JP4927369B2 - Method for producing lithium-containing composite oxide for positive electrode of lithium secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、体積容量密度が大きく、安全性が高く、充放電サイクル耐久性及び低温特性に優れた、リチウム二次電池正極用のリチウム含有複合酸化物の製造方法、製造されたリチウム含有複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池に関する。   The present invention provides a method for producing a lithium-containing composite oxide for a lithium secondary battery positive electrode having a large volumetric capacity density, high safety, excellent charge / discharge cycle durability and low temperature characteristics, and a lithium-containing composite oxide produced. The present invention relates to a positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery.

近年、機器のポータブル化、コードレス化が進むにつれ、小型、軽量でかつ高エネルギー密度を有するリチウム二次電池などの非水電解液二次電池に対する要求がますます高まっている。かかる非水電解液二次電池用の正極活物質としては、LiCoO、LiNiO、LiNi0.8Co0.2、LiMn、LiMnOなどのリチウムと遷移金属の複合酸化物(リチウム含有複合酸化物)が知られている。 In recent years, as devices become more portable and cordless, demands for non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium secondary batteries that are small, lightweight, and have high energy density are increasing. As a positive electrode active material for such a non-aqueous electrolyte secondary battery, lithium and transition metal composite oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 (Lithium-containing composite oxide) is known.

リチウム含有複合酸化物の中でも、LiCoOを正極活物質として用い、リチウム合金、グラファイト、カーボンファイバーなどのカーボンを負極として用いたリチウム二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高エネルギー密度を有する電池として広く使用されている。 Among lithium-containing composite oxides, a lithium secondary battery using LiCoO 2 as a positive electrode active material and carbon such as lithium alloy, graphite, or carbon fiber as a negative electrode can obtain a high voltage of 4 V, and thus has high energy. It is widely used as a battery having a density.

しかしながら、LiCoOを正極活物質として用いた非水系二次電池の場合、正極電極層の単位体積当たりの容量密度及び安全性の更なる向上が望まれるとともに、充放電サイクルを繰り返し行うことにより、その電池放電容量が徐々に減少するというサイクル特性の劣化、重量容量密度が低い問題、あるいは低温での放電容量低下が大きいという問題などがあった。 However, in the case of a non-aqueous secondary battery using LiCoO 2 as a positive electrode active material, further improvement in capacity density per unit volume and safety of the positive electrode layer is desired, and by repeatedly performing a charge / discharge cycle, There have been problems such as deterioration of cycle characteristics in which the battery discharge capacity gradually decreases, a problem of low weight capacity density, and a large decrease in discharge capacity at low temperatures.

これらの問題を解決するために、特許文献1には、正極活物質であるLiCoOの平均粒径を3〜9μm、及び粒径3〜15μmの粒子群の占める体積を全体積の75%以上とし、かつCuKαを線源とするX線回折によって測定される2θ=約19°と2θ=45°における回折ピーク強度の比を特定値とすることにより、塗布特性、自己放電特性、サイクル性に優れた活物質とすることが提案されている。更に、特許文献1には、LiCoOの粒径が1μm以下又は25μm以上の粒径分布を実質的に有さないものが好ましい態様として提案されている。しかし、かかる正極活物質では、塗布特性ならびにサイクル特性は向上するものの、安全性、体積容量密度、重量容量密度を充分に満足するものは得られていない。 In order to solve these problems, Patent Document 1 discloses that the average particle size of LiCoO 2 as a positive electrode active material is 3 to 9 μm, and the volume occupied by a particle group having a particle size of 3 to 15 μm is 75% or more of the total volume. And by setting the ratio of diffraction peak intensities at 2θ = about 19 ° and 2θ = 45 ° measured by X-ray diffraction using CuKα as a radiation source to a specific value, the coating characteristics, self-discharge characteristics, and cycle characteristics are improved. It has been proposed to be an excellent active material. Further, Patent Document 1 proposes a preferred embodiment in which the particle size of LiCoO 2 does not substantially have a particle size distribution of 1 μm or less or 25 μm or more. However, such a positive electrode active material has improved coating characteristics and cycle characteristics, but has not been sufficiently satisfactory in safety, volume capacity density, and weight capacity density.

また、電池特性に関する課題を解決するために、特許文献2には、Co原子の5〜35%をW、Mn、Ta、Ti又はNbで置換することがサイクル特性改良のために提案されている。また、特許文献3には、格子定数のc軸長が14.051Å以下であり、結晶子の(110)方向の結晶子径が45〜100nmである、六方晶系のLiCoOを正極活物質とすることによりサイクル特性を向上させることが提案されている。 Moreover, in order to solve the problem regarding battery characteristics, Patent Document 2 proposes to replace 5-35% of Co atoms with W, Mn, Ta, Ti, or Nb for improving cycle characteristics. . In Patent Document 3, hexagonal LiCoO 2 having a c-axis length of a lattice constant of 14.051 mm or less and a crystallite diameter in the (110) direction of 45 to 100 nm is used as a positive electrode active material. It has been proposed to improve cycle characteristics.

更に、特許文献4には、式LiNi1−m(式中、NはNi以外の遷移金属元素、Al及びアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素、0<x<1.1、0≦m≦1である。)を有し、一次粒子が板状ないし柱状であり、かつ(体積基準累積95%径−体積基準累積5%径)/体積基準累積5%径が3以下で、平均粒径が1〜50μmを有するリチウム複合酸化物が、重量あたりの初期放電容量が高く、また充放電サイクル耐久性に優れることが開示されている。 Further, Patent Document 4 discloses the formula Li x Ni 1-m N m O 2 (wherein N is at least one element selected from the group consisting of transition metal elements other than Ni, Al, and alkaline earth metal elements). , 0 <x <1.1, 0 ≦ m ≦ 1, and the primary particles are plate-like or columnar, and (volume-based cumulative 95% diameter−volume-based cumulative 5% diameter) / volume It is disclosed that a lithium composite oxide having a reference cumulative 5% diameter of 3 or less and an average particle diameter of 1 to 50 μm has high initial discharge capacity per weight and excellent charge / discharge cycle durability.

また、特許文献5には、平均粒子径0.01〜2μmを有する、コバルト水酸化物やコバルトオキシ水酸化物やコバルト酸化物の一次粒子を凝集させて平均粒子径0.5〜30μmの二次粒子を形成したコバルト化合物粉末をリチウム化することが提案されている。しかし、この場合にも高い体積容量密度の正極物質は得られず、また、サイクル特性、安全性や大電流放電特性の点でもなお充分ではない。   In Patent Document 5, primary particles having an average particle diameter of 0.01 to 2 μm and agglomeration of primary particles of cobalt hydroxide, cobalt oxyhydroxide, and cobalt oxide are aggregated. It has been proposed to lithiate cobalt compound powders that have formed secondary particles. However, even in this case, a positive electrode material having a high volume capacity density cannot be obtained, and the cycle characteristics, safety, and large current discharge characteristics are still insufficient.

また、特許文献6及び特許文献7には、ゾルーゲル法により異種金属元素でコバルト酸リチウム粒子を被覆する方法も提案されている。しかし、被覆されたコバルト酸リチウムは、電池性能、即ち放電容量、充放電サイクル耐久性や安全性も不満足でありかつ、出発原料であるアルコキシドは実験室的には適した材料であっても、工業的に採用するには高価すぎて採用できないものである。また、アルコキシドは水分に対して非常に敏感で加水分解し易いため、アルコキシドが空気中の水分に影響を受けないような反応装置を必要とし、設備費が高くコストアップの要因となるなど経済的問題がある。   Patent Documents 6 and 7 also propose a method of coating lithium cobaltate particles with a different metal element by a sol-gel method. However, the coated lithium cobaltate is unsatisfactory in battery performance, that is, discharge capacity, charge / discharge cycle durability and safety, and the alkoxide as a starting material is a material suitable in the laboratory, It is too expensive to employ industrially and cannot be employed. In addition, since alkoxide is very sensitive to moisture and easily hydrolyzed, it requires a reactor that does not affect the moisture in the air, resulting in high equipment costs and high cost. There's a problem.

また、特許文献8にはコバルト酸リチウム粒子に、(NHHPOとAl(NO)・3HOに水を添加して得られるコロイドコーティング液を作用させる提案もあるが、被覆されたコバルト酸リチウムは、その電池性能、即ち放電容量、充放電サイクル耐久性や安全性も不満足である。 In addition, Patent Document 8 also proposes that a colloidal coating solution obtained by adding water to (NH 4 ) 2 HPO 4 and Al (NO 3 ) · 3H 2 O acts on lithium cobalt oxide particles. The obtained lithium cobalt oxide is unsatisfactory in its battery performance, that is, discharge capacity, charge / discharge cycle durability and safety.

