JP2022095968A - Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode active material precursor for a nonaqueous electrolyte secondary battery, capable of forming positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery containing porous particles.
SOLUTION: Provided is a positive electrode active material precursor for a nonaqueous electrolyte secondary battery, which comprises: a nickel manganese carbonate composite which has a composition represented by Ni:Mn:M=x:y:t in terms of material amount ratio (where x+y+t=1, 0.2≤x≤0.3, 0.7≤y≤0.8, and 0≤t≤0.2 are satisfied, and M represents one or more types of additive element selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W); and a functional group including hydrogen. In the positive electrode active material precursor, material amount ratio H/Me of hydrogen H included therein and a metal component Me included therein is 1.60 or more.
SELECTED DRAWING: None
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本発明は、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体、非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法に関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery. The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a battery.

近年、スマートフォンやタブレットPCなどの小型情報端末の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な非水系電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、モーター駆動用電源などの大型の電池として、高出力の二次電池の開発も強く望まれている。 In recent years, with the spread of small information terminals such as smartphones and tablet PCs, there is a strong demand for the development of small and lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries having high energy density. In addition, the development of a high-output secondary battery is strongly desired as a large-sized battery such as a power source for driving a motor.

これらの要求を満たす二次電池として、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、正極、負極、電解液などで構成され、正極活物質および負極活物質として、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が用いられている。 As a secondary battery satisfying these requirements, there is a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and the like, and a material capable of desorbing and inserting lithium is used as the positive electrode active material and the negative electrode active material.

リチウムイオン二次電池については、現在、研究開発が盛んに行われているところである。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材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。 Currently, research and development of lithium-ion secondary batteries is being actively carried out. Among them, a lithium ion secondary battery using a layered or spinel type lithium metal composite oxide as a positive electrode material is being put into practical use as a battery having a high energy density because a high voltage of 4V class can be obtained.

リチウムイオン二次電池の正極材料として、現在、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)や、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5)、リチウム過剰ニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiMnO-LiNiMnCo)などのリチウム複合酸化物が提案されている。 Currently, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel, which is cheaper than cobalt, and lithium nickel, as positive electrode materials for lithium ion secondary batteries. Cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), lithium manganese composite oxide using manganese (LiMn 2 O 4 ), lithium nickel manganese composite oxide (LiNi 0.5 Mn) Lithium composite oxides such as 0.5 O 2 ) and lithium excess nickel cobalt manganese composite oxide (Li 2 MnO 3 -LiNi x Mn y Coz O 2 ) have been proposed.

これらの正極活物質の中でも、近年、従来のリチウムイオン電池よりもさらに高い5V級の充放電電圧を発現する材料としてスピネル型構造を持つニッケルマンガン複合酸化物が注目されている。 Among these positive electrode active materials, a nickel-manganese composite oxide having a spinel-type structure has been attracting attention in recent years as a material that exhibits a charge / discharge voltage of 5 V class, which is higher than that of a conventional lithium ion battery.

そして、係るリチウム過剰ニッケルコバルトマンガン複合酸化物を得るための前駆体の製造方法が、例えば特許文献1などに開示されている。 Then, a method for producing a precursor for obtaining such a lithium excess nickel-cobalt-manganese composite oxide is disclosed in, for example, Patent Document 1.

特開2014-238976号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-238976

ところで、リチウムイオン二次電池の充放電反応の際には正極活物質と電解液の間でリチウムイオンの移動が起こる。そのため、リチウムイオン二次電池の高出力化を目指すためには、正極活物質と電解液の接触面積が大きい方が好ましく、粒子内部に均一な細孔を有した多孔質な粒子を含む正極活物質を用いることが有効である。 By the way, during the charge / discharge reaction of the lithium ion secondary battery, the movement of lithium ions occurs between the positive electrode active material and the electrolytic solution. Therefore, in order to increase the output of the lithium ion secondary battery, it is preferable that the contact area between the positive electrode active material and the electrolytic solution is large, and the positive electrode activity including porous particles having uniform pores inside the particles. It is effective to use a substance.

しかしながら、特許文献1においては、前駆体の製造方法や、該前駆体を用いて製造される正極活物質の組成などについては開示されているものの、正極活物質の粒子の構造については言及しておらず、特に、二次粒子の内部構造についての検討はなされていない。 However, although Patent Document 1 discloses a method for producing a precursor and the composition of a positive electrode active material produced using the precursor, the structure of particles of the positive electrode active material is referred to. In particular, the internal structure of the secondary particles has not been investigated.

そこで、上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、多孔質な粒子を含有する非水系電解質二次電池用正極活物質を形成できる、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-mentioned problems of the prior art, in one aspect of the present invention, a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of forming a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing porous particles can be formed. The purpose is to provide the body.

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
物質量比にしてNi:Mn:M=x:y:t(但し、x+y+t=1であり、0.2≦x≦0.3、0.7≦y≦0.8、0≦t≦0.2を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)であるニッケルマンガン炭酸塩複合物と、
水素を含有する官能基と、を有し、
含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meが1.60以上である非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を提供する。
According to one aspect of the present invention in order to solve the above problems.
Ni: Mn: M = x: y: t (where x + y + t = 1, 0.2 ≦ x ≦ 0.3, 0.7 ≦ y ≦ 0.8, 0 ≦ t ≦ 0 in terms of substance amount ratio .2 is satisfied, and M is one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W.) With the nickel-manganese carbonate complex, which is
With a functional group containing hydrogen,
Provided is a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which H / Me, which is the material amount ratio of the contained hydrogen H and the contained metal component Me, is 1.60 or more.

本発明の一態様によれば、多孔質な粒子を含有する非水系電解質二次電池用正極活物質を形成できる、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of forming a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing porous particles.

本発明の実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法のフローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flow of the manufacturing method of the positive electrode active material precursor for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the embodiment of this invention. 本発明の実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法のフローの他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the flow of the manufacturing method of the positive electrode active material precursor for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the embodiment of this invention. 本発明に係る実施例1において作製したコイン型電池の断面構成の説明図である。It is explanatory drawing of the cross-sectional structure of the coin-type battery produced in Example 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施例1において作製したラミネート型電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the laminated type battery produced in Example 1 which concerns on this invention.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments and does not deviate from the scope of the present invention. Can be modified and substituted in various ways.

[非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体]
本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体(以下、単に「前駆体」とも記載する)の一構成例について説明する。本実施形態の前駆体は、物質量比(mol比)にしてNi:Mn:M=x:y:t(但し、x+y+t=1であり、0.2≦x≦0.3、0.7≦y≦0.8、0≦t≦0.2を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)であるニッケルマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基とを有する。
[Positive active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries]
An example of a configuration of a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “precursor”) of the present embodiment will be described. The precursor of the present embodiment has a substance amount ratio (mol ratio) of Ni: Mn: M = x: y: t (provided that x + y + t = 1, 0.2 ≦ x ≦ 0.3, 0.7. Satisfying ≦ y ≦ 0.8 and 0 ≦ t ≦ 0.2, M is selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W. It has a nickel-manganese carbonate complex which is one or more kinds of additive elements to be added, and a functional group containing hydrogen.

本実施形態の前駆体は、含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meを、1.60以上とする。 The precursor of the present embodiment has a substance amount ratio of H / Me, which is the ratio of the amount of hydrogen H contained and the metal component Me contained therein, to 1.60 or more.

なお、本実施形態では、前駆体が含有する金属成分Meとは、上記物質量比で挙げたNi、Mn、および添加元素Mが挙げられる。 In the present embodiment, the metal component Me contained in the precursor includes Ni, Mn, and the additive element M mentioned in the above-mentioned substance amount ratio.

本実施形態の前駆体は、微細な複数の一次粒子が凝集して形成された略球状の二次粒子を含むことができる。本実施形態の前駆体は、該二次粒子で構成することもできる。 The precursor of the present embodiment can include substantially spherical secondary particles formed by agglomeration of a plurality of fine primary particles. The precursor of this embodiment can also be composed of the secondary particles.

本実施形態の前駆体は、粒径の均一性が高く、かつ微細な結晶であり、非水系電解質二次電池用正極活物質の原料として用いることができる。 The precursor of the present embodiment has high uniformity of particle size and is a fine crystal, and can be used as a raw material for a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

以下に、本実施形態の前駆体について、具体的に説明する。 Hereinafter, the precursor of the present embodiment will be specifically described.

(組成)
本実施形態の前駆体に含まれるニッケルマンガン炭酸塩複合物、および水素を含有する官能基について説明する。
(composition)
The nickel-manganese carbonate complex contained in the precursor of the present embodiment and the functional group containing hydrogen will be described.

ニッケルマンガン炭酸塩複合物は、上述のように、物質量比にしてNi:Mn:M=x:y:tの組成を持つ塩基性炭酸塩形態のニッケルマンガン複合物である。 As described above, the nickel-manganese carbonate complex is a nickel-manganese composite in the form of a basic carbonate having a composition of Ni: Mn: M = x: y: t in terms of substance amount ratio.

但し、上記物質量比において、x+y+t=1であり、0.2≦x≦0.3、0.7≦y≦0.8、0≦t≦0.2を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。 However, in the above substance amount ratio, x + y + t = 1, satisfying 0.2 ≦ x ≦ 0.3, 0.7 ≦ y ≦ 0.8, 0 ≦ t ≦ 0.2, and M is Mg, Ca. , Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W.

ニッケルマンガン炭酸塩複合物の前記物質量比中の添加元素Mは、Ti、Fe、およびCoから選択された一種以上の元素を含有することが好ましく、Tiであることがより好ましい。このとき、Ti、Fe、およびCoの含有割合は、0.5at%以上5at%以下であることが好ましい。 The additive element M in the substance amount ratio of the nickel-manganese carbonate complex preferably contains one or more elements selected from Ti, Fe, and Co, and is more preferably Ti. At this time, the content ratios of Ti, Fe, and Co are preferably 0.5 at% or more and 5 at% or less.

添加元素MとしてTiを用いることにより、結晶構造中に酸素が強く結合されるため、高電圧下における酸素脱離に起因する正極活物資からのMn, Niなどの金属溶出が抑制され、結果的にサイクル特性が向上する。 By using Ti as the additive element M, oxygen is strongly bonded to the crystal structure, so that the elution of metals such as Mn and Ni from the positive electrode active material due to oxygen desorption under high voltage is suppressed, resulting in this. Cycle characteristics are improved.

なお、本実施形態の前駆体は、一般式1:xMn2(CO33・yMn(OH)3、一般式2:Ni4CO3(OH)6(H2O)4などで表される炭酸塩や水酸化物の混合した組成不定の化合物を含むことができる。 The precursor of the present embodiment is represented by the general formula 1: xMn 2 (CO 3 ) 3 · yMn (OH) 3 , the general formula 2: Ni 4 CO 3 (OH) 6 (H 2 O) 4 , and the like. It can contain a compound having an indefinite composition mixed with a carbonate or a hydroxide.

本実施形態の前駆体を、非水系電解質二次電池の正極活物質の前駆体として用いた場合に、サイクル特性や出力特性などの電池特性をさらに向上させるために、ニッケルマンガン炭酸塩複合物には、上述のように、1種類以上の添加元素Mを添加することもできる。 When the precursor of the present embodiment is used as a precursor of the positive electrode active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery, in order to further improve the battery characteristics such as cycle characteristics and output characteristics, a nickel manganese carbonate composite is used. Can also add one or more kinds of additive elements M as described above.

Tiの原料としては、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシドなどのチタン有機化合物や硫酸チタンなどを用いることができる。 As a raw material for Ti, titanium organic compounds such as titanium tetraisopropoxide and titanium tetrabutoxide, titanium sulfate and the like can be used.

Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素Mは、所定の物質量比tの範囲内で、二次粒子の内部に均一に分布していること、および/または二次粒子の表面を均一に被覆していることが好ましい。 One or more kinds of additive elements M selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W are within a predetermined substance amount ratio t. Therefore, it is preferable that the secondary particles are uniformly distributed inside and / or the surface of the secondary particles is uniformly covered.

ただし、ニッケルマンガン炭酸塩複合物では、添加元素Mの物質量比tが0.1を超えると、酸化還元反応(Redox反応)に貢献する金属元素が減少し、電池容量が低下する可能性がある。 However, in the nickel-manganese carbonate composite, if the substance amount ratio t of the additive element M exceeds 0.1, the metal elements that contribute to the redox reaction (Redox reaction) may decrease, and the battery capacity may decrease. be.

また、ニッケルマンガン炭酸塩複合物が添加元素Mを含有していない場合でも、本実施形態の前駆体を用いて作製した正極活物質は、サイクル特性や出力特性などの電池特性について、十分な特性を有している。このため、添加元素Mを含有しなくてもよい。よって、添加元素Mは、物質量比tで0≦t≦0.1の範囲内となるように調整する。 Further, even when the nickel-manganese carbonate composite does not contain the additive element M, the positive electrode active material produced by using the precursor of the present embodiment has sufficient characteristics regarding battery characteristics such as cycle characteristics and output characteristics. have. Therefore, it is not necessary to contain the additive element M. Therefore, the added element M is adjusted so that the substance amount ratio t is within the range of 0 ≦ t ≦ 0.1.

また、本実施形態の前駆体は、上述の水素を含有する官能基を含むことができる。水素を含有する官能基としては、例えば水素基や、ヒドロキシル基などが挙げられる。水素を含有する官能基は、製造工程で混入するものであり、本実施形態の前駆体が含有する水素Hと、金属成分Meとの物質量比であるH/Meを1.60以上とすることで、正極活物質とした場合に多孔質な粒子とすることができる。また、H/Meを1.7以下とすることで、本実施形態の前駆体を正極活物質とした場合、正極活物質の強度を特に高くでき、形状を確実に維持することができる。 Further, the precursor of the present embodiment can contain the above-mentioned hydrogen-containing functional group. Examples of the functional group containing hydrogen include a hydrogen group and a hydroxyl group. The functional group containing hydrogen is mixed in the manufacturing process, and the substance amount ratio of hydrogen H contained in the precursor of the present embodiment to the metal component Me is 1.60 or more. This makes it possible to obtain porous particles when used as a positive electrode active material. Further, by setting the H / Me to 1.7 or less, when the precursor of the present embodiment is used as the positive electrode active material, the strength of the positive electrode active material can be particularly increased, and the shape can be reliably maintained.

なお、本実施形態において、前駆体が含有する金属成分Meとは、上記の通り、上記物質量比で挙げたNi、Mn、および添加元素Mが挙げられる。 In the present embodiment, the metal component Me contained in the precursor includes Ni, Mn, and the additive element M mentioned in the above-mentioned substance amount ratio, as described above.

また、本実施形態の前駆体は、ニッケルマンガン炭酸塩複合物、および水素を含有する官能基以外の成分を含有することもできるが、ニッケルマンガン炭酸塩複合物、および水素を含有する官能基から構成することもできる。この場合、本実施形態の前駆体は、製造工程などでの不可避成分を含有することを排除するものではない。 Further, the precursor of the present embodiment may contain a component other than the nickel-manganese carbonate complex and the hydrogen-containing functional group, but from the nickel-manganese carbonate complex and the hydrogen-containing functional group. It can also be configured. In this case, the precursor of the present embodiment does not exclude the inclusion of unavoidable components in the manufacturing process and the like.

[非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法(以下、単に「前駆体の製造方法」とも記載する)の一例について説明する。本実施形態の前駆体の製造方法は、晶析反応によって前駆体を得ることができ、必要に応じて得られた前駆体を洗浄および乾燥する。
[Manufacturing method of positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, an example of a method for producing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as “precursor manufacturing method”) will be described. In the method for producing a precursor of the present embodiment, a precursor can be obtained by a crystallization reaction, and the obtained precursor is washed and dried as needed.

具体的には、本実施形態の前駆体の製造方法は、物質量比にしてNi:Mn:M=x:y:t(但し、x+y+t=1であり、0.2≦x≦0.3、0.7≦y≦0.8、0≦t≦0.2を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)である構成されるニッケルマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基とを有する非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法であって、以下の工程を含む。 Specifically, the method for producing the precursor of the present embodiment is Ni: Mn: M = x: y: t (where x + y + t = 1 and 0.2 ≦ x ≦ 0.3 in terms of substance amount ratio. , 0.7 ≦ y ≦ 0.8, 0 ≦ t ≦ 0.2, and M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo. A positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a nickel-manganese carbonate complex composed of one or more additive elements selected from and W) and a functional group containing hydrogen. It is a manufacturing method of, and includes the following steps.

炭酸イオンの存在下、アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質の少なくとも一方を含有する初期水溶液と、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液(以下、単に「金属成分としてNiを含有する水溶液など」とも記載する)とを混合した混合水溶液において核を生成し、生成した前記核を成長させる晶析工程。 In the presence of carbonate ions, an initial aqueous solution containing at least one of an ammonium ion feeder and an alkaline substance, an aqueous solution containing Ni as a metal component, and an aqueous solution containing Mn as a metal component (hereinafter, simply "Ni as a metal component"). A crystallization step of generating nuclei in a mixed aqueous solution mixed with (also referred to as "an aqueous solution containing, etc.") and growing the generated nuclei.

そして、本実施形態の前駆体の製造方法では、晶析工程は、前記混合水溶液のpH値を、反応温度40℃基準において9.0以下に制御し、酸素含有雰囲気下で行なう。 In the method for producing a precursor of the present embodiment, the crystallization step is carried out in an oxygen-containing atmosphere by controlling the pH value of the mixed aqueous solution to 9.0 or less based on a reaction temperature of 40 ° C.

図1に、本実施形態の前駆体の製造方法のフローの一例を示す。図1に示すように、本実施形態の前駆体の製造方法は、晶析工程を含む。 FIG. 1 shows an example of the flow of the method for producing a precursor of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the method for producing a precursor of the present embodiment includes a crystallization step.

(1)晶析工程
図1に示すように、晶析工程では、まず、反応槽においてイオン交換水(水)と、アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質の少なくとも一方とを混合し、初期水溶液を調製できる。
(1) Crystallization step As shown in FIG. 1, in the crystallization step, first, ion-exchanged water (water) is mixed with at least one of an ammonium ion feeder and an alkaline substance in a reaction vessel to prepare an initial aqueous solution. can.

アンモニウムイオン供給体は、特に限定されるものではないが、炭酸アンモニウム水溶液、アンモニア水、塩化アンモニウム水溶液、硫酸アンモニウム水溶液から選択された1種類以上であることが好ましい。 The ammonium ion feeder is not particularly limited, but is preferably one or more selected from an aqueous ammonium carbonate solution, an aqueous ammonia solution, an aqueous ammonium chloride solution, and an aqueous ammonium sulfate solution.

アルカリ性物質についても、特に限定されるものではないが、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムから選択された1種類以上であることが好ましい。 The alkaline substance is also not particularly limited, but is preferably one or more selected from sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate, sodium hydroxide, and potassium hydroxide.

初期水溶液には、必要に応じて酸性の物質を添加して、反応温度40℃基準において、9.0以下となるように調整する。初期水溶液のpH値を上記範囲内とすることで、不純物が残留することを抑制できるため、不純物の残量の少ない前駆体を得ることができる。この際、初期水溶液のpH値は、5.4以上9.0以下となるように調整することが好ましく、6.4以上8.0以下となるように調整することがより好ましく、7.1以上7.4以下となるように調整することがさらに好ましい。この際のpHは、例えば、後述するpH調整水溶液を添加することで調整することができる。 If necessary, an acidic substance is added to the initial aqueous solution to adjust the reaction temperature to 9.0 or less based on the reaction temperature of 40 ° C. By setting the pH value of the initial aqueous solution within the above range, it is possible to suppress the residual impurities, so that a precursor having a small remaining amount of impurities can be obtained. At this time, the pH value of the initial aqueous solution is preferably adjusted to be 5.4 or more and 9.0 or less, more preferably 6.4 or more and 8.0 or less, and 7.1. It is more preferable to adjust the pH to be 7.4 or less. The pH at this time can be adjusted, for example, by adding a pH adjusting aqueous solution described later.

晶析工程の間、混合水溶液もpH値が上記範囲内であることが好ましい。なお、晶析工程の間、混合水溶液のpH値が微変動することから、晶析工程の間の混合水溶液のpH値の最大値を晶析工程の混合水溶液のpH値とすることができる。 During the crystallization step, the pH value of the mixed aqueous solution is preferably within the above range. Since the pH value of the mixed aqueous solution fluctuates slightly during the crystallization step, the maximum pH value of the mixed aqueous solution during the crystallization step can be set as the pH value of the mixed aqueous solution in the crystallization step.

