JP4061879B2 - Nickel-containing slurry and method for producing the same, and method for producing lithium nickel oxide - Google Patents

Nickel-containing slurry and method for producing the same, and method for producing lithium nickel oxide Download PDF

Info

Publication number
JP4061879B2
JP4061879B2 JP2001313525A JP2001313525A JP4061879B2 JP 4061879 B2 JP4061879 B2 JP 4061879B2 JP 2001313525 A JP2001313525 A JP 2001313525A JP 2001313525 A JP2001313525 A JP 2001313525A JP 4061879 B2 JP4061879 B2 JP 4061879B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
nickel
slurry
producing
compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2001313525A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003119031A (en
Inventor
衛 金子
秀和 宮城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2001313525A priority Critical patent/JP4061879B2/en
Publication of JP2003119031A publication Critical patent/JP2003119031A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4061879B2 publication Critical patent/JP4061879B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッケル化合物を含有するスラリー及びその製造方法に関する。詳しくは、リチウム二次電池の正極活物質として好適に使用されるリチウムニッケル系酸化物の製造、並びにそのために使用するスラリー及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
実際に使用可能なリチウム二次電池を提供し得る正極活物質として、リチウム遷移金属複合酸化物が有望視されている。このリチウム遷移金属複合酸化物の中でも、遷移金属としてコバルト、ニッケル、マンガンを使用する、リチウムコバルト系酸化物、リチウムニッケル系酸化物、リチウムマンガン系酸化物を正極活物質とすると、高性能な電池特性が得られることも知られている。さらに、リチウム遷移金属複合酸化物の安定化や高容量化、安全性向上、高温での電池特性の改良のために、遷移金属サイトの一部をアルミニウム元素等の他元素で置換したリチウム遷移金属複合酸化物を用いることも知られている。
【0003】
リチウム遷移金属複合酸化物を製造する方法としては、原料となるリチウム化合物、遷移金属化合物、及びその他必要に応じて使用される他元素化合物を混合・焼成処理する乾式法や、上記リチウム化合物、遷移金属化合物、及び他元素化合物を水等の分散媒に分散させたスラリーを乾燥させた後に焼成処理する湿式法等様々なものを挙げることができる。これらの製造法中、湿式法は、リチウム遷移金属複合酸化物を球状に造粒でき、充填密度を高く(単位容積あたりのエネルギー密度を高く)することができる利点を有する。換言すれば、上記方法により製造したリチウム遷移金属複合酸化物を用いれば、乾式法で製造したリチウム遷移金属複合酸化物を用いる場合と比較して、同じ大きさの電池を製造した場合は、高容量の電池が得られ、又同じエネルギー容量の電池の場合は、小型化が可能となる等の利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一方、リチウム遷移金属複合酸化物の中でも、遷移金属としてニッケルを含有するリチウムニッケル系酸化物は、リチウム二次電池としての容量が高い等特に有望な材料であるが、本発明者の検討によれば、このようなリチウムニッケル系酸化物を上記湿式法により製造する場合、スラリーの増粘が生起しやすいことが判明した。この粘度上昇によって、スラリー中の分散粒子の流動が損なわれ、結果として乾燥後の粒子径が不安定になったり、組成的にもずれが生じたり、最終的には乾燥しにくくなったり等、スラリーの工業上の取り扱いが困難になってしまう。特に、スラリーを製造するに際し、湿式法にて固形分の粉砕を行う場合、この傾向は顕著であり、その結果、その後の粉砕が困難となり、粉砕粒子径が十分に微細化しないため、電池特性が悪化する問題があった。
【0005】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、リチウムニッケル系酸化物の製造に好適な、増粘しにくい安定性の高いニッケル含有スラリー及びその製造方法を提供すること、並びに、スラリーの増粘が生起しにくいために生産性が高く、充填密度の高いリチウムニッケル系酸化物の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、スラリーの増粘の発生の有無は使用するニッケル化合物、具体的にはニッケル化合物として最も好適に使用される酸化ニッケルに原因があること、及び使用する酸化ニッケルとして、より結晶性の高いものを選択することにより増粘が抑制できること、を見出し本発明を完成しした。
【0007】
即ち本発明の第1の要旨は、ニッケル化合物を溶媒中で混合処理に供してスラリーとするニッケル含有スラリーの製造方法において、該ニッケル化合物として、X線回折ピークの003面の半価幅が0.6度以下の酸化ニッケルを用いることを特徴とするニッケル含有スラリーの製造方法、に存する。
また、本発明の第2の要旨は、ニッケル化合物、リチウム化合物及び溶媒を含むスラリーを乾燥後、焼成処理に供するか、又はニッケル化合物及び溶媒を含むスラリーを乾燥後リチウム化合物と混合し、さらに焼成処理に供するリチウムニッケル系酸化物の製造方法において、前記ニッケル化合物として、X線回折ピークの003面の半価幅が0.6度以下の酸化ニッケルを用いることを特徴とするリチウムニッケル系酸化物の製造方法、に存する。
【0008】
さらにまた、本発明の第3の要旨は、ニッケル化合物とリチウム化合物とを溶媒中で湿式粉砕処理に供してスラリーとした後、これを乾燥し、さらに焼成処理に供するか、又は、ニッケル化合物を溶媒中で湿式粉砕処理に供してスラリーとした後、これを乾燥し、リチウム化合物と混合した後さらに焼成処理に供するリチウムニッケル系酸化物の製造方法において、前記ニッケル化合物として、X線回折ピークの003面の半価幅が0.6度以下の酸化ニッケルを用いることを特徴とするリチウムニッケル系酸化物の製造方法、に存する。
【0009】
さらにまた、本発明の第4の要旨は、ニッケル化合物が溶媒中で分散してなるニッケル含有スラリーにおいて、該ニッケル化合物が、X線回折ピークの003面の半価幅が0.6度以下の酸化ニッケルを含むことを特徴とするニッケル含有スラリー、に存する。
【0010】
【作用】
詳細は明らかではないが、スラリーの増粘は、スラリー中でニッケル化合物結晶の新生面が露出することに由来すると推定される。即ち、湿式粉砕等によりスラリー中でニッケル化合物の新生面が露出するが、この新生面は極めて活性が大きいためスラリー内の粒子の相互作用が強まり、その結果、凝集が起こり、スラリーの粘度が上昇するのである。
【0011】
一方、ニッケル化合物として、結晶性の高いものを使用することによって、露出した新生面においても活性が抑制され、その結果、スラリーの増粘が抑制されるものと推定される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する原料の酸化ニッケルは、X線回折にて測定される003面のピークの半価幅が0.6°以下、好ましくは0.5°以下のものである。半価幅が大きすぎると原料の酸化ニッケルの結晶性が低下し、その結果スラリー粘度の著しい増加をもたらす。また、スラリー粘度の増加を抑制するため、スラリー中の固形分濃度を下げる必要が生じ、単位時間当たりの製品収量が低下する等工業上不利になる。上記半価幅は小さければ小さいほど好ましいが、一方であまりに小さい半価幅のものは現実的には得にくいので通常は0.01°以上、好ましくは0.1°以上である。なお、一般的に使用されるX線回折装置では通常測定限界として0.1°よりも小さい半価幅は得にくい。
【0013】
次に上記半価幅の測定方法について説明する。
半価幅は粉末X線回折装置によって求めることができる。通常採用される詳細な測定条件としては、集中法に基づくゴニオメータ半径173mmを有するX線回折計を用い、測定条件として以下の条件を採用する。
Cu管球、出力電圧=40kV、出力電流=30mA、測定モード=θ−2θカップリングスキャン、走査モード=連続スキャン、測定範囲(2θ)=10°〜90°、ステップ幅=0.05°、走査速度=3.0°/分、発散スリット=1.0°、散乱スリット=1.0°、受光スリット=0.20mm。
【0014】
上記測定条件で得られた粉末X線回折パターンのうち、酸化ニッケル(NiO)原料を菱面体晶形として帰属した(003)面のブラッグ回折ピークの半価幅を計算する。
なお、003面のピークは、通常2θ=37.0〜37.6程度の位置に観測されるが、a軸方向の単位格子の長さやc軸方向の単位格子の長さで変化する。
【0015】
酸化ニッケルの結晶性は、製造方法に依存するものと考えられ、製造方法として熱分解法、直接焼成法が知られている。これら製造方法の違い等によって、酸化ニッケルの結晶性は、酸化ニッケル製造業者やその品目で大きく異なるので、これらの中から適宜選択することによって本発明で使用する酸化ニッケルを得ることができる。
以上のような方法によって求めた半価幅を特定値とすることによって、スラリーの増粘を抑制することができる。
【0016】
スラリーは、上記酸化ニッケルが溶媒中に分散してなるが、スラリー中には、酸化ニッケル以外のニッケル化合物が溶解又は分散していてもよい。この場合、ニッケル化合物全体に対する酸化ニッケル以外の化合物の含有量は、ニッケルモル比で、通常50%以下、好ましくは30%以下、さらに好ましくは10%以下とする。
スラリーの溶媒としては、各種の有機溶媒、無機溶媒を使用することができるが、本発明の効果が顕著に表れる点及び工業的な優位性の観点から水を使用するのが好ましい。
【0017】
ニッケル含有スラリーは、必要に応じてさらに他の成分を含有することができる。リチウムニッケル系酸化物を製造する場合、原料として通常リチウム化合物が必要となるが、当該リチウム化合物をスラリーに含有させることができる。この場合、より良好な性状のリチウムニッケル系酸化物を生産性高く得ることができ、優れた電池性能を得ることができるという効果を奏する。また、リチウムニッケル系酸化物として、リチウムやニッケル以外の他元素を有する化合物を加えてニッケルサイト等を他元素にて置換したものを製造する場合、これら他元素を含む原料化合物をスラリー中に含有させることができる。これら他の成分は、溶媒中で溶解していてもよく分散していてもよい。
【0018】
スラリー中に含有させることができるリチウム化合物としては、例えば、リチウムの酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物の外、炭酸塩や硝酸塩や硫酸塩等の無機酸塩、酢酸塩等の有機酸塩、塩化物等のハロゲン化物、及びこれらの水和物を挙げることが出来る。中でも好ましくは、水酸化リチウム、水酸化リチウム一水和物、炭酸リチウム、硝酸リチウム、リチウムの有機酸塩及び酸化リチウムを挙げることが出来、さらに好ましくは、水酸化リチウム、水酸化リチウム一水和物、炭酸リチウム、硝酸リチウム及び酢酸リチウムを挙げることが出来る。最も好ましくは、水酸化リチウム一水和物である。リチウム化合物は、複数種を併用することもできる。
【0019】
他元素として使用できる元素としては特に制限はないが、例えば、コバルト、マンガン、鉄、クロム、バナジウム、チタン、銅、アルミニウム、ガリウム、ビスマス、スズ、亜鉛、マグネシウム、ゲルマニウム、ニオブ、タンタル、ジルコニウム等の各種の金属を挙げることできる。これらの複数種を併用することもできる。他元素を導入する場合にスラリー中に含有させることができる他元素化合物としては、上記金属の酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物の外、炭酸塩や硝酸塩や硫酸塩等の無機酸塩、酢酸塩等の有機酸塩、塩化物等のハロゲン化物を挙げることが出来る。
【0020】
他元素としてアルミニウムを使用する場合、アルミニウム化合物としては、例えば、アルミニウムの酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、有機酸塩、塩化物、硝酸塩、硫酸塩等の無機酸塩、或いはその水和物が挙げられる。具体的には、Al23、AlOOH、Al(OH)3、Al(CH3COO)3、AlCl3、Al(NO3)・92O、Al2(SO4)3、等があげられ、好ましくはAl23、AlOOH、Al(OH)3である。
【0021】
