JP2023085143A - Lithium metal composite oxide, positive electrode active material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery - Google Patents

Lithium metal composite oxide, positive electrode active material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery Download PDF

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Abstract

To provide a lithium metal composite oxide, a positive electrode active material for lithium secondary batteries, and a positive electrode for lithium secondary batteries, which can increase the initial charge-discharge efficiency of lithium secondary batteries.SOLUTION: A lithium metal composite oxide having a layered structure contains at least Ni, Li and an element X. The element X is one or more elements selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Fe, Cu, Ti, Mg, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, V, B, Si, S and P. The lithium metal composite oxide satisfies (1) and (2) as follows: L/M≤0.03 (1) and A/B≤2.0 (2).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウム金属複合酸化物、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a lithium metal composite oxide, a positive electrode active material for lithium secondary batteries, a positive electrode for lithium secondary batteries, and a lithium secondary battery.

リチウム二次電池を構成する正極には、リチウム二次電池用正極活物質が用いられる。リチウム二次電池用正極活物質は、リチウム金属複合酸化物を含む。 A positive electrode active material for a lithium secondary battery is used for a positive electrode that constitutes a lithium secondary battery. A positive electrode active material for a lithium secondary battery contains a lithium metal composite oxide.

リチウム二次電池の電池特性の一つに初回充放電効率がある。初回充放電効率が高い場合、充電で挿入したLiイオンを十分に放電に使用できるため、エネルギー密度が高い電池となる。初回充放電効率を低下させる原因としては、Liイオンが放電時に使用されない、つまりLiイオンの移動が阻害されていることが挙げられる。 One of the battery characteristics of lithium secondary batteries is initial charge/discharge efficiency. When the initial charge/discharge efficiency is high, Li ions inserted during charging can be sufficiently used for discharging, resulting in a battery with high energy density. One of the reasons for lowering the initial charge/discharge efficiency is that Li ions are not used during discharge, that is, the movement of Li ions is inhibited.

例えば特許文献1には、異物や未反応物が残留せず、適切な組成を有する正極活物質が記載されている。具体的には、特許文献1は、正極活物質内のLi原子周辺の電子環境に着目し、Li NMR測定によって得られたNMRスペクトルに一重線ピークが現れる正極活物質を開示している。このような正極活物質は、Liイオンの移動が阻害されにくいため、リチウム二次電池の性能が低下しにくいことが開示されている。 For example, Patent Literature 1 describes a positive electrode active material that does not leave foreign substances or unreacted substances and has an appropriate composition. Specifically, Patent Document 1 focuses on the electronic environment around Li atoms in the positive electrode active material and discloses a positive electrode active material in which a singlet peak appears in the NMR spectrum obtained by 7 Li NMR measurement. It is disclosed that such a positive electrode active material is less likely to inhibit the movement of Li ions, so that the performance of the lithium secondary battery is less likely to deteriorate.

JP-A-2016-42462JP-A-2016-42462

リチウム二次電池の応用分野が進む中、エネルギー密度が高いリチウム二次電池の提供が求められる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、リチウム二次電池の初回充放電効率を高くできるリチウム金属複合酸化物、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極を提供することを目的とする。さらにこれらを用いたリチウム二次電池を提供することを目的とする。
As the application fields of lithium secondary batteries advance, there is a demand for provision of lithium secondary batteries with high energy density.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a lithium metal composite oxide, a positive electrode active material for lithium secondary batteries, and a positive electrode for lithium secondary batteries that can increase the initial charge and discharge efficiency of lithium secondary batteries. intended to A further object is to provide a lithium secondary battery using these.

本発明の一態様は[1]~[9]を包含する。
[1]層状構造を有するリチウム金属複合酸化物であって、少なくともNi、Li及び元素Xを含有し、前記元素Xは、Co、Mn、Al、Fe、Cu、Ti、Mg、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、V、B、Si、S及びPからなる群より選択される1種以上の元素であり、下記(1)及び(2)を満たす、リチウム金属複合酸化物。
0.0070≦L/M≦0.03 ・・・(1)
A/B≦2.5 ・・・(2)
(Lは、核磁気共鳴測定により得られる前記リチウム金属複合酸化物のLiの固体核磁気共鳴スペクトルにおける、-50ppm以上50ppm以下の範囲に現れるピークのうち、最大強度のピークを有するシグナルから算出されるLiの存在割合(質量%)と、ICP発光分光法により測定される前記リチウム金属複合酸化物のLi量(mol)との積から求まるLiの存在量(mol)であり、Mは、ICP発光分光法により測定される前記リチウム金属複合酸化物のLi以外の金属元素の総量(mol)である。
Aは、前記リチウム金属複合酸化物の全量に対する、中和滴定法により算出されたLiOHとLiCOのいずれか一方又は両方の量から求まるLiの含有割合(質量%)であり、Bは、前記リチウム金属複合酸化物の全量に対する、核磁気共鳴測定により得られる前記リチウム金属複合酸化物のLiの固体核磁気共鳴スペクトルにおける、-50ppm以上50ppm以下の範囲に現れるピークのうち、最大強度のピークを有するシグナルから算出されるLiの存在割合(質量%)である。)
[2]前記Bは0.2質量%以下である、[1]に記載のリチウム金属複合酸化物。
[3]前記Aは0.4質量%以下である、[1]又は[2]に記載のリチウム金属複合酸化物。
[4]下記組成式(I)を満たす、[1]~[3]のいずれか1つに記載のリチウム金属複合酸化物。
Li[Lia(Ni(1-y-w)AlX11-a]O ・・・(I)
(式(I)中、X1はMn、Co、Fe、Cu、Ti、Mg、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、V、B、Si、S及びPからなる群より選択される1種以上の元素であり、-0.1≦a≦0.2、0≦y≦0.5、0<w≦0.5、0<y+w≦0.7を満たす。)
[5]BET比表面積が0.2m/g以上を満たす、[1]~[4]のいずれか1つに記載のリチウム金属複合酸化物。
[6]粒度分布測定から求まる50%累積体積粒径(D50)が1μm以上である、[1]~[5]のいずれか1つに記載のリチウム金属複合酸化物。
[7][1]~[6]のいずれか1つに記載のリチウム金属複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極活物質。
[8][7]に記載のリチウム二次電池用正極活物質を含むリチウム二次電池用正極。
[9][8]に記載のリチウム二次電池用正極を含むリチウム二次電池。
One aspect of the present invention includes [1] to [9].
[1] A lithium metal composite oxide having a layered structure, containing at least Ni, Li and an element X, wherein the element X is Co, Mn, Al, Fe, Cu, Ti, Mg, W, Mo, A lithium metal composite oxide which is at least one element selected from the group consisting of Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, V, B, Si, S and P and satisfies the following (1) and (2) .
0.0070≦L/M≦0.03 (1)
A/B≦2.5 (2)
(L is calculated from the signal having the maximum intensity among the peaks appearing in the range of -50 ppm to 50 ppm in the solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li of the lithium metal composite oxide obtained by nuclear magnetic resonance measurement. is the abundance (mol) of Li determined from the product of the abundance (% by mass) of Li and the amount (mol) of Li in the lithium metal composite oxide measured by ICP emission spectroscopy, and M is It is the total amount (mol) of metal elements other than Li in the lithium metal composite oxide measured by ICP emission spectroscopy.
A is the Li content ratio (% by mass) determined from the amount of one or both of LiOH and Li 2 CO 3 calculated by the neutralization titration method with respect to the total amount of the lithium metal composite oxide, and B is , with respect to the total amount of the lithium metal composite oxide, in the solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li of the lithium metal composite oxide obtained by nuclear magnetic resonance measurement, among the peaks appearing in the range of -50 ppm to 50 ppm, the maximum intensity is the abundance ratio (% by mass) of Li calculated from the signal having the peak of )
[2] The lithium metal composite oxide according to [1], wherein B is 0.2% by mass or less.
[3] The lithium metal composite oxide according to [1] or [2], wherein A is 0.4% by mass or less.
[4] The lithium metal composite oxide according to any one of [1] to [3], which satisfies the following compositional formula (I).
Li[Li a (Ni (1-yw) Al w X1 y ) 1-a ]O 2 (I)
(In formula (I), X1 is selected from the group consisting of Mn, Co, Fe, Cu, Ti, Mg, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, V, B, Si, S and P and satisfies -0.1 ≤ a ≤ 0.2, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0 < w ≤ 0.5, 0 < y + w ≤ 0.7.)
[5] The lithium metal composite oxide according to any one of [1] to [4], which has a BET specific surface area of 0.2 m 2 /g or more.
[6] The lithium metal composite oxide according to any one of [1] to [5], which has a 50% cumulative volume particle size (D 50 ) of 1 μm or more determined by particle size distribution measurement.
[7] A positive electrode active material for lithium secondary batteries, comprising the lithium metal composite oxide according to any one of [1] to [6].
[8] A positive electrode for a lithium secondary battery containing the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to [7].
[9] A lithium secondary battery comprising the positive electrode for a lithium secondary battery according to [8].

本発明によれば、リチウム二次電池の初回充放電効率を高くできるリチウム金属複合酸化物、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極を提供することができる。さらにこれらを用いたリチウム二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a lithium metal composite oxide, a positive electrode active material for a lithium secondary battery, and a positive electrode for a lithium secondary battery that can increase the initial charge/discharge efficiency of a lithium secondary battery. Furthermore, a lithium secondary battery using these can be provided.

リチウム二次電池の一例を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an example of a lithium secondary battery; FIG. 全固体リチウム二次電池の一例を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an example of an all-solid lithium secondary battery; FIG. 実施例2のLiの固体核磁気共鳴スペクトルである。2 is a solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li of Example 2. FIG.

<リチウム金属複合酸化物>
本実施形態は、層状構造を有するリチウム金属複合酸化物である。
リチウム金属複合酸化物(lithium metal composite oxide)を以下「LiMO」と称する。
LiMOは、少なくともNi、Li及び元素Xを含有する。元素Xは、Co、Mn、Al、Fe、Cu、Ti、Mg、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、V、B、Si、S及びPからなる群より選択される1種以上の元素である。
「Ni」とは、ニッケル金属ではなく、ニッケル原子を指す。「Co」及び「Li」等も同様に、それぞれコバルト原子及びリチウム原子等を指す。
<Lithium metal composite oxide>
This embodiment is a lithium metal composite oxide having a layered structure.
Lithium metal composite oxide is hereinafter referred to as "LiMO".
LiMO contains at least Ni, Li and the element X. Element X is one selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Fe, Cu, Ti, Mg, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, V, B, Si, S and P These are the above elements.
"Ni" refers to nickel atoms rather than nickel metal. “Co” and “Li” and the like similarly refer to cobalt atoms and lithium atoms and the like, respectively.

LiMOに含まれるLiは、下記の(α)~(γ)の3種がある。
(α)リチウム二次電池の作動時に、充電と放電に有効に寄与できるLi。
(β)リチウム二次電池の作動時に、充電と放電に寄与できないが、Liイオンの移動を阻害しないLi。
(γ)リチウム二次電池の作動時に、充電と放電に寄与できず、Liイオンの移動を阻害するLi。
Li contained in LiMO has the following three types (α) to (γ).
(α) Li that can effectively contribute to charging and discharging during operation of the lithium secondary battery.
(β) Li that cannot contribute to charging and discharging during operation of the lithium secondary battery but does not hinder the movement of Li ions.
(γ) Li that cannot contribute to charging and discharging during the operation of the lithium secondary battery and hinders the movement of Li ions.

(α)が多く、(β)及び(γ)が少ないほど、効率的に充放電が可能な優れた電池となる。
本発明者らは、初回充放電効率を低下させる原因は上記(β)及び(γ)のLiであると考え、上記(β)及び(γ)のLiを低減させることを想起した。本発明は、周囲の金属からLiが受ける磁気的な環境に着目し、これらのLiの量を規定するという思想に係る。
The more (α) and the less (β) and (γ), the better the battery that can be efficiently charged and discharged.
The present inventors considered that the Li (β) and (γ) are the cause of the decrease in the initial charge/discharge efficiency, and conceived of reducing the Li (β) and (γ). The present invention focuses on the magnetic environment that Li receives from surrounding metals, and relates to the idea of stipulating the amount of Li.

LiMOは、下記(1)及び(2)を満たす。
0.0070≦L/M≦0.03 ・・・(1)
A/B≦2.5 ・・・(2)
LiMO satisfies the following (1) and (2).
0.0070≦L/M≦0.03 (1)
A/B≦2.5 (2)

[核磁気共鳴測定]
L及びBは、LiMOを核磁気共鳴測定することにより得られる。
本実施形態において、核磁気共鳴測定は、Liの固体核磁気共鳴測定である。Liの固体核磁気共鳴測定を、以降において「Li-NMR」と記載する。
[Nuclear magnetic resonance measurement]
L and B are obtained by nuclear magnetic resonance measurement of LiMO.
In this embodiment, the nuclear magnetic resonance measurements are solid-state nuclear magnetic resonance measurements of 7 Li. Solid-state nuclear magnetic resonance measurements of 7 Li are hereinafter referred to as “ 7 Li-NMR”.

Li-NMRにより得られるLiの固体核磁気共鳴スペクトルを図3に示す。図3は実施例2のLiの固体核磁気共鳴スペクトルである。Liの固体核磁気共鳴スペクトルには、-50ppm以上50ppm以下に現れるシャープなLiピークと、400ppm以上、1000ppm以下の範囲に質量中心がある、ややブロードなLiピークが観察される。
このとき、-50ppm以上50ppm以下の範囲に現れるシャープなLiピークは、常磁性金属から磁気的な影響を受けていないLiピークである。
A solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li obtained by 7 Li-NMR is shown in FIG. 3 is a solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li of Example 2. FIG. In the solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li, a sharp Li peak appearing at −50 ppm to 50 ppm and a rather broad Li peak having a mass center in the range from 400 ppm to 1000 ppm are observed.
At this time, the sharp Li peak appearing in the range of −50 ppm to 50 ppm is the Li peak that is not magnetically affected by the paramagnetic metal.

0ppm付近のシャープなLiピークを構成するLiは、常磁性金属から磁気的影響を受けていないLiであり、Liと元素Xとが反応した酸化物や、原料として用いたリチウム化合物の残留物に起因する。つまり、-50ppm以上50ppm以下の範囲に現れるシャープなLiピークを解析することで、上記(β)及び(γ)のLi量を特定することができる。Liと元素Xとが反応した化合物をLi-X酸化物と記載する。 Li, which constitutes a sharp Li peak near 0 ppm, is Li that is not magnetically affected by a paramagnetic metal, and oxides reacted with Li and element X, and residues of lithium compounds used as raw materials. to cause. That is, by analyzing sharp Li peaks appearing in the range of −50 ppm to 50 ppm, the amounts of Li in (β) and (γ) can be specified. A compound obtained by reacting Li with element X is referred to as Li—X oxide.

Li-X酸化物は、原料の金属複合化合物と、リチウム化合物との混合物を焼成する際に、高温で焼成することにより生じうる。ここでいう「高温」とは、例えば780℃以上である。また、過剰なリチウム化合物を含む混合物を焼成することによっても生じうる。 A Li—X oxide can be produced by firing at a high temperature when firing a mixture of a metal composite compound as a raw material and a lithium compound. The “high temperature” referred to here is, for example, 780° C. or higher. It can also be caused by firing a mixture containing excess lithium compounds.

詳細には、Li-X酸化物は、高温焼成下又は過剰なリチウム化合物の存在下において、Liと元素Xとが合金化し、LiMOの結晶構造とは相分離することにより生じうる。Li-X酸化物は、結晶構造に帰属しない酸化物として、LiMOの表面に偏在し得る。また、LiMOが一次粒子の凝集体である二次粒子を含んでいる場合、二次粒子を構成する一次粒子同士の間に偏在し得る。この場合、偏在したLi-X酸化物はLiイオンの移動は阻害しないものの、Li-X酸化物に含まれるLiはLiMOに比べ充電と放電に寄与しにくく、電池性能の低下を招く可能性がある。 Specifically, the Li—X oxide can be produced by alloying Li and the element X under high-temperature firing or in the presence of an excess lithium compound and phase-separating from the crystal structure of LiMO. The Li—X oxide can be unevenly distributed on the surface of LiMO as an oxide that does not belong to the crystal structure. Also, when LiMO contains secondary particles that are aggregates of primary particles, it may be unevenly distributed between the primary particles that make up the secondary particles. In this case, the unevenly distributed Li-X oxide does not hinder the movement of Li ions, but the Li contained in the Li-X oxide does not contribute much to charging and discharging compared to LiMO, which may lead to deterioration of battery performance. be.

また、Li-X酸化物が形成された分、Li及び元素Xが消費される。このため、製造されるLiMOの組成が仕込み比からずれてしまい、目的とする組成のLiMOが得られにくくなる。 Also, Li and the element X are consumed by the amount of the Li—X oxide formed. As a result, the composition of LiMO to be produced deviates from the charge ratio, making it difficult to obtain LiMO with the desired composition.

Li-X酸化物は、例えばLi-Al酸化物、Li-Zr酸化物、Li-B酸化物である。 Li--X oxides are, for example, Li--Al oxides, Li--Zr oxides and Li--B oxides.

