JP4915227B2 - Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material - Google Patents

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Description

本発明は、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および該正極活物質を用いた非水系電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing the same, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material.

近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及にともない、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な非水系電解質二次電池の開発が強く望まれている。このような二次電池として、リチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池の負極材料には、リチウム金属やリチウム合金、金属酸化物、あるいはカーボン等が用いられている。これらの材料は、リチウムを脱離・挿入することが可能な材料である。   In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, development of small and lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries having high energy density is strongly desired. As such a secondary battery, there is a lithium ion secondary battery. Lithium metal, lithium alloy, metal oxide, carbon, or the like is used as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery. These materials are materials capable of removing and inserting lithium.

このようなリチウムイオン二次電池については、現在、研究開発が盛んに行われているところである。この中でも、リチウム金属複合酸化物、特に合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として期待され、実用化が進んでいる。このリチウムコバルト複合酸化物を用いたリチウムイオン二次電池では、優れた初期容量特性やサイクル特性を得るための開発がこれまで数多く行われてきており、すでにさまざまな成果が得られている。 Research and development of such lithium ion secondary batteries is being actively conducted. Among these, a lithium ion secondary battery using a lithium metal composite oxide, particularly a lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, as a positive electrode material can obtain a high voltage of 4 V, and thus has high energy. It is expected as a battery having a high density and is being put to practical use. In the lithium ion secondary battery using this lithium cobalt composite oxide, many developments have been made so far to obtain excellent initial capacity characteristics and cycle characteristics, and various results have already been obtained.

しかし、リチウムコバルト複合酸化物は、希産で高価なコバルト化合物を原料に用いているため、電池のコストアップの原因となる。このため、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物以外のものを用いることが望まれている。   However, since the lithium cobalt composite oxide uses a rare and expensive cobalt compound as a raw material, it causes an increase in the cost of the battery. For this reason, it is desired to use materials other than the lithium cobalt composite oxide as the positive electrode active material.

また、最近は、携帯電子機器用の小型二次電池だけではなく、電力貯蔵用や、電気自動車用などの大型二次電池としてリチウムイオン二次電池を適用することへの期待も高まってきている。活物質のコストを下げ、より安価なリチウムイオン二次電池の製造を可能とすることは、これらの広範な分野への大きな波及効果が期待できる。   In addition, recently, not only small secondary batteries for portable electronic devices but also expectations for applying lithium ion secondary batteries as large-sized secondary batteries for power storage and electric vehicles are increasing. . Lowering the cost of the active material and making it possible to manufacture a cheaper lithium ion secondary battery can be expected to have a large ripple effect in these broad fields.

リチウムイオン二次電池用正極活物質として新たに提案されている材料としては、コバルトよりも安価なマンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn24)や、ニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)を挙げることができる。 Newly proposed materials as positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries include lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using manganese, which is cheaper than cobalt, and lithium nickel composite oxide using nickel. (LiNiO 2 ).

リチウムマンガン複合酸化物は、その原料が安価である上、熱安定性、特に、発火などについての安全性に優れるため、リチウムコバルト複合酸化物の有力な代替材料であるといえるが、理論容量がリチウムコバルト複合酸化物のおよそ半分程度しかないため、年々高まるリチウムイオン二次電池の高容量化の要求に応えるのが難しいという欠点を持っている。また、45℃以上では、自己放電が激しく、充放電寿命も低下するという欠点もあった。   Lithium-manganese composite oxide is an inexpensive alternative to lithium-cobalt composite oxide because its raw materials are inexpensive and it has excellent thermal stability, especially safety for ignition. Since it is only about half of lithium cobalt composite oxide, it has a drawback that it is difficult to meet the demand for higher capacity of lithium ion secondary batteries, which is increasing year by year. Further, at 45 ° C. or higher, there is a drawback that self-discharge is intense and the charge / discharge life is also reduced.

一方、リチウムニッケル複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物とほぼ同じ理論容量を持ち、リチウムコバルト複合酸化物よりもやや低い電池電圧を示す。このため、電解液の酸化による分解が問題になりにくく、より高い容量が期待できることから、開発が盛んに行われている。しかし、ニッケルを他の元素で置換せずに、純粋にニッケルのみで構成したリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いてリチウムイオン二次電池を作製した場合、リチウムコバルト複合酸化物に比べサイクル特性が劣っている。また、高温環境下で使用されたり保存されたりした場合に比較的電池性能を損ないやすいという欠点も有している。   On the other hand, the lithium nickel composite oxide has almost the same theoretical capacity as the lithium cobalt composite oxide, and shows a slightly lower battery voltage than the lithium cobalt composite oxide. For this reason, decomposition | disassembly by oxidation of electrolyte solution does not become a problem, and since the capacity | capacitance can be anticipated, development is performed actively. However, when a lithium-ion secondary battery is made using a lithium-nickel composite oxide composed solely of nickel as a positive electrode active material without replacing nickel with other elements, the cycle is higher than that of lithium-cobalt composite oxide. The characteristics are inferior. In addition, there is a disadvantage that battery performance is relatively easily lost when used or stored in a high temperature environment.

このような欠点を解決するために、例えば、特許文献1では、高温環境下での保存や使用に際して良好な電池性能を維持することのできる正極活物質として、LiwNixCoyz2(0.05≦w≦1.10、0.5≦x≦0.995、0.005≦z≦0.20、x+y+z=1)で表されるリチウムニッケル複合酸化物、すなわち、コバルトとホウ素が添加されたリチウムニッケル複合酸化物が提案されている。 In order to solve such drawbacks, for example, in Patent Document 1, Li w Ni x Co y B z O is used as a positive electrode active material capable of maintaining good battery performance during storage and use in a high temperature environment. 2 (0.05 ≦ w ≦ 1.10, 0.5 ≦ x ≦ 0.995, 0.005 ≦ z ≦ 0.20, x + y + z = 1), that is, cobalt and A lithium nickel composite oxide to which boron is added has been proposed.

また、特許文献2では、リチウムイオン二次電池の自己放電特性やサイクル特性を向上させることを目的として、LixNiaCobc2(0.8≦x≦1.2、0.01≦a≦0.99、0.01≦b≦0.99、0.01≦c≦0.3、0.8≦a+b+c≦1.2、MはAl、V、Mn、Fe、Cu及びZnから選ばれる少なくとも1種の元素)で表されるリチウムニッケル系複合酸化物が提案されている。 Further, in Patent Document 2, Li x Ni a Co b M c O 2 (0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0... Is intended to improve self-discharge characteristics and cycle characteristics of a lithium ion secondary battery. 01 ≦ a ≦ 0.99, 0.01 ≦ b ≦ 0.99, 0.01 ≦ c ≦ 0.3, 0.8 ≦ a + b + c ≦ 1.2, M is Al, V, Mn, Fe, Cu and A lithium nickel composite oxide represented by at least one element selected from Zn has been proposed.

しかしながら、上記した従来の製造方法によって得られたリチウムニッケル複合酸化物では、リチウムコバルト系複合酸化物に比べて充電容量、放電容量ともに高く、サイクル特性も改善されているが、満充電状態で高温環境下に放置しておくと、コバルト系複合酸化物に比べて低い温度から酸素放出を伴うといった問題がある。   However, in the lithium nickel composite oxide obtained by the above-described conventional manufacturing method, both the charge capacity and discharge capacity are higher and the cycle characteristics are improved as compared with the lithium cobalt composite oxide. If left in the environment, there is a problem that oxygen is released from a temperature lower than that of the cobalt-based composite oxide.

このような問題を解決するために、例えば、特許文献3では、リチウムイオン二次電池正極材料の熱的安定性を向上させることを目的として、LiabNicCode(MはAl、Mn、Sn、In、Fe、V、Cu、Mg、Ti、Zn、Moから成る群から選択される少なくとも一種の金属であり、かつ0<a<1.3、0.02≦b≦0.5、0.02≦d/c+d≦0.9、1.8<e<2.2の範囲であって、さらにb+c+d=1である)で表されるリチウム含有複合酸化物等が提案されている。この場合に添加元素Mとして、例えばアルミニウムを選択した場合、ニッケルからアルミニウムへの置換量を多くすれば、正極活物質の分解反応は抑えられ、熱安定性が向上することが確かめられている。しかし、十分な安定性を確保するのに有効なアルミニウムでニッケルを置換すると、充放電反応にともなう酸化還元反応に寄与するニッケルの量が減少するため、電池性能として最も重要である初期容量が大きく低下するという問題点を有していた。これはAlは3価で安定していることからNiも電荷を合わせるため3価で安定化させると酸化還元反応(Redox反応)に寄与しない部分が生ずるために容量低下が起こるものと考えられる。 In order to solve such a problem, for example, in Patent Document 3, Li a M b Ni c Co d O e (M is a value for the purpose of improving the thermal stability of the positive electrode material of the lithium ion secondary battery. It is at least one metal selected from the group consisting of Al, Mn, Sn, In, Fe, V, Cu, Mg, Ti, Zn, Mo, and 0 <a <1.3, 0.02 ≦ b ≦ 0.5, 0.02 ≦ d / c + d ≦ 0.9, 1.8 <e <2.2, and b + c + d = 1)) Has been. In this case, for example, when aluminum is selected as the additive element M, it is confirmed that if the amount of substitution from nickel to aluminum is increased, the decomposition reaction of the positive electrode active material is suppressed and the thermal stability is improved. However, replacing nickel with aluminum, which is effective to ensure sufficient stability, reduces the amount of nickel that contributes to the oxidation-reduction reaction associated with the charge / discharge reaction, so the initial capacity, which is the most important for battery performance, is large. It had the problem of decreasing. Since Al is trivalent and stable, Ni is also matched to charge, and if it is stabilized with trivalent, a portion that does not contribute to the oxidation-reduction reaction (Redox reaction) is generated, so it is considered that the capacity decreases.

