JP5565579B2 - Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム含有複合酸化物により構成され非水系電解質二次電池に適用される正極活物質の製造方法に関するものである。より詳しくは、サイクル特性に優れ、しかも電池の初期容量を損なうことなく電池の熱安定性を向上させることが可能となる非水系二次電池用正極活物質の製造方法に関するものであるThe present invention relates to a method for producing a positive electrode active material composed of a lithium-containing composite oxide and applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery. More specifically, the present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery that has excellent cycle characteristics and can improve the thermal stability of the battery without impairing the initial capacity of the battery.

近年、電子技術の進歩に伴い、電子機器の小型化、軽量化が急速に進んでいる。とくに最近の携帯電話やノートパソコンなどのポータブル電子機器の普及と高機能化により、これらに使用されるポータブル用電源としての電池には、高いエネルギー密度を有する小型で軽量なものの開発が強く望まれている。   In recent years, with the advancement of electronic technology, electronic devices are rapidly becoming smaller and lighter. In particular, as portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers have recently become popular and highly functional, it is strongly desired to develop small and lightweight batteries with high energy density for portable power sources used in these devices. ing.

非水系電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池は小型で高いエネルギーを有することから、携帯電話やビデオカムコーダー、ノートパソコンなどのポータブル電子機器の電源として利用されている。さらにこれら小型電子機器のみならず、ハイブリッド自動車や電気自動車などの大型電源としての利用を目指した研究開発も進められている。このような背景からリチウムイオン二次電池に対しては、より高容量でかつ高出力なものが要求されてきているが、同時に高い安全性と高いコストパフォーマンスを実現することも要求されている。   Lithium ion secondary batteries, which are non-aqueous electrolyte secondary batteries, are small and have high energy, and are therefore used as power sources for portable electronic devices such as mobile phones, video camcorders, and notebook computers. In addition to these small electronic devices, research and development aimed at use as a large-scale power source for hybrid vehicles and electric vehicles is also underway. From such a background, lithium-ion secondary batteries are required to have higher capacity and higher output, but at the same time, it is also required to realize high safety and high cost performance.

このようなリチウムイオン二次電池の正極活物質には、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)が使われているが、この正極活物質は原料に希産で高価なコバルト化合物を用いるため、コストアップの原因となっている。活物質のコストを下げ、より安価なリチウムイオン二次電池の製造を可能にすることは、現在普及している携帯機器の低コスト化や将来の大型電池への搭載において工業的に大きな意義を持つ。 A lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, is used as the positive electrode active material of such a lithium ion secondary battery. This positive electrode active material is a rare and expensive cobalt as a raw material. Since a compound is used, it causes a cost increase. Lowering the cost of active materials and making it possible to manufacture cheaper lithium-ion secondary batteries has significant industrial significance in reducing the cost of portable devices that are currently in widespread use and mounting them in future large batteries. Have.

リチウムイオン二次電池の正極材料の一つであるリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)は、現在主流のリチウムコバルト複合酸化物と比べて、高容量であること、原料であるニッケルがコバルトと比べて安価で、安定して入手可能であることなどの利点を持っていることから、次世代の正極材料として期待され、活発に研究および開発が続けられている。 Lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), which is one of the positive electrode materials for lithium ion secondary batteries, has a higher capacity than the current mainstream lithium cobalt composite oxide, and the raw material nickel compared to cobalt. Since it has the advantages of being inexpensive, stable and available, it is expected to be a next-generation cathode material and is actively researched and developed.

しかしながら、リチウムニッケル複合酸化物は、満充電状態で高温環境下に放置しておくと、リチウムコバルト複合酸化物に比べて低い温度から酸素放出を伴うリチウムニッケル複合酸化物の分解が始まり、電池性能が比較的損なわれ易く、この酸素と電解液の反応によって電池が発熱するという問題点を有していた。   However, when the lithium-nickel composite oxide is left in a fully charged state in a high-temperature environment, the decomposition of the lithium-nickel composite oxide with oxygen release starts at a lower temperature than the lithium-cobalt composite oxide. Has a problem that the battery generates heat due to the reaction between the oxygen and the electrolyte.

このような問題を解決するために、さまざまな添加元素による電池特性の改善が検討されている。例えば特許文献1では、リチウムイオン二次電池正極材料の熱安定性を向上させることを目的として、LiNiCo(Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、V、Cu、Mg、Ti、Zn、Moからなる群から選択される少なくとも一種の金属であり、かつ0<a<1.3、0.02≦b≦0.5、0.02≦d/c+d≦0.9、1.8<e<2.2の範囲であって、さらにb+c+d=1である)で表されるリチウム金属複合酸化物が提案されている。例えば、添加元素Mとしてアルミニウムを選択した場合、ニッケルからアルミニウムへの置換量を多くすれば正極活物質の分解反応は抑えられ、熱安定性は向上することが確かめられている。しかし、十分な熱安定性を確保するのに有効な量のアルミニウムでニッケルを置換すると、充放電反応にともなって酸化還元反応に寄与するニッケルの量が実質的に減少するため、電池性能として最も重要である初期容量が大きく低下するという問題点を有している。 In order to solve such problems, improvement of battery characteristics by various additive elements has been studied. For example, Patent Document 1, in order to improve the thermal stability of the lithium ion secondary battery positive electrode material, Li a M b Ni c Co d O e (M is, Al, Mn, Sn, In , Fe, V , Cu, Mg, Ti, Zn, Mo, and at least one metal selected from the group consisting of 0 <a <1.3, 0.02 ≦ b ≦ 0.5, 0.02 ≦ d / c + d ≦ 0.9, 1.8 <e <2.2, and b + c + d = 1) has been proposed. For example, when aluminum is selected as the additive element M, it has been confirmed that if the amount of substitution from nickel to aluminum is increased, the decomposition reaction of the positive electrode active material is suppressed and the thermal stability is improved. However, replacing nickel with an effective amount of aluminum to ensure sufficient thermal stability substantially reduces the amount of nickel that contributes to the oxidation-reduction reaction with the charge / discharge reaction. There is a problem that the initial capacity, which is important, is greatly reduced.

一方、添加元素の濃度分布による改善として、特許文献2には、構造的安定性を向上させてサイクル安定性を改善することを目的として、LiCoOコアとAl、Mg、Sn、Ca、Ti及びMnからなる群より選択される金属を含み、この金属が表層から前記コアの中心部まで異なる濃度勾配で分布されていることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質が開示されている。しかしながら、このリチウム二次電池用正極活物質は、構造的安定性を向上させてサイクル安定性を改善することを目的としたものであり、熱安定性の改善については、考慮されていない。また、リチウムニッケル複合酸化物への適応は考慮されておらず、その効果も不明である。 On the other hand, as an improvement due to the concentration distribution of the additive element, Patent Document 2 describes a LiCoO 2 core and Al, Mg, Sn, Ca, Ti and the like for the purpose of improving the structural stability and improving the cycle stability. A positive electrode active material for a lithium secondary battery is disclosed, which contains a metal selected from the group consisting of Mn, and the metal is distributed with different concentration gradients from the surface layer to the center of the core. However, this positive electrode active material for lithium secondary batteries is intended to improve the structural stability and improve the cycle stability, and no consideration is given to improving the thermal stability. Moreover, the application to lithium nickel composite oxide is not considered, and the effect is also unclear.

