JP2020181647A - Method for manufacturing positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode active material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents

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一臣 漁師
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Abstract

To provide a method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, which hardly worsens the cycle characteristic.SOLUTION: Disclosed are a positive electrode active material 100 for a lithium ion secondary battery and a method for manufacturing the same. The method comprises the steps of: mixing a first lithium metal composite oxide including secondary particles 2 resulting from agglomeration of primary particles 1, a tungsten oxide A1, and water to obtain a mixture; and drying the mixture to obtain a second lithium metal composite oxide 20. In the method, the first lithium metal composite oxide contains tungsten of 0.1-1.0 mass% to a total mass of the first lithium metal composite oxide. The mixture contains tungsten in the tungsten oxide A1 in a range of 0.1-0.5 mass% to a total mass of the first lithium metal composite oxide.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量なリチウムイオン二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット自動車を含む電気自動車用途に適した高出力二次電池の開発も強く望まれている。 In recent years, with the spread of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, the development of a compact and lightweight lithium ion secondary battery having a high energy density is strongly desired. There is also a strong demand for the development of high-power secondary batteries suitable for electric vehicle applications including hybrid vehicles.

このような要望を満たす二次電池として、リチウムイオン二次電池などのリチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、負極および正極とセパレータと電解液等で構成され、負極および正極の活物質は、リチウムを脱離および挿入することの可能な材料が用いられている。 As a secondary battery satisfying such a demand, there is a lithium ion secondary battery such as a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, a separator, an electrolytic solution, and the like, and the active material of the negative electrode and the positive electrode is a material capable of desorbing and inserting lithium.

リチウムイオン二次電池は、現在研究、開発が盛んに行われているところであるが、中でも、層状またはスピネル型のリチウム金属複合酸化物を正極活物質に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の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。 Lithium-ion secondary batteries are currently 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 are 4V class. Since a high voltage can be obtained, it is being put into practical use as a battery having a high energy density.

これまでに主に提案されている正極活物質としては、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、さらに安価なマンガンを用いて安全性に優れたリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3など)、スピネル系リチウムマンガン複合酸化物(LiMn)などが挙げられる。 The positive electrode active materials that have been mainly proposed so far include lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, and lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), which uses nickel, which is cheaper than cobalt. Lithium nickel cobalt manganese composite oxide (for example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) and spinel-based lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ), which are excellent in safety by using cheaper manganese. ) And so on.

ところで、正極活物質が小粒径でかつ粒度分布が狭い場合、出力特性と充放電サイクル特性とに優れたリチウムイオン二次電池を得ることができる。これは、粒径が小さい粒子は、比表面積が大きく、正極活物質として用いた場合に、電解液との反応面積を十分に確保することができるばかりでなく、正極を薄く構成し、リチウムイオンの正極−負極間の移動距離を短くすることができるため、正極抵抗の低減が可能だからである。また、粒度分布が狭い、すなわち粒度の揃った粒子であることは、電極内で粒子ごとに印加される電圧を均一化できるため、微粒子が選択的に劣化することによる電池容量の低下を抑制することが可能だからである。 By the way, when the positive electrode active material has a small particle size and a narrow particle size distribution, a lithium ion secondary battery having excellent output characteristics and charge / discharge cycle characteristics can be obtained. This is because particles having a small particle size have a large specific surface area, and when used as a positive electrode active material, not only can a sufficient reaction area with an electrolytic solution be secured, but also the positive electrode is made thin and lithium ions are formed. This is because the moving distance between the positive electrode and the negative electrode can be shortened, so that the positive electrode resistance can be reduced. Further, since the particles having a narrow particle size distribution, that is, particles having a uniform particle size, can make the voltage applied to each particle uniform in the electrode, the decrease in battery capacity due to the selective deterioration of the fine particles is suppressed. Because it is possible.

例えば、特許文献1〜3には、正極活物質の前駆体となる遷移金属複合水酸化物粒子を、主として核生成を行う核生成工程と、主として粒子成長を行う粒子成長工程の2段階に明確に分離した晶析反応により、製造する方法が開示されている。これらの方法では、反応水溶液のpH値を、液温25℃基準で、核生成工程では12.0〜14.0の範囲に、粒子成長工程では、10.5〜12.0の範囲に制御している。また、反応雰囲気を、核生成工程および粒子成長工程の初期では酸化性雰囲気とするとともに、所定のタイミングで、非酸化性雰囲気に切り替えている。 For example, Patent Documents 1 to 3 clearly describe transition metal composite hydroxide particles that are precursors of a positive electrode active material in two stages, a nucleation step in which nucleation is mainly performed and a particle growth step in which particle growth is mainly carried out. A method for producing the particles by the crystallization reaction separated into the above is disclosed. In these methods, the pH value of the reaction aqueous solution is controlled in the range of 12.0 to 14.0 in the nucleation step and in the range of 10.5 to 12.0 in the particle growth step based on the liquid temperature of 25 ° C. doing. Further, the reaction atmosphere is changed to an oxidizing atmosphere at the initial stage of the nucleation step and the particle growth step, and is switched to a non-oxidizing atmosphere at a predetermined timing.

このような方法により、得られる遷移金属複合水酸化物粒子は、小粒径で粒度分布が狭く、かつ、微細一次粒子からなる低密度の中心部と、板状または針状一次粒子からなる高密度の外殻部とから構成される。そして、このような遷移金属複合水酸化物粒子にリチウム化合物を混合し焼成した場合、低密度の中心部が大きく収縮し、内部に空間部が形成されることとなる。しかも、遷移金属複合水酸化物粒子の粒子性状は、正極活物質に引き継がれる。具体的には、これらの文献に記載の技術により得られる正極活物質は、平均粒径が2μm〜8μmまたは2μm〜15μmの範囲にあり、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.60以下であり、かつ、中空構造を備えたものとなっている。 The transition metal composite hydroxide particles obtained by such a method have a small particle size, a narrow particle size distribution, a low density center composed of fine primary particles, and a high height composed of plate-shaped or needle-shaped primary particles. It is composed of a density outer shell. When a lithium compound is mixed with such transition metal composite hydroxide particles and fired, the low-density central portion contracts significantly, and a space portion is formed inside. Moreover, the particle properties of the transition metal composite hydroxide particles are inherited by the positive electrode active material. Specifically, the positive electrode active material obtained by the techniques described in these documents has an average particle size in the range of 2 μm to 8 μm or 2 μm to 15 μm, and is an index showing the spread of the particle size distribution [(d90-d10). ) / Average particle size] is 0.60 or less and has a hollow structure.

このため、これらの正極活物質を用いた二次電池では、容量特性、出力特性と充放電サイクル特性とを改善できるとされている。しかしながら、出力特性と充放電サイクル特性のさらなる向上が求められている。 Therefore, it is said that a secondary battery using these positive electrode active materials can improve the capacity characteristics, output characteristics, and charge / discharge cycle characteristics. However, further improvement in output characteristics and charge / discharge cycle characteristics is required.

充放電サイクル特性のさらなる向上を図るためには、ニッケル、コバルト、マンガンなどの金属元素に対してリチウムを化学両論組成よりも過剰に含有させることが有効であることが知られている。また、正極活物質にタングステンを含む化合物を添加することにより、出力特性や充放電サイクル特性が改善されることが報告されている。 It is known that it is effective to contain lithium in excess of the stoichiometric composition with respect to metal elements such as nickel, cobalt and manganese in order to further improve the charge / discharge cycle characteristics. Further, it has been reported that the output characteristics and the charge / discharge cycle characteristics are improved by adding a compound containing tungsten to the positive electrode active material.

例えば、特許文献4には、酸化タングステンなどの酸性酸化物を正極活物質に混合することによって得られる正極組成物が提案されている。この正極組成物によれば、正極活物質から遊離したリチウムと、バインダーに含まれる水分とが反応して生成した水酸化リチウムが、酸性酸化物と優先的に反応することにより、生成した水酸化リチウムとバインダーとの反応を抑制して、正極用スラリーのゲル化が抑制されるとされている。更に、酸性酸化物は水酸化リチウムと反応する、しないに関わらず、正極内で導電剤としての役割を果たし、正極全体の抵抗を下げ、結果電池の出力特性向上に寄与するとされている。 For example, Patent Document 4 proposes a positive electrode composition obtained by mixing an acidic oxide such as tungsten oxide with a positive electrode active material. According to this positive electrode composition, lithium hydroxide produced by the reaction of lithium liberated from the positive electrode active material and the water contained in the binder reacts preferentially with the acidic oxide to produce hydroxide. It is said that the reaction between lithium and the binder is suppressed to suppress the gelation of the positive electrode slurry. Further, it is said that the acid oxide acts as a conductive agent in the positive electrode regardless of whether or not it reacts with lithium hydroxide, lowers the resistance of the entire positive electrode, and as a result contributes to the improvement of the output characteristics of the battery.

また、特許文献5には、正極活物質と、導電材、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの結着剤、及び、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの有機溶媒と、を混合して正極ペーストを調整する際に、所定量の酸化タングステンの粒子を混合する方法が提案されている。この方法によれば、正極ペーストの増粘抑制効果のみならず、二次電池における低温反応抵抗の抑制効果があるとされている。 Further, in Patent Document 5, a positive electrode active material, a conductive material, a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF), and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) are mixed. A method of mixing a predetermined amount of tungsten oxide particles when preparing the positive electrode paste has been proposed. According to this method, it is said that not only the effect of suppressing the thickening of the positive electrode paste but also the effect of suppressing the low temperature reaction resistance in the secondary battery is obtained.

また、特許文献6には、リチウム金属複合酸化物粉末に、タングステン化合物を溶解させたアルカリ溶液を添加、混合した後、熱処理することにより、WおよびLiを含む微粒子を、リチウム金属複合酸化物粉末の表面もしくは該粉末の一次粒子の表面に形成する、正極活物質の製造方法が提案されている。特許文献6によれば、リチウム金属複合酸化物粉末の一次粒子表面にWおよびLiを含む微粒子を形成させることによって出力特性が向上することが報告されている。 Further, in Patent Document 6, a lithium metal composite oxide powder is obtained by adding an alkaline solution in which a tungsten compound is dissolved to the lithium metal composite oxide powder, mixing the mixture, and then heat-treating the fine particles containing W and Li. A method for producing a positive electrode active material, which is formed on the surface of the powder or the surface of the primary particles of the powder, has been proposed. According to Patent Document 6, it is reported that the output characteristics are improved by forming fine particles containing W and Li on the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide powder.

特開2012−246199号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-246199 特開2013−147416号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-147416 国際公開2012/131881号International Publication 2012/131881 特許第5382061号公報Japanese Patent No. 5382061 特開2013−084395号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-08435 特開2012−079464号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-079464

電気自動車のさらなる普及には、リチウムイオン二次電池のさらなる高容量化および低コスト化が必要であり、このため、正極活物質に含まれるコバルトの量を低減させ、ニッケル量を高めることが検討されている。 For the further spread of electric vehicles, it is necessary to further increase the capacity and cost of lithium-ion secondary batteries. Therefore, it is considered to reduce the amount of cobalt contained in the positive electrode active material and increase the amount of nickel. Has been done.

しかしながら、このような方策では、正極活物質の表面に酸化ニッケルが形成されやすくなり、正極活物質の構造が不安定となるおそれがある。特に、酸化ニッケルの生成は、正極活物質の抵抗を高めるだけでなく、リチウムの脱着反応が不均一に生じる要因となり得る。さらに、正極活物質においてリチウムの脱着反応が局所的に生じるようになると、二次電池のサイクル特性が低下するという問題が生じ得る。 However, with such a measure, nickel oxide is likely to be formed on the surface of the positive electrode active material, and the structure of the positive electrode active material may become unstable. In particular, the formation of nickel oxide can not only increase the resistance of the positive electrode active material, but also cause a non-uniform lithium desorption reaction. Further, if the desorption reaction of lithium occurs locally in the positive electrode active material, there may be a problem that the cycle characteristics of the secondary battery are deteriorated.

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、コバルトに対するニッケルの量を相対的に高めた場合であっても、サイクル特性の低下が生じ難いリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明では、サイクル特性の低下が生じ難いリチウムイオン二次電池用正極活物質、さらにはそのような正極活物質を含むリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and in the present invention, even when the amount of nickel with respect to cobalt is relatively increased, the cycle characteristics are unlikely to deteriorate for a lithium ion secondary battery. An object of the present invention is to provide a method for producing a positive electrode active material. Another object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery in which cycle characteristics are unlikely to deteriorate, and further to provide a lithium ion secondary battery containing such a positive electrode active material.

本発明では、
複数の一次粒子が凝集して構成された二次粒子を含む第一のリチウム金属複合酸化物と、酸化タングステンと、水とを混合して混合物を得ることと、
前記混合物を乾燥して、第二のリチウム金属複合酸化物を得ることと、
を有し、
前記第一のリチウム金属複合酸化物は、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、及び、元素Mを、Li:Ni:Co:M=z:(1−x−y):x:y(ただし、0.97<z<1.30、0≦x≦0.10、0≦y≦0.10、0≦x+y≦0.10、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表される原子数比で含み、かつ、タングステンを、前記第一のリチウム金属複合酸化物全体に対して、0.1質量%以上1.0質量%以下含み、
前記混合物は、前記第一のリチウム金属複合酸化物全体に対して、前記酸化タングステン中のタングステンを0.1質量%以上0.5質量%以下含む、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法が提供される。
In the present invention
To obtain a mixture by mixing first lithium metal composite oxide containing secondary particles composed of agglomerated primary particles, tungsten oxide, and water.
Drying the mixture to obtain a second lithium metal composite oxide
Have,
The first lithium metal composite oxide contains lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and element M as Li: Ni: Co: M = z: (1-xy) :. x: y (where 0.97 <z <1.30, 0≤x≤0.10, 0≤y≤0.10, 0≤x + y≤0.10, M is Mn, V, Mg, Mo. , Nb, Ti, and at least one element selected from Al), and contains tungsten in an amount of 0.1% by mass or more based on the total amount of the first lithium metal composite oxide. Contains 1.0% by mass or less
The mixture is used for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, which contains 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less of tungsten in the tungsten oxide with respect to the entire first lithium metal composite oxide. A method is provided.

ここで、本発明の製造方法において、前記第二のリチウム金属複合酸化物は、タングステン酸リチウムを含み、前記第二のリチウム金属複合酸化物全体に対して、タングステンを0.2質量%以上1.0質量%以下含んでもよい。 Here, in the production method of the present invention, the second lithium metal composite oxide contains lithium tungstate, and 0.2% by mass or more of tungsten is added to the whole of the second lithium metal composite oxide. It may contain 0.0% by mass or less.

また、前記水を、前記第一のリチウム金属複合酸化物全体に対して、1質量%以上10質量%以下で混合してもよい。 Further, the water may be mixed in an amount of 1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the entire first lithium metal composite oxide.