また、特許文献4では、一般式LiaNi1-b-c1 b2 c2(ただし、0.95
≦a≦1.05、0.01≦b≦0.10、0.10≦c≦0.20であり、M1はAl、B、Y、Ce、Ti、Sn、V、Nb、W、Moのうち少なくとも一種以上から成る元素、M2はCo、Mn、Feから選ばれる1種以上の元素)で表されるリチウム含有複合酸化物を、まず反応槽を用い、これに塩濃度が調整されたニッケル−コバルト−M2塩水溶液、その水溶液と錯塩を形成する錯化剤およびアルカリ金属水酸化物をそれぞれ連続的に供給しニッケル−コバルト−M2錯塩を生成させ、次いでこの錯塩をアルカリ金属水酸化物により分解してニッケル−コバルト−M2水酸化物を析出させ、上記錯塩の生成及び分解を槽内で循環させながら繰り返し、ニッケル−コバルト−M2水酸化物をオ−バーフローさせて取り出す。これにより得られる該水酸化物とMoO3などの酸化物を混合し湿式粉砕した後に噴霧乾燥を行うことで粒子形状が略球状であるニッケル−コバルト−M1−M2の混合物を原料として用い、これにリチウム塩を混合し、焼成して得ることが記載されている。
In Patent Document 4, the general formula Li a Ni 1-bc M 1 b M 2 c O 2 (however, 0.95
≦ a ≦ 1.05, 0.01 ≦ b ≦ 0.10, 0.10 ≦ c ≦ 0.20, and M 1 is Al, B, Y, Ce, Ti, Sn, V, Nb, W, A lithium-containing composite oxide represented by at least one element of Mo, M 2 is one or more elements selected from Co, Mn, and Fe) is first used to adjust the salt concentration. The nickel-cobalt-M 2 salt aqueous solution, the complexing agent that forms a complex salt with the aqueous solution, and the alkali metal hydroxide are continuously supplied to form a nickel-cobalt-M 2 complex salt. It decomposes with metal hydroxide to precipitate nickel-cobalt-M 2 hydroxide, and repeats the formation and decomposition of the above complex salt while circulating in the tank, overflowing nickel-cobalt-M 2 hydroxide. Let it out. The resulting hydroxide and an oxide such as MoO 3 are mixed, wet pulverized, and then spray-dried to use a mixture of nickel-cobalt-M1-M2 having a substantially spherical particle shape as a raw material. The lithium salt is mixed and fired.

上記方法によれば、活物質の導電性を低下させることにより、電池短絡時の短絡電流が活物質粒子内を貫通することを防止でき、短絡電流のジュール発熱によって活物質自体が熱分解することを回避して、熱安定性が向上することが記載されている。   According to the above method, by reducing the conductivity of the active material, it is possible to prevent the short-circuit current when the battery is short-circuited from passing through the active material particles, and the active material itself is thermally decomposed by the Joule heating of the short-circuit current. It is described that the thermal stability is improved.

最近では携帯電子機器等に用いる小型二次電池に対する高容量化の要求は年々高まる一方であるところ、安全性を確保するために容量を犠牲にすることは、リチウムニッケル複合酸化物の高容量のメリットを失うことになり、前記要求に応えられないことになる。また、リチウムイオン二次電池を大型二次電池に用いようという動きも盛んであり、中でもハイブリッド自動車用、電気自動車用の電源としての期待が大きい。自動車用の電源として用いられる場合、安全性に劣るというリチウムニッケル複合酸化物の問題点の解消は大きな課題である。
特開平8−45509号公報 特開平8−213015号公報 特開平5−242891号公報 特開2000−323143号公報
Recently, the demand for higher capacity for small secondary batteries used in portable electronic devices and the like has been increasing year by year. The advantage is lost and the request cannot be met. In addition, a movement to use a lithium ion secondary battery for a large-sized secondary battery is also prominent. In particular, there is a great expectation as a power source for a hybrid vehicle and an electric vehicle. When used as a power source for automobiles, solving the problem of the lithium nickel composite oxide that is inferior in safety is a big problem.
JP-A-8-45509 Japanese Patent Laid-Open No. 8-213015 Japanese Patent Laid-Open No. 5-242891 JP 2000-323143 A

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、熱安定性が良好で、かつ、高い充放電容量をもつ非水系電解質二次電池を実現できる正極活物質を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a positive electrode active material capable of realizing a nonaqueous electrolyte secondary battery having good thermal stability and high charge / discharge capacity. And

本発明に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液にアルカリ溶液を添加し、温度を50℃〜80℃の範囲、pHを10.0〜12.5の範囲に保ち、ニッケル水酸化物、コバルト水酸化物を共沈させることによりニッケルコバルト複合水酸化物を得る工程1と、工程1で得られた複合水酸化物に水を添加してスラリー化し、モリブデン酸溶液を添加して、撹拌を行い、中和剤を添加してpH8〜10.5に調整し、濾過、水洗を行うことによりモリブデン酸化物が被覆されたニッケルコバルト複合水酸化物を得る工程2と、工程2で得られたモリブデン酸化物が被覆されたニッケルコバルト複合水酸化物を焼成してモリブデンを均一に固溶させる工程3と、工程3で得られたモリブデンが均一に固溶したニッケルコバルトモリブデン複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、該混合物を650℃以上850℃以下の温度で熱処理して、リチウム金属複合酸化物Li1+zNi1-x-yCoxMoy2(但し、0.10≦x≦0.21、0.01≦y≦0.10、−0.05≦z≦0.10)の粉末を得る工程4と、を有することを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, an alkaline solution is added to a mixed aqueous solution of a nickel salt and a cobalt salt, the temperature is in the range of 50 ° C to 80 ° C, and the pH is 10.0 to 10.0. Step 1 to obtain nickel-cobalt composite hydroxide by coprecipitation of nickel hydroxide and cobalt hydroxide while maintaining the range of 12.5, and adding water to the composite hydroxide obtained in Step 1 The slurry is made into a slurry, the molybdic acid solution is added, the mixture is stirred, the neutralizing agent is added to adjust the pH to 8 to 10.5, and the nickel cobalt composite water coated with molybdenum oxide is filtered and washed with water. Step 2 for obtaining an oxide, Step 3 for firing the nickel-cobalt composite hydroxide coated with molybdenum oxide obtained in Step 2 to uniformly dissolve molybdenum, and Molybdenum obtained in Step 3 Average A nickel-cobalt-molybdenum composite oxide and a lithium compound that are solid-dissolved in a mixture are mixed, and the mixture is heat-treated at a temperature of 650 ° C. or higher and 850 ° C. or lower to obtain a lithium metal composite oxide Li 1 + z Ni 1-xy Co x. And Step 4 of obtaining a powder of Mo y O 2 (where 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0.01 ≦ y ≦ 0.10, −0.05 ≦ z ≦ 0.10). Features.

また、ニッケル塩とコバルト塩の前記混合水溶液に錯化剤とアルカリ溶液を同時に添加することが好ましい。   Moreover, it is preferable to add a complexing agent and an alkali solution simultaneously to the mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt.

前記モリブデン酸溶液は、モリブデン酸ナトリウム水溶液、または、モリブデン酸アンモニウム溶液であることが好ましい。   The molybdate solution is preferably a sodium molybdate aqueous solution or an ammonium molybdate solution.

前記リチウム化合物は、炭酸リチウムもしくは水酸化リチウム、またはこれらの水和物であることが好ましい。   The lithium compound is preferably lithium carbonate, lithium hydroxide, or a hydrate thereof.

本発明に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の第一の態様は、前記のいずれかの非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法によって得られたリチウム金属複合酸化物Li1+zNi1-x-yCoxMoy2(但し、0.10≦x≦0.21、0.01≦y≦0.10、−0.05≦z≦0.10)の粉末からなる。 A first aspect of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a lithium metal composite oxide Li 1 obtained by any one of the aforementioned methods for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. + z Ni 1-xy Co x Mo y O 2 (where 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0.01 ≦ y ≦ 0.10, −0.05 ≦ z ≦ 0.10) .

本発明に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の第二の態様は、リチウム金属複合酸化物Li1+zNi1-x-yCoxMoy2(但し、0.10≦x≦0.21、0.01≦y≦0.10、−0.05≦z≦0.10)の粉末からなり、該粉末のいずれの範囲においても、エネルギー分散法により複数回測定した時、MoのL線のピーク強度IMoとNiのL線のピーク強度INiとの強度比IMo/INiの標準偏差が、該強度比IMo/INiの平均値の1/2未満である。 A second embodiment of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a lithium metal composite oxide Li 1 + z Ni 1-xy Co x Mo y O 2 (where 0.10 ≦ x ≦ 0 .21, 0.01 ≦ y ≦ 0.10, −0.05 ≦ z ≦ 0.10), and in any range of the powder, when measured multiple times by the energy dispersion method, the standard deviation of the intensity ratio I Mo / I Ni of the peak intensity I Ni of L line peak intensity I Mo and Ni in L line is less than 1/2 of the average value of said intensity ratio I Mo / I Ni.

非水系電解質二次電池の正極に用いた場合、初期放電容量が170mAh/g以上であり、かつ、発熱速度が11.00J/sec/g以下であることが好ましい。   When used for the positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery, it is preferable that the initial discharge capacity is 170 mAh / g or more and the heat generation rate is 11.00 J / sec / g or less.

