JP6485232B2 - Method for producing positive electrode active material - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の正極に用いられる正極活物質の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material used for a positive electrode of a lithium ion secondary battery.

非水系電解質が電極間の電気伝導を媒介する非水系二次電池の一種として、リチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、充放電反応における電極間の電気伝導をリチウムイオンが担う二次電池であり、ニッケル・水素蓄電池やニッケル・カドミウム蓄電池等の他の二次電池と比較して、エネルギー密度が高く、メモリ効果が小さいといった特徴を有している。そのため、リチウムイオン二次電池は、携帯電子機器、家庭用電気機器等の小型電源から、電力貯蔵装置、無停電電源装置、電力平準化装置等の定置用電源や、船舶、鉄道、ハイブリット自動車、電気自動車等の駆動電源等の中型・大型電源に至るまでその用途が拡大している。   One type of non-aqueous secondary battery in which a non-aqueous electrolyte mediates electrical conduction between electrodes is a lithium ion secondary battery. A lithium ion secondary battery is a secondary battery in which lithium ions are responsible for electrical conduction between electrodes in charge and discharge reactions. Compared to other secondary batteries such as nickel-hydrogen storage batteries and nickel-cadmium storage batteries, the energy density Is high and the memory effect is small. Therefore, lithium ion secondary batteries can be used for small power sources such as portable electronic devices and household electric appliances, stationary power sources such as power storage devices, uninterruptible power supply devices, power leveling devices, ships, railways, hybrid vehicles, Applications are expanding to medium and large power sources such as drive power sources for electric vehicles.

特に、リチウムイオン二次電池を中型・大型電源として用いる場合には、電池の高エネルギー密度化が要求される。電池の高エネルギー密度化の実現には、正極及び負極の高エネルギー密度化が必要であり、正極及び負極に用いられる活物質の高容量化が要求されている。高い充放電容量を有する正極活物質としては、α−NaFeO型層状構造を有するLiM´O(M´は、Ni、Co、Mn等の元素を示す。)の化学式であらわされるリチウム複合化合物の粉末が知られている。この正極活物質は、特にNiの比率が高くなるほど容量が高くなる傾向を示すことから、電池の高エネルギー化を実現する正極活物質として期待されている。 In particular, when a lithium ion secondary battery is used as a medium- or large-sized power source, it is required to increase the energy density of the battery. In order to realize a high energy density of the battery, it is necessary to increase the energy density of the positive electrode and the negative electrode, and it is required to increase the capacity of the active material used for the positive electrode and the negative electrode. As a positive electrode active material having a high charge / discharge capacity, a lithium composite compound represented by a chemical formula of LiM′O 2 (M ′ represents an element such as Ni, Co, or Mn) having an α-NaFeO 2 type layered structure. The powder is known. This positive electrode active material is expected to be a positive electrode active material that realizes higher energy of the battery, since the capacity tends to increase especially as the Ni ratio increases.

このような正極活物質として、LiNiM1M2(O)(SOで示されるリチウム含有化合物の粉体及びその製造方法が開示されている(下記特許文献1を参照)。特許文献1に記載された発明は、電池製造(正極)において二次粒子が破壊されず、粉末状にならないリチウム混合金属酸化物を提供することを目的としている。その解決手段として、初期粉体と200MPaで圧縮した後の粉体とでASTM B 822に従って測定したD10値の差を、1.0μm以下としている。 As such a positive electrode active material, a powder of a lithium-containing compound represented by Li a Ni b M1 c M2 d (O) 2 (SO 4 ) X and a method for producing the same are disclosed (see Patent Document 1 below). ). An object of the invention described in Patent Document 1 is to provide a lithium mixed metal oxide in which secondary particles are not destroyed in battery production (positive electrode) and do not become powder. As a solution, the difference in D10 value measured according to ASTM B 822 between the initial powder and the powder compressed at 200 MPa is 1.0 μm or less.

特許文献1に記載されたリチウム含有化合物の粉体の製造工程は、所定の空隙率を有する共沈させたニッケル含有前駆体を調製する工程と、そのニッケル含有前駆体とリチウム含有化合物を混合して前駆体混合物を得る工程とを有している。このリチウム含有化合物としては、炭酸リチウム、水酸化リチウム、水酸化リチウム一水和物、酸化リチウム、硝酸リチウム又はそれらの混合物が例示されている。さらに、得られた前駆体混合物を、CO非含有(CO含有率0.5ppm以下)酸素含有キャリアガスを使用しながら多段階で200〜1000℃に加熱して粉体生成物を製造する工程と、超音波による粉末の解砕及び解砕された粉末の篩分けを行う工程と、を有している。 The manufacturing process of the lithium-containing compound powder described in Patent Document 1 includes a step of preparing a co-precipitated nickel-containing precursor having a predetermined porosity, and the nickel-containing precursor and the lithium-containing compound are mixed. And obtaining a precursor mixture. Examples of the lithium-containing compound include lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium hydroxide monohydrate, lithium oxide, lithium nitrate, or a mixture thereof. Moreover, the resulting precursor mixture, CO 2 free (CO 2 content 0.5ppm or less) heated to 200 to 1000 ° C. in multiple stages to produce a powder product while using an oxygen-containing carrier gas And crushing the powder by ultrasonic waves and sieving the crushed powder.

特許文献1によれば、上記の製造工程の温度保持段階と関連する反応制御により、強く互いに焼結した二次粒子の凝集がない生成物が得られるとしている。これにより、電極製造において、高圧力下の材料床内で粒子の破壊を起こす、角を有する角形粒子が形成される粉砕工程を省くことができる、としている。   According to Patent Document 1, the reaction control related to the temperature holding stage of the manufacturing process described above provides a product free from agglomeration of strongly sintered secondary particles. Thereby, in electrode manufacture, it is supposed that the grinding | pulverization process in which the square particle | grains which have an angle | corner which causes destruction of a particle | grain in a material bed under a high pressure is formed can be omitted.