Li-NMRの測定条件]
Li-NMRの測定条件は具体的には、以下の通りである。
Li-NMRを実施する際には、LiMOの粉末を外径4mmの測定用試料管に詰めて装置に挿入する。測定装置としてBruker社製AVANCE300(Li-NMRの共鳴周波数は116.6MHzである)を用い、室温環境下(実測24℃)において、マジックアングルスピニングの回転数を50kHz、として、ハーンスピンエコー法によりNMRを測定する。
[ 7 Li-NMR measurement conditions]
Specifically, the measurement conditions of 7 Li-NMR are as follows.
When performing 7 Li-NMR, LiMO powder is packed in a measurement sample tube having an outer diameter of 4 mm and inserted into the apparatus. Using Bruker's AVANCE300 (the resonant frequency of 7 Li-NMR is 116.6 MHz) as a measurement device, under room temperature (actual measurement 24° C.), the rotation speed of magic angle spinning at 50 kHz, Hahn spin echo method. NMR is measured by

シフト基準として1mol/L塩化リチウム水溶液を用い、外部標準として別途測定したシフト位置を0ppmとする。測定に際しては、測定の間の繰り返し待ち時間を0.5秒、積算回数を2048回に設定して測定する。 A 1 mol/L lithium chloride aqueous solution is used as a shift reference, and the shift position separately measured as an external standard is set to 0 ppm. In the measurement, the repetition waiting time between measurements is set to 0.5 seconds, and the number of times of integration is set to 2048 times.

上記の方法により、LiMOのLiの固体核磁気共鳴スペクトルが得られる。得られたスペクトルにおいて波形分析を行い、-50ppm以上50ppm以下の範囲に現れるピークのうち、最大強度のピークを決定する。決定したピークのシグナル積分値と、得られたスペクトルから400ppm以上、1000ppm以下の範囲に質量中心がある、ややブロードなLiピークを波形分離した結果得られるピークのシグナル積分値とから、シグナル積分比を算出する。得られるシグナル積分比をLw(質量%)とする。Lw(質量%)は、LiMO中の全Liのうち、常磁性金属から磁気的影響を受けていないLiの存在割合である。
シグナル積分比は、(決定したピークのシグナル積分値)/(決定したピークのシグナル積分値+波形分離によって得られたピークのシグナル積分値)である。
The above method yields a solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li of LiMO. Waveform analysis is performed on the obtained spectrum to determine the peak with the maximum intensity among the peaks appearing in the range of -50 ppm to 50 ppm. The signal integral value of the determined peak, and the center of mass in the range of 400 ppm or more and 1000 ppm or less from the obtained spectrum, from the signal integral value of the peak obtained as a result of waveform separation of the slightly broad Li peak, the signal integral ratio Calculate Let the obtained signal integration ratio be Lw (% by mass). Lw (% by mass) is the ratio of Li not magnetically affected by the paramagnetic metal to the total Li in LiMO.
The signal integration ratio is (determined peak signal integration value)/(determined peak signal integration value+peak signal integration value obtained by waveform separation).

具体的な算出方法は、得られた固体Li-NMRスペクトルについて、400ppm以上、1000ppm以下の範囲に質量中心がある、ややブロードなLiピークを波形解析ソフトDmfit(フランス国立科学研究センター提供)を用いた波形分離により、3つのピークに分離する。3つのピークとは、Li近傍の6配位サイトをすべて常磁性金属元素が占有しているものに帰属するピーク、6配位サイトの内5か所に常磁性金属元素が、残りの1か所に反磁性金属元素が配位しているものに帰属するピーク、6配位サイトの内4か所に常磁性金属元素が、残りの2か所に反磁性金属元素が配位しているものに帰属するピークである。なお、スペクトル上には多数のスピニングサイドバンドが検出され、フィッティング結果が収束しないため、束縛条件としてシグナル幅をLi塩12ppm、その他の成分130ppmに最適化した上で波形分離を行う。 For the specific calculation method, the obtained solid 7 Li-NMR spectrum has a mass center in the range of 400 ppm or more and 1000 ppm or less. The waveform separation used separates into three peaks. The three peaks are peaks attributed to paramagnetic metal elements occupying all the 6 coordination sites near Li, 5 of the 6 coordination sites are paramagnetic metal elements, and the remaining 1 or Paramagnetic metal element is coordinated at 4 of the 6 coordination sites, and diamagnetic metal element is coordinated at the remaining 2 sites. It is a peak attributed to a thing. Since many spinning side bands are detected on the spectrum and the fitting results do not converge, waveform separation is performed after optimizing the signal width to 12 ppm for Li salts and 130 ppm for other components as constraint conditions.

シグナル積分値は該当ピークのピークスタートからピークエンドまでのピーク曲線と、ベースラインとで囲まれる範囲のピーク面積から算出する。
本明細書においてピークスタートとは、ピーク分離後の該当ピークの立ち上がり点であり、ピークスタートは、該当ピークとベースラインとの接点を意味する。
本明細書においてピークエンドとは、ピーク分離後の該当ピークが終了する点である。ピークエンドは、該当ピークとベースラインとの接点を意味する。
本明細書においてベースラインとは、LiMOのLiの固体核磁気共鳴スペクトルにおいて、当該ピークを含む範囲の、明らかにピークではないピーク前後のデータを用い、ピーク部を多項式補間した線を意味する。
ピーク面積は、ソフトを用いて自動で算出する。
The signal integral value is calculated from the peak area in the range surrounded by the peak curve from the peak start to the peak end of the peak and the baseline.
In this specification, the peak start is the rising point of the corresponding peak after peak separation, and the peak start means the point of contact between the corresponding peak and the baseline.
In this specification, the peak end is the point where the corresponding peak after peak separation ends. Peak end means the point of contact between the corresponding peak and the baseline.
In the present specification, the baseline means a line obtained by polynomial interpolation of the peak portion using data before and after the peak, which is clearly not the peak, in the solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of LiMO 7 Li. .
Peak areas are automatically calculated using software.

[ICP発光分光法による測定]
本実施形態において、「ICP発光分光法」を「ICP」と記載する。
ICPによれば、LiMOに存在する金属元素の総量を測定することができる。
[Measurement by ICP emission spectroscopy]
In this embodiment, "ICP emission spectroscopy" is described as "ICP".
ICP can measure the total amount of metal elements present in LiMO.

ICPによるLiMOの分析は、LiMOの粉末を塩酸に溶解させた後、ICP発光分光分析装置を用いて行う。 Analysis of LiMO by ICP is carried out by using an ICP emission spectrometer after dissolving LiMO powder in hydrochloric acid.

ICP発光分光分析装置としては、例えばエスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、SPS3000が使用できる。 As the ICP emission spectrometer, for example, SPS3000 manufactured by SII Nanotechnology Co., Ltd. can be used.

(Lの算出)
ICPによる測定結果から、LiMOに含まれるLi元素の総量(mol)に、上記で求めたLw(質量%)を乗じてL(mol)を求める。Lは、LiMOに含まれる、常磁性金属から磁気的影響を受けていないLiの存在量を意味する。
(Calculation of L)
L (mol) is obtained by multiplying the total amount (mol) of Li elements contained in LiMO by the Lw (mass %) obtained above from the result of measurement by ICP. L means the amount of Li contained in LiMO that is not magnetically affected by the paramagnetic metal.

(Mの算出)
ICPによる測定結果から、LiMOに含まれるLi以外の金属元素の総量(mol)であるMを求める。
(Calculation of M)
M, which is the total amount (mol) of metal elements other than Li contained in LiMO, is determined from the results of the ICP measurement.

上記の方法により得られたLとMは、下記(1)を満たす。
0.0070≦L/M≦0.03 ・・・(1)
L and M obtained by the above method satisfy the following (1).
0.0070≦L/M≦0.03 (1)

(1)は、下記(1)-1~(1)-5のいずれかであることが好ましい。
0.0070≦L/M≦0.025 ・・・(1)-1
0.0070≦L/M≦0.020 ・・・(1)-2
0.0070≦L/M≦0.018 ・・・(1)-3
0.0070≦L/M≦0.016 ・・・(1)-4
0.0100≦L/M≦0.016 ・・・(1)-5
(1) is preferably any one of the following (1)-1 to (1)-5.
0.0070≦L/M≦0.025 (1)-1
0.0070≦L/M≦0.020 (1)-2
0.0070≦L/M≦0.018 (1)-3
0.0070≦L/M≦0.016 (1)-4
0.0100≦L/M≦0.016 (1)-5

(Aの算出)
中和滴定法により、Aを算出する。
ここで、Aは、LiMOの全量に対する、中和滴定法により算出されたLiOHとLiCOのいずれか一方又は両方の量から求まるLiの含有割合(質量%)である。
(Calculation of A)
A is calculated by the neutralization titration method.
Here, A is the Li content ratio (% by mass) determined from the amount of one or both of LiOH and Li 2 CO 3 calculated by the neutralization titration method with respect to the total amount of LiMO.

LiOHとLiCOのいずれか一方又は両方は、LiMOを製造する際に、未反応のまま残留したリチウム化合物である。以降、LiOHとLiCOのいずれか一方又は両方を残留Li成分と記載する。残留Li成分はリチウム二次電池が作動する際の抵抗となり、充電及び放電にも寄与しない。 Either one or both of LiOH and Li 2 CO 3 are lithium compounds that remain unreacted when LiMO is produced. Hereinafter, either one or both of LiOH and Li 2 CO 3 will be referred to as the residual Li component. The residual Li component becomes resistance when the lithium secondary battery operates, and does not contribute to charging and discharging.

つまり、Aを算出することにより、上記(γ)の量を特定できる。 That is, by calculating A, the amount of (γ) can be specified.

[中和滴定法]
20gのLiMO粉末と純水100gを100mlビーカーに入れ、5分間撹拌する。撹拌後、LiMO粉末を濾過し、残った濾液の60gに0.1mol/L塩酸を滴下し、pHメーターにて濾液のpHを測定する。
pH=8.3±0.1時の塩酸の滴定量をSml、pH=4.5±0.1時の塩酸の滴定量をTmlとして、下記の計算式より、LiMO粉末中に残存する炭酸リチウム及び水酸化リチウム濃度を算出する。
[Neutralization titration method]
20 g of LiMO powder and 100 g of pure water are placed in a 100 ml beaker and stirred for 5 minutes. After stirring, the LiMO powder is filtered, 0.1 mol/L hydrochloric acid is added dropwise to 60 g of the remaining filtrate, and the pH of the filtrate is measured with a pH meter.
The titration amount of hydrochloric acid at pH = 8.3 ± 0.1 is Sml, and the titration amount of hydrochloric acid at pH = 4.5 ± 0.1 is Tml. Calculate lithium and lithium hydroxide concentrations.

下記の式中、炭酸リチウム及び水酸化リチウムの分子量は、各原子量を、H;1.000、Li;6.941、C;12.000、O;16.000、として算出する。 In the formulas below, the molecular weights of lithium carbonate and lithium hydroxide are calculated by assuming that each atomic weight is H: 1.000, Li: 6.941, C: 12.000, and O: 16.000.

炭酸リチウム濃度(質量%)=
{0.1×(T-S)/1000}×{73.882/(20×60/100)}×100
水酸化リチウム濃度(質量%)=
{0.1×(2T-S)/1000}×{23.941/(20×60/100)}×100
Lithium carbonate concentration (% by mass) =
{0.1 x (TS)/1000} x {73.882/(20 x 60/100)} x 100
Lithium hydroxide concentration (% by mass) =
{0.1×(2T−S)/1000}×{23.941/(20×60/100)}×100

(Bの算出)
上記LiMOのLiの固体核磁気共鳴スペクトルの-50ppm以上、50ppm以下に現れるピークから、LiMOに含まれるLiのうち常磁性金属から磁気的影響を受けていないLiの存在割合(質量%)であるLwを算出する。
(Calculation of B)
From the peaks appearing at -50 ppm or more and 50 ppm or less of the solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li of LiMO, the abundance ratio (% by mass) of Li that is not magnetically affected by the paramagnetic metal among Li contained in LiMO Calculate a certain Lw.

上記ICPによる測定結果から、LiMOに含まれるLiの存在割合(質量%)であるLxを求める。 Lx, which is the abundance ratio (% by mass) of Li contained in LiMO, is determined from the results of the ICP measurement.

上記LwとLxとの積をBとする。Bは、LiMOの全量に対する、核磁気共鳴測定により得られるLiMOのLiの固体核磁気共鳴スペクトルにおける、-50ppm以上50ppm以下の範囲に現れるピークのうち、最大強度のピークを有するシグナルから算出されるLiの存在割合(質量%)である。 Let B be the product of Lw and Lx. B is calculated from the signal having the maximum intensity among the peaks appearing in the range of −50 ppm or more and 50 ppm or less in the solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li of LiMO obtained by nuclear magnetic resonance measurement for the total amount of LiMO. is the abundance ratio (% by mass) of Li.

上記の方法により得られたAとBは、下記(2)を満たす。
A/B≦2.5 ・・・(2)
A and B obtained by the above method satisfy the following (2).
A/B≦2.5 (2)

(2)は、下記(2)-1~(2)-10のいずれかであることが好ましい。
A/B≦2.1 ・・・(2)-1
A/B≦2.0 ・・・(2)-2
A/B≦1.9 ・・・(2)-3
A/B≦1.5 ・・・(2)-4
A/B≦1.0 ・・・(2)-5
0.1≦A/B≦2.1 ・・・(2)-6
0.2≦A/B≦2.0 ・・・(2)-7
0.3≦A/B≦1.9 ・・・(2)-8
0.3≦A/B≦1.5 ・・・(2)-9
0.3≦A/B≦1.0 ・・・(2)-10
(2) is preferably any one of the following (2)-1 to (2)-10.
A/B≤2.1 (2)-1
A/B≤2.0 (2)-2
A/B≤1.9 (2)-3
A/B≤1.5 (2)-4
A/B≤1.0 (2)-5
0.1≦A/B≦2.1 (2)-6
0.2≦A/B≦2.0 (2)-7
0.3≦A/B≦1.9 (2)-8
0.3≦A/B≦1.5 (2)-9
0.3≦A/B≦1.0 (2)-10

(1)及び(2)を満たすLiMOは、上記(β)及び(γ)に記載するLiの存在総量が少なく、さらに(γ)に記載するLiの割合が少ないことを意味する。
この場合には、上述したLi-X酸化物と残留Li成分が少なく、充電と放電に寄与できるLiが十分に存在し、かつ目的とする組成のLiMOが得られやすい。また、残留Li成分が少なく、リチウム二次電池の作動時の抵抗が小さいため、初回充放電効率が向上しやすい。
LiMO that satisfies (1) and (2) means that the total amount of Li described in (β) and (γ) above is small, and the ratio of Li described in (γ) is small.
In this case, the aforementioned Li—X oxides and residual Li components are small, Li that can contribute to charge and discharge is present sufficiently, and LiMO with the desired composition is easily obtained. In addition, since the residual Li component is small and the resistance during operation of the lithium secondary battery is small, the initial charge/discharge efficiency is likely to be improved.

Bは、下記(3)-1~(3)-8のいずれかを満たすことが好ましい。
B≦0.2質量% ・・・(3)-1
B≦0.18質量% ・・・(3)-2
B≦0.15質量% ・・・(3)-3
B≦0.1質量% ・・・(3)-4
0質量%<B≦0.2質量% ・・・(3)-5
0質量%≦B≦0.18質量% ・・・(3)-6
0質量%≦B≦0.15質量% ・・・(3)-7
0質量%≦B≦0.1質量% ・・・(3)-8
B preferably satisfies any one of the following (3)-1 to (3)-8.
B≦0.2% by mass (3)-1
B≦0.18% by mass (3)-2
B≦0.15% by mass (3)-3
B≦0.1% by mass (3)-4
0% by mass < B ≤ 0.2% by mass (3)-5
0 mass% ≤ B ≤ 0.18 mass% (3)-6
0 mass% ≤ B ≤ 0.15 mass% (3)-7
0% by mass ≤ B ≤ 0.1% by mass (3)-8

Bが上記範囲を満たすLiMOは、上記(β)の存在量がより少なく、充電と放電に寄与できるLiが十分に存在することを意味する。 LiMO in which B satisfies the above range means that the abundance of (β) is smaller and that Li that can contribute to charge and discharge is present sufficiently.

Aは、下記(4)-1~(4)-8のいずれかを満たすことが好ましい。
A≦0.4質量% ・・・(4)-1
A≦0.2質量% ・・・(4)-2
A≦0.12質量% ・・・(4)-3
A≦0.08質量% ・・・(4)-4
0質量%≦A≦0.4質量% ・・・(4)-5
0質量%≦A≦0.4質量% ・・・(4)-6
0質量%≦A≦0.12質量% ・・・(4)-7
0質量%≦A≦0.08質量% ・・・(4)-8
A preferably satisfies any one of the following (4)-1 to (4)-8.
A ≤ 0.4% by mass (4)-1
A ≤ 0.2% by mass (4)-2
A ≤ 0.12% by mass (4)-3
A ≤ 0.08% by mass (4)-4
0% by mass ≤ A ≤ 0.4% by mass (4)-5
0% by mass ≤ A ≤ 0.4% by mass (4)-6
0% by mass ≤ A ≤ 0.12% by mass (4)-7
0% by mass ≤ A ≤ 0.08% by mass (4)-8

Aが上記範囲を満たすLiMOは、上記(γ)がより少なく、リチウム二次電池の作動時の抵抗が小さいため、初回充放電効率が向上しやすい。 LiMO in which A satisfies the above range has a smaller amount of (γ), and the resistance during operation of the lithium secondary battery is small, so the initial charge/discharge efficiency is likely to be improved.

