JP6346448B2 - Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、非水系電解質二次電池用正極活物質、および、この正極活物質を正極材料に用いた非水系電解質二次電池に関する。 The present invention includes a positive electrode active substance for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material in the cathode material.

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、高エネルギ密度を有する小型で軽量な二次電池に対する要求が高まっている。また、モータ駆動用電源、特に輸送機器用電源の電池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, there is an increasing demand for small and lightweight secondary batteries having high energy density. In addition, development of a high-output secondary battery as a battery for a motor drive power supply, particularly a power supply 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、非水系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.

このようなリチウムイオン二次電池については、現在、研究開発が盛んに行われているところである。この中でも、リチウム金属複合酸化物、特に合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の電圧が得られるため、高エネルギ密度を有する電池として実用化が進んでいる。このリチウムコバルト複合酸化物を用いたリチウムイオン二次電池では、優れた初期容量特性やサイクル特性を得るための開発がこれまで数多く行われてきており、すでにさまざまな成果が得られている。 Research and development of such lithium ion secondary batteries is being actively conducted. Among these, a lithium ion secondary battery using a lithium metal composite oxide, particularly a lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, as a positive electrode material has a high energy density because a voltage of 4 V class is obtained. Practical use is progressing as a battery having. In the lithium ion secondary battery using this lithium cobalt composite oxide, many developments have been made so far to obtain excellent initial capacity characteristics and cycle characteristics, and various results have already been obtained.

しかしながら、リチウムコバルト複合酸化物は、埋蔵量が少なく、高価なコバルト化合物を用いるため、電池のコストアップの原因となる。このため、コバルトよりも安価でありながらも、高エネルギ密度を実現できる代替材料を用いた正極活物質の開発が求められている。   However, the lithium cobalt composite oxide has a small reserve and uses an expensive cobalt compound, which causes an increase in the cost of the battery. For this reason, development of the positive electrode active material using the alternative material which can implement | achieve a high energy density while being cheaper than cobalt is calculated | required.

リチウムイオン二次電池用正極活物質として新たに提案されている材料としては、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn24)や、ニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)を挙げることができる。このうち、リチウムマンガン複合酸化物は、原料が安価である上、その結晶構造がスピネル構造であることに起因して、熱安定性、特に、発火などに対する安全性に優れるため、リチウムコバルト複合酸化物の有力な代替材料と考えられる。特に、リチウムマンガン複合酸化物のMnの一部をNiに置換したリチウムマンガンニッケル複合酸化物(LiMn1.5Ni0.54)は、4.5V以上の作動電圧を実現できる高エネルギ密度の材料として、近年、注目を集めている Newly proposed materials as positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries include lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using manganese and lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel. Can be mentioned. Among them, the lithium-manganese composite oxide, on the raw material is inexpensive, due to its crystal structure is spinel Le structure, thermal stability, in particular, it is excellent in safety against such firing, lithium It is considered as a promising alternative material for cobalt composite oxide. In particular, lithium manganese nickel composite oxide (LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 ) in which a part of Mn of the lithium manganese composite oxide is replaced with Ni is a high energy density material capable of realizing an operating voltage of 4.5 V or more. Has attracted attention in recent years

ここで、リチウムイオン二次電池が、優れた出力特性を備えるためには、正極が低抵抗であることが必要であり、このためには、粒度分布が狭く、かつ、粒径が適度に小さい正極活物質を用いることが必要である。すなわち、正極活物質の粒径が大きいと、比表面積が小さくなり、電解液との反応面積を確保することができなくなることに起因して、反応抵抗が上昇するため、高出力の二次電池が得られない。一方、正極活物質の粒度分布が広いと、電極内で粒子に印加される電圧が不均一になり、充放電を繰り返すうちに微粒子が選択的に劣化することに起因して、電池容量が低下するとともに、二次電池の反応抵抗が上昇して、やはり高出力の二次電池は得られない。 Here, in order for the lithium ion secondary battery to have excellent output characteristics, the positive electrode needs to have low resistance, and for this purpose, the particle size distribution is narrow and the particle size is moderately small. It is necessary to use a positive electrode active material. That is, if the particle size of the positive electrode active material is large, the specific surface area becomes small, and the reaction resistance increases due to the fact that the reaction area with the electrolytic solution cannot be secured. Cannot be obtained. On the other hand , when the particle size distribution of the positive electrode active material is wide, the voltage applied to the particles in the electrode becomes non-uniform, and the battery capacity decreases due to the selective deterioration of the fine particles during repeated charge and discharge. At the same time, the reaction resistance of the secondary battery increases, so that a high-power secondary battery cannot be obtained.

したがって、リチウムマンガンニッケル複合酸化物についても、粒度分布が狭く、かつ、粒径が適度に小さいという粒子性状を達成するための研究が進められている。たとえば、特開2011−116583号公報には、少なくともマンガンを含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体とを含む核生成用水溶液のpH値を、液温25℃基準で12.0〜14.0に制御して核生成を行った後(核生成工程)、生成された核を含む水溶液のpH値を、液温25℃基準で10.5〜12.0に制御して、この核を成長させることにより(粒子成長工程)、マンガンニッケル複合水酸化物を得て、このマンガンニッケル複合水酸化物を前駆体として用いることで、粒度分布が狭く、かつ、粒径が適度に小さいという粒子性状を備えた中実構造のリチウムマンガンニッケル複合酸化物を得る技術が記載されている。 Therefore, research is also being conducted on the lithium manganese nickel composite oxide to achieve a particle property that the particle size distribution is narrow and the particle size is moderately small. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-116583 discloses that the pH value of an aqueous solution for nucleation containing at least a manganese-containing metal compound and an ammonium ion supplier is 12.0 to 14.0 based on a liquid temperature of 25 ° C. After nucleation by controlling (nucleation step), the pH value of the aqueous solution containing the produced nuclei is controlled to 10.5 to 12.0 on the basis of the liquid temperature of 25 ° C. to grow the nuclei. (Particle growth step) to obtain a manganese nickel composite hydroxide, and by using this manganese nickel composite hydroxide as a precursor, the particle property that the particle size distribution is narrow and the particle size is moderately small is obtained. A technique for obtaining a solid structure lithium manganese nickel composite oxide with a solid structure is described.

また、リチウムイオン二次電池の高出力化を図るためには、その正極材料を構成する正極活物質について、その粒子性状を調整するのみではなく、その粒径を過度に小さくせずに、その反応面積を大きくすることが効果的である。すなわち、正極活物質の電池反応に寄与する表面積を大きくすることにより、反応抵抗を低減することが可能となる。 Further, in order to achieve higher output of the lithium ion secondary battery, the positive electrode active material constituting the positive electrode material, not only to adjust the particle properties, without excessively reduce its particle size, its Increasing the reaction area is effective. That is, it is possible to reduce the reaction resistance by increasing the surface area that contributes to the battery reaction of the positive electrode active material.

たとえば、特開2012−246199号公報には、核生成工程および粒子成長工程における反応雰囲気を制御することにより、得られるマンガンニッケル複合水酸化物を低密度の中心部と高密度の外殻部から構成されたものとし、このマンガンニッケル複合水酸化物を前駆体とすることで、粒度分布が狭く、かつ、粒径が適度に小さい、中空構造のリチウムマンガンニッケル複合酸化物を得る技術が記載されている。すなわち、正極活物質を中空構造とすることにより、その粒径を変えることなく、電解液との反応面積を増大させ、これによって二次電池の高出力化を図っている。 For example , JP 2012-246199 A discloses a manganese nickel composite hydroxide obtained from a low-density central portion and a high-density outer shell portion by controlling the reaction atmosphere in the nucleation step and the particle growth step. A technology for obtaining a lithium manganese nickel composite oxide having a hollow structure with a narrow particle size distribution and a moderately small particle size is described by using this manganese nickel composite hydroxide as a precursor. ing. That is, by making the positive electrode active material have a hollow structure, the reaction area with the electrolytic solution is increased without changing the particle size, thereby increasing the output of the secondary battery.

さらに、J.H.Kima,S.T.Myungb,C.S.Yoonc,I.H.Ohd and Y.K.Suna,J.Electrochem.Soc.151(11)A1911−A1918(2004)には、スピネル構造のリチウムマンガンニッケル複合酸化物を構成するマンガンの一部をチタンに置換することで、充放電中における結晶構造の変化を抑制し、これによって、リチウムイオン二次電池の高出力化を図る技術が記載されている。 Furthermore, J. et al. H. Kima, S .; T.A. Myungb, C.I. S. Yoonc, I .; H. Ohd and Y.M. K. Suna, J .; Electrochem. Soc. 151 (11) A1911-A1918 (2004) suppresses a change in crystal structure during charge and discharge by substituting a part of manganese constituting the lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure with titanium. Describes a technique for increasing the output of a lithium ion secondary battery.

しかしながら、これらの文献に記載のリチウムマンガンニッケル複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池は、従来技術との比較では出力特性の改善が見られるものの、携帯電子機器や輸送機器用電源としての用途を前提とした場合、さらなる高出力化が要求される。   However, secondary batteries using the lithium manganese nickel composite oxide described in these documents as a positive electrode active material have improved output characteristics in comparison with the prior art, but as a power source for portable electronic devices and transportation equipment. If the application is assumed, further higher output is required.

特開2011−116583号公報JP 2011-116583 A 特開2012−246199号公報JP 2012-246199 A

J.H.Kima,S.T.Myungb,C.S.Yoonc,I.H.Ohd and Y.K.Suna,J.Electrochem.Soc.151(11)A1911−A1918(2004)J. et al. H. Kima, S .; T.A. Myungb, C.I. S. Yoonc, I .; H. Ohd and Y.M. K. Suna, J .; Electrochem. Soc. 151 (11) A1911-A1918 (2004)

本発明は、二次電池の正極活物質として用いた場合に、その高出力化が可能である、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子からなる正極活物質を提供することを目的とする。また、本発明は、このような正極活物質を用いた非水系電解質二次電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a positive electrode active material comprising lithium manganese nickel titanium composite oxide particles having a spinel structure, which can increase the output when used as a positive electrode active material of a secondary battery. To do. Another object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery using such a positive electrode active material .

発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、一般式(B):LitMn2(1-x-y-z)Ni2xTi2y2z4(0.96≦t≦1.20、0.20≦x≦0.28、0<y≦0.05、0≦z≦0.05、Mは、Mg、Ca、Ba、Sr、V、Fe、Cr、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Wから選択される少なくとも1種の元素)で表され、スピネル構造を有する立方晶系のリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子からなり、平均粒径が2μm〜8μmであり、粒度分布の広がりを示す〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.70以下であり、粒子内部の中空部と、該中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備え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 has a general formula (B): Li t Mn 2 (1-xyz) Ni 2x Ti 2y M 2z O 4 (0.96 ≦ t ≦ 1.20, 0 20 ≦ x ≦ 0.28, 0 <y ≦ 0.05, 0 ≦ z ≦ 0.05, M is Mg, Ca, Ba, Sr, V, Fe, Cr, Co, Cu, Zr, Nb, At least one element selected from Mo and W), and is composed of cubic lithium manganese nickel titanium composite oxide particles having a spinel structure, with an average particle size of 2 μm to 8 μm, and an expanded particle size distribution [(D90−d10) / average particle size] is 0.70 or less, and has a hollow structure composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion, To do.

前記外殻部の厚みは、前記二次粒子の粒径に対する比率で5%〜35%であることが好ましい。   The thickness of the outer shell is preferably 5% to 35% as a ratio to the particle diameter of the secondary particles.

前記非水系電解質二次電池用正極活物質の比表面積は、0.5m2/g〜3.0m2/gであることが好ましい。 The specific surface area of the positive electrode active material for the nonaqueous electrolyte secondary battery is preferably 0.5m 2 /g~3.0m 2 / g.

本発明の非水系電解質二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、非水系電解質とを備え、前記正極の正極材料として、前記非水系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。 Non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte, as a positive electrode material for the positive electrode, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary batteries are used It is characterized by that.

本発明によれば、粒度分布が狭く、かつ、適度に粒径が小さく、中空構造を備えたリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子からなる正極活物質を提供することができる。また、本発明によれば、このような正極活物質を正極材料として用いることで、出力特性に優れた非水系電解質二次電池を提供することができる。このため、本発明の工業的意義はきわめて大きい。 According to the present invention, it is possible to provide a positive electrode active material composed of lithium manganese nickel titanium composite oxide particles having a narrow particle size distribution and a moderately small particle size and having a hollow structure. In addition, according to the present invention, by using such a positive electrode active material as a positive electrode material, a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in output characteristics can be provided. For this reason, the industrial significance of the present invention is extremely large.

図1は、本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子を製造する工程を示す、概略フローチャートである。FIG. 1 is a schematic flowchart showing a process for producing composite hydroxide particles that are precursors of the positive electrode active material of the present invention. 図2は、本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子のSEM写真(倍率:1000倍)である。FIG. 2 is an SEM photograph (magnification: 1000 times) of composite hydroxide particles that are precursors of the positive electrode active material of the present invention. 図3は、電池評価に使用した2032型コイン電池の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a 2032 type coin battery used for battery evaluation.

本発明者らは、上述した問題に鑑みて、リチウムマンガンニッケル複合酸化物粒子を正極活物質として用いた二次電池のさらなる高出力化を図るため、特開2012−246199号公報に記載のリチウムマンガンニッケル複合酸化物粒子にチタンを添加することを試みた。具体的には、このリチウムマンガンニッケル複合酸化物粒子の前駆体であるマンガンニッケル複合水酸化物粒子を製造する際、マンガン化合物、ニッケル化合物およびチタン化合物を溶解した水溶液を原料として用いて、核生成工程および粒子成長工程を行い、これにより、マンガンニッケルチタン複合水酸化物粒子を得ることを試みた。しかしながら、このようにして得られたマンガンニッケルチタン複合水酸化物粒子は、中心部と外殻部の密度差が小さく、これを焼成しても、得られるリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子の内部に中空部を形成することができなかったり、あるいは、中空部を十分な大きさとすることができなかった。 In view of the above-described problems, the present inventors have proposed a lithium battery described in JP 2012-246199 A in order to further increase the output of a secondary battery using lithium manganese nickel composite oxide particles as a positive electrode active material. An attempt was made to add titanium to manganese nickel composite oxide particles. Specifically, when producing manganese nickel composite hydroxide particles that are precursors of the lithium manganese nickel composite oxide particles, an aqueous solution in which a manganese compound, a nickel compound, and a titanium compound are dissolved is used as a raw material to produce a nucleus. An attempt was made to obtain manganese nickel titanium composite hydroxide particles by performing a step and a particle growth step. However, this way manganese nickel titanium composite hydroxide particles obtained by the small difference in density between the central portion and the outer shell, even by firing this, a lithium manganese nickel-titanium double Gosan compound particles obtained A hollow portion could not be formed inside, or the hollow portion could not be made sufficiently large.

本発明者らは、この点について研究を重ねた結果、チタンはほぼ4価で安定した金属であり、晶析反応中の雰囲気(反応雰囲気)が酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に変化しても、析出する固体の密度が変化しないため、晶析反応の初期段階、特に、核生成工程の段階で、反応水溶液中にチタンが存在すると、酸化性雰囲気で核生成し、非酸化性雰囲気で粒成長させた場合であっても、粒子内部に密度差を生じさせることが困難であることを突き止めた。そして、この点について、さらに研究を重ねた結果、マンガンニッケルチタン複合酸化物粒子を、上述した核生成工程と粒子成長工程とを備える晶析反応により製造する際、核生成工程ではチタンを添加せず、粒子成長工程の開始時から粒子成長工程時間の全体に対して特定の範囲でチタンを添加することにより、得られるマンガンニッケルチタン複合水酸化物粒子の内部に密度差を生じさせることができ、これを前駆体とするリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子を、中空構造を備えたものとすることができるとの知見を得た。本発明は、この知見に基づき完成されたものである。 As a result of repeated studies on this point, the present inventors have found that titanium is a tetravalent and stable metal, and the atmosphere (reaction atmosphere) during the crystallization reaction has changed from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere. However, since the density of the precipitated solid does not change, the presence of titanium in the aqueous reaction solution at the initial stage of the crystallization reaction, particularly the nucleation step, causes nucleation in an oxidizing atmosphere, and in a non-oxidizing atmosphere. It was found that it was difficult to cause a density difference inside the grains even when the grains were grown. Then, on this point, a result of further extensive research, manganese nickel titanium composite water oxide particles, when prepared by crystallization reaction and a nucleation step and particle growth step described above, the addition of titanium in the nucleation step Without adding a titanium within a specific range with respect to the entire particle growth process time from the start of the particle growth process, it is possible to cause a density difference inside the resulting manganese nickel titanium composite hydroxide particles The lithium manganese nickel titanium composite oxide particles having this as a precursor can be provided with a hollow structure. The present invention has been completed based on this finding.

1.マンガンニッケルチタン複合水酸化物粒子
はじめに、本発明の正極活物質の前駆体であるマンガンニッケルチタン複合水酸化物粒子について説明する。このマンガンニッケルチタン複合水酸化物粒子(以下、「複合水酸化物粒子」という)は、一般式(A):Mn1-x-y-zNixTiyz(OH)2+α(0.20≦x≦0.28、0<y≦0.05、0≦z≦0.05、0≦α≦0.5、Mは、Mg、Ca、Ba、Sr、V、Fe、Cr、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Wから選択される少なくとも1種の元素)で表され、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子からなり、この二次粒子の平均粒径が1μm〜7μmであり、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.60以下であり、微細一次粒子からなる中心部と、この中心部の外側に、この微細一次粒子よりも大きな一次粒子からなる外殻部を有し、外殻部にのみTiが存在することを特徴とする。
1. Manganese nickel titanium composite hydroxide particles
First, the manganese nickel titanium composite hydroxide particles that are precursors of the positive electrode active material of the present invention will be described. The manganese nickel titanium composite hydroxide particles (hereinafter referred to as “composite hydroxide particles”) have a general formula (A): Mn 1-xyz Ni x Ti y M z (OH) 2 + α (0.20 ≦ x ≦ 0.28, 0 <y ≦ 0.05, 0 ≦ z ≦ 0.05, 0 ≦ α ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Ba, Sr, V, Fe, Cr, Co, Cu And at least one element selected from Zr, Nb, Mo, and W), and a substantially spherical secondary particle formed by agglomerating a plurality of primary particles, and the average particle size of the secondary particles is 1 [mu] m to 7 [mu] m and [(d90-d10) / average particle diameter], which is an index indicating the spread of the particle size distribution, is 0.60 or less, on the center part composed of fine primary particles, and outside the center part, It has an outer shell composed of primary particles larger than the fine primary particles, and Ti exists only in the outer shell. And

(1)組成
ニッケル(Ni)は、二次電池の高電位化および高容量化に寄与する元素である。ニッケルの添加量を示すxの値は、0.20以上0.28以下、好ましくは0.20以上0.26以下、より好ましくは0.20以上0.25以下とする。xの値が0.20未満では、この複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質を正極として構成した二次電池において、5V級の電圧における電池容量が減少してしまう。一方、xの値が0.28を超えると、スピネル構造単相からなる正極活物質を得ることができなくなる。
(1) Composition Nickel (Ni) is an element that contributes to higher potential and higher capacity of the secondary battery. The value x indicating the amount of nickel added is 0.20 or more and 0.28 or less, preferably 0.20 or more and 0.26 or less, and more preferably 0.20 or more and 0.25 or less. When the value of x is less than 0.20, the battery capacity at a voltage of 5 V class is reduced in the secondary battery configured with the positive electrode active material having the composite hydroxide particles as a precursor as the positive electrode. On the other hand, when the value of x exceeds 0.28, it becomes impossible to obtain a positive electrode active material composed of a spinel structure single phase.

