(B1):Li1+uNiMnCo(−0.05≦u≦0.20、x+y+z+t=1、0.7<x≦0.95、0.05≦y≦0.1、0≦z≦0.2、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種以上の添加元素)で表されるように調整することが好ましい。特に、熱安定性との両立を図る場合には、一般式(B1)におけるxの値を、0.7<x≦0.9とすることがより好ましく、0.7<x≦0.85とすることがさらに好ましい。 Incidentally, in the above-mentioned positive electrode active material, if further improved battery capacity of the secondary battery using the same is the composition of the general formula (B1): Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 ( −0.05 ≦ u ≦ 0.20, x + y + z + t = 1, 0.7 <x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.1, 0 ≦ z ≦ 0.2, 0 ≦ t ≦ 0.1 , M is preferably adjusted so as to be represented by one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, and W). In particular, in order to achieve both thermal stability, the value of x in the general formula (B1) is more preferably 0.7 <x ≦ 0.9, and 0.7 <x ≦ 0.85. More preferably.

一方、熱安定性のさらなる向上を図る場合には、その組成を、一般式(B2):Li1+uNiMnCo(−0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表されるように調整することが好ましい。 On the other hand, when further improving the thermal stability, the composition is expressed by the general formula (B2): Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 (−0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is Al, Ti, V, Cr, Zr , Nb, Mo, Hf, Ta, and W are preferably adjusted so as to be expressed by an additive element selected from Nb, Mo, Hf, Ta, and W.

4.非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法
本発明の正極活物質の製造方法は、上述した複合水酸化物を前駆体として用い、所定の構造、平均粒径、および粒度分布を備える正極活物質を合成することができる限り、特に制限されることはない。しかしながら、工業規模の生産を実施する場合には、上記の複合水酸化物をリチウム化合物と混合し、リチウム混合物を得る混合工程と、得られたリチウム混合物を、酸化性雰囲気中、650℃〜1000℃の範囲の温度で焼成する焼成工程とを備える製造方法によって正極活物質を合成することが好ましい。なお、必要に応じて、上述した工程に、熱処理工程や仮焼工程などの工程を追加してもよい。このような製造方法により、上記の正極活物質、特に、一般式(B)で表される正極活物質を容易に得ることができる。
4). Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery The method for producing a positive electrode active material of the present invention uses the composite hydroxide described above as a precursor, and has a predetermined structure, an average particle size, and a particle size distribution. There is no particular limitation as long as the active material can be synthesized. However, when industrial scale production is carried out, the above-mentioned composite hydroxide is mixed with a lithium compound to obtain a lithium mixture, and the obtained lithium mixture is 650 ° C to 1000 ° C in an oxidizing atmosphere. It is preferable to synthesize the positive electrode active material by a manufacturing method including a baking step of baking at a temperature in the range of ° C. In addition, you may add processes, such as a heat treatment process and a calcination process, to the process mentioned above as needed. By such a production method, the above-described positive electrode active material, in particular, the positive electrode active material represented by the general formula (B) can be easily obtained.

(4−1)熱処理工程
本発明の正極活物質の製造方法において、任意的に、混合工程の前に熱処理工程を設けて、複合水酸化物を熱処理した熱処理粒子としてからリチウム化合物と混合してもよい。ここで、熱処理粒子には、熱処理工程において余剰水分を除去された複合水酸化物のみならず、熱処理工程により、酸化物に転換された遷移金属含有複合酸化物(以下、「複合酸化物」という)、または、これらの混合物も含まれる。
(4-1) Heat treatment step In the method for producing a positive electrode active material of the present invention, a heat treatment step is optionally provided before the mixing step, and the composite hydroxide is heat treated particles and then mixed with the lithium compound. Also good. Here, the heat treated particles include not only the composite hydroxide from which excess water has been removed in the heat treatment step, but also a transition metal-containing composite oxide (hereinafter referred to as “composite oxide”) that has been converted into an oxide by the heat treatment step. ) Or a mixture thereof.

熱処理工程は、複合水酸化物を105℃〜750℃の範囲の温度まで加熱して熱処理することにより、複合水酸化物に含有される余剰水分を除去する工程である。これにより、焼成工程後まで残留する水分を一定量まで減少させることができ、得られる正極活物質の組成のばらつきを抑制することができる。加熱温度が105℃未満のときは、複合水酸化物中の余剰水分が除去できず、ばらつきを十分に抑制することができない場合がある。一方、加熱温度が750℃より高いときは、それ以上の効果は期待できないばかりか、生産コストが増加してしまう。   The heat treatment step is a step of removing excess moisture contained in the composite hydroxide by heating the composite hydroxide to a temperature in the range of 105 ° C. to 750 ° C. for heat treatment. Thereby, the water | moisture content which remains after a baking process can be reduced to a fixed amount, and the dispersion | variation in the composition of the positive electrode active material obtained can be suppressed. When the heating temperature is lower than 105 ° C., excess moisture in the composite hydroxide cannot be removed, and variation may not be sufficiently suppressed. On the other hand, when the heating temperature is higher than 750 ° C., not only a further effect cannot be expected, but the production cost increases.

また、熱処理工程では、正極活物質中のそれぞれの金属成分の原子数や、Liの原子数の割合にばらつきが生じない程度に水分が除去できればよいので、必ずしもすべての複合水酸化物を複合酸化物まで転換する必要はない。しかしながら、それぞれの金属成分の原子数やLiの原子数の割合のばらつきをより少ないものとするためには、400℃以上に加熱して、すべての複合水酸化物を、複合酸化物まで転換することが好ましい。なお、熱処理条件による複合水酸化物に含有される金属成分比を化学分析によってあらかじめ求めておき、リチウム化合物との混合比を決めておくことで、上述したばらつきをより抑制することができる。   In addition, in the heat treatment step, it is sufficient if water can be removed to such an extent that the number of atoms of each metal component in the positive electrode active material and the ratio of the number of Li atoms do not vary. There is no need to convert everything. However, in order to reduce the variation in the number of atoms of each metal component and the ratio of the number of Li atoms, heating to 400 ° C. or higher converts all composite hydroxides to composite oxides. It is preferable. In addition, the above-mentioned dispersion | variation can be suppressed more by previously calculating | requiring the metal component ratio contained in the composite hydroxide by heat processing conditions by chemical analysis, and determining the mixing ratio with a lithium compound.

熱処理を行う雰囲気は特に制限されるものではなく、非還元性雰囲気であればよいが、簡易的に行える空気気流中で行うことが好ましい。   The atmosphere in which the heat treatment is performed is not particularly limited and may be a non-reducing atmosphere, but is preferably performed in an air stream that can be easily performed.

また、熱処理時間は、特に制限されないが、複合水酸化物中の余剰水分を十分に除去する観点から、少なくとも1時間とすることが好ましく、5時間〜15時間とすることがより好ましい。   The heat treatment time is not particularly limited, but is preferably at least 1 hour and more preferably 5 hours to 15 hours from the viewpoint of sufficiently removing excess moisture in the composite hydroxide.

(4−2)混合工程
混合工程は、複合水酸化物または熱処理粒子に、リチウム化合物を混合して、リチウム混合物を得る工程である。
(4-2) Mixing step The mixing step is a step in which a lithium compound is mixed with the composite hydroxide or the heat-treated particles to obtain a lithium mixture.

混合工程では、リチウム混合物中のリチウム以外の金属元素、具体的には、ニッケル、コバルト、マンガン、および添加元素Mの原子数の和(Me)と、リチウムの原子数(Li)との比(Li/Me)が、0.95〜1.5、好ましくは1.0〜1.5、より好ましくは1.0〜1.35、さらに好ましくは1.0〜1.2となるように、複合水酸化物または熱処理粒子と、リチウム化合物を混合することが必要となる。すなわち、焼成工程の前後ではLi/Meの値は変化しないので、混合工程におけるLi/Meの値が、目的とする正極活物質のLi/Meの値となるように、複合水酸化物または熱処理粒子と、リチウム化合物とを混合することが必要となる。   In the mixing step, the ratio of the number of metal elements other than lithium in the lithium mixture, specifically, the sum of the number of atoms of nickel, cobalt, manganese, and additive element M (Me) to the number of atoms of lithium (Li) ( Li / Me) is 0.95 to 1.5, preferably 1.0 to 1.5, more preferably 1.0 to 1.35, and even more preferably 1.0 to 1.2. It is necessary to mix the composite hydroxide or heat-treated particles with the lithium compound. That is, since the Li / Me value does not change before and after the firing step, the composite hydroxide or the heat treatment is performed so that the Li / Me value in the mixing step becomes the Li / Me value of the target positive electrode active material. It is necessary to mix the particles and the lithium compound.

混合工程で使用するリチウム化合物は、特に制限されることはないが、入手の容易性から、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、またはこれらの混合物を用いることが好ましい。特に、取り扱いの容易さや品質の安定性を考慮すると、水酸化リチウムまたは炭酸リチウムを用いることが好ましい。   The lithium compound used in the mixing step is not particularly limited, but it is preferable to use lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate, or a mixture thereof because of availability. In particular, lithium hydroxide or lithium carbonate is preferably used in consideration of ease of handling and quality stability.

複合水酸化物または熱処理粒子とリチウム化合物とは、微粉が生じない程度に十分に混合することが好ましい。混合が不十分であると、個々の粒子間でLi/Meの値にばらつきが生じ、十分な電池特性を得ることができない場合がある。なお、混合には、一般的な混合機を使用することができる。たとえば、シェーカーミキサ、レーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Vブレンダなどを用いることができる。   It is preferable that the composite hydroxide or the heat-treated particles and the lithium compound are sufficiently mixed so that no fine powder is generated. If the mixing is insufficient, the value of Li / Me varies among individual particles, and sufficient battery characteristics may not be obtained. In addition, a general mixer can be used for mixing. For example, a shaker mixer, a Laedige mixer, a Julia mixer, a V blender, or the like can be used.

(4−3)仮焼工程
リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用する場合には、混合工程後、焼成工程の前に、リチウム混合物を、焼成温度よりも低い温度で、かつ、350℃〜800℃、好ましくは450℃〜780℃で、仮焼する仮焼工程を行ってもよい。これにより、複合水酸化物または熱処理粒子中に、リチウムを十分に拡散させることができ、より均一な正極活物質を得ることができる。
(4-3) Calcination Step When lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, the lithium mixture is treated at a temperature lower than the firing temperature and 350 after the mixing step and before the firing step. A calcining step of calcining may be performed at a temperature of from 800 ° C to 800 ° C, preferably from 450 ° C to 780 ° C. Thereby, lithium can be sufficiently diffused in the composite hydroxide or the heat-treated particles, and a more uniform positive electrode active material can be obtained.

なお、上記温度での保持時間は、1時間〜10時間とすることが好ましく、3時間〜6時間とすることが好ましい。また、仮焼工程における雰囲気は、後述する焼成工程と同様に、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容量%〜100容量%の雰囲気とすることがより好ましい。   The holding time at the above temperature is preferably 1 hour to 10 hours, and preferably 3 hours to 6 hours. The atmosphere in the calcination step is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume, as in the baking step described later.