なお、晶析工程の間、混合水溶液のpH値の変動幅は、例えば、中心値(設定pH値)の上下0.2以内になるように制御されていることが好ましい。これは、混合水溶液のpH値の変動幅が大きい場合には、本実施形態の前駆体が含有する粒子の成長が一定とならず、粒度分布の範囲の狭い均一な粒子が得られない場合があるからである。 During the crystallization step, the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution is preferably controlled to be within 0.2 above and below the center value (set pH value), for example. This is because when the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution is large, the growth of the particles contained in the precursor of the present embodiment is not constant, and uniform particles having a narrow particle size distribution range may not be obtained. Because there is.

初期水溶液、および混合水溶液中のpH値は、公知のpH計によって測定することができる。 The pH value in the initial aqueous solution and the mixed aqueous solution can be measured by a known pH meter.

酸性の物質としては、特に限定されるものではなく、例えば、硫酸などを好ましく用いることができる。なお、酸性の物質としては、初期水溶液に添加する金属成分を含有する水溶液を調製する際に用いる金属塩と同じ種類の酸を用いることが好ましい。 The acidic substance is not particularly limited, and for example, sulfuric acid or the like can be preferably used. As the acidic substance, it is preferable to use the same type of acid as the metal salt used when preparing the aqueous solution containing the metal component to be added to the initial aqueous solution.

晶析工程では、反応槽内を、炭酸イオンの存在下とする。炭酸イオンの供給方法は、特に限定されるものではなく、例えば、反応槽内に後述する酸素含有ガスと共に二酸化炭素ガスを供給することで、混合水溶液に炭酸イオンを供給することができる。また、初期水溶液やpH調整水溶液を調製する際に炭酸塩を用いて、炭酸イオンを供給することもできる。 In the crystallization step, the inside of the reaction vessel is in the presence of carbonate ions. The method for supplying carbonic acid ions is not particularly limited, and for example, carbon dioxide ions can be supplied to the mixed aqueous solution by supplying carbon dioxide gas together with the oxygen-containing gas described later in the reaction vessel. In addition, carbonate ions can be supplied by using a carbonate when preparing an initial aqueous solution or a pH-adjusting aqueous solution.

晶析工程では、初期水溶液を調製した反応槽内に酸素含有ガスを吹き込むことにより、酸素含有雰囲気となるように雰囲気制御を行なう。その後、後述するように、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を、反応槽内に例えば一定流量で供給し、混合水溶液のpH値が所定の範囲に入るように制御している。前記金属成分は、混合水溶液中に含まれている溶存酸素や、反応槽に供給した酸素含有ガスに含まれる酸素などと反応する。これにより、炭酸塩の単一結晶ではない不定形の微細な粒子(一次粒子)が生成される。この粒子は、前駆体の核(核粒子)となる。この核粒子が凝集して成長することで、大きな二次粒子を生成する。二次粒子の粒径は、晶析工程の反応の時間により制御することができる。 In the crystallization step, the atmosphere is controlled so as to have an oxygen-containing atmosphere by blowing an oxygen-containing gas into the reaction vessel in which the initial aqueous solution is prepared. After that, as will be described later, an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component is supplied into the reaction vessel at a constant flow rate, for example, and the pH value of the mixed aqueous solution is controlled to be within a predetermined range. is doing. The metal component reacts with dissolved oxygen contained in the mixed aqueous solution, oxygen contained in the oxygen-containing gas supplied to the reaction vessel, and the like. This produces amorphous fine particles (primary particles) that are not single crystals of carbonate. These particles become the nucleus of the precursor (nuclear particle). These nuclear particles aggregate and grow to generate large secondary particles. The particle size of the secondary particles can be controlled by the reaction time of the crystallization step.

また、酸素含有ガスを吹き込むことにより、不活性ガス雰囲気の場合と比較して、前駆体に対して水素を含有する官能基を混入しやすくすることができる。これにより、得られる前駆体は、含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meを1.60以上とすることができる。 Further, by blowing the oxygen-containing gas, it is possible to make it easier to mix the functional group containing hydrogen with the precursor as compared with the case of the inert gas atmosphere. Thereby, the obtained precursor can have H / Me, which is the substance amount ratio of the contained hydrogen H and the contained metal component Me, 1.60 or more.

酸素含有ガスとしては、例えば、空気など酸素を含有する各種ガスを用いることができる。 As the oxygen-containing gas, for example, various gases containing oxygen such as air can be used.

反応槽内に酸素含有ガスを供給する場合、該酸素含有ガスの供給量は、混合水溶液中の溶存酸素濃度を測定することで確認することができる。晶析工程中に混合水溶液中の溶存酸素が消費されるため、混合水溶液中の溶存酸素量が飽和量の半分以上であれば、反応に十分な酸素が供給できていることになる。 When the oxygen-containing gas is supplied into the reaction vessel, the supply amount of the oxygen-containing gas can be confirmed by measuring the dissolved oxygen concentration in the mixed aqueous solution. Since the dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is consumed during the crystallization step, if the amount of dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is more than half of the saturated amount, sufficient oxygen for the reaction can be supplied.

混合水溶液中の溶存酸素量は、公知の溶存酸素計などによって測定することができる。 The amount of dissolved oxygen in the mixed aqueous solution can be measured by a known dissolved oxygen meter or the like.

晶析工程では、初期水溶液に金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加している間も、継続して反応槽内に酸素含有ガスを供給してもよい。 In the crystallization step, the oxygen-containing gas may be continuously supplied into the reaction vessel even while the aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component is added to the initial aqueous solution.

次に、晶析工程では、反応槽内で、初期水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液などの前記金属成分を含有する水溶液を添加して混合する。これにより、前記金属成分を含有する初期水溶液中に前駆体の核(核粒子)となる微細な粒子(一次粒子)を生成する。この結果、核粒子となる一次粒子を含む混合水溶液が得られる。所定量の核粒子が生成したか否かは、混合水溶液に含まれる金属塩の量によって判断することができる。 Next, in the crystallization step, an aqueous solution containing the metal component, such as an aqueous solution containing Ni as a metal component, is added to and mixed with the initial aqueous solution in the reaction vessel. As a result, fine particles (primary particles) that become the nuclei (nuclear particles) of the precursor are generated in the initial aqueous solution containing the metal component. As a result, a mixed aqueous solution containing primary particles as nuclear particles is obtained. Whether or not a predetermined amount of nuclear particles are produced can be determined by the amount of the metal salt contained in the mixed aqueous solution.

初期水溶液に金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加する際、得られる混合水溶液のpH値は、上述のように、所定の範囲に制御されていることが好ましい。このため、前記金属成分を含有する水溶液は、一度に添加するのではなく、初期水溶液に徐々に滴下することが好ましい。これにより、前記金属成分を含有する溶液、または後述する金属成分含有混合水溶液などは、例えば、反応槽に一定流量となるように供給することができる。 When an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component is added to the initial aqueous solution, the pH value of the obtained mixed aqueous solution is preferably controlled within a predetermined range as described above. Therefore, it is preferable that the aqueous solution containing the metal component is gradually added dropwise to the initial aqueous solution rather than being added all at once. Thereby, the solution containing the metal component, the mixed aqueous solution containing the metal component described later, and the like can be supplied to the reaction vessel, for example, so as to have a constant flow rate.

また、混合水溶液のpHが所定の範囲内に維持できるように、前記金属成分を含有する水溶液、または後述する金属成分含有混合水溶液を供給する際、pH調整水溶液もあわせて滴下することが好ましい。pH調整水溶液としては、特に限定されないが、例えば、アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質の少なくとも一方を含有する水溶液を用いることができる。pH調整水溶液を反応槽内に供給する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、得られた混合水溶液を十分に撹拌しながら、定量ポンプなどの流量制御が可能なポンプで、混合水溶液のpH値が所定の範囲に保持されるように、添加すればよい。 Further, when supplying the aqueous solution containing the metal component or the mixed aqueous solution containing the metal component described later, it is preferable to drop the pH-adjusted aqueous solution together so that the pH of the mixed aqueous solution can be maintained within a predetermined range. The pH-adjusted aqueous solution is not particularly limited, and for example, an aqueous solution containing at least one of an ammonium ion feeder and an alkaline substance can be used. The method of supplying the pH-adjusted aqueous solution into the reaction vessel is not particularly limited. For example, a pump capable of controlling the flow rate while sufficiently stirring the obtained mixed aqueous solution, such as a metering pump, can be used to control the flow rate of the mixed aqueous solution. It may be added so that the pH value is maintained in a predetermined range.

ここで、晶析工程において、初期水溶液に添加する、前記金属成分を含有する水溶液中の、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とについて説明する。 Here, in the aqueous solution containing the metal component added to the initial aqueous solution in the crystallization step, an aqueous solution containing Ni as a metal component and an aqueous solution containing Mn as a metal component will be described.

金属成分としてNiを含有する水溶液、および金属成分としてMnを含有する水溶液は、各金属成分を含有する金属化合物を含有することができる。例えば、金属成分としてMnを含有する水溶液であれば、マンガンを含有する金属化合物を含むことができる。 The aqueous solution containing Ni as a metal component and the aqueous solution containing Mn as a metal component can contain a metal compound containing each metal component. For example, an aqueous solution containing Mn as a metal component can contain a metal compound containing manganese.

金属化合物としては、水溶性の金属化合物を用いることが好ましく、水溶性の金属化合物としては、硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩などが挙げられる。具体的には、例えば、硫酸ニッケル、硫酸マンガンなどを好適に用いることができる。 As the metal compound, it is preferable to use a water-soluble metal compound, and examples of the water-soluble metal compound include nitrates, sulfates, hydrochlorides and the like. Specifically, for example, nickel sulfate, manganese sulfate and the like can be preferably used.

これらの、金属成分としてNiを含有する水溶液、および金属成分としてMnを含有する水溶液は、予め、一部または全部を混合し、金属成分含有混合水溶液として、初期水溶液に添加してもよい。 The aqueous solution containing Ni as a metal component and the aqueous solution containing Mn as a metal component may be partially or wholly mixed in advance and added to the initial aqueous solution as a mixed aqueous solution containing a metal component.

得られる前駆体中の各金属の組成比は、金属成分含有混合水溶液中の各金属の組成比と同様となる。このため、晶析工程で初期水溶液に添加する金属成分含有混合水溶液に含まれる各金属の組成比は、生成する前駆体における各金属の組成比と等しくなるように、例えば、溶解する金属化合物の割合を調整して、金属成分含有混合水溶液を調製することが好ましい。 The composition ratio of each metal in the obtained precursor is the same as the composition ratio of each metal in the mixed aqueous solution containing a metal component. Therefore, for example, the composition ratio of each metal contained in the mixed aqueous solution containing a metal component added to the initial aqueous solution in the crystallization step is equal to the composition ratio of each metal in the precursor to be produced. It is preferable to adjust the ratio to prepare a mixed aqueous solution containing a metal component.

なお、複数の金属化合物を混合することで、特定の金属化合物同士が反応して不要な化合物が生成される場合などには、それぞれの金属成分を含有する水溶液を所定の割合で同時に初期水溶液に添加してもよい。 When a specific metal compound reacts with each other to generate an unnecessary compound by mixing a plurality of metal compounds, an aqueous solution containing each metal component is simultaneously converted into an initial aqueous solution at a predetermined ratio. It may be added.

各金属成分を含有する水溶液を混合せず、個別に初期水溶液に添加してもよい。この場合、添加する金属成分を含有する水溶液全体で、水溶液中に含まれる各金属成分の組成比が生成する前駆体における各金属成分の組成比と等しくなるように、各金属成分を含有する水溶液を調製することが好ましい。 The aqueous solution containing each metal component may not be mixed and may be individually added to the initial aqueous solution. In this case, an aqueous solution containing each metal component so that the composition ratio of each metal component contained in the aqueous solution is equal to the composition ratio of each metal component in the generated precursor in the entire aqueous solution containing the metal component to be added. It is preferable to prepare.

本実施形態の前駆体の製造方法により製造される前駆体は、上述のように、物質量比にしてNi:Mn:M=x:y:t(但し、x+y+t=1であり、0.2≦x≦0.3、0.7≦y≦0.8、0≦t≦0.2を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)で構成されるニッケルマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基とを有する。 As described above, the precursor produced by the method for producing a precursor of the present embodiment has a substance amount ratio of Ni: Mn: M = x: y: t (provided that x + y + t = 1 and 0.2. ≤x≤0.3, 0.7≤y≤0.8, 0≤t≤0.2, where M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, It has a nickel-manganese carbonate complex composed of one or more additive elements selected from Zr, Nb, Mo, and W) and a functional group containing hydrogen.

すなわち、本実施形態の前駆体は、Ni、およびMn以外に、添加元素Mをさらに含有することもできる。 That is, the precursor of the present embodiment may further contain the additive element M in addition to Ni and Mn.

このため、晶析工程では、必要に応じて、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素Mを含む水溶液(以下、単に「添加元素Mを含む水溶液」とも記載する)も初期水溶液に添加することができる。 Therefore, in the crystallization step, one or more kinds selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W are added as needed. An aqueous solution containing the element M (hereinafter, also simply referred to as “an aqueous solution containing the additive element M”) can also be added to the initial aqueous solution.

なお、金属成分としてNiを含有する水溶液などを混合して金属成分含有混合水溶液とした後、金属成分含有混合水溶液を初期水溶液に添加する場合、添加元素Mを含む水溶液を添加した前記金属成分含有混合水溶液を初期水溶液に添加してもよい。 When an aqueous solution containing Ni as a metal component is mixed to form a metal component-containing mixed aqueous solution and then the metal component-containing mixed aqueous solution is added to the initial aqueous solution, the metal component-containing aqueous solution containing the additive element M is added. The mixed aqueous solution may be added to the initial aqueous solution.

また、金属成分としてNiを含有する水溶液などをそれぞれ個別に初期水溶液に添加する場合、前記添加元素Mを含む水溶液を個別に初期水溶液に添加してもよい。 When an aqueous solution containing Ni as a metal component is individually added to the initial aqueous solution, the aqueous solution containing the additive element M may be individually added to the initial aqueous solution.

ここで、添加元素Mを含む水溶液は、例えば、添加元素Mを含有する化合物を用いて調製できる。そして、添加元素Mを含有する化合物としては、例えば、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸鉄、硫酸コバルト、硫酸銅、硫酸亜鉛、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、またはタングステン酸アンモニウムなどが挙げられ、添加する元素にあわせて化合物を選択することができる。 Here, the aqueous solution containing the additive element M can be prepared, for example, by using a compound containing the additive element M. Examples of the compound containing the additive element M include magnesium sulfate, calcium sulfate, sodium aluminate, titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, potassium titanium oxalate, vanadium sulfate, ammonium vanadate, chromium sulfate, and potassium chromate. , Iron sulfate, cobalt sulfate, copper sulfate, zinc sulfate, zirconium sulfate, zirconium nitrate, niobium oxalate, ammonium molybdate, sodium tungstate, ammonium tungstate, etc., and the compound is selected according to the element to be added. be able to.

上述のように、添加元素Mは、前駆体が含有する核粒子の内部に均一に分布および/または核粒子の表面に均一に被覆されていることが好ましい。 As described above, it is preferable that the additive element M is uniformly distributed inside the nuclear particles contained in the precursor and / or uniformly coated on the surface of the nuclear particles.

そして、前駆体粒子含有水溶液に、上述した添加元素Mを含む水溶液を添加することで、前駆体が含有する核粒子の内部に添加元素Mを均一に分散させることができる。 Then, by adding the above-mentioned aqueous solution containing the additive element M to the precursor particle-containing aqueous solution, the additive element M can be uniformly dispersed inside the nuclear particles contained in the precursor.

また、前駆体の二次粒子の表面を、添加元素Mで均一に被覆するためには、例えば、晶析工程の終了後、添加元素Mで被覆する被覆工程を行なうことができる。被覆工程については後述する。 Further, in order to uniformly coat the surface of the secondary particles of the precursor with the additive element M, for example, after the completion of the crystallization step, a coating step of coating with the additive element M can be performed. The coating process will be described later.

混合水溶液の温度は、20℃以上に維持することが好ましく、30℃以上に維持することがより好ましい。なお、混合水溶液の温度の上限は特に限定されないが、例えば、70℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましい。これは、晶析工程における、混合水溶液の温度が20℃未満の場合には、溶解度が低いため、核発生が起こり易く、制御が難しくなる場合があるからである。一方、晶析工程における、混合水溶液の温度が70℃を超えると、一次結晶に歪が生じ、タップ密度が低くなる可能性があるからである。 The temperature of the mixed aqueous solution is preferably maintained at 20 ° C. or higher, more preferably 30 ° C. or higher. The upper limit of the temperature of the mixed aqueous solution is not particularly limited, but is preferably 70 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or lower, for example. This is because when the temperature of the mixed aqueous solution in the crystallization step is less than 20 ° C., the solubility is low, so that nucleation is likely to occur and control may be difficult. On the other hand, if the temperature of the mixed aqueous solution in the crystallization step exceeds 70 ° C., the primary crystal may be distorted and the tap density may be lowered.

晶析工程における、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、特に限定されないが、例えば、0g/L以上20g/L以下であることが好ましく、特に一定値に保たれていることが好ましい。アンモニウムイオンの濃度を20g/L以下とすることで、前駆体の核(核粒子)である微細な粒子(一次粒子)を均質に成長させることができる。また、アンモニウムイオン濃度が一定値に保持されていることで、金属イオンの溶解度を安定させることができ、均一な前駆体の核(核粒子)の粒子成長を促進できる。 The ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution in the crystallization step is not particularly limited, but is preferably, for example, 0 g / L or more and 20 g / L or less, and particularly preferably kept at a constant value. By setting the concentration of ammonium ions to 20 g / L or less, fine particles (primary particles) which are the nuclei (nuclear particles) of the precursor can be uniformly grown. Further, when the ammonium ion concentration is maintained at a constant value, the solubility of metal ions can be stabilized, and the particle growth of uniform precursor nuclei (nuclear particles) can be promoted.

なお、アンモニウムイオン濃度の下限値は、必要に応じて適宜調整することができ、特に限定されない。従って、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、例えば、初期水溶液やpH調整水溶液に、アンモニウムイオン供給体を用い、その供給量を調整することにより、0g/L以上20g/L以下となるように調節することが好ましい。 The lower limit of the ammonium ion concentration can be appropriately adjusted as needed, and is not particularly limited. Therefore, the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution is adjusted to be 0 g / L or more and 20 g / L or less by, for example, using an ammonium ion feeder in the initial aqueous solution or the pH adjusting aqueous solution and adjusting the supply amount thereof. It is preferable to do so.

前駆体粒子含有水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、公知のイオンメータなどによって測定することができる。 The ammonium ion concentration in the precursor particle-containing aqueous solution can be measured by a known ion meter or the like.

金属成分含有混合水溶液などの初期水溶液への添加が終了することで、混合水溶液は、十分に成長した前駆体粒子を含む前駆体粒子含有水溶液とすることができる。 When the addition to the initial aqueous solution such as the metal component-containing mixed aqueous solution is completed, the mixed aqueous solution can be a precursor particle-containing aqueous solution containing sufficiently grown precursor particles.

このように、晶析工程では、前駆体粒子含有水溶液の中に前駆体の核(核粒子)である微細な粒子(一次粒子)を生成し、成長させることができる。そして、核粒子が所望の粒径に成長するまで晶析工程を継続して行い、核粒子を成長させることで、所望の粒径の、多孔質な二次粒子を有する前駆体を得ることができる。 As described above, in the crystallization step, fine particles (primary particles) which are precursor nuclei (nuclear particles) can be generated and grown in the precursor particle-containing aqueous solution. Then, the crystallization step is continuously performed until the nuclear particles grow to a desired particle size, and the nuclear particles are grown to obtain a precursor having porous secondary particles having a desired particle size. can.