また、前記第一のリチウム金属複合酸化物と前記酸化タングステンとを混合した後、前記水を、液滴の平均粒径が100μm以下の霧状態となるように噴霧して混合してもよい。 Further, after mixing the first lithium metal composite oxide and the tungsten oxide, the water may be sprayed and mixed so that the average particle size of the droplets is 100 μm or less.

また、前記第一のリチウム金属複合酸化物は、比表面積が0.5cm/g以上2m/g以下であってもよい。 Further, the first lithium metal composite oxide may have a specific surface area of 0.5 cm 2 / g or more and 2 m 2 / g or less.

また、前記第一のリチウム金属複合酸化物は、300℃におけるカールフィッシャー水分率が0.05質量%以上0.2質量%以下であってもよい。 Further, the first lithium metal composite oxide may have a Karl Fischer moisture content of 0.05% by mass or more and 0.2% by mass or less at 300 ° C.

また、前記第二のリチウム金属複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集して構成された二次粒子、及び、タングステン酸リチウムを含み、
走査型電子顕微鏡を用いた前記二次粒子の表面の観察から求められる、前記二次粒子の表面に存在する粒径0.5μm以上のタングステン酸リチウムの面積割合が、観察面全体の面積に対して、5%以下であってもよい。
Further, the second lithium metal composite oxide contains secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles and lithium tungstate.
The area ratio of lithium tungstate having a particle size of 0.5 μm or more present on the surface of the secondary particles, which is obtained from the observation of the surface of the secondary particles using a scanning electron microscope, is the area of the entire observation surface. It may be 5% or less.

また、前記表面に存在する粒径0.5μm以上のタングステン酸リチウムの面積割合が1%以下であってもよい。 Further, the area ratio of lithium tungstate having a particle size of 0.5 μm or more existing on the surface may be 1% or less.

また、前記第二のリチウム金属複合酸化物は、体積平均粒径MVが4μm以上6μm以下であってもよい。 Further, the second lithium metal composite oxide may have a volume average particle size MV of 4 μm or more and 6 μm or less.

また、本発明では、
リチウムイオン二次電池用正極活物質であって、
複数の一次粒子が凝集して構成された二次粒子、及び、タングステン酸リチウムを含み、
リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、元素M、およびタングステン(W)の原子数比が、Li:Ni:Co:M:W=z:(1−x−y):x:y:a(ただし、0.97<z<1.30、0≦x≦0.10、0≦y≦0.10、0≦x+y≦0.10、0.0005≦a≦0.005、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、
当該正極活物質の表面に存在するタングステン量が、当該正極活物質全体に対して、0.1質量%以上1.0質量%以下であり、かつ、前記正極活物質の内部に存在するタングステン量は、当該正極活物質全体に対して、0.1質量%以上1.0質量%以下である、正極活物質が提供される。
Further, in the present invention,
A positive electrode active material for lithium-ion secondary batteries
It contains secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles and lithium tungstate.
The atomic number ratio of lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), element M, and tungsten (W) is Li: Ni: Co: M: W = z: (1-xy): x. : Y: a (where 0.97 <z <1.30, 0 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y ≦ 0.10, 0 ≦ x + y ≦ 0.10, 0.0005 ≦ a ≦ 0.005 , M is represented by at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al).
The amount of tungsten present on the surface of the positive electrode active material is 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less with respect to the entire positive electrode active material, and the amount of tungsten present inside the positive electrode active material. Provides a positive electrode active material that is 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less with respect to the entire positive electrode active material.

ここで、当該正極活物質の表面に存在するタングステン量は、当該正極活物質の内部に含まれるタングステン量に対して0.1倍以上1倍以下であってもよい。 Here, the amount of tungsten present on the surface of the positive electrode active material may be 0.1 times or more and 1 time or less with respect to the amount of tungsten contained inside the positive electrode active material.

また、走査型電子顕微鏡を用いた前記二次粒子の表面の観察から求められる、前記二次粒子の表面に存在する粒径0.5μm以上のタングステン酸リチウムの面積割合が、観察表面全体に対して、5%以下であってもよい。 Further, the area ratio of lithium tungstate having a particle size of 0.5 μm or more present on the surface of the secondary particles, which is obtained from the observation of the surface of the secondary particles using a scanning electron microscope, is determined with respect to the entire observation surface. It may be 5% or less.

また、当該正極活物質は、当該正極活物質全体に対して、タングステンを0.2質量%以上1質量%以下含んでもよい。 Further, the positive electrode active material may contain tungsten in an amount of 0.2% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the entire positive electrode active material.

また、当該正極活物質は、300℃におけるカールフィッシャー水分率が0.05%以上0.2%以下であってもよい。 Further, the positive electrode active material may have a Karl Fischer moisture content of 0.05% or more and 0.2% or less at 300 ° C.

また、当該正極活物質は、体積平均粒径MVが4μm以上6μm以下であてもよい。。 Further, the positive electrode active material may have a volume average particle size MV of 4 μm or more and 6 μm or less. ..

さらに、本発明では、前述のような特徴を有する正極活物質を含む正極、負極、セパレータ、及び、非水系電解質を備えるリチウムイオン二次電池が提供される。 Further, the present invention provides a lithium ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a positive electrode active material having the above-mentioned characteristics.

本発明では、コバルトに対するニッケルの量を相対的に高めた場合であっても、サイクル特性の低下が生じ難いリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法を提供することができる。また、本発明では、サイクル特性の低下が生じ難いリチウムイオン二次電池用正極活物質、さらにはそのような正極活物質を含むリチウムイオン二次電池を提供することができる。本発明の製造方法は、容易で工業的規模での生産に適したものであり、その工業的価値は極めて大きい。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, in which the cycle characteristics are unlikely to deteriorate even when the amount of nickel relative to cobalt is relatively increased. Further, in the present invention, it is possible to provide a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery in which deterioration of cycle characteristics is unlikely to occur, and further, a lithium ion secondary battery containing such a positive electrode active material. The production method of the present invention is easy and suitable for production on an industrial scale, and its industrial value is extremely large.

図1は、実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment. 図2は、実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment. 図3は、実施形態に係る第一及び第二のリチウム金属複合酸化物の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the first and second lithium metal composite oxides according to the embodiment. 図4は、実施形態に係る正極活物質の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the positive electrode active material according to the embodiment. 図5は、インピーダンス評価の測定例と解析に使用した等価回路の概略説明図である。FIG. 5 is a schematic explanatory view of a measurement example of impedance evaluation and an equivalent circuit used for analysis. 図6は、電池評価に使用したコイン型電池の概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the coin-type battery used for battery evaluation.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。また、図面においては、各構成をわかりやすくするために、一部を強調して、あるいは一部を簡略化して表しており、実際の構造または形状、縮尺等が異なっている場合がある。以下、図を参照して、実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質、及び、二次電池用正極活物質について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Further, in the drawings, in order to make each configuration easy to understand, a part is emphasized or a part is simplified, and the actual structure or shape, scale, etc. may be different. Hereinafter, a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and a positive electrode active material for a secondary battery will be described with reference to the drawings.

(1)リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
図1及び図2は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質(以下、「正極活物質100」ともいう。)の製造方法の一例を示す図である。また、図3及び図4は、本実施形態に係る第一のリチウム金属複合酸化物10、及び、第二のリチウム金属複合酸化物20の一例をそれぞれ示す模式図である。
(1) Method for Producing Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Battery FIGS. 1 and 2 show the positive electrode active material for lithium ion secondary battery (hereinafter, also referred to as “positive electrode active material 100”) according to the present embodiment. It is a figure which shows an example of the manufacturing method. Further, FIGS. 3 and 4 are schematic views showing an example of the first lithium metal composite oxide 10 and the second lithium metal composite oxide 20 according to the present embodiment, respectively.

図1に示すように、本実施形態に係る正極活物質100の製造方法は、タングステンを含む第一のリチウム金属複合酸化物10と、酸化タングステンと、純水とを混合して混合物を得ること(ステップS1)と、この混合物を乾燥して、第二のリチウム金属複合酸化物20を得ること(ステップS2)を備える。なお、第二のリチウム金属複合酸化物20は、そのまま正極活物質100として用いてもよいし、粒度分布を調整するための解砕工程などの他の工程をさらに行った後、正極活物質100として用いてもよい。 As shown in FIG. 1, the method for producing the positive electrode active material 100 according to the present embodiment is to obtain a mixture by mixing the first lithium metal composite oxide 10 containing tungsten, tungsten oxide, and pure water. (Step S1) and drying the mixture to obtain a second lithium metal composite oxide 20 (step S2). The second lithium metal composite oxide 20 may be used as it is as the positive electrode active material 100, or after further performing other steps such as a crushing step for adjusting the particle size distribution, the positive electrode active material 100 May be used as.

本実施形態に係る製造方法により得られる第二のリチウム金属複合酸化物20(例えば、図4)は、従来のWを含む第一のリチウム金属複合酸化物10(例えば、図3)を単独で正極活物質として用いた場合や、第一のリチウム金属複合酸化物10の代わりに、Wを含有しないリチウム金属複合酸化物を原料として用いた場合と比較して、サイクル特性が向上した二次電池を得ることができる。また、第二のリチウム金属複合酸化物20(正極活物質100)を用いた二次電池は、上述のような従来の正極活物質よりもタングステンの使用量が少なくても、同等の電池特性を有することができ、コストの観点からも優れる。 The second lithium metal composite oxide 20 (for example, FIG. 4) obtained by the production method according to the present embodiment contains the conventional lithium metal composite oxide 10 containing W (for example, FIG. 3) alone. A secondary battery with improved cycle characteristics as compared with the case where it is used as a positive electrode active material or when a lithium metal composite oxide containing no W is used as a raw material instead of the first lithium metal composite oxide 10. Can be obtained. Further, the secondary battery using the second lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material 100) has the same battery characteristics even if the amount of tungsten used is smaller than that of the conventional positive electrode active material as described above. It can have and is excellent from the viewpoint of cost.

上記理由の詳細は不明であるが、Wを含む第一のリチウム金属複合酸化物10は、図3に示すように、その表面及び内部の少なくとも一部に、タングステンを含む化合物A1を形成していると考えられる。そして、上記のステップS1及びステップS2により、第一のリチウム金属複合酸化物10中のリチウムと、酸化タングステンとが反応して、図4に示すように、第二のリチウム金属複合酸化物20の表面に、例えば、タングステン酸リチウムなどのタングステンを含む化合物A2が形成される。そして、正極活物質100(第二のリチウム金属複合酸化物20)の内部と表面の全体に、タングステンを含む化合物A1、A2が存在することにより、二次電池において、電解液と正極活物質100の内部との間でLiイオンの伝導パスが形成され、リチウムイオンの出し入れがしやすくなるものと考えられる。 Although the details of the above reason are unknown, as shown in FIG. 3, the first lithium metal composite oxide 10 containing W forms a compound A1 containing tungsten on at least a part of the surface and the inside thereof. It is thought that there is. Then, in steps S1 and S2 described above, lithium in the first lithium metal composite oxide 10 reacts with tungsten oxide, and as shown in FIG. 4, the second lithium metal composite oxide 20 A compound A2 containing tungsten such as lithium tungstate is formed on the surface. Then, the electrolytic solution and the positive electrode active material 100 in the secondary battery due to the presence of the compounds A1 and A2 containing tungsten inside and on the entire surface of the positive electrode active material 100 (second lithium metal composite oxide 20). It is considered that a conduction path for Li ions is formed between the inside and the inside of the lithium ion, which facilitates the movement of lithium ions in and out.

また、本発明の製造方法では、リチウム金属複合酸化物の一次粒子および二次粒子の表面に、タングステンを含む化合物が形成される。この低抵抗のタングステンを含む化合物の存在により、リチウム金属複合酸化物に含まれるニッケル量がコバルト量に対して比較的高い場合であっても、正極活物質の抵抗の上昇を有意に抑制することができる。 Further, in the production method of the present invention, a compound containing tungsten is formed on the surfaces of the primary particles and the secondary particles of the lithium metal composite oxide. The presence of this low-resistance tungsten-containing compound significantly suppresses an increase in the resistance of the positive electrode active material even when the amount of nickel contained in the lithium metal composite oxide is relatively high with respect to the amount of cobalt. Can be done.

また、これにより、リチウムイオンの脱着が正極活物質全体において比較的均一に生じるようになり、正極活物質のサイクル特性の低下を有意に抑制することができる。 Further, as a result, the desorption of lithium ions becomes relatively uniform in the entire positive electrode active material, and the deterioration of the cycle characteristics of the positive electrode active material can be significantly suppressed.

以下、本発明の正極活物質の製造方法を、図1〜図4を参照して、詳細に説明する。
[混合工程:ステップS1]
まず、図1に示すように、第一のリチウム金属複合酸化物10と、酸化タングステンと、水と、を混合して混合物を得る(ステップS1)。以下、本工程で用いられる各材料について、図3、図4を適宜、参照して説明する。
Hereinafter, the method for producing the positive electrode active material of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.
[Mixing step: Step S1]
First, as shown in FIG. 1, the first lithium metal composite oxide 10, tungsten oxide, and water are mixed to obtain a mixture (step S1). Hereinafter, each material used in this step will be described with reference to FIGS. 3 and 4 as appropriate.

(第一のリチウム金属複合酸化物)
第一のリチウム金属複合酸化物10は、複数の一次粒子1が凝集して構成された二次粒子2を含み、かつ、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、タングステン(W)、及び、任意に元素Mを含む。
(First Lithium Metal Composite Oxide)
The first lithium metal composite oxide 10 contains secondary particles 2 formed by aggregating a plurality of primary particles 1, and also contains lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and tungsten (W). ), And optionally the element M.

第一のリチウム金属複合酸化物10中、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、及び、元素Mは、Li:Ni:Co:M=z:(1−x−y):x:y(ただし、0.97<z<1.30、0≦x≦0.10、0≦y≦0.10、0≦x+y≦0.10、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表される原子数比で含まれる。 In the first lithium metal composite oxide 10, lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and the element M are Li: Ni: Co: M = z :( 1-xy) :. x: y (where 0.97 <z <1.30, 0≤x≤0.10, 0≤y≤0.10, 0≤x + y≤0.10, M is Mn, V, Mg, Mo. , Nb, Ti and Al) are included in the atomic number ratio represented by (at least one element).

第一のリチウム金属複合酸化物10は、リチウムを過剰に含有する(上記比において、zが1を超える)ことにより、後述するように、第一のリチウム金属複合酸化物10から遊離したリチウムの一部が、水の存在下、酸化タングステンと中和反応して、タングステン酸リチウムを容易に形成することができる。 The first lithium metal composite oxide 10 contains an excess of lithium (z exceeds 1 in the above ratio), so that the lithium metal composite oxide 10 is liberated from the first lithium metal composite oxide 10 as described later. A part of it can be neutralized with tungsten oxide in the presence of water to easily form lithium tungstate.

