JP2020176049A - Lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide and lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide and lithium ion secondary battery Download PDF

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寛子 大下
一臣 漁師
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一臣 漁師
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Abstract

To provide a lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide being a cathode active material specifically capable of securely reducing a sodium content, suppressing a sinter aggregation, and further improving battery characteristics by higher porosity and longer life, and also to provide a lithium ion secondary battery.SOLUTION: A nickel-manganese-cobalt composite oxide is a precursor of a cathode active material composed of a secondary particle in which primary particles containing nickel, manganese and cobalt aggregate, or the primary particle and the secondary particle. A sodium content contained in the nickel-manganese-cobalt composite oxide is less than 0.0005 mass%. A porosity of the nickel-manganese-cobalt composite oxide is over 50 to 80% or less. A ratio obtained by dividing an average particle diameter of the lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide by an average particle diameter of a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide being a precursor is 0.95-1.05.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウム、ニッケル、マンガン、コバルトを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は前記一次粒子と前記二次粒子で構成されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物及び、リチウムイオン二次電池に関する。本出願は、2019年4月16日に出願された特願2019−077520を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。 The present invention relates to secondary particles in which primary particles containing lithium, nickel, manganese, and cobalt are aggregated, or a lithium nickel manganese cobalt composite oxide composed of the primary particles and the secondary particles, and a lithium ion secondary battery. .. This application claims priority on the basis of Japanese Patent Application No. 2019-077520 filed on April 16, 2019, which is incorporated by reference to this application.

近年、スマートフォンやタブレット端末及びノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する、小型で軽量な非水系電解質二次電池をはじめ、ハイブリット自動車や電気自動車用の電池として、高出力の二次電池の開発ニーズが拡大している。 In recent years, with the spread of portable electronic devices such as smartphones, tablet terminals and notebook computers, it is highly suitable as a battery for hybrid vehicles and electric vehicles, including small and lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries with high energy density. The development needs for output secondary batteries are expanding.

この様なニーズに対応出来る二次電池として、リチウムイオン二次電池が挙げられる。リチウムイオン二次電池は、正極及び負極のほか、電解液などで構成され、正極及び負極の活物質は、リチウムを脱離や挿入することの可能な材料が用いられている。リチウムイオン二次電池は、現在も、研究・開発が盛んに行われているが、このうち、層状又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では、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。 A lithium ion secondary battery can be mentioned as a secondary battery that can meet such needs. The lithium ion secondary battery is composed of an electrolytic solution and the like in addition to the positive electrode and the negative electrode, and the active material of the positive electrode and the negative electrode is a material capable of desorbing or inserting lithium. Lithium-ion secondary batteries are still being actively researched and developed. Among them, lithium-ion secondary batteries using a layered or spinel-type lithium metal composite oxide as a positive electrode active material have a voltage of 4 V. Since a high-grade voltage can be obtained, it is being put into practical use as a battery having a high energy density.

この中でも、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、電池容量のサイクル特性が良く、低抵抗で高出力が得られる材料として注目されており、近年では、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源やハイブリッド車用電源にも好適であり、車載用電源として重要視されている。一般的に、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、前駆体となるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物をリチウム化合物と混合し、焼成する工程によって製造する。 Among these, lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide is attracting attention as a material that has good cycle characteristics of battery capacity and can obtain high output with low resistance. In recent years, power supplies and hybrids for electric vehicles are limited in mounting space. It is also suitable for vehicle power supplies and is regarded as important as in-vehicle power supplies. Generally, the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide is produced by mixing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide as a precursor with a lithium compound and firing the mixture.

このニッケルマンガンコバルト複合水酸化物には、製造工程で用いる原料や薬剤由来の硫酸根、塩素根、ナトリウムなど不純物が含まれる。これらの不純物は、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物とリチウム化合物とを混合し、焼成する工程において、副反応などを誘発してリチウムとの反応を悪化させるために、層状構造であるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の結晶性を低下させる。 This nickel-manganese-cobalt composite hydroxide contains impurities such as sulfate roots, chlorine roots, and sodium derived from raw materials and chemicals used in the manufacturing process. These impurities are a layered structure of lithium nickel manganese cobalt in order to induce side reactions and worsen the reaction with lithium in the step of mixing the nickel manganese cobalt composite hydroxide and the lithium compound and firing them. It reduces the crystallinity of the composite oxide.

不純物の影響で、結晶性が低くなったリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、正極活物質として電池を構成する際、固相内でのリチウムの拡散を阻害して電池容量が低下する。また、これらの不純物は、充放電反応には殆ど寄与しないため、電池の構成において、正極材料の不可逆容量に相当する分は、負極材料を余計に電池に使用せざるを得ない。その結果、電池全体としての重量当り、若しくは体積当りの容量が小さくなり、不可逆容量として負極に余分なリチウムが蓄積されることから、安全性の面からも問題となっている。 The lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide having low crystallinity due to the influence of impurities inhibits the diffusion of lithium in the solid phase when forming a battery as a positive electrode active material, and the battery capacity decreases. Further, since these impurities hardly contribute to the charge / discharge reaction, in the battery configuration, the negative electrode material has to be used in excess for the amount corresponding to the irreversible capacity of the positive electrode material. As a result, the capacity per weight or volume of the battery as a whole becomes small, and excess lithium is accumulated in the negative electrode as an irreversible capacity, which poses a problem from the viewpoint of safety.

更に、ナトリウムをはじめ、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどが、リチウムサイトに固溶することで、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粒子が焼結凝集し易くなり、これを用いて作製したリチウムイオン二次電池は、反応性が悪化し、出力特性及び電池容量が低下する。 Furthermore, sodium, potassium, calcium, magnesium, etc. are dissolved in lithium sites, so that the particles of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide are easily sintered and aggregated, and the lithium ion secondary produced using this is easily sintered and aggregated. The reactivity of the battery deteriorates, and the output characteristics and the battery capacity decrease.

不純物としては、硫酸根や塩素根、ナトリウムなどが挙げられ、これまでに、それらの不純物を除去する技術が開示されている。 Examples of impurities include sulfate roots, chlorine roots, sodium and the like, and techniques for removing these impurities have been disclosed so far.

例えば、特許文献1には、ニオブ含有遷移金属複合水酸化物を得る晶析工程を行い、得られたニオブ含有遷移金属複合水酸化物を、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウムなどの炭酸塩水溶液で洗浄することにより、硫酸根や塩素根を低減させることが開示されている。 For example, in Patent Document 1, a crystallization step for obtaining a niobium-containing transition metal composite hydroxide is performed, and the obtained niobium-containing transition metal composite hydroxide is used as an aqueous carbonate solution such as potassium carbonate, sodium carbonate, or ammonium carbonate. It is disclosed that the sulfate roots and chlorine roots are reduced by washing with.

また、特許文献2には、晶析反応からニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を製造する工程において、pH調整に用いるアルカリ溶液を、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩の混合溶液とすることで、不純物である硫酸根、塩素根、炭酸根を低減させることが開示されている。 Further, in Patent Document 2, in the step of producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide from a crystallization reaction, an alkali solution used for pH adjustment is used as a mixed solution of an alkali metal hydroxide and a carbonate, thereby providing impurities. It is disclosed to reduce sulfate roots, chlorine roots, and carbonate roots.

また、特許文献3〜4には、晶析工程で得られた粒子内部に空隙構造を有するニッケルマンガン複合水酸化物粒子又はニッケル複合水酸化物粒子を、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムなどの炭酸塩水溶液で洗浄することにより、硫酸根や塩素根、ナトリウムを低減させることが開示されている。 Further, in Patent Documents 3 to 4, nickel manganese composite hydroxide particles or nickel composite hydroxide particles having a void structure inside the particles obtained in the crystallization step are referred to as potassium carbonate, sodium carbonate, potassium hydrogen carbonate and the like. It is disclosed that sulfate roots, chlorine roots, and sodium can be reduced by washing with an aqueous carbonate solution such as sodium hydrogen carbonate.

また、特許文献5には、ニッケルアンミン錯体、コバルトアンミン錯体及びM元素源を混合して得たニッケル−コバルト−M元素含有水溶液又は水性分散液を加熱して、ニッケルアンミン錯体及びコバルトアンミン錯体を熱分解させ、硫酸根、塩素根、ナトリウム、鉄などの不純物含有量が少ないニッケル−コバルト−M元素含有複合化合物を用いることが開示されている。 Further, in Patent Document 5, a nickel-cobalt-M element-containing aqueous solution or an aqueous dispersion obtained by mixing a nickel ammine complex, a cobalt ammine complex and an M element source is heated to obtain a nickel ammine complex and a cobalt ammine complex. It is disclosed to use a nickel-cobalt-M element-containing composite compound which is thermally decomposed and has a low content of impurities such as sulfate root, chlorine root, sodium and iron.

特開2015−122269号公報JP-A-2015-122269 特開2016−117625号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-117625 国際公開第2015/146598号International Publication No. 2015/146598 特開2015−191848号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-191848 国際公開第2012/020768号International Publication No. 2012/020768

しかしながら、特許文献1〜2については、ナトリウムの除去について、全く触れられていない。また、特許文献3〜4については、空隙率が3%程度の中実レベルの前駆体においても、依然として、ナトリウムが0.001〜0.015質量%残存しており、ナトリウム低減が不十分である。更に、特許文献5については、熱分解によってニッケル−コバルト−M元素含有複合化合物を得ているため、粒子の球状や粒度分布、比表面積の観点から、正極活物質とした際に、十分な電池特性となるかが疑問視される。また、不純物除去だけでなく、空隙率を高めること、粒子の長寿命化を図ることなどの更なる電池特性の向上や、焼結凝集の抑制が期待される。 However, Patent Documents 1 and 2 do not mention the removal of sodium at all. Further, regarding Patent Documents 3 to 4, even in a solid level precursor having a porosity of about 3%, 0.001 to 0.015% by mass of sodium still remains, and sodium reduction is insufficient. is there. Further, with respect to Patent Document 5, since a nickel-cobalt-M element-containing composite compound is obtained by thermal decomposition, a sufficient battery can be used as a positive electrode active material from the viewpoints of particle sphere, particle size distribution, and specific surface area. It is questioned whether it will be a characteristic. In addition to removing impurities, it is expected that the battery characteristics will be further improved, such as increasing the porosity and extending the life of the particles, and suppressing sintering and agglomeration.

そこで本発明の目的は、充放電反応にも殆ど寄与しない不純物のうち、特にナトリウムの含有量を確実に低減させて、焼結凝集を抑制し、かつ高空隙率化及び長寿命化によるさらなる電池特性の向上が可能な正極活物質である、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to surely reduce the content of sodium among impurities that hardly contribute to the charge / discharge reaction, suppress sintering and aggregation, and further increase the void ratio and the life of the battery. An object of the present invention is to provide a lithium nickel manganese cobalt composite oxide and a lithium ion secondary battery, which are positive electrode active materials capable of improving their characteristics.

本発明の一態様に係るリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、リチウム、ニッケル、マンガン、コバルトを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は前記一次粒子と前記二次粒子で構成されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物であって、前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に含まれるナトリウム含有量が0.0005質量%未満であり、前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粒子の空隙率が50超〜80%であり、前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の平均粒径を、前駆体であるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の平均粒径で除した比が、0.95〜1.05であることを特徴とする。 The lithium nickel manganese cobalt composite oxide according to one aspect of the present invention is a secondary particle in which primary particles containing lithium, nickel, manganese, and cobalt are aggregated, or a lithium nickel manganese composed of the primary particle and the secondary particle. It is a cobalt composite oxide, and the sodium content in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide is less than 0.0005% by mass, and the void ratio of the particles of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide is more than 50 to 80. %, And the ratio obtained by dividing the average particle size of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide by the average particle size of the precursor nickel manganese cobalt composite hydroxide is 0.95 to 1.05. It is a feature.

このようにすれば、ナトリウムの含有量を確実に低減させ、焼結凝集を抑制し、かつ高空隙率化及び長寿命化や、充填性が高く、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を提供することが出来る。 By doing so, a lithium ion secondary battery capable of reliably reducing the sodium content, suppressing sintering and agglomeration, increasing the porosity and extending the life, and having high filling property and high capacity. Lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide, which is the positive electrode active material of the above, can be provided.

このとき、本発明の一態様では、無作為に選択した100個以上の前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粒子を、走査型電子顕微鏡により観察した際に、二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、5%以下としてもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, when 100 or more randomly selected particles of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide are observed with a scanning electron microscope, aggregation of secondary particles is observed. The number may be 5% or less of the total number of observed secondary particles.

このようにすれば、焼結凝集が抑制され、充填性が高く、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を提供することが出来る。 By doing so, it is possible to provide a lithium nickel manganese cobalt composite oxide which is a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery capable of suppressing sintering aggregation, having high filling property, and increasing the capacity.

このとき、本発明の一態様では、前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に含まれる硫酸根含有量が0.15質量%以下、塩素根含有量が0.005質量%以下、かつMe席占有率が93.0%以上としてもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, the sulfate root content contained in the lithium nickel-manganese cobalt composite oxide is 0.15% by mass or less, the chlorine root content is 0.005% by mass or less, and the Me seat occupancy rate. May be 93.0% or more.

このようにすれば、硫酸根、塩素根及びナトリウムの含有量を確実に低減させ、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を提供することができる。 In this way, a lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide, which is a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery capable of surely reducing the contents of sulfate root, chlorine root and sodium and increasing the capacity, is provided. be able to.

このとき、本発明の一態様では、前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に含まれるカリウム、カルシウム、マグネシウムの少なくともいずれか1つ以上の物質の含有量が、0.0005質量%未満としてもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, the content of at least one or more of potassium, calcium, and magnesium contained in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide may be less than 0.0005% by mass.

このようにすれば、より不純物の含有量を低減させ、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を提供することができる。 By doing so, it is possible to provide a lithium nickel manganese cobalt composite oxide which is a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery capable of further reducing the content of impurities and increasing the capacity.

このとき、本発明の他の態様では、少なくとも、上記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を含む正極を備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池としてもよい。 At this time, in another aspect of the present invention, the lithium ion secondary battery may include at least a positive electrode containing the lithium nickel manganese cobalt composite oxide.

このようにすれば、ナトリウムの含有量を確実に低減させ、焼結凝集を抑制し、かつ空隙率を高め、充填性が高く、高容量化が可能なリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の正極活物質を含む正極を備えたリチウムイオン二次電池を提供することが出来る。 In this way, the positive electrode activity of the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide capable of reliably reducing the sodium content, suppressing sintering aggregation, increasing the void ratio, high filling property, and high capacity can be achieved. A lithium ion secondary battery provided with a positive electrode containing a substance can be provided.

本発明によれば、特にナトリウムの含有量を確実に低減させて、焼結凝集を抑制し、かつ高空隙率化及び長寿命化によるさらなる電池特性の向上が可能な正極活物質である、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, lithium is a positive electrode active material that can surely reduce the sodium content, suppress sintering and aggregation, and further improve battery characteristics by increasing the void ratio and extending the life. Nickel manganese cobalt composite oxide and lithium ion secondary batteries can be provided.

図1は、本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の断面SEM写真であり、内部構造が多孔構造であることを示す図である。FIG. 1 is a cross-sectional SEM photograph of a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to an embodiment of the present invention, showing that the internal structure is a porous structure. 図2は、本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法の概略を示す工程図である。FIG. 2 is a process diagram showing an outline of a method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to an embodiment of the present invention.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討したところ、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造において、晶析工程における反応雰囲気を制御し、晶析工程で用いるアルカリ溶液をアルカリ金属水酸化物と炭酸塩との混合溶液とすることに加えて、晶析工程で得られた遷移金属複合水酸化物を、洗浄工程で炭酸水素塩(重炭酸塩)含有の洗浄液である炭酸水素アンモニウム溶液を用いて洗浄することによって、不純物である硫酸根、塩素根及びナトリウムを、より効率良く、より低濃度に低減出来るとの知見を得て、本発明を完成したものである。また、上記の様に、ナトリウムの含有量を確実に低減させた、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を、前駆体として用いることによって、焼結凝集が抑制され、充填性が高く、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物が得られるとの知見を得て、本発明を完成したものである。以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventor controlled the reaction atmosphere in the crystallization step in the production of nickel-manganese-cobalt composite hydroxide, and used the alkaline solution used in the crystallization step as alkali metal bicarbonate. In addition to preparing a mixed solution of the product and carbonate, the transition metal composite hydroxide obtained in the crystallization step is used as a washing solution containing hydrogen carbonate (bicarbonate) in the washing step, which is an ammonium hydrogen carbonate solution. The present invention has been completed based on the finding that impurities such as sulfate roots, chlorine roots and sodium can be reduced more efficiently and to a lower concentration by washing with. Further, as described above, by using the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide whose sodium content is surely reduced as a precursor, sintering aggregation is suppressed, the filling property is high, and the capacity is increased. The present invention has been completed based on the finding that a lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide, which is a possible positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, can be obtained. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物及びリチウムイオン二次電池について、下記の順に説明する。
1.ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物
2.リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物
3.ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法
3−1.晶析工程
3−1−1.核生成工程
3−1−2.粒子成長工程
3−2.洗浄工程
4.リチウムイオン二次電池
The present embodiment described below does not unreasonably limit the content of the present invention described in the claims, and can be modified without departing from the gist of the present invention. Moreover, not all of the configurations described in the present embodiment are indispensable as the means for solving the present invention. A method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide, a lithium-nickel-manganest-cobalt composite oxide, and a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in the following order.
1. 1. Nickel Manganese Cobalt Composite Hydroxide 2. Lithium Nickel Manganese Cobalt Composite Oxide 3. Method for producing nickel-manganese-cobalt composite hydroxide 3-1. Crystallization step 3-1-1. Nucleation process 3-1-2. Particle growth process 3-2. Cleaning process 4. Lithium ion secondary battery

<1.ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物>
本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、ニッケル、マンガン、コバルトを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は上記一次粒子と上記二次粒子で構成された、正極活物質の前駆体である。
<1. Nickel Manganese Cobalt Composite Hydroxide >
The nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to an embodiment of the present invention is a secondary particle in which primary particles containing nickel, manganese, and cobalt are aggregated, or a positive electrode active material composed of the primary particles and the secondary particles. Is a precursor of.

