JP6062818B2 - Cathode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解質二次電池、および、この非水電解質二次電池の正極材料として用いられる正極活物質とその製造方法に関する。 The present invention relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery, a positive electrode active material used as a positive electrode material of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and a method for producing the same.
近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギ密度を有する小型で軽量な二次電池の開発が強く望まれている。また、モータ駆動用電源、特に輸送機器用電源として高出力の二次電池の開発も強く望まれている。 In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, development of small and lightweight secondary batteries having high energy density is strongly desired. In addition, development of a high output secondary battery as a power source for driving a motor, particularly a power source for transportation equipment, is also strongly desired.
このような要求を満たす二次電池として、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池がある。このリチウムイオン二次電池は、負極、正極、電解液などで構成され、その負極および正極の材料として用いられる活物質には、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が使用される。 As a secondary battery satisfying such requirements, there is a lithium ion secondary battery which is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery. This lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, and the like, and a material capable of desorbing and inserting lithium is used as an active material used as a material for the negative electrode and the positive electrode.
さまざまな種類のリチウムイオン二次電池について、現在、研究開発が盛んに行われているが、その中でも、層状またはスピネル型のリチウム金属複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギ密度を有する電池として実用化が進められている。 Various types of lithium ion secondary batteries are currently being actively researched and developed. Among them, lithium ion secondary batteries using a layered or spinel type lithium metal composite oxide as a positive electrode material, Since a high voltage of 4V class can be obtained, the battery is being put to practical use as a battery having a high energy density.
このようなリチウムイオン二次電池の正極材料として、現在、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5O2)などのリチウム複合酸化物が提案されている。これらのうち、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、サイクル特性が良好で、低抵抗で、かつ、高出力が取り出せる正極材料として注目されている。また、このリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物中にさまざまな添加元素を導入することで、その高性能化を図る試みもなされている。 As a positive electrode material for such a lithium ion secondary battery, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is currently relatively easy to synthesize, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel cheaper than cobalt, Lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), lithium manganese composite oxide using manganese (LiMn 2 O 4 ), lithium nickel manganese composite oxide (LiNi 0.5 Mn Lithium composite oxides such as 0.5 O 2 ) have been proposed. Among these, lithium nickel cobalt manganese composite oxide has attracted attention as a positive electrode material that has good cycle characteristics, low resistance, and high output. In addition, attempts have been made to improve the performance by introducing various additive elements into the lithium nickel cobalt manganese composite oxide.
また、この中でリチウムニッケル系複合酸化物の結晶形態に着目した研究もなされており、たとえば、特開2000−195514号公報には、CuKα線を使用した粉末X線回折において、ミラー指数(hkl)における(104)面での回折ピークの半価幅(FWHM(104))に対する、(003)面での回折ピークの半価幅(FWHM(003))の比である、FWHM(003)/FWHM(104)を0.75〜0.9の範囲に、かつ、(003)面での回折ピークの積分強度(I(003))に対する、(104)面での回折ピークの積分強度(I(104))の比である、I(104)/I(003)を0.25〜0.9の範囲に、それぞれ制御した、層状構造で三方晶系のリチウムニッケル系複合酸化物が開示されている。この正極活物質では、結晶の成長方向を制御することにより、大電流放電特性の向上が図られている。 Among these, studies focusing on the crystal form of lithium nickel-based composite oxides have also been made. For example, JP 2000-195514 A discloses a Miller index (hkl) in powder X-ray diffraction using CuKα rays. ) Is the ratio of the half width of the diffraction peak at the (003) plane (FWHM (003) ) to the half width of the diffraction peak at the (104) plane (FWHM (104) ) in FWHM (003) / The integrated intensity (I) of the diffraction peak on the (104) plane relative to the integrated intensity (I (003) ) of the diffraction peak on the (003) plane with FWHM (104) in the range of 0.75 to 0.9. (104) ) is a layered structure trigonal lithium nickel composite oxide in which I (104) / I (003) , which is a ratio of 0.25 to 0.9, is disclosed. ing. In this positive electrode active material, high current discharge characteristics are improved by controlling the crystal growth direction.
しかしながら、これらの文献では、六方晶系の層状構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物ついて、結晶の成長方向を制御することで放電特性などを改善することは検討されていない。このため、低温環境下では結晶が収縮することに起因して、リチウムイオンの拡散が妨げられ、その出力特性が著しく低下するといった問題が依然として存在する。一方、近年の携帯電子機器や電気自動車などの世界的な普及に伴い、これらの機器に使用される二次電池には、寒冷地などの厳しい使用環境における使用を前提として、0℃〜−30℃の極低温環境下においても出力特性が十分に発揮できる性能が要求されている。 However, in these documents, it is not studied to improve the discharge characteristics and the like by controlling the crystal growth direction of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide having a hexagonal layered structure. For this reason, there is still a problem that the lithium ions are prevented from diffusing due to the shrinkage of the crystal in a low temperature environment, and the output characteristics thereof are remarkably deteriorated. On the other hand, with the recent popularization of portable electronic devices and electric vehicles in recent years, secondary batteries used in these devices are assumed to be 0 ° C. to −30 on the assumption that they are used in severe usage environments such as cold regions. There is a demand for performance that can fully exhibit output characteristics even in an extremely low temperature environment of ℃.
たとえば、特開2005−302338号公報には、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の安息角やタッピング密度を所定の範囲に制御することにより、正極合剤に占める正極活物質の量を確保しつつ、非水電解液がこの正極活物質に浸透することを可能とすることで、低温環境下における電極反応のばらつきを抑制する技術が開示されている。また、特開2005−158624号公報には、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の二次粒子の平均粒径および空孔容積比を所定の範囲に制御することで、低温環境下における二次粒子の崩壊を抑制し、電極反応のばらつきを抑制する技術が開示されている。 For example, in JP-A-2005-302338, while controlling the repose angle and the tapping density of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide within a predetermined range, while ensuring the amount of the positive electrode active material in the positive electrode mixture, A technique for suppressing variation in electrode reaction under a low temperature environment by allowing a nonaqueous electrolytic solution to permeate the positive electrode active material is disclosed. JP-A-2005-158624 discloses that the secondary particles in a low-temperature environment are controlled by controlling the average particle size and pore volume ratio of the secondary particles of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide within a predetermined range. A technique for suppressing collapse and suppressing variation in electrode reaction is disclosed.
これらのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物では、いずれも電極反応のばらつきを抑制することで、低温環境下での出力特性と寿命性能の改善が図られている。しかしながら、0℃〜−30℃という極低温環境下で実際に使用される携帯電子機器や輸送電子機器の電源としては、十分な特性を有しているとはいえない。 In any of these lithium nickel cobalt manganese composite oxides, output characteristics and life performance under a low temperature environment are improved by suppressing variations in electrode reaction. However, it cannot be said that it has sufficient characteristics as a power source for portable electronic devices and transportation electronic devices that are actually used in a cryogenic environment of 0 ° C. to −30 ° C.
これらに対して、特開2013−51772号公報には、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の粉末X線回折パターンにおいて、ミラー指数(hkl)における(104)面での回折ピークの半価幅(FWHM(104))に対する、(003)面での回折ピークの半価幅(FWHM(003))、すなわち、FWHM(003)/FWHM(104)の値を0.7以下とすることにより、充電深度(SOC)が30%以下の低い充電量で、−30℃という極低温環境下であっても高い出力特性を発揮することができる旨が記載されている。しかしながら、特開2013−51772号公報では、FWHM(003)/FWHM(104)の値を制御するのみであり、結晶性そのものについては考慮されていないため、電池特性を十分に改善することができない場合がある。 In contrast, JP 2013-51772 A discloses a half-value width (FWHM) of a diffraction peak on the (104) plane in a Miller index (hkl) in a powder X-ray diffraction pattern of a lithium nickel cobalt manganese composite oxide. (104) ), the half-width of the diffraction peak at the (003) plane (FWHM (003) ), that is, the value of FWHM (003) / FWHM (104) is set to 0.7 or less, so that the charge depth It is described that (SOC) can exhibit high output characteristics even in an extremely low temperature environment of −30 ° C. with a low charge amount of 30% or less. However, in JP 2013-51772 A, only the value of FWHM (003) / FWHM (104) is controlled, and the crystallinity itself is not taken into consideration, so that the battery characteristics cannot be sufficiently improved. There is a case.
以上より、非水電解質二次電池において、極低温環境下における出力特性のさらなる向上が求められている。 In view of the above, further improvement in output characteristics in a cryogenic environment is demanded for nonaqueous electrolyte secondary batteries.
本発明は上述の問題に鑑み、六方晶系の層状構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の極低温環境下での使用における出力特性を改善し、このような環境下であっても優れた出力特性を有する非水電解質二次電池と、非水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を目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention improves the output characteristics of lithium nickel cobalt manganese composite oxide having a hexagonal layered structure in use at a cryogenic environment, and is excellent even in such an environment. It aims at providing the nonaqueous electrolyte secondary battery which has an output characteristic, the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and its manufacturing method.
本発明の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、一般式:NixCoyMnzMt(OH)2+α(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.4、0.1≦z≦0.4、0.0003≦t≦0.05、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の元素)で表されるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子に、該ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を構成する金属元素の原子数の合計に対する、リチウムの原子数の比が0.95〜1.20となるようにリチウム化合物を混合して、リチウム混合物を得る混合工程と、酸化性雰囲気中で、少なくとも30℃〜800℃の温度域における昇温速度を2℃/分〜10℃/分とするとともに、保持温度を800℃〜1000℃として、この保持温度での保持時間を1時間〜5時間とし、かつ、昇温開始から保持終了までの時間を3時間〜8時間とする条件により、前記リチウム混合物を焼成する焼成工程とを備えることを特徴とする。 Method of manufacturing a nonaqueous electrolyte positive electrode active material for a secondary battery of the present invention have the general formula: Ni x Co y Mn z M t (OH) 2 + α (x + y + z + t = 1,0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.4, 0.1 ≦ z ≦ 0.4, 0.0003 ≦ t ≦ 0.05, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo , One or more elements selected from Hf, Ta, and W) with respect to the total number of atoms of the metal elements constituting the nickel cobalt manganese composite hydroxide particles. A mixing step of mixing a lithium compound such that the ratio of the number of lithium atoms is 0.95 to 1.20 to obtain a lithium mixture, and in an oxidizing atmosphere at a temperature range of at least 30 ° C. to 800 ° C. While the heating rate is 2 ° C./min to 10 ° C./min, the holding temperature The lithium mixture is fired under the conditions of 800 to 1000 ° C., a holding time at this holding temperature of 1 to 5 hours, and a time from the start of temperature rise to the end of holding of 3 to 8 hours. And a firing step.
前記酸化性雰囲気における酸素濃度が18容量%〜100容量%であることが好ましい。 The oxygen concentration in the oxidizing atmosphere is preferably 18% by volume to 100% by volume.
前記混合工程の前に、前記ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を105℃〜400℃で熱処理する熱処理工程を備えることが好ましく、また、前記焼成工程で得られたリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子を解砕する解砕工程を備えることが好ましい。 Before the mixing step, it is preferable to include a heat treatment step of heat-treating the nickel cobalt manganese composite hydroxide particles at 105 ° C. to 400 ° C., and the lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles obtained in the firing step It is preferable to provide a crushing step for crushing.
