JP4916094B2 - リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体とその製造方法並びにそれを用いた正極材料の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体（正極活物質の前駆体）とその製造方法、並びに前記前駆体を用いたリチウムイオン二次電池正極材料（正極活物質）の製造方法に関するものである。

近年、高エネルギ−密度電池として非水系のリチウムイオン二次電池の需要が急増しており、その性能向上に関して様々な観点からの研究が行われている。

このリチウムイオン二次電池は、正極及び負極、並びに両電極間に介在する“電解質を保持したセパレ−タ”の３つの基本要素によって構成されており、正極及び負極には“活物質，導電材，結着材及び必要に応じて可塑剤を分散媒に混合分散させて成るスラリ−”を金属箔や金属メッシュ等の集電体に塗工したものが使用されている。

このうちの正極活物質としてはコバルト系複合酸化物（Li_1-x CoＯ₂ ），ニッケル系複合酸化物（Li_1-x NiＯ₂ ），マンガン系複合酸化物（Li_1-x Mn₂ Ｏ₄ ）といったリチウムと遷移金属との複合酸化物が適用されており、これまでにもこれらを基本とした種々の材料が提案されている。

なお、リチウムイオン二次電池用の正極材料として用いられる上述のようなリチウム複合酸化物は、一般に、リチウムイオン二次電池用正極材料の主体となる元素の化合物（Co，Ni，Mn等の炭酸塩や酸化物など）とリチウム化合物（炭酸リチウム等）を所定の割合で混合し、それを熱処理することにより合成されている。
このようなリチウム複合酸化物の合成方法を紹介したものとして、例えば次の文献を挙げることができる。

特開平１−２９４３６４号公報 特開平１１−３０７０９４号公報 前記特開平１−２９４３６４号公報には、「Ni，Coの塩化物を含む水溶液に二酸化炭素ガス（炭酸ガス）を飽和させ、この溶液に重炭酸ナトリウム水溶液を加えて放置することによりNi，Coの炭酸塩を共沈させ、得られた沈殿物を水洗してからアルゴンガス中にて１４０℃で乾燥した後、これと炭酸リチウムとを混合して空気中で加熱し反応させることから成るリチウム複合酸化物の製造方法」が示されている。

また、前記特開平１１−３０７０９４号公報には、「リチウム以外の各成分元素の硫酸塩水溶液とアンモニアを微量添加した重炭酸アンモニウム塩水溶液とを少しずつ同時もしくは交互に反応槽内へ添加し、混合溶液のｐＨを中性領域に保ちながらほぼ同心円上に均一な複合炭酸塩の結晶成長を行わせた後、得られた複合炭酸塩と水酸化リチウムとを混合して酸素ガス流通雰囲気中で加熱焼成することから成るリチウム複合酸化物の製造方法」が示されている。

しかしながら、本発明者らは、種々のリチウム複合酸化物を正極材料に適用したリチウムイオン二次電池の特性調査を通じて、従前のリチウム複合酸化物には焼結性や組成安定性等の点で十分に満足することができない面があり、これらが電池特性（レ−ト特性等）の劣化につながることを知った。

そこで、本発明者らは先に特願２００３−１９５５号として次に示すリチウムイオン二次電池正極用材料の安定提供手段を提案した。
A）炭酸リチウム懸濁液にニッケル塩化物，マンガン塩化物及びコバルト塩化物の１種以上からなる水溶液を投入して炭酸塩を析出させることからなる、不純物元素であるNa及びＳの含有量が何れも質量割合にて１００ppm 以下の式ＡＣＯ₃ （但し、ＡはNi，Mn及びCoの１種以上）で表されるリチウムイオン二次電池正極材料用炭酸塩の製造方法。
B）炭酸リチウム懸濁液にニッケル塩化物，マンガン塩化物及びコバルト塩化物の１種以上からなる水溶液を投入して炭酸塩を析出させた後、得られた炭酸塩をリチウム源と混合して焼成するか、あるいは得られた炭酸塩を酸化処理して酸化物となしてからリチウム源と混合して焼成することからなる、Na及びＳの含有量が何れも質量割合にて１００ppm 以下のLi−Ａ−Ｏ（但し、ＡはNi，Mn及びCoの１種以上）系リチウムイオン二次電池正極材料の製造方法。