さらに、特許文献3には、リチウムマンガン複合酸化物からなる種結晶とリチウム塩とマンガン化合物とを湿式粉砕混合してスラリーを調整し、この際に、種結晶中のマンガン原子数に対するリチウム原子数の比をA、スラリー中のマンガン化合物に由来するマンガン原子数に対するリチウム塩に由来するリチウム原子数の比をBとしてA>Bとなるように調整し、得られたスラリーをスプレードライヤーで処理し、焼成することにより得られた粒子内で中心から周辺にかけてリチウム濃度勾配を持つことを特徴とする非水リチウム二次電池用のリチウムマンガン複合酸化物粒子が開示されている。   Furthermore, in Patent Document 3, a seed crystal comprising a lithium manganese composite oxide, a lithium salt, and a manganese compound are wet pulverized and mixed to prepare a slurry. At this time, the number of lithium atoms relative to the number of manganese atoms in the seed crystal The ratio of A is adjusted so that A> B where B is the ratio of the number of lithium atoms derived from the lithium salt to the number of manganese atoms derived from the manganese compound in the slurry, and the resulting slurry is treated with a spray dryer. A lithium manganese composite oxide particle for a non-aqueous lithium secondary battery characterized by having a lithium concentration gradient from the center to the periphery in the particles obtained by firing is disclosed.

しかしながら、この非水リチウム二次電池用のリチウムマンガン複合酸化物粒子おいても、充放電サイクル特性の改善を目的としたものであり、熱安定性の改善について考慮したものではない。また、リチウムニッケル複合酸化物への適応は考慮されておらず、さらに、得られた非水リチウム二次電池用のリチウムマンガン複合酸化物粒子は、初期容量が低く、高容量と熱安定性が両立した非水系電解質二次電池用正極活物質とも言い難い。   However, the lithium manganese composite oxide particles for the non-aqueous lithium secondary battery are also intended to improve the charge / discharge cycle characteristics, and are not intended to improve the thermal stability. In addition, application to lithium-nickel composite oxide is not considered, and the obtained lithium manganese composite oxide particles for non-aqueous lithium secondary batteries have low initial capacity, high capacity and thermal stability. It is difficult to say that it is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、二次電池に対する高容量化の要求は高まる一方であるが、安全性を確保するために容量を犠牲にすることは、リチウムニッケル複合酸化物の最大のメリットである高容量を失うことになる。また、リチウムイオン二次電池をハイブリッド自動車用、電気自動車用の電源として用いようという動きも盛んであり、熱安定性に劣るというリチウムニッケル複合酸化物の問題点の解消は大きな課題である。   In recent years, the demand for higher capacity for secondary batteries has been increasing, but sacrificing capacity to ensure safety is losing high capacity, which is the greatest merit of lithium nickel composite oxide. Become. In addition, the movement to use lithium ion secondary batteries as power sources for hybrid vehicles and electric vehicles is also active, and solving the problem of lithium nickel composite oxides that have poor thermal stability is a major issue.

以上のように、高い充放電容量と熱安定性を両立させたリチウム金属複合酸化物は見出されておらず、これらの問題を解決した非水系電解質二次電池が望まれている。   As described above, a lithium metal composite oxide having both high charge / discharge capacity and thermal stability has not been found, and a nonaqueous electrolyte secondary battery that solves these problems is desired.

特開平5−242891号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-242891 特開2001−243948号公報JP 2001-243948 A 特開2005−122931号公報JP 2005-122931 A

このようにリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質とした従来の非水系二次電池においては、高い初期容量を維持したままその高温安定性を具備させることが難しいという問題点を有していた。
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、電池の初期容量を大きく犠牲にすることなく、電池の熱安定性の向上を図ることのできる非水系電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法を提供することにある。
As described above, the conventional non-aqueous secondary battery using the lithium nickel composite oxide as the positive electrode active material has a problem that it is difficult to provide high-temperature stability while maintaining a high initial capacity.
The present invention has been made paying attention to such problems, and the problem is that the non-aqueous system can improve the thermal stability of the battery without greatly sacrificing the initial capacity of the battery. It is providing the positive electrode active material for electrolyte secondary batteries, and its manufacturing method.

上記課題を解決するため、本発明者らが種々研究を進めた結果、ニッケルの一部をコバルトおよびチタンで置換したリチウム含有複合酸化物を正極活物質に用いるに当たり、リチウムのサイトにおけるリチウム以外の金属イオンのサイト占有率を5%以下とした場合に、高い初期容量を維持したまま高温安定性に優れた非水系電解質二次電池が得られることに加え、得られた正極活物質を水洗処理することによって優れた高温安定性を維持したまま、さらに初期容量を向上させることができることを見出すに至った。本発明はこのような技術的発見に基づき完成されたものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted various studies. As a result, in using a lithium-containing composite oxide in which a part of nickel is substituted with cobalt and titanium as a positive electrode active material, other than lithium at the lithium site. When the site occupancy rate of the metal ions is 5% or less, in addition to obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in high-temperature stability while maintaining a high initial capacity, the obtained positive electrode active material is washed with water. As a result, the inventors have found that the initial capacity can be further improved while maintaining excellent high temperature stability. The present invention has been completed based on such technical findings.

すなわち、本発明に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、
一般式:LiNi1−x−yCoTiO2(但し、0≦x≦0.20、0≦y≦0.10)で表される層状構造を有する六方晶系のリチウム含有複合酸化物の粉末からなり、かつ、該リチウム含有複合酸化物における3a、3b、6cの各サイトを[Li]3a[Ni1-x-yCoTi3b[O6cで表示した場合、上記リチウム含有複合酸化物のX線回折パターンのリートベルト解析から得られた3aサイトにおけるリチウム以外の金属イオンのサイト占有率が5%以下である非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法において、ニッケルとコバルトのモル比が(1−x):xで固溶し、二次粒子の形 状が球状または楕円球状である金属複合水酸化物(但し、0<x≦0.22)、リチウム 化合物、および、チタン化合物を混合し、この混合物を焼成してリチウム含有複合酸化物 を得る焼成工程と焼成工程で得られたリチウム含有複合酸化物を水洗処理する水洗工程を有するものことを特徴とする。
That is, the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes:
Hexagonal lithium-containing composite oxide having a layered structure represented by the general formula: LiNi 1-xy Co x Ti y O 2 (where 0 ≦ x ≦ 0.20, 0 ≦ y ≦ 0.10) And each site of 3a, 3b, 6c in the lithium-containing composite oxide is represented by [Li] 3a [Ni 1-xy Co x Ti y ] 3b [O 2 ] 6c , Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein site occupancy rate of metal ions other than lithium at 3a site obtained from Rietveld analysis of X-ray diffraction pattern of lithium-containing composite oxide is 5% or less in the molar ratio of nickel and cobalt (1-x): dissolved in x, metal complex hydroxide shape of the secondary particles are spherical or spheroidal (where, 0 <x ≦ 0.22) , lithium compounds, and The titanium compound is mixed, and wherein the one having a water washing step of washing with water the obtained lithium-containing composite oxide in the mixture was calcined to obtain a lithium-containing composite oxide firing step and firing step.