そして、上記ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物に含まれるナトリウム含有量が、0.0005質量%未満であり、上記ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の粒子の空隙率が、50超〜80%(つまり50%より大きく80%以下)であることを特徴とする。以下、本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物について具体的に説明する。 The sodium content of the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide is less than 0.0005% by mass, and the void ratio of the particles of the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide is more than 50 to 80% (that is, 50). It is characterized in that it is larger than% and 80% or less). Hereinafter, the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to the embodiment of the present invention will be specifically described.

[粒子の組成]
ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、その組成が、一般式:NiMnCo(OH)2+a(但し、x+y+z+t=1、0.20≦x≦0.80、0.10≦y≦0.90、0.10≦z≦0.50、0≦t≦0.10、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wの中の1種以上)で表される様に、調整されることが好ましい。
[Particle composition]
Nickel manganese cobalt composite hydroxide, the composition has the general formula: Ni x Mn y Co z M t (OH) 2 + a ( where, x + y + z + t = 1,0.20 ≦ x ≦ 0.80,0.10 ≦ y ≦ 0.90, 0.10 ≦ z ≦ 0.50, 0 ≦ t ≦ 0.10, 0 ≦ a ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, It is preferable to adjust so as to be represented by one or more of Mo and W).

上記一般式において、ニッケル含有量を示すxは、0.20≦x≦0.80が好ましい。また、ニッケル含有量を示すxは、電気特性、熱安定性を考慮するとx≦0.6がより好ましい。 In the above general formula, x indicating the nickel content is preferably 0.20 ≦ x ≦ 0.80. Further, x ≦ 0.6 is more preferable for x indicating the nickel content in consideration of electrical characteristics and thermal stability.

また、マンガン含有量を示すyは、0.10≦y≦0.90が好ましい。この範囲でマンガンを添加すると、電池の正極活物質として用いられた場合に電池の耐久特性や安全性をより向上させることが出来る。yが0.10未満になると、電池の耐久特性や安全性の向上という効果を十分に得ることが出来ず、一方0.9を超えると、Redox反応に貢献する金属元素が減少し、電池容量が低下する場合があるため好ましくない。 Further, y indicating the manganese content is preferably 0.10 ≦ y ≦ 0.90. When manganese is added in this range, the durability characteristics and safety of the battery can be further improved when used as the positive electrode active material of the battery. When y is less than 0.10, the effect of improving the durability characteristics and safety of the battery cannot be sufficiently obtained, while when it exceeds 0.9, the metal elements contributing to the Redox reaction decrease and the battery capacity. Is not preferable because it may decrease.

また、上記一般式において、コバルト含有量を示すzは、0.10≦z≦0.50が好ましい。コバルトを適度に添加することで、サイクル特性の向上や充放電に伴うLiの脱離挿入による結晶格子の膨張収縮挙動を低減出来るが、zが0.10未満になると、結晶格子の膨張収縮挙動の低減効果を十分に得られにくいため好ましくない。一方、コバルトの添加量が多過ぎてzが0.5を超えると、初期放電容量の低下が大きくなる場合があり、更にコスト面で不利となる問題もあるため好ましくない。 Further, in the above general formula, z indicating the cobalt content is preferably 0.10 ≦ z ≦ 0.50. By adding cobalt appropriately, the expansion and contraction behavior of the crystal lattice due to the improvement of cycle characteristics and the desorption and insertion of Li due to charge and discharge can be reduced, but when z is less than 0.10, the expansion and contraction behavior of the crystal lattice. It is not preferable because it is difficult to obtain a sufficient reduction effect of. On the other hand, if the amount of cobalt added is too large and z exceeds 0.5, the initial discharge capacity may be significantly reduced, which is not preferable because there is a problem that it is disadvantageous in terms of cost.

添加元素Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wの中の1種以上であり、サイクル特性や出力特性などの電池特性を向上させるために、添加するものである。添加元素Mの含有量を示すtは、0≦t≦0.10が好ましい。tが0.1を超える場合には、Redox反応に貢献する金属元素が減少して、電池容量が低下する場合があるため好ましくない。 The additive element M is one or more of Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, and W, and is added in order to improve battery characteristics such as cycle characteristics and output characteristics. It is a thing. The t indicating the content of the additive element M is preferably 0 ≦ t ≦ 0.10. If t exceeds 0.1, the amount of metal elements contributing to the Redox reaction may decrease, which is not preferable because the battery capacity may decrease.

その他、粒子の組成に関する分析方法は、特に限定されないが、例えば、酸分解−ICP発光分光分析法などによる、化学分析手法から求めることが出来る。 In addition, the analysis method regarding the composition of the particles is not particularly limited, but can be obtained from a chemical analysis method such as acid decomposition-ICP emission spectroscopic analysis.

[粒子構造]
本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子、又はその一次粒子と二次粒子の両者で構成される。二次粒子を構成する一次粒子の形状としては、板状、針状、直方体状、楕円状、菱面体状などの様々な形状を採り得る。また、複数の一次粒子の凝集状態も、ランダムな方向に凝集する場合のほか、中心から放射状に粒子の長径方向が凝集する場合も本発明に適用することは可能である。
[Particle structure]
The nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to an embodiment of the present invention is composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, or both primary particles and secondary particles thereof. As the shape of the primary particles constituting the secondary particles, various shapes such as a plate shape, a needle shape, a rectangular parallelepiped shape, an elliptical shape, and a rhombohedral shape can be adopted. Further, the agglutination state of a plurality of primary particles can be applied to the present invention not only in the case of agglutination in a random direction but also in the case of agglutination of particles in the major axis direction radially from the center.

凝集状態としては、板状や針状の一次粒子が、ランダムな方向に凝集して二次粒子を形成していることが好ましい。この様な構造の場合は、一次粒子間にほぼ均一な空隙が生じて、リチウム化合物と混合して焼成する際に、溶融したリチウム化合物が二次粒子内へ行き渡り、リチウムの拡散が十分に行われるからである。 As the agglomerated state, it is preferable that the plate-shaped or needle-shaped primary particles are aggregated in a random direction to form the secondary particles. In the case of such a structure, almost uniform voids are generated between the primary particles, and when the lithium compound is mixed and fired, the molten lithium compound spreads in the secondary particles and the lithium is sufficiently diffused. Because it is done.

なお、一次粒子及び二次粒子の形状観察方法は、特に限定されないが、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)などを用いて観察することにより測定出来る。 The method for observing the shapes of the primary particles and the secondary particles is not particularly limited, but can be measured by observing the cross section of the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide using a scanning electron microscope (SEM) or the like.

[粒子内部構造]
本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、二次粒子内部に多孔構造を有する。この多孔構造を有する、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を前駆体とした、リチウム金属複合酸化物が、正極活物質として用いられた際に、電解液との接触面積が増加することにより、リチウムイオン二次電池は出力特性に優れる。また、中空構造とは異なり、正極活物質として用いた際の充填性を維持することも出来る。
[Particle internal structure]
The nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to an embodiment of the present invention has a porous structure inside secondary particles. When a lithium metal composite oxide having this porous structure and using a nickel manganese cobalt composite hydroxide as a precursor is used as a positive electrode active material, the contact area with the electrolytic solution increases, so that lithium ions are formed. The secondary battery has excellent output characteristics. Further, unlike the hollow structure, the filling property when used as a positive electrode active material can be maintained.

ところで、「二次粒子内部に多孔構造を有する」とは、二次粒子中の空隙が粒子全体にわたり分散している構造を言う。図1に示すように、この多孔構造は、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物のほか、リチウム金属複合酸化物を、断面SEM画像で示す様に、走査型電子顕微鏡によって断面を観察することで確認出来る。 By the way, "having a porous structure inside a secondary particle" means a structure in which voids in the secondary particle are dispersed over the entire particle. As shown in FIG. 1, this porous structure can be confirmed by observing the cross section of the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide and the lithium metal composite oxide with a scanning electron microscope as shown in the cross-sectional SEM image. ..

また、多孔構造を有する、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、その粒子の断面観察において計測される空隙率が10〜90%であることが好ましく、更に、50超〜80%(つまり50%より大きく80%以下)であることが、より好ましい。かつ、多孔構造を有する、リチウム金属複合酸化物も、その粒子の断面観察において計測される空隙率が10〜90%であることが好ましく、更に、50超〜80%(つまり50%より大きく80%以下)であることが、より好ましい。これによって、得られる正極活物質の嵩密度を低下させ過ぎることなく、粒子強度を許容範囲内に保ち正極活物質を長寿命化させながら、更に正極活物質と電解液との接触面積を十分なものにすることができ、さらなる電池特性の向上が可能となる。 Further, the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide having a porous structure preferably has a porosity of 10 to 90% measured in cross-sectional observation of the particles, and more than 50 to 80% (that is, more than 50%). It is more preferably 80% or less). Further, the lithium metal composite oxide having a porous structure also preferably has a porosity of 10 to 90% as measured in cross-sectional observation of the particles, and further, more than 50 to 80% (that is, larger than 50% and 80). % Or less) is more preferable. As a result, the bulk density of the obtained positive electrode active material is not excessively lowered, the particle strength is kept within an allowable range, the life of the positive electrode active material is extended, and the contact area between the positive electrode active material and the electrolytic solution is sufficiently increased. It is possible to further improve the battery characteristics.

なお、本発明では、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物及びリチウム金属複合酸化物を、多孔構造にする。例えば、混合及び焼成時に、ニッケル、マンガン、コバルトなどの遷移金属の供給源となる金属複合水酸化物について、その製造工程中の晶析条件を調整することなどにより、中実構造のもの、中空構造のもの、多孔構造のもの、それぞれを組み合わせや割合で混在させることも可能であり、得られた金属複合酸化物は、中実品、中空品、多孔品を、ただ単に混合したものと比べて、全体的な組成や粒子径を安定させられる利点がある。 In the present invention, the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide and the lithium metal composite oxide have a porous structure. For example, for a metal composite hydroxide that is a source of transition metals such as nickel, manganese, and cobalt during mixing and firing, by adjusting the crystallization conditions during the manufacturing process, a solid structure or hollow It is also possible to mix structural and porous structures, respectively, in combination and ratio, and the obtained metal composite oxide is compared with a simple mixture of solid, hollow, and porous products. Therefore, there is an advantage that the overall composition and particle size can be stabilized.

[平均粒径(MV)]
ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、粒子の平均粒径が3〜20μmに調整されていることが好ましい。平均粒径が3μm未満の場合には、正極を形成した時に、粒子の充填密度が低下して正極の容積当りの電池容量が低下する場合があるため好ましくない。その一方、平均粒径が20μmを超えると、正極活物質の比表面積が低下し、電池の電解液との界面が減少することにより正極の抵抗が上昇して電池の出力特性が低下する場合があるため好ましくない。従って、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、粒子の平均粒径を3〜20μm、好ましくは3〜15μm、より好ましくは4〜12μmとなる様に調整すれば、この正極活物質を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池において、容積当りの電池容量を大きくすることができ、安全性が高く、サイクル特性が良好である。
[Average particle size (MV)]
The nickel-manganese-cobalt composite hydroxide preferably has an average particle size of 3 to 20 μm. If the average particle size is less than 3 μm, the packing density of the particles may decrease when the positive electrode is formed, and the battery capacity per volume of the positive electrode may decrease, which is not preferable. On the other hand, when the average particle size exceeds 20 μm, the specific surface area of the positive electrode active material decreases, and the interface with the electrolytic solution of the battery decreases, so that the resistance of the positive electrode increases and the output characteristics of the battery may deteriorate. It is not preferable because it exists. Therefore, in the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide, if the average particle size of the particles is adjusted to be 3 to 20 μm, preferably 3 to 15 μm, and more preferably 4 to 12 μm, this positive electrode active material can be used as the positive electrode material. In the lithium ion secondary battery, the battery capacity per volume can be increased, the safety is high, and the cycle characteristics are good.

また、平均粒径の測定方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー回折・散乱法を用いて測定した体積基準分布から求めることが出来る。 The method for measuring the average particle size is not particularly limited, but can be obtained from, for example, a volume reference distribution measured by using a laser diffraction / scattering method.

[不純物含有量]
一般的に、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、不純物として硫酸根、塩素根、ナトリウムのほか、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどを含有する。これらの不純物は、リチウムとの反応を悪化させる原因となり、充放電反応にも殆ど寄与しないため、可能な限り除去し、その含有量を低減することが好ましい。従来から、これらの不純物を除去する技術が開示されているが、それらの技術では未だ不十分である。
[Impurity content]
Generally, nickel-manganese-cobalt composite hydroxide contains sulfate root, chlorine root, sodium, potassium, calcium, magnesium and the like as impurities. Since these impurities cause deterioration of the reaction with lithium and hardly contribute to the charge / discharge reaction, it is preferable to remove them as much as possible to reduce the content thereof. Conventionally, techniques for removing these impurities have been disclosed, but these techniques are still insufficient.

そこで本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物に含まれるナトリウム含有量が、0.0005質量%未満であることを特徴とする。このようにすれば、ナトリウムの含有量を確実に低減させ、電池特性の向上が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質の前駆体である、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を提供することができる。 Therefore, the sodium content in the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to the embodiment of the present invention is less than 0.0005% by mass. By doing so, it is possible to provide a nickel manganese cobalt composite hydroxide which is a precursor of a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery capable of reliably reducing the sodium content and improving the battery characteristics. it can.

上述したように、従来技術ではナトリウムが0.001〜0.015は質量%残存しており、それではナトリウム低減が不十分である。また、従来技術には、ナトリウム含有量がある数値以下と記載している文献があるが、本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物や後述するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のように、ナトリウム含有量が0.0005質量%未満と極めて低い濃度となる複合水酸化物や複合酸化物は実際には開示されていない。後述する製造方法によって、ナトリウム含有量が0.0005質量%未満と極めて低い濃度を達成できる。そうすることによって、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物にした時の焼結凝集を抑制することができる。 As described above, in the prior art, 0.001 to 0.015 of sodium remains in a mass%, which is insufficient for reducing sodium. Further, although there is a document in the prior art that describes that the sodium content is a certain value or less, the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to the embodiment of the present invention and the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide described later As described above, composite hydroxides and composite oxides having an extremely low sodium content of less than 0.0005% by mass are not actually disclosed. By the production method described later, an extremely low concentration of sodium content of less than 0.0005% by mass can be achieved. By doing so, it is possible to suppress sintering and aggregation when the lithium nickel manganese cobalt composite oxide is formed.

また、上記ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物に含まれる硫酸根含有量が、0.2質量%以下、かつ塩素根含有量が0.01質量%以下であることが好ましい。このようにすれば、硫酸根、塩素根及びナトリウムの含有量を確実に低減させ、電池特性の向上が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質の前駆体である、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を提供することができる。 Further, it is preferable that the sulfate root content contained in the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide is 0.2% by mass or less and the chlorine root content is 0.01% by mass or less. In this way, nickel-manganese-cobalt composite hydroxylation, which is a precursor of the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery, which can surely reduce the contents of sulfate root, chlorine root and sodium and improve the battery characteristics. Can provide things.

上記ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物に含まれるカリウム、カルシウム、マグネシウムの少なくともいずれか1つ以上の物質の含有量が、0.0005質量%未満であることが好ましい。このようにすれば、より不純物の含有量を低減させ、かつ高空隙率化及び長寿命化によるさらなる電池特性の向上が可能なリチウムイオン二次電池を得ることが可能な正極活物質の前駆体である、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を提供することができる。 The content of at least one or more of potassium, calcium, and magnesium contained in the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide is preferably less than 0.0005% by mass. In this way, a precursor of a positive electrode active material capable of obtaining a lithium ion secondary battery capable of further reducing the content of impurities and further improving the battery characteristics by increasing the void ratio and extending the life. A nickel-manganese-cobalt composite hydroxide can be provided.

各不純物の含有量については、例えば、以下に示す分析方法を用いて求めることが出来る。ナトリウムのほか、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどは、酸分解−原子吸光分析法や、酸分解−ICP発光分光分析法などにより求めることが出来る。また、硫酸根は、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の全硫黄含有量を、燃焼赤外線吸収法や、酸分解−ICP発光分光分析法などで分析して、この全硫黄含有量を硫酸根(SO 2−)に換算することにより求めることが出来る。また、塩素根は、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を直接、又は蒸留操作で含まれる塩素根を塩化銀などの形で分離し、蛍光X線(XRF)分析法で分析することにより求めることが出来る。 The content of each impurity can be determined, for example, by using the analysis method shown below. In addition to sodium, potassium, calcium, magnesium and the like can be obtained by acid decomposition-atomic absorption spectrometry, acid decomposition-ICP emission spectroscopy and the like. For sulfate roots, the total sulfur content of nickel-manganese-cobalt composite hydroxide is analyzed by combustion infrared absorption method, acid decomposition-ICP emission spectroscopic analysis, etc., and the total sulfur content is determined by sulfate root (SO). It can be obtained by converting to 4 2- ). Chlorine roots can be obtained by separating the chlorine roots contained in nickel-manganese-cobalt composite hydroxide directly or by distillation in the form of silver chloride or the like and analyzing them by a fluorescent X-ray (XRF) analysis method. You can.