これらの方法によると、焼結性や組成安定性に優れ、十分な電池特性を発揮することが可能なリチウムイオン二次電池正極用材料の安定提供が可能となるが、これらの方法は本発明者らの研究の末に得られた次の知見事項等に基づいて案出されたものである。
a）リチウム二次電池正極用の活物質として用いられるリチウム複合酸化物は微細で均質なものほど良好な電池特性を発揮するが、微細で均質なリチウム複合酸化物を得るためにはリチウム複合酸化物の製造原料も微細で均質なものでなければならない。
b）このように微細で均質なリチウム複合酸化物を得る手段として、例えば前記特開平１−２９４３６４号公報や特開平１１−３０７０９４号公報に示されているような湿式法で微細炭酸塩を生成させこれを原料とする方法が知られているが、この原料中に不純物元素としてNaやＳが含有されていると、これら不純物元素が焼結性や組成安定性に悪影響を及ぼし、電池特性を劣化する原因となる。
例えば、前述した特開平１−２９４３６４号公報に示されている方法では炭酸塩を共沈させるために重炭酸ナトリウムを使用しており、このため得られる炭酸塩にはNa汚染が避けられず、リチウム化（リチウム複合酸化物の生成）時の焼成のときに比表面積が大きくなって焼結性が劣化し操業の安定性が阻害されるばかりか、これをリチウム二次電池正極材料とするとレ−ト特性の悪化を招く。
また、前述した特開平１１−３０７０９４号公報に示されている方法では、複合炭酸塩の結晶成長を行わせるためにアンモニアを用いるため廃液に窒素が入って廃液処理のコストがかかるばかりか、硫酸塩水溶液を使用しているので得られる複合炭酸塩への硫黄の汚染があり、硫黄はリチウムと反応して硫化リチウムを形成するので正極材料の組成安定性を阻害し、やはりリチウム二次電池の特性劣化を招く。
c）しかるに、炭酸リチウム懸濁液にニッケル塩化物，マンガン塩化物，コバルト塩化物の水溶液を投入して炭酸塩を析出させると、Na，Ｓに汚染されていない（何れも質量割合にて１００ppm 以下）微細粒のNi，Mn，Co炭酸塩を得ることができる。そして、このようにして得られた炭酸塩を酸化処理して酸化物となしてからこれを炭酸リチウム等のリチウム源と混合して焼成すると、Na，Ｓの汚染がない（何れも質量割合にて１００ppm 以下）タップ密度の高いリチウム複合酸化物が得られ、これをリチウム二次電池正極用の活物質とした場合には優れた電池特性を安定して示すリチウム二次電池が実現される。

しかし、その後も続けられた本発明者らの検討により、先の提案になる上記「リチウムイオン二次電池正極用材料の提供手段」にも次のような改善すべき点が存在することを認識するに至った。
即ち、炭酸リチウム懸濁液と金属塩化物とを利用した金属炭酸塩の製造方法では、次の反応式に従って反応が進行する。
Li₂ＣＯ₃ ＋ＭCl₂ ＝ＭＣＯ₃ ＋２LiCl （ＭはNi，Mn，Co等の遷移金属）
この反応では、金属炭酸塩が析出すると同時に塩化リチウムが副生するが、この副生する塩化リチウムがリチウムイオン二次電池正極用材料の特性劣化の原因となることが懸念された。
つまり、上述した先の提案になる「リチウムイオン二次電池正極用材料の提供手段」によると、リチウムイオン二次電池正極材料（正極活物質）を得るためには「上記反応によって得られた生成物を固液分離した後、水洗浄により塩化リチウムを除去してから、洗浄後のＭＣＯ₃ を酸化処理して酸化物となし、次いでこれとリチウム源とを混合して焼成する」という多段階の工程を更に経る必要があるが、この固液分離の際、副生した塩化リチウムが“析出した金属炭酸塩（ＭＣＯ₃ ）”に付着する。塩化リチウムは水溶性ではあるが、水洗浄による除去が不十分なままで酸化処理を行った場合には、一部は分解蒸発するものの、かなりの部分が残存することとなる。そして、塩化リチウムは吸湿性があり、正極材料表面に付着した場合には“電極膜のはがれ”や高温保存時の“電池の膨れ”の発生原因となる。また、吸湿された水分はサイクル中に電解液と反応を生じ、サイクル劣化の原因となる。

このようなことから、本発明が目的としたのは、電池特性に影響を与える不純物を極力含まず、組成安定性に優れていて良好な電池特性を発揮するリチウムイオン二次電池正極用材料の簡易な提供手段を確立することである。