チタン(Ti)は、二次電池の充放電中における結晶構造の変化を抑制し、入出力特性の向上に寄与する元素である。チタンの含有量を示すyの値は、0を超えて0.05以下、好ましくは0を超えて0.025以下、より好ましくは0.015以上0.025以下とする。yの値が0.05を超えると、スピネル構造単相からなる正極活物質を得ることができなくなる。なお、本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子では、チタンは、二次粒子の内部の中心部には存在せず、中心部の外側の外殻部にのみ存在する。 Titanium (Ti) is an element that suppresses changes in the crystal structure during charging and discharging of the secondary battery and contributes to improvement of input / output characteristics. The value of y indicating the content of titanium is more than 0 and 0.05 or less, preferably more than 0 and 0.025 or less, more preferably 0.015 or more and 0.025 or less. When the value of y exceeds 0.05, a positive electrode active material composed of a single phase of spinel structure cannot be obtained. In the composite hydroxide particles that are precursors of the positive electrode active material of the present invention, titanium does not exist in the central part inside the secondary particles, but exists only in the outer shell part outside the central part.

また、の複合水酸化物粒子は、上記金属元素に加えて、所定量の添加元素Mを含有させてもよい。このような添加元素Mとしては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、銅(Cu)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)から選択される少なくとも1種の元素を用いることができる。これらの添加元素Mは、この複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質を用いて構成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ものである。 Further, the composite hydroxide particles of this, in addition to the above metal elements may be contained an additive element M in a predetermined amount. Such additive elements M include magnesium (Mg), calcium (Ca), barium (Ba), strontium (Sr), vanadium (V), iron (Fe), chromium (Cr), cobalt (Co), copper At least one element selected from (Cu), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), and tungsten (W) can be used. These additive elements M are appropriately selected according to the use and required performance of the secondary battery configured using the positive electrode active material having the composite hydroxide particles as a precursor.

マンガンに対する添加元素Mの添加量を示すzの値は、0以上0.05以下、好ましく0以上0.025以下、より好ましくは0.015以上0.025以下とする。zの値をこのような範囲に制御することにより、所望の電池特性を確保しつつ、目的とする二次電池に必要な特性を付与することができる。これに対して、zの値が0.05を超えると、Redox反応に寄与する金属元素が減少し、電池容量が低下するばかりでなく、正極抵抗の上昇の原因となる。   The value of z indicating the amount of additive element M added to manganese is 0 or more and 0.05 or less, preferably 0 or more and 0.025 or less, and more preferably 0.015 or more and 0.025 or less. By controlling the value of z within such a range, it is possible to impart the necessary characteristics to the intended secondary battery while ensuring the desired battery characteristics. On the other hand, when the value of z exceeds 0.05, the metal element contributing to the Redox reaction is reduced, which not only decreases the battery capacity but also increases the positive electrode resistance.

(2)粒子構造
本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子は、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子からなるように調整されている。さらに、粒子内部に、微細一次粒子からなる中心部を有し、中心部の外側に、この微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子からなる外殻部を有するように調整されている。このような構造を採ることにより、この複合水酸化物粒子を前駆体として正極活物質を合成する際の焼成工程において、粒子内部へのリチウムの拡散が十分に行われ、リチウムの分布が均一で良好な正極活物質が得られる。
(2) Particle structure The composite hydroxide particles, which are precursors of the positive electrode active material of the present invention, are adjusted so as to be composed of substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. Furthermore, it has adjusted so that it may have the center part which consists of fine primary particles inside particle | grains, and the outer shell part which consists of plate-shaped primary particles larger than this fine primary particle outside the center part. By adopting such a structure, in the firing step when synthesizing the positive electrode active material using the composite hydroxide particles as a precursor, lithium is sufficiently diffused into the particles, and the distribution of lithium is uniform. A good positive electrode active material can be obtained.

ここで、中心部は、微細一次粒子が連なった隙間の多い構造であるため、より大きく厚みのある板状一次粒子からなる高密度の外殻部と比べると、焼成工程における焼結による収縮が低温から発生する。このため、微細一次粒子は、焼成時に低温から焼結が進行し、粒子の中心部から焼結の進行が遅い外殻部に収縮して中心部に空間が生じる。しかも、低密度の中心部は収縮率が大きいため、この空間は、十分な大きさをもったものとなる。これにより、焼成後に得られる正極活物質が中空構造となり、粒径に対して比表面積を十分に大きくすることができ、出力特性に優れる正極活物質を得ることができる。 Here, center, since the fine primary particles are often of continuous interstices structure, as compared with high density of the shell portion made of a plate-like primary particles with a larger thickness, according to our Keru sintering in the firing step Shrinkage occurs from low temperatures. For this reason, fine primary particles undergo sintering from a low temperature during firing, shrink from the center of the particles to the outer shell side where the progress of sintering is slow, and a space is generated in the center. In addition, since the low density center portion has a large shrinkage rate, this space has a sufficient size. Thereby, the positive electrode active material obtained after firing has a hollow structure, the specific surface area can be sufficiently increased with respect to the particle size, and a positive electrode active material excellent in output characteristics can be obtained.

なお、複合水酸化物粒子の中心部は、二次粒子を樹脂などに埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工などによって断面観察が可能な状態とした後、この断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した場合において、白く見える二次粒子の外殻部に対して、内部の灰色ないしは黒色に見える部位を指す(図2参照)。   The central part of the composite hydroxide particles was filled with secondary particles in a resin and made into a state in which a cross-section could be observed by cross-section polisher processing, and then this cross-section was observed with a scanning electron microscope (SEM). In some cases, it refers to the internal gray or black portion of the secondary particle outer shell that appears white (see FIG. 2).

本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子においては、上述したように、二次粒子は略球状であることが必要とされる。ここで、略球状とは、二次粒子が球状であるばかりでなく、表面に微細な凹凸を有する球状や楕円球状などを含むことを意味する。二次粒子の形状が略球状であれば、この複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質も略球状とすることができ、高い充填性を備えたものとすることができるため、二次電池の容量特性を向上させることが可能となる。 In the composite hydroxide particles that are precursors of the positive electrode active material of the present invention, as described above, the secondary particles are required to be substantially spherical. Here, “substantially spherical” means that the secondary particles are not only spherical, but also include spherical or elliptical spheres having fine irregularities on the surface. If the shape of the secondary particles is approximately spherical, the positive electrode active material using the composite hydroxide particles as a precursor can also be approximately spherical, and can have high filling properties. The capacity characteristics of the secondary battery can be improved.

また、二次粒子は、板状一次粒子がランダムな方向に凝集して二次粒子を形成したものであることが好ましい。板状一次粒子がランダムな方向に凝集することで、一次粒子間にほぼ均一に空隙が生じて、リチウム化合物と混合して焼成する際に、溶融したリチウム化合物が二次粒子内へ行き渡り、リチウムの拡散が十分に行われる。さらには、ランダムな方向に凝集していることで、焼成工程における中心部の収縮も均等に生じることから、正極活物質内部に十分な大きさの空間を形成することができる。 The secondary particles are preferably those in which the plate-like primary particles are aggregated in random directions to form secondary particles. When the plate-like primary particles aggregate in a random direction, voids are formed almost uniformly between the primary particles, and when mixed with the lithium compound and baked, the molten lithium compound spreads into the secondary particles, and the lithium Is sufficiently diffused. Furthermore, since the aggregation in the random direction causes the central portion to shrink evenly in the firing step, a sufficiently large space can be formed inside the positive electrode active material.

なお、二次粒子の中心部を構成する微細一次粒子は、その形状が制限されることはないが、板状、針状、あるいは、その両者の形状であることが好ましい。微細一次粒子が、これらの形状となることで、中心部は十分に低密度となり、焼成によって大きな収縮を発生させることができる。 The fine primary particles constituting the central part of the secondary particles are not limited in shape, but are preferably plate-shaped, needle-shaped, or both. When the fine primary particles have these shapes, the central portion has a sufficiently low density, and large shrinkage can be generated by firing.

(3)外殻部の厚み
本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子において、外殻部の厚み、二次粒子の粒径に対する比率で5%〜47%であることが好ましく、7%〜35%であることがより好ましく、23%〜35%であることがさらに好ましい。上述したように、の複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質は、中空構造を有し、その粒径に対する外殻部の厚みの比率は、複合水酸化物粒子(二次粒子)の粒径に対する外殻部の厚みの比率がほぼ維持される。したがって、二次粒子の粒径に対する外殻部の厚みの比率を、上記範囲とすることで、正極活物質の内部に十分な空間を形成することができる。これに対して、外殻部の厚みの比率が5%未満では、焼成工程における複合水酸化物粒子の収縮が大きく、粒子間の焼結が進行し、正極活物質の粒度分布が悪化する。一方、外殻部の厚みの比率が47%を超えると、正極活物質の内部に十分な大きさの空間を形成することができなくなる。
(3) Te composite hydroxide particles odor which is a precursor of the positive electrode active material thickness invention of the shell portion, the thickness of the outer shell portion is 5% to 47% in ratio to the particle diameter of the secondary particles It is preferably 7% to 35%, more preferably 23% to 35%. As described above, the positive electrode active material for a composite hydroxide particles of this precursor has a hollow structure, the ratio of the outer shell portion of the thickness to the particle diameter, the composite hydroxide particles (secondary particles The ratio of the thickness of the outer shell part to the particle diameter of Therefore, by setting the ratio of the thickness of the outer shell portion to the particle size of the secondary particles within the above range, a sufficient space can be formed inside the positive electrode active material. On the other hand, when the ratio of the thickness of the outer shell portion is less than 5%, the shrinkage of the composite hydroxide particles in the firing step is large, the sintering between the particles proceeds, and the particle size distribution of the positive electrode active material is deteriorated. On the other hand, if the thickness ratio of the outer shell portion exceeds 47%, a sufficiently large space cannot be formed inside the positive electrode active material.

なお、外殻部の厚みの比率は、次のようにして求めることができる。はじめに、複合水酸化物粒子(二次粒子)を樹脂などに埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工などによって断面観察が可能な状態とする。次に。この断面をSEMにより観察し、粒子中心の断面が観察可能な粒子を選択して、3箇所以上の任意の位置で測定された、外殻部の外周上と内周上にある、その距離が最短となる2点間の距離から粒子ごとの外殻部の平均厚みを求める。その後、二次粒子の外周上にある、その距離が最大となる任意の2点間の距離を二次粒子の粒径として、外殻部の平均厚みを二次粒子の粒径で除することにより、粒子ごとの外殻部の厚みの比率を求める。さらに、10個以上の二次粒子について求めた粒子ごとの外殻部の厚みの比率を平均することで、上記外殻部の厚みの比率を求めることができる。 In addition, the ratio of the thickness of an outer shell part can be calculated | required as follows. First, composite hydroxide particles (secondary particles) are embedded in a resin or the like, and a cross-section polisher process or the like is made possible to observe a cross section. next. This cross section is observed by SEM, and a particle whose cross section at the center of the particle is observable is selected , and the distance on the outer circumference and the inner circumference of the outer shell portion , measured at any three or more positions, The average thickness of the outer shell for each particle is determined from the distance between the two points that is the shortest. Thereafter, located on the outer periphery of the secondary particles, the distance between any two points in which the distance is maximum as the particle size of the secondary particles, dividing the average thickness of the outer shell portion with a grain size of the secondary particles Thus, the ratio of the thickness of the outer shell portion for each particle is obtained. Furthermore, the ratio of the thickness of the outer shell portion can be determined by averaging the ratio of the thickness of the outer shell portion for each particle determined for 10 or more secondary particles.

(4)平均粒径
本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子では、二次粒子の平均粒径が1μm〜7μm、好ましくは2μm〜7μm、より好ましくは3μm〜7μmに制御されている。なお、二次粒子の平均粒径とは体積平均粒径を意味し、たとえば、レーザー光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。
(4) Average particle size In the composite hydroxide particles that are precursors of the positive electrode active material of the present invention, the average particle size of the secondary particles is controlled to 1 μm to 7 μm, preferably 2 μm to 7 μm, more preferably 3 μm to 7 μm. Has been. In addition, the average particle diameter of secondary particles means a volume average particle diameter, and can be obtained from, for example, a volume integrated value measured with a laser light diffraction / scattering particle size analyzer.

二次粒子の平均粒径がこのような範囲にあれば、この複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質の平均粒径を所定の範囲(2μm〜8μm)に制御することが可能となり、得られる二次電池の容量特性および出力特性を改善することが可能となる。これに対して、二次粒子の平均粒径が1μm未満では、正極活物質の平均粒径が2μm未満となり、充填性が低下するため、得られる二次電池を高容量のものとすることができなくなる。一方、複合水酸化物粒子の平均粒径が7μmを超えると、正極活物質の比表面積が低下し、電解液との界面が減少するため、得られる二次電池の正極抵抗が増加し、出力特性の低下を招くこととなる。   If the average particle size of the secondary particles is within such a range, it becomes possible to control the average particle size of the positive electrode active material having this composite hydroxide particle as a precursor within a predetermined range (2 μm to 8 μm). Thus, the capacity characteristics and output characteristics of the obtained secondary battery can be improved. On the other hand, if the average particle size of the secondary particles is less than 1 μm, the average particle size of the positive electrode active material is less than 2 μm and the filling property is lowered. Therefore, the obtained secondary battery may have a high capacity. become unable. On the other hand, if the average particle size of the composite hydroxide particles exceeds 7 μm, the specific surface area of the positive electrode active material decreases and the interface with the electrolyte decreases, so the positive electrode resistance of the resulting secondary battery increases and the output The characteristic will be deteriorated.

また、二次粒子の中心部を構成する微細一次粒子の平均粒径は、好ましくは0.01μm〜0.3μm、より好ましくは0.01μm〜0.25μm、さらに好ましくは0.02μm〜0.25μmとする。微細一次粒子の平均粒径がこのような範囲にあれば、焼成時に低温域から収縮が開始し、焼成後において、中心部に十分な大きさの空間を有する、中空構造の正極活物質を得ることができる。これに対して、微細一次粒子の平均粒径が0.01μm未満では、一次粒子が微細すぎるため、十分な大きさの中心部が形成されない場合がある。一方、微細一次粒子の平均粒径が0.3μmを超えると、焼成時に低温域から収縮が開始されず、収縮量が不十分になり、焼成後において、中心部に十分な大きさの空間を形成することができなくなる場合がある。 Moreover, the average particle diameter of the fine primary particles constituting the central part of the secondary particles is preferably 0.01 μm to 0.3 μm, more preferably 0.01 μm to 0.25 μm, still more preferably 0.02 μm to 0.00. 25 μm. If the average particle size of the fine primary particles is within such a range, shrinkage starts from a low temperature range during firing, and after firing, a positive electrode active material having a hollow structure having a sufficiently large space in the center is obtained. be able to. On the other hand, if the average particle size of the fine primary particles is less than 0.01 μm, the primary particles may be too fine, so that a sufficiently large central portion may not be formed. On the other hand, when the average particle size of the fine primary particles exceeds 0.3 μm, the shrinkage does not start from the low temperature range at the time of firing, the amount of shrinkage becomes insufficient, and after firing, a sufficiently large space is formed in the central portion. It may not be possible to form.

さらに、二次粒子の外殻部を構成する、微細一次粒子よりも大きな一次粒子の平均粒径は、好ましくは0.3μm〜3.0μm、より好ましくは0.5μm〜2.0μm、さらに好ましくは0.5μm〜1.0μmとする。外殻部を構成する一次粒子の平均粒径をこのような範囲に制御することにより、外殻部の一次粒子が収縮を開始する温度を、中心部を構成する微細一次粒子との比較で十分に高温としつつ、得られる正極活物質の結晶性を高いものとすることができる。これに対して、外殻部を構成する一次粒子の平均粒径が0.3μm未満では、焼成時に低温から収縮が開始することとなり、焼成後において、中心部に十分な大きさの空間を形成することができなくなる場合がある。一方、外殻部を構成する一次粒子の平均粒径が3μmを超えると、得られる正極活物質の結晶性を十分なものとするためには焼成温度を高温とすることが必要となり、粒子間の焼結が進行し、正極活物質の平均粒径を所定の範囲に制御することが困難となる。   Furthermore, the average particle size of the primary particles larger than the fine primary particles constituting the outer shell of the secondary particles is preferably 0.3 μm to 3.0 μm, more preferably 0.5 μm to 2.0 μm, and even more preferably Is 0.5 μm to 1.0 μm. By controlling the average particle size of the primary particles constituting the outer shell part within such a range, the temperature at which the primary particles of the outer shell part starts to contract can be sufficiently compared with the fine primary particles constituting the central part. In addition, the crystallinity of the obtained positive electrode active material can be made high while maintaining a high temperature. On the other hand, if the average particle size of the primary particles constituting the outer shell portion is less than 0.3 μm, the shrinkage starts from a low temperature during firing, and a sufficiently large space is formed in the central portion after firing. You may not be able to. On the other hand, when the average particle size of the primary particles constituting the outer shell portion exceeds 3 μm, it is necessary to increase the firing temperature in order to obtain sufficient crystallinity of the obtained positive electrode active material. As the sintering proceeds, it becomes difficult to control the average particle size of the positive electrode active material within a predetermined range.

なお、複合水酸化物粒子の中心部および外殻部を構成する一次粒子の平均粒径は、複合水酸化物粒子(二次粒子)を樹脂などに埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工などによって断面観察が可能な状態とした後、この断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察し、中心部を構成する微細一次粒子または外殻部を構成する一次粒子について、それぞれ10個以上の最大径を測定し、その平均値を算出することにより求めることができる。   The average particle size of the primary particles constituting the central part and the outer shell part of the composite hydroxide particles can be observed by observing the cross section by embedding the composite hydroxide particles (secondary particles) in a resin, etc., and by cross-section polisher processing. After making it possible, this cross section is observed using a scanning electron microscope (SEM), and each of the fine primary particles constituting the central part or the primary particles constituting the outer shell part has a maximum diameter of 10 or more. Can be obtained by measuring the average value.