[粒度分布]
ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、その粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が、0.55以下となる様に調整されていることが好ましい。
[Particle size distribution]
The nickel-manganese-cobalt composite hydroxide is preferably adjusted so that [(d90-d10) / average particle size], which is an index showing the spread of the particle size distribution of the particles, is 0.55 or less.

仮に、粒度分布が広範囲になっており、その粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.55を超える場合は、平均粒径に対して粒径が非常に小さい微粒子や、平均粒径に対して非常に粒径の大きい粒子(大径粒子)が、多く存在し易くなる。 If the particle size distribution is wide and the index [(d90-d10) / average particle size] indicating the spread of the particle size distribution exceeds 0.55, the particle size is larger than the average particle size. A large number of very small fine particles and particles having a very large particle size (large diameter particles) with respect to the average particle size are likely to exist.

この様な、前駆体の段階における粒度分布の特徴は、焼成工程後に得られる正極活物質にも、大きな影響を及ぼす。微粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を形成した場合は、微粒子の局所的反応に起因して発熱する恐れがあり、安全性が低下する場合があるだけでなく、比表面積が大きい微粒子が選択的に劣化するので、サイクル特性が悪化する場合があるため好ましくない。その一方、大径粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を形成した場合には、電解液と正極活物質との反応面積が十分に取れず、反応抵抗の増加による電池出力が低下する場合があるため好ましくない。 Such characteristics of the particle size distribution at the precursor stage have a great influence on the positive electrode active material obtained after the firing step. When a positive electrode is formed using a positive electrode active material containing a large amount of fine particles, heat may be generated due to a local reaction of the fine particles, which may reduce safety and also have a large specific surface area. Is not preferable because the cycle characteristics may be deteriorated because the particles are selectively deteriorated. On the other hand, when the positive electrode is formed by using the positive electrode active material in which many large-diameter particles are present, the reaction area between the electrolytic solution and the positive electrode active material cannot be sufficiently obtained, and the battery output decreases due to the increase in reaction resistance. It is not preferable because it may occur.

故に、前駆体であるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の粒度分布において、〔(d90−d10)/平均粒径〕が、0.55以下であることが好ましく、正極活物質とした際の微粒子や大径粒子の割合が少なくなるので、この正極活物質を正極に用いたリチウムイオン二次電池では、より安全性に優れ、良好なサイクル特性及び電池出力を得ることが出来る。 Therefore, in the particle size distribution of the precursor nickel manganese cobalt composite hydroxide, [(d90-d10) / average particle size] is preferably 0.55 or less, and fine particles and fine particles when used as a positive electrode active material Since the proportion of large-diameter particles is reduced, a lithium ion secondary battery using this positive electrode active material as the positive electrode is more safe and can obtain good cycle characteristics and battery output.

なお、粒度分布の広がりを示す指標〔(d90−d10)/平均粒径〕では、d10は各粒径における粒子数を粒径が小さいほうから累積した時、その累積体積が全粒子の合計体積の10%となる粒径を意味している。これに対して、d90は各粒径における粒子数を粒径が小さいほうから累積した時、その累積体積が全粒子の合計体積の90%となる粒径を意味している。平均粒径や、d90、d10を求める方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー回折・散乱法を用いて測定した体積基準分布から求めることが出来る。 In the index [(d90-d10) / average particle size] indicating the spread of the particle size distribution, when the number of particles in each particle size is accumulated from the smallest particle size, the cumulative volume is the total volume of all particles. It means a particle size of 10%. On the other hand, d90 means a particle size in which the cumulative volume is 90% of the total volume of all particles when the number of particles in each particle size is accumulated from the smallest particle size. The method for obtaining the average particle size and d90 and d10 is not particularly limited, but can be obtained from, for example, a volume reference distribution measured by using a laser diffraction / scattering method.

[比表面積]
ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、比表面積が10〜80m/gとなる様に調整されていることが好ましい。比表面積が上記範囲内ならば、リチウム化合物と混合して焼成する際、溶融したリチウム化合物と接触出来る粒子表面積が十分確保でき、かつ正極活物質となった際の粒子強度も満足出来るからである。
[Specific surface area]
The nickel-manganese-cobalt composite hydroxide is preferably adjusted so that the specific surface area is 10 to 80 m 2 / g. This is because if the specific surface area is within the above range, a sufficient surface area of particles that can come into contact with the molten lithium compound can be secured when the particles are mixed with the lithium compound and fired, and the particle strength when the positive electrode active material is obtained is also satisfactory. ..

一方、比表面積が10m/gを下回ると、リチウム化合物と混合して焼成する際に、溶融したリチウム化合物との接触が不十分となり、得られるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の結晶性が低下し、正極材料としてリチウムイオン二次電池を構成する時、固相内でのリチウムの拡散を阻害して電池容量が低下する懸念性がある。また、比表面積が80m/gを超えると、リチウム化合物と混合し焼成する際に、結晶成長が進み過ぎて、層状化合物であるリチウム遷移金属複合酸化物のリチウム層にニッケルが混入するカチオンミキシングが起こり、充放電容量が減少する場合があるため好ましくない。 On the other hand, if the specific surface area is less than 10 m 2 / g, the contact with the molten lithium compound becomes insufficient when the lithium compound is mixed and fired, and the crystallinity of the obtained lithium nickel manganese cobalt composite oxide is lowered. However, when a lithium ion secondary battery is configured as a positive electrode material, there is a concern that the diffusion of lithium in the solid phase may be hindered and the battery capacity may decrease. Further, when the specific surface area exceeds 80 m 2 / g, when the mixture is mixed with a lithium compound and fired, crystal growth proceeds too much, and cation mixing in which nickel is mixed in the lithium layer of the lithium transition metal composite oxide which is a layered compound. Is not preferable because the charge / discharge capacity may decrease.

更には、本発明で得られる、二次粒子中の空隙が粒子全体にわたり分散している、多孔構造のものであれば、50〜60m/gとなる様に調整されていることが、より好ましい。比表面積が50m/g未満では、所定の空隙率が得にくく、焼成時におけるリチウム化合物との反応面積を、十分に確保することが出来ない。比表面積が60m/gを超えると、多孔構造を有する正極活物質となった際に、充填性が悪くなる場合がある。また、比表面積が上記範囲内ならば、リチウム化合物と混合して焼成する際、溶融したリチウム化合物と接触出来る粒子表面積が十分確保でき、かつ正極活物質となった際の粒子強度も更に満足出来るからである。 Further, in the case of a porous structure in which the voids in the secondary particles are dispersed throughout the particles, which is obtained in the present invention, the adjustment is made so as to be 50 to 60 m 2 / g. preferable. If the specific surface area is less than 50 m 2 / g, it is difficult to obtain a predetermined porosity, and it is not possible to sufficiently secure the reaction area with the lithium compound at the time of firing. If the specific surface area exceeds 60 m 2 / g, the filling property may deteriorate when the positive electrode active material has a porous structure. Further, when the specific surface area is within the above range, a sufficient surface area of particles that can come into contact with the molten lithium compound can be sufficiently secured when the particles are mixed with the lithium compound and fired, and the particle strength when the positive electrode active material is obtained can be further satisfied. Because.

比表面積の測定方法は、特に限定されないが、例えば、BET多点法や、BET1点法による、窒素ガス吸着・脱離法などにより求めることが出来る。 The method for measuring the specific surface area is not particularly limited, but it can be obtained by, for example, a BET multipoint method or a nitrogen gas adsorption / desorption method by the BET one-point method.

図1に、本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の断面SEM写真を示す。このように、本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、図1に示すように内部構造が多孔構造となっている。 FIG. 1 shows a cross-sectional SEM photograph of a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to an embodiment of the present invention. As described above, the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to the embodiment of the present invention has a porous internal structure as shown in FIG.

本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物によれば、特にナトリウムの含有量を確実に低減させ、かつ高空隙率化及び長寿命化によるさらなる電池特性の向上が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質の前駆体を提供することができる。また、上記の様に、ナトリウムの含有量を確実に低減させた、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を、前駆体として用いることによって、焼結凝集が抑制され、充填性が高く、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物が得られる。 According to the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to the embodiment of the present invention, the lithium ion capable of reliably reducing the sodium content and further improving the battery characteristics by increasing the void ratio and extending the life. A precursor of a positive electrode active material of a secondary battery can be provided. Further, as described above, by using the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide in which the sodium content is surely reduced as a precursor, sintering aggregation is suppressed, the filling property is high, and the capacity is increased. A lithium nickel manganese cobalt composite oxide, which is a possible positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, can be obtained.

<2.リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物>
本発明の一実施形態に係るリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、リチウム、ニッケル、マンガン、コバルトを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は上記一次粒子と上記二次粒子で構成される。そして、上記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に含まれるナトリウム含有量が0.0005質量%未満であり、上記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粒子の空隙率が50超〜80%(つまり50%より大きく80%以下)であることを特徴とする。
<2. Lithium Nickel Manganese Cobalt Composite Oxide >
The lithium nickel manganese cobalt composite oxide according to the embodiment of the present invention is composed of secondary particles in which primary particles containing lithium, nickel, manganese, and cobalt are aggregated, or the primary particles and the secondary particles. The sodium content of the lithium nickel-manganese cobalt composite oxide is less than 0.0005% by mass, and the void ratio of the particles of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide is more than 50 to 80% (that is, more than 50%). It is characterized by being largely 80% or less).

また、上記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に含まれる硫酸根含有量が、0.15質量%以下、塩素根含有量が0.005質量%以下、かつMe席占有率が93.0%以上であることが好ましい。 Further, the sulfate root content contained in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide is 0.15% by mass or less, the chlorine root content is 0.005% by mass or less, and the Me seat occupancy rate is 93.0% or more. It is preferable to have.

上記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の平均粒径を、前駆体であるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の平均粒径で除した比、即ち、「リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のMV/ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物のMV」(これ以降、「MV比」とも称する)を、焼結凝集を示す指標として評価することが出来る。そのMV比の範囲としては、0.95〜1.05であり、0.97〜1.03であることが好ましい。 The ratio obtained by dividing the average particle size of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide by the average particle size of the precursor nickel manganese cobalt composite hydroxide, that is, "MV / nickel manganese cobalt of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide". The "MV of the composite hydroxide" (hereinafter, also referred to as "MV ratio") can be evaluated as an index showing sintering aggregation. The range of the MV ratio is 0.95 to 1.05, preferably 0.97 to 1.03.

このMV比が、上記の範囲である場合、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発生していない、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物から構成されていることになる。この様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、特性のばらつきが少なく均一性に優れたものとなる。 When this MV ratio is in the above range, the positive electrode active material is composed of a lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide in which agglomeration of secondary particles hardly occurs due to sintering agglomeration. Become. A secondary battery using such a positive electrode active material has high filling property, high capacity, and excellent uniformity with little variation in characteristics.

その一方、MV比が1.05を超える場合、焼結凝集に伴い、比表面積及び充填性が低下することがある。この様な正極活物質を用いた二次電池は、反応性が悪化することにより、出力特性及び電池容量が低下することがある。また、繰り返して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、選択的に崩壊が起こり、サイクル特性を大きく損なう恐れもあるため、安全に見積もるならば、1.05以下であり、1.03以下であることが好ましい。 On the other hand, when the MV ratio exceeds 1.05, the specific surface area and the filling property may decrease due to sintering and aggregation. A secondary battery using such a positive electrode active material may deteriorate in output characteristics and battery capacity due to deterioration in reactivity. In addition, when charging and discharging are repeated, there is a risk that the positive electrode will selectively collapse from the weakly-strength part where the secondary particles are agglomerated, and the cycle characteristics will be significantly impaired. For example, it is 1.05 or less, and preferably 1.03 or less.

更に、MV比が0.95未満である場合、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の製造工程において、二次粒子から一次粒子の一部が欠落して、粒径が減少したことが考えられ、これにより、粒度分布が広くなることがあるため、0.95以上であり、0.97以上であることが好ましい。 Further, when the MV ratio is less than 0.95, it is considered that a part of the primary particles is missing from the secondary particles in the manufacturing process of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide, and the particle size is reduced. As a result, the particle size distribution may become wider, so it is 0.95 or more, preferably 0.97 or more.

なお、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物のMVは、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を製造する際に、前駆体として用いたニッケルマンガンコバルト複合水酸化物のMVを意味する。また、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のMVは、解砕工程を行う場合、解砕工程を行った後のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のMVを意味する。なお、それぞれの粒子のMVは、レーザー回折・散乱方式の粒度分析測定装置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平均値となる粒径を意味する。 The MV of the nickel manganese cobalt composite hydroxide means the MV of the nickel manganese cobalt composite hydroxide used as a precursor in producing the lithium nickel manganese cobalt composite oxide. Further, the MV of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide means the MV of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide after the crushing step when the crushing step is performed. The MV of each particle can be measured by a laser diffraction / scattering type particle size analysis and measurement device, and the number of particles at each particle size is accumulated from the side with the smaller particle size, and the cumulative volume is the total volume of all particles. It means the particle size which is the average value of the total volume.

また、無作為に選択した100個以上のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粒子を、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した際に、二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、5%以下であってもよく、3%以下であってもよく、2%以下であってもよい。二次粒子の凝集が観察される個数が上記範囲である場合、二次粒子の焼結凝集が十分に抑制されていることを示す。また、正極活物質のMVが上述した範囲である場合、二次粒子の凝集が観察される個数を容易に上記範囲とすることが出来る。なお、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察する際の倍率は、例えば、1000倍程度である。 In addition, when 100 or more randomly selected particles of lithium nickel manganese cobalt composite oxide were observed by a scanning electron microscope (SEM), the number of particles in which agglomeration of secondary particles was observed was the total number observed. It may be 5% or less, 3% or less, or 2% or less with respect to the number of secondary particles. When the number of observed agglutination of secondary particles is in the above range, it indicates that the sintering agglutination of secondary particles is sufficiently suppressed. Further, when the MV of the positive electrode active material is in the above range, the number of observed aggregation of secondary particles can be easily set in the above range. The magnification when observing with a scanning electron microscope (SEM) is, for example, about 1000 times.

二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、5%以下である場合、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発生していない、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物から構成していることになる。この様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、特性のばらつきが少なく均一性に優れたものとなる。 When the number of observed secondary particle aggregation is 5% or less of the total number of observed secondary particles, the positive electrode active material almost causes aggregation of secondary particles due to sintering aggregation. It is composed of lithium nickel manganese cobalt composite oxide which is not used. A secondary battery using such a positive electrode active material has high filling property, high capacity, and excellent uniformity with little variation in characteristics.

その一方、二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、5%を超える場合、焼結凝集に伴い、比表面積及び充填性が低下することがある。この様な正極活物質を用いた二次電池は、反応性が悪化することにより、出力特性及び電池容量が低下することがある。また、繰り返して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、選択的に崩壊が起こり、サイクル特性を大きく損なう恐れもあるため、安全に見積もるならば、5%以下であることが好ましい。 On the other hand, when the number of observed secondary particle aggregation exceeds 5% of the total number of observed secondary particles, the specific surface area and filling property may decrease due to sintering aggregation. A secondary battery using such a positive electrode active material may deteriorate in output characteristics and battery capacity due to deterioration in reactivity. In addition, when charging and discharging are repeated, there is a risk that the positive electrode will selectively collapse from the weakly-strength part where the secondary particles are agglomerated, and the cycle characteristics will be significantly impaired. For example, it is preferably 5% or less.

上記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に含まれるカリウム、カルシウム、マグネシウムの少なくともいずれか1つ以上の物質の含有量が、0.0005質量%未満であることが好ましい。このようにすれば、より不純物の含有量を低減させ、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を提供することができる。 The content of at least one or more of potassium, calcium, and magnesium contained in the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide is preferably less than 0.0005% by mass. By doing so, it is possible to provide a lithium nickel manganese cobalt composite oxide which is a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery capable of further reducing the content of impurities and increasing the capacity.

上記のニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、リチウム化合物と混合し焼成することでリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を生成することが出来る。そして、上記のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、リチウムイオン二次電池用の正極活物質の原料として用いることが出来る。 The above nickel-manganese-cobalt composite hydroxide can be mixed with a lithium compound and fired to produce a lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide. The lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide can be used as a raw material for a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.

正極活物質として用いられるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、前駆体であるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物と、炭酸リチウム(LiCO:融点723℃)や、水酸化リチウム(LiOH:融点462℃)のほか、硝酸リチウム(LiNO:融点261℃)、塩化リチウム(LiCl:融点613℃)、硫酸リチウム(LiSO:融点859℃)などのリチウム化合物との混合後、焼成工程を経ることで得られる。 Lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide used as the positive electrode active material includes the precursor nickel-manganese-cobalt composite hydroxide, lithium carbonate (Li 2 CO 3 : melting point 723 ° C.), and lithium hydroxide (LiOH: melting point 462). After mixing with lithium compounds such as lithium nitrate (LiNO 3 : melting point 261 ° C.), lithium chloride (LiCl: melting point 613 ° C.), lithium sulfate (Li 2 SO 4 : melting point 859 ° C.), the firing step is performed. Obtained by passing.