本発明者らは、上記目的を達成すべく更に研究を重ねた結果、次の知見を得ることができた。
a）先の提案になる「リチウムイオン二次電池正極用材料の提供手段」のように
Li₂ＣＯ₃ ＋ＭCl₂ ＝ＭＣＯ₃ ＋２LiCl （ＭはNi，Mn，Co等の遷移金属）
なる反応式に従って炭酸リチウム懸濁液と金属塩化物とを利用した金属炭酸塩の製造を行うと、金属炭酸塩が析出すると同時に塩化リチウムが副生するが、この塩化リチウムは析出した金属炭酸塩に付着する。なお、塩化リチウムの多くは固液分離によって取り出された金属炭酸塩粒子の表面に付着している。
リチウムイオン二次電池正極用材料の製造原料（前駆体）とされる金属炭酸塩は、酸化処理する前に純水洗浄により不純物の除去がなされるのが一般的であるが、飽和炭酸リチウム溶液又はエタノ−ルを用いた洗浄を実施しても前記金属炭酸塩からの塩化リチウムを始めとした不純物除去が十分に可能である。

b）一方、前述した「炭酸リチウム懸濁液と金属塩化物とを利用した金属炭酸塩の製造法」を実施する際に炭酸リチウムの懸濁量を調整することによって“Liを含有する複合金属炭酸塩（Liが複合された金属炭酸塩）”を析出させることが可能となることも見出したが、このLiを含有する複合金属炭酸塩を固液分離してから上記「飽和炭酸リチウム溶液又はエタノ−ルを用いた洗浄」を実施することにより、複合金属炭酸塩から電池特性に悪影響を及ぼす塩化リチウムを始めとした不純物の的確な除去がなされると共に、複合金属炭酸塩のLi複合量（Li含有量）を厳密に調整することも可能になる。因みに、Liを含有する複合金属炭酸塩の洗浄をエタノ−ルによって行う場合には、洗浄後に洗浄液から蒸留等によりエタノ−ルを回収して再利用することも容易で、これによって生産コストの低減，生産性の向上を図ることができる。
従って、このようにLi含有量の調整がなされた複合金属炭酸塩をそのまま酸化処理するだけで、「リチウム源を混合して焼成する」という工程を要することなく特性の優れたリチウムイオン二次電池正極材料（正極活物質）を得ることが可能となる。
因みに、Liを含有する複合金属炭酸塩を一般的な純水で洗浄すると、複合化された炭酸リチウムまでもが除去されるために組成のばらつきの要因となり、特性の優れた正極材料（正極活物質）を得ることができない。

c）また、上記リチウムイオン二次電池正極材料（正極活物質）の特性改善のため従来からその有効性が知られているMg，Al，Ti，Cr，Fe，Cu又はZr等のド−プ金属をド−ピングすべく、“炭酸リチウム懸濁液”と“Ni，Mn又はCoの塩化物の１種以上の水溶液”とを反応させる際に、この“Ni，Mn又はCoの塩化物の１種以上の水溶液”と“Mg，Al，Ti，Cr，Fe，Cu又はZrの塩化物の１種以上の水溶液”との混合液を投入して炭酸塩を析出させるようにしても良い。

本発明は、上記知見事項等に基づいて完成されたもので、次の（１）乃至（６）項に示すリチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料（正極活物質製造用の炭酸塩）と当該正極材料用前駆体材料の製造方法、並びにそれを適用したリチウムイオン二次電池正極材料（正極活物質となすリチウム複合酸化物）の製造方法を提供するものである。
（１） 式「ＡＣＯ₃（但し、ＡはＮｉ，Ｍｎ，Ｃｏの１種以上）」で表される炭酸塩とＬｉ₂ＣＯ₃との複合物であって、Ｌｉ以外の全金属の含有量に対するＬｉ含有量のモル比が０．５以上１．３以下であり、かつＮａ及びＳの含有量が共に１００ｐｐｍ以下で、塩素濃度も１００ｐｐｍ以下である、リチウム二次電池正極材料用前駆体材料。
（２） 式「ＡＣＯ₃（但し、ＡはＮｉ，Ｍｎ，Ｃｏの１種以上）」で表される炭酸塩と、式「ＤＣＯ₃（但し、ＤはＭｇ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒの１種以上）」で表される炭酸塩あるいは式「Ｄ（ＯＨ）」で表される水酸化物の何れか又は双方と、Ｌｉ₂ＣＯ₃との複合物であって、Ｌｉ以外の全金属の含有量に対するＬｉ含有量のモル比が０．５以上１．３以下であり、かつＮａ及びＳの含有量が共に１００ｐｐｍ以下で、塩素濃度も１００ｐｐｍ以下である、リチウム二次電池正極材料用前駆体材料。
（３） 炭酸リチウム懸濁液に、Ｎｉ，Ｍｎ又はＣｏの塩化物の１種以上の水溶液、あるいはこの水溶液とＭｇ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｕ又はＺｒの塩化物の１種以上の水溶液との混合液を投入して炭酸塩を析出させる際、炭酸リチウムの懸濁量（ｗ）を下記の式に従って決定することによりＬｉを含有する炭酸塩を析出させ、かつ、得られた炭酸塩を飽和炭酸リチウム溶液又はエタノ−ルで洗浄することを特徴とする、リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料の製造方法。
ｗ（モル）＝Ｌｉ以外の全金属成分量（モル）×（１＋０．５ｘ）
〔但し、Ｘ＝電池正極材料に必要なＬｉ量／Ｌｉ以外の全金属成分量〕
（４） 炭酸リチウム懸濁液に、Ｎｉ，Ｍｎ又はＣｏの塩化物の１種以上の水溶液、あるいはこの水溶液とＭｇ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｕ又はＺｒの塩化物の１種以上の水溶液との混合液を投入して炭酸塩を析出させる際、炭酸リチウムの懸濁量（ｗ）を下記の式に従って決定することによりＬｉを含有する炭酸塩を析出させ、かつ得られた炭酸塩をエタノ−ルで洗浄した後、洗浄液からエタノ−ルを回収し再利用することを特徴とする、リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料の製造方法。
ｗ（モル）＝Ｌｉ以外の全金属成分量（モル）×（１＋０．５ｘ）
〔但し、Ｘ＝電池正極材料に必要なＬｉ量／Ｌｉ以外の全金属成分量〕
（５） 上記（３）項又は（４）項に記載の方法により作製したリチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料に酸化処理を施すことを特徴とする、リチウムイオン二次電池正極材料の製造方法。
（６） 大気中で８００〜１１００℃に１〜１０時間保持する条件にて酸化処理を行う、上記（５）項に記載のリチウムイオン二次電池正極材料の製造方法。