本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、前記製造方法により得られるものであって、一般式:Li1+sNixCoyMnzMtO2(−0.05≦s≦0.20、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.4、0.1≦z≦0.4、0.0003≦t≦0.05、Mは、Ca、Mg、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の元素)で表され、一次粒子が複数凝集した二次粒子で構成された層状構造を有する六方晶系リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子からなり、かつ、CuKα線を使用した粉末X線回折において、ミラー指数(hkl)における(104)面での回折ピークの半価幅に対する、(003)面での回折ピークの半価幅の比が0.300以上0.520以下であることを特徴とする。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is obtained by the above-described production method, and has a general formula: Li 1 + s Ni x Co y Mn z M t O 2 (−0.05 ≦ s ≦ 0.20, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.4, 0.1 ≦ z ≦ 0.4, 0.0003 ≦ t ≦ 0.05, M Represents one or more elements selected from Ca, Mg, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W), and is composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated. Of the diffraction peak on the (104) plane in the Miller index (hkl) in powder X-ray diffraction using hexagonal lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles having a layered structure and using CuKα rays Ratio of half width of diffraction peak at (003) plane to width is 0.300 or more It is 0.520 or less.
前記リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子の(003)面での回折ピークの半価幅が0.05°〜0.10°であり、かつ、(104)面での回折ピークの半価幅が0.10°〜0.30°であることが好ましい。 The half width of the diffraction peak at the (003) plane of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles is 0.05 ° to 0.10 °, and the half width of the diffraction peak at the (104) plane is It is preferable that it is 0.10 degree-0.30 degree.
前記リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子の平均粒径は3μm〜20μmであることが好ましく、また、その比表面積は0.3m2/g〜2.5m2/gであることが好ましい。 The average particle diameter of the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide particles is 3Myuemu~20myuemu, also its specific surface area is preferably 0.3m 2 /g~2.5m 2 / g.
本発明の非水電解質二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備え、前記正極の正極材料として、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質が用いられていることを特徴とする。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte, and the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is used as the positive electrode material of the positive electrode. It is characterized by.
本発明の正極活物質により、0℃〜−30℃という極低温環境下であっても、優れた出力特性を有する非水電解質二次電池を提供することが可能となる。 The positive electrode active material of the present invention makes it possible to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent output characteristics even in an extremely low temperature environment of 0 ° C. to −30 ° C.
また、本発明によれば、このような高い特性を有する非水電解質二次電池用正極活物質を、容易な方法で、大量に製造することができるので、その工業的意義はきわめて大きい。 In addition, according to the present invention, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having such high characteristics can be produced in a large amount by an easy method, and its industrial significance is extremely great.
本発明者らは、上述の課題を解決するため、極低温環境における非水電解質二次電池の正極抵抗に対する正極活物質の粉体特性の影響について鋭意研究を重ねた結果、正極活物質として、所定の組成を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(以下、「リチウム複合酸化物粒子」という)を使用した場合、X線回折の結果から得られる結晶面間の半価幅(FWHM:半値全幅)の比を制御することにより、低温環境における電池の正極抵抗を低減できるとの知見を得た。さらに、この結晶面間の半価幅の比は、正極活物質を得る焼成条件により制御可能であるとの知見を得た。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive research on the influence of the powder properties of the positive electrode active material on the positive electrode resistance of the nonaqueous electrolyte secondary battery in a cryogenic environment. When lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (hereinafter referred to as “lithium composite oxide particles”) having a predetermined composition are used, the half-value width (FWHM: full width at half maximum) between crystal planes obtained from the results of X-ray diffraction ), The positive electrode resistance of the battery in a low temperature environment can be reduced. Furthermore, it has been found that the ratio of the half width between the crystal faces can be controlled by the firing conditions for obtaining the positive electrode active material. The present invention has been completed based on these findings.
(1)非水電解質二次電池用正極活物質
本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、一般式:Li1+sNixCoyMnzMtO2(−0.05≦s≦0.20、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.4、0.1≦z≦0.4、0.0003≦t≦0.05、Mは、Ca、Mg、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の元素)で表されるリチウム複合酸化物粒子により構成される。特に、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、上記組成を有するとともに、層状構造を有する六方晶系リチウム複合酸化物粒子からなり、かつ、CuKα線を使用した粉末X線回折において、ミラー指数(hkl)における(104)面での回折ピークの半価幅に対する、(003)面での回折ピークの半価幅の比が0.300以上0.520以下であることを特徴とする。
(1) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery The positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a general formula: Li 1 + s Ni x Co y Mn z M t O 2 (−0.05 ≦ s ≦ 0.20, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.4, 0.1 ≦ z ≦ 0.4, 0.0003 ≦ t ≦ 0.05 , M is composed of lithium composite oxide particles represented by Ca, Mg, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W). . In particular, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has the above composition and is composed of hexagonal lithium composite oxide particles having a layered structure, and in powder X-ray diffraction using CuKα rays. The ratio of the half-value width of the diffraction peak on the (003) plane to the half-value width of the diffraction peak on the (104) plane in the Miller index (hkl) is 0.300 or more and 0.520 or less. To do.
(組成)
本発明の非水電解質二次電池用正極活物質であるリチウム複合酸化物粒子は、一次粒子が複数凝集した略球状の二次粒子により構成されており、その組成は、以下の一般式で表されるように調整される。
(composition)
The lithium composite oxide particles, which are positive electrode active materials for nonaqueous electrolyte secondary batteries of the present invention, are composed of substantially spherical secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, and the composition thereof is represented by the following general formula. To be adjusted.
一般式:Li1+sNixCoyMnzMtO2
(−0.05≦s≦0.20、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.4、0.1≦z≦0.4、0.0003≦t≦0.05、Mは、Ca、Mg、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の元素)
本発明の正極活物質において、リチウム(Li)の過剰量を示すsの値は、−0.05以上0.20以下、好ましくは0以上0.20以下、より好ましくは0を超えて0.15以下である。sの値が−0.05未満では、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池における正極の反応抵抗が大きくなるため、電池の出力が低くなってしまう。一方、sの値が0.20を超えると、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池の初期放電容量が低下するとともに、その正極の反応抵抗も増加してしまう。
General formula: Li 1 + s Ni x Co y Mn z M t O 2
(−0.05 ≦ s ≦ 0.20, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.4, 0.1 ≦ z ≦ 0.4, 0.0003 ≦ t ≦ 0.05, M is one or more elements selected from Ca, Mg, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W)
In the positive electrode active material of the present invention, the value of s indicating an excess amount of lithium (Li) is from −0.05 to 0.20, preferably from 0 to 0.20, more preferably from 0 to 0. 15 or less. If the value of s is less than -0.05, the reaction resistance of the positive electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material increases, and the output of the battery decreases. On the other hand, when the value of s exceeds 0.20, the initial discharge capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material is reduced and the reaction resistance of the positive electrode is also increased.
ニッケル(Ni)は、電池容量の向上に寄与する添加元素である。ニッケルの含有量を示すxの値は、0.3以上0.7以下、好ましくは0.3以上0.6以下とする。xの値が0.3未満では、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池の電池容量が低下してしまう。一方、xの値が0.7を超えると、他の添加元素の量が減って、その添加効果が十分に得られなくなるおそれがある。 Nickel (Ni) is an additive element that contributes to an improvement in battery capacity. The value x indicating the nickel content is 0.3 or more and 0.7 or less, preferably 0.3 or more and 0.6 or less. If the value of x is less than 0.3, the battery capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material will be reduced. On the other hand, if the value of x exceeds 0.7, the amount of other additive elements decreases, and the effect of addition may not be sufficiently obtained.
コバルト(Co)は、サイクル特性の向上に寄与する添加元素である。コバルトの含有量を示すyの値は0.1以上0.4以下、好ましくは0.2以上0.35以下とする。yの値が上記範囲にある場合に、得られる正極活物質を用いた非水電解質用二次電池を、良好なサイクル特性、すなわち、高耐久特性を有するものとすることができる。yの値が0.1未満では、十分なサイクル特性を得ることはできず、容量維持率が低下してしまう。一方、yの値が0.4を超えると、初期放電容量の低下が大きくなってしまう。 Cobalt (Co) is an additive element that contributes to improving the cycle characteristics. The value of y indicating the cobalt content is 0.1 or more and 0.4 or less, preferably 0.2 or more and 0.35 or less. When the value of y is in the above range, the obtained non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material can have good cycle characteristics, that is, high durability characteristics. If the value of y is less than 0.1, sufficient cycle characteristics cannot be obtained, and the capacity retention rate decreases. On the other hand, if the value of y exceeds 0.4, the initial discharge capacity is greatly reduced.
マンガン(Mn)は、熱安定性の向上に寄与する添加元素である。マンガンの含有量を示すzの値は0.1以上0.4以下、好ましくは0.2以上0.35以下とする。zの値が0.1未満では、その添加効果が十分に得られない。一方、zの値が0.4を超えると、電池容量が低下するという問題が生じる。 Manganese (Mn) is an additive element that contributes to the improvement of thermal stability. The value of z indicating the manganese content is 0.1 or more and 0.4 or less, preferably 0.2 or more and 0.35 or less. If the value of z is less than 0.1, the effect of addition cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the value of z exceeds 0.4, there arises a problem that the battery capacity decreases.
また、本発明の正極活物質は、リチウム複合酸化物粒子に添加元素(M)を含有するように調整されている。上記添加元素(M)を含有させることで、これを正極活物質として用いた電池の耐久特性や出力特性を向上させることができる。 Moreover, the positive electrode active material of the present invention is adjusted so as to contain the additive element (M) in the lithium composite oxide particles. By including the additive element (M), it is possible to improve the durability characteristics and output characteristics of a battery using the additive element as a positive electrode active material.
このような添加元素(M)としては、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)から選択される1種以上の元素を使用することができる。これらの添加元素(M)は、得られる正極活物質が使用される二次電池の用途や要求される性能に応じて適宜選択される。 Such additive elements (M) include calcium (Ca), magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr), and niobium (Nb). One or more elements selected from molybdenum (Mo), hafnium (Hf), tantalum (Ta), and tungsten (W) can be used. These additive elements (M) are appropriately selected according to the use of the secondary battery in which the obtained positive electrode active material is used and the required performance.
添加元素(M)の含有量を示すtの値は、0.0003以上、0.05以下、好ましくは0.001以上0.01以下とする。tの値が0.0003未満では、耐久特性や出力特性の向上を図ることができない。一方、tの値が0.05を超えると、Redox反応に貢献する金属元素が減少するため、電池容量が低下する。 The value of t indicating the content of the additive element (M) is 0.0003 or more and 0.05 or less, preferably 0.001 or more and 0.01 or less. If the value of t is less than 0.0003, durability characteristics and output characteristics cannot be improved. On the other hand, when the value of t exceeds 0.05, the metal element contributing to the Redox reaction decreases, and the battery capacity decreases.
なお、添加元素(M)は、後述するように晶析工程において、ニッケル、コバルトおよびマンガンとともに晶析させ、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子(以下、「複合水酸化物粒子」という)中に均一に分散させることもできるが、晶析工程後に、複合水酸化物粒子の表面に添加元素(M)を被覆させてもよい。また、混合工程において、複合水酸化物粒子とともに、リチウム化合物と混合することも可能であり、これらの方法を併用してもよい。いずれの方法による場合であっても、上記一般式の組成となるように、その含有量を調整することが必要となる。 As will be described later, the additive element (M) is crystallized together with nickel, cobalt and manganese in the crystallization step, and in the nickel cobalt manganese composite hydroxide particles (hereinafter referred to as “composite hydroxide particles”). Although it can be dispersed uniformly, the surface of the composite hydroxide particles may be coated with the additive element (M) after the crystallization step. Moreover, in a mixing process, it is also possible to mix with a lithium compound with a composite hydroxide particle, You may use these methods together. Regardless of which method is used, it is necessary to adjust the content so as to achieve the composition of the above general formula.