特表2010−505732号公報Special table 2010-505732

一方、特許文献1のように前駆体混合物を加熱するのではなく、炭酸リチウムとNiを含む化合物との混合物を焼成して、例えば、化学式LiM´O(M´は、Niを含む金属元素)のM´におけるNiの原子比(Ni/M´)が0.7以上であるNi高濃度の層状構造のリチウム複合化合物を製造するには、次のような課題がある。Ni高濃度のリチウム複合酸化物を工業的に量産するためには、多量かつ均一に合成反応を進行させる必要がある。しかし、炭酸リチウムとNiを含む化合物の混合物を加熱すると、炭酸リチウムから多量の炭酸ガスが発生するため、多量かつ均一な合成反応が阻害されることが分かった。炭酸ガスが発生すると、酸素分圧が低下してNi価数を2価から3価に酸化させる反応が阻害されてしまうためである。特にNi高濃度のリチウム複合化合物においては、Niの酸化が不十分であると、容量が大きく低下するなどの課題があることを見出した。 On the other hand, instead of heating the precursor mixture as in Patent Document 1, a mixture of lithium carbonate and a compound containing Ni is fired, for example, chemical formula LiM′O 2 (M ′ is a metal element containing Ni In order to produce a lithium composite compound having a high Ni concentration and a layered structure in which the atomic ratio (Ni / M ′) of Ni in M ′ is 0.7 or more, there are the following problems. In order to industrially mass produce a lithium composite oxide with high Ni concentration, it is necessary to advance the synthesis reaction in a large amount and uniformly. However, it was found that when a mixture of lithium carbonate and a compound containing Ni is heated, a large amount of carbon dioxide gas is generated from the lithium carbonate, so that a large amount and a uniform synthesis reaction are inhibited. This is because, when carbon dioxide gas is generated, the oxygen partial pressure is lowered and the reaction of oxidizing the Ni valence from divalent to trivalent is inhibited. In particular, the present inventors have found that a lithium composite compound having a high Ni concentration has problems such as a significant decrease in capacity when Ni is not sufficiently oxidized.

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、炭酸リチウムとNiを含む化合物との混合物を焼成して、Ni高濃度のリチウム複合酸化物からなる正極活物質を工業的に量産することができる正極活物質の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and industrially mass-produces a positive electrode active material composed of a lithium composite oxide having a high Ni concentration by firing a mixture of lithium carbonate and a compound containing Ni. It aims at providing the manufacturing method of the positive electrode active material which can be manufactured.

前記目的を達成すべく、本発明の正極活物質の製造方法は、リチウムイオン二次電池の正極に用いられる正極活物質の製造方法であって、炭酸リチウムと下記式(1)中のLi以外の金属元素をそれぞれ含む化合物とを混合する混合工程と、前記混合工程で得られた混合物を酸化性雰囲気下で焼成して下記式(1)で表されるリチウム複合化合物を得る焼成工程と、を有し、前記焼成工程は、前記混合物を200℃以上かつ400℃以下の熱処理温度で0.5時間以上かつ5時間以下に亘って熱処理することで第1前駆体を得る第1熱処理工程と、前記第1前駆体を450℃以上かつ700℃未満の熱処理温度で2時間以上かつ50時間以下に亘って熱処理することで第2前駆体を得る第2熱処理工程と、前記第2前駆体を700℃以上かつ850℃以下の熱処理温度で2時間以上かつ50時間以下に亘って熱処理することで前記リチウム複合化合物を得る第3熱処理工程と、を有し、前記第2熱処理工程及び前記第3熱処理工程の酸化性雰囲気の酸素濃度は、80%以上であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a method for producing a positive electrode active material of the present invention is a method for producing a positive electrode active material used for a positive electrode of a lithium ion secondary battery, except for lithium carbonate and Li in the following formula (1). A mixing step of mixing a compound containing each of the metal elements, a baking step of baking the mixture obtained in the mixing step in an oxidizing atmosphere to obtain a lithium composite compound represented by the following formula (1), And the firing step includes a first heat treatment step of obtaining a first precursor by heat-treating the mixture at a heat treatment temperature of 200 ° C. or more and 400 ° C. or less for 0.5 hours or more and 5 hours or less. A second heat treatment step for obtaining a second precursor by heat-treating the first precursor at a heat treatment temperature of 450 ° C. or higher and lower than 700 ° C. for 2 hours or more and 50 hours or less; and More than 700 ℃ A third heat treatment step of obtaining the lithium composite compound by heat treatment at a heat treatment temperature of 50 ° C. or less for 2 hours or more and 50 hours or less, and oxidation of the second heat treatment step and the third heat treatment step The oxygen concentration of the sexual atmosphere is 80% or more.

Li1+aNiMnCo2+α …(1) Li 1 + a Ni b Mn c Co d M e O 2 + α ... (1)

ただし、前記式(1)中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Mo、Nbからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、a、b、c、d、e及びαは、−0.1≦a≦0.2、0.7≦b≦0.9、0≦c≦0.35、0.05≦d≦0.30、0≦e≦0.35、b+c+d+e=1、及び、−0.1≦α≦0.1、を満たす数である。   In the formula (1), M is at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Zr, Mo, and Nb, and a, b, c, d, e, and α are , −0.1 ≦ a ≦ 0.2, 0.7 ≦ b ≦ 0.9, 0 ≦ c ≦ 0.35, 0.05 ≦ d ≦ 0.30, 0 ≦ e ≦ 0.35, b + c + d + e = 1 and −0.1 ≦ α ≦ 0.1.

本発明によれば、層状構造を有するNi高濃度のリチウム複合酸化物からなる正極活物質を工業的に量産することが可能になる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to industrially mass-produce the positive electrode active material which consists of Ni high concentration lithium complex oxide which has a layered structure.

本発明の正極活物質の製造方法の実施形態を示すフロー図。The flowchart which shows embodiment of the manufacturing method of the positive electrode active material of this invention. 図1Aに示す正極活物質の製造方法の変形例を示すフロー図。The flowchart which shows the modification of the manufacturing method of the positive electrode active material shown to FIG. 1A. 正極活物質を含む正極を備えたリチウムイオン二次電池の一実施形態を示す模式部分断面図。The typical fragmentary sectional view which shows one Embodiment of the lithium ion secondary battery provided with the positive electrode containing a positive electrode active material.