上記のように、従来の技術では、リチウム複合酸化物を正極活物質に用いたリチウム二次電池において、体積容量密度、安全性、塗工均一性、サイクル特性、更には低温特性などの全てを充分に満足するものは未だ得られていない。   As described above, in the conventional technology, in a lithium secondary battery using a lithium composite oxide as a positive electrode active material, all of volume capacity density, safety, coating uniformity, cycle characteristics, and low temperature characteristics are all achieved. We have not yet obtained a satisfactory content.

特開平6−243897号公報JP-A-6-2443897 特開平3−201368号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-201368 特開平10−312805号公報JP 10-31805 A 特開平10−72219号公報JP-A-10-72219 特開2002−60225号公報JP 2002-60225 A 特開2000−306584号公報JP 2000-305884 A 特開2002−279991号公報JP 2002-279991 A 特開2003−7299号公報JP 2003-7299 A

本発明は、体積容量密度が大きく、安全性が高く、充放電サイクル耐久性に優れ、更には、低温特性に優れた、リチウム二次電池正極用のリチウム含有複合酸化物の製造方法、製造されたリチウム含有複合酸化物を含む、リチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池の提供を目的とする。   The present invention provides a method for producing a lithium-containing composite oxide for a positive electrode of a lithium secondary battery, which has a large volumetric capacity density, high safety, excellent charge / discharge cycle durability, and excellent low temperature characteristics. Another object is to provide a positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the lithium-containing composite oxide.

本発明では、N元素の置換元素であるM元素を水溶液で作用させることにより、リチウム含有複合酸化物におけるコバルトなどのN元素が極めて充分にかつ均一にM元素により置換される結果、上記の課題が良好に達成され、更に、安全性が高く、充放電サイクル耐久性に優れ、低温特性に優れた、リチウム二次電池正極用のリチウム含有複合酸化物が得られる。これは、従来法による場合には、後記する比較例1に示されるように良好な結果が得られないのに比べて対照的である。   In the present invention, the M element, which is a substitution element of the N element, is allowed to act in an aqueous solution, so that the N element such as cobalt in the lithium-containing composite oxide is replaced with the M element sufficiently and uniformly. Is achieved, and further, a lithium-containing composite oxide for a lithium secondary battery positive electrode having high safety, excellent charge / discharge cycle durability, and excellent low-temperature characteristics is obtained. This is in contrast to the case where the conventional method does not provide good results as shown in Comparative Example 1 described later.

かくして、本発明は以下の構成を要旨とするものである。
(1)リチウム源、N元素源、M元素源、及び下式1においてaが0より大きいときにフッ素源を含む混合物を酸素含有雰囲気にて焼成する、で表されるリチウム含有複合酸化物の製造方法であって、上記M元素源として、分子内にM元素を有するカルボン酸塩化合物の水溶液であり、該水溶液にアルカリを加えてpHを2〜12に調整された水溶液を使用することを特徴とするリチウム含有複合酸化物の製造方法。
Li ・・・式1
但し、NはCo、Ni、CoとNi、MnとNi、または、CoとNiとMnであり、MはTi、Zr、Hf、Mg、及びAlからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素である。0.9≦p≦1.2、0.97≦x<1.00、0<m≦0.03、1.9≦z≦2.2、x+m=1、0≦a≦0.02である。
(2)カルボン酸塩化合物が、炭素数1〜4のカルボン酸塩化合物である上記(1)に記載の製造方法。
(3)カルボン酸塩化合物の水溶液が、蟻酸又は酢酸を含み、かつアンモニアを加えてpHを4〜10に調整された水溶液である上記(1)又は(2)に記載の製造方法。
(4)N元素源が、平均粒径(D50)1〜25μmの粉末である上記(1)〜(3)のいずれかに記載の製造方法。
(5)N元素源が、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト、四三酸化コバルト及び炭酸コバルトからなる群から選ばれる少なくとも1種である上記(1)〜(4)のいずれかに記載の製造方法。
(6)N元素源が、ニッケル−コバルト共沈水酸化物、ニッケル−コバルト共沈オキシ水酸化物、ニッケル−コバルト共沈酸化物、ニッケル−マンガン共沈水酸化物、ニッケル−マンガン共沈オキシ水酸化物、ニッケル−マンガン共沈酸化物、ニッケル−コバルト−マンガン共沈水酸化物、ニッケル−コバルト−マンガン共沈オキシ水酸化物及びニッケル−コバルト−マンガン共沈酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種である上記(1)〜(4)のいずれかに記載の製造方法。
(7)カルボン酸塩化合物の水溶液及びN元素源粉末を混合し、得られる混合物から水分を除去した後、リチウム源粉末、及び前記式1においてaが0より大きいときにフッ素源粉末を混合し、次いで酸素含有雰囲気において800〜1050℃で焼成して製造する上記(1)〜(6)のいずれかに記載の製造方法。
(8)カルボン酸塩化合物の水溶液、N元素源粉末、リチウム源粉末、及び前記式1においてaが0より大きいときにフッ素源粉末を混合し、得られる混合物から水分を除去した後、酸素含有雰囲気において800〜1050℃で焼成する上記(1)〜(6)のいずれかに記載の製造方法。
(9)リチウム源粉末、N元素源粉末、及び前記式1においてaが0より大きいときにフッ素源粉末を混合し、焼成して得られるリチウム含有複合酸化物粉末と、カルボン酸塩化合物の水溶液とを混合し、得られる混合物から水分を除去した後、酸素含有雰囲気において300〜1050℃で焼成する上記(1)〜(6)のいずれかに記載の製造方法。
(10)上記(1)〜(9)のいずれかに記載の製造方法により製造されたリチウム含有複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極。
(11)上記(10)に記載された正極を使用したリチウム二次電池。
Thus, the gist of the present invention is as follows.
(1) Lithium source, N element source, M element source, and a lithium-containing composite represented by the following formula 1 , wherein a mixture containing a fluorine source is fired in an oxygen-containing atmosphere when a is greater than 0 in the following formula 1. A method for producing an oxide, wherein the M element source is an aqueous solution of a carboxylate compound having an M element in the molecule, and an aqueous solution adjusted to pH 2 to 12 by adding an alkali to the aqueous solution is used. A method for producing a lithium-containing composite oxide.
Li p N x M m O z F a ··· Formula 1
N is Co, Ni, Co and Ni, Mn and Ni, or Co and Ni and Mn, and M is at least one element selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, Mg, and Al. . 0.9 ≦ p ≦ 1.2, 0.97 ≦ x <1.00, 0 <m ≦ 0.03, 1.9 ≦ z ≦ 2.2, x + m = 1, 0 ≦ a ≦ 0.02. is there.
(2) The manufacturing method as described in said (1) whose carboxylate compound is a C1-C4 carboxylate compound.
(3) The production method according to (1) or (2) above, wherein the aqueous solution of the carboxylate compound is an aqueous solution containing formic acid or acetic acid and adjusted to pH 4 to 10 by adding ammonia.
(4) The production method according to any one of (1) to (3), wherein the N element source is a powder having an average particle diameter (D50) of 1 to 25 μm.
(5) The production according to any one of (1) to (4), wherein the N element source is at least one selected from the group consisting of cobalt hydroxide, cobalt oxyhydroxide, cobalt tetroxide, and cobalt carbonate. Method.
(6) N element source is nickel-cobalt coprecipitation hydroxide, nickel-cobalt coprecipitation oxyhydroxide, nickel-cobalt coprecipitation oxide, nickel-manganese coprecipitation hydroxide, nickel-manganese coprecipitation oxyhydration objects, nickel - manganese coprecipitated oxide, nickel - cobalt - manganese coprecipitated hydroxide, nickel - cobalt - manganese coprecipitated oxyhydroxide and nickel - cobalt - at least one selected from the group consisting of manganese coprecipitated oxide The manufacturing method in any one of said (1)-(4) which is.
(7) were mixed aqueous solution and N element source Powder carboxylate compound, after removal of the water from the resulting mixture, mixing the fluorine source powder lithium source powder, and in the formula 1 when a is greater than 0 Then, the production method according to any one of the above (1) to (6), which is produced by firing at 800 to 1050 ° C. in an oxygen-containing atmosphere.
(8) Mixing an aqueous solution of a carboxylate compound, an N element source powder, a lithium source powder, and a fluorine source powder when a is greater than 0 in Formula 1, removing moisture from the resulting mixture, and then containing oxygen The manufacturing method in any one of said (1)-(6) baked at 800-1050 degreeC in atmosphere.
(9) A lithium source powder, an N element source powder, and a lithium-containing composite oxide powder obtained by mixing and baking a fluorine source powder when a is greater than 0 in Formula 1 , and an aqueous solution of a carboxylate compound And after removing water from the resulting mixture, the production method according to any one of the above (1) to (6), wherein firing is performed at 300 to 1050 ° C. in an oxygen-containing atmosphere.
(10) A positive electrode for a lithium secondary battery comprising a lithium-containing composite oxide produced by the production method according to any one of (1) to (9) above.
(11) A lithium secondary battery using the positive electrode described in (10) above.

