JP4591717B2 - Lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for lithium secondary battery positive electrode material, method for producing the same, spray-dried powder, positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same - Google Patents

Lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for lithium secondary battery positive electrode material, method for producing the same, spray-dried powder, positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same Download PDF

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Description

本発明は、リチウム二次電池正極材料として用いられるリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体、その製造方法、及びその前駆体としての噴霧乾燥粉体と、このリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を用いたリチウム二次電池用正極、並びにこのリチウム二次電池用正極を備えるリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder used as a positive electrode material for a lithium secondary battery, a production method thereof, a spray-dried powder as a precursor thereof, and the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder. The present invention relates to a positive electrode for a lithium secondary battery using the body, and a lithium secondary battery including the positive electrode for a lithium secondary battery.

リチウム二次電池は、エネルギー密度及び出力密度等に優れ、小型、軽量化に有効であるため、ノート型パソコン、携帯電話及びハンディビデオカメラ等の携帯機器の電源としてその需要は急激な伸びを示している。リチウム二次電池はまた、電気自動車や電力のロードレベリング等の電源としても注目されており、近年ではハイブリッド電気自動車用電源としての需要が急速に拡大しつつある。特に電気自動車用途においては、リチウム二次電池は、低コスト、かつ長寿命(特に高温下における寿命)で、安全性、負荷特性に優れることが必要であり、その改良が望まれている。   Lithium secondary batteries are excellent in energy density and output density, and are effective in reducing the size and weight. Therefore, the demand for power supplies for portable devices such as notebook computers, mobile phones, and handy video cameras is growing rapidly. ing. Lithium secondary batteries are also attracting attention as power sources for electric vehicles and power load leveling, and in recent years, demand for power sources for hybrid electric vehicles is rapidly expanding. Especially for electric vehicle applications, lithium secondary batteries are required to have low cost, long life (especially life under high temperatures), excellent safety and load characteristics, and improvements are desired.

リチウム二次電池を構成する材料のうち、正極活物質材料としては、リチウムイオンを脱離・挿入可能な機能を有する物質が使用可能である。これら正極活物質材料は種々あり、それぞれ特徴を持っている。また、性能改善に向けた共通の課題として負荷特性向上が挙げられ、材料面での改良が強く望まれている。
さらに、低コストで、安全性、寿命(特に高温下)にも優れた、性能バランスの良い材料が求められている。
Among the materials constituting the lithium secondary battery, as the positive electrode active material, a substance having a function capable of desorbing and inserting lithium ions can be used. There are various types of these positive electrode active material materials, each having its own characteristics. In addition, a common problem for improving performance is to improve load characteristics, and improvements in materials are strongly desired.
Furthermore, there is a demand for a material having a good performance balance that is low in cost, excellent in safety and life (particularly under high temperatures).

現在、リチウム二次電池用の正極活物質材料としては、スピネル構造を有するリチウムマンガン系複合酸化物、層状リチウムニッケル系複合酸化物、層状リチウムコバルト系複合酸化物などが実用化されている。これらのリチウム含有複合酸化物を用いたリチウム二次電池は、いずれも特性面で利点と欠点を有する。即ち、スピネル構造を有するリチウムマンガン系複合酸化物は、安価かつ合成が比較的容易であり、電池とした時の安全性に優れる一方、容量が低く、高温特性(サイクル、保存)が劣る。層状リチウムニッケル系複合酸化物は、容量が高く、高温特性に優れる反面、合成が難しく、電池とした時の安全性に劣り、保管にも注意を要する等の欠点を抱えている。層状リチウムコバルト系複合酸化物は、合成が容易かつ電池性能バランスが優れているため、携帯機器用の電源として広く用いられているが、安全性が不十分な点や高コストである点が大きな欠点となっている。   Currently, lithium manganese composite oxides having a spinel structure, layered lithium nickel composite oxides, layered lithium cobalt composite oxides, and the like have been put into practical use as positive electrode active material materials for lithium secondary batteries. All of the lithium secondary batteries using these lithium-containing composite oxides have advantages and disadvantages in terms of characteristics. That is, a lithium manganese composite oxide having a spinel structure is inexpensive and relatively easy to synthesize, and is excellent in safety when used as a battery, but has a low capacity and inferior high-temperature characteristics (cycle and storage). Layered lithium-nickel composite oxides have high capacity and excellent high-temperature characteristics, but are difficult to synthesize, have inferior safety when used as batteries, and have drawbacks such as requiring careful storage. Layered lithium cobalt-based composite oxides are widely used as power sources for portable devices because they are easy to synthesize and have an excellent balance of battery performance. However, they are not sufficient in safety and costly. It is a drawback.

こうした現状において、これらの正極活物質材料が抱えている欠点が克服ないしは極力低減され、かつ電池性能バランスに優れる活物質材料の有力候補として、層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物が提案されている。特に近年における低コスト化要求、高電圧化要求、安全化要求の高まりの中で、いずれの要求にも応え得る正極活物質材料として有望視されている。   Under such circumstances, lithium nickel manganese cobalt-based composite oxides with a layered structure have been proposed as promising candidates for active material materials that can overcome or reduce the shortcomings of these positive electrode active material materials and are excellent in battery performance balance. Has been. Particularly, in recent years, demands for lowering costs, higher voltages, and increasing safety demands are promising as positive electrode active material materials that can meet any of the demands.

ただし、その低コスト化、高電圧化、及び安全性の程度は、組成比によって変化するため、更なる低コスト化、より高い上限電圧を設定しての使用、より高い安全性の要求に対しては、マンガン/ニッケル原子比を1以上としたり、コバルト比率を低減させたりするなど、限られた組成範囲のものを選択して使用する必要がある。しかしながら、このような組成範囲のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物を正極材料として使用したリチウム二次電池は、レートや出力特性等の負荷特性が低下するため、実用化に際しては、更なる改良が必要であった。   However, the degree of cost reduction, higher voltage, and safety will vary depending on the composition ratio. Therefore, for further cost reduction, use with a higher upper limit voltage, and higher safety requirements. Therefore, it is necessary to select and use one having a limited composition range, such as setting the manganese / nickel atomic ratio to 1 or more, or reducing the cobalt ratio. However, a lithium secondary battery using a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide having such a composition range as a positive electrode material has reduced load characteristics such as rate and output characteristics. It was necessary.

従来、マンガン/ニッケル原子比が1近傍かつコバルト比率が本発明の規定する値以下まで低減された組成範囲のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物については、特許文献1〜25、非特許文献1〜33に開示されている。   Conventionally, as for the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide having a composition range in which the manganese / nickel atomic ratio is close to 1 and the cobalt ratio is reduced to a value specified by the present invention or less, Patent Documents 1 to 25 and Non-Patent Documents 1 to 33.

しかし、特許文献1には、一般式Li[LiCo1−x−y]O(式中、Aは[MnNi1−z]を表し、xは0.00〜0.16の範囲の数値を表し、yは0.1〜0.30の範囲の数値を表し、zは0.40〜0.65の範囲の数値を表し、Lixは前記構造体の遷移金属層に含まれる。)で表される単相カソード材料が開示されており、コバルトのドーピングを全遷移金属の略10%より多いものとすることにより優れた電気化学特性を有するカソード材料を得ることが記載されており、コバルトのドーピング量が前記規定割合より少ない組成のカソード材料においては、優れた電気化学特性を得難いという問題があった。さらに、特許文献1の規定する組成領域を詳細にみると、コバルトのモル比率(y)の下限値は、遷移金属層に含まれるリチウム(x)の量によらず0.1であるが、本発明で規定する組成領域(組成式(I))の場合、遷移金属層に含まれるリチウム(z/(2+z))量が0を超えると、コバルトのモル比率は10%未満となり、そもそも本発明の組成範囲を満足するものではなかった。 However, Patent Document 1 discloses a general formula Li [Li x Co y A 1-xy ] O 2 (wherein A represents [Mn z Ni 1-z ], and x is 0.00 to 0.00). 16 represents a numerical value in the range, y represents a numerical value in the range of 0.1 to 0.30, z represents a numerical value in the range of 0.40 to 0.65, and Lix represents the transition metal layer of the structure. A single-phase cathode material represented by) is disclosed, and it is described that a cathode material having excellent electrochemical properties can be obtained by making the cobalt doping more than about 10% of the total transition metals. However, the cathode material having a composition in which the cobalt doping amount is less than the specified ratio has a problem that it is difficult to obtain excellent electrochemical characteristics. Further, when the composition region defined in Patent Document 1 is examined in detail, the lower limit value of the molar ratio (y) of cobalt is 0.1 regardless of the amount of lithium (x) contained in the transition metal layer. In the composition region defined by the present invention (composition formula (I)), when the amount of lithium (z / (2 + z)) contained in the transition metal layer exceeds 0, the molar ratio of cobalt becomes less than 10%. The composition range of the invention was not satisfied.

また、特許文献2〜25、非特許文献1〜33によれば、本発明が規定するところの組成領域において、活物質結晶の特定半価幅に着目した記載はなく、また特定の回折ピークのピークトップよりも高角側に現れる異相ピークの有無を捉えた記載もない。さらには、より好ましい要件である粒子の細孔制御に関する記載がなく、本発明における電池性能の改善を図るための必要条件を満たしておらず、これらの技術だけでは本発明が示すところの電池性能の改善を図ることは極めて困難である。   According to Patent Documents 2 to 25 and Non-Patent Documents 1 to 33, there is no description focusing on the specific half-value width of the active material crystal in the composition region defined by the present invention, and the specific diffraction peak There is no description that captures the presence or absence of a heterophasic peak that appears at a higher angle than the peak top. Furthermore, there is no description regarding particle pore control, which is a more preferable requirement, and the requirements for improving battery performance in the present invention are not satisfied. It is extremely difficult to improve.

特許文献26には、組成式LiMn0.5−xNi0.5−yx+y(但し0<a<1.3、−0.1≦x−y≦0.1、MはLi,Mn,Ni以外の元素)で表される複合酸化物を含有する正極活物質の全細孔容積が0.001ml/g以上0.006ml/g以下であり、かつ、CuKα線を使用した粉末エックス線回折図の、2θ:18.6±1°における回折ピークに対する2θ:44.1±1°における回折ピークの相対強度比が0.65以上1.05以下であること、前記2θ:18.6±1°における回折ピークの半値幅が0.05°以上0.20°以下であり、前記2θ:44.1±1°における回折ピークの半値幅が0.10°以上0.20°以下とすることが開示されており、これにより、高いエネルギー密度を有し、充放電サイクル性能に優れたものとすることができると記載されている。つまり、特許文献26によれば、本発明が規定するところの組成領域において、活物質結晶の特定半価幅に着目した記載と、より好ましい要件である粒子の細孔制御に関する記載が認められる。 Patent Document 26 discloses a composition formula Li a Mn 0.5-x Ni 0.5-y M x + y O 2 (where 0 <a <1.3, −0.1 ≦ x−y ≦ 0.1, M The total pore volume of the positive electrode active material containing the composite oxide represented by is an element other than Li, Mn, and Ni) is 0.001 ml / g or more and 0.006 ml / g or less, and uses CuKα rays. The relative intensity ratio of the diffraction peak at 2θ: 44.1 ± 1 ° to the diffraction peak at 2θ: 18.6 ± 1 ° in the powder X-ray diffraction diagram is 0.65 to 1.05, and the 2θ: The half width of the diffraction peak at 18.6 ± 1 ° is 0.05 ° or more and 0.20 ° or less, and the half width of the diffraction peak at 2θ: 44.1 ± 1 ° is 0.10 ° or more and 0.20. It is disclosed that it has a high energy density. It is described as capable of excellent in charge-discharge cycle performance. That is, according to Patent Document 26, in the composition region defined by the present invention, a description focusing on the specific half-value width of the active material crystal and a description regarding particle pore control, which is a more preferable requirement, are recognized.

さらに、特許文献27、特許文献28によれば、本発明が規定するところの組成領域において、活物質結晶の特定半価幅に着目した記載はなく、また特定の回折ピークのピークトップよりも高角側に現れる異相ピークの有無に言及した記載もないが、より好ましい要件である粒子の細孔制御に関する記載が認められる。特許文献27には、少なくともリチウムとマンガンとニッケルとを構成元素とするLi−Mn−Ni複合酸化物を含有するリチウム二次電池用正極活物質であって、前記Li−Mn−Ni複合酸化物は、全細孔容積が0.0015ml/g以上であることが開示されており、これにより高い放電容量を有し、サイクル性能に優れたものとすることができると記載されている。   Furthermore, according to Patent Document 27 and Patent Document 28, there is no description focusing on the specific half-value width of the active material crystal in the composition region defined by the present invention, and a higher angle than the peak top of the specific diffraction peak. Although there is no description referring to the presence or absence of a heterophasic peak appearing on the side, a description regarding particle pore control, which is a more preferable requirement, is recognized. Patent Document 27 discloses a positive electrode active material for a lithium secondary battery containing a Li—Mn—Ni composite oxide containing at least lithium, manganese and nickel as constituent elements, wherein the Li—Mn—Ni composite oxide is used. Is disclosed that the total pore volume is 0.0015 ml / g or more, and that it has a high discharge capacity and excellent cycle performance.

しかしながら、特許文献26に記載された、Ni/Mn=1/1の原子比からなるLi−Mn−Ni系複合酸化物については、より高い性能を発現するか否かを判断するのに有用な(110)回折ピークの半価幅に関する言及がなされておらず、更に全細孔容積の値が本発明で規定する値に比較して極めて小さなものとなっており、依然として負荷特性が十分でないという課題があった。また、特許文献27に記載されたLi−Mn−Ni複合酸化物については、特許文献26に比べてより大きい細孔容量値を規定したものとなっているが、いずれの実施例についても全細孔容量の値が本発明で規定する値に比較して極めて小さなものとなっており、依然として負荷特性が十分でないという課題があった。   However, the Li—Mn—Ni based composite oxide having an atomic ratio of Ni / Mn = 1/1 described in Patent Document 26 is useful for determining whether or not to exhibit higher performance. No mention is made regarding the half width of the (110) diffraction peak, and the value of the total pore volume is extremely small compared to the value defined in the present invention, and the load characteristics are still insufficient. There was a problem. In addition, the Li-Mn-Ni composite oxide described in Patent Document 27 defines a larger pore volume value than that of Patent Document 26. The value of the pore volume is extremely small as compared with the value specified in the present invention, and there is still a problem that the load characteristics are not sufficient.

これに対し、特許文献28には、水銀圧入法による測定において、特定の高圧負荷条件下における水銀圧入量が所定の上限値以下であるリチウム複合酸化物粒子であって、且つ、前記の水銀圧入量が所定の下限値以上であるか、平均細孔半径が所定の範囲内であるとともに、細孔分布曲線において従来のメインピークの他に、特定の細孔半径領域にピークトップが存在するサブピークを有するリチウム複合酸化物粒子が、リチウム二次電池の正極材料として利用した場合に、リチウム二次電池の低温負荷特性を改善することができるとともに、正極作製時の塗布性にも優れ、好適なリチウム二次電池正極材となり得ると記載されている。   On the other hand, Patent Document 28 discloses lithium composite oxide particles whose mercury intrusion amount is not more than a predetermined upper limit value under a specific high pressure load condition in the measurement by the mercury intrusion method, and the mercury intrusion described above. A sub-peak whose amount is equal to or greater than a predetermined lower limit or whose average pore radius is within a predetermined range, and in which the peak top exists in a specific pore radius region in addition to the conventional main peak in the pore distribution curve When the lithium composite oxide particles having a lithium secondary oxide particle are used as a positive electrode material for a lithium secondary battery, the low temperature load characteristics of the lithium secondary battery can be improved, and the coating property at the time of producing the positive electrode is excellent and suitable. It is described that it can be a positive electrode material for a lithium secondary battery.

しかしながら、特許文献28に記載されたリチウム複合酸化物粒子においては、コバルト比率の比較的多い組成では改善効果を示すものの、本発明が規定する組成範囲に対しては依然として負荷特性が十分でないという課題があった。
特許第3571671号 特開平11−307094号 特開2000−133262号 WO2002−040404号 WO2002−073718号 特開2002−145623号 WO2003−044881号 WO2003−044882号 特開2003−031219号 特開2003−081639号 特開2003−178756号 特開2003−203633号 特開2003−221236号 特開2003−238165号 特開2003−297354号 特開2004−031091号 特開2004−139853号 特開2004−265849号 特開2004−281253号 特開2004−311427号 特表2004−528691号 特開2005−150057号 特開2005−150093号 特開2005−150102号 特開2005−187282号 WO2002−086993号 特開2003−051308号 特開2005−123179号 J.Electrochem.Soc.,149(2002)A1332. J.Electrochem.Soc.,150(2003)A1299. J.Power sources,112(2002)41. J.Power sources,119-121(2003)150. J.Electrochem.Soc.,152(2005)A746. J.Electrochem.Soc.,151(2004)A504. Electrochemistry,71(2003)1214. Electrochim.Acta,50(2004)427. J.Electrochem.Soc.,152(2005)A566. Trans.Nonferrous Met.Soc.China,15(2005)1185. J.Power sources,146(2005)626. Solid State Ionics,176(2005)2577. Chem.Lett.,(2001)744. Electrochem.Solid-State Lett.,5(2002)A145. Electrochem.Solid-State Lett.,5(2002)A263. J.Power sources,119-121(2003)156. J.Power sources,124(2003)170. Electrochim.Acta,48(2003)1505. Electrochim.Acta,48(2003)2589. Electrochim.Acta,49(2004)803. Electrochem.Solid-State Lett.,7(2004)A155. Electrochim.Acta,49(2004)1565. J.Power sources,135(2004)262. Electrochim.Acta,50(2004)449. J.Electrochem.Soc.,151(2004)A246. J.Power sources,146(2005)650. Electrochim.Acta,50(2005)5349. J.Power sources,146(2005)645. Electrochem.Solid-State Lett.,8(2005)A637. Mater.Lett.,59(2005)2693. Chem.Mater.,18(2006)1658. J.Mater.Chem.,16(2006)359. J.Appl.Phys.,99(2006)06371.
However, in the lithium composite oxide particles described in Patent Document 28, although a composition having a relatively large cobalt ratio shows an improvement effect, the load characteristic is still insufficient for the composition range defined by the present invention. was there.
Japanese Patent No. 3571671 Japanese Patent Laid-Open No. 11-307094 JP 2000-133262 A WO2002-040404 WO2002-073718 JP 2002-145623 A WO2003-044881 WO2003-048882 JP 2003-031219 A JP 2003-081639 A JP 2003-178756 A JP 2003-203633 A JP 2003-221236 A JP 2003-238165 A JP 2003-297354 A JP 2004-031091 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-139853 JP 2004-265849 A JP 2004-281253 A JP 2004-31427 A Special table 2004-528691 JP-A-2005-150057 JP-A-2005-150093 JP 2005-150102 A JP 2005-187282 A WO2002-086993 JP 2003-051308 A JP-A-2005-123179 J. Electrochem. Soc., 149 (2002) A1332. J. Electrochem. Soc., 150 (2003) A1299. J. Power sources, 112 (2002) 41. J. Power sources, 119-121 (2003) 150. J. Electrochem. Soc., 152 (2005) A746. J. Electrochem. Soc., 151 (2004) A504. Electrochemistry, 71 (2003) 1214. Electrochim. Acta, 50 (2004) 427. J. Electrochem. Soc., 152 (2005) A566. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 15 (2005) 1185. J. Power sources, 146 (2005) 626. Solid State Ionics, 176 (2005) 2577. Chem. Lett., (2001) 744. Electrochem. Solid-State Lett., 5 (2002) A145. Electrochem. Solid-State Lett., 5 (2002) A263. J. Power sources, 119-121 (2003) 156. J. Power sources, 124 (2003) 170. Electrochim. Acta, 48 (2003) 1505. Electrochim. Acta, 48 (2003) 2589. Electrochim. Acta, 49 (2004) 803. Electrochem. Solid-State Lett., 7 (2004) A155. Electrochim. Acta, 49 (2004) 1565. J. Power sources, 135 (2004) 262. Electrochim. Acta, 50 (2004) 449. J. Electrochem. Soc., 151 (2004) A246. J. Power sources, 146 (2005) 650. Electrochim. Acta, 50 (2005) 5349. J. Power sources, 146 (2005) 645. Electrochem. Solid-State Lett., 8 (2005) A637. Mater. Lett., 59 (2005) 2693. Chem. Mater., 18 (2006) 1658. J. Mater. Chem., 16 (2006) 359. J. Appl. Phys., 99 (2006) 06371.

即ち、本発明の目的は、リチウム二次電池正極材料としての使用において、レート・出力特性といった負荷特性の向上が図られ、さらに好ましくは低コスト化、耐高電圧化及び高安全性化との両立が可能なリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体及びその製造方法と、このリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を用いたリチウム二次電池用正極、並びにこのリチウム二次電池用正極を備えるリチウム二次電池を提供することにある。   That is, the object of the present invention is to improve load characteristics such as rate and output characteristics when used as a positive electrode material for a lithium secondary battery, and more preferably to reduce costs, increase voltage resistance, and increase safety. Lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder for lithium secondary battery positive electrode material that can be compatible, a manufacturing method thereof, a positive electrode for lithium secondary battery using the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder, and It is providing the lithium secondary battery provided with the positive electrode for lithium secondary batteries.

本発明者らは、上記課題を達成すべく、鋭意検討の結果、リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物において、粉末X線回折測定における特定回折ピークの半価幅を制御し、かつ組成を特定領域に制御することにより、リチウム二次電池正極材料として、低コスト化、耐高電圧化、高安全化に加え、レートや出力特性といった負荷特性の向上との両立が可能なリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have controlled the half-value width of a specific diffraction peak in powder X-ray diffraction measurement in a lithium nickel manganese cobalt-based composite oxide and set the composition in a specific region. Lithium nickel manganese cobalt-based composite that can achieve both low cost, high voltage resistance, high safety, load characteristics such as rate and output characteristics, etc. The inventors have found that an oxide powder can be obtained, and have completed the present invention.

即ち、本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、下記組成式(I)で表される化合物よりなり、層状構造に帰属する結晶構造を含んで構成され、CuKα線を使用した粉末X線回折測定において、回折角2θが64.5°付近に存在する(110)回折ピークの半価幅をFWHM(110)とした時に、0.01≦FWHM(110)≦0.2で表され、40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率の値が、1×10 Ω・cm以上、1×10 Ω・cm以下であることを特徴とする(請求項1)。
Li[Liz/(2+z){(Ni(1+y)/2Mn(1−y)/2)1−xCo2/(2+z)]O…(I)
(ただし、組成式(I)中、
0≦x≦0.1
−0.1≦y≦0.1
(1−x)(0.05−0.98y)≦z≦(1−x)(0.15−0.88y)
である。)
That is, the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material of the present invention is composed of a compound represented by the following composition formula (I), and includes a crystal structure belonging to a layered structure. In powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays, 0.01 ≦ FWHM (110) when the half-value width of the (110) diffraction peak having a diffraction angle 2θ of around 64.5 ° is FWHM (110). ) is represented by ≦ 0.2, the value of the volume resistivity when compacted at a pressure of 40MPa is, 1 × 10 3 Ω · cm or more and less der Rukoto 1 × 10 6 Ω · cm ( Claim 1).
Li [Li z / (2 + z) {(Ni (1 + y) / 2 Mn (1-y) / 2 ) 1-x Co x } 2 / (2 + z) ] O 2 (I)
(However, in the composition formula (I),
0 ≦ x ≦ 0.1
−0.1 ≦ y ≦ 0.1
(1-x) (0.05-0.98y) ≤z≤ (1-x) (0.15-0.88y)
It is. )

さらに上記組成式(I)において、x、y、z値はそれぞれ、0.04≦x≦0.099、−0.03≦y≦0.03、(1−x)(0.08−0.98y)≦z≦(1−x)(0.13−0.88y)であることが好ましい(請求項2)。   Furthermore, in the composition formula (I), x, y, and z values are 0.04 ≦ x ≦ 0.099, −0.03 ≦ y ≦ 0.03, (1-x) (0.08-0), respectively. .98y) ≦ z ≦ (1-x) (0.13-0.88y) (Claim 2).