以下、本発明の正極活物質の製造方法の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the method for producing a positive electrode active material of the present invention will be described in detail.

本実施形態の正極活物質の製造方法は、リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池の正極に用いられる正極活物質を製造するための方法である。まず、本実施形態の正極活物質の製造方法によって製造される正極活物質について詳細に説明する。   The manufacturing method of the positive electrode active material of this embodiment is a method for manufacturing the positive electrode active material used for the positive electrode of non-aqueous secondary batteries, such as a lithium ion secondary battery. First, the positive electrode active material manufactured by the positive electrode active material manufacturing method of this embodiment will be described in detail.

(正極活物質)
本実施形態の製造方法によって製造される正極活物質は、α−NaFeO型の層状構造を有し、下記式(1)で表されるNi高濃度のリチウム複合化合物の粉末である。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material produced by the production method of the present embodiment is a powder of a Ni-rich lithium composite compound having an α-NaFeO 2 type layered structure and represented by the following formula (1).

Li1+aNiMnCo2+α …(1) Li 1 + a Ni b Mn c Co d M e O 2 + α ... (1)

ただし、前記式(1)中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Mo、Nbからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、a、b、c、d、e及びαは、−0.1≦a≦0.2、0.7≦b≦0.9、0≦c≦0.35、0.05≦d≦0.30、0≦e≦0.35、b+c+d+e=1、及び、−0.1≦α≦0.1、を満たす数である。   In the formula (1), M is at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Zr, Mo, and Nb, and a, b, c, d, e, and α are , −0.1 ≦ a ≦ 0.2, 0.7 ≦ b ≦ 0.9, 0 ≦ c ≦ 0.35, 0.05 ≦ d ≦ 0.30, 0 ≦ e ≦ 0.35, b + c + d + e = 1 and −0.1 ≦ α ≦ 0.1.

前記式(1)で表されるα−NaFeO型の層状構造を有するリチウム複合化合物の粉末からなる正極活物質は、充放電に伴ってリチウムイオンの可逆的な挿入及び脱離を繰り返すことが可能であり、かつ抵抗の低い層状正極活物質である。なお、正極活物質を構成するリチウム複合化合物の粒子は、個々の粒子が分離した一次粒子であってもよく、複数の一次粒子を焼結等によって結合させた二次粒子であってもよく、遊離リチウム化合物を含む一次粒子又は二次粒子であってもよい。 The positive electrode active material composed of a powder of a lithium composite compound having a layered structure of α-NaFeO 2 represented by the above formula (1) may repeat reversible insertion and desorption of lithium ions with charge and discharge. It is a layered positive electrode active material that is possible and has low resistance. The lithium composite compound particles constituting the positive electrode active material may be primary particles in which individual particles are separated, or may be secondary particles obtained by bonding a plurality of primary particles by sintering, Primary particles or secondary particles containing a free lithium compound may be used.

正極活物質の一次粒子の平均粒径は、例えば、0.1μm以上かつ2μm以下であることが好ましい。正極活物質の一次粒子の平均粒径を2μm以下とすることで、正極活物質を含む正極を製造する際に、正極における正極活物質の充填性が改善し、エネルギー密度が高い正極を製造することができる。また、正極活物質の二次粒子の平均粒径は、例えば、3μm以上かつ50μm以下であることが好ましい。   The average particle diameter of the primary particles of the positive electrode active material is preferably 0.1 μm or more and 2 μm or less, for example. By making the average particle size of the primary particles of the positive electrode active material 2 μm or less, when manufacturing a positive electrode containing the positive electrode active material, the filling of the positive electrode active material in the positive electrode is improved, and a positive electrode with high energy density is manufactured. be able to. Moreover, it is preferable that the average particle diameter of the secondary particle of a positive electrode active material is 3 micrometers or more and 50 micrometers or less, for example.

正極活物質の粒子は、後述する正極活物質の製造方法によって製造された一次粒子を、乾式造粒又は湿式造粒によって造粒することによって二次粒子化することができる。造粒手段としては、例えば、スプレードライヤーや転動流動層装置等の造粒機を利用することができる。   The particles of the positive electrode active material can be converted into secondary particles by granulating the primary particles produced by the method for producing the positive electrode active material described later by dry granulation or wet granulation. As a granulation means, granulators, such as a spray dryer and a rolling fluidized bed apparatus, can be utilized, for example.

前記式(1)において、aは、化学式LiM´Oで表される正極活物質の量論比率、すなわちLi:M´:O=1:1:2からのLiの過不足量を表している。ここで、M´は式(1)におけるLi以外の金属元素を示す。Liの含有率が高いほど、充電前の遷移金属の価数が高くなって、Li脱離時の遷移金属の価数変化の割合が低減され、正極活物質の充放電サイクル特性を向上させることができる。その反面、Liの含有率が高いほど、正極活物質の充放電容量は低下する。したがって、前記式(1)中のLiの過不足量を表すaの範囲を−0.1以上かつ0.2以下とすることで、正極活物質の充放電サイクル特性を向上させ、かつ充放電容量の低下を抑制することができる。 In the formula (1), a represents the stoichiometric ratio of the positive electrode active material represented by the chemical formula LiM′O 2 , that is, the excess / deficiency of Li from Li: M ′: O = 1: 1: 2. Yes. Here, M ′ represents a metal element other than Li in the formula (1). The higher the Li content, the higher the valence of the transition metal before charging, the lower the rate of transition metal valence change during Li desorption, and the improvement of the charge / discharge cycle characteristics of the positive electrode active material. Can do. On the other hand, the higher the Li content, the lower the charge / discharge capacity of the positive electrode active material. Therefore, by setting the range of a representing the excess / deficiency of Li in the formula (1) to be −0.1 or more and 0.2 or less, the charge / discharge cycle characteristics of the positive electrode active material are improved, and charge / discharge is performed. A decrease in capacity can be suppressed.