(組成式)
LiMOは、下記式(I)を満たすことが好ましい。
Li[Lia(Ni(1-y-w)AlX11-a]O ・・・(I)
(式(I)中、X1はMn、Co、Fe、Cu、Ti、Mg、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、V、B、Si、S及びPからなる群より選択される1種以上の元素であり、-0.1≦a≦0.2、0≦y≦0.5、0<w≦0.5、0<y+w≦0.7を満たす。)
(compositional formula)
LiMO preferably satisfies the following formula (I).
Li[Li a (Ni (1-yw) Al w X1 y ) 1-a ]O 2 (I)
(In formula (I), X1 is selected from the group consisting of Mn, Co, Fe, Cu, Ti, Mg, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, V, B, Si, S and P and satisfies -0.1 ≤ a ≤ 0.2, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0 < w ≤ 0.5, 0 < y + w ≤ 0.7.)

組成式(I)において、aはサイクル特性を向上させる観点から、0.001以上が好ましく、0.0015以上であることがより好ましく、0.002以上が特に好ましい。また、初回効率が高いリチウム二次電池を得る観点から、aは0.1以下が好ましく、0.08以下がより好ましく、0.06以下が特に好ましい。 In composition formula (I), a is preferably 0.001 or more, more preferably 0.0015 or more, and particularly preferably 0.002 or more, from the viewpoint of improving cycle characteristics. From the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with high initial efficiency, a is preferably 0.1 or less, more preferably 0.08 or less, and particularly preferably 0.06 or less.

aの上記上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。
aは、0.001≦a≦0.1を満たすことが好ましく、0.002≦a≦0.06を満たすことがより好ましい。
The above upper limit and lower limit of a can be combined arbitrarily.
a preferably satisfies 0.001≦a≦0.1, and more preferably satisfies 0.002≦a≦0.06.

組成式(I)において、充放電容量が高いリチウム二次電池を得る観点から、0.01<y+w<0.6を満たすことが好ましく、0.01<y+w≦0.5を満たすことがより好ましく、0<y+w≦0.25を満たすことがさらに好ましく、0.01<y+w≦0.2を満たすことが特に好ましい。 In the composition formula (I), from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with high charge-discharge capacity, it is preferable to satisfy 0.01 < y + w < 0.6, and more preferably 0.01 < y + w ≤ 0.5. It is more preferable to satisfy 0<y+w≦0.25, and it is particularly preferable to satisfy 0.01<y+w≦0.2.

組成式(I)において、yは電池の内部抵抗が低いリチウム二次電池を得る観点から、0.05以上がより好ましく、0.08以上が特に好ましい。また、熱的安定性が高いリチウム二次電池を得る観点から、0.4以下が好ましく、0.3以下が特に好ましい。
yの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。組み合わせの例としては、yは、0.05≦y≦0.4、0.08≦y≦0.3が挙げられる。
In composition formula (I), y is more preferably 0.05 or more, particularly preferably 0.08 or more, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with low battery internal resistance. From the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with high thermal stability, it is preferably 0.4 or less, particularly preferably 0.3 or less.
The upper limit and lower limit of y can be combined arbitrarily. Examples of combinations of y include 0.05≦y≦0.4 and 0.08≦y≦0.3.

組成式(I)において、wはサイクル特性を向上させる観点から0.05以上がより好ましく、0.08以上が特に好ましい。また、0.099以下が好ましく、0.09以下がより好ましく、0.095以下が特に好ましい。
wの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
wは0.05≦w≦0.099を満たすことが好ましい。
In composition formula (I), w is more preferably 0.05 or more, particularly preferably 0.08 or more, from the viewpoint of improving cycle characteristics. Moreover, it is preferably 0.099 or less, more preferably 0.09 or less, and particularly preferably 0.095 or less.
The upper limit and lower limit of w can be combined arbitrarily.
w preferably satisfies 0.05≦w≦0.099.

a、y及びwの組み合わせとしては、0.002≦a≦0.06かつ0.08≦y≦0.3かつ0.05≦w≦0.099を満たすことが好ましい。 The combination of a, y and w preferably satisfies 0.002≤a≤0.06, 0.08≤y≤0.3 and 0.05≤w≤0.099.

LiMOの組成分析は、上記[ICP発光分光法による測定]に記載の方法により実施できる。 The composition analysis of LiMO can be performed by the method described in [Measurement by ICP emission spectroscopy] above.

(層状構造)
LiMOの結晶構造は、層状構造であり、六方晶型の結晶構造又は単斜晶型の結晶構造であることがより好ましい。
(Layered structure)
The crystal structure of LiMO is a layered structure, and more preferably a hexagonal crystal structure or a monoclinic crystal structure.

六方晶型の結晶構造は、P3、P31、P32、R3、P-3、R-3、P312、P321、P3112、P3121、P3212、P3221、R32、P3m1、P31m、P3c1、P31c、R3m、R3c、P-31m、P-31c、P-3m1、P-3c1、R-3m、R-3c、P6、P61、P65、P62、P64、P63、P-6、P6/m、P63/m、P622、P6122、P6522、P6222、P6422、P6322、P6mm、P6cc、P63cm、P63mc、P-6m2、P-6c2、P-62m、P-62c、P6/mmm、P6/mcc、P63/mcm及びP63/mmcからなる群から選ばれるいずれか一つの空間群に帰属される。 The hexagonal crystal structure is: P-31m, P-31c, P-3m1, P-3c1, R-3m, R-3c, P6, P61, P65, P62, P64, P63, P-6, P6/m, P63/m, P622, From P6122, P6522, P6222, P6422, P6322, P6mm, P6cc, P63cm, P63mc, P-6m2, P-6c2, P-62m, P-62c, P6/mmm, P6/mcc, P63/mcm and P63/mmc belong to any one space group selected from the group consisting of

また、単斜晶型の結晶構造は、P2、P21、C2、Pm、Pc、Cm、Cc、P2/m、P21/m、C2/m、P2/c、P21/c及びC2/cからなる群から選ばれるいずれか一つの空間群に帰属される。 The monoclinic crystal structure consists of P2, P21, C2, Pm, Pc, Cm, Cc, P2/m, P21/m, C2/m, P2/c, P21/c and C2/c. It belongs to any one space group selected from the group.

これらのうち、初回放電容量が高いリチウム二次電池を得るため、結晶構造は、空間群R-3mに帰属される六方晶型の結晶構造、又はC2/mに帰属される単斜晶型の結晶構造であることが特に好ましい。 Among these, in order to obtain a lithium secondary battery with a high initial discharge capacity, the crystal structure is a hexagonal crystal structure assigned to the space group R-3m, or a monoclinic crystal structure assigned to C2/m. A crystalline structure is particularly preferred.

LiMOの結晶構造は、CuKαを線源とし、かつ回折角2θの測定範囲を10°以上90°以下とするLiMOの粉末X線回折測定を行うことで算出できる。具体的には、粉末X線回折測定装置(例えば、株式会社リガク製UltimaIV)を用いて観察することにより確認できる。 The crystal structure of LiMO can be calculated by powder X-ray diffraction measurement of LiMO using CuKα as a radiation source and measuring the diffraction angle 2θ within a range of 10° to 90°. Specifically, it can be confirmed by observation using a powder X-ray diffraction measurement device (for example, Ultima IV manufactured by Rigaku Corporation).

(BET比表面積)
LiMOは、BET比表面積が0.2m/g以上を満たすことが好ましい。またLiMOは、BET比表面積が3.0m/g以下を満たすことが好ましい。LiMOは、BET比表面積が0.2m/g以上3.0m/g以下を満たすことが好ましく、0.25m/g以上2.5m/g以下を満たすことがより好ましく、0.30m/g以上2.2m/g以下を満たすことが特に好ましい。
(BET specific surface area)
LiMO preferably has a BET specific surface area of 0.2 m 2 /g or more. LiMO preferably has a BET specific surface area of 3.0 m 2 /g or less. LiMO preferably has a BET specific surface area of 0.2 m 2 /g or more and 3.0 m 2 /g or less, more preferably 0.25 m 2 /g or more and 2.5 m 2 /g or less. It is particularly preferable to satisfy 30 m 2 /g or more and 2.2 m 2 /g or less.

BET比表面積が上記の下限値以上であるLiMOを用いると、リチウム二次電池の出力特性を高めやすい。
BET比表面積が上記の上限値以下であるLiMOを用いると、LiMOと電解液との接触面積が増大しにくく、電解液の分解に起因するガスが発生しにくい。
The use of LiMO having a BET specific surface area equal to or higher than the above lower limit facilitates enhancing the output characteristics of the lithium secondary battery.
When LiMO having a BET specific surface area equal to or less than the above upper limit is used, the contact area between the LiMO and the electrolytic solution is less likely to increase, and gas due to the decomposition of the electrolytic solution is less likely to be generated.

[BET比表面積の測定]
測定対象物のBET比表面積は、BET比表面積測定装置により測定できる。BET比表面積測定装置としては、例えば、マウンテック社製Macsorb(登録商標)を用いることができる。粉末状の測定対象物を測定する場合、前処理として窒素雰囲気中、105℃で30分間乾燥させることが好ましい。測定対象物はLiMOである。
[Measurement of BET specific surface area]
The BET specific surface area of the object to be measured can be measured by a BET specific surface area measuring device. As the BET specific surface area measuring device, for example, Macsorb (registered trademark) manufactured by Mountech Co., Ltd. can be used. When a powdery measurement object is measured, it is preferable to dry it at 105° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere as a pretreatment. The object to be measured is LiMO.

(粒子径)
LiMOは、粒度分布測定から求まる50%累積体積粒径(D50)が1μm以上を満たすことが好ましい。またLiMOは、D50が15μm以下を満たすことが好ましい。LiMOは、D50が1μm以上15μm以下を満たすことが好ましく、2μm以上14μm以下を満たすことがより好ましく、3μm以上14μm以下を満たすことがさらに好ましい。
(Particle size)
LiMO preferably satisfies a 50% cumulative volume particle size (D 50 ) of 1 μm or more determined by particle size distribution measurement. LiMO preferably satisfies D50 of 15 μm or less. LiMO preferably satisfies D50 of 1 μm or more and 15 μm or less, more preferably 2 μm or more and 14 μm or less, and still more preferably 3 μm or more and 14 μm or less.

[粒子径の測定]
「累積体積粒度」は、レーザー回折散乱法によって測定される。具体的には、LiMOの粉末0.1gを、0.2質量%ヘキサメタりん酸ナトリウム水溶液50mlに投入し、前記粉末を分散させた分散液を得る。次に、得られた分散液についてレーザー回折散乱粒度分布測定装置(例えば、株式会社堀場製作所製、LA950)を用いて、粒度分布を測定し、体積基準の累積粒度分布曲線を得る。
得られた累積粒度分布曲線において、微小粒子側から50%累積時の粒子径の値が50%累積体積粒度D50(μm)である。
[Measurement of particle size]
"Cumulative volume particle size" is measured by a laser diffraction scattering method. Specifically, 0.1 g of LiMO powder is added to 50 ml of a 0.2% by mass sodium hexametaphosphate aqueous solution to obtain a dispersion in which the powder is dispersed. Next, the particle size distribution of the resulting dispersion is measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (eg, LA950, manufactured by Horiba, Ltd.) to obtain a volume-based cumulative particle size distribution curve.
In the obtained cumulative particle size distribution curve, the value of the particle size at the time of 50% accumulation from the microparticle side is the 50% cumulative volume particle size D50 (μm).

本明細書において、リチウム二次電池の電池性能の測定は下記の方法により測定する。 In this specification, the battery performance of lithium secondary batteries is measured by the following method.

<電池性能の測定>
(リチウム二次電池用正極の作製)
本実施形態の製造方法により製造されるLiMOをCAMとして用いる。CAMと導電材とバインダーとを、CAM:導電材:バインダー=92:5:3(質量比)の組成となる割合で加えて混練し、ペースト状の正極合剤を調製する。正極合剤の調製時には、N-メチル-2-ピロリドンを有機溶媒として用いる。導電材にはアセチレンブラックを用いる。バインダーには、ポリフッ化ビニリデンを用いる。
<Measurement of battery performance>
(Preparation of positive electrode for lithium secondary battery)
LiMO manufactured by the manufacturing method of this embodiment is used as a CAM. CAM, a conductive material, and a binder are added at a composition ratio of CAM:conductive material:binder=92:5:3 (mass ratio) and kneaded to prepare a pasty positive electrode mixture. N-methyl-2-pyrrolidone is used as an organic solvent when preparing the positive electrode mixture. Acetylene black is used as the conductive material. Polyvinylidene fluoride is used as the binder.

得られた正極合剤を、集電体となる厚さ40μmのAl箔に塗布して150℃で8時間真空乾燥を行い、リチウム二次電池用正極を得る。このリチウム二次電池用正極の正極面積は1.65cmとする。 The obtained positive electrode mixture is applied to an Al foil having a thickness of 40 μm as a current collector and vacuum-dried at 150° C. for 8 hours to obtain a positive electrode for a lithium secondary battery. The positive electrode area of this positive electrode for lithium secondary battery is 1.65 cm 2 .

(リチウム二次電池の作製)
以下の操作を、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で行う。
(リチウム二次電池用正極の作製)で作製されるリチウム二次電池用正極を、コイン型電池R2032用のパーツ(宝泉株式会社製)の下蓋にアルミ箔面を下に向けて置き、その上にセパレータ(ポリエチレン製多孔質フィルム)を置く。ここに電解液を300μl注入する。電解液は、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートの30:35:35(体積比)混合液に、LiPF6を1.0mol/lとなる割合で溶解したものを用いる。
(Production of lithium secondary battery)
The following operations are performed in an argon atmosphere glove box.
Place the lithium secondary battery positive electrode prepared in (Preparation of positive electrode for lithium secondary battery) on the lower cover of coin battery R2032 parts (manufactured by Hosen Co., Ltd.) with the aluminum foil side facing down, A separator (polyethylene porous film) is placed thereon. 300 μl of electrolytic solution is injected here. The electrolytic solution used was obtained by dissolving LiPF 6 at a ratio of 1.0 mol/l in a mixed solution of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate at a volume ratio of 30:35:35.

次に、負極として金属リチウムを用いて、負極を積層フィルムセパレータの上側に置き、ガスケットを介して上蓋をし、かしめ機でかしめてリチウム二次電池(コイン型ハーフセルR2032)を作製する。 Next, using metallic lithium as the negative electrode, the negative electrode is placed on the upper side of the laminated film separator, the upper lid is placed via a gasket, and the lid is crimped with a crimping machine to produce a lithium secondary battery (coin type half cell R2032).

上記の方法で作製されるリチウム二次電池を用いて、以下の方法で初回放電容量及び初回充電容量を測定し、初回充放電効率を算出する。 Using the lithium secondary battery produced by the above method, the initial discharge capacity and the initial charge capacity are measured by the following method, and the initial charge/discharge efficiency is calculated.

(初回充放電効率)
リチウム二次電池を室温で12時間静置することでセパレータ及び正極合剤層に充分電解液を含浸させる。
試験温度25℃において、充電及び放電ともに電流設定値0.2CAとし、それぞれ定電流定電圧充電と定電流放電を行う。負極を金属Liとし、充電最大電圧は、4.3V、放電最小電圧は2.8Vとする。放電容量を測定し、得られた値を「初回放電容量」(mAh/g)とする。充電容量を測定し、得られた値を「初回充電容量」(mAh/g)とする。
得られた充電容量と、放電容量とから、下記の計算式に基づいて初回充放電効率を求める。
初回充放電効率(%)=初回放電容量(mAh/g)/初回充電容量(mAh/g)×100
(Initial charge/discharge efficiency)
By allowing the lithium secondary battery to stand at room temperature for 12 hours, the separator and the positive electrode mixture layer are sufficiently impregnated with the electrolytic solution.
At a test temperature of 25° C., constant current and constant voltage charging and constant current discharging are performed with a current set value of 0.2 CA for both charging and discharging. The negative electrode is metal Li, the maximum charge voltage is 4.3V, and the minimum discharge voltage is 2.8V. The discharge capacity is measured, and the obtained value is defined as "initial discharge capacity" (mAh/g). The charge capacity is measured, and the obtained value is defined as "initial charge capacity" (mAh/g).
From the obtained charge capacity and discharge capacity, the initial charge/discharge efficiency is obtained based on the following formula.
Initial charge/discharge efficiency (%) = initial discharge capacity (mAh/g)/initial charge capacity (mAh/g) x 100

上記の方法により求めた初回充放電効率が82%以上であると、「初回充放電効率が高い」と評価する。 When the initial charge/discharge efficiency obtained by the above method is 82% or more, it is evaluated as "high initial charge/discharge efficiency".

<リチウム金属複合酸化物の製造方法>
LiMOの製造方法は、金属複合酸化物の製造工程と、金属複合酸化物及びリチウム化合物とを混合し混合物を得る工程と、LiMOを得る工程と、を順に実施する方法である。
<Method for Producing Lithium Metal Composite Oxide>
A method for producing LiMO is a method in which a step of producing a metal composite oxide, a step of mixing a metal composite oxide and a lithium compound to obtain a mixture, and a step of obtaining LiMO are carried out in this order.

[金属複合酸化物の製造工程]
まず、Niと、元素Xを含む金属複合酸化物を調製する。
金属複合酸化物は、通常公知のバッチ共沈殿法又は連続共沈殿法により製造することが可能である。以下、金属として、Ni、Co及びAlを含む金属複合酸化物を例に、その製造方法を詳述する。
[Manufacturing process of metal composite oxide]
First, a metal composite oxide containing Ni and the element X is prepared.
A metal composite oxide can be produced by a generally known batch coprecipitation method or continuous coprecipitation method. The method for producing the metal composite oxide containing Ni, Co and Al as metals will be described in detail below.

