JP5181482B2 - Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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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の製造方法に関し、さらに詳しくは、熱安定性に優れ、かつ高い充放電容量が得られる非水系電解質二次電池用の正極活物質とその工業的生産に適した製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more specifically, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that has excellent thermal stability and a high charge / discharge capacity, and its The present invention relates to a manufacturing method suitable for industrial production.

近年、携帯電話、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用いられている。ところで、リチウムイオン二次電池は、正極及び負極材料と電解液等で構成されるが、その負極及び正極の活物質としては、リチウムを脱離、挿入することが可能な材料が用いられる。この正極活物質については、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、比較的容易に合成することができるリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)を正極活物質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実用化が進んでいる。このリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)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。
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. A lithium ion secondary battery is used as such a secondary battery. By the way, although a lithium ion secondary battery is comprised with a positive electrode and negative electrode material, electrolyte solution, etc., the material which can detach | desorb and insert lithium is used as the active material of the negative electrode and the positive electrode. The positive electrode active material is currently being actively researched and developed.
Among these, a lithium ion secondary battery using a lithium metal composite oxide, particularly a lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) that can be synthesized relatively easily, as a positive electrode active material has a high voltage of 4V. Therefore, practical use is progressing as a battery having a high energy density. In the lithium ion secondary battery using this lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), many developments have been made so far to obtain excellent initial capacity characteristics and cycle characteristics, and various results have already been obtained. ing.

しかしながら、リチウムコバルト複合酸化物は、希少で高価なコバルト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っていた。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よりも安価なものが望まれている。さらに、最近、リチウムイオン二次電池の用途として、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、電気自動車用などの大型二次電池として適用することへの期待も高まってきている。したがって、活物質のコストを下げて、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。   However, since the lithium cobalt composite oxide uses rare and expensive cobalt as a raw material, it has been a cause of cost increase of the battery. For this reason, what is cheaper than a lithium cobalt complex oxide as a positive electrode active material is desired. In addition, recently, as a use of lithium ion secondary batteries, not only small secondary batteries for portable electronic devices but also expectation to be applied as large secondary batteries for power storage, electric vehicles, etc. Yes. Therefore, reducing 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 wide fields.

このような状況下、リチウムイオン二次電池用正極活物質として、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(LiMn)或いはニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)が新たな材料として提案されている。ここで、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。しかしながら、その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有している。また、45℃以上の温度では、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る。 Under such circumstances, a lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using manganese, which is cheaper than cobalt, or a lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. ) Has been proposed as a new material. Here, the lithium manganese composite oxide is an effective alternative to the lithium cobalt composite oxide because its raw material is inexpensive and has excellent thermal stability, in particular, safety with respect to ignition and the like. However, since its theoretical capacity is only about half that of the 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 a temperature of 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。しかしながら、ニッケルの一部を他の元素で置換せずに、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には、リチウムコバルト複合酸化物に比べサイクル特性が劣るという問題がある。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は、電池性能が比較的損なわれ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. Therefore, decomposition due to oxidation of the electrolyte is less likely to be a problem. Since high capacity can be expected, development is actively conducted. However, when a lithium-ion secondary battery is produced using a lithium nickel composite oxide composed only of nickel as a positive electrode active material without replacing a part of nickel with another element, a lithium cobalt composite oxide There is a problem that cycle characteristics are inferior to In addition, when used or stored in a high-temperature environment, the battery performance is relatively easily lost.

この解決策として、例えば、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、LiNiCo(式中、w、x、y、zは、0.05≦w≦1.10、0.5≦x≦0.995、0.005≦z≦0.20、x+y+z=1である。)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(例えば、特許文献1参照。)。
また、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、LiNiCo(式中、Mは、Al、V、Mn、Fe、Cu又はZnから選ばれる少なくとも1種の元素であり、x、a、b、cは、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である。)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(例えば、特許文献2参照。)。
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起こすといった問題がある。
As this solution, for example, Li w Ni x Co y B Z O 2 (wherein w, x, y) can be used as a positive electrode active material capable of maintaining good battery performance during storage and use in a high temperature environment. , Z is 0.05 ≦ w ≦ 1.10, 0.5 ≦ x ≦ 0.995, 0.005 ≦ z ≦ 0.20, and x + y + z = 1.) That is, a lithium nickel composite oxide to which cobalt and boron are added has been proposed (for example, see Patent Document 1).
Further, for the purpose of improving the self-discharge characteristics and cycle characteristics of the lithium ion secondary battery, Li z Ni a Co b M c O z (wherein M is Al, V, Mn, Fe, Cu or Zn). X, a, b, c are 0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.01 ≦ a ≦ 0.99, 0.01 ≦ b ≦ 0.99, Lithium-nickel based composite oxide represented by 0.01 ≦ c ≦ 0.3 and 0.8 ≦ a + b + c ≦ 1.2 is proposed (for example, see Patent Document 2).
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 lower temperature 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、リチウムイオン二次電池正極材料の熱安定性を向上させることを目的として、LiNiCo(式中、Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、V、Cu、Mg、Ti、Zn又はTiから選ばれる少なくとも一種の元素であり、a、b、c、d、eは、0<a<1.3、0.02≦b≦0.5、0.02≦d/c+d≦0.9、1.8<e<2.2、b+c+d=1である。)で表されるリチウムニッケル系複合酸化物等が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。ここで、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。しかしながら、十分な安定性を確保するため有効なアルミニウム量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してしまうという問題を有していた。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, for the purpose of improving the thermal stability of the lithium ion secondary battery positive electrode material, Li a Mb Ni c Co d O e (wherein M is Al, It is at least one element selected from Mn, Sn, In, Fe, V, Cu, Mg, Ti, Zn or Ti, and a, b, c, d and e are 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)) (For example, see Patent Document 3). Here, 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, if nickel is replaced with an effective amount of aluminum to ensure sufficient stability, the amount of nickel that contributes to the oxidation-reduction reaction accompanying the charge / discharge reaction decreases, so the initial capacity, which is the most important for battery performance, is large. It had the problem of being lowered. This is because Al is stable at trivalent, and Ni also stabilizes at trivalent in order to match the charge, so that a portion that does not contribute to the oxidation-reduction reaction (Redox reaction) occurs, resulting in a decrease in capacity. Conceivable.

ところで、最近、携帯電子機器等の小型二次電池に対する高容量化の要求は高まる一方であり、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る。さらに、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。したがって、非水電解質二次電池用正極活物質において、充放電容量の確保とさらなる熱的安定性の向上が求められている。   By the way, recently, the demand for higher capacity for small secondary batteries such as portable electronic devices is increasing, and sacrificing the capacity to ensure safety is an advantage of the high capacity of lithium nickel composite oxide You will lose. Furthermore, the movement to use lithium ion secondary batteries for large-sized secondary batteries is also prominent, and among them, expectations are high as power sources for hybrid vehicles and electric vehicles. 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. Therefore, in a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, it is required to secure charge / discharge capacity and further improve thermal stability.

特開平8−45509号公報(第1頁、第2頁)JP-A-8-45509 (first page, second page) 特開平8−213015号公報(第1頁、第2頁)Japanese Patent Laid-Open No. 8-213015 (first page, second page) 特開平5−242891号公報(第1頁、第2頁)JP-A-5-242891 (first and second pages)

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、熱安定性に優れ、かつ高い充放電容量が得られる非水系電解質二次電池用の正極活物質の工業的生産に適した製造方法を提供することにある。   In view of the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is a production method suitable for industrial production of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that is excellent in thermal stability and has a high charge / discharge capacity. Is to provide.

本発明者らは、上記目的を達成するために、非水系電解質二次電池用正極活物質について、鋭意研究を重ねた結果、リチウム、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)を含有する特定の一般式で表される複合酸化物であって、その添加元素(M)として、特定の2種以上の元素をその平均価数が特定値となるように組み合わせたものとしたところ、充放電容量を確保しながら、充電状態での熱安定性を向上させることが達成され、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用正極活物質が得られること、及びそれを用いて高容量で安全性の高い非水系電解質二次電池が得られることを見出した。また、ニッケルとコバルトの原子比を制御したニッケルコバルト複合水酸化物を得る工程、添加元素(M)の原子比を制御したニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を得る工程、ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る工程、及びリチウムの原子比を制御したリチウムニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る工程を含む製造方法により、上記正極活物質が工業的に効率的に生産されることを見出した。これらにより、本発明を完成した。   In order to achieve the above object, the present inventors have conducted extensive research on a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and as a result, have found that a specific general substance containing lithium, nickel, cobalt, and an additive element (M). It is a complex oxide represented by the formula, and as the additive element (M), two or more specific elements are combined so that the average valence becomes a specific value. Improving the thermal stability in the charged state while ensuring, obtaining a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having good thermal stability and high charge / discharge capacity, and It was found that a non-aqueous electrolyte secondary battery with high capacity and high safety can be obtained using Moreover, the process of obtaining the nickel cobalt composite hydroxide which controlled the atomic ratio of nickel and cobalt, the process of obtaining the nickel cobalt addition element (M) composite hydroxide which controlled the atomic ratio of the additive element (M), nickel cobalt addition The positive electrode active material is industrially efficiently produced by a manufacturing method including a step of obtaining an element (M) composite oxide and a step of obtaining a lithium nickel cobalt-added element (M) composite oxide in which the atomic ratio of lithium is controlled. Found to be produced. Thus, the present invention has been completed.