リチウム化合物に関しては、取り扱いの容易さや品質の安定性を考慮すると、炭酸リチウム、又は水酸化リチウムを用いることが特に好ましい。 Regarding the lithium compound, it is particularly preferable to use lithium carbonate or lithium hydroxide in consideration of ease of handling and stability of quality.

この焼成工程では、リチウム化合物の構成成分ともなる、炭酸根、水酸基、硝酸根、塩素根、硫酸根は揮発するが、ごく一部は正極活物質に残存する。その他、ナトリウムなどの不揮発成分をはじめ、粒度分布や比表面積のほか、二次粒子の多孔構造については、前駆体であるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の特徴を、ほぼ引き継ぐこととなる。 In this firing step, carbonate roots, hydroxyl groups, nitrate roots, chlorine roots, and sulfate roots, which are also constituents of the lithium compound, volatilize, but only a small part remains in the positive electrode active material. In addition to the particle size distribution and specific surface area, including non-volatile components such as sodium, the porous structure of secondary particles will almost inherit the characteristics of the precursor nickel-manganese-cobalt composite hydroxide.

本発明の一実施形態に係るリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物によれば、特にナトリウムの含有量を確実に低減させ、かつ高空隙率化及び長寿命化によるさらなる電池特性の向上が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質を提供することができる。 According to the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide according to the embodiment of the present invention, the lithium ion capable of reliably reducing the sodium content and further improving the battery characteristics by increasing the void ratio and extending the life. A positive electrode active material for a secondary battery can be provided.

<3.ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法>
次に本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法について、図2を用いて説明する。本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法は、ニッケル、マンガン、コバルトを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は上記一次粒子と上記二次粒子で構成された、正極活物質の前駆体の製造方法である。そして、図2に示すように、晶析工程S10と洗浄工程S20とを有する。
<3. Manufacturing method of nickel-manganese-cobalt composite hydroxide>
Next, a method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to an embodiment of the present invention comprises secondary particles in which primary particles containing nickel, manganese, and cobalt are aggregated, or the primary particles and the secondary particles. This is a method for producing a precursor of a positive electrode active material. Then, as shown in FIG. 2, it has a crystallization step S10 and a washing step S20.

晶析工程S10では、ニッケル、マンガン、コバルトを含む原料溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む溶液と、アルカリ溶液とを添加して得られた反応溶液中で晶析し、遷移金属複合水酸化物を得る。そして、洗浄工程S20では、上記晶析工程S10で得られた上記遷移金属複合水酸化物を、洗浄液で洗浄する。 In the crystallization step S10, a transition metal composite hydroxide is crystallized in a reaction solution obtained by adding a raw material solution containing nickel, manganese, and cobalt, a solution containing an ammonium ion feeder, and an alkaline solution. To get. Then, in the washing step S20, the transition metal composite hydroxide obtained in the crystallization step S10 is washed with a washing liquid.

また、上記晶析工程S10における上記アルカリ溶液は、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩との混合溶液であり、上記混合溶液の上記アルカリ金属水酸化物に対する上記炭酸塩のモル比である[CO 2−]/[OH]が、0.002〜0.050であり、上記晶析工程S10では、酸化性雰囲気と非酸化性雰囲気の2段階で雰囲気を複数回切り替えて晶析を行い、上記洗浄工程S20における上記洗浄液は、濃度が0.05mol/L以上の炭酸水素アンモニウム溶液であることを特徴とする。以下、工程ごとに詳細に説明する。 Further, the alkaline solution in the crystallization step S10 is a mixed solution of an alkali metal hydroxide and a carbonate, and is a molar ratio of the carbonate to the alkali metal hydroxide in the mixed solution [CO 3]. 2- ] / [OH ] is 0.002 to 0.050, and in the crystallization step S10, crystallization is performed by switching the atmosphere a plurality of times in two stages of an oxidizing atmosphere and a non-oxidizing atmosphere. The cleaning solution in the cleaning step S20 is characterized by being an ammonium hydrogen carbonate solution having a concentration of 0.05 mol / L or more. Hereinafter, each step will be described in detail.

<3−1.晶析工程>
晶析工程S10では、ニッケル、マンガン、コバルトを含む原料溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む溶液と、アルカリ溶液とを添加して得られた反応溶液中で晶析し、遷移金属複合水酸化物を得る。
<3-1. Crystallization process>
In the crystallization step S10, a transition metal composite hydroxide is crystallized in a reaction solution obtained by adding a raw material solution containing nickel, manganese, and cobalt, a solution containing an ammonium ion feeder, and an alkaline solution. To get.

また、晶析工程S10は、更に核生成工程S11と、粒子成長工程S12とを有することが好ましい。核生成工程S11では、液温25℃を基準に測定するpHが12.0〜14.0となる様、アルカリ溶液を添加し反応溶液中で核生成を行い、粒子成長工程S12では、核生成工程S11で形成された核を含有する反応溶液中に、液温25℃を基準に測定するpHが10.5〜12.0となる様、アルカリ溶液を添加することが好ましい。詳細は後述する。 Further, the crystallization step S10 preferably further includes a nucleation step S11 and a particle growth step S12. In the nucleation step S11, an alkaline solution is added and nucleation is performed in the reaction solution so that the pH measured based on the liquid temperature of 25 ° C. is 12.0 to 14.0. In the particle growth step S12, nucleation is performed. It is preferable to add an alkaline solution to the reaction solution containing nuclei formed in step S11 so that the pH measured with reference to the liquid temperature of 25 ° C. is 10.5-12.0. Details will be described later.

従来の連続晶析法では、核生成反応と核成長反応とが、同じ反応槽内で同時に進行するため、得られる前駆体の粒度分布が広範囲となっていた。これに対して、本発明におけるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法は、主として核生成反応が生じる時間(核生成工程)と、主として粒子成長反応が生じる時間(粒子成長工程)とを明確に分離することで、両工程を同じ反応槽内で行ったとしても、狭い粒度分布を持つ遷移金属複合水酸化物が得られる。また、アルカリ溶液を、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩の混合溶液とすることで、不純物である硫酸根などを低減することが出来る。 In the conventional continuous crystallization method, the nucleation reaction and the nucleation reaction proceed simultaneously in the same reaction vessel, so that the particle size distribution of the obtained precursor is wide. On the other hand, in the method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide in the present invention, the time when the nucleation reaction mainly occurs (nucleation step) and the time when the particle growth reaction mainly occurs (particle growth step) are clarified. By separating, a transition metal composite hydroxide having a narrow particle size distribution can be obtained even if both steps are performed in the same reaction vessel. Further, by making the alkaline solution a mixed solution of alkali metal hydroxide and carbonate, impurities such as sulfate roots can be reduced.

以下に、本発明におけるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法で用いる材料や、条件について詳細に説明する。 The materials and conditions used in the method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide in the present invention will be described in detail below.

[ニッケル、マンガン、コバルトを含む原料溶液]
ニッケル、マンガン、コバルトを含む原料溶液に用いられる、ニッケル塩、マンガン塩、コバルト塩などの金属塩としては、水溶性の化合物であれば、特に限定するものではないが、硫酸塩、硝酸塩、塩化物などを使用することが出来る。例えば、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトを用いるのが好ましい。
[Raw material solution containing nickel, manganese and cobalt]
The metal salt such as nickel salt, manganese salt, and cobalt salt used in the raw material solution containing nickel, manganese, and cobalt is not particularly limited as long as it is a water-soluble compound, but is sulfate, nitrate, and chloride. You can use things. For example, nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate are preferably used.

また、必要に応じて、1種以上の添加元素Mを含む化合物を、所定の割合で混合し、原料溶液を作製することも出来る。この場合の晶析工程S10では、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wの中の1種以上を含む化合物を用いることが好ましく、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、硝酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、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用いることが出来る。 Further, if necessary, a compound containing one or more kinds of additive elements M can be mixed at a predetermined ratio to prepare a raw material solution. In the crystallization step S10 in this case, it is preferable to use a compound containing at least one of Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, and W, and titanium sulfate, ammonium peroxotitanium, and titanium oxalate are used. Potassium, vanadium sulfate, ammonium vanadate, chromium sulfate, potassium chromate, zirconium sulfate, zirconium nitrate, niobium oxalate, ammonium molybdate, sodium tungstate, ammonium tungstate and the like can be used.

また、晶析によって得られたニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を、1種以上の添加元素Mを含む水溶液と混合してスラリー化し、pHを調整することにより、1種以上の添加元素Mを含む化合物で、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を被覆してもよい。 Further, the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide obtained by crystallization is mixed with an aqueous solution containing one or more additive elements M to form a slurry, and the pH is adjusted to contain one or more additive elements M. The compound may be coated with a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide.

原料溶液の濃度は、金属塩の合計で1.0〜2.6mol/Lとすることが好ましく、1.0〜2.2mol/Lとすることがより好ましい。1.0mol/L未満であると、得られる水酸化物スラリー濃度が低く、生産性に劣る。一方、2.6mol/Lを超えると、−5℃以下で結晶析出や凍結が起こり、設備の配管を詰まらせる恐れがあり、配管の保温若しくは加温を行わなければならず、コストが掛かる。 The concentration of the raw material solution is preferably 1.0 to 2.6 mol / L in total of the metal salts, and more preferably 1.0 to 2.2 mol / L. If it is less than 1.0 mol / L, the concentration of the obtained hydroxide slurry is low and the productivity is inferior. On the other hand, if it exceeds 2.6 mol / L, crystal precipitation or freezing occurs at −5 ° C. or lower, which may clog the piping of the equipment, and the piping must be kept warm or heated, which is costly.

更に、原料溶液を反応槽に供給する量は、晶析反応を終えた時点での晶析物濃度が、概ね30〜250g/L、更には80〜150g/Lになる様にすることが好ましい。晶析物濃度が30g/L未満の場合には、一次粒子の凝集が不十分になることがあり、250g/Lを超える場合には、添加する原料溶液の反応槽内での拡散が十分でなく、粒子成長に偏りが生じることがある。 Further, the amount of the raw material solution supplied to the reaction vessel is preferably such that the concentration of the crystallized product at the time when the crystallization reaction is completed is approximately 30 to 250 g / L, more preferably 80 to 150 g / L. .. If the concentration of the crystallized product is less than 30 g / L, the aggregation of the primary particles may be insufficient, and if it exceeds 250 g / L, the raw material solution to be added is sufficiently diffused in the reaction vessel. However, the particle growth may be biased.

[アンモニウムイオン供給体]
反応溶液中のアンモニウムイオン供給体は、水溶性化合物ならば、特に限定するものではなく、アンモニア水、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、フッ化アンモニウムなどを使用することができ、例えば、アンモニア水、硫酸アンモニウムを用いるのが好ましい。
[Ammonium ion feeder]
The ammonium ion feeder in the reaction solution is not particularly limited as long as it is a water-soluble compound, and aqueous ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride and the like can be used, for example, aqueous ammonia. It is preferable to use ammonium sulfate.

反応溶液中のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは3〜25g/L、より好ましくは5〜20g/L、更に好ましくは5〜15g/Lとなる様に調節する。反応溶液中にアンモニウムイオンが存在することにより、金属イオン、特にニッケルイオンはアンミン錯体を形成し、金属イオンの溶解度が大きくなり、一次粒子の成長が促進され、緻密なニッケルマンガンコバルト複合水酸化物粒子が得られ易い。更には、金属イオンの溶解度が安定するため、形状及び粒径が整ったニッケルマンガンコバルト複合水酸化物粒子が得られ易い。そして、反応溶液中のアンモニウムイオン濃度を3〜25g/Lとすることで、より緻密で形状及び粒径が整った複合水酸化物粒子が得られ易い。 The ammonium ion concentration in the reaction solution is preferably adjusted to 3 to 25 g / L, more preferably 5 to 20 g / L, and even more preferably 5 to 15 g / L. Due to the presence of ammonium ions in the reaction solution, metal ions, especially nickel ions, form an ammine complex, increase the solubility of the metal ions, promote the growth of primary particles, and dense nickel-manganese-cobalt composite hydroxide. Particles are easy to obtain. Furthermore, since the solubility of metal ions is stable, nickel-manganese-cobalt composite hydroxide particles having a uniform shape and particle size can be easily obtained. By setting the ammonium ion concentration in the reaction solution to 3 to 25 g / L, it is easy to obtain composite hydroxide particles having a finer shape and a uniform particle size.

反応溶液中のアンモニウムイオン濃度が3g/L未満であると、金属イオンの溶解度が不安定になる場合があり、形状及び粒径が整った一次粒子が形成されず、ゲル状の核が生成して粒度分布が広くなることがある。これに対して、アンモニウムイオン濃度が25g/Lを超える濃度では、金属イオンの溶解度が大きくなり過ぎ、反応溶液中に残存する金属イオン量が増えることにより、組成のずれが起きる場合がある。なお、アンモニウムイオンの濃度は、イオン電極法(イオンメータ)によって測定することが出来る。 If the ammonium ion concentration in the reaction solution is less than 3 g / L, the solubility of metal ions may become unstable, primary particles with a uniform shape and particle size are not formed, and gel-like nuclei are formed. The particle size distribution may become wider. On the other hand, when the ammonium ion concentration exceeds 25 g / L, the solubility of the metal ion becomes too large, and the amount of the metal ion remaining in the reaction solution increases, which may cause a deviation in the composition. The concentration of ammonium ions can be measured by the ion electrode method (ion meter).

[アルカリ溶液]
アルカリ溶液は、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩の混合溶液で調整される。アルカリ溶液は、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩のモル比を表す[CO 2−]/[OH]が、0.002〜0.050である。また、0.005〜0.030であることがより好ましく、0.010〜0.025であることが更に好ましい。
[Alkaline solution]
The alkaline solution is prepared with a mixed solution of alkali metal hydroxide and carbonate. The alkaline solution has [CO 3 2- ] / [OH ], which represents the molar ratio of alkali metal hydroxide to carbonate, of 0.002 to 0.050. Further, it is more preferably 0.005 to 0.030, and further preferably 0.010 to 0.025.

アルカリ溶液を、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩の混合溶液とすることで、晶析工程S10において得られるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物に、不純物として残留する硫酸根や塩素根などの陰イオンを、炭酸根と置換除去することが出来る。炭酸根は、硫酸根や塩素根などに比べて、強熱することで、より揮発し易く、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物とリチウム化合物を混合し、焼成する工程で優先的に揮発するため、正極材料であるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物には、殆ど残留しない。 By making the alkaline solution a mixed solution of alkali metal hydroxide and carbonate, anions such as sulfate roots and chlorine roots remaining as impurities are added to the nickel manganese cobalt composite hydroxide obtained in the crystallization step S10. , Carbonate root can be replaced and removed. Compared to sulfate roots and chlorine roots, carbonated roots are more likely to volatilize when heated, and are preferentially volatilized in the process of mixing nickel-manganese-cobalt composite hydroxide and lithium compound and firing. It hardly remains in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide which is a positive electrode material.

[CO 2−]/[OH]が0.002未満であると、晶析工程S10において、原料由来の不純物である硫酸根や塩素根と炭酸イオンとの置換が不十分となり、これらの不純物をニッケルマンガンコバルト複合水酸化物中に取り込み易くなる。一方、[CO 2−]/[OH]が0.050を超えても、原料由来の不純物である硫酸根や塩素根の低減は変わらず、過剰に加えた炭酸塩は、コストを増加させる。 If [CO 3 2- ] / [OH ] is less than 0.002, the substitution of sulfate roots and chlorine roots, which are impurities derived from the raw materials, with carbonate ions becomes insufficient in the crystallization step S10, and these Impurities can be easily incorporated into the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide. On the other hand, even if [CO 3 2- ] / [OH ] exceeds 0.050, the reduction of sulfate roots and chlorine roots, which are impurities derived from raw materials, does not change, and excessive carbonate addition increases the cost. Let me.

アルカリ金属水酸化物は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの中の1種以上であることが好ましく、水に溶解し易い化合物は添加量を制御し易く好ましい。 The alkali metal hydroxide is preferably one or more of lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide, and a compound that is easily dissolved in water is preferable because the amount of addition can be easily controlled.

炭酸塩は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウムの中の1種以上であることが好ましく、水に溶解し易い化合物は添加量を制御し易く好ましい。 The carbonate is preferably one or more of sodium carbonate, potassium carbonate, and ammonium carbonate, and a compound that is easily dissolved in water is preferable because the amount of addition can be easily controlled.

また、アルカリ溶液を反応槽に添加する方法については、特に限定されるものではなく、定量ポンプなど、流量制御が可能なポンプで、反応溶液のpHが後述する範囲に保持される様に、添加すればよい。 The method of adding the alkaline solution to the reaction vessel is not particularly limited, and the solution is added so that the pH of the reaction solution is maintained in the range described later with a pump capable of controlling the flow rate, such as a metering pump. do it.

