JP5343347B2 - Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing the same, positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive-electrode active material for a lithium secondary battery that has small voids among active-material particles and high bulk density, achieves cost reduction, high safety, and high load characteristics when used as a positive-electrode material for a lithium secondary battery while achieving improvement in powder handleability due to improvement in bulk density, and consequently achieves an inexpensive lithium secondary battery which has excellent handleability, high safety, and excellent performance. <P>SOLUTION: The positive-electrode active material for a lithium secondary battery has mother particles made of a lithium-nickel-manganese-cobalt based composite oxide, in which primary particle crystals are aggregated so as to form spherical secondary particles and which have voids on each surface and in each inside of the secondary particles, and conductive fine powder filled into some voids in the mother particles. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、リチウム二次電池に用いられる正極活物質材料及びその製造方法、並びにこの正極活物質材料を用いたリチウム二次電池用正極、並びにこのリチウム二次電池用正極を備えるリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material used for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, a positive electrode for a lithium secondary battery using the positive electrode active material, and a lithium secondary battery including the positive electrode for the lithium secondary battery. About.

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

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

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

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

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

そこで、本発明者らは、レート・出力特性といった負荷特性向上という課題を解決するためには、活物質を焼成する段階において十分に結晶性の高いものとしつつも粒成長及び焼結を抑えて微細な粒子を得ることが重要と考え、鋭意検討した結果、とりわけ層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物において、W等の元素を含有する化合物を添加後、一定以上の温度で焼成することにより、粒成長及び焼結の抑えられた微細な粒子からなるリチウム遷移金属系化合物粉体が得られることを見出し、リチウム二次電池正極材料として、低コスト化、耐高電圧化、高安全化に加え、レートや出力特性といった負荷特性の向上との両立が可能なものとした。しかしながら、この場合には、嵩密度の低下や比表面積の増大といった物性変化が起こるため、粉体としての取り扱いやこの場合には、電極調製が困難になるという新たな課題に直面した。   Therefore, in order to solve the problem of improving load characteristics such as rate and output characteristics, the present inventors suppressed grain growth and sintering while maintaining sufficiently high crystallinity at the stage of firing the active material. As a result of earnest examination, considering that it is important to obtain fine particles, especially in layered lithium nickel manganese cobalt based composite oxide, after adding a compound containing an element such as W, firing at a certain temperature or more, We found that lithium transition metal compound powder consisting of fine particles with suppressed grain growth and sintering can be obtained, and as a lithium secondary battery positive electrode material, in addition to low cost, high voltage resistance and high safety The load characteristics such as rate and output characteristics can be improved. However, in this case, physical property changes such as a decrease in bulk density and an increase in specific surface area occur, so that new problems have been faced in that handling as a powder and in this case, electrode preparation becomes difficult.

そこで、嵩密度の向上や比表面積の最適化を図るべく鋭意検討を重ねた結果、W等の元素を含有する化合物と、B等の元素を含有する化合物とを併用添加した後、一定以上の温度で焼成することにより、前述の改善効果を損なうことなく、取り扱いや電極調製の容易なリチウム含有遷移金属系化合物粉体を得ることができることを見出した。しかしながら、この方法でも、得られた活物質粒子間の空隙は依然として大きく、更なる嵩密度の向上を図るためには、活物質粒子間の空隙を一層減らす工夫が必要であった。   Therefore, as a result of intensive investigations aimed at improving the bulk density and optimizing the specific surface area, a compound containing an element such as W and a compound containing an element such as B were added together, It has been found that by firing at a temperature, lithium-containing transition metal compound powders that are easy to handle and electrode preparation can be obtained without impairing the above-described improvement effect. However, even in this method, the gaps between the obtained active material particles are still large, and in order to further improve the bulk density, a device for further reducing the gaps between the active material particles is necessary.

従来、リチウム二次電池用正極活物質粉体に対して、本発明が示すところの圧縮剪断応力を加える後処理を施した公知の文献としては、以下の特許文献1〜4が開示されている。   Conventionally, the following Patent Documents 1 to 4 are disclosed as known documents in which a post-treatment for applying a compressive shear stress as indicated by the present invention is performed on a positive electrode active material powder for a lithium secondary battery. .

特許文献1(特開平9−92265号公報)には、活物質本体を構成する粉末状の金属酸化物と粉末状の炭素材料を配合する配合工程と、該金属酸化物と該炭素材料とに圧縮剪断応力を加えて該炭素材料で該金属酸化物の表面を該金属酸化物の見掛け表面の15%以上を覆う被覆工程よりなる処理を行うことが開示されている。しかしながら、活物質本体を構成する粉末状の金属酸化物の製法が液相法によるものであり、本発明の特徴の一つである、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウム遷移金属系化合物粉体を得ることができず、中実な二次粒子となる。従って、配合した炭素材料は、圧縮剪断応力を加えても活物質本体を構成する二次粒子の表面に被覆されるだけで、二次粒子内部に亘って良好な導電パスを確保できないという問題があった。   Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-92265) includes a blending step of blending a powdered metal oxide and a powdered carbon material constituting an active material body, and the metal oxide and the carbon material. It is disclosed to perform a treatment comprising a coating step of applying a compressive shear stress to cover the surface of the metal oxide with 15% or more of the apparent surface of the metal oxide with the carbon material. However, the production method of the powdered metal oxide constituting the active material body is based on the liquid phase method, and one of the features of the present invention is that the primary particle crystals aggregate to form spherical secondary particles. The lithium transition metal compound powder having voids on the surface and inside of the secondary particles cannot be obtained, resulting in solid secondary particles. Accordingly, the blended carbon material is only coated on the surface of the secondary particles constituting the active material main body even when compressive shear stress is applied, and there is a problem that a good conductive path cannot be secured across the secondary particles. there were.

特許文献2(特開2003−137554号公報)には、湿式で粉砕混合して得たスラリーを噴霧乾燥することを特徴とする製造方法により得たリチウムマンガン複合酸化物に対して圧縮剪断応力を加える後処理を加えることにより嵩密度が向上することが開示されている。しかしながら、活物質本体を構成するリチウム遷移金属系化合物粉末の製法が、リチウム化合物原料として水酸化リチウムを使用したものであることや、リチウム原料の比率が異なる等の違いがあることにより、本発明の特徴の一つである、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有する粉体を得ることが困難で、空隙の少ない二次粒子となる。従って、配合した炭素材料は、圧縮剪断応力を加えても活物質本体を構成する二次粒子の表面付近を覆うだけで、本発明におけるような、二次粒子内部に亘って良好な導電パスを確保できないという問題があった。加えて、活物質本体として用いられる酸化物がスピネル構造のリチウムマンガンアルミニウム複合酸化物であるため、性能バランスに優れた電池性能を発揮できないという問題も抱えていた。   In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-137554), compressive shear stress is applied to a lithium manganese composite oxide obtained by a production method characterized by spray drying a slurry obtained by wet pulverization and mixing. It is disclosed that the bulk density is improved by adding an additional post-treatment. However, the manufacturing method of the lithium transition metal-based compound powder constituting the active material main body uses lithium hydroxide as a lithium compound raw material, and there are differences such as different ratios of lithium raw materials. Secondary particles with few voids, in which primary particle crystals are aggregated to form spherical secondary particles, and it is difficult to obtain a powder having voids on and inside the secondary particles. It becomes. Therefore, the blended carbon material only covers the vicinity of the surface of the secondary particles constituting the active material body even when compressive shear stress is applied, and provides a good conductive path across the secondary particles as in the present invention. There was a problem that it could not be secured. In addition, since the oxide used as the active material main body is a lithium manganese aluminum composite oxide having a spinel structure, there is also a problem that battery performance with an excellent performance balance cannot be exhibited.

特許文献3(特開2004−103546号公報)には、リチウム・ニッケル系複合酸化物、活性炭及びカーボンブラックからなる混合物に圧縮剪断応力を加える処理を施した正極活物質粒子を用いることにより、低温雰囲気下での出力とサイクル寿命とを高いレベルで両立できることが開示されている。しかしながら、本発明の特徴の一つである、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を得るために必要な製法の規定が無い上に、実施例に用いられている層状リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の比表面積が0.5乃至0.7m/gと低いことから、空隙の少ない二次粒子が得られている蓋然性が高い。従って、配合した炭素材料は、圧縮剪断応力を加えても活物質本体を構成する二次粒子の表面付近を覆うだけで、本発明におけるような、二次粒子内部に亘って良好な導電パスを確保できないという問題があった。加えて、実施例において、活物質本体として用いられる酸化物が層状リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物であるため、性能バランスに優れた電池性能を発揮できないという問題も抱えていた。 Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-103546) uses positive electrode active material particles obtained by subjecting a mixture of a lithium / nickel composite oxide, activated carbon and carbon black to a compressive shear stress, thereby reducing the temperature. It is disclosed that the output under the atmosphere and the cycle life can be compatible at a high level. However, a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder, which is one of the features of the present invention, is formed by agglomerating primary particle crystals to form spherical secondary particles and having voids on the surface and inside of the secondary particles. There is no provision of the manufacturing method necessary to obtain, and since the specific surface area of the layered lithium nickel cobalt aluminum composite oxide used in the examples is as low as 0.5 to 0.7 m 2 / g, there are few voids. The probability that secondary particles are obtained is high. Therefore, the blended carbon material only covers the vicinity of the surface of the secondary particles constituting the active material body even when compressive shear stress is applied, and provides a good conductive path across the secondary particles as in the present invention. There was a problem that it could not be secured. In addition, in the examples, since the oxide used as the active material main body is a layered lithium nickel cobalt aluminum composite oxide, there is also a problem that the battery performance excellent in performance balance cannot be exhibited.

特許文献4(特開2006−73482号公報)には、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物の粒子表面に、メカノフュージョン法を用いてリチウム化合物を添着させることにより、長期間にわたり安定して高出力で電力を供給しうる正極材料を提供することが開示されている。しかしながら、活物質本体を構成するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の製法が、球状の二次粒子を形成し得ない製法であるため、メカノフュージョン処理を行っても、本発明におけるような形態が得られないという問題があった。更に添着する物質が導電性炭素材料でもないという違いがあった。   In Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-73482), a lithium compound is attached to the surface of lithium nickel manganese cobalt oxide particles using a mechano-fusion method, so that power can be stably output at a high output over a long period of time. It is disclosed to provide a positive electrode material capable of supplying However, since the manufacturing method of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide constituting the active material main body is a manufacturing method in which spherical secondary particles cannot be formed, even if mechanofusion treatment is performed, the form as in the present invention is obtained. There was a problem that it was not possible. Furthermore, there was a difference that the substance to be attached was not a conductive carbon material.

また、特許文献5(特開2007−173134号公報)には、電極活物質及び導電材からなるリチウムイオン電池の電極材料であって、前記電極活物質の表面が前記導電材により被覆されてなることを特徴とするリチウムイオン電池の電極用材料を用いることにより、高速充放電レートにおける放電容量が高く、十分な充放電レート性能を有するリチウム電池の電極を形成できることが開示されている。しかしながら、このような技術は既に公知(例えば特許文献6:特開平9−92265号公報)であることに加え、表面が導電材に被覆された電極活物質であるため、本発明におけるような、二次粒子内部に亘って良好な導電パスを確保できないという問題があった。加えて、活物質本体として用いられる化合物が、オリビン構造のLiFePOであるため、性能バランスに優れた電池性能を発揮できないという問題も抱えていた。
特開平9−92265号公報 特開2003−137554号公報 特開2004−103546号公報 特開2006−73482号公報 特開2007−173134号公報 特開平9−92265号公報
Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-173134) discloses an electrode material for a lithium ion battery comprising an electrode active material and a conductive material, and the surface of the electrode active material is covered with the conductive material. It is disclosed that a lithium battery electrode having a high discharge capacity at a high speed charge / discharge rate and having a sufficient charge / discharge rate performance can be formed by using the electrode material for a lithium ion battery characterized by the above. However, since such a technique is already known (for example, Patent Document 6: JP-A-9-92265), the surface is an electrode active material coated with a conductive material. There was a problem that a good conductive path could not be secured across the secondary particles. In addition, since the compound used as the active material main body is LiFePO 4 having an olivine structure, there is a problem in that the battery performance excellent in performance balance cannot be exhibited.
JP-A-9-92265 JP 2003-137554 A JP 2004-103546 A JP 2006-73482 A JP 2007-173134 A JP-A-9-92265

本発明は、活物質粒子間の空隙が小さく、嵩密度が高く、リチウム二次電池正極材料として用いた場合、低コスト化及び高安全性化と高負荷特性化を図ると共に、嵩密度向上による粉体取り扱い性の向上を図ることができ、このため、安価で取り扱い性に優れ、安全性が高く、性能に優れたリチウム二次電池を実現しうるリチウム二次電池用正極活物質材料を提供することを目的とする。   The present invention has a small gap between the active material particles, a high bulk density, and when used as a positive electrode material for a lithium secondary battery, it achieves a reduction in cost, a higher safety and a higher load characteristic, and an improvement in the bulk density. Providing a positive electrode active material for a lithium secondary battery that can improve the powder handleability, and thus can realize a lithium secondary battery that is inexpensive, excellent in handleability, high in safety, and excellent in performance. The purpose is to do.

本発明者は、活物質粒子間の空隙を減らすべく鋭意検討を重ねた結果、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体に対して、その空隙サイズよりも小さな微粒子を充填することによって、嵩密度が飛躍的に向上し、さらに空隙充填微粒子として導電性微粒子を用いることによって、出力特性も向上し、これによって前述の改善効果を損なうことなく、取り扱いや電極調製の容易なリチウム二次電池用正極活物質粉体を得ることができることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to reduce the gaps between the active material particles, the present inventor has formed primary secondary crystals to form spherical secondary particles, and lithium nickel having voids on the surface and inside of the secondary particles. By filling fine particles smaller than the void size with respect to the manganese cobalt based composite oxide powder, the bulk density is drastically improved. Furthermore, by using conductive fine particles as the void filling fine particles, the output characteristics are also improved. Thus, the present inventors have found that a positive electrode active material powder for a lithium secondary battery that is easy to handle and prepare an electrode can be obtained without impairing the above-described improvement effect.

本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物よりなる母粒子と、該母粒子の空隙の一部に充填された導電性微粉末とを有するリチウム二次電池用正極活物質材料であって、該導電性微粉末の平均一次粒子径が50nm以下であり、水銀圧入法による細孔分布曲線が、細孔半径300nm以上、1000nm以下にピークトップが存在するメインピークを少なくとも1つ以上有し、かつ細孔半径1nm以上、80nm未満にピークトップが存在するサブピークを有し、水銀圧入法による細孔分布曲線において、細孔半径300nm以上、1000nm以下にピークトップが存在するメインピークに係る細孔容量が0.1cm /g以上、0.5cm /g以下であり、かつ細孔半径1nm以上、80nm未満にピークトップが存在するサブピークに係る細孔容量が0.01cm /g以上、0.2cm /g以下であり、水銀圧入法による水銀圧入曲線において、圧力3.86kPaから413MPaまでの昇圧時における水銀圧入量が、0.3cm /g以上、0.8cm /g以下であり、含有炭素濃度をC(重量%)とした時、C値が1重量%以上、10重量%以下であることを特徴とする(請求項1)。
即ち、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体に対して、導電性微粉末を添加した後、圧縮剪断応力を加える後処理を施して、一次粒子間空隙を低減させて嵩密度を向上させつつ更なる高出力化を図ることを可能としたものである。
The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention comprises a lithium nickel manganese composite oxide in which primary particle crystals are aggregated to form spherical secondary particles, and there are voids in the surface and inside of the secondary particles. A positive electrode active material for a lithium secondary battery having a mother particle and a conductive fine powder filled in a part of a void of the mother particle , wherein the average primary particle diameter of the conductive fine powder is 50 nm or less Yes, the pore distribution curve by the mercury intrusion method has at least one main peak having a peak top at a pore radius of 300 nm or more and 1000 nm or less, and a peak top at a pore radius of 1 nm or more and less than 80 nm In the pore distribution curve by the mercury intrusion method, the pore volume related to the main peak having a peak top at a pore radius of 300 nm or more and 1000 nm or less There 0.1 cm 3 / g or more, 0.5 cm 3 / g or less and a pore radius of 1nm or more, the pore volume of the sub-peak with a peak top present at less than 80nm is 0.01 cm 3 / g or more, 0 .2 cm 3 / g or less, and in the mercury intrusion curve by the mercury intrusion method, the amount of mercury intrusion when the pressure is increased from 3.86 kPa to 413 MPa is 0.3 cm 3 / g or more and 0.8 cm 3 / g or less. Yes, when the carbon concentration is C (% by weight), the C value is 1% by weight or more and 10% by weight or less (claim 1).
That is, the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide in which primary particle crystals are aggregated to form spherical secondary particles, and there are voids on the surface and inside of the secondary particles. After the addition of conductive fine powder to the product powder, post-processing is applied to apply compressive shear stress to reduce the voids between primary particles and improve the bulk density while further increasing the output. It is possible.

また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、この水銀圧入法による水銀圧入曲線において、圧力3.86kPaから413MPaまでの昇圧時における水銀圧入量が、母粒子の該水銀圧入量の80%以下に減少していることが好ましい(請求項)。 Further, in the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, in the mercury intrusion curve by this mercury intrusion method, the amount of mercury intrusion when the pressure is increased from 3.86 kPa to 413 MPa is equal to the amount of mercury intrusion of the mother particles. It is preferable to reduce to 80% or less (Claim 2 ).

また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率が0.01Ω・cm以上、1×10Ω・cm以下であることが好ましい(請求項)。 The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention preferably has a volume resistivity of 0.01 Ω · cm or more and 1 × 10 3 Ω · cm or less when consolidated at a pressure of 40 MPa (claims) Item 3 ).

また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、BET比表面積が5m/g以上、100m/g以下であることが好ましい(請求項)。 The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention preferably has a BET specific surface area of 5 m 2 / g or more and 100 m 2 / g or less (claim 4 ).

また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、嵩密度が1.5g/cm以上、2.4g/cm以下であることが好ましい(請求項)。 The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention preferably has a bulk density of 1.5 g / cm 3 or more and 2.4 g / cm 3 or less (claim 5 ).

また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として、水媒体にて超音波分散を行わずに測定されたメジアン径が3μm以上、30μm以下であり、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定されたメジアン径が0.5μm以上、10μm以下であることが好ましい(請求項)。 In addition, the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention has a refractive index set to 1.24 by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device, and the particle size reference is a volume reference. The median diameter measured without sonic dispersion is 3 μm or more and 30 μm or less, and the median diameter measured after 5 minutes of ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz) is 0.5 μm or more and 10 μm or less. It is preferable that it is present (claim 6 ).

また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、母粒子の主成分組成が下記組成式(I)で表されることが好ましい(請求項)。
LiMO …(I)
(ただし、上記式(I)中、Mは、Li、Ni及びMn、或いは、Li、Ni、Mn及びCoから構成される元素であり、Mn/Niモル比は0.8以上、5以下、Co/(Mn+Ni+Co)モル比は0以上、0.35以下、M中のLiモル比は0.001以上、0.2以下である。)
The positive electrode active material for lithium secondary battery of the present invention, the main component composition of the mother particle is represented by the following composition formula (I) is preferably (claim 7).
LiMO 2 (I)
(However, in the above formula (I), M is an element composed of Li, Ni and Mn, or Li, Ni, Mn and Co, and the Mn / Ni molar ratio is 0.8 or more and 5 or less, (The Co / (Mn + Ni + Co) molar ratio is 0 or more and 0.35 or less, and the Li molar ratio in M is 0.001 or more and 0.2 or less.)

また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、前記組成式(I)中のMが、下記式(II)式で表されるものが好ましい(請求項)。
M=Liz/(2+z){(Ni(1+y)/2Mn(1−y)/21−xCo2/(2+z) …(II)
(ただし、上記式(II)中、
0≦x≦0.1
−0.1≦y≦0.1、
(1−x)(0.05−0.98y)≦z≦(1−x)(0.20−0.88y)
である。)
Further, in the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, it is preferable that M in the composition formula (I) is represented by the following formula (II) (claim 8 ).
M = Li z / (2 + z) {(Ni (1 + y) / 2 Mn (1-y) / 2 ) 1-x Co x } 2 / (2 + z) (II)
(However, in the above formula (II),
0 ≦ x ≦ 0.1
−0.1 ≦ y ≦ 0.1,
(1-x) (0.05-0.98y) ≤z≤ (1-x) (0.20-0.88y)
It is. )

また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、母粒子が、ホウ素含有化合物とタングステン含有化合物を、主成分原料中の遷移金属元素の合計モル量に対するBとWの合計で、0.01モル%以上、2モル%未満となる割合で併用添加した後、900℃以上で焼成されたものであることが好ましい(請求項)。 Further, in the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the base particle is a total of B and W with respect to the total molar amount of the transition metal elements in the main component raw material. .01 mol% or more, after adding together in a ratio of less than 2 mol%, it is preferable that calcined at 900 ° C. or higher (claim 9).

本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の製造方法は、このような本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料を製造する方法であって、炭酸リチウムと、マンガン化合物、ニッケル化合物及び必要に応じて用いられるコバルト化合物の各金属化合物とを、液体媒体中で粉砕し、これらを均一に分散させたスラリーを得るスラリー調整工程と、得られたスラリーを噴霧乾燥する噴霧乾燥工程と、得られた噴霧乾燥体を焼成する焼成工程と、得られた焼成粉体を分級する分級工程と、得られた分級粉体に導電性微粉末を添加した後、圧縮剪断応力を加える処理を施す後処理工程とを含むことを特徴とする(請求項10)。 The method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is a method for producing such a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, comprising lithium carbonate, a manganese compound, a nickel compound, and Each of the metal compounds of the cobalt compound used as necessary is pulverized in a liquid medium, a slurry adjusting step for obtaining a slurry in which these are uniformly dispersed, a spray drying step for spray drying the obtained slurry, A firing step of firing the obtained spray-dried body, a classification step of classifying the obtained fired powder, and a process of adding compressive shear stress after adding conductive fine powder to the obtained classified powder And a post-treatment step (claim 10 ).