すなわち、本発明の第1の発明によれば、リチウム、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)を含有する下記の一般式(i)で表される複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法であって該正極活物質は、添加元素(M)が固溶した単相であり、下記の工程(イ)〜(ニ)により製造され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が提供される。
Li1+zNi1−x−yCo ・・・(i)
(式中、x、y、zは、0.10≦x≦0.21、0.015≦y≦0.08、−0.05≦z≦0.10の要件を満たし、Mは、酸素との親和性がニッケルより優れたアルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)又はモリブデン(Mo)から選ばれる少なくとも2種の元素からなり、かつ平均価数が3価を超える。)
工程(イ):ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液に、アルカリ水溶液を加えた後、それらを一定速度にて攪拌して、共沈殿させ、反応槽内で定常状態になった後に沈殿物を採取し、濾過、水洗して、ニッケルとコバルトの原子比を制御したニッケルコバルト複合水酸化物を得る。
工程(ロ):前記ニッケルコバルト複合水酸化物を、アルミニウム、マンガン、ニオブ又はモリブデンから選ばれる少なくとも2種の元素からなる添加元素(M)を含む水溶液中に分散させ、該複合水酸化物中に該化合物を含浸させるか、若しくは該複合水酸化物表面に中和処理により生成された添加元素(M)の水酸化物を付着させるかした後、乾燥して、添加元素(M)の原子比を制御したニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を得る。
工程(ハ):前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を、300〜900℃の温度で焼成してニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る。
工程(ニ):前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、この混合物を650〜850℃の温度で焼成して、リチウムの原子比を制御したリチウムニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る。
That is, according to the first invention of the present invention, for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a composite oxide represented by the following general formula (i) containing lithium, nickel, cobalt and an additive element (M) A method for producing a positive electrode active material, wherein the positive electrode active material is a single phase in which an additive element (M) is dissolved , and is produced by the following steps (a) to (d). A method for producing a positive electrode active material for an aqueous electrolyte secondary battery is provided.
Li 1 + z Ni 1-x -y Co x M y O 2 ··· (i)
(Wherein x, y, z satisfy the requirements of 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0.015 ≦ y ≦ 0.08, −0.05 ≦ z ≦ 0.10, and M is oxygen (It is composed of at least two elements selected from aluminum (Al), manganese (Mn), niobium (Nb), and molybdenum (Mo)), which have an affinity for and better than nickel, and the average valence exceeds three.)
Step (a): After adding an alkaline aqueous solution to a mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt, they are stirred at a constant speed to cause coprecipitation, and the precipitate is collected after reaching a steady state in the reaction vessel. And filtering and washing with water to obtain a nickel-cobalt composite hydroxide having a controlled atomic ratio of nickel and cobalt.
Step (b): The nickel-cobalt composite hydroxide is dispersed in an aqueous solution containing an additive element (M) composed of at least two elements selected from aluminum, manganese, niobium or molybdenum, and the composite hydroxide Or impregnating the surface of the composite hydroxide with the hydroxide of the additive element (M) produced by the neutralization treatment, followed by drying to add atoms of the additive element (M) A nickel cobalt-added element (M) composite hydroxide having a controlled ratio is obtained.
Step (c): The nickel cobalt-added element (M) composite hydroxide is fired at a temperature of 300 to 900 ° C. to obtain a nickel cobalt-added element (M) composite oxide.
Step (d): The nickel-cobalt additive element in which the nickel-cobalt additive element (M) composite oxide and the lithium compound are mixed and the mixture is baked at a temperature of 650 to 850 ° C. to control the atomic ratio of lithium. (M) A composite oxide is obtained.

また、本発明の第の発明によれば、第1の発明において、工程(イ)で得られるニッケルコバルト複合水酸化物は、略球状粒子であることを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法が提供される。 According to the second invention of the present invention, in the first invention, the nickel-cobalt composite hydroxide obtained in the step (a) is a substantially spherical particle. A method for producing a positive electrode active material is provided.

本発明は、熱安定性に優れ、かつ高い充放電容量が得られる複合酸化物粉末からなる非水系電解質二次電池用の正極活物質の工業的生産に適した製造方法であり、また、本発明における非水系電解質二次電池は、本発明により得られる非水系電解質二次電池用の正極活物質を用いてなる高容量で安全性の高い非水系電解質二次電池であるので、その工業的価値は極めて大きい。これによって、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とともに、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求められる安全性も確保することができるので、より有利である。 The present invention is a production method suitable for industrial production of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a composite oxide powder having excellent thermal stability and high charge / discharge capacity. The non-aqueous electrolyte secondary battery in the invention is a high-capacity and high-safety non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by the present invention, so that its industrial The value is extremely great. As a result, it is possible to meet the demand for higher capacity in small secondary batteries such as portable electronic devices, and to ensure the safety required for large secondary batteries that are power sources for hybrid vehicles and electric vehicles. It is more advantageous because it can.

以下、本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水系電解質二次電池を詳細に説明する。
1.非水系電解質二次電池用正極活物質
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、リチウム、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)を含有する下記の一般式(i)で表される添加元素(M)が固溶した単相の複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であって、下記の工程(イ)〜(ニ)により製造されることを特徴とする。
Li1+zNi1−x−yCo ・・・(i)
(式中、x、y、zは、0.10≦x≦0.21、0.015≦y≦0.08、−0.05≦z≦0.10の要件を満たし、Mは、酸素との親和性がニッケルより優れたアルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)又はモリブデン(Mo)から選ばれる少なくとも2種の元素からなり、かつ平均価数が3価を超える。)
工程(イ):ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液に、アルカリ水溶液を加えた後、それらを一定速度にて攪拌して、共沈殿させ、反応槽内で定常状態になった後に沈殿物を採取し、濾過、水洗して、ニッケルとコバルトの原子比を制御したニッケルコバルト複合水酸化物を得る。
工程(ロ):前記ニッケルコバルト複合水酸化物を、アルミニウム、マンガン、ニオブ又はモリブデンから選ばれる少なくとも2種の元素からなる添加元素(M)を含む水溶液中に分散させ、該複合水酸化物中に該化合物を含浸させるか、若しくは該複合水酸化物表面に中和処理により生成された添加元素(M)の水酸化物を付着させるかした後、乾燥して、添加元素(M)の原子比を制御したニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を得る。
工程(ハ):前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を、300〜900℃の温度で焼成してニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る。
工程(ニ):前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、この混合物を650〜850℃の温度で焼成して、リチウムの原子比を制御したリチウムニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る。
Hereinafter, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the production method thereof, and the non-aqueous electrolyte secondary battery using the same will be described in detail.
1. Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is represented by the following general formula (i) containing lithium, nickel, cobalt and an additive element (M). A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a single-phase composite oxide in which an additive element (M) is dissolved, wherein the additive element (M) is produced by the following steps (a) to (d) .
Li 1 + z Ni 1-x -y Co x M y O 2 ··· (i)
(Wherein, x, y, z are, 0.10 ≦ x ≦ 0.21,0.015 ≦ y ≦ 0.08, meets the requirements of -0.05 ≦ z ≦ 0.10, M is It consists of at least two elements selected from aluminum (Al), manganese (Mn), niobium (Nb), and molybdenum (Mo), which have an affinity for oxygen better than nickel, and the average valence exceeds three . )
Step (a): After adding an alkaline aqueous solution to a mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt, they are stirred at a constant speed to cause coprecipitation, and the precipitate is collected after reaching a steady state in the reaction vessel. And filtering and washing with water to obtain a nickel-cobalt composite hydroxide having a controlled atomic ratio of nickel and cobalt.
Step (b): The nickel-cobalt composite hydroxide is dispersed in an aqueous solution containing an additive element (M) composed of at least two elements selected from aluminum, manganese, niobium or molybdenum, and the composite hydroxide Or impregnating the surface of the composite hydroxide with the hydroxide of the additive element (M) produced by the neutralization treatment, followed by drying to add atoms of the additive element (M) A nickel cobalt-added element (M) composite hydroxide having a controlled ratio is obtained.
Step (c): The nickel cobalt-added element (M) composite hydroxide is fired at a temperature of 300 to 900 ° C. to obtain a nickel cobalt-added element (M) composite oxide.
Step (d): The nickel-cobalt additive element in which the nickel-cobalt additive element (M) composite oxide and the lithium compound are mixed and the mixture is baked at a temperature of 650 to 850 ° C. to control the atomic ratio of lithium. (M) A composite oxide is obtained.

上記正極活物質において、リチウム、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)を含有する次の一般式:Li1+zNi1−x−yCoで表される複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であって、前記添加元素(M)は、酸素との親和性がニッケルより優れた2種以上の元素からなり、かつ添加元素(M)の平均価数は、3価を超えることが重要である。ここで、添加元素(M)の平均価数(V)とは、次の関係式により表される。
V=(V×Y+V×Y+V×Y+・・・)/y
(式中のY、Y、Y、・・・は、添加元素(M、M、M、・・・)の添加量を表す。V、V、V、・・・は、添加元素(M、M、M、・・・)の価数を表す。yは、y=Y+Y+Y+・・・を表す。)
In the positive electrode active material, lithium, nickel, the following general formula containing cobalt and additive element (M): nonaqueous including a complex oxide represented by Li 1 + z Ni 1-x -y Co x M y O 2 The positive electrode active material for an electrolyte secondary battery, wherein the additive element (M) is composed of two or more elements having an affinity for oxygen superior to nickel, and the average valence of the additive element (M) is: It is important to exceed the trivalence. Here, the average valence (V) of the additive element (M) is represented by the following relational expression.
V = (V 1 × Y 1 + V 2 × Y 2 + V 3 × Y 3 + ···) / y
(Where Y 1 , Y 2 , Y 3 ,... Represent the amount of additive elements (M 1 , M 2 , M 3 ,...) V 1 , V 2 , V 3 ,. .. represents the valence of the additive element (M 1 , M 2 , M 3 ,..., Y represents y = Y 1 + Y 2 + Y 3 +...)

この点に関して、非水系電解質二次電池の充放電反応に関連させて以下に説明する。
一般に、非水系電解質二次電池の充放電反応としては、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となるので、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と言われている。ここで、電池の外部への放熱速度が内部の発熱速度よりも大きければ、電池の温度が上昇することはないが、逆であれば電池の温度が上昇して熱暴走に至る。したがって、電池の安全性を改善するということは、正極側の立場に立てば、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、若しくは反応速度を低減させるということである。
This point will be described below in relation to the charge / discharge reaction of the non-aqueous electrolyte secondary battery.
In general, the charge / discharge reaction of a non-aqueous electrolyte secondary battery proceeds by reversibly entering and exiting lithium ions in the positive electrode active material. It is said that the positive electrode active material from which lithium is extracted by charging becomes unstable at high temperatures, so that when heated, the active material decomposes and releases oxygen, which causes combustion of the electrolyte and an exothermic reaction. . Here, if the heat dissipation rate to the outside of the battery is larger than the internal heat generation rate, the temperature of the battery will not rise, but if the reverse, the temperature of the battery will rise and lead to thermal runaway. Therefore, improving the safety of the battery means that, from the standpoint of the positive electrode side, the decomposition reaction of the positive electrode active material from which lithium is extracted is suppressed or the reaction rate is reduced.