前駆体の平均粒径は、3.0μm以上20.0μm以下であることが好ましく、5.0μm以上15.0μm以下であることがより好ましい。合成される正極活物質の平均粒径は、前駆体の平均粒径に近いものになる。望ましい正極活物質の平均粒径は、目的とする電池の設計などによるが、一般に、正極活物質の平均粒径が3.0μm未満であると、電極製造時の塗工性や、正極中の正極活物質の充填密度が低下するため、望ましくない。一方、正極活物質の平均粒径が20μmを超えると、正極活物質の合成を粒子全体に均一に進ませることが難しくなり、電池特性を低下させる。よって、正極活物質の平均粒径としては前記範囲が好ましい。前駆体の平均粒径が上記範囲内であれば、得られる正極活物質の平均粒径も前記最適範囲に制御できる。なお、平均粒径とは、有効径による体積平均粒径Mvをいい、平均粒径は、例えば、レーザー回折・散乱法または動的光散乱法などによって測定される。 The average particle size of the precursor is preferably 3.0 μm or more and 20.0 μm or less, and more preferably 5.0 μm or more and 15.0 μm or less. The average particle size of the positive electrode active material to be synthesized is close to the average particle size of the precursor. The desired average particle size of the positive electrode active material depends on the design of the target battery, etc., but in general, when the average particle size of the positive electrode active material is less than 3.0 μm, the coatability at the time of electrode manufacturing and the coating property in the positive electrode This is not desirable because it reduces the packing density of the positive electrode active material. On the other hand, if the average particle size of the positive electrode active material exceeds 20 μm, it becomes difficult to uniformly promote the synthesis of the positive electrode active material over the entire particles, and the battery characteristics are deteriorated. Therefore, the above range is preferable for the average particle size of the positive electrode active material. When the average particle size of the precursor is within the above range, the average particle size of the obtained positive electrode active material can also be controlled within the optimum range. The average particle size means a volume average particle size Mv based on an effective diameter, and the average particle size is measured by, for example, a laser diffraction / scattering method or a dynamic light scattering method.

また、前駆体である、多孔質な二次粒子の表面を、添加元素Mで均一に被覆するためには、例えば、晶析工程の終了後、添加元素Mで被覆する被覆工程を行なうようにしてもよい。被覆工程については、後述する。 Further, in order to uniformly coat the surface of the porous secondary particles, which are precursors, with the additive element M, for example, after the crystallization step is completed, a coating step of coating with the additive element M is performed. You may. The coating process will be described later.

(晶析工程の他の態様)
本実施形態の前駆体の製造方法では、図1に示すように、晶析工程は、一つの工程で構成されているが、これに限定されない。例えば、晶析工程は、核生成工程と粒子成長工程とを含むことができる。
(Other aspects of the crystallization step)
In the method for producing a precursor of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the crystallization step is composed of one step, but the crystallization step is not limited to this. For example, the crystallization step can include a nucleation step and a particle growth step.

具体的には、本実施形態の前駆体の製造方法では、晶析工程は、以下の工程を含むことができる。
炭酸イオンの存在下、アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質の少なくとも一方を含有する初期水溶液と、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とを混合した混合水溶液において核を生成する核生成工程。
前記核生成工程で生成した前記核を成長させる粒子成長工程。
Specifically, in the method for producing a precursor of the present embodiment, the crystallization step can include the following steps.
In the presence of carbonate ions, the nucleus is formed in a mixed aqueous solution in which an initial aqueous solution containing at least one of an ammonium ion feeder and an alkaline substance, an aqueous solution containing Ni as a metal component, and an aqueous solution containing Mn as a metal component are mixed. Nuclear generation step to generate.
A particle growth step for growing the nuclei generated in the nucleation step.

核生成工程は、混合水溶液のpH値を、反応温度40℃基準において7.5以下に制御し、酸素含有雰囲気下で行なうことが好ましい。 The nucleation step is preferably carried out in an oxygen-containing atmosphere by controlling the pH value of the mixed aqueous solution to 7.5 or less based on the reaction temperature of 40 ° C.

図2に、本実施形態の前駆体の製造方法のフローの他の一例を示す。図2に示すように、本実施形態の前駆体の製造方法において、晶析工程は、核生成工程と、核生成工程を行った後、前駆体の粒子を共沈法により生成させる粒子成長工程とを含む。核生成工程では、主として核生成反応が生じる工程であり、粒子成長工程は、主として粒子成長反応が生じる工程である。晶析工程が、核生成工程と粒子成長工程とを有することにより、より狭い粒度分布を持つ前駆体の粒子を得ることができる。 FIG. 2 shows another example of the flow of the method for producing the precursor of the present embodiment. As shown in FIG. 2, in the method for producing a precursor of the present embodiment, the crystallization step is a nucleation step and a particle growth step in which precursor particles are generated by a coprecipitation method after the nucleation step. And include. The nucleation step is a step in which a nucleation reaction mainly occurs, and the particle growth step is a step in which a particle growth reaction mainly occurs. By having the nucleation step and the particle growth step in the crystallization step, it is possible to obtain precursor particles having a narrower particle size distribution.

以下、図2に示す本実施形態の前駆体の製造方法の各工程について、具体的に説明する。なお、図1に示す本実施形態の前駆体の製造方法の晶析工程と共通する内容については、一部説明を省略する。 Hereinafter, each step of the method for producing the precursor of the present embodiment shown in FIG. 2 will be specifically described. A part of the description of the contents common to the crystallization step of the method for producing the precursor of the present embodiment shown in FIG. 1 will be omitted.

(1-1)核生成工程
核生成工程について、図2を参照して説明する。図2に示すように、核生成工程ではまず、反応槽においてイオン交換水(水)と、アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質の少なくとも一方とを混合し、初期水溶液を調製できる。
(1-1) Nucleation Step The nucleation step will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, in the nucleation generation step, first, an ion-exchanged water (water) can be mixed with at least one of an ammonium ion feeder and an alkaline substance in a reaction vessel to prepare an initial aqueous solution.

アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質は、既述の晶析工程の場合と同様のアンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質を好適に用いることができる。 As the ammonium ion feeder and the alkaline substance, the same ammonium ion feeder and the alkaline substance as in the case of the crystallization step described above can be preferably used.

核生成工程では、初期水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加した混合水溶液について、後述する粒子成長工程よりも低いpH値に維持することが好ましい。これは、混合水溶液のpH値を低く維持することで、混合水溶液内の核を小さく、かつ数を増やすことができ、得られる前駆体に含まれる二次粒子の粒子径を小さくすることが可能になるからである。 In the nucleation generation step, it is preferable to maintain the pH value of the mixed aqueous solution obtained by adding an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component to the initial aqueous solution at a lower pH value than in the particle growth step described later. By keeping the pH value of the mixed aqueous solution low, the number of nuclei in the mixed aqueous solution can be reduced and the number can be increased, and the particle size of the secondary particles contained in the obtained precursor can be reduced. Because it becomes.

そこで、初期水溶液には必要に応じて酸性の物質を添加してpH値を7.5以下に調整することが好ましく、5.4以上7.5以下に調整することがより好ましく、6.4以上7.4以下に調整することがさらに好ましい。pH値は、6.4以上7.0以下に調整することが特に好ましい。 Therefore, it is preferable to add an acidic substance to the initial aqueous solution to adjust the pH value to 7.5 or less, and more preferably to adjust it to 5.4 or more and 7.5 or less, 6.4. It is more preferable to adjust the above to 7.4 or less. It is particularly preferable to adjust the pH value to 6.4 or more and 7.0 or less.

核生成工程の間、混合水溶液もpH値が上記範囲にあることが好ましい。核生成工程の間には、混合水溶液のpH値が微変動することから、核生成工程の間の混合水溶液のpH値の最大値を核生成工程の混合水溶液のpH値とすることができる。 During the nucleation step, the pH value of the mixed aqueous solution is also preferably in the above range. Since the pH value of the mixed aqueous solution fluctuates slightly during the nucleation step, the maximum pH value of the mixed aqueous solution during the nucleation step can be used as the pH value of the mixed aqueous solution in the nucleation step.

核生成工程の間、混合水溶液のpH値は、例えば、中心値(設定pH値)の上下0.2以内に制御されていることが好ましい。 During the nucleation step, the pH value of the mixed aqueous solution is preferably controlled within 0.2 above and below the center value (set pH value), for example.

酸性の物質については、上述の晶析工程で説明した酸性の物質を好適に用いることができる。 As the acidic substance, the acidic substance described in the above-mentioned crystallization step can be preferably used.

核生成工程では、初期水溶液を調製した反応槽内に酸素含有ガスを吹き込み、雰囲気制御を行った後、上述の金属成分を含有する水溶液を例えば一定流量で供給し、混合水溶液のpH値を所定の範囲に入るように制御できる。これにより、混合水溶液中に含まれている溶存酸素や、反応槽に供給した酸素含有ガスに含まれる酸素などと反応し炭酸塩の単一結晶ではない不定形の微細な粒子が生成される。また、酸素含有ガスを吹き込むことにより、不活性ガス雰囲気の場合と比較して前駆体に対して水素を含有する官能基を混入し易くすることができる。これにより、得られる前駆体が含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meを1.60以上とすることができる。 In the nucleation step, an oxygen-containing gas is blown into a reaction vessel in which an initial aqueous solution is prepared to control the atmosphere, and then the above-mentioned aqueous solution containing a metal component is supplied at a constant flow rate, for example, and the pH value of the mixed aqueous solution is determined. Can be controlled to fall within the range of. As a result, it reacts with dissolved oxygen contained in the mixed aqueous solution, oxygen contained in the oxygen-containing gas supplied to the reaction vessel, and the like to generate amorphous fine particles that are not single crystals of carbonate. Further, by blowing the oxygen-containing gas, it is possible to make it easier to mix the functional group containing hydrogen with the precursor as compared with the case of the inert gas atmosphere. Thereby, the substance amount ratio of hydrogen H contained in the obtained precursor and the metal component Me contained can be set to 1.60 or more.

なお、核生成工程では、初期水溶液に金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加している間も継続して反応槽内に酸素含有ガスを供給することもできる。 In the nucleation step, the oxygen-containing gas can be continuously supplied into the reaction vessel even while the aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component is added to the initial aqueous solution.

反応槽内に酸素含有ガスを供給する場合、該酸素含有ガスの供給量は、混合水溶液中の溶存酸素濃度を測定することで確認することができる。核生成工程中に混合水溶液中の溶存酸素が消費されるため、混合水溶液中の溶存酸素量が飽和量の半分以上であれば、反応に十分な酸素が供給できていることになる。 When the oxygen-containing gas is supplied into the reaction vessel, the supply amount of the oxygen-containing gas can be confirmed by measuring the dissolved oxygen concentration in the mixed aqueous solution. Since the dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is consumed during the nucleation generation step, if the amount of dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is more than half of the saturated amount, sufficient oxygen for the reaction can be supplied.

酸素含有ガスとしては、例えば、空気など酸素を含有する各種ガスを用いることができる。 As the oxygen-containing gas, for example, various gases containing oxygen such as air can be used.

核生成工程では、反応槽内で初期水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とを添加して混合することで、混合水溶液を形成することができる。 In the nucleation step, a mixed aqueous solution can be formed by adding and mixing an aqueous solution containing Ni as a metal component and an aqueous solution containing Mn as a metal component to the initial aqueous solution in the reaction vessel.

なお、初期水溶液に金属成分としてNiを含有する水溶液などを添加する際、得られる混合水溶液のpH値は、反応温度40℃基準において、7.5以下に制御されていることが好ましく、7.4以下に制御されていることがより好ましく、7.0以下に制御されていることがさらに好ましい。このため、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液は、一度に添加するのではなく、初期水溶液に徐々に滴下することが好ましい。 When an aqueous solution containing Ni as a metal component is added to the initial aqueous solution, the pH value of the obtained mixed aqueous solution is preferably controlled to 7.5 or less based on the reaction temperature of 40 ° C. It is more preferably controlled to 4 or less, and even more preferably to be controlled to 7.0 or less. Therefore, it is preferable that the aqueous solution containing a metal component, such as an aqueous solution containing Ni as a metal component, is gradually added dropwise to the initial aqueous solution rather than being added all at once.

また、混合水溶液のpHを制御するため、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を滴下するのに合わせて、pH調整水溶液もあわせて滴下することができる。pH調整水溶液は、既述の晶析工程の場合と同様のpH調整水溶液を好適に用いることができる。 Further, in order to control the pH of the mixed aqueous solution, a pH-adjusting aqueous solution can be dropped together with the dropping of an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component. As the pH-adjusted aqueous solution, the same pH-adjusted aqueous solution as in the above-mentioned crystallization step can be preferably used.

そして、上述のように初期水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加することで得られた、混合水溶液の中で前駆体の核(核粒子)となる微細な粒子(一次粒子)を生成できる。混合水溶液中に所定量の核粒子が生成したか否かは、混合水溶液に含まれる金属塩の量によって判断することができる。 Then, as described above, it becomes a precursor nucleus (nuclear particles) in the mixed aqueous solution obtained by adding an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component to the initial aqueous solution. Fine particles (primary particles) can be generated. Whether or not a predetermined amount of nuclear particles are generated in the mixed aqueous solution can be determined by the amount of the metal salt contained in the mixed aqueous solution.

核生成工程で初期水溶液に添加する、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とについては、既述の晶析工程の場合と同様の金属成分としてNiを含有する水溶液などを好適に用いることができる。 The aqueous solution containing Ni as a metal component and the aqueous solution containing Mn as a metal component to be added to the initial aqueous solution in the nucleation generation step contain Ni as the same metal component as in the above-mentioned crystallization step. An aqueous solution or the like can be preferably used.

上述のように、本実施形態の前駆体の製造方法により製造された前駆体は、物質量比にしてNi:Mn:M=x:y:t(但し、x+y+t=1であり、0.2≦x≦0.3、0.7≦y≦0.8、0≦t≦0.2を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)で構成されるニッケルマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基とを有する。 As described above, the precursor produced by the method for producing a precursor of the present embodiment has a substance amount ratio of Ni: Mn: M = x: y: t (provided that x + y + t = 1 and 0.2. ≤x≤0.3, 0.7≤y≤0.8, 0≤t≤0.2, where M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, It has a nickel-manganese carbonate complex composed of one or more additive elements selected from Zr, Nb, Mo, and W) and a functional group containing hydrogen.

すなわち、Ni、およびMn以外に、添加元素Mをさらに含有することもできる。 That is, the additive element M may be further contained in addition to Ni and Mn.

このため、核生成工程では必要に応じて、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素Mを含む水溶液(添加元素Mを含む水溶液)も初期水溶液に添加することができる。添加元素Mを含む水溶液、および添加元素Mを含む水溶液の初期水溶液への添加方法については、既述の晶析工程の場合と同様の方法を用いることができる。 Therefore, in the nucleation step, one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W as needed. An aqueous solution containing M (an aqueous solution containing the additive element M) can also be added to the initial aqueous solution. As for the method of adding the aqueous solution containing the additive element M and the aqueous solution containing the additive element M to the initial aqueous solution, the same method as in the case of the crystallization step described above can be used.

上述のように、添加元素Mは、前駆体が含有する核粒子の内部に均一に分布および/または核粒子の表面を均一に被覆されていることが好ましい。 As described above, it is preferable that the additive element M is uniformly distributed inside the nuclear particles contained in the precursor and / or the surface of the nuclear particles is uniformly coated.

混合水溶液に、上述した添加元素Mを含む水溶液を添加することで、添加元素Mを、前駆体が含有する核粒子の内部に均一に分散させることができる。 By adding the above-mentioned aqueous solution containing the additive element M to the mixed aqueous solution, the additive element M can be uniformly dispersed inside the nuclear particles contained in the precursor.

また、前駆体の二次粒子の表面を、添加元素Mで均一に被覆するためには、例えば、後述する粒子成長工程の終了後、添加元素Mで被覆する被覆工程を行なうようにしてもよい。被覆工程については、後述する。 Further, in order to uniformly coat the surface of the secondary particles of the precursor with the additive element M, for example, a coating step of coating with the additive element M may be performed after the completion of the particle growth step described later. .. The coating process will be described later.

また、核生成工程では、図1に示す本実施形態の前駆体の製造方法の晶析工程と同様、炭酸イオンの存在下、初期水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液などを添加して混合し、混合水溶液とし、該混合水溶液において、核を生成することができる。 Further, in the nucleation generation step, as in the crystallization step of the method for producing a precursor of the present embodiment shown in FIG. 1, an aqueous solution containing Ni as a metal component is added to the initial aqueous solution in the presence of carbonate ions. It can be mixed to form a mixed aqueous solution, and nuclei can be generated in the mixed aqueous solution.

この際、炭酸イオンの供給方法は、特に限定されるものではなく、例えば、反応槽内に後述する酸素含有ガスと共に二酸化炭素ガスを供給することで、混合水溶液に炭酸イオンを供給することができる。また、初期水溶液やpH調整水溶液を調製する際に炭酸塩を用いて、炭酸イオンを供給することもできる。 At this time, the method for supplying carbonic acid ions is not particularly limited, and for example, carbon dioxide ions can be supplied to the mixed aqueous solution by supplying carbon dioxide gas together with the oxygen-containing gas described later in the reaction vessel. .. In addition, carbonate ions can be supplied by using a carbonate when preparing an initial aqueous solution or a pH-adjusting aqueous solution.

核生成工程における、混合水溶液の温度は、20℃以上に維持することが好ましく、30℃以上に維持することがより好ましい。なお、核生成工程における混合水溶液の温度の上限は特に限定されないが、例えば、70℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましい。これは、核生成工程における、混合水溶液の温度が20℃未満の場合には、溶解度が低いため、核発生が起こり易く、制御が難しくなる場合があるからである。一方、核生成工程における、混合水溶液の温度が70℃を超えると、一次結晶に歪が生じタップ密度が低くなる可能性があるからである。 The temperature of the mixed aqueous solution in the nucleation step is preferably maintained at 20 ° C. or higher, more preferably 30 ° C. or higher. The upper limit of the temperature of the mixed aqueous solution in the nucleation step is not particularly limited, but is preferably 70 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or lower, for example. This is because when the temperature of the mixed aqueous solution in the nucleation step is less than 20 ° C., the solubility is low, so that nucleation is likely to occur and control may be difficult. On the other hand, if the temperature of the mixed aqueous solution in the nucleation step exceeds 70 ° C., the primary crystal may be distorted and the tap density may be lowered.

核生成工程における、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度の範囲は、例えば、既述の晶析工程の場合と同様の範囲とすることが好ましい。混合水溶液中のpH値、アンモニウムイオン濃度、および溶存酸素量の測定方法については、既述の晶析工程の場合と同様の方法を好適に用いることができる。 The range of the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution in the nucleation step is preferably the same range as in the case of the crystallization step described above, for example. As for the method for measuring the pH value, the ammonium ion concentration, and the dissolved oxygen amount in the mixed aqueous solution, the same method as in the above-mentioned crystallization step can be preferably used.

核生成工程終了後、すなわち、金属成分含有混合水溶液などの、初期水溶液への添加が終了した後、混合水溶液への撹拌を継続し、生成した核の解砕を行うことが好ましい(核解砕工程)。核解砕工程を行なう場合、その時間は1分以上行うことが好ましく、3分以上がさらに好ましい。核解砕工程を行なうことで、生成した核が凝集したり、粒径の粗大化と粒子内部の密度低下をより確実に抑制することができる。 After the completion of the nucleation step, that is, after the addition to the initial aqueous solution such as the mixed aqueous solution containing a metal component is completed, it is preferable to continue stirring to the mixed aqueous solution to crush the generated nuclei (nucleation crushing). Process). When the nuclear crushing step is performed, the time is preferably 1 minute or longer, more preferably 3 minutes or longer. By performing the nuclear crushing step, it is possible to more reliably suppress the agglomeration of the generated nuclei, the coarsening of the particle size, and the decrease in the density inside the particles.

(1-2)粒子成長工程
次に、粒子成長工程について、図2を用いて説明する。粒子成長工程では、核生成工程で生成した核を成長させることができる。具体的には、例えば、図2に示すように、粒子成長工程では、まず核生成工程で得られた混合水溶液のpH値を調整することができる。
(1-2) Particle Growth Step Next, the particle growth step will be described with reference to FIG. In the particle growth step, the nuclei generated in the nucleation step can be grown. Specifically, for example, as shown in FIG. 2, in the particle growth step, the pH value of the mixed aqueous solution obtained in the nucleation step can be adjusted first.