(結晶構造)
本発明の正極活物質を構成するリチウム複合酸化物粒子は、CuKα線を使用した粉末X線回折において、ミラー指数(hkl)における(104)面での回折ピークの半価幅(FWHM(104))に対する、(003)面での回折ピークの半価幅(FWHM(003))の比:FWHM(003)/FWHM(104)を0.300以上0.520以下、好ましくは0.515以下、より好ましくは0.510以下とすることが必要である。
(Crystal structure)
The lithium composite oxide particles constituting the positive electrode active material of the present invention have a half-value width (FWHM (104)) of the diffraction peak on the (104) plane in the Miller index (hkl) in powder X-ray diffraction using CuKα rays. ) To (003) plane half-width (FWHM (003) ): FWHM (003) / FWHM (104) is 0.300 or more and 0.520 or less, preferably 0.515 or less, More preferably, it should be 0.510 or less.
本発明のリチウム複合酸化物粒子の結晶構造は、層状構造を有する六方晶系に属する。この場合、リチウムイオンは、六方晶系のc軸に直交する方向から吸蔵または放出される。ここで、CuKα線を用いた粉体X線回折のミラー指数(hkl)における(003)面は、六方晶系のc軸方向に関するものである。また、(104)面は、六方晶系のc軸と直交する方向に関するものである。 The crystal structure of the lithium composite oxide particles of the present invention belongs to a hexagonal system having a layered structure. In this case, lithium ions are occluded or released from a direction orthogonal to the hexagonal c-axis. Here, the (003) plane in the Miller index (hkl) of powder X-ray diffraction using CuKα rays relates to the c-axis direction of the hexagonal system. The (104) plane relates to the direction orthogonal to the hexagonal c-axis.
FWHM(003)/FWHM(104)が0.520以下の状態、すなわち、c軸と直交する方向への結晶成長が小さい状態では、リチウムイオンの拡散の距離が短くなるため、得られる非水電解質二次電池における反応抵抗が低くなり、出力特性が向上すると考えられる。一方、FWHM(003)/FWHM(104)が0.520を超えると、c軸と直交する方向への結晶成長が大きくなりすぎるため、リチウムイオンの拡散の距離が長くなり、出力特性が低下すると考えられる。特に、リチウムイオンの拡散速度が低下する、0℃〜−30℃という極低温環境では、この拡散距離の影響が大きくなるため、非水電解質二次電池の出力特性の低下が顕著となる。 In a state where FWHM (003) / FWHM (104) is 0.520 or less, that is, in a state where the crystal growth in the direction orthogonal to the c-axis is small, the diffusion distance of lithium ions becomes short, and thus the obtained nonaqueous electrolyte It is considered that the reaction resistance in the secondary battery is lowered and the output characteristics are improved. On the other hand, if FWHM (003) / FWHM (104) exceeds 0.520, the crystal growth in the direction perpendicular to the c-axis becomes too large, so that the diffusion distance of lithium ions becomes long and the output characteristics deteriorate. Conceivable. In particular, in an extremely low temperature environment of 0 ° C. to −30 ° C. in which the diffusion rate of lithium ions is reduced, the influence of this diffusion distance is increased, so that the output characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery are significantly reduced.
なお、出力特性を向上させるためには、c軸と直交する方向への結晶成長が小さいほど、すなわち、FWHM(003)/FWHM(104)が小さいほど好ましいが、小さくなり過ぎると結晶性が低下して、他の電池特性が悪化することがある。このため、製造上の制約も含めて、FWHM(003)/FWHM(104)の実用上可能な下限は0.300程度、好ましくは0.350程度とする。 In order to improve the output characteristics, the smaller the crystal growth in the direction orthogonal to the c-axis, that is, the smaller the FWHM (003) / FWHM (104) , the better. Then, other battery characteristics may be deteriorated. For this reason, the practically lower limit of FWHM (003) / FWHM (104) including manufacturing restrictions is about 0.300, preferably about 0.350.
また、本発明の正極活物質を構成するリチウム複合酸化物粒子では、FWHM(003)が0.05°〜0.10°かつ、FWHM(104)が0.10°〜0.30°であることが好ましい。FWHM(003)およびFWHM(104)を上記の範囲に個別に制御することで、その結晶性を二次電池用として最適なものとすることができ、得られる二次電池において、より優れた出力特性と充放電容量およびサイクル特性が実現される。これに対して、FWHM(003)とFWHM(104)のいずれかが上記範囲よりも小さくなると、リチウム複合酸化物粒子中でのリチウムイオンの拡散距離が長くなってしまうため、得られる二次電池の出力特性が低下する場合がある。一方、FWHM(003)とFWHM(104)のいずれかが上記範囲よりも大きくなると、リチウム複合酸化物粒子の結晶性が低下するため、得られる二次電池の電池特性が悪化する場合がある。なお、電池特性をより良好なものとするためには、FWHM(003)が0.055°〜0.095°であることがより好ましい。また、FWHM(104)が0.105°〜0.290°であることがより好ましい。 Further, in the lithium composite oxide particles constituting the positive electrode active material of the present invention, FWHM (003) is 0.05 ° to 0.10 ° and FWHM (104) is 0.10 ° to 0.30 °. It is preferable. By individually controlling the FWHM (003) and the FWHM (104) within the above range, the crystallinity can be optimized for a secondary battery, and the resulting secondary battery has a superior output. Characteristics, charge / discharge capacity and cycle characteristics are realized. On the other hand, when either FWHM (003) or FWHM (104) is smaller than the above range, the diffusion distance of lithium ions in the lithium composite oxide particles becomes long. Output characteristics may be degraded. On the other hand, when either FWHM (003) or FWHM (104) is larger than the above range, the crystallinity of the lithium composite oxide particles is lowered, and thus the battery characteristics of the obtained secondary battery may be deteriorated. In order to improve battery characteristics, FWHM (003) is more preferably 0.055 ° to 0.095 °. Moreover, it is more preferable that FWHM (104) is 0.105 ° to 0.290 °.
(粒子構造)
本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子により構成されたリチウム複合酸化物粒子からなる。二次粒子を構成する一次粒子の形状としては、板状、針状、直方体状、楕円状、稜面体状などのさまざまな形態を採ることができ、その凝集状態も、ランダムな方向に凝集する場合のほか、中心から放射状に粒子の長径方向が凝集する場合も本発明に適用することは可能である。ただし、正極活物質の充填性を改善するために、ニ次粒子の形状は球状であることが好ましい。
(Particle structure)
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises lithium composite oxide particles composed of substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The shape of the primary particles constituting the secondary particles can take various forms such as a plate shape, a needle shape, a rectangular parallelepiped shape, an elliptical shape, and a ridge shape, and the aggregation state also aggregates in a random direction. In addition to the case, the present invention can also be applied to the case where the major axis direction of particles aggregates radially from the center. However, in order to improve the filling property of the positive electrode active material, the shape of the secondary particles is preferably spherical.
また、上記二次粒子は、該二次粒子を構成する一次粒子間に、電解液が浸透可能な界面または粒界を有している。このため、リチウムイオンの脱離および挿入が行われる一次粒子の表面まで電解液を浸透させることができ、FWHM(003)/FWHM(104)、FWHM(003)およびFWHM(104)を制御することとの相乗効果により、出力特性を大幅に改善することができる。なお、このようなニ次粒子は、後述するような晶析工程により容易に得ることができる。 Moreover, the said secondary particle has the interface or grain boundary which electrolyte solution osmose | permeates between the primary particles which comprise this secondary particle. Therefore, the electrolyte solution can be penetrated to the surface of the primary particles where lithium ions are desorbed and inserted, and FWHM (003) / FWHM (104) , FWHM (003) and FWHM (104) are controlled. Due to the synergistic effect, the output characteristics can be greatly improved. Such secondary particles can be easily obtained by a crystallization process as described later.
(平均粒径)
このリチウム複合酸化物粒子は、得られる非水電解質二次電池の電池容量、安全性および出力特性をより高いものとする観点から、その平均粒径を3μm〜20μmとすることが好ましく、5μm〜15μmとすることがより好ましい。ここで、平均粒径とは、レーザ回折散乱法で求めた体積基準平均粒径(MV)を意味する。
(Average particle size)
The lithium composite oxide particles preferably have an average particle size of 3 μm to 20 μm from the viewpoint of further improving the battery capacity, safety, and output characteristics of the obtained nonaqueous electrolyte secondary battery. More preferably, the thickness is 15 μm. Here, the average particle diameter means a volume-based average particle diameter (MV) obtained by a laser diffraction scattering method.
平均粒径が3μm未満では、非水電解質二次電池の正極を構成した場合に、粒子の充填密度が低下し、正極の容積あたりの電池容量が低下する場合がある。一方、平均粒径が20μmを超えると、正極活物質の比表面積が低下して、非水電解質二次電池の電解液との界面が減少するため、正極の抵抗が上昇し、出力特性が低下する場合がある。 When the average particle size is less than 3 μm, when the positive electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery is configured, the particle packing density may decrease, and the battery capacity per positive electrode volume may decrease. On the other hand, when the average particle size exceeds 20 μm, the specific surface area of the positive electrode active material is reduced, and the interface with the electrolyte of the nonaqueous electrolyte secondary battery is reduced, so that the resistance of the positive electrode is increased and the output characteristics are lowered. There is a case.
(比表面積)
前記リチウム複合酸化物粒子の比表面積は、0.3m2/g〜2.5m2/gとすることが好ましく、0.5m2/g〜2.0m2/gとすることがより好ましい。比表面積が0.3m2/g未満では、電解液との反応面積を十分に確保することができない場合がある。一方、2.5m2/gを超えると、非水電解質二次電池と電解液との過剰な反応が発生し、安全性が低下する場合がある。なお、比表面積は、窒素ガス吸着によるBET法により測定することができる。
(Specific surface area)
The specific surface area of the lithium composite oxide particles is preferably in a 0.3m 2 /g~2.5m 2 / g, and more preferably in the 0.5m 2 /g~2.0m 2 / g. If the specific surface area is less than 0.3 m 2 / g, a sufficient reaction area with the electrolytic solution may not be ensured. On the other hand, when it exceeds 2.5 m 2 / g, an excessive reaction between the nonaqueous electrolyte secondary battery and the electrolytic solution may occur, and safety may be lowered. The specific surface area can be measured by the BET method using nitrogen gas adsorption.
(2)非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法
本発明の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、複合水酸化物粒子に、所定量のリチウム化合物を加えて混合し、リチウム混合物を得る混合工程と、このリチウム混合物を、所定条件の下で焼成して、正極活物質を構成するリチウム複合酸化物粒子を得る焼成工程とを備える点に特徴を有するものである。ただし、得られる正極活物質の特性をさらに高いものとするために、追加的に、所定の晶析工程、熱処理工程および/または解砕工程を備えることが好ましい。以下、工程ごとに説明する。
(2) Method for Producing Positive Electrode Active Material for Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery The method for producing a positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is performed by adding a predetermined amount of lithium compound to composite hydroxide particles and mixing them. And a step of mixing to obtain a lithium mixture, and a step of firing the lithium mixture under predetermined conditions to obtain lithium composite oxide particles constituting a positive electrode active material. . However, in order to further improve the characteristics of the obtained positive electrode active material, it is preferable to additionally include a predetermined crystallization step, a heat treatment step and / or a crushing step. Hereinafter, it demonstrates for every process.
(2−a)晶析工程
本発明では、正極活物質の前駆体として、一般式:NixCoyMnzMt(OH)2+α(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.4、0.1≦z≦0.4、0.0003≦t≦0.05、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の元素)で表される複合水酸化物粒子を使用することができる。
The (2-a) crystallization step the invention, as a precursor of the positive electrode active material, the general formula: Ni x Co y Mn z M t (OH) 2 + α (x + y + z + t = 1,0.3 ≦ x ≦ 0. 7, 0.1 ≦ y ≦ 0.4, 0.1 ≦ z ≦ 0.4, 0.0003 ≦ t ≦ 0.05, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb , Mo, Hf, Ta, and W or more) can be used.