ところで、従来、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により、ニッケルの一部を置換することが開示され一般的に行なわれてきた。この方法にしたがって、ニッケルからアルミニウムへの置換量を多くすれば、確かに正極活物質の分解反応は抑えられ熱安定性を向上させることができるが、その反面、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量が減少することとなるので、充放電容量の低下を招くこととなる。したがって、この際のアルミニウムへの置換量はある程度に留めなければならなかった。その結果として、このようなアルミニウムによる置換では、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、またある程度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いという技術的課題があった。
また、アルミニウム以外の酸素との親和性がニッケルより優れ、かつ価数の高い元素を単独で用いた場合には、一般に、正極材料に異相を生じさせずに、熱安定性に十分な効果を発揮することができる量を置換し固溶させることが難しいことが知られている。
By the way, conventionally, as a method of suppressing the decomposition reaction of the positive electrode active material, it has been disclosed and generally carried out that a part of nickel is replaced by an element having strong covalent bond with oxygen such as aluminum. According to this method, if the amount of substitution from nickel to aluminum is increased, the decomposition reaction of the positive electrode active material can surely be suppressed and the thermal stability can be improved, but on the other hand, the redox reaction accompanying the charge / discharge reaction As a result, the amount of nickel that contributes to the decrease is reduced, leading to a decrease in charge / discharge capacity. Therefore, the amount of substitution with aluminum at this time had to be limited to some extent. As a result, such a replacement with aluminum cannot provide a sufficient reversible capacity if sufficient thermal stability is ensured, and at the expense of thermal stability to obtain a certain level of capacity. There was a technical problem that had to be done.
In addition, when an element having an affinity for oxygen other than aluminum that is superior to nickel and having a higher valence is used alone, in general, it has a sufficient effect on thermal stability without causing a heterogeneous phase in the positive electrode material. It is known that it is difficult to substitute and dissolve the amount that can be exhibited.

これに対して、本発明では、添加元素(M)として、酸素との親和性がニッケルより優れた2種以上の元素を、その平均価数が3価を超えるように組み合わせたものを用いることにより、酸素親和力がニッケルより高い2種以上の元素でニッケルを置換し固溶させることで、熱安定性に十分な効果を発揮させるとともに、添加元素(M)の平均価数が3価を超えるようにすることで、ニッケルの平均価数を3価未満とし、これにより電池の充放電容量を確保することができる。   On the other hand, in the present invention, the additive element (M) is a combination of two or more elements having an affinity for oxygen superior to nickel so that the average valence exceeds three. Thus, by replacing nickel with two or more elements having higher oxygen affinity than nickel and dissolving them in solid solution, a sufficient effect on thermal stability is exhibited and the average valence of the additive element (M) exceeds 3 valences. By doing so, the average valence of nickel can be made less than 3, and thereby the charge / discharge capacity of the battery can be ensured.

このような添加元素(M)としては、特に限定されるものではなく、ニッケルより卑な、即ち酸素親和力がニッケルより高い元素を、その平均価数が3価を超えるように組み合わせたものが用いられるが、この中で、特に、熱安定性に十分な効果を発揮することができる量を複合酸化物中に異相を生じさせずに固溶させることができる添加元素(M)として、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)又はモリブデン(Mo)から選ばれる少なくとも2種の元素によるものが好ましい。   Such an additive element (M) is not particularly limited, and a combination of elements having a lower base than nickel, that is, an oxygen affinity higher than that of nickel, so that the average valence exceeds three is used. Among these, in particular, aluminum (as an additive element (M) that can be dissolved in an amount capable of exhibiting a sufficient effect on thermal stability without causing a heterogeneous phase in the composite oxide) It is preferable to use at least two elements selected from Al), manganese (Mn), niobium (Nb), and molybdenum (Mo).

すなわち、アルミニウムは、前述のように、共有結合性が強く、酸素との親和力が強いため、高温にしたときの酸素放出を低減させ、正極の分解反応を抑制する効果をもっている。しかしながら、アルミニウムは、3価で極めて安定なため酸化還元反応に寄与できず、その結果、添加量を多くすると容量低下が顕著になるため、その添加量には限界があるという問題があった。また、マンガン、ニオブ又はモリブデンは、酸素親和力がニッケルより高く、かつアルミニウムより価数の高いので、熱安定性の改善に有用な元素であるが、これらの元素単独では、熱安定性を確保するために十分な量を複合酸化物中に異相を生じさせずに固溶させにくいという問題があった。ところが、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)又はモリブデン(Mo)から選ばれる少なくとも2種の元素を組み合わせて用いれば、上記の問題が解決され、熱安定性に十分な効果を発揮することができる量を複合酸化物中に異相を生じさせずに固溶させることができるとともに、元素添加で一般に生じる充放電容量の低下を抑えることができる。   That is, as described above, aluminum has a strong covalent bond and a strong affinity for oxygen, and thus has an effect of reducing oxygen release at a high temperature and suppressing a decomposition reaction of the positive electrode. However, since aluminum is trivalent and extremely stable, it cannot contribute to the oxidation-reduction reaction. As a result, when the added amount is increased, the capacity is significantly reduced, and there is a problem that the added amount is limited. Manganese, niobium or molybdenum is an element useful for improving thermal stability because it has higher oxygen affinity than nickel and higher valence than aluminum, but these elements alone ensure thermal stability. Therefore, there is a problem that a sufficient amount is difficult to be dissolved in the composite oxide without causing a heterogeneous phase. However, if at least two kinds of elements selected from aluminum (Al), manganese (Mn), niobium (Nb) or molybdenum (Mo) are used in combination, the above problems can be solved, and a sufficient effect on thermal stability can be obtained. The amount that can be exhibited can be dissolved in the composite oxide without causing a heterogeneous phase, and a decrease in charge / discharge capacity generally caused by the addition of elements can be suppressed.

なお、前記添加元素(M)の中で最大価数をとる元素はモリブデン(Mo)であり、その価数は6価であるので、添加元素(M)の平均価数の上限としては、6価未満である。さらに、充放電容量の低下を最小限に抑えるためには、アルミニウムの置換量を抑えて、マンガン、ニオブ又はモリブデンの割合を増加させて添加元素(M)の平均価数を、例えば、3.5価以上とすることが好ましい。   The element having the maximum valence among the additive elements (M) is molybdenum (Mo), and its valence is hexavalent. Therefore, the upper limit of the average valence of the additive element (M) is 6 Less than the value. Further, in order to minimize the decrease in charge / discharge capacity, the average valence of the additive element (M) is increased by suppressing the amount of aluminum substitution and increasing the proportion of manganese, niobium or molybdenum, for example, 3. It is preferable to be pentavalent or higher.

さらに、このとき、上記一般式:Li1+zNi1−x−yCoの式中、x、y、zは、下記の要件(1)〜(3)を満たすことが求められる。
要件(1)は、Coの置換量xとしては、0.10≦x≦0.21である。すなわち、元素置換を行なわない純粋なリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)は、サイクル特性に劣るという欠点を有するが、これを解決するためにはNiの一部をCoで置換することが有用であることが知られている。ここで、特に、xの値を0.10以上とすることで十分なサイクル特性を得ることができる。一方、Coの置換量を多くすると初期容量の低下が顕著になり、ニッケル系複合酸化物からなる正極活物質の最大のメリットである高容量を犠牲にしてしまうため、最大でもxの値を0.21とする。
Further, at this time, the general formula: is wherein the Li 1 + z Ni 1-x -y Co x M y O 2, x, y, z is determined to satisfy the following requirements (1) to (3) .
Requirement (1) is 0.10 ≦ x ≦ 0.21 as the Co substitution amount x. That is, a pure lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) that does not perform element substitution has a disadvantage that it is inferior in cycle characteristics, but in order to solve this, it is useful to substitute a part of Ni with Co. It is known that there is. Here, in particular, sufficient cycle characteristics can be obtained by setting the value of x to 0.10 or more. On the other hand, if the amount of substitution of Co is increased, the initial capacity is significantly lowered, and the high capacity, which is the greatest merit of the positive electrode active material made of nickel-based composite oxide, is sacrificed. .21.

要件(2)は、添加元素(M)の置換量yは、0.015≦y≦0.08である。すなわち、yの値が0.015未満では、十分な熱安定性効果が得られず、一方yの値が0.08を超えると、異相を生じさせずに固溶させることが難しくなる上、ニッケルの平均価数が3価より著しく小さくなってしまう。なお、ニッケルの平均価数が3価より著しく小さくなると、[2価4価]の酸化還元反応により、充放電電位が上昇してしまうので好ましくない。 The requirement (2) is that the substitution amount y of the additive element (M) is 0.015 ≦ y ≦ 0.08. That is, if the value of y is less than 0.015, a sufficient thermal stability effect cannot be obtained. On the other hand, if the value of y exceeds 0.08, it is difficult to form a solid solution without causing a heterogeneous phase. The average valence of nickel will be significantly smaller than the trivalence. Incidentally, when the average valence of nickel is considerably smaller than trivalent, - by a redox reaction of [bivalent tetravalent], since the charge and discharge potential rises undesirably.

要件(3)は、リチウム量zは、−0.05≦z≦0.10である。すなわち、zの値が−0.05未満では、充放電容量が低下し、一方0.10を超えると、熱安定性が低下してしまう。   In requirement (3), the amount of lithium z is −0.05 ≦ z ≦ 0.10. That is, if the value of z is less than −0.05, the charge / discharge capacity decreases, while if it exceeds 0.10, the thermal stability decreases.

上記正極活物質の粒度分布としては、特に限定されるものではないが、好ましくは、D50が8〜11μmであり、タップ密度は2.2〜2.8g/mLである。これにより、正極を作製するときに、優れた正極活物質の充填性が得られる。   The particle size distribution of the positive electrode active material is not particularly limited, but preferably, D50 is 8 to 11 μm and the tap density is 2.2 to 2.8 g / mL. Thereby, when producing a positive electrode, excellent filling properties of the positive electrode active material can be obtained.

上記正極活物質を正極に用いた場合の電池の初期放電容量としては、170mAh/g以上、好ましくは185mAh/g以上が得られる。さらに、充電後に加熱した時の示差走査熱量計(DSC)による発熱速度が、26W/g以下である。これにより、電池としての安全性で実用上の問題はない。   When the positive electrode active material is used for the positive electrode, the initial discharge capacity of the battery is 170 mAh / g or more, preferably 185 mAh / g or more. Furthermore, the heating rate by a differential scanning calorimeter (DSC) when heated after charging is 26 W / g or less. Thereby, there is no practical problem in safety as a battery.