本発明に係る非水系電解質二次電池は、前記非水系電解質二次電池用正極活物質を正極に用いたことを特徴とする。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is characterized in that the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is used for a positive electrode.

本発明によれば、熱安定性が良好で、かつ、高い充放電容量を有する非水系電解質二次電池を実現できる、正極活物質を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the positive electrode active material which can implement | achieve the nonaqueous electrolyte secondary battery which has favorable thermal stability and has a high charging / discharging capacity | capacitance can be provided.

本発明に係る正極活物質を非水系電解質二次電池に用いれば、携帯電子機器等の小型二次電池における高容量化の要求に応えることができる。また、本発明に係る正極活物質は、ハイブリッド自動車用、電気自動車用の電源である大型二次電池に用いることができ、かつ、該大型二次電池に求められる安全性も確保することができる。   If the positive electrode active material according to the present invention is used in a non-aqueous electrolyte secondary battery, it is possible to meet the demand for higher capacity in small secondary batteries such as portable electronic devices. Moreover, the positive electrode active material according to the present invention can be used for a large-sized secondary battery that is a power source for hybrid vehicles and electric vehicles, and can also ensure the safety required for the large-sized secondary battery. .

本発明者は、一般式Li1+zNi1-x-yCoxy2(但し、0.10≦x≦0.21、0.01≦y≦0.10、−0.05≦z≦0.10)で表されるリチウム−金属複合酸化物の粉末について鋭意検討したところ、添加元素Mとして、モリブデンが充電状態での熱安定性を向上させるのに最適であることを見出した。 The present inventor has the general formula Li 1 + z Ni 1-xy Co x M y O 2 ( where, 0.10 ≦ x ≦ 0.21,0.01 ≦ y ≦ 0.10, -0.05 ≦ z As a result of intensive studies on the powder of lithium-metal composite oxide represented by ≦ 0.10, it was found that molybdenum is the optimum additive element M for improving thermal stability in a charged state.

また、均一なニッケル−コバルト−モリブデン水酸化物を用いることが良好な正極活物質を作製するために必要であるが、均一なニッケル−コバルト−モリブデン水酸化物を作製するためには、所定の組成のニッケルコバルト複合水酸化物を作製し、その後、モリブデン酸化物をニッケルコバルト複合水酸化物の粒子表面に被覆する方法を用いることができる。例えば、ニッケルコバルト複合水酸化物に水を添加してスラリー化し、その中にモリブデン酸溶液を添加して、攪拌を行い、均一になったことを確認した後、硫酸などの中和剤を添加してpH8〜10.5に調整し、濾過、水洗を行うことで、表面にMo24(このpH領域ではMoは4価となる)で被覆されたニッケルコバルト複合水酸化物が得られる。Moの均一な固溶はこの後の空気気流中での焼成を行うことで達成することができる。モリブデン酸化物を被覆したニッケルコバルト複合水酸化物を焼成して複合酸化物Ni1-x-yCoxMoy2とした後、リチウム化合物と混合して熱処理をすることが、良好な正極活物質を得るために効果的であることも見出した。 Further, it is necessary to use a uniform nickel-cobalt-molybdenum hydroxide in order to produce a good positive electrode active material, but in order to produce a uniform nickel-cobalt-molybdenum hydroxide, A method can be used in which a nickel-cobalt composite hydroxide having a composition is prepared and then molybdenum oxide is coated on the particle surface of the nickel-cobalt composite hydroxide. For example, water is added to a nickel-cobalt composite hydroxide to form a slurry, and then a molybdic acid solution is added therein, stirred, and after confirming that it has become uniform, a neutralizing agent such as sulfuric acid is added. Then, by adjusting the pH to 8 to 10.5, filtering and washing with water, a nickel cobalt composite hydroxide whose surface is coated with Mo 2 O 4 (Mo is tetravalent in this pH region) is obtained. . The uniform solid solution of Mo can be achieved by performing subsequent firing in an air stream. A good positive electrode active material is obtained by firing a nickel-cobalt composite hydroxide coated with molybdenum oxide to form a composite oxide Ni 1-xy Co x Mo y O 2 and then heat-treating it with a lithium compound. It was also found to be effective to obtain

本発明は、以上のような知見に基づき完成されたものである。   The present invention has been completed based on the above findings.

具体的には、次のような工程で正極活物質を作製する。まず、所望の組成割合に配合したニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液に、アンモニアなどの錯化剤とアルカリ溶液を加えて、ニッケルとコバルトの水酸化物を共沈させて、球状でかつ高タップ密度の複合水酸化物を得る。   Specifically, the positive electrode active material is produced by the following process. First of all, a complexing agent such as ammonia and an alkaline solution are added to a mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt blended in a desired composition ratio to coprecipitate nickel and cobalt hydroxides, resulting in a spherical and high tap. A composite hydroxide of density is obtained.

得られたニッケルコバルト複合水酸化物に水を添加してスラリー化し、その中にモリブデン酸溶液を添加して、攪拌を行い、均一になったことを確認した後、硫酸などの中和剤を添加してpH8〜10.5に調整し、濾過、水洗を行うことで、表面にMo2O4で被覆されたニッケルコバルト複合水酸化物が得られる。得られた複合水酸化物を、空気雰囲気で600〜750℃で焼成を行い、複合酸化物Ni1-x-yCoxMoy2を得る。 Water is added to the obtained nickel cobalt composite hydroxide to form a slurry, and then a molybdic acid solution is added therein, and stirring is performed. After confirming that the mixture is uniform, a neutralizer such as sulfuric acid is added. By adding and adjusting to pH 8 to 10.5, and performing filtration and washing with water, a nickel cobalt composite hydroxide whose surface is coated with Mo2O4 is obtained. The obtained composite hydroxide is fired at 600 to 750 ° C. in an air atmosphere to obtain a composite oxide Ni 1-xy Co x Mo y O 2 .

得られた複合酸化物Ni1-x-yCoxMoy2を、リチウム化合物と混合し、該混合物を650℃以上850℃以下の温度で熱処理をして、Li1+zNi1-x-yCoxMoy2の粉末からなる非水系電解質二次電池用正極活物質を得る。得られた非水系電解質二次電池用正極活物質は、熱安定性が良好で、かつ、高い充放電容量を有している。 The obtained composite oxide Ni 1-xy Co x Mo y O 2 was mixed with a lithium compound, and the mixture was heat-treated at a temperature of 650 ° C. or higher and 850 ° C. or lower to obtain Li 1 + z Ni 1-xy Co. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery made of x Mo y O 2 powder is obtained. The obtained positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery has good thermal stability and high charge / discharge capacity.

以下、本発明について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

本発明による二次電池の充放電反応は、正極活物質内のリチウムイオンが可逆的に出入りすることで進行する。充電によってリチウムが引き抜かれた正極活物質は高温において不安定であり、加熱すると活物質が分解して酸素を放出し、この酸素が電解液の燃焼を引き起こし、発熱反応が起こる。   The charge / discharge reaction of the secondary battery according to the present invention proceeds by reversibly entering and exiting lithium ions in the positive electrode active material. The positive electrode active material from which lithium has been extracted by charging is unstable at high temperatures, and when heated, the active material decomposes and releases oxygen, which causes combustion of the electrolyte and an exothermic reaction.

正極材料の熱安定性を改善するということは、リチウムが引き抜かれた正極活物質の分解反応を抑えるということである。従来開示されている正極活物質の分解反応を抑える方法としては、アルミニウムのような酸素との共有結合性の強い元素でニッケルの一部を置換することが一般的に行なわれてきた。確かにニッケルからアルミニウムへの置換量を多くすれば、正極活物質の分解反応は抑えられ、熱安定性が向上するが、充放電反応にともなう酸化還元反応に寄与するニッケルの量が減少することで充放電容量の低下を招くため、アルミニウムへの置換量はある程度以下に留めなければならなかった。その結果、十分な熱安定性を確保した場合には十分な可逆容量を得ることができず、逆にある程度以上の容量を得るためには熱安定性を犠牲にしなければならなかった。   To improve the thermal stability of the positive electrode material means to suppress the decomposition reaction of the positive electrode active material from which lithium has been extracted. As a method for suppressing the decomposition reaction of the positive electrode active material disclosed heretofore, it has been generally performed that a part of nickel is substituted with an element having strong covalent bond with oxygen such as aluminum. Certainly, if the amount of substitution from nickel to aluminum is increased, the decomposition reaction of the positive electrode active material is suppressed and the thermal stability is improved, but the amount of nickel contributing to the redox reaction accompanying the charge / discharge reaction is reduced. In order to reduce the charge / discharge capacity, the amount of substitution with aluminum had to be kept below a certain level. As a result, when sufficient thermal stability is ensured, sufficient reversible capacity cannot be obtained, and conversely, thermal stability must be sacrificed in order to obtain a certain capacity or more.

かかる課題を解決するために、本発明では、一般式Li1+zNi1-x-yCoxy2(但し、0.10≦x≦0.21、0.01≦y≦0.10、−0.05≦z≦0.10)で表されるリチウム金属複合酸化物の粉末において、添加元素Mを、6価で安定するモリブデンで置換した。これにより、3価であったNiの一部が2価となって安定するので、熱安定性の向上のためにニッケルを別元素に置換する量を減少させることができ、電池の初期容量の低下を防止することができる。 In order to solve such a problem, in the present invention, the general formula Li 1 + z Ni 1-xy Co x M y O 2 ( where, 0.10 ≦ x ≦ 0.21,0.01 ≦ y ≦ 0.10 , −0.05 ≦ z ≦ 0.10), the additive element M was replaced with hexavalent and stable molybdenum. As a result, a part of the trivalent Ni is stabilized as a divalent, so that the amount of replacing nickel with another element for improving thermal stability can be reduced, and the initial capacity of the battery can be reduced. A decrease can be prevented.