また、上記焼成は、600℃以上850℃未満の温度で、かつ、4時間以上行うことが好ましい。   The firing is preferably performed at a temperature of 600 ° C. or higher and lower than 850 ° C. for 4 hours or longer.

また、上記水洗工程(ハ)において、リチウム含有複合酸化物を質量比で水1に対し、1〜2投入してスラリーにし、30分〜1時間撹拌後、濾過、乾燥することが好ましい。   Moreover, in the said water-washing process (c), it is preferable to carry out filtration and drying after 30 to 1 hour stirring by throwing 1 to 2 lithium containing complex oxide with respect to the water 1 by mass ratio with respect to the water 1.

さらに、上記リチウム化合物として水酸化リチウムまたはその水和物を用いることが好ましい。   Furthermore, it is preferable to use lithium hydroxide or a hydrate thereof as the lithium compound.

本発明に係る非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法で得られる正極活物質は、高い高温安定と高容量を同時に達成できるものであり、該正極活物質を正極に使用した非水系電解質二次電池は、ポータブル電子機器などの小型電池用としてのみならず、ハイブリッド自動車や電気自動車への搭載用としても好適である。また、その製造方法は、工業的規模における生産にも対応可能なものであり、本発明の工業的価値は極めて大きい。The positive electrode active material obtained by the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can achieve high high-temperature stability and high capacity at the same time, and uses the positive electrode active material as a positive electrode. The electrolyte secondary battery is suitable not only for use in small batteries such as portable electronic devices, but also for use in hybrid vehicles and electric vehicles. Moreover, the manufacturing method can respond to production on an industrial scale, and the industrial value of the present invention is extremely large.

電池評価に用いたコイン電池を示す斜視図および断面図である。It is the perspective view and sectional drawing which show the coin battery used for battery evaluation.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明は、上述したように、ニッケルの一部がコバルトおよびチタンで置換されたリチウム含有複合酸化物(LiNi1−x−yCoTi)を正極材料に適用することにより、高い初期容量を維持したまま、高温安定性に優れた非水系電解質二次電池を提供するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
As described above, the present invention is high by applying a lithium-containing composite oxide (LiNi 1-xy Co x Ti y O 2 ) in which a part of nickel is substituted with cobalt and titanium to a positive electrode material. The present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in high temperature stability while maintaining the initial capacity.

(1)正極活物質、正極
すなわち、本発明は、ニッケルの一部をサイクル特性向上のためにコバルトで置換した正極活物質に関するものである。上記リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)は、電池活物質として考えた場合、リチウムの脱離・挿入によって充放電が行われる。200mAh/g程度の満充電状態はLiNiOから約7割のリチウムが脱離した状態である。すなわち、Li0.3NiOとなっているわけであるが、このとき、ニッケルは3価の一部が4価となっている。4価のニッケルは非常に不安定で、高温にすると容易に酸素を放出して2価(NiO)となりやすい。このような高温での酸素放出をともなう分解挙動は、リチウムを70at%引き抜いて充電状態とした正極活物質の熱分析を行うことで評価できる。充電状態にある正極活物質を電解液とともに密封し、温度に対する発熱量を見ることで酸素放出に伴う分解と電解液との反応温度を特定できるからである。
(1) Positive electrode active material, positive electrode That is, the present invention relates to a positive electrode active material in which a part of nickel is substituted with cobalt for improving cycle characteristics. When the lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) is considered as a battery active material, charging / discharging is performed by lithium desorption / insertion. A fully charged state of about 200 mAh / g is a state in which about 70% of lithium is desorbed from LiNiO 2 . That is, it is Li 0.3 NiO 2 , but at this time, nickel is partly trivalent and tetravalent. Tetravalent nickel is very unstable and easily releases oxygen at high temperatures to become divalent (NiO). Such decomposition behavior with oxygen release at a high temperature can be evaluated by conducting a thermal analysis of the positive electrode active material in which lithium is extracted by 70 at% and charged. This is because the positive electrode active material in a charged state is sealed together with the electrolytic solution, and the reaction temperature between the decomposition accompanying the oxygen release and the electrolytic solution can be specified by observing the calorific value with respect to the temperature.

このような方法で正極活物質の熱安定性に関する研究を進めた結果、チタンが熱安定性に効果があることを見いだした。すなわち、ニッケルの一部をコバルトで置換した上記リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)の3bサイトについて更に上記チタンで置換することにより、チタンは置換量の増大とともに電解液との反応による発熱量を小さくする顕著な効果が認められた。ただし、置換量を多くするほど初期容量は低下する傾向があるため、熱安定性向上と初期容量低下とのバランスから、チタンと置換可能な最大量は7at%程度である。しかしながら、このようなニッケルの一部がコバルトおよびチタンで置換されたリチウム含有複合酸化物は、粒子表面に存在する余剰Li化合物などの残留物を除去することによって容量を向上させることができる。そうすることによってチタンの置換量を10at%以下まで許容することができるようになる。本発明おいては、焼成後に水洗処理を行うことによって、初期容量と熱安定性をさらに高めることを可能としたものである。 As a result of conducting research on the thermal stability of the positive electrode active material by such a method, it was found that titanium is effective in thermal stability. In other words, by further replacing the 3b site of the lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) in which a part of nickel is replaced with cobalt with the titanium, the amount of heat generated by the reaction with the electrolytic solution is increased as the amount of titanium increases. A significant effect of reducing the size was observed. However, since the initial capacity tends to decrease as the replacement amount increases, the maximum amount that can be replaced with titanium is about 7 at% from the balance between the improvement in thermal stability and the decrease in the initial capacity. However, the lithium-containing composite oxide in which a part of nickel is substituted with cobalt and titanium can improve the capacity by removing residues such as excess Li compound existing on the particle surface. By doing so, it becomes possible to tolerate a titanium substitution amount of 10 at% or less. In the present invention, it is possible to further increase the initial capacity and the thermal stability by performing a water washing treatment after firing.