(4−4)焼成工程
焼成工程は、混合工程で得られたリチウム混合物を所定条件の下で焼成し、複合水酸化物または熱処理粒子中にリチウムを拡散させて、正極活物質を得る工程である。
(4-4) Firing step The calcining step is a step in which the lithium mixture obtained in the mixing step is calcined under predetermined conditions, and lithium is diffused into the composite hydroxide or heat-treated particles to obtain a positive electrode active material. is there.

この焼成工程において、複合水酸化物および熱処理粒子の中心部、高密度層および外殻部(あるいは、外部高密度層)は、水酸化物から酸化物へと転換しながら焼結収縮し、実質的に一体化して、正極活物質においては1つの主部として一次粒子凝集体を形成する。   In this firing step, the center part, the high density layer and the outer shell part (or the external high density layer) of the composite hydroxide and the heat-treated particles are sintered and contracted while being converted from the hydroxide to the oxide. In the positive electrode active material, primary particle aggregates are formed as one main part.

一方、低密度層は、微細一次粒子を含んで構成されているため、中心部、高密度層および外殻部よりも低温域において焼結が開始する。このとき、低密度層は、中心部、高密度層および外殻部と比べて体積収縮量が大きいため、低密度層を構成する微細一次粒子は、焼結の進行が遅い中心部、高密度層および外殻部と接している方向に体積収縮する。このとき、中心部と高密度層との間および高密度層と外殻部との間、具体的には、中心部と第1の高密度層との間および第1の高密度層と外殻部との間に、適度な大きさの空隙部が形成される。これらの空隙部は、中心部、高密度層や外殻部の焼結収縮に伴う変形によって、分断され、不規則に分散し、形成された正極活物質の主部の内部において、複数の空隙部が形成される。   On the other hand, since the low density layer is configured to include fine primary particles, sintering starts in a lower temperature region than the center portion, the high density layer, and the outer shell portion. At this time, since the low-density layer has a larger volume shrinkage than the center, the high-density layer, and the outer shell, the fine primary particles constituting the low-density layer are the center, the high-density Volume shrinks in the direction in contact with the layer and the outer shell. At this time, between the central portion and the high-density layer and between the high-density layer and the outer shell portion, specifically, between the central portion and the first high-density layer and between the first high-density layer and the outer portion. A gap having an appropriate size is formed between the shell and the shell. These voids are divided by the deformation accompanying sintering shrinkage of the central part, the high-density layer and the outer shell part, and are irregularly dispersed, and a plurality of voids are formed inside the main part of the formed positive electrode active material. Part is formed.

さらに、焼成を進めると、中心部、高密度層、外殻部の変形が一層進行し、複数の明確な空隙部が形成されることに加え、高密度層および外殻部が空隙部を押圧する圧力により、二次粒子の最表面側の外殻部に、空隙部の内部と二次粒子の外部とを連通する、連通孔が形成される。また、複合水酸化物の焼成の過程で、高密度層にも連通孔が形成され、二次粒子の内部で、径方向に存在する複数の空隙部同士が連結する。このように、中心部、高密度層および外殻部が焼結収縮時に実質的に連結ないしは一体化する際に発生した隙間も、本発明の空隙部に含まれる。   Furthermore, as the firing proceeds, the center, high-density layer, and outer shell are further deformed to form a plurality of clear voids, and the high-density layer and outer shell press the voids. Due to the pressure to be formed, a communication hole is formed in the outer shell portion on the outermost surface side of the secondary particle, which communicates the inside of the void and the outside of the secondary particle. Further, in the course of firing the composite hydroxide, communication holes are also formed in the high-density layer, and a plurality of voids existing in the radial direction are connected to each other inside the secondary particles. As described above, gaps generated when the central portion, the high-density layer, and the outer shell portion are substantially connected or integrated during sintering shrinkage are also included in the void portion of the present invention.

本発明の正極活物質では、微細一次粒子からなる低密度層と板状一次粒子からなる中心部、高密度層および外殻部とを備える複合水酸化物を焼成して、水酸化物から酸化物へと転換させるとともに、低密度層と、中心部、高密度層および外殻部との焼結時の体積収縮の程度の差を利用することにより、複数の空隙部とその一部が粒子の外部と連通孔を介して連通する形態をなすことができる。この結果、電解液と正極活物質との接触表面積が大きくなり、また、導電助剤も内部に入り込むことが可能となるため、正極活物質の内部抵抗が大幅に減少し、二次電池を構成した場合に、電池容量やサイクル特性を損ねることなく、出力特性を向上させることが可能となる。   In the positive electrode active material of the present invention, a composite hydroxide comprising a low-density layer made of fine primary particles and a central portion made of plate-like primary particles, a high-density layer and an outer shell portion is fired to oxidize from the hydroxide. In addition to the conversion into a product, by utilizing the difference in the degree of volume shrinkage during sintering between the low-density layer and the central portion, the high-density layer, and the outer shell portion, a plurality of voids and a part thereof are particles. It can be configured to communicate with the outside through a communication hole. As a result, the contact surface area between the electrolytic solution and the positive electrode active material is increased, and the conductive auxiliary agent can also enter the inside, so that the internal resistance of the positive electrode active material is greatly reduced and the secondary battery is configured. In this case, the output characteristics can be improved without impairing the battery capacity and cycle characteristics.

このような正極活物質の粒子構造は、基本的に、前駆体である複合水酸化物の粒子構造に応じて定まるものであるが、その組成や焼成条件などの影響を受けることがあるため、予備試験を行った上で、所望の構造となるように、それぞれの条件を適宜調整することが好ましい。   The particle structure of such a positive electrode active material is basically determined according to the particle structure of the composite hydroxide that is the precursor, but may be affected by its composition, firing conditions, etc. It is preferable to appropriately adjust each condition so as to obtain a desired structure after conducting a preliminary test.

なお、焼成工程に用いられる炉は、特に限定されることはなく、大気または酸素気流中でリチウム混合物を焼成できるものであればよい。ただし、炉内の雰囲気を均一に保つ観点から、ガス発生がない電気炉が好ましく、バッチ式あるいは連続式の電気炉のいずれも好適に用いることができる。この点については、熱処理工程および仮焼工程に用いる炉についても同様である。   In addition, the furnace used for a baking process is not specifically limited, What is necessary is just to be able to bake a lithium mixture in air | atmosphere or oxygen stream. However, from the viewpoint of keeping the atmosphere in the furnace uniform, an electric furnace that does not generate gas is preferable, and either a batch type or a continuous type electric furnace can be suitably used. The same applies to the furnace used in the heat treatment step and the calcining step.

a)焼成温度
リチウム混合物の焼成温度は、650℃〜1000℃とすることが必要となる。焼成温度が650℃未満のときは、複合水酸化物または熱処理粒子中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウムや未反応の複合水酸化物または熱処理粒子が残存したり、得られた正極活物質の結晶性が不十分になったりする場合がある。一方、焼成温度が1000℃より高いときは、正極活物質の粒子間が激しく焼結し、異常粒成長が生じ、粗大粒子の割合が増加することにより粒度分布の広大化の原因となる。
a) Firing temperature The firing temperature of the lithium mixture is required to be 650 ° C to 1000 ° C. When the firing temperature is less than 650 ° C., lithium is not sufficiently diffused in the composite hydroxide or heat-treated particles, and surplus lithium, unreacted composite hydroxide or heat-treated particles remain, or the obtained positive electrode The crystallinity of the active material may become insufficient. On the other hand, when the firing temperature is higher than 1000 ° C., the particles of the positive electrode active material are vigorously sintered, abnormal grain growth occurs, and the ratio of coarse particles increases, causing the particle size distribution to widen.

なお、上記一般式(B1)で表される正極活物質を得ようとする場合には、焼成温度を650℃〜900℃とすることが好ましい。一方、一般式(B2)で表される正極活物質を得ようとする場合には、焼成温度を800℃〜980℃とすることが好ましい。   In addition, when it is going to obtain the positive electrode active material represented by the said general formula (B1), it is preferable that a calcination temperature shall be 650 degreeC-900 degreeC. On the other hand, when it is intended to obtain the positive electrode active material represented by the general formula (B2), the firing temperature is preferably set to 800 ° C to 980 ° C.

また、焼成工程における昇温速度は、2℃/分〜10℃/分とすることが好ましく、5℃/分〜10℃/分とすることがより好ましい。さらに、焼成工程中、リチウム化合物の融点付近の温度で、好ましくは1時間〜5時間、より好ましくは2時間〜5時間保持することが好ましい。これにより、複合水酸化物または熱処理粒子とリチウム化合物とを、より均一に反応させることができる。   Moreover, it is preferable that the temperature increase rate in a baking process shall be 2 degree-C / min-10 degree-C / min, and it is more preferable to set it as 5 to 10 degree-C / min. Further, during the firing step, it is preferably maintained at a temperature near the melting point of the lithium compound for 1 hour to 5 hours, more preferably 2 hours to 5 hours. Thereby, the composite hydroxide or the heat-treated particles and the lithium compound can be reacted more uniformly.

b)焼成時間
焼成時間のうち、上述した焼成温度での保持時間は、少なくとも2時間とすることが好ましく、4時間〜24時間とすることがより好ましい。焼成温度における保持時間が2時間未満では、複合水酸化物または熱処理粒子中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウムや未反応の複合水酸化物または熱処理粒子が残存したり、得られる正極活物質の結晶性が不十分なものとなったりするおそれがある。
b) Firing time Of the firing time, the holding time at the firing temperature described above is preferably at least 2 hours, and more preferably 4 to 24 hours. When the holding time at the firing temperature is less than 2 hours, lithium is not sufficiently diffused into the composite hydroxide or heat-treated particles, and excess lithium, unreacted composite hydroxide or heat-treated particles remain, or a positive electrode obtained There is a possibility that the crystallinity of the active material may be insufficient.

なお、保持時間終了後、焼成温度から少なくとも200℃までの冷却速度は、2℃/分〜10℃/分とすることが好ましく、33℃/分〜77℃/分とすることがより好ましい。冷却速度をこのような範囲に制御することにより、生産性を確保しつつ、匣鉢などの設備が、急冷により破損することを防止することを防止することができる。   The cooling rate from the firing temperature to at least 200 ° C. after the holding time is preferably 2 ° C./min to 10 ° C./min, more preferably 33 ° C./min to 77 ° C./min. By controlling the cooling rate within such a range, it is possible to prevent the facilities such as the mortar from being damaged by the rapid cooling while securing the productivity.

c)焼成雰囲気
焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容量%〜100容量%の雰囲気とすることがより好ましく、上記酸素濃度の酸素と不活性ガスの混合雰囲気とすることが特に好ましい。すなわち、焼成は、大気ないしは酸素気流中で行うことが好ましい。酸素濃度が18容量%未満では、正極活物質の結晶性が不十分なものとなるおそれがある。
c) Firing atmosphere The atmosphere during firing is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume, and a mixed atmosphere of oxygen having the above oxygen concentration and an inert gas. It is particularly preferable that That is, firing is preferably performed in the air or in an oxygen stream. When the oxygen concentration is less than 18% by volume, the crystallinity of the positive electrode active material may be insufficient.