このような組成を有する複合水酸化物粒子は、上記一般式に表される組成比となるように、ニッケル、コバルト、マンガンおよび添加元素(M)の金属化合物を溶解した混合水溶液とアンモニウムイオン供給体を含む水溶液とを反応槽内に撹拌しながら供給するとともに、反応槽内のpHを所定の範囲に制御するために、所定量の水酸化ナトリウム水溶液を供給し、晶析させることにより得ることができる。 The composite hydroxide particles having such a composition are supplied with a mixed aqueous solution in which a metal compound of nickel, cobalt, manganese and an additive element (M) is dissolved and an ammonium ion supply so as to have a composition ratio represented by the above general formula. The aqueous solution containing the body is supplied to the reaction vessel while stirring, and in order to control the pH in the reaction vessel to a predetermined range, a predetermined amount of aqueous sodium hydroxide solution is supplied and crystallized. Can do.
このような晶析工程によれば、得られる複合水酸化物粒子の形状を球状とすることができる。本発明では、このような晶析法として、連続晶析法またはバッチ式晶析法のいずれも採用することができるが、たとえば、複合水酸化物粒子の核となる部分が析出する核生成段階と、この核を中心として、該粒子が成長する粒子成長段階とを明確に分離したバッチ式晶析法を採用することで、得られる粒子の粒径を均一なものとすることができるため好ましい。 According to such a crystallization process, the shape of the obtained composite hydroxide particles can be made spherical. In the present invention, as such a crystallization method, either a continuous crystallization method or a batch crystallization method can be adopted. For example, a nucleation stage in which a core portion of the composite hydroxide particles is precipitated. And by adopting a batch crystallization method in which the particle growth stage in which the particles grow is clearly separated with the core as the center, the particle size of the obtained particles can be made uniform, which is preferable. .
(2−b)熱処理工程
本発明の製造方法においては、後述する混合工程に前に、複合水酸化物粒子に熱処理を施し、熱処理粒子としてから、リチウム化合物と混合してもよい。ここで、熱処理粒子には、熱処理工程において余剰水分を除去された複合水酸化物のみならず、熱処理工程により、酸化物に転換されたニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(以下、「複合酸化物粒子」という)、または、これらの混合物も含まれる。
(2-b) Heat treatment step In the production method of the present invention, the composite hydroxide particles may be subjected to a heat treatment before the mixing step, which will be described later, and then mixed with the lithium compound. Here, the heat treated particles include not only the composite hydroxide from which excess water has been removed in the heat treatment step, but also nickel cobalt manganese composite oxide particles (hereinafter referred to as “composite oxide particles” converted into oxides by the heat treatment step. Or a mixture thereof.
熱処理工程では、複合水酸化物粒子を105℃〜400℃の温度に加熱して熱処理する工程であり、これにより、複合水酸化物粒子に含有される水分を除去する。このような熱処理工程を行うことにより、粒子中に、焼成工程まで残留する水分を一定量まで減少させることができるため、得られる正極活物質中の各金属成分の原子数や、リチウムの原子数の割合にばらつきが生じることを防止し、リチウム原子数比(Li/Me)を安定させることができる。 In the heat treatment step, the composite hydroxide particles are heated to a temperature of 105 ° C. to 400 ° C. for heat treatment, thereby removing moisture contained in the composite hydroxide particles. By performing such a heat treatment step, moisture remaining in the particles until the firing step can be reduced to a certain amount, so that the number of atoms of each metal component in the obtained positive electrode active material and the number of lithium atoms Variation in the ratio of lithium can be prevented, and the lithium atom number ratio (Li / Me) can be stabilized.
なお、熱処理工程では、正極活物質中の各金属成分の原子数や、リチウムの原子数の割合にばらつきが生じない程度に水分が除去できればよいので、必ずしもすべての複合水酸化物粒子を複合酸化物粒子に転換する必要はない。しかしながら、各金属成分の原子数やリチウムの原子数の割合のばらつきをより少ないものとするためには、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物の分解条件以上に加熱して、すべての複合水酸化物粒子を、複合酸化物粒子に転換することが好ましい。 Note that in the heat treatment step, it is only necessary to remove moisture to such an extent that the number of atoms of each metal component in the positive electrode active material and the ratio of the number of lithium atoms does not vary, so that all composite hydroxide particles are not necessarily oxidized. There is no need to convert to physical particles. However, in order to reduce the variation in the number of atoms of each metal component and the ratio of the number of lithium atoms, all composite hydroxide particles are heated by heating above the decomposition condition of nickel cobalt manganese composite hydroxide. Is preferably converted into composite oxide particles.
熱処理工程における加熱温度は105℃〜400℃、好ましくは150℃〜400℃とする。加熱温度が105℃未満では、複合水酸化物粒子中の余剰水分が除去できず、ばらつきを十分に抑制することができないことがある。一方、加熱温度が400℃を超えても、それ以上の効果は期待できないばかりか、生産コストが増加するため好ましくない。なお、熱処理条件による熱処理粒子中に含有される各金属成分を分析によって予め求めておき、リチウム化合物との比を決めておくことで、上記ばらつきを抑制することができる。 The heating temperature in the heat treatment step is 105 ° C to 400 ° C, preferably 150 ° C to 400 ° C. When the heating temperature is less than 105 ° C., excess moisture in the composite hydroxide particles cannot be removed, and variation may not be sufficiently suppressed. On the other hand, even if the heating temperature exceeds 400 ° C., it is not preferable because no further effect can be expected and the production cost increases. In addition, the said dispersion | variation can be suppressed by calculating | requiring beforehand each metal component contained in the heat processing particle by heat processing conditions by analysis, and determining ratio with a lithium compound.
熱処理を行う雰囲気は特に制限されるものではなく、非還元性雰囲気であればよいが、簡易的に行える空気気流中において行うことが好ましい。 The atmosphere in which the heat treatment is performed is not particularly limited and may be a non-reducing atmosphere, but is preferably performed in an air stream that can be easily performed.
また、熱処理時間は、特に制限されないが、1時間未満では複合水酸化物粒子の余剰水分の除去が十分に行われない場合があるので、少なくとも1時間以上が好ましく、5時間〜15時間がより好ましい。 In addition, the heat treatment time is not particularly limited, but if it is less than 1 hour, the excess moisture of the composite hydroxide particles may not be sufficiently removed, and therefore it is preferably at least 1 hour or more and more preferably 5 hours to 15 hours. preferable.
このような熱処理に用いられる設備は、特に限定されるものではなく、複合水酸化物粒子を非還元性雰囲気中、好ましくは空気気流中で加熱できるものであればよく、ガス発生がない電気炉などが好適に用いられる。 The equipment used for such heat treatment is not particularly limited as long as the composite hydroxide particles can be heated in a non-reducing atmosphere, preferably in an air stream, and no electric gas is generated. Etc. are preferably used.
(2−c)混合工程
混合工程では、一般式:NixCoyMnzMt(OH)2+α(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.4、0.1≦z≦0.4、0.0003≦t≦0.05、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の元素)で表される複合水酸化物粒子、または、これを熱処理することにより得られる熱処理粒子に、該複合水酸化物粒子または熱処理粒子を構成する金属元素の原子数の合計(Me)に対する、リチウムの原子数(Li)の比(Li/Me)が0.95〜1.20、好ましくは1.00〜1.20、より好ましくは1.00よりも大きく1.15以下となるように、リチウム化合物を混合することが必要となる。すなわち、焼成工程前後でLi/Meは変化しないため、この混合工程におけるLi/Meが正極活物質におけるLi/Meとなるので、リチウム混合物におけるLi/Meが、得ようとする正極活物質におけるLi/Meと同じになるように、複合水酸化物粒子または熱処理粒子にリチウム化合物を混合することが必要となる。
(2-c) Mixing step In the mixing step, the general formula: Ni x Co y Mn z M t (OH) 2 + α (x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0 .4, 0.1 ≦ z ≦ 0.4, 0.0003 ≦ t ≦ 0.05, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W The number of atoms of the metal element constituting the composite hydroxide particles or the heat-treated particles is added to the composite hydroxide particles represented by one or more selected elements) or the heat-treated particles obtained by heat-treating the composite hydroxide particles. The ratio of the number of lithium atoms (Li) to the total (Me) (Li / Me) is 0.95-1.20, preferably 1.00-1.20, more preferably greater than 1.00. It is necessary to mix a lithium compound so that it may become 15 or less. That is, since Li / Me does not change before and after the firing step, Li / Me in this mixing step becomes Li / Me in the positive electrode active material, so Li / Me in the lithium mixture becomes Li / Me in the positive electrode active material to be obtained. It is necessary to mix a lithium compound with the composite hydroxide particles or the heat-treated particles so as to be the same as / Me.
本発明において使用するリチウム化合物は、特に限定されることはないが、たとえば、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、または、これらの混合物は、入手が容易であることから好適に使用することができる。取扱いの容易性や、品質の安定性などを考慮すると、水酸化リチウムまたは炭酸リチウムを使用することが好ましく、炭酸リチウムを用いることがより好ましい。 The lithium compound used in the present invention is not particularly limited, but for example, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate, or a mixture thereof can be suitably used because it is easily available. it can. In consideration of ease of handling and quality stability, it is preferable to use lithium hydroxide or lithium carbonate, and more preferably lithium carbonate.
混合には、一般的な混合機を使用することができ、たとえば、シェーカミキサ、Vブレンダ、リボンミキサ、ジュリアミキサ、レーディゲミキサなどを用いることができ、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子または熱処理粒子などの形骸が破壊されない程度に、複合水酸化物粒子または熱処理粒子と、リチウム化合物とが十分に混合されればよい。 For mixing, a general mixer can be used. For example, a shaker mixer, a V blender, a ribbon mixer, a Julia mixer, a Ladige mixer, or the like can be used, such as nickel cobalt manganese composite hydroxide particles or heat treated particles. It is sufficient that the composite hydroxide particles or the heat-treated particles and the lithium compound are sufficiently mixed to such an extent that the structure is not destroyed.
(2−d)焼成工程
焼成工程は、混合工程で得られたリチウム混合物を、所定条件の下で焼成し、室温まで冷却して、リチウム複合酸化物粒子を得る工程である。
(2-d) Firing step The firing step is a step in which the lithium mixture obtained in the mixing step is fired under predetermined conditions and cooled to room temperature to obtain lithium composite oxide particles.
特に、本発明では、前記リチウム混合物を酸化性雰囲気中で、少なくとも30℃〜800℃の温度域における昇温速度を2℃/分〜10℃/分とするとともに、保持温度を800℃〜1000℃とし、この保持温度での保持時間を1時間〜5時間とし、かつ、昇温開始から保持終了までの時間を3時間〜8時間として焼成することに重要な意義を有する。このような条件の下で、所定の組成を有するリチウム混合物を焼成することにより、このリチウム複合酸化物粒子におけるc軸と直交する方向への結晶成長を抑制しながら結晶性を高めることができるため、CuKα線を使用した粉末X線回折において、ミラー指数(hkl)における(104)面での回折ピークの半価幅(FWHM(104))に対する、(003)面での回折ピークに対する半価幅(FWHM(003))の比:FWHM(003)/FWHM(104)を0.300以上、0.520以下とすることができる。 In particular, in the present invention, the temperature rise rate in the temperature range of at least 30 ° C. to 800 ° C. is 2 ° C./min to 10 ° C./min in the oxidizing atmosphere, and the holding temperature is 800 ° C. to 1000 ° C. It is important to perform firing at a temperature of 0 ° C., a holding time of 1 to 5 hours at this holding temperature, and a time from the start of temperature rise to the end of holding of 3 to 8 hours. By firing a lithium mixture having a predetermined composition under such conditions, the crystallinity can be enhanced while suppressing crystal growth in the direction perpendicular to the c-axis in the lithium composite oxide particles. In the powder X-ray diffraction using CuKα ray, the half width of the diffraction peak on the (003) plane with respect to the half width of the diffraction peak on the (104) plane (FWHM (104) ) in the Miller index (hkl) Ratio of (FWHM (003) ): FWHM (003) / FWHM (104) can be 0.300 or more and 0.520 or less.