また、CuKα線を使用した粉末X線回折測定において、回折角2θが64°付近に存在する(018)回折ピーク、64.5°付近に存在する(110)回折ピーク、及び68°付近に存在する(113)回折ピークにおいて、それぞれのピークトップよりも高角側に、異相由来の回折ピークを持たないか、あるいは異相由来の回折ピークを有する場合、本来の結晶相の回折ピークに対する異相ピークの積分強度比が、各々、以下の範囲内にあることが好ましい(請求項3)。
0≦I018 /I018≦0.20
0≦I110 /I110≦0.25
0≦I113 /I113≦0.30
(ここで、I018、I110、I113は、それぞれ(018)、(110)、(113)回折ピークの積分強度を表し、I018 、I110 、I113 は、それぞれ(018)、(110)、(113)回折ピークのピークトップよりも高角側に現れる異相由来の回折ピークの積分強度を表す。)
Also, in powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays, a diffraction angle 2θ is present at a diffraction peak of around (°) 64 °, a (110) diffraction peak of around 64.5 °, and a peak of 68 °. (113) In the case where the diffraction peak does not have a diffraction peak derived from a different phase or has a diffraction peak derived from a different phase at a higher angle side than each peak top, the integration of the different phase peak with respect to the diffraction peak of the original crystal phase The intensity ratios are preferably in the following ranges, respectively.
0 ≦ I 018 * / I 018 ≦ 0.20
0 ≦ I 110 * / I 110 ≦ 0.25
0 ≦ I 113 * / I 113 ≦ 0.30
(Here, I 018 , I 110 , and I 113 represent the integrated intensities of the diffraction peaks, respectively (018), (110), and (113), and I 018 * , I 110 * , and I 113 * are (018 ), (110), (113) represents the integrated intensity of a diffraction peak derived from a different phase appearing at a higher angle than the peak top of the diffraction peak.)

また、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、水銀圧入法による水銀圧入曲線において、圧力3.86kPaから413MPaまでの昇圧時における水銀圧入量が、0.7cm/g以上、1.5cm/g以下であることが好ましい(請求項4)。 In addition, the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention has a mercury intrusion amount of 0.7 cm 3 / g or more at a pressure increase of 3.86 kPa to 413 MPa in a mercury intrusion curve by a mercury intrusion method. It is preferably 1.5 cm 3 / g or less (claim 4).

また、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、水銀圧入法による細孔分布曲線が、細孔半径300nm以上、1000nm以下にピークトップが存在するメインピークを有し、かつ細孔半径80nm以上、300nm未満にピークトップが存在するサブピークを有さないことが好ましい(請求項5)。   In addition, the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention has a main distribution peak having a peak top in a pore radius of 300 nm or more and 1000 nm or less, according to a mercury intrusion method, and pores. It is preferable not to have a sub-peak having a peak top at a radius of 80 nm or more and less than 300 nm.

また、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、水銀圧入法による細孔分布曲線において、細孔半径300nm以上、1000nm以下にピークトップが存在するメインピークに係る細孔容量が0.5cm/g以上、1.0cm/g以下であることが好ましい(請求項6)。 Further, the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention has a pore volume of 0 corresponding to the main peak having a peak top at a pore radius of 300 nm or more and 1000 nm or less in a pore distribution curve by a mercury intrusion method. .5cm 3 / g or more, preferably 1.0 cm 3 / g or less (claim 6).

また、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定されたメジアン径が1μm以上、5μm以下であることが好ましい(請求項7)。   In addition, the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention is set to a refractive index of 1.24 using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus, and the particle size standard is a volume standard, and it exceeds 5 minutes. The median diameter measured after sonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz) is preferably 1 μm or more and 5 μm or less (Claim 7).

また、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、その嵩密度が0.5〜1.5g/cmであることが好ましい(請求項8)。 The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention preferably has a bulk density of 0.5 to 1.5 g / cm 3 (claim 8).

また、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、BET比表面積が1.5〜3 m/gであることが好ましい(請求項9)。 The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention preferably has a BET specific surface area of 1.5 to 3 m 2 / g (claim 9).

また、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、その含有炭素濃度をC(重量%)とした時、C値が0.005重量%以上、0.05重量%以下であることが好ましい(請求項10)。   In addition, the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention has a C value of 0.005 wt% or more and 0.05 wt% or less when the carbon content is C (wt%). (Claim 10).

本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率が1×10Ω・cm以上、1×10Ω・cm以下であることが好ましい(請求項11)。
The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention preferably has a volume resistivity of 1 × 10 3 Ω · cm or more and 1 × 10 6 Ω · cm or less when consolidated at a pressure of 40 MPa ( Claim 11).

本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の製造方法は、このような本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を製造する方法であって、リチウム化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、及びコバルト化合物を、液体媒体中で粉砕し、これらを均一に分散させたスラリーを得るスラリー調製工程と、得られたスラリーを噴霧乾燥する噴霧乾燥工程と、得られた噴霧乾燥体を酸素含有ガス雰囲気中で、940℃≦T≦1200℃の温度T(℃)で焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする(請求項12)。   The method for producing a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material of the present invention produces such a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material of the present invention. A slurry preparation step of obtaining a slurry in which a lithium compound, a nickel compound, a manganese compound, and a cobalt compound are pulverized in a liquid medium and uniformly dispersed, and the obtained slurry is spray-dried. A spray drying step and a firing step of firing the obtained spray-dried body in an oxygen-containing gas atmosphere at a temperature T (° C.) of 940 ° C. ≦ T ≦ 1200 ° C. (Claim 12) .

本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の製造方法において、リチウム化合物は炭酸リチウムであることが好ましい(請求項13)。   In the method for producing a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention, the lithium compound is preferably lithium carbonate.

本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の製造方法において、スラリー調製工程において、リチウム化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、及びコバルト化合物を、液体媒体中で、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定するメジアン径が0.3μm以下になるまで粉砕し、噴霧乾燥工程において、噴霧乾燥時のスラリー粘度をV(cp)、スラリー供給量を(L/min)、ガス供給量をG(L/min)とした際、50cp≦V≦4000cp、1500≦G/S≦5000となる条件で噴霧乾燥を行うことが好ましい(請求項14)。 In the method for producing a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a positive electrode material of a lithium secondary battery according to the present invention, in the slurry preparation step, a lithium compound, a nickel compound, a manganese compound, and a cobalt compound are mixed with a laser in a liquid medium. Using a diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus, the refractive index is set to 1.24, the particle diameter reference is the volume reference, and the median diameter measured after 5 minutes of ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz) is 0. When the slurry viscosity is V (cp), the slurry supply amount is S (L / min), and the gas supply amount is G (L / min) in the spray drying process. It is preferable to perform spray drying under the conditions of 50 cp ≦ V ≦ 4000 cp, 1500 ≦ G / S ≦ 5000.

本発明のリチウム二次電池用正極は、このような本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体と結着剤とを含有する正極活物質層を集電体上に有することを特徴とする(請求項15)。 The positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention has a positive electrode active material layer containing such a lithium nickel manganese cobalt-based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material of the present invention and a binder as a current collector. (Claim 15 ).

本発明のリチウム二次電池は、リチウムを吸蔵・放出可能な負極、リチウム塩を含有する非水電解質、及びリチウムを吸蔵・放出可能な正極を備えたリチウム二次電池であって、正極としてこのような本発明のリチウム二次電池用正極を用いたことを特徴とする(請求項16)。 The lithium secondary battery of the present invention is a lithium secondary battery comprising a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium. Such a positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention is used (claim 16 ).

本発明のリチウム二次電池は、満充電状態における正極の充電電位が4.35V(vs.Li/Li)以上となるように設計されていることが好ましい(請求項17)。 The lithium secondary battery of the present invention is preferably designed so that the charging potential of the positive electrode in a fully charged state is 4.35 V (vs. Li / Li + ) or more (claim 17 ).

本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、リチウム二次電池正極材料として用いた場合、低コスト化及び高安全性化と負荷特性の向上との両立を図ることができる。このため、本発明によれば、安価で安全性が高く、しかも高い充電電圧で使用しても、性能の優れたリチウム二次電池が提供される。   The lithium nickel manganese cobalt-based composite oxide powder for lithium secondary battery positive electrode material of the present invention, when used as a lithium secondary battery positive electrode material, achieves both low cost and high safety and improved load characteristics. Can be planned. For this reason, according to the present invention, a lithium secondary battery that is inexpensive, highly safe, and excellent in performance even when used at a high charging voltage is provided.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the gist of the present invention. The content of is not specified.

[リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体]
本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、組成が下記(I)式で表され、かつ層状構造に帰属する結晶構造を含んで構成され、CuKα線を使用した粉末X線回折測定において、回折角2θが64.5°付近に存在する(110)回折ピークの半価幅をFWHM(110)とした時に、0.01≦FWHM(110)≦0.2で表されることを特徴とする。
Li[Liz/(2+z){(Ni(1+y)/2Mn(1−y)/2)1−xCo2/(2+z)]O…(I)
(ただし、組成式(I)中、
0≦x≦0.1
−0.1≦y≦0.1
(1−x)(0.05−0.98y)≦z≦(1−x)(0.15−0.88y)
である。)
[Lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder]
The lithium nickel manganese cobalt-based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material of the present invention has a composition represented by the following formula (I) and includes a crystal structure belonging to a layered structure. In the powder X-ray diffraction measurement used, 0.01 ≦ FWHM (110) ≦ 0. 0 when the half-value width of the (110) diffraction peak having a diffraction angle 2θ of around 64.5 ° is FWHM (110). It is represented by 2.
Li [Li z / (2 + z) {(Ni (1 + y) / 2 Mn (1-y) / 2 ) 1-x Co x } 2 / (2 + z) ] O 2 (I)
(However, in the composition formula (I),
0 ≦ x ≦ 0.1
−0.1 ≦ y ≦ 0.1
(1-x) (0.05-0.98y) ≤z≤ (1-x) (0.15-0.88y)
It is. )

<組成及び結晶構造>
上記(I)式において、xの値は0以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以上、更に好ましくは0.03以上、最も好ましくは0.04以上、0.1以下、好ましくは0.099以下である。
<Composition and crystal structure>
In the formula (I), the value of x is 0 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, still more preferably 0.03 or more, most preferably 0.04 or more, 0.1 or less, Preferably it is 0.099 or less.

yの値は−0.1以上、好ましくは−0.08以上、より好ましくは−0.05以上、最も好ましくは−0.03以上、0.1以下、好ましくは0.08以下、より好ましくは0.05以下、最も好ましくは0.03以下である。   The value of y is -0.1 or more, preferably -0.08 or more, more preferably -0.05 or more, most preferably -0.03 or more, 0.1 or less, preferably 0.08 or less, more preferably Is 0.05 or less, most preferably 0.03 or less.

zの値は(1−x)(0.05−0.98y)以上、好ましくは(1−x)(0.06−0.98y)以上、より好ましくは(1−x)(0.07−0.98y)以上、最も好ましくは(1−x)(0.08−0.98y)以上、(1−x)(0.15−0.88y)以下、好ましくは(1−x)(0.145−0.88y)以下、より好ましくは(1−x)(0.14−0.88y)、最も好ましくは(1−x)(0.13−0.88y)以下である。zがこの下限を下回ると導電性が低下し、上限を超えると遷移金属サイトに置換する量が多くなり過ぎて電池容量が低くなる等、これを使用したリチウム二次電池の性能低下を招く可能性がある。また、zが大きすぎると、活物質粉体の炭酸ガス吸収性が増大するため、大気中の炭酸ガスを吸収しやすくなる。その結果、含有炭素濃度が大きくなると推定される。   The value of z is (1-x) (0.05-0.98y) or more, preferably (1-x) (0.06-0.98y) or more, more preferably (1-x) (0.07). -0.98y) or more, most preferably (1-x) (0.08-0.98y) or more, (1-x) (0.15-0.88y) or less, preferably (1-x) ( 0.145-0.88y) or less, more preferably (1-x) (0.14-0.88y), most preferably (1-x) (0.13-0.88y) or less. If z is below this lower limit, the conductivity will decrease, and if it exceeds the upper limit, the amount of substitution to transition metal sites will increase so much that the battery capacity will decrease, leading to a decrease in the performance of lithium secondary batteries using this. There is sex. On the other hand, if z is too large, the carbon dioxide absorbability of the active material powder increases, so that it becomes easy to absorb carbon dioxide in the atmosphere. As a result, it is estimated that the concentration of contained carbon increases.

上記(I)式の組成範囲において、z値が定比である下限に近い程、電池とした時のレート特性や出力特性が低くなる傾向が見られ、逆にz値が上限に近い程、電池とした時のレート特性や出力特性が高くなるが、一方で容量が低下するという傾向が見られる。また、y値が下限、つまりマンガン/ニッケル原子比が小さい程、低い充電電圧で容量が出るが、高い充電電圧を設定した電池のサイクル特性や安全性が低下する傾向が見られ、逆にy値が上限に近い程、高い充電電圧で設定した電池のサイクル特性や安全性が向上する一方で、放電容量やレート特性、出力特性が低下する傾向が見られる。また、x値が下限に近い程、電池とした時のレート特性や出力特性といった負荷特性が低くなるという傾向が見られ、逆に、x値が上限に近い程、電池とした時のレート特性や出力特性が高くなるが、この上限を超えると、高い充電電圧で設定した場合のサイクル特性や安全性が低下し、また原料コストが高くなる。前記組成パラメータx、y、zを規定範囲とすることは、本発明の重要な構成要素である。
なお、前記式(I)の組成においては、酸素量の原子比は便宜上2としているが、多少の不定比性があってもよい。例えば、酸素の原子比は2±0.1の範囲とすることができる。
In the composition range of the above formula (I), the closer the z value is to the lower limit that is a constant ratio, the lower the rate characteristics and output characteristics of the battery, and the lower the z value is to the upper limit, Although the rate characteristics and output characteristics of the battery are improved, there is a tendency for the capacity to decrease. In addition, the lower the y value, that is, the smaller the manganese / nickel atomic ratio, the higher the capacity is obtained at a lower charging voltage. However, the cycle characteristics and safety of batteries set at a higher charging voltage tend to be reduced. As the value is closer to the upper limit, the cycle characteristics and safety of the battery set at a higher charge voltage are improved, while the discharge capacity, rate characteristics, and output characteristics tend to decrease. In addition, the closer the x value is to the lower limit, the lower the load characteristics such as rate characteristics and output characteristics when the battery is used. Conversely, the closer the x value is to the upper limit, the rate characteristics when the battery is used. However, if this upper limit is exceeded, the cycle characteristics and safety when set at a high charge voltage are reduced, and the raw material cost is increased. Setting the composition parameters x, y, and z within a specified range is an important component of the present invention.
In the composition of the formula (I), the atomic ratio of the oxygen amount is set to 2 for convenience, but there may be some non-stoichiometry. For example, the atomic ratio of oxygen can be in the range of 2 ± 0.1.

また、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、異元素が導入されてもよい。異元素としては、B,Na,Mg,Al,Si,K,Ca,Ti,V,Cr,Fe,Cu,Zn,Ga,Ge,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Ru,Rh,Pd,Ag,In,Sn,Sb,Te,Ba,Ta,W,Ir,Pt,Au,Pb,Bi,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,N,F,P,S,Cl,Br,Iの何れか1種以上の中から選択される。これらの異元素は、リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物の結晶構造内に取り込まれていてもよく、あるいは、リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物の結晶構造内に取り込まれず、その粒子表面や結晶粒界などに単体もしくは化合物として偏在していてもよい。   Further, foreign elements may be introduced into the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention. The different elements include B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, and Pd. , Ag, In, Sn, Sb, Te, Ba, Ta, W, Ir, Pt, Au, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm , Yb, Lu, N, F, P, S, Cl, Br, or I. These foreign elements may be incorporated into the crystal structure of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide, or may not be incorporated into the crystal structure of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide. It may be unevenly distributed as a single substance or a compound in the boundary.

本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物は、層状構造に帰属する結晶構造を含んで構成される。
ここで、層状構造に関してさらに詳しく述べる。層状構造を有するものの代表的な結晶系としては、LiCoO、LiNiOのようなα−NaFeO型に属するものがあり、これらは六方晶系であり、その対称性から空間群

Figure 0004591717
(以下「層状R(−3)m構造」と表記することがある。)に帰属される。 The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide of the present invention includes a crystal structure belonging to a layered structure.
Here, the layered structure will be described in more detail. As a typical crystal system having a layered structure, there are those belonging to the α-NaFeO 2 type such as LiCoO 2 and LiNiO 2 , which are hexagonal and have a space group due to their symmetry.
Figure 0004591717
(Hereinafter referred to as “layered R (−3) m structure”).

ただし、層状LiMeOとは、層状R(−3)m構造に限るものではない。これ以外にもいわゆる層状Mnと呼ばれるLiMnOは斜方晶系で空間群Pm2mの層状化合物であり、また、いわゆる213相と呼ばれるLiMnOは、Li[Li1/3Mn2/3]Oとも表記でき、単斜晶系の空間群C2/m構造であるが、やはりLi層と[Li1/3Mn2/3]層および酸素層が積層した層状化合物である。 However, the layered LiMeO 2 is not limited to the layered R (−3) m structure. In addition to this, LiMnO 2 called so-called layered Mn is an orthorhombic and space-group Pm2m layered compound, and Li 2 MnO 3 called so-called 213 phase is Li [Li 1/3 Mn 2/3 ]. O 2 , which is a monoclinic space group C2 / m structure, is also a layered compound in which a Li layer, a [Li 1/3 Mn 2/3 ] layer, and an oxygen layer are stacked.

ここで本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物におけるLi組成(zおよびx)の化学的な意味について、以下により詳細に説明する。
前述のように層状構造は必ずしもR(−3)m構造に限られるものではないが、R(−3)m構造に帰属しうるものであることが電気化学的な性能面から好ましい。
上記リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物の組成式のx、y、zを求めるには、各遷移金属とLiを誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP−AES)で分析して、Li/Ni/Mn/Coの比を求める事で計算される。
Here, the chemical meaning of the Li composition (z and x) in the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide of the present invention will be described in more detail below.
As described above, the layered structure is not necessarily limited to the R (-3) m structure, but is preferably one that can be attributed to the R (-3) m structure from the viewpoint of electrochemical performance.
In order to obtain x, y, and z in the composition formula of the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide, each transition metal and Li are analyzed with an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-AES), and Li / Ni / Calculated by determining the ratio of Mn / Co.

構造的視点では、zに係るLiは、同じ遷移金属サイトに置換されて入っていると考えられる。ここで、zに係るLiによって、電荷中性の原理によりNiの平均価数が2価より大きくなる(3価のNiが生成する)。zはNi平均価数を上昇させるため、Ni価数(Ni(III)の割合)の指標となる。   From a structural point of view, it is considered that Li related to z is substituted for the same transition metal site. Here, due to Li related to z, the average valence of Ni becomes larger than divalent (trivalent Ni is generated) by the principle of charge neutrality. Since z raises the Ni average valence, it becomes an index of the Ni valence (the ratio of Ni (III)).

なお、上記組成式から、zの変化に伴うNi価数(m)を計算すると、Co価数は3価、Mn価数は4価であるとの前提で、

Figure 0004591717
となる。この計算結果は、Ni価数はzのみで決まるのではなく、x及びyの関数となっていることを意味している。z=0かつy=0であれば、xの値に関係なくNi価数は2価のままである。zが負の値になる場合は、活物質中に含まれるLi量が化学量論量より不足していることを意味し、あまり大きな負の値を有するものは本発明の効果が出ない可能性がある。一方、同じz値であっても、Niリッチ(y値が大きい)及び/又はCoリッチ(x値が大きい)な組成ほどNi価数は高くなるということを意味し、電池に用いた場合、レート特性や出力特性が高くなるが、反面、容量低下しやすくなる結果となる。このことから、z値の上限と下限はx及びyの関数として規定するのがより好ましいと言える。 From the above composition formula, when calculating the Ni valence (m) accompanying the change of z, the Co valence is trivalent and the Mn valence is tetravalent,
Figure 0004591717
It becomes. This calculation result means that the Ni valence is not determined only by z but is a function of x and y. If z = 0 and y = 0, the Ni valence remains divalent regardless of the value of x. When z is a negative value, it means that the amount of Li contained in the active material is less than the stoichiometric amount, and those having a very large negative value may not have the effect of the present invention. There is sex. On the other hand, even if the z value is the same, it means that the Ni valence becomes higher as the composition is rich in Ni (large y value) and / or rich in Co (large x value). The rate characteristics and output characteristics are improved, but on the other hand, the capacity tends to decrease. From this, it can be said that it is more preferable to define the upper and lower limits of the z value as a function of x and y.

また、x値が0≦x≦0.1と、Co量が少ない範囲にあると、コストが低減されることに加え、高い充電電位で充電するように設計されたリチウム二次電池として使用した場合において、充放電容量やサイクル特性、安全性が向上する。   In addition, when the x value is in the range of 0 ≦ x ≦ 0.1 and the amount of Co is small, in addition to reducing the cost, it was used as a lithium secondary battery designed to be charged at a high charging potential. In some cases, charge / discharge capacity, cycle characteristics, and safety are improved.

このように、上記組成のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を正極活物質として用いた電池は、従来レートや出力性能に劣るという欠点があるが、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物は、高結晶であり、また異相の存在比率が極めて少なく抑えられているのに加え、水銀圧入曲線における昇圧時の水銀圧入量が多く、結晶粒子間の細孔容量が大きいため、これを用いて電池を作製した場合に、正極活物質表面と電解液あるいは導電助剤との接触面積を増加させることが可能となるため、正極活物質として必要な、負荷特性を改善することができる。   As described above, the battery using the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder having the above composition as the positive electrode active material has the disadvantage that the conventional rate and output performance are inferior. However, the lithium nickel manganese cobalt based composite oxidation of the present invention is disadvantageous. In addition to the fact that the product is highly crystalline and the existence ratio of the heterogeneous phase is extremely low, the amount of mercury intrusion at the time of pressurization in the mercury intrusion curve is large and the pore volume between crystal grains is large. When a battery is produced by using this, it is possible to increase the contact area between the surface of the positive electrode active material and the electrolytic solution or the conductive additive, so that the load characteristics required as the positive electrode active material can be improved.