本発明によれば、“炭酸リチウム懸濁液”と“Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ塩化物の水溶液”又は“これとＭｇ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ塩化物の水溶液の混合液”とから金属炭酸塩を製造する湿式工程において、炭酸リチウムの懸濁量を調整すると共に、析出した金属炭酸塩を飽和炭酸リチウム溶液で洗浄することにより、Ｌｉ含有量が高度に制御された“Ｌｉを含有する炭酸塩（リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料）”、即ち「式ＡＣＯ₃（但し、ＡはＮｉ，Ｍｎ，Ｃｏの１種以上）で表される炭酸塩とＬｉ₂ＣＯ₃との複合物であって、Ｌｉ以外の全金属（以降、“Ｌｉ以外の全金属”を単に“全金属”と略記する）の含有量に対するＬｉ含有量のモル比が０．５以上１．３以下である、リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料」や「式ＡＣＯ₃（但し、ＡはＮｉ，Ｍｎ，Ｃｏの１種以上）で表される炭酸塩と、式ＤＣＯ₃（但し、ＤはＭｇ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒの１種以上）で表される炭酸塩あるいは式Ｄ（ＯＨ）で表される水酸化物の何れか又は双方と、Ｌｉ₂ＣＯ₃との複合物であって、全金属の含有量に対するＬｉ含有量のモル比が０．５以上１．３以下である、リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料」を安定的に製造することができる。従って、この“Ｌｉを含有する炭酸塩（リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料）”を高温で酸化処理すれば、前駆体材料である炭酸塩の析出工程の後にＬｉ比を調整しながらリチウム源（リチウム化合物）を混合して焼成するという煩雑な工程を省略してもリチウムイオン二次電池正極材料（正極活物質）を得ることができ、リチウムイオン二次電池正極材料の製造コスト低減に大きく寄与する。
また、飽和炭酸リチウム溶液又はエタノ−ルでの洗浄によって炭酸塩から電池特性に悪影響を与える不純物が十分に除去されるので、組成のばらつきや粒子形状の変化を起こすことなく優れた電池特性を発揮するリチウムイオン二次電池正極材料を実現することができる。
更に、洗浄液から蒸留等によりエタノ−ルを回収し再利用することで、生産性を向上することができる。

さて、本発明法に従ってリチウムイオン二次電池正極材料用の炭酸塩（前駆体材料）を製造するにあたっては、まず、炭酸リチウム懸濁液を作製する。
作製する懸濁液の炭酸リチウム懸濁量（ｗ）は、式
ｗ（モル）＝全金属成分量（モル）×（１＋ 0.5ｘ）
〔但し、ｘ＝電池正極材料に必要なLi量／全金属成分量〕
に従って調整される。これにより、製品のLi含有量制御を的確に行うことができる。