より好ましくは、前記式(1)中のLiの過不足量を表すaの範囲は、−0.05以上かつ0.1以下とすることができる。前記式(1)中のaが−0.05以上であれば、充放電に寄与するのに十分なLi量が確保され、正極活物質の高容量化を図ることができる。また、前記式(1)中のaが0.1以下であれば、遷移金属の価数変化による電荷補償を十分確保することができ、高容量と高充放電サイクル特性を両立させることができる。   More preferably, the range of a representing the excess or deficiency of Li in the formula (1) can be set to -0.05 or more and 0.1 or less. When a in the formula (1) is −0.05 or more, a sufficient amount of Li to contribute to charge / discharge is ensured, and the capacity of the positive electrode active material can be increased. In addition, when a in the formula (1) is 0.1 or less, sufficient charge compensation due to change in the valence of the transition metal can be ensured, and both high capacity and high charge / discharge cycle characteristics can be achieved. .

また、前記式(1)中のNiの含有率を示すbが0.7以上であれば、正極活物質において充放電に寄与するのに十分なNi量が確保され、高容量化を図ることができる。一方、前記式(1)中のbが0.9を超えると、Niの一部がLiサイトに置換され、充放電に寄与するのに十分なLi量が確保できず、正極活物質の充放電容量が低下する虞がある。したがって、前記式(1)中のNiの含有率を示すbを、0.7以上かつ0.9以下の範囲、より好ましくは、0.75以上かつ0.85以下の範囲とすることで、正極活物質を高容量化させつつ、充放電容量の低下を抑制することができる。   Moreover, if b which shows the content rate of Ni in said Formula (1) is 0.7 or more, sufficient amount of Ni will be ensured to contribute to charging / discharging in a positive electrode active material, and it will aim at high capacity | capacitance. Can do. On the other hand, when b in the formula (1) exceeds 0.9, a part of Ni is replaced with a Li site, and a sufficient amount of Li to contribute to charging / discharging cannot be secured, and charging / discharging of the positive electrode active material is not possible. The discharge capacity may be reduced. Therefore, b indicating the Ni content in the formula (1) is in the range of 0.7 to 0.9, more preferably in the range of 0.75 to 0.85. While increasing the capacity of the positive electrode active material, it is possible to suppress a decrease in charge / discharge capacity.

また、Mnの添加は、充電によってLiが脱離しても層状構造を安定に維持する作用がある。ただし、前記式(1)中のMnの含有率を示すcが0.35を超えると、正極活物質の容量が低下する。したがって、前記式(1)中のcを、0以上かつ0.35以下の範囲とすることで、充放電によってLiが挿入・脱離されても、正極活物質の層状構造を安定に維持することができ、正極活物質の容量低下を抑制することができる。   Further, the addition of Mn has an effect of stably maintaining the layered structure even when Li is desorbed by charging. However, when c which shows the content rate of Mn in the said Formula (1) exceeds 0.35, the capacity | capacitance of a positive electrode active material will fall. Therefore, by setting c in the formula (1) to be in the range of 0 or more and 0.35 or less, the layered structure of the positive electrode active material can be stably maintained even when Li is inserted / desorbed by charge / discharge. And a decrease in the capacity of the positive electrode active material can be suppressed.

また、前記式(1)中のCoの含有率を示すdが0.05以上であれば、正極活物質の層状構造を安定に保つことができる。層状構造を安定に保つことにより、例えば、LiサイトにNiが混入するカチオンミキシングを抑制することができるため、優れた充放電サイクル特性を得ることができる。一方、前記式(1)中のdが0.3を超えると、供給量が限られコストが高いCoの比率が相対的に多くなり、正極活物質の工業的な生産において不利になる。したがって、前記式(1)中のCoの含有量を示すdを、0.05以上かつ0.3以下の範囲、より好ましくは、0.1以上かつ0.2以下の範囲とすることで、正極活物質の充放電サイクル特性を向上させることができ、正極活物質の工業的な量産においても有利になる。   Moreover, if d which shows the content rate of Co in said Formula (1) is 0.05 or more, the layered structure of a positive electrode active material can be kept stable. By keeping the layered structure stable, for example, cation mixing in which Ni is mixed into the Li site can be suppressed, so that excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained. On the other hand, when d in the formula (1) exceeds 0.3, the ratio of Co which is limited in supply amount and high in cost is relatively increased, which is disadvantageous in industrial production of the positive electrode active material. Therefore, d indicating the content of Co in the formula (1) is in the range of 0.05 to 0.3, more preferably in the range of 0.1 to 0.2. The charge / discharge cycle characteristics of the positive electrode active material can be improved, which is advantageous in industrial mass production of the positive electrode active material.

また、前記式(1)中のMが、Mg、Al、Ti、Zr、Mo、Nbからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素からなるものであることにより、正極活物質における電気化学的活性を確保することができる。また、これらの金属元素で正極活物質の金属サイトを置換することで、正極活物質の結晶構造の安定性や層状正極活物質の電気化学特性(サイクル特性等)を向上させることができる。なお、前記式(1)中のMの含有率を示すeが0.35を超えると、正極活物質の容量が低下する。したがって、前記式(1)中のeの範囲を0以上かつ0.35以下とすることで、正極活物質の容量低下を抑制することができる。   Further, M in the formula (1) is composed of at least one metal element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Zr, Mo, and Nb. Activity can be ensured. Moreover, by substituting the metal site of the positive electrode active material with these metal elements, the stability of the crystal structure of the positive electrode active material and the electrochemical characteristics (cycle characteristics, etc.) of the layered positive electrode active material can be improved. In addition, when e which shows the content rate of M in said Formula (1) exceeds 0.35, the capacity | capacitance of a positive electrode active material will fall. Therefore, the capacity | capacitance fall of a positive electrode active material can be suppressed by making the range of e in the said Formula (1) into 0 or more and 0.35 or less.

また、前記式(1)中のαは、空間群R−3mに帰属される層状構造化合物を許容する範囲であり、酸素の可不足量を示す。正極活物質のα−NaFeO型の層状構造を維持する観点から、例えば、−0.1以上かつ0.1以下の範囲であることが好ましい。 Moreover, (alpha) in the said Formula (1) is a range which accept | permits the layered structure compound which belongs to space group R-3m, and shows the amount of oxygen available. From the viewpoint of maintaining the α-NaFeO 2 type layered structure of the positive electrode active material, for example, a range of −0.1 or more and 0.1 or less is preferable.

