JP2019189489A - Metal composite hydroxide and manufacturing method therefor, cathode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method therefor, and nonaqueous electrolyte secondary battery manufactured using the same - Google Patents

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Abstract

To provide a cathode active material having high crystallinity and constituting a secondary battery having high output, and to provide a composite hydroxide containing a particle having a multilayer structure, which is a precursor of the cathode active material, and a manufacturing method for the composite hydroxide.SOLUTION: There is provided the manufacturing method for metal composite hydroxide including nickel, manganese, and tungsten, optionally cobalt, and an element M. The manufacturing method for metal composite hydroxide comprises: a first crystallization step of supplying a first raw material solution including the metal element and an ammonium ion supply body to a reaction tank, adjusting pH of reaction solution in the reaction tank, and performing a crystallization reaction to obtain a first metal composite hydroxide particle; and a second crystallization step of supplying second raw material solution including the metal element and more tungsten than the first raw material solution, and ammonium ion supply body to a reaction solution including the first metal composite hydroxide particle, adjusting pH of the reaction solution, and performing a crystallization reaction to form a tungsten concentrated layer on a surface of the first metal composite hydroxide particle to thereby obtain a second metal composite hydroxide particle.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、金属複合水酸化物とその製造方法、非水電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、及び、それを用いた非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a metal composite hydroxide and a production method thereof, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a production method thereof, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.

近年、スマートフォンやタブレット端末、ノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な非水電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット電気自動車、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車両駆動用電源として、高出力の二次電池の開発が強く望まれている。   In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as smartphones, tablet terminals, and notebook personal 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 driving a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, a battery-powered electric vehicle, and the like.

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。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として用いられる活物質には、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が使用される。   As a secondary battery satisfying such requirements, there is a lithium ion secondary battery which is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery. A lithium ion secondary battery includes a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, and the like, and a material capable of desorbing and inserting lithium is used as an active material used as a material for the negative electrode and the positive electrode.

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金属複合酸化物を正極活物質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、高エネルギー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んでいる。   Among lithium ion secondary batteries, a lithium ion secondary battery using a layered or spinel type lithium metal composite oxide as a positive electrode active material can obtain a voltage of 4 V class, and is currently used as a battery having a high energy density. Research and development has been actively conducted, and some have been put into practical use.

このようなリチウムイオン二次電池の正極活物質として、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)や、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)、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)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5)などのリチウム金属複合酸化物が提案されている。 As a positive electrode active material of such a lithium ion secondary battery, a lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) that is relatively easy to synthesize, a lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel that is cheaper than cobalt, Lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using manganese, lithium nickel manganese composite oxide (LiNi 0. 5 Mn 0.5 O 2) lithium metal composite oxide such as have been proposed.

ところで、リチウムイオン二次電池の出力特性をより向上させるため、正極活物質の比表面積を大きくする方法が一般的に知られている。正極活物質の比表面積を大きくした場合、正極活物質を二次電池に組み込んだ際に電解液との反応面積を十分に確保することができる。そこで、正極活物質の粒子構造を制御することにより、出力特性を向上させる技術がいくつか提案されている。   By the way, a method of increasing the specific surface area of the positive electrode active material is generally known in order to further improve the output characteristics of the lithium ion secondary battery. When the specific surface area of the positive electrode active material is increased, a sufficient reaction area with the electrolytic solution can be ensured when the positive electrode active material is incorporated into the secondary battery. Therefore, several techniques for improving output characteristics by controlling the particle structure of the positive electrode active material have been proposed.

例えば、特許文献1〜3では、二段階に分けて行う晶析工程により得られた複合水酸化物を前駆体として、正極活物質を製造する方法が提案されている。これらの特許文献に記載される正極活物質は、小粒径で粒度分布が狭く、粒子内部に中空構造又は空間部を有することにより、高い比表面積を有し、出力特性に優れるとされている。しかしながら、例えば、ハイブリット自動車などの車両駆動用電源としては、より高い出力特性を有する正極活物質が要求されている。   For example, Patent Documents 1 to 3 propose a method for producing a positive electrode active material using a composite hydroxide obtained by a crystallization process performed in two stages as a precursor. The positive electrode active materials described in these patent documents are said to have a high specific surface area and excellent output characteristics by having a small particle size, a narrow particle size distribution, and a hollow structure or space inside the particles. . However, for example, as a power source for driving a vehicle such as a hybrid automobile, a positive electrode active material having higher output characteristics is required.

一方、より反応抵抗を低減して、より高い出力特性を有する正極活物質を実現する手段として、正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物への異種元素の添加が検討されている。このような異種元素として、例えば、Mo、Nb、W、Taなどの高価数を取ることのできる遷移金属が提案されている。   On the other hand, addition of a different element to the lithium metal composite oxide constituting the positive electrode active material has been studied as a means for realizing a positive electrode active material having a higher output characteristic by further reducing the reaction resistance. As such dissimilar elements, for example, transition metals capable of taking an expensive number such as Mo, Nb, W, and Ta have been proposed.

例えば、特許文献4では、リチウムイオンの挿入・脱離が可能な機能を有するリチウム遷移金属系化合物を主成分とし、該主成分原料に、焼成時の粒成長や焼結を抑制する添加剤の少なくとも1種以上を、主成分原料中の遷移金属元素の合計モル量に対して0.01モル%以上、2モル%未満の割合で添加した後、焼成されて得られるリチウム遷移金属系化合物粉体が記載されている。また、上記添加剤が、Mo、W、Nb、Ta、及びReから選ばれる少なくとも一種以上の元素を含有する酸化物であり、一次粒子の表面部分のLi及び前記添加元素以外の金属元素の合計に対する該添加元素の合計の原子比が、粒子全体の該原子比の5倍以上であることが記載されている。   For example, in Patent Document 4, a lithium transition metal compound having a function capable of inserting / extracting lithium ions is a main component, and an additive for suppressing grain growth and sintering during firing is added to the main component material. Lithium transition metal-based compound powder obtained by adding at least one or more of them in a proportion of 0.01 mol% or more and less than 2 mol% with respect to the total molar amount of transition metal elements in the main component raw material, and then firing The body is listed. Further, the additive is an oxide containing at least one element selected from Mo, W, Nb, Ta, and Re, and is a total of Li in the surface portion of the primary particles and metal elements other than the additive element. It is described that the total atomic ratio of the additive elements to is not less than 5 times the atomic ratio of the entire particle.

また、特許文献5では、リチウム金属複合酸化物粉末に、特定割合のタングステン化合物を溶解させたアルカリ水溶液を添加して混合することにより、この粉末の一次粒子の表面にWを分散させる工程と、混合したタングステン化合物を溶解させたアルカリ水溶液とリチウム金属複合酸化物粉末を100〜700℃未満の範囲で熱処理することによりLiWO、LiWO、Liのいずれかで表せられるタングステン酸リチウムを含む微粒子を、前記リチウム金属複合酸化物粉末の表面もしくは該粉末の一次粒子の表面に形成する製造方法が提案されている。 In Patent Document 5, a step of dispersing W on the surface of primary particles of the powder by adding and mixing an alkaline aqueous solution in which a specific proportion of a tungsten compound is dissolved in the lithium metal composite oxide powder; By heat-treating the alkaline aqueous solution in which the mixed tungsten compound is dissolved and the lithium metal composite oxide powder in the range of 100 to less than 700 ° C., any of Li 2 WO 4 , Li 4 WO 5 and Li 6 W 2 O 9 is used. There has been proposed a production method in which fine particles containing lithium tungstate represented are formed on the surface of the lithium metal composite oxide powder or the primary particles of the powder.

また、特許文献6では、リチウム金属複合酸化物からなる正極活物質であって、一次粒子及び一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、電解液が浸透可能な空隙を二次粒子の表面近傍及び内部に有するとともに、リチウム金属複合酸化物の表面又は粒界にタングステンが濃縮されたリチウムを含む層厚が20nm以下の化合物層を有する正極活物質が提案されている。そして、該粉末を得るための好ましい方法としては複合水酸化物あるいは複合酸化物とリチウム化合物を混合する際にタングステン化合物を合わせて混合し、焼成することでリチウム金属複合酸化物を得ることができるが、当該方法ではタングステン化合物の粒径がマンガン複合水酸化物、あるいはマンガン複合水酸化物の平均粒径に対して1/5倍以下にすることが好ましいとされている。   Further, in Patent Document 6, a positive electrode active material composed of a lithium metal composite oxide, which is composed of primary particles and secondary particles formed by agglomeration of primary particles, and the voids through which the electrolyte can permeate are formed as secondary particles. A positive electrode active material having a compound layer having a layer thickness of 20 nm or less containing lithium enriched in tungsten on the surface or grain boundary of a lithium metal composite oxide is proposed. As a preferred method for obtaining the powder, a lithium metal composite oxide can be obtained by mixing and baking a composite compound or a tungsten compound when mixing the composite oxide and the lithium compound. However, in this method, the particle size of the tungsten compound is preferably 1/5 times or less than the average particle size of the manganese composite hydroxide or manganese composite hydroxide.

また、特許文献7では、晶析反応において、pH制御により核生成工程と粒子成長段階を分離して、複合水酸化物粒子を製造する工程と、得られた複合水酸化物粒子の表面にタングステンを含む被覆物を形成する被覆工程とを備えた遷移金属複合水酸化物の製造方法、及び、その水酸化物を前駆体として用いた正極活物質が提案されている。   In Patent Document 7, in the crystallization reaction, a nucleation step and a particle growth step are separated by pH control to produce composite hydroxide particles, and tungsten is formed on the surface of the obtained composite hydroxide particles. A transition metal composite hydroxide production method including a coating step for forming a coating containing a cathode active material using the hydroxide as a precursor has been proposed.

また、特許文献8には、集電体の表面にLix1Nia1Mnb1Coc1で表される第一の正極活物質の層が付設され、前記第一の正極活物質の表面にLix2Nia2Mnb2Coc2(MはMo、W、及びNb)で表される第二の正極活物質の層が付設されたリチウム二次電池用正極が提案されている。 In Patent Document 8, a layer of a first positive electrode active material represented by Li x1 Ni a1 Mn b1 Co c1 O 2 is attached to the surface of the current collector, and the surface of the first positive electrode active material is attached to the surface of the first positive electrode active material. There has been proposed a positive electrode for a lithium secondary battery to which a layer of a second positive electrode active material represented by Li x2 Ni a2 Mn b2 Co c2 M d O 2 (M is Mo, W, and Nb) is attached.

また、特許文献9には、ニッケルコバルト複合水酸化物の製造方法であって、ニッケル、コバルト及びマンガンを含む溶液と、錯イオン形成剤と塩基性溶液と、を別々に且つ同時に一つの反応容器に供給することにより、ニッケルコバルト複合水酸化物粒子を得る第一晶析工程と、前記第一晶析工程後さらに、ニッケル、コバルト及びマンガンを含む溶液と、錯イオン形成剤と、塩基性溶液と、元素Mを含む溶液と、を別々に且つ同時に供給することにより、前記ニッケルコバルト複合水酸化物粒子にニッケル、コバルト、マンガン及び元素M(Al、Mg、Ca、Ti、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe,Cu、Si、Sn、Bi、Ga、Y、Sm、Er、Ce、Nd、La、Cd、Luからなる群より選択される少なくとも一種以上元素)を含む複合水酸化物粒子を晶析する第二晶析工程を含み、前記第一晶析工程において供給するニッケル、コバルト及びマンガンの合計のモルをMOL(1)、前記第二晶析工程において供給するニッケル、コバルト及びマンガンの合計のモルをMOL(2)としたとき、0.30≦MOL(1)/{MOL(1)+MOL(2)}<0.95である製造方法が提案されている。   Patent Document 9 discloses a method for producing a nickel-cobalt composite hydroxide, in which a solution containing nickel, cobalt, and manganese, a complex ion forming agent, and a basic solution are separately and simultaneously provided in one reaction vessel. A first crystallization step of obtaining nickel-cobalt composite hydroxide particles, a solution containing nickel, cobalt and manganese, a complex ion forming agent, and a basic solution after the first crystallization step And a solution containing element M separately and simultaneously, nickel, cobalt, manganese and element M (Al, Mg, Ca, Ti, Zr, Nb, Ta) are added to the nickel-cobalt composite hydroxide particles. , Cr, Mo, W, Fe, Cu, Si, Sn, Bi, Ga, Y, Sm, Er, Ce, Nd, La, Cd, and at least one selected from the group consisting of Lu A second crystallization step of crystallizing composite hydroxide particles containing the upper element), and the total moles of nickel, cobalt and manganese supplied in the first crystallization step are MOL (1) and the second crystal Production method wherein 0.30 ≦ MOL (1) / {MOL (1) + MOL (2)} <0.95, where MOL (2) is the total mole of nickel, cobalt and manganese supplied in the deposition step Has been proposed.

特開2012−246199号公報JP 2012-246199 A 特開2013−147416号公報JP 2013-147416 A 特開2016−094307号公報JP 2006-094307 A 特開2008−305777号公報JP 2008-305777 A 特開2013−125732号公報JP 2013-125732 A 特開2014−197556号公報JP 2014-197556 A 特開2012−252844号公報JP 2012-252844 A 特開2012−079608号公報JP 2012-079608 A 特開2016−210674号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2016-210684

しかし、特許文献4に記載される方法では、Mo,Ta,Wなどの添加元素の一部が、結晶中において、層状に配置されているNiと置換してしまい、電池容量やサイクル特性などの電池特性が悪化してしまう問題があった。   However, in the method described in Patent Document 4, some of the additive elements such as Mo, Ta, and W are replaced with Ni arranged in layers in the crystal, and the battery capacity, cycle characteristics, etc. There was a problem that battery characteristics deteriorated.

また、特許文献5に記載の製造方法で作製されたリチウム金属複合酸化物は、出力特性が向上されるものの、粒子表面に形成されるタングステン微粒子の厚みが均一でない場合、サイクル特性が十分でないことがあった。   Further, although the lithium metal composite oxide produced by the manufacturing method described in Patent Document 5 has improved output characteristics, the cycle characteristics are not sufficient when the thickness of the tungsten fine particles formed on the particle surface is not uniform. was there.

また、特許文献6に記載の方法は、ナノオーダーのタングステン化合物を得るためにはタングステン化合物を一度粉砕する必要があるため工業的には適してはおらず、また、扱いが容易ではない。また、得られる微粒子の粒径に不均一が生じることで化合物層の厚さにはバラつきが出来るため、反応抵抗の低減が不十分であり出力特性の向上の効果は限定的である。また、該粉末を得るためにタングステンをマンガン複合水酸化物に添加元素として含有させることも記載されているが、当該方法ではタングステンが濃縮した化合物層をナノオーダーで形成させることは難しい。   Further, the method described in Patent Document 6 is not industrially suitable because the tungsten compound needs to be pulverized once in order to obtain a nano-order tungsten compound, and is not easy to handle. Further, since the thickness of the compound layer can vary due to nonuniformity in the particle size of the resulting fine particles, the reaction resistance is not sufficiently reduced, and the effect of improving the output characteristics is limited. In addition, it is also described that tungsten is contained as an additive element in the manganese composite hydroxide in order to obtain the powder, but it is difficult to form a compound layer enriched with tungsten on the nano order by this method.

また、特許文献7に記載の方法は、タングステンを被覆させる工程が追加されるため、ステップ数が増加し、工業的には好ましくない。また、当該被覆工程においてpHを制御することでタングステンを析出させているが、制御するpHの変動により被覆層の厚さは均一ではないため、均一に被覆するのは困難である。また、不均一にタングステンが被覆された複合水酸化物とリチウムとを混合して得られた複合酸化物を用いた場合においては抵抗となるため、かえって出力は低下する問題があった。   Moreover, since the process described in Patent Document 7 adds a step of coating tungsten, the number of steps increases, which is not industrially preferable. Moreover, although tungsten is deposited by controlling the pH in the coating step, it is difficult to uniformly coat the coating layer because the thickness of the coating layer is not uniform due to fluctuations in the controlled pH. In addition, in the case of using a composite oxide obtained by mixing lithium with a composite hydroxide in which tungsten is coated non-uniformly, there is a problem in that the output is lowered because of resistance.

また、特許文献8に記載の方法で構成された正極活物質は、第一の正極活物質と第二の正極活物質とが異相であることから、二次電池に用いられた際、充放電反応時の構造変化に乖離があり、充放電を繰り返すうちにクラックが発生し、サイクル特性が悪化するという問題があった。   Moreover, since the positive electrode active material comprised by the method of patent document 8 is a different phase from a 1st positive electrode active material and a 2nd positive electrode active material, when it uses for a secondary battery, it is charging / discharging. There was a discrepancy in the structural change during the reaction, and cracks occurred during repeated charging and discharging, resulting in deterioration of cycle characteristics.

また、特許文献9に記載の方法で得られた複合水酸化物及び正極活物質は、半径方向への深さの割合が5%以上50%未満に存在する第二層に、SEM―EDXのスペクトルによる元素Mのピークを有することが記載されており、正極活物質中、タングステンを含む元素Mが二次粒子の表層より内部に含まれるため、結晶性が低下して、二次電池に用いられた際、電池特性が低下する可能性がある。   Further, the composite hydroxide and the positive electrode active material obtained by the method described in Patent Document 9 are formed on the second layer in which the ratio of the depth in the radial direction is 5% or more and less than 50% by SEM-EDX. It is described that it has a peak of element M by spectrum, and in the positive electrode active material, element M containing tungsten is contained inside from the surface layer of the secondary particles, so that the crystallinity is lowered and used for the secondary battery. Battery characteristics may be reduced.

本発明は係る問題点に鑑み、二次電池の正極に用いた場合、反応抵抗が低減され、より高出力であり、且つ、結晶性の高い正極活物質、及び、その前駆体である金属複合水酸化物を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention reduces the reaction resistance when used in the positive electrode of a secondary battery, has a higher output, and has a higher crystallinity, and a metal composite that is a precursor thereof. The object is to provide hydroxides.

本発明の第1の実施形態では、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示される金属複合水酸化物の製造方法であって、反応槽に金属元素を含む第1の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、反応槽内の反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、第1の金属複合水酸化物粒子を得る、第1の晶析工程と、第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、金属元素を含み、かつ、第1の原料水溶液よりもタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を形成して、第2の金属複合水酸化物粒子を得る、第2の晶析工程と、を備え、第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程の粒子成長において、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気、及び、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気のいずれか一方の雰囲気へ、反応雰囲気を切り替えることを複数回行うことを含み、金属複合水酸化物は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、二次粒子は、粒子の中心から表面に向かって、一次粒子が密に配置された中心部と、一次粒子が中心部よりも疎に配置された空隙部と、一次粒子が密に配置された中実部とを含む、多層構造を有し、属複合水酸化物のタップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下である、金属複合水酸化物の製造方法が提供される。 In the first embodiment of the present invention, nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and the element M, and the atomic ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: W: M = x: y: z: a: b (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, where M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta) A method for producing a metal composite hydroxide, comprising: supplying a first raw material aqueous solution containing a metal element to a reaction tank and an ammonium ion supplier; adjusting the pH of the reaction aqueous solution in the reaction tank; A first crystallization step of obtaining first metal composite hydroxide particles by performing a crystallization reaction; and a first metal composite hydroxide Supplying a second raw material aqueous solution containing metal elements and containing more tungsten than the first raw material aqueous solution to the reaction aqueous solution containing the product particles, and an ammonium ion supplier, and adjusting the pH of the reaction aqueous solution Performing a crystallization reaction to form a tungsten concentrated layer on the surface of the first metal composite hydroxide particles to obtain second metal composite hydroxide particles, and a second crystallization step. In the grain growth in the first crystallization step and the second crystallization step, any of a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less and an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration exceeding 1% by volume Including switching the reaction atmosphere to one of the atmospheres a plurality of times, the metal composite hydroxide includes secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, and the secondary particles are moved from the center of the particles to the surface. The primary particles are densely arranged Tap density of a genus composite hydroxide having a multi-layer structure including a central part, a void part in which primary particles are arranged more sparsely than the central part, and a solid part in which primary particles are densely arranged There is provided a method for producing a metal composite hydroxide, wherein is 0.75 g / cm 3 or more and 1.35 g / cm 3 or less.

また、第1の晶析工程は、核生成を行う核生成工程と、粒子成長を行う粒子成長工程と、を備え、第2の晶析工程は、粒子成長工程に引き続き、粒子成長を行うことを含み、第1の晶析工程における核生成は、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気で行い、第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程における粒子成長は、反応水溶液のpHを、核生成工程における反応水溶液のpH値より低くなるように調整し、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気、及び、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気のいずれか一方の雰囲気へ、反応雰囲気へ切り替えることを4回行うことを含むことが好ましい。   The first crystallization step includes a nucleation step for nucleation and a particle growth step for particle growth, and the second crystallization step performs particle growth following the particle growth step. The nucleation in the first crystallization step is performed in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less, and the particle growth in the first crystallization step and the second crystallization step is a reaction. The pH of the aqueous solution is adjusted to be lower than the pH value of the reaction aqueous solution in the nucleation step, and any of a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less and an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration exceeding 1% by volume It is preferable to include switching to the one atmosphere to the reaction atmosphere four times.

また、第1の原料水溶液中の金属元素を、第1の晶析工程及び第2の晶析工程において添加される全金属量に対して、50質量%以上95質量%以下の範囲で反応槽へ供給した後、第2の晶析工程における第2の原料水溶液の供給を行うことが好ましい。また、第2の晶析工程は、タングステン濃縮層を、第2の金属複合水酸化物の表面から中心部に向かう方向において、厚さを100nm以下となるように形成することを含むことが好ましい。また、第2の晶析工程における第2の原料水溶液の添加は、第1及び第2の晶析工程において、粒子成長が行われる時間全体に対して、50%以上95%以下経過した時点で行うことが好ましい。また、第2の原料水溶液の供給は、第1の原料水溶液と、タングステンを含む水溶液とを別々に反応水溶液に供給して行うことが好ましい。また、タングステンを含む水溶液中のタングステン濃度は、タングステンを含む水溶液の全体に対して、18質量%以上であることが好ましい。   In addition, the reaction vessel in which the metal element in the first raw material aqueous solution is in the range of 50% by mass to 95% by mass with respect to the total amount of metal added in the first crystallization step and the second crystallization step. It is preferable to supply the second raw material aqueous solution in the second crystallization step after the supply. Moreover, it is preferable that a 2nd crystallization process includes forming a tungsten concentration layer so that thickness may be set to 100 nm or less in the direction which goes to the center part from the surface of a 2nd metal composite hydroxide. . The addition of the second raw material aqueous solution in the second crystallization step is performed when 50% or more and 95% or less of the entire time during which particle growth is performed in the first and second crystallization steps. Preferably it is done. The second raw material aqueous solution is preferably supplied by supplying the first raw material aqueous solution and the aqueous solution containing tungsten separately to the reaction aqueous solution. Moreover, it is preferable that the tungsten concentration in the aqueous solution containing tungsten is 18 mass% or more with respect to the whole aqueous solution containing tungsten.

本発明の第2の実施形態では、ニッケル、マンガン、及び、タングステン、並びに、任意にコバルト、及び、元素Mを含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示される金属複合水酸化物であって、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、二次粒子は、二次粒子の中心から表面に向かって、一次粒子が密に配置された中心部と、一次粒子が中心部よりも疎に配置された空隙部と、一次粒子が密に配置された中実部とを少なくとも含む、多層構造を有し、二次粒子の表面にタングステン濃縮層を有し、タップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下である、金属複合水酸化物が提供される。 In the second embodiment of the present invention, nickel, manganese, tungsten, and optionally cobalt and element M are included, and the atomic ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: W. : M = x: y: z: a: b (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta) A metal composite hydroxide comprising secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, wherein the secondary particles have a central portion in which the primary particles are densely arranged from the center of the secondary particles toward the surface; A multilayer including at least a void portion in which primary particles are arranged sparser than a central portion and a solid portion in which primary particles are densely arranged Has a concrete, having a tungsten concentration layer on the surface of the secondary particles, the tap density is less than 0.75 g / cm 3 or more 1.35 g / cm 3, a metal complex hydroxide is provided.