(5)粒度分布
本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子では、二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕を、0.60以下、好ましくは0.59以下、より好ましくは0.58以下に制御することが必要とされる。ここで、d10は、各粒径における粒子数を粒径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の10%となる粒径を、d90は、同様に粒子数を累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の90%となる粒径を意味する。また、平均粒径とは、体積平均粒径を意味する。d10、d90および平均粒径を求める方法は特に制限されないが、たとえば、レーザー光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。
(5) Particle size distribution In the composite hydroxide particles which are precursors of the positive electrode active material of the present invention, [(d90-d10) / average particle size], which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the secondary particles, is set to 0. .60 or less, preferably 0.59 or less, more preferably 0.58 or less. Here, d10 is the number of particles in each particle size accumulated from the smaller particle size side, and the accumulated volume is 10% of the total volume of all particles. D90 is the same as the number of particles. , Which means a particle size whose cumulative volume is 90% of the total volume of all particles. Moreover, an average particle diameter means a volume average particle diameter. The method for obtaining d10, d90 and the average particle diameter is not particularly limited , but can be obtained from, for example, a volume integrated value measured with a laser light diffraction / scattering particle size analyzer.

本発明の正極活物質の粒度分布は、その前駆体である複合水酸化物粒子の影響を強く受ける。このため、複合水酸化物粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕を上記範囲に制御することにより、正極活物質の粒度分布を狭くすることができ、得られる二次電池の出力特性やサイクル特性を改善することができる。   The particle size distribution of the positive electrode active material of the present invention is strongly influenced by the composite hydroxide particles that are precursors thereof. For this reason, the particle size distribution of the positive electrode active material can be narrowed by controlling [(d90-d10) / average particle size], which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the composite hydroxide particles, within the above range. The output characteristics and cycle characteristics of the obtained secondary battery can be improved.

これに対して、複合水酸化物粒子の〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.60を超えると、複合水酸化物粒子の粒度分布が広くなり、これを前駆体とする正極活物質に、粒径が2μm未満の微細二次粒子や8μmを超える粗大二次粒子が多く含まれるようになる。微細二次粒子が多く含まれる正極活物質を用いて二次電池を構成した場合、微細二次粒子の局所的な反応に起因して発熱量が増大するとともに、この微細二次粒子が選択的に劣化することに起因してサイクル特性が悪化する。また、粗大二次粒子が多く含まれる正極活物質を用いて二次電池を構成した場合、電解液と正極活物質との反応面積を十分に確保することができず、正極抵抗の増加により、出力特性が低下する。   On the other hand, when [(d90-d10) / average particle size] of the composite hydroxide particles exceeds 0.60, the particle size distribution of the composite hydroxide particles becomes wide, and the positive electrode active using this as a precursor. The substance contains a lot of fine secondary particles having a particle size of less than 2 μm and coarse secondary particles having a particle size of more than 8 μm. When a secondary battery is configured using a positive electrode active material containing a large amount of fine secondary particles, the calorific value increases due to a local reaction of the fine secondary particles, and the fine secondary particles are selectively used. Due to the deterioration, the cycle characteristics deteriorate. In addition, when a secondary battery is configured using a positive electrode active material containing a large amount of coarse secondary particles, a sufficient reaction area between the electrolytic solution and the positive electrode active material cannot be ensured. Output characteristics deteriorate.

2.マンガンニッケルチタン複合水酸化物粒子の製造方法
続いて、本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子の製造方法について説明する。この複合水酸化物粒子の製造方法は、少なくともマンガンとニッケルを含有し、かつ、チタンを含有しない水溶液(以下、「混合水溶液1」という)と、アルカリ水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液とを混合し、液温25℃基準におけるpH値が12.0〜14.0となるように制御して、酸化性雰囲気下で、核生成を行う核生成工程と、核生成工程で生成された核を含む水溶液を、液温25℃基準におけるpH値が10.5〜12.0となるように制御して、該核を成長させる粒子成長工程とを備える。特に、の複合水酸化物粒子の製造方法は、粒子成長工程の開始時から、好ましくは、粒子成長工程の開始時から粒子成長工程時間の全体に対して30%以下の範囲で、酸化性雰囲気を、酸素濃度が1容量%以下の弱酸化性雰囲気ないしは非酸化性雰囲気に切り換えるとともに、混合水溶液1を、少なくともマンガンとニッケルとチタンを含有する水溶液(以下、「混合水溶液2」という)に切り換えることにより、上述した複合水酸化物粒子を得ることを特徴とする。
2. Method for producing manganese nickel titanium composite hydroxide particles
Then, the manufacturing method of the composite hydroxide particle | grains which are the precursors of the positive electrode active material of this invention is demonstrated. Aqueous solution method of producing composite hydroxide particles This is containing containing at least manganese and nickel, and an aqueous solution containing no titanium (hereinafter, referred to as "mixed solution 1") and an alkaline aqueous solution, an ammonium ion donor And a nucleation step in which nucleation is performed in an oxidizing atmosphere by controlling the pH value at a liquid temperature of 25 ° C. to be 12.0 to 14.0, and is generated in the nucleation step. And a particle growth step of growing the nuclei by controlling the aqueous solution containing the nuclei so that the pH value on the basis of the liquid temperature of 25 ° C. is 10.5 to 12.0. In particular, the production method of the composite hydroxide particles This is from the start of the particle growth step, preferably in the range of more than 30% of the whole grain growth process time from the start of the particle growth step, oxidizing The atmosphere is switched to a weak oxidizing atmosphere or non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less, and the mixed aqueous solution 1 is changed to an aqueous solution containing at least manganese, nickel and titanium (hereinafter referred to as “mixed aqueous solution 2”). By switching, the composite hydroxide particles described above are obtained.

すなわち、特開2012−246199号公報に記載の技術で、チタンを含有するマンガンニッケル複合水酸化物粒子を得ようとする場合、晶析反応の初期、特に核生成工程の段階において、反応水溶液中にチタンが存在すると、得られる複合水酸化粒子の中心部と外殻部に密度差を形成することができず、これを前駆体とする正極活物質を中空構造とすることができない。   That is, when it is intended to obtain manganese-nickel composite hydroxide particles containing titanium by the technique described in JP 2012-246199 A, in the reaction aqueous solution at the initial stage of the crystallization reaction, particularly at the stage of the nucleation step. If titanium is present, a density difference cannot be formed between the central portion and the outer shell portion of the resulting composite hydroxide particles, and the positive electrode active material using this as a precursor cannot have a hollow structure.

これに対して、本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子の製造方法では、核生成工程、好ましくは、核生成工程および粒子成長工程の初期段階において、チタンを含有しない混合水溶液1を用いることにより低密度の中心部を形成するとともに、粒子成長工程の開始時から、好ましくは、粒子成長工程の開始時から粒子成長工程時間の全体に対して特定の範囲で、酸化性雰囲気を、酸素濃度が1容量%以下の弱酸化性雰囲気ないしは非酸化性雰囲気に切り換えるとともに、混合水溶液1を、チタンを含有する混合水溶液2に切り換えて粒成長を継続することにより、低密度の中心部の外側に、チタンを含有する高密度の外殻部を形成することを可能としている。 In contrast, in the manufacturing method of the double focus hydroxide particles as a precursor of the positive electrode active material of the present invention, the nucleation step, preferably, in the early stages of nucleation step and the particle growth step, not containing titanium The mixed aqueous solution 1 is used to form a low-density central portion, and at the start of the grain growth process, preferably within a specific range with respect to the entire grain growth process time from the start of the grain growth process. By switching the neutral atmosphere to a weak oxidizing atmosphere or non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less, and switching the mixed aqueous solution 1 to the mixed aqueous solution 2 containing titanium to continue grain growth, It is possible to form a high-density outer shell containing titanium on the outside of the central part.

このような複合水酸化物粒子の製造方法によれば、粒度分布が狭く、適度に粒径が小さく、かつ、中空構造を有するという粒子性状を維持しつつ、チタン添加による効果を得ることができるため、この複合水酸化物粒子を用いて最終的に得られる二次電池の容量特性や安全性を損なうことなく、その出力特性を大幅に向上させることが可能となる。 According to the manufacturing method of the double case hydroxide particles, narrow particle size distribution, moderately particle size is small and, while maintaining the particle characteristics of having a hollow structure, it is possible to obtain the effect of titanium addition Therefore, the output characteristics can be greatly improved without impairing the capacity characteristics and safety of the secondary battery finally obtained using the composite hydroxide particles.

以下、本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子の製造方法について詳細に説明するが、上述したように、この複合水酸化物粒子の製造方法は、特開2012−246199号公報に記載の技術をベースとしているため、以下では、この複合水酸化物粒子の製造方法の特徴部分ないしは特開2012−246199号公報に記載の技術との相違点を中心に説明する。 Hereinafter, although the manufacturing method of the composite hydroxide particle which is a precursor of the positive electrode active material of this invention is demonstrated in detail, as above-mentioned , this manufacturing method of composite hydroxide particle is Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-246199. Since it is based on the technique described in the gazette, the following description will focus on features of the method for producing the composite hydroxide particles or differences from the technique described in JP 2012-246199 A.

(1)晶析反応
(1−a)核生成工程
核生成工程では、はじめに、少なくともマンガンおよびニッケンを含有し、かつ、チタンを含有しない混合水溶液1を作製する。本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子の製造方法では、得られる複合水酸化物粒子に含まれる各金属元素の組成比は、混合水溶液1および混合水溶液2に含まれる金属元素の原子数の合計に対する、各金属元素の原子数の比率と概ね同様となる。したがって、混合水溶液1中における各金属元素の組成比は、チタンを除き、目的とする複合水酸化物粒子の組成比と同一となるように調製する必要がある。
(1) Crystallization reaction (1-a) Nucleation step In the nucleation step, first, a mixed aqueous solution 1 containing at least manganese and nickel and not containing titanium is prepared. In the method for producing composite hydroxide particles that are precursors of the positive electrode active material of the present invention, the composition ratio of each metal element contained in the obtained composite hydroxide particles is the metal contained in the mixed aqueous solution 1 and the mixed aqueous solution 2. The ratio is substantially the same as the ratio of the number of atoms of each metal element to the total number of atoms of the element. Therefore, it is necessary to prepare the composition ratio of each metal element in the mixed aqueous solution 1 to be the same as the composition ratio of the target composite hydroxide particles except for titanium.

次に、反応槽内に、アルカリ水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液と、水を供給し、これらを混合することにより、反応前水溶液を形成する。この際、各水溶液の供給量を調整して、反応前水溶液のpH値を、液温25℃基準で12.0〜14.0に調整するとともに、アンモニウムイオン濃度を3g/L〜25g/Lに調整する。また、反応前水溶液の温度を20℃〜60℃に調整するとともに、反応槽内の雰囲気を酸化性雰囲気とする。なお、反応前水溶液のpH値、アンモニウムイオン濃度および温度は、それぞれ一般的なpH値、イオンメータ、温度計によって測定することができる。   Next, an aqueous alkali solution, an aqueous solution containing an ammonium ion supplier, and water are supplied into the reaction vessel, and these are mixed to form a pre-reaction aqueous solution. At this time, the supply amount of each aqueous solution is adjusted to adjust the pH value of the aqueous solution before the reaction to 12.0 to 14.0 based on the liquid temperature of 25 ° C., and the ammonium ion concentration is adjusted to 3 g / L to 25 g / L. Adjust to. Moreover, while adjusting the temperature of aqueous solution before reaction to 20 to 60 degreeC, let the atmosphere in a reaction tank be oxidizing atmosphere. The pH value, ammonium ion concentration and temperature of the pre-reaction aqueous solution can be measured with a general pH value, ion meter and thermometer, respectively.

反応前水溶液のpH値、アンモニウムイオン濃度、温度および雰囲気が、上記範囲に調整されたことを確認した後、この反応前水溶液を撹拌しながら、混合水溶液1を供給する。これにより、反応槽内に反応前水溶液と混合水溶液1とが混合した反応水溶液が形成され、この反応水溶液中に、複合水酸化物粒子の中心部を構成する、マンガンニッケル複合水酸化物粒子からなる微細な核(微細一次粒子)が析出する。なお、反応水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度は、核生成に伴って変化するため、反応水溶液には、混合水溶液1とともに、アルカリ水溶液およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給して、pH値およびアンモニウムイオン濃度が上記範囲に維持されるように制御することが必要である。 After confirming that the pH value, ammonium ion concentration, temperature and atmosphere of the aqueous solution before reaction are adjusted to the above ranges, the mixed aqueous solution 1 is supplied while stirring the aqueous solution before reaction. Thus, the reaction solution before the reaction solution and the mixed aqueous solution 1 were mixed in the reaction vessel is formed during the reaction aqueous solution, constituting the central portion of the double coupling hydroxide particles, manganese-nickel composite hydroxide particles Fine nuclei (fine primary particles) consisting of Since the pH value and ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution change with nucleation, the aqueous solution containing the alkaline aqueous solution and the ammonium ion supplier together with the mixed aqueous solution 1 is supplied to the reaction aqueous solution. It is necessary to control so that the ammonium ion concentration is maintained in the above range.

核生成工程において析出させる核の量は、特に制限されるものではないが、粒度分布の良好な複合水酸化物粒子を得るためには、核生成工程および粒子成長工程で供給する金属化合物の全質量に対して、0.1質量%〜2質量%とすることが好ましく、0.1質量%〜1.5質量%とすることがより好ましい。 The amount of nuclei to be precipitated in the nucleation step is not particularly limited, but in order to obtain composite hydroxide particles having a good particle size distribution, all the metal compounds supplied in the nucleation step and the particle growth step can be obtained. It is preferable to set it as 0.1 mass%-2 mass% with respect to mass, and it is more preferable to set it as 0.1 mass%-1.5 mass%.

なお、核生成工程は、反応水溶液中に所定量の核が生成された時点で終了する。この際、核の生成量は、反応水溶液に供給した金属化合物の量によって判断することができる。   Note that the nucleation step ends when a predetermined amount of nuclei is generated in the aqueous reaction solution. At this time, the amount of nuclei generated can be determined by the amount of the metal compound supplied to the reaction aqueous solution.

(1−b)粒子成長工程
粒子成長工程では、はじめに、核生成工程終了後の反応水溶液に硫酸などの酸性水溶液を供給し、反応水溶液のpH値を、液温25℃基準で10.5〜12.0となるように調整する。反応水溶液のpH値をこのような範囲に調整および維持することにより、反応水溶液中における新たな核生成を抑制し、粒成長を優先して起こさせることができる。
(1-b) Particle Growth Step In the particle growth step, first, an acidic aqueous solution such as sulfuric acid is supplied to the reaction aqueous solution after completion of the nucleation step, and the pH value of the reaction aqueous solution is adjusted to 10.5 to Adjust to 12.0. By adjusting and maintaining the pH value of the reaction aqueous solution within such a range, new nucleation in the reaction aqueous solution can be suppressed and grain growth can be preferentially caused.

同時に、少なくともマンガン、ニッケルおよびチタンを含有する混合水溶液2を作製する。上述したように、本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子の製造方法では、得られる複合水酸化物粒子に含まれる各金属元素の組成比は、チタンを含めて、混合水溶液1および混合水溶液2に含まれる金属元素の原子数の合計に対する、各金属元素の原子数の比率と概ね同様となる。したがって、混合水溶液2中のチタン量を、目的とする複合水酸化物粒子におけるチタン量と、混合水溶液1と混合水溶液2の合計量に対する混合水溶液2の量の比率を考慮して決定するとともに、混合水溶液1と同様に、混合水溶液2中における各金属元素の組成比は、チタンを除き、目的とする複合水酸化物粒子の組成比と同様とする必要がある。 At the same time, a mixed aqueous solution 2 containing at least manganese, nickel and titanium is prepared. As described above, in the method for producing composite hydroxide particles that are precursors of the positive electrode active material of the present invention, the composition ratio of each metal element contained in the obtained composite hydroxide particles is mixed with titanium. The ratio is substantially the same as the ratio of the number of atoms of each metal element to the total number of atoms of the metal elements contained in the aqueous solution 1 and the mixed aqueous solution 2. Therefore, the amount of titanium in the mixed aqueous solution 2 is determined in consideration of the amount of titanium in the target composite hydroxide particles and the ratio of the amount of the mixed aqueous solution 2 to the total amount of the mixed aqueous solution 1 and the mixed aqueous solution 2, Similar to the mixed aqueous solution 1, the composition ratio of each metal element in the mixed aqueous solution 2 needs to be the same as the composition ratio of the target composite hydroxide particles except titanium.

粒子成長工程の開始時から、反応雰囲気および混合水溶液の切り換えを行う場合、反応水溶液のpH値を切り換えた後、反応槽内の雰囲気を、弱酸性雰囲気ないしは非酸化性雰囲気に置換することが必要となる。具体的には、反応槽内に窒素などの不活性ガスを導入し、反応槽内の酸素濃度を1容量%以下に調整する。   When switching the reaction atmosphere and mixed aqueous solution from the beginning of the particle growth process, it is necessary to replace the reaction tank atmosphere with a weakly acidic or non-oxidizing atmosphere after switching the pH value of the reaction aqueous solution. It becomes. Specifically, an inert gas such as nitrogen is introduced into the reaction tank, and the oxygen concentration in the reaction tank is adjusted to 1% by volume or less.

続いて、反応水溶液に混合水溶液2の供給を開始し、目的とする粒径(平均粒径で1μm〜7μm)となるまで、混合水溶液2の供給を継続して、複合水酸化物粒子を粒成長させる。この際、反応水溶液に、混合水溶液2とともに、アルカリ水溶液およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給し、反応水溶液のpH値が液温25℃基準で10.5〜12.0の範囲となるように、および、アンモニウムイオン濃度が3g/L〜25g/Lの範囲に維持されるように制御することが必要である。   Subsequently, the supply of the mixed aqueous solution 2 is started to the reaction aqueous solution, and the supply of the mixed aqueous solution 2 is continued until the target particle size (average particle size of 1 μm to 7 μm) is reached, whereby the composite hydroxide particles are granulated. Grow. At this time, an aqueous solution containing an alkaline aqueous solution and an ammonium ion supplier is supplied to the reaction aqueous solution together with the mixed aqueous solution 2 so that the pH value of the reaction aqueous solution is in the range of 10.5 to 12.0 based on the liquid temperature of 25 ° C. In addition, it is necessary to control the ammonium ion concentration to be maintained in the range of 3 g / L to 25 g / L.