また、モリブデンは酸化力が強いので、モリブデンでニッケルを置換することにより、電池の熱安定性の向上を図ることができ、特に、充電状態での熱安定性を向上させることができる。   Further, since molybdenum has a strong oxidizing power, replacing nickel with molybdenum can improve the thermal stability of the battery, and in particular, improve the thermal stability in a charged state.

次に、本発明に係るリチウムイオン二次電池の実施形態について、各構成要素ごとにそれぞれ詳しく説明する。本発明に係るリチウムイオン二次電池は、正極、負極、非水電解液等、一般のリチウムイオン二次電池と同様の構成要素から構成される。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、本発明の非水系電解質二次電池は、下記実施形態をはじめとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、本発明の非水系電解質二次電池は、その用途を特に限定するものではない。   Next, embodiments of the lithium ion secondary battery according to the present invention will be described in detail for each component. The lithium ion secondary battery according to the present invention is composed of the same components as those of a general lithium ion secondary battery, such as a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The embodiment described below is merely an example, and the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is implemented in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art, including the following embodiment. can do. Moreover, the use of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited.

(1)正極活物質、正極
本発明に係る非水系電解質二次電池用正極活物質は、一般式Li1+zNi1-x-yCoxMoy2(但し、0.10≦x≦0.21、0.01≦y≦0.10、−0.05≦z≦0.10)で表されるリチウム金属複合酸化物の粉末からなる。
(1) Positive electrode active material, positive electrode The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a general formula Li 1 + z Ni 1-xy Co x Mo y O 2 (where 0.10 ≦ x ≦ 0 .21, 0.01 ≦ y ≦ 0.10, −0.05 ≦ z ≦ 0.10).

本発明に係る製造方法では、ニッケル塩とコバルト塩の複合水溶液と、アンモニアなどの錯化剤とアルカリ溶液を同時に加えて、ニッケルとコバルトの水酸化物を共沈させて、複合水酸化物を得る。得られたニッケルコバルト複合水酸化物に水を添加してスラリー化し、その中にモリブデン酸溶液を添加して、攪拌を行い、均一になったことを確認した後、硫酸などの中和剤を添加してpH調整し、濾過、水洗を行うことで、表面にMo24で被覆されたニッケルコバルト複合水酸化物が得られる。さらに熱処理を行って均一に固溶させることを特徴としており、この方法により、Ni、Co、Moの3元素が均一に分散した複合酸化物を得ることができる。ニッケルおよびコバルトの析出最適pHはアルカリ領域であるが、MoO3の析出は、一般には、pH3から4が最適であり、本来アルカリ領域では困難である。しかし、ニッケルおよびコバルトの水酸化物の存在下ではそれが核となり、アルカリ領域でもMoを表面に析出させることができる。 In the production method according to the present invention, a composite aqueous solution of nickel salt and cobalt salt, a complexing agent such as ammonia and an alkaline solution are simultaneously added to coprecipitate a hydroxide of nickel and cobalt, and a composite hydroxide is formed. obtain. Water is added to the obtained nickel cobalt composite hydroxide to form a slurry, and then a molybdic acid solution is added therein, and stirring is performed. After confirming that the mixture is uniform, a neutralizing agent such as sulfuric acid is added. By adding, adjusting the pH, and performing filtration and washing with water, a nickel cobalt composite hydroxide whose surface is coated with Mo 2 O 4 can be obtained. Further, heat treatment is performed so that the solid solution is uniformly dissolved. By this method, a composite oxide in which three elements of Ni, Co, and Mo are uniformly dispersed can be obtained. The optimum pH for the precipitation of nickel and cobalt is in the alkaline region, but the precipitation of MoO 3 is generally optimum in the range of pH 3 to 4, and is inherently difficult in the alkaline region. However, it becomes a nucleus in the presence of nickel and cobalt hydroxides, and Mo can be deposited on the surface even in the alkaline region.

以下、本発明に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described in more detail.

本発明に係る非水系電解質二次電池用正極活物質は、ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液に、アンモニアなどの錯化剤とアルカリ溶液を加えて、それらを一定速度にて攪拌して、反応槽内にコバルトとニッケルとの原子比が上記一般式の原子比となるように共沈殿させる。そして定常状態になった後に沈殿物を採取し、濾過、水洗してニッケルコバルト複合水酸化物を得る。得られたニッケルコバルト複合水酸化物に水を添加してスラリー化し、その中にモリブデン酸溶液を添加して、攪拌を行い、均一になったことを確認した後、硫酸などの中和剤を添加してpHを8〜10.5に調整し、濾過、水洗を行うことで、表面にMo24で被覆されたニッケルコバルト複合水酸化物が得られる。その後、該ニッケルコバルト複合水酸化物を一度空気雰囲気で600〜750℃間で焼成を行い、ニッケルコバルトモリブデン複合酸化物を生成させる。そして、該ニッケルコバルトモリブデン複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、この混合物を650℃以上850℃以下の温度で熱処理することが必要である。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is prepared by adding a complexing agent such as ammonia and an alkaline solution to a mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt, stirring them at a constant rate, and reacting them. Coprecipitation is performed in the tank so that the atomic ratio of cobalt and nickel is the atomic ratio of the above general formula. Then, after reaching a steady state, the precipitate is collected, filtered and washed with water to obtain a nickel cobalt composite hydroxide. Water is added to the obtained nickel cobalt composite hydroxide to form a slurry, and then a molybdic acid solution is added therein, and stirring is performed. After confirming that the mixture is uniform, a neutralizing agent such as sulfuric acid is added. By adding and adjusting the pH to 8 to 10.5, and performing filtration and washing with water, a nickel cobalt composite hydroxide whose surface is coated with Mo 2 O 4 is obtained. Thereafter, the nickel-cobalt composite hydroxide is once fired at 600 to 750 ° C. in an air atmosphere to form a nickel-cobalt-molybdenum composite oxide. And it is necessary to mix this nickel cobalt molybdenum complex oxide and a lithium compound, and to heat-process this mixture at the temperature of 650 degreeC or more and 850 degrees C or less.

まず、ニッケルコバルト複合水酸化物を作製する方法について説明する。   First, a method for producing a nickel cobalt composite hydroxide will be described.

反応条件は、50℃を超えて80℃以下の温度範囲で、ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液と同時に、アンモニアなどの錯化剤とアルカリ溶液を添加してpH10〜12.5の範囲となるように調整して共沈殿させることが好ましい。   The reaction conditions are in the temperature range from 50 ° C. to 80 ° C., and the pH is in the range of 10 to 12.5 by adding a complexing agent such as ammonia and an alkaline solution simultaneously with the mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt. It is preferable to adjust and co-precipitate.

pH領域は、錯化剤がない場合、pH=10〜11を選択し、かつ、混合水溶液の温度を、60℃を超えて80℃以下の範囲とする。錯化剤がない場合、pHが11を超え、13以下で晶析すると細かい粒子となり、濾過性も悪くなり、球状粒子が得られない。また、pHが10よりも小さいと水酸化物の生成速度が著しく遅くなり、濾液中にNiが残留し、Niの沈殿量が目的組成からずれて、目的の比率の混合水酸化物が得られなくなってしまう。   In the pH region, when there is no complexing agent, pH = 10 to 11 is selected, and the temperature of the mixed aqueous solution is set to a range of more than 60 ° C. and 80 ° C. or less. In the absence of a complexing agent, when the pH exceeds 11 and crystallizes at 13 or less, fine particles are formed, filterability is deteriorated, and spherical particles cannot be obtained. On the other hand, if the pH is less than 10, the rate of hydroxide formation is remarkably slow, Ni remains in the filtrate, and the amount of precipitated Ni deviates from the target composition, resulting in a mixed hydroxide of the target ratio. It will disappear.

そこで、錯化剤がない場合、pH=10〜11とし、かつ、混合水溶液の温度を60℃を超えて保つことによって、Niの沈殿量が目的組成からずれ、共沈にならない現象を、反応温度を上げ、Niの溶解度を上げることで回避している。この時、混合水溶液の温度が80℃を超えると、水の蒸発量が多いためにスラリー濃度が高くなり、Niの溶解度が低下する上、濾液中に硫酸ナトリウム等の結晶が発生し、不純物濃度が上昇する等正極材の充放電容量が低下する問題が出てきて好ましくない。   Therefore, in the absence of a complexing agent, by adjusting the pH to 10 to 11 and keeping the temperature of the mixed aqueous solution above 60 ° C., the phenomenon that the amount of Ni precipitation deviates from the target composition and coprecipitation does not occur. This is avoided by increasing the temperature and increasing the solubility of Ni. At this time, if the temperature of the mixed aqueous solution exceeds 80 ° C., the amount of water evaporation is large, so that the slurry concentration becomes high, the solubility of Ni decreases, crystals such as sodium sulfate are generated in the filtrate, and the impurity concentration A problem that the charge / discharge capacity of the positive electrode material decreases, such as an increase in the positive electrode material, is not preferable.

一方、アンモニアなどの錯化剤を使用する場合、Niの溶解度が上昇するためpH領域はpH10〜12.5まで、温度領域も50℃〜80℃まで広げることができる。さらには球状でタップ密度の高い水酸化物を得ることができる。   On the other hand, when a complexing agent such as ammonia is used, the solubility of Ni increases, so that the pH range can be extended to pH 10 to 12.5 and the temperature range can be expanded to 50 ° C. to 80 ° C. Further, a hydroxide having a spherical shape and a high tap density can be obtained.