また、タングステン濃縮層の厚みが100nm以下であることが好ましい。また、金属複合水酸化物の平均粒径が4.0μm以上9.0μm以下であり、かつ、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.65以下であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the thickness of a tungsten concentration layer is 100 nm or less. Further, the average particle size of the metal composite hydroxide is 4.0 μm or more and 9.0 μm or less, and [(d90−d10) / average particle size] which is an index indicating the spread of the particle size distribution is 0.65 or less. It is preferable that

本発明の第3の実施形態では、上記製造方法により得られる金属複合水酸化物及び金属複合水酸化物を熱処理して得られる金属複合酸化物の少なくとも一方と、リチウム化合物とを混合してリチウム混合物を得る工程と、リチウム混合物を焼成して、リチウム金属複合酸化物を得る工程と、を備える、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法が提供される。   In the third embodiment of the present invention, lithium is mixed with at least one of the metal composite hydroxide obtained by the above production method and the metal composite oxide obtained by heat-treating the metal composite hydroxide, and lithium. There is provided a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising: a step of obtaining a mixture; and a step of firing a lithium mixture to obtain a lithium metal composite oxide.

また、上記正極活物質の製造方法は、リチウム金属複合酸化物の粒子同士の凝集の程度を示す指標である(正極活物質のd50/金属複合水酸化物のd50)の値が、0.95以上1.05以下となるように調整することが好ましい。   Moreover, the manufacturing method of the said positive electrode active material is a parameter | index (d50 of positive electrode active material / d50 of metal composite hydroxide) which is a parameter | index which shows the degree of aggregation of lithium metal complex oxide particle | grains, and is 0.95. It is preferable to adjust to be 1.05 or less.

本発明の第4の実施形態では、リチウム、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、それぞれの金属元素の原子数比が、Li:Ni:Co:Mn:W:M=1+u:x:y:z:a:b(x+y+z=1、−0.05≦u≦0.50、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Taから選択される1種以上の元素)で表されるリチウム金属複合酸化物を含有し、リチウム金属複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、二次粒子は、二次粒子の中心から表面に向かって、一次粒子が密に配置された中心部と、一次粒子が中心部よりも疎に配置された空隙部と、一次粒子が密に配置された中実部とを少なくとも含む、多層構造を有し、二次粒子の表面又は内部に存在する一次粒子の表層、及び、前記一次粒子間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物が濃縮されて存在し、タップ密度が1.00g/cm以上2.00g/cm以下であり、かつ、BET比表面積が1.45m/g以上5.40m/g以下である、非水電解質二次電池用正極活物質が提供される。 In the fourth embodiment of the present invention, lithium, nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and the element M, the atomic ratio of each metal element is Li: Ni: Co: Mn: W: M = 1 + u: x: y: z: a: b (x + y + z = 1, −0.05 ≦ u ≦ 0.50, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0 .55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, 1 or more elements selected from Ta), and the lithium metal composite oxide includes secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated. From the center of the secondary particles to the surface, the central part where the primary particles are densely arranged, and the primary particles are arranged sparser than the central part The surface layer of the primary particles present on the surface or inside of the secondary particles, and the grains between the primary particles, and having a multilayer structure including at least a void portion and a solid portion in which the primary particles are densely arranged the field, there are compounds containing tungsten and lithium are concentrated, the tap density of less 1.00 g / cm 3 or more 2.00 g / cm 3, and, BET specific surface area of 1.45 m 2 / g or more 5 Provided is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that is .40 m 2 / g or less.

また、上記正極活物質は、粉末X線回折測定によって得られた(003)面の結晶子径が120nm以上であることが好ましい。   The positive electrode active material preferably has a (003) plane crystallite diameter of 120 nm or more obtained by powder X-ray diffraction measurement.

本発明の第4の実施形態では、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備え、正極は、上記非水電解質二次電池用正極活物質を含む、非水電解質二次電池が提供される。   In the fourth embodiment of the present invention, a nonaqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte, and the positive electrode includes the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery. Provided.

本発明によれば、二次電池の正極に用いられた場合、反応抵抗が低減され、高出力であり、且つ、結晶性の高い正極活物質、及び、その前駆体である金属複合水酸化物を提供することができる。また、本発明によれば、このような正極活物質を含む二次電池を提供することができる。さらに、本発明によれば、このような正極活物質および金属複合水酸化物を、工業規模で、容易に製造可能な方法を提供することができる。このため、本発明の工業的意義はきわめて大きい。   According to the present invention, when used for a positive electrode of a secondary battery, a positive electrode active material having reduced reaction resistance, high output and high crystallinity, and a metal composite hydroxide as a precursor thereof. Can be provided. Moreover, according to this invention, the secondary battery containing such a positive electrode active material can be provided. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method by which such a positive electrode active material and a metal composite hydroxide can be easily produced on an industrial scale. For this reason, the industrial significance of the present invention is extremely large.

図1(A)〜図1(B)は、金属複合水酸化物の一例を示す模式図であり、図1(C)は、金属複合水酸化物の断面SEM画像の一例である。1A to 1B are schematic views illustrating an example of a metal composite hydroxide, and FIG. 1C is an example of a cross-sectional SEM image of the metal composite hydroxide. 図2は、金属複合水酸化物の製造方法の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a method for producing a metal composite hydroxide. 図3は、金属複合水酸化物の製造方法の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method for producing a metal composite hydroxide. 図4は、タングステンを含む水溶液の添加の開示時点を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a disclosure time point of adding an aqueous solution containing tungsten. 図5(A)〜図5(D)は、リチウム金属複合酸化物の一例を示す模式図である。5A to 5D are schematic views illustrating an example of a lithium metal composite oxide. 図6は、リチウム金属複合酸化物の製造方法の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a method for producing a lithium metal composite oxide. 図7は、実施例で用いた評価用コイン型電池を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the evaluation coin-type battery used in the examples. 図8は、タングステン濃縮層を有する金属複合水酸化物のEDXを用いた面分析によるWの分布の一例を示す図面代用写真(上図)と、図面代用写真中のタングステン濃縮層を説明する説明図(下図)である。FIG. 8 is a drawing-substituting photograph (upper figure) showing an example of W distribution by surface analysis using EDX of a metal composite hydroxide having a tungsten-concentrating layer, and an explanation for explaining the tungsten-concentrating layer in the drawing-substituting photograph It is a figure (lower figure).

以下、図面を参照して、実施形態に係る金属複合水酸化物とその製造方法、非水電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、及び、非水電解質二次電池について説明する。なお、本発明は以下説明する実施形態に限定されるものではない。また、図面においては、各構成をわかりやすくするために、一部を強調して、あるいは一部を簡略化して表しており、実際の構造または形状、縮尺等が異なっている場合がある。   Hereinafter, with reference to the drawings, a metal composite hydroxide and a production method thereof, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a production method thereof, and a non-aqueous electrolyte secondary battery will be described. The present invention is not limited to the embodiments described below. Further, in the drawings, in order to make each configuration easy to understand, a part of the structure is emphasized or a part of the structure is simplified, and an actual structure, shape, scale, or the like may be different.

(タングステン濃縮層)
図1(A)は、本実施形態に係る金属複合水酸化物の一例を示す模式図である。金属複合水酸化物10(二次粒子2)は、図1(A)に示すように、その表層にタングステンが濃縮したタングステン濃縮層3を有する。タングステン濃縮層3は、金属複合水酸化物10の表面に形成され、粒子内部よりもタングステンが濃縮された層状の領域をいう。タングステン濃縮層3が形成された金属複合水酸化物10を前駆体として用いた場合、結晶性が高く、かつ、反応抵抗が低減されて、高出力である正極活物質を得ることができる。タングステン濃縮層3は、例えば、図8に示すように、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いた面分析で、W分布を検出することにより確認できる。なお、図1(A)では、一次粒子1は、図示していない。
(Tungsten enriched layer)
FIG. 1A is a schematic diagram showing an example of a metal composite hydroxide according to the present embodiment. As shown in FIG. 1A, the metal composite hydroxide 10 (secondary particles 2) has a tungsten enriched layer 3 in which tungsten is concentrated on the surface layer. The tungsten enriched layer 3 is formed on the surface of the metal composite hydroxide 10 and refers to a layered region in which tungsten is enriched from inside the particles. When the metal composite hydroxide 10 on which the tungsten enriched layer 3 is formed is used as a precursor, a positive electrode active material with high crystallinity and reduced reaction resistance can be obtained. For example, as shown in FIG. 8, the tungsten enriched layer 3 can be confirmed by detecting the W distribution by surface analysis using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX). In addition, in FIG. 1 (A), the primary particle 1 is not illustrated.

タングステン濃縮層3は、後述するように、リチウム金属複合酸化物20(図5参照)において、タングステン及びリチウムを含む化合物23(例えば、タングステン酸リチウムなど)を形成する。タングステン及びリチウムを含む化合物23は、金属複合水酸化物10(前駆体)とリチウム化合物とを混合し、焼成してリチウム金属複合酸化物20(図5参照)を得る工程で形成される。   As will be described later, the tungsten enriched layer 3 forms a compound 23 (for example, lithium tungstate) containing tungsten and lithium in the lithium metal composite oxide 20 (see FIG. 5). The compound 23 containing tungsten and lithium is formed in a step of mixing the metal composite hydroxide 10 (precursor) and the lithium compound and firing to obtain the lithium metal composite oxide 20 (see FIG. 5).

リチウム金属複合酸化物20(正極活物質)において、タングステン及びリチウムを含む化合物23は、一次粒子21の表層、又は、一次粒子21間の粒界に形成される。タングステン及びリチウムを含む化合物23は、イオン伝導度が高いため、リチウム金属複合酸化物20(正極活物質)が二次電池の正極に用いられた場合、電解液と接触する一次粒子21の表層、又は、一次粒子21間の粒界にタングステン及びリチウムを含む化合物23が存在することにより、正極活物質の反応抵抗を低減させて、出力向上に大きく寄与することができる。   In the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material), the compound 23 containing tungsten and lithium is formed on the surface layer of the primary particles 21 or at the grain boundaries between the primary particles 21. Since the compound 23 containing tungsten and lithium has high ionic conductivity, when the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) is used for the positive electrode of the secondary battery, the surface layer of the primary particles 21 that come into contact with the electrolytic solution, Alternatively, the presence of the compound 23 containing tungsten and lithium at the grain boundaries between the primary particles 21 can reduce the reaction resistance of the positive electrode active material and can greatly contribute to the output improvement.

なお、従来の金属複合水酸化物の製造方法を用いた場合、金属複合水酸化物(前駆体)に含有されるタングステンが、焼成時に、焼結を抑制することがある。そのため、従来のタングステンを含む前駆体は、得られる正極活物質中のタングステンが反応抵抗の低減に寄与する一方で、正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物の結晶性が低下するといった背反する問題があり、出力特性に優れ、且つ、結晶性の高いリチウム金属複合酸化物の実現は困難であった。しかし、本実施形態に係る金属複合水酸化物10は、表層にタングステン濃縮層3を形成するため、焼成の際、タングステンの焼結を抑制する影響は殆ど発生することなく、反応抵抗を低減させ、かつ、得られるリチウム金属複合酸化物20の結晶性を高めることができる。   In addition, when using the conventional method for producing a metal composite hydroxide, tungsten contained in the metal composite hydroxide (precursor) may suppress sintering during firing. Therefore, the conventional precursor containing tungsten is contradictory to the fact that tungsten in the obtained positive electrode active material contributes to the reduction of reaction resistance, while the crystallinity of the lithium metal composite oxide constituting the positive electrode active material is lowered. There was a problem, and it was difficult to realize a lithium metal composite oxide having excellent output characteristics and high crystallinity. However, since the metal composite hydroxide 10 according to the present embodiment forms the tungsten concentrated layer 3 on the surface layer, the reaction resistance can be reduced with little effect of suppressing the sintering of tungsten during firing. And the crystallinity of the obtained lithium metal composite oxide 20 can be improved.

タンスグテン濃縮層3の厚さは、金属複合水酸化物10の表面から中心部Cに向かう方向において、例えば、200nmとすることができ、好ましくは100nm以下であり、より好ましくは10nm以上100nm以下であり、さらに好ましくは20μm以上50μm以下である。タングステン濃縮層3の厚さが100nm以下である場合、リチウム金属複合酸化物20の結晶性をより高くすることができ、かつ、リチウム金属複合酸化物20を二次電池の正極に用いた場合、より反応抵抗を低減し、出力特性を向上させることができる。   In the direction from the surface of the metal composite hydroxide 10 toward the central portion C, the thickness of the tangsugten enriched layer 3 can be, for example, 200 nm, preferably 100 nm or less, more preferably 10 nm or more and 100 nm or less. More preferably, they are 20 micrometers or more and 50 micrometers or less. When the thickness of the tungsten enriched layer 3 is 100 nm or less, the crystallinity of the lithium metal composite oxide 20 can be further increased, and when the lithium metal composite oxide 20 is used for the positive electrode of the secondary battery, The reaction resistance can be further reduced and the output characteristics can be improved.

なお、タングステン濃縮層3の厚さは、複合水酸化物10を樹脂などに埋め込んだものを切断して、二次粒子2断面の試料を作製し、EDXを用いたWの分布の面分析を行って測定する。具体的には、二次粒子2断面の試料において、レーザ光回折散乱式粒度分析計を用いて測定された体積平均粒径(MV)の80%以上となる二次粒子2断面を無作為に20個選択して、選択したそれぞれの二次粒子2において、金属複合水酸化物10の表面から中心部Cに向かう方向において、Wが濃く検出される部位(タングステン濃縮層3)の厚さ(幅)を5箇所以上で測定して、それぞれの二次粒子2における、タングステン濃縮層3の厚さの平均を求める。そして、選択した20個の二次粒子2のそれぞれの厚さの平均値を算出することにより、タングステン濃縮層3の厚さを得ることができる。   The thickness of the tungsten enriched layer 3 is determined by cutting a material in which the composite hydroxide 10 is embedded in a resin or the like, preparing a sample of the secondary particle 2 cross section, and performing surface analysis of W distribution using EDX. Go and measure. Specifically, in a sample having a secondary particle 2 cross section, a secondary particle 2 cross section that is 80% or more of the volume average particle diameter (MV) measured using a laser diffraction diffraction particle size analyzer is randomly selected. In the selected secondary particles 2, the thickness of the portion (tungsten enriched layer 3) where W is detected deeply in the direction from the surface of the metal composite hydroxide 10 toward the center C in each selected secondary particle 2 ( Width) is measured at five or more locations, and the average thickness of the tungsten concentrated layer 3 in each secondary particle 2 is determined. And the thickness of the tungsten concentration layer 3 can be obtained by calculating the average value of the thickness of each of the selected 20 secondary particles 2.

タングステン濃縮層3の厚さが100nmを超える場合、焼成の際に、タングステンによる焼結抑制の効果が大きくなり、一次粒子の成長が阻害されることがある。よって、得られるリチウム金属複合酸化物は、結晶子径の小さい一次粒子が多数形成され、結晶粒界が多く発生するため、正極における反応抵抗が増加することがある。また、一次粒子の成長が抑制されることに伴い、リチウム金属複合酸化物20の結晶性が低下することがある。
一方、タングステン濃縮層3の厚さが10nm未満である場合、比表面積が高くなり、焼成時に金属複合水酸化物10同士が容易に凝集するため、得られる正極活物質の充填密度が低下して、容積当りの電池容量が低下することがある。また、リチウム金属複合酸化物20中にタングステン及びリチウム含んだ化合物23が十分に形成されずリチウムイオン伝導性が十分ではないことがある。
When the thickness of the tungsten enriched layer 3 exceeds 100 nm, the effect of suppressing the sintering by tungsten is increased during firing, and the growth of primary particles may be inhibited. Therefore, in the obtained lithium metal composite oxide, a large number of primary particles having a small crystallite diameter are formed, and many crystal grain boundaries are generated, so that the reaction resistance at the positive electrode may increase. In addition, the crystallinity of the lithium metal composite oxide 20 may decrease as the growth of primary particles is suppressed.
On the other hand, when the thickness of the tungsten enriched layer 3 is less than 10 nm, the specific surface area is increased, and the metal composite hydroxides 10 are easily aggregated during firing, so that the packing density of the obtained positive electrode active material is reduced. The battery capacity per volume may decrease. In addition, tungsten and lithium-containing compound 23 may not be sufficiently formed in lithium metal composite oxide 20, and lithium ion conductivity may not be sufficient.

また、タングステン濃縮層3の厚さは、金属複合水酸化物10の平均粒径に対して、二次粒子2表面から二次粒子2の中心部Cに向かう方向において、例えば、3%以下とすることができる。タングステン濃縮層3の厚さは、リチウム金属複合酸化物20の結晶性をより向上させ、かつ、より反応抵抗を低減させるという観点から、好ましくは2%以下であり、より好ましくは0.1%以上2%以下であり、より好ましくは0.1%以上1%以下あり、さらに好ましくは0.1%以上0.5%以下である。なお、金属複合水酸化物10の平均粒径は、体積平均粒径(MV)をいう。   Further, the thickness of the tungsten enriched layer 3 is, for example, 3% or less in the direction from the surface of the secondary particle 2 toward the center C of the secondary particle 2 with respect to the average particle size of the metal composite hydroxide 10. can do. The thickness of the tungsten enriched layer 3 is preferably 2% or less, more preferably 0.1% from the viewpoint of further improving the crystallinity of the lithium metal composite oxide 20 and further reducing the reaction resistance. It is 2% or less, more preferably 0.1% or more and 1% or less, and further preferably 0.1% or more and 0.5% or less. In addition, the average particle diameter of the metal composite hydroxide 10 means a volume average particle diameter (MV).

(粒子構造)
図1(B)は、本実施形態に係る金属複合水酸化物の一例を示す模式図であり、図1(C)は、本実施形態に係る金属複合水酸化物の断面SEM画像の一例である。金属複合水酸化物10は、図1(C)に示すように、複数の一次粒子1が凝集して形成された二次粒子2を含む。二次粒子2を構成する一次粒子1の形状は、特に限定されないが、例えば、板状、針状などの形状であってもよく、これらよりも小さな微細一次粒子であってもよい。なお、金属複合水酸化物10は、二次粒子2以外に、単独の一次粒子1を含んでもよい。二次粒子2の粒子構造は、特に限定されず、粒子に空隙が殆ど見られない中実構造をはじめ、粒子の中央部に中空部を有する中空構造のほか、複数の空隙を有する空隙構造など従来公知の粒子構造を有してともよいが、図1(B)及び図1(C)に示すように、層状の空隙部5及び、層状の中実部6を有する多層構造を有することが好ましい。以下、図(B)及び図1(C)を参照して、粒子構造の好ましい例について説明する。
(Particle structure)
FIG. 1B is a schematic diagram illustrating an example of a metal composite hydroxide according to the present embodiment, and FIG. 1C illustrates an example of a cross-sectional SEM image of the metal composite hydroxide according to the present embodiment. is there. As shown in FIG. 1C, the metal composite hydroxide 10 includes secondary particles 2 formed by aggregating a plurality of primary particles 1. Although the shape of the primary particle 1 which comprises the secondary particle 2 is not specifically limited, For example, shapes, such as plate shape and needle shape, may be sufficient as fine primary particles smaller than these. The metal composite hydroxide 10 may include single primary particles 1 in addition to the secondary particles 2. The particle structure of the secondary particles 2 is not particularly limited, and includes a solid structure in which almost no voids are observed in the particles, a hollow structure having a hollow portion at the center of the particle, and a void structure having a plurality of voids. Although it may have a conventionally known particle structure, as shown in FIGS. 1 (B) and 1 (C), it has a multilayer structure having a layered void portion 5 and a layered solid portion 6. preferable. Hereinafter, preferred examples of the particle structure will be described with reference to FIGS.

本実施形態に係る二次粒子2は、図1(B)に示すように、二次粒子2の中心Cから表面に向かって、一次粒子1が密に配置された中心部4と、一次粒子1が中心部4よりも疎に配置された空隙部5と、一次粒子が密に配置された中実部6とを少なくとも含む、多層構造を有することが好ましい。なお、一次粒子が密に配置された構造は、中実構造ともいう。   As shown in FIG. 1B, the secondary particle 2 according to this embodiment includes a central portion 4 in which the primary particles 1 are densely arranged from the center C of the secondary particle 2 toward the surface, and the primary particles. It is preferable to have a multilayer structure including at least a void portion 5 in which 1 is arranged more sparsely than the central portion 4 and a solid portion 6 in which primary particles are densely arranged. Note that a structure in which primary particles are densely arranged is also referred to as a solid structure.

また、二次粒子2は、二次粒子2の中心Cから表面に向かって、空隙部5と中実部6とを、少なくとも一層を有すればよく、図1(B)、及び図1(C)に示すように、交互に2層有してもよい。二次粒子2が多層構造を有する場合、得られるリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)の比表面積を大きくして、出力特性を向上させることができる。   Moreover, the secondary particle 2 should just have the space | gap part 5 and the solid part 6 at least one layer toward the surface from the center C of the secondary particle 2, FIG.1 (B) and FIG. As shown in C), two layers may be provided alternately. When the secondary particles 2 have a multilayer structure, the specific surface area of the obtained lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) can be increased to improve the output characteristics.

また、タングステン濃縮層3は、二次粒子2の表面に形成されるだけでなく、その内部に存在する空隙部5や、中実部6にも形成されてもよいが、二次粒子2の最表面に配置される中実部6の表面部分に形成されることが好ましい。   Further, the tungsten enriched layer 3 may be formed not only on the surface of the secondary particle 2 but also in the void portion 5 and the solid portion 6 existing therein, It is preferably formed on the surface portion of the solid portion 6 disposed on the outermost surface.

なお、二次粒子2の粒子構造は、例えば、後述するように、晶析反応において、粒子成長工程における反応雰囲気を複数回、切り替えることにより、多層構造とすることができる。   The particle structure of the secondary particles 2 can be a multilayer structure by switching the reaction atmosphere in the particle growth step a plurality of times in the crystallization reaction, as will be described later.

(タップ密度)
金属複合水酸化物10のタップ密度は、特に限定されないが、例えば、二次粒子2が多層構造を有する場合、好ましくは0.75g/cm以上1.35g/cm以下であり、より好ましくは1g/cm以上1.35g/cm以下である。金属複合水酸化物10のタップ密度は、この複合水酸化物10を前駆体としてリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)のタップ密度と相関し、金属複合水酸化物10が、多層構造を有する場合、得られるリチウム金属複合酸化物20のタップ密度は、金属複合水酸化物10のタップ密度より上昇する傾向がある。このため、金属複合水酸化物10のタップ密度を、上記範囲に制御することで、この複合水酸化物10を前駆体とするリチウム金属複合酸化物20(図5参照)のタップ密度を後述する範囲に制御することが可能となる。このリチウム金属複合酸化物20を正極に用いた場合、高い電池容量を有する二次電池を得ることができる。一方、金属複合水酸化物10のタップ密度が0.75g/cm未満である場合、例えば、正極活物質を製造する際の焼成工程(ステップS40、図6参照)において、匣鉢に盛る際に盛り高さが高くなり、十分に焼成されずに結晶性を低下することがある。
(Tap density)
The tap density of the metal composite hydroxide 10 is not particularly limited. For example, when the secondary particle 2 has a multilayer structure, it is preferably 0.75 g / cm 3 or more and 1.35 g / cm 3 or less, more preferably Is 1 g / cm 3 or more and 1.35 g / cm 3 or less. The tap density of the metal composite hydroxide 10 correlates with the tap density of the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) using the composite hydroxide 10 as a precursor, and the metal composite hydroxide 10 has a multilayer structure. When it has, the tap density of the obtained lithium metal composite oxide 20 tends to be higher than the tap density of the metal composite hydroxide 10. Therefore, by controlling the tap density of the metal composite hydroxide 10 within the above range, the tap density of the lithium metal composite oxide 20 (see FIG. 5) using the composite hydroxide 10 as a precursor will be described later. It becomes possible to control the range. When this lithium metal composite oxide 20 is used for the positive electrode, a secondary battery having a high battery capacity can be obtained. On the other hand, when the tap density of the metal composite hydroxide 10 is less than 0.75 g / cm 3 , for example, in the baking process (see step S40, FIG. 6) when manufacturing the positive electrode active material, In some cases, the height is increased, and the crystallinity may be lowered without being sufficiently fired.