また、第一のリチウム金属複合酸化物10全体の組成は、例えば、一般式(1):LiNi1−x−yCo(1.00<z<1.30、0.10≦x≦0.35、0≦y≦0.35、0.0005≦a≦0.005、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表すことができる。 The first lithium-containing metal composite oxide 10 overall composition is, for example, the general formula (1): Li z Ni 1 -x-y Co x M y W a O 2 (1.00 <z <1.30 , 0.10 ≦ x ≦ 0.35, 0 ≦ y ≦ 0.35, 0.0005 ≦ a ≦ 0.005, M is at least one selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al. It can be represented by a species element).

第一のリチウム金属複合酸化物10中、タングステン(W)は、第一のリチウム金属複合酸化物10全体に対して、0.1質量%以上1.0質量%以下、好ましくは0.5質量%以上1.0質量%以下含まれる。第一のリチウム金属複合酸化物10がタングステンを上記範囲で含む場合、混合(ステップS1)に用いる酸化タングテンの量を低減することができ、さらに、正極活物質100全体におけるタングステン量を低減しても、電池容量を高く維持しながら、高い正極抵抗の低減効果を有する正極活物質を得ることができる。 In the first lithium metal composite oxide 10, tungsten (W) is 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less, preferably 0.5% by mass, based on the entire first lithium metal composite oxide 10. % Or more and 1.0% by mass or less are included. When the first lithium metal composite oxide 10 contains tungsten in the above range, the amount of tangten oxide used for mixing (step S1) can be reduced, and the amount of tungsten in the entire positive electrode active material 100 can be reduced. However, it is possible to obtain a positive electrode active material having a high positive electrode resistance reducing effect while maintaining a high battery capacity.

第一のリチウム金属複合酸化物10中、タングステンの存在部位は特に限定されない。タングステンは、第一のリチウム金属複合酸化物10の結晶中に固溶して存在してもよく、図3に示すように、二次粒子2の表面及び内部に配置する一次粒子1の表面や、これらの一次粒子1間の粒界に、タングステンを含む化合物A1として存在してもよい。また、タングステンの一部が固溶し、それ以外の一部がタングステンを含む化合物A1として存在してもよい。タングステンを含む化合物A1としては、例えば、タングステン酸リチウムなどが挙げられる。なお、タングステンを含む化合物A1の種類は、粉末X回折などにより確認することができる。 In the first lithium metal composite oxide 10, the site where tungsten is present is not particularly limited. Tungsten may be present as a solid solution in the crystal of the first lithium metal composite oxide 10, and as shown in FIG. 3, the surface of the secondary particles 2 and the surface of the primary particles 1 arranged inside , Tungsten-containing compound A1 may be present at the grain boundaries between these primary particles 1. Further, a part of tungsten may be dissolved as a solid solution, and a part of the other part may be present as compound A1 containing tungsten. Examples of the compound A1 containing tungsten include lithium tungstate and the like. The type of compound A1 containing tungsten can be confirmed by powder X diffraction or the like.

第一のリチウム金属複合酸化物10は、上記組成を有するものであれば、特に限定されず、公知の製造方法で得ることができる。第一のリチウム金属複合酸化物10の製造方法の一例を下記(i)〜(iii)に示す。
(i)Ni、Co、W、及び、任意に元素Mを含む水溶液を用いて、中和晶析を行って、遷移金属複合水酸化物を作製した後、これを前駆体として、リチウムを含む化合物と混合し、焼成して、第一のリチウム金属複合酸化物10を得る。
(ii)Wを除くNi、Co、及び、任意に元素Mを含む遷移金属複合水酸化物を作製した後、遷移金属複合水酸化物と、Wを含む化合物と、Liを含む化合物とを混合し、焼成して、第一のリチウム金属複合酸化物10を得る。
(iii)Wを除く上記組成を有するリチウム金属複合酸化物の表面の少なくとも一部に、Wを含む化合物を被覆して、第一のリチウム金属複合酸化物10を得る。
The first lithium metal composite oxide 10 is not particularly limited as long as it has the above composition, and can be obtained by a known production method. An example of the method for producing the first lithium metal composite oxide 10 is shown in (i) to (iii) below.
(I) Using an aqueous solution containing Ni, Co, W, and optionally element M, neutralization crystallization is performed to prepare a transition metal composite hydroxide, which is used as a precursor and contains lithium. It is mixed with a compound and fired to obtain the first lithium metal composite oxide 10.
(Ii) After preparing a transition metal composite hydroxide containing Ni, Co excluding W and optionally element M, the transition metal composite hydroxide, a compound containing W, and a compound containing Li are mixed. Then, it is fired to obtain the first lithium metal composite oxide 10.
(Iii) At least a part of the surface of the lithium metal composite oxide having the above composition excluding W is coated with a compound containing W to obtain the first lithium metal composite oxide 10.

これらの中でも、Wの分布の均一性の観点から、好ましくは(i)及び(ii)の製造方法、より好ましくは(i)の製造方法により、第一のリチウム金属複合酸化物10を製
造することができる。また、(i)の製造方法で添加されたWは、遷移金属複合水酸化物内にWが均一に分布するため、リチウム金属複合酸化物に合成した際にWが、二次粒子2の表面及び内部に存在する一次粒子表面をより均一に被覆することが可能である。
Among these, from the viewpoint of uniformity of W distribution, the first lithium metal composite oxide 10 is produced preferably by the production methods of (i) and (ii), more preferably by the production method of (i). be able to. Further, since W added in the production method (i) is uniformly distributed in the transition metal composite hydroxide, W is generated on the surface of the secondary particles 2 when synthesized into the lithium metal composite oxide. And it is possible to coat the surface of the primary particles existing inside more uniformly.

なお、本実施形態の製造方法においては、上記の製造方法、又は、上記以外の製造方法のいずれで得られた第一のリチウム金属複合酸化物10であっても用いることができる。 In the production method of the present embodiment, the first lithium metal composite oxide 10 obtained by either the above production method or a production method other than the above can be used.

また、第一のリチウム金属複合酸化物10は、その表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した場合、粒径0.5μm以上のタングステンを含む化合物A1が観察されないことが好ましい。粒径0.5μm以上のタングステンを含む化合物A1が表面に観察されない場合、十分に微細なタングステンを含む化合物A1が、第一のリチウム金属複合酸化物10の表面及び内部に存在し、後述するタングステンを含む化合物A2と合わせて、より電池容量の向上及び抵抗の低減の効果を得ることができる。なお、タングステンを含む化合物A1の粒径は、上記(i)及び(ii)の製造方法を用いることにより、0.5μm以下とすることができる。 Further, when the surface of the first lithium metal composite oxide 10 is observed with a scanning electron microscope (SEM), it is preferable that compound A1 containing tungsten having a particle size of 0.5 μm or more is not observed. When compound A1 containing tungsten having a particle size of 0.5 μm or more is not observed on the surface, compound A1 containing sufficiently fine tungsten is present on the surface and inside of the first lithium metal composite oxide 10, and is described later. In combination with the compound A2 containing the above, the effect of further improving the battery capacity and reducing the resistance can be obtained. The particle size of the compound A1 containing tungsten can be set to 0.5 μm or less by using the above-mentioned production methods (i) and (ii).

また、第一のリチウム金属複合酸化物10は、内部に存在するタングステン(W)の量が、第一のリチウム金属複合酸化物10全体に対して、好ましくは0.1質量%以上1.0質量%以下、より好ましくは0.5質量%以上1.0質量%以下である。ここで、内部に存在するタングステン(W)の量とは、第一のリチウム金属複合酸化物10に含まれるタングステン(W)中、第一のリチウム金属複合酸化物10を水に分散させて、表面に存在するタングステンを含む化合物A1を除去した際、水に溶出せずに、残存したタングステン(W)の量をいう。第一のリチウム金属複合酸化物10の内部に存在するタングステン(W)量が上記範囲である場合、得られる正極活物質100において、二次粒子2内部に存在するタングステンを含む化合物A1(例えば、タングステン酸リチウム)と、後の工程(ステップS1及びS2)で二次粒子2表面に形成されるタングステンを含む化合物A2(例えば、タングステン酸リチウム)とが、良好なLiイオンの伝導パスを形成することができ、初期充放電容量、正極抵抗、及び、サイクル特性をより向上させる。 Further, the amount of tungsten (W) present in the first lithium metal composite oxide 10 is preferably 0.1% by mass or more and 1.0 with respect to the entire first lithium metal composite oxide 10. It is mass% or less, more preferably 0.5 mass% or more and 1.0 mass% or less. Here, the amount of tungsten (W) existing inside means that the first lithium metal composite oxide 10 is dispersed in water in the tungsten (W) contained in the first lithium metal composite oxide 10. It refers to the amount of tungsten (W) remaining on the surface of the compound A1 containing tungsten without being eluted with water. When the amount of tungsten (W) existing inside the first lithium metal composite oxide 10 is in the above range, in the obtained positive electrode active material 100, the compound A1 containing tungsten existing inside the secondary particles 2 (for example, Lithium tungstate) and the tungsten-containing compound A2 (eg, lithium tungstate) formed on the surface of the secondary particles 2 in subsequent steps (steps S1 and S2) form a good conduction path for Li ions. The initial charge / discharge capacity, positive electrode resistance, and cycle characteristics can be further improved.

第一のリチウム金属複合酸化物10内部に存在するタングステン量は、以下の方法により測定することができる。まず、第一のリチウム金属複合酸化物10全体のタングステン(WT)量を、ICP発光分光分析(ICP法)により測定する。次いで、5.0gの第一のリチウム金属複合酸化物10を純水100mlと共にビーカーに入れ、マグネティックスターラーにて攪拌し分散させ、30分間攪拌を継続した後、10分間静置後に、上澄み液を濾過分取し、上澄み液に溶出したタングステン(W)量をICP法により測定する。この上澄み液に溶出したタングステン量を、第一のリチウム金属複合酸化物10の表面に存在するタングステン量(W)とし、下記の式から、第一のリチウム金属複合酸化物10の内部に存在するタングステン量(W)を算出する。

式:W=W−W

第一のリチウム金属複合酸化物10は、例えば、図3に示すように、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、及び、任意に元素Mからなる二次粒子2から構成される母材と、タングステンを含む化合物A1とを含む。
The amount of tungsten present inside the first lithium metal composite oxide 10 can be measured by the following method. First, the amount of tungsten (WT) in the entire first lithium metal composite oxide 10 is measured by ICP emission spectroscopic analysis (ICP method). Next, 5.0 g of the first lithium metal composite oxide 10 was placed in a beaker together with 100 ml of pure water, stirred and dispersed with a magnetic stirrer, stirred for 30 minutes, allowed to stand for 10 minutes, and then the supernatant was added. The amount of tungsten (W) eluted in the supernatant is measured by the ICP method. The supernatant amount of tungsten eluted, amount of tungsten present on the surface of the first lithium metal composite oxide 10 and (W S), from the following formula, present within the first lithium metal composite oxide 10 tungsten amount of the (W I) is calculated.

Formula: W I = W T -W S

The first lithium metal composite oxide 10 is composed of, for example, as shown in FIG. 3, secondary particles 2 composed of lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and optionally element M. The base metal and the compound A1 containing tungsten are contained.

第一のリチウム金属複合酸化物10を構成する母材は、例えば、一般式(2):LiNi1−x−yCo2+α(ただし、0.97<z<1.30、0≦x≦0.10、0≦y≦0.10、0≦x+y≦0.10、−0.2≦α≦0.2、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表わされ、六方晶系の層状の結晶構造を有する。なお、母材を構成する一次粒子内には、少量のタングステン(W)が固溶してもよい。 Base material constituting the first lithium metal composite oxide 10, for example, the general formula (2): Li z Ni 1 -x-y Co x M y O 2 + α ( although, 0.97 <z <1.30 , 0 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y ≦ 0.10, 0 ≦ x + y ≦ 0.10, −0.2 ≦ α ≦ 0.2, M is Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti And at least one element selected from Al), and has a hexagonal layered crystal structure. A small amount of tungsten (W) may be dissolved in the primary particles constituting the base material.

第一のリチウム金属複合酸化物10の比表面積は、特に限定されないが、0.5m/g以上2m/g以下であることが好ましい。比表面積が上記範囲である場合、電解質との接触面積が適度な範囲となり、電池容量等の電池特性と、機械的強度とのバランスが良好な正極活物質を得ることができる。比表面積が0.5m/g未満である場合、高容量化が望まれる用途において、得られる正極活物質の電池容量が不十分となることがある。一方、2m/gを超える場合、粒子構造の多孔質化により、得られる正極活物質の機械的強度が不足して、電極製造時や電極としての使用時において安定性に問題が生じるおそれがある。 The specific surface area of the first lithium metal composite oxide 10 is not particularly limited, but is preferably 0.5 m 2 / g or more and 2 m 2 / g or less. When the specific surface area is in the above range, the contact area with the electrolyte is in an appropriate range, and a positive electrode active material having a good balance between battery characteristics such as battery capacity and mechanical strength can be obtained. When the specific surface area is less than 0.5 m 2 / g, the battery capacity of the obtained positive electrode active material may be insufficient in applications where high capacity is desired. On the other hand, if it exceeds 2 m 2 / g, the mechanical strength of the obtained positive electrode active material may be insufficient due to the porosity of the particle structure, which may cause a problem in stability during electrode manufacturing or use as an electrode. is there.

第一のリチウム金属複合酸化物10は、混合(ステップS1)の際、300℃におけるカールフィッシャー水分率が、第一のリチウム金属複合酸化物10全体に対して、0.05質量%以上0.2質量%以下であることが好ましい。水分率が0.2質量%を超える場合、大気中の炭素、硫黄を含むガス成分を吸収して第一のリチウム金属複合酸化物10の表面にリチウム化合物を生成することがある。なお、上記水分率は、気化温度300℃の条件においてカールフィッシャー水分計で測定した場合の測定値である。 When the first lithium metal composite oxide 10 is mixed (step S1), the Karl Fischer moisture content at 300 ° C. is 0.05% by mass or more with respect to the entire first lithium metal composite oxide 10. It is preferably 2% by mass or less. When the water content exceeds 0.2% by mass, a gas component containing carbon and sulfur in the atmosphere may be absorbed to form a lithium compound on the surface of the first lithium metal composite oxide 10. The moisture content is a measured value when measured with a Karl Fischer moisture meter under the condition of a vaporization temperature of 300 ° C.

なお、第一のリチウム金属複合酸化物10の粒子構造は、特に限定されず、例えば、図3に示すように、二次粒子2の内部に中空部3を備える中空構造を有してもよい。また、第一のリチウム金属複合酸化物10は、中実構造を有してもよいし、二次粒子2内部に空隙を有する空隙構造などを有してもよい。 The particle structure of the first lithium metal composite oxide 10 is not particularly limited, and for example, as shown in FIG. 3, a hollow structure having a hollow portion 3 inside the secondary particles 2 may be provided. .. Further, the first lithium metal composite oxide 10 may have a solid structure, or may have a void structure having voids inside the secondary particles 2.