(30℃〜800℃の温度域における昇温速度)
焼成工程のうち、少なくとも30℃〜800℃の温度域における昇温速度は、c軸と直交する方向への結晶成長を抑制する観点から、2℃/分〜10℃/分、好ましくは3℃/分〜10℃/分、より好ましくは3℃/分〜7℃/分とする。昇温速度が2℃/分未満では、昇温中に、複合水酸化物粒子が、複合酸化物粒子に転換されてしまうとともに、この複合酸化物粒子と、リチウム化合物中のリチウムとの反応が進行し、c軸と直交する方向への結晶成長も進行してしまうため、FWHM(003)/FWHM(104)が大きくなってしまう。また、FWHM(003)やFWHM(104)が小さくなり過ぎたり、二次粒子間および一次粒子間の焼結が進み過ぎたりするなどの問題が生じる。一方、昇温速度が10℃/分を超えると、複合水酸化物粒子または複合酸化物粒子と、リチウム化合物との反応が不均一になるため、粒子間の焼結が進むなどの現象が起こり、得られる非水電解質二次電池の正極抵抗値が高くなってしまう。なお、30℃〜800℃の温度域における昇温速度とは、この温度域における昇温速度の平均速度を意味する。しかしながら、30℃〜800℃における各時点における昇温速度も、2℃/分〜10℃/分であることが好ましい。
(Temperature increase rate in a temperature range of 30 ° C. to 800 ° C.)
Among the firing steps, the rate of temperature rise in the temperature range of at least 30 ° C. to 800 ° C. is 2 ° C./min to 10 ° C./min, preferably 3 ° C. from the viewpoint of suppressing crystal growth in the direction orthogonal to the c-axis. / Min to 10 ° C / min, more preferably 3 ° C / min to 7 ° C / min. When the rate of temperature rise is less than 2 ° C./min, the composite hydroxide particles are converted into composite oxide particles during the temperature rise, and the reaction between the composite oxide particles and lithium in the lithium compound is caused. Since the crystal growth proceeds in the direction orthogonal to the c-axis, FWHM (003) / FWHM (104) becomes large. In addition, problems such as FWHM (003) and FWHM (104) become too small, and sintering between secondary particles and between primary particles progress too much. On the other hand, if the rate of temperature rise exceeds 10 ° C./min, the reaction between the composite hydroxide particles or composite oxide particles and the lithium compound becomes non-uniform, resulting in a phenomenon such as the progress of sintering between particles. Therefore, the positive electrode resistance value of the obtained nonaqueous electrolyte secondary battery is increased. In addition, the temperature increase rate in the temperature range of 30 ° C. to 800 ° C. means an average rate of the temperature increase rate in this temperature range. However, the rate of temperature increase at each time point from 30 ° C. to 800 ° C. is preferably 2 ° C./min to 10 ° C./min.
(保持温度)
焼成工程における保持温度は800℃〜1000℃、好ましくは800℃〜950℃、より好ましくは850℃〜950℃とする。保持温度が800℃未満では、複合水酸化物粒子または複合酸化物粒子とリチウム化合物が十分に反応せず、余剰のリチウム化合物と未反応の複合水酸化物粒子または複合酸化物粒子が残存し、あるいは、複合水酸化物粒子または複合酸化物粒子中へのリチウムの拡散が不十分になるため結晶構造が均一なものとはならない。一方、保持温度が1000℃を超えると、生成したリチウム複合酸化物粒子間で激しく焼結が生じるとともに、異常粒成長を生じるため、粒子が粗大となり、球状二次粒子の形態を保持できなくなる。また、一次粒子間の焼結が進むため、該一次粒子間の界面あるいは粒界が減少する。さらに、焼成工程における保持温度が800℃未満では、リチウム複合酸化物粒子の平均粒径が小さく、比表面積が大きくなり、一方、保持温度が1000℃を超えると、平均粒径が大きく、比表面積が小さくなるため、いずれの場合においても、好適な平均粒径と比表面積を有する正極活物質を得ることが困難となる。
(Holding temperature)
The holding temperature in the firing step is 800 ° C to 1000 ° C, preferably 800 ° C to 950 ° C, more preferably 850 ° C to 950 ° C. When the holding temperature is less than 800 ° C., the composite hydroxide particles or composite oxide particles do not sufficiently react with the lithium compound, and the surplus lithium compound and unreacted composite hydroxide particles or composite oxide particles remain, Or, since the diffusion of lithium into the composite hydroxide particles or composite oxide particles becomes insufficient, the crystal structure is not uniform. On the other hand, when the holding temperature exceeds 1000 ° C., intense sintering occurs between the generated lithium composite oxide particles and abnormal grain growth occurs, so that the particles become coarse and the shape of the spherical secondary particles cannot be maintained. In addition, since sintering between primary particles proceeds, the interface or grain boundary between the primary particles decreases. Furthermore, when the holding temperature in the firing step is less than 800 ° C., the average particle size of the lithium composite oxide particles is small and the specific surface area is large. On the other hand, when the holding temperature exceeds 1000 ° C., the average particle size is large and the specific surface area is large. Therefore, in any case, it is difficult to obtain a positive electrode active material having a suitable average particle diameter and specific surface area.
なお、800℃〜1000℃の温度域における昇温速度は、特に制限されることはないが、2℃/分〜10℃/分とすることが好ましい。この温度域における昇温速度が2℃/分未満では、800℃以上に保持される時間が長くなり過ぎ、c軸と直交する方向への結晶成長が進みすぎる場合がある。一方、10℃/分を超えると、リチウム混合物の温度にばらつきが生じて結晶成長が不均一となり、電池特性が低下する場合がある。 The rate of temperature increase in the temperature range of 800 ° C. to 1000 ° C. is not particularly limited, but is preferably 2 ° C./min to 10 ° C./min. When the rate of temperature increase in this temperature range is less than 2 ° C./min, the time that the temperature is maintained at 800 ° C. or more becomes too long, and crystal growth in the direction perpendicular to the c-axis may advance excessively. On the other hand, if it exceeds 10 ° C./min, the temperature of the lithium mixture varies, crystal growth becomes non-uniform, and battery characteristics may deteriorate.
(焼成時間)
前記保持温度での保持時間は1時間〜5時間、好ましくは1.5時間〜5時間、より好ましくは2時間〜5時間とする。保持時間が、このような範囲にあれば、得られる正極活物質の結晶構造が均一なものとなり、かつ、FWHM(003)/FWHM(104)を0.520以下とすることができる。前記保持温度における保持時間が1時間未満では、複合水酸化物粒子または複合酸化物粒子とリチウム化合物との反応が十分に進行せず、結晶構造が均一なものとならない。一方、保持時間が5時間を超えると、c軸と直交する方向への結晶成長が進行してしまう。また、結晶性が高くなり、FWHM(003)やFWHM(104)が小さくなりすぎることがある。
(Baking time)
The holding time at the holding temperature is 1 hour to 5 hours, preferably 1.5 hours to 5 hours, more preferably 2 hours to 5 hours. When the holding time is in such a range, the crystal structure of the obtained positive electrode active material becomes uniform, and FWHM (003) / FWHM (104) can be 0.520 or less. When the holding time at the holding temperature is less than 1 hour, the reaction between the composite hydroxide particles or the composite oxide particles and the lithium compound does not proceed sufficiently, and the crystal structure is not uniform. On the other hand, if the holding time exceeds 5 hours, crystal growth proceeds in a direction perpendicular to the c-axis. In addition, the crystallinity increases, and FWHM (003) and FWHM (104) may become too small.
また、昇温開始から保持終了までの時間は3時間〜8時間、好ましくは3時間〜7時間、より好ましくは4時間〜7時間とする。全体の焼成時間が3時間未満では、複合水酸化物粒子または複合酸化物粒子とリチウム化合物が十分に反応せず、余剰のリチウム化合物と未反応の複合水酸化物粒子または複合酸化物粒子が残存し、あるいは、複合水酸化物粒子または複合酸化物粒子中へのリチウムの拡散が不十分になるため結晶構造が均一なものとはならない。一方、全体の焼成時間が8時間を超えると、c軸と直交する方向への結晶成長が進行してしまう。 The time from the start of temperature rise to the end of holding is 3 hours to 8 hours, preferably 3 hours to 7 hours, more preferably 4 hours to 7 hours. If the total firing time is less than 3 hours, the composite hydroxide particles or composite oxide particles do not sufficiently react with the lithium compound, and the surplus lithium compound and unreacted composite hydroxide particles or composite oxide particles remain. Alternatively, since the diffusion of lithium into the composite hydroxide particles or composite oxide particles becomes insufficient, the crystal structure does not become uniform. On the other hand, if the entire firing time exceeds 8 hours, crystal growth in a direction perpendicular to the c-axis proceeds.
(その他)
焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とするが、酸素濃度が18容量%〜100容量%の雰囲気、すなわち、大気〜酸素気流中で行うことが好ましい。コスト面を考慮すると、空気気流中で行うことが、特に好ましい。酸素濃度が18容量%未満では、酸化反応が十分に進行せず、得られるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の結晶性が十分なものとならない場合がある。
(Other)
The atmosphere during firing is an oxidizing atmosphere, but is preferably performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume, that is, in the air to an oxygen stream. Considering the cost, it is particularly preferable to perform in an air stream. When the oxygen concentration is less than 18% by volume, the oxidation reaction does not proceed sufficiently, and the resulting lithium nickel cobalt manganese composite oxide may not have sufficient crystallinity.
本発明において、焼成工程に使用することができる焼成炉は、特に限定されるものではなく、大気ないしは酸素気流中で加熱できるものであればよいが、ガス発生がない電気炉が好ましく、バッチ式の電気炉、連続式の電気炉のいずれも好適に使用することができる。 In the present invention, the firing furnace that can be used in the firing step is not particularly limited as long as it can be heated in the atmosphere or an oxygen stream, but an electric furnace that does not generate gas is preferable, and a batch type Any of these electric furnaces and continuous electric furnaces can be suitably used.
(2−e)解砕工程
本発明の製造方法においては、焼成工程後に、該焼成工程により得られたリチウム複合酸化物粒子を解砕する解砕工程を、さらに備えることが好ましい。焼成工程により得られるリチウム複合酸化物粒子は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合、このリチウム複合酸化物粒子の凝集体または焼結体を解砕することにより、得られる正極活物質の平均粒径(MV)を3μm〜20μmという好ましい範囲に調整することが容易となる。なお、解砕とは、焼成時に二次粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく二次粒子を分離させて、凝集体をほぐす操作のことである。
(2-e) Crushing process In the manufacturing method of this invention, it is preferable to further provide the crushing process which crushes the lithium composite oxide particle obtained by this baking process after a baking process. The lithium composite oxide particles obtained by the firing process may be aggregated or slightly sintered. In such a case, it is easy to adjust the average particle diameter (MV) of the obtained positive electrode active material to a preferable range of 3 μm to 20 μm by crushing the aggregate or sintered body of the lithium composite oxide particles. It becomes. Note that pulverization means that mechanical energy is applied to an aggregate composed of a plurality of secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing, and the secondary particles themselves are hardly destroyed. This is an operation of separating the secondary particles and loosening the aggregates.