正極活物質の粒子の結晶構造は、例えば、X線回折法(X-ray diffraction;XRD)等によって確認することができる。また、正極活物質の粒子の平均組成は、高周波誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma;ICP)、原子吸光分析(Atomic Absorption Spectrometry;AAS)等によって確認することができる。   The crystal structure of the positive electrode active material particles can be confirmed by, for example, X-ray diffraction (XRD). The average composition of the positive electrode active material particles can be confirmed by high frequency inductively coupled plasma (ICP), atomic absorption spectrometry (AAS), or the like.

また、正極活物質の粒子のBET比表面積は、例えば、概ね0.2m/g以上かつ2.0m/g以下とすることが好ましい。正極活物質の粒子のBET比表面積を概ね2.0m/g以下とすることによって、正極における正極活物質の充填性が改善し、エネルギー密度が高い正極を製造することができる。なお、BET比表面積は、自動比表面積測定装置を用いて測定することができる。 The BET specific surface area of the positive electrode active material particles is preferably, for example, approximately 0.2 m 2 / g or more and 2.0 m 2 / g or less. By setting the BET specific surface area of the particles of the positive electrode active material to be approximately 2.0 m 2 / g or less, the filling property of the positive electrode active material in the positive electrode is improved, and a positive electrode having a high energy density can be manufactured. In addition, a BET specific surface area can be measured using an automatic specific surface area measuring apparatus.

また、正極活物質の粒子破壊強度は50MPa以上かつ100MPa以下であることが好ましい。これにより、電極作製の過程で正極活物質の粒子が破壊されることがなく、正極集電体の表面に正極活物質を含むスラリーを塗工して正極合剤層を形成する際に、剥がれなどの塗工不良が抑制される。正極活物質の粒子破壊強度は、例えば、微小圧縮試験機を用いて測定することができる。   Further, the particle breaking strength of the positive electrode active material is preferably 50 MPa or more and 100 MPa or less. As a result, the particles of the positive electrode active material are not destroyed in the process of electrode preparation, and are peeled off when the slurry containing the positive electrode active material is applied to the surface of the positive electrode current collector to form the positive electrode mixture layer. Application failure such as is suppressed. The particle breaking strength of the positive electrode active material can be measured using, for example, a micro compression tester.

(正極活物質の製造方法)
次に、前述の正極活物質を製造する本実施形態の正極活物質の製造方法について説明する。図1Aは、本実施形態の正極活物質の製造方法に含まれる各工程を示すフロー図である。図1Bは、図1Aに示す本実施形態の正極活物質の製造方法の変形例における各工程を示すフロー図である。
(Method for producing positive electrode active material)
Next, the manufacturing method of the positive electrode active material of this embodiment which manufactures the above-mentioned positive electrode active material is demonstrated. FIG. 1A is a flowchart showing each step included in the method for producing a positive electrode active material of the present embodiment. FIG. 1B is a flowchart showing each step in the modification of the method for producing the positive electrode active material of the present embodiment shown in FIG. 1A.

本実施形態の正極活物質の製造方法は、炭酸リチウムと前記式(1)中のLi以外の金属元素をそれぞれ含む化合物とを混合する混合工程S1と、混合工程S1で得られた混合物を酸化性雰囲気下で焼成して前記式(1)で表されるリチウム複合化合物を得る焼成工程S2と、を有している。   The manufacturing method of the positive electrode active material of the present embodiment includes a mixing step S1 in which lithium carbonate and a compound containing a metal element other than Li in the formula (1) are mixed, and the mixture obtained in the mixing step S1 is oxidized. Firing step S2 for obtaining a lithium composite compound represented by the above formula (1) by firing in a neutral atmosphere.

混合工程S1では、正極活物質の出発原料として、炭酸リチウムに加えて、前記式(1)中のLi以外の金属元素を含む化合物、例えば、Ni含有化合物、Mn含有化合物、Co含有化合物、M含有化合物等を用いることができる。なお、M含有化合物とは、Mg、Al、Ti、Zr、Mo、Nbからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む化合物である。   In the mixing step S1, as a starting material of the positive electrode active material, in addition to lithium carbonate, a compound containing a metal element other than Li in the formula (1), for example, a Ni-containing compound, a Mn-containing compound, a Co-containing compound, M A containing compound or the like can be used. The M-containing compound is a compound containing at least one metal element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Zr, Mo, and Nb.

混合工程S1では、前記式(1)に対応する所定の元素組成となる比率で秤量した前記出発原料を混合して原料粉末を調製する。本実施形態の正極活物質の製造方法では、Liを含有する出発原料として、炭酸リチウムを用いている。炭酸リチウムは、酢酸リチウム、硝酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム等、他のLi含有化合物と比較して、工業利用性及び実用性に優れている。   In the mixing step S1, the raw material powder is prepared by mixing the starting materials weighed at a ratio that gives a predetermined elemental composition corresponding to the formula (1). In the method for producing a positive electrode active material of this embodiment, lithium carbonate is used as a starting material containing Li. Lithium carbonate is excellent in industrial applicability and practicality as compared with other Li-containing compounds such as lithium acetate, lithium nitrate, lithium hydroxide, lithium chloride, and lithium sulfate.

正極活物質の出発原料としてのNi含有化合物、Mn含有化合物、及びCo含有化合物は、例えば、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、又は酢酸塩等を用いることができ、特に、酸化物、水酸化物、又は炭酸塩を用いることが好ましい。また、M含有化合物としては、例えば、酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、酸化物、又は水酸化物等を用いることができ、特に、炭酸塩、酸化物、又は水酸化物を用いることが好ましい。   As the Ni-containing compound, Mn-containing compound, and Co-containing compound as a starting material for the positive electrode active material, for example, oxides, hydroxides, carbonates, sulfates, acetates, and the like can be used. Preferably, the product, hydroxide or carbonate is used. In addition, as the M-containing compound, for example, acetate, nitrate, carbonate, sulfate, oxide, or hydroxide can be used, and in particular, carbonate, oxide, or hydroxide is used. Is preferred.