本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の製造方法は、スラリー調整工程において、炭酸リチウムと前記金属化合物とを、液体媒体中で、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定するメジアン径が0.4μm以下になるまで粉砕し、噴霧乾燥工程において、噴霧乾燥時のスラリー粘度をV(cp)、スラリー供給量をS(L/min)、ガス供給量をG(L/min)とした際、50cp≦V≦4000cp、500≦G/S≦10000となる条件で噴霧乾燥を行うことが好ましい(請求項11)。 In the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention, in the slurry adjustment step, the lithium carbonate and the metal compound are mixed in a liquid medium with a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device. In the spray drying process, the particle size is set to 1.24, and the particle size reference is volume reference, and the mixture is pulverized until the median diameter measured after 5 minutes of ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz) is 0.4 μm or less. When the slurry viscosity during spray drying is V (cp), the slurry supply amount is S (L / min), and the gas supply amount is G (L / min), 50 cp ≦ V ≦ 4000 cp, 500 ≦ G / S ≦ it is preferred to carry out the spray drying under conditions such that a 10000 (claim 11).

また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の製造方法は、前記金属化合物として、ニッケル化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、ホウ素化合物、及びタングステン化合物を含み、前記焼成工程において、前記噴霧乾燥体を、酸素含有ガス雰囲気下、900℃以上で焼成することが好ましい(請求項12)。 The method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention includes a nickel compound, a manganese compound, a cobalt compound, a boron compound, and a tungsten compound as the metal compound, and the spray drying in the firing step. the body, an oxygen-containing gas atmosphere, it is preferably baked at 900 ° C. or higher (claim 12).

本発明のリチウム二次電池用正極は、本発明のリチウム二次電池正極用活物質材料と結着剤とを含有する正極活物質層を集電体上に有することを特徴とする(請求項13)。 The positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention has a positive electrode active material layer containing the active material for a lithium secondary battery positive electrode of the present invention and a binder on a current collector (claim). 13 ).

本発明のリチウム二次電池用正極は、760MPaの圧力で1分間の加圧を5回繰り返した後の正極活物質層の密度(以下「5回プレス後の密度」と表示することがある)が3.0g/cm以上であることが好ましい(請求項14)。 The positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention has a density of a positive electrode active material layer after repeating pressurization for 1 minute at a pressure of 760 MPa five times (hereinafter sometimes referred to as “density after five presses”). Is preferably 3.0 g / cm 3 or more (claim 14 ).

本発明のリチウム二次電池は、リチウムを吸蔵・放出可能な負極、リチウム塩を含有する非水電解質、及びリチウムを吸蔵・放出可能な正極を備えたリチウム二次電池であって、正極としてこのような本発明のリチウム二次電池用正極を用いたことを特徴とする(請求項15)。 The lithium secondary battery of the present invention is a lithium secondary battery comprising a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium. Such a positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention is used (claim 15 ).

本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、リチウム二次電池正極材料として用いた場合、低コスト化及び高安全性化と高負荷特性化を図ると共に、嵩密度向上による粉体取り扱い性向上を図ることができる。このため、本発明によれば、安価で取り扱い性に優れ、安全性が高く、性能の優れたリチウム二次電池が提供される。   When used as a positive electrode material for a lithium secondary battery, the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention achieves low cost, high safety and high load characteristics, and powder handling properties by improving bulk density. Improvements can be made. For this reason, according to the present invention, a lithium secondary battery that is inexpensive, excellent in handleability, high in safety, and excellent in performance is provided.

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

[リチウム二次電池用正極活物質材料]
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物(この複合酸化物は、さらにコバルトを含んでいても良い。以下、これを「リチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物」と称す場合がある。)よりなる母粒子と、該母粒子の空隙の一部に充填された導電性微粉末とを有することを特徴とする。
このような本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の構造的な特徴を確認する手法としては、例えば、SEM(走査電子顕微鏡)観察、断面SEM観察、水銀圧入法による細孔分布測定などを挙げることができる。
[Positive electrode active material for lithium secondary battery]
The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention comprises a lithium nickel manganese composite oxide (this is a secondary oxide formed by agglomeration of primary particle crystals to form spherical secondary particles having voids on the surface and inside of the secondary particles). The composite oxide may further contain cobalt.Hereinafter, this may be referred to as “lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide”) and one of the voids of the base particle. It has the conductive fine powder with which the part was filled.
Examples of methods for confirming the structural characteristics of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention include SEM (scanning electron microscope) observation, cross-sectional SEM observation, and pore distribution measurement by mercury porosimetry. Can be mentioned.

〈SEM〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、SEM観察において、主成分であるリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物の一次粒子結晶が凝集した球状の二次粒子よりなる母粒子の表面及び内部に存在する空隙の一部に、導電性微粉末が充填された形態を有している。
<SEM>
The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is a surface of a mother particle composed of spherical secondary particles in which primary particles of lithium nickel manganese (cobalt) composite oxide as a main component are aggregated in SEM observation. In addition, a part of the void existing inside is filled with conductive fine powder.

なお、本発明において、球状の二次粒子とは、後に示す実施例1又は比較例1,2のSEM写真(図5〜図7)に示されるように、一次粒子結晶が凝集して形成される二次粒子の最大径[L(μm)]に対する該最大径方向に直交する方向で、その中点における小径[L(μm)]の比[L/L]の平均値が0.7以上であることをさす。 In the present invention, the spherical secondary particles are formed by aggregation of primary particle crystals as shown in SEM photographs (FIGS. 5 to 7) of Example 1 or Comparative Examples 1 and 2 shown later. The average value of the ratio [L b / L a ] of the small diameter [L b (μm)] at the midpoint in the direction perpendicular to the maximum diameter direction [L a (μm)] of the secondary particle It means 0.7 or more.

〈断面SEM〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、断面SEM観察において、主成分であるリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物の一次粒子結晶がランダムに凝集した球状の二次粒子よりなる母粒子の表面及び内部に存在する空隙の一部、特に開口空隙が、導電性微粉末によって充填された形態を有している。
<Cross-section SEM>
The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention is a matrix comprising spherical secondary particles in which primary particles of lithium nickel manganese (cobalt) composite oxide as a main component are randomly aggregated in cross-sectional SEM observation. Part of the voids present on the surface and inside of the particles, particularly the open voids, are filled with the conductive fine powder.

〈水銀圧入法による細孔特性〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、好ましくは水銀圧入法による測定において、特定の条件を満たす。
<Pore characteristics by mercury intrusion method>
The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention preferably satisfies a specific condition in measurement by mercury porosimetry.

本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の評価で採用する水銀圧入法について以下に説明する。
水銀圧入法は、多孔質粒子等の試料について、圧力を加えながらその細孔に水銀を浸入させ、圧力と圧入された水銀量との関係から、比表面積や細孔径分布などの情報を得る手法である。
The mercury intrusion method employed in the evaluation of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention will be described below.
The mercury intrusion method is a method for obtaining information such as specific surface area and pore size distribution from the relationship between pressure and the amount of mercury intruded into a pore of a sample such as porous particles while applying pressure. It is.

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

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

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

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

Figure 0005343347
Figure 0005343347

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

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

本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、上述の水銀圧入法によって細孔分布曲線を測定した場合に、通常、以下に説明する特定のメインピークが現れる。
なお、本明細書において「細孔分布曲線」とは、細孔の半径を横軸に、その半径以上の半径を有する細孔の単位重量(通常は1g)当たりの細孔体積の合計を、細孔半径の対数で微分した値を縦軸にプロットしたものであり、通常はプロットした点を結んだグラフとして表す。特に本発明のリチウム遷移金属系化合物粉体を水銀圧入法により測定して得られた細孔分布曲線を、以下の記載では適宜「本発明に係る細孔分布曲線」という。
In the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, when a pore distribution curve is measured by the above mercury intrusion method, a specific main peak described below usually appears.
In the present specification, the “pore distribution curve” refers to the total pore volume per unit weight (usually 1 g) of pores having a radius equal to or larger than the radius of the pores on the horizontal axis, The value obtained by differentiating the logarithm of the pore radius is plotted on the vertical axis, and is usually expressed as a graph connecting the plotted points. In particular, the pore distribution curve obtained by measuring the lithium transition metal-based compound powder of the present invention by mercury porosimetry is referred to as “the pore distribution curve according to the present invention” as appropriate in the following description.

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

(メインピーク)
本発明に係る細孔分布曲線が有するメインピークは、そのピークトップが、細孔半径が通常300nm以上、好ましくは400nm以上、最も好ましくは500nm以上、また、通常1000nm以下、好ましくは900nm以下、より好ましくは800nm以下、更に好ましくは700nm以下、最も好ましくは650nm以下の範囲に存在する。この範囲の上限を超えると、本発明の活物質材料を正極材として電池を作成した場合に、正極材内でのリチウム拡散が阻害され、又は導電パスが不足して、負荷特性が低下する可能性がある。一方、この範囲の下限を下回ると、本発明の活物質材料を用いて正極を作製した場合に、導電材や結着剤の必要量が増加し、正極板(正極の集電体)への活物質の充填率が制約され、電池容量が制約される可能性がある。また、微粒子化に伴い、塗料化時の塗膜の機械的性質が硬く、又は脆くなり、電池組立て時の捲回工程で塗膜の剥離が生じ易くなる可能性がある。
(Main peak)
The main peak of the pore distribution curve according to the present invention has a peak top whose pore radius is usually 300 nm or more, preferably 400 nm or more, most preferably 500 nm or more, and usually 1000 nm or less, preferably 900 nm or less. It is preferably 800 nm or less, more preferably 700 nm or less, and most preferably 650 nm or less. When the upper limit of this range is exceeded, when a battery is produced using the active material of the present invention as a positive electrode material, lithium diffusion in the positive electrode material is hindered, or a conductive path is insufficient, and load characteristics may be deteriorated. There is sex. On the other hand, below the lower limit of this range, when a positive electrode is produced using the active material of the present invention, the required amount of conductive material and binder increases, and the positive electrode plate (positive electrode current collector) is increased. The filling rate of the active material is restricted, and the battery capacity may be restricted. In addition, with the formation of fine particles, the mechanical properties of the coating film at the time of coating become hard or brittle, and there is a possibility that the coating film is likely to be peeled off during the winding process during battery assembly.

また、本発明に係る細孔分布曲線が有するメインピークの細孔容量は、好適には、通常0.1cm/g以上、好ましくは0.15cm/g以上、より好ましくは0.2cm/g以上、最も好ましくは0.25cm/g以上、また、通常0.5cm/g以下、好ましくは0.4cm/g以下、より好ましくは0.35cm/g以下、最も好ましくは0.3cm/g以下である。この範囲の上限を超えると空隙が過大となり、本発明の活物質材料を正極材として用いる際に、正極板への正極活物質の充填率が低くなってしまい、電池容量が制約されてしまう可能性がある。一方、この範囲の下限を下回ると、粒子間の空隙が過小となってしまうため、本発明の活物質材料を正極材として電池を作製した場合に、二次粒子間のリチウム拡散が阻害され、負荷特性が低下する可能性がある。 In addition, the pore volume of the main peak included in the pore distribution curve according to the present invention is suitably usually 0.1 cm 3 / g or more, preferably 0.15 cm 3 / g or more, more preferably 0.2 cm 3. / g or more, most preferably 0.25 cm 3 / g or more and usually 0.5 cm 3 / g or less, preferably 0.4 cm 3 / g or less, more preferably 0.35 cm 3 / g or less, and most preferably 0.3 cm 3 / g or less. When the upper limit of this range is exceeded, the voids become excessive, and when the active material of the present invention is used as the positive electrode material, the positive electrode active material filling rate into the positive electrode plate is lowered, and the battery capacity may be restricted. There is sex. On the other hand, if the lower limit of this range is exceeded, voids between particles become excessively small, so when a battery is produced using the active material of the present invention as a positive electrode material, lithium diffusion between secondary particles is inhibited, Load characteristics may be degraded.

(サブピーク)
本発明に係る細孔分布曲線は、上述のメインピークに加えて、複数のサブピークを有していてもよく、特にサブピークは1nm以上、80nm未満の細孔半径の範囲内にピークトップが存在することが好ましい。
(Sub peak)
The pore distribution curve according to the present invention may have a plurality of sub-peaks in addition to the above-mentioned main peak, and in particular, the sub-peak has a peak top within a pore radius range of 1 nm or more and less than 80 nm. It is preferable.

また、本発明に係る細孔分布曲線が有する上述のサブピークの細孔容量は、好適には、通常0.01cm/g以上、好ましくは0.02cm/g以上、より好ましくは0.03cm/g以上、最も好ましくは0.04cm/g以上、また、通常0.2cm/g以下、好ましくは0.15cm/g以下、より好ましくは0.10cm/g以下、最も好ましくは0.08cm/g以下である。この範囲の上限を超えると二次粒子間の空隙が過大となり、本発明の活物質材料を正極材として用いる際に、正極板への正極活物質の充填率が低くなってしまい、電池容量が制約されてしまう可能性がある。一方、この範囲の下限を下回ると、二次粒子間の空隙が過小となってしまうため、本発明の活物質材料を正極材として電池を作製した場合に、二次粒子間のリチウム拡散が阻害され、負荷特性が低下する可能性がある。 In addition, the pore volume of the above-mentioned sub-peak included in the pore distribution curve according to the present invention is suitably usually 0.01 cm 3 / g or more, preferably 0.02 cm 3 / g or more, more preferably 0.03 cm. 3 / g or more, most preferably 0.04 cm 3 / g or more and usually 0.2 cm 3 / g or less, preferably 0.15 cm 3 / g or less, more preferably 0.10 cm 3 / g or less, and most preferably Is 0.08 cm 3 / g or less. When the upper limit of this range is exceeded, voids between secondary particles become excessive, and when the active material of the present invention is used as a positive electrode material, the filling rate of the positive electrode active material into the positive electrode plate is lowered, and the battery capacity is reduced. There is a possibility of being constrained. On the other hand, if the lower limit of this range is not reached, voids between the secondary particles become excessively small, so that when a battery is produced using the active material of the present invention as the positive electrode material, lithium diffusion between the secondary particles is inhibited. As a result, the load characteristics may deteriorate.

(水銀圧入量)
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、水銀圧入法による水銀圧入曲線において、圧力3.86kPaから413MPaまでの昇圧時における水銀圧入量が、0.3cm/g以上、0.8cm/g以下であることが好ましい。
水銀圧入量は通常0.3cm/g以上、好ましくは0.4cm/g以上、最も好ましくは0.5cm/g以上であり、通常0.8cm/g以下、好ましくは0.7cm/g以下、更に好ましくは0.65cm/g以下、最も好ましくは0.6cm/g以下である。この範囲の上限を超えると空隙が過大となり、本発明の活物質材料を正極材として用いる際に、正極板への正極活物質の充填率が低くなってしまい、電池容量が制約されてしまう。一方、この範囲の下限を下回ると、粒子間の空隙が過小となってしまうため、本発明の活物質材料を正極材として電池を作製した場合に、粒子間のリチウム拡散が阻害され、負荷特性が低下する。
(Mercury injection amount)
The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention has a mercury intrusion amount of 0.3 cm 3 / g or more, 0.8 cm at a pressure increase from 3.86 kPa to 413 MPa in a mercury intrusion curve by a mercury intrusion method. It is preferable that it is 3 / g or less.
The amount of mercury intrusion is usually 0.3 cm 3 / g or more, preferably 0.4 cm 3 / g or more, most preferably 0.5 cm 3 / g or more, usually 0.8 cm 3 / g or less, preferably 0.7 cm. 3 / g or less, more preferably 0.65 cm 3 / g or less, and most preferably not more than 0.6 cm 3 / g. When the upper limit of this range is exceeded, the voids become excessive, and when the active material of the present invention is used as the positive electrode material, the filling rate of the positive electrode active material into the positive electrode plate is lowered, and the battery capacity is restricted. On the other hand, if the lower limit of this range is not reached, voids between particles become excessively small. Therefore, when a battery is produced using the active material of the present invention as a positive electrode material, lithium diffusion between particles is inhibited, and load characteristics are reduced. Decreases.

また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、導電性微粉末が充填される前のリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物二次粒子粉体、即ち母粒子、の水銀圧入量の80%以下の水銀圧入量を示すものであることが好ましい。
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の水銀圧入量は、導電性微粉末が充填される前の母粒子の水銀圧入量に対して、通常80%以下、好ましくは75%以下、最も好ましくは70%以下であり、通常40%以上、好ましくは50%以上、更に好ましくは55%以上、最も好ましくは60%以上である。この範囲の上限を超えると空隙が過大となり、本発明の活物質材料を正極材として用いる際に、正極板への正極活物質の充填率が低くなってしまい、電池容量が制約されてしまう。一方、この範囲の下限を下回ると、粒子間の空隙が過小となってしまうため、本発明の活物質材料を正極材として電池を作製した場合に、粒子間のリチウム拡散が阻害され、負荷特性が低下する。
Further, the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is a mercury intrusion amount of lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide secondary particle powder, that is, mother particles, before being filled with conductive fine powder. It is preferable that the mercury intrusion amount is 80% or less.
The mercury intrusion amount of the positive electrode active material for the lithium secondary battery of the present invention is usually 80% or less, preferably 75% or less, most preferably 80% or less with respect to the mercury intrusion amount of the mother particles before the conductive fine powder is filled. It is preferably 70% or less, usually 40% or more, preferably 50% or more, more preferably 55% or more, and most preferably 60% or more. When the upper limit of this range is exceeded, the voids become excessive, and when the active material of the present invention is used as the positive electrode material, the filling rate of the positive electrode active material into the positive electrode plate is lowered, and the battery capacity is restricted. On the other hand, if the lower limit of this range is not reached, voids between particles become excessively small. Therefore, when a battery is produced using the active material of the present invention as a positive electrode material, lithium diffusion between particles is inhibited, and load characteristics are reduced. Decreases.

〈含有炭素濃度C〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の含有炭素濃度C(重量%)値は、通常1重量%以上、好ましくは1.5重量%以上、更に好ましくは2重量%以上、最も好ましくは2.5重量%以上であり、通常10重量%以下、好ましくは8重量%以下、更に好ましくは6重量%以下、最も好ましくは4重量%以下である。この下限を下回ると電池性能が低下する可能性があり、上限を超えると電池とした時のガス発生による膨れが増大したり電池性能が低下したりする可能性がある。
<Contained carbon concentration C>
The carbon concentration C (wt%) value of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is usually 1 wt% or more, preferably 1.5 wt% or more, more preferably 2 wt% or more, most preferably It is 2.5% by weight or more, usually 10% by weight or less, preferably 8% by weight or less, more preferably 6% by weight or less, and most preferably 4% by weight or less. If the lower limit is not reached, battery performance may be reduced. If the upper limit is exceeded, swelling due to gas generation when the battery is produced may increase or battery performance may be reduced.

本発明において、リチウム二次電池用正極活物質材料の含有炭素濃度Cは、後述の実施例の項で示すように、酸素気流中燃焼(高周波加熱炉式)赤外吸収法による測定で求められる。
なお、後述の炭素分析により求めた実施例1及び比較例3のリチウム二次電池用正極活物質材料の含有炭素成分は、主に電子伝導性及び嵩密度を高めるための手法として、母粒子の空隙に充填された導電性微粉末に由来する。一方、比較例1、2のリチウム二次電池用正極活物質材料の含有炭素成分は、母粒子中に含まれる炭酸リチウム分に由来すると考えられる。
In the present invention, the carbon content C of the positive electrode active material for a lithium secondary battery is determined by measurement using an oxygen gas combustion (high-frequency heating furnace type) infrared absorption method, as shown in the Examples section below. .
In addition, the carbon component contained in the positive electrode active material material for lithium secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 3 obtained by the carbon analysis described below is mainly used as a technique for increasing the electronic conductivity and bulk density of the mother particles. It is derived from the conductive fine powder filled in the gap. On the other hand, it is considered that the carbon component contained in the positive electrode active material for lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2 is derived from the lithium carbonate contained in the mother particles.

〈体積抵抗率〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料を40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率の値は、下限としては、0.01Ω・cm以上が好ましく、0.1Ω・cm以上がより好ましく、1Ω・cm以上がさらに好ましく、5Ω・cm以上が最も好ましい。上限としては、1×10Ω・cm以下が好ましく、1×10Ω・cm以下がより好ましく、5×10Ω・cm以下がさらに好ましく、1×10Ω・cm以下が最も好ましい。この体積抵抗率がこの上限を超えると電池とした時の負荷特性が低下する可能性がある。一方、体積抵抗率がこの下限を下回ると、電池とした時の安全性などが低下する可能性がある。
<Volume resistivity>
The volume resistivity value when the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is compacted at a pressure of 40 MPa is preferably 0.01 Ω · cm or more, more preferably 0.1 Ω · cm or more as a lower limit. 1 Ω · cm or more is more preferable, and 5 Ω · cm or more is most preferable. The upper limit is preferably 1 × 10 3 Ω · cm or less, more preferably 1 × 10 2 Ω · cm or less, further preferably 5 × 10 1 Ω · cm or less, and most preferably 1 × 10 1 Ω · cm or less. . If this volume resistivity exceeds this upper limit, the load characteristics when used as a battery may be reduced. On the other hand, if the volume resistivity falls below this lower limit, the safety when used as a battery may be reduced.

なお、本発明において、リチウム二次電池用正極活物質材料の体積抵抗率は、四探針・リング電極、電極間隔5.0mm、電極半径1.0mm、試料半径12.5mmで、印加電圧リミッタを90Vとして、活物質材料を40MPaの圧力で圧密した状態で測定した体積抵抗率である。体積抵抗率の測定は、例えば、粉体抵抗測定装置(例えば、ダイアインスツルメンツ社製、ロレスターGP粉体抵抗測定システム)を用い、粉体用プローブユニットにより、所定の加圧下の粉体に対して行うことができる。   In the present invention, the positive electrode active material for the lithium secondary battery has a volume resistivity of four probe / ring electrodes, an electrode interval of 5.0 mm, an electrode radius of 1.0 mm, a sample radius of 12.5 mm, and an applied voltage limiter. Is a volume resistivity measured in a state where the active material is compacted at a pressure of 40 MPa, with 90V. The volume resistivity can be measured, for example, by using a powder resistance measuring device (for example, Lorester GP powder resistance measuring system manufactured by Dia Instruments Co., Ltd.) with a powder probe unit on a powder under a predetermined pressure. It can be carried out.