スラリー中の各種成分の組成比は、目的とするリチウムニッケル系酸化物の組成等に応じて適宜選択される。また、スラリー中におけるスラリー濃度は、原料化合物の種類によっても異なるが、通常0.1〜60重量%であり、好ましくは0.1〜50重量%、最も好ましくは5〜40重量%である。スラリー濃度が低すぎると生産性が低下する傾向にあり、他方高すぎるとスラリー組成の均一性が確保しにくくなる。
【0022】
スラリーの調製に当たり、均一性を高め、且つ次工程でのスラリーの安定性を維持するためにスラリーは十分に混合、攪拌しておくのが好ましい。その場合、混合・撹拌が十分実施される限り、撹拌手段は特に制限されないが、例えば、攪拌機の種類としては、単純なモーター攪拌から例えばプラネタリーミキサー、3軸プラネタリーミキサー、二軸バタフライミキサー、同心二軸ミキサー、ディゾルバー、ホモミキサー、ニーダー等の使用が考えられる。スラリー調製の際、撹拌と同時にスラリー中の固形分を粉砕する、即ち、湿式粉砕するのが、本発明の効果が顕著である点及び電池性能の点でより好ましい。そのための攪拌機としては、スラリー中の固形分の粉砕を伴う強攪拌が可能なもの、例えば、媒体攪拌型湿式微粉砕機を用いるのが好適である。媒体攪拌型湿式微粉砕機は一般にはビーズミルとも呼ばれ、粉砕メディアにガラス、セラミックス、スチール等のビーズを使用する湿式粉砕機である。ベッセルの中に粉砕メディアとして通常70〜90%程度のビーズを充填し、アジテータディスク、ピンを通常周速5〜15m/秒程度で回転させビーズに運動を与え、その中にスラリー(被破砕物)をポンプで送り込み、ビーズ間のせん断力等により微粉砕・分散する装置である。そのため、ビーズに要求される特性としては高破壊強度・耐摩耗性・成分内容・安定性等が挙げられ、また、ビーズの選定に対してはスラリーに対するコンタミネーション、腐食性等を考慮して材質を選ぶ必要がある。
【0023】
粉砕条件は、目的とするリチウムニッケル系酸化物の種類等によっても異なるが、該酸化物が所望の二次粒子径を有するのには、湿式粉砕後のスラリー中の固形粒子の平均粒径はできるだけ小さくするのが好ましく、通常2μm以下、好ましくは1μm以下、更に好ましくは0.5μm以下とするので、それに合わせて粉砕条件を選択することができる。ただし、湿式粉砕後の固形粒子として、あまりに小さな粒径のものは得難いので、通常0.01μm以上、好ましくは0.05μm以上、更に好ましくは0.1μm以上である。
【0024】
本発明におけるスラリーの粘度は、通常、1〜10000mPa・sである。スラリーの粘度が低粘度過ぎるとスラリーの貯蔵安定性が乏しく、また、リチウムニッケル系酸化物の製造の際にきれいな造粒粒子が得られ難い等の問題が生じることがある。一方スラリー粘度が高すぎると円滑な移送が進まず、取扱上の問題を生じ、また、乾燥において微細粒子が得られがたい等の問題が発生することがある。スラリーの粘度は、1〜5000mPa・sが好ましく、より好ましくは1〜1800mPa・s、特に100〜1000mPa・sがさらに好ましい。
【0025】
なお、スラリーの粘度は、公知のBM型粘度計を用いて測定することが出来る。BM型粘度計は、室温大気中において所定の金属製ローターを回転させる方式を採用する測定方法である。スラリーの粘度は、ローターをスラリー中に浸した状態でローターを回転させ、その回転軸にかかる抵抗力(捻れの力)から算出される。但し、室温大気中とは気温10℃〜35℃、相対湿度20%RH〜80%RHの環境を意味する。
【0026】
リチウムニッケル系酸化物を得るに際し、得られたスラリーは乾燥されて溶媒が除去される。乾燥の方法に特に制限はないが、噴霧乾燥が好ましい。噴霧乾燥によって簡易な方法で球状のリチウムニッケル系酸化物を得ることができ、その結果、充填密度を向上させることができる。噴霧乾燥の方法は特に制限されないが、例えば、ノズルの先端に気体流とスラリーとを流入させることによってノズルからスラリー成分の液滴(本明細書においては、これを単に「液滴」という場合がある。)を吐出させ、適当な乾燥ガス温度や送風量を用いて飛散した該液滴を迅速に乾燥させる方法を用いることができる。気体流として供給する気体としては、空気(脱CO2空気も含む)の外、窒素等の不活性ガス等を用いることができるが、通常は空気が用いられる。これらは加圧して使用することが好ましい。気体流は、ガス線速として、通常100m/s以上、好ましくは200m/s以上、さらに好ましくは300m/s以上で噴射される。あまり小さすぎると適切な液滴が形成しにくくなる。ただし、あまりに大きな線速は得にくいので、通常噴射速度は1000m/s以下である。使用されるノズルの形状は、微少な液滴を吐出することができるものであればよく、従来から公知のもの、例えば、特許第2797080号公報に記載されているような液滴を微細化できるようなノズルを使用することもできる。なお、液滴は環状に噴霧されることが、生産性向上の点で好ましい。飛散した液滴は、乾燥される。前述の通り、飛散した該液滴を迅速に乾燥させるように、適当な温度や送風等の処理が施されるが、乾燥塔上部から下部に向かいダウンフローで乾燥ガスを導入するのが好ましい。この様な構造とすることにより、乾燥塔単位容積当たりの処理量を大幅に向上させることができる。また、液滴を略水平方向に噴霧する場合、水平方向に噴霧された液滴をダウンフローガスで抑え込むことにより、乾燥塔の直径を大きく低減させることが可能となり、安価且つ大量に製造することが可能となる。乾燥ガス温度は、通常50℃以上、好ましくは70℃以上とし、通常300℃以下、好ましくは200℃以下、さらに好ましくは120℃以下、最も好ましくは100℃以下とする。温度が高すぎると、得られた造粒粒子が中空構造の多いものとなり、粉体の充填密度が低下する傾向にあり、一方、低すぎると粉体出口部分での水分結露による粉体固着・閉塞等の問題が生じる可能性があある。
【0027】
乾燥することによって焼成原料となる造粒粒子が得られる。造粒粒子径(二次粒子径)としては、平均粒子径で好ましくは50μm以下、さらに好ましくは30μm以下となるようにするのが、電池性能の面で好ましい。ただし、あまりに小さな粒径は得にくい傾向にあるので、通常は0.1μm以上、好ましくは1μm以上、さらに好ましくは4μm以上、最も好ましくは5μm以上である。造粒粒子の粒子径は、乾燥の条件、例えば噴霧乾燥の場合における噴霧形式、加圧気体流供給速度、スラリー供給速度、乾燥温度等を適宜選定することによって制御することができる。
【0028】
乾燥された粒子は、必要に応じて他の化合物と混合した後焼成処理に供される。例えば、前記スラリー中にリチウム化合物や他元素化合物を含有させない場合、当該スラリーを乾燥後にリチウム化合物や他元素化合物と混合した後、これを焼成処理に供することができる。また、スラリー中に一部のリチウム化合物及び/又は他元素化合物を含有させた場合、当該スラリーの乾燥後に、残余のリチウム化合物及び/又は他元素化合物を混合した後、これを焼成処理に供することができる。
焼成処理時の焼成温度は、通常500℃以上、好ましくは550℃以上であり、また通常1000℃以下、好ましくは900℃以下である。焼成温度が低すぎると、結晶性の良いリチウムニッケル系酸化物を得るために長時間の反応時間を要する上、充填密度向上の効果が低くなることがある。また焼成温度が高すぎると、目的とするリチウムニッケル系酸化物以外の相が生成するか、あるいは欠陥が多いリチウムニッケル系酸化物を生成することがある。また、常温から上記の反応温度まで昇温する際には、反応をより均一に行うために例えば毎分5℃以下の温度で徐々に昇温するか、或いは途中で一旦昇温を停止し、一定温度での保持時間を入れても良い。
【0029】
焼成時間は通常1時間以上100時間以内、好ましくは2時間以上50時間以内である。上記範囲以下で時間が短すぎると結晶性の良いリチウムニッケル系酸化物が得られ難く、この範囲を越えて長すぎる反応時間はあまり実用的ではない。焼成は、通常酸素存在下で行い、具体的には、空気中や酸素濃度20%以上のガス雰囲気中で焼成を行うことができる。空気中で焼成を行う場合は、脱炭酸ガス空気を使用するのが好ましい。好ましくは、脱炭酸ガス空気中又は酸素濃度20%以上のガス雰囲気中で焼成を行い、さらに好ましくは純酸素雰囲気に焼成を行う。
【0030】
結晶欠陥が少ないリチウムニッケル系酸化物を得るためには、上記の焼成後、ある程度の温度までゆっくり冷却することが好ましく、800℃、好ましくは600℃までは5℃/min.以下の冷却速度で徐冷することが好ましい。
焼成に使用する加熱装置は、上記の温度、雰囲気を達成できるものであれば特に制限はなく、例えば箱形炉、管状炉、トンネル炉、ロータリーキルン等を使用することができる。
【0031】
このようにして製造したリチウムニッケル系酸化物は、通常微細な一次粒子が凝集した二次粒子から形成されれている。一次粒子の大きさは、原料の粉砕の程度、焼成温度、焼成時間等により制御することが可能であり、また、二次粒子の粒子径は、原料の粉砕条件、噴霧乾燥条件、更には焼成後の粉砕、分級条件等により制御することが可能である。リチウムニッケル系酸化物をリチウム二次電池の正極活物質として使用するのには、粒子径0.1〜10μmの一次粒子が凝集した、粒子径1〜100μmの二次粒子からなり、かつ窒素吸着による比表面積が0.1〜5m2/gであるものが好ましい。
【0032】
得られるリチウムニッケル系酸化物は、通常下記一般式(1)にて表される。
【0033】
【化1】
LixNi1-yy2-δ (1)
ここで、xは0.8〜1.3、好ましくは0.9〜1.1の数を表し、yは他元素Mによる置換量に相当し、0〜0.5、好ましくは0〜0.3の数を表し、Mはコバルト、マンガン、鉄、クロム、バナジウム、チタン、銅、アルミニウム、ガリウム、ビスマス、スズ、亜鉛、マグネシウム、ゲルマニウム、ニオブ、タンタル及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を表し、δは酸素欠損又は酸素過剰量に相当し、−0.1〜0.1、好ましくは−0.05〜0.05の数を表す。
【0034】
上記一般式(1)で表されるリチウムニッケル系酸化物は、電池容量、レート特性、サイクル特性、保存特性、安全性等の電池特性に優れるという特徴を有する。
本発明の上記の方法で製造されたリチウムニッケル系酸化物を、正極活物質として用いリチウム二次電池を作製することができる。
【0035】
リチウム二次電池は、通常正極、負極及び電解質層を有する。リチウム二次電池の一例としては、正極、負極、電解液、セパレーターからなる二次電池が挙げられ、この場合正極と負極の間には電解質が存在し、かつセパレーターが正極と負極が接触しないようにそれらの間に配置される。
正極は、通常前記リチウムニッケル系酸化物と結着剤とを含有する。また、通常、正極は前記正極材料と結着剤とを含有する正極層を集電体上に形成してなる。
【0036】
このような正極層は、リチウムニッケル系酸化物、結着剤及び必要に応じて導電剤等を溶媒でスラリー化したものを正極集電体に塗布し、乾燥することにより製造することができる。
正極層中には、LiMn24、LiMnO2、LiCoO2、LiFePO4等のように、リチウムニッケル系酸化物以外のリチウムイオンを吸蔵・放出しうる活物質をさらに含有していてもよい。
【0037】
正極層中の活物質の割合は、通常10重量%以上、好ましくは30重量%以上、さらに好ましくは50重量%以上であり、通常99.9重量%以下、好ましくは99重量%以下である。多すぎると電極の機械的強度が劣る傾向にあり、少なすぎると容量等電池性能が劣る傾向にある。
また、正極に使用される結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等が挙げられる。正極層中のバインダーの割合は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、さらに好ましくは5重量%以上であり、通常80重量%以下、好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは40重量%以下、最も好ましくは10重量%以下である。結着剤の割合が低すぎると、活物質を十分に保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させることがあり、一方、高すぎると電池容量や導電性を下げることがある。
【0038】
正極層は、通常導電性を高めるため導電剤を含有する。導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛やアセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料を挙げることができる。正極中の導電剤の割合は、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは1重量%以上であり、通常50重量%以下、好ましくは30重量%以下、さらに好ましくは15重量%以下である。導電剤の割合が低すぎると導電性が不十分になることがあり、逆に高すぎると電池容量が低下することがある。
【0039】
また、スラリー溶媒としては、結着剤を溶解あるいは分散するものであれば特に制限はないが、通常は有機溶媒又は水が使用される。例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン、水等を挙げることができる。
【0040】
正極層の厚さは、通常1〜1000μm、好ましくは10〜200μm程度である。厚すぎると導電性が低下する傾向にあり、薄すぎると容量が低下する傾向にある。
正極に使用する集電体の材質としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が用いられ、好ましくはアルミニウムである。集電体の厚さは、通常1〜1000μm、好ましくは5〜500μm程度である。厚すぎるとリチウム二次電池全体としての容量が低下し、薄すぎると機械的強度が不足することがある。
【0041】