混合工程S1では、前記出発原料を、例えば、粉砕機によって粉砕して混合することが好ましい。これにより、均一に混合された粉末状の固体混合物を調製することができる。前記出発原料の化合物を粉砕する粉砕機としては、ボールミル、ジェットミル、サンドミル等の一般的な精密粉砕機を用いることができる。また、出発原料の粉砕は、湿式で行なうことが好ましい。工業的な観点から、湿式粉砕に用いる溶媒は、水であることが好ましい。混合工程S1において粉砕された出発原料の粉砕粉の粒度は、出発原料の混合の程度を表わす指標となる。   In the mixing step S1, the starting material is preferably pulverized and mixed by, for example, a pulverizer. Thereby, a uniformly mixed powdery solid mixture can be prepared. As a pulverizer for pulverizing the starting material compound, a general precision pulverizer such as a ball mill, a jet mill, or a sand mill can be used. The starting material is preferably pulverized wet. From an industrial viewpoint, the solvent used for wet grinding is preferably water. The particle size of the pulverized powder of the starting material pulverized in the mixing step S1 is an index representing the degree of mixing of the starting material.

工業的に利用可能な実用的な出発原料の粒度、すなわち、体積基準で測定した場合の粒度(累積分布)は、平均粒径であるD50が1μm以上、最大粒径であるD100が10μm以上である。この場合、体積基準で測定した場合の出発原料の粉砕粉の粒度は、D50を0.3μm以下、D100を1.0μm以下とすることが好ましい。このように、D50を0.3μm以下にすることで、出発原料の粉砕を十分に行って均一に混合することができる。また、D100を1.0μm以下とすることで、後の焼成工程S2において組成の均一化や結晶化を促進させることができる。なお、体積基準の粒度分布は、レーザー回折式粒度分布計で測定することができる。出発原料の粉砕を湿式で行うことにより、上記の好ましい粒度分布に容易に到達することができる。   The particle size (cumulative distribution) of a practical starting material that can be used industrially, that is, the particle size (cumulative distribution) when measured on a volume basis is 1 μm or more as the average particle size and 10 μm or more as the maximum particle size D100. is there. In this case, the particle size of the pulverized powder of the starting material when measured on a volume basis is preferably such that D50 is 0.3 μm or less and D100 is 1.0 μm or less. Thus, by making D50 0.3 μm or less, the starting materials can be sufficiently pulverized and uniformly mixed. Further, by setting D100 to 1.0 μm or less, it is possible to promote uniform composition and crystallization in the subsequent firing step S2. The volume-based particle size distribution can be measured with a laser diffraction particle size distribution meter. By carrying out the wet grinding of the starting material, the preferred particle size distribution can be easily reached.

混合工程S1において、出発原料を湿式で粉砕した固液混合物は、例えば、乾燥機によって乾燥させることができる。乾燥機は、例えば、噴霧乾燥機、流動床乾燥機、エバポレータ等を使用することができる。特に、噴霧乾燥機によって固液混合物を乾燥させ、D50が10μm以上、30μm以下に造粒乾燥された混合粉を得ることが好ましい。混合粉のD50を10μm以上にすることで、正極活物質のD50も10μm以上とすることができ、正極活物質を電極化する際に集電箔から正極層が剥離するのを防止できる。また、混合粉のD50を30μm以下にすることで、電極における厚み方向の正極活物質の充填を均一にして、導電経路が低減するのを防止できる。このような混合粉のD50の好ましい範囲を満たすには、回転円盤方式の噴霧乾燥機が適している。   In the mixing step S1, the solid-liquid mixture obtained by pulverizing the starting material in a wet manner can be dried by, for example, a dryer. As the dryer, for example, a spray dryer, a fluidized bed dryer, an evaporator or the like can be used. In particular, it is preferable to dry the solid-liquid mixture with a spray dryer to obtain a mixed powder that is granulated and dried so that D50 is 10 μm or more and 30 μm or less. By making D50 of mixed powder 10 micrometers or more, D50 of positive electrode active material can also be 10 micrometers or more, and when forming a positive electrode active material into an electrode, it can prevent that a positive electrode layer peels from current collection foil. Further, by setting D50 of the mixed powder to 30 μm or less, it is possible to make the filling of the positive electrode active material in the thickness direction in the electrode uniform and prevent the conductive path from being reduced. In order to satisfy such a preferable range of D50 of the mixed powder, a rotary disk type spray dryer is suitable.

混合工程S1によって得られた混合粉の嵩比重は0.6g/cc以上、0.8g/cc以下であることが好ましい。混合粉の嵩比重を0.6g/cc以上にすることで、微粉の少ない混合粉となり、電極化の際に集電箔から正極層が剥離するのを防止できる。また、混合粉の嵩比重を0.8g/cc以下にすることで、粒子間隙を確保し、焼成工程S2において混合粉を容器に充填して加熱する際、酸化性雰囲気ガスが混合粉へ通気させ易くなる。   The bulk specific gravity of the mixed powder obtained by the mixing step S1 is preferably 0.6 g / cc or more and 0.8 g / cc or less. By setting the bulk specific gravity of the mixed powder to 0.6 g / cc or more, it becomes a mixed powder with less fine powder, and it is possible to prevent the positive electrode layer from being peeled off from the current collector foil at the time of electrode formation. Further, by setting the bulk specific gravity of the mixed powder to 0.8 g / cc or less, a particle gap is ensured, and when the mixed powder is filled in the container and heated in the firing step S2, the oxidizing atmosphere gas flows into the mixed powder. It becomes easy to let.

焼成工程S2では、混合工程S1で得られた混合物を酸化性雰囲気で焼成して前記式(1)で表されるリチウム複合化合物の粉末である正極活物質を製造する。本実施形態の焼成工程S2は、第1熱処理工程S21、第2熱処理工程S22、及び第3熱処理工程S23を有している。   In the firing step S2, the mixture obtained in the mixing step S1 is fired in an oxidizing atmosphere to produce a positive electrode active material that is a powder of the lithium composite compound represented by the formula (1). The firing step S2 of the present embodiment includes a first heat treatment step S21, a second heat treatment step S22, and a third heat treatment step S23.