〈BET比表面積〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料はまた、BET比表面積が、通常5m/g以上、好ましくは10m/g以上、更に好ましくは20m/g以上、最も好ましくは30m/g以上で、通常100m/g以下、好ましくは80m/g以下、更に好ましくは60m/g以下、最も好ましくは40m/g以下である。BET比表面積がこの範囲よりも小さいと電池性能が低下しやすく、大きいと嵩密度が上がりにくくなり、正極活物質形成時の塗布性に問題が発生しやすくなる可能性がある。
<BET specific surface area>
Positive electrode active material for lithium secondary battery of the present invention may also, BET specific surface area is usually 5 m 2 / g or more, preferably 10 m 2 / g or more, more preferably 20 m 2 / g or more, and most preferably 30 m 2 / g or more and usually 100 m 2 / g or less, preferably 80 m 2 / g or less, more preferably 60 m 2 / g or less, and most preferably 40 m 2 / g or less. If the BET specific surface area is smaller than this range, the battery performance is likely to be lowered, and if it is larger, the bulk density is difficult to increase, and there is a possibility that a problem is likely to occur in the coating property at the time of forming the positive electrode active material.

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

〈嵩密度〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の嵩密度は通常1.5g/cc以上、好ましくは1.55g/cc以上、より好ましくは1.6g/cc以上、最も好ましくは1.7g/cc以上であり、通常2.4g/cc以下、好ましくは2.2g/cc以下、より好ましくは2.0g/cc以下、最も好ましくは1.9g/cc以下である。嵩密度がこの下限を下回ると粉体充填性や電極調製に悪影響を及ぼす可能性があり、また、嵩密度がこの上限を上回ることは、粉体充填性や電極密度向上にとって好ましい一方、比表面積が低くなり過ぎる可能性があり、電池性能が低下する可能性がある。
なお、本発明では、嵩密度は、活物質材料5〜10gを10mlのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約20mmで200回タップした時の粉体充填密度(タップ密度)g/ccを求めた。
<The bulk density>
The bulk density of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is usually 1.5 g / cc or more, preferably 1.55 g / cc or more, more preferably 1.6 g / cc or more, and most preferably 1.7 g / cc. cc or more, usually 2.4 g / cc or less, preferably 2.2 g / cc or less, more preferably 2.0 g / cc or less, and most preferably 1.9 g / cc or less. If the bulk density is lower than this lower limit, there is a possibility of adversely affecting the powder filling property and electrode preparation, and the fact that the bulk density exceeds the upper limit is preferable for improving the powder filling property and the electrode density, while the specific surface area. May become too low, and battery performance may be reduced.
In the present invention, the bulk density was determined as the powder packing density (tap density) g / cc when 5 to 10 g of the active material was placed in a 10 ml glass graduated cylinder and tapped 200 times with a stroke of about 20 mm. .

〈メジアン径及び90%積算径(D90)〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料のメジアン径は、水媒体にて超音波分散を行わずに測定した場合、通常3μm以上、好ましくは5μm以上、より好ましくは7μm以上、更に好ましくは10μm以上、最も好ましくは12μm以上で、通常30μm以下、好ましくは25μm以下、より好ましくは23μm以下、更に好ましくは20μm以下、最も好ましくは18μm以下である。また、5分間の超音波分散の後に測定した場合のメジアン径は、通常0.5μm以上、好ましくは0.8μm以上、より好ましくは1μm以上、更に好ましくは1.2μm以上、最も好ましくは1.4μm以上で、通常10μm以下、好ましくは8μm以下、より好ましくは5μm以下、更に好ましくは3μm以下、最も好ましくは2μm以下である。この下限を下回ると、正極活物質層形成時の塗布性に問題を生ずる可能性があり、上限を超えると電池性能の低下を来たす可能性がある。
<Median diameter and 90% integrated diameter ( D90 )>
The median diameter of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is usually 3 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 7 μm or more, even more preferably when measured without performing ultrasonic dispersion in an aqueous medium. It is 10 μm or more, most preferably 12 μm or more, and usually 30 μm or less, preferably 25 μm or less, more preferably 23 μm or less, still more preferably 20 μm or less, and most preferably 18 μm or less. The median diameter when measured after ultrasonic dispersion for 5 minutes is usually 0.5 μm or more, preferably 0.8 μm or more, more preferably 1 μm or more, still more preferably 1.2 μm or more, and most preferably 1. 4 μm or more, usually 10 μm or less, preferably 8 μm or less, more preferably 5 μm or less, still more preferably 3 μm or less, and most preferably 2 μm or less. If the lower limit is not reached, there may be a problem in applicability at the time of forming the positive electrode active material layer, and if the upper limit is exceeded, battery performance may be lowered.

また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の90%積算径(D90)は、水媒体にて超音波分散を行わずに測定した場合、通常60μm以下、好ましくは55μm以下、より好ましくは50μm以下、最も好ましくは45μm以下で、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは12μm以上、最も好ましくは15μm以上である。また、5分間の超音波分散の後に測定した場合の90%積算径(D90)は、通常20μm以下、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下、最も好ましくは8μm以下で、通常1.5μm以上、好ましくは2μm以上、より好ましくは2.5μm以上、最も好ましくは3μm以上である。上記上限を超えると電池性能の低下を来たす可能性があり、下限を下回ると正極活物質層形成時の塗布性に問題を生ずる可能性がある。 In addition, the 90% cumulative diameter (D 90 ) of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is usually 60 μm or less, preferably 55 μm or less, when measured without performing ultrasonic dispersion in an aqueous medium. Preferably it is 50 μm or less, most preferably 45 μm or less, usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 12 μm or more, and most preferably 15 μm or more. The 90% integrated diameter (D 90 ) measured after ultrasonic dispersion for 5 minutes is usually 20 μm or less, preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less, most preferably 8 μm or less, and usually 1.5 μm. Above, preferably 2 μm or more, more preferably 2.5 μm or more, and most preferably 3 μm or more. If the upper limit is exceeded, battery performance may be reduced, and if the lower limit is not reached, there may be a problem in applicability when forming the positive electrode active material layer.

なお、本発明において、平均粒子径としてのメジアン径及び90%積算径(D90)は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率1.24を設定し、粒子径基準を体積基準として、水媒体中にて測定されたものである。本発明では、測定の際に用いる分散媒として、0.1重量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、0分間及び5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定を行った。 In the present invention, the median diameter and the 90% integrated diameter (D 90 ) as the average particle diameter are set to a refractive index of 1.24 using a known laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device, and the particle diameter standard is determined. Measured in an aqueous medium as a volume reference. In the present invention, a 0.1% by weight sodium hexametaphosphate aqueous solution was used as a dispersion medium used in the measurement, and measurement was performed after 0 minutes and 5 minutes of ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz).

〈平均一次粒子径〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の平均一次粒子径としては、特に限定されないが、下限としては、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.2μm以上、更に好ましくは0.3μm以上、最も好ましくは0.5μm以上、また、上限としては、好ましくは2μm以下、より好ましくは1.5μm以下、さらに好ましくは1μm以下、最も好ましくは0.9μm以下である。平均一次粒子径が、上記上限を超えると、粉体充填性に悪影響を及ぼしたり、比表面積が低下したりするために、レート特性や出力特性等の電池性能が低下する可能性が高くなる可能性がある。上記下限を下回ると結晶が未発達であるために充放電の可逆性が劣る等の問題を生ずる可能性がある。
<Average primary particle size>
The average primary particle diameter of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but the lower limit is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.2 μm or more, and further preferably 0.3 μm. As described above, most preferably 0.5 μm or more, and the upper limit is preferably 2 μm or less, more preferably 1.5 μm or less, further preferably 1 μm or less, and most preferably 0.9 μm or less. If the average primary particle size exceeds the above upper limit, it may adversely affect the powder filling property or the specific surface area will decrease, which may increase the possibility that the battery performance such as rate characteristics and output characteristics will decrease. There is sex. If the lower limit is not reached, there is a possibility that problems such as inferior reversibility of charge / discharge due to the undeveloped crystals.

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

〈結晶構造〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の母粒子は、リチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物の一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有することを特徴としているが、この母粒子を構成するリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物は、層状構造に帰属する結晶構造を含んで構成されるリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物を主成分としたものが好ましい。
<Crystal structure>
The mother particles of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention are formed by agglomerating primary particle crystals of lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide to form spherical secondary particles, and the surface of the secondary particles and The lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide constituting the mother particle is characterized by having voids inside, and the lithium nickel manganese (cobalt) -based structure including a crystal structure belonging to a layered structure Those containing a composite oxide as the main component are preferred.

ここで、層状構造に関してさらに詳しく述べる。層状構造を有するものの代表的な結晶系としては、LiCoO、LiNiOのようなα−NaFeO型に属するものがあり、これらは六方晶系であり、その対称性から空間群

Figure 0005343347
(以下「層状R(−3)m構造」と表記することがある。)に帰属される。 Here, the layered structure will be described in more detail. As a typical crystal system having a layered structure, there are those belonging to the α-NaFeO 2 type such as LiCoO 2 and LiNiO 2 , which are hexagonal and have a space group due to their symmetry.
Figure 0005343347
(Hereinafter referred to as “layered R (−3) m structure”).

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

〈組成〉
また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の母粒子の主成分は、下記組成式(I)で表されるリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物であることが好ましい。
LiMO …(I)
ただし、Mは、Li、Ni及びMn、或いは、Li、Ni、Mn及びCoから構成される元素であり、Mn/Niモル比は0.8以上、好ましくは0.82以上、より好ましくは0.85以上、更に好ましくは0.88以上、最も好ましくは0.9以上、通常5以下
、好ましくは4以下、より好ましくは3以下、更に好ましくは2.5以下、最も好ましくは1.5以下である。Co/(Mn+Ni+Co)モル比は通常0以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以上、更に好ましくは0.03以上、最も好ましくは0.05以上、通常0.35以下、好ましくは0.20以下、より好ましくは0.15以下、更に好ましくは0.10以下、最も好ましくは0.099以下である。M中のLiモル比は0.001以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以上、さらに好ましくは0.03以上、最も好ましくは0.05以上、通常0.2以下、好ましくは0.19以下、より好ましくは0.18以下、さらに好ましくは0.17以下、最も好ましくは0.15以下である。
<composition>
Moreover, it is preferable that the main component of the base particle of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is a lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide represented by the following composition formula (I).
LiMO 2 (I)
However, M is an element comprised from Li, Ni, and Mn, or Li, Ni, Mn, and Co, Mn / Ni molar ratio is 0.8 or more, Preferably it is 0.82 or more, More preferably, it is 0. .85 or more, more preferably 0.88 or more, most preferably 0.9 or more, usually 5 or less, preferably 4 or less, more preferably 3 or less, still more preferably 2.5 or less, most preferably 1.5 or less. It is. The Co / (Mn + Ni + Co) molar ratio is usually 0 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, still more preferably 0.03 or more, most preferably 0.05 or more, usually 0.35 or less, preferably Is 0.20 or less, more preferably 0.15 or less, still more preferably 0.10 or less, and most preferably 0.099 or less. The molar ratio of Li in M is 0.001 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, further preferably 0.03 or more, most preferably 0.05 or more, usually 0.2 or less, preferably Is 0.19 or less, more preferably 0.18 or less, still more preferably 0.17 or less, and most preferably 0.15 or less.

なお、上記組成式(I)においては、酸素量の原子比は便宜上2と記載しているが、多少の不定比性があってもよい。不定比性がある場合、酸素の原子比は通常2±0.2の範囲、好ましくは2±0.15の範囲、より好ましくは2±0.12の範囲、さらに好ましくは2±0.10の範囲、特に好ましくは2±0.05の範囲である。   In the above composition formula (I), the atomic ratio of the oxygen amount is described as 2 for convenience, but there may be some non-stoichiometry. In the case of non-stoichiometry, the atomic ratio of oxygen is usually in the range of 2 ± 0.2, preferably in the range of 2 ± 0.15, more preferably in the range of 2 ± 0.12, and even more preferably 2 ± 0.10. And particularly preferably in the range of 2 ± 0.05.

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

〈好適組成〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の母粒子を構成するリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物は、前記組成式(I)におけるMサイト中の原子構成が下記式(II)で示されるものが特に好ましい。
M=Liz/(2+z){(Ni(1+y)/2Mn(1−y)/21−xCo2/(2+z) …(II)
(ただし、上記式(II)中、
0≦x≦0.1、
−0.1≦y≦0.1、
(1−x)(0.05−0.98y)≦z≦(1−x)(0.20−0.88y)
である。)
<Preferred composition>
In the lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide constituting the base particle of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the atomic configuration in the M site in the composition formula (I) is represented by the following formula (II). Those shown are particularly preferred.
M = Li z / (2 + z) {(Ni (1 + y) / 2 Mn (1-y) / 2 ) 1-x Co x } 2 / (2 + z) (II)
(However, in the above formula (II),
0 ≦ x ≦ 0.1,
−0.1 ≦ y ≦ 0.1,
(1-x) (0.05-0.98y) ≤z≤ (1-x) (0.20-0.88y)
It is. )

上記(II)式において、xの値は通常0以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以上、更に好ましくは0.03以上、最も好ましくは0.04以上、通常0.1以下、好ましくは0.099以下、最も好ましくは0.098以下である。   In the above formula (II), the value of x is usually 0 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, still more preferably 0.03 or more, most preferably 0.04 or more, usually 0.1. Hereinafter, it is preferably 0.099 or less, and most preferably 0.098 or less.

yの値は通常−0.1以上、好ましくは−0.05以上、より好ましくは−0.03以上、最も好ましくは−0.02以上、通常0.1以下、好ましくは0.05以下、より好ましくは0.03以下、最も好ましくは0.02以下である。   The value of y is usually −0.1 or more, preferably −0.05 or more, more preferably −0.03 or more, most preferably −0.02 or more, usually 0.1 or less, preferably 0.05 or less, More preferably, it is 0.03 or less, and most preferably 0.02 or less.

zの値は通常(1−x)(0.05−0.98y)以上、好ましくは(1−x)(0.06−0.98y)以上、より好ましくは(1−x)(0.07−0.98y)以上、さらに好ましくは(1−x)(0.08−0.98y)以上、最も好ましくは(1−x)(0.10−0.98y)以上、通常(1−x)(0.20−0.88y)以下、好ましくは(1−x)(0.18−0.88y)以下、より好ましくは(1−x)(0.17−0.88y)、最も好ましくは(1−x)(0.16−0.88y)以下である。zがこの下限を下回ると導電性が低下し、上限を超えると遷移金属サイトに置換する量が多くなり過ぎて電池容量が低くなる等、これを使用したリチウム二次電池の性能低下を招く可能性がある。また、zが大きすぎると、活物質粉体の炭酸ガス吸収性が増大するため、大気中の炭酸ガスを吸収しやすくなる。その結果、含有炭素濃度が大きくなると推定される。   The value of z is usually (1-x) (0.05-0.98y) or more, preferably (1-x) (0.06-0.98y) or more, more preferably (1-x) (0. 07-0.98y) or more, more preferably (1-x) (0.08-0.98y) or more, most preferably (1-x) (0.10-0.98y) or more, usually (1- x) (0.20-0.88y) or less, preferably (1-x) (0.18-0.88y) or less, more preferably (1-x) (0.17-0.88y), most Preferably it is (1-x) (0.16-0.88y) or less. If z is below this lower limit, the conductivity will decrease, and if it exceeds the upper limit, the amount of substitution to transition metal sites will increase so much that the battery capacity will decrease, leading to a decrease in the performance of lithium secondary batteries using this. There is sex. On the other hand, if z is too large, the carbon dioxide absorbability of the active material powder increases, so that it becomes easy to absorb carbon dioxide in the atmosphere. As a result, it is estimated that the concentration of contained carbon increases.

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

ここで本発明に係る母粒子の好適組成であるリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物におけるLi組成(z及びx)の化学的な意味について、以下により詳細に説明する。   Here, the chemical meaning of the Li composition (z and x) in the lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide, which is a preferred composition of the mother particles according to the present invention, will be described in more detail below.

前述のように層状構造は必ずしもR(−3)m構造に限られるものではないが、R(−3)m構造に帰属しうるものであることが電気化学的な性能面から好ましい。
上記リチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物の組成式のx、y、zを求めるには、各遷移金属とLiを誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP−AES)で分析して、Li/Ni/Mn/Coの比を求める事で計算される。
As described above, the layered structure is not necessarily limited to the R (-3) m structure, but is preferably one that can be attributed to the R (-3) m structure from the viewpoint of electrochemical performance.
In order to obtain x, y, z of the composition formula of the lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide, each transition metal and Li are analyzed with an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-AES), and Li / It is calculated by obtaining the ratio of Ni / Mn / Co.

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

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

Figure 0005343347
となる。この計算結果は、Ni価数はzのみで決まるのではなく、x及びyの関数となっていることを意味している。z=0かつy=0であれば、xの値に関係なくNi価数は2価のままである。zが負の値になる場合は、活物質中に含まれるLi量が化学量論量より不足していることを意味し、あまり大きな負の値を有するものは本発明の効果が出ない可能性がある。一方、同じz値であっても、Niリッチ(y値が大きい)及び/又はCoリッチ(x値が大きい)な組成ほどNi価数は高くなるということを意味し、電池に用いた場合、レート特性や出力特性が高くなるが、反面、容量低下しやすくなる結果となる。このことから、z値の上限と下限はx及びyの関数として規定するのがより好ましいと言える。 From the above composition formula, when calculating the Ni valence (m) accompanying the change of z, the Co valence is trivalent and the Mn valence is tetravalent,
Figure 0005343347
It becomes. This calculation result means that the Ni valence is not determined only by z but is a function of x and y. If z = 0 and y = 0, the Ni valence remains divalent regardless of the value of x. When z is a negative value, it means that the amount of Li contained in the active material is less than the stoichiometric amount, and those having a very large negative value may not have the effect of the present invention. There is sex. On the other hand, even if the z value is the same, it means that the Ni valence becomes higher as the composition is rich in Ni (large y value) and / or rich in Co (large x value). The rate characteristics and output characteristics are improved, but on the other hand, the capacity tends to decrease. From this, it can be said that it is more preferable to define the upper and lower limits of the z value as a function of x and y.

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

本発明において、母粒子は、ホウ素含有化合物とタングステン含有化合物を、主成分となるリチウムニッケルマンガン(コバルト)複合酸化物原料中の遷移金属元素の合計モル量に対してB及びWの合計で0.01モル%以上、2モル%未満の割合で併用添加した後、焼成されたものであることが好ましい。   In the present invention, the mother particles contain a boron-containing compound and a tungsten-containing compound in a total of B and W with respect to the total molar amount of the transition metal elements in the lithium nickel manganese (cobalt) composite oxide raw material as the main component. It is preferable that it is fired after the combined addition at a ratio of 0.01 mol% or more and less than 2 mol%.

また、本発明に係る母粒子は、正極活物質の結晶性を高めるために酸素含有ガス雰囲気下で高温焼成を行って焼成されたものであることが好ましい。焼成温度の下限は特に、上記組成式(I)で示される組成を持つリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物においては、通常900℃以上、好ましくは920℃以上、より好ましくは940℃以上、更に好ましくは950℃以上、最も好ましくは975℃以上であり、上限は1200℃以下、好ましくは1175℃以下、更に好ましくは1150℃以下、最も好ましくは1125℃以下である。焼成温度が低すぎると異相が混在し、また結晶構造が発達せずに格子歪が増大する。また比表面積が大きくなりすぎる。逆に焼成温度が高すぎると一次粒子が過度に成長し、粒子間の焼結が進行し過ぎ、比表面積が小さくなり過ぎる。   In addition, the mother particles according to the present invention are preferably those obtained by firing at a high temperature in an oxygen-containing gas atmosphere in order to increase the crystallinity of the positive electrode active material. In particular, the lower limit of the firing temperature is usually 900 ° C. or higher, preferably 920 ° C. or higher, more preferably 940 ° C. or higher, even more preferably, in the lithium nickel manganese cobalt-based composite oxide having the composition represented by the composition formula (I). Is 950 ° C. or higher, most preferably 975 ° C. or higher, and the upper limit is 1200 ° C. or lower, preferably 1175 ° C. or lower, more preferably 1150 ° C. or lower, and most preferably 1125 ° C. or lower. If the firing temperature is too low, heterogeneous phases are mixed, and the lattice distortion increases without developing a crystal structure. Moreover, the specific surface area becomes too large. Conversely, if the firing temperature is too high, the primary particles grow excessively, sintering between the particles proceeds too much, and the specific surface area becomes too small.

母粒子の原料として用いられるホウ素含有化合物としては、その種類に格別の制限はないが、通常はホウ酸、オキソ酸の塩類、酸化物、水酸化物などが用いられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。これらの化合物の中でも、工業原料として安価に入手できる点から、ホウ酸、酸化物であることが好ましく、ホウ酸であることが特に好ましい。より具体的には、BO、B、B、B、BO、BO、B13、LiBO、LiB、Li、HBO、HBO、B(OH)、B(OH)、などが挙げられ、工業原料として比較的安価かつ容易に入手できる点から、好ましくはB、HBOが挙げられ、特に好ましくは、HBOが挙げられる。 The boron-containing compound used as a raw material for the mother particles is not particularly limited in type, but usually boric acid, oxo acid salts, oxides, hydroxides, and the like are used. These may be used alone or in combination of two or more. Among these compounds, boric acid and oxides are preferable, and boric acid is particularly preferable because it can be obtained as an industrial raw material at low cost. More specifically, BO, B 2 O 2 , B 2 O 3 , B 4 O 5 , B 6 O, B 7 O, B 13 O 2 , LiBO 2 , LiB 5 O 8 , Li 2 B 4 O 7 , HBO 2 , H 3 BO 3 , B (OH) 3 , B (OH) 4 , and the like. From the viewpoint of being relatively inexpensive and easily available as industrial raw materials, B 2 O 3 , H 3 BO are preferable. 3 is particularly preferable, and H 3 BO 3 is particularly preferable.