(4−5)解砕工程
焼成工程によって得られた正極活物質は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合には、正極活物質の凝集体または焼結体を物理的に解砕することが好ましい。これによって、得られる正極活物質の平均粒径や粒度分布を好適な範囲に調整することができる。なお、解砕とは、焼成時に二次粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギを加えて、二次粒子自体をほとんど破壊することなく分離させて、凝集体をほぐす操作を意味する。
(4-5) Crushing Step The positive electrode active material obtained by the firing step may be agglomerated or slightly sintered. In such a case, it is preferable to physically crush the aggregate or sintered body of the positive electrode active material. Thereby, the average particle diameter and particle size distribution of the positive electrode active material obtained can be adjusted to a suitable range. Crushing means adding mechanical energy to agglomerates composed of a plurality of secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing and separating them with almost no destruction of the secondary particles themselves. This means an operation of loosening the aggregates.

解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、たとえば、ピンミルやハンマーミルなどを使用することができる。なお、この際、二次粒子を破壊しないように解砕力を適切な範囲に調整することが好ましい。   As a crushing method, a known means can be used, for example, a pin mill or a hammer mill can be used. At this time, it is preferable to adjust the crushing force to an appropriate range so as not to destroy the secondary particles.

5.非水電解質二次電池
本発明の非水電解質二次電池は、正極、負極、セパレータ、非水電解液などの、一般の非水電解質二次電池と同様の構成部材を備える。なお、以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明の非水電解質二次電池は、本明細書に記載されている実施形態を基づいて、種々の変更、改良を施した形態に適用することも可能である。
5. Nonaqueous electrolyte secondary battery The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes the same constituent members as those of a general nonaqueous electrolyte secondary battery, such as a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolytic solution. Note that the embodiments described below are merely examples, and the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is applied to various modified and improved embodiments based on the embodiments described in the present specification. It is also possible to do.

(5−1)構成部材
a)正極
本発明の正極活物質を用いて、たとえば、以下のようにして非水電解質二次電池の正極を作製する。
(5-1) Constituent member a) Positive electrode Using the positive electrode active material of the present invention, for example, a positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery is produced as follows.

まず、本発明の正極活物質に、導電材および結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整などの溶剤を添加し、これらを混練して正極合材ペーストを作製する。その際、正極合材ペースト中のそれぞれの混合比も、非水電解質二次電池の性能を決定する重要な要素となる。たとえば、溶剤を除いた正極合材の固形分を100質量部とした場合には、一般の非水電解質二次電池の正極と同様に、正極活物質の含有量を60質量部〜95質量部、導電材の含有量を1質量部〜20質量部および結着剤の含有量を1質量部〜20質量部とすることができる。   First, a conductive material and a binder are mixed into the positive electrode active material of the present invention, and activated carbon and a solvent such as viscosity adjustment are added as necessary, and these are kneaded to prepare a positive electrode mixture paste. At that time, the mixing ratio in the positive electrode mixture paste is also an important factor for determining the performance of the nonaqueous electrolyte secondary battery. For example, when the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material is 60 parts by mass to 95 parts by mass in the same manner as the positive electrode of a general nonaqueous electrolyte secondary battery. The content of the conductive material can be 1 part by mass to 20 parts by mass and the content of the binder can be 1 part by mass to 20 parts by mass.

得られた正極合材ペーストを、たとえば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して、溶剤を飛散させる。必要に応じて、電極密度を高めるべく、ロールプレスなどにより加圧することもある。このようにして、シート状の正極を作製することができる。シート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断などをして、電池の作製に供することができる。なお、正極の作製方法は、前記例示のものに限られることはなく、他の方法によってもよい。   The obtained positive electrode mixture paste is applied to, for example, the surface of a current collector made of aluminum foil and dried to disperse the solvent. If necessary, pressure may be applied by a roll press or the like to increase the electrode density. In this way, a sheet-like positive electrode can be produced. The sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size according to the target battery and used for battery production. Note that the method for manufacturing the positive electrode is not limited to the above-described examples, and other methods may be used.

導電材としては、たとえば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など)や、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料を用いることができる。   As the conductive material, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), and carbon black materials such as acetylene black and ketjen black can be used.

結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂またはポリアクリル酸を用いることができる。   The binder plays a role of anchoring the active material particles. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorine rubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulosic resin or polyacrylic. An acid can be used.

このほか、必要に応じて、正極活物質、導電材および活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加することができる。溶剤としては、具体的に、N−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することもできる。   In addition, if necessary, a positive electrode active material, a conductive material, and activated carbon can be dispersed and a solvent that dissolves the binder can be added to the positive electrode mixture. Specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent. In addition, activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

b)負極
負極には、金属リチウムやリチウム合金などを使用することができる。また、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に、結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅などの金属箔集電体の表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを使用することができる。
b) Negative electrode For the negative electrode, metallic lithium, lithium alloy, or the like can be used. In addition, a negative electrode active material capable of occluding and desorbing lithium ions is mixed with a binder, and an appropriate solvent is added to form a paste of the negative electrode mixture on the surface of a metal foil current collector such as copper. It is possible to use one that is dried and compressed to increase the electrode density as necessary.

負極活物質としては、たとえば、金属リチウムやリチウム合金などのリチウムを含有する物質、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる天然黒鉛、人造黒鉛およびフェノール樹脂などの有機化合物焼成体ならびにコークスなどの炭素物質の粉状体を用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、これらの活物質および結着剤を分散させる溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。   Examples of the negative electrode active material include lithium-containing materials such as metallic lithium and lithium alloys, natural graphite capable of occluding and desorbing lithium ions, sintered organic compounds such as artificial graphite and phenolic resins, and carbon materials such as coke. A powdery body can be used. In this case, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the negative electrode binder, as in the case of the positive electrode, and an organic material such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent for dispersing these active materials and the binder. A solvent can be used.

c)セパレータ
セパレータは、正極と負極との間に挟み込んで配置されるものであり、正極と負極とを分離し、電解質を保持する機能を有する。このようなセパレータとしては、たとえば、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が、上記機能を有するものであれば、特に限定されることはない。
c) Separator The separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode, and has a function of separating the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolyte. As such a separator, for example, a thin film such as polyethylene or polypropylene and a film having many fine pores can be used. However, the separator is not particularly limited as long as it has the above function.

d)非水電解液
非水電解液は、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。
d) Non-aqueous electrolyte The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent.

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、ブチレンカーボネート、およびトリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート、
ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、およびジプロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート、
テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、およびジメトキシエタンなどのエーテル化合物、
エチルメチルスルホンやブタンスルトンなどの硫黄化合物、
リン酸トリエチルやリン酸トリオクチルなどのリン化合物、
などから選ばれる1種を単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。
As an organic solvent,
Cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate;
Chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate;
Ether compounds such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and dimethoxyethane;
Sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and butane sultone,
Phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate,
1 type selected from these etc. can be used individually or in mixture of 2 or more types.

支持塩としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiN(CFSO、およびそれらの複合塩などを用いることができる。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and complex salts thereof can be used.

なお、非水電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤および難燃剤などを含んでいてもよい。   The non-aqueous electrolyte may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.

(5−2)構造
以上の正極、負極、セパレータ、および非水電解液で構成される本発明の非水電解質二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。
(5-2) Structure The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention composed of the above positive electrode, negative electrode, separator, and nonaqueous electrolyte can be formed in various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape.

いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、得られた電極体に、非水電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通じる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉して、非水電解質二次電池を完成させる。   In any case, the positive electrode and the negative electrode are laminated through a separator to form an electrode body, and the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte and communicated with the positive electrode current collector and the outside. The positive electrode terminal and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal communicating with the outside are connected using a current collecting lead or the like, and sealed in a battery case to complete a nonaqueous electrolyte secondary battery. .

(5−3)特性
本発明の非水電解質二次電池は、上述したように、本発明の正極活物質を正極材料として用いているため、電池容量およびサイクル特性に優れるとともに、出力特性が従来構造よりも飛躍的に改善されている。しかも、従来のリチウムニッケル系複合酸化物からなる正極活物質を用いた二次電池との比較においても、熱安定性や安全性も十分に維持されている。
(5-3) Characteristics Since the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses the positive electrode active material of the present invention as a positive electrode material as described above, the battery capacity and cycle characteristics are excellent, and the output characteristics are conventional. This is a dramatic improvement over the structure. In addition, thermal stability and safety are sufficiently maintained in comparison with a secondary battery using a positive electrode active material made of a conventional lithium nickel composite oxide.

たとえば、本発明の正極活物質を用いて、図5に示すような2032型コイン電池を構成した場合に、150mAh/g以上、好ましくは158mAh/g以上の初期放電容量と、1.20Ω以下、好ましくは1.0Ω以下、より好ましくは0.97Ω以下の正極抵抗と、75%以上、好ましくは80%以上の500サイクル容量維持率を同時に達成することができる。   For example, when the positive electrode active material of the present invention is used to form a 2032 type coin battery as shown in FIG. 5, an initial discharge capacity of 150 mAh / g or more, preferably 158 mAh / g or more, and 1.20Ω or less, A positive electrode resistance of preferably 1.0Ω or less, more preferably 0.97Ω or less, and a 500 cycle capacity maintenance ratio of 75% or more, preferably 80% or more can be achieved at the same time.

(5−4)用途
本発明の非水電解質二次電池は、上述のように、電池容量と出力特性に優れており、これらの特性が高いレベルで要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話など)の電源に好適に利用することができる。また、本発明の非水電解質二次電池は、安全性にも優れており、小型化および高出力化が可能であるばかりでなく、高価な保護回路を簡略することができるため、搭載スペースに制約を受ける電気自動車やハイブリッドカーなどの輸送用機器の電源としても好適に利用することができる。
(5-4) Applications The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is excellent in battery capacity and output characteristics as described above, and is a small portable electronic device (notebook personal computer) that requires these characteristics at a high level. It can be suitably used for a power source of a computer or a mobile phone. In addition, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is excellent in safety, and not only can be reduced in size and output, but also an expensive protection circuit can be simplified. It can also be suitably used as a power source for transportation equipment such as electric vehicles and hybrid cars that are subject to restrictions.