第1熱処理工程S21では、混合工程S1で得られた混合物を200℃以上かつ400℃以下の熱処理温度で0.5時間以上かつ5時間以下に亘って熱処理することで、第1前駆体を得る。第1熱処理工程S21は、混合工程S1で得られた混合物から、正極活物質の合成反応を妨げる気化成分を除去することを主な目的として行われる。すなわち、第1熱処理工程S21は、混合物中の気化成分を除去する熱処理工程である。   In the first heat treatment step S21, the first precursor is obtained by heat-treating the mixture obtained in the mixing step S1 at a heat treatment temperature of 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower for 0.5 hours or more and 5 hours or less. . The first heat treatment step S21 is performed mainly for the purpose of removing vaporized components that hinder the synthesis reaction of the positive electrode active material from the mixture obtained in the mixing step S1. That is, the first heat treatment step S21 is a heat treatment step for removing vaporized components in the mixture.

第1熱処理工程S21では、熱処理される混合物に含まれる気化成分、例えば、水分、不純物、熱分解に伴う揮発成分等が、気化、燃焼、揮発するなどしてガスが発生する。混合物が炭酸リチウム等の炭酸塩を含む場合は、炭酸塩の熱分解に伴い炭酸ガスが発生する。   In the first heat treatment step S21, gas is generated by vaporization, combustion, volatilization, and the like of vaporized components contained in the mixture to be heat treated, such as moisture, impurities, and volatile components accompanying thermal decomposition. When the mixture contains a carbonate such as lithium carbonate, carbon dioxide gas is generated with the thermal decomposition of the carbonate.

第1熱処理工程S21において、熱処理温度が200℃未満であると、不純物の燃焼反応や出発原料の熱分解反応が不十分となる場合がある。また、第1熱処理工程S21において、熱処理温度が400℃を超えると、熱処理によって混合物から発生したガスを含む雰囲気下で、リチウム複合化合物の層状構造が形成されてしまう虞がある。したがって、第1熱処理工程S21において、200℃以上かつ400℃以下の熱処理温度で混合物を熱処理することで、気化成分が十分に除去され、かつ、未だ層状構造が形成されていない第1前駆体を得ることができる。   In the first heat treatment step S21, if the heat treatment temperature is less than 200 ° C., the combustion reaction of impurities and the thermal decomposition reaction of the starting material may be insufficient. In the first heat treatment step S21, if the heat treatment temperature exceeds 400 ° C., a layered structure of the lithium composite compound may be formed in an atmosphere containing a gas generated from the mixture by the heat treatment. Therefore, in the first heat treatment step S21, the mixture is heat treated at a heat treatment temperature of 200 ° C. or more and 400 ° C. or less, whereby the first precursor from which the vaporized components are sufficiently removed and the layered structure is not yet formed is obtained. Can be obtained.

また、第1熱処理工程S21において、熱処理温度が250℃以上かつ400℃以下、より好ましくは250℃以上かつ380℃以下の範囲内であれば、気化成分の除去効果と層状構造の形成を抑制する効果とをより向上させることができる。また、熱処理時間は、例えば、熱処理温度、気化成分の除去の度合い、層状構造の形成の抑制の度合い等に応じて、適宜変更することができる。   In the first heat treatment step S21, if the heat treatment temperature is 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or higher and 380 ° C. or lower, the vaporizing component removal effect and the formation of the layered structure are suppressed. The effect can be further improved. Further, the heat treatment time can be appropriately changed according to, for example, the heat treatment temperature, the degree of removal of vaporized components, the degree of suppression of formation of the layered structure, and the like.

第1熱処理工程S21では、混合物から発生するガスの排気を目的として、雰囲気ガスの気流下やポンプによる排気下で熱処理することが好ましい。雰囲気ガスの1分間あたりの流量又はポンプによる1分間あたりの排気量は、混合物から発生するガスの体積よりも多いことが好ましい。混合物から発生するガスの体積は、例えば、混合物に含まれる出発原料の質量と気化成分の比率等に基づいて算出することができる。   In the first heat treatment step S21, for the purpose of exhausting the gas generated from the mixture, it is preferable to perform the heat treatment under an atmosphere gas flow or under a pump exhaust. The flow rate per minute of the atmospheric gas or the displacement per minute by the pump is preferably larger than the volume of gas generated from the mixture. The volume of the gas generated from the mixture can be calculated based on, for example, the ratio of the mass of the starting material and the vaporized component contained in the mixture.

また、第1熱処理工程S21は、大気圧以下の減圧下で行ってもよい。また、第1熱処理工程S21は、酸化反応を主な目的としていないため、第1熱処理工程S21の酸化性雰囲気は大気であってもよい。第1熱処理工程S21の酸化性雰囲気として大気を用いることで、熱処理装置の構成を簡略化し、雰囲気の供給を容易にして、正極活物質の生産性を向上させて製造コストを低減することができる。また、第1熱処理工程S21の熱処理の雰囲気は、酸化性雰囲気に限られず、例えば不活性ガス等の非酸化性雰囲気であってもよい。   Moreover, you may perform 1st heat processing process S21 under the pressure reduction below atmospheric pressure. Further, since the first heat treatment step S21 is not mainly intended for the oxidation reaction, the oxidizing atmosphere of the first heat treatment step S21 may be air. By using air as the oxidizing atmosphere in the first heat treatment step S21, the configuration of the heat treatment apparatus can be simplified, the supply of the atmosphere can be facilitated, the productivity of the positive electrode active material can be improved, and the manufacturing cost can be reduced. . Further, the atmosphere of the heat treatment in the first heat treatment step S21 is not limited to the oxidizing atmosphere, and may be a non-oxidizing atmosphere such as an inert gas.