また、タングステン含有化合物としては、その種類に格別の制限はないが、通常は酸化物が用いられる。例示化合物としては、WO、WO、WO、WO、W、W、W1849、W2058、W2470,W2573、W40118、LiWOなどが挙げられ、工業原料として比較的入手し易い、又はリチウムを包含するといった点から、好ましくはWO、LiWOが挙げられ、特に好ましくはWOが挙げられる。 In addition, the tungsten-containing compound is not particularly limited in its type, but an oxide is usually used. Exemplary compounds include WO, WO 2 , WO 3 , WO x , W 2 O 3 , W 2 O 5 , W 18 O 49 , W 20 O 58 , W 24 O 70 , W 25 O 73 , W 40 O 118. , Li 2 WO 4 and the like, and from the viewpoint of being relatively easily available as an industrial raw material or including lithium, WO 3 and Li 2 WO 4 are preferable, and WO 3 is particularly preferable.

ホウ素含有化合物とタングステン含有化合物の合計の添加量の範囲としては、主成分を構成する遷移金属元素の合計モル量に対するBとWの合計のモル量で、通常0.01モル%以上2モル%未満、好ましくは0.03モル%以上1.8モル%以下、より好ましくは0.04モル%以上1.6モル%以下、特に好ましくは0.05モル%以上1.5モル%以下である。BとWの合計のモル量がこの下限を下回ると、前記効果が得られなくなる可能性があり、上限を超えると電池性能の低下を招く可能性がある。   The range of the total addition amount of the boron-containing compound and the tungsten-containing compound is usually 0.01 mol% or more and 2 mol% in terms of the total molar amount of B and W with respect to the total molar amount of the transition metal elements constituting the main component. Less than, preferably 0.03 mol% to 1.8 mol%, more preferably 0.04 mol% to 1.6 mol%, particularly preferably 0.05 mol% to 1.5 mol%. . If the total molar amount of B and W is less than this lower limit, the above effects may not be obtained, and if the upper limit is exceeded, battery performance may be deteriorated.

なお、BとWとを併用することによる効果を十分に得るためにBとWとのモル比は、通常B:W=10:1〜1:20、好ましくは5:1〜1:15、より好ましくは2:1〜1:10、特に好ましくは1:1〜1:6である。この範囲よりもBが多くてWが少なくても、逆に、Bが少なくてもWが多くても、BとWをと併用することによる効果を十分に得ることができない。   In order to sufficiently obtain the effect of using B and W together, the molar ratio of B and W is usually B: W = 10: 1 to 1:20, preferably 5: 1 to 1:15, More preferably, it is 2: 1 to 1:10, and particularly preferably 1: 1 to 1: 6. Even if there is more B and less W than this range, conversely, even if there is less B or more W, the effect of using B and W together cannot be sufficiently obtained.

〈導電性微粉末〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の母粒子の空隙に充填される導電性微粉末としては、好ましくは、リチウム二次電池の正極活物質層を形成する際に、その導電性を高めるために用いられる導電材、例えば、銅、ニッケル等の金属材料や、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料などの微粉末を用いることができる。これらの導電性微粉末は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
これらのうち、特に空隙内に充填されやすいこと、充填された微粉末が導電パスを形成しやすいこと、および充填された空隙に電解液が保液されやすいことから、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラックが好ましい。
<Conductive fine powder>
As the conductive fine powder filled in the voids of the base particle of the positive electrode active material for lithium secondary battery of the present invention, preferably, when the positive electrode active material layer of the lithium secondary battery is formed, its conductivity is Conductive materials used for enhancing, for example, metal materials such as copper and nickel, graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black and ketjen black, amorphous carbon such as needle coke, etc. Fine powders such as carbon materials can be used. These conductive fine powders may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio.
Among these, ketjen black, acetylene black, etc. are particularly easy because they are easily filled in the gap, the filled fine powder easily forms a conductive path, and the electrolyte is easily retained in the filled gap. Carbon black is preferred.

この導電性微粉末は、後述の後処理工程において、母粒子に圧縮剪断応力を加えた際に、母粒子の空隙内に侵入し得る程度の大きさであることが好ましく、平均粒径(平均一次粒子径)で500nm以下、更には100nm以下、特に50nm以下、BET比表面積で30m/g以上、更には200m/g以上、特に500m/g以上であることが好ましい。導電性微粉末の平均粒径が上記上限より大きく、また、BET比表面積が上記下限よりも小さい場合、導電性微粉末が大き過ぎて、母粒子の空隙に円滑に侵入できず、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料を得ることができない。なお、平均粒径の下限及びBET比表面積の上限としては1nm及び5000m/gであることから、平均粒径は5nm以上、特に10nm以上で、BET比表面積は3000m/g以下、特に2000m/g以下であることが好ましい。 The conductive fine powder is preferably of a size that can penetrate into the voids of the mother particles when compressive shear stress is applied to the mother particles in a post-treatment step described later. The primary particle diameter is preferably 500 nm or less, more preferably 100 nm or less, particularly 50 nm or less, and the BET specific surface area is 30 m 2 / g or more, more preferably 200 m 2 / g or more, and particularly preferably 500 m 2 / g or more. When the average particle size of the conductive fine powder is larger than the above upper limit and the BET specific surface area is smaller than the lower limit, the conductive fine powder is too large to smoothly enter the voids of the mother particle, A positive electrode active material for a lithium secondary battery cannot be obtained. Since the lower limit of the average particle size and the upper limit of the BET specific surface area are 1 nm and 5000 m 2 / g, the average particle size is 5 nm or more, particularly 10 nm or more, and the BET specific surface area is 3000 m 2 / g or less, particularly 2000 m. 2 / g or less is preferable.

〈本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料が上述の効果をもたらす理由〉
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料が上述の効果をもたらす理由としては次のように考えられる。
即ち、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、この二次粒子表面及び内部に空隙を有する母粒子の空隙の一部に、導電性微粉末が充填されたことにより、充填された導電性微粉末による導電性向上及び嵩密度向上が図られ、しかも、結晶二次粒子が球状の形骸を維持しており、水銀圧入曲線における昇圧時の水銀圧入量が多く、結晶粒子間の細孔容量が大きいために、これを用いて電池を作製した場合に正極活物質表面と電解液との接触面積を増加させることが可能となることに加え、負荷特性(特に低温出力特性)の向上をもたらすような表面状態となり、さらに結晶性が高度に発達し、また異相の存在比率が極めて少なく抑えられた結果、正極活物質として優れた特性バランスと粉体取り扱い性を達成できたものと推定される。
<Reason why the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention provides the above-mentioned effect>
The reason why the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention brings about the above-described effects is considered as follows.
That is, the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention is formed by agglomerating primary particle crystals to form spherical secondary particles, and a part of the voids of the mother particles having voids on the surface and inside of the secondary particles. In addition, since the conductive fine powder is filled, conductivity and bulk density are improved by the filled conductive fine powder, and the crystalline secondary particles maintain a spherical shape, and mercury intrusion is achieved. Since the amount of mercury intrusion at the time of pressurization in the curve is large and the pore volume between crystal particles is large, it is possible to increase the contact area between the surface of the positive electrode active material and the electrolyte when a battery is produced using this As a result of the surface condition that improves load characteristics (especially low-temperature output characteristics), the crystallinity is highly developed, and the existence ratio of heterogeneous phases is extremely low. Excellent property balance It is estimated that achieved the powder handling characteristics.

[リチウム二次電池用正極活物質材料の製造方法]
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料を製造する方法は、特に限定されるものではないが、炭酸リチウムと、マンガン化合物、ニッケル化合物及び必要に応じて用いられるコバルト化合物の各金属化合物とを、液体媒体中で粉砕し、これらを均一に分散させたスラリーを得るスラリー調整工程と、得られたスラリーを噴霧乾燥する噴霧乾燥工程と、得られた噴霧乾燥体を、酸素含有ガス雰囲気中で焼成する焼成工程と、得られた焼成粉体を分級する分級工程と、得られた分級粉体にケッチェンブラック等の導電性微粉末を添加した後、圧縮剪断応力を加える処理を施す後処理工程とを含む本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の製造方法により、好適に製造される。
ただし、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料を製造する方法は、何らこの方法に限定されるものではない。
ここで、焼成工程ないし分級工程までが、本発明に係る母粒子を製造する工程であり、後処理工程が、母粒子の空隙に導電性微粉末を充填する工程である。
[Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery]
The method for producing the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and lithium carbonate and manganese compounds, nickel compounds, and cobalt compounds used as necessary Are prepared in a liquid medium, a slurry adjusting step for obtaining a slurry in which these are uniformly dispersed, a spray drying step for spray drying the obtained slurry, and the obtained spray dried product in an oxygen-containing gas atmosphere. After the firing step of firing with, a classification step of classifying the obtained fired powder, and after adding a conductive fine powder such as ketjen black to the obtained classified powder, and after applying a treatment to apply compressive shear stress It is suitably manufactured by the method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention including a treatment step.
However, the method for producing the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is not limited to this method.
Here, the steps from the firing step to the classification step are steps for producing the mother particles according to the present invention, and the post-treatment step is a step for filling the voids of the mother particles with conductive fine powder.

以下に、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の製造方法について詳細に説明する。   Below, the manufacturing method of the positive electrode active material material for lithium secondary batteries of this invention is demonstrated in detail.

〈スラリー調製工程〉
本発明の方法により、リチウム二次電池用正極活物質材料を製造するに当たり、スラリーの調製に用いる原料化合物のうち、リチウム化合物としては炭酸リチウム(LiCO)を用いるが、他の1種以上のリチウム化合物と併用してもよい。併用するリチウム化合物の中で好ましいのは、焼成処理の際にSO、NO等の有害物質を発生させない点で、窒素原子や硫黄原子、ハロゲン原子を含有しないリチウム化合物であり、また、焼成時に分解ガスを発生する等して、噴霧乾燥粉体の二次粒子内に空隙を形成しやすい化合物であり、これらの点を勘案すると、LiOH、LiOH・HOが好ましい。
<Slurry preparation process>
Among the raw material compounds used for preparing the slurry, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is used as the lithium compound in the production of the positive electrode active material for a lithium secondary battery by the method of the present invention. You may use together with the above lithium compound. Among the lithium compounds used in combination, a lithium compound containing no nitrogen atom, sulfur atom or halogen atom is preferable because it does not generate harmful substances such as SO x and NO x during the firing treatment. It is a compound that tends to form voids in the secondary particles of the spray-dried powder due to generation of cracking gas at times, and taking these points into consideration, LiOH and LiOH.H 2 O are preferred.

また、ニッケル化合物としては、Ni(OH)2、NiO、NiOOH、NiCO、2NiCO3・3Ni(OH)2・4H2O、NiC24・2H2O、Ni(NO32・6H2O、NiSO4、NiSO4・6H2O、脂肪酸ニッケル、ニッケルハロゲン化物等が挙げられる。この中でも、焼成処理の際にSO、NOX等の有害物質を発生させない点で、Ni(OH)2、NiO、NiOOH、NiCO、2NiCO3・3Ni(OH)2・4H2O、NiC24・2H2Oのようなニッケル化合物が好ましい。また、更に工業原料として安価に入手できる観点、及び反応性が高い、という観点からNi(OH)2、NiO、NiOOH、NiCO、さらに焼成時に分解ガスを発生する等して、噴霧乾燥粉体の二次粒子内に空隙を形成しやすい、という観点から、特に好ましいのはNi(OH)2、NiOOH、NiCOである。これらのニッケル化合物は1種を単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。 The nickel compounds include Ni (OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 , 2NiCO 3 .3Ni (OH) 2 .4H 2 O, NiC 2 O 4 .2H 2 O, Ni (NO 3 ) 2 .6H. 2 O, NiSO 4 , NiSO 4 .6H 2 O, fatty acid nickel, nickel halide and the like. Among this, SO x during the firing process, in that not generate toxic substances such as NO X, Ni (OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3, 2NiCO 3 · 3Ni (OH) 2 · 4H 2 O, NiC Nickel compounds such as 2 O 4 .2H 2 O are preferred. Further, from the viewpoint that it can be obtained as an industrial raw material at a low cost and from the viewpoint of high reactivity, Ni (OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 , further generating a decomposition gas during firing, etc. Ni (OH) 2 , NiOOH, and NiCO 3 are particularly preferable from the viewpoint that voids are easily formed in the secondary particles. These nickel compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、マンガン化合物としてはMn23、MnO2、Mn34等のマンガン酸化物、MnCO3、Mn(NO32、MnSO4、酢酸マンガン、ジカルボン酸マンガン、クエン酸マンガン、脂肪酸マンガン等のマンガン塩、オキシ水酸化物、塩化マンガン等のハロゲン化物等が挙げられる。これらのマンガン化合物の中でも、MnO、Mn23、Mn34、MnCOは、焼成処理の際にSO、NO等のガスを発生せず、更に工業原料として安価に入手できるため好ましい。さらにこれらのマンガン化合物は1種を単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。 As manganese compounds, manganese oxides such as Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn 3 O 4 , MnCO 3 , Mn (NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, manganese dicarboxylate, manganese citrate, manganese fatty acid And manganese salts such as oxyhydroxide, manganese chloride and the like. Among these manganese compounds, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , and MnCO 3 do not generate gases such as SO x and NO x during firing, and can be obtained at low cost as industrial raw materials. Therefore, it is preferable. Furthermore, these manganese compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、コバルト化合物としては、Co(OH)2、CoOOH、CoO、Co23、Co34、Co(OCOCH32・4H2O、CoCl2、Co(NO32・6H2O、Co(SO42・7H2O、CoCO等が挙げられる。中でも、焼成工程の際にSO、NOX等の有害物質を発生させない点で、Co(OH)2、CoOOH、CoO、Co23、Co34、CoCOが好ましく、更に好ましくは、工業的に安価に入手できる点及び反応性が高い点でCo(OH)2、CoOOHである。加えて焼成時に分解ガスを発生する等して、噴霧乾燥粉体の二次粒子内に空隙を形成しやすい、という観点から、特に好ましいのはCo(OH)2、CoOOH、CoCOである。これらのコバルト化合物は1種を単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。 Cobalt compounds include Co (OH) 2 , CoOOH, CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 , Co (OCOCH 3 ) 2 .4H 2 O, CoCl 2 , Co (NO 3 ) 2 .6H 2. O, Co (SO 4 ) 2 .7H 2 O, CoCO 3 and the like. Among them, Co (OH) 2 , CoOOH, CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 , and CoCO 3 are preferable and more preferable in that no harmful substances such as SO x and NO X are generated during the firing process. Co (OH) 2 and CoOOH are industrially inexpensively available and highly reactive. In addition, Co (OH) 2 , CoOOH, and CoCO 3 are particularly preferable from the viewpoint that voids are easily formed in the secondary particles of the spray-dried powder due to generation of decomposition gas during firing. These cobalt compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

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

また、本発明においては、前述の如く、ホウ素含有化合物とタングステン含有化合物を所定の割合で併用添加することが好ましい。
前述の如く、このホウ素含有化合物としては、BO、B、B、B、BO、BO、B13、LiBO、LiB、Li、HBO、HBO、B(OH)、B(OH)、などが挙げられ、工業原料として比較的安価かつ容易に入手できる点から、好ましくはB、HBOが挙げられ、特に好ましくは、HBOが挙げられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
In the present invention, as described above, it is preferable to add a boron-containing compound and a tungsten-containing compound in combination at a predetermined ratio.
As described above, the boron-containing compound includes BO, B 2 O 2 , B 2 O 3 , B 4 O 5 , B 6 O, B 7 O, B 13 O 2 , LiBO 2 , LiB 5 O 8 , Li 2 B 4 O 7 , HBO 2 , H 3 BO 3 , B (OH) 3 , B (OH) 4 , and the like. From the viewpoint of being relatively inexpensive and easily available as an industrial raw material, preferably B 2 O 3 and H 3 BO 3 , particularly preferably H 3 BO 3 . These may be used alone or in combination of two or more.

また、タングステン含有化合物としては、WO、WO、WO、WO、W、W、W1849、W2058、W2470,W2573、W40118、LiWOなどが挙げられ、工業原料として比較的入手し易い、又はリチウムを包含するといった点から、好ましくはWO、LiWOが挙げられ、特に好ましくはWOが挙げられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。 As the tungsten-containing compounds, WO, WO 2, WO 3 , WO x, W 2 O 3, W 2 O 5, W 18 O 49, W 20 O 58, W 24 O 70, W 25 O 73, W 40 O 118 , Li 2 WO 4 and the like are mentioned. From the viewpoint of being relatively easily available as an industrial raw material or including lithium, WO 3 and Li 2 WO 4 are preferred, and WO 3 is particularly preferred. Can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

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

なお、原料の混合段階においてはそれと並行して原料の粉砕が為されていることが好ましい。粉砕の程度としては、粉砕後の原料粒子の粒径が指標となるが、平均粒子径(メジアン径)として通常0.4μm以下、好ましくは0.3μm以下、さらに好ましくは0.25μm以下、最も好ましくは0.2μm以下とする。粉砕後の原料粒子の平均粒子径が大きすぎると、焼成工程における反応性が低下するのに加え、組成が均一化し難くなる。ただし、必要以上に小粒子化することは、粉砕のコストアップに繋がるので、平均粒子径が通常0.01μm以上、好ましくは0.02μm以上、さらに好ましくは0.05μm以上となるように粉砕すれば良い。このような粉砕程度を実現するための手段としては特に限定されるものではないが、湿式粉砕法が好ましい。具体的にはダイノーミル等を挙げることができる。   In the raw material mixing stage, it is preferable that the raw material is pulverized in parallel. As the degree of pulverization, the particle diameter of the raw material particles after pulverization is an index, but the average particle diameter (median diameter) is usually 0.4 μm or less, preferably 0.3 μm or less, more preferably 0.25 μm or less, most preferably Preferably, it is 0.2 μm or less. If the average particle size of the pulverized raw material particles is too large, the reactivity in the firing process is lowered, and the composition is difficult to homogenize. However, making particles smaller than necessary leads to an increase in the cost of pulverization, so that the average particle size is usually 0.01 μm or more, preferably 0.02 μm or more, more preferably 0.05 μm or more. It ’s fine. A means for realizing such a degree of pulverization is not particularly limited, but a wet pulverization method is preferable. Specific examples include dyno mill.

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

〈噴霧乾燥工程〉
湿式混合後は、次いで通常乾燥工程に供される。乾燥方法は特に限定されないが、生成する粒子状物の均一性や粉体流動性、粉体ハンドリング性能、乾燥粒子を効率よく製造できる等の観点から噴霧乾燥が好ましい。その際、噴霧方法は特に限定されないが、例えば、ノズル型アトマイザー(二流体ノズル、三流体ノズル、四流体ノズル)、回転円盤形アトマイザーなどを用いた方法を挙げることができる。
<Spray drying process>
After the wet mixing, it is then usually subjected to a drying process. The drying method is not particularly limited, but spray drying is preferable from the viewpoints of uniformity of the generated particulate matter, powder flowability, powder handling performance, and efficient production of dry particles. In this case, the spraying method is not particularly limited, and examples thereof include a method using a nozzle type atomizer (two-fluid nozzle, three-fluid nozzle, four-fluid nozzle), a rotating disk-type atomizer, and the like.

(噴霧乾燥粉体)
本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の製造方法においては、原料化合物を湿式粉砕して得られたスラリーを噴霧乾燥することにより、一次粒子が凝集して二次粒子を形成してなる粉体を得る。一次粒子が凝集して二次粒子を形成してなる噴霧乾燥粉体は、本発に係る母粒子の形状的特徴である。形状の確認方法としては、例えば、SEM観察、断面SEM観察が挙げられる。
(Spray-dried powder)
In the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention, primary particles are aggregated to form secondary particles by spray drying a slurry obtained by wet pulverizing a raw material compound. Obtain powder. The spray-dried powder formed by agglomerating primary particles to form secondary particles is a shape characteristic of the mother particles according to the present invention. Examples of the shape confirmation method include SEM observation and cross-sectional SEM observation.

本発明に係る母粒子の焼成前駆体でもある噴霧乾燥により得られる粉体のメジアン径(ここでは超音波分散をかけずに測定した値)は通常20μm以下、より好ましくは15μm以下、更に好ましくは10μm以下、最も好ましくは7μm以下となるようにする。ただし、あまりに小さな粒径は得にくい傾向にあるので、通常は3μm以上、好ましくは4μm以上、より好ましくは5μm以上である。噴霧乾燥法で粒子状物を製造する場合、その粒子径は、噴霧形式、加圧気体流供給速度、スラリー供給速度、乾燥温度等を適宜選定することによって制御することができる。   The median diameter of the powder obtained by spray drying which is also a calcined precursor of the mother particles according to the present invention (here, a value measured without applying ultrasonic dispersion) is usually 20 μm or less, more preferably 15 μm or less, and still more preferably 10 μm or less, most preferably 7 μm or less. However, since it tends to be difficult to obtain a too small particle size, it is usually 3 μm or more, preferably 4 μm or more, more preferably 5 μm or more. In the case of producing a particulate material by the spray drying method, the particle size can be controlled by appropriately selecting the spray format, the pressurized gas flow supply rate, the slurry supply rate, the drying temperature, and the like.

即ち、例えば、リチウム化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、及びコバルト化合物とホウ素化合物及びタングステン化合物とを液体媒体中に分散させたスラリーを噴霧乾燥後、得られた粉体を焼成してリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体を製造するに当たり、噴霧乾燥時のスラリー粘度をV(cp)、スラリー供給量をS(L/min)、ガス供給量をG(L/min)とした際、スラリー粘度Vが、50cp≦V≦4000cpであって、かつ、気液比G/Sが、500≦G/S≦10000となる条件で噴霧乾燥を行う。   That is, for example, a lithium compound, a nickel compound, a manganese compound, and a slurry in which a cobalt compound and a boron compound and a tungsten compound are dispersed in a liquid medium are spray-dried, and the obtained powder is fired to obtain lithium nickel manganese cobalt In producing the composite oxide powder, when the slurry viscosity during spray drying is V (cp), the slurry supply amount is S (L / min), and the gas supply amount is G (L / min), the slurry viscosity Spray drying is performed under conditions where V is 50 cp ≦ V ≦ 4000 cp and the gas-liquid ratio G / S is 500 ≦ G / S ≦ 10000.