続いて、調整された上記炭酸リチウム懸濁液に所望組成のNi，Mn，Co塩化物水溶液を投入もしくは滴下する。この際、少量のAl，Si，Mg，Ca，Ti又はCrといった異種元素（電池特性改善元素として知られていたド−プ元素）の塩化物水溶液を加えても良い。
投入する塩化物水溶液の組成は“製造する炭酸塩の組成”に応じてNi塩化物，Mn塩化物，Co塩化物の配合割合を加減して調整すれば良く、得ようとする炭酸塩によってはNi塩化物，Mn塩化物，Co塩化物の単独の水溶液であっても構わない。
ここで、塩化物水溶液の濃度はNi，Mn，Co塩化物のト−タル濃度で 1.0〜 5.0モル／l とするのが適当である。好ましくは 1.5〜 3.0モル／l である。

塩化物水溶液の投入速度は、ト−タル添加量が１０分〜１２時間で添加されるように調整するのが良い。
液温は何れも室温で良いが、加熱してもかまわない。また、塩化物水溶液の投入時は炭酸リチウム懸濁液を５０〜４００rpm の攪拌速度で攪拌するのが望ましい。攪拌速度は使用する槽に合わせて決定する。
投入速度，攪拌速度により所望の粒径の炭酸塩が得られる。
そして、上記処理によれば、平均粒径が５〜２０μｍであって、Na，Ｓの含有量が共に１００ppm 以下である微細粒のLi含有複合金属炭酸塩を析出させることができる。

このようにして得られたLi含有複合金属炭酸塩は、固液分離によって溶液中から分離され、次いで飽和炭酸リチウム溶液又はエタノ−ルで洗浄される。
固液分離は、遠心分離，減圧ろ過，フィルタープレス等といった一般的な手法で行えば良い。
また飽和炭酸リチウム溶液又はエタノ−ルでの洗浄も、デカンテーション洗浄，リパルプ洗浄等といった一般的な洗浄方法で実施すれば良い。飽和炭酸リチウム溶液は温度により溶解度が変化するため、炭酸リチウムを過剰に添加した作業環境下で洗浄を実施するのが望ましい。因み、に炭酸リチウムの水に対する溶解度は化学便覧によれば、１０℃で1.41wt％、２０℃で1.31wt％、３０℃で1.24wt％である。
飽和炭酸リチウム溶液又はエタノ−ルで洗浄を行う際、その洗浄温度や洗浄時間を調整することで先の反応で析出したLi含有複合金属炭酸塩のLi含有量をより厳密に調整することができる上、電池特性等に悪影響を及ぼす塩化リチウム等の不純物の除去も十分になされる。

上記手法によって、「式ＡＣＯ₃ （但し、ＡはNi，Mn，Coの１種以上）で表される炭酸塩と Li₂ＣＯ₃ との複合物であって、全金属の含有量に対するLi含有量のモル比が 0.5以上 1.3以下である、リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料」や「式ＡＣＯ₃ （ＡはNi，Mn，Coの１種以上）で表される炭酸塩と、式ＤＣＯ₃ （ＤはMg，Al，Ti，Cr，Fe，Cu，Zrの１種以上）で表される炭酸塩あるいは式Ｄ（ＯＨ）で表される水酸化物の何れか又は双方と、 Li₂ＣＯ₃ との複合物であって、全金属の含有量に対するLi含有量のモル比が 0.5以上 1.3以下である、リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料」を安定して製造することができる。
これら前駆体材料において、全金属の含有量に対するLi含有量のモル比を 0.5以上 1.3以下と規定したのは次の理由による。即ち、前記モル比が 0.5未満では高温で酸化した際に酸素の脱離が連続的に起こって組成のばらつきの原因となる。これに対して、モル比で 0.5を越えるLiを含有する場合には高温で酸化した場合でも生成物が層状構造をとるので金属価数の低減を抑制することができる。更に前記モル比が 1.0以上であれば十分なLi含有量を有したリチウムイオン二次電池正極材料の安定製造が一層容易になるが、そのモル比が 1.3を越えると逆に電池特性の劣化を招くようになる。
なお、全金属の含有量に対するLi含有量のモル比のより望ましい範囲は 0.7〜 1.2である。

飽和炭酸リチウム溶液あるいはエタノ−ルによる洗浄を行って得たLi含有複合金属炭酸塩（リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料）は、これに酸化処理を施すだけで、リチウム源（リチウム化合物）を混合して焼成するという煩雑な工程を必要とすることなくリチウムイオン二次電池正極材料（正極活物質）とすることができる。