(平均粒径)
金属複合水酸化物10の平均粒径は、特に限定されないが、好ましくは4.0μm以上であり、より好ましくは4μm以上9.0μm以下であり、好ましくは4.0μm以上7μm以下である。金属複合水酸化物10の平均粒径は、この複合水酸化物10を前駆体とするリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)の平均粒径と相関する。このため、金属複合水酸化物10の平均粒径を、上記範囲に制御することで、この複合水酸化物10を前駆体とするリチウム金属複合酸化物20(図5参照)の平均粒径も上記範囲に制御することが可能となる。
(Average particle size)
The average particle size of the metal composite hydroxide 10 is not particularly limited, but is preferably 4.0 μm or more, more preferably 4 μm or more and 9.0 μm or less, and preferably 4.0 μm or more and 7 μm or less. The average particle diameter of the metal composite hydroxide 10 correlates with the average particle diameter of the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) having the composite hydroxide 10 as a precursor. Therefore, by controlling the average particle size of the metal composite hydroxide 10 within the above range, the average particle size of the lithium metal composite oxide 20 (see FIG. 5) having the composite hydroxide 10 as a precursor is also reduced. It becomes possible to control to the said range.

金属複合水酸化物10の平均粒径が4μm未満である場合、比表面積が高くなり、正極活物質を製造する際の焼成工程(ステップS40、図6参照)において、金属複合水酸化物10の粒子同士が容易に凝集し、得られる正極活物質の充填密度が低下して、容積当りの電池容量が低下することがある。なお、本明細書において、二次粒子2の平均粒径とは、体積平均粒径(MV)を意味し、例えば、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。   When the average particle diameter of the metal composite hydroxide 10 is less than 4 μm, the specific surface area becomes high, and in the firing step (see step S40, FIG. 6) when producing the positive electrode active material, the metal composite hydroxide 10 The particles may easily aggregate together, resulting in a decrease in the packing density of the resulting positive electrode active material, resulting in a decrease in battery capacity per volume. In the present specification, the average particle diameter of the secondary particles 2 means a volume average particle diameter (MV), and can be obtained from, for example, a volume integrated value measured by a laser light diffraction / scattering particle size analyzer. .

金属複合水酸化物10は、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.65以下である。リチウム金属複合酸化物20(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10の影響を強く受ける。このため、微細粒子や粗大粒子を多く含む複合水酸化物10を前駆体とした場合、リチウム金属複合酸化物20にも微細粒子や粗大粒子が多く含まれる。このようなリチウム金属複合酸化物20を正極活物質として用いた二次電池では、熱安定性、サイクル特性、出力特性などの電池特性が低下することがある。そこで、金属複合水酸化物10の〔(d90−d10)/平均粒径〕を上記範囲に調整した場合、これを前駆体として得られるリチウム金属複合酸化物20の粒度分布を狭くして、微細粒子や粗大粒子の混入を抑制することができる。
また、複合水酸化物10の〔(d90−d10)/平均粒径〕の下限値は、特に限定されないが、コストや生産性の観点から、0.25以上程度とすることが好ましい。工業規模の生産を前提とした場合、〔(d90−d10)/平均粒径〕が過度に小さい複合水酸化物10を使用することは現実的ではない。
In the metal composite hydroxide 10, [(d90-d10) / average particle diameter], which is an index indicating the spread of the particle size distribution, is 0.65 or less. The particle size distribution of the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) is strongly influenced by the composite hydroxide 10 that is a precursor thereof. For this reason, when the composite hydroxide 10 containing many fine particles and coarse particles is used as a precursor, the lithium metal composite oxide 20 also contains many fine particles and coarse particles. In a secondary battery using such a lithium metal composite oxide 20 as a positive electrode active material, battery characteristics such as thermal stability, cycle characteristics, and output characteristics may deteriorate. Therefore, when [(d90-d10) / average particle size] of the metal composite hydroxide 10 is adjusted to the above range, the particle size distribution of the lithium metal composite oxide 20 obtained using this as a precursor is narrowed to be fine. Mixing of particles and coarse particles can be suppressed.
The lower limit value of [(d90-d10) / average particle diameter] of the composite hydroxide 10 is not particularly limited, but is preferably about 0.25 or more from the viewpoint of cost and productivity. When assuming production on an industrial scale, it is not realistic to use the composite hydroxide 10 having an excessively small [(d90−d10) / average particle diameter].

なお、d10は、各粒径における粒子数を粒径の小さい側から累積し、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、同様に粒子数を累積し、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。また、d10およびd90は、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。   In addition, d10 means the particle size in which the number of particles in each particle size is accumulated from the smaller particle size, and the accumulated volume is 10% of the total volume of all particles, and d90 is similarly accumulated in the number of particles. In addition, it means a particle size whose cumulative volume is 90% of the total volume of all particles. Moreover, d10 and d90 can be calculated | required from the volume integrated value measured with the laser beam diffraction scattering type particle size analyzer similarly to an average particle diameter.

(組成)
金属複合水酸化物10の組成は、特に限定されないが、例えば、金属複合水酸化物10が、Ni、Co及びW、並びに、任意にMn、及びMを含み、それぞれの金属元素の原子数の比(A)が、Ni:Co:Mn:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の金属元素)であることが好ましい。
(composition)
The composition of the metal composite hydroxide 10 is not particularly limited. For example, the metal composite hydroxide 10 includes Ni, Co, and W, and optionally Mn and M, and the number of atoms of each metal element. The ratio (A) is Ni: Co: Mn: W: M = x: y: z: a: b (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta It is preferable that it is 1 or more types of metal elements selected from these.

なお、金属複合水酸化物10中のそれぞれの金属元素の原子数の比(A)は、リチウム金属複合酸化物20中でも維持されるため、上記金属元素の比(A)で表される複合水酸化物10において、これを構成するニッケル、マンガン、コバルト、タングステンおよび元素Mの組成範囲およびその臨界的意義は、後述する、比(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。
また、金属複合水酸化物10は、一般式(A1):NiMnCo(OH)2+α(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、0≦α≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の金属元素)で表されてもよい。
In addition, since the ratio (A) of the number of atoms of each metal element in the metal composite hydroxide 10 is maintained also in the lithium metal composite oxide 20, the composite water represented by the ratio (A) of the metal element is used. In the oxide 10, the composition range of nickel, manganese, cobalt, tungsten, and the element M constituting the oxide 10 and the critical significance thereof are the same as those of the positive electrode active material represented by the ratio (B) described later. For this reason, description of these matters is omitted here.
The metal complex hydroxide 10 is represented by the general formula (A1): Ni x Mn y Co z W a M b (OH) 2 + α (x + y + z = 1,0.3 ≦ x ≦ 0.95,0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, And one or more metal elements selected from Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta.

上記一般式(A1)中、得られる正極活物質を用いた二次電池の容量特性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(A2):NixMnyCozWaMb(OH)2+α(x+y+z=1、0.7<x≦0.95、0.05≦y≦0.1、0≦z≦0.2、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、0≦α≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、及び、Moから選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。さらに、熱安定性と電池容量との両立を図るという観点から、上記一般式(A2)中、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。   In the general formula (A1), from the viewpoint of further improving the capacity characteristics of the secondary battery using the obtained positive electrode active material, the composition is expressed by the general formula (A2): NixMnyCozWaMb (OH) 2 + α (x + y + z = 1). 0.7 <x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.1, 0 ≦ z ≦ 0.2, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0 .5, M is preferably one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, and Mo). Furthermore, from the viewpoint of achieving both thermal stability and battery capacity, the value of x in the general formula (A2) is more preferably 0.7 <x ≦ 0.9, and 0.7 < More preferably, x ≦ 0.85.

上記一般式(A1)中、得られる正極活物質を用いた二次電池の熱安定性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(A3):NiMnCo(OH)2+α(x+y+z=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、0≦α≦0.5、Mは、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。 From the viewpoint of further improving the thermal stability of the secondary battery using the obtained positive electrode active material in the general formula (A1), the composition is expressed by the general formula (A3): Ni x Mn y Co z W a M b (OH) 2 + α (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, and M is preferably one or more elements selected from Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta). .

2.金属複合水酸化物の製造方法
図2〜図3は、本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法の一例を示す図である。本実施形態に係る製造方法は、晶析反応によって、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Taから選択される1種以上の元素)で示される金属複合水酸化物を製造する方法である。本実施形態に係る製造方法により、上記特性を有する金属複合水酸化物10を工業的規模で容易に製造することができる。
2. Method for Producing Metal Composite Hydroxide FIGS. 2 to 3 are diagrams illustrating an example of a method for producing a metal composite hydroxide according to the present embodiment. The manufacturing method according to the present embodiment includes nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and the element M by a crystallization reaction, and the atomic ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: W: M = x: y: z: a: b (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta) It is the method of manufacturing the metal composite hydroxide shown by these. With the manufacturing method according to the present embodiment, the metal composite hydroxide 10 having the above characteristics can be easily manufactured on an industrial scale.

[晶析反応]
図2に示すように、金属複合水酸化物10の製造方法では、反応槽内に、ニッケル(Ni)、及び、マンガン(Mn)と、任意に、コバルト(Co)、及び/又は、金属元素(M)とを含む第1の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給して、晶析反応を行い、第1の金属複合水酸化物粒子を得る第1の晶析工程(ステップS10)と、上記第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、第1の原料水溶液よりもタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給して、晶析反応を行い、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を形成して、第2の金属複合水酸化物粒子を得る第2の晶析工程(ステップS20)と、を備える。
[Crystalling reaction]
As shown in FIG. 2, in the method for producing the metal composite hydroxide 10, nickel (Ni) and manganese (Mn), and optionally cobalt (Co) and / or a metal element are contained in the reaction vessel. A first crystallization process (step S10) in which a first raw material aqueous solution containing (M) and an ammonium ion supplier are supplied to perform a crystallization reaction to obtain first metal composite hydroxide particles. And a second raw material aqueous solution containing more tungsten than the first raw material aqueous solution and an ammonium ion supplier to the reaction aqueous solution containing the first metal composite hydroxide particles, And performing a second crystallization step (step S20) to obtain a second metal composite hydroxide particle by forming a tungsten concentrated layer on the surface of the first metal composite hydroxide particle.

本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法は、第2の晶析工程(ステップS20)において、第1の晶析工程(ステップS10)により得られる第1の複合水酸化物粒子の表面に、タングステン濃縮層3を形成することにより、第2の金属複合水酸化物粒子を得ることができる。第2の金属複合水酸化物粒子の内部は、タングステンを含まない、又は、タングステンの含有量が低い第1の金属複合水酸化物粒子で構成されるため、これを前駆体として得られるリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)は、粒子内部の結晶性が高く、かつ、タングステン濃縮層3に由来するタングステン及びリチウムを含む化合物23が、一次粒子の表面又は一次粒子間の粒界に存在することで出力特性に優れる。   In the method for producing a metal composite hydroxide according to the present embodiment, the surface of the first composite hydroxide particles obtained by the first crystallization process (step S10) in the second crystallization process (step S20). In addition, by forming the tungsten enriched layer 3, the second metal composite hydroxide particles can be obtained. Since the inside of the second metal composite hydroxide particles is composed of the first metal composite hydroxide particles that do not contain tungsten or have a low content of tungsten, the lithium metal obtained using this as the precursor The composite oxide 20 (positive electrode active material) has high crystallinity inside the particles, and the compound 23 containing tungsten and lithium derived from the tungsten concentrated layer 3 is present on the surface of the primary particles or at the grain boundaries between the primary particles. The output characteristics are excellent.

図3に示すように、第1の晶析工程(ステップS10)は、さらに、主として核生成を行う核生成工程(ステップS11)と、主として粒子成長を行う粒子成長工程(ステップS12)とを含むことが好ましい。核生成工程(ステップS11)と粒子成長工程(ステップS12)とは、例えば、反応水溶液のpHを制御することにより、明確に分離することができ、粒度分布が狭く均一な粒子径を有する金属複合水酸化物10を得ることができる。なお、第2の晶析工程(ステップS20)は、粒子成長工程(ステップS12)に引き続き、主として粒子成長を行う工程である。   As shown in FIG. 3, the first crystallization step (step S10) further includes a nucleation step (step S11) mainly for nucleation and a particle growth step (step S12) mainly for particle growth. It is preferable. The nucleation step (step S11) and the particle growth step (step S12) can be clearly separated, for example, by controlling the pH of the reaction aqueous solution, and the metal composite having a uniform particle size with a narrow particle size distribution. Hydroxide 10 can be obtained. Note that the second crystallization step (step S20) is a step of mainly performing particle growth following the particle growth step (step S12).

なお、このような2段階の晶析工程を含むニッケル複合水酸化物の製造方法については、例えば、特許文献2、特許文献3などに開示されており、詳細な条件についてはこれらの文献を参照して条件を適宜、調整することができる。また、本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法は、後述するように、公知の晶析方法の条件を用いて、所望の膜厚を有するタングステン濃縮層3を形成することができるため、工業規模の生産に容易に適用することができる。   In addition, about the manufacturing method of nickel composite hydroxide including such a two-step crystallization process, it is disclosed by patent document 2, patent document 3, etc., for these conditions, refer to these documents. Thus, the conditions can be adjusted as appropriate. Moreover, since the manufacturing method of the metal composite hydroxide which concerns on this embodiment can form the tungsten concentration layer 3 which has a desired film thickness using the conditions of a well-known crystallization method so that it may mention later. Can be easily applied to industrial scale production.

以下、図3を参照して、核生成工程(ステップS11)と粒子成長工程(ステップS12)とを含む製造方法の各工程について、説明する。なお、以下の説明は、金属複合水酸化物10の製造方法の一例であって、この方法に限定するものではない。   Hereafter, with reference to FIG. 3, each process of the manufacturing method including a nucleation process (step S11) and a particle growth process (step S12) is demonstrated. In addition, the following description is an example of the manufacturing method of the metal composite hydroxide 10, Comprising: It does not limit to this method.

(1)第1の晶析工程(ステップS10)
(核生成工程)
まず、第1の原料水溶液とアンモニウムイオン供給体とを供給して、反応槽内の反応水溶液(核生成用水溶液)のpHを所定の範囲に制御して、核生成を行う(ステップS11)。第1の原料水溶液は、例えば、原料となる遷移金属を含む化合物を、水に溶解して調整される。なお、以下に説明する金属複合水酸化物の製造方法では、各工程で晶析により形成される金属複合水酸化物の組成比は、原料水溶液中の各金属の組成比と同様であるため、原料水溶液中の各金属の組成比は、目的とする金属複合水酸化物の遷移金属の組成比とすることができる。また、第1の原料水溶液は、少量のタングステンを含んでもよいし、タングステンを含まなくてもよい。
(1) First crystallization step (step S10)
(Nucleation process)
First, the first raw material aqueous solution and the ammonium ion supplier are supplied, and the pH of the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution) in the reaction tank is controlled within a predetermined range to perform nucleation (step S11). The first raw material aqueous solution is prepared by, for example, dissolving a compound containing a transition metal as a raw material in water. In the method for producing a metal composite hydroxide described below, the composition ratio of the metal composite hydroxide formed by crystallization in each step is the same as the composition ratio of each metal in the raw material aqueous solution. The composition ratio of each metal in the raw material aqueous solution can be the composition ratio of the transition metal of the target metal composite hydroxide. The first raw material aqueous solution may contain a small amount of tungsten or may not contain tungsten.

まず、反応槽内に、アルカリ水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを含む水溶液を供給および混合して、液温25℃基準で測定するpH値が12.0以上14.0以下、アンモニウムイオン濃度が3g/L以上25g/L以下である反応前水溶液を調製する。反応槽内の反応雰囲気については、粒子中心部を中実構造とする場合(一次粒子1を密に配置する場合)、非酸化性雰囲気とすることが好ましい。雰囲気の制御は、例えば、窒素ガスを導入して調整する。なお、反応前水溶液の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。   First, an aqueous solution containing an alkaline aqueous solution and an ammonium ion supplier is supplied and mixed in the reaction vessel, and the pH value measured on the basis of the liquid temperature of 25 ° C. is 12.0 or higher and 14.0 or lower, and the ammonium ion concentration is A pre-reaction aqueous solution of 3 g / L or more and 25 g / L or less is prepared. The reaction atmosphere in the reaction vessel is preferably a non-oxidizing atmosphere when the particle central portion has a solid structure (when the primary particles 1 are densely arranged). The atmosphere is controlled by introducing, for example, nitrogen gas. The pH value of the aqueous solution before reaction can be measured with a pH meter, and the ammonium ion concentration can be measured with an ion meter.

次いで、反応槽内の反応前水溶液を撹拌しながら、第1の原料水溶液を反応槽内に供給して、反応水溶液(核生用成水溶液)が形成される。なお、核生成工程(ステップS11)では、反応水溶液中の核生成に伴い、核生成用水溶液のpH値およびアンモニウムイオンの濃度が変化するので、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、反応槽内液のpH値が液温25℃基準でpH12.0以上14.0以下の範囲に、アンモニウムイオンの濃度が3g/L以上25g/L以下の範囲に維持されるように制御することが好ましい。反応水溶液(核生成用水溶液)のpH値が上記範囲にある場合、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。   Next, while stirring the pre-reaction aqueous solution in the reaction tank, the first raw material aqueous solution is supplied into the reaction tank to form a reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution). In the nucleation step (step S11), the pH value of the nucleation aqueous solution and the concentration of ammonium ions change with the nucleation in the reaction aqueous solution. It is preferable to control so that the pH value of the liquid is maintained in the range of pH 12.0 to 14.0 on the basis of the liquid temperature of 25 ° C., and the ammonium ion concentration is maintained in the range of 3 g / L to 25 g / L. When the pH value of the aqueous reaction solution (aqueous solution for nucleation) is in the above range, nucleation occurs preferentially with almost no growth of nuclei.

反応水溶液(核生成用水溶液)の液温25℃基準で測定されるpH値は、好ましくは12.0以上14.0以下、より好ましくは12.3以上13.5以下、さらに好ましくは12.5以上13.3以下の範囲である。pHが上記範囲である場合、核の成長を抑制し、核生成を優先させることができ、核生成工程で生成する核を均質かつ粒度分布の狭いものとすることができる。一方、pH値が12.0未満である場合、核生成とともに核(粒子)の成長が進行するため、得られる金属複合水酸化物粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。また、pH値が14.0を超える場合、生成する核が微細になりすぎて、反応水溶液(核生成用水溶液)がゲル化することがある。   The pH value measured on the basis of the liquid temperature of the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution) at 25 ° C. is preferably 12.0 to 14.0, more preferably 12.3 to 13.5, and still more preferably 12. The range is from 5 to 13.3. When the pH is in the above range, the growth of nuclei can be suppressed and nucleation can be prioritized, and the nuclei generated in the nucleation step can be homogeneous and have a narrow particle size distribution. On the other hand, when the pH value is less than 12.0, the growth of nuclei (particles) proceeds with nucleation, so that the obtained metal composite hydroxide particles have non-uniform particle sizes, and the particle size distribution deteriorates. Moreover, when pH value exceeds 14.0, the produced | generated nucleus becomes too fine and reaction aqueous solution (aqueous solution for nucleation) may gelatinize.

なお、反応水溶液(核生成用水溶液)中のpH値の変動幅は、±0.2以内とすることが好ましい。pH値の変動幅が大きい場合、核生成量と粒子成長の割合が一定とならず、粒度分布の狭い金属複合水酸化物粒子を得ることが困難となる。   It should be noted that the fluctuation range of the pH value in the aqueous reaction solution (nucleation aqueous solution) is preferably within ± 0.2. When the fluctuation range of the pH value is large, the nucleation amount and the rate of particle growth are not constant, and it becomes difficult to obtain metal composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution.

反応水溶液(核生成用水溶液)のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは3g/L以上25g/L以下、より好ましくは5g/L以上20g/L以下の範囲内に調整される。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未満である場合、金属イオンの溶解度を一定に保持することができなかったり、反応水溶液がゲル化しやすくなったりして、形状や粒径の整った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を超える場合、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、組成ずれなどの原因となることがある。   The ammonium ion concentration in the aqueous reaction solution (nucleation aqueous solution) is preferably adjusted 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 aqueous reaction solution, when the ammonium ion concentration is less than 3 g / L, the solubility of the metal ions cannot be kept constant, or the aqueous reaction solution tends to gel. Thus, it becomes difficult to obtain metal composite hydroxide particles having a uniform shape and 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, which may cause a composition shift or the like.

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、均一な金属複合水酸化物粒子が形成されなくなる。このため、核生成工程(ステップS11)と粒子成長工程(ステップS12)を通じて、アンモニウムイオン濃度の変動幅を一定の範囲に制御することが好ましく、具体的には、±5g/Lの変動幅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 uniform metal composite hydroxide particles are not formed. Therefore, it is preferable to control the fluctuation range of the ammonium ion concentration within a certain range through the nucleation process (step S11) and the particle growth process (step S12). Specifically, the fluctuation range is ± 5 g / L. It is preferable to control.

核生成工程(ステップS11)では、反応水溶液(核生成用水溶液)に、第1の原料水溶液、アルカリ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、連続して新しい核の生成が継続される。そして、核生成用水溶液中に、所定量の核が生成した時点で、核生成工程を終了する。この際、核の生成量は、核生成用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(ステップS11)における核の生成量は、特に限定されないが、粒度分布の狭い金属複合水酸化物粒子を得るという観点から、晶析工程(第1の晶析工程及び第2の晶析工程を含む)を通じて供給する原料水溶液に含まれる金属化合物中の金属元素に対して、0.1原子%以上2原子%以下とすることが好ましく、0.1原子%以上1.5原子%以下とすることがより好ましい。
In the nucleation step (step S11), new nuclei are continuously generated by supplying the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution) with the first raw material aqueous solution, the alkaline aqueous solution and the aqueous solution containing the ammonium ion supplier. Is done. Then, when a predetermined amount of nuclei is generated in the aqueous solution for nucleation, the nucleation step is finished. At this time, the amount of nucleation can be determined from the amount of the metal compound contained in the raw material aqueous solution supplied to the nucleation aqueous solution.
The generation amount of nuclei in the nucleation step (step S11) is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining metal composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution, the crystallization step (first crystallization step and second crystallization step). Preferably 0.1 atomic percent or more and 2 atomic percent or less, and preferably 0.1 atomic percent or more and 1.5 atomic percent based on the metal element in the metal compound contained in the raw material aqueous solution supplied through More preferably, it is as follows.

また、核生成工程において、反応水溶液(核生用成水溶液)の温度の上限は特に限定されないが、例えば60℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましい。反応水溶液(核生用成水溶液)の温度が60℃を超えると、一次結晶に歪が生じタップ密度が低くなり始める恐れがあるからである。   In the nucleation step, the upper limit of the temperature of the aqueous reaction solution (nucleation aqueous solution) is not particularly limited, but is preferably 60 ° C. or less, and more preferably 50 ° C. or less, for example. This is because if the temperature of the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution) exceeds 60 ° C., the primary crystal may be distorted and the tap density may begin to decrease.