ニッケル塩としては、水溶性の塩であれば特に限定されないが、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケルが好ましく、コストおよび不純物の観点から硫酸ニッケルがより好ましい。コバルト塩も同様に、硫酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルトが好ましく、硫酸コバルトがより好ましい。また、モリブデン塩には、モリブデン酸ナトリウム水溶液、モリブデン酸アンモニウム水溶液を使用することが好ましい。前記薬品は水溶性で、工業上の取り扱いが容易であり、今回の発明に適しているからである。   The nickel salt is not particularly limited as long as it is a water-soluble salt, but nickel sulfate, nickel nitrate, and nickel chloride are preferable, and nickel sulfate is more preferable from the viewpoint of cost and impurities. Similarly, the cobalt salt is preferably cobalt sulfate, cobalt nitrate, or cobalt chloride, and more preferably cobalt sulfate. Moreover, it is preferable to use sodium molybdate aqueous solution and ammonium molybdate aqueous solution for the molybdenum salt. This is because the chemicals are water-soluble and easy to handle industrially and are suitable for the present invention.

リチウム化合物としては、炭酸リチウムや水酸化リチウム、あるいは、その水和物等が好ましい。ニッケル化合物としては、酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル等を用いることができる。   As the lithium compound, lithium carbonate, lithium hydroxide, or a hydrate thereof is preferable. As the nickel compound, nickel oxide, nickel carbonate, nickel nitrate, nickel hydroxide, nickel oxyhydroxide, or the like can be used.

添加元素(Ni、Co)に係る化合物としては、酸化物、炭酸化物等を使用できるが、前述したように複合水酸化物や複合酸化物を使用した方がより好ましい。   As the compound related to the additive element (Ni, Co), an oxide, a carbonate, or the like can be used, but it is more preferable to use a composite hydroxide or a composite oxide as described above.

上記したように、ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液に、アンモニアなどの錯化剤を使用し、同時にアルカリ溶液を添加して、pH、温度等を所定の条件にして一定速度にて攪拌し、反応槽内が定常状態になった後に、オーバーフローした沈殿物を採取し、濾過、水洗してニッケルコバルト複合水酸化物粒子を得る。得られたニッケルコバルト複合水酸化物に水を添加してスラリー化し、その中にモリブデン酸溶液を添加して、攪拌を行い、均一になったことを確認した後、硫酸などの中和剤を添加してpHを8〜10.5に調整し、濾過、水洗を行うことで、表面がMo24で被覆されたニッケルコバルト複合水酸化物が得られる。 As described above, a complexing agent such as ammonia is used in a mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt, and at the same time, an alkaline solution is added and stirred at a constant speed under predetermined conditions such as pH and temperature. After the inside of the reaction tank reaches a steady state, the overflowed precipitate is collected, filtered and washed with water to obtain nickel cobalt composite hydroxide particles. Water is added to the obtained nickel cobalt composite hydroxide to form a slurry, and then a molybdic acid solution is added therein, and stirring is performed. After confirming that the mixture is uniform, a neutralizing agent such as sulfuric acid is added. By adding and adjusting the pH to 8 to 10.5, and performing filtration and washing with water, a nickel-cobalt composite hydroxide whose surface is coated with Mo 2 O 4 is obtained.

得られたモリブデン酸化物被覆ニッケルコバルト複合水酸化物を、空気気流中で、600℃〜750℃で焼成を行い、ニッケルコバルトモリブデン複合酸化物を得る。この工程を経ないとMoが表面に偏析したままであり、均一な固溶体を得ることは困難である。例えば、上記モリブデン酸化物被覆ニッケルコバルト複合水酸化物とリチウム化合物を所定量混合し、直接リチウム金属複合酸化物を合成しようとして酸素気流中で焼成しても、合成されたリチウム金属複合酸化物には、LiMoO4やMoO3等の異相が多く存在することとなり、所望の均一な組成のリチウム金属複合酸化物を得ることは困難である。 The obtained molybdenum oxide-coated nickel cobalt composite hydroxide is fired at 600 ° C. to 750 ° C. in an air stream to obtain a nickel cobalt molybdenum composite oxide. Without passing through this step, Mo remains segregated on the surface, and it is difficult to obtain a uniform solid solution. For example, even if a predetermined amount of the molybdenum oxide-coated nickel-cobalt composite hydroxide and a lithium compound are mixed and sintered directly in an oxygen stream to synthesize the lithium metal composite oxide, the synthesized lithium metal composite oxide Since there are many different phases such as LiMoO 4 and MoO 3, it is difficult to obtain a lithium metal composite oxide having a desired uniform composition.

また、焼成温度を600℃〜750℃に限定しているが、600℃を下回ると熱量不足でMoの拡散を行うには時間がかかる。また750℃を超えるとMoの拡散が進みすぎMoの偏析が発生するため好ましくない。焼成雰囲気は酸素雰囲気でも問題ない。   Moreover, although the firing temperature is limited to 600 ° C. to 750 ° C., if it falls below 600 ° C., it takes time to diffuse Mo due to insufficient heat. On the other hand, when the temperature exceeds 750 ° C., the diffusion of Mo proceeds so much that segregation of Mo occurs. There is no problem even if the firing atmosphere is an oxygen atmosphere.

本発明の正極活物質は、リチウム化合物と、上記焼成工程を経て得られたニッケルコバルトモリブデン複合酸化物を、それぞれ所定量混合し、酸素気流中で650℃〜850℃程度の温度で、10〜20時間程度焼成することによって合成することができる。焼成温度が650℃より低温であると、リチウム化合物との反応が十分に進まず、所望の層状構造をもったリチウムニッケル複合酸化物を合成することが難しくなる。また、850℃を超えると、Li層にNiが、Ni層にLiが混入して層状構造が乱れ、3aサイトにおけるリチウム以外の金属イオンのサイト占有率が2%より大きくなってしまい、リチウムのサイトである3aサイトに金属イオンの混入率が高くなり、リチウムイオンの拡散パスが阻害され、その正極を用いた電池は初期容量や出力が低下してしまうことから好ましくない。   The positive electrode active material of the present invention is a mixture of a lithium compound and a nickel cobalt molybdenum composite oxide obtained through the above firing step, each in a predetermined amount, and at a temperature of about 650 ° C. to 850 ° C. in an oxygen stream. It can be synthesized by baking for about 20 hours. When the firing temperature is lower than 650 ° C., the reaction with the lithium compound does not proceed sufficiently, and it becomes difficult to synthesize a lithium nickel composite oxide having a desired layered structure. Further, when the temperature exceeds 850 ° C., Ni is mixed into the Li layer, Li is mixed into the Ni layer, and the layered structure is disturbed, so that the site occupancy of metal ions other than lithium at the 3a site becomes larger than 2%. Since the mixing rate of metal ions at the 3a site, which is the site, is increased, the lithium ion diffusion path is hindered, and a battery using the positive electrode is not preferable because the initial capacity and output are reduced.

なお、得られた正極活物質の粒度分布のd50は3〜15μmであり、タップ密度は0.8〜2.5g/mLであることが、特に好ましい。上記範囲を外れると、正極を作製するときに正極活物質の充填性が低下してしまう。   In addition, it is especially preferable that d50 of the particle size distribution of the obtained positive electrode active material is 3-15 micrometers, and a tap density is 0.8-2.5 g / mL. If it is out of the above range, the filling property of the positive electrode active material is lowered when the positive electrode is produced.

初期放電容量や熱安定性に強く影響を与える組成のばらつきは、本発明の金属複合酸化物からなる正極活物質について、エネルギー分散測定装置(EDAX社製EDX装置FALCON)を用いたエネルギー分散法によって測定する。   The compositional variation that strongly affects the initial discharge capacity and the thermal stability is caused by the energy dispersion method using the energy dispersion measuring device (EDX device FALCON manufactured by EDAX) for the positive electrode active material made of the metal composite oxide of the present invention. taking measurement.

測定方法は、上記複合酸化物を試料台上の導電性両面テープ上に数粒子の厚さで載せ、真空状態にして、SEMで像を確認し、測定目標を定め、測定を行う。   The measurement is carried out by placing the composite oxide on a conductive double-sided tape on a sample stage with a thickness of several particles, making it in a vacuum state, confirming an image with an SEM, setting a measurement target, and performing measurement.

測定条件は、電圧15kV、電流10-9〜10-10Aとし、電子ビーム径は3〜5nm、取り出し角度は20°とする。この測定においては、上記複合酸化物の粒子の一部で厚み数μmの情報を拾うことになる。 The measurement conditions are a voltage of 15 kV, a current of 10 −9 to 10 −10 A, an electron beam diameter of 3 to 5 nm, and an extraction angle of 20 °. In this measurement, information on a thickness of several μm is picked up by a part of the composite oxide particles.