なお、塗布・乾燥によって得られた正極層は、活物質の充填密度を上げるためローラープレス等により圧密されるのが好ましい。
二次電池の負極に使用される負極の活物質としては、リチウムやリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金であっても良いが、より安全性が高く、リチウムを吸蔵、放出できる炭素材料が好ましい。
【0042】
炭素材料は特に限定されないが、黒鉛及び、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチの炭化物、石油系ピッチの炭化物、あるいはこれらピッチを酸化処理したものの炭化物、ニードルコークス、ピッチコークス、フェノール樹脂、結晶セルロース等の炭化物等及びこれらを一部黒鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。
【0043】
更に、負極活物質として、SnO、SnO2、Sn1-xxO(M=Hg、P、B、Si、GeまたはSb、ただし0≦x<1)、Sn32(OH)2、Sn3-xx2(M=Mg、P、B、Si、Ge、Sb又はMn、ただし0≦x<3)、LiSiO2、SiO2、LiSnO2等を挙げることができる。尚、これらの中から選ばれる2種以上の混合物を負極活物質として用いてもよい。
【0044】
負極は、通常正極の場合と同様、負極層を集電体上に形成してなる。この際使用する結着剤や、必要に応じて使用される導電剤等やスラリー溶媒としては、正極で使用するものと同様のものを使用することができる。また、負極の集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用され、好ましくは銅が用いられる。
【0045】
正極と負極の間にセパレーターを使用する場合は、通常微多孔性の高分子フィルムが用いられ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン等のポリオレフィン高分子からなるものが用いられる。また、ガラス繊維等の不織布フィルターや、ガラス繊維と高分子繊維との不織布フィルターを用いることも出来る。セパレータの化学的及び電気化学的安定性は重要な因子である。この点からポリオレフィン系高分子が好ましく、電池セパレータの目的の一つである自己閉塞温度の点からポリエチレン製であることが望ましい。
【0046】
ポリエチレンセパレーターの場合、高温形状維持性の点から超高分子量ポリエチレンであることが好ましく、その分子量の下限は、好ましくは50万、さらに好ましくは100万、最も好ましくは150万である。他方分子量の上限は、好ましくは500万、更に好ましくは400万、最も好ましくは300万である。分子量が小さすぎると閉塞性が高くなりすぎて高温での使用に問題が生じ、分子量が大きすぎると、流動性が低すぎて加熱された時セパレーターの孔が閉塞しない場合がある。
【0047】
また、リチウム二次電池における電解質層を形成する電解質には、例えば公知の有機電解液、高分子固体電解質、ゲル状電解質、無機固体電解質等を用いることができるが、中でも有機電解液が好ましい。
有機電解液は、通常有機溶媒と溶質とを含有する。有機溶媒としては特に限定されるものではないが、例えばカーボネート類、エーテル類、ケトン類、スルホラン系化合物、ラクトン類、ニトリル類、塩素化炭化水素類、アミン類、エステル類、アミド類、リン酸エステル化合物等を使用することができる。これらの代表的なものを具体的に列挙すると、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、4−メチル−2−ペンタノン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、1,2−ジクロロエタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等を挙げることが出来、これらの単独もしくは二種類以上の混合溶媒が使用できる。
【0048】
上述の有機溶媒には、電解質を解離させるための高誘電率溶媒が含まれることが好ましい。ここで、高誘電率溶媒とは、25℃における比誘電率が20以上の化合物を意味する。高誘電率溶媒の中で、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン及びそれらの水素原子をハロゲン等の他の元素又はアルキル基等で置換した化合物が電解液中に含まれることが好ましい。高誘電率化合物の電解液に占める割合は、好ましくは20重量%以上、更に好ましくは30重量%以上、最も好ましくは40重量%以上である。該化合物の含有量が少ないと、所望の電池特性が得られない場合があるからである。
【0049】
またこの溶媒に溶解させる溶質としては特に限定されるものではないが、従来公知のいずれもが使用でき、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C654、LiCl、LiBr、CH3SO3Li、CF3SO3Li、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO225)2、LiC(SO2CF3)3等のリチウム塩が挙げられ、これらのうち少なくとも1種以上のものを用いることができる。また、CO2、N2O、CO、SO2等のガスやポリサルファイドSx2-など負極表面にリチウムイオンの効率よい充放電を可能にする良好な皮膜を生成する添加剤を任意の割合で上記単独又は混合溶媒に添加してもよい。
【0050】
高分子固体電解質を使用する場合にも、高分子としては、公知のものを用いることができる。特にリチウムイオンに対するイオン導電性の高い高分子を使用することが好ましく、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミン等が好ましく使用される。またこの高分子に対して上記の溶質と共に、上記の溶媒を加えてゲル状電解質として使用することも可能である。
【0051】
無機固体電解質を使用する場合にも、この無機物に公知の結晶質、非晶質固体電解質を用いることができる。結晶質の固体電解質としては例えば、LiI、Li3N、Li1+xxTi2-x(PO43(ただしM=Al、Sc、Y及びLaからなる群から選ばれる少なくとも一種)、Li0.5-3xRE0.5+xTiO3(ただしRE=La、Pr、Nd及びSmからなる群から選ばれる少なくとも一種)等が挙げられ、非晶質の固体電解質としては例えば、4.9LiI−34.1Li2O−61B25、33.3Li2O−66.7SiO2等の酸化物ガラスや0.45LiI−0.37Li2S−0.26B23、0.30LiI−.42Li2S−0.28SiS2等の硫化物ガラス等が挙げられる。これらのうち少なくとも1種以上のものを用いることができる。
【0052】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に制約されるものではない。
なお、実施例におけるスラリーの粘度は、BM型粘度計(トキメック社製)により測定した。測定は室温大気中で行い、特定の金属製ローターを装置本体の回転軸に固定し、該ローターをスラリー液中に浸し、ローターを回転させ、3分後の目盛を読みとり、換算表を用い、ローター及び回転数からスラリー粘度を算出した。
<実施例1>
(1)Li1.05Ni0.80Co0.15Al0.052の製造
LiOH・H2O、NiO(和光純薬工業製試薬、003面半価幅=0.138度)、Co(OH)2及びAlOOHそれぞれを最終的な層状型ニッケル酸リチウム複合酸化物中の組成で、Li:Ni:Co:Al=1.05:0.80:0.15:0.05(モル比)となるように秤量し、これに純水を加えて固形分濃度26重量%のスラリーを調整した。このスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕機(シンマルエンタープライゼス社製:ダイノーミルKDL−A型)を用いて、スラリー中の固形分の平均粒子径が0.29μmになるまで粉砕した。粉砕に要した時間は6時間であった。このスラリーの粘度は140mPa・sであった。
【0053】
次に、該スラリーを二流体ノズル型スプレードライヤー(大川原化工機社製:LT−8型スプレードライヤー)を用いて噴霧乾燥を行った。この時の乾燥ガスとして空気を用い、吐出ガス導入量は50L/minとし、乾燥ガス入り口温度は90℃とした。次に、噴霧乾燥により得られた造粒粒子を空気中450℃で3時間焼成することにより、噴霧乾燥粉に含まれる水分を除去した。次いで酸素中750℃、24時間焼成した。
【0054】
その結果、ほぼ仕込み通りのモル比組成を有するコバルトアルミニウム置換ニッケル酸リチウムを得た。
得られたニッケル酸リチウムの粒子径を、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製:LA−920型粒度分布測定装置)を用いて測定した結果、平均二次粒子径10.7μm、最大粒径26μmのほぼ球状の形状を有する粒子であった。
【0055】
得られたニッケル酸リチウム複合酸化物の結晶性を粉末X線回折装置(フィリップス社製X線回折装置PW1700型,Cu管球、出力電圧=40kV、出力電流=30mA、スキャンスピード=3°/minとした)を用いて測定した結果、Joint committee on powder diffraction standards(以下JCPDSとする)の09-0063(LiNiO2)に登録されたパターンと類似しており、LiNiO2に帰属するピーク以外のピークは認められなく、ニッケル以外の成分(アルミニウム及びコバルト)がニッケルに均一に固溶したLiNiO2と同様の結晶構造を持つことが確認された。
(2)リチウム二次電池の作製
正極活物質であるLi1.05Ni0.80Co0.15Al0.052と導電剤であるアセチレンブラックと結着材であるテフロンとを重量比で75:20:5となるように混合し、メノウ乳鉢を用いて充分混練し、シート状にした後、レート特性測定用に直径9mm及び高温サイクル特性測定用に12mmにそれぞれ打ち抜いた後、直径16mmのAl製集電体に直径9mmの場合14MPaの圧力、直径12mmの場合は20MPaの圧力にてそれぞれ圧着し、120℃、3時間真空乾燥した後、正極とした。
【0056】
得られた正極をアルゴン雰囲気のグローブボックス中で2032型コイン電池を組み立てた。レート特性測定用の負極には直径16mm、厚さ1mmのリチウム金属を用いた。また、高温サイクル特性測定用の負極には厚さ20umの銅箔上に平均粒径8〜10umの黒鉛粉末を結着剤としてポリフッ化ビニリデンとを重量比で92.5:7.5の割合で秤量し、これをN−メチルピロリドン中に分散させ、塗布したものを乾燥したものを直径12mmに打ち抜き、0.5ton/cm2の圧力でプレスしたものを用いた。電解液には1モル/リットルのLiPF6を支持塩とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の体積比率3:7の混合溶液を用いた。
(3)電池性能評価
A.初期放電容量の測定
以上のようにして作製した電池について、レート特性測定条件として、3.2V〜4.2Vの電圧範囲で0.2mA/cm2の電流密度で充放電試験を行った際の正極活物質単位重量当たりの初期放電容量(mAh/g)を測定した。
B.50℃、100サイクル容量維持率の測定
高温サイクル特性測定条件として、3.0V〜4.2Vの電圧範囲で1C定電流充放電により、50℃にてサイクル試験を行い、1サイクル目放電容量Qh(1)に対する、100サイクル目の放電容量Qh(100)の割合を高温サイクル容量維持率P、即ち
【0057】
【数1】
P[%]={Qh(100)/Qh(1)}×100
とし、この値で電池の高温特性を比較した。
表−1に上記A、Bの評価結果を示す。
<実施例2>
酸化ニッケルとして正同化学工業製酸化ニッケル(003面半価幅=0.192度)を用いたこと、スラリー濃度を25重量%としたこと、及び湿式粉砕によってスラリー中の固形分の平均粒子径を0.28μmとしたこと以外実施例1と同様にしてニッケル酸リチウムを製造し・評価した。この際、スラリー粘度は460mPa・sであった。
【0058】
得られたニッケル酸リチウム複合酸化物の粒子径は、平均二次粒子径10.7μm、最大粒径26μmのほぼ球状の形状を有する粒子であった。また、粉末X線回折装置によって、ニッケル以外の成分(アルミニウム及びコバルト)がニッケルに均一に固溶したLiNiO2と同様の結晶構造を持つことも確認された。
コイン電池としての評価結果を表−1に示す。
<実施例3>
酸化ニッケルとして住友金属鉱山製酸化ニッケル(003面半価幅=0.311度)を用いたこと、スラリー濃度を25重量%としたこと、及び湿式粉砕によってスラリー中の固形分の平均粒子径を0.28μmとしたこと以外実施例1と同様にしてニッケル酸リチウムを製造し・評価した。この際、スラリー粘度は250mPa・sであった。
以上
【0059】
得られたニッケル酸リチウム複合酸化物の粒子径は、平均二次粒子径10.7μm、最大粒径26μmのほぼ球状の形状を有する粒子であった。また、粉末X線回折装置によって、ニッケル以外の成分(アルミニウム及びコバルト)がニッケルに均一に固溶したLiNiO2と同様の結晶構造を持つことも確認された。コイン電池としての評価結果を表−1に示す。
<比較例1>
酸化ニッケルとして日本化学産業(株)扱いのPacific Rare Metal(パシフィック・レア・メタル)製酸化ニッケルPRM-B(003面半価幅=0.664度)を用いたこと、及びスラリー濃度を25重量%としたこと以外実施例1と同様にして湿式粉砕処理を行った。粉砕を開始したところ、粉砕開始20分後スラリー粘度が著しく増粘し、粉砕容器内の内圧が閉塞により上昇し、粉砕の継続が不可能になったため、粉砕を中止した。このスラリーの粘度は1760Pa・Sであった。
【0060】
【表1】