なお、この複合水酸化物粒子の製造方法においては、粒子成長工程の初期段階、具体的には、粒子成長工程の開始時から粒子成長工程時間の全体に対して30%以下の範囲で、反応雰囲気および混合水溶液を切り換えることが好ましい。核生成工程の終了時点において、生成した核はある程度凝集しており、反応水溶液のpH値の切り換えにより、この核が粒成長を開始し、反応雰囲気および混合水溶液の切り換えを行う時点では、目的とする複合水酸化物粒子の中心部としてある程度適切な大きさとなっているが、粒子成長工程の初期段階において、反応雰囲気および混合水溶液の切り換えを行う前に、反応水溶液のpH値のみを切り換えて、所定時間だけ核を粒成長させることにより、得られる複合水酸化物粒子において、最適な大きさの中心部を形成することが可能となる。 Incidentally, Oite to the method of manufacturing the composite hydroxide particles, the initial stage of grain growth process, specifically, in a range of not less than 30% total grain growth process time from the start of the grain growth step It is preferable to switch the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution. At the end of the nucleation step, the produced nuclei have agglomerated to some extent, and by switching the pH value of the reaction aqueous solution, the nuclei start grain growth, and when the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution are switched, The size of the composite hydroxide particles is moderately appropriate to some extent, but at the initial stage of the particle growth process, before switching the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution, only the pH value of the reaction aqueous solution is switched, By growing the nuclei for a predetermined time, it is possible to form a center portion having an optimum size in the obtained composite hydroxide particles.

この場合、マンガンニッケル複合水酸化物粒子が、目的とする複合水酸化物粒子の中心部として十分な大きさまで成長した時点で、混合水溶液1、アルカリ水溶液およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の供給を一旦停止する。各水溶液の供給停止後、反応槽内の雰囲気を、弱酸性雰囲気ないしは非酸化性雰囲気に置換した状態で、反応水溶液に混合水溶液2の供給を開始する。   In this case, when the manganese nickel composite hydroxide particles grow to a sufficient size as the center of the target composite hydroxide particles, the aqueous solution containing the mixed aqueous solution 1, the alkaline aqueous solution and the ammonium ion supplier is supplied. Stop temporarily. After the supply of each aqueous solution is stopped, the mixed aqueous solution 2 is started to be supplied to the reaction aqueous solution in a state where the atmosphere in the reaction tank is replaced with a weakly acidic atmosphere or a non-oxidizing atmosphere.

なお、反応雰囲気および混合水溶液の切り換えは、粒子成長工程の開始時から粒子成長工程時間の全体に対して30%以下の範囲で、好ましくは20%以下の範囲で、さらに好ましくは10%以下の範囲で行う必要がある。反応雰囲気および混合水溶液の切り換えを、粒子成長工程の開始時から粒子成長工程時間の全体に対して30%を超えた範囲で行うと、得られる複合水酸化物粒子の外殻部を十分な厚みとすることができない。   Note that the switching of the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution is 30% or less, preferably 20% or less, and more preferably 10% or less with respect to the entire particle growth process time from the start of the particle growth process. Must be done in range. When the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution are switched within the range exceeding 30% of the entire particle growth process time from the start of the particle growth process, the outer shell of the resulting composite hydroxide particles has a sufficient thickness. It can not be.

粒子成長工程は、複合水酸化物粒子の粒径が目的とする粒径に達した時点で、各水溶液の供給を停止することにより終了する。粒成長工程の各段階におけるマンガンニッケル複合水酸化物粒子またはマンガンニッケルチタン複合水酸化物粒子の粒径は、予め、核生成工程と粒子成長工程における反応水溶液への金属化合物の添加量と得られる粒子の大きさとの関係を求めておくことで、金属化合物の添加量から容易に判断することができる。 The particle growth step is terminated by stopping the supply of each aqueous solution when the particle size of the composite hydroxide particles reaches the target particle size. The particle size of the manganese-nickel composite hydroxide particles or manganese-nickel-titanium composite hydroxide particles at each stage of grain terminal growth step, previously, the addition amount and give a metal compound to the reaction solution in the nucleation step and particle growth step By determining the relationship with the size of the particles to be obtained, it can be easily determined from the amount of the metal compound added.

このようにして得られた複合水酸化物粒子を、固液分離し、残留するアルカリカチオンなどの不純物を洗浄した後、100℃以上の温度で乾燥することにより、粉末状の複合水酸化物粒子を得ることができる。   The composite hydroxide particles thus obtained are subjected to solid-liquid separation, washed away residual impurities such as alkali cations, and then dried at a temperature of 100 ° C. or higher to obtain powdered composite hydroxide particles. Can be obtained.

の複合水酸化物粒子の製造方法では、粒子成長工程の開始時に、好ましくは、粒子成長工程の途中で、反応雰囲気および混合水溶液を切り替えることにより、晶析反応により得られる複合水酸化物粒子、すなわち、チタンを含有するマンガンニッケル複合水酸化物粒子を、微細一次粒子からなる低密度の中心部と、この微細一次粒子よりも大きな一次粒子からなる外殻部とを備えた構造とすることができる。 In the manufacturing method of this composite hydroxide particles, at the start of the particle growth step, preferably in the middle of the particle growth step, by switching the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution, the composite hydroxide particles obtained by the crystallization reaction That is, the titanium-manganese composite hydroxide particles containing titanium have a structure having a low-density central portion made of fine primary particles and an outer shell portion made of primary particles larger than the fine primary particles. Can do.

(2)供給水溶液
次に、複合水酸化物粒子の原料となる混合水溶液、pH制御のためのアルカリ水溶液およびアンモニウムイオン濃度を制御するためのアンモニウムイオン供給体を含む水溶液について説明する。
(2) supplying an aqueous solution Then, a mixed aqueous solution as a raw material for double engagement hydroxide particles, the aqueous solution containing ammonium ion donor to control the alkali aqueous solution and ammonium ion concentration for pH control will be described.

(2−a)混合水溶液
混合水溶液1を作製するためのマンガン化合物およびニッケル化合物、ならびに、混合水溶液2を作製するためのマンガン化合物、ニッケル化合物およびチタン化合物は、特に制限されることはないが、取扱いの容易性から、水溶性の硝酸塩、硫酸塩および塩酸塩などを用いることができる。特に、コストやハロゲンの混入を防止する観点から硫酸塩、具体的には、硫酸マンガン、硫酸ニッケルおよび硫酸チタンを用いることが好ましい。
(2-a) Mixed aqueous solution The manganese compound and nickel compound for producing the mixed aqueous solution 1 and the manganese compound, nickel compound and titanium compound for producing the mixed aqueous solution 2 are not particularly limited , In view of easy handling, water-soluble nitrates, sulfates, hydrochlorides, and the like can be used. In particular, it is preferable to use a sulfate, specifically, manganese sulfate, nickel sulfate and titanium sulfate from the viewpoint of preventing cost and halogen contamination.

また、複合水酸化物粒子中に添加元素M(Mは、Mg、Ca、Ba、Sr、V、Fe、Cr、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Wから選ばれる少なくとも1種の元素)を含有させる場合、添加元素Mを供給するための化合物としては、同様に水溶性の化合物が好ましく、たとえば、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ストロンチウム、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸鉄、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸コバルト、硫酸銅、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸アンモニウムなどを好適に用いることができる。   Further, the additive element M in the composite hydroxide particles (M is at least one element selected from Mg, Ca, Ba, Sr, V, Fe, Cr, Co, Cu, Zr, Nb, Mo, and W) As a compound for supplying the additive element M, a water-soluble compound is also preferable. For example, magnesium sulfate, calcium sulfate, barium sulfate, strontium sulfate, titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, oxalic acid Suitable for potassium titanium, vanadium sulfate, ammonium vanadate, iron sulfate, chromium sulfate, potassium chromate, cobalt sulfate, copper sulfate, zirconium sulfate, zirconium nitrate, niobium oxalate, ammonium molybdate, sodium tungstate, ammonium tungstate, etc. Can be used.

混合水溶液の濃度は、混合水溶液1および混合水溶液2のいずれの場合においても、混合水溶液に含まれる金属化合物の合計で、好ましくは1mol/L〜2.6mol/L、より好ましくは1mol/L〜2.3mol/Lとする。混合水溶液の濃度が1mol/L未満では、反応槽当たりの晶析物量が少なくなるため、生産性が低下する。一方、混合水溶液の濃度が2.6mol/Lを超えると、反応温度が低下した際に、飽和濃度を超え、各金属化合物の結晶が再析出して、配管などを詰まらせるおそれがある。   The concentration of the mixed aqueous solution is preferably 1 mol / L to 2.6 mol / L, more preferably 1 mol / L to the total amount of the metal compounds contained in the mixed aqueous solution in both cases of the mixed aqueous solution 1 and the mixed aqueous solution 2. 2.3 mol / L. When the concentration of the mixed aqueous solution is less than 1 mol / L, the amount of crystallized material per reaction tank is reduced, and thus the productivity is lowered. On the other hand, when the concentration of the mixed aqueous solution exceeds 2.6 mol / L, when the reaction temperature is lowered, the saturation concentration is exceeded, and crystals of each metal compound may be reprecipitated to clog piping and the like.

なお、上述したマンガン化合物、ニッケル化合物、チタン化合物および添加元素Mの化合物は、必ずしも混合水溶液1または混合水溶液2として反応槽に供給しなくてもよい。たとえば、混合すると反応して目的とする化合物以外の化合物が生成されてしまう金属化合物を用いて晶析反応を行う場合、全金属化合物水溶液の合計の濃度が上記範囲となるように、個別に金属化合物水溶液を調製して、個々の金属化合物の水溶液として、所定の割合で反応槽内に供給してもよい。   The manganese compound, the nickel compound, the titanium compound, and the compound of the additive element M described above are not necessarily supplied to the reaction vessel as the mixed aqueous solution 1 or the mixed aqueous solution 2. For example, when a crystallization reaction is carried out using a metal compound that reacts when mixed to produce a compound other than the target compound, the individual concentrations of the metals are adjusted so that the total concentration of all aqueous metal compound solutions falls within the above range. A compound aqueous solution may be prepared and supplied into the reaction vessel at a predetermined rate as an aqueous solution of individual metal compounds.

また、混合水溶液1および混合水溶液2の供給量は、晶析反応終了時点で、反応水溶液中の生成物の濃度が、好ましくは30g/L〜200g/L、より好ましくは50g/L〜150g/Lとなるようにする。生成物の濃度が30g/L未満では、一次粒子の凝集が不十分になる場合がある。一方、200g/Lを超えると、反応水溶液に供給する混合水溶液1または混合水溶液2が十分に拡散せず、粒成長に偏りが生じる場合がある。   The supply amount of the mixed aqueous solution 1 and the mixed aqueous solution 2 is such that the concentration of the product in the aqueous reaction solution is preferably 30 g / L to 200 g / L, more preferably 50 g / L to 150 g / L at the end of the crystallization reaction. L. When the concentration of the product is less than 30 g / L, the primary particles may be insufficiently aggregated. On the other hand, when it exceeds 200 g / L, the mixed aqueous solution 1 or the mixed aqueous solution 2 supplied to the reaction aqueous solution may not be sufficiently diffused, and the grain growth may be biased.

(2−b)アルカリ水溶液
アルカリ水溶液は、特に制限されることはなく、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの一般的なアルカリ金属水酸化物水溶液を用いることができる。なお、アルカリ金属水酸化物を、直接、反応水溶液に添加することもできるが、pH制御の容易さから、水溶液として添加することが好ましい。この場合、アルカリ金属水酸化物水溶液の濃度を、20質量%〜50質量%とすることが好ましく、20質量%〜30質量%とすることがより好ましい。アルカリ金属水溶液の濃度をこのような範囲に規制することにより、反応系に供給する溶媒量(水量)を抑制しつつ、添加位置で局所的にpH値が高くなることを防止することができるため、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を効率的に得ることができる。
(2-b) Alkaline aqueous solution The alkali aqueous solution is not particularly limited , and a general alkali metal hydroxide aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide can be used. The alkali metal hydroxide can be directly added to the reaction aqueous solution, but it is preferably added as an aqueous solution in view of easy pH control. In this case, the concentration of the alkali metal hydroxide aqueous solution is preferably 20% by mass to 50% by mass, and more preferably 20% by mass to 30% by mass. By regulating the concentration of the alkali metal aqueous solution to such a range, it is possible to prevent the pH value from being locally increased at the addition position while suppressing the amount of solvent (water amount) supplied to the reaction system. Thus, composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution can be obtained efficiently.

なお、アルカリ水溶液の供給方法は、反応水溶液のpH値が局所的に高くならず、かつ、所定の範囲に維持される限り、特に制限されることはなく、たとえば、反応水溶液を十分に撹拌しながら、定量ポンプなどの流量制御が可能なポンプにより供給すればよい。 The method for supplying the alkaline aqueous solution is not particularly limited as long as the pH value of the reaction aqueous solution is not locally increased and is maintained within a predetermined range. For example, the reaction aqueous solution is sufficiently stirred. However, it may be supplied by a pump capable of controlling the flow rate such as a metering pump.

(2−c)アンモニウムイオン供給体を含む水溶液
アンモニウムイオン供給体を含む水溶液も、特に制限されることはなく、たとえば、アンモニア水、または、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウムもしくはフッ化アンモニウムなどの水溶液を使用することができる。
(2-c) Aqueous solution containing ammonium ion donor Aqueous solution containing ammonium ion donor is not particularly limited, and is, for example, aqueous ammonia or an aqueous solution of ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, or ammonium fluoride. Can be used.

アンモニウムイオン供給体として、アンモニア水を使用する場合、その濃度は、好ましくは20質量%〜30質量%、より好ましくは22質量%〜28質量%とする。アンモニア水の濃度をこのような範囲に規制することにより、揮発などによるアンモニアの損失を最小限に抑制することができるため、生産効率の向上を図ることができる。   When ammonia water is used as the ammonium ion supplier, the concentration is preferably 20% by mass to 30% by mass, more preferably 22% by mass to 28% by mass. By restricting the ammonia water concentration to such a range, loss of ammonia due to volatilization or the like can be suppressed to a minimum, so that production efficiency can be improved.

なお、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液の供給方法も、アルカリ水溶液と同様に、流量制御が可能なポンプにより供給することができる。   In addition, the supply method of the aqueous solution containing an ammonium ion supply body can also be supplied by a pump capable of controlling the flow rate, similarly to the alkaline aqueous solution.

(3)反応条件
(3−a)pH値
本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子の製造方法においては、液温25℃基準におけるpH値を、核生成工程においては12.0〜14.0の範囲に、粒子成長工程においては10.5〜12.0の範囲に制御することが必要となる。なお、いずれの工程においても、晶析反応中のpH値の変動幅は、±0.2以内とすることが好ましい。pH値の変動幅が大きい場合、核生成量と粒成長の割合が一定とならず、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を得ることができなくなる場合がある。
(3) Reaction conditions (3-a) pH value In the manufacturing method of the composite hydroxide particle which is a precursor of the positive electrode active material of this invention, pH value on the basis of liquid temperature 25 degreeC is set to 12 in a nucleation process. It is necessary to control within the range of 1.0 to 14.0 and within the range of 10.5 to 12.0 in the grain growth step. In any step, the fluctuation range of the pH value during the crystallization reaction is preferably within ± 0.2. When the variation width of the pH value is large, there are cases where the proportion of nucleation amount and TsubuNaru length not constant, it is impossible to obtain a narrow composite hydroxide particles size distribution.

[核生成工程]
核生成工程においては、反応水溶液のpH値を、液温25℃基準で12.0〜14.0、好ましくは12.3〜14.0、より好ましくは12.3〜13.5の範囲に制御する。pH値が12.0未満では、核生成とともに、核の成長(粒成長)が進むため、得られる複合水酸化物粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。一方、pH値が14.0を超えると、生成する核が微細になりすぎるため、反応水溶液がゲル化するという問題が生じる。
[Nucleation process]
In the nucleation step, the pH value of the reaction aqueous solution is within the range of 12.0 to 14.0, preferably 12.3 to 14.0, more preferably 12.3 to 13.5, based on the liquid temperature of 25 ° C. Control. When the pH value is less than 12.0, the growth of nuclei (grain growth) proceeds with the nucleation, so that the obtained composite hydroxide particles have non-uniform particle sizes and the particle size distribution deteriorates. On the other hand, if the pH value exceeds 14.0, the nuclei to be produced become too fine, causing a problem that the reaction aqueous solution gels.

[粒子成長工程]
粒子成長工程においては、反応水溶液のpH値を、液温25℃基準で10.5〜12.0、好ましくは10.7〜12.0、より好ましくは10.7〜11.8の範囲に制御する。粒子成長工程におけるpH値をこのような範囲に制御することにより、新たな核の生成が抑制され、粒成長が優先的に進行するため、得られる複合水酸化物粒子を均質で、粒度分布が狭いものとすることができる。これに対して、pH値が10.5未満では、アンモニウムイオン濃度が上昇し、金属イオンの溶解度が高くなるため、晶析反応の速度が遅くなるばかりでなく、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、生産性が悪化する。一方、pH値が12.0を超えると、粒子成長工程における核生成量が増加し、得られる複合水酸化物粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。
[Particle growth process]
In the particle growth step, the pH value of the aqueous reaction solution is in the range of 10.5 to 12.0, preferably 10.7 to 12.0, more preferably 10.7 to 11.8, based on the liquid temperature of 25 ° C. Control. By controlling the pH value in the particle growth process in such a range, the generation of new nuclei is suppressed and the particle growth proceeds preferentially, so that the resulting composite hydroxide particles are homogeneous and have a particle size distribution. It can be narrow. On the other hand, when the pH value is less than 10.5, the ammonium ion concentration increases and the solubility of metal ions increases, so that not only the rate of crystallization reaction is slowed, but also metal ions remaining in the reaction aqueous solution. Volume increases and productivity deteriorates. On the other hand, if the pH value exceeds 12.0, the amount of nucleation in the particle growth step increases, the particle size of the resulting composite hydroxide particles becomes non-uniform, and the particle size distribution deteriorates.

なお、pH値が12.0の場合は、核生成と核成長の境界条件であるため、反応水溶液中に存在する核の有無により、核生成工程または粒子成長工程のいずれかの条件とすることができる。すなわち、核生成工程のpH値を12.0より高くして多量に核生成させた後、粒子成長工程のpH値を12.0とすると、反応水溶液中に多量の核が存在するため、粒成長が優先して起こり、粒径分布が狭い複合水酸化物粒子を得ることができる。一方、核生成工程のpH値を12.0とすると、反応水溶液中に成長する核が存在しないため、核生成が優先して起こり、粒子成長工程のpH値を12.0より小さくすることで、生成した核が成長して良好な複合水酸化物粒子を得ることができる。   In addition, when the pH value is 12.0, it is a boundary condition between nucleation and nucleation, so it should be either nucleation process or particle growth process depending on the presence or absence of nuclei in the reaction aqueous solution. Can do. That is, when the pH value of the nucleation step is higher than 12.0 and a large amount of nuclei are produced, and the pH value of the particle growth step is 12.0, a large amount of nuclei exist in the reaction aqueous solution. Growth occurs preferentially, and composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution can be obtained. On the other hand, if the pH value of the nucleation step is 12.0, there is no nucleus that grows in the reaction aqueous solution, so nucleation occurs preferentially, and the pH value of the particle growth step is made smaller than 12.0. The produced nuclei grow and good composite hydroxide particles can be obtained.