以下、実施例および比較例を用いて、本発明を詳細に説明する。また、これらは本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。以下の実施例および比較例では、特に断りがない限り、遷移金属含有複合水酸化物および正極活物質の作製には、和光純薬工業株式会社製試薬特級の試料をそれぞれ使用した。また、核生成工程および粒子成長工程の実施中、反応水溶液のpH値は、pHコントローラ(株式会社日伸理化製、NPH−690D)により測定し、この測定値に基づき、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調整することで、それぞれの工程における反応水溶液のpH値を、工程の設定値に対して変動量を±0.2以内の範囲で制御した。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. Moreover, these are examples of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents. In the following examples and comparative examples, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. reagent-grade samples were used for producing transition metal-containing composite hydroxides and positive electrode active materials, respectively, unless otherwise specified. During the nucleation step and the particle growth step, the pH value of the reaction aqueous solution is measured by a pH controller (manufactured by Nisshin Rika Co., Ltd., NPH-690D). By adjusting the amount, the pH value of the reaction aqueous solution in each step was controlled within a range of variation of ± 0.2 with respect to the set value of the step.

(実施例1)
a)遷移金属複合水酸化物粒子の製造
[核生成工程]
はじめに、6L反応槽内に、水を1.4L入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。この際、反応槽内に窒素を30分間流通させ、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気(酸素濃度:約2容量%)とした。続いて、反応槽内に、25質量%水酸化ナトリウム水溶液と25質量%アンモニア水を適量供給し、pH値が、液温25℃基準で12.8、アンモニウムイオン濃度が10g/Lとなるように調整することで反応前水溶液を形成した。
Example 1
a) Production of transition metal composite hydroxide particles [nucleation process]
First, the temperature in the tank was set to 40 ° C. while stirring by putting 1.4 L of water in the 6 L reaction tank. At this time, nitrogen was circulated in the reaction tank for 30 minutes, and the reaction atmosphere was a non-oxidizing atmosphere (oxygen concentration: about 2% by volume). Subsequently, an appropriate amount of 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass ammonia water is supplied into the reaction vessel so that the pH value is 12.8 based on the liquid temperature of 25 ° C. and the ammonium ion concentration is 10 g / L. Was adjusted to form an aqueous solution before reaction.

同時に、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン、硫酸ジルコニウムを、各金属元素のモル比がNi:Mn:Co:Zr=33.1:33.1:33.1:0.2となるように水に溶解し、2mol/Lの原料水溶液を調製した。   At the same time, nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, and zirconium sulfate are mixed with water so that the molar ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: Zr = 33.1: 33.1: 33.1: 0.2. 2 mol / L of raw material aqueous solution was prepared.

次に、この原料水応液を、反応前水溶液に10ml/分の流量で供給して、反応水溶液を形成し、晶析反応によって、1分間の核生成を行った。この処理の間、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液と25質量%のアンモニア水を適時供給し、反応水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度を前記範囲に維持した。   Next, this raw material aqueous solution was supplied to the pre-reaction aqueous solution at a flow rate of 10 ml / min to form a reaction aqueous solution, and nucleation was performed for 1 minute by crystallization reaction. During this treatment, 25% by mass of sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass of ammonia water were supplied in a timely manner to maintain the pH value and ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution in the above ranges.

[粒子成長工程]
核生成工程終了後、反応槽内へのすべての水溶液の供給を一旦停止するとともに、反応槽内に硫酸を加えて、反応水溶液のpH値が、液温25℃基準で11.6となるように調整した。pH値が所定の値になったことを確認した後、原料水溶液とタングステン酸ナトリウム水溶液を供給し、核生成工程で生成した核を成長させた。粒子成長工程の開始時から16分(粒子成長工程時間の全体に対して6.7%)経過後、原料水溶液の供給を継続したまま、孔径が20μm〜30μmであるセラミック製の散気管(木下理化工業株式会社製)を用いて、反応水溶液中に大気を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が21容量%の酸化性雰囲気に調整した(切替操作1)。
[Particle growth process]
After the nucleation step is completed, supply of all aqueous solutions into the reaction vessel is temporarily stopped, and sulfuric acid is added to the reaction vessel so that the pH value of the aqueous reaction solution becomes 11.6 based on the liquid temperature of 25 ° C. Adjusted. After confirming that the pH value reached a predetermined value, the raw material aqueous solution and the sodium tungstate aqueous solution were supplied to grow the nuclei generated in the nucleation step. After a lapse of 16 minutes from the start of the particle growth process (6.7% with respect to the total particle growth process time), a ceramic air diffuser (Kinoshita) having a pore diameter of 20 μm to 30 μm while continuing to supply the raw material aqueous solution Using Rika Kogyo Co., Ltd.), air was circulated in the reaction aqueous solution, and the reaction atmosphere was adjusted to an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 21% by volume (switching operation 1).

切替操作1の開始から36分(粒子成長工程時間の全体に対して15.0%)経過後、原料水溶液の供給を継続したまま、反応槽内に窒素を流通させ、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気に調整した(切替操作2)。   After 36 minutes (15.0% of the total particle growth process time) from the start of the switching operation 1, nitrogen was passed through the reaction vessel while continuing to supply the raw material aqueous solution, and the reaction atmosphere was non-oxidized. The sex atmosphere was adjusted (switching operation 2).

その後、切替操作2の開始から49分(粒子成長工程時間の全体に対して20.4%)経過後、再び、切替操作1を再度実施した。   Then, after 49 minutes (20.4% with respect to the entire particle growth process time) from the start of the switching operation 2, the switching operation 1 was performed again.

切替操作1の開始から74分(粒子成長工程時間の全体に対して30.8%)経過後、再び、切替操作2を再度実施した。   After a lapse of 74 minutes from the start of the switching operation 1 (30.8% with respect to the entire particle growth process time), the switching operation 2 was performed again.

その後、切替操作2の開始から65分(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)経過後、反応槽への、すべての水溶液の供給を停止して、粒子成長工程を終了した。なお、粒子成長工程において、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液と25質量%のアンモニア水を適時供給し、反応水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度を前記範囲に維持した。   Thereafter, after 65 minutes (27.1% with respect to the total particle growth process time) from the start of the switching operation 2, the supply of all aqueous solutions to the reaction vessel was stopped, and the particle growth process was completed. In the particle growth step, 25% by mass of sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass of ammonia water were supplied in a timely manner, and the pH value and ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution were maintained within the above ranges.

粒子成長工程の終了時において、反応水溶液中の生成物の濃度は、86g/Lであった。その後、得られた生成物を、水洗、ろ別、および乾燥させることにより、粉末状の複合水酸化物を得た。   At the end of the particle growth process, the concentration of the product in the aqueous reaction solution was 86 g / L. Thereafter, the resulting product was washed with water, filtered, and dried to obtain a powdery composite hydroxide.

b)複合水酸化物の評価
[組成]
この複合水酸化物を試料として、ICP発光分光分析装置(株式会社島津製作所島津製作所製、ICPE−9000)を用いて元素分率を計測したところ、この複合水酸化物は、一般式:Ni0.331Mn0.331Co0.331Zr0.0020.005(OH)で表されるものであることを確認した。
b) Evaluation of composite hydroxide [Composition]
The composite hydroxide as a sample, ICP emission spectrophotometer (Shimadzu Corporation Shimadzu, ICPE-9000) was measured elemental fraction using a composite hydroxide of the general formula: Ni 0 .331 Mn 0.331 Co 0.331 Zr 0.002 W 0.005 (OH) 2 was confirmed.

[粒子構造]
複合水酸化物を電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM:日本電子株式会社製、JSM−6360LA)により観察したところ、この複合水酸化物は、略球状で、粒径がほぼ均一に揃った二次粒子により構成されていることが確認された。また、複合水酸化物の一部を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリシャ加工によって二次粒子の断面を観察可能な状態とし、FE−SEM(日本電子株式会社製、JSM−6360LA)により観察した(図1参照)。この結果、この複合水酸化物を構成する二次粒子は、板状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、その中心部の外側に、微細一次粒子が凝集して形成された第1の低密度層と、第1の低密度層の外側に、板状一次粒子が凝集して形成された第1の高密度層と、第1の高密度層の外側に、微細一次粒子が凝集して形成された第2の低密度層が積層した積層構造を備え、その外側にさらに板状一次粒子が凝集した外殻部を有していることを確認した。
[Particle structure]
When the composite hydroxide was observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM: JSM-6360LA, manufactured by JEOL Ltd.), the composite hydroxide was substantially spherical and had a uniform particle size. It was confirmed to be composed of secondary particles. Further, a part of the composite hydroxide was embedded in the resin, and the cross section of the secondary particles was made observable by cross section polishing, and observed with FE-SEM (manufactured by JEOL Ltd., JSM-6360LA). 1). As a result, the secondary particles constituting this composite hydroxide have a central portion formed by aggregation of plate-like primary particles, and fine primary particles are formed by aggregation outside the central portion. The first low-density layer, the first high-density layer formed by aggregation of plate-like primary particles on the outside of the first low-density layer, and the fine primary particles on the outside of the first high-density layer It was confirmed that the second low-density layer formed by agglomeration of the particles had a laminated structure in which the second low-density layer was laminated, and an outer shell portion where the plate-like primary particles were further agglomerated on the outer side.

一次粒子の平均粒径の計測および算出を行ったところ、微細一次粒子の平均粒径は0.2μmであり、板状一次粒子の平均粒径は0.5μmであった。   When the average particle diameter of the primary particles was measured and calculated, the average particle diameter of the fine primary particles was 0.2 μm, and the average particle diameter of the plate-like primary particles was 0.5 μm.

さらに、中心部粒径比、第1低密度層粒径比、第1高密度層粒径比、第2低密度層粒径比、および外殻部粒径比についても計測および算出を行ったところ、それぞれ、40%、20%、15%、15%、および10%であった。   Further, measurement and calculation were performed for the center part particle size ratio, the first low density layer particle size ratio, the first high density layer particle size ratio, the second low density layer particle size ratio, and the outer shell part particle size ratio. However, they were 40%, 20%, 15%, 15%, and 10%, respectively.

[平均粒径および粒度分布]
レーザ光回折散乱式粒度分析計(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)を用いて、複合水酸化物を構成する二次粒子の平均粒径を測定するとともに、d10およびd90を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/平均粒径]の値を算出した。この結果、複合水酸化物を構成する二次粒子の平均粒径は、5.1μmであり、[(d90−d10)/平均粒径]の値は0.42であった。
[Average particle size and particle size distribution]
Using a laser light diffraction / scattering particle size analyzer (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac HRA), the average particle size of secondary particles constituting the composite hydroxide is measured, and d10 and d90 are measured, and the particle size distribution is measured. The value of [(d90−d10) / average particle diameter], which is an index indicating the spread of the particle size, was calculated. As a result, the average particle size of the secondary particles constituting the composite hydroxide was 5.1 μm, and the value of [(d90−d10) / average particle size] was 0.42.

c)正極活物質の作製
得られた複合水酸化物に対して、熱処理工程を行い、大気(酸素濃度:21容量%)気流中、120℃において、12時間熱処理して、熱処理粒子を得た。その後、混合工程として、熱処理粒子と炭酸リチウムとを、Li/Meの値が1.14となるように、混合し、シェーカーミキサ装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製、TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、リチウム混合物を得た。
c) Preparation of positive electrode active material The obtained composite hydroxide was subjected to a heat treatment step and heat treated at 120 ° C. for 12 hours in an air stream (oxygen concentration: 21 vol%) to obtain heat treated particles. . Thereafter, as a mixing step, the heat-treated particles and lithium carbonate are mixed so that the value of Li / Me is 1.14, and a shaker mixer apparatus (manufactured by Willy et Bacofen (WAB), TURBULA Type T2C) is used. And mixed well to obtain a lithium mixture.