まず共沈殿法、特にJP-A-2002-201028に記載された連続法により、ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、アルミニウム塩溶液、及び錯化剤を反応させ、Ni(1-a-b)CoAl(OH)(式中、a+b=1)で表される金属複合水酸化物を製造する。 First, a nickel salt solution, a cobalt salt solution, an aluminum salt solution, and a complexing agent are reacted by a coprecipitation method, particularly a continuous method described in JP-A-2002-201028, to form Ni (1-ab) Co A metal composite hydroxide represented by a Al b (OH) 2 (wherein a+b=1) is produced.

上記ニッケル塩溶液の溶質であるニッケル塩としては、特に限定されないが、例えば硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル及び酢酸ニッケルのうちの何れか1種又は2種以上を使用することができる。 The nickel salt that is the solute of the nickel salt solution is not particularly limited, but for example, one or more of nickel sulfate, nickel nitrate, nickel chloride and nickel acetate can be used.

上記コバルト塩溶液の溶質であるコバルト塩としては、例えば硫酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルト、及び酢酸コバルトのうちの何れか1種又は2種以上を使用することができる。 As the cobalt salt that is the solute of the cobalt salt solution, for example, one or more of cobalt sulfate, cobalt nitrate, cobalt chloride, and cobalt acetate can be used.

上記アルミニウム塩溶液の溶質であるアルミニウム塩としては、例えば硫酸アルミニウムやアルミン酸ソーダ等が使用できる。 As the aluminum salt that is the solute of the aluminum salt solution, for example, aluminum sulfate, sodium aluminate, or the like can be used.

以上の金属塩は、上記Ni(1-a-b)CoAl(OH)の組成比に対応する割合で用いられる。また、溶媒として水が使用される。 The above metal salts are used in proportions corresponding to the composition ratio of Ni (1-ab) Co a Al b (OH) 2 . Also, water is used as a solvent.

錯化剤は、水溶液中で、Ni、Co、及びAlのイオンと錯体を形成可能な化合物である。例えば、アンモニウムイオン供給体、ヒドラジン、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ウラシル二酢酸、及びグリシンが挙げられる。 Complexing agents are compounds capable of forming complexes with Ni, Co, and Al ions in aqueous solution. Examples include ammonium ion donors, hydrazine, ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid, uracildiacetic acid, and glycine.

アンモニウムイオン供給体としては、水酸化アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、弗化アンモニウム等のアンモニウム塩が挙げられる。 Ammonium ion donors include ammonium salts such as ammonium hydroxide, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate and ammonium fluoride.

錯化剤は含まれていなくてもよく、錯化剤が含まれる場合、ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、アルミニウム塩溶液及び錯化剤を含む混合液に含まれる錯化剤の量は、例えば金属塩のmol数の合計に対するmol比が0より大きく2.0以下である。 The complexing agent may not be contained, and when the complexing agent is contained, the amount of the complexing agent contained in the mixed solution containing the nickel salt solution, the cobalt salt solution, the aluminum salt solution and the complexing agent is, for example, The mol ratio to the total number of mols of the metal salt is greater than 0 and 2.0 or less.

共沈殿法に際しては、ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、アルミニウム塩溶液及び錯化剤を含む混合液のpH値を調整するため、混合液のpHがアルカリ性から中性になる前に、混合液にアルカリ性水溶液を添加する。アルカリ性水溶液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが使用できる。 In the coprecipitation method, in order to adjust the pH value of the mixed solution containing the nickel salt solution, the cobalt salt solution, the aluminum salt solution and the complexing agent, before the pH of the mixed solution changes from alkaline to neutral, Add an alkaline aqueous solution. Sodium hydroxide and potassium hydroxide can be used as the alkaline aqueous solution.

なお、本明細書におけるpHの値は、混合液の温度が40℃の時に測定された値であると定義する。混合液のpHは、反応槽からサンプリングした混合液の温度が、40℃になったときに測定する。 In addition, the value of pH in this specification is defined as the value measured when the temperature of the liquid mixture is 40 degreeC. The pH of the mixed solution is measured when the temperature of the mixed solution sampled from the reaction tank reaches 40°C.

サンプリングした混合液の温度が40℃よりも低い場合には、混合液を加熱して40℃になったときにpHを測定する。 If the temperature of the sampled mixture is lower than 40°C, the mixture is heated to 40°C and the pH is measured.

サンプリングした混合液の温度が40℃よりも高い場合には、混合液を冷却して40℃になったときにpHを測定する。 If the temperature of the sampled mixture is higher than 40°C, the pH is measured when the mixture is cooled to 40°C.

上記ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、及びアルミニウム塩溶液のほか、錯化剤を反応槽に連続して供給すると、Ni、Co、及びAlが反応し、Ni(1-a-b)CoAl(OH)が生成する。 When the nickel salt solution, cobalt salt solution, and aluminum salt solution as well as the complexing agent are continuously supplied to the reactor, Ni, Co, and Al react to form Ni (1-ab) Co a Al. b (OH) 2 is produced.

反応に際しては、反応槽の温度を、例えば20℃以上80℃以下、好ましくは30℃以上70℃以下の範囲内で制御する。 During the reaction, the temperature of the reaction vessel is controlled, for example, within the range of 20°C or higher and 80°C or lower, preferably 30°C or higher and 70°C or lower.

また、反応に際しては、反応槽内のpH値を、例えばpH9以上pH13以下、好ましくはpH11以上pH13以下の範囲内で制御する。 In addition, during the reaction, the pH value in the reaction vessel is controlled, for example, within the range of pH 9 or more and pH 13 or less, preferably pH 11 or more and pH 13 or less.

反応槽内の物質は、適宜撹拌して混合する。
連続式共沈殿法で用いる反応槽は、形成された反応沈殿物を反応槽の上部からあふれさせて分離する、オーバーフロータイプの反応槽である。
The materials in the reaction vessel are appropriately agitated to mix.
The reactor used in the continuous co-precipitation process is an overflow-type reactor in which the formed reaction precipitate is overflowed and separated from the top of the reactor.

反応槽内は不活性雰囲気であってもよい。不活性雰囲気であると、ニッケルよりも酸化されやすい元素が凝集してしまうことを抑制し、均一な金属複合水酸化物を得ることができる。 The inside of the reaction vessel may be an inert atmosphere. An inert atmosphere suppresses the aggregation of elements that are more easily oxidized than nickel, and a uniform metal composite hydroxide can be obtained.

また、反応槽内には酸素を導入してもよい。反応槽内に酸素を導入する方法は、酸素を含むガスをバブリングする方法が挙げられる。このとき、多量に酸素を導入することなく、不活性雰囲気を保ちつつ酸素ガスを導入することが好ましい。遷移金属の酸化量を増やすと、比表面積は大きくなる。 Oxygen may also be introduced into the reaction vessel. A method of introducing oxygen into the reactor includes a method of bubbling an oxygen-containing gas. At this time, it is preferable to introduce oxygen gas while maintaining an inert atmosphere without introducing a large amount of oxygen. Increasing the amount of transition metal oxidation increases the specific surface area.

上記の条件の制御に加えて、各種気体、例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素等の不活性ガス、空気、酸素等の酸化性ガス、またはそれらの混合ガスを反応槽内に供給し、得られる反応生成物の酸化状態を制御してもよい。 In addition to controlling the above conditions, various gases such as nitrogen, argon, inert gases such as carbon dioxide, air, oxidizing gases such as oxygen, or mixed gases thereof are supplied into the reaction vessel to obtain The oxidation state of the reaction products may be controlled.

得られる反応生成物を酸化する化合物として、過酸化水素などの過酸化物、過マンガン酸塩などの過酸化物塩、過塩素酸塩、次亜塩素酸塩、硝酸、ハロゲン、オゾンなどを使用することができる。 As compounds that oxidize the resulting reaction product, peroxides such as hydrogen peroxide, peroxide salts such as permanganate, perchlorates, hypochlorites, nitric acid, halogens, ozone, etc. are used. can do.

得られる反応生成物を還元する化合物として、シュウ酸、ギ酸などの有機酸、亜硫酸塩、ヒドラジンなどを使用する事ができる。 Organic acids such as oxalic acid and formic acid, sulfites, hydrazine, and the like can be used as compounds for reducing the resulting reaction product.

以上の反応後、得られた反応生成物を水で洗浄した後、乾燥することで、ニッケルコバルトアルミニウム金属複合水酸化物が得られる。また、反応生成物に水で洗浄するだけでは混合液に由来する夾雑物が残存してしまう場合には、必要に応じて、反応生成物を、弱酸水や水酸化ナトリウムや水酸化カリウムを含むアルカリ溶液で洗浄してもよい。 After the above reaction, the resulting reaction product is washed with water and then dried to obtain a nickel-cobalt-aluminum metal composite hydroxide. In addition, if contaminants derived from the mixed solution remain only by washing the reaction product with water, the reaction product may optionally be washed with weak acid water, sodium hydroxide, or potassium hydroxide. It may be washed with an alkaline solution.

さらに、ニッケルコバルトアルミニウム金属複合水酸化物を酸化することにより金属複合酸化物であるニッケルコバルトアルミニウム金属複合酸化物を調製することができる。 Furthermore, a nickel-cobalt-aluminum metal composite oxide, which is a metal composite oxide, can be prepared by oxidizing the nickel-cobalt-aluminum metal composite hydroxide.

酸化のための焼成時間は、昇温開始から達温して温度保持が終了するまでの合計時間を1時間以上30時間以下とすることが好ましい。最高保持温度に達する加熱工程の昇温速度は180℃/時間以上が好ましく、200℃/時間以上がより好ましく、250℃/時間以上が特に好ましい。 The firing time for oxidation is preferably 1 hour or more and 30 hours or less, which is the total time from the start of temperature rise to the end of temperature retention. The heating rate in the heating step to reach the maximum holding temperature is preferably 180° C./hour or more, more preferably 200° C./hour or more, and particularly preferably 250° C./hour or more.

本明細書における最高保持温度とは、焼成工程における焼成炉内雰囲気の保持温度の最高温度であり、焼成工程における焼成温度を意味する。複数の加熱工程を有する本焼成工程の場合、最高保持温度とは、各加熱工程のうちの最高温度を意味する。 The maximum holding temperature in the present specification is the maximum holding temperature of the atmosphere inside the firing furnace in the firing process, and means the firing temperature in the firing process. In the case of the main firing step having a plurality of heating steps, the highest holding temperature means the highest temperature in each heating step.

本明細書における昇温速度は、焼成装置において、昇温を開始した時間から最高保持温度に到達するまでの時間と、焼成装置の焼成炉内の昇温開始時の温度から最高保持温度までの温度差とから算出される。 The heating rate in this specification refers to the time from the start of temperature rise to the maximum holding temperature in the firing device, and the time from the start of temperature rise to the maximum holding temperature in the firing furnace of the firing device. calculated from the temperature difference.

[混合物を得る工程]
金属複合酸化物を乾燥させた後、リチウム化合物と混合する。
[Step of obtaining a mixture]
After drying the metal composite oxide, it is mixed with a lithium compound.

リチウム化合物としては、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、水酸化リチウム、水酸化リチウム水和物、酸化リチウムのうち何れか一つ、または、二つ以上を混合して使用することができる。
これらのリチウム化合物のうち、水酸化リチウムや酢酸リチウムは、空気中の二酸化炭素と反応して、炭酸リチウムを数%含みうる。
As the lithium compound, one or more of lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, lithium hydroxide, lithium hydroxide hydrate, and lithium oxide may be used in combination.
Among these lithium compounds, lithium hydroxide and lithium acetate can react with carbon dioxide in the air and contain several percent of lithium carbonate.

リチウム化合物の純度は、98%以上を満たすことが好ましい。 Preferably, the purity of the lithium compound satisfies 98% or higher.

金属複合酸化物は、リチウム化合物と混合する前に乾燥してもよい。
金属複合酸化物の乾燥条件は特に制限されない。乾燥条件は金属複合酸化物が酸化又は還元されない条件であることが好ましい。具体的には、金属複合酸化物が金属複合酸化物のまま維持される乾燥条件である。
The metal composite oxide may be dried prior to mixing with the lithium compound.
Drying conditions for the metal composite oxide are not particularly limited. Drying conditions are preferably conditions under which the metal composite oxide is not oxidized or reduced. Specifically, the drying conditions are such that the metal composite oxide is maintained as it is.

金属複合酸化物が酸化又は還元されない条件にするためには、乾燥時の雰囲気に窒素、ヘリウム及びアルゴン等の不活性ガスを使用すればよい。 An inert gas such as nitrogen, helium, or argon may be used in the atmosphere during drying in order to create a condition in which the metal composite oxide is not oxidized or reduced.

金属複合酸化物の乾燥後に、適宜分級を行ってもよい。 After drying the metal composite oxide, it may be appropriately classified.

リチウム化合物、及び金属複合酸化物は、最終目的物の組成比を勘案して用いられる。例えば、金属複合酸化物としてニッケルコバルトアルミニウム金属複合酸化物を用いる場合、リチウム化合物と金属複合酸化物とは、LiNi(1-a-b-c)CoAl(式中、a+b+c=1)の組成比に対応する割合で用いられる。
また、最終目的物であるLiMOにおいて、リチウム化合物に含まれるLiと、金属複合酸化物に含まれる金属元素とのmol比が0.98以上、1.1以下となる比率で混合すると、得られるLiMOの(1)及び(2)を本実施形態の好ましい範囲に制御しやすい。
The lithium compound and metal composite oxide are used in consideration of the composition ratio of the final object. For example, when a nickel-cobalt-aluminum metal composite oxide is used as the metal composite oxide, the lithium compound and the metal composite oxide are LiNi (1-abc) Co a Al b X c O 2 (wherein, It is used in a proportion corresponding to the composition ratio of a+b+c=1).
In LiMO, which is the final product, Li contained in the lithium compound and the metal element contained in the metal composite oxide are mixed at a ratio such that the molar ratio is 0.98 or more and 1.1 or less. It is easy to control (1) and (2) of LiMO within the preferred range of the present embodiment.

[リチウム金属複合酸化物を得る工程]
ニッケルコバルトアルミニウム金属複合酸化物及びリチウム化合物の混合物を焼成することによって、LiMOとしてリチウム-ニッケルコバルトアルミニウム金属複合酸化物が得られる。なお、焼成には、所望の組成に応じて乾燥空気、酸素雰囲気、不活性雰囲気等が用いられる。本実施形態においては酸素雰囲気で焼成することが好ましい。
[Step of obtaining lithium metal composite oxide]
A lithium-nickel-cobalt-aluminum metal composite oxide is obtained as LiMO by firing a mixture of the nickel-cobalt-aluminum metal composite oxide and the lithium compound. For firing, dry air, an oxygen atmosphere, an inert atmosphere, or the like is used depending on the desired composition. In this embodiment, it is preferable to bake in an oxygen atmosphere.

焼成工程は、1回のみの焼成であってもよく、複数回の焼成段階を有していてもよい。
複数回の焼成段階を有する場合、最も高い温度で焼成する工程を本焼成と記載する。本焼成の前には、本焼成よりも低い温度で焼成する仮焼成を行ってもよい。また、本焼成の後には本焼成よりも低い温度で焼成する後焼成を行ってもよい。
The firing process may be a single firing or may have multiple firing steps.
When there are multiple firing steps, the step of firing at the highest temperature is referred to as main firing. Temporary sintering may be performed before main sintering at a temperature lower than that of main sintering. Further, after the main firing, post-baking may be performed in which the material is fired at a temperature lower than that of the main firing.

本焼成の焼成温度(最高保持温度)は、LiMOの粒子の成長を促進させる観点から、600℃以上が好ましく、610℃以上がより好ましく、620℃以上が特に好ましい。また、LiMOの粒子にクラックが形成されることを防止し、粒子強度を維持する観点から、1200℃以下が好ましく、1100℃以下がより好ましく、1000℃以下が特に好ましい。 The firing temperature (maximum holding temperature) of the main firing is preferably 600° C. or higher, more preferably 610° C. or higher, and particularly preferably 620° C. or higher, from the viewpoint of promoting the growth of LiMO particles. From the viewpoint of preventing cracks from being formed in the LiMO particles and maintaining the particle strength, the temperature is preferably 1200° C. or lower, more preferably 1100° C. or lower, and particularly preferably 1000° C. or lower.

本焼成の最高保持温度の上限値及び下限値は任意に組みわせることができる。
組み合わせの例としては、600℃以上1200℃以下、610℃以上1100℃以下、620℃以上1000℃以下が挙げられる。
The upper limit and lower limit of the maximum holding temperature for main firing can be combined arbitrarily.
Examples of combinations include 600° C. or higher and 1200° C. or lower, 610° C. or higher and 1100° C. or lower, and 620° C. or higher and 1000° C. or lower.

仮焼成又は後焼成の焼成温度は、本焼成の焼成温度よりも低ければよく、例えば350℃以上800℃以下の範囲が挙げられる。 The sintering temperature for the preliminary sintering or post-sintering may be lower than the sintering temperature for the main sintering, and may be, for example, in the range of 350° C. or higher and 800° C. or lower.

焼成における保持温度は、用いる遷移金属元素の種類、組成に応じて適宜調整すればよい。 The holding temperature in firing may be appropriately adjusted according to the type and composition of the transition metal element used.

また、前記保持温度で保持する時間は、0.1時間以上20時間以下が挙げられ、0.5時間以上10時間以下が好ましい。 Moreover, the holding time at the holding temperature is preferably 0.1 hour or more and 20 hours or less, preferably 0.5 hour or more and 10 hours or less.

本実施形態において、昇温を開始した時点から最高保持温度に達するまでの昇温時間は2時間以上が好ましく、2.5時間以上がより好ましく、3時間以上が特に好ましい。また、前記昇温時間は10時間以下が好ましく、9時間以下がより好ましく、8時間以下が特に好ましい。 In the present embodiment, the temperature rising time from the start of temperature rising to the maximum holding temperature is preferably 2 hours or longer, more preferably 2.5 hours or longer, and particularly preferably 3 hours or longer. Further, the heating time is preferably 10 hours or less, more preferably 9 hours or less, and particularly preferably 8 hours or less.