[pH制御]
晶析工程S10では、液温25℃を基準に測定する反応溶液のpHが12.0〜14.0になる様に、アルカリ溶液を添加して、核生成を行う核生成工程S11と、この核生成工程S11において形成された核を含有する粒子成長用溶液を、液温25℃を基準に測定するpHが10.5〜12.0となる様に、アルカリ溶液を添加して、核を成長させる粒子成長工程S12とからなることがより好ましい。
[PH control]
In the crystallization step S10, a nucleation step S11 in which an alkaline solution is added to perform nucleation so that the pH of the reaction solution measured based on the liquid temperature of 25 ° C. becomes 12.0 to 14.0, and this nucleation step S11. An alkaline solution is added to the particle growth solution containing the nuclei formed in the nucleation step S11 so that the pH measured at a liquid temperature of 25 ° C. is 10.5-12.0, and the nuclei are formed. It is more preferable to include the particle growth step S12 to be grown.

つまり、核生成反応と粒子成長反応とが、同じ槽内において同じ時期に進行するのではなく、主として核生成反応(核生成工程S11)が生じる時間と、主として粒子成長反応(粒子成長工程S12)が生じる時間とを明確に分離したことを特徴としている。以下に核生成工程S11及び粒子成長工程S12を詳細に説明する。 That is, the nucleation reaction and the particle growth reaction do not proceed at the same time in the same tank, but mainly the time during which the nucleation reaction (nucleation step S11) occurs and the particle growth reaction (particle growth step S12). It is characterized by a clear separation from the time when The nucleation step S11 and the particle growth step S12 will be described in detail below.

<3−1−1.核生成工程>
核生成工程S11では、反応溶液のpHが、液温25℃基準で12.0〜14.0の範囲となる様に制御することが好ましい。pHが14.0を超える場合、生成する核が微細になり過ぎ、反応溶液がゲル化する場合がある。また、pHが12.0未満では、核形成と共に、核の成長反応が生じるので、形成される核の粒度分布の範囲が広くなり、不均質なものとなってしまう場合がある。
<3-1-1. Nucleation process>
In the nucleation step S11, it is preferable to control the pH of the reaction solution so as to be in the range of 12.0 to 14.0 based on the liquid temperature of 25 ° C. If the pH exceeds 14.0, the nuclei produced may become too fine and the reaction solution may gel. On the other hand, if the pH is less than 12.0, the nucleation and the growth reaction of the nuclei occur, so that the range of the particle size distribution of the nuclei formed becomes wide and may become inhomogeneous.

即ち、核生成工程S11において、12.0〜14.0の範囲に反応溶液のpHを制御することで、核の成長を抑制して、ほぼ核生成のみを起こすことができ、形成される核も均質かつ粒度分布の範囲がより狭いものとすることが出来る。 That is, in the nucleation step S11, by controlling the pH of the reaction solution in the range of 12.0 to 14.0, the growth of nuclei can be suppressed and almost only nucleation can occur, and the nuclei formed. Can also be homogeneous and have a narrower range of particle size distribution.

<3−1−2.粒子成長工程>
粒子成長工程S12においては、反応溶液のpHが、液温25℃基準で10.5〜12.0とすることが好ましく、より好ましくは11.0〜12.0の範囲である。pHが12.0を超える場合は、新たに生成される核が多くなり、微細二次粒子が生成するため、粒度分布が良好な水酸化物が得られない場合がある。また、pHが10.5未満では、アンモニウムイオンによる溶解度が高く、析出せずに液中に残る金属イオンが増えるため、生産効率が悪化する場合がある。
<3-1-2. Particle growth process>
In the particle growth step S12, the pH of the reaction solution is preferably 10.5 to 12.0 based on the liquid temperature of 25 ° C., and more preferably 11.0 to 12.0. When the pH exceeds 12.0, the number of newly generated nuclei increases and fine secondary particles are generated, so that a hydroxide having a good particle size distribution may not be obtained. On the other hand, when the pH is less than 10.5, the solubility of ammonium ions is high, and the amount of metal ions remaining in the liquid without precipitation increases, so that the production efficiency may deteriorate.

つまり、粒子成長工程S12において、10.5〜12.0の範囲に反応溶液のpHを制御することで、核生成工程S11で生成した核の成長のみを優先的に起こさせ、新たな核形成を抑制することができ、得られるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を、均質かつ粒度分布の範囲をより狭いものとすることが出来る。 That is, in the particle growth step S12, by controlling the pH of the reaction solution in the range of 10.5 to 12.0, only the growth of the nuclei produced in the nucleation step S11 is preferentially caused, and new nucleation is formed. The resulting nickel-manganese-cobalt composite hydroxide can be homogeneous and have a narrower particle size distribution range.

なお、pHが12.0の場合には、核生成と核成長の境界条件であるため、反応溶液中に存在する核の有無により、核生成工程若しくは粒子成長工程のいずれかの条件とすることが出来る。即ち、核生成工程S11のpH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S12でpHを12.0とすると、反応水溶液中に多量の核が存在するため、核の成長が優先して起こり、より粒度分布が狭く比較的大きな粒径の上記水酸化物が得られる。 When the pH is 12.0, it is a boundary condition between nucleation and nuclear growth. Therefore, depending on the presence or absence of nuclei present in the reaction solution, either the nucleation step or the particle growth step should be used. Can be done. That is, if the pH of the nucleation step S11 is set higher than 12.0 to generate a large amount of nuclei and then the pH is set to 12.0 in the particle growth step S12, a large amount of nuclei are present in the reaction aqueous solution. The above-mentioned hydroxide having a narrower particle size distribution and a relatively large particle size can be obtained.

その一方、反応溶液中に核が存在しない状態、つまり、核生成工程S11においてpHを12.0とした場合には、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S12のpHを12.0より小さくすることで、生成した核が成長してより良好な水酸化物が得られる。 On the other hand, when there are no nuclei in the reaction solution, that is, when the pH is set to 12.0 in the nucleation step S11, since there are no nuclei to grow, nucleation occurs preferentially, and the particle growth step By lowering the pH of S12 below 12.0, the nuclei produced grow and better hydroxides are obtained.

いずれの場合においても、粒子成長工程S12のpHを、核生成工程S11のpHより低い値で制御すればよく、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S12のpHを、核生成工程S11のpHより0.5以上低くすることが好ましく、1.0以上低くすることがより好ましい。 In any case, the pH of the particle growth step S12 may be controlled to a value lower than the pH of the nucleation step S11, and in order to clearly separate nucleation and particle growth, the pH of the particle growth step S12 should be adjusted. , The pH of the nucleation step S11 is preferably 0.5 or more, and more preferably 1.0 or more.

以上の様に、核生成工程S11と粒子成長工程S12をpHにより明確に分離することで、核生成工程S11では核生成が優先して起こり、核の成長は殆ど生じず、逆に、粒子成長工程S12では核成長のみが生じ、殆ど新しい核は生成されない。これにより、核生成工程S11では、粒度分布の範囲が狭く均質な核を形成させることができ、また、粒子成長工程S12では、均質に核を成長させることが出来る。従って、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法では、粒度分布の範囲がより狭く均質なニッケルマンガンコバルト複合水酸化物粒子を得ることが出来る。 As described above, by clearly separating the nucleation step S11 and the particle growth step S12 by pH, nucleation occurs preferentially in the nucleation step S11, nucleation hardly occurs, and conversely, particle growth occurs. In step S12, only nucleation occurs and almost no new nuclei are produced. As a result, in the nucleation step S11, a homogeneous nucleus having a narrow particle size distribution range can be formed, and in the particle growth step S12, the nucleus can be uniformly grown. Therefore, in the method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide, it is possible to obtain uniform nickel-manganese-cobalt composite hydroxide particles having a narrower particle size distribution range.

[反応溶液温度]
反応槽内において、反応溶液の温度は、好ましくは20〜80℃、より好ましくは30〜70℃、更に好ましくは35〜60℃に設定する。反応溶液の温度が20℃未満の場合には、金属イオンの溶解度が低いため、核発生が起こり易く制御が難しくなる。その一方、80℃を超える場合は、アンモニアの揮発が促進されるので、所定のアンモニア濃度を保つために、過剰のアンモニウムイオン供給体を添加しなければならならず、コスト高となる。
[Reaction solution temperature]
In the reaction vessel, the temperature of the reaction solution is preferably set to 20 to 80 ° C, more preferably 30 to 70 ° C, and even more preferably 35 to 60 ° C. When the temperature of the reaction solution is less than 20 ° C., the solubility of metal ions is low, so that nucleation is likely to occur and control becomes difficult. On the other hand, if the temperature exceeds 80 ° C., the volatilization of ammonia is promoted, so that an excess ammonium ion feeder must be added in order to maintain a predetermined ammonia concentration, resulting in high cost.

[反応雰囲気]
ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の粒径及び粒子構造は、晶析工程S10における反応雰囲気によっても制御される。従って、本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法における晶析工程S10では、酸化性雰囲気と非酸化性雰囲気の2段階で雰囲気を複数回切り替えて晶析を行う。具体的には、酸化性雰囲気で晶析を行い、その後、非酸化性雰囲気に反応槽内の雰囲気を切り替えて晶析を行い、更に酸化性雰囲気、非酸化性雰囲気を適宜複数回切り替えて晶析を行う。
[Reaction atmosphere]
The particle size and particle structure of the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide are also controlled by the reaction atmosphere in the crystallization step S10. Therefore, in the crystallization step S10 in the method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to an embodiment of the present invention, crystallization is performed by switching the atmosphere a plurality of times in two stages of an oxidizing atmosphere and a non-oxidizing atmosphere. Specifically, crystallization is performed in an oxidizing atmosphere, then the atmosphere in the reaction vessel is switched to a non-oxidizing atmosphere for crystallization, and then the oxidizing atmosphere and the non-oxidizing atmosphere are appropriately switched a plurality of times to crystallize. Perform analysis.

晶析工程S10中の反応槽内の雰囲気を非酸化性雰囲気に制御した場合、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を形成する一次粒子の成長が促進されて、一次粒子が大きく緻密で、粒径が適度に大きな二次粒子が形成される。一方、晶析工程中の反応槽内の雰囲気を酸化性雰囲気に制御した場合、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を形成する一次粒子の成長が抑制され、微細一次粒子からなり、粒子中心部に空間、若しくは微細な空隙が多数分散する二次粒子が形成される。 When the atmosphere in the reaction vessel in the crystallization step S10 is controlled to a non-oxidizing atmosphere, the growth of the primary particles forming the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide is promoted, the primary particles are large and dense, and the particle size is large. Moderately large secondary particles are formed. On the other hand, when the atmosphere in the reaction vessel during the crystallization step is controlled to an oxidizing atmosphere, the growth of the primary particles forming the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide is suppressed, and the particles are composed of fine primary particles, and the space is located in the center of the particles. Or, secondary particles in which a large number of fine voids are dispersed are formed.

本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法は、この晶析工程S10で、酸化性雰囲気と非酸化性雰囲気の2段階で雰囲気を複数回切り替えて晶析を行う。上記の雰囲気を複数回切り替え適宜調整することによって、多孔構造を造り込む場合における粒子の中空部の大きさ、及び、多孔構造を造り込む場合における空隙部の割合を、制御することが出来る。 In the method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to an embodiment of the present invention, in this crystallization step S10, crystallization is performed by switching the atmosphere a plurality of times in two stages of an oxidizing atmosphere and a non-oxidizing atmosphere. By switching the above atmosphere a plurality of times and adjusting appropriately, it is possible to control the size of the hollow portion of the particles when the porous structure is built and the ratio of the void portion when the porous structure is built.

ところで、非酸化性雰囲気とは、酸素濃度が5.0容量%以下、好ましくは2.5容量%以下、より好ましくは1.0容量%以下の酸素と、不活性ガスの混合雰囲気を示す。この様な非酸化性雰囲気に、反応槽内空間を保つための手段としては、窒素などの不活性ガスを、反応槽内空間部へ流通させること、更には反応溶液中に不活性ガスをバブリングさせることが挙げられる。なお晶析工程S10における、バブリングの好ましい流量は、3〜7L/分であり、より好ましくは5L/分程度である。 By the way, the non-oxidizing atmosphere indicates a mixed atmosphere of oxygen having an oxygen concentration of 5.0% by volume or less, preferably 2.5% by volume or less, more preferably 1.0% by volume or less, and an inert gas. As a means for maintaining the space inside the reaction vessel in such a non-oxidizing atmosphere, an inert gas such as nitrogen is circulated to the space inside the reaction vessel, and the inert gas is bubbled in the reaction solution. It can be mentioned to make it. The preferable flow rate of bubbling in the crystallization step S10 is 3 to 7 L / min, more preferably about 5 L / min.

一方、酸化性雰囲気とは、酸素濃度が5.0容量%を超える、好ましくは10.0容量%以上、より好ましくは15.0容量%以上の雰囲気を示す。この様な酸化性雰囲気に、反応槽内空間を保つための手段としては、大気などを反応槽内空間部へ流通させること、更に反応溶液中に大気などをバブリングさせることが挙げられる。 On the other hand, the oxidizing atmosphere means an atmosphere in which the oxygen concentration exceeds 5.0% by volume, preferably 10.0% by volume or more, and more preferably 15.0% by volume or more. As a means for maintaining the space inside the reaction vessel in such an oxidizing atmosphere, it is possible to circulate the atmosphere or the like to the space inside the reaction vessel, and to bubbling the atmosphere or the like in the reaction solution.

多孔構造を造り込む場合には、反応槽内の雰囲気を酸化性雰囲気(通常、21容量%を超える酸素濃度、例えば、大気雰囲気)から不活性雰囲気又は酸素濃度を0.2容量%以下に制御した非酸化性雰囲気への切り換えを、複数回数繰り返すことにより、晶析状態を変化させることで、得られる金属複合水酸化物の空隙率を50超〜80%(つまり50%より大きく80%以下)に制御して、多孔構造を有するニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を製造する。なお、雰囲気を変えた晶析処理を繰り返す回数については、空隙率を測定して設定するが、各晶析処理における晶析時間は、0.5〜4時間の範囲で、その合計の晶析時間は、0.5〜5時間の範囲であり、水酸化物粒子の大きさや、多孔の大きさ、緻密部の厚みなどから、適宜調整される。 When constructing a porous structure, the atmosphere in the reaction vessel is controlled from an oxidizing atmosphere (usually, an oxygen concentration exceeding 21% by volume, for example, an air atmosphere) to an inert atmosphere or an oxygen concentration of 0.2% by volume or less. By changing the crystallization state by repeating the switching to the non-oxidizing atmosphere a plurality of times, the void ratio of the obtained metal composite hydroxide is increased to more than 50 to 80% (that is, larger than 50% and 80% or less). ) To produce a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide having a porous structure. The number of times the crystallization treatment in which the atmosphere is changed is set by measuring the porosity, but the crystallization time in each crystallization treatment is in the range of 0.5 to 4 hours, and the total crystallization is performed. The time is in the range of 0.5 to 5 hours, and is appropriately adjusted from the size of the hydroxide particles, the size of the porosity, the thickness of the dense portion, and the like.

この様に、反応槽内の雰囲気を、非酸化性雰囲気又は酸化性雰囲気に制御することによって、得られる金属複合水酸化物における二次粒子の空隙率が制御される。 In this way, by controlling the atmosphere in the reaction vessel to a non-oxidizing atmosphere or an oxidizing atmosphere, the porosity of the secondary particles in the obtained metal composite hydroxide is controlled.

なお、上記に核生成工程S11及び粒子成長工程S12を説明したが、核生成及び粒子成長をさせながら、上記の反応雰囲気の制御を同時進行で行う。 Although the nucleation step S11 and the particle growth step S12 have been described above, the above reaction atmosphere is controlled simultaneously while nucleation and particle growth are carried out.

[空隙率]
ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を樹脂に埋め込んだ後、クロスセクションポリッシャ(CP)を用い、アルゴンスパッタリングによって、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の粒子を切断し、粒子断面を露出させる。露出した粒子断面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察し、観察された粒子断面の画像を、画像解析ソフトによって、画像の空隙部を黒とし、且つ緻密部を白として解析し、任意の20個以上の粒子断面に対して、黒の部分/(黒の部分+白の部分)の面積を計算することで、空隙率を求めることが出来る。
[Porosity]
After embedding the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide in the resin, the particles of the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide are cut by argon sputtering using a cross section polisher (CP) to expose the particle cross section. The exposed particle cross section is observed using a scanning electron microscope, and the image of the observed particle cross section is analyzed by image analysis software with the voids of the image as black and the dense parts as white. The void ratio can be obtained by calculating the area of the black portion / (black portion + white portion) for the cross section of one or more particles.

<3−2.洗浄工程>
洗浄工程S20では、上記晶析工程S10で得られた遷移金属複合水酸化物を、洗浄液で洗浄する。
<3-2. Cleaning process>
In the washing step S20, the transition metal composite hydroxide obtained in the crystallization step S10 is washed with a washing liquid.

[洗浄液種類]
洗浄工程S20では、炭酸塩、炭酸水素塩(重炭酸塩)、水酸化物のアルカリ金属塩やアンモニウム塩を基とした洗浄液で洗浄する。好ましくは、炭酸塩、炭酸水素塩(重炭酸塩)、若しくは、それらの混合物を、水で溶解した洗浄液を用いて、遷移金属複合水酸化物を洗浄する。
[Cleaning liquid type]
In the cleaning step S20, cleaning is performed with a cleaning solution based on a carbonate, a hydrogen carbonate (bicarbonate), an alkali metal salt of a hydroxide, or an ammonium salt. Preferably, the transition metal composite hydroxide is washed with a washing solution prepared by dissolving carbonate, hydrogen carbonate (bicarbonate), or a mixture thereof in water.