本発明によれば、体積容量密度が大きく、安全性が高く、充放電サイクル耐久性に優れ、低温特性に優れる等、リチウム二次電池正極用として優れた特性を有するリチウム含有複合酸化物を得ることができるのみならず、中間体の保管安定性に優れた高い生産性を有するリチウム含有複合酸化物の製造方法、更には製造されたリチウム含有複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池が提供される。
かかる本発明により何故に上記のごとき優れた効果が達成されるかについては、必ずしも明らかではないが、ほぼ次のように推定される。すなわち、従来の固相法でのM元素源の添加では、M元素源の添加量が非常に少ないため、N元素源あるいは正極材への均一な添加が困難であり、所望のM元素源の添加効果を得ることが困難だった。しかし、本発明の方法によれば、M元素源を水溶液の形態でN元素源あるいは正極材へ作用させるので正極活物質の細孔内にもM元素が均一に分散できるので所望のM元素源の添加により電池性能の向上効果が発現するものと推察される。また、M元素源を水溶液の形態でN元素源に作用させたり、正極材に作用させるので正極活物質の組成や粒径の制御が従来の共沈方法に比べて容易であり、工業的な優位性がある。
According to the present invention, a lithium-containing composite oxide having excellent characteristics for a lithium secondary battery positive electrode such as a large volumetric capacity density, high safety, excellent charge / discharge cycle durability, and excellent low temperature characteristics is obtained. And a method for producing a lithium-containing composite oxide having high productivity that is excellent in storage stability of the intermediate, and further, a positive electrode for a lithium secondary battery including the produced lithium-containing composite oxide, and A lithium secondary battery is provided.
The reason why such an excellent effect is achieved by the present invention is not necessarily clear, but is estimated as follows. That is, in the conventional addition of the M element source in the solid phase method, since the amount of the M element source added is very small, uniform addition to the N element source or the positive electrode material is difficult. It was difficult to obtain the additive effect. However, according to the method of the present invention, since the M element source is applied to the N element source or the positive electrode material in the form of an aqueous solution, the M element can be uniformly dispersed in the pores of the positive electrode active material. It is presumed that the effect of improving battery performance is manifested by the addition of. Further, since the M element source is allowed to act on the N element source in the form of an aqueous solution or on the positive electrode material, control of the composition and particle size of the positive electrode active material is easier than in the conventional coprecipitation method, and is industrial. There is an advantage.

本発明の製造方法で得られるリチウム二次電池正極用のリチウム含有複合酸化物は
Lia・・・式1
で表される。かかる式1における、p、x、m、z及びaは上記に定義される。なかでも、p、x、m、z及びaは下記が好ましい。0.9≦p≦1.1、特に好ましくは、0.97≦p≦1.03、0.975≦x<0.998、0.002≦m≦0.025、1.9≦z≦2.1、特に好ましくは1.95≦z≦2.05、x+m=1、0.001≦a≦0.01。ここで、aが0より大きいときには、酸素原子の一部がフッ素原子で置換された複合酸化物になるが、この場合には、得られた正極活物質の安全性が向上する。本発明において、カチオンの原子数の総和がアニオンの原子数の総和と等しい。即ち、p、x、mの総和がzとaの総和と等しいことが好ましい。

The lithium-containing composite oxide for a lithium secondary battery positive electrode obtained by the production method of the present invention is :
Li p N x M m O z F a ··· Formula 1
It is represented by In Equation 1 , p, x, m, z and a are defined above. Among these, p, x, m, z and a are preferably as follows. 0.9 ≦ p ≦ 1.1, particularly preferably 0.97 ≦ p ≦ 1.03, 0.975 ≦ x <0.998, 0.002 ≦ m ≦ 0.025, 1.9 ≦ z ≦ 2.1, particularly preferably 1.95 ≦ z ≦ 2.05, x + m = 1, 0.001 ≦ a ≦ 0.01. Here, when a is larger than 0, a composite oxide in which some of the oxygen atoms are substituted with fluorine atoms is obtained. In this case, the safety of the obtained positive electrode active material is improved. In the present invention, the total number of cations atoms is equal to the total number of anions atoms. That is, it is preferable that the sum of p, x, and m is equal to the sum of z and a.

Nは、Co、Ni、CoとNi、MnとNi、またはCoとNiとMnである。また、Mは、容量発現性、安全性、サイクル耐久性などの見地より、Ti、Zr、Hf、Mg、及びAlからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であるN is, Co, Ni, Co and Ni, Ru Mn and Ni, or Co, Ni and Mn der. Further, M, capacity expression, safety, than the viewpoint such as the cycle durability is at least one element selected Ti, Zr, Hf, Mg, and from the group consisting of Al.

本発明において、電池性能のバランス、即ち、初期重量容量密度、初期体積容量密度、安全性、充放電サイクル安定性のバランスが優れている点で、MがAlとMgとから成る場合、AlとMgの原子比が好ましくは1/5〜5/1、より好ましくは1/3〜3/1、特に好ましくは2/3〜3/2であり、且つ、mが好ましくは0.002≦m≦0.025、より好ましくは0.005≦m≦0.025、特に好ましくは0.01≦m≦0.02である。また、MがMgとM2(M2はTi、Zr、Ta、及びNbからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素である)とから成る場合、M2とMgの原子比が好ましくは1/40〜2/1、特に好ましくは1/30〜1/5であり、且つ、mが好ましくは0.002≦m≦0.030、より好ましくは0.005≦m≦0.030、特に好ましくは0.010≦m≦0.020である。更にまた、MがMgとAlとからなり、かつTiもしくはZrが共存している場合、上記の電池性能バランスがより優れるので、特に好ましい。この場合、MgとAlの合計モル数の1/2〜1/20モルのTiもしくはZrの共存が好ましい。 In the present invention, the balance of battery performance, that is, the balance between initial weight capacity density, initial volume capacity density, safety and charge / discharge cycle stability is excellent. The atomic ratio of Mg is preferably 1/5 to 5/1, more preferably 1/3 to 3/1, particularly preferably 2/3 to 3/2, and m is preferably 0.002 ≦ m ≦ 0.025, more preferably 0.005 ≦ m ≦ 0.025, and particularly preferably 0.01 ≦ m ≦ 0.02. When M is composed of Mg and M2 (M2 is at least one element selected from the group consisting of Ti, Zr, Ta, and Nb), the atomic ratio of M2 to Mg is preferably 1/40 to 2/1, particularly preferably 1/30 to 1/5, and m is preferably 0.002 ≦ m ≦ 0.030, more preferably 0.005 ≦ m ≦ 0.030, and particularly preferably 0. .010 ≦ m ≦ 0.020. Furthermore, M Ri is Do from Mg and Al, and if the Ti or Zr coexist, since the battery performance balance of the more excellent, particularly preferred. In this case, the coexistence of 1/2 to 1/20 mole of Ti or Zr of the total number of moles of Mg and Al is preferable.

本発明において、上記M元素及び/又はFを含有せしめる場合は、M元素及びFは、いずれもリチウム含有複合酸化物粒子の表面に存在していることが好ましい。これらの元素が表面に存在することにより、少量の添加で電池性能の低下を招来することなく、安全性、充放電サイクル特性等の重要な電池特性を改良できる。これらの元素が表面に存在することは、正極粒子についての、分光分析、例えば、XPS分析を行うことにより判断できる。 In the present invention, when the M element and / or F is contained, both the M element and F are preferably present on the surface of the lithium-containing composite oxide particles. The presence of these elements on the surface can improve important battery characteristics such as safety and charge / discharge cycle characteristics without causing a decrease in battery performance when added in a small amount. That these elements are present on the surface, for the positive electrode particles, spectroscopic analysis, for example, it can be determined by carrying out XPS analysis.

本発明は、M元素源として、分子内にM元素を有するカルボン酸塩化合物の水溶液を使用することが必要である。ここで使用されるカルボン酸は、一般式R−COOH(Rは、水素原子又は鎖状の炭化水素基である)で表されるモノカルボン酸が好ましい。モノカルボン酸としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸のように炭素数が1〜4のものが好ましい。これらのカルボン酸は分子内にM元素を有するカルボン酸塩化合物の水溶液における溶解度を高くできるので好ましい。特に、カルボン酸としては、蟻酸又は酢酸が好ましい。   The present invention requires the use of an aqueous solution of a carboxylate compound having an M element in the molecule as the M element source. The carboxylic acid used here is preferably a monocarboxylic acid represented by the general formula R—COOH (where R is a hydrogen atom or a chain hydrocarbon group). As the monocarboxylic acid, those having 1 to 4 carbon atoms such as formic acid, acetic acid, propionic acid and butyric acid are preferable. These carboxylic acids are preferred because they can increase the solubility of the carboxylate compound having M element in the molecule in an aqueous solution. In particular, formic acid or acetic acid is preferable as the carboxylic acid.