2.非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、下記の工程(イ)〜(ニ)を含むことを特徴とする方法が用いられる。
工程(イ):ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液に、アルカリ水溶液を加えた後、それらを一定速度にて攪拌して、共沈殿させ、反応槽内で定常状態になった後に沈殿物を採取し、濾過、水洗して、ニッケルとコバルトの原子比を制御したニッケルコバルト複合水酸化物を得る。
工程(ロ):前記ニッケルコバルト複合水酸化物を、アルミニウム、マンガン、ニオブ又はモリブデンから選ばれる少なくとも2種の元素からなる添加元素(M)を含む水溶液中に分散させ、該複合水酸化物中に該化合物を含浸させるか、若しくは該複合水酸化物表面に中和処理により生成された添加元素(M)の水酸化物を付着させるかした後、乾燥して、添加元素(M)の原子比を制御したニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を得る。
工程(ハ):前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を、300〜900℃の温度で焼成してニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る。
工程(ニ):前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、この混合物を650〜850℃の温度で焼成して、リチウムの原子比を制御したリチウムニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る。
2. Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery The method for producing the positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited. A method characterized by including (d) is used.
Step (a): After adding an alkaline aqueous solution to a mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt, they are stirred at a constant speed to cause coprecipitation, and the precipitate is collected after reaching a steady state in the reaction vessel. And filtering and washing with water to obtain a nickel-cobalt composite hydroxide having a controlled atomic ratio of nickel and cobalt.
Step (b): The nickel-cobalt composite hydroxide is dispersed in an aqueous solution containing an additive element (M) composed of at least two elements selected from aluminum, manganese, niobium or molybdenum, and the composite hydroxide Or impregnating the surface of the composite hydroxide with the hydroxide of the additive element (M) produced by the neutralization treatment, followed by drying to add atoms of the additive element (M) A nickel cobalt-added element (M) composite hydroxide having a controlled ratio is obtained.
Step (c): The nickel cobalt-added element (M) composite hydroxide is fired at a temperature of 300 to 900 ° C. to obtain a nickel cobalt-added element (M) composite oxide.
Step (d): The nickel-cobalt additive element in which the nickel-cobalt additive element (M) composite oxide and the lithium compound are mixed and the mixture is baked at a temperature of 650 to 850 ° C. to control the atomic ratio of lithium. (M) A composite oxide is obtained.

(1)工程(イ)
上記工程(イ)は、ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液に、アルカリ水溶液を加えた後、それらを一定速度にて攪拌して、共沈殿させ、反応槽内で定常状態になった後に沈殿物を採取し、濾過、水洗して、ニッケルとコバルトの原子比を制御したニッケルコバルト複合水酸化物(NiCo(OH))を得る工程である。ここで、ニッケルとコバルトの原子比の制御は、例えば、上記正極活物質を表わす一般式を満足する所定値になるように、混合液中に含有されるニッケルとコバルトの原子比を調整することにより行われる。このとき、pHを10〜12.5の範囲、及び反応温度を50〜80℃の範囲に保持することが、略球状粒子を得るために好ましい。
(1) Process (I)
In the above step (a), an alkaline aqueous solution is added to a mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt, and then they are stirred at a constant speed to cause coprecipitation, and the precipitate is obtained after reaching a steady state in the reaction vessel. Is collected, filtered and washed with water to obtain a nickel-cobalt composite hydroxide (NiCo (OH) 2 ) in which the atomic ratio of nickel and cobalt is controlled. Here, the atomic ratio of nickel and cobalt is controlled, for example, by adjusting the atomic ratio of nickel and cobalt contained in the mixed solution so as to be a predetermined value satisfying the general formula representing the positive electrode active material. Is done. At this time, in order to obtain substantially spherical particles, it is preferable to maintain the pH in the range of 10 to 12.5 and the reaction temperature in the range of 50 to 80 ° C.

上記工程(イ)に用いるニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液としては、特に限定されるものではなく、硫酸塩、塩化物、硝酸塩等の水溶性塩を所望の配合で溶解したものが用いられる。また、前記水溶液の濃度としては、特に限定されるものではなく、液量を抑える目的からは飽和濃度が好ましいが、常温で放置しても結晶が析出しない程度の濃度が好ましい。例えば、ニッケルとコバルトの合計で1〜2モル/リットルが好ましく、1.5〜2モル/リットルがより好ましい。   The mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt used in the step (a) is not particularly limited, and a solution obtained by dissolving a water-soluble salt such as sulfate, chloride, nitrate, etc. in a desired composition is used. Further, the concentration of the aqueous solution is not particularly limited, and a saturated concentration is preferable for the purpose of reducing the amount of the solution, but a concentration at which crystals do not precipitate even when left at room temperature is preferable. For example, the total of nickel and cobalt is preferably 1 to 2 mol / liter, and more preferably 1.5 to 2 mol / liter.

上記ニッケル塩とコバルト塩の配合割合としては、得られるリチウム、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)を含有する複合酸化物中のニッケル、コバルト及び添加元素(M)の全量に対し、コバルトをモル比で0.10〜0.21の範囲で含有するように調整する。これは、上記一般式中のxが、0.10≦x≦0.21の範囲を満足するように行われることにあたる。これにより、ニッケルとコバルトの原子比を制御することができる。   As a blending ratio of the nickel salt and the cobalt salt, the molar amount of cobalt with respect to the total amount of nickel, cobalt, and additive element (M) in the composite oxide containing lithium, nickel, cobalt, and additive element (M) is obtained. It adjusts so that it may contain in the range of 0.10-0.21 by ratio. This means that x in the above general formula is performed so as to satisfy the range of 0.10 ≦ x ≦ 0.21. Thereby, the atomic ratio of nickel and cobalt can be controlled.

上記工程(イ)に用いるアルカリ水溶液としては、特に限定されるものではなく、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属水酸化物を溶解したものが用いられる。前記アルカリ水溶液の濃度としては、特に限定されるものではなく液量を抑える目的から、12重量%以上で、飽和濃度以下で行うのが好ましい。   The aqueous alkali solution used in the above step (ii) is not particularly limited, and a solution in which an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide is dissolved is used. The concentration of the alkaline aqueous solution is not particularly limited, and is preferably 12% by weight or more and not more than a saturated concentration for the purpose of suppressing the liquid amount.

上記工程(イ)において、必要に応じて、錯化剤を添加することができる。前記錯化剤としては、ニッケル及びコバルトの溶解度を上げる作用のある薬剤が用いられるが、この中で、アンモニア、硫酸アンモニウムの他に塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、弗化アンモニウム等が挙げられるが、アンモニウムイオン供給体が好ましい。   In the step (a), a complexing agent can be added as necessary. As the complexing agent, a drug having an action of increasing the solubility of nickel and cobalt is used. Among them, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride and the like can be mentioned in addition to ammonia and ammonium sulfate. A supply is preferred.

(2)工程(ロ)
上記工程(ロ)は、前記ニッケルコバルト複合水酸化物を、アルミニウム、マンガン、ニオブ又はモリブデンから選ばれる少なくとも2種の元素からなる添加元素(M)を含む水溶液中に分散させ、該複合水酸化物中に該化合物を含浸させるか、若しくは該複合水酸化物表面に中和処理により生成された添加元素(M)の水酸化物を付着させるかした後、乾燥して、添加元素(M)の原子比を制御したニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物(NiCoM(OH))を得る工程である。ここで、添加元素(M)の原子比の制御は、例えば、上記正極活物質を表わす一般式を満足する所定値になるように、添加元素(M)を含む水溶液中に含有される添加元素(M)の配合割合をニッケル及びコバルトの全量に対し調整することにより行われる。また、添加元素(M)のそれぞれを含む水溶液を用いて、この工程を複数回行うことができる。
(2) Process (b)
In the step (b), the nickel-cobalt composite hydroxide is dispersed in an aqueous solution containing an additive element (M) composed of at least two elements selected from aluminum, manganese, niobium or molybdenum, and the composite hydroxide After impregnating the compound in the product or adhering the hydroxide of the additive element (M) produced by the neutralization treatment to the surface of the composite hydroxide, drying is performed, and then the additive element (M) is dried. This is a step of obtaining a nickel cobalt additive element (M) composite hydroxide (NiCoM (OH) 2 ) in which the atomic ratio is controlled. Here, the control of the atomic ratio of the additive element (M) is, for example, the additive element contained in the aqueous solution containing the additive element (M) so as to have a predetermined value that satisfies the general formula representing the positive electrode active material. This is done by adjusting the blending ratio of (M) with respect to the total amount of nickel and cobalt. Moreover, this process can be performed several times using the aqueous solution containing each of the additive element (M).

上記工程(ロ)に用いるアルミニウム、マンガン、ニオブ又はモリブデンから選ばれる少なくとも2種の元素からなる添加元素(M)を含む水溶液としては、特に限定されるものではなく、アルミニウム、マンガン、ニオブ又はモリブデンから選ばれる少なくとも2種の元素からなる添加元素(M)の化合物が溶解されたアルカリ性、又は酸性水溶液が用いられるが、その中で、例えば、アルミニウムでは、アルミン酸ナトリウム、硫酸アルミニウム等、マンガンでは、硫酸マンガン等、ニオブでは、五酸化ニオブ、ニオブ酸ナトリウム等、及びモリブデンでは、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸アンモニウム等の水溶液が挙げられる。   The aqueous solution containing the additive element (M) composed of at least two elements selected from aluminum, manganese, niobium or molybdenum used in the above step (b) is not particularly limited, and aluminum, manganese, niobium or molybdenum. An alkaline or acidic aqueous solution in which a compound of an additive element (M) consisting of at least two elements selected from is dissolved is used. Among them, for example, aluminum is sodium aluminate, aluminum sulfate, etc. Examples of manganese sulfate include niobium pentoxide, sodium niobate, and the like, and molybdenum includes aqueous solutions of sodium molybdate, ammonium molybdate, and the like.

上記添加元素(M)の配合割合としては、得られるリチウム、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)を含有する複合酸化物中のニッケル、コバルト及び添加元素(M)の全量に対し、添加元素(M)を原子比で0.015〜0.08の範囲で含有するように調整する。これは、上記正極活物質の一般式中のyが、0.015≦y≦0.08の範囲を満足するように行われることにあたる。   As a blending ratio of the additive element (M), the additive element (M) is added to the total amount of nickel, cobalt, and additive element (M) in the composite oxide containing lithium, nickel, cobalt, and the additive element (M). M) is adjusted so as to be contained in the range of 0.015 to 0.08 by atomic ratio. This is performed so that y in the general formula of the positive electrode active material satisfies the range of 0.015 ≦ y ≦ 0.08.

(3)工程(ハ)
上記工程(ハ)は、前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を、300〜900℃の温度で焼成してニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物(NiCoMO)を得る工程である。これにより、略球状の複合酸化物粉末が得られる。
(3) Process (C)
The said process (C) is a process of baking the said nickel cobalt addition element (M) composite hydroxide at the temperature of 300-900 degreeC, and obtaining a nickel cobalt addition element (M) composite oxide (NiCoMO). Thereby, a substantially spherical composite oxide powder is obtained.

上記工程(ハ)に用いる焼成の温度としては、300〜900℃であり、焼成の時間としては、特に限定されるものではないが、10〜20時間程度とすることが好ましい。また、焼成時の雰囲気としては、特に限定されるものではないが、空気気流、酸素気流等、酸素雰囲気下で行われる。すなわち、焼成温度が300℃未満では、水酸化物の分解が不十分であり、一方900℃を超えると粒子の成長がおきるので好ましくない。   The firing temperature used in the step (c) is 300 to 900 ° C., and the firing time is not particularly limited, but is preferably about 10 to 20 hours. Further, the atmosphere during firing is not particularly limited, but is performed in an oxygen atmosphere such as an air stream or an oxygen stream. That is, if the firing temperature is less than 300 ° C., decomposition of the hydroxide is insufficient, while if it exceeds 900 ° C., particle growth occurs, which is not preferable.