上記測定では、MoのK線のピーク強度をIMo、NiのL線のピーク強度をINiとしたときの強度比IMo/INiを10回測定し、その平均値と標準偏差を算出し、それらの値により組成のばらつきを判断する。該金属複合酸化物のどの範囲を測定した場合であっても、MoのL線のピーク強度IMoとNiのL線のピーク強度INiとの強度比IMo/INiの標準偏差が強度比IMo/INiの平均値の1/2未満であることが好ましい。該範囲にあれば、モリブデンが均一に固溶していることが示され、その結果、初期放電容量が、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)に代替できる程度に高くなり、また、熱安定性も改善される。 In the above measurement, the intensity ratio I Mo / I Ni is measured 10 times when the peak intensity of Mo K line is IMo and the peak intensity of L line of Ni is I Ni, and the average value and standard deviation are calculated. The variation of the composition is judged based on these values. Even when measuring which range of the metal composite oxide, the standard deviation is the intensity of the intensity ratio I Mo / I Ni of the peak intensity I Ni of L line peak intensity I Mo and Ni in L lines of Mo It is preferably less than 1/2 of the average value of the ratio I Mo / I Ni . Within this range, it is shown that molybdenum is uniformly dissolved, and as a result, the initial discharge capacity becomes high enough to be replaced with lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), and the thermal stability. Will be improved.

次に、正極を形成する正極合材およびそれを構成する各材料について説明する。   Next, the positive electrode mixture forming the positive electrode and each material constituting the positive electrode mixture will be described.

前記一般式Li1+zNi1-x-yCoxMoy2(但し、0.10≦x≦0.21、0.01≦y≦0.10、−0.05≦z≦0.10)で表されるリチウム金属複合酸化物を正極活物質として用いた正極は、例えば、次のようにして作製する。 General formula Li 1 + z Ni 1-xy Co x Mo y O 2 (where 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0.01 ≦ y ≦ 0.10, −0.05 ≦ z ≦ 0.10) For example, the positive electrode using the lithium metal composite oxide represented by (2) is produced as follows.

粉末状の正極活物質、導電材、結着剤とを混合し、さらに必要に応じて活性炭、粘度調整等の目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製する。正極合材中のそれぞれの混合比も、リチウム二次電池の性能を決定する重要な要素となる。溶剤を除いた正極合材の固形分の全質量を100質量%とした場合、一般のリチウム二次電池の正極と同様、それぞれ、正極活物質の含有量を60〜95質量%、導電材の含有量を1〜20質量%、結着剤の含有量を1〜20質量%とすることが望ましい。得られた正極合材ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して溶剤を飛散させる。必要に応じ、電極密度を高めるべくロールプレス等により加圧することもある。このようにしてシート状の正極を作製することができる。シート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等し、電池の作製に供することができる。ただし、正極の作製方法は、前記例示のものに限られることなく、他の方法に依ってもよい。   A powdered positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed, and activated carbon and a target solvent such as viscosity adjustment are added as necessary, and these are kneaded to prepare a positive electrode mixture paste. The respective mixing ratios in the positive electrode mixture are also important factors that determine the performance of the lithium secondary battery. When the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100% by mass, the content of the positive electrode active material is 60 to 95% by mass, respectively, as in the case of the positive electrode of a general lithium secondary battery. It is desirable that the content is 1 to 20% by mass and the content of the binder is 1 to 20% by mass. The obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of, for example, aluminum foil, and dried to scatter the solvent. If necessary, pressurization may be performed by a roll press or the like to increase the electrode density. In this way, a sheet-like positive electrode can be produced. The sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size according to the intended battery and used for battery production. However, the manufacturing method of the positive electrode is not limited to the above-described examples, and may depend on other methods.

前記正極の作製にあたって、導電剤としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など)やアセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料などを用いることができる。また、バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンプロピレンジエンゴム、フッ素ゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などを用いることができる。   In producing the positive electrode, as the conductive agent, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), carbon black materials such as acetylene black, ketjen black, and the like can be used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene propylene diene rubber, fluororubber, styrene butadiene, cellulose resin, polyacrylic acid, and the like can be used.

結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。必要に応じ、正極活物質、導電材、活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加する。溶剤としては、具体的にはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には電気二重層容量を増加させるために活性炭を添加することができる。   The binder plays a role of holding the active material particles, and for example, fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and fluororubber, and thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene can be used. If necessary, a positive electrode active material, a conductive material, and activated carbon are dispersed, and a solvent that dissolves the binder is added to the positive electrode mixture. Specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent. Moreover, activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

(2)負極
負極には、金属リチウム、リチウム合金等、また、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを使用する。
(2) Negative electrode For the negative electrode, metallic lithium, lithium alloy, or the like, and a negative electrode mixture made by mixing a binder with a negative electrode active material capable of occluding and desorbing lithium ions and adding an appropriate solvent to form a paste. In addition, it is applied to the surface of a metal foil current collector such as copper, dried, and compressed to increase the electrode density as necessary.

負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等の炭素物質の粉状体を用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を用いることができ、これら活物質および結着剤を分散させる溶剤としてはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。   As the negative electrode active material, for example, natural graphite, artificial graphite, a fired organic compound such as phenol resin, or a powdery carbon material such as coke can be used. In this case, as the negative electrode binder, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride can be used as in the case of the positive electrode, and the active material and the solvent for dispersing the binder include N-methyl-2-pyrrolidone. Organic solvents can be used.

(3)セパレータ
正極と負極との間にはセパレータを挟み込んで配置する。セパレータは、正極と負極とを分離し電解質を保持するものであり、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い膜で、微少な穴を多数有する膜を用いることができる。
(3) Separator A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and retains the electrolyte, and a thin film such as polyethylene or polypropylene and a film having many fine holes can be used.

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

有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート等の環状カーボネート、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート、さらに、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物、エチルメチルスルホン、ブタンスルトン等の硫黄化合物、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチル等のリン化合物等から選ばれる1種を単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。   Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate; chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate; and tetrahydrofuran, 2- One kind selected from ether compounds such as methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butanesultone, phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, etc. are used alone or in admixture of two or more. be able to.

支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO22等、およびそれらの複合塩を用いることができる。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , or a composite salt thereof can be used.

さらに、非水系電解液は、ラジカル補足剤、界面活性剤および難燃剤等を含んでいてもよい。   Furthermore, the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.

(5)電池の形状、構成
以上説明してきた正極、負極、セパレータおよび非水系電解液で構成される本発明に係るリチウム二次電池の形状は、円筒型、積層型等、種々のものとすることができる。
(5) Shape and configuration of battery The shape of the lithium secondary battery according to the present invention composed of the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte described above is various, such as a cylindrical type and a laminated type. be able to.

いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、この電極体に上記非水電解液を含浸させる。正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、並びに負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を集電用リード等を用いて接続する。以上の構成のものを電池ケースに密閉して電池を完成させることができる。   In any case, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and this electrode body is impregnated with the non-aqueous electrolyte. The positive electrode current collector and the positive electrode terminal communicating with the outside, and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal communicating with the outside are connected using a current collecting lead or the like. The battery having the above structure can be sealed in a battery case to complete the battery.

(実施例1)
ニッケル:コバルトのモル比が84:15となるように、硫酸ニッケルと硫酸コバルトの混合溶液及びモリブデン酸ナトリウム水溶液を準備し、はじめに硫酸ニッケルと硫酸コバルトの混合溶液を25%水酸化ナトリウム溶液と錯化剤としてアンモニアを反応槽に同時に添加し、pHを10〜12.5の範囲、反応温度を50℃〜80℃の範囲に一定に保ち、反応槽内が定常状態になった後に、オーバーフローした沈殿物を採取し、濾過、水洗してニッケルコバルト複合水酸化物粒子を作製した。次に得られたニッケルコバルト複合水酸化物を、常温にて水でスラリー化させた後、ニッケル:コバルト:モリブデンのモル比が84:15:1となるように、モリブデン酸ナトリウム水溶液を添加し、均一に攪拌された状態で47%硫酸を用いてpHが8〜10.5になるよう調整した。その後、反応槽内の水酸化物スラリーを全量回収し、濾過、水洗後に乾燥させ、モリブデン酸化物被覆ニッケルコバルト複合水酸化物の乾燥粉末を得た。
Example 1
A mixed solution of nickel sulfate and cobalt sulfate and a sodium molybdate aqueous solution were prepared so that the molar ratio of nickel: cobalt was 84:15. First, the mixed solution of nickel sulfate and cobalt sulfate was complexed with 25% sodium hydroxide solution. Ammonia was simultaneously added to the reaction vessel as an agent, the pH was kept in the range of 10 to 12.5, the reaction temperature was kept constant in the range of 50 ° C to 80 ° C, and overflowed after the reaction vessel was in a steady state. The precipitate was collected, filtered and washed with water to produce nickel cobalt composite hydroxide particles. Next, after the obtained nickel cobalt composite hydroxide was slurried with water at room temperature, an aqueous sodium molybdate solution was added so that the molar ratio of nickel: cobalt: molybdenum was 84: 15: 1. The pH was adjusted to 8 to 10.5 using 47% sulfuric acid while stirring uniformly. Thereafter, the entire amount of the hydroxide slurry in the reaction vessel was recovered, filtered, washed with water and dried to obtain a dry powder of molybdenum oxide-coated nickel-cobalt composite hydroxide.

得られた複合水酸化物30gを5cm×12cm×3cmのマグネシア製の焼成容器に挿入し、密閉式電気炉を用いて、流量3L/minの空気気流中で昇温速度5℃/minで700℃まで昇温して10時間焼成した後、室温まで炉冷した。   30 g of the obtained composite hydroxide was inserted into a 5 cm × 12 cm × 3 cm magnesia firing container, and 700 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min in an air stream with a flow rate of 3 L / min using a closed electric furnace. After heating up to 0 ° C. and firing for 10 hours, the furnace was cooled to room temperature.