加熱工程の昇温速度は100℃/時間以上が好ましく、120℃/時間以上がより好ましく、150℃/時間以上が特に好ましい。また、最高保持温度に達する加熱工程の昇温速度は350℃/時間以下が好ましく、300℃/時間以下がより好ましく、250℃/時間以下が特に好ましい。
最高保持温度に達する加熱工程の昇温速度は、焼成装置において、昇温を開始した時点の温度から保持温度の差を、保持温度に到達するまでに要する時間で除することで算出される。
The heating rate in the heating step is preferably 100° C./hour or more, more preferably 120° C./hour or more, and particularly preferably 150° C./hour or more. In addition, the heating rate in the heating step to reach the maximum holding temperature is preferably 350° C./hour or less, more preferably 300° C./hour or less, and particularly preferably 250° C./hour or less.
The rate of temperature rise in the heating process to reach the maximum holding temperature is calculated by dividing the difference between the temperature at which the heating is started and the holding temperature by the time required to reach the holding temperature.

また、焼成の雰囲気としては、大気、酸素、窒素、アルゴンまたはこれらの混合ガスを用いることができる。 As the firing atmosphere, air, oxygen, nitrogen, argon, or a mixed gas thereof can be used.

本実施形態において、焼成工程は酸素を含む雰囲気下で焼成することが好ましい。
混合物を焼成炉内に連続的に供給する場合、混合物の供給速度(kg/min)と、酸素ガスの供給速度(Nm/min)との比(酸素ガスの供給速度/混合物の供給速度)は、20以下を満たすことが好ましく、10以下を満たすことがより好ましく、5以下を満たすことが特に好ましい。
In this embodiment, the firing step is preferably performed in an oxygen-containing atmosphere.
When the mixture is continuously supplied into the firing furnace, the ratio of the mixture supply rate (kg/min) and the oxygen gas supply rate (Nm 3 /min) (oxygen gas supply rate/mixture supply rate) is preferably 20 or less, more preferably 10 or less, and particularly preferably 5 or less.

一定量の混合粉を焼成する場合は、混合物の供給量(kg)に対する、焼成中に炉内に供給される酸素ガスの総量(Nm)の比(酸素ガスの総量/混合物の供給速度)が、20以下を満たすことが好ましく、10以下を満たすことがより好ましく、5以下を満たすことが特に好ましい。 When firing a certain amount of mixed powder, the ratio of the total amount (Nm 3 ) of oxygen gas supplied into the furnace during firing to the amount (kg) of the mixture supplied (total amount of oxygen gas/mixture supply rate) is preferably 20 or less, more preferably 10 or less, and particularly preferably 5 or less.

焼成における、酸素ガスの総量と混合物の供給速度との比を前記の範囲に調整することで(1)及び(2)を満たすLiMOを得ることができる。 LiMO that satisfies (1) and (2) can be obtained by adjusting the ratio of the total amount of oxygen gas to the supply rate of the mixture in the above range.

[任意工程]
・解砕工程
焼成工程によって得られた焼成品は、適宜解砕を行ってもよい。
[Optional process]
- Crushing step The fired product obtained in the firing step may be appropriately crushed.

・分級工程
焼成工程によって得られた焼成品は、適宜分級を行ってもよい。
- Classification step The fired product obtained by the firing step may be classified as appropriate.

・乾燥工程
焼成工程によって得られた焼成品は、乾燥させてもよい。乾燥条件は、例えば100℃以上750℃以下の温度で、1時間以上20時間以下実施すればよい。
- Drying step The fired product obtained by the firing step may be dried. Drying conditions may be, for example, a temperature of 100° C. or higher and 750° C. or lower for 1 hour or longer and 20 hours or shorter.

・洗浄工程
本実施形態においては、焼成後の焼成品を純水やアルカリ性洗浄液などの洗浄液で洗浄することが好ましい。上記乾燥工程を実施する場合には、乾燥後に洗浄すればよい。
- Washing step In the present embodiment, it is preferable to wash the fired product after firing with a cleaning liquid such as pure water or an alkaline cleaning liquid. When the drying step is carried out, washing may be performed after drying.

アルカリ性洗浄液としては、例えば、LiOH(水酸化リチウム)、NaOH(水酸化ナトリウム)、KOH(水酸化カリウム)、LiCO(炭酸リチウム)、NaCO(炭酸ナトリウム)、KCO(炭酸カリウム)および(NHCO(炭酸アンモニウム)からなる群より選ばれる1種以上の無水物の水溶液並びに前記無水物の水和物の水溶液を挙げることができる。また、アルカリとして、アンモニアを使用することもできる。 Examples of alkaline cleaning solutions include LiOH (lithium hydroxide), NaOH (sodium hydroxide), KOH ( potassium hydroxide), Li2CO3 (lithium carbonate), Na2CO3 ( sodium carbonate), and K2CO3 . An aqueous solution of one or more anhydrides selected from the group consisting of (potassium carbonate) and (NH 4 ) 2 CO 3 (ammonium carbonate) and an aqueous solution of the hydrate of said anhydride can be mentioned. Ammonia can also be used as the alkali.

洗浄工程において、洗浄液と焼成物とを接触させる方法としては、各洗浄液中に、焼成物を投入して撹拌する方法や、各洗浄液をシャワー水として、焼成物にかける方法等が挙げられる。各洗浄液をシャワー水として、焼成物にかける方法としては、洗浄液中に、焼成物を投入して撹拌した後、各洗浄液から焼成物を分離し、次いで、各洗浄液をシャワー水として、分離後の焼成物にかける方法が挙げられる。 In the washing step, the method of bringing the cleaning liquid and the fired product into contact includes a method of putting the fired product into each cleaning liquid and stirring, and a method of showering the fired product with each cleaning liquid as shower water. As a method of applying each cleaning solution as shower water to the fired product, after the fired product is put into the cleaning solution and stirred, the fired product is separated from each cleaning solution, and then each cleaning solution is used as shower water, after separation. A method of applying to the baked product can be mentioned.

本実施形態においては、洗浄工程の洗浄液pHは11.5以上に調整することが好ましく、11.8以上に調整することがより好ましく、12.0以上に調整することが特に好ましい。洗浄液中に焼成物を投入して撹拌する場合の洗浄液pHは、焼成粉投入後5分経過した後、10℃に温度調整したスラリーのpHを測定し、得られた値とする。
洗浄液のpHを上記範囲に制御することで、焼成粉からLi-X酸化物や残留Li成分を除去でき、かつ残留Li成分をより効率的に除去できる。
In the present embodiment, the cleaning liquid pH in the cleaning step is preferably adjusted to 11.5 or higher, more preferably 11.8 or higher, and particularly preferably 12.0 or higher. The pH of the cleaning liquid when the baked product is put into the cleaning liquid and stirred is the value obtained by measuring the pH of the slurry whose temperature has been adjusted to 10° C. after 5 minutes have passed since the baking powder was added.
By controlling the pH of the cleaning liquid within the above range, the Li—X oxide and residual Li component can be removed from the fired powder, and the residual Li component can be removed more efficiently.

洗浄に用いる洗浄液の温度は、20℃以下が好ましく、15℃以下がより好ましく、10℃以下がさらに好ましい。洗浄液の温度を上記範囲で洗浄液が凍結しない温度に制御することで、洗浄時に焼成物の結晶構造中から洗浄液中へのリチウムイオンの過度な溶出が抑制できる。 The temperature of the cleaning liquid used for cleaning is preferably 20° C. or lower, more preferably 15° C. or lower, and even more preferably 10° C. or lower. By controlling the temperature of the cleaning liquid within the above range so that the cleaning liquid does not freeze, excessive elution of lithium ions from the crystal structure of the baked product into the cleaning liquid during cleaning can be suppressed.

洗浄後の焼成物は、適宜乾燥させてもよい。 The baked product after washing may be dried as appropriate.

以上の工程により、LiMOが得られる。 Through the above steps, LiMO is obtained.

<リチウム二次電池用正極活物質>
本実施形態のCAMは、上述の方法で製造されたLiMOを含有する。本実施形態のCAMにおいて、CAMの総質量(100質量%)に対するLiMOの含有割合は、70-99質量%が好ましく、80-98質量%がより好ましい。
<Positive electrode active material for lithium secondary battery>
The CAM of this embodiment contains LiMO produced by the method described above. In the CAM of the present embodiment, the content of LiMO with respect to the total mass (100 mass%) of the CAM is preferably 70-99 mass%, more preferably 80-98 mass%.

本実施形態において、CAMの総質量に対するLiMOの含有割合は、CAMを、SEM(例えば日本電子株式会社製JSM-5510)を用いて、加速電圧が20kVの電子線を照射してSEM観察を行うことにより求める。SEM写真の倍率は、SEM写真に対象となるCAMの粒子が200-400個存在する条件に拡大倍率を調整する。一例として、拡大倍率は、1000-30000倍でもよい。 In this embodiment, the content ratio of LiMO with respect to the total mass of CAM is determined by SEM observation of CAM by irradiating the CAM with an electron beam at an acceleration voltage of 20 kV using a SEM (for example, JSM-5510 manufactured by JEOL Ltd.). Seek by. The magnification of the SEM photograph is adjusted so that 200 to 400 CAM particles of interest are present in the SEM photograph. As an example, the magnification may be 1000-30000 times.

<リチウム二次電池>
次いで、本実施形態のLiMOをCAMとして用いる場合の好適なリチウム二次電池の構成を説明する。
さらに、本実施形態のLiMOをCAMとして用いる場合に好適なリチウム二次電池用正極(以下、正極と称することがある。)について説明する。
さらに、正極の用途として好適なリチウム二次電池について説明する。
<Lithium secondary battery>
Next, the configuration of a lithium secondary battery suitable for using the LiMO of the present embodiment as a CAM will be described.
Furthermore, a positive electrode for a lithium secondary battery (hereinafter sometimes referred to as a positive electrode) suitable for using the LiMO of the present embodiment as a CAM will be described.
Furthermore, a lithium secondary battery suitable for use as a positive electrode will be described.

本実施形態のLiMOをCAMとして用いる場合の好適なリチウム二次電池の一例は、正極及び負極、正極と負極との間に挟持されるセパレータ、正極と負極との間に配置される電解液を有する。 An example of a lithium secondary battery suitable for using the LiMO of the present embodiment as a CAM includes a positive electrode and a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution placed between the positive electrode and the negative electrode. have.

リチウム二次電池の一例は、正極及び負極、正極と負極との間に挟持されるセパレータ、正極と負極との間に配置される電解液を有する。 An example of a lithium secondary battery has a positive electrode and a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode.

図1は、リチウム二次電池の一例を示す模式図である。本実施形態の円筒型のリチウム二次電池10は、次のようにして製造する。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a lithium secondary battery. The cylindrical lithium secondary battery 10 of this embodiment is manufactured as follows.

まず、図1に示すように、帯状を呈する一対のセパレータ1、一端に正極リード21を有する帯状の正極2、及び一端に負極リード31を有する帯状の負極3を、セパレータ1、正極2、セパレータ1、負極3の順に積層し、巻回することにより電極群4とする。 First, as shown in FIG. 1, a pair of strip-shaped separators 1, a strip-shaped positive electrode 2 having a positive electrode lead 21 at one end, and a strip-shaped negative electrode 3 having a negative electrode lead 31 at one end are arranged as follows: 1 and the negative electrode 3 are stacked in this order and wound to form an electrode group 4 .

次いで、電池缶5に電極群4及び不図示のインシュレーターを収容した後、缶底を封止し、電極群4に電解液6を含浸させ、正極2と負極3との間に電解質を配置する。さらに、電池缶5の上部をトップインシュレーター7及び封口体8で封止することで、リチウム二次電池10を製造することができる。 Next, after housing the electrode group 4 and an insulator (not shown) in the battery can 5, the can bottom is sealed, the electrode group 4 is impregnated with the electrolytic solution 6, and the electrolyte is arranged between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. . Further, by sealing the upper portion of the battery can 5 with the top insulator 7 and the sealing member 8, the lithium secondary battery 10 can be manufactured.

電極群4の形状としては、例えば、電極群4を巻回の軸に対して垂直方向に切断したときの断面形状が、円、楕円、長方形又は角を丸めた長方形となるような柱状の形状を挙げることができる。 The shape of the electrode group 4 is, for example, a columnar shape such that the cross-sectional shape of the electrode group 4 cut in the direction perpendicular to the winding axis is a circle, an ellipse, a rectangle, or a rectangle with rounded corners. can be mentioned.

また、このような電極群4を有するリチウム二次電池の形状としては、国際電気標準会議(IEC)が定めた電池に対する規格であるIEC60086、又はJIS C 8500で定められる形状を採用することができる。例えば、円筒型又は角型などの形状を挙げることができる。 In addition, as the shape of the lithium secondary battery having such an electrode group 4, a shape defined by IEC60086, which is a standard for batteries defined by the International Electrotechnical Commission (IEC), or JIS C 8500 can be adopted. . For example, a shape such as a cylindrical shape or a rectangular shape can be mentioned.

さらに、リチウム二次電池は、上記巻回型の構成に限らず、正極、セパレータ、負極、セパレータの積層構造を繰り返し重ねた積層型の構成であってもよい。積層型のリチウム二次電池としては、いわゆるコイン型電池、ボタン型電池、又はペーパー型(又はシート型)電池を例示することができる。 Further, the lithium secondary battery is not limited to the wound type structure described above, and may have a layered structure in which a layered structure of a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator is repeatedly stacked. Examples of laminated lithium secondary batteries include so-called coin-type batteries, button-type batteries, and paper-type (or sheet-type) batteries.

以下、各構成について順に説明する。
(正極)
正極は、まずCAM、導電材及びバインダーを含む正極合剤を調製し、正極合剤を正極集電体に担持させることで製造することができる。
Hereinafter, each configuration will be described in order.
(positive electrode)
The positive electrode can be manufactured by first preparing a positive electrode mixture containing CAM, a conductive material, and a binder, and supporting the positive electrode mixture on a positive electrode current collector.

(導電材)
正極が有する導電材としては、炭素材料を用いることができる。炭素材料として黒鉛粉末、カーボンブラック(例えばアセチレンブラック)及び繊維状炭素材料などを挙げることができる。
(Conductive material)
A carbon material can be used as the conductive material of the positive electrode. Examples of carbon materials include graphite powder, carbon black (eg, acetylene black), and fibrous carbon materials.

正極合剤中の導電材の割合は、100質量部のCAMに対して5-20質量部であると好ましい。 The ratio of the conductive material in the positive electrode mixture is preferably 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of CAM.

(バインダー)
正極が有するバインダーとしては、熱可塑性樹脂を用いることができる。この熱可塑性樹脂としては、ポリイミド樹脂;ポリフッ化ビニリデン(以下、PVdFということがある。)、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂;ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、WO2019/098384A1またはUS2020/0274158A1に記載の樹脂を挙げることができる。
(binder)
A thermoplastic resin can be used as the binder of the positive electrode. Examples of thermoplastic resins include polyimide resins; fluorine resins such as polyvinylidene fluoride (hereinafter sometimes referred to as PVdF) and polytetrafluoroethylene; polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; can be mentioned.

(正極集電体)
正極が有する正極集電体としては、Al、Ni又はステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
A strip-shaped member made of a metal material such as Al, Ni, or stainless steel can be used as the positive electrode current collector of the positive electrode.

正極集電体に正極合剤を担持させる方法としては、有機溶媒を用いて正極合剤をペースト化し、得られる正極合剤のペーストを正極集電体の少なくとも一面側に塗布して乾燥させ、電極プレス工程を行って固着する方法が挙げられる。 As a method for supporting the positive electrode mixture on the positive electrode current collector, the positive electrode mixture is made into a paste using an organic solvent, the obtained positive electrode mixture paste is applied to at least one side of the positive electrode current collector and dried, A method of fixing by performing an electrode pressing process can be mentioned.

正極合剤をペースト化する場合、用いることができる有機溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン(以下、NMPということがある。)が挙げられる。 When the positive electrode mixture is made into a paste, an organic solvent that can be used includes N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter sometimes referred to as NMP).

正極合剤のペーストを正極集電体へ塗布する方法としては、例えば、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法及び静電スプレー法が挙げられる。
以上に挙げられた方法により、正極を製造することができる。
Examples of the method for applying the positive electrode mixture paste to the positive electrode current collector include a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method, and an electrostatic spray method.
A positive electrode can be manufactured by the method mentioned above.

(負極)
リチウム二次電池が有する負極は、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能であればよく、負極活物質を含む負極合剤が負極集電体に担持されてなる電極、及び負極活物質単独からなる電極を挙げることができる。
(negative electrode)
The negative electrode of the lithium secondary battery may be capable of doping and dedoping lithium ions at a potential lower than that of the positive electrode, and an electrode in which a negative electrode mixture containing a negative electrode active material is supported on a negative electrode current collector; An electrode consisting of a negative electrode active material alone can be mentioned.

(負極活物質)
負極が有する負極活物質としては、炭素材料、カルコゲン化合物(酸化物又は硫化物など)、窒化物、金属又は合金で、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能な材料が挙げられる。
(Negative electrode active material)
Examples of the negative electrode active material of the negative electrode include carbon materials, chalcogen compounds (oxides, sulfides, etc.), nitrides, metals, and alloys, which can be doped and undoped with lithium ions at a potential lower than that of the positive electrode. be done.