なお、第一のリチウム金属複合酸化物10は、主に、複数の一次粒子1が凝集して形成された二次粒子2から構成されることができるが、二次粒子2以外に、少量の単独の一次粒子1を含んでもよい。 The first lithium metal composite oxide 10 can be mainly composed of secondary particles 2 formed by aggregating a plurality of primary particles 1, but in addition to the secondary particles 2, a small amount It may contain a single primary particle 1.

(酸化タングステン)
酸化タングステンは、特に限定されず、公知の酸化タングステンを用いることができる。酸化タングステンは、例えば、化学式WO(2≦n≦3、nは正の実数)で表わされることができる。また、酸化タングステンの平均粒径は、1μm以下であることが好ましい。酸化タングステンの平均粒径の下限は、特に限定されないが、例えば、0.05μm以上である。
(Tungsten trioxide)
The tungsten oxide is not particularly limited, and known tungsten oxide can be used. Tungsten oxide can be represented, for example, by the chemical formula WO n (2 ≦ n ≦ 3, n is a positive real number). The average particle size of tungsten oxide is preferably 1 μm or less. The lower limit of the average particle size of tungsten oxide is not particularly limited, but is, for example, 0.05 μm or more.

酸化タングステンの混合量は、酸化タングステン中のタングステンが、第一のリチウム金属複合酸化物10全体に対して、0.1質量%以上0.5質量%以下含まれる量である。酸化タングステンの混合量が上記範囲である場合、電池容量を高く維持しながら、高い正極抵抗の低減効果を有する正極活物質を得ることができる。また、本実施形態の製造方法においては、酸化タングステン中のタングステン(W)が、第一のリチウム金属複合酸化物10全体に対して、0.1質量%以上0.2質量%以下含まれる量に酸化タングステンの混合量を低減させた場合でも、十分に上記効果を得ることができる。 The mixed amount of tungsten oxide is an amount in which tungsten in tungsten oxide is contained in an amount of 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the entire first lithium metal composite oxide 10. When the mixing amount of tungsten oxide is in the above range, a positive electrode active material having a high positive electrode resistance reducing effect can be obtained while maintaining a high battery capacity. Further, in the production method of the present embodiment, the amount of tungsten (W) in tungsten oxide is 0.1% by mass or more and 0.2% by mass or less with respect to the entire first lithium metal composite oxide 10. Even when the mixing amount of tungsten oxide is reduced, the above effect can be sufficiently obtained.

(水)
水は、純水を用いることが好ましい。後述するように、混合物中の水には、第1のリチウム金属複合酸化物10中に存在する、未反応のリチウム化合物や結晶中に存在する過剰リチウムなど(以下、これらをまとめて「余剰リチウム」という。)が溶解するとともに、混合した酸化タングステンを溶解することができる。
(water)
It is preferable to use pure water as the water. As will be described later, the water in the mixture includes an unreacted lithium compound present in the first lithium metal composite oxide 10 and excess lithium present in the crystal (hereinafter, these are collectively referred to as “surplus lithium”. ”) Is dissolved, and the mixed tungsten oxide can be dissolved.

混合する水の量は、混合物中の酸化タングステンを十分溶解させることができる量であれば特に限定されないが、第一のリチウム金属複合酸化物10に対して、例えば、0.5質量%以上40質量%以下、好ましくは1質量%以上30質量%以下、より好ましくは1質量%以上10質量%以下とすることができる。混合する水の量を十分な量とした場合、二次粒子2の内部の一次粒子1表面まで、酸化タングステンを十分に浸透させるとともに、第1のリチウム金属複合酸化物10間でも酸化タングステンを均一に分散させることができ、出力特性やサイクル特性をより向上させることができる。なお、混合する水の量は、用いる第一のリチウム金属複合酸化物10の混合量や粒子構造等によって、適宜上記範囲で調製することができ、混合物がペースト状とならない程度の範囲で混合することが好ましい。 The amount of water to be mixed is not particularly limited as long as it can sufficiently dissolve tungsten oxide in the mixture, but is, for example, 0.5% by mass or more and 40 with respect to the first lithium metal composite oxide 10. It can be mass% or less, preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less. When the amount of water to be mixed is a sufficient amount, the tungsten oxide is sufficiently permeated to the surface of the primary particles 1 inside the secondary particles 2, and the tungsten oxide is uniform even among the first lithium metal composite oxides 10. The output characteristics and cycle characteristics can be further improved. The amount of water to be mixed can be appropriately adjusted within the above range depending on the mixing amount of the first lithium metal composite oxide 10 to be used, the particle structure, and the like, and the mixture is mixed within a range that does not form a paste. Is preferable.

(混合方法)
上記第一のリチウム金属複合酸化物10と、酸化タングステンと、水とを混合する方法は、特に限定されず、これらを同時に添加して、公知の混合装置により混合してもよく、別々に添加して、公知の混合装置により混合してもよい。
(Mixing method)
The method for mixing the first lithium metal composite oxide 10, tungsten oxide, and water is not particularly limited, and these may be added at the same time and mixed by a known mixing device, or added separately. Then, it may be mixed by a known mixing device.

図2は、本実施形態に係る正極活物質の製造方法において、好適に用いることのできる方法の一例を示す。図2に示すように、第一のリチウム金属複合酸化物と、酸化タングステンと、水と、を混合する工程(ステップS1)は、第一のリチウム金属複合酸化物と酸
化タングステンとを混合する第1の混合工程(ステップS11)と、得られた混合物に水を噴霧して混合する第2の混合工程(ステップS12)とを備えることが好ましい。以下、各混合工程について、説明する。
FIG. 2 shows an example of a method that can be suitably used in the method for producing a positive electrode active material according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, in the step of mixing the first lithium metal composite oxide, tungsten oxide, and water (step S1), the first lithium metal composite oxide and tungsten oxide are mixed. It is preferable to include the mixing step of 1 (step S11) and the second mixing step (step S12) of spraying and mixing the obtained mixture with water. Hereinafter, each mixing step will be described.

[第1の混合工程:ステップS11]
まず、第一のリチウム金属複合酸化物10と、酸化タングステンとを混合する(ステップS11)。これらの粉末同士を乾式混合することより、第一のリチウム金属複合酸化物10中に、酸化タングステンをより均一に分散させることができる。
[First mixing step: step S11]
First, the first lithium metal composite oxide 10 and tungsten oxide are mixed (step S11). By dry-mixing these powders with each other, tungsten oxide can be more uniformly dispersed in the first lithium metal composite oxide 10.

酸化タングステンの混合量は、第一のリチウム金属複合酸化物10に対して、酸化タングステン中のタングステン(W)が0.1質量%以上0.5質量%以下含まれる量であることが好ましい。酸化タングステンの混合量が0.1質量%未満である場合、第一のリチウム金属複合酸化物10の表面に遊離した水酸化リチウムなどの余剰リチウムを中和することができないため、十分なスラリー安定性と出力が得られないことがある。一方、酸化タングステンの混合量が0.5質量%を超える場合、後の工程(ステップS2)にて、第
2のリチウム金属複合酸化物20の表面に晶出するタングステン酸リチウムのうち、粒径が0.5μm以上である粒子が増加して、十分な電池容量が得られないことがある。
The mixing amount of tungsten oxide is preferably an amount in which tungsten (W) in tungsten oxide is contained in an amount of 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the first lithium metal composite oxide 10. When the mixing amount of tungsten oxide is less than 0.1% by mass, excess lithium such as lithium hydroxide liberated on the surface of the first lithium metal composite oxide 10 cannot be neutralized, so that the slurry is sufficiently stable. Sex and output may not be obtained. On the other hand, when the mixed amount of tungsten oxide exceeds 0.5% by mass, the particle size of lithium tungstate crystallized on the surface of the second lithium metal composite oxide 20 in the subsequent step (step S2). The number of particles having a size of 0.5 μm or more increases, and a sufficient battery capacity may not be obtained.

[第2の混合工程:ステップS12]
次いで、得られた第1のリチウム金属複合酸化物と酸化タングステンとの混合物に、水を噴霧して混合する(ステップS12)。これにより、水の存在下、第1のリチウム金属複合酸化物10の表面に遊離した水酸化リチウムなどの余剰リチウムと酸化タングステンとの中和反応を、より均一に進めることができる。
[Second mixing step: step S12]
Then, water is sprayed and mixed with the obtained mixture of the first lithium metal composite oxide and tungsten oxide (step S12). As a result, in the presence of water, the neutralization reaction between the excess lithium such as lithium hydroxide liberated on the surface of the first lithium metal composite oxide 10 and tungsten oxide can proceed more uniformly.

噴霧する水の量(総量)は、第一のリチウム金属複合酸化物10全体に対して、1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。噴霧する水の量が1質量%未満である場合、水添加による、上述した効果の発現が乏しく、酸化タングステンが残留することがある。一方、噴霧する水の量が10質量%を超える場合、水噴霧(ステップS12)から乾燥(ステップS2)に至るまでに、第3のリチウム金属複合酸化物(母材)から水へと溶出するLi量(余剰リチウム量)が過多となり、得られる正極活物質中のLi含有量が減少し、抵抗の低減効果が十分でないことがある。また、噴霧する水の量が10質量%を超える場合、第二のリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)中の水分率を下げるため、必要な乾燥時間が多く必要となり、生産性が低下することがある。 The amount (total amount) of water to be sprayed is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the entire first lithium metal composite oxide 10. When the amount of water to be sprayed is less than 1% by mass, the above-mentioned effects due to the addition of water are poorly exhibited, and tungsten oxide may remain. On the other hand, when the amount of water to be sprayed exceeds 10% by mass, the third lithium metal composite oxide (base material) elutes into water from water spraying (step S12) to drying (step S2). The amount of Li (the amount of excess lithium) may be excessive, the Li content in the obtained positive electrode active material may decrease, and the effect of reducing resistance may not be sufficient. Further, when the amount of water to be sprayed exceeds 10% by mass, the water content in the second lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) is lowered, so that a long drying time is required and the productivity is lowered. I have something to do.

噴霧する水の粒は、平均粒径100μm以下の霧状態であることが好ましい。霧状態の水を添加する場合、第1のリチウム金属複合酸化物10の表面付近における、余剰リチウムと酸化タングステンとの中和反応をより均一に進めることができ、第2のリチウム金属複合酸化物20の表面に形成されるタングステンを含む化合物A2の粒径を好適な範囲とすることができる。一方、噴霧する純水の平均粒径が100μmよりも大きい場合、噴霧により、水分が直接供給された正極活物質と、噴霧後の撹拌で水分が供給される正極活物質とでLiの溶出量が異なり、反応に不均一性が生じることがある。 The water particles to be sprayed are preferably in a mist state with an average particle size of 100 μm or less. When atomized water is added, the neutralization reaction between excess lithium and tungsten oxide can proceed more uniformly in the vicinity of the surface of the first lithium metal composite oxide 10, and the second lithium metal composite oxide can proceed more uniformly. The particle size of the tungsten-containing compound A2 formed on the surface of 20 can be set in a suitable range. On the other hand, when the average particle size of the pure water to be sprayed is larger than 100 μm, the amount of Li eluted between the positive electrode active material to which water is directly supplied by spraying and the positive electrode active material to which water is supplied by stirring after spraying. May cause non-uniformity in the reaction.

[乾燥工程:ステップS2]
次いで、図1及び図2に示すように、第一のリチウム金属複合酸化物10と、酸化タングステンと、水とを混合して得られた混合物を乾燥して、第二のリチウム金属複合酸化物20を得る(ステップS2)。第二のリチウム金属複合酸化物20は、水の存在下、酸化タングステンと、第一のリチウム金属複合酸化物10中の余剰リチウムとが反応して形成されたタングステン酸リチウム(タングステンを含む化合物A2)を含む。
[Drying step: Step S2]
Then, as shown in FIGS. 1 and 2, the mixture obtained by mixing the first lithium metal composite oxide 10, tungsten oxide, and water was dried to dry the second lithium metal composite oxide. 20 is obtained (step S2). The second lithium metal composite oxide 20 is lithium tungstate (compound A2 containing tungsten) formed by reacting tungsten oxide with excess lithium in the first lithium metal composite oxide 10 in the presence of water. )including.

(乾燥条件)
乾燥温度は、特に限定されず、水分率が十分に低減されればよいが、例えば、500℃以下が好ましい。乾燥温度が500℃を超える場合、リチウム金属複合酸化物粉末の内部からさらにリチウムが遊離するため十分なスラリー安定性が得られない。なお、乾燥温度
の下限は、特に限定されないが、例えば、100℃以上である。また、乾燥時の圧力は1気圧以下が望ましい。1気圧よりも高いと水分率が十分に下がらない恐れがある。乾燥時間は、特に限定されず、水分率が十分に低減されればよいが、例えば、5時間以上24時間以下程度である。
(Drying conditions)
The drying temperature is not particularly limited, and the moisture content may be sufficiently reduced, but for example, 500 ° C. or lower is preferable. When the drying temperature exceeds 500 ° C., lithium is further liberated from the inside of the lithium metal composite oxide powder, so that sufficient slurry stability cannot be obtained. The lower limit of the drying temperature is not particularly limited, but is, for example, 100 ° C. or higher. Further, the pressure at the time of drying is preferably 1 atm or less. If it is higher than 1 atm, the water content may not drop sufficiently. The drying time is not particularly limited, and the moisture content may be sufficiently reduced, but is, for example, about 5 hours or more and 24 hours or less.

(第二のリチウム金属複合酸化物)
図4は、乾燥工程(ステップS2)で得られる第2のリチウム金属複合酸化物20(正極活物質100)の一例を示す模式図である。第二のリチウム金属複合酸化物20は、その表面付近にタングステンを含む化合物A2を含む。タングステンを含む化合物A2は、タングステン酸リチウムを含む。タングステン酸リチウムは、水の存在下、第一のリチウム金属複合酸化物10中のリチウムと、酸化タングステンとが反応して、形成される。タングステン酸リチウムは、二次粒子2の表面及び内部に配置する一次粒子1の表面の少なくとも一部に形成される。
(Second lithium metal composite oxide)
FIG. 4 is a schematic view showing an example of the second lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material 100) obtained in the drying step (step S2). The second lithium metal composite oxide 20 contains compound A2 containing tungsten in the vicinity of its surface. Compound A2 containing tungsten contains lithium tungstate. Lithium tungstate is formed by the reaction of lithium in the first lithium metal composite oxide 10 with tungsten oxide in the presence of water. Lithium tungstate is formed on the surface of the secondary particles 2 and at least a part of the surface of the primary particles 1 arranged inside.

また、第二のリチウム金属複合酸化物20は、第1のリチウム金属複合酸化物10に含まれるタングステンに由来するタングステンを含む化合物A1と、上述したステップS1、S2により形成されたタングステン酸リチウム(タングステンを含む化合物A2)との両方を有してもよい。 Further, the second lithium metal composite oxide 20 is a compound A1 containing tungsten derived from tungsten contained in the first lithium metal composite oxide 10 and lithium tungstate formed by the above-mentioned steps S1 and S2. It may have both the compound A2) containing tungsten.