カルボン酸塩水溶液は、アルカリを加えてpHを2〜12に調整した水溶液である。酸性度の高いカルボン酸を用いるときは、前記水溶液のpHが2未満であるとN元素源が溶解しやすくなるので、アンモニア等の塩基を添加してpHを2〜12に調整することが必要である。pHが12を超えるとN元素源が溶解しやすくなるので好ましくない。
カルボン酸塩水溶液は、蟻酸又は酢酸を含んでなり、且つ、アルカリとしてアンモニアを加えてpHを4〜10に調整された水溶液が特に好ましい。
Aqueous carboxylate, Ru aqueous der the pH was adjusted to 2 to 12 by adding an alkali. When a highly acidic carboxylic acid is used, if the pH of the aqueous solution is less than 2, the N element source is easily dissolved. Therefore, it is necessary to adjust the pH to 2 to 12 by adding a base such as ammonia. It is . A pH exceeding 12 is not preferable because the N element source is easily dissolved.
The aqueous carboxylate solution is particularly preferably an aqueous solution containing formic acid or acetic acid, and adjusted to pH 4 to 10 by adding ammonia as an alkali.

本発明で使用されるカルボン酸塩水溶液の濃度は、後の工程で乾燥により水分を除去する必要がある点から高濃度の方が好ましい。しかし、高濃度過ぎると粘度が高くなり、正極活物質を形成する他の元素源粉末との均一混合性が低下し、またN元素源粉末に溶液が浸透し難くなるので、好ましくは1〜30重量%、特には4〜20重量%が好ましい。   The concentration of the aqueous carboxylate solution used in the present invention is preferably higher because it is necessary to remove moisture by drying in a later step. However, if the concentration is too high, the viscosity increases, the uniform mixing with other element source powders forming the positive electrode active material decreases, and the solution does not easily penetrate into the N element source powder. % By weight, particularly 4 to 20% by weight is preferred.

本発明で使用されるN元素源としては、N元素がコバルトの場合には、炭酸コバルト、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト、酸化コバルトなどが好ましく使用される。特に水酸化コバルトあるいはオキシ水酸化コバルトは、性能が発現しやすいので好ましい。また、N元素がニッケルの場合には、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化ニッケルなどが好ましく使用される。また、N元素がマンガンの場合には、二酸化マンガンや炭酸マンガンが好ましく使用される。   As the N element source used in the present invention, when the N element is cobalt, cobalt carbonate, cobalt hydroxide, cobalt oxyhydroxide, cobalt oxide and the like are preferably used. In particular, cobalt hydroxide or cobalt oxyhydroxide is preferable because performance is easily exhibited. When the N element is nickel, nickel hydroxide, nickel oxyhydroxide, nickel oxide or the like is preferably used. Further, when the N element is manganese, manganese dioxide or manganese carbonate is preferably used.

また、N元素が、ニッケルとコバルトの場合には、ニッケル−コバルト共沈水酸化物、ニッケル−コバルト共沈オキシ水酸化物、ニッケル−コバルト共沈酸化物が、ニッケルとマンガンの場合には、ニッケル−マンガン共沈水酸化物、ニッケル−マンガン共沈オキシ水酸化物、ニッケル−マンガン共沈酸化物が、ニッケルとコバルトとマンガンの場合には、ニッケル−コバルト−マンガン共沈水酸化物、ニッケル−コバルト−マンガン共沈オキシ水酸化物、又はニッケル-コバルト−マンガン共沈酸化物がN元素源として好ましい。更に具体的には、N元素が、ニッケルとコバルトである場合にはNi0.8Co0.2OOH、Ni0.8Co0.2(OH)などが、ニッケルとマンガンである場合にはNi0.5Mn0.5OOHなどが、ニッケルとコバルトとマンガンである場合にはNi0.4Co0.2Mn0.4OOH、Ni1/3、Co1/3Mn1/3OOHなどが、それぞれN元素源として好ましく例示される。 When the N element is nickel and cobalt, nickel-cobalt coprecipitated hydroxide, nickel-cobalt coprecipitated oxyhydroxide, and nickel-cobalt coprecipitated oxide are nickel and manganese. -Manganese coprecipitated hydroxide, nickel-manganese coprecipitated oxyhydroxide, nickel-manganese coprecipitated oxide is nickel, cobalt and manganese, nickel-cobalt-manganese coprecipitated hydroxide, nickel-cobalt- Manganese coprecipitated oxyhydroxide or nickel-cobalt-manganese coprecipitated oxide is preferred as the N element source. More specifically, when the N element is nickel and cobalt, Ni 0.8 Co 0.2 OOH, Ni 0.8 Co 0.2 (OH) 2, etc. are nickel and manganese. When Ni 0.5 Mn 0.5 OOH or the like is nickel, cobalt and manganese, Ni 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 OOH, Ni 1/3 , Co 1/3 Mn 1/3 OOH and the like are each preferably exemplified as the N element source.

N元素源としては、平均粒径(D50)1〜25μmの粉末が用いられる。平均粒径(D50)とは、体積基準累積50%の粒径をいう。平均粒径が1μm未満であると、正極粉末の充填性が低下するので好ましくない。また平均粒径が25μmを超すと、均一な塗工電極面が得られなかったり、大電流放電特性が低下するので好ましくない。好ましい平均粒径は4〜20μmである。ここで平均粒径は、凝集体粒子の場合は二次凝集粒子の平均粒径を意味する。本発明では、一次粒子が凝集して二次粒子を形成したN元素源化合物が好適に使用される。   As the N element source, a powder having an average particle diameter (D50) of 1 to 25 μm is used. The average particle diameter (D50) refers to a particle diameter having a volume-based cumulative 50%. If the average particle size is less than 1 μm, the filling property of the positive electrode powder is lowered, which is not preferable. On the other hand, if the average particle diameter exceeds 25 μm, a uniform coated electrode surface cannot be obtained, and the large current discharge characteristics are deteriorated. A preferable average particle diameter is 4 to 20 μm. Here, the average particle diameter means the average particle diameter of secondary aggregate particles in the case of aggregate particles. In the present invention, an N element source compound in which primary particles aggregate to form secondary particles is preferably used.

本発明で使用されるリチウム源としては、炭酸リチウムあるいは水酸化リチウムが好ましく使用される。特に炭酸リチウムが安価で好ましい。リチウム源は、平均粒径(D50)2〜25μmの粉末が好ましく用いられる。フッ素源としては、金属フッ化物であるLiF、MgF2などが選択される。 As the lithium source used in the present invention, lithium carbonate or lithium hydroxide is preferably used. In particular, lithium carbonate is preferable because it is inexpensive. As the lithium source, a powder having an average particle diameter (D50) of 2 to 25 μm is preferably used. As the fluorine source, metal fluorides such as LiF and MgF 2 are selected.

本発明の特徴である、M元素源として、分子内にM元素を有するカルボン酸塩化合物の水溶液を使用するリチウム含有複合酸化物の製造方法における好ましい態様として、次の(A)、(B)又は(C)が挙げられる。
(A)カルボン酸塩化合物の水溶液、N元素源粉末、及び必要に応じてフッ素源粉末を混合し、得られる混合物から水分を除去した後、リチウム源粉末、及び必要に応じてフッ素源粉末を混合し、次いで酸素含有雰囲気において800〜1050℃で焼成して製造する。
(B)カルボン酸塩化合物の水溶液、N元素源粉末、リチウム源粉末、及び必要に応じてフッ素源粉末を混合し、得られる混合物から水分を除去した後、酸素含有雰囲気において800〜1050℃で焼成する。
(C)リチウム源粉末、N元素源粉末、及び必要に応じてフッ素源粉末を混合し、焼成して得られるリチウム含有複合酸化物粉末とカルボン酸塩化合物の水溶液とを混合し、得られる混合物から水分を除去した後、酸素含有雰囲気において300〜1050℃で焼成する。
As a preferable aspect in the method for producing a lithium-containing composite oxide using an aqueous solution of a carboxylate compound having an M element in the molecule as an M element source, which is a feature of the present invention, the following (A) and (B) Or (C) is mentioned.
(A) An aqueous solution of a carboxylate compound, an N element source powder, and, if necessary, a fluorine source powder are mixed. After removing moisture from the resulting mixture, a lithium source powder and, if necessary, a fluorine source powder. It is mixed and then fired at 800-1050 ° C. in an oxygen-containing atmosphere.
(B) An aqueous solution of a carboxylate compound, an N element source powder, a lithium source powder, and, if necessary, a fluorine source powder are mixed, water is removed from the resulting mixture, and then at 800 to 1050 ° C. in an oxygen-containing atmosphere. Bake.
(C) A mixture obtained by mixing a lithium source powder, an N element source powder, and, if necessary, a fluorine source powder and mixing a lithium-containing composite oxide powder obtained by firing and an aqueous solution of a carboxylate compound. After removing moisture from the substrate, firing is performed at 300 to 1050 ° C. in an oxygen-containing atmosphere.