そのようにすることで、不純物である硫酸根や塩素根などの陰イオンを、洗浄液中の炭酸イオンや炭酸水素イオン(重炭酸イオン)との置換反応を利用して、効率良く除去することが出来る。また、炭酸塩や炭酸水素塩(重炭酸塩)を用いることで、水酸化物を用いた場合に比べて、ナトリウムなどのアルカリ金属の混入も抑制することが出来る。その他、空隙構造を有する遷移金属複合水酸化物において、水酸化物を用いた場合は、粒子内部の不純物を除去することが困難であり、この点でも、炭酸塩や炭酸水素塩(重炭酸塩)を用いたほうが効果的である。 By doing so, anions such as sulfate roots and chlorine roots, which are impurities, can be efficiently removed by utilizing a substitution reaction with carbonate ions and hydrogen carbonate ions (bicarbonate ions) in the cleaning liquid. You can. Further, by using a carbonate or a hydrogen carbonate (bicarbonate), it is possible to suppress the mixing of alkali metals such as sodium as compared with the case of using a hydroxide. In addition, when a hydroxide is used in a transition metal composite hydroxide having a void structure, it is difficult to remove impurities inside the particles, and in this respect as well, carbonates and hydrogen carbonates (bicarbonates) ) Is more effective.

炭酸塩としては、炭酸カリウムを選択するのが好ましく、炭酸水素塩(重炭酸塩)としては、炭酸水素カリウム、炭酸水素アンモニウムを選択するのが好ましい。また、炭酸塩や炭酸水素塩(重炭酸塩)のうち、アンモニウム塩を選択することによって、不純物であるナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの陽イオンを、洗浄液中のアンモニウムイオンとの置換反応を利用して、効率良く除去することが出来る。更に、アンモニウム塩のうち、炭酸水素アンモニウム(重炭安)を選択することによって、ナトリウムなどの陽イオンを、最も効率良く除去することが出来る。 As the carbonate, potassium carbonate is preferably selected, and as the hydrogen carbonate (bicarbonate), potassium hydrogen carbonate and ammonium hydrogen carbonate are preferably selected. In addition, by selecting an ammonium salt from carbonates and hydrogen carbonates (bicarbonates), cations such as sodium, potassium, calcium, and magnesium, which are impurities, can be replaced with ammonium ions in the cleaning solution. It can be used and removed efficiently. Furthermore, by selecting ammonium hydrogencarbonate (cheap ammonium bicarbonate) from the ammonium salts, cations such as sodium can be removed most efficiently.

何故なら、ナトリウムなどの陽イオンとアンモニウムイオンとの置換反応のみならず、これに加えて、炭酸水素アンモニウム(重炭安)が持つ、他の塩よりも優れた性質、即ち、洗浄液とした際の炭酸ガスの発泡効率の高さが、ナトリウムなどの陽イオンを除去するのに、大きく寄与しているものと考えられる。 This is because not only the substitution reaction between cations such as sodium and ammonium ions, but also the properties of ammonium hydrogen carbonate (ammonium bicarbonate), which is superior to other salts, that is, when it is used as a cleaning solution. It is considered that the high foaming efficiency of carbon dioxide gas contributes greatly to the removal of cations such as sodium.

[濃度及びpH]
洗浄液である炭酸水素アンモニウム溶液の濃度は、0.05mol/L以上とする。濃度が0.05mol/L未満の場合、不純物である硫酸根、塩素根、ナトリウムの除去効果が低下する恐れがある。また、濃度が0.05mol/L以上なら、これらの不純物の除去効果は変わらない。それ故に、炭酸水素アンモニウム(重炭安)を過剰に加えると、コスト増加や排水基準などの環境負荷にも影響を及ぼすので、上限濃度を1.0mol/L程度に設定することが好ましい。
[Concentration and pH]
The concentration of the ammonium hydrogen carbonate solution as a cleaning solution is 0.05 mol / L or more. If the concentration is less than 0.05 mol / L, the effect of removing impurities such as sulfate root, chlorine root and sodium may be reduced. Further, when the concentration is 0.05 mol / L or more, the effect of removing these impurities does not change. Therefore, if ammonium hydrogencarbonate (cheap bicarbonate) is added in excess, it affects the environmental load such as cost increase and wastewater standard, so it is preferable to set the upper limit concentration to about 1.0 mol / L.

なお、炭酸水素アンモニウム溶液のpHは、濃度が0.05mol/L以上ならば、特に調整する必要は無く、成り行きのpHで構わない。仮に、濃度が0.05〜1.0mol/Lであるなら、そのpHは、おおよそ8.0〜9.0の範囲内となる。 The pH of the ammonium hydrogen carbonate solution does not need to be adjusted as long as the concentration is 0.05 mol / L or more, and the pH may be a natural pH. If the concentration is 0.05 to 1.0 mol / L, the pH will be in the range of approximately 8.0 to 9.0.

[液温]
洗浄液である炭酸水素アンモニウム溶液の液温は、特に限定されないが、15〜50℃が好ましい。液温が上記範囲であれば、不純物との置換反応や、炭酸水素アンモニウムから発生する炭酸ガスの発泡効果がより良好であり、不純物の除去が効率的に進む。
[Liquid temperature]
The temperature of the ammonium hydrogen carbonate solution as the cleaning liquid is not particularly limited, but is preferably 15 to 50 ° C. When the liquid temperature is within the above range, the substitution reaction with impurities and the foaming effect of carbon dioxide gas generated from ammonium hydrogen carbonate are more favorable, and the removal of impurities proceeds efficiently.

[液量]
洗浄液である炭酸水素アンモニウム溶液の液量は、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物1kgに対し、1〜20Lである (スラリー濃度としては、50〜1000g/Lである)ことが好ましい。1L未満では 、十分な不純物の除去効果が得られない場合がある。また、20Lを超える液量を用いても、不純物の除去効果は変わらず、過剰な液量では、コスト増加や排水基準などの環境負荷にも影響を及ぼし、排水処理における排水量の負荷増加の要因ともなる。
[Liquid volume]
The amount of the ammonium hydrogen carbonate solution as the cleaning liquid is preferably 1 to 20 L (the slurry concentration is 50 to 1000 g / L) with respect to 1 kg of the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide. If it is less than 1 L, a sufficient effect of removing impurities may not be obtained. In addition, even if a liquid amount exceeding 20 L is used, the effect of removing impurities does not change, and an excessive liquid amount affects the environmental load such as cost increase and wastewater standard, which is a factor of the load increase of the wastewater amount in wastewater treatment. It also becomes.

[洗浄時間]
炭酸水素アンモニウム溶液による洗浄時間は、不純物を十分除去出来れば、特に限定されないが、通常は0.5〜2時間である。
[Washing time]
The cleaning time with the ammonium hydrogen carbonate solution is not particularly limited as long as impurities can be sufficiently removed, but is usually 0.5 to 2 hours.

[洗浄方法]
洗浄方法としては、1)炭酸水素アンモニウム溶液にニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を添加し、スラリー化して撹拌洗浄を行った後、濾過する一般的な洗浄方法や、若しくは、2)中和晶析により生成したニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を含むスラリーを、フィルタープレスなどの濾過機に供給して、炭酸水素アンモニウム溶液を通液する、通液洗浄を行うことが出来る。通液洗浄は、不純物の除去効果が高く、濾過と洗浄を同一の設備で連続的に行うことが可能で、生産性が高いため、より好ましい。
[Washing method]
As a cleaning method, 1) a general cleaning method in which nickel-manganese-cobalt composite hydroxide is added to an ammonium hydrogen carbonate solution, slurried, stirred and washed, and then filtered, or 2) neutralization crystallization The slurry containing the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide produced in the above can be supplied to a filter such as a filter press to pass an ammonium hydrogen carbonate solution through the liquid-passing cleaning. Liquid-passing cleaning is more preferable because it has a high effect of removing impurities, filtration and cleaning can be continuously performed in the same equipment, and productivity is high.

また、炭酸水素アンモニウム溶液での洗浄後は、置換反応によって洗い出された不純物を含む洗浄液が、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物に付着している場合があるため、最後に水洗することが好ましい。更に、水洗した後は、濾過したニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の付着水を乾燥する、乾燥工程(不図示)を行うことが好ましい。 Further, after washing with an ammonium hydrogen carbonate solution, a washing liquid containing impurities washed out by the substitution reaction may adhere to the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide, so it is preferable to wash with water at the end. Further, after washing with water, it is preferable to carry out a drying step (not shown) of drying the filtered water adhering to the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide.

上記洗浄工程S20を経て得られたニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は、ニッケル、マンガン、コバルトを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は上記一次粒子と上記二次粒子で構成された、正極活物質の前駆体であるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物であり、上記ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物に含まれるナトリウム含有量が、0.0005質量%未満であり、上記ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の粒子の空隙率が、50超〜80%(つまり50%より大きく80%以下)であることを特徴とする。 The nickel-manganese-cobalt composite hydroxide obtained through the cleaning step S20 is a secondary particle in which primary particles containing nickel, manganese, and cobalt are aggregated, or a positive electrode activity composed of the primary particles and the secondary particles. It is a nickel manganese cobalt composite hydroxide that is a precursor of the substance, and the sodium content of the nickel manganese cobalt composite hydroxide is less than 0.0005% by mass, and the nickel manganese cobalt composite hydroxide The void ratio of the particles is more than 50 to 80% (that is, greater than 50% and less than 80%).

本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法によれば、特にナトリウムの含有量を確実に低減させ、かつ高空隙率化及び長寿命化によるさらなる電池特性の向上が可能なリチウムイオン二次電池を得ることが可能な正極活物質の前駆体である、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法を提供することができる。 According to the method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide according to an embodiment of the present invention, it is possible to surely reduce the sodium content, and further improve the battery characteristics by increasing the void ratio and extending the life. It is possible to provide a method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide, which is a precursor of a positive electrode active material capable of obtaining a lithium ion secondary battery.

<4.リチウムイオン二次電池>
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述したリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を含む正極を備えることを特徴とする。また、上記リチウムイオン二次電池は、一般のリチウムイオン二次電池と同様の構成要素により構成されることができ、例えば、正極、負極及び非水系電解質を含む。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、本明細書に記載されている実施形態を基に、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、その用途を特に限定するものではない。
<4. Lithium-ion secondary battery >
The lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present invention is characterized by including a positive electrode containing the above-mentioned lithium nickel-manganese cobalt composite oxide. Further, the lithium ion secondary battery can be composed of the same components as a general lithium ion secondary battery, and includes, for example, a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The embodiments described below are merely examples, and the lithium ion secondary battery of the present embodiment may be modified in various ways based on the embodiments described in the present specification and based on the knowledge of those skilled in the art. It can be carried out in an improved form. Further, the lithium ion secondary battery of the present embodiment is not particularly limited in its use.

(a)正極
先に述べた正極活物質であるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を用い、例えば、以下のようにして、リチウムイオン二次電池の正極を作製する。まず、粉末状の正極活物質、導電剤、結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭、粘度調整等の目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合剤ペーストを作製する。正極合剤ペースト中のそれぞれの成分の混合比は、例えば、溶剤を除いた正極合剤の固形分の全質量を100質量部とした場合、一般のリチウムイオン二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を60〜95質量部とし、導電剤の含有量を1〜20質量部とし、結着剤の含有量を1〜20質量部とすることが好ましい。
(A) Positive electrode Using the lithium nickel manganese cobalt composite oxide which is the positive electrode active material described above, for example, a positive electrode of a lithium ion secondary battery is produced as follows. First, a powdered positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed, and if necessary, activated carbon, a solvent for viscosity adjustment or the like is added, and the mixture is kneaded to prepare a positive electrode mixture paste. The mixing ratio of each component in the positive electrode mixture paste is, for example, when the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the positive electrode is the same as the positive electrode of a general lithium ion secondary battery. It is preferable that the content of the active material is 60 to 95 parts by mass, the content of the conductive agent is 1 to 20 parts by mass, and the content of the binder is 1 to 20 parts by mass.

得られた正極合剤ペーストを、例えば、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、ロールプレス等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等をして、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、例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。 The obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of aluminum foil, for example, and dried to disperse the solvent. If necessary, pressurization may be performed by a roll press or the like in order to increase the electrode density. In this way, a sheet-shaped positive electrode can be produced. The sheet-shaped positive electrode can be cut into an appropriate size according to the target battery and used for manufacturing the battery. However, the method for producing the positive electrode is not limited to the example, and other methods may be used.

正極の導電剤としては、例えば、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、ケッチェンブラック(登録商標)などのカーボンブラック系材料などを用いることができる。 As the conductive agent for the positive electrode, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), carbon black materials such as acetylene black, Ketjen black (registered trademark), and the like 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、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(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、ポリアクリル酸などを用いることができる。 The binder plays a role of binding the active material particles, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylenepropylenediene rubber, styrenebutadiene, cellulose resin, polyacrylic. Acids and the like can be used.

なお、必要に応じ、正極活物質、導電剤、活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合剤に添加する。溶剤としては、具体的には、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。また、正極合剤には、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ができる。 If necessary, the positive electrode active material, the conductive agent, and the activated carbon are dispersed, and a solvent for dissolving the binder is added to the positive electrode mixture. Specifically, as the solvent, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used. In addition, activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

(b)負極
負極には、金属リチウムやリチウム合金等、あるいは、リチウムイオンを吸蔵及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剤を、銅等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。
(B) Negative electrode For the negative electrode, a negative electrode mixture made into a paste by mixing a binder with a metallic lithium, a lithium alloy, or a negative electrode active material capable of occluding and desorbing lithium ions, and adding an appropriate solvent. Is applied to the surface of a metal foil current collector such as copper, dried, and if necessary, compressed to increase the electrode density.

負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等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等の含フッ素樹脂等を用いることができ、これらの活物質及び結着剤を分散させる溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, a calcined product of an organic compound such as natural graphite, artificial graphite, or phenol resin, or a powdered material of a carbon substance such as coke can be used. In this case, as the negative electrode binder, a fluororesin such as PVDF can be used as in the positive electrode, and as a solvent for dispersing these active substances and the binder, N-methyl-2-pyrrolidone or the like can be used. An organic solvent can be used.

(c)セパレータ
正極と負極との間には、セパレータを挟み込んで配置する。セパレータは、正極と負極とを分離し、電解質を保持するものであり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。
(C) Separator A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and retains the electrolyte. For example, a thin film such as polyethylene or polypropylene, which has a large number of fine pores, can be used.

(d)非水系電解質
非水系電解質としては、非水系電解液を用いることができる。非水系電解液は、例えば、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものを用いてもよい。また、非水系電解液として、イオン液体にリチウム塩が溶解したものを用いてもよい。なお、イオン液体とは、リチウムイオン以外のカチオンおよびアニオンから構成され、常温でも液体状を示す塩をいう。
(D) Non-aqueous electrolyte A non-aqueous electrolyte solution can be used as the non-aqueous electrolyte. As the non-aqueous electrolyte solution, for example, one in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent may be used. Further, as the non-aqueous electrolyte solution, one in which a lithium salt is dissolved in an ionic liquid may be used. The ionic liquid is a salt composed of cations and anions other than lithium ions and showing a liquid state even at room temperature.

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、また、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種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いることができる。 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, ethylmethyl carbonate and dipropyl carbonate, and tetrahydrofuran and 2-. One selected from ether compounds such as methyl tetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and butane sulton, and phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate may be used alone, or two or more thereof may be mixed. Can be used.

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。さらに、非水系電解液は、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。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and a composite salt thereof can be used. Further, the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant and the like.

また、非水系電解質としては、固体電解質を用いてもよい。固体電解質は、高電圧に耐えうる性質を有する。固体電解質としては、無機固体電解質、有機固体電解質が挙げられる。 Moreover, you may use a solid electrolyte as a non-aqueous electrolyte. The solid electrolyte has a property of being able to withstand a high voltage. Examples of the solid electrolyte include an inorganic solid electrolyte and an organic solid electrolyte.

無機固体電解質として、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質等が用いられる。 As the inorganic solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte, or the like is used.

酸化物系固体電解質としては、特に限定されず、酸素(O)を含有し、かつ、リチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有するものであれば用いることができる。酸化物系固体電解質としては、例えば、リン酸リチウム(LiPO)、LiPO、LiBO、LiNbO、LiTaO、LiSiO、LiSiO−LiPO、LiSiO−LiVO、LiO−B−P、LiO−SiO、LiO−B−ZnO、Li1+XAlTi2−X(PO(0≦X≦1)、Li1+XAlGe2−X(PO(0≦X≦1)、LiTi(PO、Li3XLa2/3−XTiO(0≦X≦2/3)、LiLaTa12、LiLaZr12、LiBaLaTa12、Li3.6Si0.60.4等が挙げられる。 The oxide-based solid electrolyte is not particularly limited, and any oxide-based solid electrolyte that contains oxygen (O) and has lithium ion conductivity and electron insulating properties can be used. Examples of the oxide-based solid electrolyte include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), Li 3 PO 4 N X , LiBO 2 N X , LiNbO 3 , LiTaO 3 , Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4- Li 3 PO 4 , Li 4 SiO 4- Li 3 VO 4 , Li 2 O-B 2 O 3- P 2 O 5 , Li 2 O-SiO 2 , Li 2 O-B 2 O 3- ZnO, Li 1 + X Al X Ti 2-X (PO 4 ) 3 (0 ≦ X ≦ 1), Li 1 + X Al X Ge 2-X (PO 4 ) 3 (0 ≦ X ≦ 1), LiTi 2 (PO 4 ) 3 , Li 3X La 2 / 3-X TiO 3 (0 ≤ X ≤ 2/3), Li 5 La 3 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 and the like can be mentioned.