得られたニッケルコバルトモリブデン複合酸化物と市販の水酸化リチウム(FMC社製)とを、ニッケル、コバルト、およびモリブデンの合計とリチウムの原子比が1:1.05になるように秤量した後、球状の二次粒子の形骸が維持される程度の強さでシェーカーミキサー装置(WAB社製、TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合した。この混合物20gを5cm×12cm×3cmのマグネシア製の焼成容器に入れ、密閉式電気炉を用いて、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで730℃まで昇温して10時間焼成した後、室温まで炉冷した。   After the obtained nickel-cobalt-molybdenum composite oxide and commercially available lithium hydroxide (manufactured by FMC) were weighed so that the atomic ratio of the sum of nickel, cobalt, and molybdenum to lithium was 1: 1.05, The mixture was sufficiently mixed using a shaker mixer (WAB, TURBULA Type T2C) at such a strength that the shape of spherical secondary particles was maintained. 20 g of this mixture was put into a 5 cm × 12 cm × 3 cm magnesia firing container, and heated to 730 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min in an oxygen stream at a flow rate of 3 L / min using a closed electric furnace. After baking for 10 hours, the furnace was cooled to room temperature.

得られた焼成物をX線回折で分析したところ、図1に示すように六方晶系の層状構造を有する正極活物質(Li1.05Ni0.84Co0.15Mo0.012)であった。マイクロトラックで測定した粒度分布のd50は9.6μm、タップ密度は2.45g/mLであった。また、この金属複合酸化物からなる正極活物質について、エネルギー分散測定装置(EDAX社製、EDX装置FALCON)を用いて、エネルギー分散法によって組成のばらつきを判断した。測定方法は、上記複合酸化物を試料台上の導電性両面テープ上に数粒子の厚さで載せ、真空状態にして、SEMで像を確認し、測定目標を定め、測定を行った。 When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a positive electrode active material (Li 1.05 Ni 0.84 Co 0.15 Mo 0.01 O 2 ) having a hexagonal layered structure as shown in FIG. D50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 9.6 μm, and the tap density was 2.45 g / mL. Moreover, about the positive electrode active material which consists of this metal complex oxide, the dispersion | variation in a composition was judged by the energy dispersion method using the energy dispersion | distribution measuring apparatus (The product made by EDAX, EDX apparatus FALCON). The measurement was carried out by placing the composite oxide on a conductive double-sided tape on a sample stage with a thickness of several particles, applying a vacuum, checking the image with an SEM, setting a measurement target, and measuring.

測定条件は、電圧15kV、電流10-9〜10-10Aとし、電子ビーム径は3〜5nm、取り出し角度は20°とした。この測定においては、上記複合酸化物の粒子の一部で厚み数μmの情報を拾うことになる。上記測定では、MoのK線のピーク強度をIMo、NiのL線のピーク強度をINiとしたときの強度比IMo/INiを10回測定し、その平均値とその標準偏差により、組成のばらつきを判断した。 The measurement conditions were a voltage of 15 kV, a current of 10 −9 to 10 −10 A, an electron beam diameter of 3 to 5 nm, and an extraction angle of 20 °. In this measurement, information on a thickness of several μm is picked up by a part of the composite oxide particles. In the above measurement, the intensity ratio I Mo / I Ni is measured 10 times when the peak intensity of Mo K-line is I Mo and the peak intensity of Ni L-line is I Ni, and the average value and its standard deviation are used. The composition variation was judged.

この金属複合酸化物からなる正極活物質を、エネルギー分散法によって10回測定した結果、該金属複合酸化物のどの範囲を測定した場合であっても、MoのL線のピーク強度IMoとNiのL線のピーク強度INiとの強度比IMo/INiの平均値は0.050であり、その標準偏差は0.010であった。標準偏差は平均値の1/2未満であり、得られた正極活物質の組成は、どの範囲においても組成式Li1.05Ni0.84Co0.15Mo0.012を満たすものであった。 As a result of measuring the positive electrode active material made of this metal composite oxide 10 times by the energy dispersion method, the peak intensity I Mo and Ni of the L line of Mo is measured regardless of the range of the metal composite oxide. The average value of the intensity ratio I Mo / I Ni to the peak intensity I Ni of the L line was 0.050, and its standard deviation was 0.010. The standard deviation was less than ½ of the average value, and the composition of the obtained positive electrode active material satisfied the composition formula Li 1.05 Ni 0.84 Co 0.15 Mo 0.01 O 2 in any range.

得られた正極活物質の初期容量評価は以下のようにして行った。活物質粉末70質量%にアセチレンブラック20質量%およびPTFE10質量%を混合し、ここから150mgを取り出してペレットを作製し正極とした。負極としてリチウム金属を用い、電解液には1MのLiClO4を支持塩とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合溶液(富山薬品工業製)を用いた。露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス中で、図2に示すような2032型のコイン電池を作製した。 The initial capacity evaluation of the obtained positive electrode active material was performed as follows. 70% by mass of the active material powder was mixed with 20% by mass of acetylene black and 10% by mass of PTFE, and 150 mg was taken out from this to produce a pellet to obtain a positive electrode. Lithium metal was used as the negative electrode, and an equivalent mixed solution of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (made by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) using 1M LiClO 4 as a supporting salt was used as the electrolyte. A 2032 type coin battery as shown in FIG. 2 was fabricated in an Ar atmosphere glove box whose dew point was controlled at −80 ° C.

作製した電池は24時間程度放置し、開路電圧OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.5mA/cm2としてカットオフ電圧4.3Vまで充電して初期充電容量とし、1時間の休止後カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。 The prepared battery is left for about 24 hours, and after the open circuit voltage OCV (open circuit voltage) is stabilized, the current density with respect to the positive electrode is set to 0.5 mA / cm 2 and charged to a cutoff voltage of 4.3 V to obtain an initial charge capacity. The capacity when the battery was discharged to a cutoff voltage of 3.0 V after a one hour rest was defined as the initial discharge capacity.

正極の安全性の評価は、上記と同様な方法で作製した2032型のコイン電池をカットオフ電圧4.5VまでCCCV充電(定電流−定電圧充電。まず、充電が、定電流で動作し、それから定電圧で充電を終了するという2つのフェーズの充電過程を用いる充電方法。)した後、短絡しないように注意しながら解体して正極を取り出した。この電極を3.0mg計り取り、電解液を1.3mg加えて、アルミニウム製測定容器に封入し、示差走査熱量計(DSC)PTC−10A(Rigaku社製)を用いて昇温速度10℃/minで室温から400℃まで発熱挙動を測定した。   The safety evaluation of the positive electrode is performed by CCCV charging (constant current-constant voltage charging. First, charging is operated at a constant current) to a cutoff voltage of 4.5V using a 2032 type coin battery manufactured by the same method as described above. Then, the charging method using a charging process of two phases of ending charging at a constant voltage.), And then disassembling with care not to short-circuit, and taking out the positive electrode. 3.0 mg of this electrode was measured, 1.3 mg of the electrolyte was added, sealed in an aluminum measurement container, and a temperature increase rate of 10 ° C./degree using a differential scanning calorimeter (DSC) PTC-10A (manufactured by Rigaku). The heat generation behavior was measured from room temperature to 400 ° C. in min.

得られたリチウムニッケルコバルトモリブデン複合酸化物の元素分析値、電池評価によって得られた初期放電容量、およびDSC測定によって得られた発熱速度を表1に示す。   Table 1 shows the elemental analysis values of the obtained lithium nickel cobalt molybdenum composite oxide, the initial discharge capacity obtained by battery evaluation, and the heat generation rate obtained by DSC measurement.

(実施例2)
実施例1と同様な方法でモリブデン酸化物被覆ニッケルコバルト複合水酸化物を作製し、流量3L/minの空気気流中で昇温速度5℃/minで700℃まで昇温して10時間焼成し、ニッケルコバルトモリブデン複合酸化物を得た。これを実施例1と同様にして、ニッケル、コバルト、およびモリブデンの合計とリチウムの原子比が1:1.05となるように混合し、密閉式電気炉を用いて、流量3L/minの酸素気流中500℃で2時間仮焼した後、昇温速度0.46℃/minで730℃まで昇温し、10時間焼成した後、室温まで炉冷した。
(Example 2)
A molybdenum oxide-coated nickel-cobalt composite hydroxide was prepared in the same manner as in Example 1, heated to 700 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min in an air stream at a flow rate of 3 L / min, and fired for 10 hours. A nickel cobalt molybdenum composite oxide was obtained. This was mixed in the same manner as in Example 1 so that the atomic ratio of the total of nickel, cobalt, and molybdenum to lithium was 1: 1.05, and using a closed electric furnace, oxygen at a flow rate of 3 L / min. After calcining at 500 ° C. for 2 hours in an air stream, the temperature was raised to 730 ° C. at a rate of temperature rise of 0.46 ° C./min, baked for 10 hours, and then cooled to room temperature.

得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有する正極活物質(Li1.05Ni0.84Co0.15Mo0.012)であった。マイクロトラックで測定した粒度分布のd50は10.2μm、タップ密度は2.50g/mLであった。 When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a positive electrode active material (Li 1.05 Ni 0.84 Co 0.15 Mo 0.01 O 2 ) having a hexagonal layered structure. D50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 10.2 μm, and the tap density was 2.50 g / mL.

得られた正極活物質の初期容量の評価および正極の発熱挙動の評価は実施例1と同様に行った。得られた正極活物質の初期放電容量と発熱速度を表1に示す。   Evaluation of the initial capacity of the obtained positive electrode active material and evaluation of the heat generation behavior of the positive electrode were carried out in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the initial discharge capacity and heat generation rate of the positive electrode active material obtained.