この際、混合水溶液のpH値は、例えば、反応温度40℃基準において6.0以上9.0以下となるように調整することができる。混合水溶液のpH値を6.0以上9.0以下とすることで、不純物カチオンが残留することを抑制できる。混合水溶液のpH値は、6.4以上8.0以下となるように調整することがより好ましく、7.1以上8.0以下となるように調整することがさらに好ましい。この際のpHは、例えば、上述のpH調整水溶液を添加することで調整することができる。 At this time, the pH value of the mixed aqueous solution can be adjusted to be 6.0 or more and 9.0 or less based on the reaction temperature of 40 ° C., for example. By setting the pH value of the mixed aqueous solution to 6.0 or more and 9.0 or less, it is possible to suppress the residual impurity cations. The pH value of the mixed aqueous solution is more preferably adjusted to be 6.4 or more and 8.0 or less, and further preferably adjusted to be 7.1 or more and 8.0 or less. The pH at this time can be adjusted, for example, by adding the above-mentioned pH adjusting aqueous solution.

なお、粒子成長工程の間、混合水溶液のpH値が微変動することから、粒子成長工程の間の混合水溶液のpH値の最大値を粒子成長工程の混合水溶液のpH値とすることができ、該混合水溶液のpH値が上記範囲にあることが好ましい。 Since the pH value of the mixed aqueous solution fluctuates slightly during the particle growth step, the maximum pH value of the mixed aqueous solution during the particle growth step can be used as the pH value of the mixed aqueous solution in the particle growth step. It is preferable that the pH value of the mixed aqueous solution is in the above range.

特に、粒子成長工程の間、混合水溶液のpH値の変動幅は、中心値(設定pH値)の上下0.2以内になるように制御することが好ましい。これは、混合水溶液のpH値の変動幅が大きい場合には、前駆体が含有する粒子の成長が一定とならず、粒度分布の範囲の狭い均一な粒子が得られない場合があるからである。 In particular, it is preferable to control the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution to be within 0.2 above and below the center value (set pH value) during the particle growth step. This is because when the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution is large, the growth of the particles contained in the precursor is not constant, and uniform particles having a narrow particle size distribution range may not be obtained. ..

そして、粒子成長工程は、核生成工程後の混合水溶液に、炭酸イオンの存在下、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とを添加して混合する工程とすることができる。 The particle growth step is a step of adding and mixing an aqueous solution containing Ni as a metal component and an aqueous solution containing Mn as a metal component in the presence of carbonate ions to the mixed aqueous solution after the nucleation generation step. be able to.

なお、ここでの核生成工程後の混合水溶液とは、上述のように、核生成工程後、pHを調整した混合水溶液であることが好ましい。 The mixed aqueous solution after the nucleation step here is preferably a mixed aqueous solution whose pH is adjusted after the nucleation step, as described above.

また、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とは、核生成工程の場合と同様に、一部または全部を混合し、金属成分含有混合水溶液として、混合水溶液に添加してもよい。また、複数の金属化合物を混合することで、特定の金属化合物同士が反応して不要な化合物が生成される場合などには、それぞれの金属成分を含有する水溶液を個別に混合水溶液に添加してもよい。 Further, the aqueous solution containing Ni as a metal component and the aqueous solution containing Mn as a metal component are partially or wholly mixed as in the case of the nucleation step to form a mixed aqueous solution as a mixed aqueous solution containing a metal component. It may be added. In addition, when a plurality of metal compounds are mixed and specific metal compounds react with each other to generate an unnecessary compound, an aqueous solution containing each metal component is individually added to the mixed aqueous solution. May be good.

さらに、金属成分としてNiを含有する水溶液などを、混合水溶液に添加する際、核生成工程の場合と同様に、併せて添加元素Mを含む水溶液を添加することもできる。上述のように、金属成分含有混合水溶液に添加元素Mを含む水溶液を混合し、添加することもできる。また、各金属成分を含有する水溶液を個別に混合水溶液に添加する場合には、併せて添加元素Mを含む水溶液も個別に混合水溶液に添加することができる。 Further, when an aqueous solution containing Ni as a metal component is added to the mixed aqueous solution, the aqueous solution containing the additive element M can be added at the same time as in the case of the nucleation step. As described above, an aqueous solution containing the additive element M can be mixed with the mixed aqueous solution containing a metal component and added. When the aqueous solution containing each metal component is individually added to the mixed aqueous solution, the aqueous solution containing the additive element M can also be individually added to the mixed aqueous solution.

金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とは、既述の核生成工程の場合と同様の水溶液を用いることができる。また、別途、濃度などを調整してもよい。 As the aqueous solution containing Ni as a metal component and the aqueous solution containing Mn as a metal component, the same aqueous solution as in the case of the above-mentioned nucleation step can be used. Further, the concentration and the like may be adjusted separately.

混合水溶液に金属成分としてNiを含有する水溶液などを添加する際、得られる混合水溶液のpH値は、後述のように所定の範囲に制御されていることが好ましい。このため、金属成分としてNiを含有する水溶液などは一度に添加するのではなく、混合水溶液に徐々に滴下することができる。従って、これらの金属成分を含有する溶液、またはその金属成分含有混合水溶液などは、例えば反応槽に一定流量となるように供給することができる。 When an aqueous solution containing Ni as a metal component is added to the mixed aqueous solution, the pH value of the obtained mixed aqueous solution is preferably controlled within a predetermined range as described later. Therefore, an aqueous solution containing Ni as a metal component can be gradually added dropwise to the mixed aqueous solution instead of being added all at once. Therefore, a solution containing these metal components, a mixed aqueous solution containing the metal component, or the like can be supplied to the reaction vessel, for example, so as to have a constant flow rate.

粒子成長工程では、上述のように、pH値の調整後の混合水溶液に対して、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加することができる。この際も、粒子成長工程の開始前に、pH値を調整したのと同様の理由から、pH値調整後の混合水溶液のpH値は、混合水溶液の場合と同様の範囲、すなわち6.0以上9.0以下に維持されていることが好ましい。粒子成長工程では、上述の範囲に混合水溶液のpH値を制御することで、不純物残量の少ない前駆体を得ることができる。混合水溶液のpH値は、6.4以上8.0以下に維持されていることがより好ましく、7.1以上8.0以下に維持されていることがさらに好ましい。 In the particle growth step, as described above, an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component can be added to the mixed aqueous solution after adjusting the pH value. Also in this case, for the same reason that the pH value was adjusted before the start of the particle growth step, the pH value of the mixed aqueous solution after adjusting the pH value is in the same range as that of the mixed aqueous solution, that is, 6.0 or more. It is preferably maintained at 9.0 or less. In the particle growth step, by controlling the pH value of the mixed aqueous solution within the above range, a precursor having a small amount of impurities remaining can be obtained. The pH value of the mixed aqueous solution is more preferably maintained at 6.4 or more and 8.0 or less, and further preferably 7.1 or more and 8.0 or less.

なお、粒子成長工程の間、pH値調整後の混合水溶液のpH値が微変動する。そのため、粒子成長工程の間のpH値調整後の混合水溶液のpH値の最大値を粒子成長工程の混合水溶液のpH値として、該pH値調整後の混合水溶液のpH値の最大値が上記範囲にあることが好ましい。 During the particle growth step, the pH value of the mixed aqueous solution after adjusting the pH value fluctuates slightly. Therefore, the maximum value of the pH value of the mixed aqueous solution after adjusting the pH value during the particle growth step is set as the pH value of the mixed aqueous solution in the particle growth step, and the maximum value of the pH value of the mixed aqueous solution after adjusting the pH value is in the above range. It is preferable to be in.

特に、粒子成長工程の間、pH値調整後の混合水溶液のpH値の変動幅は、中心値(設定pH値)の上下0.2以内になるように制御することが好ましい。これは、pH値調整後の混合水溶液のpH値の変動幅が大きい場合には、前駆体が含有する粒子の成長が一定とならず、粒度分布の範囲の狭い均一な粒子が得られない場合があるからである。 In particular, during the particle growth step, it is preferable to control the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution after adjusting the pH value so as to be within 0.2 above and below the center value (set pH value). This is because when the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution after adjusting the pH value is large, the growth of the particles contained in the precursor is not constant, and uniform particles having a narrow particle size distribution range cannot be obtained. Because there is.

上述のように、金属成分を含有する水溶液、または混合した金属成分含有混合水溶液を混合水溶液に供給する場合、混合水溶液のpHが所定の範囲内に維持できるよう、併せてpH調整水溶液を添加することが好ましい。pH調整水溶液としては、既述の核生成工程の場合と同様のpH調整水溶液を用いることができる。pH調整水溶液を反応槽内に供給する方法は、上述の核生成工程で既述の方法を好適に用いることができる。 As described above, when an aqueous solution containing a metal component or a mixed aqueous solution containing a mixed metal component is supplied to the mixed aqueous solution, a pH-adjusted aqueous solution is also added so that the pH of the mixed aqueous solution can be maintained within a predetermined range. Is preferable. As the pH-adjusted aqueous solution, the same pH-adjusted aqueous solution as in the case of the above-mentioned nucleation step can be used. As a method of supplying the pH-adjusted aqueous solution into the reaction vessel, the method described above in the above-mentioned nucleation step can be preferably used.

粒子成長工程における、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、0g/L以上20g/L以下であることが好ましく、特に一定値に保たれていることが好ましい。これは、アンモニウムイオンの濃度を20g/L以下とすることで、均質に前駆体の粒子の核を成長することができるからである。また、粒子成長工程における、アンモニウムイオン濃度が一定値に保持されていることで、金属イオンの溶解度を安定させることができ、均一な前駆体の粒子の粒子成長を促進できるからである。 The ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution in the particle growth step is preferably 0 g / L or more and 20 g / L or less, and particularly preferably kept at a constant value. This is because the nucleus of the precursor particles can be uniformly grown by setting the concentration of ammonium ions to 20 g / L or less. Further, since the ammonium ion concentration is maintained at a constant value in the particle growth step, the solubility of the metal ion can be stabilized and the particle growth of the uniform precursor particles can be promoted.

なお、アンモニウムイオン濃度の下限値は、必要に応じて適宜調整することができ、特に限定されない。従って、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、例えば、初期水溶液やpH調整水溶液にアンモニウムイオン供給体を用い、その供給量を調整することにより、0g/L以上20g/L以下となるように調節することが好ましい。 The lower limit of the ammonium ion concentration can be appropriately adjusted as needed, and is not particularly limited. Therefore, the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution is adjusted to be 0 g / L or more and 20 g / L or less by, for example, using an ammonium ion feeder in the initial aqueous solution or the pH adjusting aqueous solution and adjusting the supply amount thereof. Is preferable.

また、粒子成長工程では、炭酸イオンの存在下、混合水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加して混合することができる。この際、炭酸イオンの供給方法は特に限定されるものではなく、例えば反応槽内に後述する酸素含有ガスと共に二酸化炭素ガスを供給することで混合水溶液に炭酸イオンを供給することができる。また、上述の初期水溶液やpH調整水溶液を調製する際に、炭酸塩を用いて、炭酸イオンを供給することもできる。 Further, in the particle growth step, an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component can be added and mixed with the mixed aqueous solution in the presence of carbonate ions. At this time, the method of supplying carbonic acid ions is not particularly limited, and for example, carbonic acid ions can be supplied to the mixed aqueous solution by supplying carbon dioxide gas together with the oxygen-containing gas described later in the reaction vessel. Further, when preparing the above-mentioned initial aqueous solution or pH-adjusted aqueous solution, carbonate ions can be used to supply carbonate ions.

粒子成長工程では、反応槽内に酸素含有ガスを吹き込むことにより、酸素含有雰囲気となるように雰囲気制御を行いながら、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を例えば一定流量で供給できる。これにより、混合水溶液中に含まれている溶存酸素や、反応槽に供給した酸素含有ガスに含まれる酸素などと反応し炭酸塩の単一結晶ではない不定形の微細な粒子がさらに凝集していき、大きな二次粒子を生成することができる。また、酸素含有ガスを吹き込むことにより、不活性ガス雰囲気の場合と比較して前駆体に対して水素を含有する官能基を混入しやすくすることができる。これにより、得られる前駆体が含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meを、より確実に1.60以上とすることができる。 In the particle growth step, an oxygen-containing gas is blown into the reaction vessel to control the atmosphere so as to create an oxygen-containing atmosphere, and an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component is flowed at a constant flow rate, for example. Can be supplied at. As a result, it reacts with dissolved oxygen contained in the mixed aqueous solution and oxygen contained in the oxygen-containing gas supplied to the reaction vessel, and atypical fine particles that are not single crystals of carbonate are further aggregated. It is possible to generate large secondary particles. Further, by blowing the oxygen-containing gas, it is possible to make it easier to mix the functional group containing hydrogen with the precursor as compared with the case of the inert gas atmosphere. Thereby, the H / Me, which is the substance amount ratio of the hydrogen H contained in the obtained precursor and the metal component Me contained in the obtained precursor, can be more reliably set to 1.60 or more.

なお、粒子成長工程で、反応槽内に酸素含有ガスを供給する場合、該酸素含有ガスの供給量は、混合水溶液中の溶存酸素濃度を測定することで確認できる。粒子成長工程中に混合水溶液中の溶存酸素が消費されるため、混合水溶液中の溶存酸素量が飽和量の半分以上であれば、反応に十分な酸素が供給できていることになる。 When oxygen-containing gas is supplied into the reaction vessel in the particle growth step, the supply amount of the oxygen-containing gas can be confirmed by measuring the dissolved oxygen concentration in the mixed aqueous solution. Since the dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is consumed during the particle growth step, if the amount of dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is more than half of the saturated amount, sufficient oxygen for the reaction can be supplied.

酸素含有ガスとしては、例えば、空気など酸素を含有する各種ガスを用いることができる。 As the oxygen-containing gas, for example, various gases containing oxygen such as air can be used.

前駆体の含有する二次粒子の粒径は、粒子成長工程の反応の時間により制御することができる。すなわち、粒子成長工程では、所望の粒径に成長するまで反応を継続すれば、所望の粒径の、多孔質な二次粒子を有する前駆体を得ることができる。 The particle size of the secondary particles contained in the precursor can be controlled by the reaction time of the particle growth step. That is, in the particle growth step, if the reaction is continued until the particles grow to a desired particle size, a precursor having a desired particle size and porous secondary particles can be obtained.

以上の通り、図1または図2に示す晶析工程を行なうことで、前駆体の粒子を含むスラリーである、前駆体粒子水溶液が得られる。 As described above, by performing the crystallization step shown in FIG. 1 or 2, a precursor particle aqueous solution, which is a slurry containing precursor particles, can be obtained.

なお、本実施形態の前駆体の製造方法では、晶析工程における反応が完了するまで生成物である前駆体を回収しない方式の装置を用いることが好ましい。そのような装置としては、例えば、撹拌機が設置された通常に用いられるバッチ反応槽などが挙げられる。係る装置を採用することで、一般的なオーバーフローによって生成物を回収する連続晶析装置のように、成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されるという問題が生じないため、粒度分布が狭く、粒径の揃った粒子を得ることができ、好ましい。 In the method for producing a precursor of the present embodiment, it is preferable to use an apparatus in which the precursor, which is a product, is not recovered until the reaction in the crystallization step is completed. Examples of such an apparatus include a commonly used batch reaction tank equipped with a stirrer. By adopting such an apparatus, the particle size distribution is narrow because there is no problem that growing particles are recovered at the same time as the overflow liquid, unlike a continuous crystallization device that recovers products by a general overflow. It is preferable because particles having a uniform particle size can be obtained.

また、反応槽の雰囲気を制御するため、密閉式の装置などの雰囲気を制御することが可能な装置を用いることが好ましい。 Further, in order to control the atmosphere of the reaction vessel, it is preferable to use a device capable of controlling the atmosphere, such as a closed type device.

反応槽の雰囲気制御が可能な装置を用いることで、前駆体の含有する粒子を、上述した通りの構造のものとすることができると共に、共沈反応をほぼ均一に進めることができるので、粒度分布の優れた粒子、すなわち、粒度分布の範囲の狭い粒子を得ることができる。 By using a device capable of controlling the atmosphere of the reaction vessel, the particles containing the precursor can have the structure as described above, and the coprecipitation reaction can be promoted almost uniformly, so that the particle size can be adjusted. It is possible to obtain particles having an excellent distribution, that is, particles having a narrow range of particle size distribution.

粒子成長工程では、核生成工程で得られた混合水溶液のpH値が所定の範囲となるように調整し、混合水溶液にさらに金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加することにより、均一な前駆体の粒子を得ることができる。 In the particle growth step, the pH value of the mixed aqueous solution obtained in the nucleation generation step is adjusted to be within a predetermined range, and an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component is added to the mixed aqueous solution. By doing so, uniform precursor particles can be obtained.

(被覆工程)
また、本実施形態の前駆体の製造方法は、晶析工程で、本実施形態の前駆体の粒子(二次粒子)を得た後、得られた本実施形態の前駆体の粒子の表面を、添加元素Mで被覆する被覆工程をさらに有することもできる。
(Coating process)
Further, in the method for producing a precursor of the present embodiment, after obtaining particles (secondary particles) of the precursor of the present embodiment in the crystallization step, the surface of the obtained particles of the precursor of the present embodiment is displayed. It is also possible to further have a coating step of coating with the additive element M.

被覆工程は、例えば、以下のいずれかの工程とすることができる。
前駆体粒子が懸濁したスラリーに、添加元素Mを含む水溶液を添加して、晶析反応により、前駆体粒子の表面に添加元素Mを析出させる工程。
前駆体粒子に対して、添加元素Mを含む水溶液、またはスラリーを吹き付けて乾燥させる工程。
前駆体粒子と添加元素Mを含む化合物とが懸濁したスラリーを噴霧して乾燥させる工程。
前駆体粒子と添加元素Mを含む化合物とを固相法で混合する工程。
The coating step can be, for example, any of the following steps.
A step of adding an aqueous solution containing an additive element M to a slurry in which precursor particles are suspended and precipitating the additive element M on the surface of the precursor particles by a crystallization reaction.
A step of spraying an aqueous solution or slurry containing the additive element M onto the precursor particles to dry them.
A step of spraying and drying a slurry in which precursor particles and a compound containing an additive element M are suspended.
A step of mixing the precursor particles and the compound containing the additive element M by the solid phase method.

被覆工程が、例えば、前駆体粒子が懸濁したスラリーに、添加元素Mを含む水溶液を添加して、晶析反応により、前駆体粒子の表面に添加元素Mを析出させる工程であるとする。この場合、前駆体粒子が懸濁したスラリーは、添加元素Mを含む水溶液を用いて、前駆体粒子をスラリー化することが好ましい。また、前駆体粒子が懸濁したスラリーに、添加元素Mを含む水溶液を添加する際、該スラリーと添加元素Mを含む水溶液との混合水溶液のpHは、6.0以上9.0以下となるように制御することが好ましい。これは、スラリーと添加元素Mを含む水溶液との混合水溶液のpHを上記範囲に制御することで、前駆体粒子の表面を特に均一に添加元素Mで被覆することができるためである。 It is assumed that the coating step is, for example, a step of adding an aqueous solution containing the additive element M to a slurry in which the precursor particles are suspended and precipitating the additive element M on the surface of the precursor particles by a crystallization reaction. In this case, for the slurry in which the precursor particles are suspended, it is preferable to use an aqueous solution containing the additive element M to make the precursor particles into a slurry. Further, when an aqueous solution containing the additive element M is added to the slurry in which the precursor particles are suspended, the pH of the mixed aqueous solution of the slurry and the aqueous solution containing the additive element M becomes 6.0 or more and 9.0 or less. It is preferable to control such a method. This is because the surface of the precursor particles can be particularly uniformly coated with the additive element M by controlling the pH of the mixed aqueous solution of the slurry and the aqueous solution containing the additive element M within the above range.

なお、被覆工程で用いる、添加元素Mを含む水溶液については、既述の核生成工程の場合と同様の水溶液を用いることができる。また、被覆工程では、添加元素Mを含む水溶液に替えて、添加元素Mを含むアルコキシド溶液を用いてもよい。 As the aqueous solution containing the additive element M used in the coating step, the same aqueous solution as in the above-mentioned nucleation step can be used. Further, in the coating step, an alkoxide solution containing the additive element M may be used instead of the aqueous solution containing the additive element M.