硫化物系固体電解質としては、特に限定されず、硫黄(S)を含有し、かつ、リチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有するものであれば用いることができる。硫化物系固体電解質としては、例えば、LiS−P、LiS−SiS、LiI−LiS−SiS、LiI−LiS−P、LiI−LiS−B、LiPO−LiS−SiS、LiPO−LiS−SiS、LiPO−LiS−SiS、LiI−LiS−P、LiI−LiPO−P等が挙げられる。 The sulfide-based solid electrolyte is not particularly limited, and any sulfide-based solid electrolyte that contains sulfur (S) and has lithium ion conductivity and electron insulating properties can be used. Examples of the sulfide-based solid electrolyte include Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-P 2 S 5 , LiI-Li 2. S-B 2 S 3, Li 3 PO 4 -Li 2 S-Si 2 S, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, LiPO 4 -Li 2 S-SiS, LiI-Li 2 S-P 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4- P 2 S 5 and the like can be mentioned.

なお、無機固体系電解質としては、上記以外のものを用いてよく、例えば、LiN、LiI、LiN−LiI−LiOH等を用いてもよい。 As the inorganic solid based electrolyte may be used those other than the above, for example, Li 3 N, LiI, may be used Li 3 N-LiI-LiOH and the like.

有機固体電解質としては、イオン伝導性を示す高分子化合物であれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの共重合体などを用いることができる。また、有機固体電解質は、支持塩(リチウム塩)を含んでいてもよい。 The organic solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a polymer compound exhibiting ionic conductivity, and for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, copolymers thereof and the like can be used. Further, the organic solid electrolyte may contain a supporting salt (lithium salt).

(e)電池の形状、構成
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、例えば、上述したような正極、負極、セパレータ及び非水系電解質で構成される。また、リチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されず、円筒型、積層型等、種々のものとすることができる。いずれの形状を採る場合であっても、正極及び負極を、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、非水系電解質を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、及び、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リード等を用いて接続し、電池ケースに密閉して、リチウムイオン二次電池を完成させる。
(E) Battery Shape and Structure The lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present invention is composed of, for example, a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte as described above. Further, the shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical type and a laminated type can be used. Regardless of which shape is adopted, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte to form a positive electrode body and a positive electrode body that communicates with the outside. A lithium ion secondary battery is completed by connecting the terminals and the negative electrode current collector and the negative electrode terminals communicating with the outside using a current collecting lead or the like and sealing the battery case.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述の正極活物質から構成された正極を備えることにより、特にナトリウムの含有量を確実に低減させ、焼結凝集を抑制し、かつ高空隙率化及び長寿命化によるさらなる電池特性の向上が可能となる。 The lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present invention is provided with a positive electrode composed of the above-mentioned positive electrode active material, whereby the sodium content is surely reduced, sintering aggregation is suppressed, and high. It is possible to further improve the battery characteristics by increasing the porosity and extending the life.

次に、本発明の一実施形態に係るニッケルマンガンコバルト複合水酸化物、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の製造方法、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物及びリチウムイオン二次電池について、実施例により詳しく説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 Next, a method for producing a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide, a lithium-nickel-manganest-cobalt composite oxide, and a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to Examples. To do. The present invention is not limited to these examples.

実施例1〜13、比較例1〜9について、晶析工程で得られた遷移金属複合水酸化物を、洗浄、濾過、乾燥操作を経て、前駆体であるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物として回収した後、以下の方法で各種分析を行った。 In Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 9, the transition metal composite hydroxide obtained in the crystallization step was recovered as a precursor nickel-manganese-cobalt composite hydroxide through washing, filtering, and drying operations. After that, various analyzes were performed by the following methods.

[組成、カルシウム及びマグネシウム含有量]
組成、カルシウム及びマグネシウム含有量は、酸分解−ICP発光分光分析法で分析し、測定にはマルチ型ICP発光分光分析装置である、ICPE−9000(島津製作所社製)を用いた。
[Composition, calcium and magnesium content]
The composition, calcium and magnesium contents were analyzed by acid decomposition-ICP emission spectroscopic analysis, and ICPE-9000 (manufactured by Shimadzu Corporation), which is a multi-type ICP emission spectroscopic analyzer, was used for the measurement.

[ナトリウム及びカリウム含有量]
ナトリウム及びカリウム含有量は、酸分解−原子吸光分析法で分析し、測定には原子吸光分析装置である、原子吸光分光光度計240AA(アジレント・テクノロジー株式会社製)を用いた。
[Sodium and potassium content]
The sodium and potassium contents were analyzed by an acid decomposition-atomic absorption spectrometry method, and an atomic absorption spectrophotometer 240AA (manufactured by Azilent Technology Co., Ltd.), which is an atomic absorption spectrometer, was used for the measurement.

[硫酸根含有量]
硫酸根含有量は、酸分解−ICP発光分光分析法で全硫黄含有量を分析し、この全硫黄含有量を、硫酸根(SO 2−)に換算することにより求めた。なお、測定にはマルチ型ICP発光分光分析装置である、ICPE−9000(島津製作所社製)を用いた。
[Sulfate content]
Sulfate ion content was analyzed for total sulfur content in the acid-decomposable -ICP emission spectroscopy, the total sulfur content was determined by converting the sulfate radical (SO 4 2-). An ICPE-9000 (manufactured by Shimadzu Corporation), which is a multi-type ICP emission spectroscopic analyzer, was used for the measurement.

[塩素根含有量]
塩素根含有量は、試料を直接、又は蒸留操作で含まれる塩素根を塩化銀の形で分離して、蛍光X線分析法(XRF)で分析した。なお、測定には蛍光X線分析装置である、Axios(スペクトリス株式会社製)を用いた。
[Chlorine root content]
The chlorine root content was analyzed by fluorescent X-ray analysis (XRF) by separating the chlorine root contained in the sample directly or by a distillation operation in the form of silver chloride. Axios (manufactured by Spectris Co., Ltd.), which is a fluorescent X-ray analyzer, was used for the measurement.

[平均粒径及び粒度分布]
平均粒径(MV)及び粒度分布〔(d90−d10)/平均粒径〕は、レーザー回折・散乱法を用いて測定した体積基準分布から求めた。なお、測定にはレーザー回折・散乱方式の粒度分布測定装置である、マイクロトラックMT3300EXII(マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いた。
[Average particle size and particle size distribution]
The average particle size (MV) and particle size distribution [(d90-d10) / average particle size] were determined from the volume reference distribution measured by the laser diffraction / scattering method. For the measurement, a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device, Microtrack MT3300EXII (manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.) was used.

[比表面積]
比表面積は、BET1点法による、窒素ガス吸着・脱離法で分析し、測定にはガス流動方式の比表面積測定装置である、マックソーブ1200シリーズ(株式会社マウンテック製)を用いた。
[Specific surface area]
The specific surface area was analyzed by the nitrogen gas adsorption / desorption method by the BET 1-point method, and the measurement was performed using the MacSorb 1200 series (manufactured by Mountech Co., Ltd.), which is a gas flow type specific surface area measuring device.

[空隙率]
空隙率は、試料粒子の切断には、断面の調製装置である、クロスセクションポリッシャIB−19530CP(日本電子株式会社製)を用い、また、その断面の観察には、ショットキー電界放出型の走査型電子顕微鏡SEM−EDSである、JSM−7001F(日本電子株式会社製)を用いた。更に、画像解析・計測ソフトウェアである、WinRoof6.1.1(三谷商事株式会社製)によって、粒子断面の空隙部を黒として測定し、粒子の緻密部を白として測定し、任意の20個以上の粒子に対して、黒部分/(黒部分+白部分)の面積を計算することで、空隙率を求めた。
[Porosity]
For the void ratio, a cross section polisher IB-19530CP (manufactured by JEOL Ltd.), which is a cross-section preparation device, is used for cutting the sample particles, and a Schottky field emission type scanning is used for observing the cross section. A JSM-7001F (manufactured by JEOL Ltd.), which is a scanning electron microscope SEM-EDS, was used. Furthermore, with WinRof6.1.1 (manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd.), which is image analysis / measurement software, the voids in the particle cross section are measured as black, and the dense parts of the particles are measured as white. The void ratio was obtained by calculating the area of the black portion / (black portion + white portion) with respect to the particles of.

[正極活物質の製造及び評価]
また、本発明のニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を原料とした正極活物質である、リチウム金属複合酸化物、より具体的には、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、以下の方法で製造及び評価を行った。
[Manufacturing and evaluation of positive electrode active material]
Further, the lithium metal composite oxide, more specifically, the lithium nickel manganese cobalt composite oxide, which is a positive electrode active material using the nickel manganese cobalt composite hydroxide of the present invention as a raw material, is produced and evaluated by the following methods. Was done.

[A、正極活物質の製造]
前駆体であるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を、空気(酸素:21容量%)気流中において、700℃で6時間の熱処理を行い、金属複合酸化物を回収した。続いて、Li /Me=1.025となる様、リチウム化合物である水酸化リチウムを秤量し、回収した金属複合酸化物と混合し、リチウム混合物を作製した。なお、混合操作にはシェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA−TypeT2C)を用いた。
[A, Manufacture of positive electrode active material]
The precursor nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was heat-treated at 700 ° C. for 6 hours in an air (oxygen: 21% by volume) stream to recover the metal composite oxide. Subsequently, lithium hydroxide, which is a lithium compound, was weighed so that Li / Me = 1.025 and mixed with the recovered metal composite oxide to prepare a lithium mixture. A shaker mixer device (TURBULA-TypeT2C manufactured by Willie et Bacoffen (WAB)) was used for the mixing operation.

次に、作製したリチウム混合物を、酸素(酸素:100容量%)気流中において、500℃で4時間仮焼し、更に730℃で24時間焼成し、冷却後に解砕して、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を得た。 Next, the prepared lithium mixture was calcined at 500 ° C. for 4 hours in an oxygen (oxygen: 100% by volume) stream, further calcined at 730 ° C. for 24 hours, cooled and then crushed, and lithium nickel-manganese cobalt cobalt. A composite oxide was obtained.

[B、正極活物質の評価]
得られたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物において、ナトリウム含有量、カリウム含有量、カルシウム含有量、マグネシウム含有量、硫酸根含有量、塩素根含有量、空隙率の分析には、上述の分析方法及び分析機器を用いた。また、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の結晶性を示す、Me席占有率は、X線回折分析装置(XRD)を用いて測定した回折パターンについて、リートベルト解析を行うことで算出した。なお、測定にはX線回折分析装置X‘Pert−PRO(スペクトリス株式会社製)を用いた。Me席占有率は、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の、ニッケル、マンガン、コバルト及び添加元素Mが、層状構造のメタル層(Me席)中に占める、金属元素の存在割合を示す。Me席占有率は、電池特性と相関があり、Me席占有率が高い程、良好な電池特性を示す。
[B, Evaluation of positive electrode active material]
In the obtained lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide, the above-mentioned analysis method and the above-mentioned analysis method are used for analysis of sodium content, potassium content, calcium content, magnesium content, sulfate root content, chlorine root content, and void ratio. Analytical equipment was used. The Me-seat occupancy, which indicates the crystallinity of the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide, was calculated by performing Rietveld analysis on the diffraction pattern measured using an X-ray diffraction analyzer (XRD). An X-ray diffraction analyzer X'Pert-PRO (manufactured by Spectris Co., Ltd.) was used for the measurement. The Me seat occupancy rate indicates the abundance ratio of the metal element in the metal layer (Me seat) of the layered structure in which nickel, manganese, cobalt and the additive element M of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide. The Me seat occupancy rate correlates with the battery characteristics, and the higher the Me seat occupancy rate, the better the battery characteristics.

以下、実施例及び比較例の各条件について、説明する。 Hereinafter, each condition of Examples and Comparative Examples will be described.

(実施例1)
実施例1では、晶析工程における晶析の反応槽(5L)内に、水を0.9L入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。
(Example 1)
In Example 1, 0.9 L of water was put into the reaction tank (5 L) for crystallization in the crystallization step, and the temperature in the tank was set to 40 ° C. while stirring.

反応槽内の水中に、25%水酸化ナトリウム水溶液と、アンモニウムイオン供給体である25%アンモニア水を適量加えて、液温25℃を基準に測定するpHとして、槽内の反応溶液のpHが12.8となる様に調整した。また、反応溶液のアンモニウムイオン濃度は、10g/Lに調整した。 An appropriate amount of 25% aqueous sodium hydroxide solution and 25% aqueous ammonia as an ammonium ion feeder are added to the water in the reaction tank, and the pH of the reaction solution in the tank is measured based on the liquid temperature of 25 ° C. It was adjusted to 12.8. The ammonium ion concentration of the reaction solution was adjusted to 10 g / L.

次に、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、塩化コバルトを水に溶かして、2.0mol/Lの原料溶液を作製した。この原料溶液では、各金属の元素モル比が、Ni:Mn:Co=1:1:1となる様に調整した。更に、アルカリ金属水酸化物である水酸化ナトリウムと、炭酸塩である炭酸ナトリウムを、[CO 2−]/[OH]が0.025となる様に、水に溶解してアルカリ溶液を作製した。 Next, nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt chloride were dissolved in water to prepare a raw material solution of 2.0 mol / L. In this raw material solution, the element molar ratio of each metal was adjusted to be Ni: Mn: Co = 1: 1: 1. Further, sodium hydroxide, which is an alkali metal hydroxide, and sodium carbonate, which is a carbonate, are dissolved in water so that [CO 3 2- ] / [OH ] becomes 0.025 to prepare an alkaline solution. Made.

原料溶液を、反応槽内の反応溶液に12.9mL/分で加え、それと共にアンモニウムイオン供給体やアルカリ溶液も、反応溶液に一定速度で加えていき、反応溶液中のアンモニウムイオン濃度を10g/Lに保持した状態において、pHを12.8(核生成工程pH)に制御し、晶析を2分30秒間実施することで、核生成を行った。 The raw material solution is added to the reaction solution in the reaction vessel at 12.9 mL / min, and the ammonium ion feeder and alkaline solution are also added to the reaction solution at a constant rate to increase the ammonium ion concentration in the reaction solution to 10 g / min. Nucleation was carried out by controlling the pH to 12.8 (nucleation step pH) and carrying out crystallization for 2 minutes and 30 seconds while the pH was maintained at L.

その後、反応溶液のpHが、液温25℃を基準に測定するpHとして11.6(粒子成長工程pH)になるまで、64%硫酸を添加した。液温25℃を基準に測定するpHとして、反応溶液のpHが11.6に到達した後、原料溶液、アンモニウムイオン供給体、アルカリ溶液の供給を再開し、pHを11.6に制御したまま、晶析を4時間継続し粒子成長を行うことにより、遷移金属複合水酸化物を得た。 Then, 64% sulfuric acid was added until the pH of the reaction solution reached 11.6 (particle growth step pH) as the pH measured based on the liquid temperature of 25 ° C. As the pH to be measured based on the liquid temperature of 25 ° C., after the pH of the reaction solution reached 11.6, the supply of the raw material solution, the ammonium ion feeder, and the alkaline solution was restarted, and the pH was kept controlled at 11.6. , Crystallization was continued for 4 hours and particle growth was carried out to obtain a transition metal composite hydroxide.

また、反応雰囲気については、まず、反応槽内を大気雰囲気(酸素濃度:21容量%)とし、晶析開始から0.5時間保持した後、原料溶液、アンモニア水、アルカリ溶液の給液を一旦停止し、反応槽内空間の酸素濃度が0.2容量%以下となるまで、窒素ガスを流量5L/分で流通、置換させ、酸素濃度が0.2容量%以下になってから給液を再開して晶析を継続した。更には、この反応槽内の反応雰囲気を、0.2容量%以下の非酸素雰囲気と大気雰囲気に、複数回切替しながら、晶析処理を合計で4時間続けた。ここでは、切替回数を5回とした。なお、切替回数5回の詳細としては、大気雰囲気(酸化性雰囲気)、非酸素雰囲気(非酸化性雰囲気)、大気雰囲気(酸化性雰囲気)、非酸素雰囲気(非酸化性雰囲気)、大気雰囲気(酸化性雰囲気)、非酸素雰囲気(非酸化性雰囲気)とした。 Regarding the reaction atmosphere, first, the inside of the reaction vessel was set to an air atmosphere (oxygen concentration: 21% by volume), and after holding for 0.5 hours from the start of crystallization, the raw material solution, ammonia water, and alkaline solution were once supplied. Stop and circulate and replace nitrogen gas at a flow rate of 5 L / min until the oxygen concentration in the reaction vessel space is 0.2% by volume or less, and then supply the solution after the oxygen concentration is 0.2% by volume or less. It was restarted and crystallization was continued. Further, the crystallization treatment was continued for a total of 4 hours while switching the reaction atmosphere in the reaction vessel to a non-oxygen atmosphere of 0.2% by volume or less and an air atmosphere a plurality of times. Here, the number of switchings is set to 5. The details of the number of switchings of 5 are as follows: air atmosphere (oxidizing atmosphere), non-oxygen atmosphere (non-oxidizing atmosphere), air atmosphere (oxidizing atmosphere), non-oxygen atmosphere (non-oxidizing atmosphere), air atmosphere (non-oxidizing atmosphere) Oxidizing atmosphere) and non-oxygen atmosphere (non-oxidizing atmosphere).