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

また、気液比G/Sが上記下限を下回ると二次粒子サイズが粗大化したり、乾燥性が低下しやすくなるなどして、上限を超えると生産性が低下する虞がある。従って、気液比G/Sは、下限値として通常500以上、好ましくは1000以上、更に好ましくは1500以上、最も好ましくは1800以上であり、上限値としては通常10000以下、好ましくは9000以下、更に好ましくは8000以下、最も好ましくは7500以下である。   Further, when the gas-liquid ratio G / S is lower than the lower limit, the secondary particle size is coarsened or the drying property is liable to be lowered. When the upper limit is exceeded, the productivity may be lowered. Therefore, the gas-liquid ratio G / S is usually 500 or more as a lower limit, preferably 1000 or more, more preferably 1500 or more, most preferably 1800 or more, and the upper limit is usually 10,000 or less, preferably 9000 or less, Preferably it is 8000 or less, most preferably 7500 or less.

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

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

即ち、スラリーの噴霧乾燥は、通常、50℃以上、好ましくは70℃以上、更に好ましくは120℃以上、最も好ましくは140℃以上で、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、更に好ましくは200℃以下、最も好ましくは180℃以下の温度で行うことが好ましい。この温度が高すぎると得られた造粒粒子が中空構造の多いものとなる可能性があり、粉体の充填密度が低下する虞がある。一方、低すぎると粉体出口部分での水分結露による粉体固着・閉塞等の問題が生じる可能性がある。   That is, spray drying of the slurry is usually 50 ° C. or higher, preferably 70 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher, most preferably 140 ° C. or higher, usually 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. It is preferable to carry out the reaction at a temperature of ℃ or less, most preferably 180 ℃ or less. If this temperature is too high, the resulting granulated particles may have a lot of hollow structures, which may reduce the packing density of the powder. On the other hand, if it is too low, problems such as powder sticking and blockage due to moisture condensation at the powder outlet may occur.

また、本発明に係る噴霧乾燥粉体は、一次粒子間の凝集力が適度に弱いのが特徴であり、これは超音波分散に伴うメジアン径の変化を調べることによって確認できる。ここで超音波分散をかける前(超音波0分)に測定した時の噴霧乾燥粒子のメジアン径と、5分間の超音波分散“Ultra Sonic”(出力30W、周波数22.5kHz)をかけた後で測定したときの噴霧乾燥粒子のメジアン径の差ΔD50の上限は、通常5μm以下、好ましくは4.5μm以下、より好ましくは4μm以下、更に好ましくは3.5μm以下、最も好ましくは3μm以下であり、下限は、通常1μm以上、好ましくは1.5μm以上、より好ましくは2μm以上、最も好ましくは2.5μm以上である。この超音波分散前後のメジアン径の差が上記の値より小さい噴霧乾燥粒子を焼成して得られたリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物母粒子は、粒子間の空隙が少なく、負荷特性が改善されない。一方、超音波分散前後のメジアン径の差が上記の値より大きい噴霧乾燥粒子を焼成して得られたリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物母粒子は、粒子間の空隙が多くなりすぎるために二次粒子が崩壊しやすく、嵩密度が低下し、塗布特性が悪くなるなどの問題が生じやすくなる可能性がある。 In addition, the spray-dried powder according to the present invention is characterized in that the cohesive force between primary particles is moderately weak, and this can be confirmed by examining the change in median diameter accompanying ultrasonic dispersion. After applying the median diameter of the spray-dried particles measured before applying ultrasonic dispersion (ultrasonic 0 minutes) and applying ultrasonic dispersion “Ultra Sonic” (output 30 W, frequency 22.5 kHz) for 5 minutes. The upper limit of the difference ΔD 50 in the median diameter of the spray-dried particles when measured with the above is usually 5 μm or less, preferably 4.5 μm or less, more preferably 4 μm or less, still more preferably 3.5 μm or less, most preferably 3 μm or less. The lower limit is usually 1 μm or more, preferably 1.5 μm or more, more preferably 2 μm or more, and most preferably 2.5 μm or more. Lithium nickel manganese (cobalt) composite oxide base particles obtained by firing spray-dried particles having a median diameter difference before and after this ultrasonic dispersion smaller than the above values have few voids between the particles and load characteristics are low. Not improved. On the other hand, the lithium nickel manganese (cobalt) composite oxide base particles obtained by firing spray-dried particles having a median diameter difference before and after ultrasonic dispersion larger than the above values have too many voids between the particles. In addition, there is a possibility that secondary particles are easily disintegrated, the bulk density is lowered, and the coating properties are deteriorated.

また、噴霧乾燥により得られる粉体は、比表面積が小さいと、次の工程であるリチウム化合物との焼成反応に際して、リチウム化合物との反応性が低下してしまうため、前記の如く、噴霧乾燥前に出発原料を粉砕するなどの手段により、できるだけ高比表面積化されていることが好ましい。一方で、過度に高比表面積化しようとすると、工業的に不利となるだけでなく、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料が得られなくなる可能性がある。従って、これによって得られた噴霧乾燥粒子は、BET比表面積にして通常10m/g以上、好ましくは20m/g以上、更に好ましくは30m/g以上、最も好ましくは50m/g以上で、通常100m/g以下、好ましくは80m/g以下、更に好ましくは70m/g以下、最も好ましくは65m/g以下とすることが好ましい。 In addition, when the powder obtained by spray drying has a small specific surface area, the reactivity with the lithium compound is reduced during the firing reaction with the lithium compound in the next step. The specific surface area is preferably as high as possible by means such as pulverizing the starting material. On the other hand, if the specific surface area is excessively increased, not only is it industrially disadvantageous, but the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention may not be obtained. Accordingly, the spray-dried particles thus obtained have a BET specific surface area of usually 10 m 2 / g or more, preferably 20 m 2 / g or more, more preferably 30 m 2 / g or more, and most preferably 50 m 2 / g or more. Usually, it is preferably 100 m 2 / g or less, preferably 80 m 2 / g or less, more preferably 70 m 2 / g or less, and most preferably 65 m 2 / g or less.

〈焼成工程〉
このようにして得られた焼成前駆体としての噴霧乾燥粉体は、次いで焼成処理される。
ここで、本発明において「焼成前駆体」とは、噴霧乾燥粉体を処理して得られる焼成前のリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物の前駆体を意味する。例えば、前述の焼成時に分解ガスを発生又は昇華して、二次粒子内に空隙を形成させる化合物を、上述の噴霧乾燥粉体に含有させて焼成前駆体としてもよい。
<Baking process>
The spray-dried powder as the calcined precursor thus obtained is then calcined.
Here, in the present invention, the “firing precursor” means a precursor of a lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide before firing obtained by treating a spray-dried powder. For example, the above spray-dried powder may contain a compound that generates or sublimates decomposition gas during the above-described firing to form voids in the secondary particles, and serves as a firing precursor.

この焼成条件は、組成や使用するリチウム化合物原料にも依存するが、傾向として、焼成温度が高すぎると一次粒子が過度に成長し、粒子間の焼結が進行し過ぎ、比表面積が小さくなり過ぎる。逆に低すぎると異相が混在し、また結晶構造が発達せずに格子歪が増大する。また比表面積が大きくなりすぎる。焼成温度としては、通常700℃以上であるが、前記一般式(I)及び(II)で示される組成においては900℃以上が好ましく、より好ましくは920℃以上、さらに好ましくは940℃以上、更に好ましくは950℃以上、最も好ましくは975℃以上であり、通常1200℃以下、好ましくは1175℃以下、更に好ましくは1150℃以下、最も好ましくは1125℃以下である。   This firing condition depends on the composition and the lithium compound raw material used, but as a tendency, if the firing temperature is too high, primary particles grow excessively, sintering between the particles proceeds too much, and the specific surface area becomes small. Pass. On the other hand, if it is too low, heterogeneous phases are mixed, and the lattice distortion increases without developing the crystal structure. Moreover, the specific surface area becomes too large. The firing temperature is usually 700 ° C. or higher. However, in the composition represented by the general formulas (I) and (II), 900 ° C. or higher is preferable, more preferably 920 ° C. or higher, further preferably 940 ° C. or higher, and further Preferably it is 950 degreeC or more, Most preferably, it is 975 degreeC or more, Usually, 1200 degreeC or less, Preferably it is 1175 degreeC or less, More preferably, it is 1150 degreeC or less, Most preferably, it is 1125 degreeC or less.

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

昇温工程は通常1℃/分以上10℃/分以下の昇温速度で炉内を昇温させる。この昇温速度があまり遅すぎても時間がかかって工業的に不利であるが、あまり速すぎても炉によっては炉内温度が設定温度に追従しなくなる。昇温速度は、好ましくは1.5℃/分以上、より好ましくは2℃/分以上、さらに好ましくは3℃/分以上で、好ましくは7℃/分以下、より好ましくは5℃/分以下、さらに好ましくは4℃/分以下である。   In the temperature raising step, the temperature in the furnace is usually raised at a temperature raising rate of 1 ° C./min to 10 ° C./min. Even if this rate of temperature rise is too slow, it takes time and is industrially disadvantageous. However, if it is too fast, the furnace temperature does not follow the set temperature depending on the furnace. The rate of temperature rise is preferably 1.5 ° C./min or more, more preferably 2 ° C./min or more, further preferably 3 ° C./min or more, preferably 7 ° C./min or less, more preferably 5 ° C./min or less. More preferably, it is 4 ° C./min or less.

最高温度保持工程での保持時間は、温度によっても異なるが、通常前述の温度範囲であれば30分以上、好ましくは1時間以上、より好ましくは2時間以上、更に好ましくは3時間以上、最も好ましくは5時間以上で、50時間以下、好ましくは25時間以下、より好ましくは20時間以下、更に好ましくは15時間以下、最も好ましくは10時間以下である。焼成時間が短すぎると結晶性の良いリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体が得られ難くなり、長すぎるのは実用的ではない。焼成時間が長すぎると、その後解砕が必要になったり、解砕が困難になったりするので、不利である。   The holding time in the maximum temperature holding step varies depending on the temperature, but usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, more preferably 2 hours or longer, more preferably 3 hours or longer, most preferably within the above-mentioned temperature range. Is 5 hours or more, 50 hours or less, preferably 25 hours or less, more preferably 20 hours or less, still more preferably 15 hours or less, and most preferably 10 hours or less. If the firing time is too short, it becomes difficult to obtain a lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder with good crystallinity, and it is not practical to be too long. If the firing time is too long, it will be disadvantageous because it will be necessary to crush afterwards or it will be difficult to crush.

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

焼成時の雰囲気は、得ようとするリチウム遷移金属系化合物粉体の組成によって適切な酸素分圧領域があるため、それを満足するための適切な種々ガス雰囲気が用いられる。ガス雰囲気としては、例えば、酸素、空気、窒素、アルゴン、水素、二酸化炭素、及びそれらの混合ガス等を挙げることができる。本発明において具体的に実施しているリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体については、空気等の酸素含有ガス雰囲気を用いることができる。通常は酸素濃度が1体積%以上、好ましくは10体積%以上、より好ましくは15体積%以上で、100体積%以下、好ましくは50体積%以下、より好ましくは25体積%以下の雰囲気とする。   Since the firing atmosphere has an appropriate oxygen partial pressure region depending on the composition of the lithium transition metal-based compound powder to be obtained, appropriate various gas atmospheres for satisfying the oxygen partial pressure region are used. Examples of the gas atmosphere include oxygen, air, nitrogen, argon, hydrogen, carbon dioxide, and a mixed gas thereof. An oxygen-containing gas atmosphere such as air can be used for the lithium nickel manganese cobalt based composite oxide powder specifically implemented in the present invention. Usually, the atmosphere has an oxygen concentration of 1% by volume or more, preferably 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more, and 100% by volume or less, preferably 50% by volume or less, more preferably 25% by volume or less.

このような製造方法において、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料を製造するには、製造条件を一定とした場合には、リチウム化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、及びホウ素化合物とタングステン化合物とを、液体媒体中に分散させたスラリーを調製する際、各化合物の混合比を調整することで、目的とするモル比を制御することができる。   In such a manufacturing method, in order to manufacture the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the lithium compound, the nickel compound, the manganese compound, the cobalt compound, and the boron compound are used when the manufacturing conditions are constant. When preparing a slurry in which a tungsten compound and a tungsten compound are dispersed in a liquid medium, the target molar ratio can be controlled by adjusting the mixing ratio of each compound.

〈分級工程〉
焼成により得られた焼成粉体は次いで、解砕したり、電極調製にとって好ましい粒度分布状態に調整したり、粗大異物等を除去したりするために分級を行う。分級法としては、その目的を達成できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、篩分級(振動篩、遠心篩)、気力分級などが挙げられる。具体的な装置としては、例えばダルトン社の「超音波式振動篩」、ツカサ工業社の「パウシフター」、ターボ工業社の「ターボスクリーナー」、ホソカワミクロン社の「ターボプレックス」等を挙げることができるが、これらに限定されない。
<Classification process>
The fired powder obtained by firing is then classified in order to crush it, adjust it to a particle size distribution preferable for electrode preparation, or remove coarse foreign matters and the like. The classification method is not particularly limited as long as the object can be achieved, and examples thereof include sieve classification (vibrating sieve, centrifugal sieve), and pneumatic classification. Specific examples of the apparatus include Dalton's “Ultrasonic Vibrating Sieve”, Tsukasa Industries '“Powder Footer”, Turbo Industries' “Turbo Screener”, Hosokawa Micron's “Turboplex”, and the like. However, it is not limited to these.

〈後処理工程〉
分級により得られた分級粉体は、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物母粒子よりなる。この母粒子の空隙の一部に導電性微粉末を充填するために、この分級粉体に圧縮剪断応力を加える後処理を施す。
<Post-processing process>
From the lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide base particles, the primary powder crystals are aggregated to form spherical secondary particles, and the secondary particle surface and inside have voids in the classified powder obtained by classification. Become. In order to fill a part of the voids of the base particles with the conductive fine powder, a post-treatment is applied to the classified powder to apply a compressive shear stress.

ここで、圧縮剪断応力を加える後処理とは、複合酸化物粉体母粒子に圧縮及び剪断応力を負荷して粉体粒子を圧縮すると共に、その負荷応力により粉体母粒子の表面の一部が削られることにより発生する微粉を粒子表面に再融着させる作用を伴う、いわゆる、メカノフュージョンを発現させる処理を言い、具体的には、例えば、円筒回転ドラムと、このドラム内の中心軸に固定され、先端にドラムの内周面に接する半球形状の押圧剪断ヘッドを備えた第一アームと、回転ドラムの回転前方に所定角度を隔てて中心軸に固定され、先端にドラムの内周面に接する鋭角状の爪を備えた第2アームとで構成された処理装置を用いて処理がなされる。   Here, the post-treatment for applying compressive shear stress is to compress the powder particles by applying compression and shear stress to the composite oxide powder base particles, and to compress a part of the surface of the powder base particles by the load stress. This is a process that develops so-called mechanofusion, which has the effect of re-fusing fine particles generated by cutting to the particle surface. Specifically, for example, a cylindrical rotating drum and a central axis in the drum A fixed first arm having a hemispherical pressure shearing head in contact with the inner peripheral surface of the drum at the front end, and fixed to the central axis at a predetermined angle in front of the rotating drum, and an inner peripheral surface of the drum at the front end The processing is performed using a processing apparatus configured with a second arm provided with an acute-angled nail in contact with the arm.

尚、この圧縮剪断応力を加える後処理において、前述の導電性微粉末を共存させておくことにより、この後処理による高嵩密度化及び導電性向上の効果をより顕著に発現させることが可能となる。
この圧縮剪断応力を加える後処理において、導電性微粉末を共存させてリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物母粒子の空隙に導電性微粉末を充填させる場合、共存させる導電性微粉末の量は、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料、好ましくは、前述の水銀圧入量や嵩密度等の物性を満足するリチウム二次電池用正極活物質材料が得られるような量であれば良く、特に制限はないが、通常、圧縮剪断応力を加える後処理に供されるリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物母粒子(分級粉体)と導電性微粉末との合計100重量部中、導電性微粉末を0.1重量部以上、特に1重量部以上で、10重量部以下、特に5重量部以下とすることが好ましい。この範囲よりも導電性微粉末が多過ぎると、嵩密度の低下や電池容量の低下を来したり、電極調製に悪影響を及ぼす可能性があり、少な過ぎると、本発明の効果を十分に発揮できなくなる虞がある。
In addition, in the post-processing to apply the compressive shear stress, the above-mentioned conductive fine powder is allowed to coexist so that the effect of increasing the bulk density and improving the electrical conductivity by this post-processing can be expressed more remarkably. Become.
In the post-treatment applying this compressive shear stress, when the conductive fine powder coexists and the conductive fine powder is filled in the voids of the lithium nickel manganese (cobalt) composite oxide mother particles, the amount of the conductive fine powder to coexist Is a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention, preferably an amount capable of obtaining a positive electrode active material for a lithium secondary battery that satisfies the physical properties such as the amount of mercury intrusion and bulk density described above. Although there is no particular limitation, it is usually in a total of 100 parts by weight of lithium nickel manganese (cobalt) based composite oxide base particles (classified powder) and conductive fine powder subjected to post-treatment applying compressive shear stress. The conductive fine powder is preferably 0.1 parts by weight or more, particularly 1 part by weight or more and 10 parts by weight or less, particularly 5 parts by weight or less. If the amount of conductive fine powder is excessively larger than this range, the bulk density and battery capacity may be decreased or the electrode preparation may be adversely affected. If the amount is too small, the effects of the present invention will be sufficiently exerted. There is a risk that it will not be possible.

この後処理において前述の導電性微粉末を共存させることにより、リチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物母粒子の表面は、その全表面の50%以上、更に好ましくは80%以上が該導電性微粉末で被覆され、かつ活物質の一次粒子間の空隙が充填されたものとなって、タップ密度が前述する範囲を容易に満足させることができると共に、二次電池用正極活物質材料として、正極の導電性を向上させることが可能となる。   In this post-treatment, the surface of the lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide mother particles is 50% or more, more preferably 80% or more of the entire surface by coexisting the conductive fine powder. As a positive electrode active material material for secondary batteries, it is covered with fine powder and filled with voids between primary particles of the active material, and the tap density can easily satisfy the range described above. The conductivity of the positive electrode can be improved.

本発明において、この後処理に用いられる処理方式としては、本発明の形態的特徴を達成できるものであればよく、具体的には、例えば、ホソカワミクロン社の「メカノフュージョンシステム」、奈良機械製作所社の「ハイブリダイゼーションシステム」等が挙げられるが、これらに限定されない。   In the present invention, any processing system used for this post-treatment may be used as long as it can achieve the morphological characteristics of the present invention. Specifically, for example, “Mechano-Fusion System” manufactured by Hosokawa Micron Corporation, Nara Machinery Co., Ltd. However, it is not limited to these.

なお、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物母粒子の空隙の一部が導電性微粉末によって充填されてなることを特徴とする本発明の正極活物質材料を得るための別の方法としては、リチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物母粒子に減圧含浸作用により導電性微粉末を充填する方法、リチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物母粒子に遠心力により導電性微粉末を充填する方法、のような手法を用いても良い。
また、正極を作成する工程において、上記手法によりリチウムニッケルマンガン(コバルト)系複合酸化物母粒子に導電性微粉末を充填しても良い。
In addition, primary particle crystals aggregate to form spherical secondary particles, and a part of the voids of the lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide mother particles having voids on the surface and inside of the secondary particles are electrically conductive fine particles. As another method for obtaining the positive electrode active material of the present invention, which is filled with a powder, a conductive fine powder is applied to lithium nickel manganese (cobalt) based composite oxide base particles by a pressure impregnation action. A method such as a filling method or a method of filling lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide base particles with conductive fine powder by centrifugal force may be used.
Further, in the step of forming the positive electrode, the lithium nickel manganese (cobalt) -based composite oxide mother particles may be filled with conductive fine powder by the above method.

このようにして得られたリチウム二次電池用正極活物質材料によれば、充填性が高く、低温出力特性に優れた、性能バランスの良いリチウム二次電池用正極材料が提供される。   According to the positive electrode active material for a lithium secondary battery thus obtained, a positive electrode material for a lithium secondary battery with high filling properties, excellent low-temperature output characteristics, and good performance balance is provided.

[リチウム二次電池用正極]
本発明のリチウム二次電池用正極は、本発明のリチウム二次電池正極活物質材料及び結着剤を含有する正極活物質層を集電体上に形成してなるものである。
[Positive electrode for lithium secondary battery]
The positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention is formed by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material material of a lithium secondary battery of the present invention and a binder on a current collector.

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

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

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

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

正極活物質層中の結着剤の割合は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、更に好ましくは5重量%以上であり、通常80重量%以下、好ましくは60重量%以下、更に好ましくは40重量%以下、最も好ましくは10重量%以下である。結着剤の割合が低すぎると、正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまう可能性がある一方で、高すぎると、電池容量や導電性の低下につながる可能性がある。   The ratio of the binder in the positive electrode active material layer is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and usually 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less. More preferably, it is 40% by weight or less, and most preferably 10% by weight or less. If the proportion of the binder is too low, the positive electrode active material cannot be sufficiently retained and the positive electrode has insufficient mechanical strength, which may deteriorate battery performance such as cycle characteristics. Battery capacity and conductivity may be reduced.

正極活物質層には、通常、導電性を高めるために導電材を含有させる。その種類に特に制限はないが、具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料や、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料などを挙げることができる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   The positive electrode active material layer usually contains a conductive material in order to increase conductivity. There are no particular restrictions on the type, but specific examples include metal materials such as copper and nickel, graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon such as needle coke. And carbon materials. In addition, these substances may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.

正極活物質層中の導電材の割合は、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、更に好ましくは1重量%以上であり、また、通常50重量%以下、好ましくは30重量%以下、更に好ましくは20重量%以下である。導電材の割合が低すぎると導電性が不十分になることがあり、逆に高すぎると電池容量が低下することがある。なお、この導電材の割合には、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の母粒子の空隙に充填された導電性微粉末は含まれない。   The proportion of the conductive material in the positive electrode active material layer is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and usually 50% by weight or less, preferably 30%. % By weight or less, more preferably 20% by weight or less. If the proportion of the conductive material is too low, the conductivity may be insufficient, and conversely if it is too high, the battery capacity may be reduced. The ratio of the conductive material does not include the conductive fine powder filled in the voids of the base particles of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention.