(粒子成長工程)
次いで、pHを特定の範囲に調整した反応水溶液(粒子成長用水溶液)中で粒子成長を行う(ステップS12)。反応水溶液(粒子成長用水溶液)は、生成された核を含む反応水溶液に、第1の原料水溶液と、アルカリ水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液とを供給して形成される。反応水溶液(粒子成長用水溶液)は、液温25℃基準で測定するpH値が10.5以上12.0以下、アンモニウムイオン濃度が3g/L以上25g/L以下に調整されることが好ましい。これにより、反応水溶液(粒子成長用水溶液)中で、核生成よりも、粒子成長が優位に行われる。
(Particle growth process)
Next, particle growth is performed in a reaction aqueous solution (aqueous solution for particle growth) whose pH is adjusted to a specific range (step S12). The reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) is formed by supplying a first raw material aqueous solution, an alkaline aqueous solution, and an aqueous solution containing an ammonium ion supplier to the reaction aqueous solution containing the produced nuclei. The reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) is preferably adjusted to have a pH value of 10.5 or more and 12.0 or less and an ammonium ion concentration of 3 g / L or more and 25 g / L or less as measured on the basis of a liquid temperature of 25 ° C. Thereby, in the reaction aqueous solution (aqueous solution for particle growth), particle growth is performed preferentially over nucleation.

反応槽内の反応雰囲気については、金属複合水酸化物のタップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下である多層構造を有する二次粒子を主として形成する場合、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気と、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気とを、適宜切り替えながら行うことが好ましい。雰囲気の制御は、例えば、窒素ガスを導入して調整する。 Regarding the reaction atmosphere in the reaction vessel, when mainly forming secondary particles having a multilayer structure in which the tap density of the metal composite hydroxide is 0.75 g / cm 3 or more and 1.35 g / cm 3 or less, the oxygen concentration is It is preferable to switch between a non-oxidizing atmosphere of 1% by volume or less and an oxidizing atmosphere in which the oxygen concentration exceeds 1% by volume as appropriate. The atmosphere is controlled by introducing, for example, nitrogen gas.

具体的には、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以上12.0以下に調整し、粒子成長工程における反応水溶液である粒子成長用水溶液を形成する。pH値の調整は、アルカリ水溶液のみ供給を停止することにより行うことができるが、粒径の均一性を高めるという観点から、一旦、すべての水溶液の供給を停止してpH値を調整することが好ましい。また、pH値の調整は、反応水溶液(核生成用水溶液)に、原料となる遷移金属を含む化合物を構成する酸と同種の無機酸、例えば、原料として遷移金属の硫酸塩を使用する場合には、硫酸を供給することで行ってもよい。   Specifically, after completion of the nucleation step, the pH value of the aqueous solution for nucleation in the reaction vessel is adjusted to 10.5 or more and 12.0 or less on the basis of the liquid temperature of 25 ° C., and the reaction aqueous solution in the particle growth step. An aqueous solution for particle growth is formed. The pH value can be adjusted by stopping the supply of only the alkaline aqueous solution. However, from the viewpoint of enhancing the uniformity of the particle size, the supply of all aqueous solutions can be temporarily stopped to adjust the pH value. preferable. The pH value is adjusted when the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution) uses an inorganic acid of the same type as the acid constituting the compound containing the transition metal as the raw material, for example, a transition metal sulfate as the raw material. May be performed by supplying sulfuric acid.

次に、反応水溶液(粒子成長用水溶液)を撹拌しながら、第1の原料水溶液の供給を再開する。この際、粒子成長用水溶液のpH値は上述した範囲にあるため、新たな核はほとんど生成せず、核(粒子)成長が進行し、所定の粒径を有する第1の金属複合水酸化物粒子を形成することができる。なお、粒子成長工程(ステップS12)においても、粒子成長に伴い、粒子成長用水溶液の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となる。   Next, the supply of the first raw material aqueous solution is restarted while stirring the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution). At this time, since the pH value of the aqueous solution for particle growth is in the above-described range, almost no new nuclei are generated, and the growth of the nuclei (particles) proceeds and the first metal composite hydroxide having a predetermined particle size is obtained. Particles can be formed. In the particle growth step (step S12), the pH value and ammonium ion concentration of the aqueous solution for particle growth change as the particle grows. It is necessary to maintain within the above range.

反応水溶液(粒子成長水溶液)のpH値は、液温25℃基準で、10.5以上12.0以下、好ましくは11.0以上12.0以下、より好ましくは11.5以上11.9以下の範囲に制御する。pHが上記範囲である場合、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でき、得られる金属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未満である場合、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、生産性が悪化することがある。また、pH値が12.0を超える場合、粒子成長工程中の核生成量が増加し、得られる金属複合水酸化物粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化することがある。   The pH value of the aqueous reaction solution (particle growth aqueous solution) is 10.5 or more and 12.0 or less, preferably 11.0 or more and 12.0 or less, more preferably 11.5 or more and 11.9 or less, based on a liquid temperature of 25 ° C. Control to the range. When the pH is in the above range, generation of new nuclei is suppressed, particle growth can be prioritized, and the resulting metal 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 does the rate of crystallization reaction slow, but also the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution. May increase and productivity may deteriorate. Moreover, when pH value exceeds 12.0, the amount of nucleation in a particle growth process will increase, the particle size of the metal composite hydroxide particle obtained may become non-uniform | heterogenous, and particle size distribution may deteriorate.

なお、反応水溶液(粒子成長水溶液)中のpH値の変動幅は、±0.2以内とすることが好ましい。pH値の変動幅が大きい場合、核生成量と粒子成長の割合が一定とならず、粒度分布の狭い金属複合水酸化物を得ることが困難となる。   Note that the fluctuation range of the pH value in the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) is preferably within ± 0.2. When the fluctuation range of the pH value is large, the amount of nucleation and the rate of particle growth are not constant, and it becomes difficult to obtain a metal composite hydroxide having a narrow particle size distribution.

また、粒子成長工程(ステップS12)のpH値は、核生成工程(ステップS11)のpH値より低い値に調整することが好ましく、核生成と粒子成長を明確に分離するためには、粒子成長工程(ステップS12)のpH値を、核生成工程(ステップS11)のpH値より0.5以上低くすることが好ましく、0.8以上低くすることがより好ましい。   The pH value of the particle growth step (step S12) is preferably adjusted to a value lower than the pH value of the nucleation step (step S11). In order to clearly separate nucleation and particle growth, particle growth The pH value of the step (Step S12) is preferably 0.5 or more lower than the pH value of the nucleation step (Step S11), more preferably 0.8 or more.

例えば、反応水溶液(核生成工程及び/又は粒子成長工程)のpH値が12.0である場合、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。すなわち、核生成工程のpH値を12.0より高くして多量に核生成させた後、粒子成長工程のpH値を12.0とした場合、反応水溶液中に多量の核が存在するため、粒子成長が優先して起こり、粒径分布が狭い金属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とした場合、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で、生成した核が成長して良好な金属複合水酸化物粒子を得ることができる。   For example, when the pH value of the reaction aqueous solution (the nucleation step and / or the particle growth step) is 12.0, it is a boundary condition between nucleation and nucleation growth. The conditions can be either the production step or the particle growth step. That is, when the pH value of the nucleation step is higher than 12.0 to cause nucleation in a large amount, and the pH value of the particle growth step is set to 12.0, a large amount of nuclei exist in the reaction aqueous solution. Particle growth occurs preferentially, and metal composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution can be obtained. On the other hand, when the pH value in the nucleation step is 12.0, there is no nucleus that grows in the reaction aqueous solution, so nucleation takes precedence and the pH value in the particle growth step is made smaller than 12.0. Thus, the generated nucleus grows and good metal composite hydroxide particles can be obtained.

反応水溶液(粒子成長用水溶液)のアンモニウムイオン濃度は、上記反応水溶液(核生成用水溶液)中のアンモニウムイオン濃度の好ましい範囲と同様とすることができる。また、アンモニウムイオン濃度の変動幅も上記反応水溶液(核生成用水溶液)中の好ましい範囲と同様とすることができる。   The ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) can be made the same as the preferable range of the ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution). In addition, the fluctuation range of the ammonium ion concentration can be the same as the preferable range in the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution).

粒子成長工程(ステップS12)の反応雰囲気は、酸素濃度を調整することにより、切り替えてもよく、例えば、二次粒子の中心部を中実構造とする場合、核生成工程(ステップS11)に引き続き、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気で粒子成長を行った後、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気に切り替えて(切り替え1回目)、粒子成長を行い、さらに、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替えて(切り替え2回目)、粒子成長を行ってもよい。反応雰囲気を切り替えることにより、上述した多層構造を有する二次粒子を得ることができる。   The reaction atmosphere of the particle growth step (step S12) may be switched by adjusting the oxygen concentration. For example, when the central part of the secondary particle has a solid structure, the reaction is continued from the nucleation step (step S11). After growing the particles in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less, switching to an oxidizing atmosphere in which the oxygen concentration exceeds 1% by volume (the first switching), the particles are grown, and the oxygen concentration is further increased. However, the grain growth may be performed by switching to a non-oxidizing atmosphere of 1% by volume or less (second switching). By switching the reaction atmosphere, secondary particles having the multilayer structure described above can be obtained.

また、多層構造を有する二次粒子を製造する場合、反応雰囲気の切り替えは、第1の晶析工程及び第2の晶析工程における粒子成長工程(全体)において、複数回切替えればよく、粒子成長工程(ステップS12)における反応雰囲気の切り替えを行わずに、第2の晶析工程において反応雰囲気の切り替えを複数回行ってもよく、粒子成長工程(ステップS12)において反応雰囲気の切り替えを複数回行ってもよい。また、粒子成長工程(ステップS12)において反応雰囲気の切り替えは、2回以上行ってもよく、4回以上行ってもよい。   Further, when producing secondary particles having a multilayer structure, the reaction atmosphere may be switched multiple times in the particle growth step (whole) in the first crystallization step and the second crystallization step. Without switching the reaction atmosphere in the growth process (step S12), the reaction atmosphere may be switched multiple times in the second crystallization process, and the reaction atmosphere is switched multiple times in the particle growth process (step S12). You may go. In the particle growth step (step S12), the reaction atmosphere may be switched two or more times or four or more times.

(2)第2の晶析工程
次いで、第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、金属元素を含み、かつ、第1の原料水溶液よりタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給して、晶析反応を行う(ステップS20)。これにより、第1の金属複合水酸化物粒子の表面に、タングステン濃縮層を形成した、第2の金属複合水酸化物粒子を得る。
粒子成長は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を核にして成長していくため、第2の晶析工程においては、粒子成長工程(ステップS12)から連続して、第1の原料水溶液よりタングステンを多く含むタングステンを多く含む第2の原料水溶液、及び、アンモニウムイオン供給体を第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に供給して、第2の晶析工程(ステップS20)を行うことができる。これにより、第一の複合酸化物粒子を構成する二次粒子の外周部分にタングステン濃縮層が形成される。
(2) Second crystallization step Next, a second raw material aqueous solution containing a metal element and containing more tungsten than the first raw material aqueous solution in the reaction aqueous solution containing the first metal composite hydroxide particles, Ammonium ion supplier is supplied to perform a crystallization reaction (step S20). Thereby, the 2nd metal compound hydroxide particle which formed the tungsten concentration layer on the surface of the 1st metal compound hydroxide particle is obtained.
In the second crystallization step, the first raw material aqueous solution is continuously formed from the particle growth step (step S12) because the particle growth is performed using secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated as nuclei. A second raw material aqueous solution containing more tungsten containing more tungsten and an ammonium ion supplier are supplied to the reaction aqueous solution containing the first metal composite hydroxide particles, and the second crystallization step (step S20). It can be performed. Thereby, a tungsten concentrated layer is formed on the outer peripheral portion of the secondary particles constituting the first composite oxide particles.

本実施形態の金属複合水酸化物の製造方法は、例えば、第2の原料水溶液を添加し始めるタイミング(すなわち、第2の晶析工程を開示するタイミング)を調整することで、第1の金属複合水酸化物粒子の外周に形成されるタングステン濃縮層の厚みを、容易に制御することができる。   In the method for producing a metal composite hydroxide of the present embodiment, for example, the first metal is adjusted by adjusting the timing at which the second raw material aqueous solution starts to be added (that is, the timing at which the second crystallization step is disclosed). The thickness of the tungsten concentrated layer formed on the outer periphery of the composite hydroxide particles can be easily controlled.

第2の晶析反応(ステップS20)は、第1の原料水溶液中の金属元素を、第1の晶析工程及び第2の晶析工程において添加される全金属量に対して、例えば、10質量%以上の反応槽へ供給した時点で、第2の原料水溶液の供給を行うことにより、開始することができる。これにより、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を容易に形成することができる。   In the second crystallization reaction (step S20), the metal element in the first raw material aqueous solution is, for example, 10% of the total amount of metal added in the first crystallization step and the second crystallization step. It can be started by supplying the second raw material aqueous solution when it is supplied to the reaction tank of mass% or more. Thereby, a tungsten concentrated layer can be easily formed on the surface of the first metal composite hydroxide particles.

また、より結晶性が高く、二次電池の正極に用いられた場合、反応抵抗をより低減する正極活物質を得るという観点から、第1の原料水溶液中の金属元素を、第1の晶析工程及び第2の晶析工程において添加される全金属量に対して、好ましくは50質量%以上95質量%以下の範囲、より好ましくは75質量%以上90質量%以下の範囲で反応槽へ供給した時点で、第2の原料水溶液の供給を行い、第2の晶析工程(ステップS20)を開始することができる。   In addition, when used for a positive electrode of a secondary battery having higher crystallinity, the metal element in the first raw material aqueous solution is first crystallized from the viewpoint of obtaining a positive electrode active material that further reduces reaction resistance. The total amount of metal added in the step and the second crystallization step is preferably supplied to the reaction vessel in the range of 50 to 95% by mass, more preferably in the range of 75 to 90% by mass. At this point, the second raw material aqueous solution is supplied, and the second crystallization step (step S20) can be started.

第2の晶析工程(ステップS20)は、粒子成長工程(ステップS12)と同様に、粒子成長が行われる工程であるため、反応水溶液のpH、温度、アンモニウムイオン濃度や、反応槽内の雰囲気などは、粒子成長工程(ステップS12)と同様の条件とすることができる。粒子成長工程(ステップS12)と同様の条件で、連続して第2の晶析工程(ステップS20)を行うことにより、簡便に生産性高く、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層の形成を行うことができる。   Since the second crystallization step (step S20) is a step in which particle growth is performed as in the particle growth step (step S12), the pH, temperature, ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution, and the atmosphere in the reaction tank The conditions can be the same as in the particle growth step (step S12). By continuously performing the second crystallization step (Step S20) under the same conditions as in the particle growth step (Step S12), tungsten is easily formed on the surface of the first metal composite hydroxide particles with high productivity. A concentrated layer can be formed.

また、第2の原料水溶液の供給は、タングステン以外の金属元素を含む原料水溶液と、タングステンを含む水溶液とを別々に準備して、それぞれを反応槽に供給して行ってもよい。タングステンを含む水溶液を別に供給することにより、より簡便に、かつ、均一にタングステン濃縮層を形成することができる。また、図2に示すように、第2の原料水溶液は、第1の原料水溶液と、タングステン(W)とを含む水溶液とを含み、それぞれの水溶液を別々に反応水溶液に供給してもよい。これにより、タングステンを含む水溶液の濃度や、タングステンを含む水溶液を反応槽へ供給する際の流速を変更することで、タングステンの濃縮層を均一に形成することができ、且つ、容易にタングステンの濃縮層の厚さを調節することが可能となる。   The second raw material aqueous solution may be supplied by separately preparing a raw material aqueous solution containing a metal element other than tungsten and an aqueous solution containing tungsten, and supplying each to a reaction vessel. By separately supplying an aqueous solution containing tungsten, a tungsten enriched layer can be formed more easily and uniformly. Further, as shown in FIG. 2, the second raw material aqueous solution may include a first raw material aqueous solution and an aqueous solution containing tungsten (W), and each aqueous solution may be separately supplied to the reaction aqueous solution. Thus, by changing the concentration of the aqueous solution containing tungsten and the flow rate at the time of supplying the aqueous solution containing tungsten to the reaction tank, a tungsten concentrated layer can be formed uniformly and the tungsten can be easily concentrated. It becomes possible to adjust the thickness of the layer.

タングステンを含む水溶液は、例えば、タングステン化合物を水に溶かして調整することができる。用いられるタングステン化合物は、特に限定されず、リチウムを含まずに、タングステンを含む化合物を用いることができるが、好ましくはタングステン酸ナトリウムを用いることができる。   The aqueous solution containing tungsten can be prepared by, for example, dissolving a tungsten compound in water. The tungsten compound to be used is not particularly limited, and a compound containing tungsten can be used without containing lithium, but sodium tungstate can be preferably used.

タングステンを含む水溶液のタングステン(W)濃度は、特に限定されないが、例えば、0.1mol/l以上0.5mol/l以下、好ましくは0.2mol/l以上0.4mol/l以下である。また、タングステンを含む水溶液の添加流量は、特に限定されないが、例えば、5L/min以上20L/min以下、好ましくは10L/min以上15L/Min以下である。   The tungsten (W) concentration of the aqueous solution containing tungsten is not particularly limited, but is, for example, 0.1 mol / l or more and 0.5 mol / l or less, preferably 0.2 mol / l or more and 0.4 mol / l or less. The addition flow rate of the aqueous solution containing tungsten is not particularly limited, but is, for example, 5 L / min or more and 20 L / min or less, preferably 10 L / min or more and 15 L / Min or less.

タングステン濃縮層の厚みは、タングステンを含む水溶液の濃度を調整したり、前記水溶液の添加流量を調整したりすることによっても、制御することができる。例えば、タングステンを含む水溶液の濃度及び添加流量を一定とした場合、タングステンを含む水溶液の添加開始の時点を調整することにより、形成されるタングステン濃縮層の厚みや濃度をより正確かつ容易に調整することができる。   The thickness of the tungsten concentrated layer can also be controlled by adjusting the concentration of the aqueous solution containing tungsten or adjusting the addition flow rate of the aqueous solution. For example, when the concentration and the addition flow rate of an aqueous solution containing tungsten are constant, the thickness and concentration of the tungsten concentrated layer to be formed can be adjusted more accurately and easily by adjusting the start point of the addition of the aqueous solution containing tungsten. be able to.

図4は、本実施形態の製造方法の好適な一例を示す図である。図4では、第1の晶析工程(ステップS10)が、核生成工程(ステップS11)と、粒子成長工程(ステップS12)とを、分離して備え、かつ、上記粒子成長工程(ステップS12)と連続して、第1の原料水溶液とともにタングステンを含む水溶液を供給して第2の晶析工程(ステップS20)を行う場合における、タングステンを含む水溶液の添加の開示時点(第2の晶析工程の開示時点)を説明する図である。   FIG. 4 is a view showing a preferred example of the manufacturing method of the present embodiment. In FIG. 4, the first crystallization step (step S10) includes a nucleation step (step S11) and a particle growth step (step S12) separately, and the particle growth step (step S12). When the second crystallization step (step S20) is performed by supplying an aqueous solution containing tungsten together with the first raw material aqueous solution, the disclosure time point of the addition of the aqueous solution containing tungsten (second crystallization step) FIG.

図4(A)は、粒子成長の開始時点から、粒子成長の終了時点(晶析工程の終了時点)までの粒子成長が行われる時間全体に対して、75%経過した時点から、タングステン化合物の水溶液を添加した場合の一例を示す図である。この場合、図4(A)の下方に示すように、二次粒子(第1の金属複合水酸化物粒子)の表層(外周)にタングステン濃縮層3を形成することができる。なお、粒子成長の開始時点から終了時点までの全体の工程で、タングステン化合物の水溶液を添加した場合は、タングステン濃縮層3は形成されない。   FIG. 4 (A) shows the tungsten compound from the time when 75% of the entire time from the start of the particle growth to the end of the particle growth (the end of the crystallization process) is obtained. It is a figure which shows an example at the time of adding aqueous solution. In this case, as shown in the lower part of FIG. 4A, the tungsten concentrated layer 3 can be formed on the surface layer (outer periphery) of the secondary particles (first metal composite hydroxide particles). Note that the tungsten concentrated layer 3 is not formed when an aqueous solution of a tungsten compound is added in the entire process from the start point to the end point of particle growth.

図4(B)は、粒子成長の開始時点から、粒子成長の終了時点(晶析工程の終了)までの粒子成長が行われる時間全体に対して、87.5%経過した時点から、タングステン化合物の水溶液を添加した場合の一例を示す図である。この場合、図4(B)の下方に示すように、二次粒子(第1の金属複合水酸化物粒子)の表層(外周)に、上記75%経過した時点から添加を始めた場合と比較して、より濃縮されたタングステン濃縮層を形成させることができる。   FIG. 4 (B) shows a tungsten compound from the time when 87.5% has elapsed with respect to the entire time during which particle growth is performed from the start time of particle growth to the end time of particle growth (end of crystallization step). It is a figure which shows an example at the time of adding the aqueous solution of this. In this case, as shown in the lower part of FIG. 4B, compared with the case where the addition is started from the point when 75% has elapsed on the surface layer (outer periphery) of the secondary particles (first metal composite hydroxide particles). Thus, a more concentrated tungsten enriched layer can be formed.

上述のように第1の原料水溶液とともにタングステンを含む水溶液を供給して第2の晶析工程(ステップS20)を行う場合、タングステンを含む水溶液(第2の原料水溶液)の供給は、第1及び第2の晶析工程における前記粒子成長の開始から終了までの時間全体に対して、例えば、10%以上経過した時点、好ましくは50%以上95%以下経過した時点、より好ましくは75%以上90%以下経過した時点で行うことができる。供給を開示する時間が上記範囲である場合、タングステン濃縮層を容易に、生産性よく得ることができる。また、上記範囲内において、タングステンを含む水溶液の添加を開示する時点がより遅い場合、得られる正極活物質の結晶子径を大きくすることができる傾向がある。なお、タングステンを含む水溶液の添加は、晶析反応が終了する時点まで継続する。
以下、上記晶析工程に好ましく用いられる各原料、条件について、説明する。
When supplying the aqueous solution containing tungsten together with the first raw material aqueous solution as described above to perform the second crystallization step (Step S20), the supply of the aqueous solution containing tungsten (second raw material aqueous solution) For example, when 10% or more has elapsed, preferably 50% or more and 95% or less has elapsed, and more preferably 75% or more and 90% of the entire time from the start to the end of the particle growth in the second crystallization step. % Can be performed when less than%. When the time for disclosing supply is in the above range, the tungsten enriched layer can be easily obtained with good productivity. In addition, within the above range, when the time point at which the addition of the aqueous solution containing tungsten is disclosed later, the crystallite diameter of the obtained positive electrode active material tends to be increased. Note that the addition of the aqueous solution containing tungsten is continued until the crystallization reaction is completed.
Hereinafter, each raw material and conditions preferably used in the crystallization step will be described.