(3−b)反応雰囲気
本発明の正極活物質の前駆体である複合水酸化物粒子の構造は、核生成工程および粒子成長工程における反応雰囲気の制御によって規制される。具体的には、核生成工程では、好ましくは、核生成工程および粒子成長工程の開始時から粒子成長工程時間の全体の30%以下の範囲では、反応雰囲気を酸化性雰囲気とすることによって、微細一次粒子を析出させ、粒子成長工程においては低密度の中心部が形成される。これに対して、粒子成長工程における反応雰囲気の切り換え後においては、反応雰囲気を弱酸化性雰囲気ないしは非酸化性雰囲気に制御することによって、前述した微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子を析出させ、これにより、中心部の外側に高密度の外殻部を形成する。
(3-b) Reaction atmosphere The structure of the composite hydroxide particles that are precursors of the positive electrode active material of the present invention is regulated by controlling the reaction atmosphere in the nucleation step and the particle growth step. Specifically, in the nucleation step, preferably, the reaction atmosphere is set to be an oxidizing atmosphere within a range of 30% or less of the entire particle growth step time from the start of the nucleation step and the particle growth step. Primary particles are precipitated, and a low-density central part is formed in the particle growth process. On the other hand, after switching the reaction atmosphere in the particle growth process, by controlling the reaction atmosphere to a weak oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere, plate-like primary particles larger than the fine primary particles described above are precipitated. Thereby, a high-density outer shell portion is formed outside the center portion.

このように、反応雰囲気の変化により、析出する一次粒子の大きさが異なる理由は、反応雰囲気内の酸素濃度に応じて金属元素の価数が変化するためと考えられる。したがって、の複合水酸化物粒子の製造方法においては、各工程における反応雰囲気を適切に制御することが重要となる。 As described above, the reason why the size of the primary particles to be precipitated varies depending on the change in the reaction atmosphere is considered to be because the valence of the metal element changes according to the oxygen concentration in the reaction atmosphere. Therefore, in the manufacturing method of the composite hydroxide particles of this, it is important to properly control the reaction atmosphere in each step.

[酸化性雰囲気]
核生成工程では、好ましくは、核生成工程および粒子成長工程の開始時から粒子成長工程時間の全体の30%以下の範囲では、反応雰囲気を酸化性雰囲気、すなわち、酸素濃度が1容量%を超える雰囲気とすることが必要である。特に、雰囲気制御が容易な大気雰囲気とすることが好ましい。このような反応雰囲気では、析出する微細一次粒子の平均粒径が0.01μm〜0.3μmとなるため、この微細一次粒子が凝集することによって形成される二次粒子からなる中心部を十分に低密度なものとすることができる。これに対して、酸素濃度が1容量%以下では、一次粒子が粗大化し、平均粒径が3μmを超えてしまうおそれがある。
[Oxidizing atmosphere]
In the nucleation step, preferably, the reaction atmosphere is an oxidizing atmosphere, that is, the oxygen concentration exceeds 1% by volume within the range of 30% or less of the total particle growth step time from the start of the nucleation step and the particle growth step. It is necessary to have an atmosphere. In particular, it is preferable to make the air atmosphere easy to control the atmosphere. In such a reaction atmosphere, the average primary particle size of the precipitated fine primary particles is 0.01 μm to 0.3 μm, so that the central portion formed by the secondary particles formed by aggregation of the fine primary particles is sufficient. It can be of low density. On the other hand, when the oxygen concentration is 1% by volume or less, the primary particles are coarsened, and the average particle size may exceed 3 μm.

なお、酸素濃度の上限は、特に制限されることはないが、30容量%程度とすることが好ましい。酸素濃度が30容量%を超えると、一次粒子が微細になりすぎたり、一次粒子の凝集が抑制され、二次粒子を形成することができなくなったりする場合がある。   The upper limit of the oxygen concentration is not particularly limited, but is preferably about 30% by volume. If the oxygen concentration exceeds 30% by volume, the primary particles may become too fine, or aggregation of the primary particles may be suppressed and secondary particles may not be formed.

[弱酸化性雰囲気〜非酸化性雰囲気]
粒子成長工程の開始時(反応水溶液のpH値の切り換え後)から、好ましくは、粒子成長工程の開始時から粒子成長工程時間の全体の30%を超えた範囲では、反応雰囲気を、弱酸化性雰囲気ないしは非酸化性雰囲気とする。具体的には、反応雰囲気を、1容量%以下、好ましくは0.5容量%以下、より好ましくは0.2容量%以下の酸素と、窒素やアルゴンなどの不活性ガスとの混合雰囲気に制御することが必要となる。このような反応雰囲気では、析出する一次粒子の平均粒径が0.3μm〜3μmとなるため、前述した中心部の外側に、高密度の外殻部を形成することができる。
[Weak oxidizing atmosphere to non-oxidizing atmosphere]
From the start of the particle growth process (after switching the pH value of the reaction aqueous solution), preferably within the range exceeding 30% of the total particle growth process time from the start of the particle growth process, the reaction atmosphere is weakly oxidative. Atmosphere or non-oxidizing atmosphere. Specifically, the reaction atmosphere is controlled to a mixed atmosphere of 1% by volume or less, preferably 0.5% by volume or less, and more preferably 0.2% by volume or less of oxygen and an inert gas such as nitrogen or argon. It is necessary to do. In such a reaction atmosphere, since the average particle diameter of the primary particles to be precipitated is 0.3 μm to 3 μm, a high-density outer shell portion can be formed outside the center portion described above.

なお、反応雰囲気を、酸化性雰囲気から弱酸性雰囲気ないしは非酸化性雰囲気に切り替え、維持するための手段としては、微細一次粒子からなる中心部が十分な大きさまで成長した後、反応槽内に不活性ガスを導入し、好ましくは反応水溶液を不活性ガスによってバブリングする手段を挙げることができる。   As a means for switching and maintaining the reaction atmosphere from an oxidizing atmosphere to a weakly acidic atmosphere or a non-oxidizing atmosphere, the center part composed of fine primary particles grows to a sufficient size and then is not contained in the reaction tank. A means for introducing an active gas and preferably bubbling the aqueous reaction solution with an inert gas can be mentioned.

(3−c)アンモニウムイオン濃度
反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは3g/L〜25g/L、より好ましくは5g/L〜25g/L、さらに好ましくは5g/L〜15g/Lの範囲内で一定値に保持する。
(3-c) Ammonium ion concentration The ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution is preferably in the range of 3 g / L to 25 g / L, more preferably 5 g / L to 25 g / L, and still more preferably 5 g / L to 15 g / L. Within a certain value.

反応水溶液中においてアンモニウムイオンは錯化剤として機能するため、アンモニウムイオン濃度が3g/L未満では、金属イオンの溶解度を一定に保持することができず、また、反応水溶液がゲル化しやすくなり、形状や粒径の整った複合水酸化物粒子を得ることが困難となる。一方、アンモニウムイオン濃度が25g/Lを超えると、金属イオンの溶解度が大きくなりすぎるため、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、組成ずれなどの原因となる。   Since ammonium ions function as a complexing agent in the reaction aqueous solution, if the ammonium ion concentration is less than 3 g / L, the solubility of the metal ions cannot be kept constant, and the reaction aqueous solution is easily gelled. It becomes difficult to obtain composite hydroxide particles having a uniform particle size. On the other hand, when the ammonium ion concentration exceeds 25 g / L, the solubility of metal ions becomes too high, so that the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases, resulting in a composition shift.

なお、晶析反応中にアンモニウムイオン濃度が変動すると、金属イオンの溶解度が変動し、均一な複合水酸化物粒子が形成されなくなる。このため、核生成工程と粒子成長工程を通じて、アンモニウムイオン濃度の変動幅を一定の範囲に制御することが好ましく、具体的には、±5g/Lの変動幅に制御することが好ましい。   If the ammonium ion concentration fluctuates during the crystallization reaction, the solubility of metal ions fluctuates, and uniform composite hydroxide particles are not formed. For this reason, it is preferable to control the fluctuation range of the ammonium ion concentration within a certain range through the nucleation step and the particle growth step, and specifically, it is preferable to control the fluctuation range of ± 5 g / L.

(3−d)反応温度
反応水溶液の温度(反応温度)は、核生成工程と粒子成長工程を通じて、好ましくは20℃以上、より好ましくは20℃〜60℃の範囲に制御することが必要となる。反応温度が20℃未満の場合、反応水溶液の溶解度が低くなることに起因して、核生成が起こりやすくなり、得られる複合水酸化物粒子の平均粒径や粒度分布の制御が困難となる。なお、反応温度の上限は、特に制限されることはないが、60℃を超えると、アンモニアの揮発が促進され、反応水溶液中のアンモニウムイオンを一定範囲に制御するために供給するアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の量が増加し、生産コストが増加してしまう。
(3-d) Reaction temperature The temperature of the aqueous reaction solution (reaction temperature) is preferably controlled to 20 ° C or higher, more preferably in the range of 20 ° C to 60 ° C, through the nucleation step and the particle growth step. . When the reaction temperature is less than 20 ° C., nucleation is likely to occur due to the low solubility of the aqueous reaction solution, and it becomes difficult to control the average particle size and particle size distribution of the resulting composite hydroxide particles. The upper limit of the reaction temperature is not particularly limited, but when it exceeds 60 ° C., the volatilization of ammonia is promoted, and an ammonium ion supplier that is supplied to control ammonium ions in the aqueous reaction solution within a certain range. As a result, the amount of the aqueous solution containing water increases and the production cost increases.

(3−e)複合水酸化物粒子の粒径制御
複合水酸化物粒子の粒径は、粒子成長工程の時間により制御できるので、所望の粒径に達するまで粒子成長工程を継続すれば、所望の粒径を有する複合水酸化物粒子を得ることができる。
(3-e) Particle size control of composite hydroxide particles The particle size of the composite hydroxide particles can be controlled by the time of the particle growth step, so if the particle growth step is continued until the desired particle size is reached, it is desired Composite hydroxide particles having a particle size of can be obtained.

また、複合水酸化物粒子の粒径は、粒子成長工程のみならず、核生成工程のpH値と核生成のために投入した金属化合物の量によっても制御することができる。すなわち、核生成時のpH値を高pH値側とすることにより、または、核生成時間を長くすることにより、投入する金属化合物量を増やし、生成する核の数を多くすれば、粒子成長工程を同条件で行った場合でも、得られる複合水酸化物粒子の粒径を小さくすることができる。一方、生成する核の数が少なくなるように、pH値や核生成時間を制御すれば、得られる複合水酸化物粒子の粒径を大きくすることができる。   Further, the particle size of the composite hydroxide particles can be controlled not only by the particle growth step but also by the pH value of the nucleation step and the amount of the metal compound introduced for nucleation. That is, if the pH value at the time of nucleation is set to the high pH value side, or the nucleation time is lengthened, the amount of metal compound to be added is increased, and the number of nuclei to be generated is increased. Even when the above is performed under the same conditions, the particle size of the obtained composite hydroxide particles can be reduced. On the other hand, if the pH value and the nucleation time are controlled so that the number of nuclei to be generated is reduced, the particle size of the resulting composite hydroxide particles can be increased.

3.非水系電解質二次電池用正極活物質
本発明の正極活物質は、一般式(B):LitMn2(1-x-y-z)Ni2xTi2y2z4(0.96≦t≦1.20、0.20≦x≦0.28、0<y≦0.05、0≦z≦0.05、Mは、Mg、Ca、Ba、Sr、V、Fe、Cr、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Wから選択される少なくとも1種の元素)で表され、スピネル構造を有する立方晶系のリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子(以下、「リチウム複合酸化物粒子」という)からなり、平均粒径が2μm〜8μmであり、粒度分布の広がりを示す〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.70以下であり、粒子内部の中空部と、該中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えることを特徴とする。
3. Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery The positive electrode active material of the present invention has a general formula (B): Li t Mn 2 (1-xyz) Ni 2x Ti 2y M 2z O 4 (0.96 ≦ t ≦ 1. 20, 0.20 ≦ x ≦ 0.28, 0 <y ≦ 0.05, 0 ≦ z ≦ 0.05, M is Mg, Ca, Ba, Sr, V, Fe, Cr, Co, Cu, Zr And at least one element selected from Nb, Mo, and W), and a cubic lithium manganese nickel titanium composite oxide particle (hereinafter referred to as “lithium composite oxide particle”) having a spinel structure. The average particle size is 2 μm to 8 μm, and the spread of the particle size distribution [(d90−d10) / average particle size] is 0.70 or less, and the hollow portion inside the particle and the outside of the hollow portion A hollow structure composed of a shell portion is provided.

(1)組成
リチウム(Li)の含有量を示すtの値は、0.96以上1.20以下、好ましく0.98以上1.20以下、より好ましくは1.00以上1.20以下とする。tの値を上記範囲に規制することにより、この正極活物質を正極として構成される二次電池の出力特性および容量特性を向上させることができる。これに対して、tの値が0.96未満では、二次電池の正極抵抗が大きくなるため、出力特性を向上させることができない。一方、tの値が1.20を超えると、初期放電容量が低下する。
(1) Composition The value of t indicating the lithium (Li) content is 0.96 to 1.20, preferably 0.98 to 1.20, more preferably 1.00 to 1.20. . By regulating the value of t within the above range, it is possible to improve the output characteristics and capacity characteristics of a secondary battery configured with this positive electrode active material as the positive electrode. On the other hand, if the value of t is less than 0.96, the positive electrode resistance of the secondary battery is increased, so that the output characteristics cannot be improved. On the other hand, when the value of t exceeds 1.20, the initial discharge capacity decreases.

なお、本発明の正極活物質においては、一般式(B)における、xの値、yの値およびzの値の範囲ならびにその臨界的意義は、上述した一般式(A)における各値の範囲ならびにその臨界的意義と同様であるため、ここでの説明は省略する。   In the positive electrode active material of the present invention, the range of the value of x, the value of y, the value of z in the general formula (B) and the critical significance thereof are the range of each value in the general formula (A) described above. In addition, since it is the same as the critical significance thereof, description thereof is omitted here.

(2)粒子構造
本発明の正極活物質は、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備える。このような中空構造を備えることにより、電解液との反応面積を大きくすることができ、かつ、殻部の一次粒子間の粒界または空隙を介して中空部に電解液が浸入し、粒子外殻部の反応界面のみならず、粒子内部の反応界面を通じてリチウムの脱離および挿入を行うことが可能となるため、リチウムイオンや電子の移動が促進され、出力特性を大幅に向上させることができる。
(2) Particle Structure The positive electrode active material of the present invention has a hollow structure composed of a hollow part inside the particle and an outer shell part outside the hollow part. By providing such a hollow structure, the reaction area with the electrolytic solution can be increased, and the electrolytic solution enters the hollow portion through the grain boundary or void between the primary particles of the outer shell portion, and the particles Lithium can be desorbed and inserted not only through the reaction interface in the outer shell but also through the reaction interface inside the particle, which facilitates the movement of lithium ions and electrons and greatly improves output characteristics. it can.

(3)外殻部の厚み
本発明の正極活物質においては、外殻部の厚みが、粒径に対する比率で5%〜35%であることが好ましく、10%〜35%であることがより好ましい。外殻部の厚みが5%未満では、中空部が大きくなりすぎるため、反応界面の減少により正極抵抗が高くなり、出力特性が低下するばかりでなく、粒子強度が低下するため、二次電池の正極を構成する際に、粒子が破壊され、微粉が発生するおそれがある。一方、外殻部の厚みが35%を超えると、電解液が中空部に浸入可能な、外殻部の一次粒子間の粒界または空隙が減少し、十分な反応界面を確保することができなくなるため、正極抵抗が上昇し、出力特性が低下してしまう。なお、正極活物質の外殻部の厚みは、上述した複合水酸化物粒子の外殻部の厚みと同様の方法により求めることができる。
(3) Thickness of outer shell portion In the positive electrode active material of the present invention, the thickness of the outer shell portion is preferably 5% to 35%, more preferably 10% to 35%, as a ratio to the particle diameter. preferable. If the thickness of the outer shell portion is less than 5%, the hollow portion becomes too large, so that the positive electrode resistance is increased due to the reduction of the reaction interface, not only the output characteristics are lowered, but also the particle strength is lowered. When configuring the positive electrode, the particles may be destroyed and fine powder may be generated. On the other hand, when the thickness of the outer shell portion exceeds 35%, the grain boundary or void between the primary particles of the outer shell portion that allows the electrolyte to enter the hollow portion is reduced, and a sufficient reaction interface can be secured. As a result, the positive electrode resistance increases and the output characteristics deteriorate. In addition, the thickness of the outer shell part of the positive electrode active material can be obtained by the same method as the thickness of the outer shell part of the composite hydroxide particles described above.

(4)平均粒径
本発明の正極活物質の平均粒径は2μm〜8μm、好ましくは3μm〜8μm、より好ましくは3μm〜6μmとする。なお、正極活物質の平均粒径とは、正極活物質を構成する二次粒子の体積平均粒径を意味し、たとえば、レーザー光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。
(4) Average particle diameter The average particle diameter of the positive electrode active material of the present invention is 2 μm to 8 μm, preferably 3 μm to 8 μm, more preferably 3 μm to 6 μm. The average particle diameter of the positive electrode active material means the volume average particle diameter of the secondary particles constituting the positive electrode active material, and can be obtained from, for example, the volume integrated value measured by a laser light diffraction / scattering particle size analyzer. it can.

正極活物質の平均粒径がこのような範囲にあれば、この正極活物質を用いた二次電池の容量特性や出力特性を向上させることが可能となる。これに対して、平均粒径が2μm未満では、正極活物質の充填性が低下するため、二次電池の容量特性を改善することができない。一方、平均粒径が8μmを超えると、正極活物質の比表面積が低下することに起因して、電解液との反応面積が減少し、正極抵抗が上昇してしまう。   If the average particle diameter of the positive electrode active material is within such a range, it becomes possible to improve the capacity characteristics and output characteristics of a secondary battery using this positive electrode active material. On the other hand, when the average particle size is less than 2 μm, the filling property of the positive electrode active material is lowered, so that the capacity characteristics of the secondary battery cannot be improved. On the other hand, when the average particle size exceeds 8 μm, the specific surface area of the positive electrode active material is reduced, so that the reaction area with the electrolytic solution is reduced and the positive electrode resistance is increased.

(5)粒度分布
本発明の正極活物質において、粒度分布の広がりを示す〔(d90−d10)/平均粒径〕は、0.70以下、好ましくは0.69以下、より好ましくは0.68以下に制御することが必要となる。なお、d10、d90および平均粒径は、複合水酸化物粒子におけるd10、d90および平均粒径と同様の方法により求めることができる。
(5) Particle size distribution In the positive electrode active material of the present invention, [(d90-d10) / average particle size] indicating the spread of the particle size distribution is 0.70 or less, preferably 0.69 or less, more preferably 0.68. The following control is required. In addition, d10, d90 and an average particle diameter can be calculated | required by the method similar to d10, d90 and average particle diameter in composite hydroxide particle | grains.