(4)工程(ニ)
上記工程(ニ)は、前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、この混合物を650〜850℃の温度で焼成して、リチウムの原子比を制御したリチウムニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物(LiNiCoMO)を得る工程である。ここで、リチウムの原子比の制御は、例えば、上記正極活物質を表わす一般式を満足する所定値になるように、リチウム化合物中に含有されるリチウムの配合割合をニッケル、コバルト及び添加元素(M)の全量に対し調整することにより行われる。これにより、略球状の複合酸化物粉末が得られる。
(4) Process (d)
In the step (d), the nickel-cobalt additive element (M) composite oxide and a lithium compound are mixed, and the mixture is baked at a temperature of 650 to 850 ° C. to control the lithium atomic ratio. In this step, an additive element (M) composite oxide (LiNiCoMO 2 ) is obtained. Here, the control of the atomic ratio of lithium is performed by, for example, changing the mixing ratio of lithium contained in the lithium compound to nickel, cobalt, and an additive element (so that the general formula representing the positive electrode active material is satisfied). By adjusting to the total amount of M). Thereby, a substantially spherical composite oxide powder is obtained.

上記工程(ニ)に用いるリチウム化合物としては、特に限定されるものではなく、リチウムの水酸化物、オキシ水酸化物、酸化物、炭酸塩、硝酸塩及びハロゲン化物からなる群から選ばれる少なくとも1種が用いられるが、この中で、炭酸リチウム、水酸化リチウム、又はこれらの水和物であることが好ましい。   The lithium compound used in the step (d) is not particularly limited, and is at least one selected from the group consisting of lithium hydroxide, oxyhydroxide, oxide, carbonate, nitrate and halide. Of these, lithium carbonate, lithium hydroxide, or a hydrate thereof is preferable.

上記リチウム化合物の配合割合としては、得られるリチウム、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)を含有する複合酸化物中のニッケル、コバルト及び添加元素(M)の全量に対し、リチウムを原子比で0.95〜1.10含有するように調整する。これは、上記組成式(1)中のzが、−0.05≦z≦0.10の範囲を満足するように行われることにあたる。   As a blending ratio of the lithium compound, lithium is 0 in atomic ratio with respect to the total amount of nickel, cobalt, and additive element (M) in the composite oxide containing lithium, nickel, cobalt, and additive element (M). .95 to 1.10. This is performed so that z in the composition formula (1) satisfies the range of −0.05 ≦ z ≦ 0.10.

上記工程(ニ)に用いる焼成の温度としては、650〜850℃であり、焼成の時間としては、特に限定されるものではないが、10〜20時間程度とすることが好ましい。また、焼成時の雰囲気としては、特に限定されるものではないが、空気気流、酸素気流等の酸化性雰囲気下で行われる。
すなわち、焼成温度が650℃未満では、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。一方、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。
The firing temperature used in the step (d) is 650 to 850 ° C., and the firing time is not particularly limited, but is preferably about 10 to 20 hours. In addition, the firing atmosphere is not particularly limited, but is performed in an oxidizing atmosphere such as an air stream or an oxygen stream.
That is, when the firing temperature is less 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. On the other hand, when the temperature exceeds 850 ° C., Ni is mixed into the Li layer, Li is mixed into the Ni layer, the layered structure is disturbed, and the site occupancy of metal ions other than lithium at the 3a site increases, which is a lithium site. The mixing rate of metal ions at the 3a site is increased, the lithium ion diffusion path is obstructed, and the battery using the positive electrode has a reduced initial capacity and output.

他の本発明の正極活物質の製造方法としては、上記工程(イ)、(ロ)の代わりに、ニッケル塩とコバルト塩と添加元素(M)の塩の混合水溶液にアルカリ水溶液を加えて、一度にニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を得る工程を行うことができる。
また、上記工程(イ)、(ロ)、(ハ)の代わりに、ニッケル化合物、コバルト化合物、及び添加元素(M)化合物を単純に混合し焼成して、ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る工程を行う方法でも、それらすべての金属元素がお互いに固溶している状態を実現することができれば、問題なく用いることができる。
さらに、リチウム化合物と混合する前であればこれら金属元素が完全には固溶していなくとも、リチウム化合物と混合し焼成したあとですべての金属元素が固溶している状態を実現することができるのであれば、いずれの方法も用いることができる。例えば、最終的なリチウム金属複合酸化物としたときに、金属元素がお互いに固溶しているのであれば、複合水酸化物を焼成して複合酸化物とする工程(ハ)を省略することができる。
ここで、上記ニッケル化合物及びコバルト化合物としては、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、オキシ水酸化物等が用いられる。また、上記添加元素(M)化合物としては、酸化物、炭酸化物、アンモニウム塩等が用いられる。
As another method for producing a positive electrode active material of the present invention, an alkaline aqueous solution is added to a mixed aqueous solution of a nickel salt, a cobalt salt and a salt of an additive element (M) instead of the above steps (b) and (b). A step of obtaining a nickel cobalt additive element (M) composite hydroxide at a time can be performed.
Also, instead of the above steps (a), (b) and (c), a nickel compound, a cobalt compound, and an additive element (M) compound are simply mixed and baked to obtain a nickel cobalt additive element (M) composite oxidation. Even in the method of performing the step of obtaining an object, it can be used without any problem as long as a state in which all of these metal elements are in solid solution with each other can be realized.
Furthermore, even before mixing with the lithium compound, even if these metal elements are not completely dissolved, it is possible to realize a state in which all the metal elements are dissolved after mixing with the lithium compound and firing. Any method can be used if possible. For example, when the final lithium metal composite oxide is used, if the metal elements are in solid solution with each other, the step (c) of firing the composite hydroxide to form the composite oxide is omitted. Can do.
Here, as the nickel compound and cobalt compound, oxides, carbonates, nitrates, hydroxides, oxyhydroxides, and the like are used. As the additive element (M) compound, an oxide, a carbonate, an ammonium salt, or the like is used.

3.非水電解質二次電池
本発明における非水電解質二次電池は、上記製造方法により得られる非水電解質二次電池用正極活物質を正極として用いてなる高容量で安全性の高いものである。
ここで、上記リチウムイオン二次電池の形態について、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、以下で説明する形態は例示に過ぎず、本発明における非水系電解質二次電池は、下記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、本発明における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。
3. Non-aqueous electrolyte secondary battery in the non-aqueous electrolyte secondary battery The present invention high safety in high capacity obtained by using the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery obtained by the above production method as a positive electrode.
Here, the configuration of the lithium ion secondary battery 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 forms described below are merely examples, and the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention should be implemented in variously modified and improved forms based on the knowledge of those skilled in the art, including the following forms. Can do. Moreover, the use of the nonaqueous electrolyte secondary battery in the present invention is not particularly limited.

上記正極活物質としては、前述のとおり、上記リチウム、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)を含有する一般式:Li1+zNi1−x−yCo(式中、x、y、zは、0.10≦x≦0.21、0.015≦y≦0.08、−0.05≦z≦0.10である。また、Mは、アルミニウム、マンガン、ニオブ又はモリブデンから選ばれる少なくとも2種の元素からなる。)で表される複合酸化物の粉末からなる。 As the positive electrode active material, as described above, the lithium, nickel, the formula contains cobalt and additive element (M): Li 1 + z Ni 1-x-y Co x M y O 2 ( wherein, x, y , Z is 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0.015 ≦ y ≦ 0.08, −0.05 ≦ z ≦ 0.10, and M is aluminum, manganese, niobium or molybdenum. Consisting of at least two selected elements).

上記正極としては、特に限定されるものではなく、例えば、次のようにして作製することができる。粉末状の正極活物質、導電材、バインダー、及び結着剤とを混合し、さらに必要に応じて、活性炭及び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。例えば、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。また、必要に応じて、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。得られたシート状の正極は、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。
The positive electrode is not particularly limited and can be produced, for example, as follows. The powdered positive electrode active material, conductive material, binder, and binder are mixed, and if necessary, the target solvent such as activated carbon and viscosity adjustment is added and kneaded to prepare the positive electrode mixture paste. Make it. The respective mixing ratios in the positive electrode mixture are also important factors that determine the performance of the lithium secondary battery. For example, 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, as in the case of the positive electrode of a general lithium secondary battery. It is desirable that the content of the material 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. Moreover, it may pressurize with a roll press etc. to raise an electrode density as needed. In this way, a sheet-like positive electrode can be produced. The obtained sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size according to the intended battery and used for battery production.

上記導電剤としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など)、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、上記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。 また、上記結着剤としては、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。
さらに、必要に応じて、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。この溶剤としては、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。
As the conductive agent, for example, carbon black materials such as graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), acetylene black, ketjen black and the like can be used. Examples of the binder that can be used include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene propylene diene rubber, fluororubber, styrene butadiene, cellulose resin, and polyacrylic acid. Moreover, as the binder, it plays a role of keeping the active material particles together, and for example, a fluorine-containing resin such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or fluororubber, or a thermoplastic resin such as polypropylene or polyethylene is used. be able to.
Furthermore, 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 this solvent. Moreover, activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

次いで、本発明の非水電解質二次電池に用いる正極以外の構成要素について説明する。
ただし、本発明の非水電解質二次電池は、上記正極活物質を用いる点に特徴を有するものであり、その他の構成要素は特に限定されるものではない。
上記負極としては、例えば、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。
上記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。
Next, components other than the positive electrode used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described.
However, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is characterized in that the positive electrode active material is used, and other components are not particularly limited.
Examples of the negative electrode include metallic lithium, lithium alloys, and the like, and a negative electrode mixture in which a binder is mixed with a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, and an appropriate solvent is added to form a paste. 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.
As the negative electrode active material, for example, a fired organic compound such as natural graphite, artificial graphite, or a 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.

上記セパレータは、正極と負極との間に挟み込んで配置する。このセパレータは、正極と負極とを分離し電解質を保持するものであり、例えば、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。   The separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode. This separator separates a positive electrode and a negative electrode and retains an electrolyte. For example, a thin film of polyethylene, polypropylene or the like and a film having many minute holes can be used.

上記非水系電解液は、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。上記有機溶媒としては、例えば、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、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、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、又はリン酸トリエチル、リン酸トリオクチル等のリン化合物等から選ばれる少なくとも1種を用いることができる。上記支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiN(CFSO等、およびそれらの複合塩を用いることができる。さらに、上記非水系電解液には、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。 The non-aqueous electrolyte solution is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent. 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, tetrahydrofuran, and 2-methyl. At least one selected from ether compounds such as tetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and butane sultone, or phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate can be used. Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and complex salts thereof. Furthermore, the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.