〈粉末X線回折ピーク〉
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、CuKα線を使用した粉末X線回折パターンにおいて、回折角2θが64.5°付近に存在する(110)回折ピークの半価幅をFWHM(110)とした時に、0.01≦FWHM(110)≦0.2の範囲にあることを特徴とする。
一般に、結晶性の尺度としてX線回折ピークの半価幅が用いられることから、本発明者らは、結晶性と電池性能の相関について鋭意検討を行った。その結果、回折角2θが64.5°付近に存在する(110)回折ピークの半価幅の値が、規定した範囲内にあるものが良好な電池性能を発現することを見出した。
<Powder X-ray diffraction peak>
The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention has a FWHM of the half width of the (110) diffraction peak having a diffraction angle 2θ of around 64.5 ° in a powder X-ray diffraction pattern using CuKα rays. (110), 0.01 ≦ FWHM (110) ≦ 0.2.
In general, since the half width of the X-ray diffraction peak is used as a measure of crystallinity, the present inventors have intensively investigated the correlation between crystallinity and battery performance. As a result, it has been found that when the half-value width of the (110) diffraction peak having a diffraction angle 2θ of around 64.5 ° is within the specified range, good battery performance is exhibited.

本発明において、FWHM(110)は通常0.01以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.10以上、更に好ましくは0.12以上、最も好ましくは0.14以上、0.2以下、より好ましくは0.196以下、更に好ましくは0.19以下、最も好ましくは0.185以下である。   In the present invention, FWHM (110) is usually 0.01 or more, preferably 0.05 or more, more preferably 0.10 or more, still more preferably 0.12 or more, and most preferably 0.14 or more, 0.2 or less. More preferably, it is 0.196 or less, More preferably, it is 0.19 or less, Most preferably, it is 0.185 or less.

また、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、CuKα線を使用した粉末X線回折測定において、回折角2θが64°付近に存在する(018)回折ピーク、64.5°付近に存在する(110)回折ピーク、及び68°付近に存在する(113)回折ピークにおいて、それぞれのピークトップよりも高角側に、異相由来の回折ピークを持たないか、あるいは異相由来の回折ピークを有する場合、本来の結晶相の回折ピークに対する異相ピークの積分強度比が、各々、以下の範囲内にあることが好ましい。
0≦I018 /I018≦0.20
0≦I110 /I110≦0.25
0≦I113 /I113≦0.30
(ここで、I018、I110、I113は、それぞれ(018)、(110)、(113)回折ピークの積分強度を表し、I018 、I110 、I113 は、それぞれ(018)、(110)、(113)回折ピークのピークトップよりも高角側に現れる異相由来の回折ピークの積分強度を表す。)
The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention has a diffraction angle 2θ of around 64 ° in the powder X-ray diffraction measurement using CuKα ray (018) diffraction peak, around 64.5 °. (110) and (113) diffraction peak present at around 68 ° do not have a diffraction peak derived from a different phase, or have a diffraction peak derived from a different phase at a higher angle than the top of each peak. When it has, it is preferable that the integrated intensity ratio of the heterophase peak to the diffraction peak of the original crystal phase is in the following range, respectively.
0 ≦ I 018 * / I 018 ≦ 0.20
0 ≦ I 110 * / I 110 ≦ 0.25
0 ≦ I 113 * / I 113 ≦ 0.30
(Here, I 018 , I 110 , and I 113 represent the integrated intensities of the diffraction peaks, respectively (018), (110), and (113), and I 018 * , I 110 * , and I 113 * are (018 ), (110), (113) represents the integrated intensity of a diffraction peak derived from a different phase appearing at a higher angle than the peak top of the diffraction peak.)

ところで、この異相由来の回折ピークの原因物質の詳細は明らかではないが、異相が含まれると、電池とした時の容量やレート特性、サイクル特性等が低下する。このため、回折ピークは本発明の電池性能に悪影響を与えない程度の回折ピークを有していてもよいが、前記範囲の割合であることが好ましく、それぞれの回折ピークに対する異相由来の回折ピークの積分強度比は、通常I018 /I018≦0.20、I110 /I110≦0.25、I113 /I113≦0.30、好ましくはI018 /I018≦0.15、I110 /I110≦0.20、I113 /I113≦0.25、より好ましくはI018 /I018≦0.10、I110 /I110≦0.16、I113 /I113≦0.20、更に好ましくはI018 /I018≦0.05、I110 /I110≦0.10、I113 /I113≦0.15であり、最も好ましくは異相由来の回折ピークが無いことが特に好ましい。 By the way, although the details of the causative substance of the diffraction peak derived from this heterogeneous phase are not clear, when a heterogeneous phase is included, the capacity, rate characteristics, cycle characteristics, etc. when it is made into a battery are lowered. For this reason, the diffraction peak may have a diffraction peak that does not adversely affect the battery performance of the present invention, but is preferably a ratio in the above range, and the diffraction peak derived from a different phase with respect to each diffraction peak. The integrated intensity ratio is usually I 018 * / I 018 ≦ 0.20, I 110 * / I 110 ≦ 0.25, I 113 * / I 113 ≦ 0.30, preferably I 018 * / I 018 ≦ 0. 15, I 110 * / I 110 ≦ 0.20, I 113 * / I 113 ≦ 0.25, more preferably I 018 * / I 018 ≦ 0.10, I 110 * / I 110 ≦ 0.16, I 113 * / I 113 ≦ 0.20, more preferably I 018 * / I 018 ≦ 0.05 , I 110 * / I 110 ≦ 0.10, an I 113 * / I 113 ≦ 0.15 , It is particularly preferred is also preferably no diffraction peaks derived from heterogeneous phases.

〈水銀圧入法による細孔特性〉
本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、好ましくは水銀圧入法による測定において、特定の条件を満たす。
<Pore characteristics by mercury intrusion method>
The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material of the present invention preferably satisfies a specific condition in measurement by mercury porosimetry.

本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の評価で採用する水銀圧入法について以下に説明する。
水銀圧入法は、多孔質粒子等の試料について、圧力を加えながらその細孔に水銀を浸入させ、圧力と圧入された水銀量との関係から、比表面積や細孔径分布などの情報を得る手法である。
The mercury intrusion method employed in the evaluation of the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention will be described below.
The mercury intrusion method is a method for obtaining information such as specific surface area and pore size distribution from the relationship between pressure and the amount of mercury intruded into a pore of a sample such as porous particles while applying pressure. It is.

具体的には、まず、試料の入った容器内を真空排気した上で、容器内に水銀を満たす。水銀は表面張力が高く、そのままでは試料表面の細孔には水銀は浸入しないが、水銀に圧力をかけ、徐々に昇圧していくと、径の大きい細孔から順に径の小さい孔へと、徐々に細孔の中に水銀が浸入していく。圧力を連続的に増加させながら水銀液面の変化(つまり細孔への水銀圧入量)を検出していけば、水銀に加えた圧力と水銀圧入量との関係を表す水銀圧入曲線が得られる。   Specifically, first, the container containing the sample is evacuated and filled with mercury. Mercury has a high surface tension, and as it is, mercury does not penetrate into the pores on the sample surface, but when pressure is applied to the mercury and the pressure is gradually increased, the pores increase in size from the smallest to the smallest. Gradually mercury enters the pores. If a change in the mercury liquid level (that is, the amount of mercury intruded into the pores) is detected while the pressure is continuously increased, a mercury intrusion curve representing the relationship between the pressure applied to the mercury and the amount of mercury intruded can be obtained. .

ここで、細孔の形状を円筒状と仮定し、その半径をr、水銀の表面張力をδ、接触角をθとすると、細孔から水銀を押し出す方向への大きさは−2πrδ(cosθ)で表される(θ>90°なら、この値は正となる)。また、圧力P下で細孔へ水銀を押し込む方向への力の大きさはπrPで表されることから、これらの力の釣り合いから以下の数式(1)、数式(2)が導かれることになる。 Here, assuming that the shape of the pore is cylindrical, the radius is r, the surface tension of mercury is δ, and the contact angle is θ, the size in the direction of extruding mercury from the pore is −2πrδ (cos θ). (If θ> 90 °, this value is positive). Moreover, since the magnitude of the force in the direction of pushing mercury into the pores under the pressure P is represented by πr 2 P, the following formulas (1) and (2) are derived from the balance of these forces. It will be.

−2πrδ(cosθ)=πrP …(1)
Pr=−2δ(cosθ) …(2)
-2πrδ (cosθ) = πr 2 P (1)
Pr = -2δ (cos θ) (2)

水銀の場合、表面張力δ=480dyn/cm程度、接触角θ=140°程度の値が一般的に良く用いられる。これらの値を用いた場合、圧力P下で水銀が圧入される細孔の半径は以下の数式(3)で表される。   In the case of mercury, values of surface tension δ = 480 dyn / cm and contact angle θ = 140 ° are generally used. When these values are used, the radius of the pore into which mercury is injected under the pressure P is expressed by the following formula (3).

Figure 0004591717
Figure 0004591717

すなわち、水銀に加えた圧力Pと水銀が浸入する細孔の半径rとの間には相関があることから、得られた水銀圧入曲線に基づいて、試料の細孔半径の大きさとその体積との関係を表す細孔分布曲線を得ることができる。例えば、圧力Pを0.1MPaから100MPaまで変化させると、7500nm程度から7.5nm程度までの範囲の細孔について測定が行えることになる。   That is, since there is a correlation between the pressure P applied to mercury and the radius r of the pore into which mercury enters, the size of the pore radius of the sample and its volume are calculated based on the obtained mercury intrusion curve. A pore distribution curve representing the relationship can be obtained. For example, when the pressure P is changed from 0.1 MPa to 100 MPa, the pores in the range from about 7500 nm to about 7.5 nm can be measured.

なお、水銀圧入法による細孔半径のおおよその測定限界は、下限が約2nm以上、上限が約200μm以下であり、後述する窒素吸着法に比べて、細孔半径が比較的大きな範囲における細孔分布の解析に向いていると言える。
水銀圧入法による測定は、水銀ポロシメータ等の装置を用いて行うことができる。水銀ポロシメータの具体例としては、Micromeritics社製オートポア、Quantachrome社製ポアマスター等が挙げられる。
Note that the approximate measurement limit of the pore radius by the mercury intrusion method is that the lower limit is about 2 nm or more and the upper limit is about 200 μm or less, and the pores in a relatively large range compared to the nitrogen adsorption method described later. It can be said that it is suitable for analysis of distribution.
Measurement by the mercury intrusion method can be performed using an apparatus such as a mercury porosimeter. Specific examples of the mercury porosimeter include an autopore manufactured by Micromeritics, a pore master manufactured by Quantachrome, and the like.

本発明の粒子は、この水銀圧入法による水銀圧入曲線において、圧力3.86kPaから413MPaまでの昇圧時における水銀圧入量が0.7cm/g以上、1.5cm/g以下であることが好ましい。水銀圧入量はより好ましくは0.74cm/g以上、更に好ましくは0.8cm/g以上、最も好ましくは0.9cm/g以上であり、より好ましくは1.4cm/g以下、更に好ましくは1.3cm/g以下、最も好ましくは1.2cm/g以下である。この範囲の上限を超えると空隙が過大となり、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を正極材料として用いる際に、正極板(正極の集電体)への正極活物質の充填率が低くなってしまい、電池容量が制約されてしまう。一方、この範囲の下限を下回ると、粒子間の空隙が過小となってしまうため、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を正極材料として電池を作製した場合に、粒子間のリチウム拡散が阻害され、負荷特性が低下する。 The particles of the present invention, in a mercury intrusion curve obtained by mercury intrusion porosimetry, mercury penetration amount at boosting the pressure 3.86kPa to 413MPa is 0.7 cm 3 / g or more, it is 1.5 cm 3 / g or less preferable. Mercury intrusion volume is more preferably 0.74 cm 3 / g or more, more preferably 0.8 cm 3 / g or more, and most preferably 0.9 cm 3 / g or more, more preferably 1.4 cm 3 / g or less, More preferably, it is 1.3 cm < 3 > / g or less, Most preferably, it is 1.2 cm < 3 > / g or less. When the upper limit of this range is exceeded, the voids become excessive, and when the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention is used as the positive electrode material, the positive electrode active material filling rate in the positive electrode plate (positive electrode current collector) Becomes low, and the battery capacity is limited. On the other hand, when the value falls below the lower limit of this range, voids between particles become too small. Therefore, when a battery is produced using the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention as a positive electrode material, lithium between particles Diffusion is hindered and load characteristics are degraded.

また、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、上述の水銀圧入法によって細孔分布曲線を測定した場合に、通常、以下に説明する特定のメインピークが現れる。
なお、本明細書において「細孔分布曲線」とは、細孔の半径を横軸に、その半径以上の半径を有する細孔の単位重量(通常は1g)当たりの細孔体積の合計を、細孔半径の対数で微分した値を縦軸にプロットしたものであり、通常はプロットした点を結んだグラフとして表す。特に本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を水銀圧入法により測定して得られた細孔分布曲線を、以下の記載では適宜「本発明にかかる細孔分布曲線」という。
In the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention, when a pore distribution curve is measured by the mercury intrusion method, a specific main peak described below usually appears.
In the present specification, the “pore distribution curve” refers to the total pore volume per unit weight (usually 1 g) of pores having a radius equal to or larger than the radius of the pores on the horizontal axis, The value obtained by differentiating the logarithm of the pore radius is plotted on the vertical axis, and is usually expressed as a graph connecting the plotted points. In particular, a pore distribution curve obtained by measuring the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention by a mercury intrusion method is referred to as “a pore distribution curve according to the present invention” as appropriate in the following description.

また、本明細書において「メインピーク」とは、細孔分布曲線が有するピークの内で最も大きいピークをいい、「サブピーク」とは、細孔分布曲線が有するメインピーク以外のピークを表す。
また、本明細書において「ピークトップ」とは、細孔分布曲線が有する各ピークにおいて縦軸の座標値が最も大きい値をとる点をいう。
In this specification, “main peak” refers to the largest peak among the peaks of the pore distribution curve, and “sub peak” refers to a peak other than the main peak of the pore distribution curve.
In the present specification, “peak top” refers to the point at which the coordinate value of the vertical axis takes the largest value in each peak of the pore distribution curve.

(メインピーク)
本発明に係る細孔分布曲線が有するメインピークは、そのピークトップが、細孔半径が通常300nm以上、好ましくは350nm以上、最も好ましくは400nm以上、また、通常1000nm以下、好ましくは980nm以下、より好ましくは970nm以下、更に好ましくは960nm以下、最も好ましくは950nm以下の範囲に存在する。この範囲の上限を超えると、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を正極材料として電池を作成した場合に、正極材料内でのリチウム拡散が阻害され、又は導電パスが不足して、負荷特性が低下する可能性がある。一方、この範囲の下限を下回ると、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を用いて正極を作製した場合に、導電材や結着剤の必要量が増加し、正極板(正極の集電体)への正極活物質の充填率が制約され、電池容量が制約される可能性がある。また、微粒子化に伴い、塗料化時の塗膜の機械的性質が硬く、又は脆くなり、電池組立て時の捲回工程で塗膜の剥離が生じ易くなる可能性がある。
(Main peak)
The main peak of the pore distribution curve according to the present invention has a peak top whose pore radius is usually 300 nm or more, preferably 350 nm or more, most preferably 400 nm or more, and usually 1000 nm or less, preferably 980 nm or less. Preferably it exists in the range of 970 nm or less, more preferably 960 nm or less, and most preferably 950 nm or less. When the upper limit of this range is exceeded, when a battery is prepared using the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder of the present invention as the positive electrode material, lithium diffusion in the positive electrode material is inhibited, or the conductive path is insufficient. The load characteristics may be reduced. On the other hand, below the lower limit of this range, when a positive electrode is produced using the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder of the present invention, the required amount of conductive material and binder increases, and the positive electrode plate (positive electrode) Of the positive electrode active material in the current collector) may be restricted, and the battery capacity may be restricted. In addition, with the formation of fine particles, the mechanical properties of the coating film at the time of coating become hard or brittle, and there is a possibility that the coating film is likely to be peeled off during the winding process during battery assembly.

また、本発明に係る細孔分布曲線が有する、細孔半径300nm以上、1000nm以下にピークトップが存在するメインピークの細孔容量は、好適には、通常0.3cm/g以上、好ましくは0.35cm/g以上、より好ましくは0.4cm/g以上、最も好ましくは0.5cm/g以上、また、通常1.0cm/g以下、好ましくは0.8cm/g以下、より好ましくは0.7cm/g以下、最も好ましくは0.6cm/g以下である。この範囲の上限を超えると空隙が過大となり、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を正極材料として用いる際に、正極板への正極活物質の充填率が低くなってしまい、電池容量が制約されてしまう可能性がある。一方、この範囲の下限を下回ると、粒子間の空隙が過小となってしまうため、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を正極材料として電池を作製した場合に、二次粒子間のリチウム拡散が阻害され、負荷特性が低下する可能性がある。 Further, the pore volume of the main peak having a peak top at a pore radius of 300 nm or more and 1000 nm or less, which the pore distribution curve according to the present invention has, is preferably usually 0.3 cm 3 / g or more, preferably 0.35 cm 3 / g or more, more preferably 0.4 cm 3 / g or more, most preferably 0.5 cm 3 / g or more and usually 1.0 cm 3 / g or less, preferably 0.8 cm 3 / g , more preferably 0.7 cm 3 / g or less, and most preferably not more than 0.6 cm 3 / g. When the upper limit of this range is exceeded, the voids become excessive, and when the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention is used as the positive electrode material, the filling rate of the positive electrode active material into the positive electrode plate becomes low, and the battery Capacity may be constrained. On the other hand, when the lower limit of this range is not reached, voids between particles become excessively small. Therefore, when a battery is produced using the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention as a positive electrode material, Lithium diffusion is inhibited, and the load characteristics may be reduced.

(サブピーク)
本発明に係る細孔分布曲線は、上述のメインピークに加えて、複数のサブピークを有していてもよいが、80nm以上、300nm以下の細孔半径の範囲内には存在しないことが好ましい。
(Sub peak)
The pore distribution curve according to the present invention may have a plurality of sub-peaks in addition to the main peak described above, but preferably does not exist within the pore radius range of 80 nm or more and 300 nm or less.

〈本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体が上述の効果をもたらす理由〉
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体が、上述の効果をもたらす理由の詳細は明らかではないが、結晶性が高度に発達していることに加えて、組成的にも最適な領域にあり、さらに細孔体積が適度に多いことから、これを用いて電池を作製した場合に正極活物質表面と電解液との接触面積を増加させることが可能となるため、正極活物質として必要な負荷特性が改良されたものと推定される。
<Reason why the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention provides the above effects>
Although the details of the reason why the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention brings about the above-mentioned effects are not clear, in addition to the highly developed crystallinity, the optimum region in terms of composition In addition, since the pore volume is reasonably large, it is possible to increase the contact area between the surface of the positive electrode active material and the electrolyte when a battery is produced using this, so it is necessary as a positive electrode active material. It is estimated that the load characteristics are improved.

〈その他の好ましい態様〉
以下の記載では、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体のその他の好適な特性について記述するが、これはあくまでも好ましい態様であって、上述の特徴を備えるものであれば、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体のその他の特性については特に制限されるものではない。
<Other preferred embodiments>
In the following description, other suitable characteristics of the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention will be described. However, this is only a preferable aspect, and the present invention can be used as long as it has the above-described characteristics. Other characteristics of the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder are not particularly limited.

(メジアン径及び90%積算径(D90))
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体のメジアン径は通常1μm以上、好ましくは1.2μm以上、より好ましくは1.5μm以上、最も好ましくは2μm以上で、通常5μm以下、好ましくは4.5μm以下、より好ましくは4μm以下、更に好ましくは3.8μm以下、最も好ましくは3.5μm以下である。この下限を下回ると、正極活物質層形成時の塗布性に問題を生ずる可能性があり、上限を超えると電池性能の低下を来たす可能性がある。
(Median diameter and 90% integrated diameter ( D90 ))
The median diameter of the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention is usually 1 μm or more, preferably 1.2 μm or more, more preferably 1.5 μm or more, most preferably 2 μm or more, and usually 5 μm or less, preferably 4 0.5 μm or less, more preferably 4 μm or less, still more preferably 3.8 μm or less, and most preferably 3.5 μm or less. If the lower limit is not reached, there may be a problem in applicability at the time of forming the positive electrode active material layer, and if the upper limit is exceeded, battery performance may be lowered.

また、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の二次粒子の90%積算径(D90)は通常10μm以下、好ましくは9μm以下、より好ましくは8μm以下、最も好ましくは7μm以下で、通常1μm以上、好ましくは2μm以上、より好ましくは3μm以上、最も好ましくは3.5μm以上である。上記上限を超えると電池性能の低下を来たす可能性があり、下限を下回ると正極活物質層形成時の塗布性に問題を生ずる可能性がある。 The 90% cumulative diameter (D 90 ) of the secondary particles of the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention is usually 10 μm or less, preferably 9 μm or less, more preferably 8 μm or less, and most preferably 7 μm or less. Usually, it is 1 μm or more, preferably 2 μm or more, more preferably 3 μm or more, and most preferably 3.5 μm or more. If the upper limit is exceeded, battery performance may be reduced, and if the lower limit is not reached, there may be a problem in applicability when forming the positive electrode active material layer.

なお、本発明において、平均粒子径としてのメジアン径及び90%積算径(D90)は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率1.24を設定し、粒子径基準を体積基準として測定されたものである。本発明では、測定の際に用いる分散媒として、0.1重量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定を行った。 In the present invention, the median diameter and the 90% integrated diameter (D 90 ) as the average particle diameter are set to a refractive index of 1.24 using a known laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device, and the particle diameter standard is determined. Measured as a volume reference. In the present invention, a 0.1 wt% sodium hexametaphosphate aqueous solution was used as a dispersion medium used in the measurement, and measurement was performed after 5 minutes of ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz).

(嵩密度)
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の嵩密度は通常0.5g/cc以上、好ましくは0.6g/cc以上、より好ましくは0.7g/cc以上、最も好ましくは0.8g/cc以上で、通常1.7g/cc以下、好ましくは1.6g/cc以下、より好ましくは1.5g/cc以下、最も好ましくは1.3g/cc以下である。嵩密度がこの上限を上回ることは、粉体充填性や電極密度向上にとって好ましい一方、比表面積が低くなり過ぎる可能性があり、電池性能が低下する可能性がある。嵩密度がこの下限を下回ると粉体充填性や電極調製に悪影響を及ぼす可能性がある。
なお、本発明では、嵩密度は、リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体5〜10gを10mlのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約20mmで200回タップした時の粉体充填密度(タップ密度)g/ccとして求める。
(The bulk density)
The bulk density of the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention is usually 0.5 g / cc or more, preferably 0.6 g / cc or more, more preferably 0.7 g / cc or more, most preferably 0.8 g. / Cc or more, usually 1.7 g / cc or less, preferably 1.6 g / cc or less, more preferably 1.5 g / cc or less, and most preferably 1.3 g / cc or less. While the bulk density exceeding this upper limit is preferable for improving powder filling properties and electrode density, the specific surface area may become too low, and battery performance may be reduced. If the bulk density is below this lower limit, there is a possibility of adversely affecting the powder filling property and electrode preparation.
In the present invention, the bulk density is a powder packing density (tap density) when 5 to 10 g of lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder is put in a 10 ml glass graduated cylinder and tapped 200 times with a stroke of about 20 mm. ) Determined as g / cc.