Figure 0004061879
【0061】
なお、表―1において、NiOの半価幅とは、以下の方法で測定されたX線回折ピークの003面の半価幅を意味する。また、実施例及び比較例で使用した酸化ニッケルのX線回折パターンを図1〜4に示す。
半価幅の測定方法:
粉末X線回折装置(フィリップス社PW1700)を使用し、集中法に基づくゴニオメータ半径173mmを有するX線回折計を用い、下の条件で測定した。Cu管球、出力電圧=40kV、出力電流=30mA、測定モード=θ−2θカップリングスキャン、走査モード=連続スキャン、測定範囲(2θ)=10°〜90°、ステップ幅=0.05°、走査速度=3.0°/分、発散スリット=1.0°、散乱スリット=1.0°、受光スリット=0.20mm。
【0062】
半価幅は、プロファイルフィッティング法により求めた。プロファイルフィッティングは、線源である特性X線に含まれるKα1、Kα2の影響を考慮したピアソン− VII関数の5つの変数(高さ、2θ、半価幅、形定数、非対称)を非対称最小二乗法に基づき精密化、カーブフィッティングピークを行った。用いる半価幅は、Kα2を除去したKα1由来のピーク半価幅とした。
【0063】
【発明の効果】
本発明方法によれば、増粘の抑制されたニッケル含有スラリーを得ることができる。また、本発明によれば、リチウム二次電池の正極に使用されるリチウムニッケル系酸化物を湿式法で製造する際、スラリーの増粘を抑制した結果、長期の安定性に優れ、且つ取扱が容易となり、生産性高くリチウムニッケル系酸化物を得ることができる。また、得られるスラリーから調製したリチウムニッケル系酸化物は、電池特性や性状において、良好である。従って、本発明方法は、工業的製法として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1で使用した酸化ニッケルのX線回折パターン
【図2】 実施例2で使用した酸化ニッケルのX線回折パターン
【図3】 実施例3で使用した酸化ニッケルのX線回折パターン
【図4】 比較例1で使用した酸化ニッケルのX線回折パターン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a slurry containing a nickel compound and a method for producing the same. In detail, it is related with manufacture of the lithium nickel type oxide used suitably as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, the slurry used therefor, and its manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
A lithium transition metal composite oxide is considered promising as a positive electrode active material that can provide a lithium secondary battery that can actually be used. Among these lithium transition metal composite oxides, cobalt, nickel, and manganese are used as transition metals. When a lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, or lithium manganese oxide is used as a positive electrode active material, a high performance battery is obtained. It is also known that properties can be obtained. Furthermore, in order to stabilize and increase the capacity of lithium transition metal composite oxides, improve safety, and improve battery characteristics at high temperatures, lithium transition metals in which some of the transition metal sites are replaced with other elements such as aluminum elements It is also known to use complex oxides.
[0003]
As a method for producing a lithium transition metal composite oxide, a dry method in which a raw material lithium compound, a transition metal compound, and other elemental compounds used as necessary are mixed and fired, or the above lithium compound, transition Examples include various methods such as a wet method in which a slurry in which a metal compound and other elemental compounds are dispersed in a dispersion medium such as water is dried and then baked. Among these production methods, the wet method has an advantage that the lithium transition metal composite oxide can be granulated in a spherical shape and the packing density can be increased (the energy density per unit volume can be increased). In other words, when the lithium transition metal composite oxide manufactured by the above method is used, when a battery of the same size is manufactured as compared with the case of using the lithium transition metal composite oxide manufactured by the dry method, A battery having a capacity can be obtained, and a battery having the same energy capacity has advantages such as miniaturization.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, among lithium transition metal composite oxides, a lithium nickel oxide containing nickel as a transition metal is a particularly promising material such as a high capacity as a lithium secondary battery. For example, it has been found that when such a lithium nickel oxide is produced by the above-described wet method, thickening of the slurry is likely to occur. This increase in viscosity impairs the flow of dispersed particles in the slurry, resulting in unstable particle size after drying, resulting in a shift in composition, and eventually becoming difficult to dry, etc. The industrial handling of the slurry becomes difficult. In particular, when solids are pulverized by a wet method in producing a slurry, this tendency is remarkable. As a result, subsequent pulverization becomes difficult and the pulverized particle diameter is not sufficiently refined. There was a problem that got worse.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances. That is, the present invention provides a highly stable nickel-containing slurry which is suitable for the production of lithium nickel-based oxides and has a high stability and a method for producing the same, and is also produced because the thickening of the slurry is difficult to occur. An object of the present invention is to provide a method for producing a lithium nickel-based oxide having high properties and high packing density.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the occurrence of thickening of the slurry is caused by the nickel compound used, specifically, nickel oxide most preferably used as the nickel compound. As a result, the inventors have found that thickening can be suppressed by selecting one having higher crystallinity as nickel oxide to be used, and completed the present invention.
[0007]
That is, the first gist of the present invention is that in the method for producing a nickel-containing slurry in which a nickel compound is subjected to a mixing treatment in a solvent to form a slurry, the half width of the 003 plane of the X-ray diffraction peak is 0 as the nickel compound. The present invention resides in a method for producing a nickel-containing slurry characterized by using nickel oxide of 6 degrees or less.
The second gist of the present invention is that a slurry containing a nickel compound, a lithium compound and a solvent is dried and then subjected to a firing treatment, or a slurry containing a nickel compound and a solvent is dried and then mixed with a lithium compound, and further fired. In the method for producing a lithium nickel oxide used for the treatment, nickel oxide having a half-value width of 003 plane of an X-ray diffraction peak of 0.6 degrees or less is used as the nickel compound The manufacturing method.
[0008]
Furthermore, the third gist of the present invention is that a nickel compound and a lithium compound are subjected to a wet pulverization treatment in a solvent to form a slurry, which is then dried and further subjected to a firing treatment. In a method for producing a lithium nickel-based oxide that is subjected to a wet pulverization treatment in a solvent to obtain a slurry, which is then dried, mixed with a lithium compound, and further subjected to a firing treatment. The present invention resides in a method for producing a lithium nickel oxide, wherein nickel oxide having a half width of 003 plane of 0.6 degrees or less is used.
[0009]
Furthermore, the fourth gist of the present invention is that, in a nickel-containing slurry in which a nickel compound is dispersed in a solvent, the nickel compound has an X-ray diffraction peak 003 plane half width of 0.6 degrees or less. A nickel-containing slurry characterized by containing nickel oxide.
[0010]
[Action]
Although the details are not clear, it is estimated that the thickening of the slurry is derived from the exposure of the new surface of the nickel compound crystal in the slurry. That is, the new surface of the nickel compound is exposed in the slurry by wet pulverization or the like, but this new surface is extremely active, so the interaction of the particles in the slurry is strengthened, and as a result, aggregation occurs and the viscosity of the slurry increases. is there.
[0011]
On the other hand, it is presumed that by using a nickel compound having high crystallinity, the activity is suppressed even on the exposed new surface, and as a result, the thickening of the slurry is suppressed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The raw material nickel oxide used in the present invention has a half-value width of the peak of the 003 plane measured by X-ray diffraction of 0.6 ° or less, preferably 0.5 ° or less. If the half width is too large, the crystallinity of the raw material nickel oxide is lowered, resulting in a significant increase in slurry viscosity. Moreover, in order to suppress the increase in slurry viscosity, it is necessary to lower the solid content concentration in the slurry, which is industrially disadvantageous, such as a reduction in product yield per unit time. The half width is preferably as small as possible. On the other hand, it is difficult to obtain a half width that is too small, so that it is usually 0.01 ° or more, preferably 0.1 ° or more. In general, an X-ray diffractometer generally used cannot easily obtain a half width less than 0.1 ° as a normal measurement limit.
[0013]
Next, the method for measuring the half width will be described.
The half width can be determined by a powder X-ray diffractometer. As detailed measurement conditions usually employed, an X-ray diffractometer having a goniometer radius of 173 mm based on the concentration method is used, and the following conditions are adopted as measurement conditions.
Cu tube, output voltage = 40 kV, output current = 30 mA, measurement mode = θ-2θ coupling scan, scan mode = continuous scan, measurement range (2θ) = 10 ° to 90 °, step width = 0.05 °, Scanning speed = 3.0 ° / min, diverging slit = 1.0 °, scattering slit = 1.0 °, light receiving slit = 0.20 mm.
[0014]
Of the powder X-ray diffraction patterns obtained under the above measurement conditions, the half width of the Bragg diffraction peak of the (003) plane, to which the nickel oxide (NiO) raw material is assigned as the rhombohedral crystal form, is calculated.
The peak on the 003 plane is usually observed at a position of about 2θ = 37.0 to 37.6, but varies depending on the length of the unit cell in the a-axis direction and the length of the unit cell in the c-axis direction.
[0015]
The crystallinity of nickel oxide is considered to depend on the production method, and a thermal decomposition method and a direct firing method are known as the production method. The crystallinity of nickel oxide varies greatly depending on the nickel oxide manufacturer and its items due to the difference in the manufacturing method and the like, and thus nickel oxide used in the present invention can be obtained by appropriately selecting from these.
By setting the half width obtained by the above method to a specific value, the thickening of the slurry can be suppressed.
[0016]
In the slurry, the nickel oxide is dispersed in a solvent, but a nickel compound other than nickel oxide may be dissolved or dispersed in the slurry. In this case, the content of the compound other than nickel oxide with respect to the entire nickel compound is generally 50% or less, preferably 30% or less, and more preferably 10% or less in terms of nickel molar ratio.
As the solvent for the slurry, various organic solvents and inorganic solvents can be used, but it is preferable to use water from the viewpoint of the remarkable effect of the present invention and industrial superiority.
[0017]
The nickel-containing slurry can further contain other components as required. When producing a lithium nickel oxide, a lithium compound is usually required as a raw material, but the lithium compound can be contained in a slurry. In this case, it is possible to obtain a lithium nickel-based oxide having better properties with high productivity and to obtain excellent battery performance. In addition, as a lithium nickel-based oxide, when a compound having other elements other than lithium or nickel is added and nickel sites are substituted with other elements, raw material compounds containing these other elements are contained in the slurry. Can be made. These other components may be dissolved or dispersed in a solvent.
[0018]
Examples of lithium compounds that can be contained in the slurry include lithium oxides, hydroxides, oxyhydroxides, inorganic acid salts such as carbonates, nitrates and sulfates, and organic acids such as acetates. Examples thereof include halides such as salts and chlorides, and hydrates thereof. Among them, preferable examples include lithium hydroxide, lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium organic acid salt and lithium oxide, and more preferable lithium hydroxide, lithium hydroxide monohydrate. Products, lithium carbonate, lithium nitrate and lithium acetate. Most preferred is lithium hydroxide monohydrate. A lithium compound can also use multiple types together.
[0019]
There are no particular restrictions on the elements that can be used as other elements, for example, cobalt, manganese, iron, chromium, vanadium, titanium, copper, aluminum, gallium, bismuth, tin, zinc, magnesium, germanium, niobium, tantalum, zirconium, etc. The various metals can be mentioned. These multiple types can also be used in combination. Other element compounds that can be contained in the slurry when other elements are introduced include the above-mentioned metal oxides, hydroxides, oxyhydroxides, and inorganic acid salts such as carbonates, nitrates and sulfates. And organic acid salts such as acetates and halides such as chlorides.
[0020]
When aluminum is used as the other element, examples of the aluminum compound include aluminum oxides, hydroxides, oxyhydroxides, organic acid salts, chlorides, nitrates, sulfates, and other inorganic acid salts, or their water. Japanese products are listed. Specifically, Al 2 O Three , AlOOH, Al (OH) Three , Al (CH Three (COO) Three AlCl Three , Al (NO Three ) ・ 9 H 2 O, Al 2 (SO Four ) Three , Etc., preferably Al 2 O Three , AlOOH, Al (OH) Three It is.
[0021]
The composition ratio of various components in the slurry is appropriately selected according to the composition of the target lithium nickel oxide. Moreover, although the slurry density | concentration in a slurry changes also with the kind of raw material compound, it is 0.1 to 60 weight% normally, Preferably it is 0.1 to 50 weight%, Most preferably, it is 5 to 40 weight%. If the slurry concentration is too low, the productivity tends to decrease. On the other hand, if the slurry concentration is too high, it is difficult to ensure the uniformity of the slurry composition.
[0022]
In preparing the slurry, it is preferable to sufficiently mix and stir the slurry in order to increase the uniformity and maintain the stability of the slurry in the next step. In that case, as long as mixing and stirring are sufficiently performed, the stirring means is not particularly limited. For example, as the type of the stirrer, for example, from a simple motor stirring to a planetary mixer, a three-axis planetary mixer, a two-axis butterfly mixer, Concentric twin-screw mixers, dissolvers, homomixers, kneaders, etc. can be used. In preparing the slurry, it is more preferable from the viewpoint of the effect of the present invention and the battery performance that the solid content in the slurry is pulverized simultaneously with stirring, that is, wet pulverization. As a stirrer for that purpose, it is preferable to use a stirrer capable of strong stirring accompanied by pulverization of the solid content in the slurry, for example, a medium stirring type wet pulverizer. The medium agitation type wet pulverizer is generally called a bead mill and is a wet pulverizer using beads such as glass, ceramics, and steel as the pulverization media. Fill the vessel with about 70-90% beads as grinding media, rotate the agitator disk and pin at a normal circumferential speed of about 5-15 m / sec to give motion to the beads, and add slurry (crushed material) ) Is pumped and finely pulverized and dispersed by shearing force between beads. Therefore, the properties required for beads include high fracture strength, wear resistance, component content, stability, etc. In addition, for the selection of beads, considering the contamination with the slurry, corrosiveness, etc. It is necessary to choose.