(第1及び第2の原料水溶液)
第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液は、ニッケル、及び、マンガンと、任意にコバルト、元素M、及び、タングステンを含む。また、第1の原料水溶液は、タングステンを含まなくてもよい。第2の晶析工程において、第2の原料水溶液として、第1の原料水溶液とタングステンを含む水溶液とを用いる場合、第1の原料水溶液中の金属元素の比率が、最終的に得られる金属複合水酸化物の組成比(タングステンを除く)となる。このため、第1の原料水溶液は、目的とする金属複合水酸化物の組成に応じて、各金属元素の含有量を適宜調整することができる。たとえば、上述した比(A)で表される金属複合水酸化物粒子を得ようとする場合、原料水溶液中の金属元素の比率を、Ni:Mn:Co:M=x:y:z:b(ただし、x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦b≦0.1)となるように調整することができる。なお、第1の晶析工程及び第2の晶析工程で用いられる第1の原料水溶液及び第2の原料水溶液の組成は、異なってもよい。この場合、それぞれの晶析工程で用いられる原料水溶液中の各金属元素の含有量の合計が、得られる金属複合水酸化物の組成比とすることができる。
(First and second raw material aqueous solutions)
The first raw material aqueous solution and the second raw material aqueous solution contain nickel, manganese, and optionally cobalt, element M, and tungsten. Further, the first raw material aqueous solution may not contain tungsten. In the second crystallization step, when the first raw material aqueous solution and the aqueous solution containing tungsten are used as the second raw material aqueous solution, the ratio of the metal elements in the first raw material aqueous solution is the metal composite finally obtained. The composition ratio of hydroxide (excluding tungsten). Therefore, the content of each metal element in the first aqueous raw material solution can be appropriately adjusted according to the composition of the target metal composite hydroxide. For example, when trying to obtain the metal composite hydroxide particles represented by the ratio (A) described above, the ratio of the metal element in the raw material aqueous solution is set to Ni: Mn: Co: M = x: y: z: b. (However, x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ b ≦ 0.1) Can do. The compositions of the first raw material aqueous solution and the second raw material aqueous solution used in the first crystallization step and the second crystallization step may be different. In this case, the total content of each metal element in the raw material aqueous solution used in each crystallization step can be the composition ratio of the obtained metal composite hydroxide.

第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液の調整に用いられる金属元素(遷移金属)の化合物は、特に限定されないが、取扱いの容易性から、水溶性の硝酸塩、硫酸塩および塩酸塩などを用いることが好ましく、コストやハロゲンの混入を防止する観点から、硫酸塩を好適に用いることが特に好ましい。   Although the compound of the metal element (transition metal) used for adjustment of the 1st raw material aqueous solution and the 2nd raw material aqueous solution is not specifically limited, From ease of handling, water-soluble nitrate, sulfate, hydrochloride, etc. From the viewpoint of cost and prevention of halogen contamination, it is particularly preferable to use sulfate.

また、金属複合水酸化物中に元素M(Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、及び、Wから選択される1種以上の元素)を含有させる場合、元素Mを供給するための化合物としては、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, element M in the metal composite hydroxide (M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W) In the case where the element M is contained, the compound for supplying the element M is preferably a water-soluble compound, for example, magnesium sulfate, calcium sulfate, aluminum sulfate, titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, potassium potassium oxalate, sulfuric acid. Vanadium, 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.

第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液の濃度は、金属化合物の合計で、好ましくは1mol/L以上2.6mol/L以下、より好ましくは1.5mol/L以上2.2mol/L以下とする。原料水溶液の濃度が1mol/L未満では、反応槽当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、各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 first raw material aqueous solution and the second raw material aqueous solution is the sum of the metal compounds, preferably 1 mol / L or more and 2.6 mol / L or less, more preferably 1.5 mol / L or more and 2.2 mol / L. The following. When the concentration of the raw material aqueous solution is less than 1 mol / L, the amount of crystallized material per reaction tank is reduced, and thus the productivity is lowered. On the other hand, if the concentration of the mixed aqueous solution exceeds 2.6 mol / L, it exceeds the saturation concentration at normal temperature, so that crystals of each metal compound may reprecipitate and clog piping and the like.

なお、上述した金属化合物は、必ずしも1種類の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、全金属化合物の水溶液の合計の濃度が上記範囲となるように、個別に金属化合物の水溶液を調製して、個々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。
また、第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液の供給量は、晶析工程の終了時点において、反応溶液(粒子成長水溶液)中の生成物(第2の金属複合水酸化物粒子)の濃度が、好ましくは30g/L以上200g/L以下、より好ましくは80g/L以上150g/L以下となるようにする。生成物の濃度が30g/L未満である場合、一次粒子の凝集が不十分になる場合がある。一方、生成物の濃度が200g/Lを超える場合、反応槽内に、核生成用水溶液または粒子成長用水溶液が十分に拡散せず、粒子成長に偏りが生じる場合がある。
In addition, the metal compound mentioned above does not necessarily need to be supplied to a reaction tank as one type of 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, individually such that the total concentration of the aqueous solution of all metal compounds falls within the above range. An aqueous solution of a metal compound may be prepared and supplied into the reaction vessel at a predetermined ratio as an aqueous solution of individual metal compounds.
In addition, the supply amount of the first raw material aqueous solution and the second raw material aqueous solution is the product (second metal composite hydroxide particles) in the reaction solution (particle growth aqueous solution) at the end of the crystallization step. Is preferably 30 g / L or more and 200 g / L or less, more preferably 80 g / L or more and 150 g / L or less. When the concentration of the product is less than 30 g / L, the aggregation of primary particles may be insufficient. On the other hand, when the concentration of the product exceeds 200 g / L, the aqueous solution for nucleation or the aqueous solution for particle growth does not sufficiently diffuse in the reaction tank, and the particle growth may be biased.

(アルカリ水溶液)
反応水溶液中のpH値を調整するアルカリ水溶液は、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、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、20質量%以上50質量%以下とすることが好ましく、20質量%以上30質量%以下とすることがより好ましい。アルカリ金属水溶液の濃度をこのような範囲に規制することにより、反応系に供給する溶媒量(水量)を抑制しつつ、添加位置で局所的にpH値が高くなることを防止することができるため、粒度分布の狭い金属複合水酸化物粒子を効率的に得ることができる。
(Alkaline aqueous solution)
The aqueous alkali solution for adjusting the pH value in the aqueous reaction solution is not particularly limited, and a general aqueous alkali metal hydroxide solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide can be used. The alkali metal hydroxide can be directly added to the reaction aqueous solution, but it is preferably added as an aqueous solution in view of easy pH control. In this case, the concentration of the aqueous alkali metal hydroxide solution is preferably 20% by mass or more and 50% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 30% by mass or less. By regulating the concentration of the alkali metal aqueous solution to such a range, it is possible to prevent the pH value from being locally increased at the addition position while suppressing the amount of solvent (water amount) supplied to the reaction system. In addition, metal composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution can be obtained efficiently.

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 aqueous reaction 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.

(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、特に制限されることはなく、たとえば、アンモニア水、または、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウムもしくは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。
(Aqueous solution containing ammonium ion donor)
The aqueous solution containing an ammonium ion donor is not particularly limited, and for example, aqueous ammonia or an aqueous solution of ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, or ammonium fluoride 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、その濃度は、好ましくは20質量%以上30質量%以下、より好ましくは22質量%以上28質量%以下とする。アンモニア水の濃度をこのような範囲に規制することにより、揮発などによる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できる。   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 restricting the ammonia water concentration to such a range, loss of ammonia due to volatilization or the like can be suppressed to a 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.

(反応雰囲気)
本実施形態の製造方法における反応雰囲気は、核生成工程では、粒子の中心部を一次粒子が密に配置された中実構造とする場合、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気下に制御することが好ましい。また、金属複合水酸化物のタップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下であり、かつ、多層構造を有する二次粒子を主として形成するために、第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程における、粒子成長(ステップS12、ステップS20)では、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気と、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気とを、適宜切り替えながら行うことが好ましい。非酸化性雰囲気では、具体的には、反応雰囲気中における酸素濃度が、好ましくは1容量%以下となるように、酸素と不活性ガスの混合雰囲気に制御することが必要となる。また、酸化性雰囲気は、反応雰囲気中における酸素濃度が1容量%を超える雰囲気であればよく、例えば、酸素濃度が5容量%を超えてもよく、大気雰囲気であってもよい。
(Reaction atmosphere)
In the nucleation step, the reaction atmosphere in the manufacturing method of the present embodiment is a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less when the central part of the particle has a solid structure in which primary particles are densely arranged. It is preferable to control. In order to mainly form secondary particles having a metal composite hydroxide tap density of 0.75 g / cm 3 to 1.35 g / cm 3 and having a multilayer structure, the first crystallization step In the particle growth (step S12, step S20) in the second crystallization step, a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less and an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of more than 1% by volume, It is preferable to carry out switching appropriately. In the non-oxidizing atmosphere, specifically, it is necessary to control the mixed atmosphere of oxygen and inert gas so that the oxygen concentration in the reaction atmosphere is preferably 1% by volume or less. The oxidizing atmosphere may be an atmosphere in which the oxygen concentration in the reaction atmosphere exceeds 1% by volume. For example, the oxygen concentration may exceed 5% by volume or may be an air atmosphere.

上述の様に、反応槽内の雰囲気を、酸化性雰囲気、若しくは非酸化性雰囲気に制御すること、及び、反応雰囲気の切り替え回数を制御することで、金属複合水酸化物の粒子構造、比表面積、及びタップ密度が制御される。第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程における、粒子成長全体(ステップS12、及び、ステップS20)における、反応雰囲気の切り替えの回数は、例えば、2回以上であってもよく、4回以上であってもよい。大きなBET比表面積を有する正極活物質を得るという観点から、反応雰囲気の切り替えは、4回以上であることが好ましく、生産性の観点から、4回であることが好ましい。また、反応雰囲気の切り替えのタイミングは、多層構造における各層の所望する厚さに応じて、適宜、調整することができる。   As described above, by controlling the atmosphere in the reaction vessel to an oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere, and controlling the number of times the reaction atmosphere is switched, the particle structure of the metal composite hydroxide, the specific surface area And the tap density is controlled. The number of times of switching of the reaction atmosphere in the entire particle growth (step S12 and step S20) in the first crystallization step and the second crystallization step may be, for example, two times or more. It may be 4 times or more. From the viewpoint of obtaining a positive electrode active material having a large BET specific surface area, the switching of the reaction atmosphere is preferably 4 times or more, and preferably 4 times from the viewpoint of productivity. In addition, the switching timing of the reaction atmosphere can be appropriately adjusted according to the desired thickness of each layer in the multilayer structure.

(反応温度)
反応水溶液の温度(反応温度)は、晶析工程(核生成工程と粒子成長工程、第2の晶析工程)全体を通じて、好ましくは20℃以上、より好ましくは20℃以上60℃以下の範囲に制御する。反応温度が20℃未満の場合、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、得られる金属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ことがある。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し、生産コストが増加する。更に、60℃を超えると、先述した通り、核生成工程において、一次結晶に歪が生じタップ密度が低くなり始める恐れがある。
(Reaction temperature)
The temperature of the aqueous reaction solution (reaction temperature) is preferably 20 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher and 60 ° C. or lower throughout the crystallization process (nucleation process and particle growth process, second crystallization process). Control. When the reaction temperature is less than 20 ° C., nucleation is likely to occur due to low solubility of the aqueous reaction solution, and it becomes difficult to control the average particle size and particle size distribution of the resulting metal composite hydroxide. There is. 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. As a result, the amount of the aqueous solution containing increases the production cost. Further, when the temperature exceeds 60 ° C., as described above, in the nucleation step, there is a possibility that the primary crystal is distorted and the tap density starts to be lowered.

(製造装置)
本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法では、反応が完了するまで生成物を回収しない方式の装置、たとえば、バッチ反応槽を用いることが好ましい。このような装置であれば、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のように、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、粒度分布が狭い金属複合水酸化物粒子を容易に得ることができる。
(Manufacturing equipment)
In the method for producing a metal composite hydroxide according to this embodiment, it is preferable to use an apparatus that does not recover the product until the reaction is completed, for example, a batch reaction tank. With such an apparatus, unlike the continuous crystallization apparatus that recovers the product by the overflow method, the growing particles are not recovered simultaneously with the overflow liquid, so that the metal composite hydroxide having a narrow particle size distribution is obtained. Particles can be easily obtained.

また、本実施形態の金属複合水酸化物の製造方法では、晶析反応中の反応雰囲気を制御することが好ましいため、密閉式の装置などの雰囲気制御可能な装置を使用することが好ましい。このような装置であれば、核生成工程や粒子成長工程における反応雰囲気を適切に制御することができるため、上述した粒子構造を有し、かつ、粒度分布が狭い金属複合水酸化物粒子を容易に得ることができる。   Further, in the method for producing a metal composite hydroxide of the present embodiment, since it is preferable to control the reaction atmosphere during the crystallization reaction, it is preferable to use an apparatus capable of controlling the atmosphere such as a sealed apparatus. With such an apparatus, the reaction atmosphere in the nucleation process and the particle growth process can be appropriately controlled, so that the metal composite hydroxide particles having the above-described particle structure and having a narrow particle size distribution can be easily obtained. Can get to.

なお、本実施形態の製造方法で得られる金属複合水酸化物10の組成は、上述した粒子構造、平均粒径および粒度分布を実現できる限り、特に限定されないが、例えば、例えば、組成比(A)で表される金属複合水酸化物に対して、好適に適用することができる。   The composition of the metal composite hydroxide 10 obtained by the production method of the present embodiment is not particularly limited as long as the above-described particle structure, average particle diameter, and particle size distribution can be realized. For example, the composition ratio (A It can apply suitably with respect to the metal composite hydroxide represented by.

3.非水電解質二次電池用正極活物質
本実施形態に係る正極活物質は、リチウム、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、それぞれの金属元素の原子数比が、Li:Ni:Mn:Co:W:M=(1+u):x:y:z:a:b(x+y+z=1、−0.05≦u≦0.50、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Taから選択される1種以上の元素)で表されるリチウム金属複合酸化物(以下、「リチウム金属複合酸化物」という。)を含有する。また、リチウム金属複合酸化物は、六方晶系の層状結晶構造を有する。
3. Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery The positive electrode active material according to the present embodiment includes lithium, nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and element M, and the atoms of the respective metal elements The number ratio is Li: Ni: Mn: Co: W: M = (1 + u): x: y: z: a: b (x + y + z = 1, −0.05 ≦ u ≦ 0.50, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, A lithium metal composite oxide (hereinafter referred to as “lithium metal composite oxide”) represented by V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, or Ta. The lithium metal composite oxide has a hexagonal layered crystal structure.

図5(A)は、本実施形態に係るリチウム金属複合酸化物の一例を示す模式図である。リチウム金属複合酸化物20は、図5(A)に示すように、複数の一次粒子21が凝集して形成された二次粒子22を含む。なお、リチウム金属複合酸化物20は、単独の一次粒子21を少量含んでもよい。以下、リチウム金属複合酸化物20の詳細について、図5(A)及び図5(B)を参照して、説明する。   FIG. 5A is a schematic diagram illustrating an example of a lithium metal composite oxide according to the present embodiment. As shown in FIG. 5A, the lithium metal composite oxide 20 includes secondary particles 22 formed by aggregating a plurality of primary particles 21. The lithium metal composite oxide 20 may contain a small amount of single primary particles 21. Hereinafter, the details of the lithium metal composite oxide 20 will be described with reference to FIGS. 5 (A) and 5 (B).

(タングステン及びリチウムを含む化合物)
リチウム金属複合酸化物20は、図5(B)に示すように、二次粒子22の表面又は内部に存在する一次粒子21の表層、及び、一次粒子21間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物23が濃縮されて存在する。タングステン及びリチウムを含む化合物23の存在部位は、例えば、図9に示すように、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いた面分析でW分布を検出することにより確認できる。また、タングステン及びリチウム含む化合物23は、二次粒子22の内部よりも表面(表層)により多く存在することが好ましい。
(Compounds containing tungsten and lithium)
As shown in FIG. 5B, the lithium metal composite oxide 20 contains tungsten and lithium at the surface layer of the primary particles 21 existing on the surface or inside of the secondary particles 22 and the grain boundaries between the primary particles 21. Containing compound 23 is present in concentrated form. For example, as shown in FIG. 9, the presence site of the compound 23 containing tungsten and lithium can be confirmed by detecting the W distribution by surface analysis using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX). Further, it is preferable that the compound 23 containing tungsten and lithium is present more on the surface (surface layer) than inside the secondary particles 22.

正極活物質の表層を異種化合物が被覆する場合、リチウムイオンの移動(インターカレーション)が大きく制限されるため、結果的にリチウム金属複合酸化物の持つ高容量という長所が十分に発揮できないことがある。これに対して、タングステン及びリチウムを含む化合物23(例えば、タングステン酸リチウムなど)は、リチウムイオンの伝導性が高いためリチウムイオンの移動を促す効果があるため、本実施形態に係るリチウム金属複合酸化物20は、その表面付近の一次粒子21の表層、及び、一次粒子21間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物23を形成させることで、電解液との界面でLiの伝導パスを形成することにより、正極活物質の反応抵抗を低減して出力特性を向上させることができる。タングステン及びリチウムを含む化合物23は、例えば、リチウム金属複合酸化物20の表面付近に微粒子の形態で存在することができる。   When the surface layer of the positive electrode active material is coated with a heterogeneous compound, the movement (intercalation) of lithium ions is greatly limited, and as a result, the advantage of the high capacity of the lithium metal composite oxide cannot be fully exhibited. is there. On the other hand, the compound 23 containing tungsten and lithium (for example, lithium tungstate) has an effect of accelerating the movement of lithium ions because of high conductivity of lithium ions, and therefore, the lithium metal composite oxidation according to the present embodiment. The object 20 forms a Li conduction path at the interface with the electrolytic solution by forming a compound 23 containing tungsten and lithium in the surface layer of the primary particles 21 near the surface and the grain boundaries between the primary particles 21. By doing so, the reaction resistance of the positive electrode active material can be reduced and the output characteristics can be improved. The compound 23 containing tungsten and lithium can exist in the form of fine particles near the surface of the lithium metal composite oxide 20, for example.

タングステン及びリチウム含む化合物23としては、特に限定されず、例えば、LiWO、LiWO、Liなどのタングステン酸リチウムが挙げられる。これらのタングステン酸リチウムが、二次粒子22の表面又は内部に存在する一次粒子21の表層、及び、一次粒子21間の粒界に濃縮して形成されることにより、リチウム金属複合酸化物20のリチウムイオン伝導度がさらに高まり、二次電池の正極に用いられた場合、反応抵抗の低減がより大きなものとなる。 The compound 23 containing tungsten and lithium, is not particularly limited, for example, lithium tungstate, such as Li 2 WO 4, Li 4 WO 5, Li 2 W 2 O 7. These lithium tungstates are concentrated on the surface layer of the primary particles 21 present on the surface or inside of the secondary particles 22 and the grain boundaries between the primary particles 21, thereby forming the lithium metal composite oxide 20. When the lithium ion conductivity is further increased and the lithium ion conductivity is used for the positive electrode of the secondary battery, the reaction resistance is further reduced.

(粒子構造)
本実施形態におけるリチウム金属複合酸化物は、金属複合水酸化物の特徴である多層構造を引き継いでおり、十分な粒子強度を維持しつつ、電解液との接触面積を増加させており出力特性にも優れている。
(Particle structure)
The lithium metal composite oxide in the present embodiment inherits the multilayer structure that is characteristic of the metal composite hydroxide, increases the contact area with the electrolyte while maintaining sufficient particle strength, and provides output characteristics. Is also excellent.

リチウム金属複合酸化物20の二次粒子22の構造は、特に限定されず、例えば、一次粒子が比較的に隙間なく凝集して形成された中実構造であってもよく、二次粒子22内部に複数の空隙を有する空隙構造や、中空部を有する中空構造であってもよいが、図5(A)に示すように、二次粒子22が、中実構造である中心部24を有し、中心部24の外側に、一次粒子21が中心部24よりも疎に配置された空隙部26と、中心部と電気的に導通可能で、かつ、一次粒子21が密に配置された実質部21とを有する多層構造を有することが好ましい。二次粒子22中に空隙部26を有する二次粒子からなるリチウム金属複合酸化物20は、二次電池の正極として用いられた場合、二次粒子内部に電解液が浸透して、二次粒子22内部の一次粒子21と電解液との接触面積が増加するため、二次粒子22内部の抵抗を低減し、出力特性を向上させることができる。なお、実質部21は、複数存在してもよく、例えば、特許文献3に記載されるように、外殻部、又は、外殻部と内殻部とから構成されてもよい。また、中心部24は、中空構造を有してもよい。   The structure of the secondary particles 22 of the lithium metal composite oxide 20 is not particularly limited. For example, the secondary particles 22 may have a solid structure formed by agglomerating primary particles relatively without gaps. However, as shown in FIG. 5A, the secondary particle 22 has a central portion 24 that is a solid structure. Further, outside the central portion 24, a void portion 26 in which the primary particles 21 are arranged more sparsely than the central portion 24, and a substantial portion in which the primary particles 21 are densely arranged and can be electrically connected to the central portion. And a multi-layer structure having 21. When the lithium metal composite oxide 20 composed of secondary particles having voids 26 in the secondary particles 22 is used as the positive electrode of the secondary battery, the electrolyte penetrates into the secondary particles, and the secondary particles Since the contact area between the primary particles 21 inside the electrolyte 22 and the electrolyte increases, the resistance inside the secondary particles 22 can be reduced and the output characteristics can be improved. A plurality of substantial portions 21 may exist, and for example, as described in Patent Document 3, may be configured by an outer shell portion or an outer shell portion and an inner shell portion. Moreover, the center part 24 may have a hollow structure.

また、リチウム複合酸化物において、中心部24と実質部21との間や、複数の実質部21の間に全体的に層状に形成されてもよく、部分的に形成されてもよい。また、中心部は、板状一次粒子が凝集して形成された凝集部が複数連結した状態であってもよい。なお、本明細書において、「電気的に導通する」とは、リチウム金属複合酸化物の高密度部同士が、直接的に、構造的に接続され、電気的に導通可能な状態であることを意味する。   Further, in the lithium composite oxide, it may be formed in a layered shape between the central portion 24 and the substantial portion 21 or between the plurality of substantial portions 21 or may be partially formed. The central portion may be in a state where a plurality of aggregated portions formed by aggregating plate-like primary particles are connected. In this specification, “electrically conductive” means that the high-density portions of the lithium metal composite oxide are directly structurally connected and electrically conductive. means.

上述のような多層構造を有する二次粒子22を含むリチウム金属複合酸化物20は、正極として用いられた場合、一次粒子21間の粒界または空隙部26を介して、二次粒子22の内部に電解液が浸入するため、二次粒子22の表面ばかりでなく、二次粒子22の内部においても、リチウムの脱離および挿入が可能となる。しかも、上記リチウム金属複合酸化物20は、二次粒子22の内部に電気的に導通可能な経路を多数有するため、粒子内部の抵抗を十分に小さなものとすることができる。したがって、このリチウム金属複合酸化物20を用いて二次電池の正極を構成した場合、容量特性やサイクル特性を損なうことなく、出力特性を大幅に向上させることが可能となる。   When the lithium metal composite oxide 20 including the secondary particles 22 having the multilayer structure as described above is used as the positive electrode, the interior of the secondary particles 22 is interposed through the grain boundaries or voids 26 between the primary particles 21. Therefore, the lithium can be desorbed and inserted not only on the surface of the secondary particles 22 but also inside the secondary particles 22. Moreover, since the lithium metal composite oxide 20 has a large number of electrically conductive paths inside the secondary particles 22, the resistance inside the particles can be made sufficiently small. Therefore, when the positive electrode of the secondary battery is configured using the lithium metal composite oxide 20, the output characteristics can be greatly improved without impairing the capacity characteristics and the cycle characteristics.