なお、酸化処理はLi含有複合金属炭酸塩を乾燥してから実施しても良いし、乾燥することなく実施しても良い。
酸化条件は、大気中で８００〜１１００℃に加熱することにより行うことが好ましい。この場合、処理温度が８００℃未満では、粒子の結合力が低くてせん断応力がかかる電極膜スラリーを作製する際に粒子が崩壊する懸念が生じる。一方、処理温度が１１００℃を越えると酸素の脱離が大きく、電池特性に悪影響を及ぼしてしまう。また、上記処理温度での保持時間は１〜１０時間とするのが好ましい。
酸化処理は、通常の静置炉の他、連続炉やその他の炉でも実施が可能である。
次いで、本発明を実施例によって説明する。

まず、炭酸リチウム1552ｇを純水 3.2リットルに懸濁させた。そして、これに 4.8リットルの金属塩溶液を投入した。
ここで、金属塩溶液は塩化ニッケル，塩化コバルト，塩化マンガンの各水和物をNi：Mn：Co＝１：１：１になるように調整し、全金属モル数が14モルとなるように調整した。
なお、炭酸リチウムの懸濁量は、製品（リチウムイオン二次電池正極材料、即ち正極活物質）をLi_x ＭＯ₂ （Ｍは金属）とした場合にｘ＝1.0 となる量であって、次式で算出されたものである。
ｗ（ｇ）＝73.9×14×（１＋ 0.5×1.0 ）＝1552

この処理により溶液中に微粒のLi含有炭酸塩が析出したが、この析出物を濾過・分離してから、更に濃度13.8 g／l の飽和炭酸リチウム溶液で洗浄した。
洗浄はフィルタープレスを使用し、ろ過液の塩素濃度が飽和炭酸リチウム溶液と同レベルとなるまで実施した。この洗浄には飽和炭酸リチウム溶液２０リットルを要した。
上記の手法で前記析出物を洗浄後、乾燥して2160ｇのLi含有炭酸塩（リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料）を得た。そして、乾燥品は組成分析を行い、Liと全金属とのモル比を調べた。
この調査結果を表１に示す。

一方、「比較例１」として、析出した前記Li含有炭酸塩を飽和炭酸リチウム溶液で洗浄することなく乾燥し、Liと全金属とのモル比を調べた。
また、「比較例２」として、析出した前記Li含有炭酸塩を純水（20リットル）で洗浄してから乾燥し、Liと全金属とのモル比を調べた。
これらの調査結果も表１に併せて示した。

表１に示される調査結果からは、飽和炭酸リチウム溶液で洗浄することにより（実施例１により）、ほぼ量論比で炭酸塩のLi含有量を調整できることが分かる。なお、詳細に調査したところ、「実施例１」が得られたLi含有炭酸塩は平均粒径が10.0μｍで、Ni：Mn：Coが１：１：１の組成の複合炭酸塩と Li₂ＣＯ₃ との複合物であることが確認された。
これに対して、飽和炭酸リチウム溶液で洗浄しない場合は（比較例１の場合は）炭酸塩のLi比は 1.3となっており、詳細に調査したところ不純物の塩化リチウムが残存することに起因して炭酸塩のLi比が大きくなったことが分かる。
また、純水で洗浄した場合は、析出した炭酸塩に含有されていた炭酸リチウムが溶解することに起因してLi比が小さくなっており、更に詳細に調査したところ、組成のばらつきが大きくLi含有量の調整が困難であることが分かった。

次に、上記の３種類の乾燥した炭酸塩を、大気中において１０５０℃で１０時間加熱保持する条件にて酸化処理した。
この結果、処理材の１つである「比較例２」の純水で洗浄した炭酸塩は、酸化により粒子形態が崩れ、微粉化したことをＳＥＭで確認した。

次いで、酸化処理して得た「実施例１」に係る材料と「比較例１」に係る材料とをリチウムイオン二次電池の正極材料（正極活物質）となして電極膜を作製し、膜のはがれの有無を調査した。
なお、電極膜は、活物質85％、バインダー８％、導電材７％の比率でＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を溶媒に混練してAl箔上に塗布し、乾燥後にプレスして作製した。
また、これらを用いて対極をLiとした評価用の２０３２型コインセルを作製し、電解液として１Ｍ−LiＰＦ₆ をＥＣ−ＤＭＣ（１：１）に溶解したものを使用し、電池特性｛初期容量と２５℃でのサイクル特性（２０サイクル後の容量保持率）｝を評価した。
この評価結果を表２に示す。
なお、「比較例２」の純水洗浄品は微粉化により塗布ができなかったのでこの試験を実施しなかった。