[0023]
The pulverization conditions vary depending on the type of the target lithium nickel oxide, but the average particle size of the solid particles in the slurry after wet pulverization is necessary for the oxide to have a desired secondary particle size. It is preferable to make it as small as possible, usually 2 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, so that the pulverization conditions can be selected accordingly. However, since it is difficult to obtain solid particles after wet pulverization, the particle size is usually 0.01 μm or more, preferably 0.05 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more.
[0024]
The viscosity of the slurry in the present invention is usually 1 to 10,000 mPa · s. When the viscosity of the slurry is too low, the storage stability of the slurry is poor, and problems such as difficulty in obtaining clean granulated particles in the production of a lithium nickel oxide may occur. On the other hand, if the slurry viscosity is too high, smooth transfer does not proceed, causing problems in handling, and problems such as difficulty in obtaining fine particles in drying may occur. The viscosity of the slurry is preferably 1 to 5000 mPa · s, more preferably 1 to 1800 mPa · s, and even more preferably 100 to 1000 mPa · s.
[0025]
The viscosity of the slurry can be measured using a known BM viscometer. The BM viscometer is a measurement method that employs a method of rotating a predetermined metal rotor in the room temperature atmosphere. The viscosity of the slurry is calculated from the resistance force (twisting force) applied to the rotating shaft when the rotor is rotated with the rotor immersed in the slurry. However, room temperature air means an environment having a temperature of 10 ° C. to 35 ° C. and a relative humidity of 20% RH to 80% RH.
[0026]
In obtaining the lithium nickel-based oxide, the obtained slurry is dried to remove the solvent. Although there is no restriction | limiting in particular in the method of drying, Spray drying is preferable. A spherical lithium nickel oxide can be obtained by a simple method by spray drying, and as a result, the packing density can be improved. The method of spray drying is not particularly limited. For example, a droplet of a slurry component from the nozzle by flowing a gas flow and a slurry into the tip of the nozzle (in this specification, this may be simply referred to as “droplet”). And the droplets scattered using an appropriate drying gas temperature and air flow rate can be dried quickly. The gas supplied as a gas flow is air (de-CO 2 2 In addition to air), an inert gas such as nitrogen can be used, but usually air is used. These are preferably used under pressure. The gas flow is injected at a gas linear velocity of usually 100 m / s or more, preferably 200 m / s or more, more preferably 300 m / s or more. If it is too small, it is difficult to form appropriate droplets. However, since it is difficult to obtain a linear velocity that is too high, the normal injection speed is 1000 m / s or less. The shape of the nozzle to be used is not limited as long as it can discharge a minute droplet, and a conventionally known one, for example, a droplet as described in Japanese Patent No. 2797080 can be miniaturized. Such nozzles can also be used. The droplets are preferably sprayed in an annular shape from the viewpoint of improving productivity. The scattered droplets are dried. As described above, an appropriate temperature, air blowing, or the like is performed so as to quickly dry the dispersed droplets, but it is preferable to introduce a dry gas in a downward flow from the upper part of the drying tower to the lower part. By adopting such a structure, the processing amount per unit capacity of the drying tower can be greatly improved. In addition, when spraying droplets in a substantially horizontal direction, it is possible to greatly reduce the diameter of the drying tower by suppressing the droplets sprayed in the horizontal direction with a downflow gas, and to manufacture inexpensively and in large quantities. Is possible. The drying gas temperature is usually 50 ° C. or higher, preferably 70 ° C. or higher, usually 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or lower, and most preferably 100 ° C. or lower. If the temperature is too high, the resulting granulated particles have a lot of hollow structures, and the powder packing density tends to decrease, whereas if it is too low, the powder adheres due to moisture condensation at the powder outlet. Problems such as blockage may occur.
[0027]
By drying, granulated particles as a firing raw material are obtained. The granulated particle size (secondary particle size) is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less in terms of battery performance in terms of battery performance. However, since it tends to be difficult to obtain a particle size that is too small, it is usually 0.1 μm or more, preferably 1 μm or more, more preferably 4 μm or more, and most preferably 5 μm or more. The particle diameter of the granulated particles can be controlled by appropriately selecting the drying conditions, for example, the spray format in the case of spray drying, the pressurized gas flow supply rate, the slurry supply rate, the drying temperature, and the like.
[0028]
The dried particles are mixed with other compounds as necessary and then subjected to a firing treatment. For example, when a lithium compound or other element compound is not contained in the slurry, the slurry can be dried and mixed with a lithium compound or other element compound, and then subjected to a firing treatment. Moreover, when a part of lithium compound and / or other element compound is contained in the slurry, after the slurry is dried, the remaining lithium compound and / or other element compound is mixed and then subjected to a firing treatment. Can do.
The firing temperature during the firing treatment is usually 500 ° C. or higher, preferably 550 ° C. or higher, and usually 1000 ° C. or lower, preferably 900 ° C. or lower. If the firing temperature is too low, it takes a long reaction time to obtain a lithium nickel oxide having good crystallinity, and the effect of improving the packing density may be reduced. If the firing temperature is too high, a phase other than the target lithium nickel oxide may be generated, or a lithium nickel oxide with many defects may be generated. Further, when raising the temperature from room temperature to the above reaction temperature, in order to perform the reaction more uniformly, for example, the temperature is gradually raised at a temperature of 5 ° C. or less per minute, or the temperature rise is stopped once in the middle, A holding time at a constant temperature may be included.
[0029]
The firing time is usually 1 hour or more and 100 hours or less, preferably 2 hours or more and 50 hours or less. If the time is less than the above range and the time is too short, it is difficult to obtain a lithium nickel oxide having good crystallinity, and a reaction time that is too long beyond this range is not practical. Firing is usually performed in the presence of oxygen. Specifically, the firing can be performed in air or in a gas atmosphere having an oxygen concentration of 20% or more. When firing in air, it is preferable to use decarbonized air. Preferably, baking is performed in decarbonated gas air or in a gas atmosphere having an oxygen concentration of 20% or more, and more preferably, baking is performed in a pure oxygen atmosphere.
[0030]
In order to obtain a lithium nickel-based oxide with few crystal defects, it is preferable to cool slowly to a certain temperature after the above baking, and 800 ° C., preferably 600 ° C., 5 ° C./min. It is preferable to slowly cool at the following cooling rate.
The heating device used for firing is not particularly limited as long as the above temperature and atmosphere can be achieved. For example, a box furnace, a tubular furnace, a tunnel furnace, a rotary kiln or the like can be used.
[0031]
The lithium nickel-based oxide thus produced is usually formed from secondary particles in which fine primary particles are aggregated. The size of the primary particles can be controlled by the degree of pulverization of the raw material, the calcination temperature, the calcination time, and the like, and the particle size of the secondary particles is determined by the pulverization conditions of the raw material, spray drying conditions, and further calcination It can be controlled by subsequent pulverization, classification conditions, and the like. In order to use a lithium nickel oxide as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, it is composed of secondary particles having a particle size of 1 to 100 μm in which primary particles of 0.1 to 10 μm are aggregated, and nitrogen adsorption. Specific surface area by 0.1 to 5m 2 / G is preferable.
[0032]
The obtained lithium nickel oxide is usually represented by the following general formula (1).
[0033]
[Chemical 1]
Li x Ni 1-y M y O 2- δ (1)
Here, x represents a number of 0.8 to 1.3, preferably 0.9 to 1.1, and y corresponds to a substitution amount with other element M, and is 0 to 0.5, preferably 0 to 0. And M is at least one selected from the group consisting of cobalt, manganese, iron, chromium, vanadium, titanium, copper, aluminum, gallium, bismuth, tin, zinc, magnesium, germanium, niobium, tantalum and zirconium. Δ corresponds to oxygen deficiency or oxygen excess, and represents a number of −0.1 to 0.1, preferably −0.05 to 0.05.
[0034]
The lithium nickel-based oxide represented by the general formula (1) is characterized by excellent battery characteristics such as battery capacity, rate characteristics, cycle characteristics, storage characteristics, and safety.
A lithium secondary battery can be produced using the lithium nickel-based oxide produced by the above method of the present invention as a positive electrode active material.
[0035]
A lithium secondary battery usually has a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte layer. An example of a lithium secondary battery is a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator. In this case, an electrolyte exists between the positive electrode and the negative electrode, and the separator does not contact the positive electrode and the negative electrode. Placed between them.
The positive electrode usually contains the lithium nickel oxide and a binder. Usually, the positive electrode is formed by forming a positive electrode layer containing the positive electrode material and a binder on a current collector.
[0036]
Such a positive electrode layer can be produced by applying a lithium nickel oxide, a binder and, if necessary, a slurry of a conductive agent or the like in a solvent to a positive electrode current collector and drying.
In the positive electrode layer, LiMn 2 O Four LiMnO 2 LiCoO 2 LiFePO Four As described above, an active material capable of occluding and releasing lithium ions other than lithium nickel-based oxides may be further contained.
[0037]
The ratio of the active material in the positive electrode layer is usually 10% by weight or more, preferably 30% by weight or more, more preferably 50% by weight or more, and usually 99.9% by weight or less, preferably 99% by weight or less. If the amount is too large, the mechanical strength of the electrode tends to be inferior. If the amount is too small, the battery performance such as capacity tends to be inferior.
Examples of the binder used for the positive electrode include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), and SBR (styrene-butadiene rubber). ), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluororubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose and the like. The ratio of the binder in the positive electrode layer is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and usually 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less, more preferably It is 40% by weight or less, most preferably 10% by weight or less. If the proportion of the binder is too low, the active material cannot be sufficiently retained, and the mechanical strength of the positive electrode is insufficient, which may deteriorate battery performance such as cycle characteristics. May lower the sex.
[0038]
The positive electrode layer usually contains a conductive agent in order to increase conductivity. Examples of the conductive agent include graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and carbon materials such as amorphous carbon such as needle coke. The proportion of the conductive agent in the positive electrode is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and usually 50% by weight or less, preferably 30% by weight or less. Preferably it is 15 weight% or less. If the proportion of the conductive agent is too low, the conductivity may be insufficient, and conversely if it is too high, the battery capacity may be reduced.
[0039]
The slurry solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the binder, but an organic solvent or water is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran, water and the like can be mentioned.
[0040]
The thickness of the positive electrode layer is usually about 1 to 1000 μm, preferably about 10 to 200 μm. If it is too thick, the conductivity tends to decrease, and if it is too thin, the capacity tends to decrease.
As the material of the current collector used for the positive electrode, aluminum, stainless steel, nickel-plated steel or the like is used, and preferably aluminum. The thickness of the current collector is usually about 1 to 1000 μm, preferably about 5 to 500 μm. If it is too thick, the capacity of the lithium secondary battery as a whole will decrease, and if it is too thin, the mechanical strength may be insufficient.
[0041]
The positive electrode layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like to increase the packing density of the active material.
The active material of the negative electrode used for the negative electrode of the secondary battery may be a lithium alloy such as lithium or a lithium aluminum alloy, but is preferably a carbon material that has higher safety and can occlude and release lithium.
[0042]
The carbon material is not particularly limited, but graphite, coal-based coke, petroleum-based coke, coal-based pitch carbide, petroleum-based pitch carbide, or carbide obtained by oxidizing these pitches, needle coke, pitch coke, phenol resin, Examples thereof include carbides such as crystalline cellulose, carbon materials obtained by partially graphitizing these, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fibers, and the like.
[0043]
Furthermore, SnO, SnO as a negative electrode active material 2 , Sn 1-x M x O (M = Hg, P, B, Si, Ge or Sb, where 0 ≦ x <1), Sn Three O 2 (OH) 2 , Sn 3-x M x O 2 (M = Mg, P, B, Si, Ge, Sb or Mn, where 0 ≦ x <3), LiSiO 2 , SiO 2 LiSnO 2 Etc. In addition, you may use 2 or more types of mixtures chosen from these as a negative electrode active material.
[0044]