次いで、このリチウム混合物に対して、焼成工程を行い、大気(酸素濃度:21容量%)気流中、昇温速度を2.5℃/分で950℃まで昇温し、この温度で4時間保持して焼成し、冷却速度を約4℃/分で室温まで冷却した。このようにして得た正極活物質には、凝集または軽度の焼結が生じていため、解砕工程を実施し、この正極活物質を解砕し、平均粒径および粒度分布を調整した。   Next, a firing step is performed on the lithium mixture, and the temperature is raised to 950 ° C. at a rate of 2.5 ° C./min in the air (oxygen concentration: 21% by volume), and this temperature is maintained for 4 hours. And then cooled to room temperature at a cooling rate of about 4 ° C./min. Since the positive electrode active material thus obtained was agglomerated or slightly sintered, a crushing step was performed, the positive electrode active material was crushed, and the average particle size and particle size distribution were adjusted.

d)正極活物質の評価
[組成]
この正極活物質を試料として、ICP発光分光分析装置を用いて元素分率を計測したところ、この正極活物質は、一般式:Li1.14Ni0.331Mn0.331Co0.331Zr0.0020.005で表されるものであることを確認した。
d) Evaluation of positive electrode active material [Composition]
When this positive electrode active material was used as a sample and the element fraction was measured using an ICP emission spectroscopic analyzer, this positive electrode active material had a general formula: Li 1.14 Ni 0.331 Mn 0.331 Co 0.331 Zr It was confirmed that it was represented by 0.002 W 0.005 O 2 .

[平均粒径および粒度分布]
レーザ光回折散乱式粒度分析計を用いて、この正極活物質の平均粒径を測定するとともに、d10およびd90を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/平均粒径]を算出した。この結果、この正極活物質の平均粒径は、5.1μmであり、[(d90−d10)/平均粒径]は0.41であった。
[Average particle size and particle size distribution]
The average particle size of this positive electrode active material is measured using a laser light diffraction / scattering particle size analyzer, and d10 and d90 are measured, which is an index indicating the spread of the particle size distribution [(d90-d10) / average particle Diameter] was calculated. As a result, the average particle diameter of the positive electrode active material was 5.1 μm, and [(d90−d10) / average particle diameter] was 0.41.

[粒子構造]
この正極活物質の一部を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリシャ加工によって、粒子の断面を観察可能な状態とし、FE−SEMにより観察した(図2参照)。この結果、この正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して構成されており、粒子の内部に複数の空隙部が分散している多孔質構造を有していることを確認した。また、空隙部の存在しない部分(主部)に粒子内で分散している空隙部は、複数の連通孔を介して粒子外部と連通していた。複数の空隙部の平均孔径は、1.8μmであった。また、複数の連通孔の平均内径は、0.4μmであった。
[Particle structure]
A part of this positive electrode active material was embedded in a resin, and the cross section of the particles was made observable by cross section polishing, and observed by FE-SEM (see FIG. 2). As a result, this positive electrode active material was confirmed to have a porous structure in which a plurality of primary particles were aggregated and a plurality of voids were dispersed inside the particles. In addition, the voids dispersed in the particles in the portion where the voids do not exist (main part) communicated with the outside of the particles through a plurality of communication holes. The average pore diameter of the plurality of voids was 1.8 μm. The average inner diameter of the plurality of communication holes was 0.4 μm.

[比表面積およびタップ密度]
この正極活物質を試料として、流動方式ガス吸着法比表面積測定装置(ユアサアイオニクス株式会社製、マルチソーブ)により比表面積を、タッピングマシン(株式会社蔵持科学器械製作所、KRS−406)によりタップ密度を、それぞれ測定した。この結果、この正極活物質の比表面積は2.93m/gであり、タップ密度は1.43g/cmであった。
[Specific surface area and tap density]
Using this positive electrode active material as a sample, the specific surface area was measured by a flow-type gas adsorption method specific surface area measuring device (manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd., Multisorb), and the tap density was measured by a tapping machine (Kuramo Scientific Instruments Co., Ltd., KRS-406). , Respectively. As a result, the specific surface area of this positive electrode active material was 2.93 m 2 / g, and the tap density was 1.43 g / cm 3 .

e)二次電池の作製
上記で得た正極活物質:52.5mgと、アセチレンブラック:15mgと、PTEE:7.5mgを混合し、100MPaの圧力で、直径11mm、厚さ100μmにプレス成形した後、真空乾燥機中、120℃で12時間乾燥することにより、正極(1)を作製した。
e) Production of Secondary Battery The positive electrode active material obtained above: 52.5 mg, acetylene black: 15 mg, and PTEE: 7.5 mg were mixed and press-molded to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm at a pressure of 100 MPa. Then, the positive electrode (1) was produced by drying at 120 degreeC for 12 hours in a vacuum dryer.

次に、この正極(1)を用いて2032型コイン電池(B)を、露点が−80℃に管理されたアルゴン(Ar)雰囲気のグローブボックス内で作製した。この2032型コイン電池の負極(2)には、直径17mm、厚さ1mmのリチウム金属を用い、電解液には、1MのLiClOを支持電解質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)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。また、セパレータ(3)には、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。なお、2032型コイン電池(B)は、ガスケット(4)を有し、正極缶(5)と負極缶(6)とでコイン状の電池に組み立てられたものである。 Next, using this positive electrode (1), a 2032 type coin battery (B) was produced in a glove box in an argon (Ar) atmosphere in which the dew point was controlled at −80 ° C. The negative electrode (2) of the 2032 type coin battery uses lithium metal having a diameter of 17 mm and a thickness of 1 mm, and the electrolytic solution is ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1M LiClO 4 as a supporting electrolyte. The equivalent liquid mixture (made by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used. The separator (3) was a polyethylene porous film having a thickness of 25 μm. The 2032 type coin battery (B) has a gasket (4) and is assembled into a coin-shaped battery by a positive electrode can (5) and a negative electrode can (6).

f)電池評価
[初期放電容量]
2032型コイン電池を作製してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cmとして、カットオフ電圧が4.3Vとなるまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧が3.0Vになるまで放電したときの放電容量を測定する充放電試験を行ない、初期放電容量を求めた。この結果、初期放電容量は、159.6mAh/gであった。なお、初期放電容量の測定には、マルチチャンネル電圧/電流発生器(株式会社アドバンテスト製、R6741A)を用いた。
f) Battery evaluation [Initial discharge capacity]
After the 2032 type coin battery is manufactured, it 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 0.1 mA / cm 2 and the cut-off voltage is 4.3 V. A charge / discharge test was performed to measure the discharge capacity when the battery was discharged until the cut-off voltage reached 3.0 V after a 1 hour rest, and the initial discharge capacity was determined. As a result, the initial discharge capacity was 159.6 mAh / g. A multi-channel voltage / current generator (manufactured by Advantest Corporation, R6741A) was used for the measurement of the initial discharge capacity.

[正極抵抗]
充電電位4.1Vで充電した2032型コイン電池を用いて、交流インピーダンス法により抵抗値を測定した。測定には、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット(ソーラトロン社製)を使用し、図6に示すナイキストプロットを得た。プロットは、溶液抵抗、負極抵抗と容量、および、正極抵抗と容量を示す特性曲線の和として表れているため、等価回路を用いてフィッティング計算し、正極抵抗の値を算出した。この結果、正極抵抗は、0.924Ωであった。
[Positive electrode resistance]
Using a 2032 type coin battery charged at a charging potential of 4.1 V, the resistance value was measured by the AC impedance method. For the measurement, a Nyquist plot shown in FIG. 6 was obtained using a frequency response analyzer and a potentiogalvanostat (manufactured by Solartron). Since the plot is expressed as the sum of the characteristic curves indicating the solution resistance, the negative electrode resistance and the capacity, and the positive electrode resistance and the capacity, fitting calculation was performed using an equivalent circuit to calculate the value of the positive electrode resistance. As a result, the positive electrode resistance was 0.924Ω.

上記の遷移金属含有複合水酸化物粒子および正極活物質の作製条件、また、それらの諸特性およびそれらを用いた電池の諸性能の結果を、表1〜表3に示す。以下の実施例2〜実施例18、比較例1〜比較例8の結果も同様に、表1〜表3に示す。   Tables 1 to 3 show the preparation conditions of the transition metal-containing composite hydroxide particles and the positive electrode active material, the characteristics thereof, and the results of various performances of the battery using them. The results of the following Examples 2 to 18 and Comparative Examples 1 to 8 are also shown in Tables 1 to 3.

(実施例2)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から16分(粒子成長工程時間の全体に対して6.7%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から36分(粒子成長工程時間の全体に対して15.0%)経過後に行い、その後、切替操作1を、切替操作2から30分(粒子成長工程時間の全体に対して12.5%)経過後に行い、その後、切替操作2を、切替操作1から65分(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)経過後に行い、その後、93分間(粒子成長工程時間の全体に対して38.8%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物、正極活物質、および二次電池を作製し、それらの評価を行った。
(Example 2)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed after 16 minutes (6.7% of the total particle growth process time) from the start of the particle growth process, and the switching operation 2 is performed for 36 minutes from the switching operation 1 ( The switching operation 1 is performed after 30 minutes (12.5% with respect to the entire particle growth process time) has elapsed from the switching operation 2 and then 30 minutes (12.5% with respect to the entire particle growth process time). Thereafter, the switching operation 2 is performed 65 minutes after the switching operation 1 (27.1% with respect to the entire particle growth process time), and then 93 minutes (38.8% with respect to the entire particle growth process time). ) A composite hydroxide, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued.

(実施例3)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から16分(粒子成長工程時間の全体に対して6.7%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から36分(粒子成長工程時間の全体に対して15.0%)経過後に行い、その後、切替操作2から71分(粒子成長工程時間の全体に対して29.6%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から83分(粒子成長工程時間の全体に対して34.6%)経過後に行い、その後、34分間(粒子成長工程時間の全体に対して14.2%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物、正極活物質、および二次電池を作製して、それらの評価を行った。
(Example 3)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed after 16 minutes (6.7% of the total particle growth process time) from the start of the particle growth process, and the switching operation 2 is performed for 36 minutes from the switching operation 1 ( After 15.0%) of the entire grain growth process time, the switching operation 1 was performed after 71 minutes (29.6% of the entire grain growth process time) from the switching operation 2. . Thereafter, the switching operation 2 is performed after 83 minutes (34.6% of the entire particle growth process time) have elapsed from the switching operation 1, and then 34 minutes (14.2% of the entire particle growth process time). ) A composite hydroxide, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued.