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

正極活物質層中の正極材料としての本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の含有割合は、通常75重量%以上、好ましくは80重量%以上、更に好ましくは85重量%以上であり、通常98重量%以下、好ましくは95重量%以下、さらに好ましくは90重量%以下である。正極活物質層中の本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料の割合が多すぎると正極の強度が不足する傾向にあり、少なすぎると容量の面で不十分となることがある。   The content ratio of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention as the positive electrode material in the positive electrode active material layer is usually 75% by weight or more, preferably 80% by weight or more, more preferably 85% by weight or more, Usually, it is 98 weight% or less, Preferably it is 95 weight% or less, More preferably, it is 90 weight% or less. If the proportion of the positive electrode active material material for lithium secondary batteries of the present invention in the positive electrode active material layer is too large, the strength of the positive electrode tends to be insufficient, and if it is too small, the capacity may be insufficient.

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

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

本発明のリチウム二次電池用正極の電極密度は特に限定されないが、実際の電池で使用され得る密度が好ましく、2.0〜3.7g/cmの範囲が好ましい。 Although the electrode density of the positive electrode for lithium secondary batteries of this invention is not specifically limited, The density which can be used with an actual battery is preferable, and the range of 2.0-3.7 g / cm < 3 > is preferable.

他方、本発明におけるリチウム二次電池用正極の極板特性を比較することを目的として、特定圧力で加圧した場合に到達しうる密度を測定する。この時、測定された到達密度を比較することによって、正極板のプレスされ易さの指標を得ることができる。
本発明のリチウム二次電池用正極を、760MPaの圧力で1分間加圧し、この加圧を5回繰り返した後の正極活物質層の密度(5回プレス後の密度)は、通常3.0g/cm以上であることが好ましい。この5回プレス後の密度が大きいことは、プレスされ易く、充填密度の高い正極を形成することができることを示す。5回プレス後の密度の上限は特に限定されないが、好ましくは3.7g/cm以下である。
なお、5回プレス後の密度の測定における加圧の繰返し回数は5回より多くても良く、1回以上の加圧後、電池として構成されて充放電を繰り返した後に、電池を解体されて取り出された正極に対して5回加圧しても良い。
On the other hand, for the purpose of comparing the electrode plate characteristics of the positive electrode for a lithium secondary battery in the present invention, the density that can be reached when pressurized at a specific pressure is measured. At this time, an index of the ease of pressing the positive electrode plate can be obtained by comparing the measured density.
The positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention is pressurized at a pressure of 760 MPa for 1 minute, and the density of the positive electrode active material layer after the pressurization is repeated 5 times (the density after 5 times pressing) is usually 3.0 g. / Cm 3 or more is preferable. A high density after the fifth press indicates that a positive electrode that is easily pressed and has a high packing density can be formed. The upper limit of the density after the 5th press is not particularly limited, but is preferably 3.7 g / cm 3 or less.
Note that the number of pressurizations in the density measurement after pressing five times may be more than five, and after one or more pressurizations, the battery is disassembled after being configured as a battery and repeated charging and discharging. You may pressurize 5 times with respect to the taken-out positive electrode.

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

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

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

炭素材料としては、その種類に特に制限はないが、人造黒鉛、天然黒鉛等の黒鉛(グラファイト)や、様々な熱分解条件での有機物の熱分解物が挙げられる。有機物の熱分解物としては、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチの炭化物、石油系ピッチの炭化物、或いはこれらピッチを酸化処理したものの炭化物、ニードルコークス、ピッチコークス、フェノール樹脂、結晶セルロース等の炭化物等及びこれらを一部黒鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。中でも黒鉛が好ましく、特に好適には、種々の原料から得た易黒鉛性ピッチに高温熱処理を施すことによって製造された、人造黒鉛、精製天然黒鉛、又はこれらの黒鉛にピッチを含む黒鉛材料等であって、種々の表面処理を施したものが主として使用される。これらの炭素材料は、それぞれ1種を単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。   Although there is no restriction | limiting in particular as a carbon material, Graphite (graphite), such as artificial graphite and natural graphite, and the thermal decomposition thing of organic substance on various thermal decomposition conditions are mentioned. Examples of pyrolysis products of organic matter include coal-based coke, petroleum-based coke, coal-based pitch carbide, petroleum-based pitch carbide, or carbide obtained by oxidizing these pitches, needle coke, pitch coke, phenol resin, crystalline cellulose, etc. And carbon materials obtained by partially graphitizing these, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fibers, and the like. Among them, graphite is preferable, and particularly preferable is artificial graphite, purified natural graphite, or graphite material containing pitch in these graphites, which is manufactured by subjecting easy-graphite pitch obtained from various raw materials to high-temperature heat treatment. Therefore, those subjected to various surface treatments are mainly used. One of these carbon materials may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

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

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

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

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

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

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

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

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

〈非水電解質〉
非水電解質としては、例えば公知の有機電解液、高分子固体電解質、ゲル状電解質、無機固体電解質等を用いることができるが、中でも有機電解液が好ましい。有機電解液は、有機溶媒に溶質(電解質)を溶解させて構成される。
<Nonaqueous electrolyte>
As the non-aqueous electrolyte, for example, known organic electrolytes, polymer solid electrolytes, gel electrolytes, inorganic solid electrolytes, and the like can be used. Among them, organic electrolytes are preferable. The organic electrolytic solution is configured by dissolving a solute (electrolyte) in an organic solvent.

ここで、有機溶媒の種類は特に限定されないが、例えばカーボネート類、エーテル類、ケトン類、スルホラン系化合物、ラクトン類、ニトリル類、塩素化炭化水素類、エーテル類、アミン類、エステル類、アミド類、リン酸エステル化合物等を使用することができる。代表的なものを列挙すると、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、4−メチル−2−ペンタノン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、1,2−ジクロロエタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等が挙げられ、これら化合物は、水素原子が一部ハロゲン原子で置換されていてもよい。また、これらの単独若しくは2種類以上の混合溶媒が使用できる。   Here, the type of the organic solvent is not particularly limited. For example, carbonates, ethers, ketones, sulfolane compounds, lactones, nitriles, chlorinated hydrocarbons, ethers, amines, esters, amides. A phosphoric acid ester compound or the like can be used. Typical examples include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 4-methyl-2- Pentanone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile Benzonitrile, butyronitrile, valeronitrile, 1,2-dichloroethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, etc. Et compounds, hydrogen atoms may be partially substituted with a halogen atom. Moreover, these single or 2 or more types of mixed solvents can be used.

上述の有機溶媒には、電解塩を解離させるために、高誘電率溶媒を含めることが好ましい。ここで、高誘電率溶媒とは、25℃における比誘電率が20以上の化合物を意味する。高誘電率溶媒の中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、及び、それらの水素原子をハロゲン等の他の元素又はアルキル基等で置換した化合物が、電解液中に含まれることが好ましい。高誘電率溶媒の電解液に占める割合は、好ましくは20重量%以上、更に好ましくは25重量%以上、最も好ましくは30重量%以上である。   The organic solvent described above preferably contains a high dielectric constant solvent in order to dissociate the electrolytic salt. Here, the high dielectric constant solvent means a compound having a relative dielectric constant of 20 or more at 25 ° C. Among the high dielectric constant solvents, it is preferable that ethylene carbonate, propylene carbonate, and compounds in which hydrogen atoms thereof are substituted with other elements such as halogen or alkyl groups are contained in the electrolytic solution. The proportion of the high dielectric constant solvent in the electrolyte is preferably 20% by weight or more, more preferably 25% by weight or more, and most preferably 30% by weight or more.

高誘電率溶媒の含有量が上記範囲よりも少ないと、所望の電池特性が得られない場合がある。また、有機電解液中には、CO、NO、CO、SO等のガスやビニレンカーボネート、ポリサルファイドS 2−など、負極表面にリチウムイオンの効率良い充放電を可能にする良好な被膜を形成する添加剤を、任意の割合で添加しても良い。このような添加剤としてはなかでもとりわけビニレンカーボネートが好ましい。 If the content of the high dielectric constant solvent is less than the above range, desired battery characteristics may not be obtained. In addition, in the organic electrolyte, a gas such as CO 2 , N 2 O, CO, and SO 2 , vinylene carbonate, polysulfide S x 2−, and the like that enables efficient charge and discharge of lithium ions on the negative electrode surface You may add the additive which forms a film in arbitrary ratios. Among these additives, vinylene carbonate is particularly preferable.

さらに、有機電解液中には、ジフルオロリン酸リチウムなど、サイクル寿命や出力特性の向上に効果を発揮する添加剤を任意の割合で添加しても良い。   Furthermore, an additive that exhibits an effect of improving cycle life and output characteristics, such as lithium difluorophosphate, may be added to the organic electrolyte at an arbitrary ratio.

電解塩の種類も特に限定されず、従来公知の任意の溶質を使用することができる。具体例としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiB(C、LiBOB、LiCl、LiBr、CHSOLi、CFSOLi、LiN(SOCF、LiN(SO、LiC(SOCF、LiN(SOCF等が挙げられる。これらの電解塩は任意の1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。また、CO、NO、CO、SO等のガスやポリサルファイドS 2−など負極表面にリチウムイオンの効率良い充放電を可能にする良好な被膜を形成する添加剤を、任意の割合で添加しても良い。 The type of the electrolytic salt is not particularly limited, and any conventionally known solute can be used. Specific examples include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiBOB, LiCl, LiBr, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiN (SO 3 CF 3 ) 2 and the like. Any one of these electrolytic salts may be used alone, or two or more thereof may be used in any combination and ratio. Further, an additive that forms a good film that enables efficient charge and discharge of lithium ions on the negative electrode surface, such as gas such as CO 2 , N 2 O, CO, and SO 2 , and polysulfide S x 2- , at an arbitrary ratio May be added.

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

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

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

ポリエチレンからなるセパレータを用いる場合、高温形状維持性の点から、超高分子ポリエチレンを用いることが好ましく、その分子量の下限は好ましくは50万、更に好ましくは100万、最も好ましくは150万である。他方、分子量の上限は、好ましくは500万、更に好ましくは400万、最も好ましくは300万である。分子量が大きすぎると流動性が低くなりすぎてしまい、加熱された時にセパレータの孔が閉塞しない場合があるからである。   When using a separator made of polyethylene, it is preferable to use ultra-high molecular weight polyethylene from the viewpoint of maintaining high-temperature shape, and the lower limit of the molecular weight is preferably 500,000, more preferably 1,000,000, and most preferably 1,500,000. On the other hand, the upper limit of the molecular weight is preferably 5 million, more preferably 4 million, and most preferably 3 million. This is because if the molecular weight is too large, the fluidity becomes too low, and the pores of the separator may not close when heated.

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

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

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

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

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

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

<添加元素(B,W)の定量>
ICP−AES分析により求めた。
<Quantification of additive elements (B, W)>
It was determined by ICP-AES analysis.

<二次粒子形態>
10,000倍のSEM画像により確認した。
<Secondary particle morphology>
It confirmed by the SEM image of 10,000 times.

<二次粒子断面>
15,000倍の断面SEM画像により確認した。
<Secondary particle cross section>
It confirmed by the cross-sectional SEM image of 15,000 times.

<二次粒子のメジアン径>
超音波分散0分及び5分後に測定した。
<Median diameter of secondary particles>
Ultrasonic dispersion was measured after 0 and 5 minutes.

<平均一次粒子径>
30,000倍のSEM画像により求めた。
<Average primary particle size>
It calculated | required from the SEM image of 30,000 times.

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

<嵩密度>
試料粉体4〜10gを10mlのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約20mmで200回タップした時の粉体充填密度として求めた。
<Bulk density>
4 to 10 g of the sample powder was put into a 10 ml glass graduated cylinder, and the powder packing density when tapped 200 times with a stroke of about 20 mm was obtained.

<比表面積>
BET法により求めた。
<Specific surface area>
Obtained by BET method.

<含有炭素濃度C>
(株)堀場製作所製EMIA−520炭素硫黄分析計を使用した。数十から100mgの試料を、空焼きした磁性るつぼに秤り取り、助燃剤を加えて、酸素気流中、高周波加熱炉で炭素を燃焼抽出した。燃焼ガス中のCOを、非分散赤外吸光光度法により定量した。感度較正には社団法人日本鉄鋼連盟製150−15低合金鋼1号(C保障値:0.469重量%)を使用した。
<Contained carbon concentration C>
An EMIA-520 carbon sulfur analyzer manufactured by HORIBA, Ltd. was used. A sample of several tens to 100 mg was weighed into an air-baked magnetic crucible, a combustion aid was added, and carbon was extracted by combustion in a high-frequency heating furnace in an oxygen stream. CO 2 in the combustion gas was quantified by non-dispersive infrared absorption spectrophotometry. For sensitivity calibration, 150-15 low alloy steel No. 1 (C guaranteed value: 0.469% by weight) manufactured by Japan Iron and Steel Federation was used.

<体積抵抗率>
粉体抵抗率測定装置(ダイアインスツルメンツ社製:ロレスターGP粉体低効率測定システムPD−41)を用い、試料重量2〜3gとし、粉体用プローブユニット(四探針・リング電極、電極間隔5.0mm、電極半径1.0mm、試料半径12.5mm)により、印加電圧リミッタを90Vとして、種々加圧下の粉体の体積抵抗率[Ω・cm]を測定し、40MPaの圧力下における体積抵抗率の値について比較した。
<Volume resistivity>
Using a powder resistivity measuring device (Dia Instruments: Lorester GP powder low-efficiency measurement system PD-41), the sample weight is set to 2 to 3 g, and a powder probe unit (four probe / ring electrodes, electrode spacing 5) The volume resistivity [Ω · cm] of the powder under various pressures was measured at an applied voltage limiter of 90 V using an electrode radius of 1.0 mm, an electrode radius of 1.0 mm, and a sample radius of 12.5 mm. The rate values were compared.

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

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

<噴霧乾燥により得られた粒子状粉末の物性>
形態はSEM観察及び断面SEM観察により確認により確認した。平均粒子径としてのメジアン径及び90%積算径(D90)は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920)によって、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として測定した。また、分散媒としては0.1重量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、0分、1分、3分、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定を行った。比表面積は、BET法により求めた。
<Physical properties of particulate powder obtained by spray drying>
The form was confirmed by confirmation through SEM observation and cross-sectional SEM observation. The median diameter and 90% cumulative diameter (D 90 ) as the average particle diameter are set to a refractive index of 1.24 using a known laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.) The particle diameter standard was measured using the volume standard. Further, a 0.1 wt% sodium hexametaphosphate aqueous solution was used as a dispersion medium, and measurement was performed after 0 minutes, 1 minute, 3 minutes, and 5 minutes of ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz). The specific surface area was determined by the BET method.

〔リチウム二次電池用正極活物質材料の製造(実施例及び比較例)〕
(比較例1)
LiCO、Ni(OH)、Mn、CoOOH、HBO、WOを、Li:Ni:Mn:Co:B:W=1.12:0.45:0.45:0.10:0.0025:0.01のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。このスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕機を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.25μmに粉砕した。
[Production of cathode active material for lithium secondary battery (Examples and Comparative Examples)]
(Comparative Example 1)
Li 2 CO 3 , Ni (OH) 2 , Mn 3 O 4 , CoOOH, H 3 BO 3 , WO 3 are replaced with Li: Ni: Mn: Co: B: W = 1.12: 0.45: 0.45. : Weighed so that the molar ratio was 0.10: 0.0025: 0.01, mixed, and then added pure water to prepare a slurry. While stirring this slurry, the solid content in the slurry was pulverized to a median diameter of 0.25 μm using a circulating medium agitation type wet pulverizer.

次に、このスラリー(固形分含有量15.7重量%、粘度1600cp)を、四流体ノズル型スプレードライヤー(藤崎電機(株)製:MDP−50型)を用いて噴霧乾燥した。この時の乾燥ガスとして空気を用い、乾燥ガス導入量Gは1600L/min、スラリー導入量Sは780mL/minとした(気液比G/S=2051)。また、乾燥入り口温度は200℃とした。スプレードライヤーにより噴霧乾燥して得られた粒子状粉末、約370gをアルミナ製角鉢に仕込み、空気雰囲気下、1000℃で2時間焼成(昇温速度:約1.7℃/min.、降温速度:約3.3℃/min.)した後、目通し45μmのパウシフター(ツカサ工業(株)製)を用いて分級し、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体を得た。得られたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体は、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有する形態であり、組成がLi(Li0.051Ni0.429Mn0.425Co0.0.095)Oの層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(x=0.100、y=0.004、z=0.108)であり、また、(Ni,Mn,Co)トータルのモル比を1とした時、Bの含有モル比率は0.17モル%、Wの含有モル比率は1.0モル%であった。 Next, this slurry (solid content 15.7 wt%, viscosity 1600 cp) was spray-dried using a four-fluid nozzle type spray dryer (manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd .: MDP-50 type). At this time, air was used as the dry gas, the dry gas introduction amount G was 1600 L / min, and the slurry introduction amount S was 780 mL / min (gas-liquid ratio G / S = 2051). The drying inlet temperature was 200 ° C. About 370 g of particulate powder obtained by spray drying with a spray dryer is charged into an alumina square bowl and fired at 1000 ° C. for 2 hours in an air atmosphere (temperature increase rate: about 1.7 ° C./min., Temperature decrease rate) : About 3.3 ° C./min.), And then classified using a Puffer footer (manufactured by Tsukasa Kogyo Co., Ltd.) having a pore size of 45 μm to obtain a lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder. The obtained lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder has a form in which primary particle crystals are aggregated to form spherical secondary particles having voids on the surface and inside of the secondary particles, and the composition is Li (Li 0.051 Ni 0.429 Mn 0.425 Co 0.0.095) lithium nickel manganese cobalt composite oxide having a layered structure of O 2 (x = 0.100, y = 0.004, z = 0.108 In addition, when the total molar ratio of (Ni, Mn, Co) was 1, the molar ratio of B was 0.17 mol%, and the molar ratio of W was 1.0 mol%.

このリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体のメジアン径は7.3μm(超音波0分)、1.9μm(超音波5分)、90%積算径(D90)は11.5μm(超音波0分)、3.6μm(超音波5分)、嵩密度は1.2g/cm、BET比表面積は1.4m/g、体積抵抗率は3.7×10Ω・cm、含有炭素濃度Cは0.028重量%であった。 The median diameter of this lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder is 7.3 μm (ultrasonic 0 min), 1.9 μm (ultrasonic 5 min), and 90% cumulative diameter (D 90 ) is 11.5 μm (ultrasonic 0). Min), 3.6 μm (ultrasonic wave 5 min), bulk density 1.2 g / cm 3 , BET specific surface area 1.4 m 2 / g, volume resistivity 3.7 × 10 6 Ω · cm, carbon content The concentration C was 0.028% by weight.

(比較例2)
Ni(OH)、Mn、CoOOH、WOを、Ni:Mn:Co:W=0.45:0.45:0.10:0.01のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。このスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕機(シンマルエンタープライゼス社製:ダイノーミルKDLA型)を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.21μmに粉砕した。
(Comparative Example 2)
Ni (OH) 2 , Mn 3 O 4 , CoOOH, WO 3 are weighed so as to have a molar ratio of Ni: Mn: Co: W = 0.45: 0.45: 0.10: 0.01, After mixing, pure water was added thereto to prepare a slurry. While the slurry was stirred, the solid content in the slurry was pulverized to a median diameter of 0.21 μm using a circulating medium agitation type wet pulverizer (Shinmaru Enterprises Co., Ltd .: Dino Mill KDLA type).

次に、このスラリー(固形分含有量13重量%、粘度1640cp)を、二流体ノズル型スプレードライヤー(大川原化工機(株)製:LT−8型)を用いて噴霧乾燥した。この時の乾燥ガスとして空気を用い、乾燥ガス導入量Gは45L/min、スラリー導入量Sは6×10−3L/minとした(気液比G/S=7500)。また、乾燥入り口温度は150℃とした。スプレードライヤーにより噴霧乾燥して得られた粒子状粉末に、Li/(Ni+Mn+Co)モル比が1.12となるように、メジアン径9μmのLiCO粉末を添加し、均一になるように十分混合した。この混合粉末約15gをアルミナ製るつぼに仕込み、1L/minの空気流通下、1000℃で6時間焼成(昇降温速度3.33℃/min.)した後、目通し45μmの篩を用いて振動分級を行い、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体を得た。得られたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体は、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に若干の空隙を有する形態であり、組成がLi(Li0.062Ni0.421Mn0.424Co0.093)Oの層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(x=0.099、y=−0.003、z=0.133)であり、(Ni,Mn,Co)トータルのモル比を1とした時、Wの含有モル比率は1.03モル%であった。 Next, this slurry (solid content 13 wt%, viscosity 1640 cp) was spray-dried using a two-fluid nozzle type spray dryer (Okawara Kako Co., Ltd .: LT-8 type). Air was used as the drying gas at this time, the drying gas introduction amount G was 45 L / min, and the slurry introduction amount S was 6 × 10 −3 L / min (gas-liquid ratio G / S = 7500). The drying inlet temperature was 150 ° C. Li 2 CO 3 powder with a median diameter of 9 μm is added to the particulate powder obtained by spray drying with a spray dryer so that the Li / (Ni + Mn + Co) molar ratio is 1.12. Mixed. About 15 g of this mixed powder is charged into an alumina crucible, fired at 1000 ° C. for 6 hours under an air flow of 1 L / min (temperature raising / lowering rate 3.33 ° C./min.), And then classified using a 45 μm sieve. And lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder was obtained. The obtained lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder has a form in which primary particle crystals agglomerate to form spherical secondary particles, and there are slight voids on the surface and inside of the secondary particles, and the composition is Li Lithium nickel manganese cobalt composite oxide having a layered structure of (Li 0.062 Ni 0.421 Mn 0.424 Co 0.093 ) O 2 (x = 0.099, y = −0.003, z = 0. 133), and when the total molar ratio of (Ni, Mn, Co) is 1, the W molar ratio was 1.03 mol%.

このリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体の平均一次粒子径は0.3μmで、メジアン径は5.4μm(超音波0分)、5.0μm(超音波5分)、90%積算径(D90)は8.0μm(超音波0分)、7.5μm(超音波5分)、嵩密度は1.7g/cc、BET比表面積は1.7m/g、体積抵抗率は9.7×10Ω・cm、含有炭素濃度Cは0.037重量%であった。 The average primary particle diameter of this lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder is 0.3 μm, the median diameter is 5.4 μm (ultrasonic 0 min), 5.0 μm (ultrasonic 5 min), 90% cumulative diameter (D 90 ) is 8.0 μm (ultrasonic 0 min), 7.5 μm (ultrasonic 5 min), bulk density is 1.7 g / cc, BET specific surface area is 1.7 m 2 / g, and volume resistivity is 9.7. × 10 4 Ω · cm, and the carbon concentration C was 0.037% by weight.

(比較例3)
LiCO、Ni(OH)、Mn、CoOOH、WOを、Li:Ni:Mn:Co:W=1.12:0.45:0.45:0.10:0.01のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。このスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕機を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.23μmに粉砕した。
(Comparative Example 3)
Li 2 CO 3 , Ni (OH) 2 , Mn 3 O 4 , CoOOH, WO 3 are mixed with Li: Ni: Mn: Co: W = 1.12: 0.45: 0.45: 0.10: 0. After weighing and mixing to a molar ratio of 01, pure water was added thereto to prepare a slurry. While stirring this slurry, the solid content in the slurry was pulverized to a median diameter of 0.23 μm using a circulating medium agitation type wet pulverizer.

次に、このスラリー(固形分含有量16.5重量%、粘度1650cp)を、四流体ノズル型スプレードライヤー(藤崎電機(株)製:MDP−50型)を用いて噴霧乾燥した。この時の乾燥ガスとして空気を用い、乾燥ガス導入量Gは1600L/min、スラリー導入量Sは780mL/minとした(気液比G/S=2051)。また、乾燥入り口温度は200℃とした。スプレードライヤーにより噴霧乾燥して得られた粒子状粉末、約370gをアルミナ製角鉢に仕込み、空気雰囲気下、1000℃で2時間焼成(昇温速度:約1.7℃/min.、降温速度:約3.3℃/min.)した後、目通し45μmのパウシフター(ツカサ工業(株)製)を用いて分級し、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体を得た。このリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体は、組成がLi(Li0.053Ni0.425Mn0.427Co0.095)Oの層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(x=0.100、y=−0.002、z=0.111)であり、また、(Ni,Mn,Co)トータルのモル比を1とした時、Wの含有モル比率は1.0モル%であった。この体積抵抗率は6.3×10Ω・cm、含有炭素濃度Cは0.031重量%、メジアン径は2.7μm、90%積算径(D90)は4.9μm、嵩密度は1.0g/cc、BET比表面積は2.8m/gであった。
なお、このリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体は、一次粒子が凝集して不定形の二次粒子を形成、乃至は単分散した形態であり、一次粒子が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有する形態ではなかった。
Next, this slurry (solid content 16.5% by weight, viscosity 1650 cp) was spray-dried using a four-fluid nozzle type spray dryer (manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd .: MDP-50 type). At this time, air was used as the dry gas, the dry gas introduction amount G was 1600 L / min, and the slurry introduction amount S was 780 mL / min (gas-liquid ratio G / S = 2051). The drying inlet temperature was 200 ° C. About 370 g of particulate powder obtained by spray drying with a spray dryer is charged into an alumina square bowl and fired at 1000 ° C. for 2 hours in an air atmosphere (temperature increase rate: about 1.7 ° C./min., Temperature decrease rate) : About 3.3 ° C./min.), And then classified using a Puffer footer (manufactured by Tsukasa Kogyo Co., Ltd.) having a pore size of 45 μm to obtain a lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder. The lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder, the composition is Li (Li 0.053 Ni 0.425 Mn 0.427 Co 0.095) Lithium nickel manganese cobalt composite oxide having a layered structure of O 2 (x = 0.100, y = −0.002, z = 0.111), and when the total molar ratio of (Ni, Mn, Co) is 1, the W-containing molar ratio is 1.0 mol%. Met. The volume resistivity is 6.3 × 10 4 Ω · cm, the carbon concentration C is 0.031 wt%, the median diameter is 2.7 μm, the 90% cumulative diameter (D 90 ) is 4.9 μm, and the bulk density is 1. 0.0 g / cc and the BET specific surface area was 2.8 m 2 / g.
The lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder is a form in which primary particles are aggregated to form irregular secondary particles or monodispersed, and primary particles are aggregated to form spherical secondary particles. It was not formed in a form having voids on the surface and inside of the secondary particles.

このリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体に、導電性微粉末としてケッチェンブラック(三菱化学(株)製「EC600JD」、平均一次粒径34.0nm、BET比表面積1270m/g)をリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体:ケッチェンブラック=97:3(重量比)の割合で添加し、ホソカワミクロン社製メカノフュージョンシステム「AM−20FS」を用いて、回転数を2000rpmとして20分間、圧縮剪断応力を加えることにより後処理を施した。後処理後に得られたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体のメジアン径は5.4μm(超音波0分)、1.5μm(超音波5分)、90%積算径(D90)は8.4μm(超音波0分)、2.5μm(超音波5分)、嵩密度は1.1g/cc、BET比表面積は35.3m/g、体積抵抗率は2.2×10Ω・cm、含有炭素濃度Cは2.62重量%であった。 To this lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder, Ketjen Black (“EC600JD” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, average primary particle size 34.0 nm, BET specific surface area 1270 m 2 / g) as a conductive fine powder is obtained. Manganese cobalt composite oxide powder: Ketjen black = 97: 3 (weight ratio) was added and compression sheared using a Hosokawa Micron mechanofusion system “AM-20FS” at a rotation speed of 2000 rpm for 20 minutes. Post-treatment was applied by applying stress. The median diameter of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder obtained after the post-treatment is 5.4 μm (ultrasonic 0 min), 1.5 μm (ultrasonic 5 min), and 90% integrated diameter (D 90 ) is 8. 4 μm (ultrasonic 0 min), 2.5 μm (ultrasonic 5 min), bulk density 1.1 g / cc, BET specific surface area 35.3 m 2 / g, volume resistivity 2.2 × 10 1 Ω · cm and the carbon content C were 2.62% by weight.

(実施例1)
前記比較例1にて製造したリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体に、導電性微粉末としてケッチェンブラック(三菱化学(株)製「EC600JD」、平均一次粒径34.0nm、BET比表面積1270m/g)をリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体:ケッチェンブラック=97:3(重量比)の割合で添加し、ホソカワミクロン社製メカノフュージョンシステム「AM−20FS」を用いて、回転数を2000rpmとして20分間、圧縮剪断応力を加えることにより後処理を施した。後処理後に得られたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体のメジアン径は15.7μm(超音波0分)、1.4μm(超音波5分)、90%積算径(D90)は44.3μm(超音波0分)、3.2μm(超音波5分)、嵩密度は1.7g/cc、BET比表面積は34.0m/g、体積抵抗率は9.1Ω・cm、含有炭素濃度Cは2.91重量%であった。
Example 1
The lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder produced in Comparative Example 1 was mixed with ketjen black (“EC600JD” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), an average primary particle size of 34.0 nm, a BET specific surface area of 1270 m as a conductive fine powder. 2 / g) was added at a ratio of lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder: Ketjen black = 97: 3 (weight ratio), and the rotation speed was adjusted using a mechanofusion system “AM-20FS” manufactured by Hosokawa Micron. The post-treatment was performed by applying compressive shear stress at 2000 rpm for 20 minutes. The median diameter of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder obtained after the post-treatment is 15.7 μm (ultrasonic 0 min), 1.4 μm (ultrasonic 5 min), and 90% cumulative diameter (D 90 ) is 44. 3 μm (ultrasonic 0 min), 3.2 μm (ultrasonic 5 min), bulk density 1.7 g / cc, BET specific surface area 34.0 m 2 / g, volume resistivity 9.1 Ω · cm, carbon content Concentration C was 2.91% by weight.

上記実施例及び比較例で製造したリチウム二次電池用正極活物質材料の物性値及び組成を、表1及び表2に示す。また、焼成前駆体である噴霧乾燥体の粉体物性値を表3に示す。   Tables 1 and 2 show physical property values and compositions of the positive electrode active material materials for lithium secondary batteries manufactured in the above Examples and Comparative Examples. Table 3 shows the powder property values of the spray-dried body, which is a firing precursor.

また、実施例1及び比較例1〜3で製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料の細孔分布曲線を、図1〜4にそれぞれ示し、SEM画像(写真)(倍率×10,000)を図5〜8にそれぞれ示す。また、実施例1及び比較例1で製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料の断面SEM画像(写真)(倍率×15,000)を図9,10に示す。   Moreover, the pore distribution curve of the positive electrode active material material for lithium secondary batteries manufactured by Example 1 and Comparative Examples 1-3 is shown in FIGS. 1-4, respectively, and SEM image (photograph) (magnification x10,000) ) Are shown in FIGS. Moreover, the cross-sectional SEM image (photograph) (magnification x15,000) of the positive electrode active material material for lithium secondary batteries manufactured in Example 1 and Comparative Example 1 is shown in FIGS.

Figure 0005343347
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Figure 0005343347
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Figure 0005343347
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〔電池の作製及び評価〕
上述の実施例1及び比較例1〜3で製造したリチウム二次電池用正極活物質材料を用いて、以下の方法によりリチウム二次電池を作製し、評価を行った。
[Production and evaluation of batteries]
Using the positive electrode active material for lithium secondary batteries produced in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 described above, lithium secondary batteries were produced and evaluated by the following methods.

[正極の作製]
実施例1及び比較例1〜3で製造したリチウム二次電池用正極活物質材料の各々75重量%と、アセチレンブラック20重量%、ポリテトラフルオロエチレンパウダー5重量%の割合で秤量したものを乳鉢で十分混合し、薄くシート状にしたものを9mmφ及び12mmφのポンチを用いてそれぞれ打ち抜いた。この際、全体重量は各々9mmφのものは約8mg、12mmφのものは約18mgになるように調整した。これをアルミニウムエキスパンドメタルに圧着して、9mmφ及び12mmφの正極とした。
[Production of positive electrode]
A mortar obtained by weighing 75% by weight of each of the positive electrode active material materials for lithium secondary batteries produced in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, 20% by weight of acetylene black, and 5% by weight of polytetrafluoroethylene powder. Were mixed thoroughly and made into thin sheets, and punched using 9 mmφ and 12 mmφ punches, respectively. At this time, the total weight was adjusted to about 8 mg for 9 mmφ and about 18 mg for 12 mmφ, respectively. This was pressure-bonded to an aluminum expanded metal to obtain positive electrodes of 9 mmφ and 12 mmφ.

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

得られたコイン型セルについて、0.2mA/cmの定電流定電圧充電、即ち正極からリチウムイオンを放出させる反応を上限4.2Vで行った。次いで0.2mA/cmの定電流放電、即ち正極にリチウムイオンを吸蔵させる反応を下限3.0Vで行った際の、正極活物質単位重量当たりの初期充電容量をQs(C)[mAh/g]、初期放電容量をQs(D)[mAh/g]とした。 The obtained coin-type cell was subjected to a constant current / constant voltage charge of 0.2 mA / cm 2 , that is, a reaction for releasing lithium ions from the positive electrode at an upper limit of 4.2 V. Subsequently, the initial charge capacity per unit weight of the positive electrode active material when a constant current discharge of 0.2 mA / cm 2 , that is, a reaction of occluding lithium ions in the positive electrode was performed at a lower limit of 3.0 V was Qs (C) [mAh / g], and the initial discharge capacity was Qs (D) [mAh / g].

[負極の作製]
負極活物質として平均粒子径8〜10μmの黒鉛粉末(d002=3.35Å)、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンをそれぞれ用い、これらを重量比で92.5:7.5の割合で秤量し、これをN−メチルピロリドン溶液中で混合し、負極合剤スラリーとした。このスラリーを20μmの厚さの銅箔の片面に塗布し、乾燥して溶媒を蒸発させた後、12mmφに打ち抜き、0.5ton/cm(49MPa)でプレス処理をしたものを負極とした。この時、電極上の負極活物質の量は約7mgになるように調節した。
[Production of negative electrode]
Graphite powder having an average particle size of 8 to 10 μm (d 002 = 3.35 Å) was used as the negative electrode active material, and polyvinylidene fluoride was used as the binder, and these were weighed at a weight ratio of 92.5: 7.5. Were mixed in an N-methylpyrrolidone solution to obtain a negative electrode mixture slurry. This slurry was applied to one side of a 20 μm thick copper foil, dried to evaporate the solvent, punched to 12 mmφ, and pressed at 0.5 ton / cm 2 (49 MPa) to form a negative electrode. At this time, the amount of the negative electrode active material on the electrode was adjusted to about 7 mg.

なお、この負極を試験極とし、リチウム金属を対極として電池セルを組み、0.2mA/cm−3mVの定電流−定電圧法(カット電流0.05mA)で負極にリチウムイオンを吸蔵させる試験を下限0Vで行った際の、負極活物質単位重量当たりの初期吸蔵容量をQ[mAh/g]とした。 A test in which a negative electrode is used as a test electrode, a battery cell is assembled using lithium metal as a counter electrode, and lithium ions are occluded in the negative electrode by a constant current-constant voltage method (cut current 0.05 mA) of 0.2 mA / cm 2 -3 mV. The initial occlusion capacity per unit weight of the negative electrode active material when performing at a lower limit of 0 V was Q f [mAh / g].

[性能試験用電池の作製]
上記12mmφの正極と負極を組み合わせ、コインセルを使用して試験用電池を組み立て、その電池性能を評価した。即ち、コインセルの正極缶の上に、作製した上述の正極を置き、その上にセパレータとして厚さ25μmの多孔性ポリエチレンフィルムを置き、ポリプロピレン製ガスケットで押さえた後、非水電解液として、EC(エチレンカーボネート):DMC(ジメチルカーボネート):EMC(エチルメチルカーボネート)=3:3:4(容量比)の溶媒にLiPFを1mol/Lで溶解した電解液を用い、これを缶内に加えてセパレータに十分染み込ませた後、上述の負極を置き、負極缶を載せて封口し、コイン型のリチウム二次電池を作製した。なお、この時、正極活物質の重量と負極活物質重量のバランスは、ほぼ以下の式を満たすように設定した。
正極活物質重量[g]/負極活物質重量[g]
=(Q[mAh/g]/1.2)Qs(C)[mAh/g]
[Production of battery for performance test]
The above-mentioned 12 mmφ positive electrode and negative electrode were combined, a test battery was assembled using a coin cell, and the battery performance was evaluated. That is, the above-described positive electrode prepared is placed on the positive electrode can of the coin cell, a porous polyethylene film having a thickness of 25 μm is placed thereon as a separator, pressed with a polypropylene gasket, and then EC ( An electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved at a rate of 1 mol / L in a solvent of ethylene carbonate): DMC (dimethyl carbonate): EMC (ethyl methyl carbonate) = 3: 3: 4 (volume ratio) was added to the can. After fully infiltrating the separator, the above-described negative electrode was placed, a negative electrode can was placed and sealed, and a coin-type lithium secondary battery was produced. At this time, the balance between the weight of the positive electrode active material and the weight of the negative electrode active material was set so as to satisfy the following expression.
Positive electrode active material weight [g] / Negative electrode active material weight [g]
= (Q f [mAh / g] /1.2) Qs (C) [mAh / g]

[電池特性試験]
こうして得られた電池の低温負荷特性を測定するため、電池の1時間率電流値、即ち1Cを下式の様に設定し、以下の試験を行った。
1C[mA] = Qs(D)×正極活物質重量[g]/時間[h]
[Battery characteristics test]
In order to measure the low temperature load characteristics of the battery thus obtained, the 1 hour rate current value of the battery, that is, 1C, was set as shown in the following equation, and the following tests were performed.
1C [mA] = Qs (D) × positive electrode active material weight [g] / hour [h]

まず、室温で定電流0.2C充放電2サイクル及び定電流1C充放電1サイクルを行った。なお、充電上限は4.1V、下限電圧は3.0Vとした。次に、1/3C定電流充放電により、充電深度40%に調整したコインセルを−30℃の低温雰囲気に1時間以上保持した後、定電流0.5C[mA]で10秒間放電させた時の10秒後の電圧をV[mV]、放電前の電圧をV[mV]とした時、ΔV=V−Vとして下式より抵抗値R[Ω]を算出した。
R[Ω] = ΔV[mV]/0.5C[mA]
First, a constant current 0.2C charge / discharge cycle and a constant current 1C charge / discharge cycle were performed at room temperature. The upper limit of charging was 4.1 V, and the lower limit voltage was 3.0 V. Next, when a coin cell adjusted to a charging depth of 40% is held in a low temperature atmosphere of −30 ° C. for 1 hour or longer by 1/3 C constant current charging / discharging and then discharged for 10 seconds at a constant current of 0.5 C [mA]. Assuming that the voltage after 10 seconds is V [mV] and the voltage before discharge is V 0 [mV], the resistance value R [Ω] is calculated from the following equation as ΔV = V−V 0 .
R [Ω] = ΔV [mV] /0.5C [mA]

次に、60℃の高温で定電流0.2C充放電1サイクル、ついで定電流1C充放電100サイクルの試験を行った。なお、充電上限は4.1V、下限電圧は3.0Vとした。
次に、上記と同様にして、高温サイクル試験後の抵抗値R[Ω]を算出した。
Next, a constant current 0.2C charge / discharge cycle was conducted at a high temperature of 60 ° C., followed by a constant current 1C charge / discharge cycle 100. The upper limit of charging was 4.1 V, and the lower limit voltage was 3.0 V.
Next, the resistance value R [Ω] after the high-temperature cycle test was calculated in the same manner as described above.

表4に、実施例1及び比較例1〜3のリチウム二次電池用正極活物質材料をそれぞれ使用した電池のサイクル前後の抵抗値を示す。サイクル前の抵抗値が小さい程、出力特性が良好であり、サイクル後の抵抗値が小さい程、出力寿命特性が良好であることを表す。なお、実施例の合格判定基準として、サイクル試験前後の抵抗値がいずれも350Ω以下であることを設定した。   Table 4 shows the resistance values before and after cycling of the batteries using the positive electrode active material for lithium secondary batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, respectively. The smaller the resistance value before the cycle, the better the output characteristics, and the smaller the resistance value after the cycle, the better the output life characteristics. In addition, as an acceptance criterion for the examples, it was set that both the resistance values before and after the cycle test were 350Ω or less.

Figure 0005343347
Figure 0005343347

〔正極活物質層の密度測定〕
上述の実施例1及び比較例1〜3で製造したリチウム二次電池用正極活物質材料を用いて、以下の方法によりリチウム二次電池用正極を作製し、プレス前後の密度測定を行った。
また、その正極を用いて以下の方法により、ラミネートタイプの電池による特性評価を行った。
[Measurement of density of positive electrode active material layer]
Using the positive electrode active material for lithium secondary battery produced in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 described above, a positive electrode for lithium secondary battery was produced by the following method, and density measurement before and after pressing was performed.
Moreover, the characteristic evaluation by a laminate type battery was performed by the following method using the positive electrode.

[正極の作製]
実施例1及び比較例1〜3で製造したリチウム遷移金属系化合物粉体の各々85重量%と、アセチレンブラック10重量%、ポリフッ化ビニリデン5重量%および必要量のN−メチルピロリドン(NMP)を分散混合し、正極合剤スラリーとした。このスラリーを14μmの厚さのアルミニウム箔の片面に塗布し、乾燥して溶媒を蒸発させて正極とした。この正極を9mmφのポンチで打ち抜いたものをプレス密度測定用の正極とした。この時、電極上の正極合剤の重量は約5.5mgであった。この正極の密度(プレス前)を表5に示す。
同様に3cm×4cmにスリットしたものをラミネートタイプの電池評価用の正極とした。この時、電極上の正極合剤の重量は約102mgであった。
[Production of positive electrode]
85% by weight of each of the lithium transition metal-based compound powders prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, 10% by weight of acetylene black, 5% by weight of polyvinylidene fluoride, and a necessary amount of N-methylpyrrolidone (NMP). The mixture was dispersed and mixed to obtain a positive electrode mixture slurry. This slurry was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 14 μm, dried, and the solvent was evaporated to obtain a positive electrode. This positive electrode punched with a 9 mmφ punch was used as a positive electrode for press density measurement. At this time, the weight of the positive electrode mixture on the electrode was about 5.5 mg. Table 5 shows the density of the positive electrode (before pressing).
Similarly, what was slit to 3 cm × 4 cm was used as a positive electrode for laminate type battery evaluation. At this time, the weight of the positive electrode mixture on the electrode was about 102 mg.

[5回プレス後の密度測定]
得られた正極(プレス密度測定用の正極)を20tハンドプレス(RIKEN製)を用いて、電極上で760MPaの圧力で1分間加圧し、これを5回繰り返した。その膜厚を測定することにより、5回プレス後の密度を算出した。表5に、この5回プレス後の正極の密度を示す。
[Density measurement after 5 times pressing]
The obtained positive electrode (positive electrode for press density measurement) was pressed on the electrode at a pressure of 760 MPa for 1 minute using a 20 t hand press (manufactured by RIKEN), and this was repeated 5 times. By measuring the film thickness, the density after pressing five times was calculated. Table 5 shows the density of the positive electrode after the fifth press.

Figure 0005343347
Figure 0005343347

〔ラミネートタイプ電池の作製及び評価〕
上記3cm×4cmの正極(電池評価用の正極)を用いて、以下の方法によりリチウム二次電池を作製し、評価を行った。
[Production and evaluation of laminated battery]
Using the 3 cm × 4 cm positive electrode (positive electrode for battery evaluation), a lithium secondary battery was prepared and evaluated by the following method.