上述のように、晶析工程で初期水溶液や混合水溶液に添加元素Mを含む水溶液を添加し、かつ被覆工程を実施して前駆体粒子の表面を添加元素Mで被覆することができる。この場合、晶析工程において初期水溶液や混合水溶液中に添加する添加元素イオンの量は、被覆する量だけ少なくしておくことが好ましい。これは、混合水溶液に添加する添加元素Mを含む水溶液の添加量を被覆する量だけ少なくしておくことで、得られる前駆体に含まれる添加元素Mと、他の金属成分との原子数比を所望の値とすることができるからである。 As described above, the surface of the precursor particles can be coated with the additive element M by adding the aqueous solution containing the additive element M to the initial aqueous solution or the mixed aqueous solution in the crystallization step and performing the coating step. In this case, it is preferable that the amount of the additive element ion added to the initial aqueous solution or the mixed aqueous solution in the crystallization step is reduced by the amount to be coated. By reducing the amount of the aqueous solution containing the additive element M to be added to the mixed aqueous solution by the amount to be covered, the atomic number ratio of the additive element M contained in the obtained precursor to other metal components is reduced. Is a desired value.

前駆体の粒子の表面を、上述のように、添加元素Mで被覆する被覆工程は、晶析工程の終了後、加熱した後の前駆体の粒子に対して行ってもよい。 As described above, the coating step of coating the surface of the precursor particles with the additive element M may be performed on the precursor particles after heating after the completion of the crystallization step.

次に、図1または図2に示す晶析工程を終えた後、洗浄工程、または乾燥工程を行なうこともできる。以下、洗浄工程および乾燥工程について、説明する。 Next, after completing the crystallization step shown in FIG. 1 or 2, a washing step or a drying step can be performed. Hereinafter, the cleaning step and the drying step will be described.

(2)洗浄工程
洗浄工程について説明する。洗浄工程では、図1または図2に示す晶析工程で得られた前駆体の粒子を含むスラリーを洗浄することができる。
(2) Cleaning process The cleaning process will be described. In the washing step, the slurry containing the precursor particles obtained in the crystallization step shown in FIG. 1 or FIG. 2 can be washed.

洗浄工程では、まず、前駆体の粒子を含むスラリーを濾過した後、水洗し、再度濾過することができる。 In the washing step, the slurry containing the precursor particles can be first filtered, washed with water, and filtered again.

濾過は、通常用いられる方法で行えばよく、例えば、遠心機、吸引濾過機が用いられる。 Filtration may be performed by a commonly used method, and for example, a centrifuge or a suction filter is used.

また、水洗は、通常行われる方法で行えばよく、前駆体の粒子に含まれる余剰の原料などを除去できればよい。 Further, the washing with water may be carried out by a method usually used, and it is sufficient that excess raw materials and the like contained in the particles of the precursor can be removed.

水洗で用いる水は、不純物の混入を防止するため、可能な限り不純物の含有量が少ない水を用いることが好ましく、純水を用いることがより好ましい。 As the water used for washing with water, it is preferable to use water having as little impurity content as possible, and more preferably pure water, in order to prevent impurities from being mixed.

(3)乾燥工程
乾燥工程について説明する。乾燥工程では、洗浄工程で洗浄した、本実施形態の前駆体の粒子を乾燥することができる。まず、乾燥工程では、例えば、乾燥温度を80℃以上230℃以下として、洗浄済みの前駆体の粒子を乾燥することができる。
(3) Drying process The drying process will be described. In the drying step, the particles of the precursor of the present embodiment washed in the washing step can be dried. First, in the drying step, for example, the washed precursor particles can be dried by setting the drying temperature to 80 ° C. or higher and 230 ° C. or lower.

乾燥工程後、本実施形態の前駆体を得ることができる。 After the drying step, the precursor of the present embodiment can be obtained.

本実施形態の前駆体の製造方法によれば、多孔質な粒子を含有する非水系電解質二次電池用正極活物質を形成できる、前駆体を得ることができる。 According to the method for producing a precursor of the present embodiment, a precursor capable of forming a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing porous particles can be obtained.

また、本実施形態の前駆体の製造方法では、晶析反応により得られる前駆体の粒子の結晶サイズを制御することができる。よって、本実施形態の前駆体の製造方法によれば、一次粒子が小粒径であって、二次粒子の粒径の均一性が高く、且つ高密度(タップ密度)の前駆体を得ることができる。 Further, in the method for producing a precursor of the present embodiment, the crystal size of the particles of the precursor obtained by the crystallization reaction can be controlled. Therefore, according to the method for producing a precursor of the present embodiment, a precursor having a small particle size of the primary particles, a high uniformity of the particle size of the secondary particles, and a high density (tap density) can be obtained. Can be done.

また、図2に示す本実施形態の前駆体の製造方法によれば、主として核生成反応が生じる時間(核生成工程)と、主として粒子成長反応が生じる時間(粒子成長工程)とを分離することができる。これにより、両工程を同じ反応槽内で行ったとしても、狭い粒度分布をもつ前駆体の粒子(二次粒子)が得られる。 Further, according to the method for producing a precursor of the present embodiment shown in FIG. 2, the time when the nucleation reaction mainly occurs (nucleation step) and the time when the particle growth reaction mainly occurs (particle growth step) are separated. Can be done. As a result, precursor particles (secondary particles) having a narrow particle size distribution can be obtained even if both steps are performed in the same reaction vessel.

さらに、図2に示す本実施形態の前駆体の製造方法では、主に反応溶液のpHの調整をするだけで、1つの反応槽内において核生成工程と粒子成長工程を分離して行うことができる。 Further, in the method for producing a precursor of the present embodiment shown in FIG. 2, the nucleation step and the particle growth step can be separated in one reaction vessel only by mainly adjusting the pH of the reaction solution. can.

従って、本実施形態の前駆体の製造方法は、容易でかつ大規模生産に適したものであることから、その工業的価値はきわめて大きいといえる。 Therefore, since the method for producing the precursor of the present embodiment is easy and suitable for large-scale production, it can be said that its industrial value is extremely large.

[非水系電解質二次電池用正極活物質]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」とも記載する)の一構成例について説明する。
[Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries]
Next, a configuration example of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as “positive electrode active material”) will be described.

本実施形態の正極活物質は、リチウム金属複合酸化物を含む非水系電解質二次電池用正極活物質に関する。前記リチウム金属複合酸化物は、物質量比にしてLi:Ni:Mn:Mα:x:y:t(0.48≦α≦0.65、x+y+t=1であり、0.2≦x≦0.3、0.7≦y≦0.8、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)で表され、かつスピネル構造を有する。 The positive electrode active material of the present embodiment relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium metal composite oxide. The lithium metal composite oxide has Li: Ni: Mn: M = α: x: y: t (0.48 ≦ α ≦ 0.65, x + y + t = 1 and 0.2 ≦ x in terms of material amount ratio. ≤0.3, 0.7≤y≤0.8, 0≤t≤0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Zr, Nb, It is one or more additive elements selected from Mo and W) and has a spinel structure.

本実施形態の正極活物質は、複数の一次粒子が凝集した、多孔質の二次粒子を含むことができる。そして、該多孔質の二次粒子のうち、二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である二次粒子の個数割合を80%以上とすることができる。 The positive electrode active material of the present embodiment can include porous secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated. Then, among the porous secondary particles, the number ratio of the secondary particles having a porosity inside the secondary particles of 10% by volume or more and 30% by volume or less can be set to 80% or more.

本実施形態の正極活物質は、LiA24で表されるスピネル型結晶構造のリチウム金属複合酸化物、より具体的にはリチウムニッケルマンガン複合酸化物を含むことができる。なお、本実施形態の正極活物質は、上記リチウム金属複合酸化物から構成することもできる。 The positive electrode active material of the present embodiment can include a lithium metal composite oxide having a spinel-type crystal structure represented by LiA 2 O 4 , more specifically, a lithium nickel-manganese composite oxide. The positive electrode active material of the present embodiment can also be composed of the above-mentioned lithium metal composite oxide.

上記物質量比において、A2は平均で3.5価となるよう調整された少なくともNi、およびMnを含有した金属元素である。 In the above substance amount ratio, A 2 is a metal element containing at least Ni and Mn adjusted to have an average valence of 3.5.

本実施形態の前駆体において、上述のように、非水系電解質二次電池の正極活物質のサイクル特性や出力特性などの電池特性をさらに向上させるために、リチウム金属複合酸化物は、上述のように、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素Mを含有することができる。添加元素Mの含有量については、前駆体において上述の理由から、物質量比tで0≦t≦0.1の範囲内となるように調整することが好ましい。 In the precursor of the present embodiment, as described above, in order to further improve the battery characteristics such as the cycle characteristics and the output characteristics of the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery, the lithium metal composite oxide is described above. Can contain one or more additive elements M selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W. The content of the additive element M is preferably adjusted so that the substance amount ratio t is within the range of 0 ≦ t ≦ 0.1 in the precursor for the above-mentioned reason.

本実施形態の正極活物質は、上述のように、多孔質の二次粒子を含有することができ、該多孔質の二次粒子は、二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である多孔質の二次粒子を含む。本実施形態の正極活物質は、含有する多孔質の二次粒子のうち、二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である二次粒子を、個数割合で80%以上含有する。正極活物質に含まれる、多孔質の二次粒子の空隙率は、例えば、正極活物質の断面構造をSEMで観察し、画像処理などにより算出できる。なお、例えば、算出した空隙率が3%を超える粒子を、多孔質の二次粒子(多孔質粒子)とする。多孔質粒子は、中心部まで細孔を持つ粒子とすることができる。そして、正極活物質が含有する多孔質の二次粒子の割合は、特に限定されないが、例えば、個数割合で、50%以上100%以下とすることができる。 As described above, the positive electrode active material of the present embodiment can contain porous secondary particles, and the porous secondary particles have a porosity of 10% by volume or more inside the secondary particles. Contains porous secondary particles that are less than or equal to the volume. The positive electrode active material of the present embodiment contains 80% or more of the secondary particles having a porosity inside the secondary particles of 10% by volume or more and 30% by volume or less among the porous secondary particles contained therein. contains. The porosity of the porous secondary particles contained in the positive electrode active material can be calculated, for example, by observing the cross-sectional structure of the positive electrode active material with SEM and performing image processing or the like. For example, particles having a calculated porosity of more than 3% are referred to as porous secondary particles (porous particles). The porous particles can be particles having pores up to the center. The ratio of the porous secondary particles contained in the positive electrode active material is not particularly limited, but can be, for example, 50% or more and 100% or less in terms of the number ratio.

多孔質な二次粒子の個数割合や、多孔質の二次粒子のうち、二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である多孔質の二次粒子の個数割合の算出方法は、特に限定されない。前記算出方法は、例えば、まず、SEMにより複数個、例えば100個以上の正極活物質の二次粒子の断面構造を観察し、二次粒子のうち、対照となる二次粒子の個数割合をカウントすることで求めることができる。 Calculation of the number ratio of porous secondary particles and the number ratio of porous secondary particles whose porosity inside the secondary particles is 10% by volume or more and 30% by volume or less among the porous secondary particles. The method is not particularly limited. In the calculation method, for example, first, the cross-sectional structure of a plurality of, for example, 100 or more positive electrode active material secondary particles is first observed by SEM, and the number ratio of the control secondary particles among the secondary particles is counted. It can be obtained by doing.

本実施形態の正極活物質は、多孔質の二次粒子を有することで、その比表面積を大きくすることができる。本実施形態の正極活物質の比表面積は、正極活物質に要求される特性などにより任意に選択することができ、特に限定されるものではないが、例えば0.5m/g以上であることが好ましい。これは、本実施形態の正極活物質の比表面積を0.5m/g以上とすることで、正極合材ペーストの製造を容易にすることができ、かつ出力特性を高くすることができるからである。 The positive electrode active material of the present embodiment can have a large specific surface area by having porous secondary particles. The specific surface area of the positive electrode active material of the present embodiment can be arbitrarily selected depending on the characteristics required for the positive electrode active material and is not particularly limited, but is, for example, 0.5 m 2 / g or more. Is preferable. This is because by setting the specific surface area of the positive electrode active material of the present embodiment to 0.5 m 2 / g or more, it is possible to facilitate the production of the positive electrode mixture paste and to improve the output characteristics. Is.

本実施形態の正極活物質の比表面積の上限値は特に限定されないが、例えば3.0m/g以下とすることが好ましく、2.0m/g以下とすることがより好ましい。ただし、特に反応表面積を大きくし、出力特性を特に高くすることが求められる場合、本実施形態の正極活物質の比表面積は、1.0m/g以上2.0m/g以下であることが好ましい。また、特に正極合材ペーストの製造を特に容易にすることが求められる場合には、本実施形態の正極活物質の比表面積は、0.5m/g以上1.5m/g以下であることが好ましい。 The upper limit of the specific surface area of the positive electrode active material of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 3.0 m 2 / g or less, and more preferably 2.0 m 2 / g or less, for example. However, when it is required to particularly increase the reaction surface area and the output characteristics, the specific surface area of the positive electrode active material of the present embodiment shall be 1.0 m 2 / g or more and 2.0 m 2 / g or less. Is preferable. Further, when it is particularly required to facilitate the production of the positive electrode mixture paste, the specific surface area of the positive electrode active material of the present embodiment is 0.5 m 2 / g or more and 1.5 m 2 / g or less. Is preferable.

また、本実施形態の正極活物質によれば、多孔質の二次粒子を含有し、多孔質の二次粒子のうち二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である多孔質の二次粒子を一定割合以上有することで、電池とした場合の出力特性を高めることができると共に、タップ密度も高くすることができる。 Further, according to the positive electrode active material of the present embodiment, the porous secondary particles are contained, and the porosity inside the secondary particles among the porous secondary particles is 10% by volume or more and 30% by volume or less. By having a certain proportion or more of porous secondary particles, it is possible to improve the output characteristics of a battery and also to increase the tap density.

本実施形態の正極活物質のタップ密度は、1.5g/cm以上であることが好ましく、1.7g/cm以上であることがより好ましい。正極活物質のタップ密度が大きいと、二次電池を構成する正極を作製した際の、正極内への正極活物質の充填密度を大きくすることが可能である。そして、正極内の正極活物質の充填密度が大きいと、同じ容積の正極でより大きな充放電容量を実現することが可能である。 The tap density of the positive electrode active material of the present embodiment is preferably 1.5 g / cm 3 or more, and more preferably 1.7 g / cm 3 or more. When the tap density of the positive electrode active material is high, it is possible to increase the packing density of the positive electrode active material in the positive electrode when the positive electrode constituting the secondary battery is manufactured. When the packing density of the positive electrode active material in the positive electrode is high, it is possible to realize a larger charge / discharge capacity with a positive electrode having the same volume.

正極活物質の平均粒径は、前駆体の平均粒径と同様、3.0μm以上20.0μm以下であることが好ましく、5.0μm以上15.0μm以下であることがより好ましい。上述の通り、一般に、正極活物質の平均粒径が3.0μm未満であると、電極製造時の塗工性や、正極中の正極活物質の充填密度が低下する。一方、正極活物質の平均粒径が20μmを超えると、正極活物質の合成を粒子全体に均一に進ませることが難しくなり、電池特性を低下させる。なお、平均粒径は、上述の前駆体の平均粒径と同様、有効径による体積平均粒径Mvをいう。 The average particle size of the positive electrode active material is preferably 3.0 μm or more and 20.0 μm or less, and more preferably 5.0 μm or more and 15.0 μm or less, similar to the average particle size of the precursor. As described above, in general, when the average particle size of the positive electrode active material is less than 3.0 μm, the coatability at the time of electrode production and the packing density of the positive electrode active material in the positive electrode are lowered. On the other hand, if the average particle size of the positive electrode active material exceeds 20 μm, it becomes difficult to uniformly promote the synthesis of the positive electrode active material over the entire particles, and the battery characteristics are deteriorated. The average particle size is the volume average particle size Mv based on the effective diameter, similar to the average particle size of the precursor described above.

本実施形態の正極活物質は、例えば、2032型コイン型電池の正極に用いた場合、135mAh/g以上の高い初期放電容量を有することが好ましい。また、高放電レート条件(電流密度:2C)での放電容量が、120mAh/g以上であることが好ましい。 When the positive electrode active material of the present embodiment is used for the positive electrode of a 2032 type coin cell battery, for example, it preferably has a high initial discharge capacity of 135 mAh / g or more. Further, it is preferable that the discharge capacity under high discharge rate conditions (current density: 2C) is 120 mAh / g or more.

なお、上記高放電レート条件(電流密度:2C)での放電容量は、電流密度を2Cとして、充放電を複数回(例えば3回)繰り返した後、測定を複数回(例えば3回)行うことで得られる、複数回の測定の平均値とすることができる。 For the discharge capacity under the high discharge rate condition (current density: 2C), the current density is 2C, charging and discharging are repeated a plurality of times (for example, 3 times), and then the measurement is performed a plurality of times (for example, 3 times). It can be the average value of multiple measurements obtained in.

本実施形態の正極活物質は、例えば、ラミネート型電池の正極に用いた場合、サイクル特性として、60%以上の高いサイクル容量維持率を有することが好ましい。なお、サイクル容量維持率は、以下のように求められる。ラミネート型電池を、25℃に保持された恒温槽内で、電流密度0.33mA/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う。次に、60℃に保持された恒温槽内で、電流密度2.7mA/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。サイクル容量維持率は、ラミネート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の200サイクル目で得られた放電容量を除する値(コンディショニング後の200サイクル目で得られた放電容量/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)である。 When the positive electrode active material of the present embodiment is used for the positive electrode of a laminated battery, for example, it is preferable that the positive electrode active material has a high cycle capacity retention rate of 60% or more as a cycle characteristic. The cycle capacity maintenance rate is calculated as follows. The laminated battery is charged to a cutoff voltage of 4.3 V in a constant temperature bath maintained at 25 ° C. with a current density of 0.33 mA / cm 2 , and discharged to a cutoff voltage of 3.0 V after a one-hour rest. Conditioning is performed by repeating the cycle of 5 cycles. Next, in a constant temperature bath maintained at 60 ° C., the current density is 2.7 mA / cm 2 , the cutoff voltage is charged to 4.3 V, and after a one-hour pause, the cycle is discharged to a cutoff voltage of 3.0 V. Is repeated for 200 cycles, and the discharge capacity of each cycle is measured. The cycle capacity retention rate is the discharge capacity obtained in the first cycle after conditioning of the laminated battery, and is a value obtained by dividing the discharge capacity obtained in the 200th cycle after conditioning (obtained in the 200th cycle after conditioning). Discharge capacity / Discharge capacity obtained in the first cycle after conditioning).

[非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法(以下、単に「正極活物質の製造方法」とも記載する)の一例について説明する。
[Manufacturing method of positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, an example of a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as “method for producing a positive electrode active material”) will be described.

本実施形態の正極活物質の製造方法は、上述の正極活物質の粒子構造となるように正極活物質を製造できるのであれば、特に限定されないが、以下の方法を採用すれば、該正極活物質をより確実に製造できるので、好ましい。 The method for producing the positive electrode active material of the present embodiment is not particularly limited as long as the positive electrode active material can be produced so as to have the particle structure of the positive electrode active material described above, but if the following method is adopted, the positive electrode active material is used. It is preferable because the substance can be produced more reliably.

本実施形態の正極活物質の製造方法は、以下の工程を有することができる。
上述の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法により得られた非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を、80℃以上600℃以下の温度で熱処理する熱処理工程。
熱処理工程により得られた粒子に対してリチウム化合物を添加、混合してリチウム混合物を形成する混合工程。
リチウム混合物を、酸化性雰囲気中、600℃以上1000℃以下の温度で焼成する焼成工程。
The method for producing a positive electrode active material of the present embodiment can have the following steps.
A heat treatment step of heat-treating the positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by the above-mentioned method for producing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery at a temperature of 80 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.
A mixing step of adding and mixing a lithium compound to the particles obtained by the heat treatment step to form a lithium mixture.
A firing step in which a lithium mixture is calcined at a temperature of 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere.

以下、各工程について説明する。 Hereinafter, each step will be described.

(1)熱処理工程
熱処理工程では、上述の前駆体を80℃以上600℃以下の温度で熱処理することができる。熱処理を行うことで、前駆体に含有されている水分を除去し、最終的に得られる正極活物質中の金属の原子数やリチウムの原子数の割合がばらつくことを防ぐことができる。
(1) Heat Treatment Step In the heat treatment step, the above-mentioned precursor can be heat-treated at a temperature of 80 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. By performing the heat treatment, the water content contained in the precursor can be removed, and it is possible to prevent the number of metal atoms and the ratio of the number of lithium atoms in the finally obtained positive electrode active material from fluctuating.