正極活物質の粒度分布の広がりを示す〔(d90−d10)/平均粒径〕の値を上記範囲に制御することにより、この正極活物質中の微細二次粒子や粗大二次粒子の割合を少なくすることができ、この正極活物質を正極に用いた二次電池の出力特性、サイクル特性および安全性を改善することができる。これに対して、〔(d90−d10)/平均粒径〕の値が0.70を超えると、正極活物質中における微細二次粒子および粗大二次粒子の割合が増加することとなる。微細二次粒子が多く含まれる正極活物質を用いて二次電池を構成した場合、微細二次粒子の局所的な反応に起因して発熱量が増大するとともに、この微細二次粒子が選択的に劣化することに起因してサイクル特性が悪化する。また、粗大二次粒子が多く含まれる正極活物質を用いて二次電池を構成した場合、電解液と正極活物質との反応面積を十分に確保することができず、正極抵抗の増加により、出力特性が低下する。   By controlling the value of [(d90−d10) / average particle size] indicating the spread of the particle size distribution of the positive electrode active material within the above range, the ratio of fine secondary particles and coarse secondary particles in the positive electrode active material is controlled. The output characteristics, cycle characteristics, and safety of a secondary battery using the positive electrode active material for the positive electrode can be improved. On the other hand, when the value of [(d90−d10) / average particle diameter] exceeds 0.70, the ratio of fine secondary particles and coarse secondary particles in the positive electrode active material increases. When a secondary battery is configured using a positive electrode active material containing a large amount of fine secondary particles, the calorific value increases due to a local reaction of the fine secondary particles, and the fine secondary particles are selectively used. Due to the deterioration, the cycle characteristics deteriorate. In addition, when a secondary battery is configured using a positive electrode active material containing a large amount of coarse secondary particles, a sufficient reaction area between the electrolytic solution and the positive electrode active material cannot be ensured. Output characteristics deteriorate.

(6)比表面積
本発明の正極活物質の比表面積は、0.5m2/g〜3.0m2/gであることが好ましく、0.5m2/g〜2.5m2/gであることがより好ましい。なお、正極活物質の比表面積は、窒素ガス吸着によるBET法により測定することができる。正極活物質の比表面積が0.5m2/g未満では、二次電池を構成した場合において、電解液との反応面積を十分に確保することができず、出力特性を向上させることができない場合がある。一方、正極活物質の比表面積が3.0m2/gを超えると、電解液との副反応によって被膜が形成され、抵抗が増加する場合がある。
(6) The specific surface area of the positive electrode active material having a specific surface area of the present invention is preferably 0.5m 2 /g~3.0m 2 / g, is 0.5m 2 /g~2.5m 2 / g It is more preferable. The specific surface area of the positive electrode active material can be measured by the BET method using nitrogen gas adsorption. When the specific surface area of the positive electrode active material is less than 0.5 m 2 / g, when a secondary battery is configured, a sufficient reaction area with the electrolytic solution cannot be secured, and output characteristics cannot be improved. There is. On the other hand, when the specific surface area of the positive electrode active material exceeds 3.0 m 2 / g, a film may be formed by a side reaction with the electrolytic solution, and the resistance may increase.

4.非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
本発明の正極活物質の製造方法は、上述の複合水酸化物粒子にリチウムを混合し、リチウム混合物とした後(混合工程)、これを所定条件の下で焼成することにより(焼成工程)、上述した正極活物質を得ることを特徴とする。なお、本発明の正極活物質の製造方法では、混合工程および焼成工程のほかに、必要に応じて、焼成工程前にリチウム混合物を仮焼する工程(仮焼工程)、焼成後のリチウム複合酸化物粒子を解砕する工程(解砕工程)および/またはリチウム複合酸化物粒子をアニール処理する工程(アニール処理工程)などを行ってもよい。以下、工程ごとに詳細に説明する。
4). Method for Producing Positive Electrode Active Material for Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery The method for producing a positive electrode active material of the present invention comprises mixing lithium into the above-mentioned composite hydroxide particles to form a lithium mixture (mixing step), and then predetermining this. The positive electrode active material described above is obtained by firing under conditions (firing step). In addition, in the manufacturing method of the positive electrode active material of the present invention, in addition to the mixing step and the firing step, if necessary, a step of calcining the lithium mixture before the firing step (calcination step), lithium composite oxidation after firing A step of crushing the object particles (crushing step) and / or a step of annealing the lithium composite oxide particles (annealing step) may be performed. Hereinafter, each process will be described in detail.

(1)混合工程
混合工程は、上述した複合水酸化物粒子に、リチウム以外の金属(Mn、Ni、Tiおよび添加元素M)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0.48〜0.60、好ましくは0.49〜0.60、より好ましくは0.50〜0.60となるように、リチウム化合物を混合し、リチウム混合物を得る工程である。すなわち、焼成工程前後でLi/Meは変化せず、この混合工程におけるLi/Meが、リチウム複合酸化物粒子におけるLi/Meとなるので、リチウム混合物におけるLi/Meが、得ようとするリチウム複合酸化物粒子のLi/Meと同じになるように、複合水酸化物粒子にリチウム化合物を混合することが必要となる。
(1) Mixing step In the mixing step, the number of lithium atoms (Li) relative to the total number (Me) of atoms of metals other than lithium (Mn, Ni, Ti and additive element M) is added to the composite hydroxide particles described above. The lithium compound is mixed so that the ratio (Li / Me) is 0.48 to 0.60, preferably 0.49 to 0.60, more preferably 0.50 to 0.60. It is a process to obtain. That is, Li / Me does not change before and after the firing step, and Li / Me in this mixing step becomes Li / Me in the lithium composite oxide particles, so Li / Me in the lithium mixture is the lithium composite to be obtained. It is necessary to mix a lithium compound with the composite hydroxide particles so as to be the same as Li / Me of the oxide particles.

複合水酸化物粒子に混合するリチウム化合物としては、特に制限されることはなく、たとえば、水酸化リチウム、硝酸リチウムもしくは炭酸リチウムまたはこれらの混合物を使用することができる。特に、取扱いの容易さや品質の安定性を考慮すると、炭酸リチウムを用いることが好ましい。   The lithium compound to be mixed with the composite hydroxide particles is not particularly limited, and for example, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate, or a mixture thereof can be used. In particular, lithium carbonate is preferably used in consideration of easy handling and quality stability.

複合水酸化物粒子とリチウム化合物は、焼成前に、微粉が生じない程度に十分に混合しておくことが好ましい。混合が不十分であると、個々の粒子間でLi/Meにばらつきが生じ、十分な電池特性を得ることができない。なお、混合には、一般的な混合機を使用することができる。たとえば、シェーカーミキサやレーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Vブレンダなどを用いることができる。   It is preferable that the composite hydroxide particles and the lithium compound are sufficiently mixed before firing so as not to generate fine powder. If the mixing is insufficient, the Li / Me varies among individual particles, and sufficient battery characteristics cannot be obtained. In addition, a general mixer can be used for mixing. For example, a shaker mixer, a Laedige mixer, a Julia mixer, a V blender, or the like can be used.

(2)仮焼工程
リチウム化合物として水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用する場合、リチウム混合物を後述する焼成温度で焼成する前に、焼成温度よりも低く、かつ、350℃〜750℃の温度で1時間〜10時間程度保持して、仮焼することが好ましい。すなわち、水酸化リチウムや炭酸リチウムの融点近傍または反応温度近傍で一定時間保持することにより、複合水酸化物粒子中へのリチウムの拡散を促進することが好ましく、これによって、得られるリチウム複合酸化物粒子の組成をより均一なものとすることができる。
(2) Calcination Step When lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, it is lower than the firing temperature and 1 at a temperature of 350 ° C. to 750 ° C. before firing the lithium mixture at the firing temperature described later. It is preferable to calcine by holding for about 10 hours. That is, it is preferable to promote the diffusion of lithium into the composite hydroxide particles by holding for a certain time in the vicinity of the melting point or reaction temperature of lithium hydroxide or lithium carbonate, whereby the resulting lithium composite oxide The composition of the particles can be made more uniform.

なお、仮焼温度は、焼成温度よりも低く、かつ、400℃〜700℃とすることがより好ましく、この温度での保持時間は5時間以下とすることがより好ましい。   The calcining temperature is lower than the calcining temperature and more preferably 400 ° C. to 700 ° C., and the holding time at this temperature is more preferably 5 hours or less.

(3)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、所定温度で焼成する工程である。なお、焼成工程で使用する炉は、後述する雰囲気でリチウム混合物を焼成することができる限り、特に制限されることなく、バッチ式または連続式のいずれの炉も用いることができるが、ガス発生のない電気炉を使用することが好ましい。
(3) Firing step The firing step is a step of firing the lithium mixture obtained in the mixing step at a predetermined temperature. The furnace used in the firing step is not particularly limited as long as the lithium mixture can be fired in the atmosphere described later, and either a batch type or a continuous type furnace can be used. It is preferable to use no electric furnace.

焼成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く、コスト面を考慮すると、空気気流中で行うことがより好ましい。酸素濃度が18容量%未満では、酸化反応が十分に進行せず、リチウム複合酸化物粒子の結晶性が十分なものとならない場合がある。   Although the firing atmosphere is an oxidizing atmosphere, it is preferably performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume, that is, in the atmosphere to an oxygen stream. preferable. If the oxygen concentration is less than 18% by volume, the oxidation reaction does not proceed sufficiently, and the crystallinity of the lithium composite oxide particles may not be sufficient.

また、焼成温度は、850℃を超えて950℃未満、好ましくは860℃以上940℃以下、より好ましくは875℃以上925℃以下とする。焼成温度が850℃以下では、得られる正極活物質の比表面積が大きくなりすぎるため、二次電池内で、正極活物質と電解液との間で生じる副反応により被膜が形成され、正極抵抗が増加する。一方、焼成温度が950℃以上では、複合水酸化物粒子間またはリチウム複合酸化物粒子間での焼結が進行することに起因して、中空構造が消失してしまう。このようなリチウム複合酸化物粒子は、比表面積が低下するため、これを正極活物質として二次電池を構成した場合に正極抵抗が増加し、出力特性が低下する。   The baking temperature is higher than 850 ° C. and lower than 950 ° C., preferably 860 ° C. or higher and 940 ° C. or lower, more preferably 875 ° C. or higher and 925 ° C. or lower. When the firing temperature is 850 ° C. or lower, the specific surface area of the obtained positive electrode active material becomes too large, so that a film is formed by a side reaction occurring between the positive electrode active material and the electrolytic solution in the secondary battery, and the positive electrode resistance is reduced. To increase. On the other hand, when the firing temperature is 950 ° C. or higher, the hollow structure disappears due to the progress of sintering between the composite hydroxide particles or between the lithium composite oxide particles. Such a lithium composite oxide particle has a reduced specific surface area, and therefore, when this is used as a positive electrode active material to form a secondary battery, the positive electrode resistance increases and the output characteristics deteriorate.

上記焼成温度における保持時間(焼成時間)は、3時間以上とすることが好ましく、5時間〜24時間とすることがより好ましい。焼成時間が3時間未満では、複合水酸化物粒子とリチウム化合物とを十分に反応させることができない場合がある。一方、24時間を超えてもそれ以上の効果を得ることができないばかりか、生産性の悪化を招く。   The holding time (firing time) at the firing temperature is preferably 3 hours or more, and more preferably 5 to 24 hours. If the firing time is less than 3 hours, the composite hydroxide particles and the lithium compound may not be sufficiently reacted. On the other hand, even if it exceeds 24 hours, not only the effect cannot be obtained, but also the productivity is deteriorated.

(4)解砕工程
焼成後の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。この場合、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が好ましい。これにより、リチウム複合酸化物粒子を適度な粒径を有する粉体として取り扱うことができるため、正極活物質として用いた場合の充填性をより向上させることができる。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。
(4) Crushing step The sintered lithium composite oxide particles may be aggregated or slightly sintered. In this case, it is preferable to crush the aggregate or sintered body of lithium composite oxide particles. Thereby, since the lithium composite oxide particles can be handled as a powder having an appropriate particle size, the filling property when used as a positive electrode active material can be further improved. 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.

(5)アニール処理工程
本発明の正極活物質の製造方法では、焼成工程後または解砕工程後のリチウム複合酸化物粒子を、さらに酸化性雰囲気下、500℃〜800℃で、5時間〜40時間焼成するアニール処理をすることが好ましい。このように、焼成工程後に、焼成温度よりも低温域でアニール処理することにより、高温域の焼成で生成したリチウム複合酸化物粒子中の酸素欠陥を回復させ、その結晶性を高めることができる。
(5) Annealing treatment step In the method for producing a positive electrode active material of the present invention, the lithium composite oxide particles after the firing step or the crushing step are further subjected to an oxidizing atmosphere at 500 ° C to 800 ° C for 5 hours to 40 hours. It is preferable to perform an annealing treatment for firing for a time. In this manner, after the firing step, by performing annealing treatment at a temperature lower than the firing temperature, oxygen defects in the lithium composite oxide particles generated by firing in the high temperature region can be recovered and the crystallinity can be improved.

アニール処理工程における雰囲気は酸化性雰囲気とするが、焼成工程における雰囲気と同様に、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く、コスト面を考慮すると、空気気流中で行うことがより好ましい。酸素濃度が18容量%未満では、酸化反応が十分に進行せず、リチウム複合酸化物粒子中の酸素欠陥が十分に回復しない場合がある。   Although the atmosphere in the annealing process is an oxidizing atmosphere, it is preferably performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume, that is, in the atmosphere to an oxygen stream, similarly to the atmosphere in the firing process. In consideration, it is more preferable to carry out in an air stream. When the oxygen concentration is less than 18% by volume, the oxidation reaction does not proceed sufficiently, and oxygen defects in the lithium composite oxide particles may not be sufficiently recovered.

また、アニール処理工程における焼成温度(アニール処理温度)は、上述した焼成温度よりも低温とし、具体的には、500℃〜800℃、好ましくは600℃〜800℃、より好ましくは650℃〜750℃とすることが必要となる。アニール処理温度が500℃未満では、酸素欠陥を十分に回復することができない。一方、アニール処理温度が800℃を超えると、リチウム複合酸化物粒子中に、さらに酸素欠陥が生成し、結晶性が悪化する。   In addition, the firing temperature (annealing temperature) in the annealing process is lower than the above-described firing temperature, specifically 500 ° C to 800 ° C, preferably 600 ° C to 800 ° C, more preferably 650 ° C to 750 ° C. It is necessary to set it to ° C. When the annealing temperature is less than 500 ° C., oxygen defects cannot be sufficiently recovered. On the other hand, when the annealing temperature exceeds 800 ° C., oxygen defects are further generated in the lithium composite oxide particles, and the crystallinity is deteriorated.

上記アニール処理温度での保持時間(アニール処理時間)は、5時間〜40時間、好ましくは10時間〜40時間、より好ましくは20時間〜40時間とする。アニール処理時間が5時間未満では、酸素欠陥を十分に回復することができない。一方、アニール処理時間が40時間を超えても、それ以上の効果が得られないばかりか、生産性が悪化する。   The holding time at the annealing temperature (annealing time) is 5 hours to 40 hours, preferably 10 hours to 40 hours, more preferably 20 hours to 40 hours. If the annealing time is less than 5 hours, oxygen defects cannot be sufficiently recovered. On the other hand, even if the annealing time exceeds 40 hours, not only a further effect cannot be obtained, but also the productivity deteriorates.

5.非水系電解質二次電池
本発明の非水系電解質二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水系電解液などからなり、一般の非水系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、本発明の非水系電解質二次電池は、本明細書に記載されている実施形態をもとに、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、本発明の非水系電解質二次電池は、その用途を特に制限するものではない。
5. Non-aqueous electrolyte secondary battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte solution, and the like, and includes the same components as those of a general non-aqueous electrolyte secondary battery. Note that the embodiments described below are merely examples, and the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be variously modified based on the knowledge of those skilled in the art based on the embodiments described herein. It can be implemented in an improved form. Moreover, the use of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited .

(1)正極
本発明の非水系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、非水系電解質二次電池の正極を作製する。
(1) Positive electrode Using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, for example, a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery is produced as follows.

まず、粉末状の正極活物質、導電材および結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整などの目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製する。正極合材ペースト中のそれぞれの混合比は、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ものであり、特に制限されるものではないが、溶剤を除いた正極合材の固形分を100質量部とした場合、一般の非水系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 powdered positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed, and activated carbon and a target solvent such as viscosity adjustment are added as necessary, and this is kneaded to prepare a positive electrode mixture paste. . Each mixing ratio in the positive electrode mixture paste is appropriately selected according to the use of the secondary battery and the required performance, and is not particularly limited . When the solid content is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material is 60 parts by mass to 95 parts by mass, and the content of the conductive material is 1 part by mass to 20 like the positive electrode of a general non-aqueous electrolyte secondary battery. Desirably, the content of the binder is 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、上述した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.

正極の作製にあたって、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(登録商標)などのカーボンブラック系材料を用いることができる。   In producing the positive electrode, 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 (registered trademark) 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.

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。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ができる。   If necessary, a positive electrode active material, a conductive material, and activated carbon are dispersed, and a solvent that dissolves the binder is added to the positive electrode mixture. Specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent. Activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

(2)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。
(2) Negative electrode The negative electrode composite material in which the negative electrode is made of metal lithium, lithium alloy, or the like, or a negative electrode active material capable of occluding and desorbing lithium ions, mixed with a binder, and added with an appropriate solvent to form a paste. Is applied to the surface of a metal foil current collector such as copper, 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.

(3)セパレータ
正極と負極との間には、セパレータを挟み込んで配置する。セパレータは、正極と負極とを分離し、電解質を保持するものであり、ポリエチレン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。
(3) Separator A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and retains an electrolyte, and a thin film such as polyethylene or polypropylene and a film having many minute holes can be used.

(4)非水系電解液
非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。
(4) Non-aqueous electrolyte The non-aqueous electrolyte 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、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、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、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、ブタンスルトンなどの硫黄化合物、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのリン化合物等から選ばれる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, ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate, and tetrahydrofuran, 2- One kind selected from ether compounds such as methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butanesultone, phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, etc. 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(CF3SO22、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、非水系電解液は、電池特性を改善するために、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。   Further, the non-aqueous electrolyte may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like in order to improve battery characteristics.

(5)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系電解液で構成される本発明の非水系電解質二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。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系電解液を含浸させ、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、非水系電解質二次電池を完成させる。
(5) Shape and configuration of battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention composed of the positive electrode, negative electrode, separator and non-aqueous electrolyte described above has various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape. Can be. In any case, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode current collector communicates with the outside. A non-aqueous electrolyte secondary battery is completed by connecting between the terminals and between the negative electrode current collector and the negative electrode terminal communicating with the outside using a current collecting lead or the like and sealing the battery case.