[正極の作製]
上述の3cm×4cmの正極を、密度が2.6g/cmとなるようにプレスし、ラミネートタイプの電池評価用の正極とした。
[Production of positive electrode]
The 3 cm × 4 cm positive electrode described above was pressed to a density of 2.6 g / cm 3 to obtain a positive electrode for laminate type battery evaluation.

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

得られたコイン型セルについて、0.2mA/cmの定電流定電圧充電、即ち正極からリチウムイオンを放出させる反応を上限4.3Vで行った。次いで0.2mA/cmの定電流放電、即ち正極にリチウムイオンを吸蔵させる反応を下限3.0Vで行った際の、正極活物質単位重量当たりの初期充電容量をQs2(C)[mAh/g]、初期放電容量をQs2(D)[mAh/g]とした。 The obtained coin-type cell was subjected to a constant current / constant voltage charge of 0.2 mA / cm 2 , that is, a reaction of releasing lithium ions from the positive electrode at an upper limit of 4.3V. Subsequently, the initial charge capacity per unit weight of the positive electrode active material when a constant current discharge of 0.2 mA / cm 2 , that is, a reaction of occluding lithium ions in the positive electrode at a lower limit of 3.0 V is Q s2 (C) [mAh / G], and the initial discharge capacity was Q s2 (D) [mAh / g].

[負極の作製]
負極活物質として平均粒子径8〜10μmの黒鉛粉末(d002=3.35Å)、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース及びスチレンブタジエン共重合体をそれぞれ用い、これらを重量比で98:1:1の割合で秤量し、これを水中で混合し、負極合剤スラリーとした。このスラリーを10μmの厚さの銅箔の片面に塗布し、乾燥して溶媒を蒸発させた後、密度が1.45g/cmとなるようにプレス処理をし、3cm×4cmにスリットしたものを負極とした。この時、電極上の負極活物質の量は約52mgになるように調節した。
[Production of negative electrode]
Graphite powder (d 002 = 3.35 μ) having an average particle diameter of 8 to 10 μm is used as the negative electrode active material, and carboxymethyl cellulose and styrene-butadiene copolymer are used as binders, respectively, and these are weighed at a ratio of 98: 1: 1 by weight This was mixed in water to obtain a negative electrode mixture slurry. This slurry is applied to one side of a 10 μm thick copper foil, dried and evaporated to a solvent, then pressed to a density of 1.45 g / cm 3 and slit to 3 cm × 4 cm Was used as the negative electrode. At this time, the amount of the negative electrode active material on the electrode was adjusted to about 52 mg.

なお、この負極を試験極とし、リチウム金属を対極としてコイン型電池セルを組み、0.2mA/cm−3mVの定電流−定電圧法(カット電流0.05mA)で負極にリチウムイオンを吸蔵させる試験を下限0Vで行った際の、負極活物質単位重量当たりの初期吸蔵容量をQf2[mAh/g]とした。 This negative electrode was used as a test electrode, a coin-type battery cell was assembled using lithium metal as a counter electrode, and lithium ions were occluded in the negative electrode by a constant current-constant voltage method (cut current 0.05 mA) of 0.2 mA / cm 2 -3 mV. The initial storage capacity per unit weight of the negative electrode active material when the test was performed at the lower limit of 0 V was defined as Q f2 [mAh / g].

[性能試験用電池の作製]
上記12cmの正極と負極を組み合わせ、ラミネートタイプのセルを使用して試験用電池を組み立て、その電池性能を評価した。即ち、作製した上述の正極と負極にタブを付けて、その間にセパレータとして厚さ25μmの多孔性ポリエチレンフィルムを挟み、ラミネートセル内に配置した後、非水電解液として、EC(エチレンカーボネート):DMC(ジメチルカーボネート):EMC(エチルメチルカーボネート)=3:3:4(容量比)の溶媒にLiPFを1mol/Lで溶解した電解液を加えて真空含浸させた後ラミネートセルを封口し、ラミネートタイプのリチウム二次電池を作製した。なお、この時、正極活物質の重量と負極活物質重量のバランスは、ほぼ以下の式を満たすように設定した。
正極活物質重量[g]/負極活物質重量[g]
=(Qf2[mAh/g]/1.3)Qs2(C)[mAh/g]
[Production of battery for performance test]
The 12 cm 2 positive electrode and negative electrode were combined, a laminate type cell was used to assemble a test battery, and the battery performance was evaluated. That is, a tab is attached to the prepared positive electrode and negative electrode, a porous polyethylene film having a thickness of 25 μm is sandwiched between them and placed in a laminate cell, and then EC (ethylene carbonate): An electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved at 1 mol / L was added to a solvent of DMC (dimethyl carbonate): EMC (ethyl methyl carbonate) = 3: 3: 4 (volume ratio) and vacuum impregnated, and then the laminate cell was sealed. A laminate type lithium secondary battery was produced. At this time, the balance between the weight of the positive electrode active material and the weight of the negative electrode active material was set so as to satisfy the following expression.
Positive electrode active material weight [g] / Negative electrode active material weight [g]
= (Q f2 [mAh / g] /1.3) Q s2 (C) [mAh / g]

[電池特性試験]
こうして得られた電池の低温負荷特性を測定するため、電池の1時間率電流値、即ち1Cを下式の様に設定し、以下の試験を行った。
1C[mA] = Qs2(D)×正極活物質重量[g]/時間[h]
[Battery characteristics test]
In order to measure the low temperature load characteristics of the battery thus obtained, the 1 hour rate current value of the battery, that is, 1C, was set as shown in the following equation, and the following tests were performed.
1C [mA] = Q s2 (D) × weight of positive electrode active material [g] / hour [h]

まず、室温で定電流0.2C充放電2サイクル及び定電流1C充放電1サイクルを行った。なお、充電上限は4.2V、下限電圧は3.0Vとした。次に、1/3C定電流充放電により、充電深度40%に調整したコインセルを−30℃の低温雰囲気に1時間以上保持した後、定電流1C[mA]で10秒間放電させた時の10秒後の電圧をV[mV]、放電前の電圧をV[mV]とした時、ΔV=V−Vとして下式より抵抗値R[Ω]を算出した。
R[Ω] = ΔV[mV]/0.5C[mA]
First, a constant current 0.2C charge / discharge cycle and a constant current 1C charge / discharge cycle were performed at room temperature. The upper limit of charging was 4.2V, and the lower limit voltage was 3.0V. Next, after holding the coin cell adjusted to a charge depth of 40% by a 1/3 C constant current charge / discharge in a low temperature atmosphere of −30 ° C. for 1 hour or more, the battery was discharged at a constant current of 1 C [mA] for 10 seconds. When the voltage after 2 seconds was V [mV] and the voltage before discharge was V 0 [mV], the resistance value R [Ω] was calculated from the following equation as ΔV = V−V 0 .
R [Ω] = ΔV [mV] /0.5C [mA]

次に、60℃の高温で定電流0.2C充放電1サイクル、ついで定電流2C充放電500サイクルの試験を行った。なお、充電上限は4.2V、下限電圧は3.0Vとした。   Next, a constant current 0.2 C charge / discharge cycle was conducted at a high temperature of 60 ° C., followed by a constant current 2 C charge / discharge cycle 500. The upper limit of charging was 4.2V, and the lower limit voltage was 3.0V.

次に、上記と同様にして、高温サイクル試験後の抵抗値R[Ω]を算出した。   Next, the resistance value R [Ω] after the high-temperature cycle test was calculated in the same manner as described above.

表6に、実施例1及び比較例1〜3のリチウム二次電池用正極活物質材料をそれぞれ使用したラミネートタイプの電池のサイクル前後の低温抵抗値を示す。抵抗値が小さい程、低温負荷特性が良好であり、維持率が高い程、高温サイクル特性が良好であることを表す。なお、実施例の合格判定基準として、サイクル試験前後の低温抵抗値がいずれも100Ω以下であることを設定した。   Table 6 shows the low-temperature resistance values before and after the cycle of the laminate type batteries using the positive electrode active material materials for lithium secondary batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, respectively. The smaller the resistance value, the better the low temperature load characteristics, and the higher the maintenance ratio, the better the high temperature cycle characteristics. In addition, it set that the low-temperature resistance value before and behind a cycle test was 100 ohms or less as an acceptance criterion of an Example.

Figure 0005343347
Figure 0005343347

以上の結果から、次のことが分かる。
・本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、プレスされ易く、充填密度の高い正極活物質層を形成することができる。
・本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料は、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有する形態の母粒子の空隙に導電性微粉末を充填したことにより、負荷特性の向上等に優れた効果を奏する。
・このようなリチウム二次電池用正極活物質材料を製造するには、母粒子が、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有する形態であることが必須であり、比較例3のように、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有する形態ではない母粒子に導電性微粉末の共存下に圧縮剪断応力を加えても、本発明のリチウム二次電池用正極活物質材料を製造することはできない。
From the above results, the following can be understood.
-The positive electrode active material material for lithium secondary batteries of this invention is easy to be pressed, and can form a positive electrode active material layer with a high packing density.
The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is formed by agglomerating primary particle crystals to form spherical secondary particles, and is electrically conductive to the voids of the mother particles in a form having voids on the surface and inside of the secondary particles. By filling the fine powder, excellent effects such as improvement of load characteristics can be obtained.
In order to produce such a positive electrode active material for a lithium secondary battery, the primary particles aggregate primary particle crystals to form spherical secondary particles, and there are voids on the surface and inside of the secondary particles. As in Comparative Example 3, primary particle crystals are aggregated to form spherical secondary particles, and conductive to mother particles that are not in a form having voids on the surface and inside of the secondary particles. Even if compressive shear stress is applied in the presence of the conductive fine powder, the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention cannot be produced.

実施例1において、製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料の細孔分布曲線を示すグラフである。In Example 1, it is a graph which shows the pore distribution curve of the positive electrode active material material for lithium secondary batteries manufactured. 比較例1において、製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料の細孔分布曲線を示すグラフである。In Comparative example 1, it is a graph which shows the pore distribution curve of the positive electrode active material material for lithium secondary batteries manufactured. 比較例2において、製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料の細孔分布曲線を示すグラフである。In Comparative example 2, it is a graph which shows the pore distribution curve of the positive electrode active material material for lithium secondary batteries manufactured. 比較例3において、製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料の細孔分布曲線を示すグラフである。In Comparative example 3, it is a graph which shows the pore distribution curve of the positive electrode active material material for lithium secondary batteries manufactured. 実施例1において、製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料のSEM画像(写真)(倍率×10,000)である。In Example 1, it is a SEM image (photograph) (magnification x10,000) of the manufactured positive electrode active material for lithium secondary batteries. 比較例1において、製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料のSEM画像(写真)(倍率×10,000)である。In Comparative example 1, it is a SEM image (photograph) (magnification x10,000) of the manufactured positive electrode active material for lithium secondary batteries. 比較例2において、製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料のSEM画像(写真)(倍率×10,000)である。In Comparative example 2, it is a SEM image (photograph) (magnification x10,000) of the manufactured positive electrode active material for lithium secondary batteries. 比較例3において、製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料のSEM画像(写真)(倍率×10,000)である。In Comparative example 3, it is a SEM image (photograph) (magnification x10,000) of the manufactured positive electrode active material for lithium secondary batteries. 実施例1において、製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料の断面SEM画像(写真)(倍率×15,000)である。In Example 1, it is a cross-sectional SEM image (photograph) (magnification x15,000) of the manufactured positive electrode active material material for lithium secondary batteries. 比較例1において、製造されたリチウム二次電池用正極活物質材料の断面SEM画像(写真)(倍率×15,000)である。In Comparative example 1, it is a cross-sectional SEM image (photograph) (magnification x15,000) of the cathode active material material for lithium secondary batteries manufactured.

Claims (15)

一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物よりなる母粒子と、該母粒子の空隙の一部に充填された導電性微粉末とを有するリチウム二次電池用正極活物質材料であって、
該導電性微粉末の平均一次粒子径が50nm以下であり、
水銀圧入法による細孔分布曲線が、細孔半径300nm以上、1000nm以下にピークトップが存在するメインピークを少なくとも1つ以上有し、かつ細孔半径1nm以上、80nm未満にピークトップが存在するサブピークを有し、
水銀圧入法による細孔分布曲線において、細孔半径300nm以上、1000nm以下にピークトップが存在するメインピークに係る細孔容量が0.1cm /g以上、0.5cm /g以下であり、かつ細孔半径1nm以上、80nm未満にピークトップが存在するサブピークに係る細孔容量が0.01cm /g以上、0.2cm /g以下であり、
水銀圧入法による水銀圧入曲線において、圧力3.86kPaから413MPaまでの昇圧時における水銀圧入量が、0.3cm /g以上、0.8cm /g以下であり、
含有炭素濃度をC(重量%)とした時、C値が1重量%以上、10重量%以下であることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質材料。
Primary particle crystals agglomerate to form spherical secondary particles, and a mother particle composed of a lithium nickel manganese composite oxide having voids in and on the surface of the secondary particles and a part of the voids of the mother particles are filled. A positive electrode active material for a lithium secondary battery having a conductive fine powder ,
The average primary particle diameter of the conductive fine powder is 50 nm or less,
A sub-peak in which the pore distribution curve by the mercury intrusion method has at least one main peak having a peak top at a pore radius of 300 nm or more and 1000 nm or less, and a peak top at a pore radius of 1 nm or more and less than 80 nm. Have
In the pore distribution curve by the mercury intrusion method, the pore volume related to the main peak having a peak top at a pore radius of 300 nm or more and 1000 nm or less is 0.1 cm 3 / g or more and 0.5 cm 3 / g or less, And the pore capacity | capacitance which concerns on the subpeak in which a peak top exists in pore radius 1 nm or more and less than 80 nm is 0.01 cm < 3 > / g or more and 0.2 cm < 3 > / g or less,
In the mercury intrusion curve according to the mercury intrusion method, the amount of mercury intrusion when the pressure is increased from 3.86 kPa to 413 MPa is 0.3 cm 3 / g or more and 0.8 cm 3 / g or less,
A positive electrode active material for a lithium secondary battery , wherein the C value is 1% by weight or more and 10% by weight or less when the carbon content is C (% by weight) .
水銀圧入法による水銀圧入曲線において、圧力3.86kPaから413MPaまでの昇圧時における水銀圧入量が、母粒子の該水銀圧入量の80%以下であることを特徴とする請求項に記載のリチウム二次電池用正極活物質材料。 2. The lithium according to claim 1 , wherein a mercury intrusion amount at a pressure of 3.86 kPa to 413 MPa in a mercury intrusion curve by a mercury intrusion method is 80% or less of the mercury intrusion amount of the mother particle. Positive electrode active material for secondary batteries. 40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率が0.01Ω・cm以上、1×10Ω・cm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用正極活物質材料。 Volume resistivity when compacted at a pressure of 40MPa is 0.01 Ohm · cm or more, first positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the × or less 10 3 Ω · cm material. BET比表面積が5m/g以上、100m/g以下であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質材料。 BET specific surface area of 5 m 2 / g or more, the positive electrode active material for lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, equal to or less than 100 m 2 / g. 嵩密度が1.5g/cm以上、2.4g/cm以下であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質材料。 Bulk density of 1.5 g / cm 3 or more, 2.4 g / cm 3 positive electrode active material for lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 4, characterized in that less. レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として、水媒体にて超音波分散を行わずに測定されたメジアン径が3μm以上、30μm以下であり、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定されたメジアン径が0.5μm以上、10μm以下であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質材料。 Using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device, the refractive index is set to 1.24, the particle diameter reference is the volume reference, and the median diameter measured without ultrasonic dispersion in an aqueous medium is 3 μm or more and 30 μm. or less, ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz) for 5 minutes measured median diameter is 0.5μm or more after any one of claims 1 to 5, characterized in that at 10μm or less The positive electrode active material for lithium secondary batteries described in 1. 母粒子の主成分組成が下記組成式(I)で表されることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質材料。
LiMO …(I)
(ただし、上記式(I)中、Mは、Li、Ni及びMn、或いは、Li、Ni、Mn及びCoから構成される元素であり、Mn/Niモル比は0.8以上、5以下、Co/(Mn+Ni+Co)モル比は0以上、0.35以下、M中のLiモル比は0.001以上、0.2以下である。)
The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 6 , wherein the main component composition of the mother particles is represented by the following composition formula (I).
LiMO 2 (I)
(However, in the above formula (I), M is an element composed of Li, Ni and Mn, or Li, Ni, Mn and Co, and the Mn / Ni molar ratio is 0.8 or more and 5 or less, (The Co / (Mn + Ni + Co) molar ratio is 0 or more and 0.35 or less, and the Li molar ratio in M is 0.001 or more and 0.2 or less.)
前記組成式(I)中のMが、下記式(II)で表されることを特徴とする請求項に記載のリチウム二次電池用正極活物質材料。
M=Liz/(2+z){(Ni(1+y)/2Mn(1−y)/21−xCo2/(2+z) …(II)
(ただし、上記式(II)中、
0≦x≦0.1
−0.1≦y≦0.1、
(1−x)(0.05−0.98y)≦z≦(1−x)(0.20−0.88y)
である。)
The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 7 , wherein M in the composition formula (I) is represented by the following formula (II).
M = Li z / (2 + z) {(Ni (1 + y) / 2 Mn (1-y) / 2 ) 1-x Co x } 2 / (2 + z) (II)
(However, in the above formula (II),
0 ≦ x ≦ 0.1
−0.1 ≦ y ≦ 0.1,
(1-x) (0.05-0.98y) ≤z≤ (1-x) (0.20-0.88y)
It is. )
母粒子が、ホウ素含有化合物とタングステン含有化合物を、主成分原料中の遷移金属元素の合計モル量に対するBとWの合計で、0.01モル%以上、2モル%未満となる割合で併用添加した後、900℃以上で焼成されたものであることを特徴とする請求項又はに記載のリチウム二次電池用正極活物質材料。 Addition of boron-containing compound and tungsten-containing compound in a proportion of 0.01 mol% or more and less than 2 mol% in total of B and W with respect to the total molar amount of transition metal elements in the main component raw material After that, the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 7 or 8 , which is fired at 900 ° C or higher. 炭酸リチウムと、マンガン化合物、ニッケル化合物及び必要に応じて用いられるコバルト化合物の各金属化合物とを、液体媒体中で粉砕し、これらを均一に分散させたスラリーを得るスラリー調整工程と、得られたスラリーを噴霧乾燥する噴霧乾燥工程と、得られた噴霧乾燥体を焼成する焼成工程と、得られた焼成粉体を分級する分級工程と、得られた分級粉体に導電性微粉末を添加した後、圧縮剪断応力を加える処理を施す後処理工程とを含むことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質材料の製造方法。 A slurry adjusting step for obtaining a slurry in which lithium carbonate and each metal compound of a manganese compound, a nickel compound, and a cobalt compound used as needed are pulverized in a liquid medium and uniformly dispersed therein, and obtained. A spray drying step for spray drying the slurry, a firing step for firing the obtained spray dried body, a classification step for classifying the obtained fired powder, and a conductive fine powder was added to the obtained classified powder. The manufacturing method of the positive electrode active material material for lithium secondary batteries of any one of Claim 1 thru | or 9 including the post-processing process which performs the process which adds a compression shearing stress afterwards. スラリー調整工程において、炭酸リチウムと前記金属化合物とを、液体媒体中で、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率を1.24に設定し、粒子径基準を体積基準として、5分間の超音波分散(出力30W、周波数22.5kHz)後に測定するメジアン径が0.4μm以下になるまで粉砕し、噴霧乾燥工程において、噴霧乾燥時のスラリー粘度をV(cp)、スラリー供給量をS(L/min)、ガス供給量をG(L/min)とした際、50cp≦V≦4000cp、500≦G/S≦10000となる条件で噴霧乾燥を行うことを特徴とする請求項10に記載のリチウム二次電池用正極活物質材料の製造方法。 In the slurry adjusting step, the lithium carbonate and the metal compound are set in a liquid medium by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device with a refractive index of 1.24, and the particle size reference is set as a volume reference for 5 minutes. Is pulverized until the median diameter measured after ultrasonic dispersion (output 30 W, frequency 22.5 kHz) is 0.4 μm or less. In the spray drying process, the slurry viscosity during spray drying is V (cp), and the slurry supply amount is S (L / min), when the gas supply amount was set to G (L / min), according to claim, characterized in that performing spray drying under the conditions to be 50cp ≦ V ≦ 4000cp, 500 ≦ G / S ≦ 10000 10 The manufacturing method of the positive electrode active material material for lithium secondary batteries as described in any one of. 前記金属化合物として、ニッケル化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、ホウ素化合物、及びタングステン化合物を含み、前記焼成工程において、前記噴霧乾燥体を、酸素含有ガス雰囲気下、900℃以上で焼成することを特徴とする請求項11に記載のリチウム二次電池用正極活物質材料の製造方法。 The metal compound includes a nickel compound, a manganese compound, a cobalt compound, a boron compound, and a tungsten compound, and in the firing step, the spray-dried body is fired at 900 ° C. or higher in an oxygen-containing gas atmosphere. The manufacturing method of the positive electrode active material material for lithium secondary batteries of Claim 11 . 請求項1乃至のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極用活物質材料と結着剤とを含有する正極活物質層を集電体上に有することを特徴とするリチウム二次電池用正極。 A lithium secondary battery comprising a positive electrode active material layer containing the active material for a lithium secondary battery positive electrode according to any one of claims 1 to 9 and a binder on a current collector. Positive electrode. 760MPaの圧力で1分間の加圧を5回繰り返した後の正極活物質層の密度が3.0g/cm以上であることを特徴とする請求項13に記載のリチウム二次電池用正極。 14. The positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 13 , wherein the density of the positive electrode active material layer after repeating the pressurization for 5 minutes at a pressure of 760 MPa is 3.0 g / cm 3 or more. リチウムを吸蔵・放出可能な負極、リチウム塩を含有する非水電解質、及びリチウムを吸蔵・放出可能な正極を備えたリチウム二次電池であって、正極として請求項13又は14に記載のリチウム二次電池用正極を用いたことを特徴とするリチウム二次電池。 15. A lithium secondary battery comprising a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, wherein the lithium secondary battery according to claim 13 or 14 is used as a positive electrode. A lithium secondary battery using a positive electrode for a secondary battery.
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