解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、たとえば、ピンミルやハンマーミルなどを使用することができる。なお、この際、二次粒子を破壊しないように解砕力を適切な範囲に調整することが好ましい。 As a crushing method, a known means can be used, for example, a pin mill or a hammer mill can be used. At this time, it is preferable to adjust the crushing force to an appropriate range so as not to destroy the secondary particles.
(3)非水電解質二次電池
本発明の非水電解質二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を備え、一般の非水電解質二次電池と同様の構成要素により構成される。なお、以下に説明する実施形態は例示に過ぎず、本発明の非水電解質二次電池は、本明細書に記載されている実施形態を基ついて、種々の変更、改良を施した形態に適用することも可能である。
(3) Non-aqueous electrolyte secondary battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and includes the same components as those of a general non-aqueous electrolyte secondary battery. . The embodiments described below are merely examples, and the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is applied to various modified and improved embodiments based on the embodiments described in this specification. It is also possible to do.
(正極)
本発明により得られた非水電解質二次電池用正極活物質を用いて、たとえば、以下のようにして非水電解質二次電池の正極を作製する。
(Positive electrode)
Using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by the present invention, for example, a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery is produced as follows.
まず、本発明により得られた粉末状の正極活物質に、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や、粘度調整などの溶剤を添加し、これらを混練して正極合材ペーストを作製する。その際、正極合材ペースト中のそれぞれの混合比も、非水電解質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を100質量部とした場合、一般の非水電解質二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を60質量部〜95質量部とし、導電材の含有量を1質量部〜20質量部とし、結着剤の含有量を1質量部〜20質量部とすることが望ましい。 First, a conductive material and a binder are mixed with the powdered positive electrode active material obtained according to the present invention, and activated carbon and a solvent such as viscosity adjustment are added as necessary, and these are kneaded and mixed. A material paste is prepared. At that time, the mixing ratio in the positive electrode mixture paste is also an important factor for determining the performance of the nonaqueous electrolyte secondary battery. When the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material is 60 parts by mass to 95 parts by mass as in the case of the positive electrode of a general nonaqueous electrolyte secondary battery. The content is preferably 1 part by mass to 20 parts by mass, and the content of the binder is preferably 1 part by mass to 20 parts by mass.
得られた正極合材ペーストを、たとえば、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、電極密度を高めるべく、ロールプレスなどにより加圧することもある。このようにして、シート状の正極を作製することができる。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などをして、電池の作製に供することができる。ただし、正極の作製方法は、前記例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。 The obtained positive electrode mixture paste is applied to, for example, the surface of a current collector made of aluminum foil and dried to disperse the solvent. If necessary, pressurization may be performed by a roll press or the like to increase the electrode density. In this way, a sheet-like positive electrode can be produced. The sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size according to the target battery and used for battery production. However, the method for manufacturing the positive electrode is not limited to the above-described examples, and other methods may be used.
導電材としては、たとえば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛および膨張黒鉛など)や、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料を用いることができる。 As the conductive material, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite and the like), and carbon black materials such as acetylene black and ketjen black 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、たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂およびポリアクリル酸を用いることができる。 The binder plays a role of anchoring the active material particles. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorine rubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulosic resin, and polyacrylic are used. An acid can be used.
また、必要に応じて、正極活物質、導電材および活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加することができる。溶剤としては、具体的には、N−メチル−2−ピロリドンなど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もできる。 If necessary, a positive electrode active material, a conductive material, and activated carbon can be dispersed, and a solvent that dissolves the binder can be added to the positive electrode mixture. Specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent. In addition, activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.
(負極)
負極には、金属リチウムやリチウム合金など、あるいは、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、銅などの金属箔集電体の表面に塗布し、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。
(Negative electrode)
For the negative electrode, metallic lithium or lithium alloy, or a negative electrode active material that can occlude and desorb lithium ions is mixed with a binder, and an appropriate solvent is added into a paste to form a negative electrode mixture such as copper. It is applied to the surface of the metal foil current collector, dried, and compressed to increase the electrode density as necessary.
負極活物質としては、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛およびフェノール樹脂などの有機化合物焼成体、およびコークスなど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、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、これらの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−ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, organic compound fired bodies such as natural graphite, artificial graphite and phenol resin, and powdery bodies of carbon materials such as coke can be used. In this case, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the negative electrode binder, as in the case of the positive electrode, and an organic material such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent for dispersing these active materials and the binder. A solvent can be used.
(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、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。
(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 an electrolyte, and a thin film such as polyethylene or polypropylene and a film having many minute holes can be used.
(非水電解液)
非水電解液は、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。
(Nonaqueous electrolyte)
The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent.
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およびトリフルオロプロピレンカーボネートなど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およびジプロピルカーボネートなど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およびジメトキシエタンなどのエーテル化合物、エチルメチルスルホンやブタンスルトンなどの硫黄化合物、リン酸トリエチルやリン酸トリオクチルなどのリン化合物などから選ばれる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。 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, ethylmethyl carbonate and dipropyl carbonate, tetrahydrofuran, 2- One kind selected from ether compounds such as methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butanesultone, and phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate are used alone or in admixture of two or more. be able to.
支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2、およびそれらの複合塩などを用いることができる。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and complex salts thereof can be used.
さらに、非水電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤および難燃剤などを含んでいてもよい。 Furthermore, the nonaqueous electrolytic solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.
(電池の形状、構成)
以上のように説明してきた正極、負極、セパレータおよび非水電解液で構成される本発明の非水電解質二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。
(Battery shape and configuration)
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention composed of the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte described above can have various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape.
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、得られた電極体に、非水電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉して、非水電解質二次電池を完成させる。 In any case, the positive electrode and the negative electrode are laminated through a separator to form an electrode body, and the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte and communicated with the positive electrode current collector and the outside. The positive electrode terminal 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, and sealed in a battery case to complete a nonaqueous electrolyte secondary battery. .
(特性)
本発明の正極活物質を用いた非水電解質二次電池は、その出力特性、特に、0℃〜―30℃という極低温環境下における出力特性を改善することが可能である。具体的には、本発明の正極活物質を用いて、図1に示すような円筒形のリチウムイオン二次電池を構成した場合には、−30℃における出力値を120W以上、好ましくは125W以上とすることができる。また、本発明の正極を用いた非水電解質二次電池は、150mAh/g以上の高い初期放電容量を有し、長期サイクルでも高い容量維持率を有しており、高容量、かつ、高寿命である。また、従来のリチウムコバルト系酸化物またはリチウムニッケル系酸化物の正極活物質との比較においても、熱安定性が高く、安全性においても優れたものである。
(Characteristic)
The non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material of the present invention can improve its output characteristics, in particular, output characteristics in an extremely low temperature environment of 0 ° C. to −30 ° C. Specifically, when a positive electrode active material of the present invention is used to form a cylindrical lithium ion secondary battery as shown in FIG. 1, the output value at −30 ° C. is 120 W or more, preferably 125 W or more. It can be. The nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode of the present invention has a high initial discharge capacity of 150 mAh / g or more, a high capacity retention rate even in a long-term cycle, a high capacity, and a long life. It is. Further, in comparison with a positive electrode active material of a conventional lithium cobalt oxide or lithium nickel oxide, the thermal stability is high and the safety is also excellent.
以下、本発明について実施例および比較例を参照して詳述する。なお、すべての実施例および比較例を通じて、複合水酸化物、正極活物質および二次電池の作製には、和光純薬工業株式会社製試薬特級の各試料を使用した。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. Note that, through all the examples and comparative examples, each sample of Wako Pure Chemical Industries, Ltd. reagent grade was used for the production of the composite hydroxide, the positive electrode active material, and the secondary battery.
(実施例1)
[晶析工程]
複合水酸化物粒子を公知の晶析技術を用いて作製した。具体的には、反応槽を撹拌しながら、ニッケル、コバルトおよびマンガンの各硫酸塩と、ジルコニウム化合物およびタングステン化合物の混合水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を反応槽内に供給し、かつ、反応槽内の反応液を所定のpHに保持するために添加量を調整して水酸化ナトリウム水溶液を供給することにより、反応槽中に、球状の複合水酸化物粒子を晶析させた。得られた複合水酸化物粒子を回収して、水洗後に乾燥させた。
Example 1
[Crystalling process]
Composite hydroxide particles were prepared using known crystallization techniques. Specifically, while stirring the reaction vessel, each sulfate of nickel, cobalt and manganese, a mixed aqueous solution of a zirconium compound and a tungsten compound, and an aqueous solution containing an ammonium ion supplier are supplied into the reaction vessel, and Spherical composite hydroxide particles were crystallized in the reaction tank by adjusting the amount added to maintain the reaction solution in the reaction tank at a predetermined pH and supplying an aqueous sodium hydroxide solution. The obtained composite hydroxide particles were recovered, dried after washing with water.
この複合水酸化物粒子について、ICP発光分析分光法により組成分析を行ったところ、その組成は、一般式:(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005(OH)2+α(0≦α≦0.5)で表されるものであった。 When this composite hydroxide particle was subjected to composition analysis by ICP emission spectrometry spectroscopy, the composition was as follows: General formula: (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 (OH) 2 + α (0 ≦ α ≦ 0.5).
[熱処理工程]
前記複合水酸化物粒子に対して、大気雰囲気中で、処理温度を150℃とし、12時間加熱する熱処理を行うことにより、熱処理粒子を得た。
[Heat treatment process]
The composite hydroxide particles were heat-treated in an air atmosphere at a treatment temperature of 150 ° C. and heated for 12 hours to obtain heat-treated particles.
[混合工程]
前記熱処理粒子に対して、Li/Me=1.14となるように炭酸リチウムを加えて、シェーカミキサ装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製、TURBULA TypeT2C)を用いて、回転数を90rpmとして10分間混合することにより、リチウム混合物を得た。
[Mixing process]
Lithium carbonate is added to the heat treated particles so that Li / Me = 1.14, and a rotation speed is set to 90 rpm using a shaker mixer apparatus (manufactured by Willy & Bacofen (WAB), TURBULA Type T2C). By mixing for 10 minutes, a lithium mixture was obtained.
[焼成工程]
前記リチウム混合物を、空気(酸素:21容量%)気流中にて、保持温度を950℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を5℃/分、保持時間を3.63時間として焼成した後、室温まで冷却することにより、リチウム複合酸化物粒子からなる正極活物質を得た。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は6.70時間であった。
[Baking process]
The lithium mixture was kept in a stream of air (oxygen: 21% by volume) at a holding temperature of 950 ° C., a heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature of 5 ° C./min, and a holding time of 3.63 hours. After being fired, a positive electrode active material composed of lithium composite oxide particles was obtained by cooling to room temperature. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 6.70 hours.
この正極活物質について、ガス吸着法比表面積測定装置(ユアサアイオニクス株式会社製、マルチソーブ)を用いて比表面積を求めたところ、1.1m2/gであった。また、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)を用いて平均粒径(MV)を求めたところ、5.5μmであった。さらに、ICP発光分析分光法により組成分析を行ったところ、その組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。 About this positive electrode active material, when the specific surface area was calculated | required using the gas adsorption method specific surface area measuring apparatus (The Yuasa Ionics Co., Ltd. make, multisorb), it was 1.1 m < 2 > / g. Moreover, it was 5.5 micrometers when the average particle diameter (MV) was calculated | required using the laser diffraction scattering type particle size distribution measuring apparatus (the Nikkiso Co., Ltd. make, Microtrac HRA). Furthermore, when the composition analysis was performed by ICP emission spectrometry spectroscopy, the composition was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 .