(6)特性
本発明の正極活物質を用いた非水系電解質二次電池は、高い作動電位を有しながらも、高容量で、出力特性に優れる。具体的には、本発明の正極活物質を正極に用いて、2032型コイン電池を構成し、電流密度を0.1mA/cm2として、カットオフ電圧5.0Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電した場合に、130mAh/g以上、好ましくは135mAh/g以上の初期放電容量が得られる。また、この2032型コイン電池の正極抵抗を22Ω以下、好ましくは21Ω以下とすることができる。
(6) Characteristics A nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material of the present invention has a high capacity and excellent output characteristics while having a high operating potential. Specifically, the positive electrode active material of the present invention is used as a positive electrode to form a 2032 type coin battery, the current density is 0.1 mA / cm 2 , the battery is charged to a cut-off voltage of 5.0 V, and rests for 1 hour. Thereafter, when discharging to a cutoff voltage of 3.0 V, an initial discharge capacity of 130 mAh / g or more, preferably 135 mAh / g or more is obtained. Moreover, the positive electrode resistance of this 2032 type coin battery can be made 22Ω or less, preferably 21Ω or less.

(7)非水系電解質二次電池の用途
本発明の非水系電解質二次電池は、上記特性を有するため、常に高容量を要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末など)の電源に好適である。また、本発明の非水系電解質二次電池は小型化、高出力化が可能であることから、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源としても好適である。なお、本発明の非水系電解質二次電池は、純粋に電気エネルギのみで駆動する電気自動車用の電源のみならず、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車用の電源としても用いることができる。
(7) Use of non-aqueous electrolyte secondary battery Since the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has the above characteristics, it is a small portable electronic device (such as a notebook personal computer or a mobile phone terminal) that always requires a high capacity. It is suitable for the power source. Moreover, since the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be reduced in size and increased in output, it is also suitable as a power source for electric vehicles subject to restrictions on mounting space. The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not only a power source for an electric vehicle driven purely by electric energy, but also a power source for a so-called hybrid vehicle used in combination with a combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine. Can also be used.

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

(実施例1)
[複合水酸化物粒子の製造]
(1)核生成工程
はじめに、反応槽(5L)内に、水を半分の量まで入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。このとき、反応槽内を大気雰囲気とした。この反応槽内の水に、25質量%水酸化ナトリウム水溶液と25質量%アンモニア水を適量加えて、反応槽内のpH値が、液温25℃基準で13.0、アンモニウムイオン濃度が5g/Lとなるように調整することで反応前水溶液を調製した。また、硫酸マンガンと硫酸ニッケルの水和物を、マンガンとニッケルのモル比が、Mn:Ni=2.90:1.00となるように純水に溶かして、1.85mol/Lの混合水溶液1を調整した。同時に、硫酸マンガンと硫酸ニッケルの水和物と、硫酸チタンを、マンガンとニッケルとチタンのモル比が、Mn:Ni:Ti=2.90:1.00:0.105となるように純水に溶かして1.90mol/Lの混合水溶液2を調整した。
Example 1
[Production of composite hydroxide particles]
(1) Nucleation Step First, the temperature in the tank was set to 40 ° C. while stirring the reaction tank (5 L) with half the amount of water. At this time, the inside of the reaction vessel was set to an air atmosphere. Appropriate amounts of 25% by mass aqueous sodium hydroxide and 25% by mass ammonia water were added to the water in the reaction vessel, and the pH value in the reaction vessel was 13.0 based on the liquid temperature of 25 ° C., and the ammonium ion concentration was 5 g / A pre-reaction aqueous solution was prepared by adjusting to L. Further, a hydrate of manganese sulfate and nickel sulfate was dissolved in pure water so that the molar ratio of manganese to nickel was Mn: Ni = 2.90: 1.00, and a 1.85 mol / L mixed aqueous solution. 1 was adjusted. At the same time, hydrated manganese sulfate and nickel sulfate and titanium sulfate are purified so that the molar ratio of manganese, nickel and titanium is Mn: Ni: Ti = 2.90: 1.00: 0.105. A 1.90 mol / L mixed aqueous solution 2 was prepared.

次に、反応槽内に、10mL/minで混合水溶液1を供給するとともに、一定速度で、25質量%アンモニア水と25質量%水酸化ナトリウム水溶液を供給することで、反応水溶液のpH値を、液温25℃基準で13.0に、アンモニウムイオン濃度を5g/Lに維持した。この状態で1分間の晶析を行うことで、マンガンニッケル複合水酸化物粒子の核生成を行った。   Next, while supplying the mixed aqueous solution 1 at a rate of 10 mL / min into the reaction tank, the pH value of the aqueous reaction solution is adjusted by supplying 25% by mass ammonia water and 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution at a constant rate. The ammonium ion concentration was maintained at 5 g / L at 13.0 based on the liquid temperature of 25 ° C. In this state, nucleation of manganese nickel composite hydroxide particles was performed by performing crystallization for 1 minute.

なお、核生成工程では、反応水溶液のpH値を反応槽に設置したpHコントローラにより測定し、設定値に対して±0.2の範囲に制御した。この点については、粒子成長工程も同様である。   In the nucleation step, the pH value of the reaction aqueous solution was measured by a pH controller installed in the reaction tank, and was controlled within a range of ± 0.2 with respect to the set value. This also applies to the grain growth process.

(3)粒子成長工程
核生成工程の終了後、混合水溶液1、アンモニア水および水酸化ナトリウム水溶液の供給を停止するとともに、反応水溶液中に硫酸を加えて、この反応水溶液のpH値を、液温25℃基準で11.6となるように調整した。
(3) Particle growth step After the completion of the nucleation step, the supply of the mixed aqueous solution 1, ammonia water and sodium hydroxide aqueous solution is stopped and sulfuric acid is added to the reaction aqueous solution to adjust the pH value of the reaction aqueous solution to the liquid temperature. It adjusted so that it might become 11.6 on a 25 degreeC reference | standard.

この状態で、混合水溶液1の供給を再開するとともに、反応水溶液のpH値が、液温25℃基準で11.6に、アンモニウムイオン濃度が5g/Lに維持されるようにアンモニア水および水酸化ナトリウム水溶液の供給をし、15分間の晶析を行った。   In this state, the supply of the mixed aqueous solution 1 is restarted, and the aqueous solution of the reaction aqueous solution is maintained at 11.6 on the basis of the liquid temperature of 25 ° C. A sodium aqueous solution was supplied, and crystallization was performed for 15 minutes.

この時点で、一旦、全ての水溶液の供給を停止するとともに、反応槽内に、窒素ガスを5L/minで流通させ、酸素濃度が0.2容量%以下となるように調整した。   At this time, the supply of all the aqueous solutions was once stopped, and nitrogen gas was circulated at 5 L / min in the reaction tank so that the oxygen concentration was adjusted to 0.2% by volume or less.

その後、混合水溶液1に代えて、チタンを含有する混合水溶液2の供給を開始するとともに、反応水溶液のpH値が液温25℃基準で11.6に、アンモニウムイオン濃度が5g/Lに維持されるように、25質量%アンモニア水と25質量%水酸化ナトリウム水溶液の供給し、4.75時間の晶析を行った。すなわち、本実施例では、粒子成長工程の開始時から粒子成長工程時間の全体で5%の時点で、反応雰囲気および混合水溶液の切り換えを行ったことになる。   Thereafter, in place of the mixed aqueous solution 1, the supply of the mixed aqueous solution 2 containing titanium is started, the pH value of the reaction aqueous solution is maintained at 11.6 on the basis of the liquid temperature of 25 ° C., and the ammonium ion concentration is maintained at 5 g / L. Thus, 25% by mass aqueous ammonia and 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution were supplied, and crystallization was performed for 4.75 hours. That is, in this example, the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution were switched at the time of 5% of the total particle growth process time from the start of the particle growth process.

[複合水酸化物粒子の評価]
チタン添加工程終了後、生成物を水洗、ろ過および乾燥させて、複合水酸化物粒子を得た。
[Evaluation of composite hydroxide particles]
After completion of the titanium addition step, the product was washed with water, filtered and dried to obtain composite hydroxide particles.

この複合水酸化物粒子の組成をICP発光分光器(VARIAN社、725ES)により測定したところ、一般式:Mn0.725Ni0.25Ti0.025(OH)2で表されるものであることが確認された。 When the composition of the composite hydroxide particles was measured with an ICP emission spectrometer (Varian, 725ES), it was confirmed that the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.725 Ni 0.25 Ti 0.025 (OH) 2 .

次に、レーザー光回折散乱式粒度分析計(日機装株式会社製、マイクロトラックMT3000II)を用いて、この複合水酸化物粒子の平均粒径を測定するとともに、d10およびd90を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径を〕を算出した。   Next, using a laser light diffraction / scattering particle size analyzer (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac MT3000II), the average particle size of the composite hydroxide particles is measured, d10 and d90 are measured, and the particle size distribution is measured. [(D90−d10) / average particle diameter], which is an index indicating spread, was calculated.

また、この複合水酸化物粒子をクロスセクションポリッシャ加工により断面観察可能な状態にし、SEM(JEOL製、JSM-7001F)を用いて粒子構造を観察した結果、この複合水酸化物粒子は、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。なお、このSEM観察では、同時に、微細一次粒子および板状一次粒子の平均粒径ならびに二次粒子の粒径に対する外殻部の厚みを測定した。   Moreover, as a result of making this composite hydroxide particle into a state in which a cross section can be observed by cross-section polisher and observing the particle structure using SEM (manufactured by JEOL, JSM-7001F), this composite hydroxide particle is a primary particle. Is composed of substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of particles, the central portion of the secondary particles is formed of needle-like fine primary particles, and the outer shell portion is fine. It was confirmed to be formed from plate-like primary particles larger than the primary particles. In this SEM observation, the average particle size of the fine primary particles and the plate-like primary particles and the thickness of the outer shell portion with respect to the particle size of the secondary particles were measured at the same time.

[正極活物質の製造]
上述のようにして得られた複合水酸化物粒子に、Li/Me=50原子%となるように秤量した炭酸リチウムを添加し、ターブラーシェーカミキサ(株式会社ダルトン製、T2F)を用いて混合することにより、リチウム混合物を得た。
[Production of positive electrode active material]
Lithium carbonate weighed so that Li / Me = 50 atomic% is added to the composite hydroxide particles obtained as described above, and mixed using a tumbler shaker mixer (manufactured by Dalton Co., Ltd., T2F). As a result, a lithium mixture was obtained.

このリチウム混合物を、雰囲気焼成炉(株式会社広築製、HAF−2020S)を用いて、大気雰囲気下、500℃で2時間仮焼し、900℃で12時間焼成した後、室温まで冷却し、得られたリチウム複合酸化物粒子をハンマーミル(IKAジャパン株式会社製、MF10)を用いて解砕した。   The lithium mixture was calcined at 500 ° C. for 2 hours in an air atmosphere using an atmosphere firing furnace (manufactured by Hiroki Co., Ltd., HAF-2020S), fired at 900 ° C. for 12 hours, cooled to room temperature, The obtained lithium composite oxide particles were crushed using a hammer mill (manufactured by IKA Japan, MF10).

さらに、このリチウム複合酸化物粒子を、雰囲気焼成炉を用いて、大気雰囲気下、700℃で36時間焼成することにより(アニール処理)、正極活物質を得た。   Further, the lithium composite oxide particles were fired at 700 ° C. for 36 hours in an air atmosphere using an atmosphere firing furnace (annealing treatment) to obtain a positive electrode active material.

[正極活物質の評価]
この正極活物質の組成をICP発光分光分析器により測定したところ、一般式:LiMn1.45Ni0.50Ti0.054で表されるものであることが確認された。
[Evaluation of positive electrode active material]
When the composition of this positive electrode active material was measured with an ICP emission spectroscopic analyzer, it was confirmed that it was represented by the general formula: LiMn 1.45 Ni 0.50 Ti 0.05 O 4 .

次に、レーザー光回折散乱式粒度分析計を用いて、この正極活物質の平均粒径を測定するとともに、同様にして、d10およびd90を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径を〕を算出した。同時に、この正極活物質の比表面積を、窒素吸着式BET法測定機(ユアサアイオニックス株式会社製、カンタソーブQS−10)を用いて測定した。
Next, the average particle diameter of this positive electrode active material is measured using a laser light diffraction / scattering particle size analyzer, and d10 and d90 are measured in the same manner, and this is an index indicating the spread of the particle size distribution [( d90-d10) / average particle diameter] was calculated. At the same time, the specific surface area of this positive electrode active material was measured using a nitrogen adsorption BET method measuring instrument (manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd., Kantasorb QS-10).

また、この正極活物質をクロスセクションポリッシャ加工により断面観察可能な状態にし、SEMを用いて粒子構造を観察した結果、この正極活物質は、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。なお、このSEM観察では、同時に、正極活物質の粒径に対する外殻部の厚みを測定した。   In addition, as a result of making this positive electrode active material cross-sectional polisher capable of observing a cross section and observing the particle structure using an SEM, this positive electrode active material was found to have a hollow part inside the particle and an outer part outside this hollow part. It was confirmed to have a hollow structure composed of a shell. In this SEM observation, the thickness of the outer shell portion with respect to the particle size of the positive electrode active material was measured at the same time.

さらに、得られた正極活物質をCu−Kα線による粉末X線回折で分析したところ、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。これらの結果を表4に示す。   Furthermore, when the obtained positive electrode active material was analyzed by powder X-ray diffraction using Cu—Kα rays, it was confirmed to be a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. These results are shown in Table 4.

[二次電池の作製]
得られた正極活物質の評価には、図3に示す2032型コイン電池1(以下、「コイン型電池」という)を使用した。
[Production of secondary battery]
For the evaluation of the obtained positive electrode active material, a 2032 type coin battery 1 (hereinafter referred to as “coin type battery”) shown in FIG. 3 was used.

コイン型電池1は、ケース2と、ケース2内に収容された電極3とから構成されている。ケース2は、中空かつ一端が開口された正極缶2aと、この正極缶2aの開口部に配置される負極缶2bとを有しており、負極缶2bを正極缶2aの開口部に配置すると、負極缶2bと正極缶2aとの間に電極3を収容する空間が形成されるように構成されている。また、電極3は、正極3a、セパレータ3cおよび負極3bとからなり、この順で並ぶように積層されており、正極3aが正極缶2aの内面に接触し、負極3bが負極缶2bの内面に接触するようにケース2に収容されている。なお、ケース2はガスケット2cを備えており、このガスケット2cによって、正極缶2aと負極缶2bとの間が非接触の状態を維持するように相対的な移動が固定されている。また、ガスケット2cは、正極缶2aと負極缶2bとの隙間を密封してケース2内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。   The coin-type battery 1 includes a case 2 and an electrode 3 accommodated in the case 2. The case 2 has a positive electrode can 2a that is hollow and open at one end, and a negative electrode can 2b that is disposed in the opening of the positive electrode can 2a. When the negative electrode can 2b is disposed in the opening of the positive electrode can 2a, A space for accommodating the electrode 3 is formed between the negative electrode can 2b and the positive electrode can 2a. The electrode 3 includes a positive electrode 3a, a separator 3c, and a negative electrode 3b, which are stacked in this order. The positive electrode 3a contacts the inner surface of the positive electrode can 2a, and the negative electrode 3b contacts the inner surface of the negative electrode can 2b. It is accommodated in the case 2 so as to come into contact. The case 2 includes a gasket 2c, and relative movement is fixed by the gasket 2c so as to maintain a non-contact state between the positive electrode can 2a and the negative electrode can 2b. Further, the gasket 2c also has a function of sealing a gap between the positive electrode can 2a and the negative electrode can 2b to block the inside and outside of the case 2 in an airtight and liquid tight manner.

このようなコイン型電池1は、以下のようにして作製した。はじめに、得られた正極活物質52.5mgと、アセチレンブラック15mgと、ポリテトラフッ化エチレン樹脂(PTFE)7.5mgとを混合し、直径10mmで10mg程度の重量になるまで薄膜化して、正極3aを作製し、これを真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。 Such a coin-type battery 1 was produced as follows. First, 52.5 mg of the obtained positive electrode active material, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) were mixed and thinned to a weight of about 10 mg with a diameter of 10 mm to obtain the positive electrode 3a. It was prepared and dried in a vacuum dryer at 120 ° C. for 12 hours.

次に、正極3aを用いて、コイン型電池1を、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。この際、負極3bには、直径14mmの円盤状に打ち抜かれたリチウム箔、または平均粒径20μm程度の黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極シートを用いた。また、セパレータ3cには、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を、電解液には、1MのLiPF6を支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の3:7混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。 Next, using the positive electrode 3a, the coin-type battery 1 was produced in a glove box in an Ar atmosphere in which the dew point was controlled at −80 ° C. At this time, as the negative electrode 3b, a lithium foil punched into a disk shape having a diameter of 14 mm, or a negative electrode sheet in which graphite powder having an average particle size of about 20 μm and polyvinylidene fluoride were applied to a copper foil was used. The separator 3c is a 25 μm thick polyethylene porous membrane, and the electrolyte is a 1: 7 mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1M LiPF 6 as a supporting electrolyte (Toyama Chemical). Kogyo Co., Ltd.) was used.

[二次電池の評価]
コイン型電池1の性能を示す初期放電容量および正極抵抗は、以下のように評価した。
[Evaluation of secondary battery]
The initial discharge capacity and the positive electrode resistance showing the performance of the coin-type battery 1 were evaluated as follows.

初期放電容量は、負極にリチウム箔を用いたコイン型電池1を製作してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cm2としてカットオフ電圧5.0Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量(初期放電容量)を測定することにより評価した。 The initial discharge capacity is about 24 hours after the coin-type battery 1 using lithium foil as the negative electrode is manufactured, and after the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) is stabilized, the current density with respect to the positive electrode is 0.1 mA / Evaluation was made by measuring the capacity (initial discharge capacity) when charging to a cutoff voltage of 5.0 V as cm 2 and discharging to a cutoff voltage of 3.0 V after a pause of 1 hour.