The negative electrode is usually formed by forming a negative electrode layer on a current collector as in the case of the positive electrode. As the binder used at this time, the conductive agent used as necessary, and the slurry solvent, the same ones used for the positive electrode can be used. In addition, as the negative electrode current collector, copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, or the like is used, and copper is preferably used.
[0045]
When a separator is used between the positive electrode and the negative electrode, usually a microporous polymer film is used. Polytetrafluoroethylene, polyester, nylon, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polypropylene Those made of polyolefin polymers such as polyethylene and polybutene are used. Moreover, the nonwoven fabric filter, such as glass fiber, and the nonwoven fabric filter of glass fiber and polymer fiber can also be used. The chemical and electrochemical stability of the separator is an important factor. In this respect, a polyolefin-based polymer is preferable, and it is preferable that the polymer is made of polyethylene in view of the self-occluding temperature which is one of the purposes of the battery separator.
[0046]
In the case of a polyethylene separator, ultrahigh molecular weight polyethylene is preferable from the viewpoint of high temperature shape maintenance, and the lower limit of the molecular weight is preferably 500,000, more preferably 1,000,000, and most preferably 1,500,000. On the other hand, the upper limit of the molecular weight is preferably 5 million, more preferably 4 million, and most preferably 3 million. If the molecular weight is too small, the plugging property becomes too high, causing problems in use at high temperatures. If the molecular weight is too large, the fluidity is too low and the pores of the separator may not be blocked when heated.
[0047]
In addition, as the electrolyte forming the electrolyte layer in the lithium secondary battery, for example, a known organic electrolyte, polymer solid electrolyte, gel electrolyte, inorganic solid electrolyte, and the like can be used. Among them, the organic electrolyte is preferable.
The organic electrolyte usually contains an organic solvent and a solute. The organic solvent is not particularly limited, but for example, carbonates, ethers, ketones, sulfolane compounds, lactones, nitriles, chlorinated hydrocarbons, amines, esters, amides, phosphoric acid An ester compound or the like can be used. Specific examples thereof include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 4- Methyl-2-pentanone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile Propionitrile, benzonitrile, butyronitrile, valeronitrile, 1,2-dichloroethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, etc. Rukoto is possible, these alone or two or more kinds of mixed solvents can be used.
[0048]
The above organic solvent preferably contains a high dielectric constant solvent for dissociating the electrolyte. Here, the high dielectric constant solvent means a compound having a relative dielectric constant of 20 or more at 25 ° C. Among the high dielectric constant solvents, it is preferable that the electrolyte solution contains ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, and compounds obtained by substituting those hydrogen atoms with other elements such as halogen or alkyl groups. The proportion of the high dielectric constant compound in the electrolytic solution is preferably 20% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, and most preferably 40% by weight or more. This is because if the content of the compound is small, desired battery characteristics may not be obtained.
[0049]
The solute dissolved in this solvent is not particularly limited, but any conventionally known solute can be used, and LiClO. Four , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF Four , LiB (C 6 H Five ) Four , LiCl, LiBr, CH Three SO Three Li, CF Three SO Three Li, LiN (SO 2 CF Three ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F Five ) 2 , LiC (SO 2 CF Three ) Three And at least one of them can be used. CO 2 , N 2 O, CO, SO 2 An additive such as a gas such as polysulfide Sx2- may be added to the above-mentioned single or mixed solvent in an arbitrary ratio to form a good film capable of efficiently charging and discharging lithium ions on the negative electrode surface.
[0050]
Even when a polymer solid electrolyte is used, a known polymer can be used as the polymer. In particular, it is preferable to use a polymer having high ion conductivity with respect to lithium ions. For example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethyleneimine, and the like are preferably used. Moreover, it is also possible to add the above solvent to the polymer together with the solute and use it as a gel electrolyte.
[0051]
Even when an inorganic solid electrolyte is used, a known crystalline or amorphous solid electrolyte can be used for this inorganic substance. Examples of crystalline solid electrolytes include LiI, Li Three N, Li 1 + x M x Ti 2-x (PO Four ) Three (However, M = at least one selected from the group consisting of Al, Sc, Y and La), Li 0.5-3x RE 0.5 + x TiO Three (However, at least one selected from the group consisting of RE = La, Pr, Nd and Sm) and the like. Examples of the amorphous solid electrolyte include 4.9LiI-34.1Li 2 O-61B 2 O Five , 33.3Li 2 O-66.7SiO 2 Oxide glass such as 0.45LiI-0.37Li 2 S-0.26B 2 S Three , 0.30LiI-.42Li 2 S-0.28SiS 2 And sulfide glass. Of these, at least one of them can be used.
[0052]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
In addition, the viscosity of the slurry in an Example was measured with the BM type | mold viscosity meter (made by Tokimec). Measurement is performed at room temperature in the atmosphere, a specific metal rotor is fixed to the rotating shaft of the apparatus body, the rotor is immersed in a slurry liquid, the rotor is rotated, the scale after 3 minutes is read, and a conversion table is used, The slurry viscosity was calculated from the rotor and rotation speed.
<Example 1>
(1) Li 1.05 Ni 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 Manufacturing of
LiOH ・ H 2 O, NiO (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, 003 half-value width = 0.138 degrees), Co (OH) 2 And AlOOH are compositions in the final layered lithium nickelate composite oxide so that Li: Ni: Co: Al = 1.05: 0.80: 0.15: 0.05 (molar ratio). Then, pure water was added thereto to prepare a slurry having a solid content concentration of 26% by weight. While stirring this slurry, pulverization is carried out using a circulating medium stirring type wet pulverizer (Shinmaru Enterprises Co., Ltd .: Dynomill KDL-A type) until the average particle size of the solid content in the slurry becomes 0.29 μm. did. The time required for grinding was 6 hours. The slurry had a viscosity of 140 mPa · s.
[0053]
Next, the slurry was spray-dried by using a two-fluid nozzle type spray dryer (manufactured by Okawahara Chemical Industries Co., Ltd .: LT-8 type spray dryer). At this time, air was used as the drying gas, the discharge gas introduction amount was 50 L / min, and the drying gas inlet temperature was 90 ° C. Next, the water contained in the spray-dried powder was removed by firing the granulated particles obtained by spray-drying in air at 450 ° C. for 3 hours. Next, it was baked in oxygen at 750 ° C. for 24 hours.
[0054]
As a result, cobalt aluminum substituted lithium nickelate having a molar ratio composition almost as prepared was obtained.
As a result of measuring the particle diameter of the obtained lithium nickelate using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Horiba: LA-920 type particle size distribution measuring device), an average secondary particle diameter of 10.7 μm, The particles had a substantially spherical shape with a maximum particle size of 26 μm.
[0055]
The crystallinity of the obtained lithium nickelate composite oxide was measured using a powder X-ray diffractometer (X-ray diffractometer PW1700, manufactured by Philips, Cu tube, output voltage = 40 kV, output current = 30 mA, scan speed = 3 ° / min. 09-0063 (LiNiO) of Joint committee on powder diffraction standards (hereinafter referred to as JCPDS) 2 ) Is similar to the pattern registered in 2 LiNiO in which components other than nickel (aluminum and cobalt) other than nickel were uniformly dissolved in nickel. 2 It was confirmed that it has a similar crystal structure.
(2) Fabrication of lithium secondary battery
Li as a positive electrode active material 1.05 Ni 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 And acetylene black, which is a conductive agent, and Teflon, which is a binder, are mixed at a weight ratio of 75: 20: 5, sufficiently kneaded using an agate mortar, formed into a sheet, and then used for rate characteristic measurement. After being punched into a diameter of 9 mm and a temperature of 12 mm for measuring high temperature cycle characteristics, they were pressure-bonded to an Al current collector having a diameter of 16 mm at a pressure of 14 MPa for a diameter of 9 mm and at a pressure of 20 MPa for a diameter of 12 mm, respectively. After vacuum drying for 3 hours, a positive electrode was obtained.
[0056]
A 2032 type coin battery was assembled with the obtained positive electrode in a glove box in an argon atmosphere. Lithium metal having a diameter of 16 mm and a thickness of 1 mm was used for the negative electrode for rate characteristic measurement. The negative electrode for measuring high-temperature cycle characteristics is a ratio of 92.5: 7.5 by weight of polyvinylidene fluoride with a graphite powder having an average particle diameter of 8 to 10 um as a binder on a copper foil having a thickness of 20 um. And weighed it in N-methylpyrrolidone, and dried the coated one to 12 mm in diameter, 0.5 ton / cm 2 What was pressed at a pressure of 1 mm was used. The electrolyte contains 1 mol / liter LiPF 6 A mixed solution of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 3: 7 was used.
(3) Battery performance evaluation
A. Initial discharge capacity measurement
The battery manufactured as described above has a rate characteristic measurement condition of 0.2 mA / cm in a voltage range of 3.2 V to 4.2 V. 2 The initial discharge capacity (mAh / g) per unit weight of the positive electrode active material when the charge / discharge test was performed at a current density of 5 μm was measured.
B. Measurement of capacity retention rate at 50 ° C and 100 cycles
As a condition for measuring high-temperature cycle characteristics, a cycle test was performed at 50 ° C. with 1 C constant current charge / discharge in a voltage range of 3.0 V to 4.2 V, and discharge at the 100th cycle with respect to the first cycle discharge capacity Qh (1). The ratio of the capacity Qh (100) is defined as the high-temperature cycle capacity maintenance rate P, that is,
[0057]
[Expression 1]
P [%] = {Qh (100) / Qh (1)} × 100
The high temperature characteristics of the batteries were compared with this value.
Table 1 shows the evaluation results of A and B.
<Example 2>
The nickel oxide manufactured by Shodo Chemical Industry Co., Ltd. (003 plane half-value width = 0.192 degrees) was used, the slurry concentration was 25% by weight, and the average particle size of the solid content in the slurry by wet grinding. Lithium nickelate was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 0.28 μm. At this time, the slurry viscosity was 460 mPa · s.
[0058]
The obtained lithium nickelate composite oxide had a substantially spherical shape with an average secondary particle size of 10.7 μm and a maximum particle size of 26 μm. Also, LiNiO in which components other than nickel (aluminum and cobalt) were uniformly dissolved in nickel by a powder X-ray diffractometer 2 It was also confirmed to have a similar crystal structure.
The evaluation results as a coin battery are shown in Table-1.
<Example 3>
Sumitomo Metal Mining nickel oxide (003 plane half-value width = 0.311 degrees) was used as nickel oxide, the slurry concentration was 25 wt%, and the average particle size of the solid content in the slurry by wet grinding Lithium nickelate was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 0.28 μm. At this time, the slurry viscosity was 250 mPa · s.
more than
[0059]
The obtained lithium nickelate composite oxide had a substantially spherical shape with an average secondary particle size of 10.7 μm and a maximum particle size of 26 μm. Also, LiNiO in which components other than nickel (aluminum and cobalt) were uniformly dissolved in nickel by a powder X-ray diffractometer 2 It was also confirmed to have a similar crystal structure. The evaluation results as a coin battery are shown in Table-1.
<Comparative Example 1>
Nickel oxide PRM-B (003 half-width = 0.664 degrees) made by Pacific Rare Metal handled by Nippon Chemical Industry Co., Ltd. was used as nickel oxide, and the slurry concentration was 25 weight. %, Wet pulverization was performed in the same manner as in Example 1. When pulverization was started, the slurry viscosity increased significantly 20 minutes after the start of pulverization, the internal pressure in the pulverization vessel increased due to clogging, and pulverization could not be continued. The slurry had a viscosity of 1760 Pa · S.
[0060]
[Table 1]
Figure 0004061879
[0061]
In Table 1, the half width of NiO means the half width of the 003 plane of the X-ray diffraction peak measured by the following method. Moreover, the X-ray-diffraction pattern of the nickel oxide used by the Example and the comparative example is shown in FIGS.
Half width measurement method:
Using a powder X-ray diffractometer (Phillips PW1700), an X-ray diffractometer having a goniometer radius of 173 mm based on the concentration method was used and measured under the following conditions. Cu tube, output voltage = 40 kV, output current = 30 mA, measurement mode = θ-2θ coupling scan, scan mode = continuous scan, measurement range (2θ) = 10 ° to 90 °, step width = 0.05 °, Scanning speed = 3.0 ° / min, diverging slit = 1.0 °, scattering slit = 1.0 °, light receiving slit = 0.20 mm.
[0062]
The half width was obtained by a profile fitting method. Profile fitting is an asymmetric least-squares method for five variables (height, 2θ, half-value width, shape constant, and asymmetric) of the Pearson-VII function considering the effects of Kα1 and Kα2 included in the characteristic X-ray source. Based on the above, refinement and curve fitting peak were performed. The half width to be used was the peak half width derived from Kα1 from which Kα2 was removed.
[0063]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, a nickel-containing slurry with suppressed thickening can be obtained. In addition, according to the present invention, when a lithium nickel-based oxide used for a positive electrode of a lithium secondary battery is produced by a wet method, as a result of suppressing the thickening of the slurry, it is excellent in long-term stability and handling. It becomes easy and a lithium nickel oxide can be obtained with high productivity. Moreover, the lithium nickel-type oxide prepared from the obtained slurry is favorable in battery characteristics and properties. Therefore, the method of the present invention is extremely useful as an industrial production method.
[Brief description of the drawings]
1 is an X-ray diffraction pattern of nickel oxide used in Example 1. FIG.
2 is an X-ray diffraction pattern of nickel oxide used in Example 2. FIG.
3 is an X-ray diffraction pattern of nickel oxide used in Example 3. FIG.
4 is an X-ray diffraction pattern of nickel oxide used in Comparative Example 1. FIG.