なお、上記中空部25や空間部26を含む多層構造を有する二次粒子は、上述した核生成工程(ステップS11)、粒子成長工程(ステップS12)における各条件を適宜調整することにより形成することができ、例えば、特許文献2、3などに記載の条件を用いてもよい。   The secondary particles having a multilayer structure including the hollow portion 25 and the space portion 26 are formed by appropriately adjusting the respective conditions in the nucleation step (step S11) and the particle growth step (step S12). For example, the conditions described in Patent Documents 2 and 3 may be used.

本実施形態に係る正極活物質は、多層構造を有する二次粒子22(金属複合水酸化物)の製造の際、従来公知の粒子成長工程に連続して、上述したような、タングステンを含む水溶液を添加する第2の晶析工程を追加することにより、タングステン濃縮層3を表層(表面)に形成した金属複合水酸化物10、及び、これを前駆体として用いたリチウム金属複合酸化物20を得ることができる。そして、リチウム金属複合酸化物20は、一次粒子21の表層及び一次粒子21間の粒界にリチウム及びタングステンを含む化合物23が存在することにより、多層構造を有する二次粒子22を含む正極活物質の結晶性を維持したまま、出力特性のさらなる向上を実現することができる。   The positive electrode active material according to the present embodiment is an aqueous solution containing tungsten as described above in succession to a conventionally known particle growth step during the production of secondary particles 22 (metal composite hydroxide) having a multilayer structure. By adding a second crystallization step of adding the metal composite hydroxide 10 having the tungsten concentrated layer 3 formed on the surface layer (surface), and the lithium metal composite oxide 20 using this as a precursor Obtainable. The lithium metal composite oxide 20 includes a secondary particle 22 having a multilayer structure because the compound 23 containing lithium and tungsten is present at the grain boundary between the surface layer of the primary particle 21 and the primary particle 21. The output characteristics can be further improved while maintaining the crystallinity.

(BET比表面積)
正極活物質のBET比表面積は、特に限定されないが、例えば、1.45m/g以上5.40m/g以下であることが好ましく、2m/g以上5.40m/g以下であることがより好ましく、2.5m/g以上5.40m/g以下であることがさらに好ましい。BET比表面積が上記範囲である場合、二次電池の正極用いた際に電解液との接触面積を増加させることができ、正極抵抗を低減させ、出力特性も向上することができる。
(BET specific surface area)
Although the BET specific surface area of the positive electrode active material is not particularly limited, for example, it is preferably 1.45 m 2 / g or more and 5.40 m 2 / g or less, and preferably 2 m 2 / g or more and 5.40 m 2 / g or less. it is more preferable, and further preferably 2.5 m 2 / g or more 5.40m 2 / g or less. When the BET specific surface area is in the above range, when the positive electrode of the secondary battery is used, the contact area with the electrolytic solution can be increased, the positive electrode resistance can be reduced, and the output characteristics can be improved.

(タップ密度)
正極活物質のタップ密度は、特に限定されないが、例えば、二次粒子2が多層構造を有する場合、好ましくは1.00g/cm以上2.00g/cm以下であり、より好ましくは1.2g/cm以上2.00g/cm以下である。正極活物質のタップ密度が上記範囲である場合、単位容積あたりの電池容量を向上させつつ、電解液との接触面積が増えることによって出力特性が向上される。一方で、タップ密度が2.00g/cmを超える場合は、粒子構造において空隙を有する部分が少なく、また、平均粒径が大きくなる傾向があり、反応面積の低下にともない出力特性が低下する。また、粒度分布の広がりが大きい場合、タップ密度が大きくなる傾向があるが、この場合、微細粒子が選択的に劣化してサイクル特性が低下することがある。一方で、タップ密度が1.00g/cm未満である場合、粒子構造において空隙を有する部分が多くなり粒子強度が低下するためサイクル特性は低下することがある。また、正極活物質の充填性が低下し、単位容積あたりの電池容量を増加することが難しい。
(Tap density)
The tap density of the positive electrode active material is not particularly limited, for example, when the secondary particles 2 having a multi-layer structure, is preferably 1.00 g / cm 3 or more 2.00 g / cm 3 or less, more preferably 1. It is 2 g / cm 3 or more and 2.00 g / cm 3 or less. When the tap density of the positive electrode active material is in the above range, the output characteristics are improved by increasing the contact area with the electrolytic solution while improving the battery capacity per unit volume. On the other hand, when the tap density exceeds 2.00 g / cm 3 , there are few portions having voids in the particle structure, and there is a tendency that the average particle size tends to increase, and the output characteristics decrease as the reaction area decreases. . In addition, when the spread of the particle size distribution is large, the tap density tends to increase, but in this case, the fine particles may be selectively deteriorated to deteriorate the cycle characteristics. On the other hand, when the tap density is less than 1.00 g / cm 3 , the portion having voids increases in the particle structure, and the particle strength is lowered, so that the cycle characteristics may be lowered. Moreover, the filling property of the positive electrode active material is lowered, and it is difficult to increase the battery capacity per unit volume.

(平均粒径)
正極活物質の平均粒径(MV)は、特に限定されないが、例えば、3μm以上9μm以下となるように調整することができる。平均粒径が上記範囲である場合、この正極活物質を用いた二次電池の単位容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、熱安定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4μm未満である場合、正極活物質の充填性が低下し、単位容積あたりの電池容量を増加することが難しい。一方、平均粒径が9μmを超える場合、正極活物質の反応面積が低下し始めるので、出力特性が十分とならないことがある。
(Average particle size)
The average particle size (MV) of the positive electrode active material is not particularly limited, but can be adjusted to be 3 μm or more and 9 μm or less, for example. When the average particle size is in the above range, not only the battery capacity per unit volume of the secondary battery using this positive electrode active material can be increased, but also the thermal stability and output characteristics can be improved. On the other hand, when the average particle size is less than 4 μm, the filling property of the positive electrode active material is lowered, and it is difficult to increase the battery capacity per unit volume. On the other hand, when the average particle size exceeds 9 μm, the reaction area of the positive electrode active material starts to decrease, and the output characteristics may not be sufficient.

なお、正極活物質の平均粒径とは、上述した金属複合水酸化物と同様に、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 metal composite hydroxide described above. For example, the volume integration measured with a laser light diffraction / scattering particle size analyzer It can be obtained from the value.

(粒度分布)
本実施形態の正極活物質は、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が、0.65以下であることが好ましい。〔(d90−d10)/平均粒径〕が上記範囲である場合、粒度分布が非常に狭いリチウム金属複合酸化物20により構成されることができる。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、これを正極に用いた二次電池は、熱安定性、サイクル特性および出力特性が優れたものとなる。
(Particle size distribution)
The positive electrode active material of the present embodiment preferably has [(d90−d10) / average particle size], which is an index indicating the spread of the particle size distribution, of 0.65 or less. When [(d90-d10) / average particle size] is in the above range, the lithium metal composite oxide 20 can be constituted by 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 this for the positive electrode has excellent thermal stability, cycle characteristics, and output characteristics.

一方、〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.65を超える場合、正極活物質中の微細粒子や粗大粒子の割合が増加する。粒度分布の広がりの大きい正極活物質を用いた二次電池は、例えば、微細粒子の局所的な反応に起因して、発熱し、熱安定性が低下するとともに、微細粒子が選択的に劣化し、サイクル特性が低下することがある。また、粒度分布の広がりの大きい正極活物質を用いた二次電池は、粗大粒子の割合が多いため、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、出力特性が低下することがある。   On the other hand, when [(d90−d10) / average particle diameter] exceeds 0.65, the ratio of fine particles and coarse particles in the positive electrode active material increases. A secondary battery using a positive electrode active material having a large particle size distribution, for example, generates heat due to a local reaction of fine particles, reduces thermal stability, and selectively degrades fine particles. The cycle characteristics may be deteriorated. In addition, secondary batteries using a positive electrode active material with a large particle size distribution have a large proportion of coarse particles, so that a sufficient reaction area between the electrolyte and the positive electrode active material cannot be secured, resulting in a decrease in output characteristics. There are things to do.

なお、工業規模の生産を前提とした場合、正極活物質として、〔(d90−d10)/平均粒径〕が過度に小さいものを用いることは現実的でではない。したがって、コストや生産性を考慮すると、〔(d90−d10)/平均粒径〕の下限値は、0.25程度とすることが好ましい。また、〔(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、上述した金属複合水酸化物と同様である。   Note that, on the assumption of industrial scale production, it is not realistic to use a material having an excessively small [(d90-d10) / average particle size] as the positive electrode active material. Therefore, in consideration of cost and productivity, the lower limit of [(d90−d10) / average particle diameter] is preferably about 0.25. In addition, the meanings of d10 and d90 in [(d90−d10) / average particle diameter] and how to obtain them are the same as those of the metal composite hydroxide described above.

(焼結凝集)
本実施形態の正極活物質は、焼結凝集を示す指標である〔リチウム金属複合酸化物d50/金属複合水酸化物d50(以下、「d50比」という)〕が、0.95以上1.05以下の範囲であることが好ましい。d50比が上記範囲である場合、正極活物質は、焼結凝集に伴う、二次粒子同士の凝集が殆どない、リチウム金属複合酸化物20から構成されることができる。このような正極活物質を用いた二次電池は充填性が高く、高容量であり、また、特性のバラつきが少なく均一性に優れたものとなる。
(Sintered aggregation)
The positive electrode active material of the present embodiment has an index indicating sintering aggregation [lithium metal composite oxide d50 / metal composite hydroxide d50 (hereinafter referred to as “d50 ratio”)] of 0.95 to 1.05. The following range is preferable. When the d50 ratio is in the above range, the positive electrode active material can be composed of the lithium metal composite oxide 20 with little aggregation of secondary particles accompanying sintering aggregation. A secondary battery using such a positive electrode active material has a high filling property, a high capacity, a small variation in characteristics, and an excellent uniformity.

一方、d50比が1.05以上の場合、焼結の凝集に伴い、比表面積が低下し、また、充填性が低下することがある。このような正極活物質を用いた二次電池は反応性が低下することにより出力特性が低下し、また、容量も低下することがある。また、このような正極活物質を用いた二次電池は、繰り返し充放電を行った場合、正極において、二次粒子同士が凝集している強度の弱い部分から選択的に崩壊するためにサイクル特性を大きく損なう要因となることがある。   On the other hand, when the d50 ratio is 1.05 or more, the specific surface area may decrease with the aggregation of sintering, and the filling property may decrease. A secondary battery using such a positive electrode active material may have reduced output characteristics and reduced capacity due to a decrease in reactivity. In addition, when a secondary battery using such a positive electrode active material is repeatedly charged and discharged, the secondary battery selectively collapses from a weak portion where the secondary particles are aggregated in the positive electrode. May be a factor that greatly impairs.

また、d50比が1.0未満である場合、リチウム金属複合酸化物20を解砕することで、二次粒子22中から、一次粒子21の一部が欠落して、粒径が減少したことを意味するが、特に、d50比が0.95未満である場合、欠落した一次粒子21が多いため微粉が多く発生し、粒度分布が広くなることがある。
なお、金属複合水酸化物d50は、リチウム金属複合酸化物20を製造する際に前駆体として用いた金属複合水酸化物10のd50を意味する。また、それぞれの粒子のd50は、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定することができ、各粒径における粒子数を粒径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の50%となる粒径を意味する。
In addition, when the d50 ratio is less than 1.0, by crushing the lithium metal composite oxide 20, a part of the primary particles 21 are missing from the secondary particles 22 and the particle size is reduced. In particular, when the d50 ratio is less than 0.95, a large amount of fine particles are generated due to the large number of missing primary particles 21, and the particle size distribution may be broadened.
The metal composite hydroxide d50 means d50 of the metal composite hydroxide 10 used as a precursor when the lithium metal composite oxide 20 is produced. The d50 of each particle can be measured with a laser light diffraction / scattering particle size analyzer, and the number of particles in each particle size is accumulated from the smaller particle size side, and the accumulated volume is the total volume of all particles. It means a particle size of 50%.

(結晶子径)
本実施形態に係る正極活物質は、従来の製造方法のように、晶析工程全体でタングステンを均一に添加して得られる金属複合水酸化物を前駆体とした正極活物質と比較して、粉末X線回折測定により得られる(003)面の結晶子径をより大きくすることができる。正極活物質の(003)面の結晶子径は、例えば、110nm以上とすることができ、好ましくは、120nm以上に調整される。正極活物質の(003)面の結晶子径が120nm以上である場合、結晶性が高く、かつ、この正極活物質を正極として用いた二次電池は、反応抵抗が少なくなるために出力特性が向上し、また、熱安定性も合わせて向上する。一方、(003)面の結晶子径が120nm未満である場合、二次電池の熱安定性が低下することがある。なお、(003)面の結晶子径の上限は、特に限定されないが、例えば、200nm以下とすることができ、120nm以上150nm以下であることが好ましい。本実施形態の正極活物質では、上述のようにタングステン濃縮層3を表面に有する金属複合水酸化物10を前駆体として用いることにより、高い結晶性を維持できるため、(003)面の結晶子径を上記範囲とすることができる。
(Crystallite diameter)
The positive electrode active material according to the present embodiment is compared with a positive electrode active material using a metal composite hydroxide as a precursor obtained by uniformly adding tungsten throughout the crystallization process as in the conventional manufacturing method. The crystallite diameter of the (003) plane obtained by powder X-ray diffraction measurement can be further increased. The crystallite diameter of the (003) plane of the positive electrode active material can be, for example, 110 nm or more, and is preferably adjusted to 120 nm or more. When the crystallite diameter of the (003) plane of the positive electrode active material is 120 nm or more, the secondary battery using this positive electrode active material as the positive electrode has high output characteristics because the reaction resistance is low. The thermal stability is also improved. On the other hand, when the crystallite diameter of the (003) plane is less than 120 nm, the thermal stability of the secondary battery may be lowered. The upper limit of the (003) plane crystallite diameter is not particularly limited, but may be, for example, 200 nm or less, and preferably 120 nm or more and 150 nm or less. In the positive electrode active material of this embodiment, as described above, high crystallinity can be maintained by using the metal composite hydroxide 10 having the tungsten enriched layer 3 on the surface as a precursor. The diameter can be within the above range.

(組成)
本実施形態の正極活物質は、上述した特性を有する限り、その組成は、特に限定されないが、例えば、一般式(B):Li1+uNixMnyCozWaMbO2(−0.05≦u≦0.50、x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示される。
上記一般式(B)中、リチウム(Li)の量を示す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以下である。uの値が上記範囲である場合、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容量特性を向上させることができる。これに対して、uの値が−0.05未満である場合、二次電池の正極抵抗が大きくなり、出力特性を向上させることができない。一方、uの値が0.50を超える場合、初期放電容量が低下したり、正極抵抗が大きくなったりすることがある。
(composition)
The composition of the positive electrode active material of the present embodiment is not particularly limited as long as it has the above-described characteristics. 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is Mg, Ca , Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and one or more elements selected from Ta).
In the general formula (B), the value of u indicating the 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. It is as follows. When the value of u is in the above range, the output characteristics and capacity characteristics of a secondary battery using this positive electrode active material as a 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 the output characteristics cannot be improved. On the other hand, when the value of u exceeds 0.50, the initial discharge capacity may decrease or the positive electrode resistance may increase.

上記一般式(B)中、ニッケル(Ni)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以下である。ニッケルは、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る。xの値が0.3未満である場合、この正極活物質を用いた二次電の容量特性を向上させることができない。一方、xの値が0.95を超える場合、他の元素の含有量が減少し、他の元素の効果を得ることができない。   In the general formula (B), the value x indicating the nickel (Ni) content is preferably 0.3 or more and 0.95 or less, more preferably 0.3 or more and 0.9 or less. Nickel is an element that contributes to higher potential and higher capacity of the secondary battery. When the value of x is less than 0.3, the capacity characteristics of the secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, when the value of x exceeds 0.95, the content of other elements decreases, and the effects of other elements cannot be obtained.

上記一般式(B)中、マンガン(Mn)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以下である。マンガンは、熱安定性の向上に寄与する元素である。yの値が0.05未満である場合、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を超える場合、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することがある。   In the general formula (B), the value y indicating the content of manganese (Mn) is preferably 0.05 or more and 0.55 or less, more preferably 0.10 or more and 0.40 or less. Manganese is an element that contributes to the improvement of thermal stability. When the value of y is less than 0.05, the thermal stability of the secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, when the value of y exceeds 0.55, Mn is eluted from the positive electrode active material during high temperature operation, and the charge / discharge cycle characteristics may be deteriorated.

上記一般式(B)中、コバルト(Co)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以下である。コバルトは、充放電サイクル特性の向上に寄与する元素である。zの値が0.4を超える場合、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することがある。   In the general formula (B), the value of z indicating the content of cobalt (Co) is preferably 0 or more and 0.4 or less, and more preferably 0.10 or more and 0.35 or less. Cobalt is an element that contributes to the improvement of charge / discharge cycle characteristics. When the value of z exceeds 0.4, the initial discharge capacity of the secondary battery using this positive electrode active material may be significantly reduced.

上記一般式(B)中、タングステン(W)の含有量を示すaの値は、Ni、Co及びMnのモル数の合計を1とした場合、0を超え0.1以下であり、好ましくは0.001以上0.01以下、より好ましくは、0.0045以上0.006以下である。aの値が上記範囲である場合、正極活物質は、結晶性を高く維持したまま、より出力特性、サイクル特性に優れる。また、Wは、上述したように、正極活物質中、主に二次粒子22の表面付近の一次粒子21の表層、又は一次粒子21間の粒界に含まれる。   In the above general formula (B), the value of a indicating the content of tungsten (W) is more than 0 and not more than 0.1 when the total number of moles of Ni, Co and Mn is 1, preferably It is 0.001 or more and 0.01 or less, more preferably 0.0045 or more and 0.006 or less. When the value of a is in the above range, the positive electrode active material is more excellent in output characteristics and cycle characteristics while maintaining high crystallinity. As described above, W is mainly included in the surface layer of the primary particles 21 in the vicinity of the surface of the secondary particles 22 or the grain boundary between the primary particles 21 in the positive electrode active material.

本実施形態の正極活物質では、二次電池の耐久性や出力特性をさらに改善するため、上述した金属元素に加えて、元素Mを含有してもよい。このような元素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)、及び、タンタル(Ta)から選択される1種以上を用いることができる。   In the positive electrode active material of the present embodiment, in order to further improve the durability and output characteristics of the secondary battery, the element M may be contained in addition to the metal element described above. Examples of such element M include magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum ( One or more selected from Mo), hafnium (Hf), and tantalum (Ta) can be used.

上記一般式(B)中、元素Mの含有量を示すbの値は、Ni、Co及びMnのモル数の合計を1とした場合、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以下である。bの値が0.1を超える場合、Redox反応に貢献する金属元素が減少するため、電池容量が低下することがある。   In the general formula (B), the value of b indicating the content of the element M is preferably 0 or more and 0.1 or less, more preferably 0. 0, when the total number of moles of Ni, Co and Mn is 1. 001 or more and 0.05 or less. If the value of b exceeds 0.1, the metal element contributing to the Redox reaction decreases, and the battery capacity may be reduced.

上記一般式(B)で表される正極活物質において、二次電池の容量特性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(B1):Li1+uNiMnCoMbO(−0.05≦u≦0.20、x+y+z=1、0.7<x≦0.95、0.05≦y≦0.1、0≦z≦0.2、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taら選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。中でも、熱安定性と電池容量との両立を図るという観点から、上記一般式(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。 In the positive electrode active material represented by the general formula (B), from the viewpoint of further improving the capacity characteristics of the secondary battery, the composition is expressed by the general formula (B1): Li 1 + u Ni x Mn y Co z W a MbO 2 (−0.05 ≦ u ≦ 0.20, x + y + z = 1, 0.7 <x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.1, 0 ≦ z ≦ 0.2, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta) It is preferable. Among these, from the viewpoint of achieving both thermal stability and battery capacity, the value of x in the general formula (B1) is more preferably 0.7 <x ≦ 0.9, and 0.7 <x More preferably, ≦ 0.85.

また、熱安定性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(B2):Li1+uNiMnCo(−0.05≦u≦0.50、x+y+z=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。 From the viewpoint of achieving further improvement of the thermal stability, the composition, the general formula (B2): Li 1 + u Ni x Mn y Co z W a M b O 2 (-0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta are preferably used.

4.非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法
図6は、本実施形態に係る正極活物質の製造方法の一例を示す図である。本実施形態の製造方法は、上述したリチウム金属複合酸化物20を含む正極活物質を工業的規模で、容易に製造することができる。なお、リチウム金属複合酸化物20を含む正極活物質は、上記の特定の構造、平均粒径および粒度分布を備える限り、特に限定されず、公知の製造方法を用いて得ることができる。
4). Method for Producing Positive Electrode Active Material for Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a method for producing a positive electrode active material according to the present embodiment. The manufacturing method of this embodiment can manufacture easily the positive electrode active material containing the lithium metal complex oxide 20 mentioned above on an industrial scale. In addition, the positive electrode active material containing the lithium metal composite oxide 20 is not particularly limited as long as it has the above-described specific structure, average particle size, and particle size distribution, and can be obtained using a known production method.

図6に示すように、本実施形態に係る正極活物質の製造方法は、上述の製造方法により得られた金属複合水酸化物と、リチウム化合物とを混合してリチウム混合物を得る工程(ステップS30)と、リチウム混合物を焼成して、リチウム金属複合酸化物を得る工程(ステップS40)と、を備える。なお、必要に応じて、上述した工程以外に、熱処理工程や仮焼工程などの工程を追加してもよい。   As shown in FIG. 6, the method for producing a positive electrode active material according to the present embodiment is a step of obtaining a lithium mixture by mixing a metal composite hydroxide obtained by the above production method and a lithium compound (step S30). And a step of baking the lithium mixture to obtain a lithium metal composite oxide (step S40). In addition to the steps described above, steps such as a heat treatment step and a calcination step may be added as necessary.

金属複合水酸化物の表層に形成されたタングステン濃縮層中のタングステンは、リチウム化合物との混合工程(ステップS30)及び焼成工程(ステップS40)において、リチウム化合物と反応して、リチウム金属複合酸化物中の一次粒子の表層、及び、一次粒子間の粒界にタングステンとリチウムとを含む化合物23を形成する。以下、図6を参照して、本実施形態に係る正極活物質の製造方法について説明する。   Tungsten in the tungsten enriched layer formed on the surface of the metal composite hydroxide reacts with the lithium compound in the mixing step (step S30) and the firing step (step S40) with the lithium compound, and thereby the lithium metal composite oxide. A compound 23 containing tungsten and lithium is formed in the surface layer of the primary particles and the grain boundaries between the primary particles. Hereinafter, with reference to FIG. 6, the manufacturing method of the positive electrode active material which concerns on this embodiment is demonstrated.

(混合工程)
まず、金属複合水酸化物、及び、金属複合水酸化物を熱処理して得られる金属複合酸化物の少なくとも一方(以下、これらをまとめて「前駆体」ともいう。)と、リチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を得る(ステップS30)。
(Mixing process)
First, at least one of a metal composite hydroxide and a metal composite oxide obtained by heat-treating a metal composite hydroxide (hereinafter, collectively referred to as “precursor”) and a lithium compound are mixed. Thus, a lithium mixture is obtained (step S30).

混合工程(ステップS30)では、リチウム混合物中のリチウム以外の金属原子、具体的には、ニッケル、コバルト、マンガンおよび元素Mとの原子数の和(Me)と、リチウムの原子数(Li)との比(Li/Me)が、0.95以上1.5以下、好ましくは1.0以上1.5以下、より好ましくは1.0以上1.35以下、さらに好ましくは1.0以上1.2以下となるように、前駆体とリチウム化合物を混合する。すなわち、焼成工程の前後ではLi/Meは変化しないので、混合工程におけるLi/Meが、目的とする正極活物質のLi/Meとなるように、前駆体とリチウム化合物を混合する。   In the mixing step (step S30), a metal atom other than lithium in the lithium mixture, specifically, the sum of the number of atoms of nickel, cobalt, manganese and the element M (Me), and the number of lithium atoms (Li) The ratio (Li / Me) is 0.95 to 1.5, preferably 1.0 to 1.5, more preferably 1.0 to 1.35, and still more preferably 1.0 to 1. A precursor and a lithium compound are mixed so that it may become 2 or less. That is, since Li / Me does not change before and after the firing step, the precursor and the lithium compound are mixed so that Li / Me in the mixing step becomes Li / Me of the target positive electrode active material.