正極抵抗は、DC−IR抵抗を測定することにより評価した。具体的には、コイン型電池1を初期放電容量の60%まで充電し、1分間の休止を挟み、電流密度を0.4mA/cm2として10秒間放電した後、再度1分間の休止を挟み、電流密度を0.4mA/cm2として10秒間充電した。この操作を、1.3mA/cm2、4.0mA/cm2および6.6mA/cm2の条件で繰り返し、各電流密度における放電開始時の電圧と、放電終了までの電圧の差を測定した。次に、電流密度を縦軸に、電圧差を横軸にプロットし、得られた直線関係について、一次線形近似により傾きを求め、この傾きを正極抵抗(DC−IR抵抗)とした。これらの結果を表4に示す。 Positive electrode resistance was evaluated by measuring DC-IR resistance. Specifically, the coin-type battery 1 is charged to 60% of the initial discharge capacity, sandwiched for 1 minute, discharged for 10 seconds with a current density of 0.4 mA / cm 2 , and then suspended for 1 minute again. The battery was charged for 10 seconds at a current density of 0.4 mA / cm 2 . This operation, 1.3 mA / cm 2, repeated under conditions of 4.0 mA / cm 2 and 6.6 mA / cm 2, was measured and the voltage at the discharge start in the current density, the difference in voltage until the discharge termination . Next, the current density was plotted on the vertical axis and the voltage difference was plotted on the horizontal axis, and the obtained linear relationship was found to have a slope by first-order linear approximation, and this slope was taken as the positive electrode resistance (DC-IR resistance). These results are shown in Table 4.

(実施例2)
混合水溶液2として、マンガンとニッケルとチタンのモル比が、Mn:Ni:Ti=2.90:1.00:0.111、濃度が1.91mol/Lであるものを使用したこと、粒子成長工程の開始時から30分経過した時点で、反応雰囲気および混合水溶液の切り換えを行い、その後、晶析を4.50時間継続したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Example 2)
The mixed aqueous solution 2 used had a manganese / nickel / titanium molar ratio of Mn: Ni: Ti = 2.90: 1.00: 0.111 and a concentration of 1.91 mol / L, particle growth Composite hydroxide particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution were switched after 30 minutes from the start of the process, and then crystallization was continued for 4.50 hours. And the positive electrode active material was obtained.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.725Ni0.25Ti0.025(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.45Ni0.50Ti0.054で表されるものであること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.725 Ni 0.25 Ti 0.025 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. The positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.45 Ni 0.50 Ti 0.05 O 4 , and is composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion. It was confirmed that it had a hollow structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(実施例3)
混合水溶液2として、マンガンとニッケルとチタンのモル比が、Mn:Ni:Ti=2.90:1.00:0.125、濃度が1.91mol/Lであるものを使用したこと、粒子成長工程の開始時から60分経過した時点で、反応雰囲気および混合水溶液の切り換えを行い、その後、晶析を4.00時間継続したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Example 3)
The mixed aqueous solution 2 used had a manganese / nickel / titanium molar ratio of Mn: Ni: Ti = 2.90: 1.00: 0.125 and a concentration of 1.91 mol / L, particle growth In the same manner as in Example 1, except that the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution were switched after 60 minutes from the start of the process, and thereafter crystallization was continued for 4.00 hours. And the positive electrode active material was obtained.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.725Ni0.25Ti0.025(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.45Ni0.50Ti0.054で表されるものであること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.725 Ni 0.25 Ti 0.025 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. The positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.45 Ni 0.50 Ti 0.05 O 4 , and is composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion. It was confirmed that it had a hollow structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(実施例4)
混合水溶液2として、マンガンとニッケルとチタンのモル比が、Mn:Ni:Ti=2.90:1.00:0.100、濃度が1.90mol/Lであるものを使用したこと、粒子成長工程の開始時から反応雰囲気および混合水溶液の切り換えを行い、晶析を5.00時間継続したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
Example 4
The mixed aqueous solution 2 used had a manganese / nickel / titanium molar ratio of Mn: Ni: Ti = 2.90: 1.00: 0.100 and a concentration of 1.90 mol / L, particle growth Composite hydroxide particles and a positive electrode active material were obtained in the same manner as in Example 1 except that the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution were switched from the start of the process, and crystallization was continued for 5.00 hours.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.725Ni0.25Ti0.025(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.45Ni0.50Ti0.054で表されるものであること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.725 Ni 0.25 Ti 0.025 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. The positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.45 Ni 0.50 Ti 0.05 O 4 , and is composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion. It was confirmed that it had a hollow structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(実施例5)
混合水溶液1として、マンガンとニッケルのモル比が、Mn:Ni=2.80:1.00、濃度が1.90mol/Lであるものを使用したこと、混合水溶液2として、マンガンとニッケルとチタンのモル比が、Mn:Ni:Ti=2.80:1.00:0.211、濃度が1.91mol/Lであるものを使用したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Example 5)
The mixed aqueous solution 1 used had a molar ratio of manganese to nickel of Mn: Ni = 2.80: 1.00 and a concentration of 1.90 mol / L, and the mixed aqueous solution 2 used manganese, nickel and titanium. In the same manner as in Example 1 except that a molar ratio of Mn: Ni: Ti = 2.80: 1.00: 0.211 and a concentration of 1.91 mol / L was used, composite water was used. Oxide particles and a positive electrode active material were obtained.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.700Ni0.25Ti0.050(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.40Ni0.50Ti0.104で表されるものであること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.700 Ni 0.25 Ti 0.050 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. The positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.40 Ni 0.50 Ti 0.10 O 4 , and is composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion. It was confirmed that it had a hollow structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(実施例6)
混合水溶液2として、マンガンとニッケルとチタンのモル比が、Mn:Ni:Ti=2.87:1.00:0.144、濃度が1.92mol/Lであるものを使用したこと、粒子成長工程の開始時から90分経過した時点で、反応雰囲気および混合水溶液の切り換えを行い、その後、晶析を3.50時間継続したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Example 6)
The mixed aqueous solution 2 used had a manganese / nickel / titanium molar ratio of Mn: Ni: Ti = 2.87: 1.00: 0.144 and a concentration of 1.92 mol / L, particle growth The composite hydroxide particles were the same as in Example 1 except that the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution were switched after 90 minutes from the start of the process, and then crystallization was continued for 3.50 hours. And the positive electrode active material was obtained.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.700Ni0.25Ti0.050(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.40Ni0.50Ti0.104で表されるものであること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.700 Ni 0.25 Ti 0.050 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. The positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.40 Ni 0.50 Ti 0.10 O 4 , and is composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion. It was confirmed that it had a hollow structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(実施例7)
混合水溶液1として、マンガンとニッケルのモル比が、Mn:Ni=2.94:1.00、濃度が1.87mol/Lであるものを使用したこと、混合水溶液2として、マンガンとニッケルとチタンのモル比が、Mn:Ni:Ti=2.94:1.00:0.063、濃度が1.90mol/Lであるものを使用したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Example 7)
The mixed aqueous solution 1 used had a manganese / nickel molar ratio of Mn: Ni = 2.94: 1.00 and a concentration of 1.87 mol / L, and the mixed aqueous solution 2 used manganese, nickel and titanium. In the same manner as in Example 1 except that a molar ratio of Mn: Ni: Ti = 2.94: 1.00: 0.063 and a concentration of 1.90 mol / L was used, composite water was used. Oxide particles and a positive electrode active material were obtained.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.700Ni0.25Ti0.050(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.40Ni0.50Ti0.104で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.700 Ni 0.25 Ti 0.050 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. The positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.40 Ni 0.50 Ti 0.10 O 4 , and is composed of substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. And it was confirmed that it was equipped with the hollow structure comprised from the hollow part inside particle | grains, and the outer shell part outside this hollow part. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(比較例1)
混合水溶液1および混合水溶液2として、マンガンとニッケルとチタンのモル比が、Mn:Ni:Ti=2.90:1.00:0.100、濃度が1.90mol/Lであるものを使用したこと、核生成工程と粒子成長工程を通じて、反応雰囲気を酸素濃度が0.2容量%以下の窒素雰囲気に制御したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Comparative Example 1)
As the mixed aqueous solution 1 and the mixed aqueous solution 2, those having a molar ratio of manganese, nickel and titanium of Mn: Ni: Ti = 2.90: 1.00: 0.100 and a concentration of 1.90 mol / L were used. In addition, the composite hydroxide particles and the positive electrode active material were the same as in Example 1 except that the reaction atmosphere was controlled to a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 0.2% by volume or less through the nucleation step and the particle growth step. Got.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.725Ni0.25Ti0.025(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.45Ni0.50Ti0.054で表されるものであること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.725 Ni 0.25 Ti 0.025 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. The positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.45 Ni 0.50 Ti 0.05 O 4 , and is composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion. It was confirmed that it had a hollow structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(比較例2)
混合水溶液2として、マンガンとニッケルとチタンのモル比が、Mn:Ni:Ti=2.90:1.00:0.150、濃度が1.92mol/Lであるものを使用したこと、粒子成長工程の開始時から100分経過した時点で、反応雰囲気および混合水溶液の切り換えを行い、その後、晶析を3.33時間継続したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Comparative Example 2)
The mixed aqueous solution 2 used had a manganese / nickel / titanium molar ratio of Mn: Ni: Ti = 2.90: 1.00: 0.150 and a concentration of 1.92 mol / L, particle growth Composite hydroxide particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the reaction atmosphere and the mixed aqueous solution were switched after 100 minutes from the start of the process, and then crystallization was continued for 3.33 hours. And the positive electrode active material was obtained.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.725Ni0.25Ti0.025(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.45Ni0.50Ti0.054で表されるものであること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.725 Ni 0.25 Ti 0.025 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. The positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.45 Ni 0.50 Ti 0.05 O 4 , and is composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion. It was confirmed that it had a hollow structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(比較例3)
焼成工程における焼成温度を950℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Comparative Example 3)
Composite hydroxide particles and a positive electrode active material were obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature in the firing step was 950 ° C.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.725Ni0.25Ti0.025(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.45Ni0.50Ti0.054で表されるものであること、および、粒子内部には中空部が存在せず、中実構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.725 Ni 0.25 Ti 0.025 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. In addition, this positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.45 Ni 0.50 Ti 0.05 O 4 , and has a solid structure with no hollow portion inside the particles. It was confirmed. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(比較例4)
焼成工程における焼成温度を850℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Comparative Example 4)
Composite hydroxide particles and a positive electrode active material were obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature in the firing step was 850 ° C.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.725Ni0.25Ti0.025(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.45Ni0.50Ti0.054で表されるものであること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.725 Ni 0.25 Ti 0.025 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. The positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.45 Ni 0.50 Ti 0.05 O 4 , and is composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion. It was confirmed that it had a hollow structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(比較例5)
混合水溶液1および混合水溶液2として、マンガンとニッケルのモル比が、Mn:Ni=3.00:1.00、濃度が1.90mol/Lであるものを使用したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Comparative Example 5)
As the mixed aqueous solution 1 and the mixed aqueous solution 2, Example 1 except that the molar ratio of manganese to nickel was Mn: Ni = 3.00: 1.00 and the concentration was 1.90 mol / L. Similarly, composite hydroxide particles and a positive electrode active material were obtained.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.75Ni0.25(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.50Ni0.504で表されるものであること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.75 Ni 0.25 (OH) 2 , and are composed of substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. It is confirmed that the central part of the secondary particles is formed from acicular fine primary particles and that the outer shell part is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. It was done. Further, this positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.50 Ni 0.50 O 4 , and is a hollow composed of a hollow part inside the particle and an outer shell part outside the hollow part. It was confirmed to have a structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(比較例6)
混合水溶液1として、マンガンとニッケルのモル比が、Mn:Ni=2.70:1.00、濃度が1.76mol/Lであるものを使用したこと、混合水溶液2として、マンガンとニッケルとチタンのモル比が、Mn:Ni:Ti=2.70:1.00:0.316、濃度が1.91mol/Lであるものを使用したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Comparative Example 6)
The mixed aqueous solution 1 used had a molar ratio of manganese to nickel of Mn: Ni = 2.70: 1.00 and a concentration of 1.76 mol / L, and the mixed aqueous solution 2 used manganese, nickel and titanium. In the same manner as in Example 1 except that a molar ratio of Mn: Ni: Ti = 2.70: 1.00: 0.316 and a concentration of 1.91 mol / L was used, composite water was used. Oxide particles and a positive electrode active material were obtained.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.675Ni0.25Ti0.075(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.35Ni0.50Ti0.154で表されるものであること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物相と、Li2NiTiO4相とが混在したものであることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.675 Ni 0.25 Ti 0.075 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. The positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.35 Ni 0.50 Ti 0.15 O 4 , and is composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion. It was confirmed that it had a hollow structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a mixture of a lithium manganese nickel titanium composite oxide phase having a spinel structure and a Li 2 NiTiO 4 phase. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。 Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

(比較例7)
混合水溶液1および混合水溶液2として、マンガンとニッケルとチタンのモル比が、Mn:Ni=2.90:1.00:0.100、濃度が1.90mol/Lであるものを使用したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子および正極活物質を得た。
(Comparative Example 7)
Other than using the mixed aqueous solution 1 and the mixed aqueous solution 2 in which the molar ratio of manganese, nickel and titanium is Mn: Ni = 2.90: 1.00: 0.100 and the concentration is 1.90 mol / L. Produced the composite hydroxide particles and the positive electrode active material in the same manner as in Example 1.

この複合水酸化物粒子および正極活物質を、実施例1と同様にして評価した。その結果、この複合水酸化物粒子は、一般式:Mn0.725Ni0.25Ti0.025(OH)2で表されるものであること、一次粒子が複数凝集して形成された略球状の二次粒子から構成されていること、この二次粒子の中心部は針状の微細一次粒子から形成されていること、および、外殻部は、微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子から形成されていることが確認された。また、この正極活物質は、一般式:LiMn1.45Ni0.50Ti0.054で表されるものであること、および、粒子内部の中空部と、この中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備えたものであることが確認された。さらに、この正極活物質の結晶構造は、スピネル構造を持つリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物単相であることが確認された。その他の粒子性状については、表2および表4に示す。 The composite hydroxide particles and the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the composite hydroxide particles are represented by the general formula: Mn 0.725 Ni 0.25 Ti 0.025 (OH) 2 , and from the substantially spherical secondary particles formed by agglomerating a plurality of primary particles. The center of the secondary particles are formed from acicular fine primary particles, and the outer shell is formed from plate-like primary particles larger than the fine primary particles. Was confirmed. The positive electrode active material is represented by the general formula: LiMn 1.45 Ni 0.50 Ti 0.05 O 4 , and is composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion. It was confirmed that it had a hollow structure. Furthermore, it was confirmed that the crystal structure of the positive electrode active material is a lithium manganese nickel titanium composite oxide single phase having a spinel structure. Other particle properties are shown in Tables 2 and 4.

最後に、実施例1と同様に、この正極活物質を用いてコイン型電1を構成し、その特性を評価した。この結果を表4に示す。
Finally, in the same manner as in Example 1, to configure a coin-type batteries 1 by using this positive electrode active material, and its characteristics were evaluated. The results are shown in Table 4.

1 コイン型電
2 ケー
2a 正極缶
2b 負極缶
2c ガスケット
3 電極
3a 正極
3b 負極
3c セパレータ
1 coin-batteries 2 cases <br/> 2a cathode can 2b the negative electrode can 2c gasket 3 electrodes 3a positive 3b negative electrode 3c separator

Claims (3)

一般式(B):LitMn2(1-x-y-z)Ni2xTi2y2z4(0.96≦t≦1.20、0.20≦x≦0.28、0.025≦y≦0.05、0≦z≦0.05、Mは、Mg、Ca、Ba、Sr、V、Fe、Cr、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Wから選択される少なくとも1種の元素)で表され、スピネル構造を有する立方晶系のリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子からなり、
レーザー光回析散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めた、体積平均粒径が2μm〜8μmであり、
各粒径における粒子数を粒径の小さい側から累積し、累積体積が全粒子の合計体積の10%となる粒径をd10とし、同じく90%となる粒径をd90とした場合に、粒度分布の広がりを示す〔(d90−d10)/体積平均粒径〕が0.70以下であり、
粒子内部の中空部と、該中空部の外側の外殻部とから構成される中空構造を備え、
前記リチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子の断面をSEMにより観察し、3箇所以上の任意の位置で測定された、前記外殻部の外周上と内周上にある、その距離が最短となる2点間の距離から粒子ごとの前記外殻部の平均厚みを求め、かつ、該リチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子の外周上にある、その距離が最大となる任意の2点間の距離を該リチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子の粒径とし、前記外殻部の平均厚みを前記リチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子の粒径で除することにより、粒子ごとの前記外殻部の厚みの比率を求め、さらに、10個以上のリチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子について求めた粒子ごとの前記外殻部の厚みの比率を平均することで求めた、前記リチウムマンガンニッケルチタン複合酸化物粒子の粒径に対する前記外殻部の厚みの比率が、5%〜35%である、非水系電解質二次電池用正極活物質。
General formula (B): Li t Mn 2 (1-xyz) Ni 2x Ti 2y M 2z O 4 (0.96 ≦ t ≦ 1.20, 0.20 ≦ x ≦ 0.28, 0.025 ≦ y ≦ 0.05, 0 ≦ z ≦ 0.05, M is at least one element selected from Mg, Ca, Ba, Sr, V, Fe, Cr, Co, Cu, Zr, Nb, Mo, and W) It consists of cubic lithium manganese nickel titanium composite oxide particles having a spinel structure,
The volume average particle size determined from the volume integrated value measured with a laser diffraction / scattering particle size analyzer is 2 μm to 8 μm,
When the number of particles in each particle size is accumulated from the smaller particle size side, the particle size at which the accumulated volume is 10% of the total volume of all particles is d10, and the particle size at 90% is also d90. [(D90-d10) / volume average particle diameter] indicating the spread of the distribution is 0.70 or less,
A hollow structure composed of a hollow portion inside the particle and an outer shell portion outside the hollow portion,
The cross section of the lithium manganese nickel titanium composite oxide particles is observed with an SEM, and the distance between the outer and inner circumferences of the outer shell portion measured at three or more arbitrary positions is the shortest. The average thickness of the outer shell part for each particle is determined from the distance between the points, and the distance between any two points on the outer periphery of the lithium manganese nickel titanium composite oxide particle that maximizes the distance is The particle diameter of the lithium manganese nickel titanium composite oxide particles, and by dividing the average thickness of the outer shell portion by the particle size of the lithium manganese nickel titanium composite oxide particles, the ratio of the thickness of the outer shell portion for each particle Further, the above-mentioned Lithium obtained by averaging the ratio of the thickness of the outer shell portion for each particle obtained for 10 or more lithium manganese nickel titanium composite oxide particles The ratio of the thickness of the outer shell portion to the particle size of the manganese-nickel-titanium composite oxide particles is 5% to 35%, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
窒素ガス吸着によるBET法により測定された比表面積が0.5m2/g〜3.0m2/gである、請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 Specific surface area measured by the BET method by nitrogen gas adsorption is 0.5m 2 /g~3.0m 2 / g, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1. 正極と、負極と、セパレータと、非水系電解質とを備え、前記正極の正極材料として、請求項1または2に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質が用いられている、非水系電解質二次電池。   A non-aqueous electrolyte comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 is used as a positive electrode material of the positive electrode. Secondary battery.
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