Claims (8)

ニッケル化合物を溶媒中で湿式粉砕処理、混合処理に供してスラリーとするニッケル含有スラリーの製造方法において、湿式粉砕処理後の固形粒子の平均粒径が1μm以下であり、かつ、該ニッケル化合物として、X線回折ピークの003面の半価幅が0.6度以下の酸化ニッケルを用いることを特徴とするニッケル含有スラリーの製造方法。  In the method for producing a nickel-containing slurry in which a nickel compound is subjected to wet pulverization treatment and mixing treatment in a solvent to form a slurry, the average particle size of the solid particles after the wet pulverization treatment is 1 μm or less, and as the nickel compound, A method for producing a nickel-containing slurry, wherein nickel oxide having a half-value width of 003 plane of an X-ray diffraction peak of 0.6 degrees or less is used. 溶媒が水である請求項1に記載のニッケル含有スラリーの製造方法。  The method for producing a nickel-containing slurry according to claim 1, wherein the solvent is water. ニッケル化合物とリチウム化合物とを溶媒中で湿式粉砕処理に供してスラリーとした後、これを乾燥し、さらに焼成処理に供するか、又は、ニッケル化合物を溶媒中で湿式粉砕処理に供してスラリーとした後、これを乾燥し、リチウム化合物と混合した後さらに焼成処理に供するリチウムニッケル系酸化物の製造方法において、湿式粉砕処理後の固形粒子の平均粒径が1μm以下であり、かつ、前記ニッケル化合物として、X線回折ピークの003面の半価幅が0.6度以下の酸化ニッケルを用いることを特徴とするリチウムニッケル系酸化物の製造方法。  The nickel compound and the lithium compound are subjected to a wet pulverization treatment in a solvent to obtain a slurry, and then dried and further subjected to a firing treatment, or the nickel compound is subjected to a wet pulverization treatment in a solvent to obtain a slurry. Then, after drying this and mixing with a lithium compound, the average particle diameter of the solid particle after a wet-grinding process is 1 micrometer or less in the manufacturing method of the lithium nickel type oxide which uses for a baking process, and the said nickel compound As a method for producing a lithium nickel oxide, nickel oxide having a half-value width of 003 plane of an X-ray diffraction peak of 0.6 degrees or less is used. 溶媒が水である請求項3に記載のリチウムニッケル系酸化物の製造方法。  The method for producing a lithium nickel oxide according to claim 3, wherein the solvent is water. リチウム化合物が、水酸化リチウム、水酸化リチウム一水和物、炭酸リチウム、硝酸リチウム及び酢酸リチウムからなる群から選ばれた少なくとも一種を含む請求項3または4のいずれか1つに記載のリチウムニッケル系酸化物の製造方法。  The lithium nickel according to any one of claims 3 and 4, wherein the lithium compound contains at least one selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate, lithium nitrate, and lithium acetate. A method for producing a system oxide. 乾燥を噴霧乾燥によって行う請求項3から5のいずれか1つに記載のリチウムニッケル系酸化物の製造方法。  The method for producing a lithium nickel oxide according to any one of claims 3 to 5, wherein the drying is performed by spray drying. 噴霧乾燥によって得られる粒子の二次粒子径が、平均粒子径で50μm以下である請求項6に記載のリチウムニッケル系酸化物の製造方法。  The method for producing a lithium nickel oxide according to claim 6, wherein the secondary particle diameter of the particles obtained by spray drying is an average particle diameter of 50 µm or less. 焼成処理が脱炭酸ガス空気雰囲気または酸素濃度20%以上の雰囲気中で行われる請求項3から7のいずれか1つに記載のリチウムニッケル系酸化物の製造方法。  The method for producing a lithium nickel-based oxide according to any one of claims 3 to 7, wherein the firing treatment is performed in a decarbonized gas air atmosphere or an atmosphere having an oxygen concentration of 20% or more.
JP2001313525A 2001-10-11 2001-10-11 Nickel-containing slurry and method for producing the same, and method for producing lithium nickel oxide Expired - Lifetime JP4061879B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001313525A JP4061879B2 (en) 2001-10-11 2001-10-11 Nickel-containing slurry and method for producing the same, and method for producing lithium nickel oxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001313525A JP4061879B2 (en) 2001-10-11 2001-10-11 Nickel-containing slurry and method for producing the same, and method for producing lithium nickel oxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003119031A JP2003119031A (en) 2003-04-23
JP4061879B2 true JP4061879B2 (en) 2008-03-19