なお、正極活物質中の金属の原子数やリチウムの原子数の割合にばらつきが生じない程度に水分が除去できればよいので、全ての前駆体をニッケルマンガン複合酸化物に転換する必要はない。しかしながら、上記ばらつきをより少なくするためには、加熱温度を500℃以上として前駆体の粒子を複合酸化物粒子に全て転換することが好ましい。 It is not necessary to convert all the precursors to nickel-manganese composite oxides as long as the water can be removed to the extent that the number of metal atoms and the ratio of lithium atoms in the positive electrode active material do not vary. However, in order to further reduce the above variation, it is preferable to convert all the precursor particles into composite oxide particles at a heating temperature of 500 ° C. or higher.

熱処理工程において、熱処理温度を80℃以上としているのは、熱処理温度が80℃未満の場合、前駆体の粒子中の余剰水分が除去できず、上記ばらつきを抑制することができない可能性があるからである。一方、熱処理温度を600℃以下としているのは、熱処理温度が600℃を超えると、焙焼により粒子が焼結して均一な粒径の複合酸化物粒子が得られない可能性があるからである。 The reason why the heat treatment temperature is set to 80 ° C. or higher in the heat treatment step is that if the heat treatment temperature is less than 80 ° C., excess water in the particles of the precursor cannot be removed and the above variation may not be suppressed. Is. On the other hand, the heat treatment temperature is set to 600 ° C. or lower because if the heat treatment temperature exceeds 600 ° C., the particles may be sintered by roasting and composite oxide particles having a uniform particle size may not be obtained. be.

熱処理条件に対応した前駆体の粒子中に含有される金属成分を分析によって予め求めておき、リチウム化合物との比を決めておくことで、上記ばらつきを抑制することができる。 The above variation can be suppressed by determining the metal component contained in the particles of the precursor corresponding to the heat treatment conditions in advance by analysis and determining the ratio with the lithium compound.

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

また、熱処理時間は、特に制限されないが、1時間未満では前駆体の粒子の余剰水分の除去が十分に行われない場合があるので、少なくとも1時間以上が好ましく、2時間以上15時間以下がより好ましい。 The heat treatment time is not particularly limited, but if it is less than 1 hour, the excess water of the precursor particles may not be sufficiently removed. Therefore, it is preferably at least 1 hour or more, and more preferably 2 hours or more and 15 hours or less. preferable.

熱処理に用いられる設備は、特に限定されるものではなく、前駆体の粒子を非還元性雰囲気中、好ましくは空気気流中で加熱できるものであればよく、ガス発生がない電気炉などが好適に用いられる。 The equipment used for the heat treatment is not particularly limited as long as it can heat the precursor particles in a non-reducing atmosphere, preferably in an air stream, and an electric furnace that does not generate gas is preferable. Used.

(2)混合工程
混合工程は、上記熱処理工程において加熱されて得られた熱処理済み粒子に、リチウム化合物を添加して混合し、リチウム混合物を形成する工程である。
(2) Mixing Step The mixing step is a step of adding a lithium compound to the heat-treated particles obtained by heating in the heat treatment step and mixing them to form a lithium mixture.

なお、熱処理工程において熱処理して得られた熱処理済み粒子は、ニッケルマンガン炭酸塩複合物粒子および/またはニッケルマンガン複合酸化物粒子を含んでいる。 The heat-treated particles obtained by heat treatment in the heat treatment step include nickel-manganese carbonate composite particles and / or nickel-manganese composite oxide particles.

熱処理済み粒子とリチウム化合物とは、リチウム混合物中のリチウム以外の金属成分Meの原子数、すなわち、Ni、Mnおよび添加元素Mの原子数の和(Me)と、リチウムの原子数(Li)との比(Li/Me)が、0.48以上0.65以下となるように混合することが好ましい。この際、Li/Meが0.50以上0.60以下となるように混合することがより好ましい。 The heat-treated particles and the lithium compound are the sum of the atomic numbers of the metal component Me other than lithium in the lithium mixture, that is, the sum of the atomic numbers of Ni, Mn and the additive element M (Me), and the atomic number of lithium (Li). It is preferable to mix so that the ratio (Li / Me) of the above is 0.48 or more and 0.65 or less. At this time, it is more preferable to mix so that Li / Me is 0.50 or more and 0.60 or less.

すなわち、焼成工程前後でLi/Meは変化しないので、この混合工程で混合するLi/Meが正極活物質におけるLi/Meとなるため、リチウム混合物におけるLi/Meが、得ようとする正極活物質におけるLi/Meと同じになるように混合される。 That is, since Li / Me does not change before and after the firing step, the Li / Me mixed in this mixing step becomes Li / Me in the positive electrode active material, so that the Li / Me in the lithium mixture is the positive electrode active material to be obtained. It is mixed so as to be the same as Li / Me in.

リチウム混合物を形成するために使用されるリチウム化合物は、特に限定されるものではないが、入手が容易であるため、例えば、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウムから選択された1種類以上を好ましく用いることができる。特に、取り扱いの容易さ、品質の安定性を考慮すると、リチウム混合物を形成する際に用いるリチウム化合物としては、水酸化リチウム、炭酸リチウムから選択された1種類以上を用いることがより好ましい。 The lithium compound used to form the lithium mixture is not particularly limited, but one or more selected from, for example, lithium hydroxide, lithium nitrate, and lithium carbonate is preferable because it is easily available. Can be used. In particular, in consideration of ease of handling and stability of quality, it is more preferable to use one or more selected from lithium hydroxide and lithium carbonate as the lithium compound used when forming the lithium mixture.

混合には、一般的な混合機を使用することができ、例えば、シェーカーミキサ、レーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Vブレンダなどを用いればよい。 A general mixer can be used for mixing, and for example, a shaker mixer, a Lady Gemixer, a Julia mixer, a V blender, or the like may be used.

(3)焼成工程
焼成工程は、上記混合工程で得られたリチウム混合物を焼成して、正極活物質とする工程である。焼成工程において混合粉を焼成すると、熱処理済み粒子に、リチウム化合物中のリチウムが拡散するので、リチウムニッケルマンガン複合酸化物が形成される。
(3) Firing step The firing step is a step of calcining the lithium mixture obtained in the above mixing step to obtain a positive electrode active material. When the mixed powder is fired in the firing step, lithium in the lithium compound diffuses into the heat-treated particles, so that a lithium nickel-manganese composite oxide is formed.

この際のリチウム混合物の焼成温度は特に限定されないが、例えば600℃以上1000℃以下であることが好ましい。これは、焼成温度を600℃以上とすることで、熱処理済み粒子中へのリチウムの拡散を十分に促進し、余剰のリチウムや未反応の粒子の残留を抑制し、電池に用いられた場合に十分な電池特性が得られるからである。ただし、焼成温度が1000℃を超えると、複合酸化物粒子間で激しく焼結が生じると共に、異常粒成長を生じる可能性があり、焼成後の粒子が粗大となって粒子内部に微細な細孔ができなくなる可能性があるからである。このような正極活物質は、比表面積が低下するため、電池に用いた場合、正極の抵抗が上昇して電池容量が低下する可能性がある。 The firing temperature of the lithium mixture at this time is not particularly limited, but is preferably 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, for example. This is because when the firing temperature is set to 600 ° C. or higher, the diffusion of lithium into the heat-treated particles is sufficiently promoted, the residual of excess lithium and unreacted particles is suppressed, and the battery is used. This is because sufficient battery characteristics can be obtained. However, if the firing temperature exceeds 1000 ° C, the composite oxide particles may be violently sintered and abnormal grain growth may occur, and the grains after firing become coarse and fine pores inside the particles. This is because there is a possibility that it will not be possible. Since such a positive electrode active material has a reduced specific surface area, when used in a battery, the resistance of the positive electrode may increase and the battery capacity may decrease.

リチウム混合物の焼成温度は、得られる正極活物質の比表面積にも影響を与えることから、正極活物質に要求される比表面積に応じて、上述の温度範囲の中から選択することもできる。例えば正極活物質の比表面積を特に抑制することが求められる場合には、焼成温度を高めの温度、例えば900℃以上950℃以下とすることが好ましい。本発明の発明者の検討によれば、係る温度範囲で焼成することで、得られる正極活物質の比表面積を1.5m/g以上8.0m/g以下とすることができ、正極合材ペーストの製造を特に容易にすることができる。また、該正極活物質を用いて非水系電解質二次電池とした場合に、電池容量を高く保つことができ、好ましい。 Since the firing temperature of the lithium mixture also affects the specific surface area of the obtained positive electrode active material, it can be selected from the above temperature ranges according to the specific surface area required for the positive electrode active material. For example, when it is required to particularly suppress the specific surface area of the positive electrode active material, it is preferable to set the firing temperature to a higher temperature, for example, 900 ° C. or higher and 950 ° C. or lower. According to the study of the inventor of the present invention, the specific surface area of the obtained positive electrode active material can be set to 1.5 m 2 / g or more and 8.0 m 2 / g or less by firing in such a temperature range, and the positive electrode can be obtained. The production of the mixture paste can be particularly facilitated. Further, when the positive electrode active material is used as a non-aqueous electrolyte secondary battery, the battery capacity can be kept high, which is preferable.

なお、熱処理済み粒子とリチウム化合物との反応を均一に行わせる観点から、昇温速度を3℃/min以上10℃/min以下として上記温度まで昇温することが好ましい。 From the viewpoint of uniformly reacting the heat-treated particles with the lithium compound, it is preferable to raise the temperature to the above temperature by setting the temperature rise rate to 3 ° C./min or more and 10 ° C./min or less.

さらには、リチウム化合物の融点付近の温度にて1時間以上5時間以下程度保持することで、より反応を均一に行わせることができる。リチウム化合物の融点付近で温度を保持した場合は、その後、所定の焼成温度まで昇温することができる。 Furthermore, the reaction can be more uniformly carried out by holding the lithium compound at a temperature near the melting point for about 1 hour or more and 5 hours or less. When the temperature is maintained near the melting point of the lithium compound, the temperature can be subsequently raised to a predetermined firing temperature.

焼成時間のうち、焼成温度での保持時間は、1時間以上とすることが好ましく、2時間以上24時間以下であることがより好ましい。これは、2時間以上焼成温度で保持することで、リチウムニッケルマンガン複合酸化物の生成を十分に促進できるからである。 Of the firing times, the holding time at the firing temperature is preferably 1 hour or more, and more preferably 2 hours or more and 24 hours or less. This is because the formation of the lithium nickel-manganese composite oxide can be sufficiently promoted by holding the lithium nickel manganese composite oxide at the calcination temperature for 2 hours or more.

焼成温度での保持時間終了後、特に限定されるものではないが、リチウム混合物を匣鉢に積載して焼成する場合には匣鉢の劣化を抑止するため、降下速度を2℃/min以上10℃/min以下として、200℃以下になるまで雰囲気を冷却することが好ましい。 After the holding time at the firing temperature is completed, the descent rate is not particularly limited, but when the lithium mixture is loaded in the sack and fired, the descent rate is set to 2 ° C./min or more in order to suppress the deterioration of the sack. It is preferable to cool the atmosphere to 200 ° C. or lower at ° C./min or lower.

焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容積%以上100容量%以下の雰囲気とすることがより好ましく、該酸素濃度の酸素と不活性ガスの混合雰囲気とすることが特に好ましい。すなわち、焼成は、大気ないしは酸素含有ガス中で行うことが好ましい。 The atmosphere at the time of firing is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume or more and 100% by volume or less, and a mixed atmosphere of oxygen having an oxygen concentration and an inert gas. Is particularly preferable. That is, firing is preferably performed in the atmosphere or an oxygen-containing gas.

上述のように、酸素濃度が18容積%以上の雰囲気とするのが好ましいのは、酸素濃度を18容量%以上とすることで、リチウムニッケルマンガン複合酸化物の結晶性を十分に高めることができるからである。 As described above, it is preferable to have an atmosphere with an oxygen concentration of 18% by volume or more. By setting the oxygen concentration to 18% by volume or more, the crystallinity of the lithium nickel-manganese composite oxide can be sufficiently enhanced. Because.

特に電池特性を考慮すると、酸素気流中で行うことが好ましい。 In particular, considering the battery characteristics, it is preferable to perform the operation in an oxygen stream.

なお、焼成に用いられる炉は、特に限定されるものではなく、大気ないしは酸素含有ガス中でリチウム混合物を加熱できるものであればよいが、炉内の雰囲気を均一に保つ観点から、ガス発生がない電気炉が好ましい。また、バッチ式あるいは連続式の炉をいずれも用いることができる。 The furnace used for firing is not particularly limited as long as it can heat the lithium mixture in the atmosphere or oxygen-containing gas, but gas generation is generated from the viewpoint of keeping the atmosphere in the furnace uniform. No electric furnace is preferred. Further, either a batch type or a continuous type furnace can be used.

また、リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用した場合には、混合工程終了後、焼成工程を行なう前に、仮焼することが好ましい。仮焼温度は、焼成温度より低く、かつ、350℃以上800℃以下であることが好ましく、450℃以上780℃以下であることがより好ましい。 When lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, it is preferable to perform calcining after the mixing step and before the firing step. The calcination temperature is preferably lower than the firing temperature and preferably 350 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, and more preferably 450 ° C. or higher and 780 ° C. or lower.

仮焼時間は、1時間以上10時間以下程度であることが好ましく、3時間以上6時間以下であることがより好ましい。 The calcination time is preferably 1 hour or more and 10 hours or less, and more preferably 3 hours or more and 6 hours or less.

なお、仮焼は、仮焼温度で保持して仮焼することが好ましい。特に、水酸化リチウムや炭酸リチウムと、熱処理済み粒子との反応温度において仮焼することが好ましい。 It is preferable that the calcining is held at the calcining temperature and then calcined. In particular, it is preferable to perform calcining at the reaction temperature of lithium hydroxide or lithium carbonate and the heat-treated particles.

仮焼を行った場合、熱処理済み粒子へのリチウムの拡散が十分に行われ、均一なリチウムニッケルマンガン複合酸化物を得ることができ、好ましい。 When calcining is performed, lithium is sufficiently diffused into the heat-treated particles, and a uniform lithium nickel-nickel-manganese composite oxide can be obtained, which is preferable.

焼成工程によって得られたリチウムニッケルマンガン複合酸化物の粒子は、凝集もしくは軽度の焼結が生じている場合がある。この場合には、解砕してもよい。これにより、リチウムニッケルマンガン複合酸化物を含む本実施形態の正極活物質を得ることができる。 The particles of the lithium nickel-manganese composite oxide obtained by the firing step may be aggregated or slightly sintered. In this case, it may be crushed. Thereby, the positive electrode active material of the present embodiment containing the lithium nickel-manganese composite oxide can be obtained.

なお、解砕とは、焼成時に二次粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギーを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく二次粒子を分離させて、凝集体をほぐす操作のことである。 In addition, crushing means that mechanical energy is applied to an agglomerate composed of a plurality of secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing, and the secondary particles themselves are hardly destroyed. It is an operation to separate secondary particles and loosen aggregates.

[非水系電解質二次電池]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池(以下、単に「二次電池」とも記載する)の一構成例について説明する。なお、非水系電解質二次電池は、リチウムイオン二次電池ともいう。本実施形態の二次電池は、上述の正極活物質を用いた正極を有することができる。
[Non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, a configuration example of the non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “secondary battery”) of the present embodiment will be described. The non-aqueous electrolyte secondary battery is also referred to as a lithium ion secondary battery. The secondary battery of the present embodiment can have a positive electrode using the above-mentioned positive electrode active material.

まず、本実施形態の二次電池の構造を説明する。 First, the structure of the secondary battery of this embodiment will be described.

本実施形態の二次電池は、正極材料に上述の、本実施形態の正極活物質を用いたこと以外は、一般的な非水系電解質二次電池と実質的に同様の構造を有することができる。 The secondary battery of the present embodiment can have substantially the same structure as a general non-aqueous electrolyte secondary battery except that the positive electrode active material of the present embodiment is used as the positive electrode material. ..

本実施形態の二次電池は、例えば、ケースと、このケース内に収容された正極、負極、非水系電解質およびセパレータを備えた構造を有することができる。 The secondary battery of the present embodiment can have, for example, a case and a structure including a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator housed in the case.

より具体的には、本実施形態の二次電池は、セパレータを介して正極と負極とを積層させた電極体を有することができる。そして、電極体に非水系電解質を含浸させ、正極の正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および負極の負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、それぞれ集電用リードなどを用いて接続し、ケースに密閉した構造とすることができる。 More specifically, the secondary battery of the present embodiment can have an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator. Then, the electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte to collect electricity between the positive electrode current collector of the positive electrode and the positive electrode terminal communicating with the outside, and between the negative electrode current collector of the negative electrode and the negative electrode terminal communicating with the outside. It can be connected using a lead or the like to form a structure sealed in a case.

なお、本実施形態の二次電池の構造は、上記例に限定されるものではなく、その外形も筒形や積層形など、種々の形状を採用することができる。 The structure of the secondary battery of the present embodiment is not limited to the above example, and various shapes such as a tubular shape and a laminated shape can be adopted as the outer shape thereof.

(正極)
まず、本実施形態の二次電池の特徴である正極について説明する。正極は、シート状の部材であり、上述の正極活物質を含有する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乾燥して形成されている。
(Positive electrode)
First, the positive electrode, which is a feature of the secondary battery of the present embodiment, will be described. The positive electrode is a sheet-shaped member, and is formed by applying and drying a positive electrode mixture paste containing the above-mentioned positive electrode active material on the surface of a current collector made of aluminum foil, for example.

なお、正極は、使用する電池にあわせて適宜処理される。例えば、目的とする電池に応じて適当な大きさに形成する裁断処理や、電極密度を高めるためにロールプレスなどによる加圧圧縮処理などが行われる。 The positive electrode is appropriately processed according to the battery used. For example, a cutting process for forming an appropriate size according to a target battery, a pressure compression process using a roll press or the like for increasing the electrode density, and the like are performed.

前記正極合材ペーストは、正極合材に、溶剤を添加、混練して形成することができる。正極合材は、粉末状になっている上述の正極活物質と、導電材および結着剤とを混合して形成することができる。 The positive electrode mixture paste can be formed by adding a solvent to the positive electrode mixture and kneading the paste. The positive electrode mixture can be formed by mixing the above-mentioned positive electrode active material in powder form with a conductive material and a binder.

導電材は、電極に適当な導電性を与えるために添加されるものである。この導電材は、特に限定されないが、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などのカーボンブラック系材料を用いることができる。 The conductive material is added to give appropriate conductivity to the electrode. The conductive material is not particularly limited, and for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.) or a carbon black material such as acetylene black or ketjen black can be used.

結着剤は、正極活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすものである。この正極合材に使用される結着剤は、特に限定されないが、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、またはポリアクリル酸などを用いることができる。 The binder serves to hold the positive electrode active material particles together. The binder used for this positive electrode mixture is not particularly limited, and for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose-based resin, and the like. Alternatively, polyacrylic acid or the like can be used.

なお、正極合材には、活性炭などを添加してもよく、活性炭などを添加することによって、正極の電気二重層容量を増加させることができる。 Activated carbon or the like may be added to the positive electrode mixture, and the electric double layer capacity of the positive electrode can be increased by adding activated carbon or the like.

溶剤は、結着剤を溶解して、正極活物質、導電材および活性炭などを結着剤中に分散させるものである。この溶剤は特に限定されないが、例えば、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。 The solvent dissolves the binder and disperses the positive electrode active material, the conductive material, activated carbon and the like in the binder. This solvent is not particularly limited, but for example, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

また、正極合材ペースト中における各物質の混合比は、特に限定されない。例えば、溶剤を除いた正極合材の固形分を100質量部とした場合、一般の非水系電解質二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を60質量部以上95質量部以下、導電材の含有量を1質量部以上20質量部以下、および結着剤の含有量を1質量部以上20質量部以下とすることができる。 Further, the mixing ratio of each substance in the positive electrode mixture paste is not particularly limited. For example, when the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material is 60 parts by mass or more and 95 parts by mass or less, and the conductivity is similar to that of the positive electrode of a general non-aqueous electrolyte secondary battery. The content of the material can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less, and the content of the binder can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less.