(BET比表面積)
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体はまた、BET比表面積が、通常1.4m/g以上、好ましくは1.5m/g以上、更に好ましくは1.6m/g以上、最も好ましくは1.7m/g以上で、通常3m/g以下、好ましくは2.8m/g以下、更に好ましくは2.5m/g以下、最も好ましくは2.3m/g以下である。BET比表面積がこの範囲よりも小さいと電池性能が低下しやすく、大きいと嵩密度が上がりにくくなり、正極活物質形成時の塗布性に問題が発生しやすくなる可能性がある。
(BET specific surface area)
The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention has a BET specific surface area of usually 1.4 m 2 / g or more, preferably 1.5 m 2 / g or more, more preferably 1.6 m 2 / g or more. Most preferably, it is 1.7 m 2 / g or more, usually 3 m 2 / g or less, preferably 2.8 m 2 / g or less, more preferably 2.5 m 2 / g or less, and most preferably 2.3 m 2 / g. It is as follows. If the BET specific surface area is smaller than this range, the battery performance is likely to be lowered, and if it is larger, the bulk density is difficult to increase, and there is a possibility that a problem is likely to occur in the coating property at the time of forming the positive electrode active material.

なお、BET比表面積は、公知のBET式粉体比表面積測定装置によって測定できる。本発明では、大倉理研製:AMS8000型全自動粉体比表面積測定装置を用い、吸着ガスに窒素、キャリアガスにヘリウムを使用し、連続流動法によるBET1点式法測定を行った。具体的には粉体試料を窒素/ヘリウム混合ガスにより150℃の温度で加熱脱気し、次いで液体窒素温度まで冷却して混合ガスを吸着させた後、これを水により室温まで加温して吸着された窒素ガスを脱着させ、その量を熱伝導検出器によって検出し、これから試料の比表面積を算出した。   The BET specific surface area can be measured by a known BET type powder specific surface area measuring device. In the present invention, an OMS Riken: AMS8000 type automatic powder specific surface area measuring device was used, nitrogen was used as an adsorption gas, and helium was used as a carrier gas. Specifically, the powder sample is heated and degassed with a nitrogen / helium mixed gas at a temperature of 150 ° C., then cooled to liquid nitrogen temperature to adsorb the mixed gas, and then heated to room temperature with water. The adsorbed nitrogen gas was desorbed, the amount was detected by a heat conduction detector, and the specific surface area of the sample was calculated from this.

(含有炭素濃度C)
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の含有炭素濃度C(重量%)値は、通常0.005重量%以上、好ましくは0.01重量%以上、更に好ましくは0.015重量%以上、最も好ましくは0.02重量%以上であり、通常0.05重量%以下、好ましくは0.045重量%以下、更に好ましくは0.04重量%以下、最も好ましくは0.035重量%以下である。この下限を下回ると電池性能が低下する可能性があり、上限を超えると電池とした時のガス発生による膨れが増大したり電池性能が低下したりする可能性がある。
(Contained carbon concentration C)
The carbon concentration C (wt%) value of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder of the present invention is usually 0.005 wt% or more, preferably 0.01 wt% or more, more preferably 0.015 wt%. Above, most preferably 0.02% by weight or more, usually 0.05% by weight or less, preferably 0.045% by weight or less, more preferably 0.04% by weight or less, most preferably 0.035% by weight or less. It is. If the lower limit is not reached, battery performance may be reduced. If the upper limit is exceeded, swelling due to gas generation when the battery is produced may increase or battery performance may be reduced.

本発明において、リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の含有炭素濃度Cは、後述の実施例の項で示すように、酸素気流中燃焼(高周波加熱炉式)赤外吸収法による測定で求められる。
なお、後述の炭素分析により求めたリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の含有炭素濃度から、当該炭素を全て炭酸イオン由来と仮定した数値と、イオンクロマトグラフィーにより分析したリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体中の炭素は概ね炭酸塩として存在すると考えられ、従って、C値は、炭酸化合物、特に炭酸リチウムの付着量についての情報を示すものとみなすことができる。
In the present invention, the carbon concentration C of the lithium nickel manganese cobalt-based composite oxide powder is determined by measurement using an oxygen gas combustion (high-frequency heating furnace type) infrared absorption method, as shown in the Examples section below. It is done.
In addition, from the concentration of carbon contained in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder obtained by carbon analysis described later, a numerical value assuming that all of the carbon is derived from carbonate ions, and the lithium nickel manganese cobalt composite analyzed by ion chromatography It is considered that carbon in the oxide powder is generally present as a carbonate, and therefore the C value can be regarded as indicating information on the amount of carbonate compound, particularly lithium carbonate.

一方、更に電子伝導性を高めるための手法として導電性カーボンと複合化処理したりする場合には、前記規定範囲を超えるC量が検出されることがあるが、そのような処理が施された場合におけるリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体のC値は、前記規定範囲に限定されるものではない。
他方、本発明が規定するリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体において、炭酸塩として存在するリチウムは極めて少量であり、該複合酸化物粉体が規定するリチウム組成(z)には影響を与えない。
On the other hand, when conducting a composite treatment with conductive carbon as a technique for further increasing the electronic conductivity, a C amount exceeding the specified range may be detected, but such a treatment was performed. The C value of the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder is not limited to the above specified range.
On the other hand, in the lithium nickel manganese cobalt-based composite oxide powder defined by the present invention, a very small amount of lithium is present as a carbonate, which affects the lithium composition (z) defined by the composite oxide powder. Absent.

(平均一次粒子径)
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の平均一次粒子径としては、0.05μm以上、1μm以下であることが好ましい。下限は、より好ましくは0.1μm以上、更に好ましくは0.15μm以上、最も好ましくは0.2μm以上、また、上限は、より好ましくは0.8μm以下、さらに好ましくは0.7μm以下、最も好ましくは0.5μm以下である。平均一次粒子径が上記上限を超えると、粉体充填性に悪影響を及ぼしたり、比表面積が低下したりするために、レート特性や出力特性等の電池性能が低下する可能性が高くなる可能性がある。上記下限を下回ると結晶が未発達であるために充放電の可逆性が劣る等の問題を生ずる可能性がある。
(Average primary particle size)
The average primary particle size of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder of the present invention is preferably 0.05 μm or more and 1 μm or less. The lower limit is more preferably 0.1 μm or more, further preferably 0.15 μm or more, most preferably 0.2 μm or more, and the upper limit is more preferably 0.8 μm or less, still more preferably 0.7 μm or less, most preferably Is 0.5 μm or less. If the average primary particle size exceeds the above upper limit, it may adversely affect the powder filling property or the specific surface area will decrease, which may increase the possibility that the battery performance such as rate characteristics and output characteristics will decrease. There is. If the lower limit is not reached, there is a possibility that problems such as inferior reversibility of charge / discharge due to the undeveloped crystals.

なお、本発明における平均一次粒子径(一次粒子の平均粒子径)は、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した平均径であり、30,000倍のSEM画像を用いて、10〜30個程度の一次粒子の粒子径の平均値として求めることができる。   In addition, the average primary particle diameter (average particle diameter of primary particles) in the present invention is an average diameter observed with a scanning electron microscope (SEM), and about 10 to 30 particles using a SEM image of 30,000 times. The average particle diameter of primary particles can be obtained.

(体積抵抗率)
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率の値は、下限としては、1×10Ω・cm以上が好ましく、5×10Ω・cm以上がより好ましく、1×10Ω・cm以上がさらに好ましい。上限としては、1×10Ω・cm以下が好ましく、5×10Ω・cm以下がより好ましく、1×10Ω・cm以下がさらに好ましい。この体積抵抗率がこの上限を超えると電池とした時の負荷特性が低下する可能性がある。一方、体積抵抗率がこの下限を下回ると、電池とした時の安全性などが低下する可能性がある。
(Volume resistivity)
The volume resistivity value when the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention is compacted at a pressure of 40 MPa is preferably 1 × 10 3 Ω · cm or more as the lower limit, and is preferably 5 × 10 3 Ω · cm. More preferably, it is more than cm, and more preferably 1 × 10 4 Ω · cm. The upper limit is preferably 1 × 10 6 Ω · cm or less, more preferably 5 × 10 5 Ω · cm or less, and further preferably 1 × 10 6 Ω · cm or less. If this volume resistivity exceeds this upper limit, the load characteristics when used as a battery may be reduced. On the other hand, if the volume resistivity is below this lower limit, the safety of the battery may be reduced.

なお、本発明において、リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の体積抵抗率は、四探針・リング電極、電極間隔5.0mm、電極半径1.0mm、試料半径12.5mmで、印加電圧リミッタを90Vとして、リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を40MPaの圧力で圧密した状態で測定した体積抵抗率である。体積抵抗率の測定は、例えば、粉体抵抗測定装置(例えば、ダイアインスツルメンツ社製、ロレスターGP粉体抵抗測定システム)を用い、粉体用プローブユニットにより、所定の加圧下の粉体に対して行うことができる。   In the present invention, the volume resistivity of the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder is four probe / ring electrode, electrode spacing 5.0 mm, electrode radius 1.0 mm, sample radius 12.5 mm, and applied voltage. It is a volume resistivity measured in a state where the limiter is 90 V and the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder is compacted at a pressure of 40 MPa. The volume resistivity can be measured, for example, by using a powder resistance measuring device (for example, Lorester GP powder resistance measuring system manufactured by Dia Instruments Co., Ltd.) with a powder probe unit on a powder under a predetermined pressure. It can be carried out.

[リチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の製造方法]
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を製造する方法は、特定の製法に限定されるものではないが、例えば、リチウム化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、コバルト化合物を液体媒体中に分散させたスラリーを噴霧乾燥後、該混合物を焼成して製造することができる。特に、リチウム化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、及びコバルト化合物を、液体媒体中で粉砕し、これらを均一に分散させたスラリーを得るスラリー調製工程と、得られたスラリーを噴霧乾燥する噴霧乾燥工程と、得られた噴霧乾燥体を酸素含有ガス雰囲気中で、940℃≦T≦1200℃の温度T(℃)で焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の製造方法により、好適に製造される。
以下に、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の製造方法について詳細に説明する。
[Method for producing lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for positive electrode material of lithium secondary battery]
The method for producing the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention is not limited to a specific production method. For example, a lithium compound, a nickel compound, a manganese compound, and a cobalt compound are dispersed in a liquid medium. After spray drying the slurry, the mixture can be fired to produce. In particular, a slurry preparation step of obtaining a slurry in which a lithium compound, a nickel compound, a manganese compound, and a cobalt compound are pulverized in a liquid medium and uniformly dispersed therein, and a spray drying step of spray drying the obtained slurry And a firing step of firing the obtained spray-dried body in an oxygen-containing gas atmosphere at a temperature T (° C.) of 940 ° C. ≦ T ≦ 1200 ° C. The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder is preferably produced by the production method.
Below, the manufacturing method of the lithium nickel manganese cobalt type complex oxide powder of this invention is demonstrated in detail.

<スラリー調製工程>
本発明の方法により、リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を製造するに当たり、スラリーの調製に用いる原料化合物のうち、リチウム化合物としては、LiCO、LiNO、LiNO、LiOH、LiOH・HO、LiH、LiF、LiCl、LiBr、LiI、CHOOLi、LiO、LiSO、ジカルボン酸Li、クエン酸Li、脂肪酸Li、アルキルリチウム等が挙げられる。これらリチウム化合物の中で好ましいのは、焼成処理の際にSO、NO等の有害物質を発生させない点で、窒素原子や硫黄原子、ハロゲン原子を含有しないリチウム化合物であり、また、焼成時に分解ガスを発生することなどから、噴霧乾燥粉体の二次粒子内に分解ガスを発生するなどして空隙を形成しやすい化合物であり、これらの点を勘案すると、とりわけLiCO、LiOH、LiOH・HOが、なかでも取り扱い易く、比較的安価であることからLiCOが好ましい。これらのリチウム化合物は1種を単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。
<Slurry preparation process>
Among the raw material compounds used in the preparation of the slurry for producing lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder by the method of the present invention, the lithium compounds include Li 2 CO 3 , LiNO 3 , LiNO 2 , LiOH, LiOH. · H 2 O, LiH, LiF , LiCl, LiBr, LiI, CH 3 OOLi, Li 2 O, Li 2 SO 4, dicarboxylic acids Li, citric acid Li, fatty Li, alkyllithium or the like. Among these lithium compounds, lithium compounds containing no nitrogen atom, sulfur atom, or halogen atom are preferable because they do not generate harmful substances such as SO x and NO x during the firing treatment. It is a compound that tends to form voids by generating cracked gas in secondary particles of spray-dried powder due to generation of cracked gas. Considering these points, Li 2 CO 3 , LiOH, among others , LiOH · H 2 O is, inter alia easy to handle, preferably Li 2 CO 3 because it is relatively inexpensive. These lithium compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、ニッケル化合物としては、Ni(OH)、NiO、NiOOH、NiCO、2NiCO・3Ni(OH)・4HO、NiC・2HO、Ni(NO・6HO、NiSO、NiSO・6HO、脂肪酸ニッケル、ニッケルハロゲン化物等が挙げられる。この中でも、焼成処理の際にSO、NOX等の有害物質を発生させない点で、 Ni(OH)、NiO、NiOOH、NiCO、2NiCO・3Ni(OH)・4HO、NiC・2HOのようなニッケル化合物が好ましい。また、更に工業原料として安価に入手できる観点、及び反応性が高い、という観点からNi(OH)、NiO、NiOOH、NiCO、さらに焼成時に分解ガスを発生することなどから、噴霧乾燥粉体の二次粒子内に空隙を形成しやすい、という観点から、特に好ましいのはNi(OH)、NiOOH、NiCOである。これらのニッケル化合物は1種を単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。 Moreover, as a nickel compound, Ni (OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 , 2NiCO 3 .3Ni (OH) 2 .4H 2 O, NiC 2 O 4 .2H 2 O, Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O, NiSO 4 , NiSO 4 .6H 2 O, nickel fatty acid, nickel halide and the like. Among these, Ni (OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 , 2NiCO 3 .3Ni (OH) 2 .4H 2 O, NiC 2 are not used in the generation of harmful substances such as SO x and NOX during the firing process. Nickel compounds such as O 4 .2H 2 O are preferred. Further, from the viewpoint that it can be obtained as an industrial raw material at a low cost, and from the viewpoint of high reactivity, Ni (OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 , and further generation of decomposition gas during firing, spray-dried powder Ni (OH) 2 , NiOOH, and NiCO 3 are particularly preferable from the viewpoint of easily forming voids in the secondary particles. These nickel compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、マンガン化合物としてはMn、MnO、Mn等のマンガン酸化物、MnCO、Mn(NO、MnSO、酢酸マンガン、ジカルボン酸マンガン、クエン酸マンガン、脂肪酸マンガン等のマンガン塩、オキシ水酸化物、塩化マンガン等のハロゲン化物等が挙げられる。これらのマンガン化合物の中でも、MnO、Mn、Mn、MnCOは、焼成処理の際にSO、NO等のガスを発生せず、更に工業原料として安価に入手できるため好ましい。これらのマンガン化合物は1種を単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。 In addition, manganese compounds such as Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn 3 O 4 , manganese oxide, MnCO 3 , Mn (NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, manganese dicarboxylate, manganese citrate, fatty acid manganese And manganese salts such as oxyhydroxide, manganese chloride and the like. Among these manganese compounds, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , and MnCO 3 do not generate gases such as SO x and NO x during firing, and can be obtained at low cost as industrial raw materials. Therefore, it is preferable. These manganese compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、コバルト化合物としては、Co(OH)、CoOOH、CoO、Co、Co、Co(OCOCH・4HO、CoCl、Co(NO・6HO、Co(SO・7HO、CoCO等が挙げられる。中でも、焼成工程の際にSO、NOX等の有害物質を発生させない点で、Co(OH)、CoOOH、CoO、Co、Co、CoCOが好ましく、更に好ましくは、工業的に安価に入手できる点及び反応性が高い点でCo(OH)、CoOOHである。加えて焼成時に分解ガスを発生する等して、噴霧乾燥粉体の二次粒子内に空隙を形成しやすい、という観点から、特に好ましいのはCo(OH)、CoOOH、CoCOである。これらのコバルト化合物は1種を単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。 Further, as the cobalt compound, Co (OH) 2 , CoOOH, CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 , Co (OCOCH 3 ) 2 .4H 2 O, CoCl 2 , Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O, Co (SO 4 ) 2 · 7H 2 O, CoCO 3 and the like. Among them, Co (OH) 2 , CoOOH, CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 , and CoCO 3 are preferable in terms of not generating harmful substances such as SO x and NOX during the firing step, more preferably Co (OH) 2 and CoOOH are industrially inexpensively available and highly reactive. In addition, Co (OH) 2 , CoOOH, and CoCO 3 are particularly preferable from the viewpoint of easily forming voids in the secondary particles of the spray-dried powder due to generation of decomposition gas during firing. These cobalt compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、上記のLi、Ni、Mn、Co原料化合物以外にも他元素置換を行って前述の異元素を導入したり、後述する噴霧乾燥にて形成される二次粒子内の空隙を効率よく形成させたりすることを目的とした化合物群を使用することが可能である。なお、ここで使用する、二次粒子の空隙を効率よく形成させることを目的として使用する化合物の添加段階は、その性質に応じて、原料混合前又は混合後の何れかを選択することが可能である。特に、混合工程によって機械的剪断応力が加わるなどして分解しやすい化合物は混合工程後に添加することが好ましい。   In addition to the above Li, Ni, Mn, and Co raw material compounds, other elements are substituted to introduce the above-mentioned foreign elements, and voids in secondary particles formed by spray drying described later are efficiently formed. It is possible to use a group of compounds intended to be used. In addition, the addition stage of the compound used for the purpose of efficiently forming the voids of the secondary particles used here can be selected either before or after mixing the raw materials depending on the property. It is. In particular, it is preferable to add a compound that is easily decomposed due to mechanical shear stress applied by the mixing step after the mixing step.

原料の混合方法は特に限定されるものではなく、湿式でも乾式でも良い。例えば、ボールミル、振動ミル、ビーズミル等の装置を使用する方法が挙げられる。原料化合物を水、アルコール等の液体媒体中で混合する湿式混合は、より均一な混合が可能であり、かつ焼成工程において混合物の反応性を高めることができるので好ましい。
混合の時間は、混合方法により異なるが、原料が粒子レベルで均一に混合されていれば良く、例えばボールミル(湿式又は乾式)では通常1時間から2日間程度、ビーズミル(湿式連続法)では滞留時間が通常0.1時間から6時間程度である。
The method for mixing the raw materials is not particularly limited, and may be wet or dry. For example, a method using an apparatus such as a ball mill, a vibration mill, or a bead mill can be used. Wet mixing in which the raw material compound is mixed in a liquid medium such as water or alcohol is preferable because more uniform mixing is possible and the reactivity of the mixture can be increased in the firing step.
The mixing time varies depending on the mixing method, but it is sufficient that the raw materials are uniformly mixed at the particle level. For example, in a ball mill (wet or dry type), usually about 1 to 2 days, and in a bead mill (wet continuous method) Is usually about 0.1 to 6 hours.

なお、原料の混合段階においてはそれと並行して原料の粉砕が為されていることが好ましい。粉砕の程度としては、粉砕後の原料粒子の粒径が指標となるが、平均粒子径(メジアン径)として通常0.3μm以下、好ましくは0.25μm以下、最も好ましくは0.2μm以下とする。粉砕後の原料粒子の平均粒子径が大きすぎると、焼成工程における反応性が低下するのに加え、組成が均一化し難くなる。ただし、必要以上に小粒子化することは、粉砕のコストアップに繋がるので、平均粒子径が通常0.01μm以上、好ましくは0.02μm以上、さらに好ましくは0.05μm以上となるように粉砕すれば良い。このような粉砕程度を実現するための手段としては特に限定されるものではないが、湿式粉砕法が好ましい。具体的にはダイノーミル等を挙げることができる。   In the raw material mixing stage, it is preferable that the raw material is pulverized in parallel. As the degree of pulverization, the particle diameter of the raw material particles after pulverization is an index, but the average particle diameter (median diameter) is usually 0.3 μm or less, preferably 0.25 μm or less, and most preferably 0.2 μm or less. . If the average particle size of the pulverized raw material particles is too large, the reactivity in the firing process is lowered, and the composition is difficult to homogenize. However, making particles smaller than necessary leads to an increase in the cost of pulverization, so that the average particle size is usually 0.01 μm or more, preferably 0.02 μm or more, more preferably 0.05 μm or more. It ’s fine. A means for realizing such a degree of pulverization is not particularly limited, but a wet pulverization method is preferable. Specific examples include dyno mill.

なお、本発明においてスラリー中の粉砕粒子のメジアン径は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率1.24を設定し、粒子径基準を体積基準に設定して測定されたものである。本発明では、測定の際に用いる分散媒として、0.1重量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定を行った。後述の噴霧乾燥粉体のメジアン径については、それぞれ0、1、3、5分間の超音波分散後に測定を行った他は同様の条件である。   In the present invention, the median diameter of the pulverized particles in the slurry was measured with a known laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus with a refractive index of 1.24 and a particle diameter standard set as a volume standard. Is. In the present invention, a 0.1 wt% sodium hexametaphosphate aqueous solution was used as a dispersion medium used in the measurement, and measurement was performed after 5 minutes of ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz). The median diameter of the spray-dried powder described later is the same as that except that the measurement was performed after ultrasonic dispersion for 0, 1, 3, and 5 minutes, respectively.

<噴霧乾燥工程>
湿式混合後は、次いで通常乾燥工程に供される。乾燥方法は特に限定されないが、生成する粒子状物の均一性や粉体流動性、粉体ハンドリング性能、乾燥粒子を効率よく製造できる等の観点から噴霧乾燥が好ましい。
<Spray drying process>
After the wet mixing, it is then usually subjected to a drying process. The drying method is not particularly limited, but spray drying is preferable from the viewpoints of uniformity of the generated particulate matter, powder fluidity, powder handling performance, and efficient production of dry particles.

(噴霧乾燥粉体)
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の製造方法においては、原料化合物を湿式粉砕して得られたスラリーを噴霧乾燥することにより、一次粒子が凝集して二次粒子を形成してなる粉体を得る。一次粒子が凝集して二次粒子を形成してなる噴霧乾燥粉体は、本発明の噴霧乾燥粉体の形状的特徴である。形状の確認方法としては、例えば、SEM観察、断面SEM観察が挙げられる。
(Spray-dried powder)
In the method for producing a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention, primary particles are aggregated to form secondary particles by spray drying a slurry obtained by wet pulverizing a raw material compound. To obtain a powder. The spray-dried powder formed by agglomerating primary particles to form secondary particles is a shape feature of the spray-dried powder of the present invention. Examples of the shape confirmation method include SEM observation and cross-sectional SEM observation.