本発明において、N元素源粉末にカルボン酸塩化合物の水溶液を作用させる時には、必要に応じて加温しながら行うと好ましい。好ましくは40℃〜80℃、特に好ましくは50℃〜70℃に加温するとよい。加温によって、N元素源、M元素源の溶解が容易に進み、N元素源、M元素源を短時間に安定して溶解することができる。   In the present invention, when an aqueous solution of a carboxylate compound is allowed to act on the N element source powder, it is preferably performed while heating as necessary. The temperature is preferably 40 ° C to 80 ° C, particularly preferably 50 ° C to 70 ° C. By heating, the N element source and the M element source are easily dissolved, and the N element source and the M element source can be stably dissolved in a short time.

上記(A)(B)及び(C)の如き手段において、分子内にM元素を有するカルボン酸塩化合物の水溶液は、カルボン酸のM元素塩を含んでなる水溶液として使用される。また、M元素源の使用量は、本発明で製造する正極活物質の一般式である上記Liの範囲内で所望とする各元素の比率になるようにされる。 In the means such as (A), (B) and (C), an aqueous solution of a carboxylate compound having an M element in the molecule is used as an aqueous solution containing an M element salt of a carboxylic acid . Also, the amount of M element source is such that the ratio of each element desired and within the scope of a general formula of the positive electrode active material prepared in the present invention the Li p N x M m O z F a Is done.

上記(A)(B)及び(C)の手段におけるカルボン酸塩化合物の水溶液を、N元素源粉末に含浸せしめる方法としては、N元素源粉末にカルボン酸塩化合物の水溶液をスプレー噴霧することにより含浸させることも可能である。しかし、タンク中で上記水溶液に上記粉末を投入し、攪拌して含浸させたり、さらに好ましくは2軸スクリュウニーダー、アキシアルミキサー、パドルミキサー、タービュライザーなどを使用し、スラリーを形成するように充分に均一に混合することにより含浸させることが好ましい。スラリー中の固形分濃度としては、均一に混合される限り高い濃度の方が好ましいが、通常、固体/液体比は30/70〜90/10、特に好ましくは50/50〜80/20が好適である。また、上記スラリーの状態で減圧処理を行うと、N元素源粉末に溶液がより浸透し好ましい。   As a method of impregnating the N element source powder with the aqueous solution of the carboxylate compound in the means (A), (B) and (C), spraying the N element source powder with the aqueous solution of the carboxylate compound It is also possible to impregnate. However, the powder is put into the aqueous solution in a tank and stirred to impregnate, or more preferably, a biaxial screw kneader, an axial mixer, a paddle mixer, a turbulizer, etc. are used to form a slurry. It is preferable to impregnate by mixing uniformly. As the solid content concentration in the slurry, a higher concentration is preferable as long as it is uniformly mixed. Usually, the solid / liquid ratio is preferably 30/70 to 90/10, particularly preferably 50/50 to 80/20. It is. Moreover, it is preferable to perform a reduced pressure treatment in the state of the slurry because the solution penetrates more into the N element source powder.

カルボン酸塩化合物の水溶液、N元素源粉末、及び必要に応じてフッ素源粉末とからな混合物、カルボン酸塩化合物の水溶液、N元素源粉末、リチウム源粉末、及び必要に応じてフッ素源粉末とからなる混合物、並びに、N元素源粉末、リチウム源粉末、及び必要に応じてフッ素源粉末を混合・焼成して得られる粉末とカルボン酸塩化合物の水溶液とからなる混合物、に含まれる水分の除去は、好ましくは50〜200℃、特に好ましくは80〜120℃にて、通常1〜10時間乾燥することにより行われる。混合物中の水分は後の焼成工程で除去されるために、この段階で必ずしも完全に除去する必要はないが、焼成工程で水分を気化させるのに多量のエネルギーが必要になるので、できる限り除去しておくのが好ましい。水分除去の工業的方法としては、スプレードライヤー、フラッシュドライイヤー、ベルトドライヤー、パドルドライヤー、2軸スクリュウドライヤーが例示されるが、なかでも2軸スクリュウドライヤーが好ましい。2軸スクリュウドライヤーとしては、サーモプロセッサや、パドルドライヤーが挙げられる。   A mixture of an aqueous solution of a carboxylate compound, an N element source powder, and optionally a fluorine source powder, an aqueous solution of a carboxylate compound, an N element source powder, a lithium source powder, and an optional fluorine source powder Removal of water contained in a mixture comprising: N element source powder, lithium source powder, and, if necessary, a mixture comprising a powder obtained by mixing and baking a fluorine source powder and an aqueous solution of a carboxylate compound Is preferably carried out by drying at 50 to 200 ° C., particularly preferably at 80 to 120 ° C., usually for 1 to 10 hours. Since the water in the mixture is removed in the subsequent firing process, it is not always necessary to completely remove it at this stage, but it is necessary to remove as much energy as possible in order to vaporize the water in the firing process. It is preferable to keep it. Examples of the water removal industrial method include spray dryers, flash dryer ears, belt dryers, paddle dryers, and biaxial screw dryers. Among these, biaxial screw dryers are preferable. Examples of the biaxial screw dryer include a thermoprocessor and a paddle dryer.

混合物から水分を除去した後の焼成は、上記(A)及び(B)の手段においては、酸素含有雰囲気下において800〜1050℃で行われることが好ましい。かかる焼成温度が、800℃より低い場合にはリチウム複合酸化物化が不完全となり、逆に1050℃を超える場合には充放電サイクル耐久性や初期容量が低下してしまう。特に、焼成温度は900〜1000℃が好適である。(C)の手段においては、300〜1050℃が好ましく、300℃より低い場合には有機物の分解が不十分となり、1050℃を超える場合には充放電サイクル耐久性や初期容量が低下してしまう。特に、焼成温度は400〜900℃が好適である。   Firing after removing moisture from the mixture is preferably performed at 800 to 1050 ° C. in an oxygen-containing atmosphere in the means (A) and (B). When the calcination temperature is lower than 800 ° C., the formation of lithium composite oxide becomes incomplete, and when it exceeds 1050 ° C., charge / discharge cycle durability and initial capacity are lowered. In particular, the firing temperature is preferably 900 to 1000 ° C. In the means of (C), 300 to 1050 ° C. is preferable. When the temperature is lower than 300 ° C., the organic matter is not sufficiently decomposed, and when it exceeds 1050 ° C., charge / discharge cycle durability and initial capacity are lowered. . In particular, the firing temperature is preferably 400 to 900 ° C.

このようにして製造されるリチウム含有複合酸化物は、その平均粒径D50が好ましく
は5〜30μm、特に好ましくは8〜25μm、比表面積が好ましくは0.1〜0.7m
/g、特に好ましくは0.15〜0.5m/g、CuKαを線源とするX線回折によって測定される2θ=66.5±1°の(110)面回折ピーク半値幅が好ましくは0.08〜0.14°特に好ましくは0.08〜0.13°、かつプレス密度がN元素がコバルトの場合、好ましくは3.65〜4.10g/cm、特に好ましくは3.70〜4.00g/cmであるのが好適である。本発明は従来技術に較べて、高いプレス密度が得られる特徴を有する。本発明において、プレス密度とはリチウム複合酸化物粉末を2トン/cmの圧力でプレスしたときの粉末の見かけ密度を意味する。また、本発明の製造方法で得られるリチウム含有複合酸化物は、含有される残存アルカリ量が0.03重量%以下が好ましく、特には0.02重量%以下であるのが好適である。
The lithium-containing composite oxide thus produced has an average particle diameter D50 of preferably 5 to 30 μm, particularly preferably 8 to 25 μm, and a specific surface area of preferably 0.1 to 0.7 m.
2 / g, particularly preferably 0.15 to 0.5 m 2 / g, preferably a half width of (110) plane diffraction peak of 2θ = 66.5 ± 1 ° measured by X-ray diffraction using CuKα as a radiation source Is 0.08 to 0.14 °, particularly preferably 0.08 to 0.13 °, and the press density is preferably 3.65 to 4.10 g / cm 3 , particularly preferably 3. It is suitable that it is 70-4.00 g / cm < 3 >. The present invention has a feature that a high press density can be obtained as compared with the prior art. In the present invention, the press density means the apparent density of the powder when the lithium composite oxide powder is pressed at a pressure of 2 ton / cm 2 . In addition, the lithium-containing composite oxide obtained by the production method of the present invention preferably has a residual alkali content of 0.03% by weight or less, particularly preferably 0.02% by weight or less.

かかるリチウム含有複合酸化物からリチウム二次電池用の正極を製造する場合には、かかる複合酸化物の粉末に、アセチレンブラック、黒鉛、ケッチエンブラックなどのカーボン系導電材と結合材を混合することにより形成される。上記結合材には、好ましくは、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、カルボキシメチルセルロース、アクリル樹脂等が用いられる。本発明の製造方法で得られるリチウム含有複合酸化物の粉末、導電材及び結合材を溶媒又は分散媒を使用して、スラリー又は混練物とし、これをアルミニウム箔、ステンレス箔などの正極集電体に塗布などにより担持せしめてリチウム二次電池用の正極が製造される。   When producing a positive electrode for a lithium secondary battery from such a lithium-containing composite oxide, the composite oxide powder is mixed with a carbon-based conductive material such as acetylene black, graphite, and Ketchen black and a binder. It is formed by. For the binder, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyamide, carboxymethyl cellulose, acrylic resin, or the like is preferably used. The lithium-containing composite oxide powder, conductive material and binder obtained by the production method of the present invention are made into a slurry or a kneaded product using a solvent or a dispersion medium, and this is a positive electrode current collector such as an aluminum foil or a stainless steel foil. A positive electrode for a lithium secondary battery is manufactured by being supported by coating or the like.