上記正極、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。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。   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 can be various, such as a cylindrical type and a laminated type. 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 that communicates with the outside, and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal that communicates 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.

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた組成、添加元素(M)の平均価数、結晶構造、粒度分布、粉体充填密度、充放電容量及び正極の安全性の評価方法は、以下の通りである。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the composition used in the examples and comparative examples, the average valence of the additive element (M), the crystal structure, the particle size distribution, the powder packing density, the charge / discharge capacity, and the safety evaluation method of the positive electrode are as follows. is there.

(1)組成の分析:ICP発光分析装置(Seiko Instruments Inc製Plasma Spectrometer SPS3000)で行った。
(2)正極活物質の添加元素(M)の平均価数の評価:前述の添加元素(M)の平均価数(V)の関係式で求めた。
(3)正極活物質の結晶構造の分析:X線回折装置(リガク電機社製:RINT−1400)で分析した。
(4)正極活物質の粒度分布の測定:レーザー散乱式粒度測定装置(日機装製 マイクロトラックHRA)で測定した粒度分布から、D50(累積分布率50質量%での粒度)を求めた。
(5)正極活物質の粉体充填密度(タップ密度)の測定:粉末12gを20mlのガラス製メスシリンダーに入れ、振とう比重測定器(蔵持科学器械製作所製KRS−409)にて500回タップした後の粉体充填密度を求めた。
(1) Composition analysis: The analysis was performed using an ICP emission spectrometer (Plasma Spectrometer SPS3000 manufactured by Seiko Instruments Inc).
(2) Evaluation of the average valence of the additive element (M) of the positive electrode active material: It was determined by the relational expression of the average valence (V) of the additive element (M) described above.
(3) Analysis of the crystal structure of the positive electrode active material: The positive electrode active material was analyzed with an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Electric Co., Ltd .: RINT-1400).
(4) Measurement of the particle size distribution of the positive electrode active material: D50 (particle size at a cumulative distribution rate of 50% by mass) was determined from the particle size distribution measured with a laser scattering particle size measuring device (Microtrack HRA manufactured by Nikkiso).
(5) Measurement of powder packing density (tap density) of positive electrode active material: 12 g of powder is put into a 20 ml glass graduated cylinder and tapped 500 times with a shaking specific gravity measuring instrument (KRS-409, Kuramochi Scientific Instruments). After that, the powder packing density was determined.

(6)正極活物質の充放電容量の評価:活物質粉末70質量部にアセチレンブラック20質量部およびPTFE10質量部を混合し、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LiClO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、2032型のコイン電池を作製した。図1に、2032型のコイン電池の概略構造を示す。ここで、コイン電池は、正極缶6中の正極(評価用電極)3、負極缶5中のリチウム金属負極1、電解液含浸のセパレーター2、ガスケット4及び集電体7から構成される。
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/cm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。充放電容量の測定には,ADVANTEST社製マルチチャンネル電圧/電流発生器(R6741A)を用いた。
(6) Evaluation of charge / discharge capacity of positive electrode active material: 70 parts by mass of active material powder was mixed with 20 parts by mass of acetylene black and 10 parts by mass of PTFE. 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 was produced in a glove box in an Ar atmosphere in which the dew point was controlled at −80 ° C. FIG. 1 shows a schematic structure of a 2032 type coin battery. Here, the coin battery is composed of a positive electrode (evaluation electrode) 3 in a positive electrode can 6, a lithium metal negative electrode 1 in a negative electrode can 5, an electrolyte-impregnated separator 2, a gasket 4, and a current collector 7.
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. A multi-channel voltage / current generator (R6741A) manufactured by ADVANTEST was used for measuring the charge / discharge capacity.

(7)正極の安全性の評価: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(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、発熱速度を求めた。 (7) Safety evaluation of positive electrode: CCCV charge of 2032 type coin battery manufactured by the same method as described above up to a cut-off voltage of 4.5V (constant current-constant voltage charge. First, charge is operated at a constant current. Then, a charging method using a two-phase charging process of terminating 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 heated at a rate of temperature increase of 10 ° C./min using a differential scanning calorimeter (PTC-10A, manufactured by Rigaku). The heat generation behavior was measured from room temperature to 400 ° C., and the heat generation rate was determined.

(実施例1)
(1)ニッケルコバルト複合水酸化物の調製
ニッケルとコバルトの配合割合が原子比で85:15となるように、硫酸ニッケル(和光純薬工業製、試薬特級)と硫酸コバルト(和光純薬工業製、試薬特級)を添加し、ニッケルとコバルトの合計濃度で2モル/Lの混合水溶液を反応槽に準備した。次いで、反応槽内に、前記混合溶液とともに、水酸化ナトリウム (和光純薬工業製、試薬特級)を用いて調製した濃度25重量%の水酸化ナトリウム水溶液と錯化剤として濃度25重量%アンモニア水(和光純薬工業製、試薬特級)を同時に添加した。このとき、pHを10〜12.5の範囲、及び反応温度を50〜80℃の範囲に保持した。その後、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、ろ過、水洗後に乾燥させ、ニッケルコバルト複合水酸化物の球状粒子を得た。
Example 1
(1) Preparation of nickel-cobalt composite hydroxide Nickel sulfate (made by Wako Pure Chemical Industries, reagent grade) and cobalt sulfate (made by Wako Pure Chemical Industries) so that the mixing ratio of nickel and cobalt is 85:15 in atomic ratio. , Reagent special grade) was added, and a 2 mol / L mixed aqueous solution with a total concentration of nickel and cobalt was prepared in the reaction vessel. Next, in the reaction tank, together with the mixed solution, a sodium hydroxide aqueous solution having a concentration of 25% by weight prepared using sodium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent grade) and a 25% by weight aqueous ammonia solution as a complexing agent are used. (Wako Pure Chemical Industries, reagent special grade) was added simultaneously. At this time, the pH was maintained in the range of 10 to 12.5, and the reaction temperature was maintained in the range of 50 to 80 ° C. Then, after the inside of the reaction vessel was in a steady state, the overflowed precipitate was collected, filtered, washed with water and dried to obtain spherical particles of nickel cobalt composite hydroxide.

(2)ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物の合成
次に、ニオブ塩水溶液として、五塩化ニオブを濃度150g/Lの水酸化カリウム水溶液に溶解したニオブ水溶液、及びマンガンとアルミニウム混合水溶液として、硫酸マンガンと硫酸アルミニウムの混合水溶液を準備した。
まず、ニッケルコバルト複合水酸化物を、常温にてニオブ水溶液により1500g/Lの濃度でスラリー化させた後、これに所定量のマンガンとアルミニウム混合水溶液を添加して均一に攪拌しながら、濃度47重量%の硫酸を用いてpHが8〜10になるように調整した。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、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物の乾燥粉末を得た。なお、ニオブ(Nb)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)が、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、それぞれ0.5、0.5、1at%となるように各水溶液を準備した。
(2) Synthesis of nickel cobalt-added element (M) composite hydroxide Next, as an aqueous solution of niobium salt, an aqueous solution of niobium in which niobium pentachloride is dissolved in an aqueous potassium hydroxide solution having a concentration of 150 g / L, and an aqueous mixed solution of manganese and aluminum A mixed aqueous solution of manganese sulfate and aluminum sulfate was prepared.
First, a nickel cobalt composite hydroxide was slurried with a niobium aqueous solution at a normal temperature at a concentration of 1500 g / L, and then a predetermined amount of a mixed aqueous solution of manganese and aluminum was added thereto and stirred uniformly. It adjusted so that pH might be set to 8-10 using the sulfuric acid of weight%. 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 nickel cobalt additive element (M) composite hydroxide. In addition, niobium (Nb), manganese (Mn), and aluminum (Al) are each 0.00% with respect to the total amount of nickel, cobalt, and additive metal (M) contained in the nickel cobalt additive element (M) composite hydroxide. Each aqueous solution was prepared so that it might become 5, 0.5, and 1 at%.

(3)ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物の調製
続いて、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、その温度で10時間焼成した後、室温まで炉内で冷却してニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物の球状粒子を得た。
(3) Preparation of nickel-cobalt additive element (M) composite oxide Subsequently, 30 g of the obtained composite hydroxide was inserted into a 5 cm × 12 cm × 3 cm magnesia firing container, and a sealed electric furnace was used. After heating up to 700 ° C. at a rate of temperature increase of 5 ° C./min in an air stream with a flow rate of 3 L / min, firing at that temperature for 10 hours, cooling to room temperature in the furnace and adding nickel cobalt additive element (M) A spherical particle was obtained.

(4)正極活物質の合成
得られた複合酸化物と市販の水酸化リチウム(FMC社製)とを、複合酸化物中のニッケル、コバルト及び添加元素(M)の全量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挿入し、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450℃まで昇温して2時間仮焼成した。次いで、昇温速度0.47℃/minで730℃まで昇温した後、その温度で10時間焼成した後、室温まで炉内で冷却してリチウムニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物の焼成粉末からなる正極活物質を得た。
(4) Synthesis of positive electrode active material The obtained composite oxide and commercially available lithium hydroxide (manufactured by FMC Co., Ltd.), the atomic ratio of lithium to the total amount of nickel, cobalt and additive element (M) in the composite oxide After weighing to 1: 1.05, the mixture was sufficiently mixed using a shaker mixer device (TURBULA Type T2C manufactured by WAB) with such a strength that the shape of spherical secondary particles was maintained. 20 g of this mixture was inserted into a 5 cm × 12 cm × 3 cm magnesia firing vessel, and heated to 450 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min in an oxygen stream at a flow rate of 3 L / min using a sealed electric furnace. And calcined for 2 hours. Next, after heating up to 730 ° C. at a temperature rising rate of 0.47 ° C./min, firing at that temperature for 10 hours, cooling to room temperature in the furnace and firing of the lithium nickel cobalt additive element (M) composite oxide A positive electrode active material made of powder was obtained.