本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の焼成前駆体でもある噴霧乾燥により得られる粉体のメジアン径(ここでは超音波分散をかけずに測定した値)は通常15μm以下、より好ましくは12μm以下、更に好ましくは9μm以下、最も好ましくは7μm以下となるようにする。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3μm以上、好ましくは5μm以上、より好ましくは6μm以上である。噴霧乾燥法で粒子状物を製造する場合、その粒子径は、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。   The median diameter (value measured without applying ultrasonic dispersion) of the powder obtained by spray drying which is also a firing precursor of the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder of the present invention is usually 15 μm or less, more preferably Is 12 μm or less, more preferably 9 μm or less, and most preferably 7 μm or less. However, since it tends to be difficult to obtain a too small particle size, it is usually 3 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 6 μm or more. In the case of producing a particulate material by the spray drying method, the particle size can be controlled by appropriately selecting the spray format, the pressurized gas flow supply rate, the slurry supply rate, the drying temperature, and the like.

即ち、例えば、リチウム化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、及びコバルト化合物とを液体媒体中に分散させたスラリーを噴霧乾燥後、得られた粉体を焼成してリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を製造するに当たり、噴霧乾燥時のスラリー粘度をV(cp)、スラリー供給量をS(L/min)、ガス供給量をG(L/min)とした際、スラリー粘度Vが、50cp≦V≦4000cpであって、かつ、気液比G/Sが、1500≦G/S≦5000となる条件で噴霧乾燥を行う。   That is, for example, after a slurry in which a lithium compound, a nickel compound, a manganese compound, and a cobalt compound are dispersed in a liquid medium is spray-dried, the obtained powder is fired to obtain a lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder. When the slurry viscosity during spray drying is V (cp), the slurry supply amount is S (L / min), and the gas supply amount is G (L / min), the slurry viscosity V is 50 cp ≦ V Spray drying is performed under the condition that ≦ 4000 cp and the gas-liquid ratio G / S is 1500 ≦ G / S ≦ 5000.

スラリー粘度V(cp)が低すぎると一次粒子が凝集して二次粒子を形成してなる粉体を得にくくなる虞があり、高過ぎると供給ポンプが故障したり、ノズルが閉塞する虞がある。従って、スラリー粘度V(cp)は、下限値として通常50cp以上、好ましくは100cp以上、更に好ましくは300cp以上、最も好ましくは500cpであり、上限値としては通常4000cp以下、好ましくは3500cp以下、更に好ましくは3000cp以下、最も好ましくは2500cp以下である。   If the slurry viscosity V (cp) is too low, it may be difficult to obtain a powder obtained by agglomerating primary particles to form secondary particles. If the slurry viscosity V (cp) is too high, the supply pump may fail or the nozzle may be blocked. is there. Therefore, the slurry viscosity V (cp) is usually 50 cp or more as a lower limit, preferably 100 cp or more, more preferably 300 cp or more, most preferably 500 cp, and the upper limit is usually 4000 cp or less, preferably 3500 cp or less. Is 3000 cp or less, most preferably 2500 cp or less.

また、気液比G/Sが上記下限を下回ると二次粒子サイズが粗大化したり乾燥性が低下しやすく、上限を超えると生産性が低下する虞がある。従って、気液比G/Sは、下限値として通常1500以上、好ましくは1600以上、更に好ましくは1700以上、最も好ましくは1800以上であり、上限値としては通常5000以下、好ましくは4700以下、更に好ましくは4500以下、最も好ましくは4200以下である。   Further, when the gas-liquid ratio G / S is lower than the lower limit, the secondary particle size is likely to be coarsened or the drying property is liable to be lowered, and when it exceeds the upper limit, the productivity may be lowered. Therefore, the gas-liquid ratio G / S is usually 1500 or more as a lower limit, preferably 1600 or more, more preferably 1700 or more, most preferably 1800 or more, and the upper limit is usually 5000 or less, preferably 4700 or less. Preferably it is 4500 or less, Most preferably, it is 4200 or less.

スラリー供給量Sやガス供給量Gは、噴霧乾燥に供するスラリーの粘度や用いる噴霧乾燥装置の仕様等によって適宜設定される。   The slurry supply amount S and the gas supply amount G are appropriately set according to the viscosity of the slurry used for spray drying, the specifications of the spray drying apparatus used, and the like.

本発明の方法においては、前述のスラリー粘度V(cp)を満たし、かつ用いる噴霧乾燥装置の仕様に適したスラリー供給量とガス供給量を制御して、前述の気液比G/Sを満たす範囲で噴霧乾燥を行えばよく、その他の条件については、用いる装置の種類等に応じて適宜設定されるが、更に次のような条件を選択することが好ましい。   In the method of the present invention, the above-mentioned gas-liquid ratio G / S is satisfied by controlling the slurry supply amount and gas supply amount that meet the above-mentioned slurry viscosity V (cp) and that are suitable for the specifications of the spray drying apparatus to be used. Spray drying may be performed within a range, and other conditions are appropriately set according to the type of apparatus to be used, but it is preferable to select the following conditions.

即ち、スラリーの噴霧乾燥は、通常、50℃以上、好ましくは70℃以上、更に好ましくは120℃以上、最も好ましくは140℃以上で、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、更に好ましくは200℃以下、最も好ましくは180℃以下の温度で行うことが好ましい。この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る可能性があり、粉体の充填密度が低下する虞がある。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る。   That is, spray drying of the slurry is usually 50 ° C. or higher, preferably 70 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher, most preferably 140 ° C. or higher, usually 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. It is preferable to carry out the reaction at a temperature of ℃ or less, most preferably 180 ℃ or less. If this temperature is too high, the resulting granulated particles may have a lot of hollow structures, which may reduce the packing density of the powder. On the other hand, if it is too low, problems such as powder sticking and blockage due to moisture condensation at the powder outlet may occur.

また、本発明に係るリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の噴霧乾燥粉体は、一次粒子間の凝集力が弱いのが特徴であり、これは超音波分散に伴うメジアン径の変化を調べることによって確認できる。ここで5分間の超音波分散“Ultra Sonic”(出力30W、周波数22.5kHz)をかけた後で測定したときの噴霧乾燥粒子のメジアン径の上限は、通常4μm以下、好ましくは3.5μm以下、より好ましくは3μm以下、更に好ましくは2.5μm以下、最も好ましくは2μm以下であり、下限は、通常0.01μm以上、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上、最も好ましくは0.2μm以上である。この超音波分散後のメジアン径が上記の値より大きい噴霧乾燥粒子を用いて焼成されたリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粒子は、粒子間の空隙が少なく、負荷特性が改善されない。一方、超音波分散後のメジアン径が上記の値より小さい噴霧乾燥粒子を用いて焼成されたリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粒子は、粒子間の空隙が多くなりすぎ、嵩密度が低下したり、塗布特性が悪くなったりするなどの問題が生じやすくなる可能性がある。   In addition, the spray-dried powder of lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder according to the present invention is characterized by a weak cohesion between primary particles, which examines changes in median diameter accompanying ultrasonic dispersion. Can be confirmed. Here, the upper limit of the median diameter of spray-dried particles when measured after applying ultrasonic dispersion “Ultra Sonic” (output 30 W, frequency 22.5 kHz) for 5 minutes is usually 4 μm or less, preferably 3.5 μm or less. More preferably, it is 3 μm or less, more preferably 2.5 μm or less, most preferably 2 μm or less, and the lower limit is usually 0.01 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, most preferably It is 0.2 μm or more. Lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles fired using spray-dried particles having a median diameter after ultrasonic dispersion larger than the above value have few voids between the particles, and the load characteristics are not improved. On the other hand, lithium nickel manganese cobalt-based composite oxide particles fired using spray-dried particles whose median diameter after ultrasonic dispersion is smaller than the above values have too many voids between them, resulting in a decrease in bulk density. There is a possibility that problems such as poor coating properties may occur.

また、本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体の噴霧乾燥粉体の嵩密度は通常0.1g/cc以上、好ましくは0.3g/cc以上、より好ましくは0.5g/cc以上、最も好ましくは0.7g/cc以上である。この下限を下回ると粉体充填性や粉体の取り扱いに悪影響を及ぼす可能性があり、また、通常1.7g/cc以下、好ましくは1.6g/cc以下、より好ましくは1.5g/cc以下、最も好ましくは1.4g/cc以下である。嵩密度がこの上限を上回ることは、粉体充填性や粉体の取り扱いにとって好ましい一方、比表面積が低くなり過ぎる可能性があり、焼成工程での反応性が低下する可能性がある。   Further, the bulk density of the spray-dried powder of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material of the present invention is usually 0.1 g / cc or more, preferably 0.3 g / cc or more, more preferably 0.5 g / cc or more, most preferably 0.7 g / cc or more. Below this lower limit, there is a possibility of adversely affecting powder filling properties and powder handling, and is usually 1.7 g / cc or less, preferably 1.6 g / cc or less, more preferably 1.5 g / cc. Hereinafter, it is most preferably 1.4 g / cc or less. The bulk density exceeding this upper limit is preferable for powder filling properties and powder handling, but the specific surface area may be too low, and the reactivity in the firing step may be reduced.

また、噴霧乾燥により得られる粉体は、比表面積が小さいと、次の焼成工程に際して、原料化合物間の反応性が低下してしまうため、前記の如く、噴霧乾燥前に出発原料を粉砕するなどの手段により、できるだけ高比表面積化されていることが好ましい。一方で、過度に高比表面積化しようとすると、工業的に不利となるだけでなく、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物が得られなくなる可能性がある。従って、これによって得られた噴霧乾燥粉体は、BET比表面積にして通常10m/g以上、好ましくは20m/g以上、更に好ましくは30m/g以上、最も好ましくは50m/g以上で、通常100m/g以下、好ましくは80m/g以下、更に好ましくは70m/g以下、最も好ましくは65m/g以下とすることが好ましい。 In addition, if the powder obtained by spray drying has a small specific surface area, the reactivity between the raw material compounds is reduced in the next firing step, so as described above, the starting material is pulverized before spray drying, etc. It is preferable that the specific surface area be increased as much as possible by the above means. On the other hand, if the specific surface area is excessively increased, not only is it industrially disadvantageous, but the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide of the present invention may not be obtained. Accordingly, the spray-dried powder thus obtained has a BET specific surface area of usually 10 m 2 / g or more, preferably 20 m 2 / g or more, more preferably 30 m 2 / g or more, and most preferably 50 m 2 / g or more. In general, it is preferably 100 m 2 / g or less, preferably 80 m 2 / g or less, more preferably 70 m 2 / g or less, and most preferably 65 m 2 / g or less.

<焼成工程>
このようにして得られた焼成前駆体は、次いで焼成処理される。
ここで、本発明において「焼成前駆体」とは、噴霧乾燥粉体を処理して得られる焼成前のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物の前駆体を意味する。例えば、前述の焼成時に分解ガスを発生又は昇華して、二次粒子内に空隙を形成させる化合物を、上述の噴霧乾燥粉体に含有させて焼成前駆体としてもよい。
この焼成条件は、組成や使用するリチウム化合物原料にも依存するが、傾向として、焼成温度が高すぎると一次粒子が過度に成長したり、粒子間の焼結が進行し過ぎ、比表面積が小さくなり過ぎる。逆に低すぎると異相が混在し、また結晶構造が発達せずに格子歪が増大する。また比表面積が大きくなりすぎる。従って、焼成温度としては、通常940℃以上、好ましくは950℃以上、更に好ましくは960℃以上、最も好ましくは970℃以上であり、通常1200℃以下、好ましくは1175℃以下、更に好ましくは1150℃以下、最も好ましくは1125℃以下である。
<Baking process>
The fired precursor thus obtained is then fired.
Here, in the present invention, the “firing precursor” means a precursor of a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide before firing obtained by treating a spray-dried powder. For example, the above spray-dried powder may contain a compound that generates or sublimates decomposition gas during the above-described firing to form voids in the secondary particles, and serves as a firing precursor.
This firing condition depends on the composition and the lithium compound raw material used, but as a tendency, if the firing temperature is too high, the primary particles grow excessively, the sintering between the particles proceeds too much, and the specific surface area is small. Too much. On the other hand, if it is too low, heterogeneous phases are mixed, and the lattice distortion increases without developing the crystal structure. Moreover, the specific surface area becomes too large. Accordingly, the firing temperature is usually 940 ° C. or higher, preferably 950 ° C. or higher, more preferably 960 ° C. or higher, most preferably 970 ° C. or higher, usually 1200 ° C. or lower, preferably 1175 ° C. or lower, more preferably 1150 ° C. Hereinafter, it is most preferably 1125 ° C. or lower.

焼成には、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。焼成工程は、通常、昇温・最高温度保持・降温の三部分に分けられる。二番目の最高温度保持部分は必ずしも一回とは限らず、目的に応じて二段階又はそれ以上の段階をふませてもよく、二次粒子を破壊しない程度に凝集を解消することを意味する解砕工程又は、一次粒子或いはさらに微小粉末まで砕くことを意味する粉砕工程を挟んで、昇温・最高温度保持・降温の工程を二回又はそれ以上繰り返しても良い。   For firing, for example, a box furnace, a tubular furnace, a tunnel furnace, a rotary kiln or the like can be used. The firing process is usually divided into three parts: temperature increase, maximum temperature retention, and temperature decrease. The second maximum temperature holding portion is not necessarily limited to one time, and may include two or more stages depending on the purpose, which means that aggregation is eliminated to the extent that secondary particles are not destroyed. The temperature raising, maximum temperature holding, and temperature lowering steps may be repeated twice or more with a crushing step or a crushing step meaning crushing to primary particles or even fine powder.

昇温工程は通常1℃/分以上10℃/分以下の昇温速度で炉内を昇温させる。この昇温速度があまり遅すぎても時間がかかって工業的に不利であるが、あまり速すぎても炉によっては炉内温度が設定温度に追従しなくなる。昇温速度は、好ましくは2℃/分以上、より好ましくは3℃/分以上で、好ましくは7℃/分以下、より好ましくは5℃/分以下である。   In the temperature raising step, the temperature in the furnace is usually raised at a temperature raising rate of 1 ° C./min to 10 ° C./min. Even if this rate of temperature rise is too slow, it takes time and is industrially disadvantageous. However, if it is too fast, the furnace temperature does not follow the set temperature depending on the furnace. The rate of temperature rise is preferably 2 ° C./min or more, more preferably 3 ° C./min or more, preferably 7 ° C./min or less, more preferably 5 ° C./min or less.

最高温度保持工程での保持時間は、温度によっても異なるが、通常前述の温度範囲であれば30分以上、好ましくは1時間以上、更に好ましくは3時間以上、最も好ましくは5時間以上で、50時間以下、好ましくは25時間以下、更に好ましくは20時間以下、最も好ましくは15時間以下である。焼成時間が短すぎると結晶性の良いリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体が得られ難くなり、長すぎるのは実用的ではない。焼成時間が長すぎると、その後解砕が必要になったり、解砕が困難になったりするので、不利である。   Although the holding time in the maximum temperature holding step varies depending on the temperature, it is usually 30 minutes or more, preferably 1 hour or more, more preferably 3 hours or more, most preferably 5 hours or more within the above-mentioned temperature range, and 50 Time or less, preferably 25 hours or less, more preferably 20 hours or less, and most preferably 15 hours or less. If the firing time is too short, it becomes difficult to obtain a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder with good crystallinity, and it is not practical to be too long. If the firing time is too long, it will be disadvantageous because it will be necessary to crush afterwards or it will be difficult to crush.

降温工程では、通常0.1℃/分以上10℃/分以下の降温速度で炉内を降温させる。降温速度があまり遅すぎても時間がかかって工業的に不利であるが、あまり速すぎても目的物の均一性に欠けたり、容器の劣化を早めたりする傾向にある。降温速度は、好ましくは1℃/分以上、より好ましくは3℃/分以上で、好ましくは7℃/分以下、より好ましくは5℃/分以下である。   In the temperature lowering step, the temperature in the furnace is normally decreased at a temperature decreasing rate of 0.1 ° C./min to 10 ° C./min. If the temperature lowering rate is too slow, it takes time and is industrially disadvantageous, but if it is too fast, the uniformity of the target product tends to be lost or the deterioration of the container tends to be accelerated. The temperature lowering rate is preferably 1 ° C./min or more, more preferably 3 ° C./min or more, preferably 7 ° C./min or less, more preferably 5 ° C./min or less.

焼成時の雰囲気は、空気等の酸素含有ガス雰囲気を用いることができる。通常は酸素濃度が1体積%以上、好ましくは10体積%以上、より好ましくは15体積%以上で、100体積%以下、好ましくは50体積%以下、より好ましくは25体積%以下の雰囲気とする。   As an atmosphere during firing, an oxygen-containing gas atmosphere such as air can be used. Usually, the atmosphere has an oxygen concentration of 1% by volume or more, preferably 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more, and 100% by volume or less, preferably 50% by volume or less, more preferably 25% by volume or less.

このような製造方法において、本発明の前記特定の組成を有するリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を製造するには、製造条件を一定とした場合には、リチウム化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、及びコバルト化合物を液体媒体中に分散させたスラリーを調製する際の各化合物の混合比を調整することで、目的とするLi/Ni/Mn/Coのモル比を制御することができる。
このようにして得られたリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体によれば、ガス発生による膨れが少なく、容量が高く、レート・出力等の負荷特性に優れ、低温出力特性、保存特性にも優れた、性能バランスの良いリチウム二次電池用正極材料が提供される。
In such a production method, in order to produce the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder having the specific composition of the present invention, when the production conditions are constant, a lithium compound, a nickel compound, a manganese compound The target Li / Ni / Mn / Co molar ratio can be controlled by adjusting the mixing ratio of each compound in preparing a slurry in which a cobalt compound is dispersed in a liquid medium.
According to the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder thus obtained, there is little swelling due to gas generation, high capacity, excellent load characteristics such as rate and output, low temperature output characteristics, and storage characteristics. An excellent positive electrode material for a lithium secondary battery with good performance balance is provided.

[リチウム二次電池用正極]
本発明のリチウム二次電池用正極は、本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体及び結着剤を含有する正極活物質層を集電体上に形成してなるものである。
[Positive electrode for lithium secondary battery]
The positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention is formed by forming a positive electrode active material layer containing a lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material of the present invention and a binder on a current collector. It will be.

正極活物質層は、通常、正極材料と結着剤と更に必要に応じて用いられる導電材及び増粘剤等を、乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、或いはこれらの材料を液体媒体中に溶解又は分散させてスラリー状にして、正極集電体に塗布、乾燥することにより作成される。   The positive electrode active material layer is usually formed by mixing a positive electrode material, a binder, and a conductive material and a thickener, which are used if necessary, in a dry form into a sheet shape, and then pressing the positive electrode current collector on the positive electrode current collector. Alternatively, these materials are dissolved or dispersed in a liquid medium to form a slurry, which is applied to the positive electrode current collector and dried.

正極集電体の材質としては、通常、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料や、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が用いられる。中でも金属材料が好ましく、アルミニウムが特に好ましい。また、形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。中でも、金属薄膜が、現在工業化製品に使用されているため好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成しても良い。   As the material for the positive electrode current collector, metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum, and carbon materials such as carbon cloth and carbon paper are usually used. Of these, metal materials are preferable, and aluminum is particularly preferable. As for the shape, in the case of a metal material, a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, an expanded metal, a punch metal, a foam metal, etc., and in the case of a carbon material, a carbon plate, a carbon thin film, a carbon cylinder Etc. Among these, metal thin films are preferable because they are currently used in industrialized products. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape.

正極集電体として薄膜を使用する場合、その厚さは任意であるが、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、また通常100mm以下、好ましくは1mm以下、より好ましくは50μm以下の範囲が好適である。上記範囲よりも薄いと、集電体として必要な強度が不足する可能性がある一方で、上記範囲よりも厚いと、取り扱い性が損なわれる可能性がある。   When a thin film is used as the positive electrode current collector, its thickness is arbitrary, but it is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 100 mm or less, preferably 1 mm or less, more preferably 50 μm or less. The range of is preferable. If it is thinner than the above range, the strength required for the current collector may be insufficient. On the other hand, if it is thicker than the above range, the handleability may be impaired.

正極活物質層の製造に用いる結着剤としては、特に限定されず、塗布法の場合は、電極製造時に用いる液体媒体に対して安定な材料であれば良いが、具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子、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、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレンスチレンブロック共重合体及びその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子、シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子、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、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子、アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   The binder used in the production of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and in the case of a coating method, any material that is stable with respect to the liquid medium used during electrode production may be used. Specific examples include polyethylene, Resin polymers such as polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose, SBR (styrene butadiene rubber), NBR (acrylonitrile butadiene rubber), fluorine rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene・ Rubber polymers such as propylene rubber, styrene / butadiene / styrene block copolymers and hydrogenated products thereof, EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymers), styrene / ethylene / butadiene / ethylene copolymers, Styrene / isoprene styrene bromide Copolymer and its hydrogenated thermoplastic elastomeric polymer, syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer, etc. Fluorine polymers such as soft resinous polymers, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymers, ion conductivity of alkali metal ions (especially lithium ions) And a polymer composition having the same. In addition, these substances may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.

正極活物質層中の結着剤の割合は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、更に好ましくは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、更に好ましくは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、正極活物質を十分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てしまう可能性がある一方で、高すぎると、電池容量や導電性の低下につながる可能性がある。   The ratio of the binder in the positive electrode active material 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, and most preferably 10% by weight or less. If the proportion of the binder is too low, the positive electrode active material cannot be sufficiently retained and the positive electrode has insufficient mechanical strength, which may deteriorate battery performance such as cycle characteristics. Battery capacity and conductivity may be reduced.

正極活物質層には、通常、導電性を高めるために導電材を含有させる。その種類に特に制限はないが、具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料や、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、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などを挙げることができる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。正極活物質層中の導電材の割合は、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、更に好ましくは1重量%以上であり、また、通常50重量%以下、好ましくは30重量%以下、更に好ましくは20重量%以下である。導電材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。   The positive electrode active material layer usually contains a conductive material in order to increase conductivity. There are no particular restrictions on the type, but specific examples include metal materials such as copper and nickel, graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon such as needle coke. And carbon materials. In addition, these substances may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios. The proportion of the conductive material in the positive electrode active material layer 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, more preferably 20% by weight or less. If the proportion of the conductive material is too low, the conductivity may be insufficient, and conversely if it is too high, the battery capacity may be reduced.