表２に示される評価結果から次のことが分かる。
即ち、析出した炭酸塩を飽和炭酸リチウム溶液で洗浄することなく酸化処理した「比較例１」に係る材料を用いたものでは、不純物として存在した塩化リチウムが酸化処理時の高温により或る程度は分解・蒸発した形跡は認められるものの部位によるばらつきが大きく、そのためこれを用いて作製した正極は電極膜の一部にはがれが見られ、初期容量，サイクル特性とも不良であった。
これに対し、析出した炭酸塩を炭酸リチウム飽和溶液で洗浄してから酸化処理した「実施例１」に係る材料を用いたものは、不純物が完全に除去できており、かつ電池特性も良好であった。
なお、この「実施例１」に係る材料を用いたものは、前駆体である炭酸塩を作製後に混合工程でLi化合物を添加してLi比を調整する必要がなく、少ない工程で正極材料を作製することができた。

まず、炭酸リチウム1552ｇを純水 3.2リットルに懸濁させた。そして、これに 4.7リットルの金属塩混合溶液を投入した。
ここで、金属塩混合溶液は、塩化ニッケル，塩化コバルト，塩化マンガンの各水和物をNi：Mn：Co＝１：１：１になるように調整したものの 4.3リットルと、塩化マグネシウムの水和物 0.4リットルとの混合溶液であり、全金属モル数が14モルとなるように調整したものである。
なお、炭酸リチウムの懸濁量は、製品（リチウムイオン二次電池正極材料、即ち正極活物質）をLi_x ＭＯ₂ （Ｍは金属）とした場合にｘ＝1.0 となる量であって、次式で算出されたものである。
ｗ（ｇ）＝73.9×14×（１＋ 0.5×1.0 ）＝1552

この処理により溶液中に微粒のLi含有炭酸塩が析出したが、この析出物を濾過・分離してから、更に濃度13.8 g／l の飽和炭酸リチウム溶液で洗浄した。
洗浄はフィルタープレスを使用し、ろ過液の塩素濃度が飽和炭酸リチウム溶液と同レベルとなるまで実施した。この洗浄には飽和炭酸リチウム溶液２０リットルを要した。
上記の手法で前記析出物を洗浄後、乾燥して2160ｇのLi含有炭酸塩（リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料）を得た。そして、乾燥品は組成分析を行い、Liと全金属とのモル比を調べたところ、Li比（Li／全金属）は 1.0であった。

この結果から、飽和炭酸リチウム溶液で洗浄することにより、ほぼ量論比で炭酸塩のLi含有量を調整できることが分かる。
なお、詳細に調査したところ、得られたLi含有炭酸塩は平均粒径が10.0μｍで、Ni：Mn：Co：Mgが３：３：３：１の組成の複合炭酸塩と Li₂ＣＯ₃ との複合物であることが確認された。

次に、乾燥した上記の炭酸塩を大気中において１０５０℃で１０時間加熱保持する条件にて酸化処理した。
次いで、酸化処理して得た材料をリチウムイオン二次電池の正極材料（正極活物質）となして電極膜を作製し、膜のはがれの有無を調査した。
電極膜は、活物質85％、バインダー８％、導電材７％の比率でＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を溶媒に混練してAl箔上に塗布し、乾燥後にプレスして作製した。
また、これらを用いて対極をLiとした評価用の２０３２型コインセルを作製し、電解液として１Ｍ−LiＰＦ₆ をＥＣ−ＤＭＣ（１：１）に溶解したものを使用し、電池特性｛初期容量と２５℃でのサイクル特性（２０サイクル後の容量保持率）｝を評価した。
この評価結果を表３に示す。

表３に示される評価結果からも、析出した炭酸塩を炭酸リチウム飽和溶液で洗浄してから酸化処理した材料をリチウムイオン二次電池の正極材料（正極活物質）として用いたものは、正極材料の不純物が完全に除去できており、かつ電池特性も良好となることを確認できる。

まず、炭酸リチウム1552ｇを純水 3.2リットルに懸濁させた。そして、これに 4.8リットルの金属塩溶液を投入した。
ここで、金属塩溶液は塩化ニッケル，塩化コバルト，塩化マンガンの各水和物をNi：Mn：Co＝１：１：１になるように調整し、全金属モル数が14モルとなるように調整した。
なお、炭酸リチウムの懸濁量は、製品（リチウムイオン二次電池正極材料、即ち正極活物質）をLi_x ＭＯ₂ （Ｍは金属）とした場合にｘ＝1.0 となる量であって、次式で算出されたものである。
ｗ（ｇ）＝73.9×14×（１＋ 0.5×1.0 ）＝1552