(比較例1)
ニッケル:コバルト:モリブデンのモル比が84.5:15:0.5となるようにしたこと以外は、実施例1と同様な方法でモリブデン酸化物被覆ニッケルコバルト複合水酸化物を得た。その後、実施例2と同様な方法で焼成した。
(Comparative Example 1)
A molybdenum oxide-coated nickel-cobalt composite hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of nickel: cobalt: molybdenum was 84.5: 15: 0.5. Then, it baked by the same method as Example 2.

得られた焼成物をX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有する正極活物質(Li1.05Ni0.84Co0.15Mo0.0052)であった。マイクロトラックで測定した粒度分布のd50は9.9μm、タップ密度は2.55g/mLであった。 When the obtained fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a positive electrode active material (Li 1.05 Ni 0.84 Co 0.15 Mo 0.005 O 2 ) having a hexagonal layered structure. D50 of the particle size distribution measured by Microtrac was 9.9 μm, and the tap density was 2.55 g / mL.

得られた正極活物質の初期容量の評価および正極の発熱挙動の評価は実施例1と同様に行った。得られた正極活物質の初期放電容量と発熱速度を表1に示す。   Evaluation of the initial capacity of the obtained positive electrode active material and evaluation of the heat generation behavior of the positive electrode were carried out in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the initial discharge capacity and heat generation rate of the positive electrode active material obtained.

Figure 0004915227
Figure 0004915227

表1に示すように、実施例1、2で得られたリチウムニッケルコバルトモリブデン複合酸化物は、モリブデンが均一に固溶し、初期放電容量が170(mAh/g)を超え、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)に代わる新たな電池材料として使用可能な材料であることがわかる。 As shown in Table 1, in the lithium nickel cobalt molybdenum composite oxide obtained in Examples 1 and 2, molybdenum was uniformly dissolved, the initial discharge capacity exceeded 170 (mAh / g), and the lithium cobalt composite oxidation It can be seen that this is a material that can be used as a new battery material to replace the product (LiCoO 2 ).

また、DSCを用いた安全性の評価で、発熱速度が11.00J/sec/g以下に抑えられていれば、実電池としての安全性で実用上問題ないことを本発明者らは確認しているところ、実施例1、2に示した正極活物質は、11.00J/sec/g以下の小さい発熱量となっており、安全性の高い材料であることがわかる。   Further, in the safety evaluation using DSC, the present inventors confirmed that there is no practical problem in terms of safety as an actual battery if the heat generation rate is suppressed to 11.00 J / sec / g or less. However, the positive electrode active materials shown in Examples 1 and 2 have a small calorific value of 11.00 J / sec / g or less, indicating that the material is highly safe.

一方、比較例1で得られたリチウムニッケルコバルトモリブデン複合酸化物は、モリブデン置換量が少ない例であるが、モリブデンが均一に固溶し、初期放電容量が170(mAh/g)を超えてはいるものの、11.00J/sec/gを超える発熱量となっており、安全性については望ましくない材料となっている。   On the other hand, the lithium nickel cobalt-molybdenum composite oxide obtained in Comparative Example 1 is an example in which the amount of molybdenum substitution is small. However, when molybdenum is uniformly solid-solved and the initial discharge capacity exceeds 170 (mAh / g). However, the calorific value exceeds 11.00 J / sec / g, which is an undesirable material for safety.

安全性に優れていながら高い初期容量を有しているという本発明の非水系電解質二次電池のメリットを活かすためには、常に高容量を要求される小型携帯電子機器の電源としての用途に好適である。   In order to take advantage of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention that has high initial capacity while being excellent in safety, it is suitable for use as a power source for small portable electronic devices that always require high capacity It is.

また、電気自動車用の電源においては、電池の大型化による安全性の確保が課題となっていることに加え、より高度な安全性を確保するための高価な保護回路の装着が必要不可欠であるが、本発明のリチウムイオン二次電池は優れた安全性を有しているため、安全性の確保が容易になるばかりでなく、高価な保護回路を簡略化し、より低コストにでき、電気自動車用電源として好適である。なお、電気自動車用電源とは、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車のみならず、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の燃焼機関と併用する、いわゆるハイブリッド車用の電源も含む。   Moreover, in the power supply for electric vehicles, it is indispensable to install an expensive protection circuit for ensuring higher safety in addition to ensuring safety by increasing the size of the battery. However, since the lithium ion secondary battery of the present invention has excellent safety, not only is it easy to ensure safety, but also an expensive protection circuit can be simplified and the cost can be reduced, and the electric vehicle It is suitable as a power source for use. The electric vehicle power source includes not only an electric vehicle driven purely by electric energy but also a so-called hybrid vehicle power source used in combination with a combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine.

実施例1のX線回折図である。2 is an X-ray diffraction diagram of Example 1. FIG. 電池評価に用いたコイン電池の断面図である。It is sectional drawing of the coin battery used for battery evaluation.

符号の説明Explanation of symbols

1 リチウム金属負極
2 セパレータ(電解液含浸)
3 正極(評価用電極)
4 ガスケット
5 負極缶
6 正極缶
7 集電体
1 Lithium metal negative electrode 2 Separator (electrolyte impregnation)
3 Positive electrode (Evaluation electrode)
4 Gasket 5 Negative electrode can 6 Positive electrode can 7 Current collector

Claims (8)

ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液にアルカリ溶液を添加し、温度を50℃〜80℃の範囲、pHを10.0〜12.5の範囲に保ち、ニッケル水酸化物、コバルト水酸化物を共沈させることによりニッケルコバルト複合水酸化物を得る工程1と、工程1で得られた複合水酸化物に水を添加してスラリー化し、モリブデン酸溶液を添加して、撹拌を行い、中和剤を添加してpH8〜10.5に調整し、濾過、水洗を行うことによりモリブデン酸化物が被覆されたニッケルコバルト複合水酸化物を得る工程2と、工程2で得られたモリブデン酸化物が被覆されたニッケルコバルト複合水酸化物を焼成してモリブデンを均一に固溶させる工程3と、工程3で得られたモリブデンが均一に固溶したニッケルコバルトモリブデン複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、該混合物を650℃以上850℃以下の温度で熱処理して、リチウム金属複合酸化物Li1+zNi1-x-yCoxMoy2(但し、0.10≦x≦0.21、0.01≦y≦0.10、−0.05≦z≦0.10)の粉末を得る工程4と、を有することを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 An alkaline solution is added to a mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt, the temperature is kept in the range of 50 to 80 ° C., the pH is kept in the range of 10.0 to 12.5, and nickel hydroxide and cobalt hydroxide are mixed. Step 1 to obtain nickel-cobalt composite hydroxide by precipitating, water is added to the composite hydroxide obtained in Step 1 to form a slurry, molybdic acid solution is added, and the mixture is stirred, neutralizing agent Is added to adjust the pH to 8 to 10.5, filtered and washed with water to obtain a nickel-cobalt composite hydroxide coated with molybdenum oxide, and the molybdenum oxide obtained in step 2 is coated Step 3 in which the nickel-cobalt composite hydroxide is fired to uniformly dissolve molybdenum, and the nickel-cobalt-molybdenum composite oxide in which molybdenum obtained in Step 3 is uniformly dissolved and lithium The compound is mixed, and the mixture is heat-treated at a temperature of 650 ° C. or higher and 850 ° C. or lower to obtain a lithium metal composite oxide Li 1 + z Ni 1-xy Co x Mo y O 2 (where 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0.01 ≦ y ≦ 0.10, −0.05 ≦ z ≦ 0.10), and a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, Manufacturing method. ニッケル塩とコバルト塩の前記混合水溶液に、アルカリ溶液と同時に、錯化剤を添加することを特徴とする請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a complexing agent is added to the mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt simultaneously with the alkaline solution. 前記モリブデン酸溶液は、モリブデン酸ナトリウム水溶液、または、モリブデン酸アンモニウム溶液であることを特徴とする請求項1または2に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   3. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the molybdic acid solution is an aqueous solution of sodium molybdate or an ammonium molybdate solution. 前記リチウム化合物は、炭酸リチウムもしくは水酸化リチウム、またはこれらの水和物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the lithium compound is lithium carbonate, lithium hydroxide, or a hydrate thereof. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法によって得られたリチウム金属複合酸化物Li1+zNi1-x-yCoxMoy2(但し、0.10≦x≦0.21、0.01≦y≦0.10、−0.05≦z≦0.10)の粉末からなることを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質。 A lithium metal composite oxide Li 1 + z Ni 1-xy Co x Mo y O 2 (obtained by the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4. However, the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that it is made of powder of 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0.01 ≦ y ≦ 0.10, −0.05 ≦ z ≦ 0.10) Active material. 前記粉末のいずれの範囲においても、エネルギー分散法により複数回測定した時、MoのL線のピーク強度IMoとNiのL線のピーク強度INiとの強度比IMo/INiの標準偏差が、該強度比IMo/INiの平均値の1/2未満であることを特徴とする請求項5に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 In any of the range of the powder, when measured several times by an energy dispersion method, the standard deviation of the intensity ratio I Mo / I Ni of the peak intensity I Ni of L line peak intensity I Mo and Ni in L lines of Mo Is less than ½ of the average value of the intensity ratio I Mo / I Ni . The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 5. 非水系電解質二次電池の正極に用いた場合、初期放電容量が170mAh/g以上であり、かつ、発熱速度が11.00J/sec/g以下であることを特徴とする請求項5または6に記載する非水系電解質二次電池用正極活物質。   When used for a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery, the initial discharge capacity is 170 mAh / g or more and the heat generation rate is 11.00 J / sec / g or less. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery to be described. 請求項5〜7のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質を正極に用いたことを特徴とする非水系電解質二次電池。   A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 5 as a positive electrode.
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