スラリーを形成するための液体媒体としては、正極材料であるリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体、結着剤、並びに必要に応じて使用される導電材及び増粘剤を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いても良い。水系溶媒の例としては水、アルコールなどが挙げられ、有機系溶媒の例としてはN−メチルピロリドン(NMP)、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(THF)、トルエン、アセトン、ジメチルエーテル、ジメチルアセタミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等を挙げることができる。特に水系溶媒を用いる場合、増粘剤に併せて分散剤を加え、SBR等のラテックスを用いてスラリー化する。なお、これらの溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   The liquid medium for forming the slurry is to dissolve or disperse the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder, which is the positive electrode material, the binder, and the conductive material and thickener used as necessary. As long as the solvent can be used, the type is not particularly limited, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. Examples of the aqueous solvent include water and alcohol. Examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N , N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, dimethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane, etc. be able to. In particular, when an aqueous solvent is used, a dispersant is added together with the thickener, and a slurry such as SBR is slurried. In addition, these solvents may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

正極活物質層中の正極材料としての本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の含有割合は、通常10重量%以上、好ましくは30重量%以上、更に好ましくは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。正極活物質層中のリチウム遷移金属系化合物粉体の割合が多すぎると正極の強度が不足する傾向にあり、少なすぎると容量の面で不十分となることがある。   The content ratio of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder of the present invention as the positive electrode material in the positive electrode active material layer is usually 10% by weight or more, preferably 30% by weight or more, more preferably 50% by weight or more. Usually, it is 99.9% by weight or less, preferably 99% by weight or less. If the proportion of the lithium transition metal compound powder in the positive electrode active material layer is too large, the strength of the positive electrode tends to be insufficient, and if it is too small, the capacity may be insufficient.

また、正極活物質層の厚さは、通常10〜200μm程度である。   The thickness of the positive electrode active material layer is usually about 10 to 200 μm.

なお、塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。
かくして、本発明のリチウム二次電池用正極が調整できる。
The positive electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material.
Thus, the positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention can be adjusted.

[リチウム二次電池]
本発明のリチウム二次電池は、リチウムを吸蔵・放出可能な上記の本発明のリチウム二次電池用正極と、リチウムを吸蔵・放出可能な負極と、リチウム塩を電解塩とする非水電解質とを備える。更に、正極と負極との間に、非水電解質を保持するセパレータを備えていても良い。正極と負極との接触による短絡を効果的に防止するには、このようにセパレータを介在させるのが望ましい。
[Lithium secondary battery]
The lithium secondary battery of the present invention includes the above-described positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention capable of occluding and releasing lithium, a negative electrode capable of occluding and releasing lithium, and a non-aqueous electrolyte using a lithium salt as an electrolytic salt, Is provided. Further, a separator for holding a nonaqueous electrolyte may be provided between the positive electrode and the negative electrode. In order to effectively prevent a short circuit due to contact between the positive electrode and the negative electrode, it is desirable to interpose a separator in this way.

〈負極〉
負極は通常、正極と同様に、負極集電体上に負極活物質層を形成して構成される。
負極集電体の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料や、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が用いられる。中でも金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜等が、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。中でも、金属薄膜が、現在工業化製品に使用されていることから好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成しても良い。負極集電体として金属薄膜を使用する場合、その好適な厚さの範囲は、正極集電体について上述した範囲と同様である。
<Negative electrode>
The negative electrode is usually configured by forming a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, similarly to the positive electrode.
As a material of the negative electrode current collector, a metal material such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, or a carbon material such as carbon cloth or carbon paper is used. Among these, in the case of a metal material, a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, etc., and in the case of a carbon material, a carbon plate, a carbon thin film, a carbon cylinder, etc. are mentioned. Among these, metal thin films are preferable because they are currently used in industrialized products. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape. When a metal thin film is used as the negative electrode current collector, the preferred thickness range is the same as the range described above for the positive electrode current collector.

負極活物質層は、負極活物質を含んで構成される。負極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、その種類に他に制限はないが、通常は安全性の高さの面から、リチウムを吸蔵、放出できる炭素材料が用いられる。   The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions, but it can usually occlude and release lithium from the viewpoint of high safety. A carbon material is used.

炭素材料としては、その種類に特に制限はないが、人造黒鉛、天然黒鉛等の黒鉛(グラファイト)や、様々な熱分解条件での有機物の熱分解物が挙げられる。有機物の熱分解物としては、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、或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。中でも黒鉛が好ましく、特に好適には、種々の原料から得た易黒鉛性ピッチに高温熱処理を施すことによって製造された、人造黒鉛、精製天然黒鉛、又はこれらの黒鉛にピッチを含む黒鉛材料等であって、種々の表面処理を施したものが主として使用される。これらの炭素材料は、それぞれ1種を単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。   Although there is no restriction | limiting in particular as a carbon material, Graphite (graphite), such as artificial graphite and natural graphite, and the thermal decomposition thing of organic substance on various thermal decomposition conditions are mentioned. Examples of pyrolysis products of organic matter include 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, crystalline cellulose, etc. And carbon materials obtained by partially graphitizing these, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fibers, and the like. Among them, graphite is preferable, and particularly preferable is artificial graphite, purified natural graphite, or graphite material containing pitch in these graphites, which is manufactured by subjecting easy-graphite pitch obtained from various raw materials to high-temperature heat treatment. Therefore, those subjected to various surface treatments are mainly used. One of these carbon materials may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

負極活物質として黒鉛材料を用いる場合、学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)が、通常0.335nm以上、また、通常0.34nm以下、好ましくは0.337nm以下であるものが好ましい。   When a graphite material is used as the negative electrode active material, the d value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is usually 0.335 nm or more, and usually 0.34 nm or less, preferably Is preferably 0.337 nm or less.

また、黒鉛材料の灰分が、黒鉛材料の重量に対して通常1重量%以下、中でも0.5重量%以下、特に0.1重量%以下であることが好ましい。   Further, the ash content of the graphite material is usually 1% by weight or less, particularly 0.5% by weight or less, particularly preferably 0.1% by weight or less, based on the weight of the graphite material.

更に、学振法によるX線回折で求めた黒鉛材料の結晶子サイズ(Lc)が、通常30nm以上、中でも50nm以上、特に100nm以上であることが好ましい。   Further, the crystallite size (Lc) of the graphite material determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is usually 30 nm or more, preferably 50 nm or more, and particularly preferably 100 nm or more.

また、レーザー回折・散乱法により求めた黒鉛材料のメジアン径が、通常1μm以上、中でも3μm以上、更には5μm以上、特に7μm以上、また、通常100μm以下、中でも50μm以下、更には40μm以下、特に30μm以下であることが好ましい。   The median diameter of the graphite material determined by the laser diffraction / scattering method is usually 1 μm or more, especially 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, especially 7 μm or more, and usually 100 μm or less, especially 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, especially 40 μm or less. It is preferable that it is 30 micrometers or less.

また、黒鉛材料のBET法比表面積は、通常0.5m/g以上、好ましくは0.7m/g以上、より好ましくは1.0m/g以上、更に好ましくは1.5m/g以上、また、通常25.0m/g以下、好ましくは20.0m/g以下、より好ましくは15.0m/g以下、更に好ましくは10.0m/g以下である。 Moreover, the BET specific surface area of the graphite material is usually 0.5 m 2 / g or more, preferably 0.7 m 2 / g or more, more preferably 1.0 m 2 / g or more, and further preferably 1.5 m 2 / g. or more, and usually 25.0 m 2 / g or less, preferably 20.0 m 2 / g, more preferably 15.0 m 2 / g or less, still more preferably 10.0 m 2 / g or less.

更に、黒鉛材料についてアルゴンレーザー光を用いたラマンスペクトル分析を行った場合に、1580〜1620cm−1の範囲で検出されるピークPの強度Iと、1350〜1370cm−1の範囲で検出されるピークPの強度Iとの強度比I/Iが、0以上0.5以下であるものが好ましい。また、ピークPの半価幅は26cm−1以下が好ましく、25cm−1以下がより好ましい。 Further, when performing Raman spectroscopy using argon laser light for graphite material, and strength I A of the peak P A is detected in the range of 1580~1620Cm -1, it is detected in the range of 1350 -1 that intensity ratio I a / I B of the intensity I B of a peak P B is what is preferably 0 to 0.5. Further, the half width of the peak P A is preferably 26cm -1 or less, 25 cm -1 or less is more preferable.

なお、上述の各種の炭素材料の他に、リチウムの吸蔵及び放出が可能なその他の材料の負極活物質として用いることもできる。炭素材料以外の負極活物質の具体例としては、酸化錫や酸化ケイ素などの金属酸化物、Li2.6Co0.4Nなどの窒化物、リチウム単体やリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金などが挙げられる。これらの炭素材料以外の材料は、それぞれ1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いても良い。また、上述の炭素材料と組み合わせて用いても良い。 In addition to the above-mentioned various carbon materials, it can also be used as a negative electrode active material of other materials capable of inserting and extracting lithium. Specific examples of negative electrode active materials other than carbon materials include metal oxides such as tin oxide and silicon oxide, nitrides such as Li 2.6 Co 0.4 N, and lithium alloys such as lithium alone and lithium aluminum alloys. Can be mentioned. One of these materials other than the carbon material may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Moreover, you may use in combination with the above-mentioned carbon material.

負極活物質層は、通常は正極活物質層の場合と同様に、上述の負極活物質と、結着剤と、必要に応じて導電材及び増粘剤とを液体媒体でスラリー化したものを負極集電体に塗布し、乾燥することにより製造することができる。スラリーを形成する液体媒体や結着剤、増粘剤、導電材等としては、正極活物質層について上述したものと同様のものを使用することができる。   As in the case of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer is usually prepared by slurrying the above-described negative electrode active material, a binder, and optionally a conductive material and a thickener in a liquid medium. It can manufacture by apply | coating to a negative electrode electrical power collector, and drying. As the liquid medium, the binder, the thickener, the conductive material, and the like that form the slurry, the same materials as those described above for the positive electrode active material layer can be used.

〈非水電解質〉
非水電解質としては、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、有機溶媒に溶質(電解質)を溶解させて構成される。
<Nonaqueous electrolyte>
As the non-aqueous electrolyte, for example, known organic electrolytes, polymer solid electrolytes, gel electrolytes, inorganic solid electrolytes, and the like can be used. Of these, organic electrolytes are preferable. The organic electrolytic solution is configured by dissolving a solute (electrolyte) in an organic solvent.

ここで、有機溶媒の種類は特に限定されないが、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、エーテル類、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。代表的なものを列挙すると、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、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が挙げられ、これら化合物は、水素原子が一部ハロゲン原子で置換されていてもよい。また、これらの単独若しくは2種類以上の混合溶媒が使用できる。   Here, the type of the organic solvent is not particularly limited. For example, carbonates, ethers, ketones, sulfolane compounds, lactones, nitriles, chlorinated hydrocarbons, ethers, amines, esters, amides. A phosphoric acid ester compound or the like can be used. Typical examples include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene 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. Et compounds, hydrogen atoms may be partially substituted with a halogen atom. Moreover, these single or 2 or more types of mixed solvents can be used.

上述の有機溶媒には、電解塩を解離させるために、高誘電率溶媒を含めることが好ましい。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も、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、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。高誘電率溶媒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25重量%以上、最も好ましくは30重量%以上である。高誘電率溶媒の含有量が上記範囲よりも少ないと、所望の電池特性が得られない場合がある。   The organic solvent described above preferably contains a high dielectric constant solvent in order to dissociate the electrolytic salt. 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 ethylene carbonate, propylene carbonate, and compounds in which hydrogen atoms thereof are substituted with other elements such as halogen or alkyl groups are contained in the electrolytic solution. The proportion of the high dielectric constant solvent in the electrolyte is preferably 20% by weight or more, more preferably 25% by weight or more, and most preferably 30% by weight or more. If the content of the high dielectric constant solvent is less than the above range, desired battery characteristics may not be obtained.

また、有機電解液中には、CO、NO、CO、SO等のガスやビニレンカーボネート、ポリサルファイドS 2−など、負極表面にリチウムイオンの効率良い充放電を可能にする良好な被膜を形成する添加剤を、任意の割合で添加しても良い。このような添加剤としてはなかでもとりわけビニレンカーボネートが好ましい。 In addition, in the organic electrolyte, a gas such as CO 2 , N 2 O, CO, and SO 2 , vinylene carbonate, polysulfide S x 2−, and the like that enables efficient charge and discharge of lithium ions on the negative electrode surface You may add the additive which forms a film in arbitrary ratios. Among these additives, vinylene carbonate is particularly preferable.

電解塩の種類も特に限定されず、従来公知の任意の溶質を使用することができる。具体例としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiB(C、LiBOB、LiCl、LiBr、CHSOLi、CFSOLi、LiN(SOCF、LiN(SO、LiC(SOCF、LiN(SOCF等が挙げられる。これらの電解塩は任意の1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 The type of the electrolytic salt is not particularly limited, and any conventionally known solute can be used. Specific examples include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiBOB, LiCl, LiBr, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiN (SO 3 CF 3 ) 2 and the like. Any one of these electrolytic salts may be used alone, or two or more thereof may be used in any combination and ratio.

電解塩のリチウム塩は電解液中に、通常0.5mol/L以上1.5mol/L以下となるように含有させる。電解液中のリチウム塩濃度が0.5mol/L未満でも1.5mol/Lを超えても、電気伝導度が低下し、電池特性に悪影響を与えることがある。この濃度の下限としては0.75mol/L以上、上限として1.25mol/L以下が好ましい。   The lithium salt of the electrolytic salt is usually contained in the electrolytic solution so as to have a concentration of 0.5 mol / L to 1.5 mol / L. Even if the lithium salt concentration in the electrolytic solution is less than 0.5 mol / L or more than 1.5 mol / L, the electric conductivity may be lowered, and the battery characteristics may be adversely affected. The lower limit of this concentration is preferably 0.75 mol / L or more and the upper limit is 1.25 mol / L or less.

高分子固体電解質を使用する場合にも、その種類は特に限定されず、固体電解質として公知の任意の結晶質・非晶質の無機物を用いることができる。結晶質の無機固体電解質としては、例えば、LiI、LiN、Li1+xTi2−x(PO(J=Al、Sc、Y、La)、Li0.5−3xRE0.5+xTiO(RE=La、Pr、Nd、Sm)等が挙げられる。また、非晶質の無機固体電解質としては、例えば、4.9LiI−34.1LiO−61B、33.3LiO−66.7SiO等の酸化物ガラス等が挙げられる。これらは任意の1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いても良い。 Even when a polymer solid electrolyte is used, the type thereof is not particularly limited, and any known crystalline / amorphous inorganic substance can be used as the solid electrolyte. Examples of the crystalline inorganic solid electrolyte include LiI, Li 3 N, Li 1 + x J x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (J = Al, Sc, Y, La), Li 0.5-3x RE 0. .5 + x TiO 3 (RE = La, Pr, Nd, Sm) and the like. Examples of the amorphous inorganic solid electrolyte include oxide glasses such as 4.9LiI-34.1Li 2 O-61B 2 O 5 and 33.3Li 2 O-66.7SiO 2 . Any one of these may be used alone, or two or more may be used in any combination and ratio.

〈セパレータ〉
電解質として前述の有機電解液を用いる場合には、電極同士の短絡を防止するために、正極と負極との間にセパレータが介装される。セパレータの材質や形状は特に制限されないが、使用する有機電解液に対して安定で、保液性に優れ、且つ、電極同士の短絡を確実に防止できるものが好ましい。好ましい例としては、各種の高分子材料からなる微多孔性のフィルム、シート、不織布等が挙げられる。高分子材料の具体例としては、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が用いられる。特に、セパレータの重要な因子である化学的及び電気化学的な安定性の観点からは、ポリオレフィン系高分子が好ましく、電池におけるセパレータの使用目的の一つである自己閉塞温度の点からは、ポリエチレンが特に望ましい。
<Separator>
When the above-described organic electrolyte is used as the electrolyte, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit between the electrodes. The material and shape of the separator are not particularly limited, but those that are stable with respect to the organic electrolyte used, have excellent liquid retention properties, and can reliably prevent short-circuiting between electrodes are preferable. Preferable examples include microporous films, sheets, nonwoven fabrics and the like made of various polymer materials. Specific examples of the polymer material include polyolefin polymers such as nylon, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, and polybutene. In particular, from the viewpoint of chemical and electrochemical stability, which is an important factor for separators, polyolefin polymers are preferable. From the viewpoint of self-occluding temperature, which is one of the purposes of use of separators in batteries, polyethylene is preferred. Is particularly desirable.

ポリエチレンからなるセパレータを用いる場合、高温形状維持性の点から、超高分子ポリエチレンを用いることが好ましく、その分子量の下限は好ましくは50万、更に好ましくは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。分子量が大きすぎると流動性が低くなりすぎてしまい、加熱された時にセパレータの孔が閉塞しない場合があるからである。   When using a separator made of polyethylene, it is preferable to use ultra-high molecular weight polyethylene from the viewpoint of maintaining high-temperature shape, 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. This is because if the molecular weight is too large, the fluidity becomes too low, and the pores of the separator may not close when heated.

〈電池形状〉
本発明のリチウム二次電池は、上述した本発明のリチウム二次電池用正極と、負極と、電解質と、必要に応じて用いられるセパレータとを、適切な形状に組み立てることにより製造される。更に、必要に応じて外装ケース等の他の構成要素を用いることも可能である。
<Battery shape>
The lithium secondary battery of the present invention is produced by assembling the above-described positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention, a negative electrode, an electrolyte, and a separator used as necessary into an appropriate shape. Furthermore, other components such as an outer case can be used as necessary.

本発明のリチウム二次電池の形状は特に制限されず、一般的に採用されている各種形状の中から、その用途に応じて適宜選択することができる。一般的に採用されている形状の例としては、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプなどが挙げられる。また、電池を組み立てる方法も特に制限されず、目的とする電池の形状に合わせて、通常用いられている各種方法の中から適宜選択することができる。   The shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from various commonly employed shapes according to the application. Examples of commonly used shapes include a cylinder type with a sheet electrode and separator in a spiral shape, a cylinder type with an inside-out structure combining a pellet electrode and a separator, and a coin type with stacked pellet electrodes and a separator. Can be mentioned. The method for assembling the battery is not particularly limited, and can be appropriately selected from various commonly used methods according to the shape of the target battery.

〈満充電状態における正極の充電電位〉
本発明のリチウム二次電池は、満充電状態における正極の充電電位が4.35V(vs.Li/Li)以上となるように設計されていることが好ましい。即ち、本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、前述の特定の組成により、4.35V(vs.Li/Li)以上という高い充電電位で充電するように設計されたリチウム二次電池に使用した場合において、サイクル特性や安全性を高める効果を有効に発揮する。ただし、前記充電電位が4.35V未満として使用することも可能である。
<Charge potential of the positive electrode when fully charged>
The lithium secondary battery of the present invention is preferably designed such that the charging potential of the positive electrode in a fully charged state is 4.35 V (vs. Li / Li + ) or higher. That is, the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material of the present invention is charged at a high charging potential of 4.35 V (vs. Li / Li + ) or more by the above-described specific composition. When used in a lithium secondary battery designed as described above, the effect of improving cycle characteristics and safety is effectively exhibited. However, it is also possible to use the charging potential as less than 4.35V.

以上、本発明のリチウム二次電池の一般的な実施形態について説明したが、本発明のリチウム二次電池は上記実施形態に制限されるものではなく、その要旨を超えない限りにおいて、各種の変形を加えて実施することが可能である。   The general embodiment of the lithium secondary battery of the present invention has been described above. However, the lithium secondary battery of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible as long as the gist thereof is not exceeded. Can be implemented.

以下に実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらの実施例によってなんら制限されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.

[物性の測定方法]
後述の各実施例及び比較例において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の物性等は、各々次のようにして測定した。
[Measurement method of physical properties]
The physical properties and the like of lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powders manufactured in each of Examples and Comparative Examples described below were measured as follows.

<組成(Li/Ni/Mn/Co)>
ICP−AES分析により求めた。
<Composition (Li / Ni / Mn / Co)>
It was determined by ICP-AES analysis.

<結晶相(層状構造)の確認、半価幅FWHM(110)の測定
(018)(110)(113)回折ピーク中の異相ピークの有無確認並びに異相ピーク/本来の結晶相ピークの積分強度および積分強度比の算出>
以下に記載のCuKα線を使用した粉末X線回折測定により求めた。各試料で観測された 六方晶系R−3m(No.166)由来の(018)、(110)、(113)回折ピークについて、プロファイルフィッティングを実施し積分強度、積分強度比等を算出した。
・半価幅、面積の算出は、集中法の固定スリットモードで測定した場合の回折パターンを使用
・実際のXRD測定(実施例、比較例)は、可変スリットモードで測定し、可変→固定のデータ変換を実施
・可変→固定の変換は、強度(固定)=強度(可変)/sinθの計算式による
(粉末X線回折測定装置仕様)
装置名:オランダ PANalytical社製 X’Pert Pro MPD
光学系:集中法光学系
(光学系仕様)
入射側:封入式X線管球(CuKα)
Soller Slit(0.04rad)
Divergence Slit (Variable Slit)
試料台:回転試料台(Spinner)
受光側:半導体アレイ検出器(X’Celerator)
Ni−filter
ゴニオ半径:243mm
(測定条件)
X線出力(CuKα):40kV、30mA、走査軸:θ/2θ
走査範囲(2θ):10.0−75.0°
測定モード:Continuous
読込幅:0.015°、計数時間:99.7sec
自動可変スリット(Automatic−DS:10mm(照射幅))
横発散マスク:10mm(照射幅)
<Confirmation of crystal phase (layered structure), measurement of half-width FWHM (110) (018) (110) (113) Confirmation of presence / absence of heterophase peak in diffraction peak, and integral intensity of heterophase peak / original crystal phase peak and Calculation of integral intensity ratio>
It calculated | required by the powder X-ray-diffraction measurement using the CuK (alpha) ray described below. Profile fitting was performed on the (018), (110), and (113) diffraction peaks derived from the hexagonal system R-3m (No. 166) observed in each sample, and integrated intensity, integrated intensity ratio, and the like were calculated.
・ Calculation of half width and area uses the diffraction pattern when measured in the fixed slit mode of the concentration method ・ The actual XRD measurement (Example, Comparative Example) is measured in the variable slit mode, variable → fixed Data conversion is performed.-Conversion from variable to fixed is based on the formula of intensity (fixed) = intensity (variable) / sin θ (powder X-ray diffraction measurement device specification)
Device name: X'Pert Pro MPD manufactured by PANallytical, Netherlands
Optical system: Concentrated optical system (optical system specification)
Incident side: Enclosed X-ray tube (CuKα)
Soller Slit (0.04 rad)
Divergence Slit (Variable Slit)
Sample stage: Rotating sample stage (Spinner)
Light receiving side: Semiconductor array detector (X'Celerator)
Ni-filter
Gonio radius: 243mm
(Measurement condition)
X-ray output (CuKα): 40 kV, 30 mA, scanning axis: θ / 2θ
Scanning range (2θ): 10.0-75.0 °
Measurement mode: Continuous
Reading width: 0.015 °, counting time: 99.7 sec
Automatic variable slit (Automatic-DS: 10 mm (irradiation width))
Lateral divergence mask: 10 mm (irradiation width)

<水銀圧入法による各種物性の測定>
水銀圧入法による測定装置としては、Micromeritics社製オートポアIII9420型を用いた。また、水銀圧入法の測定条件としては、室温で3.86kPaから413MPaまで昇圧しながら測定を行った。なお、水銀の表面張力の値としては480dyn/cm、接触角の値としては141.3°を用いた。
<Measurement of various physical properties by mercury intrusion method>
As a measuring device by the mercury intrusion method, Autopore III9420 manufactured by Micromeritics was used. Moreover, as measurement conditions of the mercury intrusion method, measurement was performed while increasing the pressure from 3.86 kPa to 413 MPa at room temperature. The mercury surface tension value was 480 dyn / cm, and the contact angle value was 141.3 °.