(5)正極活物質及び正極の評価
得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
(5) Evaluation of positive electrode active material and positive electrode Composition of the obtained positive electrode active material, average valence of additive element (M), D50 of particle size distribution, powder packing density (tap density), charge / discharge capacity, and positive electrode Safety was evaluated by the above evaluation method. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

(実施例2)
上記[ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物の合成]において、ニオブ(Nb)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)が、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、それぞれ0.5、0.5、2at%となるように各水溶液を準備したこと、及び上記[正極活物質の合成]において、昇温速度5℃/minで730℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得て、得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
(Example 2)
Nickel in which niobium (Nb), manganese (Mn), and aluminum (Al) are contained in the nickel cobalt additive element (M) composite hydroxide in the above [synthesis of nickel cobalt additive element (M) composite hydroxide] In each of the aqueous solutions prepared so as to be 0.5, 0.5, and 2 at% with respect to the total amount of cobalt and the additive metal (M), and in the above [Synthesis of positive electrode active material], the temperature rising rate was 5 The positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature was raised to 730 ° C. at a rate of ℃ / min and baked at that temperature for 5 hours. ), The D50 of the particle size distribution, the powder packing density (tap density), the charge / discharge capacity, and the safety of the positive electrode were evaluated by the above evaluation methods. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

(実施例3)
上記[ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物の合成]において、ニオブ(Nb)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)が、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、それぞれ0.5、0.5、3at%となるように各水溶液を準備したこと、及び上記[正極活物質の合成]において、昇温速度5℃/minで730℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得て、得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
(Example 3)
Nickel in which niobium (Nb), manganese (Mn), and aluminum (Al) are contained in the nickel cobalt additive element (M) composite hydroxide in the above [synthesis of nickel cobalt additive element (M) composite hydroxide] In the above [Synthesis of positive electrode active material], each aqueous solution was prepared so as to be 0.5, 0.5, and 3 at%, respectively, with respect to the total amount of cobalt and additive metal (M), and the rate of temperature increase was 5 The positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature was raised to 730 ° C. at a rate of ℃ / min and baked at that temperature for 5 hours. ), The D50 of the particle size distribution, the powder packing density (tap density), the charge / discharge capacity, and the safety of the positive electrode were evaluated by the above evaluation methods. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

(実施例4)
実施例1と同様にして得られた正極活物質を用いて、まず、該正極活物質中に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、さらにマンガン(Mn)を0.5at%分増加させるように含有する硝酸マンガン水溶液中に、該正極活物質を5000g/Lの濃度でスラリー化させた後、250℃で10時間真空乾燥し、乾燥粉末を得た。
次いで、得られた乾燥粉末を用いて、上記[正極活物質の合成]において、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで500℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は同様に行い正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
Example 4
Using the positive electrode active material obtained in the same manner as in Example 1, first, manganese (Mn) was further added to the total amount of nickel, cobalt, and additive metal (M) contained in the positive electrode active material to a value of 0. The positive electrode active material was slurried at a concentration of 5000 g / L in an aqueous manganese nitrate solution so as to increase by 5 at%, and then vacuum dried at 250 ° C. for 10 hours to obtain a dry powder.
Next, using the obtained dry powder, in [Synthesis of positive electrode active material], the temperature was raised to 500 ° C. at a temperature rising rate of 5 ° C./min in an oxygen stream having a flow rate of 3 L / min, and the temperature was maintained for 5 hours. A positive electrode active material was obtained in the same manner except that it was fired. The composition of the positive electrode active material obtained, the average valence of the additive element (M), D50 of the particle size distribution, powder packing density (tap density), charge / discharge capacity, and safety of the positive electrode were evaluated by the above evaluation methods. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

(実施例5)
実施例1と同様にして得られたニッケルコバルト複合水酸化物を、まず、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、アルミニウム(Al)が3.5at%となるようにアルミニウム(Al)を含有するアルミン酸ナトリウム水溶液中に、常温にて500g/Lの濃度でスラリー化させた後、均一に攪拌しながら濃度47重量%硫酸を用いてpHが8〜10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、乾燥粉末を得た。次いで、得られたニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物からなる乾燥粉末を、上記[ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物の調製]と同様の条件で焼成し、中間焼成物を得た。
さらに、得られた中間焼成物を用いて、まず、正極活物質に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、マンガン(Mn)が0.5at%となるようにマンガン(Mn)を含有する硝酸マンガン水溶液中に5000g/Lの濃度でスラリー化させた後、250℃で10時間真空乾燥し、乾燥粉末を得た。次に、得られた乾燥粉末を用いて、上記[正極活物質の合成]において、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで750℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は同様に行い正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
(Example 5)
First, the nickel-cobalt composite hydroxide obtained in the same manner as in Example 1 was made of aluminum with respect to the total amount of nickel, cobalt, and additive metal (M) contained in the nickel-cobalt additive element (M) composite hydroxide. After slurrying in a sodium aluminate aqueous solution containing aluminum (Al) so that (Al) is 3.5 at% at a concentration of 500 g / L at room temperature, the concentration is 47 wt% while stirring uniformly. The pH was adjusted to 8 to 10 using sulfuric acid. Thereafter, the entire amount of hydroxide slurry in the reaction vessel was recovered, filtered, washed with water and dried to obtain a dry powder. Next, the obtained dry powder composed of nickel cobalt aluminum composite hydroxide was fired under the same conditions as in [Preparation of nickel cobalt-added element (M) composite oxide] to obtain an intermediate fired product.
Further, using the obtained intermediate fired product, first, manganese (Mn) is 0.5 at% with respect to the total amount of nickel, cobalt, and additive metal (M) contained in the positive electrode active material. After slurrying in an aqueous manganese nitrate solution containing Mn) at a concentration of 5000 g / L, it was vacuum dried at 250 ° C. for 10 hours to obtain a dry powder. Next, using the obtained dry powder, in [Synthesis of positive electrode active material], the temperature was increased to 750 ° C. at a temperature increase rate of 5 ° C./min in an oxygen stream at a flow rate of 3 L / min. A positive electrode active material was obtained in the same manner except that it was fired for a period of time.
The composition of the positive electrode active material obtained, the average valence of the additive element (M), D50 of the particle size distribution, powder packing density (tap density), charge / discharge capacity, and safety of the positive electrode were evaluated by the above evaluation methods. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

(実施例6)
正極活物質に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、マンガン(Mn)が1at%となるようにマンガン(Mn)を含有する硝酸マンガン水溶液を用いたこと以外は実施例5と同様にして、正極活物質を得て、得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
(Example 6)
Example except that manganese nitrate aqueous solution containing manganese (Mn) was used so that manganese (Mn) was 1 at% with respect to the total amount of nickel, cobalt and additive metal (M) contained in the positive electrode active material. 5, the positive electrode active material was obtained, the composition of the obtained positive electrode active material, the average valence of the additive element (M), the particle size distribution D50, the powder packing density (tap density), the charge / discharge capacity, And the safety | security of the positive electrode was evaluated by the said evaluation method. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

(実施例7)
実施例1と同様にして得られたニッケルコバルト複合水酸化物を、まず、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)がそれぞれ2、1.5at%となるようにアルミニウム(Al)とモリブデン(Mo)を含有するアルミン酸ナトリウムとモリブデン酸ナトリウムの混合水溶液と純水中に、常温にて500g/Lの濃度でスラリー化させた後、均一に攪拌しながら濃度47重量%硫酸を用いてpHが8〜10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、乾燥粉末を得た。
次いで、得られたニッケルコバルトアルミニウムモリブデン複合水酸化物からなる乾燥粉末を、上記[正極活物質の合成]と同様の条件で焼成し、正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
(Example 7)
First, the nickel-cobalt composite hydroxide obtained in the same manner as in Example 1 was made of aluminum with respect to the total amount of nickel, cobalt, and additive metal (M) contained in the nickel-cobalt additive element (M) composite hydroxide. (Al), Molybdenum (Mo), respectively, in a mixed aqueous solution of sodium aluminate and sodium molybdate and pure water containing aluminum (Al) and molybdenum (Mo) and pure water so as to be 2 and 1.5 at%, respectively. Then, the slurry was slurried at a concentration of 500 g / L, and adjusted to a pH of 8 to 10 using sulfuric acid having a concentration of 47% by weight with uniform stirring. Thereafter, the entire amount of hydroxide slurry in the reaction vessel was recovered, filtered, washed with water and dried to obtain a dry powder.
Next, the obtained dry powder composed of nickel cobalt aluminum molybdenum composite hydroxide was fired under the same conditions as in [Synthesis of positive electrode active material] to obtain a positive electrode active material. The composition of the positive electrode active material obtained, the average valence of the additive element (M), D50 of the particle size distribution, powder packing density (tap density), charge / discharge capacity, and safety of the positive electrode were evaluated by the above evaluation methods. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

(実施例8)
実施例5と同様にして得た中間焼成物を用いて、さらに、まず、正極活物質に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、モリブデン(Mo)が0.5at%となるようにモリブデン(Mo)を含有するモリブデン酸アンモニウム水溶液中に5000g/Lの濃度でスラリー化させた後、250℃で10時間真空乾燥し、乾燥粉末を得た。次に、得られたニッケルコバルトアルミニウムモリブデン複合水酸化物からなる乾燥粉末を用いて、上記[正極活物質の合成]において、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで750℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は同様に行い正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
(Example 8)
Using the intermediate fired product obtained in the same manner as in Example 5, first, molybdenum (Mo) was 0.5 at% with respect to the total amount of nickel, cobalt, and additive metal (M) contained in the positive electrode active material. After being slurried in an aqueous ammonium molybdate solution containing molybdenum (Mo) at a concentration of 5000 g / L, it was vacuum dried at 250 ° C. for 10 hours to obtain a dry powder. Next, using the obtained dry powder composed of nickel cobalt aluminum molybdenum composite hydroxide, in the above [Synthesis of positive electrode active material], 750 at a temperature rising rate of 5 ° C./min in an oxygen stream of 3 L / min. A positive electrode active material was obtained in the same manner except that the temperature was raised to 0 ° C. and baked at that temperature for 5 hours.
The composition of the positive electrode active material obtained, the average valence of the additive element (M), D50 of the particle size distribution, powder packing density (tap density), charge / discharge capacity, and safety of the positive electrode were evaluated by the above evaluation methods. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

(実施例9)
実施例1と同様にして得られたニッケルコバルト複合水酸化物を用いて、まず、正極活物質に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、モリブデン(Mo)が1at%となるようにモリブデン(Mo)を含有するモリブデン酸アンモニウム中に5000g/Lの濃度でスラリー化させた後、250℃で10時間真空乾燥し、乾燥粉末を得た。
さらに、得られた乾燥粉末に、正極活物質に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、マンガン(Mn)が0.5at%となるようにマンガン(Mn)を含有する硝酸マンガン水溶液中に5000g/Lの濃度でスラリー化させた後、250℃で10時間真空乾燥し、乾燥粉末を得た。
その後、得られたニッケルコバルトモリブデンマンガン複合水酸化物からなる乾燥粉末を用いて、上記[正極活物質の合成]において、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで750℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は同様に行い正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
Example 9
Using the nickel-cobalt composite hydroxide obtained in the same manner as in Example 1, first, molybdenum (Mo) was 1 at% relative to the total amount of nickel, cobalt, and additive metal (M) contained in the positive electrode active material. After being slurried in an ammonium molybdate containing molybdenum (Mo) so as to have a concentration of 5000 g / L, the slurry was vacuum dried at 250 ° C. for 10 hours to obtain a dry powder.
Furthermore, the obtained dry powder contains manganese (Mn) so that manganese (Mn) is 0.5 at% with respect to the total amount of nickel, cobalt, and additive metal (M) contained in the positive electrode active material. After slurrying in an aqueous manganese nitrate solution at a concentration of 5000 g / L, it was vacuum dried at 250 ° C. for 10 hours to obtain a dry powder.
Thereafter, using the obtained dry powder composed of nickel cobalt molybdenum manganese composite hydroxide, in the above [Synthesis of positive electrode active material], 750 ° C. at a temperature rising rate of 5 ° C./min in an oxygen stream with a flow rate of 3 L / min. The positive electrode active material was obtained in the same manner except that the temperature was raised to 5 ° C. and baked at that temperature for 5 hours.
The composition of the positive electrode active material obtained, the average valence of the additive element (M), D50 of the particle size distribution, powder packing density (tap density), charge / discharge capacity, and safety of the positive electrode were evaluated by the above evaluation methods. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