また、X線回折装置(パナリティカル社製、X‘Pert PRO)を用いて、Cu−Kα線による粉末X線回折で分析を行い、この正極活物質の結晶構造が、六方晶の層状結晶リチウムニッケルマンガン複合酸化物単相からなるものであることを確認した。さらに、X線回折パターンの回折ピークの広がりを除き、結晶からの回折による各回折ピークよりFWHM(003)およびFWHM(104)を求めた結果、FWHM(003)は0.060、FWHM(104)は0.122であった。これらの値より、FWHM(003)/FWHM(104)は0.490であった。 In addition, an X-ray diffractometer (X'Pert PRO, manufactured by Panalical Co., Ltd.) was used for analysis by powder X-ray diffraction using Cu-Kα rays. It was confirmed to be composed of a single phase of nickel manganese composite oxide. Further, as a result of obtaining FWHM (003) and FWHM (104) from each diffraction peak by diffraction from the crystal, excluding the broadening of the diffraction peak of the X-ray diffraction pattern, FWHM (003) is 0.060, FWHM (104) Was 0.122. From these values, FWHM (003) / FWHM (104) was 0.490.
[解砕工程]
焼成工程により得られた正極活物質を解砕処理し、比表面積1.4m2/g、平均粒径(MV)5.2μmの正極活物質を得た。
[Crushing process]
The positive electrode active material obtained by the firing step was pulverized to obtain a positive electrode active material having a specific surface area of 1.4 m 2 / g and an average particle size (MV) of 5.2 μm.
[非水電解質二次電池の製造]
次に、以下の手順にて非水電解質二次電池(リチウムイオン二次電池)を作製した。
[Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary batteries]
Next, a non-aqueous electrolyte secondary battery (lithium ion secondary battery) was produced by the following procedure.
(a)正極
得られた正極活物質に、導電材としてのアセチレンブラックと、結着材としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)と、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とを、これらの材料の質量比が88:10:1:1となるように秤量し、上記材料の固形分率が54質量%になるように水系溶媒(イオン交換水)に添加した。次いで、プラネタリミキサで50分間混合し、正極活物質層形成用の水系ペーストを得た。
(A) Positive electrode To the obtained positive electrode active material, acetylene black as a conductive material, carboxymethyl cellulose (CMC) as a binder, and polytetrafluoroethylene (PTFE), the mass ratio of these materials is 88. : Weighed so as to be 10: 1: 1, and added to an aqueous solvent (ion-exchanged water) so that the solid content ratio of the material was 54% by mass. Subsequently, it mixed for 50 minutes with the planetary mixer, and the water-system paste for positive electrode active material layer formation was obtained.
次に、得られた水系ペーストを、正極集電体となる厚み15μmのアルミニウム箔の両面に、合計塗布量(固形分換算)が9.5g/cm2となるように塗布した。その後、ペースト中の水分を乾燥させた後、ローラプレス機にてシート状に引き伸ばして、層厚(正極集電体の厚みを含む全層厚)を60μmの厚さに調製し、正極活物質層を形成することにより、リチウムイオン二次電池用の正極(正極シート)を作製した。 Next, the obtained aqueous paste was applied to both surfaces of a 15 μm-thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector so that the total coating amount (solid content conversion) was 9.5 g / cm 2 . Thereafter, the moisture in the paste is dried, and then stretched into a sheet shape with a roller press, and the layer thickness (total layer thickness including the thickness of the positive electrode current collector) is adjusted to a thickness of 60 μm. By forming a layer, a positive electrode (positive electrode sheet) for a lithium ion secondary battery was produced.
(b)負極
負極活物質としてのグラファイトと、結着材としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、カルボキシメチルセルロース(CMC)とを、これら材料の質量比が98:1:1となるように秤量し、上記材料の固形分率が54質量%になるようにイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用のペーストを調製した。なお、上記グラファイトとしては、アモルファスカーボンでコーティング処理したものを使用した。
(B) Negative electrode Graphite as a negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) are weighed so that the mass ratio of these materials is 98: 1: 1. A paste for forming a negative electrode active material layer was prepared by mixing with ion-exchanged water so that the solid content of the material was 54% by mass. In addition, as said graphite, what was coated with amorphous carbon was used.
次に、負極集電体となる厚み10μmの銅箔の両面に、前記ペーストの合計塗布量(固形分換算)が9.0g/cm2となるように塗布した。その後、ペースト中の水分を乾燥させた後、ロールプレス機にてシート状に引き伸ばして層厚(負極集電体の厚みを含む全層厚)を60μmの厚さに調製し、負極活物質層を形成することにより、リチウムイオン二次電池用の負極(負極シート)を作製した。 Next, it apply | coated so that the total application quantity (solid content conversion) of the said paste might be set to 9.0 g / cm < 2 > on both surfaces of 10-micrometer-thick copper foil used as a negative electrode collector. Then, after drying the water | moisture content in a paste, it stretches in a sheet form with a roll press machine, and adjusts layer thickness (all layer thickness including the thickness of a negative electrode collector) to the thickness of 60 micrometers, and negative electrode active material layer Thus, a negative electrode (negative electrode sheet) for a lithium ion secondary battery was produced.
(c)リチウムイオン二次電池
前記正極シート(1)および負極シート(2)を、2枚の多孔性セパレータ(3)とともに積重ね合わせて捲回し、積層方向から押しつぶすことによって電極体(4)を扁平形状に成形した。次に、該電極体を電池ケース(5)に収容し、体積比1:1のエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との混合溶媒に、1mol/Lの濃度で支持塩LiPF6を溶解した電解質を注入した。その後、正極集電体および負極集電体と外部に通ずる各端子との間を、集電用リードなどを用いてそれぞれ接続し、電池ケース(5)を密閉してリチウムイオン二次電池(6)を作製した(図1参照)。さらに、コンディショニング処理として2Aの定電流で4.1Vまで充電することにより、試験用リチウムイオン二次電池を構築した。
(C) Lithium ion secondary battery The positive electrode sheet (1) and the negative electrode sheet (2) are stacked together with two porous separators (3), wound, and crushed from the stacking direction to squeeze the electrode body (4). Molded into a flat shape. Next, the electrode body is accommodated in a battery case (5), and a supporting salt LiPF 6 is added to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) having a volume ratio of 1: 1 at a concentration of 1 mol / L. The dissolved electrolyte was injected. Thereafter, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are connected to terminals connected to the outside using current collecting leads or the like, the battery case (5) is sealed, and the lithium ion secondary battery (6 ) Was produced (see FIG. 1). Furthermore, a lithium ion secondary battery for testing was constructed by charging up to 4.1 V with a constant current of 2 A as a conditioning treatment.
[電池評価]
上記リチウムイオン二次電池の低温条件下における出力特性を以下の方法により評価した。25℃の温度条件下、3.0Vまでの定電流放電後、定電流定電圧で充電を行って、SOC(State of Charge)40%に調整した。その後、−30℃にて適宜電流を変化させ、放電開始から2秒後の電圧を測定し、サンプル電池のI−V特性グラフを作成した。放電カット電圧は2.0Vとした。このI−V特性グラフから出力値(W)を求めた。
[Battery evaluation]
The output characteristics of the lithium ion secondary battery under low temperature conditions were evaluated by the following methods. The battery was charged at a constant current and a constant voltage after being discharged at a constant current of up to 3.0 V under a temperature condition of 25 ° C., and adjusted to 40% SOC (State of Charge). Thereafter, the current was appropriately changed at −30 ° C., the
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(実施例2)
混合工程において、Li/M=1.16となるように炭酸リチウムと混合したこと、焼成工程において、保持温度を898℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を4℃/分、保持時間を3.01時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は6.63時間であった。
(Example 2)
In the mixing step, it was mixed with lithium carbonate so that Li / M = 1.16. In the firing step, the holding temperature was 898 ° C., and the rate of temperature increase from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 4 ° C./min. The positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the firing time was 3.01 hours. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 6.63 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.16(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.16 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(実施例3)
焼成工程において、保持温度を898℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を6℃/分、保持時間を4.41時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は6.81時間であった。
(Example 3)
In the firing step, the same procedure as in Example 1 was performed except that the firing temperature was 898 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 6 ° C./min, and the holding time was 4.41 hours. The positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 6.81 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(実施例4)
混合工程において、Li/M=1.16となるように炭酸リチウムと混合したこと、焼成工程において、保持温度を932℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を4℃/分、保持時間を3.13時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は6.89時間であった。
Example 4
In the mixing step, it was mixed with lithium carbonate so that Li / M = 1.16. In the firing step, the holding temperature was 932 ° C., and the rate of temperature increase from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 4 ° C./min. The positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the firing time was 3.13 hours. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 6.89 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.16(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.16 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(実施例5)
混合工程において、Li/M=1.13となるように炭酸リチウムと混合したこと、焼成工程において、保持温度を932℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を5℃/分、保持時間を4.11時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は7.12時間であった。
(Example 5)
In the mixing step, it was mixed with lithium carbonate so that Li / M = 1.13. In the firing step, the holding temperature was 932 ° C., and the rate of temperature increase from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 5 ° C./min. The positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the firing time was 4.11 hours. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 7.12 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.13(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.13 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(実施例6)
焼成工程において、保持温度を800℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を5℃/分、保持時間を4.67時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は7.24時間であった。
(Example 6)
In the firing step, the same procedure as in Example 1 was conducted except that the firing temperature was 800 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 5 ° C./min, and the holding time was 4.67 hours. The positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 7.24 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(実施例7)
焼成工程において、保持温度を830℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を2℃/分、保持時間を1.29時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は7.96時間であった。
(Example 7)
In the firing step, the same procedure as in Example 1 was conducted except that the firing temperature was 830 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 2 ° C./min, and the holding time was 1.29 hours. The positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 7.96 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(実施例8)
焼成工程において、保持温度を980℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を10℃/分、保持時間を2.27時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は3.85時間であった。
(Example 8)
In the firing step, the same as in Example 1 except that the firing temperature was 980 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 10 ° C./min, and the holding time was 2.27 hours. The positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 3.85 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(実施例9)
焼成工程において、保持温度を898℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を8℃/分、保持時間を1.19時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は3.00時間であった。
Example 9
In the firing step, the same procedure as in Example 1 was conducted except that the firing temperature was 898 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 8 ° C./min, and the holding time was 1.19 hours. The positive electrode active material was obtained and evaluated. Note that the time from the start of temperature rise to the end of holding at this time was 3.00 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(比較例1)
混合工程において、Li/M=1.12となるように炭酸リチウムと混合したこと、焼成工程において、保持温度を932℃、室温(30℃)から760℃までの昇温速度を2.5℃/分、760℃〜932℃までの昇温速度を3℃/分とし、保持時間を11.73時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの30℃〜932℃までの平均昇温速度は2.58℃/分であり、昇温開始から保持終了までの時間は17.55時間であった。
(Comparative Example 1)
In the mixing step, it was mixed with lithium carbonate so that Li / M = 1.12. In the firing step, the holding temperature was 932 ° C., and the temperature increase rate from room temperature (30 ° C.) to 760 ° C. was 2.5 ° C. / Min, except that the heating rate from 760 ° C. to 932 ° C. was 3 ° C./min and the holding time was 11.73 hours, in the same manner as in Example 1 to obtain a positive electrode active material, Evaluation was performed. At this time, the average rate of temperature increase from 30 ° C. to 932 ° C. was 2.58 ° C./min, and the time from the start of temperature increase to the end of holding was 17.55 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.12(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.12 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(比較例2)
焼成工程において、保持温度を850℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を8℃/分、保持時間を1.10時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は2.81時間であった。
(Comparative Example 2)
In the firing step, the same as in Example 1 except that the firing temperature was 850 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 8 ° C./min, and the holding time was 1.10 hours. The positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 2.81 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(比較例3)
焼成工程において、保持温度を850℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を3℃/分、保持時間を5.28時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は9.84時間であった。
(Comparative Example 3)
In the firing step, the same as in Example 1 except that the firing temperature was 850 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 3 ° C./min, and the holding time was 5.28 hours. The positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 9.84 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(比較例4)
焼成工程において、保持温度を950℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を12℃/分、保持時間お3.31時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は4.59時間であった。
(Comparative Example 4)
In the firing step, the same as in Example 1 except that the firing temperature was 950 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 12 ° C./min, and the holding time was 3.31 hours. The positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start to the end of holding at this time was 4.59 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(比較例5)
焼成工程において、保持温度を1050℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を4℃/分、保持時間を0.83時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は5.08時間であった。
(Comparative Example 5)
In the firing step, the same as in Example 1 except that the firing temperature was 1050 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 4 ° C./min, and the holding time was 0.83 hours. The positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 5.08 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(比較例6)
焼成工程において、保持温度を780℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を2℃/分、保持時間を2.50時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は8.75時間であった。
(Comparative Example 6)
In the firing step, the same procedure as in Example 1 was conducted except that the firing temperature was 780 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 2 ° C./min, and the holding time was 2.50 hours. The positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start at this time to the end of holding was 8.75 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(比較例7)
焼成工程において、保持温度を832℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を1.5℃/分、保持時間を1.76時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は10.67時間であった。
(Comparative Example 7)
In the baking step, the same as in Example 1 except that the holding temperature was 832 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 1.5 ° C./min, and the holding time was 1.76 hours. Thus, a positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start to the end of holding at this time was 10.67 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(比較例8)
焼成工程において、保持温度を980℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を1.5℃/分、保持時間を2.50時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は13.06時間であった。
(Comparative Example 8)
In the baking step, the same as in Example 1 except that the holding temperature was 980 ° C., the temperature rising rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 1.5 ° C./min, and the holding time was 2.50 hours. Thus, a positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start to the end of holding at this time was 13.06 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
(比較例9)
焼成工程において、保持温度を830℃、室温(30℃)から保持温度までの昇温速度を11℃/分、保持時間を1.50時間として焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。なお、このときの昇温開始から保持終了までの時間は2.71時間であった。
(Comparative Example 9)
In the firing step, the same procedure as in Example 1 was conducted except that the firing temperature was 830 ° C., the heating rate from room temperature (30 ° C.) to the holding temperature was 11 ° C./min, and the holding time was 1.50 hours. The positive electrode active material was obtained and evaluated. In addition, the time from the temperature rising start to the end of holding at this time was 2.71 hours.