<平均一次粒子径>
30,000倍のSEM画像により求めた。
<二次粒子のメジアン径>
超音波分散5分後に測定した。
<嵩密度>
試料粉体4〜10gを10mlのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約20mmで200回タップした時の粉体充填密度として求めた。
<比表面積>
BET法により求めた。
<含有炭素濃度C>
(株)堀場製作所製EMIA−520炭素硫黄分析計を使用した。数十から100mgの試料を、空焼きした磁性るつぼに秤り取り、助燃剤を加えて、酸素気流中、高周波加熱炉で炭素を燃焼抽出した。燃焼ガス中のCOを、非分散赤外吸光光度法により定量した。感度較正には社団法人日本鉄鋼連盟製150−15低合金鋼1号(C保障値:0.469重量%)を使用した。
<Average primary particle size>
It calculated | required from the SEM image of 30,000 times.
<Median diameter of secondary particles>
Measurements were made after 5 minutes of ultrasonic dispersion.
<Bulk density>
4 to 10 g of the sample powder was put into a 10 ml glass graduated cylinder, and the powder packing density when tapped 200 times with a stroke of about 20 mm was obtained.
<Specific surface area>
Obtained by BET method.
<Contained carbon concentration C>
An EMIA-520 carbon sulfur analyzer manufactured by HORIBA, Ltd. was used. A sample of several tens to 100 mg was weighed into an air-baked magnetic crucible, a combustion aid was added, and carbon was extracted by combustion in a high-frequency heating furnace in an oxygen stream. CO 2 in the combustion gas was quantified by non-dispersive infrared absorption spectrophotometry. For sensitivity calibration, 150-15 low alloy steel No. 1 (C guaranteed value: 0.469% by weight) manufactured by Japan Iron and Steel Federation was used.

<体積抵抗率>
粉体抵抗率測定装置(ダイアインスツルメンツ社製:ロレスターGP粉体低効率測定システムPD−41)を用い、試料重量3gとし、粉体用プローブユニット(四探針・リング電極、電極間隔5.0mm、電極半径1.0mm、試料半径12.5mm)により、印加電圧リミッタを90Vとして、種々加圧下の粉体の体積抵抗率[Ω・cm]を測定し、40MPaの圧力下における体積抵抗率の値について比較した。
<Volume resistivity>
Using a powder resistivity measurement device (Dia Instruments: Lorester GP powder low efficiency measurement system PD-41), the sample weight is 3 g, and a powder probe unit (four probe / ring electrode, electrode spacing 5.0 mm) The electrode resistivity is 1.0 mm, the sample radius is 12.5 mm, and the applied voltage limiter is 90 V. The volume resistivity [Ω · cm] of the powder under various pressures is measured, and the volume resistivity under a pressure of 40 MPa is measured. The values were compared.

<スラリー中の粉砕粒子のメジアン径>
公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置を用い、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として測定した。また、分散媒としては0.1重量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定を行った。
<Median diameter of pulverized particles in slurry>
Using a known laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device, the refractive index was set to 1.24, and the particle diameter standard was measured as the volume standard. Further, a 0.1 wt% aqueous solution of sodium hexametaphosphate was used as a dispersion medium, and measurement was performed after 5 minutes of ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz).

<原料LiCO粉末の平均粒子径としてのメジアン径>
公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920)を用い、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として測定した。また、分散媒としてエチルアルコールを用い、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定を行った。
<Median Diameter as Average Particle Diameter of Raw Material Li 2 CO 3 Powder>
Using a known laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.), the refractive index was set to 1.24, and the particle diameter standard was measured as a volume standard. Further, ethyl alcohol was used as a dispersion medium, and measurement was performed after ultrasonic dispersion for 5 minutes (output 30 W, frequency 22.5 kHz).

<噴霧乾燥により得られた粒子状粉体の物性>
形態はSEM観察及び断面SEM観察により確認した。平均粒子径としてのメジアン径及び90%積算径(D90)は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920)によって、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として測定した。また、分散媒としては0.1重量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、0分、1分、3分、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定を行った。比表面積は、BET法により求めた。嵩密度は、試料粉体4〜6gを10mlのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約20mmで200回タップした時の粉体充填密度として求めた。
<Physical properties of particulate powder obtained by spray drying>
The form was confirmed by SEM observation and cross-sectional SEM observation. The median diameter and 90% cumulative diameter (D 90 ) as the average particle diameter are set to a refractive index of 1.24 using a known laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.) The particle diameter standard was measured using the volume standard. Further, a 0.1 wt% sodium hexametaphosphate aqueous solution was used as a dispersion medium, and measurement was performed after 0 minutes, 1 minute, 3 minutes, and 5 minutes of ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz). The specific surface area was determined by the BET method. The bulk density was determined as the powder packing density when 4 to 6 g of sample powder was put in a 10 ml glass graduated cylinder and tapped 200 times with a stroke of about 20 mm.

[リチウム遷移金属系化合物粉体の製造(実施例及び比較例)]
(実施例1)
LiCO、Ni(OH)、Mn、CoOOHを、Li:Ni:Mn:Co=1.10:0.45:0.45:0.10のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。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を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.16μmに粉砕した。
次に、このスラリー(固形分含有量13重量%、粘度1350cp)を、二流体ノズル型スプレードライヤー(大川原化工機(株)製:LT−8型)を用いて噴霧乾燥した。この時の乾燥ガスとして空気を用い、乾燥ガス導入量Gは45L/min、スラリー導入量Sは11×10−3mL/minとした(気液比G/S=4091)。また、乾燥入り口温度は150℃とした。スプレードライヤーにより噴霧乾燥して得られた粒子状粉末、約15gをアルミナ製るつぼに仕込み、空気雰囲気下、1000℃で6時間焼成(昇降温速度3.33℃/min.)した後、解砕して、体積抵抗率が2.7×10Ω・cm、含有炭素濃度Cは0.023重量%、組成がLi1.096(Ni0.458Mn0.444Co0.098)Oの、層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(x=0.098、y=0.016、z=0.096)を得た。このリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の平均一次粒径は0.6μmで、メジアン径は3.0μm、90%積算径(D90)は5.1μm、嵩密度は1.2g/cc、BET比表面積は1.7m/gであった。
[Production of Lithium Transition Metal Compound Powder (Examples and Comparative Examples)]
Example 1
Weigh Li 2 CO 3 , Ni (OH) 2 , Mn 3 O 4 , and CoOOH so that the molar ratio of Li: Ni: Mn: Co = 1.10: 0.45: 0.45: 0.10 After mixing, pure water was added to prepare a slurry. While stirring this slurry, the solid content in the slurry was pulverized to a median diameter of 0.16 μm using a circulating medium agitation type wet pulverizer.
Next, this slurry (solid content 13 wt%, viscosity 1350 cp) was spray-dried using a two-fluid nozzle type spray dryer (Okawara Kako Co., Ltd .: LT-8 type). Air was used as the drying gas at this time, the drying gas introduction amount G was 45 L / min, and the slurry introduction amount S was 11 × 10 −3 mL / min (gas-liquid ratio G / S = 4091). The drying inlet temperature was 150 ° C. About 15 g of particulate powder obtained by spray-drying with a spray dryer is placed in an alumina crucible, fired at 1000 ° C. for 6 hours in an air atmosphere (heating temperature rate 3.33 ° C./min.), And then crushed. The volume resistivity is 2.7 × 10 4 Ω · cm, the carbon concentration C is 0.023 wt%, and the composition is Li 1.096 (Ni 0.458 Mn 0.444 Co 0.098 ) O 2. Lithium nickel manganese cobalt composite oxide (x = 0.098, y = 0.016, z = 0.096) having a layered structure was obtained. The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder has an average primary particle size of 0.6 μm, a median diameter of 3.0 μm, a 90% cumulative diameter (D 90 ) of 5.1 μm, and a bulk density of 1.2 g / cc. The BET specific surface area was 1.7 m 2 / g.

(実施例2)
LiCO、Ni(OH)、Mn、CoOOHを、Li:Ni:Mn:Co=1.10:0.45:0.45:0.10のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。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を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.16μmに粉砕した。
次に、このスラリー(固形分含有量13重量%、粘度1350cp)を、二流体ノズル型スプレードライヤー(大川原化工機(株)製:LT−8型)を用いて噴霧乾燥した。この時の乾燥ガスとして空気を用い、乾燥ガス導入量Gは45L/min、スラリー導入量Sは11×10−3L/minとした(気液比G/S=4091)。また、乾燥入り口温度は150℃とした。スプレードライヤーにより噴霧乾燥して得られた粒子状粉末、約15gをアルミナ製るつぼに仕込み、空気雰囲気下、975℃で6時間焼成(昇降温速度3.33℃/min.)した後、解砕して、体積抵抗率が2.2×10Ω・cm、含有炭素濃度Cは0.030重量%、組成がLi1.118(Ni0.456Mn0.445Co0.099)Oの、層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(x=0.099、y=0.012、z=0.118)を得た。このリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の平均一次粒径は0.5μmで、メジアン径は3.1μm、90%積算径(D90)は5.5μm、嵩密度は1.1g/cc、BET比表面積は2.2m/gであった。
(Example 2)
Weigh Li 2 CO 3 , Ni (OH) 2 , Mn 3 O 4 , and CoOOH so that the molar ratio of Li: Ni: Mn: Co = 1.10: 0.45: 0.45: 0.10 After mixing, pure water was added to prepare a slurry. While stirring this slurry, the solid content in the slurry was pulverized to a median diameter of 0.16 μm using a circulating medium agitation type wet pulverizer.
Next, this slurry (solid content 13 wt%, viscosity 1350 cp) was spray-dried using a two-fluid nozzle type spray dryer (Okawara Kako Co., Ltd .: LT-8 type). Air was used as the dry gas at this time, the dry gas introduction amount G was 45 L / min, and the slurry introduction amount S was 11 × 10 −3 L / min (gas-liquid ratio G / S = 4091). The drying inlet temperature was 150 ° C. About 15 g of particulate powder obtained by spray-drying with a spray dryer is placed in an alumina crucible, fired at 975 ° C. for 6 hours in an air atmosphere (heating rate of 3.33 ° C./min.), And then crushed. The volume resistivity is 2.2 × 10 4 Ω · cm, the carbon concentration C is 0.030 wt%, and the composition is Li 1.118 (Ni 0.456 Mn 0.445 Co 0.099 ) O 2. Lithium nickel manganese cobalt composite oxide (x = 0.099, y = 0.122, z = 0.118) having a layered structure was obtained. The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder has an average primary particle size of 0.5 μm, a median diameter of 3.1 μm, a 90% cumulative diameter (D 90 ) of 5.5 μm, and a bulk density of 1.1 g / cc. The BET specific surface area was 2.2 m 2 / g.

(実施例3)
LiCO、Ni(OH)、Mn、CoOOHを、Li:Ni:Mn:Co=1.05:0.45:0.45:0.10のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。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を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.16μmに粉砕した。
次に、このスラリー(固形分含有量13重量%、粘度1310cp)を、二流体ノズル型スプレードライヤー(大川原化工機(株)製:LT−8型)を用いて噴霧乾燥した。この時の乾燥ガスとして空気を用い、乾燥ガス導入量Gは45L/min、スラリー導入量Sは11×10−3L/minとした(気液比G/S=4091)。また、乾燥入り口温度は150℃とした。スプレードライヤーにより噴霧乾燥して得られた粒子状粉末、約15gをアルミナ製るつぼに仕込み、空気雰囲気下、1000℃で6時間焼成(昇降温速度3.33℃/min.)した後、解砕して、体積抵抗率が9.3×10Ω・cm、含有炭素濃度Cは0.030重量%、組成がLi1.064(Ni0.457Mn0.445Co0.098)Oの、層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(x=0.098、y=0.013、z=0.064)を得た。このリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の平均一次粒径は0.5μmで、メジアン径は2.1μm、90%積算径(D90)は3.8μm、嵩密度は1.2g/cc、BET比表面積は1.9m/gであった。
(Example 3)
Li 2 CO 3 , Ni (OH) 2 , Mn 3 O 4 , CoOOH are weighed so as to have a molar ratio of Li: Ni: Mn: Co = 1.05: 0.45: 0.45: 0.10 After mixing, pure water was added to prepare a slurry. While stirring this slurry, the solid content in the slurry was pulverized to a median diameter of 0.16 μm using a circulating medium agitation type wet pulverizer.
Next, this slurry (solid content 13% by weight, viscosity 1310 cp) was spray-dried using a two-fluid nozzle type spray dryer (Okawara Kako Co., Ltd .: LT-8 type). Air was used as the dry gas at this time, the dry gas introduction amount G was 45 L / min, and the slurry introduction amount S was 11 × 10 −3 L / min (gas-liquid ratio G / S = 4091). The drying inlet temperature was 150 ° C. About 15 g of particulate powder obtained by spray-drying with a spray dryer is placed in an alumina crucible, fired at 1000 ° C. for 6 hours in an air atmosphere (heating temperature rate 3.33 ° C./min.), And then crushed. The volume resistivity is 9.3 × 10 4 Ω · cm, the carbon concentration C is 0.030 wt%, and the composition is Li 1.064 (Ni 0.457 Mn 0.445 Co 0.098 ) O 2. Lithium nickel manganese cobalt composite oxide (x = 0.098, y = 0.013, z = 0.064) having a layered structure was obtained. The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder has an average primary particle size of 0.5 μm, a median diameter of 2.1 μm, a 90% cumulative diameter (D 90 ) of 3.8 μm, and a bulk density of 1.2 g / cc. The BET specific surface area was 1.9 m 2 / g.

(実施例4)
LiCO、Ni(OH)、Mn、CoOOHを、Li:Ni:Mn:Co=1.10:0.475:0.475:0.05のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。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を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.13μmに粉砕した。
次に、このスラリー(固形分含有量14重量%、粘度1960cp)を、二流体ノズル型スプレードライヤー(大川原化工機(株)製:LT−8型)を用いて噴霧乾燥した。この時の乾燥ガスとして空気を用い、乾燥ガス導入量Gは45L/min、スラリー導入量Sは11×10−3L/minとした(気液比G/S=4091)。また、乾燥入り口温度は150℃とした。スプレードライヤーにより噴霧乾燥して得られた粒子状粉末、約15gをアルミナ製るつぼに仕込み、空気雰囲気下、1000℃で6時間焼成(昇降温速度3.33℃/min.)した後、解砕して、体積抵抗率が2.6×10Ω・cm、含有炭素濃度Cは0.031重量%、組成がLi1.115(Ni0.481Mn0.470Co0.049)Oの、層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(x=0.049、y=0.012、z=0.115)を得た。このリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の平均一次粒径は0.4μmで、メジアン径は3.7μm、90%積算径(D90)は6.1μm、嵩密度は1.1g/cc、BET比表面積は1.9m/gであった。
Example 4
Li 2 CO 3 , Ni (OH) 2 , Mn 3 O 4 , CoOOH are weighed so as to have a molar ratio of Li: Ni: Mn: Co = 1.10: 0.475: 0.475: 0.05 After mixing, pure water was added to prepare a slurry. While stirring the slurry, the solid content in the slurry was pulverized to a median diameter of 0.13 μm using a circulating medium agitation type wet pulverizer.
Next, this slurry (solid content 14% by weight, viscosity 1960 cp) was spray-dried using a two-fluid nozzle type spray dryer (Okawara Chemical Co., Ltd .: LT-8 type). Air was used as the dry gas at this time, the dry gas introduction amount G was 45 L / min, and the slurry introduction amount S was 11 × 10 −3 L / min (gas-liquid ratio G / S = 4091). The drying inlet temperature was 150 ° C. About 15 g of particulate powder obtained by spray-drying with a spray dryer is placed in an alumina crucible, fired at 1000 ° C. for 6 hours in an air atmosphere (heating temperature rate 3.33 ° C./min.), And then crushed. The volume resistivity is 2.6 × 10 4 Ω · cm, the carbon concentration C is 0.031 wt%, and the composition is Li 1.115 (Ni 0.481 Mn 0.470 Co 0.049 ) O 2. The lithium nickel manganese cobalt composite oxide (x = 0.049, y = 0.012, z = 0.115) which has layer structure was obtained. The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder has an average primary particle size of 0.4 μm, a median diameter of 3.7 μm, a 90% cumulative diameter (D 90 ) of 6.1 μm, and a bulk density of 1.1 g / cc. The BET specific surface area was 1.9 m 2 / g.

(比較例1)
Ni(OH)、Mn、Co(OH)を、Ni:Mn:Co=0.45:0.45:0.10のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。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を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.15μmに粉砕した。
次に、このスラリー(固形分含有量12重量%、粘度700cp)を、二流体ノズル型スプレードライヤー(大川原化工機(株)製:LT−8型)を用いて噴霧乾燥した。この時の乾燥ガスとして空気を用い、乾燥ガス導入量Gは30L/min、スラリー導入量Sは38×10−3L/minとした(気液比G/S=789)。また、乾燥入り口温度は150℃とした。
上記の如く噴霧乾燥して得られた粒子状粉末に、メジアン径20μm以下まで粉砕したLiOH粉末を添加混合した。この混合粉末約13.1gをアルミナ製るつぼに仕込み、空気流通下、950℃で10時間焼成(昇降温速度5℃/min.)した後、解砕して、体積抵抗率が1.7×10Ω・cm、含有炭素濃度Cは0.031重量%、組成がLi1.130(Ni0.443Mn0.453Co0.105)Oの、層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(x=0.105、y=−0.010、z=0.130)を得た。このリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の平均一次粒径は0.5μmで、メジアン径は11.1μm、90%積算径(D90)は18.4μm、嵩密度は1.8g/cc、BET比表面積は1.3m/gであった。
(Comparative Example 1)
Ni (OH) 2 , Mn 3 O 4 , and Co (OH) 2 were weighed and mixed so as to have a molar ratio of Ni: Mn: Co = 0.45: 0.45: 0.10. Pure water was added to the slurry to prepare a slurry. While stirring the slurry, the solid content in the slurry was pulverized to a median diameter of 0.15 μm using a circulating medium agitation type wet pulverizer.
Next, this slurry (solid content 12% by weight, viscosity 700 cp) was spray-dried using a two-fluid nozzle type spray dryer (Okawara Kako Co., Ltd .: LT-8 type). At this time, air was used as the dry gas, the dry gas introduction amount G was 30 L / min, and the slurry introduction amount S was 38 × 10 −3 L / min (gas-liquid ratio G / S = 789). The drying inlet temperature was 150 ° C.
LiOH powder pulverized to a median diameter of 20 μm or less was added to and mixed with the particulate powder obtained by spray drying as described above. About 13.1 g of this mixed powder was put into an alumina crucible, fired at 950 ° C. for 10 hours under air flow (temperature raising / lowering rate 5 ° C./min.), And then crushed to have a volume resistivity of 1.7 × Lithium nickel manganese cobalt composite having a layered structure of 10 4 Ω · cm, carbon content C of 0.031 wt%, and composition of Li 1.130 (Ni 0.443 Mn 0.453 Co 0.105 ) O 2 An oxide (x = 0.105, y = −0.010, z = 0.130) was obtained. The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder has an average primary particle size of 0.5 μm, a median diameter of 11.1 μm, a 90% cumulative diameter (D 90 ) of 18.4 μm, and a bulk density of 1.8 g / cc. The BET specific surface area was 1.3 m 2 / g.

(比較例2)
LiCO、Ni(OH)、Mnを、Li:Ni:Mn=1.10:0.50:0.50のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。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を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.14μmに粉砕した。
次に、このスラリー(固形分含有量13重量%、粘度1270cp)を、二流体ノズル型スプレードライヤー(大川原化工機(株)製:LT−8型)を用いて噴霧乾燥した。この時の乾燥ガスとして空気を用い、乾燥ガス導入量Gは45L/min、スラリー導入量Sは11×10−3L/minとした(気液比G/S=4091)。また、乾燥入り口温度は150℃とした。スプレードライヤーにより噴霧乾燥して得られた粒子状粉末、約15gをアルミナ製るつぼに仕込み、空気雰囲気下、1000℃で6時間焼成(昇降温速度3.33℃/min.)した後、解砕して、体積抵抗率が2.4×10Ω・cm、含有炭素濃度Cは0.044重量%、組成がLi1.081(Ni0.505Mn0.495)Oの、層状構造を有するリチウムニッケルマンガン複合酸化物(x=0、y=0.010、z=0.081)を得た。このリチウムニッケルマンガン複合酸化物粉体の平均一次粒径は0.4μmで、メジアン径は1.4μm、90%積算径(D90)は2.1μm、嵩密度は1.0g/cc、BET比表面積は2.7m/gであった。
(Comparative Example 2)
Li 2 CO 3 , Ni (OH) 2 , and Mn 3 O 4 were weighed and mixed so as to have a molar ratio of Li: Ni: Mn = 1.10: 0.50: 0.50. Pure water was added to prepare a slurry. While stirring the slurry, the solid content in the slurry was pulverized to a median diameter of 0.14 μm using a circulating medium agitation type wet pulverizer.
Next, this slurry (solid content 13 wt%, viscosity 1270 cp) was spray-dried using a two-fluid nozzle type spray dryer (Okawara Kako Co., Ltd .: LT-8 type). Air was used as the dry gas at this time, the dry gas introduction amount G was 45 L / min, and the slurry introduction amount S was 11 × 10 −3 L / min (gas-liquid ratio G / S = 4091). The drying inlet temperature was 150 ° C. About 15 g of particulate powder obtained by spray-drying with a spray dryer is placed in an alumina crucible, fired at 1000 ° C. for 6 hours in an air atmosphere (heating temperature rate 3.33 ° C./min.), And then crushed. And a layered structure having a volume resistivity of 2.4 × 10 4 Ω · cm, a carbon concentration C of 0.044 wt%, and a composition of Li 1.081 (Ni 0.505 Mn 0.495 ) O 2. Lithium nickel manganese composite oxide (x = 0, y = 0.010, z = 0.081) was obtained. The average primary particle diameter of this lithium nickel manganese composite oxide powder is 0.4 μm, the median diameter is 1.4 μm, the 90% cumulative diameter (D 90 ) is 2.1 μm, the bulk density is 1.0 g / cc, BET The specific surface area was 2.7 m 2 / g.