負極活物質として使用可能な炭素材料としては、天然黒鉛又は人造黒鉛などの黒鉛、コークス類、カーボンブラック、炭素繊維及び有機高分子化合物焼成体を挙げることができる。 Examples of carbon materials that can be used as the negative electrode active material include graphite such as natural graphite or artificial graphite, cokes, carbon black, carbon fibers, and baked organic polymer compounds.

負極活物質として使用可能な酸化物としては、SiO及びSiOなど式SiO(ここで、xは正の実数)で表されるケイ素の酸化物;SnO及びSnOなど式SnO(ここで、xは正の実数)で表されるスズの酸化物;LiTi12及びLiVOなどのリチウムとチタンとを含有する金属複合酸化物;を挙げることができる。 Examples of oxides that can be used as the negative electrode active material include oxides of silicon represented by the formula SiO x (where x is a positive real number ) such as SiO 2 and SiO; , x is a positive real number); metal composite oxides containing lithium and titanium, such as Li 4 Ti 5 O 12 and LiVO 2 ;

また、負極活物質として使用可能な金属としては、リチウム金属、シリコン金属及びスズ金属などを挙げることができる。負極活物質として使用可能な材料として、WO2019/098384A1またはUS2020/0274158A1に記載の材料を用いてもよい。 Metals that can be used as the negative electrode active material include lithium metal, silicon metal, and tin metal. As a material that can be used as a negative electrode active material, a material described in WO2019/098384A1 or US2020/0274158A1 may be used.

これらの金属や合金は、例えば箔状に加工された後、主に単独で電極として用いられる。 These metals and alloys are mainly used alone as electrodes after being processed into a foil shape, for example.

上記負極活物質の中では、充電時に未充電状態から満充電状態にかけて負極の電位がほとんど変化しない(電位平坦性がよい)、平均放電電位が低い及び繰り返し充放電させたときの容量維持率が高い(サイクル特性がよい)などの理由から、天然黒鉛又は人造黒鉛などの黒鉛を主成分とする炭素材料が好ましく用いられる。炭素材料の形状としては、例えば天然黒鉛のような薄片状、メソカーボンマイクロビーズのような球状、黒鉛化炭素繊維のような繊維状、又は微粉末の凝集体などのいずれでもよい。 Among the above negative electrode active materials, the potential of the negative electrode hardly changes from the uncharged state to the fully charged state during charging (good potential flatness), the average discharge potential is low, and the capacity retention rate when repeatedly charged and discharged is low. A carbon material containing graphite as a main component, such as natural graphite or artificial graphite, is preferably used for reasons such as high (good cycle characteristics). The shape of the carbon material may be, for example, flaky such as natural graphite, spherical such as mesocarbon microbeads, fibrous such as graphitized carbon fiber, or aggregates of fine powder.

前記の負極合剤は、必要に応じて、バインダーを含有してもよい。バインダーとしては、熱可塑性樹脂を挙げることができ、具体的には、PVdF、熱可塑性ポリイミド、カルボキシメチルセルロース(以下、CMCと記載することがある)、スチレンブタジエンゴム(以下、SBRと記載することがある)、ポリエチレン及びポリプロピレンを挙げることができる。 The negative electrode mixture may contain a binder, if necessary. Examples of binders include thermoplastic resins, and specific examples include PVdF, thermoplastic polyimide, carboxymethyl cellulose (hereinafter sometimes referred to as CMC), styrene-butadiene rubber (hereinafter sometimes referred to as SBR). some), polyethylene and polypropylene.

(負極集電体)
負極が有する負極集電体としては、Cu、Ni又はステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を挙げることができる。
(Negative electrode current collector)
Examples of the negative electrode current collector that the negative electrode has include a belt-like member made of a metal material such as Cu, Ni, or stainless steel.

このような負極集電体に負極合剤を担持させる方法としては、正極の場合と同様に、加圧成型による方法、溶媒などを用いてペースト化し負極集電体上に塗布又は乾燥後プレスし圧着する方法が挙げられる。 As a method for supporting the negative electrode mixture on such a negative electrode current collector, as in the case of the positive electrode, a method of pressure molding, a paste using a solvent etc. is applied or dried and then pressed on the negative electrode current collector. A method of crimping can be mentioned.

(セパレータ)
リチウム二次電池が有するセパレータとしては、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂又は含窒素芳香族重合体などの材質からなる、多孔質膜、不織布又は織布などの形態を有する材料を用いることができる。また、これらの材質を2種以上用いてセパレータを形成してもよいし、これらの材料を積層してセパレータを形成してもよい。また、JP-A-2000-030686又はUS20090111025A1に記載のセパレータを用いてもよい。
(separator)
As the separator of the lithium secondary battery, for example, a material having the form of a porous film, nonwoven fabric, or woven fabric made of a material such as a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, a fluororesin, or a nitrogen-containing aromatic polymer is used. can be used. Moreover, the separator may be formed using two or more of these materials, or the separator may be formed by laminating these materials. Also, the separator described in JP-A-2000-030686 or US20090111025A1 may be used.

(電解液)
リチウム二次電池が有する電解液は、電解質及び有機溶媒を含有する。
(Electrolyte)
An electrolytic solution that a lithium secondary battery has contains an electrolyte and an organic solvent.

電解液に含まれる電解質としては、LiClO及びLiPFなどのリチウム塩が挙げられ、これらの2種以上の混合物を使用してもよい。 Electrolytes contained in the electrolytic solution include lithium salts such as LiClO 4 and LiPF 6 , and mixtures of two or more of these may be used.

また前記電解液に含まれる有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどのカーボネート類を用いることができる。 As the organic solvent contained in the electrolytic solution, carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate can be used.

有機溶媒としては、これらのうちの2種以上を混合して用いることが好ましい。中でもカーボネート類を含む混合溶媒が好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒及び環状カーボネートとエーテル類との混合溶媒がさらに好ましい。 As the organic solvent, it is preferable to use a mixture of two or more of these. Among them, a mixed solvent containing carbonates is preferable, and a mixed solvent of a cyclic carbonate and a non-cyclic carbonate and a mixed solvent of a cyclic carbonate and an ether are more preferable.

また、電解液としては、得られるリチウム二次電池の安全性が高まるため、LiPFなどのフッ素を含むリチウム塩及びフッ素置換基を有する有機溶媒を含む電解液を用いることが好ましい。電解液に含まれる電解質および有機溶媒として、WO2019/098384A1またはUS2020/0274158A1に記載の電解質および有機溶媒を用いてもよい。 Further, as the electrolytic solution, it is preferable to use an electrolytic solution containing a fluorine-containing lithium salt such as LiPF 6 and an organic solvent having a fluorine substituent, since the safety of the obtained lithium secondary battery is increased. As the electrolyte and organic solvent contained in the electrolytic solution, the electrolyte and organic solvent described in WO2019/098384A1 or US2020/0274158A1 may be used.

<全固体リチウム二次電池>
次いで、全固体リチウム二次電池の構成を説明しながら、本発明の一態様に係るLiMOをCAMとして用いた全固体リチウム二次電池のCAMとして用いた正極、及びこの正極を有する全固体リチウム二次電池について説明する。
<All-solid lithium secondary battery>
Next, while explaining the configuration of the all-solid lithium secondary battery, the positive electrode used as the CAM of the all-solid lithium secondary battery using LiMO according to one embodiment of the present invention as the CAM, and the all-solid lithium secondary battery having the positive electrode The following battery will be explained.

図2は、本実施形態の全固体リチウム二次電池の一例を示す模式図である。図2に示す全固体リチウム二次電池1000は、正極110と、負極120と、固体電解質層130とを有する積層体100と、積層体100を収容する外装体200と、を有する。また、全固体リチウム二次電池1000は、集電体の両側にCAMと負極活物質とを配置したバイポーラ構造であってもよい。バイポーラ構造の具体例として、例えば、JP-A-2004-95400に記載される構造が挙げられる。各部材を構成する材料については、後述する。 FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the all-solid lithium secondary battery of this embodiment. The all-solid lithium secondary battery 1000 shown in FIG. 2 has a laminate 100 having a positive electrode 110, a negative electrode 120, and a solid electrolyte layer 130, and an outer package 200 that accommodates the laminate 100. Moreover, the all-solid lithium secondary battery 1000 may have a bipolar structure in which a CAM and a negative electrode active material are arranged on both sides of a current collector. Specific examples of bipolar structures include structures described in JP-A-2004-95400. The material forming each member will be described later.

積層体100は、正極集電体112に接続される外部端子113と、負極集電体122に接続される外部端子123と、を有していてもよい。その他、全固体リチウム二次電池1000は、正極110と負極120との間にセパレータを有していてもよい。 The laminate 100 may have an external terminal 113 connected to the positive current collector 112 and an external terminal 123 connected to the negative current collector 122 . In addition, all-solid lithium secondary battery 1000 may have a separator between positive electrode 110 and negative electrode 120 .

全固体リチウム二次電池1000は、さらに積層体100と外装体200とを絶縁する不図示のインシュレーター及び外装体200の開口部200aを封止する不図示の封止体を有する。 The all-solid-state lithium secondary battery 1000 further includes an insulator (not shown) for insulating the laminate 100 and the exterior body 200 and a sealing body (not shown) for sealing the opening 200 a of the exterior body 200 .

外装体200は、アルミニウム、ステンレス鋼又はニッケルメッキ鋼などの耐食性の高い金属材料を成形した容器を用いることができる。また、外装体200として、少なくとも一方の面に耐食加工を施したラミネートフィルムを袋状に加工した容器を用いることもできる。 As the exterior body 200, a container molded from a highly corrosion-resistant metal material such as aluminum, stainless steel, or nickel-plated steel can be used. Moreover, as the exterior body 200, a container in which a laminated film having at least one surface subjected to corrosion-resistant processing is processed into a bag shape can also be used.

全固体リチウム二次電池1000の形状としては、例えば、コイン型、ボタン型、ペーパー型(またはシート型)、円筒型、角型、又はラミネート型(パウチ型)などの形状を挙げることができる。 Examples of the shape of the all-solid lithium secondary battery 1000 include coin-shaped, button-shaped, paper-shaped (or sheet-shaped), cylindrical, rectangular, and laminated (pouch-shaped) shapes.

全固体リチウム二次電池1000は、一例として積層体100を1つ有する形態が図示されているが、本実施形態はこれに限らない。全固体リチウム二次電池1000は、積層体100を単位セルとし、外装体200の内部に複数の単位セル(積層体100)を封じた構成であってもよい。 The all-solid-state lithium secondary battery 1000 is illustrated as having one laminate 100 as an example, but the present embodiment is not limited to this. The all-solid-state lithium secondary battery 1000 may have a configuration in which the laminate 100 is used as a unit cell and a plurality of unit cells (laminate 100 ) are sealed inside the exterior body 200 .

以下、各構成について順に説明する。 Hereinafter, each configuration will be described in order.

(正極)
本実施形態の正極110は、正極活物質層111と正極集電体112とを有している。
(positive electrode)
The positive electrode 110 of this embodiment has a positive electrode active material layer 111 and a positive electrode current collector 112 .

正極活物質層111は、上述した本発明の一態様であるCAM及び固体電解質を含む。また、正極活物質層111は、導電材及びバインダーを含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer 111 includes the CAM and the solid electrolyte which are one embodiment of the present invention described above. Moreover, the positive electrode active material layer 111 may contain a conductive material and a binder.

(固体電解質)
本実施形態の正極活物質層111に含まれる固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有し、公知の全固体リチウム二次電池に用いられる固体電解質を採用することができる。このような固体電解質としては、無機電解質及び有機電解質を挙げることができる。無機電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質及び水素化物系固体電解質を挙げることができる。有機電解質としては、ポリマー系固体電解質を挙げることができる。各電解質としては、WO2020/208872A1、US2016/0233510A1、US2012/0251871A1、US2018/0159169A1に記載の化合物が挙げられ、例えば、以下の化合物が挙げられる。
(solid electrolyte)
As the solid electrolyte contained in the positive electrode active material layer 111 of the present embodiment, a solid electrolyte having lithium ion conductivity and used in known all-solid lithium secondary batteries can be employed. Examples of such solid electrolytes include inorganic electrolytes and organic electrolytes. Examples of inorganic electrolytes include oxide-based solid electrolytes, sulfide-based solid electrolytes, and hydride-based solid electrolytes. Examples of organic electrolytes include polymer-based solid electrolytes. Examples of each electrolyte include compounds described in WO2020/208872A1, US2016/0233510A1, US2012/0251871A1, and US2018/0159169A1, and examples thereof include the following compounds.

(酸化物系固体電解質)
酸化物系固体電解質としては、例えば、ペロブスカイト型酸化物、NASICON型酸化物、LISICON型酸化物及びガーネット型酸化物などが挙げられる。各酸化物の具体例は、WO2020/208872A1、US2016/0233510A1、US2020/0259213A1に記載の化合物が挙げられ、例えば、以下の化合物が挙げられる。
(Oxide solid electrolyte)
Examples of oxide-based solid electrolytes include perovskite-type oxides, NASICON-type oxides, LISICON-type oxides, and garnet-type oxides. Specific examples of each oxide include compounds described in WO2020/208872A1, US2016/0233510A1, and US2020/0259213A1, and examples thereof include the following compounds.

ペロブスカイト型酸化物としては、LiLa1-aTiO(0<a<1)などのLi-La-Ti系酸化物、LiLa1-bTaO(0<b<1)などのLi-La-Ta系酸化物及びLiLa1-cNbO(0<c<1)などのLi-La-Nb系酸化物などが挙げられる。 Perovskite oxides include Li—La—Ti-based oxides such as Li a La 1-a TiO 3 (0<a<1), Li b La 1-b TaO 3 (0<b<1) and the like. Examples thereof include Li—La—Ta-based oxides and Li—La—Nb-based oxides such as Li c La 1-c NbO 3 (0<c<1).

NASICON型酸化物としては、Li1+dAlTi2-d(PO(0≦d≦1)などが挙げられる。NASICON型酸化物とは、Li (式中、Mは、B、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Sb及びSeからなる群から選ばれる1種以上の元素である。Mは、Ti、Zr、Ge、In、Ga、Sn及びAlからなる群から選ばれる1種以上の元素である。m、n、o、p及びqは、任意の正数である。)で表される酸化物である。 Examples of NASICON-type oxides include Li 1+d Al d Ti 2-d (PO 4 ) 3 (0≦d≦1). The NASICON-type oxide is Li m M 1 n M 2 o P p O q (where M 1 is selected from the group consisting of B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Sb and Se). One or more selected elements M2 is one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Ge, In, Ga, Sn and Al m, n, o, p and q is an arbitrary positive number).

LISICON型酸化物としては、Li-Li(Mは、Si、Ge、及びTiからなる群から選ばれる1種以上の元素である。Mは、P、As及びVからなる群から選ばれる1種以上の元素である。)で表される酸化物などが挙げられる。 As the LISICON-type oxide, Li 4 M 3 O 4 —Li 3 M 4 O 4 (M 3 is one or more elements selected from the group consisting of Si, Ge, and Ti. M 4 is P is one or more elements selected from the group consisting of , As and V).

ガーネット型酸化物としては、LiLaZr12(LLZともいう)などのLi-La-Zr系酸化物などが挙げられる。 Garnet-type oxides include Li—La—Zr-based oxides such as Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (also referred to as LLZ).

酸化物系固体電解質は、結晶性材料であってもよく、非晶質材料であってもよい。 The oxide-based solid electrolyte may be a crystalline material or an amorphous material.

(硫化物系固体電解質)
硫化物系固体電解質としては、LiS-P系化合物、LiS-SiS系化合物、LiS-GeS系化合物、LiS-B系化合物、LiI-SiS-P系化合物、LiI-LiS-P系化合物、LiI-LiPO-P系化合物及びLi10GeP12系化合物などを挙げることができる。
(Sulfide-based solid electrolyte)
Examples of sulfide solid electrolytes include Li 2 SP 2 S 5 based compounds, Li 2 S—SiS 2 based compounds, Li 2 S—GeS 2 based compounds, Li 2 S—B 2 S 3 based compounds, LiI- Si 2 SP 2 S 5 based compounds, LiI-Li 2 SP 2 O 5 based compounds, LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 based compounds and Li 10 GeP 2 S 12 based compounds, etc. can be done.

なお、本明細書において、硫化物系固体電解質を指す「系化合物」という表現は、「系化合物」の前に記載した「LiS」「P」などの原料を主として含む固体電解質の総称として用いる。例えば、LiS-P系化合物には、LiSとPとを主として含み、さらに他の原料を含む固体電解質が含まれる。LiS-P系化合物に含まれるLiSの割合は、例えばLiS-P系化合物全体に対して50~90質量%である。LiS-P系化合物に含まれるPの割合は、例えばLiS-P系化合物全体に対して10~50質量%である。また、LiS-P系化合物に含まれる他の原料の割合は、例えばLiS-P系化合物全体に対して0~30質量%である。また、LiS-P系化合物には、LiSとPとの混合比を異ならせた固体電解質も含まれる。 In this specification, the expression "based compound" that refers to a sulfide-based solid electrolyte refers to a solid electrolyte that mainly contains raw materials such as "Li 2 S" and "P 2 S 5 " described before "based compound". Used as a generic term for For example, Li 2 SP 2 S 5 based compounds include solid electrolytes that mainly contain Li 2 S and P 2 S 5 and further contain other raw materials. The ratio of Li 2 S contained in the Li 2 SP 2 S 5 based compound is, for example, 50 to 90% by mass with respect to the entire Li 2 SP 2 S 5 based compound. The ratio of P 2 S 5 contained in the Li 2 SP 2 S 5 based compound is, for example, 10 to 50% by mass with respect to the entire Li 2 SP 2 S 5 based compound. In addition, the ratio of other raw materials contained in the Li 2 SP 2 S 5 compound is, for example, 0 to 30% by mass with respect to the entire Li 2 SP 2 S 5 compound. The Li 2 SP 2 S 5 -based compound also includes solid electrolytes in which the mixing ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is varied.