得られた遷移金属複合水酸化物を、フィルタープレス濾過機によって固液分離した後、濃度が0.05mol/Lの炭酸水素アンモニウム溶液を洗浄液に用い、遷移金属複合水酸化物1kgに対し、洗浄液を5Lの割合で、フィルタープレス濾過機に通液することにより不純物を除去し、その後、更に水を通液して水洗した。そして、水洗した遷移金属複合水酸化物の付着水を乾燥し、前駆体となるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。 The obtained transition metal composite hydroxide is solid-liquid separated by a filter press filter, and then an ammonium hydrogen carbonate solution having a concentration of 0.05 mol / L is used as the cleaning solution, and the cleaning solution is used for 1 kg of the transition metal composite hydroxide. The impurities were removed by passing the liquid through a filter press filter at a ratio of 5 L, and then water was further passed and washed with water. Then, the water adhering to the transition metal composite hydroxide washed with water was dried to obtain a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide as a precursor.

(実施例2)
実施例2では、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、塩化コバルトを水に溶かして2.0mol/Lの原料溶液を作製する際に、原料溶液におけるニッケル、マンガン、コバルトのモル比が、Ni:Mn:Co=6:2:2となる様に調整した以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 2)
In Example 2, when nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt chloride are dissolved in water to prepare a raw material solution of 2.0 mol / L, the molar ratio of nickel, manganese, and cobalt in the raw material solution is Ni: Mn: Co. A nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio was adjusted to 6: 2: 2.

(実施例3)
実施例3では、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、塩化コバルトを水に溶かして2.0mol/Lの原料溶液を作製する際に、原料溶液におけるニッケル、マンガン、コバルトのモル比が、Ni:Mn:Co=2:7:1となる様に調整した以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 3)
In Example 3, when nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt chloride are dissolved in water to prepare a raw material solution of 2.0 mol / L, the molar ratio of nickel, manganese, and cobalt in the raw material solution is Ni: Mn: Co. A nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio was adjusted to 2: 7: 1.

(実施例4)
実施例4では、アルカリ溶液を作製する際に、[CO 2−]/[OH]が0.003となる様に調整した以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 4)
In Example 4, nickel-manganese-cobalt composite water was prepared in the same manner as in Example 1 except that [CO 3 2- ] / [OH ] was adjusted to 0.003 when the alkaline solution was prepared. An oxide was obtained.

(実施例5)
実施例5では、アルカリ溶液を調整する際に、[CO 2−]/[OH]が0.048となる様に調整した以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 5)
In Example 5, nickel-manganese-cobalt composite water was prepared in the same manner as in Example 1 except that the alkaline solution was adjusted so that [CO 3 2- ] / [OH ] was 0.048. An oxide was obtained.

(実施例6)
実施例6では、核生成工程のpHを13.6とした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 6)
In Example 6, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pH of the nucleation step was set to 13.6.

(実施例7)
実施例7では、核生成工程のpHを12.3とした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 7)
In Example 7, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pH of the nucleation step was set to 12.3.

(実施例8)
実施例8では、粒子成長工程のpHを11.8とした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 8)
In Example 8, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pH of the particle growth step was set to 11.8.

(実施例9)
実施例9では、粒子成長工程のpHを10.6とした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 9)
In Example 9, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pH of the particle growth step was set to 10.6.

(実施例10)
実施例10では、アルカリ溶液を調整する際に、アルカリ金属水酸化物を水酸化カリウムとし、炭酸塩を炭酸カリウムとした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 10)
In Example 10, the nickel manganese cobalt composite hydroxide was used in the same manner as in Example 1 except that the alkali metal hydroxide was potassium hydroxide and the carbonate was potassium carbonate when the alkaline solution was prepared. Obtained.

(実施例11)
実施例11では、アルカリ溶液を調整する際に、炭酸塩を炭酸アンモニウムとし、アンモニウムイオン濃度を20g/Lに調整した以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 11)
In Example 11, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that when the alkaline solution was prepared, the carbonate was ammonium carbonate and the ammonium ion concentration was adjusted to 20 g / L. It was.

(実施例12)
実施例12では、槽内温度を35℃に設定した以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 12)
In Example 12, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature in the tank was set to 35 ° C.

(実施例13)
実施例13では、濃度が1.00mol/Lの炭酸水素アンモニウム溶液を洗浄液とした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Example 13)
In Example 13, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that an ammonium hydrogen carbonate solution having a concentration of 1.00 mol / L was used as a cleaning solution.

(比較例1)
比較例1では、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、塩化コバルトを水に溶かして2.0mol/Lの原料溶液を作製する際に、原料溶液のニッケル、マンガン、コバルトのモル比が、Ni:Mn:Co=2:6:2となる様に調整したことと、[CO 2−]/[OH]が0.001となる様に調整した以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, when nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt chloride were dissolved in water to prepare a raw material solution of 2.0 mol / L, the molar ratio of nickel, manganese, and cobalt in the raw material solution was Ni: Mn: Co. Nickel manganese cobalt in the same manner as in Example 1 except that it was adjusted to be 2: 6: 2 and [CO 3 2- ] / [OH ] was adjusted to 0.001. A composite hydroxide was obtained.

(比較例2)
比較例2では、アルカリ溶液の調整に水酸化ナトリウムのみを用い、[CO 2−]/[OH]を考慮しない様にした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, using only sodium hydroxide to adjust the alkaline solution, [CO 3 2-] / [ OH -] except that the manner not consider, in the same manner as in Example 1, nickel manganese cobalt composite water An oxide was obtained.

(比較例3)
比較例3では、アルカリ溶液を調整する際に、[CO 2−]/[OH]が0.001となる様に調整した以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, nickel-manganese-cobalt composite water was prepared in the same manner as in Example 1 except that [CO 3 2- ] / [OH ] was adjusted to 0.001 when the alkaline solution was prepared. An oxide was obtained.

(比較例4)
比較例4では、アルカリ溶液を調整する際に、[CO 2−]/[OH]が0.055となる様に調整した以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, nickel-manganese-cobalt composite water was prepared in the same manner as in Example 1 except that the [CO 3 2- ] / [OH ] was adjusted to 0.055 when the alkaline solution was adjusted. An oxide was obtained.

(比較例5)
比較例5では、洗浄工程を省いて、炭酸水素アンモニウム溶液による洗浄を行わない様にした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the cleaning step was omitted and cleaning with an ammonium hydrogen carbonate solution was not performed.

(比較例6)
比較例6では、濃度が0.02mol/Lの炭酸水素アンモニウム溶液を洗浄液とした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that an ammonium hydrogencarbonate solution having a concentration of 0.02 mol / L was used as a cleaning solution.

(比較例7)
比較例7では、炭酸アンモニウム溶液を洗浄液とした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Comparative Example 7)
In Comparative Example 7, a nickel manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ammonium carbonate solution was used as a cleaning solution.

(比較例8)
比較例8では、炭酸水素ナトリウム溶液を洗浄液とした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Comparative Example 8)
In Comparative Example 8, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the sodium hydrogen carbonate solution was used as a cleaning solution.

(比較例9)
比較例9では、炭酸ナトリウム溶液を洗浄液とした以外は、実施例1と同様にして、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を得た。
(Comparative Example 9)
In Comparative Example 9, a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the sodium carbonate solution was used as a cleaning solution.

以上の条件及び結果を表1、表2及び表3に示す。 The above conditions and results are shown in Table 1, Table 2 and Table 3.

(総合評価)
表1、表2及び表3に示す通り、実施例1〜13では、前駆体であるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物において、晶析工程及び洗浄工程の各条件が、全て好ましい範囲内であった。このため、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物だけに限らず、正極活物質であるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に関しても、不純物除去において、ナトリウム含有量をはじめ、硫酸根含有量や塩素根含有量のほか、カリウム、カルシウム、マグネシウム含有量が、十分に低減されていた。更には、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物では、Me席占有率が93.0%を超えており、結晶性にも優れた結果となり、電池特性が向上した。
(Comprehensive evaluation)
As shown in Tables 1, 2 and 3, in Examples 1 to 13, the conditions of the crystallization step and the washing step were all within the preferable range in the nickel manganese cobalt composite hydroxide as the precursor. .. Therefore, not only the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide but also the lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide, which is a positive electrode active material, has a sodium content, a sulfate root content, and a chlorine root content in removing impurities. In addition, the potassium, calcium, and magnesium contents were sufficiently reduced. Further, in the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide, the Me-seat occupancy rate exceeds 93.0%, resulting in excellent crystallinity and improved battery characteristics.

特に、ナトリウム含有量については、前駆体及び正極活物質のどちらも、全ての実施例データが、定量(分析)下限(0.0005質量%)未満という、非常に良好な結果を示した。また、カリウム、カルシウム、マグネシウムについても、ナトリウムと同様の結果が得られた。このため、正極活物質において、ナトリウムなどが、リチウムサイトに固溶することなく、焼結凝集の指標となるMV比は、0.95〜1.05の範囲内であり、更に、無作為に選択した100個以上の粒子を、走査型電子顕微鏡により観察した際に、二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、5%以下であった。 In particular, regarding the sodium content, both the precursor and the positive electrode active material showed very good results, with all the example data being less than the lower limit of quantification (analysis) (0.0005% by mass). In addition, the same results as for sodium were obtained for potassium, calcium, and magnesium. Therefore, in the positive electrode active material, the MV ratio, which is an index of sintering and aggregation, is in the range of 0.95 to 1.05 without the sodium and the like being dissolved in the lithium sites, and is randomly selected. When 100 or more selected particles were observed with a scanning electron microscope, the number of observed aggregation of secondary particles was 5% or less of the total number of observed secondary particles.

ここで、定量下限とは、ある分析方法による、目的成分の分析(定量)が可能な最小量、又は最小濃度を意味する。また、測定における目的成分の信号検出が可能な最小量(値)を検出限界、測定で得られる目的成分の信号において、信頼性が担保される最小量(値)を測定下限と言う。更に、分析試料を測定検体液に調製する過程で、元の分析試料から、どれだけ濃縮若しくは希釈されたかを示す希釈倍率を、測定下限に乗ずることにより、定量下限が求められる。 Here, the lower limit of quantification means the minimum amount or the minimum concentration at which the target component can be analyzed (quantitated) by a certain analysis method. Further, the minimum amount (value) at which the signal of the target component can be detected in the measurement is called the detection limit, and the minimum amount (value) at which reliability is guaranteed in the signal of the target component obtained by the measurement is called the measurement lower limit. Further, in the process of preparing the analysis sample into the measurement sample solution, the lower limit of quantification is obtained by multiplying the lower limit of measurement by the dilution factor indicating how much the original analysis sample is concentrated or diluted.

つまり、例えば、本発明でのナトリウム含有量及びカリウム含有量は、原子吸光分析装置の測定下限0.05μg/mLに対し、分析試料1gを酸分解して測定検体液100mLに調製(希釈倍率は100倍)したことから、定量下限は5ppm(μg/g)であり、即ち、0.0005質量%となる。また、本発明でのカルシウム含有量及びマグネシウム含有量は、ICP発光分光分析装置の測定下限0.05μg/mLに対し、分析試料1gを酸分解して測定検体液100mLに調製(希釈倍率は100倍)したことから、定量下限は5ppm(μg/g)であり、即ち、0.0005質量%となる。 That is, for example, the sodium content and potassium content in the present invention are prepared by acid-decomposing 1 g of the analysis sample to 100 mL of the measurement sample solution with respect to the lower limit of 0.05 μg / mL of the measurement of the atomic absorption spectrometer (dilution ratio is Since it was 100 times), the lower limit of quantification is 5 ppm (μg / g), that is, 0.0005 mass%. In addition, the calcium content and magnesium content in the present invention are prepared by acid-decomposing 1 g of the analysis sample to 100 mL of the measurement sample solution with respect to the lower limit of 0.05 μg / mL of the measurement of the ICP emission spectrophotometer (dilution ratio is 100). The lower limit of quantification is 5 ppm (μg / g), that is, 0.0005% by mass.

これに対して、比較例1〜9では、アルカリ溶液を作製する際の[CO 2−]/[OH]や、洗浄液である炭酸水素アンモニウム溶液の濃度が、好ましい範囲で無かったり、炭酸水素アンモニウム溶液以外の洗浄液を用いたり、最適条件から逸脱していたことから、実施例の様な優れた効果は得られなかった。 On the other hand, in Comparative Examples 1 to 9, in making an alkaline solution [CO 3 2-] / [OH -] and the concentration of ammonium bicarbonate solution is wash or not a preferable range carbonate Since a cleaning solution other than the ammonium hydrogen hydrogen solution was used and the conditions deviated from the optimum conditions, the excellent effect as in the examples could not be obtained.

また、実施例1〜13では、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物のほか、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の多孔構造についても、空隙率が50超〜80%(つまり50%より大きく80%以下)と好ましい範囲であり、正極活物質として用いられる際に、嵩密度を低下させ過ぎることなく、粒子強度を許容範囲内に保ち長寿命化させ、正極活物質と電解液との接触面積を十分なものにすることができ、電池特性が向上した。 Further, in Examples 1 to 13, in addition to the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide, the porous structure of the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide also has a void ratio of more than 50 to 80% (that is, greater than 50% and 80% or less). When used as a positive electrode active material, the particle strength is kept within an allowable range to prolong the life of the particles without excessively reducing the bulk density, and the contact area between the positive electrode active material and the electrolytic solution is sufficient. It was possible to make it, and the battery characteristics were improved.

以上より、特にナトリウムの含有量を確実に低減させて、焼結凝集を抑制し、かつ高空隙率化及び長寿命化によるさらなる電池特性の向上が可能な正極活物質である、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物及びリチウムイオン二次電池を提供することができた。
ところで、例えば、分析化学分野においては、分析・試験の基準となる標準物質を提供している試薬メーカーなどが、日々、更なる標準物質の高純度化に取り組んでおり、不純物を極力低減するための研究が行われている。このことからも、本発明が開示する、ナトリウムをはじめとする不純物の含有量を、可能な限り低減した、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物が、単に設計事項を変更したものでは無いことは、言うまでも無く明らかである。
Based on the above, lithium nickel manganese cobalt, which is a positive electrode active material capable of reliably reducing the sodium content, suppressing sintering aggregation, and further improving battery characteristics by increasing the void ratio and extending the life. It was possible to provide a composite oxide and a lithium ion secondary battery.
By the way, for example, in the field of analytical chemistry, reagent manufacturers that provide standard substances for analysis and testing are working on further purification of standard substances every day to reduce impurities as much as possible. Research is being conducted. From this, it can be said that the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide disclosed in the present invention, in which the content of impurities such as sodium is reduced as much as possible, is not merely a modification of the design items. Needless to say, it is clear.

なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。 Although each embodiment and each embodiment of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art can understand that many modifications that do not substantially deviate from the novel matters and effects of the present invention are possible. , Will be easy to understand. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention.

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。またリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物及びリチウムイオン二次電池の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 For example, a term described at least once in a specification or drawing with a different term in a broader or synonymous manner may be replaced by that different term anywhere in the specification or drawing. Further, the configuration and operation of the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide and the lithium ion secondary battery are not limited to those described in each embodiment and each embodiment of the present invention, and various modifications can be carried out.

S10 晶析工程、S11 核生成工程、S12 粒子成長工程、S20 洗浄工程 S10 crystallization step, S11 nucleation step, S12 particle growth step, S20 cleaning step

Claims (5)

リチウム、ニッケル、マンガン、コバルトを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は前記一次粒子と前記二次粒子で構成されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物であって、
前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に含まれるナトリウム含有量が0.0005質量%未満であり、
前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粒子の空隙率が50超〜80%であり、
前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の平均粒径を、前駆体であるニッケルマンガンコバルト複合水酸化物の平均粒径で除した比が、0.95〜1.05であることを特徴とするリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物。
Secondary particles in which primary particles containing lithium, nickel, manganese, and cobalt are aggregated, or lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide composed of the primary particles and the secondary particles.
The sodium content of the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide is less than 0.0005% by mass.
The porosity of the particles of the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide is more than 50 to 80%.
The ratio obtained by dividing the average particle size of the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide by the average particle size of the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide as a precursor is 0.95 to 1.05. Nickel manganese cobalt composite oxide.
無作為に選択した100個以上の前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粒子を、走査型電子顕微鏡により観察した際に、二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、5%以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物。 When 100 or more randomly selected particles of the lithium nickel-manganese cobalt composite oxide are observed with a scanning electron microscope, the number of secondary particles observed to be aggregated is the total number of secondary particles observed. The lithium nickel manganese cobalt composite oxide according to claim 1, wherein the content is 5% or less. 前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に含まれる硫酸根含有量が0.15質量%以下、塩素根含有量が0.005質量%以下、かつMe席占有率が93.0%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物。 The sulfate root content contained in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide is 0.15% by mass or less, the chlorine root content is 0.005% by mass or less, and the Me seat occupancy rate is 93.0% or more. The lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide according to claim 1 or 2. 前記リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に含まれるカリウム、カルシウム、マグネシウムの少なくともいずれか1つ以上の物質の含有量が、0.0005質量%未満であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物。 Any of claims 1 to 3, wherein the content of at least one or more of potassium, calcium, and magnesium contained in the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide is less than 0.0005% by mass. The lithium nickel manganese cobalt composite oxide according to item 1. 少なくとも、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を含む正極を備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising at least a positive electrode containing the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide according to any one of claims 1 to 4.
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