得られた正極活物質の組成は、一般式:Li1.14(Ni0.33Co0.33Mn0.33)0.993Zr0.002W0.005O2で表されるものであった。その後、実施例1と同様にして、この正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製するとともに、その評価を行った。 The composition of the obtained positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 (Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 ) 0.993 Zr 0.002 W 0.005 O 2 . Thereafter, in the same manner as in Example 1, a lithium ion secondary battery was produced using this positive electrode active material and evaluated.
正極活物質の製造条件を表1に、得られた正極活物質および非水電解質二次電池の特性を表2にそれぞれ示す。 The production conditions of the positive electrode active material are shown in Table 1, and the characteristics of the obtained positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 2, respectively.
表1に示した結果より、実施例1〜9は、昇温速度、保持温度、保持時間および昇温開始から保持終了までの時間のいずれもが、本発明の範囲内のものであったため、FWHM(003)、FWHM(104)およびFWHM(003)/FWHM(104)のいずれもが所望の範囲にあり、高い出力特性を示した。 From the results shown in Table 1, in Examples 1 to 9, since the heating rate, the holding temperature, the holding time, and the time from the start of heating to the end of holding were all within the scope of the present invention, All of FWHM (003) , FWHM (104), and FWHM (003) / FWHM (104) were in a desired range, and exhibited high output characteristics.
これに対して、比較例1は、保持時間および昇温開始から保持終了までの時間が本発明の範囲を超える例であり、c軸と直交する方向への結晶成長が進行し、FWHM(104)が0.30を超え、かつ、FWHM(003)/FWHM(104)が0.520を超えたため、出力特性を向上させることができなかった。 On the other hand, Comparative Example 1 is an example in which the holding time and the time from the start of temperature rise to the end of holding exceed the range of the present invention, and crystal growth proceeds in a direction perpendicular to the c-axis, and FWHM (104 ) Exceeds 0.30 and FWHM (003) / FWHM (104) exceeds 0.520, the output characteristics cannot be improved.
比較例2は、昇温開始から保持終了までの時間が本発明の範囲未満の例であり、熱処理粒子とリチウム化合物が十分に反応できず、正極活物質の結晶性が十分なものとはならなかったため、出力特性を向上させることができなかった。 Comparative Example 2 is an example in which the time from the start of temperature rise to the end of holding is less than the range of the present invention, and the heat-treated particles and the lithium compound cannot react sufficiently, and the positive electrode active material has sufficient crystallinity. As a result, the output characteristics could not be improved.
比較例3は、比較例1と同様に、保持時間および昇温開始から保持終了までの時間が本発明の範囲を超える例であり、FWHM(003)/FWHM(104)が0.520を超えたため、出力特性を向上させることができなかった。 In Comparative Example 3, as in Comparative Example 1, the holding time and the time from the start of temperature rise to the end of holding exceed the range of the present invention, and FWHM (003) / FWHM (104) exceeds 0.520. Therefore, the output characteristics could not be improved.
比較例4は、昇温速度が本発明の範囲を超える例であり、複合水酸化粒子とリチウム化合物の反応が不均一となったため、正極活物質の結晶性が十分なものとはならなかったため、出力特性を向上させることができなかった。 Comparative Example 4 is an example in which the rate of temperature rise exceeds the range of the present invention, and the reaction between the composite hydroxide particles and the lithium compound became non-uniform, so the crystallinity of the positive electrode active material was not sufficient. The output characteristics could not be improved.
比較例5は、保持温度が本発明の範囲を超える例であり、c軸と直交する方向への結晶成長が進行し、FWHM(104)が0.10未満となり、かつ、FWHM(003)/FWHM(104)が0.520を超えたため、出力特性を向上させることができなかった。 Comparative Example 5 is an example in which the holding temperature exceeds the range of the present invention, crystal growth proceeds in a direction orthogonal to the c-axis, FWHM (104) is less than 0.10, and FWHM (003) / Since FWHM (104) exceeded 0.520, the output characteristics could not be improved.
比較例6は、保持温度が本発明の範囲未満の例であり、熱処理粒子とリチウム化合物との反応が十分に進行せず、正極活物質の結晶性が十分なものとはならなかったため、出力特性を向上させることができなかった。 Comparative Example 6 is an example in which the holding temperature is less than the range of the present invention, and the reaction between the heat-treated particles and the lithium compound did not proceed sufficiently, and the crystallinity of the positive electrode active material was not sufficient. The characteristics could not be improved.
比較例7は、30℃〜800℃の温度域における昇温速度が本発明の範囲未満の例であり、昇温中に、熱処理粒子とリチウム化合物の反応が進行し、c軸と直交する方向への結晶成長も進行し、FWHM(003)/FWHM(104)の値が0.520を超えたため、出力特性を向上させることができなかった。 Comparative Example 7 is an example in which the temperature increase rate in the temperature range of 30 ° C. to 800 ° C. is less than the range of the present invention, and during the temperature increase, the reaction between the heat-treated particles and the lithium compound proceeds, and the direction orthogonal to the c-axis As the crystal growth progressed and the value of FWHM (003) / FWHM (104) exceeded 0.520, the output characteristics could not be improved.
比較例8は、30℃〜800℃の温度域における昇温速度が本発明の範囲未満であり、焼成温度も比較例7より高かったため、FWHM(003)/FWHM(104)の値が0.520を超えるとともに、FWHM(003)およびFWHM(104)も本発明の範囲未満となり、出力特性を向上させることができなかった。 In Comparative Example 8, the rate of temperature increase in the temperature range of 30 ° C. to 800 ° C. was less than the range of the present invention, and the firing temperature was higher than that in Comparative Example 7, so the value of FWHM (003) / FWHM (104) In addition to exceeding 520, FWHM (003) and FWHM (104) were also below the range of the present invention, and the output characteristics could not be improved.
比較例9は、30℃〜800℃の温度域における昇温速度が本発明の範囲を超え、昇温開始から保持終了までの時間が本発明の範囲未満のため、結晶成長が十分でなく、FWHM(003)/FWHM(104)が0.300未満となるとともに、FWHM(003)/FWHM(104)が本発明の範囲を超え、出力特性を向上させることができなかった。 In Comparative Example 9, the rate of temperature increase in the temperature range of 30 ° C. to 800 ° C. exceeds the range of the present invention, and the time from the start of temperature increase to the end of holding is less than the range of the present invention. FWHM (003) / FWHM (104) was less than 0.300, and FWHM (003) / FWHM (104) exceeded the range of the present invention, and the output characteristics could not be improved.
本発明によれば、極低温環境であっても優れた出力特性を有する非水電解質二次電池用正極活物質を、工業的な製造方法で、効率よく得ることができる。この非水電解質二次電池は、常に、高出力を要求されるノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末などの小型携帯電子機器の電源として好適に使用することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries which has the outstanding output characteristic even in a cryogenic environment can be obtained efficiently with an industrial manufacturing method. This non-aqueous electrolyte secondary battery can always be suitably used as a power source for small portable electronic devices such as notebook personal computers and mobile phone terminals that require high output.
また、本発明の非水電解質二次電池によれば、低温環境下においても高い出力を発揮することができるため、電気自動車用電源のみならず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃焼機関と併用する、いわゆるハイブリッド自動車用の電源としても、好適に用いることができる。 Moreover, according to the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, high output can be exhibited even in a low temperature environment, so that it is used in combination with not only a power source for electric vehicles but also a combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine. It can also be suitably used as a power source for so-called hybrid vehicles.
1 正極シート
2 負極シート
3 多孔性セパレータ
4 電極体
5 電池ケース
6 リチウムイオン二次電池
DESCRIPTION OF
Claims (9)
酸化性雰囲気中で、少なくとも30℃〜800℃の温度域における昇温速度を2℃/分〜10℃/分とするとともに、保持温度を800℃〜1000℃として、この保持温度での保持時間を1時間〜5時間とし、かつ、昇温開始から保持終了までの時間を3時間〜8時間とする条件により、前記リチウム混合物を焼成する焼成工程と
を備える、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 General formula: Ni x Co y Mn z M t (OH) 2 + α (x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.4, 0.1 ≦ z ≦ 0. 4, 0.0003 ≦ t ≦ 0.05, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W) In the nickel cobalt manganese composite hydroxide particles, the ratio of the number of lithium atoms to the total number of atoms of the metal elements constituting the nickel cobalt manganese composite hydroxide particles is 0.95 to 1.20. Mixing a lithium compound to obtain a lithium mixture;
In an oxidizing atmosphere, the temperature rising rate in the temperature range of at least 30 ° C. to 800 ° C. is set to 2 ° C./min to 10 ° C./min, the holding temperature is set to 800 ° C. to 1000 ° C., and the holding time at this holding temperature 1 to 5 hours, and a firing step for firing the lithium mixture under the conditions of 3 to 8 hours from the start of temperature rise to the end of holding, and a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery A method for producing an active material.
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