本発明の製造方法で得られるリチウム含有複合酸化物を正極活物質に用いるリチウム二次電池において、セパレータとしては、多孔質ポリエチレン、多孔質ポリプロピレンのフィルムなどが使用される。また、電池の電解質溶液の溶媒としては、種々の溶媒が使用できるが、なかでも炭酸エステルが好ましい。炭酸エステルは環状、鎖状いずれも使用できる。環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート(EC)などが例示される。鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネートなどが例示される。   In the lithium secondary battery using the lithium-containing composite oxide obtained by the production method of the present invention as the positive electrode active material, a porous polyethylene film, a porous polypropylene film, or the like is used as the separator. Various solvents can be used as the solvent for the electrolyte solution of the battery, and among them, carbonate ester is preferable. The carbonate ester can be either cyclic or chain. Examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate and ethylene carbonate (EC). Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, and the like.

本発明では、上記炭酸エステルを単独で又は2種以上を混合して使用できる。また、他の溶媒と混合して使用してもよい。また、負極活物質の材料によっては、鎖状炭酸エステルと環状炭酸エステルを併用すると、放電特性、サイクル耐久性、充放電効率が改良できる場合がある。   In this invention, the said carbonate ester can be used individually or in mixture of 2 or more types. Moreover, you may mix and use with another solvent. Moreover, depending on the material of the negative electrode active material, when a chain carbonate ester and a cyclic carbonate ester are used in combination, discharge characteristics, cycle durability, and charge / discharge efficiency may be improved.

また、本発明の製造方法で得られるリチウム含有複合酸化物を正極活物質に用いるリチウム二次電池においては、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(例えば、カイナー(アトケム社商標名)あるいはフッ化ビニリデン−パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体を含むゲルポリマー電解質としてもよい。上記の電解質溶媒又はポリマー電解質に添加される溶質としては、ClO 、CFSO 、BF 、PF 、AsF 、SbF 、CFCO 、(CFSOなどをアニオンとするリチウム塩のいずれか1種以上が好ましく使用される。上記リチウム塩からなる電解質溶媒又はポリマー電解質に対して、0.2〜2.0mol/l(リットル)の濃度で添加するのが好ましい。この範囲を逸脱すると、イオン伝導度が低下し、電解質の電気伝導度が低下する。なかでも、0.5〜1.5mol/lが特に好ましい。 Further, in the lithium secondary battery using a lithium-containing composite oxide obtained by the process of the present invention as the positive electrode active material, vinylidene fluoride - hexafluoropropylene copolymer (for example, Kynar (Atochem tradename) or A gel polymer electrolyte containing a vinylidene fluoride-perfluoropropyl vinyl ether copolymer may be used, and the solute added to the electrolyte solvent or polymer electrolyte may be ClO 4 , CF 3 SO 3 , BF 4 , or PF. Any one or more of lithium salts having anions such as 6 , AsF 6 , SbF 6 , CF 3 CO 2 , (CF 3 SO 2 ) 2 N − and the like are preferably used. Add to the electrolyte solvent or polymer electrolyte at a concentration of 0.2-2.0 mol / l (liter) Preferably that. If outside this range, ionic conductivity will decrease, and the electrical conductivity of the electrolyte is decreased. Among them, 0.5 to 1.5 mol / l is particularly preferred.

本発明の製造方法で得られるリチウム含有複合酸化物を正極活物質に用いるリチウム電池において、負極活物質には、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料が用いられる。この負極活物質を形成する材料は特に限定されないが、例えばリチウム金属、リチウム合金、炭素材料、周期表14、又は15族の金属を主体とした酸化物、炭素化合物、炭化ケイ素化合物、酸化ケイ素化合物、硫化チタン、炭化ホウ素化合物などが挙げられる。炭素材料としては、種々の熱分解条件で有機物を熱分解したものや人造黒鉛、天然黒鉛、土壌黒鉛、膨張黒鉛、鱗片状黒鉛などを使用できる。また、酸化物としては、酸化スズを主体とする化合物が使用できる。負極集電体としては、銅箔、ニッケル箔などが用いられる。かかる負極は、上記活物質を有機溶媒と混練してスラリーとし、該スラリーを金属箔集電体に塗布、乾燥、プレスして得ることにより好ましくは製造される。   In the lithium battery using the lithium-containing composite oxide obtained by the production method of the present invention as the positive electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions is used as the negative electrode active material. The material for forming the negative electrode active material is not particularly limited. For example, an oxide, a carbon compound, a silicon carbide compound, or a silicon oxide compound mainly composed of lithium metal, lithium alloy, carbon material, periodic table 14 or group 15 metal. , Titanium sulfide, boron carbide compounds and the like. As the carbon material, those obtained by pyrolyzing an organic substance under various pyrolysis conditions, artificial graphite, natural graphite, soil graphite, expanded graphite, flake graphite, and the like can be used. As the oxide, a compound mainly composed of tin oxide can be used. As the negative electrode current collector, a copper foil, a nickel foil, or the like is used. Such a negative electrode is preferably produced by kneading the active material with an organic solvent to form a slurry, and applying the slurry to a metal foil current collector, drying, and pressing.

本発明の製造方法で得られるリチウム含有複合酸化物を正極活物質に用いるリチウム電池の形状には特に制約はない。シート状、フィルム状、折り畳み状、巻回型有底円筒形、ボタン形などが用途に応じて選択される。   There is no restriction | limiting in particular in the shape of the lithium battery which uses the lithium containing complex oxide obtained by the manufacturing method of this invention for a positive electrode active material. A sheet shape, a film shape, a folded shape, a wound-type bottomed cylindrical shape, a button shape, or the like is selected depending on the application.

以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはもちろんである。
実施例1
硫酸コバルト水溶液と水酸化アンモニウムの混合液と水酸化ナトリウム水溶液を連続的に混合して、水酸化コバルトスラリーを製造した。該スラリーを凝集、ろ過及び乾燥工程を経て水酸化コバルト粉体を得た。得られた水酸化コバルトは、CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=19±1°の(001)面の回折ピーク半値幅は0.24°であり、2θ=38°±1の(101)面の回折ピーク半値幅は0.23°であり、走査型電子顕微鏡観察の結果、微粒子が凝集して、略球状の二次粒子から形成されていることが判った。走査型電子顕微鏡観察の画像解析から求めた体積基準の粒度分布解析の結果、平均粒径D50が15.4μm、D10が12.2μm、D90が19.9μmであった。水酸化コバルトのコバルト含量は62.5%であった。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
A cobalt hydroxide slurry was prepared by continuously mixing an aqueous solution of cobalt sulfate and ammonium hydroxide and an aqueous solution of sodium hydroxide. The slurry was agglomerated, filtered and dried to obtain cobalt hydroxide powder. The obtained cobalt hydroxide has a diffraction peak half-width of (001) plane of 2θ = 19 ± 1 ° in powder X-ray diffraction using CuKα ray is 0.24 °, and 2θ = 38 ° ± 1. The diffraction peak half-value width of the (101) plane was 0.23 °, and as a result of observation with a scanning electron microscope, it was found that the fine particles were aggregated and formed from substantially spherical secondary particles. As a result of volume-based particle size distribution analysis obtained from image analysis under scanning electron microscope observation, the average particle size D50 was 15.4 μm, D10 was 12.2 μm, and D90 was 19.9 μm. The cobalt content of the cobalt hydroxide was 62.5%.

一方、市販の炭酸マグネシウム粉末0.87gと乳酸アルミニウム1.41g、乳酸チタン2.73gを加え、酢酸1.68gと水192.7gを添加し、アンモニアを1.83g添加することにより、pH7.1のマグネシウム、アルミニウム、チタンの酢酸塩が均一に溶解してなる水溶液を得た。上記水溶液を、上記水酸化コバルト215.43gに加えてスラリー状にした。スラリー中の固形分濃度は60重量%であった。   On the other hand, 0.87 g of commercially available magnesium carbonate powder, 1.41 g of aluminum lactate and 2.73 g of titanium lactate were added, 1.68 g of acetic acid and 192.7 g of water were added, and 1.83 g of ammonia was added, whereby pH 7. Thus, an aqueous solution obtained by uniformly dissolving 1 magnesium, aluminum, and titanium acetate was obtained. The aqueous solution was added to 215.43 g of the cobalt hydroxide to form a slurry. The solid content concentration in the slurry was 60% by weight.