(比較例3)
LiCO、Ni(OH)、Mnを、Li:Ni:Mn=1.15:0.50:0.50のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。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を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.14μmに粉砕した。
次に、このスラリー(固形分含有量13重量%、粘度1020cp)を、二流体ノズル型スプレードライヤー(大川原化工機(株)製:LT−8型)を用いて噴霧乾燥した。この時の乾燥ガスとして空気を用い、乾燥ガス導入量Gは45L/min、スラリー導入量Sは11×10−3L/minとした(気液比G/S=4091)。また、乾燥入り口温度は150℃とした。スプレードライヤーにより噴霧乾燥して得られた粒子状粉末、約15gをアルミナ製るつぼに仕込み、空気雰囲気下、1000℃で6時間焼成(昇降温速度3.33℃/min.)した後、解砕して、体積抵抗率が2.1×10Ω・cm、含有炭素濃度Cは0.045重量%、組成がLi1.166(Ni0.505Mn0.495)Oの、層状構造を有するリチウムニッケルマンガン複合酸化物(x=0、y=0.008、z=0.166)を得た。このリチウムニッケルマンガン複合酸化物粉体の平均一次粒径は0.5μmで、メジアン径は3.3μm、90%積算径(D90)は5.6μm、嵩密度は1.2g/cc、BET比表面積は1.9m/gであった。
(Comparative Example 3)
Li 2 CO 3 , Ni (OH) 2 , and Mn 3 O 4 were weighed and mixed so as to have a molar ratio of Li: Ni: Mn = 1.15: 0.50: 0.50. Pure water was added to prepare a slurry. While stirring the slurry, the solid content in the slurry was pulverized to a median diameter of 0.14 μm using a circulating medium agitation type wet pulverizer.
Next, this slurry (solid content 13% by weight, viscosity 1020 cp) was spray-dried using a two-fluid nozzle type spray dryer (Okawara Kako Co., Ltd .: LT-8 type). Air was used as the dry gas at this time, the dry gas introduction amount G was 45 L / min, and the slurry introduction amount S was 11 × 10 −3 L / min (gas-liquid ratio G / S = 4091). The drying inlet temperature was 150 ° C. About 15 g of particulate powder obtained by spray-drying with a spray dryer is placed in an alumina crucible, fired at 1000 ° C. for 6 hours in an air atmosphere (heating temperature rate 3.33 ° C./min.), And then crushed. And a layered structure having a volume resistivity of 2.1 × 10 4 Ω · cm, a carbon concentration C of 0.045 wt%, and a composition of Li 1.166 (Ni 0.505 Mn 0.495 ) O 2. Lithium nickel manganese composite oxide (x = 0, y = 0.008, z = 0.166) was obtained. The lithium nickel manganese composite oxide powder has an average primary particle size of 0.5 μm, a median diameter of 3.3 μm, a 90% cumulative diameter (D 90 ) of 5.6 μm, a bulk density of 1.2 g / cc, and a BET. The specific surface area was 1.9 m 2 / g.

上記、実施例及び比較例で製造したリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体又はリチウムニッケルマンガン複合酸化物粉体の組成及び物性値を、表1、表2、表3及び表4に示す。また、焼成前駆体である噴霧乾燥粉体の粉体性状を表4に示す。   Tables 1, 2, 3, and 4 show the compositions and physical properties of the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powders or lithium nickel manganese composite oxide powders produced in the above Examples and Comparative Examples. Table 4 shows the powder properties of the spray-dried powder that is the firing precursor.

Figure 0004591717
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また、実施例1〜4及び比較例1〜3で製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体又はリチウムニッケルマンガン複合酸化物粉体の細孔分布曲線を、図1〜7にそれぞれ示し、SEM画像(写真)(倍率×10,000)を図8〜14にそれぞれ示し、粉末X線回折パターンを図15〜21にそれぞれ示す。   Moreover, the pore distribution curves of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder or lithium nickel manganese composite oxide powder produced in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in FIGS. SEM images (photographs) (magnification × 10,000) are shown in FIGS. 8 to 14, respectively, and powder X-ray diffraction patterns are shown in FIGS.

[電池の作製及び評価]
上述の実施例1〜4及び比較例1〜3で製造したリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体又はリチウムニッケルマンガン複合酸化物粉体をそれぞれ正極材料(正極活物質)として用いて、以下の方法によりリチウム二次電池を作製し、評価を行った。
[Production and evaluation of battery]
Using the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder or lithium nickel manganese composite oxide powder produced in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 described above as the positive electrode material (positive electrode active material), respectively, A lithium secondary battery was prepared by the method and evaluated.

<リチウム二次電池の作製>
実施例1〜4及び比較例1〜3で製造したリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体又はリチウムニッケルマンガン複合酸化物粉体の各々75重量%と、アセチレンブラック20重量%、ポリテトラフルオロエチレンパウダー5重量%の割合で秤量したものを乳鉢で十分混合し、薄くシート状にしたものを9mmφのポンチを用いて打ち抜いた。この際、全体重量は約8mgになるように調整した。これをアルミニウムエキスパンドメタルに圧着して、9mmφの正極とした。
<Production of lithium secondary battery>
75% by weight of each of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder or lithium nickel manganese composite oxide powder produced in Examples 1-4 and Comparative Examples 1-3, 20% by weight of acetylene black, polytetrafluoroethylene What was weighed at a ratio of 5% by weight of powder was sufficiently mixed in a mortar, and a thin sheet was punched out using a 9 mmφ punch. At this time, the total weight was adjusted to about 8 mg. This was pressure-bonded to an aluminum expanded metal to obtain a 9 mmφ positive electrode.

この9mmφの正極を試験極とし、リチウム金属板を対極とし、EC(エチレンカーボネート):DMC(ジメチルカーボネート):EMC(エチルメチルカーボネート)=3:3:4(容量比)の溶媒にLiPFを1mol/Lで溶解した電解液を用い、厚さ25μmの多孔性ポリエチレンフィルムをセパレータとしてコイン型セルを組み立てた。 This 9 mmφ positive electrode is used as a test electrode, a lithium metal plate is used as a counter electrode, and LiPF 6 is added to a solvent of EC (ethylene carbonate): DMC (dimethyl carbonate): EMC (ethyl methyl carbonate) = 3: 3: 4 (volume ratio). Using an electrolytic solution dissolved at 1 mol / L, a coin-type cell was assembled using a porous polyethylene film having a thickness of 25 μm as a separator.

<レート試験>
得られたコイン型セルについて、初期2サイクルは、充電上限電圧を4.4Vに設定して定電流・定電圧充電(電流密度:0.137mA/cm(0.1C)で4.4Vまで定電流充電後、0.01Cとなるまで定電圧充電)を行った後、放電下限電圧を3.0Vに設定して定電流放電(電流密度0.137mA/cm(0.1C))を行った。さらに3〜10サイクル目を、0.2Cの定電流・定電圧充電(0.2Cで4.4Vまで定電流充電後、0.01Cとなるまで定電圧充電)、0.1C、0.2C、0.5C、1C、3C、5C、7C、及び9Cの各定電流放電での試験を行った。ただし、1C相当の電流は、活物質1g当たり150mAと仮定した。この時の1サイクル目の0.1C放電容量(mAh/g)(初回放電容量)、3サイクル目の0.1C放電容量(mAh/g)(3サイクル目放電容量)[a])、6サイクル目の1C放電容量(mAh/g)(6サイクル目放電容量[b])、及び10サイクル目の9C放電容量(mAh/g))(10サイクル目放電容量[c])を調べ、結果を表5に示した。
<Rate test>
For the obtained coin-type cell, in the initial two cycles, the charging upper limit voltage was set to 4.4 V, and constant current / constant voltage charging (current density: up to 4.4 V at 0.137 mA / cm 2 (0.1 C)) After constant current charging, constant voltage charging was performed until 0.01 C was reached, and then the discharge lower limit voltage was set to 3.0 V, and constant current discharging (current density 0.137 mA / cm 2 (0.1 C)) was performed. went. Furthermore, in the 3rd to 10th cycles, 0.2C constant current / constant voltage charging (constant current charging up to 4.4V at 0.2C and then constant voltage charging to 0.01C), 0.1C, 0.2C , 0.5C, 1C, 3C, 5C, 7C, and 9C constant current discharges were tested. However, the current corresponding to 1 C was assumed to be 150 mA per 1 g of active material. 0.1C discharge capacity (mAh / g) at the first cycle (initial discharge capacity) at this time, 0.1C discharge capacity (mAh / g) at the third cycle (discharge capacity at the third cycle) [a]), 6 1C discharge capacity (mAh / g) at the cycle (6th cycle discharge capacity [b]) and 9C discharge capacity (mAh / g) at the 10th cycle) (discharge capacity [c] at the 10th cycle) Are shown in Table 5.

なお、実施例の合格判定基準として、前記1サイクル目の初期放電容量が175mAh/g以上、3サイクル目の0.1C放電容量が175mAh/g以上、6サイクル目の1C放電容量が160mAh/g以上、10サイクル目の9C放電容量が116mAh/g以上を設定した。   In addition, as an acceptance criterion of the examples, the initial discharge capacity in the first cycle is 175 mAh / g or more, the 0.1C discharge capacity in the third cycle is 175 mAh / g or more, and the 1C discharge capacity in the sixth cycle is 160 mAh / g. As described above, the 9C discharge capacity at the 10th cycle was set to 116 mAh / g or more.

Figure 0004591717
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表5より、本発明のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体によれば、負荷特性に優れたリチウム二次電池を実現することができることが分かる。   From Table 5, it can be seen that according to the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for the positive electrode material of the lithium secondary battery of the present invention, a lithium secondary battery excellent in load characteristics can be realized.

実施例1において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体の細孔分布曲線を示すグラフである。2 is a graph showing a pore distribution curve of lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder produced in Example 1. FIG. 実施例2において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体の細孔分布曲線を示すグラフである。4 is a graph showing a pore distribution curve of lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder produced in Example 2. FIG. 実施例3において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体の細孔分布曲線を示すグラフである。4 is a graph showing a pore distribution curve of lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder produced in Example 3. FIG. 実施例4において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体の細孔分布曲線を示すグラフである。6 is a graph showing a pore distribution curve of lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder produced in Example 4. FIG. 比較例1において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粉体の細孔分布曲線を示すグラフである。4 is a graph showing a pore distribution curve of a powder of lithium nickel manganese cobalt composite oxide produced in Comparative Example 1. FIG. 比較例2において製造されたリチウムニッケルマンガン複合酸化物の粉体の細孔分布曲線を示すグラフである。6 is a graph showing a pore distribution curve of a lithium nickel manganese composite oxide powder produced in Comparative Example 2. FIG. 比較例3において製造されたリチウムニッケルマンガン複合酸化物の粉体の細孔分布曲線を示すグラフである。6 is a graph showing a pore distribution curve of a powder of lithium nickel manganese composite oxide produced in Comparative Example 3. FIG. 実施例1において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のSEM画像(写真)(倍率×10,000)である。2 is an SEM image (photograph) (magnification × 10,000) of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide produced in Example 1. FIG. 実施例2において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のSEM画像(写真)(倍率×10,000)である。3 is a SEM image (photograph) (magnification × 10,000) of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide produced in Example 2. FIG. 実施例3において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のSEM画像(写真)(倍率×10,000)である。4 is a SEM image (photograph) (magnification × 10,000) of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide produced in Example 3. FIG. 実施例4において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のSEM画像(写真)(倍率×10,000)である。4 is an SEM image (photograph) (magnification × 10,000) of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide produced in Example 4. FIG. 比較例1において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のSEM画像(写真)(倍率×10,000)である。2 is an SEM image (photograph) (magnification × 10,000) of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide produced in Comparative Example 1. FIG. 比較例2において製造されたリチウムニッケルマンガン複合酸化物のSEM画像(写真)(倍率×10,000)である。4 is an SEM image (photograph) (magnification × 10,000) of the lithium nickel manganese composite oxide produced in Comparative Example 2. FIG. 比較例3において製造されたリチウムニッケルマンガン複合酸化物のSEM画像(写真)(倍率×10,000)である。4 is an SEM image (photograph) (magnification × 10,000) of the lithium nickel manganese composite oxide produced in Comparative Example 3. FIG. 実施例1において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粉末X線回折パターンを示すグラフである。2 is a graph showing a powder X-ray diffraction pattern of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide produced in Example 1. FIG. 実施例2において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粉末X線回折パターンを示すグラフである。4 is a graph showing a powder X-ray diffraction pattern of lithium nickel manganese cobalt composite oxide produced in Example 2. FIG. 実施例3において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粉末X線回折パターンを示すグラフである。4 is a graph showing a powder X-ray diffraction pattern of lithium nickel manganese cobalt composite oxide produced in Example 3. FIG. 実施例4において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粉末X線回折パターンを示すグラフである。6 is a graph showing a powder X-ray diffraction pattern of lithium nickel manganese cobalt composite oxide produced in Example 4. FIG. 比較例1において製造されたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粉末X線回折パターンを示すグラフである。4 is a graph showing a powder X-ray diffraction pattern of lithium nickel manganese cobalt composite oxide produced in Comparative Example 1. FIG. 比較例2において製造されたリチウムニッケルマンガン複合酸化物の粉末X線回折パターンを示すグラフである。6 is a graph showing a powder X-ray diffraction pattern of the lithium nickel manganese composite oxide produced in Comparative Example 2. FIG. 比較例3において製造されたリチウムニッケルマンガン複合酸化物の粉末X線回折パターンを示すグラフである。6 is a graph showing a powder X-ray diffraction pattern of a lithium nickel manganese composite oxide produced in Comparative Example 3.

Claims (17)

下記組成式(I)で表される化合物よりなり、層状構造に帰属する結晶構造を含んで構成され、CuKα線を使用した粉末X線回折測定において、回折角2θが64.5°付近に存在する(110)回折ピークの半価幅をFWHM(110)とした時に、0.01≦FWHM(110)≦0.2で表され、40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率の値が、1×10 Ω・cm以上、1×10 Ω・cm以下であることを特徴とするリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。
Li[Liz/(2+z){(Ni(1+y)/2Mn(1−y)/2)1−xCo2/(2+z)]O…(I)
(ただし、組成式(I)中、
0≦x≦0.1
−0.1≦y≦0.1
(1−x)(0.05−0.98y)≦z≦(1−x)(0.15−0.88y)
である。)
It consists of a compound represented by the following composition formula (I), is composed of a crystal structure belonging to a layered structure, and has a diffraction angle 2θ of around 64.5 ° in powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays. When the half-value width of the (110) diffraction peak is FWHM (110), it is expressed as 0.01 ≦ FWHM (110) ≦ 0.2, and the volume resistivity value when compacted at a pressure of 40 MPa is 1 × 10 3 Ω · cm or more, 1 × 10 lithium secondary characterized by the following der Rukoto 6 Omega · cm battery positive electrode material for a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder.
Li [Li z / (2 + z) {(Ni (1 + y) / 2 Mn (1-y) / 2 ) 1-x Co x } 2 / (2 + z) ] O 2 (I)
(However, in the composition formula (I),
0 ≦ x ≦ 0.1
−0.1 ≦ y ≦ 0.1
(1-x) (0.05-0.98y) ≤z≤ (1-x) (0.15-0.88y)
It is. )
組成式(I)において、0.04≦x≦0.099、−0.03≦y≦0.03、(1−x)(0.08−0.98y)≦z≦(1−x)(0.13−0.88y)であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。   In the composition formula (I), 0.04 ≦ x ≦ 0.099, −0.03 ≦ y ≦ 0.03, (1-x) (0.08−0.98y) ≦ z ≦ (1-x) The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material according to claim 1, wherein the powder is (0.13-0.88y). CuKα線を使用した粉末X線回折測定において、回折角2θが64°付近に存在する(018)回折ピーク、64.5°付近に存在する(110)回折ピーク、及び68°付近に存在する(113)回折ピークにおいて、それぞれのピークトップよりも高角側に、異相由来の回折ピークを持たないか、あるいは異相由来の回折ピークを有する場合、本来の結晶相の回折ピークに対する異相ピークの積分強度比が、各々、以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。
0≦I018 /I018≦0.20
0≦I110 /I110≦0.25
0≦I113 /I113≦0.30
(ここで、I018、I110、I113は、それぞれ(018)、(110)、(113)回折ピークの積分強度を表し、I018 、I110 、I113 は、それぞれ(018)、(110)、(113)回折ピークのピークトップよりも高角側に現れる異相由来の回折ピークの積分強度を表す。)
In powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays, a diffraction angle 2θ is present at a diffraction peak near 64 ° (018), a (110) diffraction peak near 64.5 °, and around 68 ° ( 113) In the case where the diffraction peak does not have a diffraction peak derived from a different phase or has a diffraction peak derived from a different phase at a higher angle side than each peak top, the integrated intensity ratio of the different phase peak to the diffraction peak of the original crystal phase The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material according to claim 1 or 2, wherein each is in the following range.
0 ≦ I 018 * / I 018 ≦ 0.20
0 ≦ I 110 * / I 110 ≦ 0.25
0 ≦ I 113 * / I 113 ≦ 0.30
(Here, I 018 , I 110 , and I 113 represent the integrated intensities of the diffraction peaks, respectively (018), (110), and (113), and I 018 * , I 110 * , and I 113 * are (018 ), (110), (113) represents the integrated intensity of a diffraction peak derived from a different phase appearing at a higher angle than the peak top of the diffraction peak.)
水銀圧入法による水銀圧入曲線において、圧力3.86kPaから413MPaまでの昇圧時における水銀圧入量が、0.7cm/g以上、1.5cm/g以下であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。 In mercury intrusion curve obtained by mercury intrusion porosimetry, mercury penetration amount at boosting the pressure 3.86kPa to 413MPa is, 0.7 cm 3 / g or more, claim 1, characterized in that 1.5 cm 3 / g or less 4. Lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material according to any one of items 1 to 3. 水銀圧入法による細孔分布曲線が、細孔半径300nm以上、1000nm以下にピークトップが存在するメインピークを有し、かつ細孔半径80nm以上、300nm未満にピークトップが存在するサブピークを有さないことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。   The pore distribution curve by the mercury intrusion method has a main peak having a peak top at a pore radius of 300 nm or more and 1000 nm or less, and has no sub-peak having a peak top at a pore radius of 80 nm or more and less than 300 nm. The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material according to any one of claims 1 to 4. 水銀圧入法による細孔分布曲線において、細孔半径300nm以上、1000nm以下にピークトップが存在するメインピークに係る細孔容量が0.3cm/g以上、1.0cm/g以下であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。 In the pore distribution curve by the mercury intrusion method, the pore volume related to the main peak having a peak top at a pore radius of 300 nm or more and 1000 nm or less is 0.3 cm 3 / g or more and 1.0 cm 3 / g or less. The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material according to any one of claims 1 to 5. レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定されたメジアン径が1μm以上、5μm以下であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。   The median diameter measured after 5 minutes of ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz) using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer with a refractive index of 1.24 and a particle size standard as a volume standard. The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material according to any one of claims 1 to 6, wherein the powder is 1 µm or more and 5 µm or less. 嵩密度が0.5〜1.7g/cmであることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。 8. The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the bulk density is 0.5 to 1.7 g / cm 3. . BET比表面積が1.4〜3m/gであることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。 The lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material according to any one of claims 1 to 8, wherein the BET specific surface area is 1.4 to 3 m 2 / g. 含有炭素濃度をC(重量%)とした時、C値が0.005重量%以上、0.05重量%以下であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。   10. The lithium according to claim 1, wherein the C value is 0.005 wt% or more and 0.05 wt% or less when the carbon content is C (wt%). Lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for secondary battery positive electrode material. 40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率が1×10Ω・cm以上、1×10Ω・cm以下であることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。 11. The lithium according to claim 1, wherein the volume resistivity when consolidated at a pressure of 40 MPa is 1 × 10 3 Ω · cm or more and 1 × 10 6 Ω · cm or less. Lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for secondary battery positive electrode material. リチウム化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、及びコバルト化合物を、液体媒体中で粉砕し、これらを均一に分散させたスラリーを得るスラリー調製工程と、得られたスラリーを噴霧乾燥する噴霧乾燥工程と、得られた噴霧乾燥粉体を酸素含有ガス雰囲気中で、940℃≦T≦1200℃の温度T(℃)で焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の製造方法。   A slurry preparation step for obtaining a slurry in which a lithium compound, a nickel compound, a manganese compound, and a cobalt compound are pulverized in a liquid medium to uniformly disperse them, and a spray drying step for spray drying the obtained slurry. A firing step of firing the spray-dried powder obtained in an oxygen-containing gas atmosphere at a temperature T (° C.) of 940 ° C. ≦ T ≦ 1200 ° C. 12. The manufacturing method of the lithium nickel manganese cobalt type complex oxide powder for lithium secondary battery positive electrode materials of description. リチウム化合物が炭酸リチウムであることを特徴とする請求項12に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の製造方法。   The method for producing a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder for a lithium secondary battery positive electrode material according to claim 12, wherein the lithium compound is lithium carbonate. スラリー調製工程において、リチウム化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、及びコバルト化合物を、液体媒体中で、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定するメジアン径が0.3μm以下になるまで粉砕し、噴霧乾燥工程において、噴霧乾燥時のスラリー粘度をV(cp)、スラリー供給量を(L/min)、ガス供給量をG(L/min)とした際、50cp≦V≦4000cp、1500≦G/S≦5000となる条件で噴霧乾燥を行うことを特徴とする請求項12又は13に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の製造方法。 In the slurry preparation step, a lithium compound, a nickel compound, a manganese compound, and a cobalt compound are set in a liquid medium with a refractive index of 1.24 by a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer, and a particle diameter reference is volume. As a reference, pulverization was performed until the median diameter measured after ultrasonic dispersion for 5 minutes (output 30 W, frequency 22.5 kHz) was 0.3 μm or less, and in the spray drying process, the slurry viscosity at the time of spray drying was V (cp). Further, when the slurry supply amount is S (L / min) and the gas supply amount is G (L / min), spray drying is performed under the conditions of 50 cp ≦ V ≦ 4000 cp and 1500 ≦ G / S ≦ 5000. The manufacturing method of the lithium nickel manganese cobalt type complex oxide powder for lithium secondary battery positive electrode materials of Claim 12 or 13. 請求項1ないし11のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体と結着剤とを含有する正極活物質層を集電体上に有することを特徴とするリチウム二次電池用正極。   It has a positive electrode active material layer containing the lithium nickel manganese cobalt type complex oxide powder for lithium secondary battery positive electrode materials and binder as described in any one of Claims 1 thru | or 11 on a collector. A positive electrode for a lithium secondary battery. リチウムを吸蔵・放出可能な負極、リチウム塩を含有する非水電解質、及びリチウムを吸蔵・放出可能な正極を備えたリチウム二次電池であって、正極として請求項15に記載のリチウム二次電池用正極を用いたことを特徴とするリチウム二次電池。 A lithium secondary battery comprising a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, wherein the lithium secondary battery according to claim 15 is used as the positive electrode. A lithium secondary battery using a positive electrode for a battery. 満充電状態における正極の充電電位が4.35V(vs.Li/Li)以上となるように設計されていることを特徴とする請求項16に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 16 , wherein the lithium secondary battery is designed to have a charging potential of the positive electrode in a fully charged state of 4.35 V (vs. Li / Li + ) or more.
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