混合工程で使用するリチウム化合物は、特に限定されないが、入手の容易性の観点から、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 from the viewpoint of availability. In particular, lithium hydroxide or lithium carbonate is preferably used in consideration of ease of handling and quality stability.

前駆体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。例えば、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 precursor and the lithium compound are sufficiently mixed so that no fine powder is generated. Insufficient mixing may cause variation in Li / Me among individual particles, and may not provide sufficient battery characteristics. 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.

(熱処理工程)
なお、本実施形態の正極活物質の製造方法においては、任意に、混合工程(ステップS30)の前に熱処理工程を設けて、金属複合水酸化物を熱処理してからリチウム化合物と混合してもよい(不図示)。ここで、熱処理後に得られる粒子には、熱処理工程において余剰水分を除去された金属複合水酸化物の粒子のみならず、熱処理工程により、酸化物に転換された遷移金属複合酸化物(以下、「金属複合酸化物」という)の粒子、又は、これらの混合物も含まれる。
(Heat treatment process)
In the method for producing the positive electrode active material of the present embodiment, a heat treatment step is optionally provided before the mixing step (step S30), and the metal composite hydroxide is heat treated and then mixed with the lithium compound. Good (not shown). Here, the particles obtained after the heat treatment include not only the metal composite hydroxide particles from which excess water has been removed in the heat treatment step, but also transition metal composite oxides converted to oxides by the heat treatment step (hereinafter referred to as “ Also included are particles of a “metal composite oxide” or mixtures thereof.

熱処理工程は、金属複合水酸化物を105℃以上750℃以下に加熱して熱処理することにより、金属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。   The heat treatment step is a step of removing excess moisture contained in the metal composite hydroxide by heating the metal composite hydroxide to 105 ° C. or more and 750 ° C. or less and performing 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.

熱処理工程における加熱温度は105℃以上750℃以下とする。加熱温度が105℃未満では、金属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700℃を超えても、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 heating temperature in the heat treatment step is 105 ° C. or higher and 750 ° C. or lower. When the heating temperature is less than 105 ° C., excess moisture in the metal composite hydroxide cannot be removed, and variation may not be sufficiently suppressed. On the other hand, even if the heating temperature exceeds 700 ° C., not only a further effect cannot be expected, but the production cost increases.

なお、熱処理工程では、正極活物質中の各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、必ずしもすべての金属複合水酸化物を複合酸化物に転換する必要はない。しかしながら、各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、すべての金属複合水酸化物を、複合酸化物に転換することが好ましい。なお、熱処理条件による金属複合水酸化物に含有される金属成分を分析によって予め求めておき、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。   Note that in the heat treatment step, it is sufficient that 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 it into a thing. However, in order to reduce the variation in the number of atoms of each metal component and the number of Li atoms, all metal composite hydroxides are converted into composite oxides by heating to 400 ° C. or higher. It is preferable. In addition, the above-mentioned dispersion | variation can be suppressed more by calculating | requiring beforehand the metal component contained in the metal complex hydroxide by heat processing conditions by 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、金属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時間以上とすることが好ましく、5時間以上15時間以下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 or more, more preferably 5 hours or more and 15 hours or less from the viewpoint of sufficiently removing excess moisture in the metal composite hydroxide. .

(焼成工程)
次いで、混合工程(ステップS30)で得られたリチウム混合物を、焼成して、リチウム金属複合酸化物を得る(ステップS40)。本工程では、所定条件の下で焼成し、前駆体中にリチウムを拡散させて、リチウム金属複合酸化物を得る工程である。得られたリチウム金属複合酸化物は、そのまま正極活物質として用いてもよく、後述するように、解砕工程により、粒度分布を調整した後、正極活物質として用いてもよい。
(Baking process)
Next, the lithium mixture obtained in the mixing step (step S30) is baked to obtain a lithium metal composite oxide (step S40). In this step, firing is performed under predetermined conditions, and lithium is diffused in the precursor to obtain a lithium metal composite oxide. The obtained lithium metal composite oxide may be used as it is as a positive electrode active material, or may be used as a positive electrode active material after adjusting the particle size distribution by a crushing step as described later.

[焼成温度]
リチウム混合物の焼成温度は、650℃以上980℃以下とすることが好ましい。焼成温度が650℃未満である場合、前駆体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金属複合水酸化物または金属複合酸化物が残存したり、得られるリチウム金属複合酸化物の結晶性が不十分になったりする。一方、焼成温度が980℃を超える場合、リチウム複合酸化物粒子間が激しく焼結し、異常粒成長が引き起こされ、不定形な粗大粒子の割合が増加することがある。
[Baking temperature]
The firing temperature of the lithium mixture is preferably 650 ° C. or higher and 980 ° C. or lower. When the firing temperature is less than 650 ° C., lithium does not sufficiently diffuse into the precursor, and surplus lithium, unreacted metal composite hydroxide or metal composite oxide remains, or the resulting lithium metal composite oxidation The crystallinity of the object becomes insufficient. On the other hand, when the firing temperature is higher than 980 ° C., the lithium composite oxide particles are vigorously sintered, abnormal grain growth is caused, and the proportion of irregular coarse particles may increase.

なお、上述した一般式(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℃以上900℃以下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℃以上980℃以下とすることが好ましい。   In addition, when it is going to obtain the positive electrode active material represented with the general formula (B1) mentioned above, it is preferable that a calcination temperature shall be 650 degreeC or more and 900 degrees C or less. On the other hand, when the positive electrode active material represented by the general formula (B2) is to be obtained, the firing temperature is preferably 800 ° C. or higher and 980 ° C. or lower.

また、焼成工程における昇温速度は、2℃/分以上10℃/分以下とすることが好ましく、5℃/分以上10℃/分以下とすることがより好ましい。さらに、焼成工程(ステップS40)中、用いたリチウム化合物の融点付近の温度で、好ましくは1時間以上5時間以下、より好ましくは2時間以上5時間以下保持することが好ましい。これにより、前駆体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。   In addition, the rate of temperature increase in the firing step is preferably 2 ° C./min to 10 ° C./min, and more preferably 5 ° C./min to 10 ° C./min. Further, during the firing step (step S40), it is preferably maintained at a temperature near the melting point of the lithium compound used, preferably 1 hour or more and 5 hours or less, more preferably 2 hours or more and 5 hours or less. Thereby, a precursor and a lithium compound can be made to react more uniformly.

[焼成時間]
上記焼成温度での保持時間(焼成時間)は、少なくとも2時間以上とすることが好ましく、4時間以上24時間以下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、前駆体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金属複合水酸化物粒子または熱処理粒子が残存したり、得られるリチウム複合酸化物粒子の結晶性が不十分なものとなったりするおそれがある。
[Baking time]
The holding time (baking time) at the baking temperature is preferably at least 2 hours, more preferably 4 hours or more and 24 hours or less. When the holding time at the firing temperature is less than 2 hours, lithium is not sufficiently diffused in the precursor, and surplus lithium, unreacted metal composite hydroxide particles or heat-treated particles remain, or the obtained lithium composite oxide The crystallinity of the particles 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℃/分以上10℃/分以下とすることが好ましく、33℃/分以上77℃/分以下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。   After the holding time, the cooling rate from the firing temperature to at least 200 ° C. is preferably 2 ° C./min to 10 ° C./min, more preferably 33 ° C./min to 77 ° C./min. preferable. 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.

[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%以上100容量%以下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、リチウム複合酸化物粒子の結晶性が不十分なものとなるおそれがある。
[Baking atmosphere]
The firing atmosphere is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably 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. Is particularly preferred. That is, firing is preferably performed in the air or in an oxygen stream. If the oxygen concentration is less than 18% by volume, the crystallinity of the lithium composite oxide particles may be insufficient.

なお、焼成工程(ステップS40)に用いられる炉は、特に制限されることはなく、大気ないしは酸素気流中でリチウム混合物を加熱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 (step S40) is not restrict | limited in particular, What is necessary is just what can heat 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.

(仮焼工程)
なお、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(ステップS30)後、焼成工程(ステップS40)の前に、仮焼工程を行ってもよい。仮焼工程は、リチウム混合物を、後述する焼成温度よりも低温、かつ、350℃以上800℃以下、好ましくは450℃以上780℃以下で仮焼する工程である。これにより、前駆体中に、リチウムを十分に拡散させることができ、より均一なリチウム複合酸化物粒子を得ることができる。
(Calcination process)
In addition, when using lithium hydroxide and lithium carbonate as a lithium compound, you may perform a calcination process after a mixing process (step S30) and before a baking process (step S40). The calcination step is a step of calcination of the lithium mixture at a temperature lower than the firing temperature described later and at 350 to 800 ° C., preferably 450 to 780 ° C. Thereby, lithium can fully be diffused in the precursor, and more uniform lithium composite oxide particles can be obtained.

なお、上記温度での保持時間は、1時間以上10時間以下とすることが好ましく、3時間以上6時間以下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%以上100容量%以下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 or more and 10 hours or less, and preferably 3 hours or more and 6 hours or less. The atmosphere in the calcination step is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume or more and 100% by volume or less, as in the baking step described later.

(解砕工程)
焼成工程(ステップS40)によって得られたリチウム金属複合酸化物は、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、リチウム複合酸化物粒子の凝集体または焼結体を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、機械的エネルギーを投入して、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。
(Crushing process)
The lithium metal composite oxide obtained by the firing step (Step S40) may be aggregated or slightly sintered. In such a case, it is preferable to crush the aggregate or sintered body of the lithium composite oxide particles. Thereby, the average particle diameter and particle size distribution of the positive electrode active material obtained can be adjusted to a suitable range. Note that pulverization means that mechanical energy is applied to an aggregate composed of a plurality of secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing, and the secondary particles themselves are hardly destroyed. It means an operation of separating and 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
本実施形態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要素を備える。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. Non-aqueous electrolyte secondary battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment includes the same components as a general non-aqueous electrolyte secondary battery, such as a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte. 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.

(1)構成部材
(正極)
本実施形態により得られた非水電解質二次電池用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。
(1) Component (positive electrode)
Using the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery obtained by the present embodiment, for example, a positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery is produced as follows.

まず、得られた粉末状の正極活物質に、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、一般の非水電解質二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を60質量部以上95質量部以下とし、導電材の含有量を1質量部以上20質量部以下とし、結着剤の含有量を1質量部以上20質量部以下とすることができる。   First, a conductive material and a binder are mixed with the obtained powdery positive electrode active material, 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. Make it. 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 or more and 95 parts by mass or less, like the positive electrode of a general nonaqueous electrolyte secondary battery. The content of the conductive material can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less, and the content of the binder can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less.

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、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。ただし、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, pressurization may be performed 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. However, 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、セルロース系樹脂および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, and polyacrylic are used. An acid can be used.

また、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。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。   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.

(負極)
負極には、金属リチウムやリチウム合金など、あるいは、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。
(Negative electrode)
For the negative electrode, metallic lithium or lithium alloy, or a negative electrode active material that can occlude and desorb lithium ions is mixed with a binder, and an appropriate solvent is added into a paste to form a negative electrode mixture such as copper. It is applied to the surface of the metal foil current collector, 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.

(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。
(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.

(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。
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、さらに、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。
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。
(Non-aqueous electrolyte)
The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent.
Examples of the organic solvent include 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, and tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran. And one kind selected from ether compounds such as dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and butane sultone, phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, or a mixture of two or more kinds. it can.
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.

さらに、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。   Furthermore, the nonaqueous electrolytic solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.

(2)非水電解質二次電池
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。
(2) Non-aqueous electrolyte secondary battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention composed of the above positive electrode, negative electrode, separator and non-aqueous electrolyte can be made into various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape. it can.

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ずる正極端子との間、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. .

(3)非水電解質二次電池の特性
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、容量特性、出力特性およびサイクル特性に優れる。しかも、従来のリチウムニッケル系酸化物粒子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、熱安定性において優れているといえる。
(3) Characteristics of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery Since the nonaqueous 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, capacity characteristics, output characteristics, and cycle characteristics. Excellent. Moreover, it can be said that the thermal stability is also excellent in comparison with a secondary battery using a positive electrode active material made of conventional lithium nickel oxide particles.

(4)用途
本発明の非水電解質二次電池は、上述のように、容量特性、出力特性およびサイクル特性に優れており、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県電話端末など)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、熱安定性にも優れており、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。
(4) Applications The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is excellent in capacity characteristics, output characteristics, and cycle characteristics as described above, and is a small portable electronic device (notebook type) that requires these characteristics at a high level. It can be suitably used as a power source for personal computers and prefectural telephone terminals. Further, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is excellent in thermal stability, and not only can be downsized and increased in output, but also can simplify an expensive protection circuit, so that a mounting space can be reduced. It can also be suitably used as a power source for transportation equipment that is restricted by the above.

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。なお、以下の実施例および比較例では、特に断りがない限り、金属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各試料を使用した。また、核生成工程および粒子成長工程を通じて、反応水溶液のpH値は、pHコントローラ(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、各工程における反応水溶液のpH値の変動幅を±0.2の範囲に制御した。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. In the following examples and comparative examples, unless otherwise specified, special grades of reagents manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. were used for the production of the metal composite hydroxide and the positive electrode active material. Further, the pH value of the reaction aqueous solution is measured by a pH controller (manufactured by Nisshin Rika, NPH-690D) through the nucleation step and the particle growth step, and the supply amount of the sodium hydroxide aqueous solution is adjusted based on this measurement value. Thus, the fluctuation range of the pH value of the aqueous reaction solution in each step was controlled within a range of ± 0.2.

(実施例1)
(a)金属複合水酸化物の製造
[核生成工程]
はじめに、反応槽内に、水を1.2L入れて790rpmで撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。この際、反応槽内に、窒素ガスを導入し、30分間流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気とした。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12.5、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 metal composite hydroxide [nucleation process]
First, 1.2 L of water was put in the reaction tank, and the temperature in the tank was set to 40 ° C. while stirring at 790 rpm. At this time, nitrogen gas was introduced into the reaction vessel and allowed to flow for 30 minutes, and the reaction atmosphere was a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less. Subsequently, an appropriate amount of 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass ammonia water is supplied into the reaction tank so that the pH value is 12.5 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=38:30:32:0.2となるように水に溶解し、2mol/Lの第1の原料水溶液を調製した。   At the same time, nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, and zirconium sulfate were dissolved in water so that the molar ratio of each metal element was Ni: Mn: Co: Zr = 38: 30: 32: 0.2. A first raw material aqueous solution of L was prepared.

次に、第1の原料水応液を、反応前水溶液に13ml/分で供給することで、核生成工程用水溶液を形成し、2.5分間の核生成を行った。この際、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、核生成用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度を上述した範囲に維持した。   Next, the first raw material aqueous solution was supplied to the pre-reaction aqueous solution at 13 ml / min to form an aqueous solution for a nucleation step, and nucleation was performed for 2.5 minutes. At this time, a 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass ammonia water were supplied in a timely manner, and the pH value and ammonium ion concentration of the nucleation aqueous solution were maintained within the above-described ranges.

[粒子成長工程]
核生成終了後、一旦、すべての水溶液の供給を一旦停止するとともに、硫酸を反応槽へ加えて、pH値が、液温25℃基準で11.6となるように調整することで、粒子成長用水溶液を形成した。pH値が所定の値になったことを確認した後、第1の原料水溶液を反応槽へ供給し、核生成工程で生成した核(粒子)を、成長させた。
[Particle growth process]
After the nucleation is completed, once the supply of all aqueous solutions is stopped, sulfuric acid is added to the reaction vessel, and the pH value is adjusted to 11.6 based on the liquid temperature of 25 ° C. An aqueous solution was formed. After confirming that the pH value became a predetermined value, the first raw material aqueous solution was supplied to the reaction vessel, and the nuclei (particles) generated in the nucleation step were grown.

[第2の晶析工程]
第2の原料水溶液として、第1の原料水溶液とタングステンを含む水溶液とを用いた。タングステンを含む水溶液として、タングステン酸ナトリウム二水和物を、得られる水酸化物の各金属元素のモル比がNi:Co:Mn:Zr:W=38:30:32:0.2:0.6となるように水に溶解し、タングステン酸ナトリウム水溶液を調製した。
[Second crystallization step]
As the second raw material aqueous solution, the first raw material aqueous solution and an aqueous solution containing tungsten were used. As an aqueous solution containing tungsten, sodium tungstate dihydrate is obtained, and the molar ratio of each metal element of the obtained hydroxide is Ni: Co: Mn: Zr: W = 38: 30: 32: 0.2: 0. 6 was dissolved in water to prepare an aqueous solution of sodium tungstate.

粒子成長を行う時間全体に対して、19/20時間(95%)経過した時点から、第1の水溶液を供給するとともに、前記タングステン酸ナトリウム水溶液の反応槽への供給を開始した(添加範囲:5%)。すべての水溶液の供給を停止することで、粒子成長工程を終了した。その後、得られた生成物を、水洗、ろ過および乾燥させることにより、粉末状の金属複合水酸化物を得た。   The first aqueous solution was supplied at the time when 19/20 hours (95%) had elapsed with respect to the entire time for particle growth, and the supply of the sodium tungstate aqueous solution to the reaction vessel was started (addition range: 5%). The particle growth process was completed by stopping the supply of all aqueous solutions. Thereafter, the resulting product was washed with water, filtered and dried to obtain a powdered metal composite hydroxide.

なお、第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程の粒子成長工程において、非酸化性雰囲気と酸化性雰囲気との切り替えを4回行った。具体的には、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気へ切り替えた後(1回目)、非酸化性雰囲気へ切り替えた(2回目)。さらに、酸化性雰囲気へ切り替えた後(3回目)、非酸化性雰囲気へ切り替えた(4回目)。非酸化雰囲気としては、窒素ガスを導入し、酸素濃度が1容量%以下の雰囲気を用い、酸化性雰囲気としては、大気雰囲気を用いた。また、反応雰囲気の切り替えのタイミングは、粒子成長が行われる時間全体に対して、20%、40%、60%、及び、80%経過した時点で行った。   Note that switching between the non-oxidizing atmosphere and the oxidizing atmosphere was performed four times in the particle growth process of the first crystallization process and the second crystallization process. Specifically, after switching from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere (first time), switching to the non-oxidizing atmosphere (second time). Further, after switching to an oxidizing atmosphere (third time), switching to a non-oxidizing atmosphere (fourth time) was performed. Nitrogen gas was introduced as the non-oxidizing atmosphere, an atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less was used, and the atmospheric atmosphere was used as the oxidizing atmosphere. The timing of switching the reaction atmosphere was performed when 20%, 40%, 60%, and 80% had elapsed with respect to the entire time during which particle growth was performed.

なお、第1の晶析工程における粒子成長工程、及び、第2の晶析工程において、これらの工程を通じて、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、粒子成長用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度を上述した範囲に維持した。なお、第1の原料水溶液の供給速度は、晶析工程の全体において、一定(13ml/分)とした。   In addition, in the particle growth step in the first crystallization step and the second crystallization step, through these steps, a 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass ammonia water are supplied in a timely manner, and the particle growth. The pH value and ammonium ion concentration of the aqueous solution were maintained in the ranges described above. The supply rate of the first aqueous raw material solution was constant (13 ml / min) throughout the crystallization process.

(b)金属複合水酸化物の評価
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−9000ICPE−9000)を用いた分析により、この金属複合水酸化物は、一般式:Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.0020.005(OH)で表されることが確認された。
(B) Evaluation of metal composite hydroxide By analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer (ICPE-9000ICPE-9000, manufactured by Shimadzu Corporation, Shimadzu Corporation), this metal composite hydroxide has a general formula: Ni 0. It was confirmed that it is represented by 38 Mn 0.30 Co 0.32 Zr 0.002 W 0.005 (OH) 2 .

また、レーザ光回折散乱式粒度分析計(マイクロトラック・ベル株式会社製、マイクロトラックMT3300EX2)を用いて、金属複合水酸化物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。その結果、金属複合水酸化物の平均粒径は5.4μmであり、〔(d90−d10)/平均粒径〕は0.45であることを確認した。   In addition, the average particle size of the metal composite hydroxide was measured using a laser light diffraction / scattering particle size analyzer (Microtrack Bell Co., Ltd., Microtrack MT3300EX2), d10 and d90 were measured, and the particle size distribution was measured. [(D90−d10) / average particle diameter], which is an index indicating the spread of the particle size, was calculated. As a result, it was confirmed that the metal composite hydroxide had an average particle size of 5.4 μm and [(d90−d10) / average particle size] of 0.45.

また、金属複合水酸化物中のタングステン濃縮層の存在の有無、及び、その厚さを確認するため、走査型透過電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ社製、HD−2300A)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、金属複合水酸化物断面の面分析を行った。その結果、金属複合水酸化物の表層においてタングステンが濃縮して存在する部位(タングステン濃縮層)の形成を確認し、その厚さは3m以上8m以下であることを確認した。   Moreover, in order to confirm the presence or absence and the thickness of the tungsten enriched layer in the metal composite hydroxide, the energy mounted on the scanning transmission electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, HD-2300A) A surface analysis of the cross section of the metal composite hydroxide was performed using a distributed X-ray analyzer (EDX). As a result, formation of a portion where tungsten was concentrated in the surface layer of the metal composite hydroxide (tungsten concentrated layer) was confirmed, and the thickness was confirmed to be 3 m or more and 8 m or less.

また、タップ密度は、振とう比重測定器(株式会社蔵持科学器械製作所製、KRS−409)を用いて、得られた金属複合水酸化物を20mlメスシリンダーに充填後、該メスシリンダーについて、高さ2cmからの自由落下を500回繰り返す方法で密に充填させてから測定を行った。その結果、タップ密度は、0.75g/cm以上1.35g/cm以下であるであることを確認した。 Moreover, tap density is high about this graduated cylinder after filling the obtained metal complex hydroxide into a 20 ml graduated cylinder using a shaking specific gravity measuring instrument (KRS-409, manufactured by Kuramochi Scientific Instruments Co., Ltd.). The measurement was performed after the free fall from 2 cm was densely packed by a method of repeating 500 times. As a result, it was confirmed that the tap density was 0.75 g / cm 3 or more and 1.35 g / cm 3 or less.