この処理により溶液中に微粒のLi含有炭酸塩が析出したが、この析出物を更にエタノ−ルで洗浄した。
洗浄は、作製した炭酸塩を溶液から遠心分離した後、リバルブ洗浄と減圧ろ過の組み合わせで行い、乾燥ケ−キの塩素濃度が１００ppm 以下となるまで実施した。なお、乾燥ケ−キの塩素濃度は、ケ−キ５ｇを純水５０ccに懸濁させてからそのろ液の塩素濃度を調べる手法で測定した。
上記の手法で前記析出物を洗浄後、乾燥して2160ｇのLi含有炭酸塩（リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料）を得た。そして、乾燥品の組成分析を行ってLiと全金属とのモル比を調べたところ、Li比（Li／全金属）は 1.0であり、実施例１で実施した飽和炭酸リチウム液による洗浄の場合と同じ結果となった。

なお、洗浄に要したろ過液は全量を回収し、蒸留を行って蒸発成分を凝縮・捕捉した。そして、ガスクロマトグラフにより凝縮・捕捉された濃縮物はエタノ−ルであることを確認した。また、残渣は白色粉末で潮解性があり、塩化リチウムであることを確認した。
このことによって、“不純物である塩化リチウム”と“洗浄液として使用したエタノ−ル”とを分離でき、エタノ−ルを回収・再生することで洗浄を閉鎖系で行うことができると判断された。

次に、上記の乾燥した炭酸塩を、大気中において１０５０℃で１０時間加熱保持する条件にて酸化処理した。
次いで、酸化処理して得た材料をリチウムイオン二次電池の正極材料（正極活物質）となして電極膜を作製し、膜のはがれの有無を調査した。
なお、電極膜は、活物質８５％、バインダー８％、導電材７％の比率でＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を溶媒に混練してAl箔上に塗布し、乾燥後にプレスして作製した。
また、対極をLiとした評価用の２０３２型コインセルを作製し、電解液として１Ｍ−LiＰＦ₆ をＥＣ−ＤＭＣ（１：１）に溶解したものを使用し、電池特性｛初期容量と２５℃でのサイクル特性（２０サイクル後の容量保持率）｝を評価した。
この結果、作製した電極膜ははがれが認められず、またコインセルの初期容量は１５８ｍＡｈ/g、２５℃サイクル特性は９３％で、実施例１の場合とほぼ同様であった。

なお、前記「実施例」では何れもNi，Mn及びCoを共に含むLi複合炭酸塩や、Ni，Mn，Co及びMgを含むLi複合炭酸塩の前駆体に係る例のみ示したが、Ni，MnあるいはCoを単独で含むLi複合炭酸塩を前駆体とした場合や、Ni，Mn，Coのうちの２種を含むLi複合炭酸塩を前駆体とした場合、更にはこれらにMg，Al，Ti，Cr，Fe，Cu，Zrの１種又は２種以上を含有させたLi複合炭酸塩を前駆体とした場合も同様に優れた結果が得られることは確認済である。

Claims (4)

1. 炭酸リチウム懸濁液に、Ｎｉ，Ｍｎ又はＣｏの塩化物の１種以上の水溶液、あるいはこの水溶液とＭｇ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｕ又はＺｒの塩化物の１種以上の水溶液との混合液を投入して炭酸塩を析出させる際、炭酸リチウムの懸濁量（ｗ）を下記の式に従って決定することによりＬｉを含有する炭酸塩を析出させ、かつ得られた炭酸塩を飽和炭酸リチウム溶液又はエタノ−ルで洗浄することを特徴とする、リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料の製造方法。
   ｗ（モル）＝Ｌｉ以外の全金属成分量（モル）×（１＋０．５ｘ）
   〔但し、ｘ＝電池正極材料に必要なＬｉ量／Ｌｉ以外の全金属成分量〕
2. 炭酸リチウム懸濁液に、Ｎｉ，Ｍｎ又はＣｏの塩化物の１種以上の水溶液、あるいはこの水溶液とＭｇ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｕ又はＺｒの塩化物の１種以上の水溶液との混合液を投入して炭酸塩を析出させる際、炭酸リチウムの懸濁量（ｗ）を下記の式に従って決定することによりＬｉを含有する炭酸塩を析出させ、かつ得られた炭酸塩をエタノ−ルで洗浄した後、洗浄液からエタノ−ルを回収し再利用することを特徴とする、リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料の製造方法。
   ｗ（モル）＝Ｌｉ以外の全金属成分量（モル）×（１＋０．５ｘ）
   〔但し、ｘ＝電池正極材料に必要なＬｉ量／Ｌｉ以外の全金属成分量〕
3. 請求項１又は請求項２に記載の方法により作製したリチウムイオン二次電池正極材料用前駆体材料に酸化処理を施すことを特徴とする、リチウムイオン二次電池正極材料の製造方法。
4. 大気中で８００〜１１００℃に１〜１０時間保持する条件にて酸化処理を行う、請求項３に記載のリチウムイオン二次電池正極材料の製造方法。