(負極)
負極は、銅などの金属箔集電体の表面に、負極合材ペーストを塗布し、乾燥して形成されたシート状の部材である。この負極は、負極合材ペーストを構成する成分やその配合、集電体の素材などは異なるものの、実質的に前記正極と同様の方法によって形成され、正極と同様に、必要に応じて各種処理が行われる。
(Negative electrode)
The negative electrode is a sheet-like member formed by applying a negative electrode mixture paste to the surface of a metal leaf current collector such as copper and drying it. This negative electrode is formed by substantially the same method as the positive electrode, although the components constituting the negative electrode mixture paste, their composition, the material of the current collector, etc. are different, and various treatments are required as required, as with the positive electrode. Is done.

負極合材ペーストは、負極活物質と結着剤とを混合した負極合材に、適当な溶剤を加えてペースト状にしたものである。 The negative electrode mixture paste is formed by adding an appropriate solvent to a negative electrode mixture in which a negative electrode active material and a binder are mixed to form a paste.

負極活物質は、例えば、金属リチウムやリチウム合金などのリチウムを含有する物質や、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる吸蔵物質を採用することができる。 As the negative electrode active material, for example, a substance containing lithium such as metallic lithium or a lithium alloy, or an occlusion substance capable of storing and desorbing lithium ions can be adopted.

吸蔵物質は、特に限定されないが、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、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。係る吸蔵物質を負極活物質に採用した場合には、正極同様に、結着剤として、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、負極活物質を結着剤中に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。 The storage substance is not particularly limited, and for example, a calcined body of an organic compound such as natural graphite, artificial graphite, and phenol resin, and a powdery body of a carbon substance such as coke can be used. When the storage material is used as the negative electrode active material, a fluororesin such as PVDF can be used as the binder as in the case of the positive electrode, and the solvent for dispersing the negative electrode active material in the binder can be used. An organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

(セパレータ)
セパレータは、正極と負極との間に挟み込んで配置されるものであり、正極と負極とを分離し、電解質を保持する機能を有している。係るセパレータは、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微細な孔を多数有する膜を用いることができるが、上記機能を有するものであれば、特に限定されない。
(Separator)
The separator is arranged so as to be sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and has a function of separating the positive electrode and the negative electrode and holding an electrolyte. The separator may be, for example, a thin film such as polyethylene or polypropylene, and a film having a large number of fine pores may be used, but the separator is not particularly limited as long as it has the above-mentioned function.

(非水系電解質)
非水系電解質は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent.

有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート;また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、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、ジメトキシエタンなどのエーテル化合物;エチルメチルスルホンやブタンスルトンなどの硫黄化合物;リン酸トリエチルやリン酸トリオクチルなどのリン化合物などから選ばれる1種類を単独でまたは2種類以上を混合して用いることができる。 Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and trifluoropropylene carbonate; and chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and dipropyl carbonate; further, tetrahydrofuran and 2-. Ether compounds such as methyl tetrahydrofuran and dimethoxyethane; sulfur compounds such as ethylmethyl sulfone and butane sulton; phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate may be used alone or in admixture of two or more. Can be done.

支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3
SO22、およびそれらの複合塩などを用いることができる。
Supporting salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , and LiN (CF 3 ).
SO 2 ) 2 , and complex salts thereof, etc. can be used.

なお、非水系電解質は、電池特性改善のため、ラジカル捕捉剤、界面活性剤、または難燃剤などを含んでいてもよい。 The non-aqueous electrolyte may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, or the like in order to improve the battery characteristics.

(本実施形態の二次電池の特性)
本実施形態の二次電池は、例えば、上記構成を有することができ、上述の正極活物質を用いた正極を有しているので、高い初期放電容量、低い正極抵抗が得られ、高容量で高出力となる。また、本実施形態の二次電池は、高いサイクル容量維持率を有する。
(Characteristics of the secondary battery of this embodiment)
The secondary battery of the present embodiment can have, for example, the above configuration and has a positive electrode using the above-mentioned positive electrode active material, so that a high initial discharge capacity and a low positive electrode resistance can be obtained, and the capacity is high. High output. Further, the secondary battery of the present embodiment has a high cycle capacity retention rate.

(本実施形態の二次電池の用途)
本実施形態の二次電池は、上記性質を有するので、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)の電源に好適である。
(Use of the secondary battery of this embodiment)
Since the secondary battery of the present embodiment has the above-mentioned properties, it is suitable as a power source for small portable electronic devices (notebook personal computers, mobile phone terminals, etc.) that always require high capacity.

また、本実施形態の二次電池は、高出力が要求されるモーター駆動用電源としての電池にも好適である。電池は、大型化すると安全性の確保が困難になり、高価な保護回路が必要不可欠であるが、本実施形態の二次電池は、優れた安全性を有しているため、安全性の確保が容易になるばかりでなく、高価な保護回路を簡略化し、より低コストにできる。そして、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輸送機器用の電源として好適である。 Further, the secondary battery of the present embodiment is also suitable for a battery as a power source for driving a motor, which requires high output. As the size of the battery increases, it becomes difficult to ensure safety, and an expensive protection circuit is indispensable. However, the secondary battery of the present embodiment has excellent safety, so that safety is ensured. Not only is it easier, but it also simplifies expensive protection circuits and makes them cheaper. Further, since it is possible to reduce the size and increase the output, it is suitable as a power source for transportation equipment whose mounting space is restricted.

以下、実施例を参照しながら本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

以下に各実施例、比較例での試料の作製条件、および評価結果について説明する。 The sample preparation conditions and evaluation results of each example and comparative example will be described below.

[実施例1]
1.前駆体の製造、評価
[前駆体の製造]
まず、前駆体を、以下の手順により作製した。
[Example 1]
1. 1. Precursor production and evaluation [Precursor production]
First, a precursor was prepared by the following procedure.

なお、すべての実施例、比較例を通じて、前駆体、正極活物質および二次電池の作製には、特に断りのない限り、和光純薬工業株式会社製の試薬特級の各試料を使用している。 Through all the examples and comparative examples, the precursor, the positive electrode active material, and the secondary battery are prepared by using each sample of special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unless otherwise specified. ..

(晶析工程)
晶析工程は、図2に示すように、核生成工程と粒子成長工程とを含む工程で行なった。以下、核生成工程および粒子成長工程について説明する。
(Crystalization process)
As shown in FIG. 2, the crystallization step was carried out in a step including a nucleation step and a particle growth step. Hereinafter, the nucleation step and the particle growth step will be described.

(核生成工程)
(1)初期水溶液の調製
まず、反応槽(5L)内に、水を約1.2Lの量まで入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定し、以下の核生成工程、核解砕工程、および粒子成長工程において混合水溶液が40℃となるように制御した。なお、初期水溶液、および混合水溶液の温度は、反応槽の周囲に設けた反応槽用の加温水の温度を調整することにより制御した。
(Nucleation process)
(1) Preparation of initial aqueous solution First, the temperature in the tank was set to 40 ° C. by putting water in the reaction tank (5 L) up to an amount of about 1.2 L and stirring, and the following nuclear formation step and nuclear solution. The temperature of the mixed aqueous solution was controlled to 40 ° C. in the crushing step and the particle growth step. The temperatures of the initial aqueous solution and the mixed aqueous solution were controlled by adjusting the temperature of the heated water for the reaction tank provided around the reaction tank.

そして、反応槽内の水に、25質量%アンモニア水を適量加えて、初期水溶液中のアンモニウムイオン濃度を5g/Lに調整した。初期水溶液にさらに64%硫酸を添加し、pHを6.4に調整した。 Then, an appropriate amount of 25% by mass ammonia water was added to the water in the reaction vessel to adjust the ammonium ion concentration in the initial aqueous solution to 5 g / L. Further 64% sulfuric acid was added to the initial aqueous solution to adjust the pH to 6.4.

そして、反応槽内には、酸素含有ガスとして、空気圧縮機から空気ガスを4L/分で供給し、槽内をパージし、酸素を含む雰囲気とした。なお、粒子成長工程が終了するまで空気ガスの供給を継続し、反応槽内は空気雰囲気、すなわち酸素含有雰囲気に保持されている。 Then, as an oxygen-containing gas, air gas was supplied from an air compressor at 4 L / min into the reaction tank, and the inside of the tank was purged to create an atmosphere containing oxygen. The supply of air gas is continued until the particle growth step is completed, and the inside of the reaction vessel is maintained in an air atmosphere, that is, an oxygen-containing atmosphere.

(2)金属成分含有混合水溶液の調製
次に、硫酸ニッケル、および硫酸マンガンを水に溶かして、金属イオンの濃度が2.0mol/Lの金属成分含有混合水溶液を調製した。この金属成分含有混合水溶液では、各金属の元素モル比が、Ni:Mn=0.25:0.75となるように調整した。
(2) Preparation of Metal Component-Containing Mixed Aqueous Solution Next, nickel sulfate and manganese sulfate were dissolved in water to prepare a metal component-containing mixed aqueous solution having a metal ion concentration of 2.0 mol / L. In this mixed aqueous solution containing a metal component, the element molar ratio of each metal was adjusted to be Ni: Mn = 0.25: 0.75.

(3)pH調整水溶液の調整
炭酸ナトリウムと炭酸アンモニウムとを水に溶かして、炭酸イオン濃度が2.2mol/LのpH調整水溶液を調製した。なお、pH調整水溶液における炭酸ナトリウムと、炭酸アンモニウムとは、モル比が9:2となるように添加した。
(3) Adjustment of pH-adjusted aqueous solution Sodium carbonate and ammonium carbonate were dissolved in water to prepare a pH-adjusted aqueous solution having a carbonate ion concentration of 2.2 mol / L. Sodium carbonate and ammonium carbonate in the pH-adjusted aqueous solution were added so as to have a molar ratio of 9: 2.

(4)初期水溶液への、金属成分含有混合水溶液の添加、混合
金属成分含有混合水溶液を、反応槽内の初期水溶液に10.3ml/min.の割合で加えて、混合水溶液とした。
(4) Addition of the mixed aqueous solution containing a metal component to the initial aqueous solution, and the mixed aqueous solution containing the mixed metal component was added to the initial aqueous solution in the reaction vessel at 10.3 ml / min. Was added to prepare a mixed aqueous solution.

なお、金属成分含有混合水溶液を添加する際、同時に、pH調整水溶液を加えて、反応槽中の混合水溶液のpH値を6.4(核生成pH値)を超えないように制御しながら、4分間晶析させて核生成工程を実施した。また、核生成工程の間、混合水溶液のpH値の変動幅は、中心値(設定pH値)6.2の上下0.2の範囲内であった。なお、核生成工程の混合水溶液のpH値の最大値は、6.4であった。 When the mixed aqueous solution containing a metal component is added, a pH adjusting aqueous solution is added at the same time to control the pH value of the mixed aqueous solution in the reaction vessel so as not to exceed 6.4 (nucleation pH value). The nucleation step was carried out by crystallization for a minute. Further, during the nucleation step, the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution was within the range of 0.2 above and below the center value (set pH value) 6.2. The maximum pH value of the mixed aqueous solution in the nucleation step was 6.4.

(5)核解砕工程
その後、撹拌を5分間継続し、核の解砕をおこなった。
(5) Nuclear crushing step After that, stirring was continued for 5 minutes to crush the nucleus.

(粒子成長工程)
粒子成長工程では、核生成工程と同じ金属成分含有混合水溶液、およびpH調整水溶液を用いた。以下に粒子成長工程の実験手順を説明する。
(1)混合水溶液のpHの調整
粒子成長工程では、まず核生成工程で得られた混合水溶液にpH調整水溶液を添加してpH値を7.4(液温40℃基準)とした。なお、粒子成長工程の混合水溶液のpH値の最大値は、7.4であった。
(2)混合水溶液への金属成分含有混合水溶液の添加、混合
pH値調整後の混合水溶液に、金属成分含有混合水溶液を10.3ml/minの割合で添加した。
(Particle growth process)
In the particle growth step, the same metal component-containing mixed aqueous solution and pH-adjusted aqueous solution as in the nucleation step were used. The experimental procedure of the particle growth process will be described below.
(1) Adjustment of pH of mixed aqueous solution In the particle growth step, the pH adjusted aqueous solution was first added to the mixed aqueous solution obtained in the nucleation step to set the pH value to 7.4 (based on liquid temperature of 40 ° C.). The maximum pH value of the mixed aqueous solution in the particle growth step was 7.4.
(2) Addition of the mixed aqueous solution containing a metal component to the mixed aqueous solution, mixing The mixed aqueous solution containing a metal component was added at a ratio of 10.3 ml / min to the mixed aqueous solution after adjusting the pH value.

この際、混合水溶液pH値が反応温度40℃基準で7.4を超えないように金属成分含有混合水溶液、およびpH調整水溶液の添加量を制御した。 At this time, the addition amounts of the mixed aqueous solution containing a metal component and the pH adjusting aqueous solution were controlled so that the pH value of the mixed aqueous solution did not exceed 7.4 based on the reaction temperature of 40 ° C.

この状態を196分間継続した後、撹拌を止めて、晶析を終了させた。 After continuing this state for 196 minutes, stirring was stopped and crystallization was completed.

そして、粒子成長工程により得られた生成物を、水洗、濾過、乾燥させて前駆体の粒子を得た(洗浄、乾燥工程)。 Then, the product obtained by the particle growth step was washed with water, filtered, and dried to obtain precursor particles (washing and drying steps).

なお、粒子成長工程における、pH値は、pHコントローラによりpH調整水溶液の供給流量を調整することで制御され、混合水溶液のpH値の変動幅は、中心値(設定pH値)7.2の上下0.2の範囲内であった。 The pH value in the particle growth step is controlled by adjusting the supply flow rate of the pH-adjusted aqueous solution with a pH controller, and the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution is above and below the center value (set pH value) 7.2. It was in the range of 0.2.

また、核生成工程、および粒子成長工程における、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は5g/Lに維持されていた。 In addition, the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution in the nucleation step and the particle growth step was maintained at 5 g / L.

[前駆体の評価]
得られた前駆体について、無機酸により溶解した後、ICP発光分光法により化学分析を行ったところ、その組成は、Ni:Mn=0.25:0.75からなる炭酸塩であることが確認できた。さらに、元素分析装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック製、型式:FlashEA 1112)を用いて、水素(H)の元素量を測定し、金属(Ni+Co+Mn)との物質量比を算出すると1.63と多くの水素を含むことが確認できた。また、水素を含有する官能基を有することが確認できた。
[Evaluation of precursor]
The obtained precursor was dissolved with an inorganic acid and then chemically analyzed by ICP emission spectroscopy. As a result, it was confirmed that the composition was a carbonate composed of Ni: Mn = 0.25: 0.75. did it. Furthermore, the elemental amount of hydrogen (H) was measured using an elemental analyzer (Thermo Fisher Scientific, model: FlashEA 1112), and the amount of substance ratio with the metal (Ni + Co + Mn) was as high as 1.63. It was confirmed that it contained hydrogen. It was also confirmed that it had a functional group containing hydrogen.

また、この前駆体の粒子の体積平均粒径Mvについて、平均粒径D50を、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)を用いて測定した結果、前駆体の体積平均粒径Mvは、約9.9μmであることが確認できた。 Further, regarding the volume average particle size Mv of the particles of this precursor, the average particle size D50 was measured using a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device (Microtrac HRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). It was confirmed that the volume average particle size Mv was about 9.9 μm.

次に、得られた前駆体の粒子のSEM(株式会社日立ハイテクノロジース製、走査電子顕微鏡S-4700)観察(倍率:3000倍)を行ったところ、得られた前駆体の粒子は、略球状であり、粒径がほぼ均一に揃っていることが確認された。 Next, SEM (scanning electron microscope S-4700, manufactured by Hitachi High-Technologies Co., Ltd.) of the obtained precursor particles was observed (magnification: 3000 times), and the obtained precursor particles were abbreviated. It was confirmed that it was spherical and the particle size was almost uniform.

2.正極活物質の製造、評価
次に、得られた前駆体を用いて正極活物質の製造、評価を行った。
2. 2. Manufacture and evaluation of positive electrode active material Next, the positive electrode active material was manufactured and evaluated using the obtained precursor.

[正極活物質の製造]
上記前駆体を、空気(酸素:21容量%)気流中にて、500℃で2時間の熱処理を行って、熱処理済み粒子である複合酸化物粒子に転換して回収した。次に、熱処理済み粒子とリチウム化合物とを混合し、リチウム混合物を得た。具体的には、得られるリチウム混合物のLi/Me=0.5となるように炭酸リチウムを秤量し、上記熱処理済み粒子と混合してリチウム混合物を調製した。混合は、シェーカーミキサ装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製、TURBULA TypeT2C)を用いて行った。得られたリチウム混合物を大気中(酸素:21容量%)にて、500℃で5時間仮焼した後、950℃で2時間焼成し、冷却した。その後、解砕して正極活物質を得た。なお、得られた正極活物質の組成は、Li:Ni:Mn=0.50:0.25:0.75と表される。
[Manufacturing of positive electrode active material]
The precursor was heat-treated at 500 ° C. for 2 hours in an air (oxygen: 21% by volume) air stream to convert it into composite oxide particles which were heat-treated particles and recovered. Next, the heat-treated particles and the lithium compound were mixed to obtain a lithium mixture. Specifically, lithium carbonate was weighed so that Li / Me = 0.5 of the obtained lithium mixture, and mixed with the heat-treated particles to prepare a lithium mixture. Mixing was performed using a shaker mixer device (TURBULA Type T2C, manufactured by Willy et Bacoffen (WAB)). The obtained lithium mixture was calcined in the air (oxygen: 21% by volume) at 500 ° C. for 5 hours, then calcined at 950 ° C. for 2 hours, and cooled. Then, it was crushed to obtain a positive electrode active material. The composition of the obtained positive electrode active material is represented as Li: Ni: Mn = 0.50: 0.25: 0.75.

[正極活物質の評価]
前駆体の粒子の場合と同様の方法で、得られた正極活物質の粒度分布を測定して、平均粒径D50を測定した結果、正極活物質の体積平均粒径Mvは、約9.1μmであることが確認できた。
[Evaluation of positive electrode active material]
As a result of measuring the particle size distribution of the obtained positive electrode active material and measuring the average particle size D50 by the same method as in the case of the precursor particles, the volume average particle size Mv of the positive electrode active material was about 9. It was confirmed that it was 1 μm.

また、正極活物質の断面をSEM観察した。正極活物質の断面のSEM観察を行うに当たって、複数の正極活物質粒子の二次粒子を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工により該粒子の断面観察が可能な状態としてから、SEMにより観察を行った。その結果、二次粒子内部の中心部まで均一な細孔を有した構造となっていることが確認できた。 Moreover, the cross section of the positive electrode active material was observed by SEM. In observing the cross section of the positive electrode active material by SEM, the secondary particles of a plurality of positive electrode active material particles were embedded in the resin, and the cross section of the particles could be observed by cross-section polisher processing, and then the observation was performed by SEM. .. As a result, it was confirmed that the structure had uniform pores up to the center inside the secondary particles.

また、これらの断面SEM像の粒子を100個以上観察し、画像解析ソフト(アメリカ国立衛生研究所の開発ソフト、ImageJ)を用いて二次粒子の空隙率を算出した。任意に選択した100個の二次粒子について上記画像解析ソフトを用いて各々の空隙率を算出したところ、中心部まで細孔を持つ粒子(多孔質粒子)の個数割合は、100%であった。なお、多孔質粒子は、二次粒子の空隙率が3体積%を超えている粒子を意味する。多孔質ではない二次粒子は、空隙率が3体積%以下の緻密な粒子である。多孔質粒子の平均空隙率は、24体積%であった。多孔質粒子のうち、多孔質粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下の多孔質粒子の個数割合は、100%であった。 In addition, 100 or more particles of these cross-sectional SEM images were observed, and the void ratio of the secondary particles was calculated using image analysis software (ImageJ, software developed by the National Institutes of Health). When the porosity of each of the 100 arbitrarily selected secondary particles was calculated using the above image analysis software, the number ratio of the particles having pores up to the center (porous particles) was 100%. .. The porous particles mean particles in which the porosity of the secondary particles exceeds 3% by volume. The non-porous secondary particles are dense particles having a porosity of 3% by volume or less. The average porosity of the porous particles was 24% by volume. Among the porous particles, the number ratio of the porous particles having a porosity inside the porous particles of 10% by volume or more and 30% by volume or less was 100%.