上記リチウム含有複合酸化物における化学量論性の検討は、X線回折によるリートベルト解析(例えば、R.Å.Young, ed., “The Rietveld Method”, Oxford University Press (1992).)を用いて行うことができ、指標としては各イオンのサイト占有率がある。六方晶系の化合物の場合には、3a、3b、6cのサイトがあり、LiNiOが完全な化学量論組成の場合には3aサイトはリチウム、3bサイトはニッケル、6cサイトは酸素がそれぞれ100%のサイト占有率を示す。したがって、3aサイトのリチウムイオンのサイト占有率が高いほど、特に97%以上であるようなリチウムニッケル複合酸化物は化学量論性に優れていると言える。そして、電池活物質として考えた場合、リチウムは脱離、挿入が可能なためリチウム欠損が生じても結晶の完全性は維持できる。したがって、現実的には3aサイトの金属イオンの混入率をもって化学量論性あるいは結晶の完全性を示すのがよい方法と考えられる。 The stoichiometry of the lithium-containing composite oxide is examined by Rietveld analysis by X-ray diffraction (for example, R. V. Young, ed., “The Rietveld Method”, Oxford University Press (1992)). The index is the site occupancy of each ion. In the case of a hexagonal compound, there are 3a, 3b, and 6c sites. When LiNiO 2 has a complete stoichiometric composition, the 3a site is lithium, the 3b site is nickel, and the 6c site is oxygen. % Site occupancy. Therefore, it can be said that the lithium nickel composite oxide having 97% or more is more excellent in stoichiometry as the site occupancy of lithium ions at the 3a site is higher. When considered as a battery active material, since lithium can be desorbed and inserted, crystal integrity can be maintained even if lithium deficiency occurs. Therefore, in practice, it is considered a good method to show the stoichiometry or the crystal perfection with the mixing rate of the metal ions at the 3a site.

ここで、電池の充放電反応は、3aサイトのリチウムイオンが可逆的に出入りすることで進行する。したがって、固相内でのリチウムの拡散パスとなる3aサイトに金属イオンが混入すると拡散パスが阻害され、これが電池の充放電特性を悪化させる原因となりうる。そこで、さまざまな方法で合成した正極活物質に対して検討を重ねた結果、粉末X線回折パターンのリートベルト解析より求めた3aサイトにおけるリチウム以外の金属イオンの占有率と電池の初期特性に深い関係があることを見いだすとともに、この値が5%以下、好ましくは3%以下のときに電池のサイクル特性を更に改善できることを見出した。   Here, the charge / discharge reaction of the battery proceeds by reversibly entering and leaving the lithium ions at the 3a site. Therefore, when metal ions are mixed into the 3a site, which is the lithium diffusion path in the solid phase, the diffusion path is inhibited, which may cause deterioration of the charge / discharge characteristics of the battery. Therefore, as a result of repeated studies on the positive electrode active materials synthesized by various methods, the occupancy of metal ions other than lithium and the initial characteristics of the battery at the 3a site obtained by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern are deep. It has been found that there is a relationship, and it has been found that the cycle characteristics of the battery can be further improved when this value is 5% or less, preferably 3% or less.

すなわち、本発明に係る製造方法により得られる非水系電解質二次電池用正極活物質は、
一般式:LiNi1-x-yCoTi(但し、0≦x≦0.20、0≦y≦0.10)で表される層状構造を有する六方晶系のリチウム含有複合酸化物の粉末からなり、かつ、該リチウム含有複合酸化物における3a、3b、6cの各サイトを[Li]3a[Ni1-x-yCoTi3b[O6cで表示した場合、上記リチウム含有複合酸化物のX線回折パターンのリートベルト解析から得られた3aサイトにおけるリチウム以外の金属イオンのサイト占有率が5%以下である。
That is, the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery obtained by the production method according to the present invention is:
Hexagonal lithium-containing composite oxidation having a layered structure represented by the general formula: LiNi 1-xy Co x Ti y O 2 (where 0 ≦ x ≦ 0.20, 0 ≦ y ≦ 0.10) When the sites 3a, 3b, and 6c in the lithium-containing composite oxide are represented by [Li] 3a [Ni 1-xy Co x Ti y ] 3b [O 2 ] 6c The site occupancy of metal ions other than lithium at the 3a site obtained from the Rietveld analysis of the X-ray diffraction pattern of the lithium-containing composite oxide is 5% or less.

上記正極活物質は、ニッケルとコバルトのモル比が(1−x):xで固溶している金属 複合水酸化物(但し、0<x≦0.22)、リチウム化合物、および、チタン化合物を混 合し、この混合物を焼成してリチウム含有複合酸化物を得る焼成工程と焼成工程で得られたリチウム含有複合酸化物を水洗処理する水洗工程を有する製造方法によって得られる。The positive electrode active material includes a metal composite hydroxide (where 0 <x ≦ 0.22), a lithium compound, and a titanium compound, in which the molar ratio of nickel and cobalt is (1-x): x the combined mixed, obtained by the production method having a water washing step of washing with water the obtained lithium-containing composite oxide in the calcination step of obtaining a lithium-containing composite oxide by firing the mixture firing step.

上記正極活物質粉末を用いて電池の正極板を成形する際には、高い充填密度を実現するため粉末自体に高いタップ密度が要求される。このためには、粉末の粒子形状が球状または楕円球状であり、焼成工程で用いる金属複合水酸化物における二次粒子の形状が球状または楕円球状であるものを原料として用いることで、球状または楕円球状の正極活物質粉末を得ることができるWhen forming a positive electrode plate of a battery using the positive electrode active material powder, a high tap density is required for the powder itself in order to realize a high packing density. For this purpose, the powder particles are spherical or elliptical and the secondary particles in the metal composite hydroxide used in the firing step are spherical or elliptical. Spherical positive electrode active material powder can be obtained

このような二次粒子の形状が球状または楕円球状の金属複合水酸化物は、公知の中和共析法によって得られ、所望の粒径、形状となるように溶液濃度、組成、中和条件を選択すればよい。     Such a metal composite hydroxide having a secondary or spherical spherical shape is obtained by a known neutralization eutectoid method, and the solution concentration, composition, and neutralization conditions are set so as to obtain a desired particle size and shape. Should be selected.

上記リチウム化合物として、水酸化リチウム、水酸化リチウム一水和物、炭酸リチウム、硝酸リチウム、過酸化リチウムなどが例示されるが、特に、水酸化リチウムまたはその水和物が好ましい。上記リチウム化合物との混合は、リチウムがリチウム以外の金属元素に対して0.95〜1.15の比となるよう混合することが好ましい。   Examples of the lithium compound include lithium hydroxide, lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate, lithium nitrate, and lithium peroxide, and lithium hydroxide or a hydrate thereof is particularly preferable. The lithium compound is preferably mixed so that lithium is in a ratio of 0.95 to 1.15 with respect to a metal element other than lithium.