(実施例4)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から16分(粒子成長工程時間の全体に対して6.7%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から36分(粒子成長工程時間の全体に対して15.0%)経過後に行い、その後、切替操作2から30分(粒子成長工程時間の全体に対して12.5%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から93分(粒子成長工程時間の全体に対して38.8%)経過後に行い、その後、65分間(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物、正極活物質、および二次電池を作製し、それらの評価を行った。
Example 4
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed after 16 minutes (6.7% of the total particle growth process time) from the start of the particle growth process, and the switching operation 2 is performed for 36 minutes from the switching operation 1 ( After 15.0%) of the entire grain growth process time, the switching operation 1 was performed after 30 minutes (12.5% of the entire grain growth process time) after the switching operation 2. . Thereafter, the switching operation 2 is performed after 93 minutes (38.8% with respect to the entire particle growth process time) have elapsed from the switching operation 1, and then 65 minutes (27.1% with respect to the entire particle growth process time). ) A composite hydroxide, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued.

(実施例5)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から16分(粒子成長工程時間の全体に対して6.7%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から36(粒子成長工程時間の全体に対して15.0%)経過後に行い、その後、切替操作2から71分(粒子成長工程時間の全体に対して29.6%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から52分(粒子成長工程時間の全体に対して21.7%)経過後に行い、その後、65分間(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物、正極活物質、および二次電池を作製し、それらの評価を行った。
(Example 5)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed after 16 minutes (6.7% of the total particle growth process time) from the start of the particle growth process, and the switching operation 2 is performed for 36 minutes from the switching operation 1 ( After 15.0%) of the entire grain growth process time, the switching operation 1 was performed after 71 minutes (29.6% of the entire grain growth process time) from the switching operation 2. . Thereafter, the switching operation 2 is performed after the lapse of 52 minutes (21.7% with respect to the total particle growth process time) from the switching operation 1, and then 65 minutes (27.1% with respect to the total particle growth process time). ) A composite hydroxide, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued.

(実施例6)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から10分(粒子成長工程時間の全体に対して4.2%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から12分(粒子成長工程時間の全体に対して5.0%)経過後に行い、その後、切替操作2から79分(粒子成長工程時間の全体に対して32.9%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から74分(粒子成長工程時間の全体に対して30.8%)経過後に行い、その後、65分間(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。
(Example 6)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed 10 minutes after the start of the particle growth process (4.2% of the total particle growth process time), and the switching operation 2 is performed for 12 minutes from the switching operation 1 ( The switching operation 1 was performed after 79 minutes (32.9% with respect to the entire particle growth process time) after switching operation 2 and 79 minutes later. . Thereafter, the switching operation 2 is performed after 74 minutes (30.8% with respect to the entire particle growth process time) have elapsed from the switching operation 1, and then 65 minutes (27.1% with respect to the entire particle growth process time). ) A composite hydroxide, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued.

(実施例7)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から22分(粒子成長工程時間の全体に対して9.2%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から44分(粒子成長工程時間の全体に対して18.3%)経過後に行い、その後、切替操作2から35分(粒子成長工程時間の全体に対して14.6%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から74分(粒子成長工程時間の全体に対して30.8%)経過後に行い、その後、65分間(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。
(Example 7)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed after 22 minutes (9.2% of the total particle growth process time) from the start of the particle growth process, and the switching operation 2 is performed 44 minutes from the switching operation 1 ( After the passage of 18.3%) of the whole grain growth process time, and after that, after switching operation 2 to 35 minutes (14.6% of the whole grain growth process time), switching operation 1 was performed. . Thereafter, the switching operation 2 is performed after 74 minutes (30.8% with respect to the entire particle growth process time) have elapsed from the switching operation 1, and then 65 minutes (27.1% with respect to the entire particle growth process time). ) A composite hydroxide particle, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued.

(実施例8)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から7分(粒子成長工程時間の全体に対して2.9%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から45分(粒子成長工程時間の全体に対して18.8%)経過後に行い、その後、切替操作2から49分(粒子成長工程時間の全体に対して20.4%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から74分(粒子成長工程時間の全体に対して30.8%)経過後に行い、その後、65分間(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。
(Example 8)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed 7 minutes after the start of the particle growth process (2.9% of the entire particle growth process time), and the switching operation 2 is performed 45 minutes from the switching operation 1 ( 18.8% of the entire grain growth process time), and after that, switching operation 2 was performed after 49 minutes (20.4% of the entire grain growth process time) from switching operation 2. . Thereafter, the switching operation 2 is performed after 74 minutes (30.8% with respect to the entire particle growth process time) have elapsed from the switching operation 1, and then 65 minutes (27.1% with respect to the entire particle growth process time). ) A composite hydroxide particle, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued.

(実施例9)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から30分(粒子成長工程時間の全体に対して12.5%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から22分(粒子成長工程時間の全体に対して9.2%)経過後に行い、その後、切替操作2から49分(粒子成長工程時間の全体に対して20.4%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から74分(粒子成長工程時間の全体に対して30.8%)経過後に行い、その後、65分間(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。
Example 9
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed 30 minutes after the start of the particle growth process (12.5% with respect to the entire particle growth process time), and the switching operation 2 is performed for 22 minutes from the switching operation 1 ( 9.2% of the entire grain growth process time), and after that, switching operation 1 was performed after 49 minutes (20.4% of the entire grain growth process time) from switching operation 2. . Thereafter, the switching operation 2 is performed after 74 minutes (30.8% with respect to the entire particle growth process time) have elapsed from the switching operation 1, and then 65 minutes (27.1% with respect to the entire particle growth process time). ) A composite hydroxide particle, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued.

(比較例1)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から10分(粒子成長工程時間の全体に対して4.2%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から30分(粒子成長工程時間の全体に対して12.5%)経過後に行い、その後、切替操作2から26分(粒子成長工程時間の全体に対して10.8%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から57分(粒子成長工程時間の全体に対して23.8%)経過後に行い、その後、117分間(粒子成長工程時間の全体に対して48.8%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。比較例1により得られた正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して構成されており、粒子の内部に複数の空隙部が分散している多孔質構造を有し、これらの空隙部は粒子外部とは連通していたが、連通孔の平均内径は0.1μmであった。
(Comparative Example 1)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed 10 minutes after the start of the particle growth process (4.2% with respect to the total particle growth process time), and the switching operation 2 is performed for 30 minutes from the switching operation 1 ( After 12.5%) of the entire grain growth process time, the switching operation 1 was performed after 26 minutes (10.8% of the entire grain growth process time) after the switching operation 2. . Thereafter, the switching operation 2 is performed 57 minutes after the switching operation 1 (23.8% with respect to the total particle growth process time), and then 117 minutes (48.8% with respect to the total particle growth process time). ) A composite hydroxide particle, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued. The positive electrode active material obtained in Comparative Example 1 is composed of a plurality of primary particles aggregated, and has a porous structure in which a plurality of voids are dispersed inside the particles. Although it communicated with the outside of the particles, the average inner diameter of the communication holes was 0.1 μm.

(比較例2)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から18分(粒子成長工程時間の全体に対して7.5%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から40分(粒子成長工程時間の全体に対して16.7%)経過後に行い、その後、切替操作2から75分(粒子成長工程時間の全体に対して31.2%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から87分(粒子成長工程時間の全体に対して36.3%)経過後に行い、その後、20分間(粒子成長工程時間の全体に対して8.3%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、遷移金属複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。比較例2により得られた正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して構成されており、粒子の内部に複数の空隙部が分散している多孔質構造を有していたが、FE−SEMによる観察では、これらの空隙部の粒子外部との連通孔は確認されなかった。
(Comparative Example 2)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed after 18 minutes (7.5% of the total particle growth process time) from the start of the particle growth process, and the switching operation 2 is performed for 40 minutes from the switching operation 1 ( 16.7% of the entire grain growth process time), and after that, switching operation 2 was performed after 75 minutes (31.2% of the entire grain growth process time). . Thereafter, the switching operation 2 is performed 87 minutes after the switching operation 1 (36.3% with respect to the total particle growth process time), and then 20 minutes (8.3% with respect to the total particle growth process time). ) A transition metal composite hydroxide particle, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued. The positive electrode active material obtained in Comparative Example 2 was composed of a plurality of primary particles aggregated, and had a porous structure in which a plurality of voids were dispersed inside the particles. Observation by SEM did not confirm the communication holes between these voids and the outside of the particles.

(比較例3)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から10分(粒子成長工程時間の全体に対して4.2%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から20分(粒子成長工程時間の全体に対して8.3%)経過後に行い、その後、切替操作2から36分(粒子成長工程時間の全体に対して15.0%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から109分(粒子成長工程時間の全体に対して45.4%)経過後に行い、その後、65分間(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。比較例3により得られた正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して構成されており、粒子の内部に複数の空隙部が分散している多孔質構造を有し、これらの空隙部は粒子外部とは連通していたが、連通孔の平均内径は0.1μmであった。
(Comparative Example 3)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed 10 minutes after the start of the particle growth process (4.2% of the total particle growth process time), and the switching operation 2 is performed for 20 minutes from the switching operation 1 ( After the lapse of 8.3% with respect to the whole grain growth process time, after that, after switching operation 2 to 36 minutes (15.0% with respect to the whole grain growth process time), switching operation 1 was performed. . Thereafter, the switching operation 2 is performed 109 minutes after the switching operation 1 (45.4% with respect to the entire particle growth process time), and then 65 minutes (27.1% with respect to the entire particle growth process time). ) A composite hydroxide particle, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued. The positive electrode active material obtained in Comparative Example 3 is composed of a plurality of primary particles aggregated, and has a porous structure in which a plurality of voids are dispersed inside the particles. Although it communicated with the outside of the particles, the average inner diameter of the communication holes was 0.1 μm.

(比較例4)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から16分(粒子成長工程時間の全体に対して6.7%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から36分(粒子成長工程時間の全体に対して15.0%)経過後に行い、その後、切替操作2から71分(粒子成長工程時間の全体に対して29.6%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から24分(粒子成長工程時間の全体に対して10.0%)経過後に行い、その後、93分間(粒子成長工程時間の全体に対して38.8%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。比較例4により得られた正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して構成されており、粒子の内部に複数の空隙部が分散している多孔質構造を有し、これらの空隙部は粒子外部とは連通していたが、連通孔の平均内径は0.1μmであった。
(Comparative Example 4)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed after 16 minutes (6.7% of the total particle growth process time) from the start of the particle growth process, and the switching operation 2 is performed for 36 minutes from the switching operation 1 ( 15.0% of the entire grain growth process time), and after that, switching operation 2 was performed after 71 minutes (29.6% of the entire grain growth process time). . Thereafter, the switching operation 2 is performed 24 minutes after the switching operation 1 (10.0% with respect to the entire particle growth process time), and then 93 minutes (38.8% with respect to the entire particle growth process time). ) A composite hydroxide particle, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued. The positive electrode active material obtained in Comparative Example 4 is composed of a plurality of primary particles aggregated, and has a porous structure in which a plurality of voids are dispersed inside the particles. Although it communicated with the outside of the particles, the average inner diameter of the communication holes was 0.1 μm.