このスラリーを120℃で2時間、乾燥機にて脱水した後、比表面積が1.2m/gの炭酸リチウム85.23gと乾式混合した。この混合物を空気中、950℃で12時間焼成することにより、LiCo0.99Al0.004Mg0.004Ti0.002を得た。焼成物を解砕し得られた1次粒子が凝集してなるリチウム含有複合酸化物粉末の粒度分布をレーザー散乱式粒度分布測定装置を用いて水溶媒中にて測定した結果、平均粒径D50が12.4μm、D10が8.0μm、D90が18.4μmであり、BET法により求めた比表面積が0.39m/gであった。 The slurry was dehydrated with a dryer at 120 ° C. for 2 hours, and then dry-mixed with 85.23 g of lithium carbonate having a specific surface area of 1.2 m 2 / g. This mixture was baked in air at 950 ° C. for 12 hours to obtain LiCo 0.99 Al 0.004 Mg 0.004 Ti 0.002 O 2 . As a result of measuring the particle size distribution of the lithium-containing composite oxide powder obtained by agglomerating primary particles obtained by crushing the fired product in a water solvent using a laser scattering type particle size distribution measuring device, the average particle size D50 Was 12.4 μm, D10 was 8.0 μm, D90 was 18.4 μm, and the specific surface area determined by the BET method was 0.39 m 2 / g.

このリチウム含有複合酸化物粉末について、X線回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用いてX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=66.5±1°の(110)面の回折ピーク半値幅は0.127°であった。この粉末のプレス密度は3.80g/cmであった。このリチウムコバルト複合酸化物粉末10gを純水100g中に分散し、濾過後0.1NHClで電位差滴定して残存アルカリ量を求めたところ、0.01重量%であった。 With respect to this lithium-containing composite oxide powder, an X-ray diffraction spectrum was obtained using an X-ray diffractometer (RINT 2100 type, manufactured by Rigaku Corporation). In powder X-ray diffraction using CuKα ray, the half value width of the diffraction peak of (110) plane at 2θ = 66.5 ± 1 ° was 0.127 °. The press density of this powder was 3.80 g / cm 3 . 10 g of this lithium cobalt composite oxide powder was dispersed in 100 g of pure water, filtered and subjected to potentiometric titration with 0.1N HCl to determine the residual alkali amount, which was 0.01% by weight.

上記のリチウム含有複合酸化物粉末と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデン粉末とを90/5/5の重量比で混合し、N−メチルピロリドンを添加してスラリーを作製し、厚さ20μmのアルミニウム箔にドクターブレードを用いて片面塗工した。乾燥し、ロールプレス圧延を5回行うことによりリチウム電池用の正極体シートを作製した。   The lithium-containing composite oxide powder, acetylene black, and polyvinylidene fluoride powder are mixed at a weight ratio of 90/5/5, N-methylpyrrolidone is added to prepare a slurry, and aluminum having a thickness of 20 μm is prepared. The foil was coated on one side using a doctor blade. The positive electrode sheet for lithium batteries was produced by drying and performing roll press rolling 5 times.

そして、上記正極体シートを打ち抜いたものを正極に用い、厚さ500μmの金属リチウム箔を負極に用い、負極集電体にニッケル箔20μmを使用し、セパレータには厚さ25μmの多孔質ポリプロピレンを用い、さらに電解液には、濃度1MのLiPF/EC+DEC(1:1)溶液(LiPFを溶質とするECとDECとの重量比(1:1)の混合溶液を意味する。後記する溶媒もこれに準じる。)を用いてステンレス製簡易密閉セル型リチウム電池をアルゴングローブボックス内で2個組み立てた。 The positive electrode sheet is punched out as a positive electrode, a metal lithium foil having a thickness of 500 μm is used as a negative electrode, a nickel foil of 20 μm is used as a negative electrode current collector, and a porous polypropylene having a thickness of 25 μm is used as a separator. Further, the electrolytic solution used is a LiPF 6 / EC + DEC (1: 1) solution having a concentration of 1 M (meaning a mixed solution of EC and DEC in a weight ratio (1: 1) containing LiPF 6 as a solute. Solvent described later) In accordance with this, two stainless steel simple sealed cell type lithium batteries were assembled in an argon glove box.

上記1個の電池については、25℃にて正極活物質1gにつき75mAの負荷電流で4.3Vまで充電し、正極活物質1gにつき75mAの負荷電流にて2.5Vまで放電して初期放電容量を求めた。さらに電極層の密度を求めた。また、この電池について、引き続
き充放電サイクル試験を30回行なった。その結果、25℃、2.5〜4.3Vにおける正極電極層の初期重量容量密度は、160mAh/gであり、30回充放電サイクル後の容量維持率は99.0%であった。
For the one battery, the initial discharge capacity was charged at 25 ° C. with a load current of 75 mA per gram of the positive electrode active material to 4.3 V and discharged with a load current of 75 mA per gram of the positive electrode active material to 2.5 V. Asked. Furthermore, the density of the electrode layer was determined. Moreover, about this battery, the charging / discharging cycle test was done 30 times continuously. As a result, the initial weight capacity density of the positive electrode layer at 25 ° C. and 2.5 to 4.3 V was 160 mAh / g, and the capacity retention rate after 30 charge / discharge cycles was 99.0%.

また、他方の電池については、それぞれ4.3Vで10時間充電し、アルゴングローブボックス内で解体し、充電後の正極体シートを取り出し、その正極体シートを洗滌後、径3mmに打ち抜き、ECとともにアルミカプセルに密閉し、走査型差動熱量計にて5℃/分の速度で昇温して発熱開始温度を測定した。その結果、4.3V充電品の発熱曲線の最初のピーク温度(発熱ピーク温度)が188℃であった。   The other battery was charged at 4.3 V for 10 hours, disassembled in an argon glove box, taken out of the positive electrode sheet after charging, washed the positive electrode sheet, punched into a diameter of 3 mm, and together with EC The container was sealed in an aluminum capsule and heated at a rate of 5 ° C./min with a scanning differential calorimeter to measure the heat generation start temperature. As a result, the first peak temperature (exothermic peak temperature) of the exothermic curve of the 4.3V charged product was 188 ° C.

実施例2
実施例1において、炭酸マグネシウム粉末0.87gと乳酸アルミニウム1.41g、乳酸チタン2.73gを加え、蟻酸2.77gと水192.2gを添加し、アンモニアを2.33g添加することにより、pH7.0のマグネシウム、アルミニウム、チタンの蟻酸塩が均一に溶解してなる水溶液を得た。上記水溶液を、実施例1で得た水酸化コバルト215.43gに加えてスラリー状にした。スラリー中の固形分濃度は60重量%であった。
Example 2
In Example 1, by adding 0.87 g of magnesium carbonate powder, 1.41 g of aluminum lactate and 2.73 g of titanium lactate, adding 2.77 g of formic acid and 192.2 g of water, and adding 2.33 g of ammonia, An aqueous solution obtained by uniformly dissolving magnesium, aluminum, and titanium formate having a pH of 7.0 was obtained. The aqueous solution was added to 215.43 g of cobalt hydroxide obtained in Example 1 to form a slurry. The solid content concentration in the slurry was 60% by weight.

このスラリーを120℃で2時間、乾燥機にて脱水した後、比表面積が1.2m/gの炭酸リチウム85.23と乾式混合した。この混合物を空気中、950℃で12時間焼成することにより、LiCo0.99Al0.004Mg0.004Ti0.002を得た。焼成物を解砕し得られた1次粒子が凝集してなるリチウム含有複合酸化物粉末の粒度分布をレーザー散乱式粒度分布測定装置を用いて水溶媒中にて測定した結果、平均粒径D50が12.5μm、D10が8.3μm、D90が18.0μmであり、BET法により求めた比表面積が0.41m/gであった。粉末X線回折において、2θ=66.5±1°の(110)面の回折ピーク半値幅は0.126°であった。この粉末のプレス密度は3.83g/cmであった。このリチウムコバルト複合酸化物粉末の残存アルカリ量を求めたところ、0.01重量%であった。
The slurry was dehydrated with a dryer at 120 ° C. for 2 hours and then dry-mixed with 85.23 g of lithium carbonate having a specific surface area of 1.2 m 2 / g. This mixture was baked in air at 950 ° C. for 12 hours to obtain LiCo 0.99 Al 0.004 Mg 0.004 Ti 0.002 O 2 . As a result of measuring the particle size distribution of the lithium-containing composite oxide powder obtained by agglomerating primary particles obtained by crushing the fired product in a water solvent using a laser scattering type particle size distribution measuring device, the average particle size D50 Was 12.5 μm, D10 was 8.3 μm, D90 was 18.0 μm, and the specific surface area determined by the BET method was 0.41 m 2 / g. In powder X-ray diffraction, the half value width of the diffraction peak of (110) plane at 2θ = 66.5 ± 1 ° was 0.126 °. The press density of this powder was 3.83 g / cm 3 . When the residual alkali amount of the lithium cobalt composite oxide powder was determined, it was 0.01% by weight.