上記混合方法としては、通常用いられる方法でよく、ニッケル−コバルト複合水酸化物もしくは複合酸化物とリチウム化合物を固体状のまま各種粉体混合機で混合する方法が用いられる。いずれの方法を用いてもよいが、シェーカーなどを用いて上記複合水酸化物粒子あるいは複合酸化物粒子の形骸が破壊されない程度で十分に混合してやればよい。   As said mixing method, the method used normally may be sufficient and the method of mixing nickel-cobalt composite hydroxide or composite oxide and a lithium compound with various powder mixers with a solid state is used. Any method may be used, but it may be mixed sufficiently using a shaker or the like so that the composite hydroxide particles or composite oxide particles are not destroyed.

上記ニッケル化合物としては、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケルなどが例示され、コバルト化合物として、酸化コバルト、水酸化コバルト、炭酸コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト、塩化コバルトなどが例示され、チタン化合物として、金属チタンの他、酸化チタン、塩化チタン、硫酸チタニルなどを例示することができる。   Examples of the nickel compound include nickel oxide, nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel nitrate, and nickel sulfate. Examples of the cobalt compound include cobalt oxide, cobalt hydroxide, cobalt carbonate, cobalt nitrate, cobalt sulfate, and cobalt chloride. Examples of the titanium compound include titanium oxide, titanium chloride, titanyl sulfate and the like in addition to titanium metal.

上記混合物の焼成においては、温度を600℃以上850℃未満、好ましくは650℃以上750℃以下、かつ4時間以上とすることで、LiTiOなどの異相を生じさせることなくチタンを完全に固溶させることができ、結晶構造の高い完全性、すなわち上記3aサイトにおけるリチウム以外の金属イオンのサイト占有率を5%以下とすることが可能となる。 In firing the above mixture, the temperature is 600 ° C. or higher and lower than 850 ° C., preferably 650 ° C. or higher and 750 ° C. or lower, and 4 hours or longer, so that titanium is completely dissolved without causing a heterogeneous phase such as LiTiO 2. It is possible to make the crystal structure highly complete, that is, the site occupancy of metal ions other than lithium at the 3a site can be 5% or less.

焼成に用いる炉は、雰囲気が制御できる各種の炉が使用可能であるが、排気ガスが発生することがない電気炉を用いることが好ましく、工業的生産においては、特にプッシャー炉やローラーハース炉などのように、連続的に焼成可能な炉を使用することが好ましい。   As the furnace used for firing, various furnaces whose atmosphere can be controlled can be used, but it is preferable to use an electric furnace that does not generate exhaust gas. In industrial production, a pusher furnace, a roller hearth furnace, etc. Thus, it is preferable to use a furnace capable of continuous firing.

さらに、上記焼成工程において熱処理を行う場合は、例えば、大気雰囲気中で600〜900℃の範囲で、金属複合水酸化物を用いる場合にはその形骸が維持されるように、酸化焙焼すればよい。熱処理を行うことは、焼成時の水蒸気発生を抑制してリチウム含有複合酸化物の結晶性をさらに高めることができるため、好ましい。また、用いられる装置も、通常に用いられるものでよく、電気炉、キルン、管状炉、プッシャー炉等が用いられる。   Further, when heat treatment is performed in the firing step, for example, in the range of 600 to 900 ° C. in the air atmosphere, when using metal composite hydroxide, oxidation roasting is performed so that the shape is maintained. Good. It is preferable to perform the heat treatment because the generation of water vapor during firing can be suppressed and the crystallinity of the lithium-containing composite oxide can be further increased. Moreover, the apparatus used may also be a normally used apparatus, and an electric furnace, kiln, tubular furnace, pusher furnace, etc. are used.

上記水洗工程は、焼成後のリチウム含有複合酸化物を質量比で水1に対し、1〜2投入してスラリーにし、30分〜1時間撹拌後、濾過、乾燥することが好ましい。リチウム含有複合酸化物が水に対して上記範囲よりも多い場合は、余剰Li化合物などの表面残留物の除去効果が十分でないことがあり、逆に上記範囲よりも少ない場合は、表面に水洗によるダメージが大きいため容量などの電池特性が低下することがあり、好ましくない。   In the water washing step, it is preferable that the fired lithium-containing composite oxide is added to the water 1 in a mass ratio of 1 to 2 to make a slurry, stirred for 30 minutes to 1 hour, filtered and dried. When the lithium-containing composite oxide is more than the above range with respect to water, the removal effect of surface residues such as excess Li compound may not be sufficient, and conversely, when less than the above range, the surface is washed with water. Since the damage is large, battery characteristics such as capacity may deteriorate, which is not preferable.

このように、ニッケルの一部がコバルトおよびチタンで置換された層状構造を有する六方晶系のリチウム含有複合酸化物において、3aサイトのリチウム以外の金属イオンのサイト占有率を5%以下としたものを正極活物質として適用することにより、高い初期容量とサイクル特性を維持したまま、高温安定性に優れた非水系電解質二次電池を提供することが可能となる。   In this way, in the hexagonal lithium-containing composite oxide having a layered structure in which a part of nickel is substituted with cobalt and titanium, the site occupancy of metal ions other than lithium at the 3a site is 5% or less. By applying as a positive electrode active material, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in high-temperature stability while maintaining a high initial capacity and cycle characteristics.

次に、正極を形成する正極合材およびそれを構成する各材料について説明する。正極は、正極活物質、導電材および結着剤を含んだ正極合材から形成される。正極活物質については、前述したとおりであるので、説明を省略する。   Next, the positive electrode mixture forming the positive electrode and each material constituting the positive electrode mixture will be described. The positive electrode is formed from a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder. Since the positive electrode active material is as described above, the description thereof is omitted.

導電材は、正極の電気伝導性を確保するためのものであり、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛等の炭素物質粉状体の1種または2種以上を混合したものを用いることができる。   The conductive material is for ensuring the electrical conductivity of the positive electrode, and for example, a material obtained by mixing one or two or more carbon material powders such as carbon black, acetylene black, and graphite can be used. .

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

正極は、次のようにして作製する。粉末状の正極活物質、導電材および結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭、粘度調整等の目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製する。正極合材中のそれぞれの混合比も、リチウム二次電池の性能を決定する重要な要素となる。溶剤を除いた正極合材の固形分の全質量を100質量%とした場合、一般のリチウム二次電池の正極と同様、それぞれ、正極活物質の含有量を60〜95質量%、導電材の含有量を1〜20質量%、結着剤の含有量を1〜20質量%とすることが望ましい。得られた正極合材ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して溶剤を飛散させる。必要に応じ、電極密度を高めるためロールプレス等により加圧することもある。   The positive electrode is produced as follows. A powdery positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed, and if necessary, a target solvent such as activated carbon and viscosity adjustment is added and kneaded to prepare a positive electrode mixture paste. The respective mixing ratios in the positive electrode mixture are also important factors that determine the performance of the lithium secondary battery. When the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100% by mass, the content of the positive electrode active material is 60 to 95% by mass, respectively, as in the case of the positive electrode of a general lithium secondary battery. It is desirable that the content is 1 to 20% by mass and the content of the binder is 1 to 20% by mass. The obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of, for example, aluminum foil, and dried to scatter the solvent. If necessary, pressure may be applied by a roll press or the like to increase the electrode density.