(比較例5)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から6分(粒子成長工程時間の全体に対して2.5%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から16分(粒子成長工程時間の全体に対して6.7%)経過後に行い、その後、切替操作2から101分(粒子成長工程時間の全体に対して42.1%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から52分(粒子成長工程時間の全体に対して21.7%)経過後に行い、その後、65分間(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。比較例5により得られた正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して構成されており、粒子の内部に複数の空隙部が分散している多孔質構造を有していたが、FE−SEMによる観察では、これらの空隙部の粒子外部との連通孔は確認されなかった。
(Comparative Example 5)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed 6 minutes after the start of the particle growth process (2.5% with respect to the total particle growth process time), and the switching operation 2 is performed for 16 minutes from the switching operation 1 ( After the passage of 6.7% of the entire grain growth process time, the switching operation 1 was performed after 101 minutes (42.1% of the whole grain growth process time) from switching operation 2. . Thereafter, the switching operation 2 is performed after the lapse of 52 minutes (21.7% with respect to the total particle growth process time) from the switching operation 1, and then 65 minutes (27.1% with respect to the total particle growth process time). ) A composite hydroxide particle, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued. The positive electrode active material obtained in Comparative Example 5 was composed of a plurality of primary particles aggregated, and had a porous structure in which a plurality of voids were dispersed inside the particles. Observation by SEM did not confirm the communication holes between these voids and the outside of the particles.

(比較例6)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から22分(粒子成長工程時間の全体に対して9.2%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から60分(粒子成長工程時間の全体に対して25.0%)経過後に行い、その後、切替操作2から19分(粒子成長工程時間の全体に対して7.9%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から74分(粒子成長工程時間の全体に対して30.8%)経過後に行い、その後、65分間(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。比較例5により得られた正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して構成されており、粒子の内部に複数の空隙部が分散している多孔質構造を有していたが、FE−SEMによる観察では、これらの空隙部の粒子外部との連通孔は確認されなかった。
(Comparative Example 6)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed after 22 minutes (9.2% of the total particle growth process time) from the start of the particle growth process, and the switching operation 2 is performed for 60 minutes from the switching operation 1 ( After 25.0%) of the entire grain growth process time, the switching operation 1 was performed after 19 minutes (7.9% of the entire grain growth process time) after switching operation 2. . Thereafter, the switching operation 2 is performed after 74 minutes (30.8% with respect to the entire particle growth process time) have elapsed from the switching operation 1, and then 65 minutes (27.1% with respect to the entire particle growth process time). ) A composite hydroxide particle, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued. The positive electrode active material obtained in Comparative Example 5 was composed of a plurality of primary particles aggregated, and had a porous structure in which a plurality of voids were dispersed inside the particles. Observation by SEM did not confirm the communication holes between these voids and the outside of the particles.

(比較例7)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から6分(粒子成長工程時間の全体に対して2.5%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から60分(粒子成長工程時間の全体に対して25.0%)経過後に行い、その後、切替操作2から57分(粒子成長工程時間の全体に対して23.8%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から52分(粒子成長工程時間の全体に対して21.7%)経過後に行い、その後、65分間(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。比較例7により得られた正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して構成されており、粒子の内部に複数の空隙部が分散している多孔質構造を有していたが、FE−SEMによる観察では、これらの空隙部の粒子外部との連通孔は確認されなかった。
(Comparative Example 7)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed 6 minutes after the start of the particle growth process (2.5% with respect to the entire particle growth process time), and the switching operation 2 is performed for 60 minutes from the switching operation 1 ( After 25.0%) of the entire grain growth process time, the switching operation 1 was carried out after 57 minutes (23.8% of the total grain growth process time) after the switching operation 2. . Thereafter, the switching operation 2 is performed after the lapse of 52 minutes (21.7% with respect to the total particle growth process time) from the switching operation 1, and then 65 minutes (27.1% with respect to the total particle growth process time). ) A composite hydroxide particle, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued. The positive electrode active material obtained in Comparative Example 7 was composed of a plurality of primary particles aggregated and had a porous structure in which a plurality of voids were dispersed inside the particles. Observation by SEM did not confirm the communication holes between these voids and the outside of the particles.

(比較例8)
粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から22分(粒子成長工程時間の全体に対して9.2%)経過後に行い、切替操作2を、切替操作1から8分(粒子成長工程時間の全体に対して3.3%)経過後に行い、その後、切替操作2から71分(粒子成長工程時間の全体に対して29.6%)経過後、切替操作1を実施した。その後、切替操作2を、切替操作1から74分(粒子成長工程時間の全体に対して30.8%)経過後に行い、その後、65分間(粒子成長工程時間の全体に対して27.1%)晶析反応を継続したこと以外は、実施例1と同様とし、複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を作製し、それらの評価を行った。比較例8により得られた正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して構成されており、粒子の内部に複数の空隙部が分散している多孔質構造を有していたが、FE−SEMによる観察では、これらの空隙部の粒子外部との連通孔は確認されなかった。
(Comparative Example 8)
In the particle growth process, the switching operation 1 is performed after 22 minutes (9.2% of the total particle growth process time) from the start of the particle growth process, and the switching operation 2 is performed for 8 minutes from the switching operation 1 ( After the elapse of 3.3%), the switching operation 1 was performed after 71 minutes from the switching operation 2 (29.6% with respect to the entire particle growth process time). . Thereafter, the switching operation 2 is performed after 74 minutes (30.8% with respect to the entire particle growth process time) have elapsed from the switching operation 1, and then 65 minutes (27.1% with respect to the entire particle growth process time). ) A composite hydroxide particle, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction was continued. The positive electrode active material obtained in Comparative Example 8 is composed of a plurality of primary particles aggregated and has a porous structure in which a plurality of voids are dispersed inside the particles. Observation by SEM did not confirm the communication holes between these voids and the outside of the particles.

1 正極(評価用電極)
2 負極
3 セパレータ
4 ガスケット
5 正極缶
6 負極缶
B 2032型コイン電池
21 中心部
22 第1の低密度層
23 第1の高密度層
24 第2の低密度層
25 外殻部
1 Positive electrode (Evaluation electrode)
2 Negative Electrode 3 Separator 4 Gasket 5 Positive Electrode Can 6 Negative Electrode Can B 2032 Type Coin Battery 21 Center Part 22 First Low Density Layer 23 First High Density Layer 24 Second Low Density Layer 25 Outer Shell Part

Claims (24)