LiS-P系化合物としては、LiS-P、LiS-P-LiI、LiS-P-LiCl、LiS-P-LiBr、LiS-P-LiI-LiBr、LiS-P-LiO、LiS-P-LiO-LiI及びLiS-P-Z(m、nは正の数である。Zは、Ge、ZnまたはGaである。)などを挙げることができる。 Li 2 SP 2 S 5 compounds include Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiI, Li 2 SP 2 S 5 -LiCl, Li 2 SP 2 S5 - LiBr , Li2SP2S5 - LiI - LiBr , Li2SP2S5 - Li2O , Li2SP2S5 - Li2O -LiI and Li2S- P 2 S 5 -Z m S n (m and n are positive numbers, Z is Ge, Zn or Ga).

LiS-SiS系化合物としては、LiS-SiS、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiBr、LiS-SiS-LiCl、LiS-SiS-B-LiI、LiS-SiS-P-LiI、LiS-SiS-P-LiCl、LiS-SiS-LiPO、LiS-SiS-LiSO及びLiS-SiS-LiMO(x、yは正の数である。Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga又はInである。)などを挙げることができる。 Li 2 S—SiS 2 compounds include Li 2 S—SiS 2 , Li 2 S—SiS 2 —LiI, Li 2 S—SiS 2 —LiBr, Li 2 S—SiS 2 —LiCl, and Li 2 S—SiS. 2 - B2S3 - LiI, Li2S - SiS2 - P2S5 -LiI, Li2S - SiS2 - P2S5 - LiCl, Li2S - SiS2 - Li3PO4 , Li 2S —SiS 2 —Li 2 SO 4 and Li 2 S—SiS 2 —Li x MO y (x, y are positive numbers; M is P, Si, Ge, B, Al, Ga, or In; There is.) and so on.

LiS-GeS系化合物としては、LiS-GeS及びLiS-GeS-Pなどを挙げることができる。 Examples of Li 2 S—GeS 2 based compounds include Li 2 S—GeS 2 and Li 2 S—GeS 2 —P 2 S 5 .

硫化物系固体電解質は、結晶性材料であってもよく、非晶質材料であってもよい。 The sulfide-based solid electrolyte may be a crystalline material or an amorphous material.

(水素化物系固体電解質)
水素化物系固体電解質材料としては、LiBH、LiBH-3KI、LiBH-PI、LiBH-P、LiBH-LiNH、3LiBH-LiI、LiNH、LiAlH、Li(NHI、LiNH、LiGd(BHCl、Li(BH)(NH)、Li(NH)I及びLi(BH)(NHなどを挙げることができる。
(Hydride solid electrolyte)
Examples of hydride solid electrolyte materials include LiBH 4 , LiBH 4 -3KI, LiBH 4 -PI 2 , LiBH 4 -P 2 S 5 , LiBH 4 -LiNH 2 , 3LiBH 4 -LiI, LiNH 2 , Li 2 AlH 6 , Li( NH2 ) 2I , Li2NH , LiGd( BH4 ) 3Cl , Li2 ( BH4 )( NH2 ), Li3 ( NH2 )I and Li4 ( BH4 )( NH2 ) 3 etc. can be mentioned.

(ポリマー系固体電解質)
ポリマー系固体電解質として、例えばポリエチレンオキサイド系の高分子化合物及びポリオルガノシロキサン鎖及びポリオキシアルキレン鎖からなる群から選ばれる1種以上を含む高分子化合物などの有機系高分子電解質を挙げることができる。また、高分子化合物に非水電解液を保持させた、いわゆるゲルタイプのものを用いることもできる。
(Polymer solid electrolyte)
Examples of polymer-based solid electrolytes include organic polymer electrolytes such as polyethylene oxide-based polymer compounds and polymer compounds containing one or more selected from the group consisting of polyorganosiloxane chains and polyoxyalkylene chains. . In addition, a so-called gel type in which a non-aqueous electrolyte is held in a polymer compound can also be used.

固体電解質は、発明の効果を損なわない範囲において、2種以上を併用することができる。 Two or more kinds of solid electrolytes can be used in combination as long as the effects of the invention are not impaired.

(導電材及びバインダー)
正極活物質層111が有する導電材としては、上述の(導電材)で説明した材料を用いることができる。また、正極合剤中の導電材の割合についても同様に上述の(導電材)で説明した割合を適用することができる。また、正極が有するバインダーとしては、上述の(バインダー)で説明した材料を用いることができる。
(Conductive material and binder)
As the conductive material included in the positive electrode active material layer 111, the materials described in (Conductive material) can be used. Also, the ratio described in the above (Conductive material) can be similarly applied to the ratio of the conductive material in the positive electrode mixture. Further, as the binder contained in the positive electrode, the materials described in the above (Binder) can be used.

(正極集電体)
正極110が有する正極集電体112としては、上述の(正極集電体)で説明した材料を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
As the positive electrode current collector 112 included in the positive electrode 110, the material described in the above (Positive electrode current collector) can be used.

正極集電体112に正極活物質層111を担持させる方法としては、正極集電体112上で正極活物質層111を加圧成型する方法が挙げられる。加圧成型には、冷間プレスや熱間プレスを用いることができる。 As a method for supporting the positive electrode active material layer 111 on the positive electrode current collector 112 , there is a method of pressure-molding the positive electrode active material layer 111 on the positive electrode current collector 112 . Cold pressing or hot pressing can be used for pressure molding.

また、有機溶媒を用いてCAM、固体電解質、導電材及びバインダーの混合物をペースト化して正極合剤とし、得られる正極合剤を正極集電体112の少なくとも一面上に塗布して乾燥させ、プレスし固着することで、正極集電体112に正極活物質層111を担持させてもよい。 Alternatively, a mixture of CAM, a solid electrolyte, a conductive material, and a binder is pasted using an organic solvent to form a positive electrode mixture, and the obtained positive electrode mixture is applied to at least one surface of the positive electrode current collector 112, dried, and pressed. The positive electrode current collector 112 may carry the positive electrode active material layer 111 by pressing and fixing.

また、有機溶媒を用いてCAM、固体電解質及び導電材の混合物をペースト化して正極合剤とし、得られる正極合剤を正極集電体112の少なくとも一面上に塗布して乾燥させ、焼結することで、正極集電体112に正極活物質層111を担持させてもよい。 Alternatively, a mixture of the CAM, the solid electrolyte, and the conductive material is pasted using an organic solvent to form a positive electrode mixture, and the obtained positive electrode mixture is applied to at least one surface of the positive electrode current collector 112, dried, and sintered. Thus, the positive electrode current collector 112 may support the positive electrode active material layer 111 .

正極合剤に用いることができる有機溶媒としては、上述の(正極集電体)で説明した正極合剤をペースト化する場合に用いることができる有機溶媒と同じものを用いることができる。 As the organic solvent that can be used for the positive electrode mixture, the same organic solvent that can be used when the positive electrode mixture described above (Positive electrode current collector) is made into a paste can be used.

正極合剤を正極集電体112へ塗布する方法としては、上述の(正極集電体)で説明した方法が挙げられる。 Examples of the method for applying the positive electrode mixture to the positive electrode current collector 112 include the methods described above in (Positive electrode current collector).

以上に挙げられた方法により、正極110を製造することができる。正極110に用いる具体的な材料の組み合わせとしては、本実施形態に記載のCAMと表1に記載する組み合わせが挙げられる。 The positive electrode 110 can be manufactured by the method described above. Specific combinations of materials used for the positive electrode 110 include the CAM described in this embodiment and the combinations described in Table 1.

Figure 2023085143000001
Figure 2023085143000001

Figure 2023085143000002
Figure 2023085143000002

Figure 2023085143000003
Figure 2023085143000003

(負極)
負極120は、負極活物質層121と負極集電体122とを有している。負極活物質層121は、負極活物質を含む。また、負極活物質層121は、固体電解質及び導電材を含んでいてもよい。負極活物質、負極集電体、固体電解質、導電材及びバインダーは、上述したものを用いることができる。
(negative electrode)
The negative electrode 120 has a negative electrode active material layer 121 and a negative electrode current collector 122 . The negative electrode active material layer 121 contains a negative electrode active material. Further, the negative electrode active material layer 121 may contain a solid electrolyte and a conductive material. As the negative electrode active material, the negative electrode current collector, the solid electrolyte, the conductive material, and the binder, those described above can be used.

負極集電体122に負極活物質層121を担持させる方法としては、正極110の場合と同様に、加圧成型による方法、負極活物質を含むペースト状の負極合剤を負極集電体122上に塗布、乾燥後プレスし圧着する方法、及び負極活物質を含むペースト状の負極合剤を負極集電体122上に塗布、乾燥後、焼結する方法が挙げられる。 As a method for supporting the negative electrode active material layer 121 on the negative electrode current collector 122 , as in the case of the positive electrode 110 , there is a method of pressure molding, and a paste-like negative electrode mixture containing a negative electrode active material is applied onto the negative electrode current collector 122 . a method of applying a paste-like negative electrode mixture containing a negative electrode active material onto the negative electrode current collector 122, drying it, and then sintering it.

(固体電解質層)
固体電解質層130は、上述の固体電解質を有している。
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte layer 130 has the solid electrolyte described above.

固体電解質層130は、上述の正極110が有する正極活物質層111の表面に、無機物の固体電解質をスパッタリング法により堆積させることで形成することができる。 The solid electrolyte layer 130 can be formed by depositing an inorganic solid electrolyte on the surface of the positive electrode active material layer 111 of the positive electrode 110 described above by sputtering.

また、固体電解質層130は、上述の正極110が有する正極活物質層111の表面に、固体電解質を含むペースト状の合剤を塗布し、乾燥させることで形成することができる。乾燥後、プレス成型し、さらに冷間等方圧加圧法(CIP)により加圧して固体電解質層130を形成してもよい。 Further, the solid electrolyte layer 130 can be formed by applying a paste mixture containing a solid electrolyte to the surface of the positive electrode active material layer 111 of the positive electrode 110 described above and drying the mixture. After drying, the solid electrolyte layer 130 may be formed by press molding and further pressing by cold isostatic pressing (CIP).

積層体100は、上述のように正極110上に設けられた固体電解質層130に対し、公知の方法を用いて、固体電解質層130の表面に負極活物質層121が接する態様で負極120を積層させることで製造することができる。 Laminate 100 is obtained by laminating negative electrode 120 on solid electrolyte layer 130 provided on positive electrode 110 as described above, using a known method, in such a manner that negative electrode active material layer 121 is in contact with the surface of solid electrolyte layer 130 . It can be manufactured by

以上のような構成のリチウム二次電池において、本実施形態のLiMOをCAMとして用いているため、初回充放電効率が高いリチウム二次電池を提供できる。 In the lithium secondary battery configured as described above, since the LiMO of the present embodiment is used as the CAM, it is possible to provide a lithium secondary battery with high initial charge/discharge efficiency.

また、以上のような構成の正極は、上述した構成のLiMOをCAMとして有するため、リチウム二次電池の初回充放電効率を高くすることができる。 In addition, since the positive electrode having the structure described above has the LiMO having the structure described above as the CAM, the initial charge/discharge efficiency of the lithium secondary battery can be increased.

さらに、以上のような構成のリチウム二次電池は、上述した正極を有するため、初回充放電効率が高く、寿命の長い二次電池となる。 Furthermore, since the lithium secondary battery having the above configuration has the positive electrode described above, the secondary battery has high initial charge/discharge efficiency and a long life.

<組成分析>
LiMOの組成分析は、前記[ICP発光分光法による測定]において説明した方法により実施した。
<Composition analysis>
The composition analysis of LiMO was performed by the method described in [Measurement by ICP Emission Spectroscopy] above.

<電池性能の測定>
LiMOを用いたリチウム二次電池の電池性能は、上記<電池性能の測定>に記載の方法により測定した。具体的には、初回充放電効率を測定した。
<Measurement of battery performance>
The battery performance of the lithium secondary battery using LiMO was measured by the method described in <Measurement of Battery Performance> above. Specifically, the initial charge/discharge efficiency was measured.

<L/M>
LiMOの核磁気共鳴測定は、上記[核磁気共鳴測定]に記載の方法により実施し、前記(Lの算出方法)に記載の方法によりLを求めた。
また、[ICP発光分光法による測定]に記載の方法により、LiMOのMを求めた。
得られたL及びMから、L/Mを算出した。
<L/M>
Nuclear magnetic resonance measurement of LiMO was carried out by the method described in [Nuclear magnetic resonance measurement] above, and L was obtained by the method described in (Method for calculating L) above.
In addition, M of LiMO was determined by the method described in [Measurement by ICP Emission Spectroscopy].
L/M was calculated from the obtained L and M.

<B/A>
上記[中和滴定法]に記載の方法により、LiMOのAを求めた。
上記[核磁気共鳴測定]に記載の方法によりLiMOを測定し、上記(Bの算出方法)に記載の方法によりBを求めた。
得られたA及びBから、B/Aを算出した。
<B/A>
A of LiMO was determined by the method described in [Neutralization titration method] above.
LiMO was measured by the method described in [Nuclear magnetic resonance measurement] above, and B was obtained by the method described in (Method for calculating B) above.
B/A was calculated from the obtained A and B.

<BET比表面積の測定>
上記[BET比表面積の測定]に記載の方法により、LiMOのBET比表面積を測定した。
<Measurement of BET specific surface area>
The BET specific surface area of LiMO was measured by the method described in [Measurement of BET specific surface area] above.

<粒度分布の測定>
上記[粒度分布の測定]に記載の方法により、LiMOの粒度分布を測定した。
<Measurement of particle size distribution>
The particle size distribution of LiMO was measured by the method described in [Measurement of particle size distribution] above.

≪実施例1≫
1.LiMO1の製造
攪拌器およびオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を50℃に保持した。
<<Example 1>>
1. Production of LiMO1 After water was put into a reactor equipped with a stirrer and an overflow pipe, an aqueous sodium hydroxide solution was added and the liquid temperature was maintained at 50°C.

硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液と硫酸アルミニウム水溶液とを、NiとCoとAlとの原子比が88:9:3となる割合で混合して、混合原料液を調製した。 A nickel sulfate aqueous solution, a cobalt sulfate aqueous solution, and an aluminum sulfate aqueous solution were mixed at a ratio of 88:9:3 in atomic ratio of Ni, Co, and Al to prepare a mixed raw material solution.

次に、反応槽内に、攪拌下、この混合原料液と硫酸アンモニウム水溶液を錯化剤として連続的に添加した。反応槽内の溶液のpHが11.6(液温40℃での測定時)になるよう、水酸化ナトリウム水溶液を適時滴下し、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の粒子を得た。 Next, this mixed raw material liquid and an aqueous solution of ammonium sulfate were continuously added as a complexing agent into the reactor while stirring. An aqueous solution of sodium hydroxide was added dropwise at appropriate times so that the pH of the solution in the reaction tank was 11.6 (measured at a liquid temperature of 40° C.) to obtain particles of nickel-cobalt-aluminum composite hydroxide.

ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の粒子を洗浄した後、遠心分離機で脱水し、単離して650℃で酸化することで、ニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物1を得た。ニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物1の組成分析を行ったところNiとCoとAlとの原子比が88.3:8.8:2.9であった。 After washing the particles of nickel-cobalt-aluminum composite hydroxide, the particles were dehydrated in a centrifuge, isolated, and oxidized at 650° C. to obtain nickel-cobalt-aluminum composite oxide 1 . A composition analysis of the nickel-cobalt-aluminum composite oxide 1 revealed that the atomic ratio of Ni, Co, and Al was 88.3:8.8:2.9.

ニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物1と水酸化リチウム一水和物粉末を、mol比がLi/(Ni+Co+Al)=1.06となる割合で秤量して混合した。 Nickel-cobalt-aluminum composite oxide 1 and lithium hydroxide monohydrate powder were weighed and mixed at a molar ratio of Li/(Ni+Co+Al)=1.06.

その後、酸素雰囲気下650℃で5時間、仮焼成した。この際、室温から保持温度までの昇温速度を100℃/時間、昇温時間を6.3時間になるよう設定し焼成した。
その後、さらに酸素雰囲気下、酸素ガスの供給速度/混合物の供給速度の比が5となる様に設定し、720℃で6時間、本焼成した。この際、室温から保持温度までの昇温速度を120℃/時間、昇温時間を5.8時間になるよう設定し焼成した。
After that, it was calcined at 650° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere. At this time, the heating rate from room temperature to the holding temperature was set to 100° C./hour, and the heating time was set to 6.3 hours for firing.
After that, in an oxygen atmosphere, the ratio of oxygen gas supply rate/mixture supply rate was set to 5, and main firing was performed at 720° C. for 6 hours. At this time, the heating rate from room temperature to the holding temperature was set to 120° C./hour, and the heating time was set to 5.8 hours for firing.

その後、得られた焼成粉にスラリーpHが12.0となるよう純水に加えて20分間撹拌し、濾過したウェットケーキを乾燥し、LiMO1を得た。 After that, pure water was added to the obtained baked powder so that the slurry pH became 12.0, and the mixture was stirred for 20 minutes. The filtered wet cake was dried to obtain LiMO1.