以上のようにしてシート状の正極を作製することができる。シート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等し、電池の作製に供することができる。   A sheet-like positive electrode can be manufactured as described above. The sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size according to the intended battery and used for battery production.

(2)負極
負極には、金属リチウム、リチウム合金等、また、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを使用する。
負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等の炭素物質の粉状体を用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を用いることができ、これら活物質および結着剤を分散させる溶剤としてはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
(2) Negative electrode For the negative electrode, metallic lithium, lithium alloy, etc., and a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions are mixed with a binder, and an appropriate solvent is added to form a paste. The negative electrode mixture is applied to the surface of a metal foil current collector such as copper, dried, and compressed to increase the electrode density as necessary.
As the negative electrode active material, for example, natural graphite, artificial graphite, a fired organic compound such as phenol resin, or a powdery carbon material such as coke can be used. In this case, as the negative electrode binder, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride can be used as in the case of the positive electrode, and the active material and the solvent for dispersing the binder include N-methyl-2-pyrrolidone. Organic solvents can be used.

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

(4)非水系電解液
非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。
有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート等の環状カーボネート、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート、さらに、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物、エチルメチルスルホン、ブタンスルトン等の硫黄化合物、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチル等のリン化合物等からなる群から選ばれる1種を単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。
支持塩としてのリチウム塩は、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiN(CFSO等、およびそれらの複合塩を用いることができる。
さらに、非水系電解液は、ラジカル補足剤、界面活性剤および難燃剤等を含んでいてもよい。
(4) Nonaqueous electrolytic solution The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent.
Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate; chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate; and tetrahydrofuran, 2- One kind selected from the group consisting of ether compounds such as methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butanesultone, phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, or a mixture of two or more. Can be used.
LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , or a composite salt thereof can be used as the lithium salt as the supporting salt.
Furthermore, the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.

(5)電池の形状、構成
以上、説明してきた正極、負極、セパレータおよび非水系電解液で構成され、本発明に係る非水系電解質二次電池の形状は、円筒型、積層型等、種々のものとすることができる。
いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、この電極体に前記非水系電解液を含浸させる。正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、並びに負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を集電用リード等を用いて接続する。以上の構成のものを電池ケースに密閉して電池を完成させることができる。
(5) Shape and configuration of battery The above-described positive electrode, negative electrode, separator, and non-aqueous electrolyte solution are used. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a cylindrical shape and a laminated type. Etc., and can be various.
In any case, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and the electrode body is impregnated with the non-aqueous electrolyte solution. The positive electrode current collector and the positive electrode terminal communicating with the outside, and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal communicating with the outside are connected using a current collecting lead or the like. The battery having the above structure can be sealed in a battery case to complete the battery.

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
(実施例1)
正極活物質を合成するため、市販の水酸化リチウム一水和物と、球状の二次粒子からなりニッケルとコバルトのモル比が83:17で固溶してなる金属複合水酸化物と、市販の酸化チタンを、リチウムとリチウム以外の金属とのモル比が1:1となり、かつ、ニッケルとコバルトとチタンのモル比が82:17:1となるように秤量した後、球状の二次粒子の形骸が維持される程度の強度で十分に混合した。この混合粉末を、酸素気流中で350℃で2時間仮焼した後750℃で20時間焼成し、室温まで炉冷した。得られた焼成物を質量比で水1に対し、1.5投入してスラリーにし、30分撹拌後、濾過し、150℃で真空乾燥して正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成を化学分析するとともにX線回折で分析したところ、六方晶系の層状構造を有した所望の正極活物質であることが確認できた。また、CuのKα線を用いた粉末X線回折パターンのリートベルト解析から、3aサイトのリチウム以外の金属イオン占有率を求めた。これら結果を以下の表1に示す。
Examples of the present invention will be specifically described below.
Example 1
In order to synthesize the positive electrode active material, a commercially available lithium hydroxide monohydrate, a metal composite hydroxide composed of spherical secondary particles and having a molar ratio of nickel and cobalt of 83:17, and a commercially available product After the titanium oxide was weighed so that the molar ratio of lithium to a metal other than lithium was 1: 1 and the molar ratio of nickel, cobalt, and titanium was 82: 17: 1, spherical secondary particles were obtained. Thoroughly mixed with sufficient strength to maintain the shape of This mixed powder was calcined at 350 ° C. for 2 hours in an oxygen stream, then baked at 750 ° C. for 20 hours, and cooled to the room temperature. The obtained fired product was added to water 1 in a mass ratio of 1.5 to form a slurry, stirred for 30 minutes, filtered, and vacuum dried at 150 ° C. to obtain a positive electrode active material. When the composition of the obtained positive electrode active material was chemically analyzed and analyzed by X-ray diffraction, it was confirmed that it was a desired positive electrode active material having a hexagonal layered structure. Moreover, the occupation rate of metal ions other than lithium at the 3a site was determined from the Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern using Cu Kα rays. These results are shown in Table 1 below.

次に、得られた正極活物質を用いて図1に示すような2032コイン型二次電池を作製した。
まず、正極活物質粉末90質量%にアセチレンブラック5質量%およびPVDF(ポリ沸化ビニリデン)5質量%を混合し、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)を加えペースト化した。これを20μm厚のアルミニウム箔に乾燥後の正極活物質重量が0.05g/cmになるように塗布し、120℃で真空乾燥を行った後、直径1cmの円板状に打ち抜いて正極とした。
また、負極としてリチウム金属を適用し、電解液には1モル/リットルのLiClOを支持塩とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合溶液を用いた。
そして、ポリエチレンからなるセパレータに電解液を染み込ませ、露点が−80℃に管理されたアルゴン雰囲気のグローブボックス中で、電池を作製した。
Next, a 2032 coin-type secondary battery as shown in FIG. 1 was produced using the obtained positive electrode active material.
First, 90% by mass of the positive electrode active material powder was mixed with 5% by mass of acetylene black and 5% by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) was added to form a paste. This was applied to a 20 μm thick aluminum foil so that the weight of the positive electrode active material after drying was 0.05 g / cm 2 , vacuum-dried at 120 ° C., and then punched into a disk shape having a diameter of 1 cm. did.
Further, lithium metal was applied as the negative electrode, and an equivalent mixed solution of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1 mol / liter LiClO 4 as a supporting salt was used as the electrolyte.
Then, a battery was fabricated in a glove box in an argon atmosphere in which a separator made of polyethylene was impregnated with an electrolytic solution and the dew point was controlled at −80 ° C.