第二のリチウム金属複合酸化物20全体(タングステンを含む化合物A1、A2を含む)は、第二のリチウム金属複合酸化物全体に対して、タングステンを、例えば0.2質量%以上1.2質量%以下含み、好ましくは0.2質量%以上1質量%以下含む。 The entire second lithium metal composite oxide 20 (including compounds A1 and A2 containing tungsten) contains tungsten, for example, 0.2% by mass or more and 1.2% by mass with respect to the entire second lithium metal composite oxide. % Or less, preferably 0.2% by mass or more and 1% by mass or less.

第二のリチウム金属複合酸化物20の表面に存在するタングステン量は、第二のリチウム金属複合酸化物20全体に対して、好ましくは0.1質量%以上1.0質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上0.5質量%以下であることが好ましい。第二のリチウム金属複合酸化物20の表面に存在するタングステン量が上記範囲である場合、二次粒子2内部に存在するタングステンを含む化合物A1(例えば、タングステン酸リチウム)と、二次粒子2表面に形成されるタングステン酸リチウムとが、良好なLiイオンの伝導パスを形成することができ、二次電池において、初期充放電容量、正極抵抗、及び、サイクル特性をより向上させることができると考えられる。 The amount of tungsten present on the surface of the second lithium metal composite oxide 20 is preferably 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less, more preferably, with respect to the entire second lithium metal composite oxide 20. It is preferably 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less. When the amount of tungsten present on the surface of the second lithium metal composite oxide 20 is within the above range, the tungsten-containing compound A1 (for example, lithium tungstate) existing inside the secondary particle 2 and the surface of the secondary particle 2 It is considered that the lithium tungstate formed in the above can form a good conduction path for Li ions, and the initial charge / discharge capacity, positive electrode resistance, and cycle characteristics can be further improved in the secondary battery. Be done.

また、第二のリチウム金属複合酸化物20内部に存在するタングステン量は、第二のリチウム金属複合酸化物20全体に対して、好ましくは0.1質量%以上1.0質量%以下、より好ましくは0.5質量%以上1.0質量%以下である。タングステンを含む化合物A2は、第二のリチウム金属複合酸化物20の表面付近に主に形成されるため、第二のリチウム金属複合酸化物20の内部に存在するタングステン量は、第一のリチウム金属複合酸化物10内部のタングステン量とほぼ同一の量であってもよい。 The amount of tungsten present inside the second lithium metal composite oxide 20 is preferably 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less, more preferably, with respect to the entire second lithium metal composite oxide 20. Is 0.5% by mass or more and 1.0% by mass or less. Since the compound A2 containing tungsten is mainly formed near the surface of the second lithium metal composite oxide 20, the amount of tungsten present inside the second lithium metal composite oxide 20 is the amount of the first lithium metal. The amount may be substantially the same as the amount of tungsten inside the composite oxide 10.

なお、第二のリチウム金属複合酸化物20の表面及び内部に存在するタングステン量は、上述した第一のリチウム金属複合酸化物10の表面及び内部に存在するタングステン量W、Wと同様の方法で測定することができる。 Incidentally, amount of tungsten present on the surface and inside of the second lithium-containing metal composite oxide 20, a tungsten weight W S existing surface and in the interior of the first lithium metal composite oxide 10 described above, similar to the W I It can be measured by the method.

なお、第二のリチウ金属複合酸化物20には、原料として用いた酸化タングステンの残留がないことが好ましい。酸化タングステンが残留する場合、二次電池において、正極抵抗が十分に低減されないことがある。酸化タングステンの残留の有無は、粉末X線回折などの定性的な方法により確認することができる。 It is preferable that the second lithium metal composite oxide 20 does not have residual tungsten oxide used as a raw material. If tungsten oxide remains, the positive electrode resistance may not be sufficiently reduced in the secondary battery. The presence or absence of residual tungsten oxide can be confirmed by a qualitative method such as powder X-ray diffraction.

(2)リチウムイオン二次電池用正極活物質
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質(以下、「正極活物質」ともいう。)は、上述した製造方法により、容易に製造することができる。例えば、図4に示すように、正極活物質100は、複数の一次粒子1が凝集して形成された二次粒子2と、タングステン酸リチウム(タングステンを含む化合物A1、A2)とを少なくとも含む。以下、各構成について説明する。
(2) Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Battery The positive electrode active material for lithium ion secondary battery (hereinafter, also referred to as “positive electrode active material”) according to the present embodiment can be easily manufactured by the above-mentioned manufacturing method. be able to. For example, as shown in FIG. 4, the positive electrode active material 100 contains at least secondary particles 2 formed by aggregating a plurality of primary particles 1 and lithium tungstate (compounds A1 and A2 containing tungsten). Hereinafter, each configuration will be described.

[組成]
正極活物質100は、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、及び、元素Mの原子数比が、Li:Ni:Co:M=z:(1−x−y):x:y(ただし、0.97<z<1.30、0≦x≦0.10、0≦y≦0.10、0≦x+y≦0.10、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表される。
[composition]
In the positive electrode active material 100, the atomic number ratios of lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and element M are Li: Ni: Co: M = z: (1-xy): x. : Y (where 0.97 <z <1.30, 0≤x≤0.10, 0≤y≤0.10, 0≤x + y≤0.10, M is Mn, V, Mg, Mo, It is represented by at least one element selected from Nb, Ti and Al).

正極活物質100は、タングステンを除いた組成として、例えば、一般式(3):LiNi1−x−yCo2+α(ただし、0.97<z<1.30、0≦x≦0.10、0≦y≦0.10、0≦x+y≦0.10、−0.2≦α≦0.2、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表わされる。また、正極活物質100を構成する一次粒子1及び二次粒子2は、六方晶系の層状の結晶構造を有する。 The positive electrode active material 100, a composition excluding tungsten, for example, the general formula (3): Li z Ni 1 -x-y Co x M y O 2 + α ( although, 0.97 <z <1.30,0 ≦ x≤0.10, 0≤y≤0.10, 0≤x + y≤0.10, -0.2≤α≤0.2, M is from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al. It is represented by at least one element selected). Further, the primary particles 1 and the secondary particles 2 constituting the positive electrode active material 100 have a hexagonal layered crystal structure.

なお、正極活物質100は、一次粒子1内部に少量のタングステン(W)を含んでもよい。一次粒子1内部にタングステンを含む場合、例えば、一次粒子1を構成する結晶子中にタングステンが固溶していてもよく、一次粒子1を構成する結晶子間の粒界にタングステン化合物として存在してもよい。 The positive electrode active material 100 may contain a small amount of tungsten (W) inside the primary particles 1. When tungsten is contained inside the primary particle 1, for example, tungsten may be dissolved in the crystallites constituting the primary particle 1, and exists as a tungsten compound at the grain boundary between the crystallites constituting the primary particle 1. You may.

[タングステン酸リチウム]
タングステン酸リチウムの少なくとも一部は、二次粒子2の表面に存在する。上述の製造方法により得られた正極活物質100は、第一のリチウム金属複合酸化物10に含まれるタングステン化合物に由来するタングステン酸リチウム(タングステンを含む化合物A1)と、水の存在下、第一のリチウム金属複合酸化物10から溶出したLi化合物と、酸化タングステンと、が反応して形成されたタングステン酸リチウム(タングステンを含む化合物A2)とを含む。
[Lithium tungstate]
At least a portion of lithium tungstate is present on the surface of the secondary particles 2. The positive electrode active material 100 obtained by the above-mentioned production method is the first in the presence of lithium tungstenate (compound A1 containing tungsten) derived from the tungsten compound contained in the first lithium metal composite oxide 10 and water. Lithium sulfonate (compound A2 containing tungsten) formed by the reaction of Li compound eluted from the lithium metal composite oxide 10 of the above and tungsten oxide is contained.

走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた二次粒子2の表面の観察から求められる、二次粒子2の表面に存在する粒径0.5μm以上のタングステン酸リチウムの面積割合は、前記観察面積全体に対して、好ましくは5%以下であり、より好ましくは1%以下である。粒径0.5μm以上のタングステン酸リチウムの面積割合が上記範囲である場合、二次電池において、電池容量の低下を抑制しながら、正極抵抗をより低減することができる。一方、二次粒子2の表面に存在する粒径0.5μm以上のタングステン酸リチウムの面積割合が5%を超える場合、タングステン酸リチウム中を通過するリチウムイオンの抵抗が増加するため、サイクル特性が低下することがある。 The area ratio of lithium tungstate having a particle size of 0.5 μm or more present on the surface of the secondary particles 2 determined from the observation of the surface of the secondary particles 2 using a scanning electron microscope (SEM) is the entire observation area. On the other hand, it is preferably 5% or less, and more preferably 1% or less. When the area ratio of lithium tungstate having a particle size of 0.5 μm or more is within the above range, the positive electrode resistance can be further reduced in the secondary battery while suppressing the decrease in battery capacity. On the other hand, when the area ratio of lithium tungstate having a particle size of 0.5 μm or more existing on the surface of the secondary particles 2 exceeds 5%, the resistance of lithium ions passing through the lithium tungstate increases, so that the cycle characteristics are deteriorated. May decrease.

タングステン酸リチウムの面積割合は、例えば、二次粒子2の表面をSEMにより観察し、画像解析などによって、観察面における二次粒子2の表面全体の面積を、粒径0.5μm以上の粒径を有するタングステン酸リチウムが占める面積で除することにより、算出することができる。なお、二次粒子2の表面全体の面積は、タングステン酸リチウムにより被覆される部分を含む。 The area ratio of lithium tungstate is such that the surface of the secondary particles 2 is observed by SEM, and the area of the entire surface of the secondary particles 2 on the observation surface is measured by image analysis or the like to obtain a particle size of 0.5 μm or more. It can be calculated by dividing by the area occupied by lithium tungstate having. The area of the entire surface of the secondary particles 2 includes a portion covered with lithium tungstate.

タングステン酸リチウムの面積割合は、具体的には、複数の二次粒子2の表面を観察し、例えば、視野中の二次粒子2の中で、体積平均粒径(MV)に近い粒子を50個ランダム(無作為)に選び、これら50個の粒子に対して、粒子表面全体の占める面積と、粒径0.5μm以上のタングステン酸リチウムの占める面積とを求め、観察面全体の面積に対する、粒径0.5μm以上の粒径を有するタングステン酸リチウムの占める面積割合(%)を算出することにより求めることができる。 Specifically, the area ratio of lithium tungstate is such that the surfaces of a plurality of secondary particles 2 are observed, and for example, among the secondary particles 2 in the visual field, 50 particles having a particle size close to the volume average particle size (MV) are selected. Randomly selected, the area occupied by the entire particle surface and the area occupied by lithium tungstenate having a particle size of 0.5 μm or more were obtained for these 50 particles, and the area occupied by the entire observation surface was determined. It can be obtained by calculating the area ratio (%) occupied by lithium tungstate having a particle size of 0.5 μm or more.

なお、正極活物質100は、酸化タングステンを実質的に含ないことが好ましい。ここで、酸化タングステンを実質的に含まないとは、粉末X線回折などの定性的な方法により、酸化タングステンが検出できないことをいう。正極活物質100中、酸化タングステンが検出される場合、原料に用いた酸化タングステンが残留していることを示しており、正極抵抗が十分に低減されないことがある。 It is preferable that the positive electrode active material 100 does not substantially contain tungsten oxide. Here, "substantially free of tungsten oxide" means that tungsten oxide cannot be detected by a qualitative method such as powder X-ray diffraction. When tungsten oxide is detected in the positive electrode active material 100, it indicates that the tungsten oxide used as a raw material remains, and the positive electrode resistance may not be sufficiently reduced.

[タングステン含有量]
正極活物質100の表面に存在するタングステン量は、正極活物質100全体に対して、好ましくは0.1質量%以上1.0質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上0.5質量%以下であることが好ましい。正極活物質100の表面に存在するタングステン量が上記範囲である場合、二次粒子2内部に存在するタングステンを含む化合物A1(例えば、タングステン酸リチウム)と、二次粒子2表面に形成されるタングステン酸リチウムとが、良好なLiイオンの伝導パスを形成することができ、二次電池において、初期充放電容量、正極抵抗、及び、サイクル特性をより向上させることができると考えられる。
[Tungsten content]
The amount of tungsten present on the surface of the positive electrode active material 100 is preferably 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 0.5% by mass with respect to the entire positive electrode active material 100. % Or less is preferable. When the amount of tungsten present on the surface of the positive electrode active material 100 is within the above range, the compound A1 containing tungsten (for example, lithium tungstate) existing inside the secondary particles 2 and the tungsten formed on the surface of the secondary particles 2 It is considered that lithium acid can form a good conduction path for Li ions, and the initial charge / discharge capacity, positive electrode resistance, and cycle characteristics can be further improved in the secondary battery.

正極活物質100の内部に存在するタングステン量は、正極活物質100全体に対して、好ましくは0.1質量%以上1.0質量%以下、より好ましくは0.3質量%以上1.0質量%以下である。タングステン酸リチウム(タングステンを含む化合物A2)は、正極活物質100の表面付近に主に形成されるため、正極活物質100の内部に存在するタングステン量は、第一のリチウム金属複合酸化物10内部のタングステン量とほぼ同一の量であってもよい。また、正極活物質の表面に存在するタングステン量は、正極活物質の内部に含まれるタングステン量に対して0.1倍以上1倍以下であることが好ましい。 The amount of tungsten present inside the positive electrode active material 100 is preferably 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less, and more preferably 0.3% by mass or more and 1.0% by mass with respect to the entire positive electrode active material 100. % Or less. Since lithium tungstate (compound A2 containing tungsten) is mainly formed near the surface of the positive electrode active material 100, the amount of tungsten present inside the positive electrode active material 100 is inside the first lithium metal composite oxide 10. The amount may be substantially the same as the amount of tungsten in. Further, the amount of tungsten present on the surface of the positive electrode active material is preferably 0.1 times or more and 1 time or less with respect to the amount of tungsten contained inside the positive electrode active material.

なお、正極活物質100の表面及び内部に存在するタングステン量は、上述した第一のリチウム金属複合酸化物10の表面及び内部に存在するタングステン量W、Wと同様の方法で測定することができる。 Incidentally, amount of tungsten present on the surface and inside of the positive electrode active material 100 is tungsten weight W S existing surface and in the interior of the first lithium metal composite oxide 10 described above, it is measured by the same method as W I Can be done.

また、正極活物質100全体は、タングステンの含有量が、正極活物質全体に対して、例えば、0.2質量%以上1.2質量%以下であり、0.2質量%以上1質量%以下であることが好ましい。タングステン含有量を上記範囲とすることで、高い電池容量を維持しながら、正極抵抗を低減することができる。 Further, the content of tungsten in the entire positive electrode active material 100 is, for example, 0.2% by mass or more and 1.2% by mass or less, and 0.2% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the entire positive electrode active material. Is preferable. By setting the tungsten content in the above range, the positive electrode resistance can be reduced while maintaining a high battery capacity.