その結果、25℃、2.5〜4.3Vにおける正極電極層の初期重量容量密度は、161mAh/gであり、30回充放電サイクル後の容量維持率は98.9%であった。
また、4.3V充電品の発熱ピーク温度は189℃であった。
As a result, the initial weight capacity density of the positive electrode layer at 25 ° C. and 2.5 to 4.3 V was 161 mAh / g, and the capacity retention rate after 30 charge / discharge cycles was 98.9%.
Moreover, the exothermic peak temperature of the 4.3V charged product was 189 ° C.

比較例1
実施例1において、脱水したスラリーと炭酸リチウムを乾式混合して焼成する代わりに、水酸化アルミニウム粉末を0.73g、水酸化マグネシウム粉末を0.54g、酸化チタン粉末を0.37g、水酸化コバルト215.43gと炭酸リチウム85.23gを乾式混合して焼成した他は例1と同様に実施し、LiCo0.99Al0.004Mg0.004Ti0.002を合成した。該焼成物の平均粒径D50が11.9μm、D10が6.5μm、D90が17.9μmであり、BET法により求めた比表面積が0.45m/gの塊状であった。また、該粉末について、X線回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用いてX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=66.5±1°付近の(110)面の回折ピーク半値幅は0.140°であった。この粉末のプレス密度は3.80g/cmであった。また、実施例1と同様にして、正極体を製造し、電池を組み立てて、その特性を測定した。正極電極層の初期重量容量密度は158mAh/g、30回サイクル後の容量維持率は96.9%、発熱ピーク温度182℃であった。
Comparative Example 1
In Example 1, instead of dry mixing the dehydrated slurry and lithium carbonate and firing, 0.73 g of aluminum hydroxide powder, 0.54 g of magnesium hydroxide powder, 0.37 g of titanium oxide powder, cobalt hydroxide LiCo 0.99 Al 0.004 Mg 0.004 Ti 0.002 O 2 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that 215.43 g and lithium carbonate 85.23 g were dry-mixed and fired. The fired product had an average particle diameter D50 of 11.9 μm, D10 of 6.5 μm, D90 of 17.9 μm, and a lump with a specific surface area of 0.45 m 2 / g determined by the BET method. Moreover, about this powder, the X-ray-diffraction spectrum was obtained using the X-ray-diffraction apparatus (Rigaku Corporation RINT2100 type | mold). In powder X-ray diffraction using CuKα ray, the half value width of the diffraction peak of (110) plane in the vicinity of 2θ = 66.5 ± 1 ° was 0.140 °. The press density of this powder was 3.80 g / cm 3 . Moreover, it carried out similarly to Example 1, the positive electrode body was manufactured, the battery was assembled, and the characteristic was measured. The initial weight capacity density of the positive electrode layer was 158 mAh / g, the capacity retention after 30 cycles was 96.9%, and the exothermic peak temperature was 182 ° C.

Claims (11)

リチウム源、N元素源、M元素源、及び下式1においてaが0より大きいときにフッ素源を含む混合物を酸素含有雰囲気にて焼成する、で表されるリチウム含有複合酸化物の製造方法であって、上記M元素源として、分子内にM元素を有するカルボン酸塩化合物の水溶液であり、該水溶液にアルカリを加えてpHを2〜12に調整された水溶液を使用することを特徴とするリチウム含有複合酸化物の製造方法。
Li ・・・式1
但し、NはCo、Ni、CoとNi、MnとNi、または、CoとNiとMnであり、MはTi、Zr、Hf、Mg、及びAlからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素である。0.9≦p≦1.2、0.97≦x<1.00、0<m≦0.03、1.9≦z≦2.2、x+m=1、0≦a≦0.02である。
Lithium source, N element source, M element source, and a lithium-containing composite oxide represented by the following formula 1 , wherein a mixture containing a fluorine source is fired in an oxygen-containing atmosphere when a is greater than 0 A manufacturing method, wherein the M element source is an aqueous solution of a carboxylate compound having an M element in the molecule, and an aqueous solution adjusted to pH 2 to 12 by adding an alkali to the aqueous solution is used. A method for producing a lithium-containing composite oxide.
Li p N x M m O z F a ··· Formula 1
N is Co, Ni, Co and Ni, Mn and Ni, or Co and Ni and Mn, and M is at least one element selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, Mg, and Al. . 0.9 ≦ p ≦ 1.2, 0.97 ≦ x <1.00, 0 <m ≦ 0.03, 1.9 ≦ z ≦ 2.2, x + m = 1, 0 ≦ a ≦ 0.02. is there.
カルボン酸塩化合物が、炭素数1〜4のカルボン酸塩化合物である請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the carboxylate compound is a carboxylate compound having 1 to 4 carbon atoms. カルボン酸塩化合物の水溶液が、蟻酸又は酢酸を含み、かつアンモニアを加えてpHを4〜10に調整された水溶液である請求項1又は2に記載の製造方法。   The production method according to claim 1 or 2, wherein the aqueous solution of the carboxylate compound is an aqueous solution containing formic acid or acetic acid and adjusted to pH 4 to 10 by adding ammonia. N元素源が、平均粒径(D50)1〜25μmの粉末である請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。   The production method according to claim 1, wherein the N element source is a powder having an average particle diameter (D50) of 1 to 25 μm. N元素源が、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト、四三酸化コバルト及び炭酸コバルトからなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。   5. The production method according to claim 1, wherein the N element source is at least one selected from the group consisting of cobalt hydroxide, cobalt oxyhydroxide, cobalt tetroxide, and cobalt carbonate. N元素源が、ニッケル−コバルト共沈水酸化物、ニッケル−コバルト共沈オキシ水酸化物、ニッケル−コバルト共沈酸化物、ニッケル−マンガン共沈水酸化物、ニッケル−マンガン共沈オキシ水酸化物、ニッケル−マンガン共沈酸化物、ニッケル−コバルト−マンガン共沈水酸化物、ニッケル−コバルト−マンガン共沈オキシ水酸化物及びニッケル−コバルト−マンガン共沈酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。 N element source is nickel-cobalt coprecipitated hydroxide, nickel-cobalt coprecipitated oxyhydroxide, nickel-cobalt coprecipitated oxide, nickel-manganese coprecipitated hydroxide, nickel-manganese coprecipitated oxyhydroxide, nickel - manganese coprecipitated oxide, nickel - cobalt - manganese coprecipitated hydroxide, nickel - cobalt - manganese coprecipitated oxyhydroxide and nickel - cobalt - is at least one selected from the group consisting of manganese coprecipitated oxide wherein Item 5. The production method according to any one of Items 1 to 4. カルボン酸塩化合物の水溶液、及びN元素源粉末を混合し、得られる混合物から水分を除去した後、リチウム源粉末、及び前記式1においてaが0より大きいときにフッ素源粉末を混合し、次いで酸素含有雰囲気において800〜1050℃で焼成して製造する請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。 Aqueous solution of the carboxylate compounds, and a mixture of N element source Powder, after removing the water from the resulting mixture, a fluorine source powder are mixed when a is greater than 0 in a lithium source powder, and the formula 1, Subsequently, the manufacturing method in any one of Claims 1-6 manufactured by baking at 800-1050 degreeC in oxygen containing atmosphere. カルボン酸塩化合物の水溶液、N元素源粉末、リチウム源粉末、及び前記式1においてaが0より大きいときにフッ素源粉末を混合し、得られる混合物から水分を除去した後、酸素含有雰囲気において800〜1050℃で焼成する請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。 An aqueous solution of a carboxylate compound, an N element source powder, a lithium source powder, and a fluorine source powder when a is greater than 0 in Formula 1 above , and after removing moisture from the resulting mixture, in an oxygen-containing atmosphere, 800 The manufacturing method in any one of Claims 1-6 baked at -1050 degreeC. リチウム源粉末、N元素源粉末、及び前記式1においてaが0より大きいときにフッ素源粉末を混合し、焼成して得られるリチウム含有複合酸化物粉末と、カルボン酸塩化合物の水溶液とを混合し、得られる混合物から水分を除去した後、酸素含有雰囲気において300〜1050℃で焼成する請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。 A lithium source powder, an N element source powder, and a lithium source composite oxide powder obtained by mixing and baking a fluorine source powder when a is greater than 0 in Formula 1 above , and an aqueous solution of a carboxylate compound are mixed. And after removing a water | moisture content from the mixture obtained, the manufacturing method in any one of Claims 1-6 baked at 300-1050 degreeC in oxygen containing atmosphere. 請求項1〜9のいずれかに記載の製造方法により製造されたリチウム含有複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極。   The positive electrode for lithium secondary batteries containing the lithium containing complex oxide manufactured by the manufacturing method in any one of Claims 1-9. 請求項10に記載された正極を使用したリチウム二次電池。   A lithium secondary battery using the positive electrode according to claim 10.
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