作製した二次電池は24時間程度放置し、開回路電圧(OCV)が安定した後、正極に対する電流密度を0.5mA/cmとし、カットオフ電圧4.3−3.0Vで充放電試験を行った。得られた1回目の放電容量を初期放電容量として表1に示す。 The fabricated secondary battery is left for about 24 hours, and after the open circuit voltage (OCV) is stabilized, the current density with respect to the positive electrode is 0.5 mA / cm 2 and the charge / discharge test is performed at a cutoff voltage of 4.3 to 3.0 V. Went. The obtained first discharge capacity is shown in Table 1 as the initial discharge capacity.

次に、得られた正極活物質の満充電状態での熱安定性を調べるためその熱的挙動について測定した。
なお、正極活物質を満充電状態にする方法として、電気化学的な方法以外に、上述したように200mAh/g程度の満充電状態はリチウム含有複合酸化物から約7割のリチウムが脱離した状態であるため、酸水溶液中で活物質を分散させ、攪拌処理する方法が知られている(荒井ら、第38回電池討論会講演要旨集 p83, 1997)。この方法は電気化学的な方法と異なり、導電剤や結着剤などの影響のない状況下でリチウムを引き抜くことが可能であり、これを熱分析にかけることで活物質単独の熱的挙動を評価することができる。
そこで、この方法に従い、得られた正極活物質6.0gを1Nの濃度に調整された塩酸水溶液100ミリリットル(ml)中に投入し、5時間攪拌して、化学式Li1−xNi0.83Co0.17Ti0.01においてリチウムをx=0.7となるように引き抜いた。
次に、これをろ過し、残ったスラリーを、40℃で24時間、大気中で乾燥させた後、150℃で3日間、真空中にて加熱乾燥することで水分を蒸発させて、Li0.3Ni0.82Co0.17Ti0.01粉末を得た。
この粉末に、上記コイン電池を作製したときと同じ電解液を染み込ませ、密封式の試料ホルダーに入れて密閉し、示差走査熱量分析(DSC)を行うことで熱的挙動を調べた。示差走査熱量分析は昇温速度を10℃/分とした。DSC測定によって得られた発熱ピーク温度と発熱ピーク高さを表1に示す。
Next, in order to investigate the thermal stability of the obtained positive electrode active material in a fully charged state, its thermal behavior was measured.
As a method for bringing the positive electrode active material into a fully charged state, in addition to the electrochemical method, as described above, about 70% of lithium was desorbed from the lithium-containing composite oxide in the fully charged state of about 200 mAh / g. Since it is in a state, a method of dispersing an active material in an acid aqueous solution and stirring it is known (Arai et al., Abstracts of the 38th Battery Discussion Meeting p83, 1997). Unlike the electrochemical method, this method can extract lithium under the condition that there is no influence of a conductive agent or a binder. By applying this to thermal analysis, the thermal behavior of the active material alone can be obtained. Can be evaluated.
Therefore, according to this method, 6.0 g of the obtained positive electrode active material was put into 100 ml (ml) of an aqueous hydrochloric acid solution adjusted to a concentration of 1 N, and stirred for 5 hours to obtain the chemical formula Li 1-x Ni 0.83. In Co 0.17 Ti 0.01 O 2 , lithium was extracted so that x = 0.7.
It was then filtered and the remaining slurry, 24 hours at 40 ° C., dried in air for 3 days at 0.99 ° C., and water is evaporated by heating and drying in vacuum, Li 0 .3 Ni 0.82 Co 0.17 Ti 0.01 O 2 powder was obtained.
The powder was impregnated with the same electrolytic solution as that used to produce the coin battery, sealed in a sealed sample holder, and subjected to differential scanning calorimetry (DSC) to investigate thermal behavior. In differential scanning calorimetry, the heating rate was set to 10 ° C./min. Table 1 shows the exothermic peak temperature and exothermic peak height obtained by DSC measurement.

(実施例2)
正極活物質を合成するため、ニッケルとコバルトとチタンのモル比が81:16:3となるように秤量した以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1に示す。
(Example 2)
In order to synthesize the positive electrode active material, a positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of nickel, cobalt, and titanium was 81: 16: 3. The evaluation results are shown in Table 1.

(実施例3)
正極活物質を合成するため、ニッケルとコバルトとチタンのモル比が79:16:5となるように秤量した以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1に示す。
(Example 3)
In order to synthesize the positive electrode active material, a positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of nickel, cobalt, and titanium was 79: 16: 5. The evaluation results are shown in Table 1.