表2には、多孔質粒子の空隙率として、上述の任意に選択した粒子のうち、多孔質粒子の平均空隙率を示す。また、多孔質粒子の個数割合として、観察した粒子に占める多孔質粒子の割合を示す。さらに、多孔質粒子のうち、多孔質粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である多孔質粒子の個数割合も示す。以下の比較例1に関しても同様である。 Table 2 shows the average porosity of the porous particles among the above-mentioned arbitrarily selected particles as the porosity of the porous particles. In addition, as the number ratio of the porous particles, the ratio of the porous particles to the observed particles is shown. Further, among the porous particles, the number ratio of the porous particles in which the porosity inside the porous particles is 10% by volume or more and 30% by volume or less is also shown. The same applies to the following Comparative Example 1.

さらに、タップ密度の測定を行ったところ、約1.7g/cmであることが確認できた。 Furthermore, when the tap density was measured, it was confirmed that the tap density was about 1.7 g / cm 3 .

タップ密度は、得られた正極活物質を20mlメスシリンダーに充填後、該メスシリンダーについて、高さ2cmからの自由落下を500回繰り返す方法で密に充填させてから測定を行った。 The tap density was measured after filling a 20 ml graduated cylinder with the obtained positive electrode active material and then tightly filling the graduated cylinder with a method of repeating free fall from a height of 2 cm 500 times.

また、得られた正極活物質について、流動方式ガス吸着法比表面積測定装置(ユアサアイオニクス社製、マルチソーブ)により比表面積を求めたところ、約1.2m/gであることが確認できた。 Further, when the specific surface area of the obtained positive electrode active material was determined by a flow method gas adsorption method specific surface area measuring device (manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd., Multisorb), it was confirmed that the specific surface area was about 1.2 m 2 / g. ..

3.非水系電解質二次電池の製造、評価
[非水系電解質二次電池の製造]
得られた正極活物質を用いて、非水系電解質二次電池として、2032型コイン型電池およびラミネート型電池を作製した。
3. 3. Manufacture and evaluation of non-aqueous electrolyte secondary batteries [Manufacturing of non-aqueous electrolyte secondary batteries]
Using the obtained positive electrode active material, a 2032 type coin type battery and a laminated type battery were produced as a non-aqueous electrolyte secondary battery.

図3を用いて、作製したコイン型電池の構成について説明する。図3は、コイン型電池の断面構成図を模式的に示している。図3に示すように、このコイン型電池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。 The configuration of the manufactured coin-type battery will be described with reference to FIG. FIG. 3 schematically shows a cross-sectional configuration diagram of a coin-type battery. As shown in FIG. 3, 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111と、この正極缶111の開口部に配置される負極缶112とを有する。ケース11は、負極缶112を正極缶111の開口部に配置すると、負極缶112と正極缶111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 111 that is hollow and has one end open, and a negative electrode can 112 that is arranged at the opening of the positive electrode can 111. The case 11 is configured so that when the negative electrode can 112 is arranged in the opening of the positive electrode can 111, a space for accommodating the electrode 12 is formed between the negative electrode can 112 and the positive electrode can 111.

電極12は、正極121、セパレータ122および負極123からなり、この順で並ぶように積層されており、正極121が正極缶111の内面に接触し、負極123が負極缶112の内面に接触するようにケース11に収容されている。 The electrode 12 is composed of a positive electrode 121, a separator 122, and a negative electrode 123, and is laminated so as to be arranged in this order so that the positive electrode 121 contacts the inner surface of the positive electrode can 111 and the negative electrode 123 contacts the inner surface of the negative electrode can 112. It is housed in the case 11.

なお、ケース11は、ガスケット113を備えており、このガスケット113によって、正極缶111と負極缶112との間が電気的に絶縁状態を維持するように固定されている。また、ガスケット113は、正極缶111と負極缶112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 113, and the gasket 113 is fixed between the positive electrode can 111 and the negative electrode can 112 so as to maintain an electrically insulating state. Further, the gasket 113 also has a function of sealing the gap between the positive electrode can 111 and the negative electrode can 112 to airtightly block the inside and the outside of the case 11.

このコイン型電池10を、以下のようにして作製した。得られた正極活物質20.0gと、アセチレンブラック2.35gと、ポリフッ化ビニリデン1.18gをN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に分散させたスラリーをAl箔上に1cmあたり正極活物質が5.0mg存在するように塗布した後、120℃で30分間、大気中で乾燥し、NMPを除去した。正極活物質が塗布されたAl箔を幅66mmの短冊状に切り取り、荷重1.2tでロールプレスし正極121を作製した。正極121を直径13mmの円形に打ち抜き、真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。 The coin-type battery 10 was manufactured as follows. A slurry obtained by dispersing 20.0 g of the obtained positive electrode active material, 2.35 g of acetylene black, and 1.18 g of polyvinylidene fluoride in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was placed on an Al foil with positive electrode activity per 1 cm 2 . After applying so that 5.0 mg of the substance was present, it was dried in the air at 120 ° C. for 30 minutes to remove NMP. The Al foil coated with the positive electrode active material was cut into strips having a width of 66 mm and rolled and pressed with a load of 1.2 tons to prepare a positive electrode 121. The positive electrode 121 was punched into a circle having a diameter of 13 mm and dried in a vacuum dryer at 120 ° C. for 12 hours.

次に、正極121を用いて、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。この際、負極123には、直径14mmの円盤状に打ち抜かれたリチウム箔を用いた。 Next, using the positive electrode 121, the coin-type battery 10 was manufactured in a glove box having an Ar atmosphere in which the dew point was controlled to −80 ° C. At this time, as the negative electrode 123, a lithium foil punched into a disk shape having a diameter of 14 mm was used.

図4を用いて、作製したラミネート型電池の構成について説明する。図4は、ラミネート型電池の構成を模式的に示す図である。図4に示すように、ラミネート型電池100は、正極110、負極120、セパレータ130、およびラミネートフィルム140を有する。 The configuration of the manufactured laminated battery will be described with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of a laminated battery. As shown in FIG. 4, the laminated battery 100 has a positive electrode 110, a negative electrode 120, a separator 130, and a laminated film 140.

ラミネート型電池100は、以下のようにして作製した。コインセルと同様の方法で正極110を作製し、50mm×30mmの長方形に切り抜き、真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。次に、正極110を用いて、ラミネート型電池100を露点-80℃に管理されたドライルームで作製した。この際、負極120には、平均粒径20μm程度の黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンとの混合物である負極合材ペーストが銅箔に塗布された負極シートを用いた。また、セパレータ130には、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を、電解液には、1MのLiClO4を支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。ラミネートフィルム140としては、公知のものを用いることができる。 The laminated battery 100 was manufactured as follows. A positive electrode 110 was prepared in the same manner as in a coin cell, cut out into a rectangle having a size of 50 mm × 30 mm, and dried in a vacuum dryer at 120 ° C. for 12 hours. Next, using the positive electrode 110, the laminated battery 100 was produced in a dry room controlled to have a dew point of −80 ° C. At this time, as the negative electrode 120, a negative electrode sheet in which a negative electrode mixture paste, which is a mixture of graphite powder having an average particle diameter of about 20 μm and polyvinylidene fluoride, was applied to a copper foil was used. The separator 130 is a polyethylene porous membrane having a thickness of 25 μm, and the electrolytic solution is an equal amount mixed solution of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) using 1M LiClO 4 as a supporting electrolyte (Tomiyama Pure Chemical Industries, Ltd.). Made by Co., Ltd.) was used. As the laminated film 140, a known one can be used.

[電池特性の評価]
得られた正極活物質を用いて作製したリチウムイオン二次電池の電池特性は、図3に示すコイン型電池10を用いて、リチウムイオン二次電池の初期放電容量と、高放電レート条件での高放電レート特性を評価し、図4に示すラミネートセル型電池100を用いてリチウムイオン二次電池のサイクル特性を評価した。
[Evaluation of battery characteristics]
The battery characteristics of the lithium ion secondary battery manufactured using the obtained positive electrode active material are the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery and the high discharge rate conditions using the coin-type battery 10 shown in FIG. The high discharge rate characteristics were evaluated, and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery were evaluated using the laminated cell type battery 100 shown in FIG.

(初期放電容量)
図3に示すコイン型電池10を用いて、得られたコイン型電池10の初期放電容量を測定し、リチウムイオン二次電池の性能を評価した。初期放電容量は、以下のように定義した。
(Initial discharge capacity)
Using the coin-type battery 10 shown in FIG. 3, the initial discharge capacity of the obtained coin-type battery 10 was measured, and the performance of the lithium ion secondary battery was evaluated. The initial discharge capacity was defined as follows.

初期放電容量は、作製したコイン型電池10を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0.05C(270mA/gを1Cとする)として、カットオフ電圧5.0Vまで充電した。1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで0.05Cで放電した。このときの放電容量を、初期放電容量とした。上記正極活物質を用いて形成された正極を有するコイン型電池について、電池評価を行ったところ、初期放電容量は、約139mAh/gであった。 The initial discharge capacity is such that the manufactured coin-type battery 10 is left for about 24 hours, the open circuit voltage OCV (open circuit voltage) stabilizes, and then the current density with respect to the positive electrode is 0.05 C (270 mA / g is 1 C). , The cutoff voltage was charged to 5.0V. After 1 hour of rest, the battery was discharged at 0.05 C to a cutoff voltage of 3.0 V. The discharge capacity at this time was defined as the initial discharge capacity. When a battery evaluation was performed on a coin-type battery having a positive electrode formed by using the positive electrode active material, the initial discharge capacity was about 139 mAh / g.

(高放電レート特性)
次に、図3に示すコイン型電池10を用いて、コイン型電池10の高放電レート特性として高放電レートの放電容量を測定し、リチウムイオン二次電池の性能を評価した。高放電レート特性を評価するため、まず、電流密度を0.01Cとして、上記と同じ条件で充放電し、放電容量を測定した。その後、電流密度を0.2C、0.5C、および1.0Cとして、それぞれ、上記と同じ条件で充放電を3回繰り返し、放電容量を3回測定した。その後、電流密度を2.0Cとして、上記と同じ条件で充放電を3回繰り返し、放電容量を3回測定した。この平均値を、高放電レートの放電容量とした。その値は、約123mAh/gであった。
(High discharge rate characteristics)
Next, using the coin-type battery 10 shown in FIG. 3, the discharge capacity of the high discharge rate was measured as the high discharge rate characteristic of the coin-type battery 10, and the performance of the lithium ion secondary battery was evaluated. In order to evaluate the high discharge rate characteristics, first, the current density was set to 0.01 C, and the battery was charged and discharged under the same conditions as above, and the discharge capacity was measured. After that, the current densities were set to 0.2C, 0.5C, and 1.0C, and charging and discharging were repeated 3 times under the same conditions as above, and the discharge capacity was measured 3 times. After that, the current density was set to 2.0 C, charging and discharging were repeated 3 times under the same conditions as above, and the discharge capacity was measured 3 times. This average value was taken as the discharge capacity of a high discharge rate. The value was about 123 mAh / g.

(サイクル特性)
図4に示す、ラミネート型電池100を用いて、ラミネート型電池100のサイクル特性としてサイクル容量維持率を測定し、リチウムイオン二次電池の性能を評価した。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、黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンとの混合物が銅箔に塗布されたシートを用いて作製した負極を用いたラミネート型電池をまず、25℃に保持された恒温槽内で、電流密度0.33mA/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。次に、60℃に保持された恒温槽内で、電流密度2.7mA/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。
(Cycle characteristics)
Using the laminated battery 100 shown in FIG. 4, the cycle capacity retention rate was measured as the cycle characteristic of the laminated battery 100, and the performance of the lithium ion secondary battery was evaluated. The cycle characteristics were evaluated by measuring the capacity retention rate after 200 cycles of charging and discharging. Specifically, a laminated battery using a negative electrode produced by using a sheet in which a mixture of graphite powder and polyvinylidene fluoride is coated on a copper foil is first placed in a constant temperature bath kept at 25 ° C. for a current density. Conditioning was performed by repeating a cycle of charging to a cutoff voltage of 4.3 V at 0.33 mA / cm 2 and discharging to a cutoff voltage of 3.0 V after a one-hour rest. Next, in a constant temperature bath maintained at 60 ° C., the current density is 2.7 mA / cm 2 , the cutoff voltage is charged to 4.3 V, and after a one-hour pause, the cycle is discharged to a cutoff voltage of 3.0 V. Was repeated 200 cycles and evaluated by measuring the discharge capacity of each cycle.

そして、実施例1のラミネート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の200サイクル目で得られた放電容量を除した値(コンディショニング後の200サイクル目で得られた放電容量/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)であるサイクル容量維持率は60%であった。 Then, the value obtained by dividing the discharge capacity obtained in the first cycle after conditioning of the laminated battery of Example 1 by the discharge capacity obtained in the 200th cycle after conditioning (obtained in the 200th cycle after conditioning). The cycle capacity retention rate, which is the discharge capacity / the discharge capacity obtained in the first cycle after conditioning), was 60%.

本実施例により得られた前駆体の特性を表1に、正極活物質の特性を表2に、およびこの正極活物質を用いて製造したコイン型電池の各評価を表3に、それぞれ示す。また、以下の比較例1についても、同様の内容について同表に示す。 The characteristics of the precursor obtained in this example are shown in Table 1, the characteristics of the positive electrode active material are shown in Table 2, and the evaluations of the coin-type batteries manufactured using the positive electrode active material are shown in Table 3, respectively. Further, the same contents of the following Comparative Example 1 are also shown in the same table.

[実施例2]
実施例1における、核生成工程の(2)金属成分含有混合水溶液の調製において、硫酸チタンを加えて、各金属の元素モル比が、Ni:Mn:Ti=0.25:0.725:0.025となるように調整したこと以外は、実施例1と同様にして、前駆体、正極活物質、二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1~表3に示す。
[Example 2]
In the preparation of the (2) metal component-containing mixed aqueous solution in the nuclear production step in Example 1, titanium sulfate was added and the elemental molar ratio of each metal was Ni: Mn: Ti = 0.25: 0.725: 0. A precursor, a positive electrode active material, and a secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature was adjusted to .025. The results are shown in Tables 1 to 3.

[比較例1]
実施例1において、前駆体の製造時の反応槽内への吹込みガスを窒素ガスに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、前駆体、正極活物質、二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1~表3に示す。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the precursor, the positive electrode active material, and the secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the gas blown into the reaction vessel at the time of producing the precursor was changed to nitrogen gas. , Evaluated. The results are shown in Tables 1 to 3.

得られた正極活物質について、実施例1と同様にして、正極活物質の断面のSEM観察を行い、画像解析ソフトにより二次粒子の空隙率を算出した。任意に選択した100個の二次粒子のうち、多孔質粒子の個数割合は、約45%であった。多孔質粒子の平均空隙率は、7%であった。多孔質粒子のうち、多孔質粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下の多孔質粒子の個数割合は、0%であった。 With respect to the obtained positive electrode active material, SEM observation of a cross section of the positive electrode active material was carried out in the same manner as in Example 1, and the porosity of the secondary particles was calculated by image analysis software. Of the 100 arbitrarily selected secondary particles, the number ratio of the porous particles was about 45%. The average porosity of the porous particles was 7%. Among the porous particles, the number ratio of the porous particles having a porosity inside the porous particles of 10% by volume or more and 30% by volume or less was 0%.

Figure 2022095968000001
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Figure 2022095968000002
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Figure 2022095968000003
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表1の結果から、実施例1の前駆体の粒子は、いずれも目的組成になっていることを確認できた。さらに、表2の結果から、該前駆体から得られた正極活物質は、多孔質粒子の空隙率は10%以上となっており、多孔質粒子の個数の割合も100%となることが確認された。表3の結果から、係る正極活物質を用いて製造した電池は、初期放電容量、および高放電レート条件での放電容量が十分に高くできることが確認できた。 From the results in Table 1, it was confirmed that all the particles of the precursor of Example 1 had the target composition. Furthermore, from the results in Table 2, it was confirmed that the positive electrode active material obtained from the precursor had a porosity of 10% or more and a ratio of the number of porous particles of 100%. Was done. From the results in Table 3, it was confirmed that the battery manufactured using the positive electrode active material can have a sufficiently high initial discharge capacity and a discharge capacity under high discharge rate conditions.

表1の結果から、実施例2の前駆体は、いずれも目的組成になっていることを確認できた。さらに、表2の結果から、該前駆体から得られた正極活物質は、多孔質粒子の空隙率は10%以上となっており、多孔質粒子の個数の割合も100%となることが確認された。表3の結果から、係る正極活物質を用いて製造した電池は、実施例1よりも高いサイクル特性を得られることが確認できた。 From the results in Table 1, it was confirmed that all the precursors of Example 2 had the target composition. Furthermore, from the results in Table 2, it was confirmed that the positive electrode active material obtained from the precursor had a porosity of 10% or more and a ratio of the number of porous particles of 100%. Was done. From the results in Table 3, it was confirmed that the battery manufactured using the positive electrode active material can obtain higher cycle characteristics than in Example 1.

これに対して、表1の結果から、比較例1においては、前駆体について、H/Meが1.6未満となっており、目的組成の前駆体が得られていないことが確認できた。このため、表2の結果から、該前駆体を用いて正極活物質を製造した場合、多孔質粒子はほとんど得られず、多孔質粒子の空隙率も小さくなることが確認できた。そして、表3の結果から、係る正極活物質を用いて製造した二次電池の、初期放電容量、および高放電レート条件での放電容量は、いずれも実施例1および2の場合と比較して劣ることを確認できた。 On the other hand, from the results in Table 1, it was confirmed that in Comparative Example 1, the H / Me was less than 1.6 for the precursor, and the precursor having the target composition was not obtained. Therefore, from the results in Table 2, it was confirmed that when the positive electrode active material was produced using the precursor, almost no porous particles were obtained, and the porosity of the porous particles was also small. Then, from the results of Table 3, the initial discharge capacity of the secondary battery manufactured by using the positive electrode active material and the discharge capacity under high discharge rate conditions are both as compared with the cases of Examples 1 and 2. I was able to confirm that it was inferior.

10 コイン型電池
11 ケース
12 電極
111 正極缶
112 負極缶
113 ガスケット
121 正極(評価用電極)
122 セパレータ
123 負極(リチウム金属)
100 ラミネート型電池
110 正極
120 負極
130 セパレータ
140 ラミネートフィルム
10 Coin-type battery 11 Case 12 Electrode 111 Positive electrode can 112 Negative electrode can 113 Gasket 121 Positive electrode (evaluation electrode)
122 Separator 123 Negative electrode (lithium metal)
100 Laminated battery 110 Positive electrode 120 Negative electrode 130 Separator 140 Laminate film

Claims (4)

リチウム金属複合酸化物を含む非水系電解質二次電池用正極活物質であって、
前記リチウム金属複合酸化物は、物質量比にしてLi:Ni:Mn:M=α:x:y:t(0.48≦α≦0.65、x+y+t=1であり、0.2≦x≦0.3、0.7≦y≦0.8、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)であり、
かつスピネル型結晶構造を有し、
複数の一次粒子が凝集した、多孔質の二次粒子を含み、
前記多孔質の二次粒子のうち、前記多孔質の二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である二次粒子の個数割合が、前記多孔質の二次粒子総数の80%以上である非水系電解質二次電池用正極活物質。
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium metal composite oxide.
The lithium metal composite oxide has Li: Ni: Mn: M = α: x: y: t (0.48 ≦ α ≦ 0.65, x + y + t = 1 and 0.2 ≦ x in terms of material amount ratio. ≤0.3, 0.7≤y≤0.8, 0≤t≤0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Zr, Nb, One or more additive elements selected from Mo and W).
And has a spinel-type crystal structure,
Containing porous secondary particles in which multiple primary particles are aggregated,
Among the porous secondary particles, the number ratio of the secondary particles having a porosity inside the porous secondary particles of 10% by volume or more and 30% by volume or less is the total number of the porous secondary particles. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a content of 80% or more.
Mが、Tiである、請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein M is Ti. 比表面積が、0.5m/g以上である、請求項1又は2に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the specific surface area is 0.5 m 2 / g or more. タップ密度が、1.5g/cm以上である、請求項1乃至3の一項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 to 3, wherein the tap density is 1.5 g / cm 3 or more.
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