Family

ID=19131981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001313525A Expired - Lifetime JP4061879B2 (en) 2001-10-11 2001-10-11 Nickel-containing slurry and method for producing the same, and method for producing lithium nickel oxide

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4061879B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120028128A1 (en) * 2009-03-18 2012-02-02 Santoku Corporation All-solid-state lithium battery
JP6724536B2 (en) * 2016-05-09 2020-07-15 日立金属株式会社 Method for producing positive electrode active material for lithium-ion secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003119031A (en) 2003-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100388534C (en) Active material for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery using same
JP4666653B2 (en) Method for producing lithium-containing composite oxide for positive electrode of lithium secondary battery
JP2003092108A (en) Positive electrode material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP4092950B2 (en) Method for producing lithium nickel manganese composite oxide
JP4175026B2 (en) Method for producing lithium transition metal composite oxide and positive electrode material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
KR101153755B1 (en) Process for producing lithium-containing composite oxide for positive electrode of lithium secondary cell
JP5211416B2 (en) Layered lithium nickel manganese composite oxide
JP2015015244A (en) Positive electrode active material for lithium secondary batteries, method for manufacturing the same, positive electrode for lithium secondary batteries including the same, and lithium secondary battery
JP2006151707A (en) Anhydride of lithium hydroxide for manufacturing lithium transition metal complex oxide and its manufacturing method, and method for manufacturing lithium transition metal complex oxide using it
JP3870846B2 (en) Layered lithium nickel manganese composite oxide
JP2003089526A (en) Lithium nickel manganese multiple oxide, positive electrode material for lithium secondary cell by using the same, positive electrode for lithium secondary cell, and lithium secondary cell
JP4605175B2 (en) Method for producing lithium nickel manganese composite oxide
JP2008056561A (en) Lithium nickel manganese composite oxide and positive electrode material for lithium secondary battery using same, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP2014110176A (en) Lithium complex oxide, manufacturing method thereof, secondary battery positive electrode active material including lithium complex oxide, secondary battery positive electrode including positive electrode active material, and lithium ion secondary battery using the same
JP2002326818A (en) Production method of slurry and production method of lithium transition metal compound oxide
CN112349902A (en) Ternary cathode material of lithium ion battery, preparation method of ternary cathode material, cathode and lithium ion battery
JP2003123742A (en) Method of manufacturing electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP3931706B2 (en) Method for producing lithium nickel composite oxide
JP2003137555A (en) Lithium nickel manganese complex oxide, cathode material for lithium secondary battery using it, cathode for lithium secondary battery and lithium secondary battery
JP5050302B2 (en) Layered lithium nickel manganese composite oxide
JP2003183029A (en) Method for purifying lithium transition metal complex oxide
JP2006273620A (en) Lithium transition metal complex oxide, its manufacturing method, fired precursor for lithium transition metal complex oxide and lithium secondary battery
JP4061879B2 (en) Nickel-containing slurry and method for producing the same, and method for producing lithium nickel oxide
JP4674423B2 (en) Method for producing layered lithium nickel manganese composite oxide powder
JP2004288501A (en) Positive electrode activator for lithium secondary battery, positive electrode of lithium secondary battery using the same, and lithium secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040528

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070315

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070703

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070829

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20071204

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20071217

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4061879

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120111

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130111

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130111

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140111

Year of fee payment: 6

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350