正極活物質100中のタングステンの存在形態は、特に限定されず、上述したように、タングステン酸リチウムとして存在してもよく、一次粒子1又は二次粒子2を構成する結晶子中に固溶して存在してもよい。 The present form of tungsten in the positive electrode active material 100 is not particularly limited, and as described above, it may exist as lithium tungstate and is solid-solved in the crystals constituting the primary particles 1 or the secondary particles 2. May exist.

また、タングステン酸リチウムは、二次粒子2の表面だけでなく、二次粒子2の内部に存在してもよい。また、タングステン酸リチウムは、二次粒子2の表面及び内部に存在する一次粒子1の表面に存在してもよく、一次粒子1間の粒界に存在してもよい。 Further, lithium tungstate may be present not only on the surface of the secondary particles 2 but also inside the secondary particles 2. Further, lithium tungstate may be present on the surface of the secondary particles 2 and the surface of the primary particles 1 existing inside, or may be present at the grain boundaries between the primary particles 1.

正極活物質100は、300℃におけるカールフィッシャー水分率が、0.05%以上0.2%以下であることが好ましい。水分率が0.2%を超える場合、正極合材ペーストに含まれる溶剤との馴染みを阻害し、塗布及び乾燥による成膜が不均質となることがある。 The positive electrode active material 100 preferably has a Karl Fischer moisture content of 0.05% or more and 0.2% or less at 300 ° C. If the water content exceeds 0.2%, the compatibility with the solvent contained in the positive electrode mixture paste may be hindered, and the film formation by coating and drying may become inhomogeneous.

正極活物質100は、体積平均粒径MVが、好ましくは3μm以上15μm以下であり、より好ましくは4μm以上6μm以下である。体積平均粒径MVが上記範囲である場合、比表面積が大きく、正極に用いた場合に、電解液との反応面積を十分に確保することができるばかりでなく、正極を薄く構成し、リチウムイオンの正極−負極間の移動距離を短くすることができる。なお、体積平均粒径MVは、レーザー光回折散乱法により測定される値である。 The positive electrode active material 100 has a volume average particle size MV of preferably 3 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 4 μm or more and 6 μm or less. When the volume average particle size MV is in the above range, the specific surface area is large, and when used for the positive electrode, not only a sufficient reaction area with the electrolytic solution can be secured, but also the positive electrode is made thin and lithium ions are formed. The moving distance between the positive electrode and the negative electrode can be shortened. The volume average particle size MV is a value measured by the laser light diffraction / scattering method.

また、正極活物質100は、正極活物質5gを100mlの純水に分散させ、10分間静置後の上澄み液を測定した際の25℃におけるpH(以下、単に「正極活物質のpH値」ともいう。)が11以上11.9以下であることが好ましい。5gの正極活物質100を100mlの純水に分散させ、10分間静置後の上澄み液のpHを測定することにより、正極活物質100を用いてペーストを作製した際における、ペースト中への余剰リチウムの溶出の度合いについて評価することができる。正極活物質100のpHを特定の範囲に制御する場合、電池特性を向上させ、かつ、ペーストのゲル化を抑制することができる。 Further, the positive electrode active material 100 has a pH at 25 ° C. when 5 g of the positive electrode active material is dispersed in 100 ml of pure water and allowed to stand for 10 minutes, and then the supernatant is measured (hereinafter, simply “pH value of the positive electrode active material”). Also referred to as) is preferably 11 or more and 11.9 or less. By dispersing 5 g of the positive electrode active material 100 in 100 ml of pure water and measuring the pH of the supernatant after allowing it to stand for 10 minutes, a surplus in the paste when a paste was prepared using the positive electrode active material 100. The degree of lithium elution can be evaluated. When the pH of the positive electrode active material 100 is controlled within a specific range, the battery characteristics can be improved and the gelation of the paste can be suppressed.

[リチウムイオン二次電池]
本実施形態のリチウムイオン二次電池(以下、「二次電池」ともいう。)は、既述の正極活物質を含む正極を有することができる。
[Lithium-ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery of the present embodiment (hereinafter, also referred to as “secondary battery”) can have a positive electrode containing the above-mentioned positive electrode active material.

以下、本実施形態の二次電池の一構成例について、構成要素ごとにそれぞれ説明する。本実施形態の二次電池は、例えば正極、負極及び非水系電解質を含み、一般のリチウムイオン二次電池と同様の構成要素から構成される。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、下記実施形態をはじめとして、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、二次電池は、その用途を特に限定するものではない。 Hereinafter, one configuration example of the secondary battery of the present embodiment will be described for each component. The secondary battery of the present embodiment includes, for example, a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and is composed of the same components as a general lithium ion secondary battery. The embodiment described below is merely an example, and the lithium ion secondary battery of the present embodiment is implemented in a form in which various changes and improvements are made based on the knowledge of those skilled in the art, including the following embodiment. can do. Moreover, the use of the secondary battery is not particularly limited.

(正極)
本実施形態の二次電池が有する正極は、既述の正極活物質を含むことができる。
(Positive electrode)
The positive electrode of the secondary battery of the present embodiment may contain the above-mentioned positive electrode active material.

以下に正極の製造方法の一例を説明する。まず、既述の正極活物質(粉末状)、導電材および結着剤(バインダー)を混合して正極合材とし、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整などの目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製することができる。 An example of a method for manufacturing a positive electrode will be described below. First, the above-mentioned positive electrode active material (powder), conductive material and binder (binder) are mixed to form a positive electrode mixture, and if necessary, activated carbon or a solvent for viscosity adjustment or the like is added. This can be kneaded to prepare a positive electrode mixture paste.

正極合材中のそれぞれの材料の混合比は、リチウムイオン二次電池の性能を決定する要素となるため、用途に応じて、調整することができる。材料の混合比は、公知のリチウムイオン二次電池の正極と同様とすることができ、例えば、溶剤を除いた正極合材の固形分の全質量を100質量%とした場合、正極活物質を60質量%以上95質量%以下、導電材を1質量%以上20質量%以下、結着剤を1質量%以上20質量%以下の割合で含有することができる。 Since the mixing ratio of each material in the positive electrode mixture is a factor that determines the performance of the lithium ion secondary battery, it can be adjusted according to the application. The mixing ratio of the materials can be the same as that of the positive electrode of a known lithium ion secondary battery. For example, when the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100% by mass, the positive electrode active material is used. The conductive material can be contained in a proportion of 60% by mass or more and 95% by mass or less, the conductive material in an amount of 1% by mass or more and 20% by mass or less, and the binder in an amount of 1% by mass or more and 20% by mass or less.

得られた正極合材ペーストを、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、シート状の正極が作製される。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できる。このようにして得られたシート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等し、電池の作製に供することができる。 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 to prepare a sheet-shaped positive electrode. If necessary, pressurization can be performed by a roll press or the like in order to increase the electrode density. The sheet-shaped positive electrode thus obtained can be cut into an appropriate size according to the target battery and used for manufacturing the battery.

導電材としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛および膨張黒鉛など)や、アセチレンブラックやケッチェンブラック(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 material, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), carbon black materials such as acetylene black and Ketjen black (registered trademark), and the like can be used.

結着剤(バインダー)としては、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、セルロース系樹脂およびポリアクリル酸等から選択された1種類以上を用いることができる。 As a binder, it plays a role of binding active material particles. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylenepropylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose-based One or more kinds selected from resin, polyacrylic acid and the like can be used.

必要に応じ、正極活物質、導電材等を分散させて、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加することもできる。溶剤としては、具体的には、N−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することもできる。 If necessary, a positive electrode active material, a conductive material, or the like can be dispersed, and a solvent that dissolves the binder can be 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.

正極の作製方法は、上述した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。例えば正極合材をプレス成形した後、真空雰囲気下で乾燥することで製造することもできる。 The method for producing the positive electrode is not limited to the above-described example, and other methods may be used. For example, it can be produced by press-molding a positive electrode mixture and then drying it in a vacuum atmosphere.

(負極)
負極は、金属リチウム、リチウム合金等を用いることができる。また、負極は、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、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用いてもよい。
(Negative electrode)
As the negative electrode, metallic lithium, a lithium alloy, or the like can be used. For the negative electrode, a binder is mixed with a negative electrode active material that can occlude and desorb lithium ions, and a paste-like negative electrode mixture is added to a suitable solvent on the surface of a metal leaf current collector such as copper. It may be coated, 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、人造黒鉛およびフェノール樹脂などの有機化合物焼成体、およびコークスなどの炭素物質の粉状体を用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、これらの活物質および結着剤を分散させる溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, a calcined organic compound such as natural graphite, artificial graphite and phenol resin, and a powdered carbon substance such as coke can be used. In this case, a fluororesin such as PVDF can be used as the negative electrode binder as in the case of the positive electrode, and an organic such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent for dispersing these active substances and the binder. A solvent can be used.

(セパレータ)
正極と負極との間には、必要に応じてセパレータを挟み込んで配置することができる。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、公知のものを用いることができ、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。
(Separator)
A separator can be sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, if necessary. As the separator, a positive electrode and a negative electrode are separated to retain an electrolyte, and a known one can be used. For example, a thin film such as polyethylene or polypropylene, which has a large number of fine pores, may be used. it can.

(非水系電解質)
非水系電解質としては、例えば非水系電解液を用いることができる。
(Non-aqueous electrolyte)
As the non-aqueous electrolyte, for example, a non-aqueous electrolyte solution can be used.

非水系電解液としては、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ることができる。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、常温でも液体状の塩をいう。 As the non-aqueous electrolytic solution, for example, a solution in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent can 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 that is composed of cations and anions other than lithium ions and is liquid 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や、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、ブタンスルトンなどの硫黄化合物、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのリン化合物等から選ばれる1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いることもできる。 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-methyltetrahydrofuran. And ether compounds such as dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butanesulton, phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate may be used alone, or two or more thereof may be mixed. It can also 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は、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質等が挙げられる。 Examples of the inorganic solid electrolyte include oxide-based solid electrolytes and sulfide-based solid electrolytes.

酸化物系固体電解質としては、特に限定されず、例えば酸素(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を好適に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等から選択された1種類以上を用いることができる。 The oxide-based solid electrolyte is not particularly limited, and for example, an oxide-based solid electrolyte containing oxygen (O) and having lithium ion conductivity and electron insulating property can be preferably 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 One or more types selected from P 0.4 O 4 and the like can be used.

硫化物系固体電解質としては、特に限定されず、例えば硫黄(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を好適に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等から選択された1種類以上を用いることができる。 The sulfide-based solid electrolyte is not particularly limited, and for example, one containing sulfur (S) and having lithium ion conductivity and electron insulating property can be preferably 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 One or more types selected from 5 , LiI-Li 3 PO 4- P 2 S 5 and the like can be used.

なお、無機固体電解質としては、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 electrolyte, an electrolyte other than the above may be used, and for example, Li 3 N, LiI, Li 3 N-LiI-LiOH or the like may be used.

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).

(二次電池の形状、構成)
以上のように説明してきた本実施形態のリチウムイオン二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。いずれの形状を採る場合であっても、本実施形態の二次電池が非水系電解質として非水系電解液を用いる場合であれば、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、得られた電極体に、非水系電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉した構造とすることができる。
(Shape and configuration of secondary battery)
The lithium ion secondary battery of the present embodiment described as described above can have various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape. Regardless of which shape is adopted, if the secondary battery of the present embodiment uses a non-aqueous electrolyte solution as the non-aqueous electrolyte, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body. The obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte solution, and a lead for collecting current is provided between the positive electrode current collector and the positive electrode terminal communicating with the outside, and between the negative electrode current collector and the negative electrode terminal communicating with the outside. It can be connected using such as, and the structure can be sealed in the battery case.

なお、既述の様に本実施形態の二次電池は非水系電解質として非水系電解液を用いた形態に限定されるものではなく、例えば固体の非水系電解質を用いた二次電池、すなわち全固体電池とすることもできる。全固体電池とする場合、正極活物質以外の構成は必要に応じて変更することができる。 As described above, the secondary battery of the present embodiment is not limited to the form in which the non-aqueous electrolyte solution is used as the non-aqueous electrolyte. For example, the secondary battery using a solid non-aqueous electrolyte, that is, all. It can also be a solid-state battery. In the case of an all-solid-state battery, the configurations other than the positive electrode active material can be changed as needed.

本実施形態の二次電池では、ガスの発生を抑制することができ保存安定性に優れている。このため、ラミネート型の電池等の様にガス発生の影響を受けやすい電池に特に好適に用いることができる。また、本実施形態の二次電池は、ガスの発生が抑制されることで、電池特性を安定させることができるため、ラミネート型以外の電池にも好適に用いることができる。 The secondary battery of the present embodiment can suppress the generation of gas and is excellent in storage stability. Therefore, it can be particularly preferably used for a battery that is easily affected by gas generation, such as a laminated battery. Further, since the secondary battery of the present embodiment can stabilize the battery characteristics by suppressing the generation of gas, it can be suitably used for batteries other than the laminated type.

そして、本実施形態の二次電池は、各種用途に用いることができるが、高容量、高出力な二次電池とすることができるため、例えば常に高容量を要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末など)の電源に好適であり、高出力が要求される電気自動車用電源にも好適である。 The secondary battery of the present embodiment can be used for various purposes, but since it can be a high-capacity, high-output secondary battery, for example, a small portable electronic device (notebook) that always requires a high capacity. It is suitable as a power source for (type personal computers, mobile phone terminals, etc.), and is also suitable as a power source for electric vehicles that require high output.

また、本実施形態の二次電池は、小型化、高出力化が可能であることから、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源として好適である。なお、本実施形態の二次電池は、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車用の電源のみならず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃焼機関と併用するいわゆるハイブリッド車用の電源としても用いることができる。 Further, since the secondary battery of the present embodiment can be miniaturized and has a high output, it is suitable as a power source for an electric vehicle whose mounting space is restricted. The secondary battery of the present embodiment can be used not only as a power source for an electric vehicle driven by purely electric energy, but also as a power source for a so-called hybrid vehicle used in combination with a combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine. it can.

(特性)
本実施形態の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池は、高容量で高出力となる。
(Characteristic)
The lithium ion secondary battery using the positive electrode active material of the present embodiment has a high capacity and a high output.

特により好ましい形態で得られた本発明による正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池は、例えば、2032型コイン電池の正極に用いた場合、150mAh/g以上の高い初期放電容量と低い正極抵抗が得られる。 The lithium ion secondary battery using the positive electrode active material according to the present invention obtained in a particularly preferable form has a high initial discharge capacity of 150 mAh / g or more and a low positive electrode resistance when used for the positive electrode of a 2032 type coin battery, for example. Is obtained.