(実施例4)
正極活物質を合成するため、ニッケルとコバルトとチタンのモル比が76:16:8となるように秤量した以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1に示す。
(Example 4)
In order to synthesize the positive electrode active material, a positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of nickel, cobalt, and titanium was 76: 16: 8. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例1)
正極活物質を合成するために、市販の水酸化リチウム一水和物と、球状の二次粒子から成る水酸化ニッケルとを、リチウムとニッケルのモル比が1:1となるように秤量したことと、焼成後に水洗処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
In order to synthesize the positive electrode active material, commercially available lithium hydroxide monohydrate and nickel hydroxide composed of spherical secondary particles were weighed so that the molar ratio of lithium to nickel was 1: 1. A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the water washing treatment was not performed after firing. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例2)
焼成後に水洗処理を行わなかったこと以外は、実施例4と同様にして正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 4 except that the water washing treatment was not performed after firing. The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 0005565579
(評価)
(1)作製された各実施例ならびに比較例に係る二次電池を評価したところ、これら実施例の電池のサイクル特性は比較例に比較して概ね良好であった。
(2)二次電池の初期容量(第1回目の放電容量)については、作製された各実施例ならびに比較例1のいずれも150mAh/g以上の高い放電容量を示した。
(3)二次電池の熱安定性(DSC測定)については、作製された各実施例の発熱ピーク温度が比較例1に比較して高温側へシフトしていると同時に、チタンの置換量の増大とともに発熱ピーク高さが減少しており、熱安定性が改善されていることが確認される。
(4)チタン置換量の増大とともに放電容量は減少する傾向があるが、水洗処理を行うことで、150mAh/g以上の高い放電容量を維持可能なチタン置換量は、LiNi1−x−yCoTiで表されるyが、0≦y≦0.10の範囲まで拡大されることがわかる。
(5)水洗処理を行っていない比較例2では、142mAh/gと十分な放電容量が得られていない。なお、各実施例に係るリチウム含有複合酸化物の合成条件はすべて750℃で20時間としているが、600℃以上850℃未満かつ4時間以上であれば、上記リチウム含有複合酸化物の3aサイトにおけるリチウム以外の金属イオンのサイト占有率を5%以下にすることができることを実験で確認している。
また、各実施例に係るリチウム含有複合酸化物の3aサイトにおけるリチウム以外の金属イオンのサイト占有率はすべて2.2%以下となっているが、金属イオンのサイト占有率が2.2%以上のリチウム含有複合酸化物についても同様の実験を行っており、これら二次電池についても、金属イオンのサイト占有率が5%以下であれば、実施例と略同一の特性を示す傾向があることを確認している。
Figure 0005565579
(Evaluation)
(1) When the fabricated secondary batteries according to the examples and comparative examples were evaluated, the cycle characteristics of the batteries of these examples were generally better than those of the comparative examples.
(2) Regarding the initial capacity (first discharge capacity) of the secondary battery, each of the produced Examples and Comparative Example 1 showed a high discharge capacity of 150 mAh / g or more.
(3) Regarding the thermal stability (DSC measurement) of the secondary battery, the exothermic peak temperature of each of the produced examples is shifted to the high temperature side as compared with Comparative Example 1, and at the same time, the amount of substitution of titanium The exothermic peak height decreases with the increase, confirming that the thermal stability is improved.
(4) Although the discharge capacity tends to decrease as the titanium substitution amount increases, the titanium substitution amount capable of maintaining a high discharge capacity of 150 mAh / g or more by performing the water washing treatment is LiNi 1-xy Co. y represented by x Ti y O 2 is seen to be expanded to a range of 0 ≦ y ≦ 0.10.
(5) In Comparative Example 2 where no water washing treatment is performed, a sufficient discharge capacity of 142 mAh / g is not obtained. In addition, although all the synthesis conditions of the lithium containing complex oxide which concern on each Example are 750 degreeC and 20 hours, if it is 600 degreeC or more and less than 850 degreeC and 4 hours or more, in the 3a site of the said lithium containing complex oxide Experiments have confirmed that the site occupancy of metal ions other than lithium can be 5% or less.
In addition, the site occupancy of metal ions other than lithium at the 3a site of the lithium-containing composite oxide according to each example is 2.2% or less, but the site occupancy of metal ions is 2.2% or more. The same experiment was conducted with respect to lithium-containing composite oxides, and these secondary batteries also had a tendency to exhibit substantially the same characteristics as the examples if the site occupancy of metal ions was 5% or less. Have confirmed.

安全性に優れていながら高い初期放電容量を有しているという本発明の製造方法により 得られる非水系電解質二次電池のメリットを活かすためには、常に高容量を要求される小型携帯電子機器の電源としての用途が好適である。In order to take advantage of the non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by the manufacturing method of the present invention that has a high initial discharge capacity while being excellent in safety, a small portable electronic device that always requires a high capacity is used. Use as a power source is suitable.

電気自動車用の電源においては、電池の大型化による安全性の確保の難しさと、より高度な安全性を確保するための高価な保護回路の装着は必要不可欠であるが、本発明の非水系電解質二次電池は、優れた安全性を有しているために安全性の確保が容易になるばかりでなく、高価な保護回路を簡略化し、より低コストにできるという点において、電気自動車用電源として好適である。なお、電気自動車用電源とは、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車のみならず、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の燃焼機関と併用するいわゆるハイブリッド車の電源として用いることをも含むことを意味する。   In the power source for electric vehicles, it is indispensable to ensure safety by increasing the size of the battery and to install an expensive protection circuit for ensuring higher safety, but the non-aqueous electrolyte of the present invention The secondary battery has excellent safety, so that not only is it easy to ensure safety, but it can also be used as a power source for electric vehicles in that it can simplify expensive protection circuits and reduce costs. Is preferred. Note that the power source for electric vehicles includes not only the use of electric vehicles that are driven purely by electric energy but also the use of so-called hybrid vehicles that are used in combination with combustion engines such as gasoline engines and diesel engines.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 ガスケット
5 正極缶
6 負極缶
B コイン電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 4 Gasket 5 Positive electrode can 6 Negative electrode can B Coin battery

Claims (4)

一般式:LiNi1−x−yCoTi(但し、0<x≦0.20、0.01≦ y≦0.10)で表される層状構造を有する六方晶系のリチウム含有複合酸化物の粉末からなり、かつ、該リチウム含有複合酸化物における3a、3b、6cの各サイトを[Li]3a[Ni1-x-yCoTi3b[O6cで表示した場合、上記リチウム含有複合酸化物のX線回折パターンのリートベルト解析から得られた3aサイトにおけるリチウム以外の金属イオンのサイト占有率が5%以下である非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法において、ニッケルとコバルトのモル比が(1−x):xで固溶し、二次 粒子の形状が球状または楕円球状である金属複合水酸化物(但し、0<x≦0.22)、 リチウム化合物、および、チタン化合物を混合し、この混合物を焼成してリチウム含有複 合酸化物を得る焼成工程と焼成工程で得られたリチウム含有複合酸化物を水洗処理する水洗工程を有することを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。Hexagonal lithium content having a layered structure represented by the general formula: LiNi 1-xy Co x Ti y O 2 (where 0 <x ≦ 0.20, 0.01 ≦ y ≦ 0.10 ) It is made of a composite oxide powder, and the sites 3a, 3b, and 6c in the lithium-containing composite oxide are represented by [Li] 3a [Ni 1-xy Co x Ti y ] 3b [O 2 ] 6c In this case, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the site occupancy of metal ions other than lithium at the 3a site obtained from Rietveld analysis of the X-ray diffraction pattern of the lithium-containing composite oxide is 5% or less In the metal composite hydroxide in which the molar ratio of nickel to cobalt is (1-x): x and the secondary particles have a spherical or elliptical shape (where 0 <x ≦ 0. 22), lithium compound And, mixing the titanium compound, characterized by having a water washing step of washing with water the obtained lithium-containing composite oxide in the mixture was calcined to obtain a lithium-containing double focus oxide firing step and firing step A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. 上記焼成を、600℃以上850℃未満の温度で、かつ、4時間以上行うことを特徴とする請求項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 , wherein the firing is performed at a temperature of 600 ° C or higher and lower than 850 ° C for 4 hours or longer. 上記水洗工程において、リチウム含有複合酸化物を質量比で水1に対し、1〜2投入してスラリーにし、30分〜1時間撹拌後、濾過、乾燥することを特徴とする請求項1また は2に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。In the washing step, to water 1 in a mass ratio of the lithium-containing composite oxide, 1-2 charged to the slurry, after stirring for 30 minutes to 1 hour, filtered, claim, characterized in that drying 1 or the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to 2. リチウム化合物として水酸化リチウムまたはその水和物を用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein lithium hydroxide or a hydrate thereof is used as the lithium compound.
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