(c)正極活物質の作製
上述のようにして得られた金属複合水酸化物をLi/Meが1.14となるように、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)を用いて炭酸リチウムと十分に混合し、リチウム混合物を得た。
このリチウム混合物を、空気(酸素濃度:21容量%)気流中、昇温速度を2.52.5℃/分として900℃まで昇温し、この温度で4時間保持することにより焼成し、冷却速度を約4℃/分として室温まで冷却した。このようにし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た。このため、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。
(C) Preparation of positive electrode active material Shaker mixer device (TURBULA Type T2C manufactured by Willy et Bacofen (WAB) Co., Ltd.) was used so that the metal composite hydroxide obtained as described above had Li / Me of 1.14. ) And thoroughly mixed with lithium carbonate to obtain a lithium mixture.
The lithium mixture was fired by heating to 900 ° C. in a stream of air (oxygen concentration: 21% by volume) at a rate of temperature increase of 2.52.5 ° C./min and holding at this temperature for 4 hours, cooling Cooled to room temperature at a rate of about 4 ° C./min. The positive electrode active material thus obtained had agglomerated or slightly sintered. For this reason, this 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
ICP発光分光分析装置を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:Li1.14Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.0020.005で表されるものであることが確認された。また、レーザ光回折散乱式粒度分析計を用いて、リチウム金属複合酸化物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。その結果、リチウム金属複合酸化物の平均粒径は5.3μmであり、〔(d90−d10)/平均粒径〕は0.45であり、d50比は1.04であることを確認した。
(D) Evaluation of positive electrode active material By analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer, this positive electrode active material has a general formula: Li 1.14 Ni 0.38 Mn 0.30 Co 0.32 Zr 0.002 W 0 It was confirmed to be represented by 0.005 O 2 . In addition, the average particle size of the lithium metal composite oxide is measured using a laser light diffraction / scattering type particle size analyzer, and d10 and d90 are measured to indicate the spread of the particle size distribution [(d90-d10). / Average particle size] was calculated. As a result, it was confirmed that the lithium metal composite oxide had an average particle size of 5.3 μm, [(d90−d10) / average particle size] of 0.45, and a d50 ratio of 1.04.

また、X線回折装置(スペクトリス株式会社製、X‘Pert PRO)を用いて、(003)面の結晶子径を測定行ったところ1385Å(138.5nm)であった。   Further, when the crystallite diameter of the (003) plane was measured using an X-ray diffractometer (Spectris Co., Ltd., X'Pert PRO), it was 1385 mm (138.5 nm).

また、リチウム金属複合酸化物におけるタングステンの分布を確認するため、走査型透過電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、HD−2300A)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、リチウム金属複合酸化物断面の面分析を行った。その結果、リチウム金属複合酸化物においてタングステンが、二次粒子の表面付近の一次粒子の表層及び一次粒子間の粒界に多く含有していることを確認した。   Moreover, in order to confirm the distribution of tungsten in the lithium metal composite oxide, an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) mounted on a scanning transmission electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, HD-2300A) is used. Surface analysis of the cross section of the lithium metal composite oxide was performed. As a result, it was confirmed that the lithium metal composite oxide contained a large amount of tungsten in the surface layer of the primary particles near the surface of the secondary particles and in the grain boundaries between the primary particles.

また、タップ密度は、金属複合水酸化物と同様の条件で評価し、BET比表面積は、流動方式−窒素ガス吸着法を採用した比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、マックソーブ1200シリーズ)によって評価した。   In addition, the tap density is evaluated under the same conditions as the metal composite hydroxide, and the BET specific surface area is evaluated by a specific surface area measuring apparatus (manufactured by Mountec Co., Ltd., MacSorve 1200 series) employing a flow method-nitrogen gas adsorption method. did.

(e)二次電池の作製
図7は、電池特性の評価に用いた2032型コイン電池CBAを示す図である。以下、図7を参照して、二次電池の作製方法について説明する。
(E) Production of Secondary Battery FIG. 7 is a view showing a 2032 type coin battery CBA used for evaluation of battery characteristics. Hereinafter, a method for manufacturing a secondary battery will be described with reference to FIGS.

上述のようにして得られた正極活物質: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PEを作製した。   The positive electrode active material obtained as described above: 52.5 mg, acetylene black: 15 mg, and PTEE: 7.5 mg were mixed and pressed at a pressure of 100 MPa to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm. A positive electrode PE was produced by drying at 120 ° C. for 12 hours in a dryer.

次に、この正極PEを用いて2032型コイン電池CBAを、露点が−80℃に管理された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NE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SE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CBAは、ガスケットGAを有し、正極缶PCと負極缶NC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 PE, a 2032 type coin battery CBA was produced in a glove box in an Ar atmosphere in which the dew point was controlled at −80 ° C. The negative electrode NE of the 2032 type coin battery uses lithium metal having a diameter of 17 mm and a thickness of 1 mm, and the electrolyte is made of ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), or the like using 1M LiClO 4 as a supporting electrolyte. A quantity mixed solution (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used. The separator SE was a polyethylene porous film having a film thickness of 25 μm. The 2032 type coin battery CBA has a gasket GA and is assembled into a coin-shaped battery by the positive electrode can PC and the negative electrode can NC.

(f)電池評価
[抵抗]
上記で組み立てたコイン電池CBAを用いてSOC20%における交流インピーダンス法による抵抗値を測定し、比較例1を基準とした相対値を、Ref.に対する抵抗値として算出したところ93%であった。これらの結果を表1に示す。
(F) Battery evaluation [resistance]
Using the coin battery CBA assembled as described above, the resistance value by the AC impedance method at SOC 20% was measured, and the relative value based on Comparative Example 1 was determined as Ref. The calculated resistance value was 93%. These results are shown in Table 1.

(実施例2〜8)
表1に示すように、粒子成長中におけるタングステンを含む水溶液の添加のタイミング(添加時間)を変更した以外は実施例1と同様の条件で、金属複合水酸化物を得た。得られた金属複合水酸化物の評価結果を表1に示す。
(Examples 2 to 8)
As shown in Table 1, a metal composite hydroxide was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the addition timing (addition time) of the aqueous solution containing tungsten during the grain growth was changed. Table 1 shows the evaluation results of the obtained metal composite hydroxide.

また、走査型透過電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、HD−2300A)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、実施例2〜8で得られた金属複合水酸化物の断面の面分析を行い、得られたWの分布を解析した。その結果、実施例2〜8で得られた金属複合水酸化物は、二次粒子の表層にタングステンが濃縮して存在する部位(タングステン濃縮層)が検出され、その厚さは、20nm以上160nm以下であることが確認された。   In addition, the metal composite hydroxides obtained in Examples 2 to 8 using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) mounted on a scanning transmission electron microscope (Hitachi High-Technologies HD-2300A) A surface analysis of the cross section was performed, and the distribution of W obtained was analyzed. As a result, in the metal composite hydroxides obtained in Examples 2 to 8, a portion (tungsten enriched layer) where tungsten was concentrated on the surface layer of the secondary particles was detected, and the thickness thereof was 20 nm or more and 160 nm. It was confirmed that:

次に、得られた金属複合水酸化物を前駆体としたこと以外は、実施例1と同様の条件で、正極活物質および二次電池を得た。得られた金属複合水酸化物、及び、正極活物質の評価結果を表2に示す。 また、走査型透過電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、HD−2300A)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、実施例2〜8で得られたリチウム金属複合酸化物の断面の面分析を行い、得られたWの分布を解析した。その結果、実施例2〜8で得られたリチウム金属複合酸化物は、二次粒子の表面付近の一次粒子の表層、及び、一次粒子間の粒界にタングステンが多く存在していることが確認された。   Next, a positive electrode active material and a secondary battery were obtained under the same conditions as in Example 1 except that the obtained metal composite hydroxide was used as a precursor. Table 2 shows the evaluation results of the obtained metal composite hydroxide and the positive electrode active material. Moreover, the lithium metal composite oxide obtained in Examples 2-8 using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) mounted on a scanning transmission electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, HD-2300A) A surface analysis of the cross section was performed, and the distribution of W obtained was analyzed. As a result, it was confirmed that the lithium metal composite oxides obtained in Examples 2 to 8 contained a large amount of tungsten in the surface layer of the primary particles near the surface of the secondary particles and the grain boundaries between the primary particles. It was done.

(比較例1)
粒子成長工程開始時点からタングステン化合物を添加した(添加範囲は100%となる)以外は実施例1と同様の条件で、金属複合水酸化物を得た。得られた金属複合水酸化物の評価結果を表1に示す。次に、得られた金属複合水酸化物を前駆体としたこと以外は、実施例1と同様の条件で、正極活物質および二次電池を作製した。得られた正極活物質及び二次電池の評価結果を表1、2に示す。
(Comparative Example 1)
A metal composite hydroxide was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the tungsten compound was added from the start of the grain growth process (addition range was 100%). Table 1 shows the evaluation results of the obtained metal composite hydroxide. Next, a positive electrode active material and a secondary battery were produced under the same conditions as in Example 1 except that the obtained metal composite hydroxide was used as a precursor. The evaluation results of the obtained positive electrode active material and secondary battery are shown in Tables 1 and 2.

(比較例2)
タングステンを含有しない金属複合水酸化物(Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.002(OH))を用いたこと、及び、金属複合水酸化物と炭酸リチウムと混合する際に、酸化タングステンをあわせて添加して、混合して、リチウム混合物を得たこと(外添)以下は、実施例1と同様の条件で、正極活物質(Li1.14Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.0020.005)、及び、二次電池を作製した。得られた正極活物質及び二次電池の評価結果を表1、2に示す。
(Comparative Example 2)
When using a metal composite hydroxide not containing tungsten (Ni 0.38 Mn 0.30 Co 0.32 Zr 0.002 (OH) 2 ) and mixing the metal composite hydroxide and lithium carbonate In addition, tungsten oxide was added together and mixed to obtain a lithium mixture (external addition). The following are the same conditions as in Example 1 except that the positive electrode active material (Li 1.14 Ni 0.38 Mn 0.30 Co 0.32 Zr 0.002 W 0.005 O 2 ) and a secondary battery were manufactured. The evaluation results of the obtained positive electrode active material and secondary battery are shown in Tables 1 and 2.

(比較例3)
晶析工程の際、第2の晶析工程において、タングステン酸ナトリウム水溶液を供給しない以外は、実施例1と同様の条件で、金属複合水酸化物、正極活物質及び二次電池を作製した。得られた金属複合水酸化物、正極活物質及び二次電池の評価結果を表1、2に示す。
(Comparative Example 3)
During the crystallization step, a metal composite hydroxide, a positive electrode active material, and a secondary battery were produced under the same conditions as in Example 1 except that the aqueous sodium tungstate solution was not supplied in the second crystallization step. Tables 1 and 2 show the evaluation results of the obtained metal composite hydroxide, positive electrode active material, and secondary battery.

(評価結果)
実施例で得られた金属複合水酸化物は、その表面にタングステン濃縮層を形成することが確認された。また、実施例で得られた正極活物質は、晶析工程全体でタングステンを添加した比較例1と比較して、より大きな結晶子径を有し、かつ、二次電池の正極として用いた際、低い抵抗値を示した。
(Evaluation results)
It was confirmed that the metal composite hydroxide obtained in the example forms a tungsten concentrated layer on the surface thereof. In addition, the positive electrode active material obtained in the example has a larger crystallite diameter than that of Comparative Example 1 in which tungsten is added throughout the crystallization process, and when used as a positive electrode of a secondary battery. The resistance value was low.

また、実施例1〜6で得られた金属複合水酸化物は、厚さが100nm以下のタングステン濃縮層が形成され、これらの金属複合水酸化物を前駆体として得られた正極活物質は、タングステン化合物を外添した比較例2と比較しても、より大きな結晶子径を有し、かつ、二次電池の正極として用いた際、より低い抵抗値を示した。   Moreover, the metal composite hydroxides obtained in Examples 1 to 6 were formed with a tungsten concentrated layer having a thickness of 100 nm or less, and the positive electrode active material obtained using these metal composite hydroxides as precursors, Even when compared with Comparative Example 2 in which a tungsten compound was externally added, it had a larger crystallite diameter and exhibited a lower resistance value when used as a positive electrode of a secondary battery.

一方、タングステンを添加しない比較例3で得られた正極活物質は、タングステンを添加した他の実施例及び比較例と比較して、結晶子径は比較的大きいものの、二次電池の正極として用いた際、抵抗値が大きく、出力特性に劣ることが示された。   On the other hand, the positive electrode active material obtained in Comparative Example 3 to which tungsten is not added is used as a positive electrode for a secondary battery, although the crystallite diameter is relatively large compared to other examples and comparative examples to which tungsten is added. The resistance value was large and the output characteristics were inferior.

10…金属複合水酸化物
1…一次粒子
2…二次粒子
3…タングステン濃縮層
4…中心部
5…空隙部
6…実質部
C…中心
20…リチウム金属複合酸化物
21…一次粒子
22…二次粒子
23…タングステン及びリチウムを含む化合物
24…中心部
25…実質部
26…空隙部
CBA……コイン電池
CA……ケース
PC……正極缶
NC……負極缶
GA……ガスケット
PE……正極
NE……負極
SE……セパレータ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Metal composite hydroxide 1 ... Primary particle 2 ... Secondary particle 3 ... Tungsten concentration layer 4 ... Center part 5 ... Cavity part 6 ... Substantial part C ... Center 20 ... Lithium metal composite oxide 21 ... Primary particle 22 ... Secondary Next particle 23 ... Compound containing tungsten and lithium 24 ... Central part 25 ... Substantial part 26 ... Cavity part CBA ... Coin battery CA ... Case PC ... Positive electrode can NC ... Negative electrode can GA ... Gasket PE ... Positive electrode NE …… Negative electrode SE …… Separator

Claims (15)

ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示される金属複合水酸化物の製造方法であって、
反応槽に前記金属元素を含む第1の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、前記反応槽内の反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、第1の金属複合水酸化物粒子を得る、第1の晶析工程と、
前記第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、前記金属元素を含み、かつ、前記第1の原料水溶液よりもタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、前記反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、前記第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を形成して、第2の金属複合水酸化物粒子を得る、第2の晶析工程と、を備え、
前記第1の晶析工程、及び、前記第2の晶析工程の粒子成長において、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気、及び、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気のいずれか一方の雰囲気へ、反応雰囲気を切り替えることを複数回行うことを含み、
前記金属複合水酸化物は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、
前記二次粒子は、前記二次粒子の中心から表面に向かって、前記一次粒子が密に配置された中心部と、前記一次粒子が前記中心部よりも疎に配置された空隙部と、前記一次粒子が密に配置された中実部とを含む、多層構造を有し、
前記属複合水酸化物のタップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下である、
金属複合水酸化物の製造方法。
It contains nickel, manganese and tungsten, optionally cobalt, and element M, and the atomic ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: W: M = x: y: z: a: b (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0. 1, M is a method for producing a metal composite hydroxide represented by Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta. There,
By supplying a first raw material aqueous solution containing the metal element to the reaction tank and an ammonium ion supplier, adjusting the pH of the reaction aqueous solution in the reaction tank, and performing a crystallization reaction, the first metal A first crystallization step to obtain composite hydroxide particles;
A second aqueous solution containing the metal element and containing more tungsten than the first raw material aqueous solution and an ammonium ion supplier are supplied to the reaction aqueous solution containing the first metal composite hydroxide particles. Then, by adjusting the pH of the reaction aqueous solution and performing a crystallization reaction, a tungsten concentrated layer is formed on the surface of the first metal composite hydroxide particles, and the second metal composite hydroxide particles Obtaining a second crystallization step,
In the particle growth in the first crystallization step and the second crystallization step, any of a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less and an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration exceeding 1% by volume Including switching the reaction atmosphere to one atmosphere multiple times,
The metal composite hydroxide includes secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated,
The secondary particles, from the center of the secondary particles toward the surface, a central portion where the primary particles are densely arranged, a void portion where the primary particles are arranged more sparsely than the central portion, and A multilayer structure including a solid portion in which primary particles are closely arranged;
The tap density of the genus composite hydroxide is 0.75 g / cm 3 or more and 1.35 g / cm 3 or less,
A method for producing a metal composite hydroxide.
前記第1の晶析工程は、核生成を行う核生成工程と、粒子成長を行う粒子成長工程と、を備え、前記第2の晶析工程は、前記粒子成長工程に引き続き、粒子成長を行うことを含み、
前記第1の晶析工程における核生成は、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気で行い、
前記第1の晶析工程、及び、前記第2の晶析工程における粒子成長は、前記反応水溶液のpHを、前記核生成工程における前記反応水溶液のpH値より低くなるように調整し、かつ、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気、及び、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気のいずれか一方の雰囲気へ、反応雰囲気を切り替えることを4回行うことを含む、請求項1に記載の金属複合水酸化物の製造方法。
The first crystallization step includes a nucleation step for performing nucleation and a particle growth step for performing particle growth, and the second crystallization step performs particle growth following the particle growth step. Including
Nucleation in the first crystallization step is performed in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less,
The particle growth in the first crystallization step and the second crystallization step is such that the pH of the reaction aqueous solution is adjusted to be lower than the pH value of the reaction aqueous solution in the nucleation step, and The method includes four times switching the reaction atmosphere to any one of a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less and an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration exceeding 1% by volume. The manufacturing method of the metal complex hydroxide as described in 1 ..
前記第1の原料水溶液中の前記金属元素を、前記第1の晶析工程及び前記第2の晶析工程において添加される全金属量に対して、50質量%以上95質量%以下の範囲で前記反応槽へ供給した後、前記第2の晶析工程における第2の原料水溶液の供給を行う、
請求項1又は請求項2に記載の金属複合水酸化物の製造方法。
The metal element in the first raw material aqueous solution is in the range of 50% by mass to 95% by mass with respect to the total amount of metal added in the first crystallization step and the second crystallization step. After supplying to the reaction vessel, supplying the second raw material aqueous solution in the second crystallization step,
The manufacturing method of the metal composite hydroxide of Claim 1 or Claim 2.
前記第2の晶析工程は、前記タングステン濃縮層を、前記第2の金属複合水酸化物の表面から中心部に向かう方向において、厚さを100nm以下となるように形成することを含む、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の金属複合水酸化物の製造方法。   The second crystallization step includes forming the tungsten enriched layer so as to have a thickness of 100 nm or less in a direction from the surface of the second metal composite hydroxide toward the center. The manufacturing method of the metal composite hydroxide as described in any one of Claims 1-3. 前記第2の晶析工程における第2の原料水溶液の添加は、前記第1及び第2の晶析工程において、粒子成長が行われる時間全体に対して、50%以上95%以下経過した時点で行う、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の金属複合水酸化物の製造方法。   The addition of the second raw material aqueous solution in the second crystallization step is performed when 50% or more and 95% or less of the entire time during which particle growth is performed in the first and second crystallization steps. The manufacturing method of the metal composite hydroxide as described in any one of Claims 1-4 performed. 前記第2の原料水溶液の供給は、前記第1の原料水溶液と、タングステンを含む水溶液とを別々に前記反応水溶液に供給して行う、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の金属複合水酸化物の製造方法。   The supply of the second raw material aqueous solution is performed by separately supplying the first raw material aqueous solution and an aqueous solution containing tungsten to the reaction aqueous solution. A method for producing a metal composite hydroxide. 前記タングステンを含む水溶液中のタングステン濃度は、前記タングステンを含む水溶液の全体に対して、18質量%以上である、請求項6に記載の金属複合水酸化物の製造方法。   The method for producing a metal composite hydroxide according to claim 6, wherein a tungsten concentration in the aqueous solution containing tungsten is 18% by mass or more with respect to the entire aqueous solution containing tungsten. ニッケル、マンガン、及び、タングステン、並びに、任意にコバルト、及び、元素Mを含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示され、金属複合水酸化物であって、
複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、
前記二次粒子は、前記二次粒子の中心から表面に向かって、前記一次粒子が密に配置された中心部と、前記一次粒子が前記中心部よりも疎に配置された空隙部と、前記一次粒子が密に配置された中実部とを少なくとも含む、多層構造を有し、
前記二次粒子の表面にタングステン濃縮層を有し、
タップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下である、
金属複合水酸化物。
Nickel, manganese, tungsten, and optionally cobalt and the element M, and the atomic ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: W: M = x: y: z: a : B (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1 M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta), and is a metal composite hydroxide,
Including secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated,
The secondary particles, from the center of the secondary particles toward the surface, a central portion where the primary particles are densely arranged, a void portion where the primary particles are arranged more sparsely than the central portion, and Having a multilayer structure including at least a solid portion in which primary particles are closely arranged,
Having a tungsten enriched layer on the surface of the secondary particles;
The tap density is 0.75 g / cm 3 or more and 1.35 g / cm 3 or less,
Metal composite hydroxide.
前記タングステン濃縮層の厚みが100nm以下である、請求項8に記載の金属複合水酸化物。   The metal composite hydroxide according to claim 8, wherein the tungsten concentrated layer has a thickness of 100 nm or less. 前記複合水酸化物粒子の平均粒径が4.0μm以上9.0μm以下であり、かつ、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.65以下である、請求項8または請求項9に記載の金属複合水酸化物。   The composite hydroxide particles have an average particle size of 4.0 μm or more and 9.0 μm or less, and [(d90−d10) / average particle size] which is an index indicating the spread of the particle size distribution is 0.65 or less. The metal composite hydroxide according to claim 8 or 9, wherein 請求項1〜7のいずれか一項に記載の製造方法により得られる金属複合水酸化物及び前記金属複合水酸化物を熱処理して得られる金属複合酸化物の少なくとも一方と、リチウム化合物とを混合してリチウム混合物を得る工程と、
前記リチウム混合物を焼成して、リチウム金属複合酸化物を得る工程と、を備える、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
Mixing at least one of the metal composite hydroxide obtained by the production method according to any one of claims 1 to 7 and the metal composite oxide obtained by heat-treating the metal composite hydroxide with a lithium compound. And obtaining a lithium mixture;
A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising: baking the lithium mixture to obtain a lithium metal composite oxide.
リチウム金属複合酸化物の粒子同士の凝集の程度を示す指標である(前記正極活物質のd50/前記金属複合水酸化物のd50)の値が、0.95以上1.05以下となるように調整する、請求項11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 value (d50 of the positive electrode active material / d50 of the metal composite hydroxide), which is an index indicating the degree of aggregation of particles of the lithium metal composite oxide, is 0.95 or more and 1.05 or less. The manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of Claim 11 to adjust. リチウム、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、それぞれの金属元素の原子数比が、Li:Ni:Co:Mn:W:M=1+u:x:y:z:a:b(x+y+z=1、−0.05≦u≦0.50、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Taから選択される1種以上の元素)で表されるリチウム金属複合酸化物を含有し、
前記リチウム金属複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、
前記二次粒子は、前記二次粒子の中心から表面に向かって、前記一次粒子が密に配置された中心部と、前記一次粒子が前記中心部よりも疎に配置された空隙部と、前記一次粒子が密に配置された中実部とを少なくとも含む、多層構造を有し、
前記二次粒子の表面又は内部に存在する一次粒子の表層、及び、前記一次粒子間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物が濃縮されて存在し、
タップ密度が1.00g/cm以上2.00g/cm以下であり、かつ、
BET比表面積が1.45m/g以上5.40m/g以下である、
非水電解質二次電池用正極活物質。
Lithium, nickel, manganese, tungsten, and optionally cobalt and the element M, and the atomic ratio of each metal element is Li: Ni: Co: Mn: W: M = 1 + u: x: y: z: a: b (x + y + z = 1, −0.05 ≦ u ≦ 0.50, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4 , 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta A lithium metal composite oxide represented by
The lithium metal composite oxide includes secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated,
The secondary particles, from the center of the secondary particles toward the surface, a central portion where the primary particles are densely arranged, a void portion where the primary particles are arranged more sparsely than the central portion, and Having a multilayer structure including at least a solid portion in which primary particles are closely arranged,
A surface layer of primary particles present on the surface or inside of the secondary particles, and a grain boundary between the primary particles, a compound containing tungsten and lithium is present in a concentrated state,
Tap density is at 1.00 g / cm 3 or more 2.00 g / cm 3 or less, and,
The BET specific surface area is 1.45 m 2 / g or more and 5.40 m 2 / g or less,
Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery.
粉末X線回折測定によって得られた(003)面の結晶子径が120nm以上である、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 non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 13, wherein the (003) plane crystallite diameter obtained by powder X-ray diffraction measurement is 120 nm or more. 正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備え、前記正極の正極材料として、請求項13又は請求項14に記載の非水電解質二次電池用正極活物質が用いられる、非水電解質二次電池。   A nonaqueous electrolyte comprising 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 claim 13 or 14 is used as a positive electrode material of the positive electrode. Secondary battery.
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