なお、正極抵抗の測定方法は、例えば、下記方法により行うことができる。電気化学的評価手法として一般的な交流インピーダンス法にて電池反応の周波数依存性について測定を行うと、溶液抵抗、負極抵抗と負極容量、および正極抵抗と正極容量に基づくナイキスト線図が図5のように得られる。 The positive electrode resistance can be measured by, for example, the following method. When the frequency dependence of the battery reaction is measured by the general AC impedance method as an electrochemical evaluation method, the Nyquist diagram based on the solution resistance, the negative electrode resistance and the negative electrode capacitance, and the positive electrode resistance and the positive electrode capacitance is shown in FIG. Obtained like this.

電極における電池反応は、電荷移動に伴う抵抗成分と電気二重層による容量成分とからなり、これらを電気回路で表すと抵抗と容量の並列回路となり、電池全体としては溶液抵抗と負極、正極の並列回路を直列に接続した等価回路で表される。この等価回路を用いて測定したナイキスト線図に対してフィッティング計算を行い、各抵抗成分、容量成分を見積もることができる。正極抵抗は、得られるナイキスト線図の低周波数側の半円の直径と等しい。 The battery reaction at the electrode consists of a resistance component due to charge transfer and a capacitance component due to the electric double layer. When these are represented by an electric circuit, it becomes a parallel circuit of resistance and capacitance, and the battery as a whole is a solution resistance, a negative electrode, and a positive electrode in parallel. It is represented by an equivalent circuit in which the circuits are connected in series. Fitting calculation can be performed on the Nyquist diagram measured using this equivalent circuit, and each resistance component and capacitance component can be estimated. The positive electrode resistance is equal to the diameter of the resulting semicircle on the low frequency side of the Nyquist diagram.

以上のことから、作製される正極について、交流インピーダンス測定を行い、得られたナイキスト線図に対し等価回路でフィッティング計算することで、正極抵抗を見積もることができる。 From the above, the positive electrode resistance can be estimated by measuring the AC impedance of the manufactured positive electrode and calculating the fitting of the obtained Nyquist diagram with an equivalent circuit.

以下に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、以下に説明するように、各実施例、比較例で調製した正極活物質を用いて電池を製造し、評価を実施した。まず、電池の製造方法、および評価方法について説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples. As described below, a battery was manufactured using the positive electrode active material prepared in each Example and Comparative Example, and the evaluation was carried out. First, a battery manufacturing method and an evaluation method will be described.

(電池の製造および評価)
正極活物質の評価には、図6に示す2032型コイン型電池10(以下、コイン型電池と称す)を使用した。
(Battery manufacturing and evaluation)
A 2032 type coin-type battery 10 (hereinafter referred to as a coin-type battery) shown in FIG. 6 was used for the evaluation of the positive electrode active material.

図6に示すように、コイン型電池10は、ケース11と、このケース11内に収容された電極12とから構成されている。 As shown in FIG. 6, the coin-type battery 10 is composed of a case 11 and an electrode 12 housed in the case 11.

ケース11は、中空かつ一端が開口された正極缶11aと、この正極缶11aの開口部に配置される負極缶11bとを有しており、負極缶11bを正極缶11aの開口部に配置すると、負極缶11bと正極缶11aとの間に電極12を収容する空間が形成されるように構成されている。 The case 11 has a positive electrode can 11a that is hollow and has one end opened, and a negative electrode can 11b that is arranged in the opening of the positive electrode can 11a. When the negative electrode can 11b is arranged in the opening of the positive electrode can 11a, , A space for accommodating the electrode 12 is formed between the negative electrode can 11b and the positive electrode can 11a.

電極12は、正極12a、セパレータ12cおよび負極12bとからなり、この順で並ぶように積層されており、正極12aが正極缶11aの内面に集電体13を介して接触し、負極12bが集電体13を介して負極缶11bの内面に接触するようにケース11に収容されている。正極12aとセパレータ12cとの間にも集電体13が配置されている。 The electrode 12 is composed of a positive electrode 12a, a separator 12c, and a negative electrode 12b, and is laminated so as to be arranged in this order. The positive electrode 12a contacts the inner surface of the positive electrode can 11a via a current collector 13, and the negative electrode 12b collects. It is housed in the case 11 so as to come into contact with the inner surface of the negative electrode can 11b via the electric body 13. A current collector 13 is also arranged between the positive electrode 12a and the separator 12c.

なお、ケース11はガスケット11cを備えており、このガスケット11cによって、正極缶11aと負極缶11bとの間が非接触の状態を維持するように相対的な移動が固定されている。また、ガスケット11cは、正極缶11aと負極缶11bとの隙間を密封してケース11内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。 The case 11 is provided with a gasket 11c, and the gasket 11c fixes the relative movement of the case 11 so as to maintain a non-contact state between the positive electrode can 11a and the negative electrode can 11b. Further, the gasket 11c also has a function of sealing the gap between the positive electrode can 11a and the negative electrode can 11b to seal the inside and the outside of the case 11 in an airtight and liquidtight manner.

上記の図6に示すコイン型電池10は、以下のようにして製作した。 The coin-type battery 10 shown in FIG. 6 above was manufactured as follows.

まず、以下の実施例、比較例で調製したリチウムイオン二次電池用正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、およびポリテトラフッ化エチレン樹脂(PTFE)7.5mgを混合し、100MPaの圧力で直径11mm、厚さ100μmにプレス成形して、正極12aを作製した。作製した正極12aを真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。 First, 52.5 mg of the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) prepared in the following Examples and Comparative Examples were mixed, and the diameter was 11 mm at a pressure of 100 MPa. , Press-molded to a thickness of 100 μm to prepare a positive electrode 12a. The prepared positive electrode 12a was dried in a vacuum dryer at 120 ° C. for 12 hours.

この正極12aと、負極12b、セパレータ12cおよび電解液とを用いて、上述したコイン型電池10を、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。 Using the positive electrode 12a, the negative electrode 12b, the separator 12c, and the electrolytic solution, the above-mentioned coin-type battery 10 was produced in a glove box having an Ar atmosphere with a dew point controlled at −80 ° C.

なお、負極12bには、直径14mmの円盤状に打ち抜かれた平均粒径20μm程度の黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極シートを用いた。 For the negative electrode 12b, a graphite powder having an average particle diameter of about 20 μm punched into a disk shape having a diameter of 14 mm and a negative electrode sheet coated with polyvinylidene fluoride on a copper foil were used.

セパレータ12cには膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。電解液には、1MのLiClOを支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。 A polyethylene porous membrane having a film thickness of 25 μm was used for the separator 12c. As the electrolytic solution, an equal amount mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1M LiClO 4 as a supporting electrolyte (manufactured by Tomiyama Pure Chemical Industries, Ltd.) was used.

製造したコイン型電池10の性能を示す初期放電容量、サイクル特性は、以下のように評価した。 The initial discharge capacity and cycle characteristics indicating the performance of the manufactured coin-type battery 10 were evaluated as follows.

初期放電容量は、コイン型電池10を製作してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cmとしてカットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。 The initial discharge capacity is set to 0.1 mA / cm 2 for the positive electrode after the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) is stabilized by leaving the coin-type battery 10 for about 24 hours after being manufactured, and the cutoff voltage 4 The initial discharge capacity was defined as the capacity when the battery was charged to 3 V, paused for 1 hour, and then discharged to a cutoff voltage of 3.0 V.

また、得られたコイン型電池について、電池評価として、サイクル特性を評価した。サイクル特性は、200サイクル充放電を行った時の容量維持率を測定することにより評価した。具体的には、作製したコイン型電池を、25℃に保持された恒温槽内で、電流密度0.3mA/cmとして、カットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電するサイクルを5サイクル繰り返すコンディショニングを行った後、60℃に保持された恒温槽内で、電流密度2.0mA/cmとして、カットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電するサイクルを200サイクル繰り返し、各サイクルの放電容量を測定することにより評価した。 In addition, the cycle characteristics of the obtained coin-type battery were evaluated as a battery evaluation. The cycle characteristics were evaluated by measuring the capacity retention rate after 200 cycles of charging and discharging. Specifically, the produced coin-type battery is charged to a cutoff voltage of 4.3 V in a constant temperature bath held at 25 ° C. with a current density of 0.3 mA / cm 2 , and cut after a one-hour rest. After conditioning to repeat the cycle of discharging to an off voltage of 3.0 V for 5 cycles, the current density is set to 2.0 mA / cm 2 and the cut-off voltage is charged to 4.3 V in a constant temperature bath maintained at 60 ° C. After a one-hour rest, the cycle of discharging to a cutoff voltage of 3.0 V was repeated for 200 cycles, and the discharge capacity of each cycle was measured for evaluation.

そして、コイン型電池のコンディショニング後の1サイクル目で得られた放電容量で、コンディショニング後200サイクル後のサイクル目で得られた放電容量を割った割合である容量維持率がリチウム金属複合酸化物のみで評価した場合よりも高い場合はサイクル特性に優れていると判断した。 Then, only the lithium metal composite oxide has a capacity retention rate that is the ratio obtained by dividing the discharge capacity obtained in the first cycle after conditioning of the coin-type battery by the discharge capacity obtained in the cycle 200 cycles after conditioning. When it was higher than the case evaluated in, it was judged that the cycle characteristics were excellent.

なお、本実施例では、正極活物質および二次電池の作製には、和光純薬工業株式会社製試薬特級の各試料を使用した。 In this example, each sample of special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used for producing the positive electrode active material and the secondary battery.

以下、実施例、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]
(第一のリチウム金属複合酸化物の製造)
公知の晶析法を用いて、Li1.20Ni0.91Co0.05Al0.040.0037で表される第一のリチウム金属複合酸化物(W:0.7wt%、比表面積1.2cm/g)を得た。具体的には、原料として、Ni、Co、Mnをそれぞれ含む金属塩溶液及びタングステン酸ナトリウム溶液を、中和剤としてNaOHを、錯化剤としてアンモニアを用い、連続晶析法により、Ni、Co、Al及び、Wを含有する遷移金属複合水酸化物を合成した。得られた遷移金属複合水酸化物に水酸化リチウムを混合した後、焼成して、上記第一のリチウム金属複合酸化物を得た。
[Example 1]
(Manufacturing of the first lithium metal composite oxide)
Using a known crystallization method, the first lithium metal composite oxide represented by Li 1.20 Ni 0.91 Co 0.05 Al 0.04 W 0.0037 O 2 (W: 0.7 wt%) , Specific surface area 1.2 cm 2 / g) was obtained. Specifically, Ni, Co by a continuous crystallization method using a metal salt solution containing Ni, Co, and Mn and a sodium tungstate solution as raw materials, NaOH as a neutralizing agent, and ammonia as a complexing agent. , Al and W-containing transition metal composite hydroxides were synthesized. Lithium hydroxide was mixed with the obtained transition metal composite hydroxide and then calcined to obtain the first lithium metal composite oxide.

(混合工程)
第一のリチウム金属複合酸化物に、第一のリチウム金属複合酸化物全体に対してタングステン量が0.2質量%となる量の酸化タングステン(日本無機化学工業社製)を添加し、混合した後、水を、平均粒径100μm以下の霧状態で、第一のリチウム金属複合酸化物全体に対して2質量%噴霧してさらに混合し、その後、150℃で12時間乾燥することによって第二のリチウム金属複合酸化物を得た。得られた第二のリチウム金属複合酸化物(正極活物質)の特性を表1に示す。また、正極活物質の体積平均粒径(MV)は、11.6μmであった。
[電池評価]
得られた正極材料を用いて形成された正極を有するコイン型電池1について、電池特性を評価した。
(Mixing process)
To the first lithium metal composite oxide, tungsten oxide (manufactured by Nippon Inorganic Chemical Industry Co., Ltd.) having an amount of tungsten oxide of 0.2% by mass based on the total amount of the first lithium metal composite oxide was added and mixed. After that, water was sprayed at 2% by mass on the entire first lithium metal composite oxide in a mist state having an average particle size of 100 μm or less, further mixed, and then dried at 150 ° C. for 12 hours. Lithium metal composite oxide was obtained. Table 1 shows the characteristics of the obtained second lithium metal composite oxide (positive electrode active material). The volume average particle size (MV) of the positive electrode active material was 11.6 μm.
[Battery evaluation]
The battery characteristics of the coin-type battery 1 having a positive electrode formed by using the obtained positive electrode material were evaluated.