複数の板状一次粒子、および、該板状一次粒子よりも小さな粒径を有する微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなる遷移金属含有複合水酸化物であって、
該二次粒子は、前記板状一次粒子からなる中心部と、該中心部の外側に形成され、前記微細一次粒子からなる第1の低密度層と、第1の低密度層の外側に形成され、前記板状一次粒子からなる第1の高密度層と、第1の高密度層の外側に形成され、前記微細一次粒子とからなる第2の低密度層と、第2の低密度層の外側に形成され、前記板状一次粒子からなる外殻部とを備え、
前記中心部の外径の前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、20%〜60%の範囲にあり、第1の低密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、8%〜33%の範囲にあり、第1の高密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、8%〜33%の範囲にあり、第2の低密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、8%〜23%の範囲にあり、かつ、前記外殻層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、4%〜18%の範囲にある、
遷移金属含有複合水酸化物。
A transition metal-containing composite hydroxide comprising a plurality of plate-like primary particles and secondary particles formed by agglomerating fine primary particles having a particle size smaller than the plate-like primary particles,
The secondary particles are formed on the outer side of the central portion made of the plate-like primary particles, on the outer side of the central portion, and on the outer side of the first low-density layer made of the fine primary particles. A first high-density layer composed of the plate-like primary particles, a second low-density layer formed outside the first high-density layer and composed of the fine primary particles, and a second low-density layer. And an outer shell portion made of the plate-like primary particles,
The average ratio of the outer diameter of the central portion to the particle size of the secondary particles is in the range of 20% to 60%, and the average ratio of the thickness of the first low density layer to the particle size of the secondary particles is The average ratio of the thickness of the first high-density layer to the particle size of the secondary particles is in the range of 8% to 33%, and the second low-density layer is in the range of 8% to 33%. The average ratio of the thickness to the particle size of the secondary particles is in the range of 8% to 23%, and the average ratio of the thickness of the outer shell layer to the particle size of the secondary particles is 4% to In the range of 18%,
Transition metal-containing composite hydroxide.
第2の低密度層と前記外殻部と間に、第2の低密度層の外側に形成され、前記板状一次粒子からなる外部高密度層と、該外部高密度層の外側に形成され、前記微細一次粒子からなる外部低密度層とからなる積層構造を、少なくとも1つさらに備える、請求項1記載の遷移金属含有複合水酸化物。   Between the second low-density layer and the outer shell portion, it is formed outside the second low-density layer, and is formed outside the external high-density layer made of the plate-like primary particles and the external high-density layer. The transition metal-containing composite hydroxide according to claim 1, further comprising at least one laminated structure composed of an external low-density layer made of the fine primary particles. 前記外部高密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する平均比率は、4%〜18%の範囲にあり、かつ、前記外部低密度層の厚さの前記二次粒子の粒径に対する比率は、8%〜23%の範囲にある、請求項2に記載の遷移金属含有複合水酸化物。   The average ratio of the thickness of the outer high-density layer to the particle size of the secondary particles is in the range of 4% to 18%, and the thickness of the outer low-density layer to the particle size of the secondary particles The transition metal-containing composite hydroxide according to claim 2, wherein the ratio is in the range of 8% to 23%. 前記板状一次粒子の平均粒径は、0.3μm〜3μmの範囲にあり、かつ、前記微細一次粒子の平均粒径は、前記板状一次粒子の平均粒径よりも小さく、かつ、0.01μm〜0.3μmの範囲にある、請求項1〜3のいずれかに記載の遷移金属含有複合水酸化物。   The average particle size of the plate-like primary particles is in the range of 0.3 μm to 3 μm, the average particle size of the fine primary particles is smaller than the average particle size of the plate-like primary particles, and The transition metal containing composite hydroxide in any one of Claims 1-3 which exists in the range of 01 micrometer-0.3 micrometer. 前記二次粒子の平均粒径は、1μm〜15μmの範囲にあり、かつ、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/平均粒径]の値は、0.65以下である、請求項1〜4のいずれかに記載の遷移金属含有複合水酸化物。   The average particle size of the secondary particles is in the range of 1 μm to 15 μm, and the value of [(d90−d10) / average particle size] which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the secondary particles is 0. The transition metal-containing composite hydroxide according to any one of claims 1 to 4, which is .65 or less. 一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される、請求項1〜5のいずれかに記載の遷移金属含有複合水酸化物。 Formula (A): Ni x Mn y Co z M t (OH) 2 + a (x + y + z + t = 1,0.3 ≦ x ≦ 0.95,0.05 ≦ y ≦ 0.55,0 ≦ z ≦ 0.4 , 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ a ≦ 0.5, M is one or more selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W The transition metal-containing composite hydroxide according to any one of claims 1 to 5, represented by: 前記添加元素Mが、該遷移金属含有複合水酸化物の内部に均一に分布し、および/または、前記添加元素Mを含む化合物によって該遷移金属含有複合水酸化物の表面が被覆されている、請求項6に記載の遷移金属含有複合水酸化物。   The additive element M is uniformly distributed inside the transition metal-containing composite hydroxide, and / or the surface of the transition metal-containing composite hydroxide is coated with a compound containing the additive element M. The transition metal-containing composite hydroxide according to claim 6. 少なくとも遷移金属元素を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液とを混合して、反応水溶液を形成し、晶析反応によって、非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体である遷移金属複合水酸化物粒子を製造する方法であって、
前記反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を12.0〜14.0の範囲に調整し、酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気で核生成を行う、核生成工程と、
該核生成工程で得られた核を含む前記反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を、前記核生成工程のpH値よりも低く、かつ、10.5〜12.0となるように調整し、前記核を成長させる、粒子成長工程とを備え、
該粒子成長工程において、
該粒子成長工程の開始から前記非酸化性雰囲気を前記粒子成長工程の全体に対して0.5%〜15%の範囲の時間で維持する第1段階と、
第1段階の経過後、酸素濃度を5容量%を超える酸化性雰囲気に切り替えて、該酸化性雰囲気を前記粒子成長工程の全体に対して4%〜22%の範囲の時間で維持する第2段階と、
第2段階の経過後、該酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、該非酸化性雰囲気を前記粒子成長工程の全体に対して10%〜40%の範囲の時間で維持する第3段階と、
第3段階の経過後、該非酸化性雰囲気から前記酸化性雰囲気に切り替えて、該酸化性雰囲気を前記粒子成長工程の全体に対して15%〜40%の範囲の時間で維持する第4段階と、
第4段階の経過後、該酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、該非酸化性雰囲気を前記粒子成長工程の全体に対して10%〜45%の範囲の時間で維持する外殻部形成段階と、
を設ける、
遷移金属含有複合水酸化物の製造方法。
A raw material aqueous solution containing at least a transition metal element and an aqueous solution containing an ammonium ion supplier are mixed to form a reaction aqueous solution, which is a precursor of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery by a crystallization reaction. A method for producing transition metal composite hydroxide particles, comprising:
A nucleation step of adjusting the pH value of the reaction aqueous solution at a reference temperature of 25 ° C. to a range of 12.0 to 14.0 and performing nucleation in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less;
The pH value of the reaction aqueous solution containing nuclei obtained in the nucleation step is adjusted so that the pH value based on a liquid temperature of 25 ° C. is lower than the pH value of the nucleation step and is 10.5 to 12.0. And a particle growth step for growing the nucleus,
In the grain growth step,
Maintaining the non-oxidizing atmosphere from the start of the grain growth process for a time in the range of 0.5% to 15% with respect to the whole grain growth process;
After the first stage, the oxygen concentration is switched to an oxidizing atmosphere exceeding 5% by volume, and the oxidizing atmosphere is maintained for a time in the range of 4% to 22% with respect to the whole of the grain growth process. Stages,
After the second stage, the third stage is switched from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere, and the non-oxidizing atmosphere is maintained for a time in the range of 10% to 40% with respect to the whole of the grain growth process. When,
After the third stage, a fourth stage in which the non-oxidizing atmosphere is switched to the oxidizing atmosphere and the oxidizing atmosphere is maintained for a time in a range of 15% to 40% with respect to the whole of the particle growth process; ,
After the fourth stage, the outer shell portion is switched from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere, and the non-oxidizing atmosphere is maintained for a time in the range of 10% to 45% with respect to the whole of the particle growth process. The formation stage;
Provide
A method for producing a transition metal-containing composite hydroxide.
第4段階と前記外殻部形成段階との間に、該酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、該非酸化性雰囲気を維持する外部高密度層形成段階と、該外部高密度層形成段階の経過後、前記非酸化性雰囲気から前記酸化性雰囲気に切り替えて、該酸化性雰囲気を維持する外部低密度層形成段階との組み合わせを、少なくとも1回、設ける、請求項8に記載の遷移金属含有複合水酸化物の製造方法。   An external high-density layer forming step of switching from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere to maintain the non-oxidizing atmosphere between the fourth step and the outer shell forming step, and the external high-density layer formation The transition according to claim 8, wherein after the progress of the step, the combination with the external low density layer forming step of switching from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere and maintaining the oxidizing atmosphere is provided at least once. A method for producing a metal-containing composite hydroxide. 前記外部高密度層形成段階を、前記粒子成長工程全体に対して10%〜40%の範囲の時間とし、かつ、前記外部低密度層形成段階を、前記粒子成長工程時間の全体に対して15%〜40%の範囲の時間とする、請求項9に記載の遷移金属含有複合水酸化物の製造方法。   The external high-density layer forming step is performed for a time in the range of 10% to 40% with respect to the entire particle growth process, and the external low-density layer forming step is set to 15% with respect to the entire particle growth process time. The method for producing a transition metal-containing composite hydroxide according to claim 9, wherein the time is in a range of% to 40%. 遷移金属含有複合水酸化物を、一般式(A):NixMnyCozt(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成とする、請求項8〜10のいずれかに記載の遷移金属含有複合水酸化物の製造方法。 The transition metal-containing composite hydroxide of the general formula (A): Ni x Mn y Co z M t (OH) 2 + a (x + y + z + t = 1,0.3 ≦ x ≦ 0.95,0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ a ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf The manufacturing method of the transition metal containing composite hydroxide in any one of Claims 8-10 made into the composition represented by the 1 or more types of additional element selected from Ta, W). 前記粒子成長工程後に、前記遷移金属含有複合水酸化物の表面を、前記添加元素Mを含む化合物によって被覆する、被覆工程をさらに設ける、請求項11に記載の遷移金属含有複合水酸化物の製造方法。   The production of a transition metal-containing composite hydroxide according to claim 11, further comprising a coating step of coating the surface of the transition metal-containing composite hydroxide with a compound containing the additive element M after the particle growth step. Method. 非水電解質二次電池の正極に用いられる正極活物質であって、
複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなり、該二次粒子の内部に分散して存する複数の空隙部と、該空隙部と前記二次粒子の外部とを連通する、少なくとも1つの連通孔を備え、前記二次粒子の単位体積あたりの比表面積が、3.5m/cm以上である、非水電解質二次電池用正極活物質。
A positive electrode active material used for a positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery,
Consisting of secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles, communicating a plurality of voids dispersed in the secondary particles, and the voids and the outside of the secondary particles, at least A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising one communication hole and having a specific surface area per unit volume of the secondary particles of 3.5 m 2 / cm 3 or more.
前記空隙部の平均孔径は、0.1μm〜2μmの範囲にある、請求項13に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 13, wherein an average pore diameter of the void portion is in a range of 0.1 μm to 2 μm. 前記連通孔の平均内径は、0.2μm〜0.7μmの範囲にある、請求項13または14に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 13 or 14, wherein an average inner diameter of the communication hole is in a range of 0.2 µm to 0.7 µm. 前記二次粒子の比表面積が、2.7m/g〜4.0m/gであり、かつ、JIS Z2512に基づき測定した前記二次粒子のタップ密度が、1.0g/cm以上である、請求項13〜15のいずれかに記載の非水電解質二次電池用正極活物質。 A specific surface area of the secondary particles is 2.7m 2 /g~4.0m 2 / g, and a tap density of the secondary particles was measured based on JIS Z2512 is 1.0 g / cm 3 or more The positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 13 to 15. 前記二次粒子の平均粒径は、1μm〜15μmの範囲にあり、かつ、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/平均粒径]の値は、0.70以下である、請求項13〜16のいずれかに記載の非水電解質二次電池用正極活物質。   The average particle size of the secondary particles is in the range of 1 μm to 15 μm, and the value of [(d90−d10) / average particle size] which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the secondary particles is 0. The positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 13 to 16, which is 70 or less. 一般式(B):Li1+uNiMnCo(−0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される、請求項13〜17のいずれかに記載の非水電解質二次電池用正極活物質。 General formula (B): Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 (−0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W The positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 13 to 17, which is represented by one or more additional elements). 前記添加元素Mが、該非水電解質二次電池用正極活物質の内部に均一に分布し、および/または、前記添加元素Mを含む化合物によって該非水電解質二次電池用正極活物質の表面が被覆されている、請求項18に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。   The additive element M is uniformly distributed inside the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and / or the surface of the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery is covered with a compound containing the additive element M The positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 18. 請求項1〜7のいずれかに記載の遷移金属含有複合水酸化物と、リチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を形成する混合工程と、
該リチウム混合物を、酸化性雰囲気中で、650℃〜1000℃の範囲の温度で焼成して、リチウム遷移金属含有複合酸化物からなる非水電解質二次電池用正極活物質を得る焼成工程と、
を備える、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
A mixing step of mixing the transition metal-containing composite hydroxide according to any one of claims 1 to 7 and a lithium compound to form a lithium mixture,
A firing step of firing the lithium mixture in an oxidizing atmosphere at a temperature in the range of 650 ° C. to 1000 ° C. to obtain a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a lithium transition metal-containing composite oxide;
A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記混合工程において、前記リチウム混合物に含まれるリチウムの原子数の、リチウム以外の金属元素の原子数の合計に対する比率が、0.95〜1.5の範囲となるように、前記リチウム化合物の混合量を調整する、請求項20に記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   In the mixing step, the lithium compound is mixed such that the ratio of the number of lithium atoms contained in the lithium mixture to the total number of metal element atoms other than lithium is in the range of 0.95 to 1.5. The manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of Claim 20 which adjusts quantity. 前記混合工程の前に、前記遷移金属複合水酸化物粒子を、105℃〜750℃の範囲の温度で熱処理する熱処理工程をさらに備える、請求項20または21に記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 20 or 21, further comprising a heat treatment step of heat-treating the transition metal composite hydroxide particles at a temperature in a range of 105 ° C to 750 ° C before the mixing step. A method for producing a positive electrode active material. 前記リチウム遷移金属含有複合酸化物を、一般式(B):Li1+UNiMnCo(−0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成とする、請求項20〜22のいずれかに記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 The lithium transition metal-containing composite oxide is represented by the general formula (B): Li 1 + U Ni x Mn y Co z M t O 2 (−0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo The manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries in any one of Claims 20-22 made into the composition represented by 1 or more types of additional elements selected from Hf, Ta, and W). 正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備え、該正極の正極材料として、請求項13〜19のいずれかに記載の非水電解質二次電池用正極活物質が用いられている、非水電解質二次電池。

A positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte, wherein the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 13 to 19 is used as a positive electrode material of the positive electrode. Non-aqueous electrolyte secondary battery.

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