2.LiMO1の評価
LiMO1の組成分析を行ったところ、a=0.015、y=0.089、w=0.026であった。LiMO1は層状構造を有していた。
2. Evaluation of LiMO1 A composition analysis of LiMO1 was performed, and a = 0.015, y = 0.089, and w = 0.026. LiMO1 had a layered structure.

≪実施例2≫
1.LiMO2の製造
本焼成の保持温度を700℃に変更し、その際の室温から保持温度までの昇温速度が200℃/時間、昇温時間が3.4時間になるよう設定し焼成した以外は実施例1と同様の方法により、LiMO2を得た。
<<Example 2>>
1. Production of LiMO2 Except for changing the holding temperature of the main firing to 700 ° C., setting the heating rate from room temperature to the holding temperature at that time to 200 ° C./hour, and setting the heating time to 3.4 hours. LiMO2 was obtained by the same method as in Example 1.

2.LiMO2の評価
LiMO2の組成分析を行ったところ、a=0.021、y=0.088、w=0.024であった。LiMO2は層状構造を有していた。
2. Evaluation of LiMO2 A composition analysis of LiMO2 was performed, and a = 0.021, y = 0.088, and w = 0.024. LiMO2 had a layered structure.

図3にLiMO2のLiの固体核磁気共鳴スペクトルを示す。 FIG. 3 shows the solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li of LiMO2.

≪実施例3≫
1.LiMO3の製造
攪拌器およびオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を50℃に保持した。
<<Example 3>>
1. Production of LiMO3 After water was put into a reactor equipped with a stirrer and an overflow pipe, an aqueous sodium hydroxide solution was added and the liquid temperature was maintained at 50°C.

硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液と硫酸アルミニウム水溶液とを、NiとCoとAlとの原子比が91:7:2となる割合で混合して、混合原料液を調製した。 An aqueous solution of nickel sulfate, an aqueous solution of cobalt sulfate, and an aqueous solution of aluminum sulfate were mixed in such a ratio that the atomic ratio of Ni, Co, and Al was 91:7:2 to prepare a mixed raw material solution.

次に、反応槽内に、攪拌下、この混合原料液と硫酸アンモニウム水溶液を錯化剤として連続的に添加した。反応槽内の溶液のpHが12.2(液温40℃での測定時)になるよう、水酸化ナトリウム水溶液を適時滴下し、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の粒子を得た。
ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の粒子を洗浄した後、遠心分離機で脱水し、単離して120℃で乾燥することで、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物2を得た。ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物2の組成分析を行ったところNiとCoとAlとの原子比が90.1:7.0:2.9であった。
Next, this mixed raw material liquid and an aqueous solution of ammonium sulfate were continuously added as a complexing agent into the reactor while stirring. An aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise at appropriate times so that the pH of the solution in the reaction tank reached 12.2 (measured at a liquid temperature of 40° C.) to obtain particles of nickel-cobalt-aluminum composite hydroxide.
After washing the nickel-cobalt-aluminum composite hydroxide particles, the particles were dehydrated in a centrifuge, isolated, and dried at 120° C. to obtain nickel-cobalt-aluminum composite hydroxide 2 . A composition analysis of the nickel-cobalt-aluminum composite hydroxide 2 revealed that the atomic ratio of Ni, Co, and Al was 90.1:7.0:2.9.

ニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物2と水酸化リチウム一水和物粉末を、mol比がLi/(Ni+Co+Al)=1.06となる割合で秤量して混合した。 Nickel-cobalt-aluminum composite oxide 2 and lithium hydroxide monohydrate powder were weighed and mixed at a molar ratio of Li/(Ni+Co+Al)=1.06.

その後、酸素雰囲気下650℃で5時間、仮焼成した。この際、室温から保持温度までの昇温速度を100℃/時間、昇温時間を6.3時間になるよう設定し焼成した。
その後、さらに酸素雰囲気下、酸素ガスの供給速度/混合物の供給速度の比が5となる様に設定し、760℃で6時間、本焼成した。この際、保持温度までの昇温速度を300℃/時間、昇温時間を1.9時間となる条件に設定し焼成した。
After that, it was calcined at 650° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere. At this time, the heating rate from room temperature to the holding temperature was set to 100° C./hour, and the heating time was set to 6.3 hours for firing.
After that, in an oxygen atmosphere, the ratio of oxygen gas supply rate/mixture supply rate was set to 5, and main firing was performed at 760° C. for 6 hours. At this time, the heating rate to the holding temperature was set to 300° C./hour, and the heating time was set to 1.9 hours.

その後、得られた焼成粉にスラリーpHが12.0となるよう純水に加えて20分間撹拌水洗し、濾過したウェットケーキを乾燥し、LiMO3を得た。 After that, pure water was added to the obtained sintered powder so that the slurry pH was 12.0, and the slurry was washed with water for 20 minutes with stirring. The filtered wet cake was dried to obtain LiMO3.

2.LiMO3の評価
LiMO3の組成分析を行ったところ、a=0.014、y=0.074、w=0.024であった。LiMO3は層状構造を有していた。
2. Evaluation of LiMO3 A composition analysis of LiMO3 was performed, and a = 0.014, y = 0.074, and w = 0.024. LiMO3 had a layered structure.

≪比較例1≫
1.LiMO4の製造
ニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物1と水酸化リチウム一水和物粉末を、mol比がLi/(Ni+Co+Al)=1.06となる割合で秤量して混合した。
<<Comparative Example 1>>
1. Production of LiMO4 Nickel-cobalt-aluminum composite oxide 1 and lithium hydroxide monohydrate powder were weighed and mixed at a molar ratio of Li/(Ni+Co+Al)=1.06.

その後、酸素雰囲気下650℃で5時間、仮焼成した。この際、保持温度までの昇温速度を100℃/時間、昇温時間を6.3時間になるよう設定し焼成した。
その後、さらに酸素雰囲気下、酸素ガスの供給速度/混合物の供給速度の比が5となる様に設定し、720℃で6時間、本焼成した。この際、保持温度までの昇温速度を100℃/時間、昇温時間を7.0時間になるよう設定し焼成し、LiMO4を得た。
After that, it was calcined at 650° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere. At this time, the heating rate to the holding temperature was set to 100° C./hour, and the heating time was set to 6.3 hours.
After that, in an oxygen atmosphere, the ratio of oxygen gas supply rate/mixture supply rate was set to 5, and main firing was performed at 720° C. for 6 hours. At this time, the heating rate to the holding temperature was set to 100° C./hour, and the heating time was set to 7.0 hours to obtain LiMO4.

2.LiMO4の評価
LiMO4の組成分析を行ったところ、a=0.047、y=0.088、w=0.028であった。LiMO4は層状構造を有していた。
2. Evaluation of LiMO4 Composition analysis of LiMO4 revealed a = 0.047, y = 0.088, and w = 0.028. LiMO4 had a layered structure.

≪比較例2≫
1.LiMO5の製造
ニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物1と水酸化リチウム一水和物粉末を、mol比がLi/(Ni+Co+Al)=1.00となる割合で秤量して混合した以外は比較例1と同様の方法によりLiMO5を得た。
<<Comparative Example 2>>
1. Production of LiMO5 The same procedure as in Comparative Example 1 was performed except that nickel-cobalt-aluminum composite oxide 1 and lithium hydroxide monohydrate powder were weighed and mixed at a molar ratio of Li/(Ni+Co+Al)=1.00. LiMO5 was obtained by the method.

2.LiMO5の評価
LiMO5の組成分析を行ったところ、a=-0.005、y=0.089、w=0.024であった。LiMO5は層状構造を有していた。
2. Evaluation of LiMO5 Composition analysis of LiMO5 revealed a = -0.005, y = 0.089, and w = 0.024. LiMO5 had a layered structure.

≪比較例3≫
1.LiMO6の製造
ニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物1と水酸化リチウム一水和物粉末を、mol比がLi/(Ni+Co+Al)=1.02となる割合で秤量して混合した。
その後、酸素雰囲気下650℃で5時間、仮焼成した。この際、保持温度までの昇温速度を100℃/時間、昇温時間を6.3時間になるよう設定し焼成した。
<<Comparative Example 3>>
1. Production of LiMO6 Nickel-cobalt-aluminum composite oxide 1 and lithium hydroxide monohydrate powder were weighed and mixed at a molar ratio of Li/(Ni+Co+Al)=1.02.
After that, it was calcined at 650° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere. At this time, the heating rate to the holding temperature was set to 100° C./hour, and the heating time was set to 6.3 hours.

その後、さらに酸素雰囲気下、酸素ガスの供給速度/混合物の供給速度の比が5となる様に設定し、720℃で6時間、本焼成した。この際、保持温度までの昇温速度を400℃/時間、昇温時間を1.8時間になるよう設定し焼成し、LiMO6を得た。 After that, in an oxygen atmosphere, the ratio of oxygen gas supply rate/mixture supply rate was set to 5, and main firing was performed at 720° C. for 6 hours. At this time, the heating rate to the holding temperature was set to 400° C./hour, and the heating time was set to 1.8 hours to obtain LiMO6.

2.LiMO6の評価
LiMO6の組成分析を行ったところ、a=0.04、y=0.089、w=0.024であった。LiMO6は層状構造を有していた。
2. Evaluation of LiMO6 Composition analysis of LiMO6 revealed a=0.04, y=0.089, and w=0.024. LiMO6 had a layered structure.

≪比較例4≫
ニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物1と水酸化リチウム一水和物粉末を、mol比がLi/(Ni+Co+Al)=1.02となる割合で秤量して混合した。
本焼成の保持温度を770℃に変更し、その際の室温から保持温度までの昇温速度が300℃/時間、昇温時間が7.5時間になるよう設定し焼成した以外は比較例3と同様の方法により焼成粉を得た後、得られた焼成粉に、スラリーpHが11.4になるよう純水を加え20分間撹拌水洗し、濾過したウェットケーキを乾燥し、LiMO7を得た。
<<Comparative Example 4>>
Nickel-cobalt-aluminum composite oxide 1 and lithium hydroxide monohydrate powder were weighed and mixed at a molar ratio of Li/(Ni+Co+Al)=1.02.
Comparative Example 3 except that the holding temperature of the main firing was changed to 770 ° C., the temperature rising rate from room temperature to the holding temperature at that time was set to 300 ° C./hour, and the heating time was set to 7.5 hours. After obtaining a sintered powder by the same method as above, pure water was added to the obtained sintered powder so that the slurry pH was 11.4, and the slurry was washed with water for 20 minutes with stirring, and the filtered wet cake was dried to obtain LiMO7. .

2.LiMO7の評価
LiMO7の組成分析を行ったところ、a=-0.005、y=0.089、w=0.024であった。LiMO7は層状構造を有していた。
2. Evaluation of LiMO7 Composition analysis of LiMO7 revealed a=−0.005, y=0.089, and w=0.024. LiMO7 had a layered structure.

実施例1~3、比較例1~4で製造したそれぞれのLiMOについて、L/M、A(質量%)、B(質量%)、B/A、BET比表面積、粒度分布及び初回充放電効率の結果を表4に記載する。 For each LiMO produced in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4, L/M, A (% by mass), B (% by mass), B/A, BET specific surface area, particle size distribution and initial charge/discharge efficiency The results are listed in Table 4.

Figure 2023085143000004
Figure 2023085143000004

表4に記載の結果の通り、(1)及び(2)を満たす実施例1~3のLiMOを用いた場合、リチウム二次電池の初回充放電効率は84%以上と高い結果であった。 As shown in Table 4, when the LiMOs of Examples 1 to 3 satisfying (1) and (2) were used, the initial charge/discharge efficiency of the lithium secondary battery was as high as 84% or more.

1:セパレータ、3:負極、4:電極群、5:電池缶、6:電解液、7:トップインシュレーター、8:封口体、10:リチウム二次電池、21:正極リード、100:積層体、110:正極、111:正極活物質層、112:正極集電体、113:外部端子、120:負極、121:負極活物質層、122:負極集電体、123:外部端子、130:固体電解質層、200:外装体、200a:開口部、1000:全固体リチウム二次電池 1: Separator, 3: Negative electrode, 4: Electrode group, 5: Battery can, 6: Electrolyte solution, 7: Top insulator, 8: Sealing body, 10: Lithium secondary battery, 21: Positive electrode lead, 100: Laminate, 110: positive electrode, 111: positive electrode active material layer, 112: positive electrode current collector, 113: external terminal, 120: negative electrode, 121: negative electrode active material layer, 122: negative electrode current collector, 123: external terminal, 130: solid electrolyte Layer, 200: exterior body, 200a: opening, 1000: all-solid lithium secondary battery

Claims (9)

層状構造を有するリチウム金属複合酸化物であって、少なくともNi、Li及び元素Xを含有し、
前記元素Xは、Co、Mn、Al、Fe、Cu、Ti、Mg、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、V、B、Si、S及びPからなる群より選択される1種以上の元素であり、
下記(1)及び(2)を満たす、リチウム金属複合酸化物。
0.0070≦L/M≦0.03 ・・・(1)
A/B≦2.5 ・・・(2)
(Lは、核磁気共鳴測定により得られる前記リチウム金属複合酸化物のLiの固体核磁気共鳴スペクトルにおける、-50ppm以上50ppm以下の範囲に現れるピークのうち、最大強度のピークを有するシグナルから算出されるLiの存在割合(質量%)と、ICP発光分光法により測定される前記リチウム金属複合酸化物のLi量(mol)との積から求まるLiの存在量(mol)であり、Mは、ICP発光分光法により測定される前記リチウム金属複合酸化物のLi以外の金属元素の総量(mol)である。
Aは、前記リチウム金属複合酸化物の全量に対する、中和滴定法により算出されたLiOHとLiCOのいずれか一方又は両方の量から求まるLiの含有割合(質量%)であり、Bは、前記リチウム金属複合酸化物の全量に対する、核磁気共鳴測定により得られる前記リチウム金属複合酸化物のLiの固体核磁気共鳴スペクトルにおける、-50ppm以上50ppm以下の範囲に現れるピークのうち、最大強度のピークを有するシグナルから算出されるLiの存在割合(質量%)である。)
A lithium metal composite oxide having a layered structure, containing at least Ni, Li and element X,
The element X is selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Fe, Cu, Ti, Mg, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, V, B, Si, S and P. is an element of more than a species,
A lithium metal composite oxide that satisfies the following (1) and (2).
0.0070≦L/M≦0.03 (1)
A/B≦2.5 (2)
(L is calculated from the signal having the maximum intensity among the peaks appearing in the range of -50 ppm to 50 ppm in the solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li of the lithium metal composite oxide obtained by nuclear magnetic resonance measurement. is the abundance (mol) of Li determined from the product of the abundance (% by mass) of Li and the amount (mol) of Li in the lithium metal composite oxide measured by ICP emission spectroscopy, and M is It is the total amount (mol) of metal elements other than Li in the lithium metal composite oxide measured by ICP emission spectroscopy.
A is the Li content ratio (% by mass) determined from the amount of one or both of LiOH and Li 2 CO 3 calculated by the neutralization titration method with respect to the total amount of the lithium metal composite oxide, and B is , with respect to the total amount of the lithium metal composite oxide, in the solid-state nuclear magnetic resonance spectrum of 7 Li of the lithium metal composite oxide obtained by nuclear magnetic resonance measurement, among the peaks appearing in the range of -50 ppm to 50 ppm, the maximum intensity is the abundance ratio (% by mass) of Li calculated from the signal having the peak of )
前記Bは0.2質量%以下である、請求項1に記載のリチウム金属複合酸化物。 2. The lithium metal composite oxide according to claim 1, wherein said B is 0.2% by mass or less. 前記Aは0.4質量%以下である、請求項1又は2に記載のリチウム金属複合酸化物。 3. The lithium metal composite oxide according to claim 1, wherein said A is 0.4% by mass or less. 下記組成式(I)を満たす、請求項1~3のいずれか1項に記載のリチウム金属複合酸化物。
Li[Lia(Ni(1-y-w)AlX11-a]O ・・・(I)
(式(I)中、X1はMn、Co、Fe、Cu、Ti、Mg、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、V、B、Si、S及びPからなる群より選択される1種以上の元素であり、-0.1≦a≦0.2、0≦y≦0.5、0<w≦0.5、0<y+w≦0.7を満たす。)
The lithium metal composite oxide according to any one of claims 1 to 3, which satisfies the following compositional formula (I).
Li[Li a (Ni (1-yw) Al w X1 y ) 1-a ]O 2 (I)
(In formula (I), X1 is selected from the group consisting of Mn, Co, Fe, Cu, Ti, Mg, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, V, B, Si, S and P and satisfies -0.1 ≤ a ≤ 0.2, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0 < w ≤ 0.5, 0 < y + w ≤ 0.7.)
BET比表面積が0.2m/g以上を満たす、請求項1~4のいずれか1項に記載のリチウム金属複合酸化物。 The lithium metal composite oxide according to any one of claims 1 to 4, having a BET specific surface area of 0.2 m 2 /g or more. 粒度分布測定から求まる50%累積体積粒径(D50)が1μm以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載のリチウム金属複合酸化物。 6. The lithium metal composite oxide according to any one of claims 1 to 5, wherein the 50% cumulative volume particle size (D 50 ) determined by particle size distribution measurement is 1 μm or more. 請求項1~6のいずれか1項に記載のリチウム金属複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極活物質。 A positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising the lithium metal composite oxide according to any one of claims 1 to 6. 請求項7に記載のリチウム二次電池用正極活物質を含むリチウム二次電池用正極。 A positive electrode for lithium secondary batteries, comprising the positive electrode active material for lithium secondary batteries according to claim 7 . 請求項8に記載のリチウム二次電池用正極を含むリチウム二次電池。 A lithium secondary battery comprising the positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 8 .
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