実施例1における初期放電容量は213.0mAh/gであり、200サイクル後の放電容量は171.5mAh/gとなり、サイクル前後の容量維持率は80.5%であった。
以下、実施例2〜9および比較例1〜5については、実施例1から変更した条件のみを示す。また、実施例1〜9および比較例1〜5の初期放電容量およびサイクル特性の評価値を表1に示す。
[実施例2]
酸化タングステンの添加量を第一のリチウム金属複合酸化物全体に対してタングステン量が0.1wt%となる量とした以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[実施例3]
酸化タングステンの添加量を第一のリチウム金属複合酸化物全体に対してタングステン量が0.4wt%となる量とした以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[実施例4]
純水の噴霧量を1wt%とした以外は実施例3と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[実施例5]
純水の噴霧量を10wt%とした以外は実施例3と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[実施例6]
純水の噴霧量を0.5wt%とした以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[実施例7]
純水の噴霧量を20wt%とした以外は実施例3と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[実施例8]
酸化タングステンの添加量を第一のリチウム金属複合酸化物粉末に対してタングステン量が0.5wt%となる量とし、かつ、水を霧状態とせずに液体のままで、第一のリチウム金属複合酸化物全体に対して2質量%添加した以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[実施例9]
水を霧状態とせずに液体のままで、第一のリチウム金属複合酸化物全体に対して0.5質量%添加した以外は実施例8と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[比較例1]
酸化タングステンの添加および純水を噴霧しなかった以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[比較例2]
酸化タングステンの添加量を第一のリチウム金属複合酸化物粉末に対してタングステン量が0.05wt%となる量とした以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[比較例3]
酸化タングステンの添加量を第一のリチウム金属複合酸化物粉末に対してタングステン量が0.7wt%となる量とした以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[比較例4]
第一のリチウム金属複合酸化物に、Li1.20Ni0.91Co0.05Al0.040.0037で表されるリチウム金属複合酸化物(W:0.9wt%含有)を用い、かつ、酸化タングステンを添加しなかった以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
[比較例5]
第一のリチウム金属複合酸化物にWを含まない、Li1.20Ni0.91Co0.05Al0.04で表されるリチウム金属複合酸化物を用い、酸化タングステンの添加量を第一のリチウム金属複合酸化物粉末に対してタングステン量が0.9wt%(Ni、Co、Mの合計モル数に対して0.32mol%)となる量とした以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得るとともに電池特性の評価を行い、その結果を表1に示す。
The initial discharge capacity in Example 1 was 213.0 mAh / g, the discharge capacity after 200 cycles was 171.5 mAh / g, and the capacity retention rate before and after the cycle was 80.5%.
Hereinafter, with respect to Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 5, only the conditions changed from Example 1 are shown. Table 1 shows the evaluation values of the initial discharge capacity and the cycle characteristics of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5.
[Example 2]
The positive electrode active material for the lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of tungsten oxide added was 0.1 wt% of the total amount of the first lithium metal composite oxide. At the same time, the battery characteristics were evaluated, and the results are shown in Table 1.
[Example 3]
The positive electrode active material for the lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of tungsten oxide added was 0.4 wt% with respect to the total amount of the first lithium metal composite oxide. At the same time, the battery characteristics were evaluated, and the results are shown in Table 1.
[Example 4]
Table 1 shows the results obtained by obtaining a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery and evaluating the battery characteristics in the same manner as in Example 3 except that the amount of pure water sprayed was 1 wt%.
[Example 5]
Table 1 shows the results obtained by obtaining a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery and evaluating the battery characteristics in the same manner as in Example 3 except that the amount of pure water sprayed was 10 wt%.
[Example 6]
Table 1 shows the results obtained by obtaining a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery and evaluating the battery characteristics in the same manner as in Example 1 except that the amount of pure water sprayed was 0.5 wt%.
[Example 7]
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery was obtained and the battery characteristics were evaluated in the same manner as in Example 3 except that the amount of pure water sprayed was 20 wt%, and the results are shown in Table 1.
[Example 8]
The amount of tungsten oxide added is set so that the amount of tungsten is 0.5 wt% with respect to the first lithium metal composite oxide powder, and the first lithium metal composite remains in a liquid state without atomizing water. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery was obtained and the battery characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1 except that 2% by mass was added to the entire oxide, and the results are shown in Table 1.
[Example 9]
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is the same as in Example 8 except that 0.5% by mass is added to the entire first lithium metal composite oxide in a liquid state without atomizing water. The battery characteristics were evaluated and the results are shown in Table 1.
[Comparative Example 1]
Table 1 shows the results obtained by obtaining a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery and evaluating the battery characteristics in the same manner as in Example 1 except that tungsten oxide was added and pure water was not sprayed.
[Comparative Example 2]
The positive electrode active material for the lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of tungsten oxide added was 0.05 wt% with respect to the first lithium metal composite oxide powder. At the same time, the battery characteristics were evaluated, and the results are shown in Table 1.
[Comparative Example 3]
The positive electrode active material for the lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of tungsten oxide added was 0.7 wt% with respect to the first lithium metal composite oxide powder. At the same time, the battery characteristics were evaluated, and the results are shown in Table 1.
[Comparative Example 4]
The first lithium metal composite oxide is a lithium metal composite oxide represented by Li 1.20 Ni 0.91 Co 0.05 Al 0.04 W 0.0037 O 2 (W: 0.9 wt% content). In the same manner as in Example 1 except that the above was used and tungsten oxide was not added, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery was obtained and the battery characteristics were evaluated, and the results are shown in Table 1.
[Comparative Example 5]
The first lithium metal composite oxide does not contain W, and a lithium metal composite oxide represented by Li 1.20 Ni 0.91 Co 0.05 Al 0.04 O 2 is used, and the amount of tungsten oxide added is adjusted. The same as in Example 1 except that the amount of tungsten is 0.9 wt% (0.32 mol% with respect to the total number of moles of Ni, Co, and M) with respect to the first lithium metal composite oxide powder. Then, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery was obtained and the battery characteristics were evaluated, and the results are shown in Table 1.

Figure 2020181647
実施例1、6及び比較例4、5で得られた正極活物質は、正極活物質全体に含まれるタングステン量が同一であるが、実施例で得られた正極活物質の方が、比較例で得られた正極活物質よりも、より高い初期放電容量と、200サイクル後の放電容量維持率を示した。よって、本実施形態の製造方法を用いて得られる正極活物質は、少ないタングステン使用量で、より高い電池特性を有することができる。
Figure 2020181647
The positive electrode active materials obtained in Examples 1 and 6 and Comparative Examples 4 and 5 have the same amount of tungsten contained in the entire positive electrode active material, but the positive electrode active material obtained in Examples is in Comparative Example. It showed a higher initial discharge capacity and a discharge capacity retention rate after 200 cycles than the positive electrode active material obtained in. Therefore, the positive electrode active material obtained by using the production method of the present embodiment can have higher battery characteristics with a small amount of tungsten used.

また、正極活物質の表面に存在する、0.5μm以上のタングステン酸リチウムの面積割合が5%を超える実施例9では、正極活物質中のタングステン量が同一であるが、面積割合が5%以下の実施例1と比較して、200サイクル後の放電容量維持率が低下した。 Further, in Example 9 in which the area ratio of lithium tungstate having a thickness of 0.5 μm or more on the surface of the positive electrode active material exceeds 5%, the amount of tungsten in the positive electrode active material is the same, but the area ratio is 5%. Compared with the following Example 1, the discharge capacity retention rate after 200 cycles was lowered.

水添加量が1質量〜10質量%の範囲である実施例1〜5で得られた正極活物質では、酸化タングステンを添加しない比較例1、4及び酸化タングステンの添加量が少ない比較例2で得られた正極活物質と比較して、200サイクル後の放電容量維持率が向上した。 In the positive electrode active materials obtained in Examples 1 to 5 in which the amount of water added was in the range of 1% by mass to 10% by mass, Comparative Examples 1 and 4 in which tungsten oxide was not added and Comparative Example 2 in which the amount of tungsten oxide added was small. Compared with the obtained positive electrode active material, the discharge capacity retention rate after 200 cycles was improved.

酸化タングステンの添加量が多い比較例3では、粒径0.5μm以上のタングステン酸リチウムの存在する面積割合が5%を超え、初期放電容量および200サイクル後の放電容量維持率が低下した。
なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の1つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、日本特許出願である特願2017−087509、及び本明細書で引用した全ての文献の内容を援用して本文の記載の一部とする。
In Comparative Example 3 in which the amount of tungsten oxide added was large, the area ratio in which lithium tungstate having a particle size of 0.5 μm or more was present exceeded 5%, and the initial discharge capacity and the discharge capacity retention rate after 200 cycles were lowered.
The technical scope of the present invention is not limited to the embodiments described in the above-described embodiments. One or more of the requirements described in the above embodiments and the like may be omitted. In addition, the requirements described in the above-described embodiments can be combined as appropriate. In addition, to the extent permitted by law, the contents of Japanese Patent Application No. 2017-087509 and all documents cited in this specification shall be incorporated as part of the description of the main text.

1…一次粒子
2…二次粒子
3…中空部
10…第一のリチウム金属複合酸化物
20…第二のリチウム金属複合酸化物
100…正極活物質
A1、A2…タングステンを含む化合物
CBA……コイン型電池
CA……ケース
PE……正極
NE……負極
GA……ガスケット
PE……正極
NE……負極
SE……セパレータ
1 ... Primary particles 2 ... Secondary particles 3 ... Hollow portion 10 ... First lithium metal composite oxide 20 ... Second lithium metal composite oxide 100 ... Positive electrode active materials A1, A2 ... Compounds containing tungsten CBA ... Coin Molded battery CA …… Case PE …… Positive electrode NE …… Negative electrode GA …… Gasket PE …… Positive electrode NE …… Negative electrode SE …… Separator

Claims (16)

複数の一次粒子が凝集して構成された二次粒子を含む第一のリチウム金属複合酸化物と、酸化タングステンと、水とを混合して混合物を得ることと、
前記混合物を乾燥して、第二のリチウム金属複合酸化物を得ることと、
を有し、
前記第一のリチウム金属複合酸化物は、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、及び、元素Mを、Li:Ni:Co:M=z:(1−x−y):x:y(ただし、0.97<z<1.30、0≦x≦0.10、0≦y≦0.10、0≦x+y≦0.10、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表される原子数比で含み、かつ、タングステンを、前記第一のリチウム金属複合酸化物全体に対して、0.1質量%以上1.0質量%以下含み、
前記混合物は、前記第一のリチウム金属複合酸化物全体に対して、前記酸化タングステン中のタングステンを0.1質量%以上0.5質量%以下含む、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
To obtain a mixture by mixing first lithium metal composite oxide containing secondary particles composed of agglomerated primary particles, tungsten oxide, and water.
Drying the mixture to obtain a second lithium metal composite oxide
Have,
The first lithium metal composite oxide contains lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and element M as Li: Ni: Co: M = z: (1-xy) :. x: y (where 0.97 <z <1.30, 0≤x≤0.10, 0≤y≤0.10, 0≤x + y≤0.10, M is Mn, V, Mg, Mo. , Nb, Ti, and at least one element selected from Al), and contains tungsten in an amount of 0.1% by mass or more based on the total amount of the first lithium metal composite oxide. Contains 1.0% by mass or less
The mixture is used for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, which contains 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less of tungsten in the tungsten oxide with respect to the entire first lithium metal composite oxide. Method.
前記第二のリチウム金属複合酸化物は、タングステン酸リチウムを含み、前記第二のリチウム金属複合酸化物全体に対して、タングステンを0.2質量%以上1.0質量%以下含む、請求項1に記載の製造方法。 Claim 1 that the second lithium metal composite oxide contains lithium tungstate and contains 0.2% by mass or more and 1.0% by mass or less of tungsten with respect to the entire second lithium metal composite oxide. The manufacturing method described in. 前記水を、前記第一のリチウム金属複合酸化物全体に対して、1質量%以上10質量%以下で混合する、請求項1又は請求項2に記載の製造方法。 The production method according to claim 1 or 2, wherein the water is mixed in an amount of 1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the entire first lithium metal composite oxide. 前記第一のリチウム金属複合酸化物と前記酸化タングステンとを混合した後、前記水を、液滴の平均粒径が100μm以下の霧状態となるように噴霧して混合する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。 The first lithium metal composite oxide and the tungsten oxide are mixed, and then the water is sprayed and mixed so that the average particle size of the droplets is 100 μm or less. The manufacturing method according to any one of the above. 前記第一のリチウム金属複合酸化物は、比表面積が0.5cm/g以上2m/g以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein the first lithium metal composite oxide has a specific surface area of 0.5 cm 2 / g or more and 2 m 2 / g or less. 前記第一のリチウム金属複合酸化物は、300℃におけるカールフィッシャー水分率が0.05質量%以上0.2質量%以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 5, wherein the first lithium metal composite oxide has a Karl Fischer moisture content of 0.05% by mass or more and 0.2% by mass or less at 300 ° C. 前記第二のリチウム金属複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集して構成された二次粒子、及び、タングステン酸リチウムを含み、
走査型電子顕微鏡を用いた前記二次粒子の表面の観察から求められる、前記二次粒子の表面に存在する粒径0.5μm以上のタングステン酸リチウムの面積割合が、観察面全体の面積に対して、5%以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の製造方法。
The second lithium metal composite oxide contains secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles and lithium tungstate.
The area ratio of lithium tungstate having a particle size of 0.5 μm or more present on the surface of the secondary particles, which is obtained from the observation of the surface of the secondary particles using a scanning electron microscope, is the area of the entire observation surface. The production method according to any one of claims 1 to 6, wherein the content is 5% or less.
前記表面に存在する粒径0.5μm以上のタングステン酸リチウムの面積割合が1%以下である、請求項7に記載の製造方法。 The production method according to claim 7, wherein the area ratio of lithium tungstate having a particle size of 0.5 μm or more existing on the surface is 1% or less. 前記第二のリチウム金属複合酸化物は、体積平均粒径MVが4μm以上6μm以下である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 8, wherein the second lithium metal composite oxide has a volume average particle size MV of 4 μm or more and 6 μm or less. リチウムイオン二次電池用正極活物質であって、
複数の一次粒子が凝集して構成された二次粒子、及び、タングステン酸リチウムを含み、
リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、元素M、およびタングステン(W)の原子数比が、Li:Ni:Co:M:W=z:(1−x−y):x:y:a(ただし、0.97<z<1.30、0≦x≦0.10、0≦y≦0.10、0≦x+y≦0.10、0.0005≦a≦0.005、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、
当該正極活物質の表面に存在するタングステン量が、当該正極活物質全体に対して、0.1質量%以上1.0質量%以下であり、かつ、前記正極活物質の内部に存在するタングステン量は、当該正極活物質全体に対して、0.1質量%以上1.0質量%以下である、正極活物質。
A positive electrode active material for lithium-ion secondary batteries
It contains secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles and lithium tungstate.
The atomic number ratio of lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), element M, and tungsten (W) is Li: Ni: Co: M: W = z: (1-xy): x. : Y: a (where 0.97 <z <1.30, 0 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y ≦ 0.10, 0 ≦ x + y ≦ 0.10, 0.0005 ≦ a ≦ 0.005 , M is represented by at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al).
The amount of tungsten present on the surface of the positive electrode active material is 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less with respect to the entire positive electrode active material, and the amount of tungsten present inside the positive electrode active material. Is a positive electrode active material that is 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less with respect to the entire positive electrode active material.
当該正極活物質の表面に存在するタングステン量が、当該正極活物質の内部に含まれるタングステン量に対して0.1倍以上1倍以下である、請求項10に記載の正極活物質。 The positive electrode active material according to claim 10, wherein the amount of tungsten present on the surface of the positive electrode active material is 0.1 times or more and 1 time or less with respect to the amount of tungsten contained inside the positive electrode active material. 走査型電子顕微鏡を用いた前記二次粒子の表面の観察から求められる、前記二次粒子の表面に存在する粒径0.5μm以上のタングステン酸リチウムの面積割合が、観察表面全体に対して、5%以下である、請求項10又は請求項11に記載の正極活物質。 The area ratio of lithium tungstate having a particle size of 0.5 μm or more present on the surface of the secondary particles, which is determined from the observation of the surface of the secondary particles using a scanning electron microscope, is relative to the entire observation surface. The positive electrode active material according to claim 10 or 11, which is 5% or less. 当該正極活物質全体に対して、タングステンを0.2質量%以上1質量%以下含む、請求項10〜12のいずれか一項に記載の正極活物質。 The positive electrode active material according to any one of claims 10 to 12, which contains 0.2% by mass or more and 1% by mass or less of tungsten with respect to the entire positive electrode active material. 300℃におけるカールフィッシャー水分率が0.05%以上0.2%以下である、請求項10〜13のいずれか一項に記載の正極活物質。 The positive electrode active material according to any one of claims 10 to 13, wherein the Karl Fischer moisture content at 300 ° C. is 0.05% or more and 0.2% or less. 体積平均粒径MVが4μm以上6μm以下である、請求項10〜請求項14のいずれか一項に記載の正極活物質。 The positive electrode active material according to any one of claims 10 to 14, wherein the volume average particle diameter MV is 4 μm or more and 6 μm or less. 請求項10〜15のいずれか一項に記載の正極活物質を含む正極、負極、セパレータ、及び、非水系電解質を備えるリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing the positive electrode active material according to any one of claims 10 to 15.
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