(比較例1)
上記[ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物の合成]において、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、アルミニウム(Al)が3.0at%となるようにアルミニウム(Al)を含有するアルミン酸ナトリウム水溶液を用いたこと、及び上記[正極活物質の合成]において、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで750℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は、実施例1同様に行い、正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
(Comparative Example 1)
In the above [Synthesis of nickel-cobalt additive element (M) composite hydroxide], the total amount of nickel, cobalt, and additive metal (M) contained in the nickel-cobalt additive element (M) composite hydroxide is aluminum (Al ) Is 3.0 at%, a sodium aluminate aqueous solution containing aluminum (Al) is used, and in the above [Synthesis of positive electrode active material], the temperature rising rate is 5 in an oxygen stream at a flow rate of 3 L / min. A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature was raised to 750 ° C. at a temperature of 750 ° C./min and baked at that temperature for 5 hours. The composition of the positive electrode active material obtained, the average valence of the additive element (M), D50 of the particle size distribution, powder packing density (tap density), charge / discharge capacity, and safety of the positive electrode were evaluated by the above evaluation methods. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

(比較例2)
アルミニウム(Al)が、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、7.0at%となるようにしたこと以外は、比較例1と同様に行い、正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
(Comparative Example 2)
Comparative Example, except that aluminum (Al) is 7.0 at% based on the total amount of nickel, cobalt, and additive metal (M) contained in the nickel cobalt additive element (M) composite hydroxide. 1 was performed, and a positive electrode active material was obtained. The composition of the positive electrode active material obtained, the average valence of the additive element (M), D50 of the particle size distribution, powder packing density (tap density), charge / discharge capacity, and safety of the positive electrode were evaluated by the above evaluation methods. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

(比較例3)
アルミニウム(Al)が、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、10.0at%となるようにしたこと以外は、比較例1と同様に行い、正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
(Comparative Example 3)
Comparative Example, except that aluminum (Al) is 10.0 at% based on the total amount of nickel, cobalt, and additive metal (M) contained in the nickel cobalt additive element (M) composite hydroxide 1 was performed, and a positive electrode active material was obtained. The composition of the positive electrode active material obtained, the average valence of the additive element (M), D50 of the particle size distribution, powder packing density (tap density), charge / discharge capacity, and safety of the positive electrode were evaluated by the above evaluation methods. The results are shown in Table 1. The crystal structure was a complex oxide single phase having a hexagonal layered structure.

Figure 0005181482
Figure 0005181482

表1より、実施例1〜9では、添加元素(M)としてアルミニウム、マンガン、ニオブ又はモリブデンから選ばれる少なくとも2種の元素が用いられ、得られた正極活物質の組成、さらに添加元素(M)の平均価数において、本発明に従って行われたので、熱安定性に優れ、かつ高い充放電容量が得られるリチウムニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物粉末からなる非水系電解質二次電池用の正極活物質とそれを用いた高容量で安全性の高い非水系電解質二次電池が得られることが分かる。すなわち、初期放電容量が170mAh/gを超えるとともに、DSC測定による発熱速度が26W/g以下であり、リチウムコバルト複合酸化物に代わる新たな電池材料として優れた材料であることが分かる。
これに対して、比較例1〜3では、添加元素(M)においてこれらの条件に合わないので、熱安定性又は初期放電容量のいずれかにおいて満足すべき結果が得られないことが分かる。
From Table 1, in Examples 1-9, at least 2 sorts of elements chosen from aluminum, manganese, niobium, or molybdenum were used as an addition element (M), and the composition of the obtained positive electrode active material, and also an addition element (M ) For the non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the lithium nickel cobalt-added element (M) composite oxide powder that is excellent in thermal stability and has high charge / discharge capacity. It can be seen that a positive electrode active material and a high-capacity non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material can be obtained. That is, the initial discharge capacity exceeds 170 mAh / g, and the heat generation rate by DSC measurement is 26 W / g or less, which indicates that the battery is an excellent material as a new battery material replacing lithium cobalt composite oxide.
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, since the additive element (M) does not meet these conditions, it can be seen that satisfactory results cannot be obtained in either thermal stability or initial discharge capacity.

これらの関係を、図を用いて説明する。図2は、実施例と比較例で得られた正極活物質の有する初期放電容量と発熱速度の関係を表わす。図2から明らかなように、本発明(実施例)のリチウム金属複合酸化物は、従来品(比較例)に比べて、同じ放電容量でも発熱速度が低く、安全性の高い材料となっていることが分かる。   These relationships will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows the relationship between the initial discharge capacity and the heat generation rate of the positive electrode active materials obtained in Examples and Comparative Examples. As is clear from FIG. 2, the lithium metal composite oxide of the present invention (Example) has a lower heat generation rate and higher safety than the conventional product (Comparative Example) even with the same discharge capacity. I understand that.

以上より明らかなように、本発明の製造方法により得られる非水系電解質二次電池用正極活物質は、熱安定性に優れ、かつ高い充放電容量が得られる非水系電解質二次電池用の正極活物質であり、それを用いてなる非水系電解質二次電池は、高容量で安全性の高い非水系電解質二次電池であるので、安全性に優れていながら高い充放電容量を有している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。
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、本発明の製造方法により得られる非水系電解質二次電池は、優れた安全性を有しているので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、より低コストにすることができるので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ものである。
As is clear from the above, the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery obtained by the production method of the present invention is excellent in thermal stability and has a high charge / discharge capacity, and a positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery. A non-aqueous electrolyte secondary battery that is an active material and uses it is a high-capacity, high-safety non-aqueous electrolyte secondary battery, and thus has a high charge / discharge capacity while being excellent in safety. In order to make use of the merit, it is suitable for use as a power source for small portable electronic devices that always require high capacity.
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, the non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by the manufacturing method of the present invention has excellent safety, so that not only is it easy to ensure safety, but also an expensive protection circuit is simplified, and the Since it can be made into cost, it is suitable as a power supply for electric vehicles. 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.

電池評価に用いたコイン電池の断面の概略図である。It is the schematic of the cross section of the coin battery used for battery evaluation. 実施例と比較例で得られた正極活物質の有する初期放電容量と発熱速度の関係を表わす図である。It is a figure showing the relationship between the initial stage discharge capacity and the heat generation rate which the positive electrode active material obtained by the Example and the comparative example has.

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 (2)

リチウム、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)を含有する下記の一般式(i)で表される複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法であって該正極活物質は、添加元素(M)が固溶した単相であり、下記の工程(イ)〜(ニ)により製造され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
Li1+zNi1−x−yCo ・・・(i)
(式中、x、y、zは、0.10≦x≦0.21、0.015≦y≦0.08、−0.05≦z≦0.10の要件を満たし、Mは、酸素との親和性がニッケルより優れたアルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)又はモリブデン(Mo)から選ばれる少なくとも2種の元素からなり、かつ平均価数が3価を超える。)
工程(イ):ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液に、アルカリ水溶液を加えた後、それらを一定速度にて攪拌して、共沈殿させ、反応槽内で定常状態になった後に沈殿物を採取し、濾過、水洗して、ニッケルとコバルトの原子比を制御したニッケルコバルト複合水酸化物を得る。
工程(ロ):前記ニッケルコバルト複合水酸化物を、アルミニウム、マンガン、ニオブ又はモリブデンから選ばれる少なくとも2種の元素からなる添加元素(M)を含む水溶液中に分散させ、該複合水酸化物中に該化合物を含浸させるか、若しくは該複合水酸化物表面に中和処理により生成された添加元素(M)の水酸化物を付着させるかした後、乾燥して、添加元素(M)の原子比を制御したニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を得る。
工程(ハ):前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を、300〜900℃の温度で焼成してニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る。
工程(ニ):前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、この混合物を650〜850℃の温度で焼成して、リチウムの原子比を制御したリチウムニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る。
Lithium, nickel, a process for the preparation of cobalt and a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a composite oxide represented by the following general formula containing an additive element (M) (i), positive electrode active The substance is a single phase in which the additive element (M) is dissolved , and is produced by the following steps (a) to (d). A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
Li 1 + z Ni 1-x -y Co x M y O 2 ··· (i)
(Wherein x, y, z satisfy the requirements of 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0.015 ≦ y ≦ 0.08, −0.05 ≦ z ≦ 0.10, and M is oxygen (It is composed of at least two elements selected from aluminum (Al), manganese (Mn), niobium (Nb), and molybdenum (Mo)), which have an affinity for and better than nickel, and the average valence exceeds three.)
Step (a): After adding an alkaline aqueous solution to a mixed aqueous solution of nickel salt and cobalt salt, they are stirred at a constant speed to cause coprecipitation, and the precipitate is collected after reaching a steady state in the reaction vessel. And filtering and washing with water to obtain a nickel-cobalt composite hydroxide having a controlled atomic ratio of nickel and cobalt.
Step (b): The nickel-cobalt composite hydroxide is dispersed in an aqueous solution containing an additive element (M) composed of at least two elements selected from aluminum, manganese, niobium or molybdenum, and the composite hydroxide Or impregnating the surface of the composite hydroxide with the hydroxide of the additive element (M) produced by the neutralization treatment, followed by drying to add atoms of the additive element (M) A nickel cobalt-added element (M) composite hydroxide having a controlled ratio is obtained.
Step (c): The nickel cobalt-added element (M) composite hydroxide is fired at a temperature of 300 to 900 ° C. to obtain a nickel cobalt-added element (M) composite oxide.
Step (d): The nickel-cobalt additive element in which the nickel-cobalt additive element (M) composite oxide and the lithium compound are mixed and the mixture is baked at a temperature of 650 to 850 ° C. to control the atomic ratio of lithium. (M) A composite oxide is obtained.
工程(イ)で得られるニッケルコバルト複合水酸化物は、略球状粒子であることを特徴とする請求項1に記載の非水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 the nickel-cobalt composite hydroxide obtained in the step (a) is substantially spherical particles.
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