焼成工程S2では、第1熱処理工程S21の終了後に第2熱処理工程S22を行うが、図1Aに示すように、第1熱処理工程S21の工程中に、酸化性雰囲気を置換する第1ガス置換工程S24を有してもよい。また、図1Bに示すように、第1熱処理工程S21の終了後に、第1ガス置換工程S24を行ってもよい。第1ガス置換工程S24では、第1熱処理工程S21で用いた酸化性雰囲気を排気し、新たな酸化性雰囲気を導入して第2熱処理を行うことができる。このようにガス置換工程S24を行うことにより、第1熱処理工程S21の熱処理で出発原料の混合物から発生したガスが、第2熱処理工程S22に影響を及ぼすことを防止できる。   In the firing step S2, the second heat treatment step S22 is performed after the completion of the first heat treatment step S21. As shown in FIG. 1A, the first gas replacement step of replacing the oxidizing atmosphere during the step of the first heat treatment step S21. S24 may be included. Further, as shown in FIG. 1B, a first gas replacement step S24 may be performed after the first heat treatment step S21 is completed. In the first gas replacement step S24, the oxidizing atmosphere used in the first heat treatment step S21 can be exhausted and a new oxidizing atmosphere can be introduced to perform the second heat treatment. By performing the gas replacement step S24 as described above, it is possible to prevent the gas generated from the mixture of the starting materials in the heat treatment of the first heat treatment step S21 from affecting the second heat treatment step S22.

また、第1ガス置換工程S24では、第1前駆体を熱処理装置から一旦取り出して、再び熱処理装置内に入れるようにしてもよい。この場合、熱処理装置から第1前駆体を取り出す際に第1熱処理工程S21で用いた酸化性雰囲気を排気し、同一又は別の熱処理装置に第1前駆体とともに新たな酸化性雰囲気を導入して第2熱処理工程S22を行うようにしてもよい。   Further, in the first gas replacement step S24, the first precursor may be once taken out from the heat treatment apparatus and again put into the heat treatment apparatus. In this case, when taking out the first precursor from the heat treatment apparatus, the oxidizing atmosphere used in the first heat treatment step S21 is exhausted, and a new oxidizing atmosphere is introduced into the same or another heat treatment apparatus together with the first precursor. The second heat treatment step S22 may be performed.

また、第1熱処理工程S21の熱処理時又は熱処理後に排気を行う場合には、第1熱処理工程S21、第1ガス置換工程S24、及び第2熱処理工程S22を連続的に行ってもよい。この場合、第1ガス置換工程S24では、熱処理装置から第1前駆体を取り出すことなく、同一の熱処理装置内で酸化性雰囲気を連続的に置換してもよい。   In addition, when evacuation is performed during or after the first heat treatment step S21, the first heat treatment step S21, the first gas replacement step S24, and the second heat treatment step S22 may be performed continuously. In this case, in the first gas replacement step S24, the oxidizing atmosphere may be continuously replaced in the same heat treatment apparatus without taking out the first precursor from the heat treatment apparatus.

第2熱処理工程S22では、第1熱処理工程S21で得られた第1前駆体を、450℃以上かつ700℃未満の熱処理温度で2時間以上かつ50時間以下に亘って熱処理することで、第2前駆体を得る。第2熱処理工程S22は、第1前駆体中のNiを2価から3価へと酸化させるとともに、組成式LiM´Oで表される層状構造の化合物を合成することを主な目的として行われる。すなわち、第2熱処理工程S22は、第1前駆体中のNi酸化反応と層状構造の形成とを行う熱処理工程である。 In the second heat treatment step S22, the first precursor obtained in the first heat treatment step S21 is heat-treated at a heat treatment temperature of 450 ° C. or higher and lower than 700 ° C. for 2 hours or more and 50 hours or less to obtain a second heat treatment step S22. A precursor is obtained. The second heat treatment step S22 is carried out mainly for the purpose of oxidizing Ni in the first precursor from divalent to trivalent and synthesizing a compound having a layered structure represented by the composition formula LiM′O 2. Is called. That is, the second heat treatment step S22 is a heat treatment step for performing the Ni oxidation reaction in the first precursor and the formation of the layered structure.

前記式(1)中のNiの含有率を示すbの範囲が0.7以上かつ0.9以下であるNi高濃度の正極活物質に高容量を発現させるためには、焼成工程S2においてNiの価数を2価から3価へ酸化させる必要がある。2価のNiは、層状構造LiM´Oにおいて容易にLi位置を占有してしまい、正極活物質の容量を低下させる原因となる。そのため、焼成工程S2において、混合物を酸化性雰囲気で焼成し、Niの価数を2価から3価へ変化させる。 In order to develop a high capacity in a positive electrode active material having a high Ni concentration in which the range of b indicating the Ni content in the formula (1) is not less than 0.7 and not more than 0.9, Ni is used in the firing step S2. Must be oxidized from divalent to trivalent. Divalent Ni easily occupies the Li position in the layered structure LiM′O 2 , and causes a decrease in the capacity of the positive electrode active material. Therefore, in the firing step S2, the mixture is fired in an oxidizing atmosphere to change the valence of Ni from divalent to trivalent.

組成式LiM´Oで表される層状構造の化合物を合成するためには、第1前駆体と雰囲気中の酸素が反応することが必要である。第1前駆体に含まれるリチウム酸化物とニッケル酸化物からLiNiOを合成する反応は下記式(2)で表わされる。 In order to synthesize a compound having a layered structure represented by the composition formula LiM′O 2 , it is necessary for the first precursor to react with oxygen in the atmosphere. The reaction for synthesizing LiNiO 2 from lithium oxide and nickel oxide contained in the first precursor is represented by the following formula (2).

LiO+2NiO+(1/2)O→2LiNiO …(2) Li 2 O + 2NiO + (1/2) O 2 → 2LiNiO 2 (2)

Ni酸化反応と前記式(2)の反応を促進させるために、第2熱処理工程S22の熱処理の雰囲気は、酸素を含む酸化性雰囲気であり、酸素濃度が80%以上であることが好ましく、酸素濃度が90%以上であることがより好ましく、酸素濃度が95%以上であることがさらに好ましく、酸素濃度が100%であることがさらにより好ましい。また、Ni酸化反応と前記式(2)の反応を逐次進行させるためには、第2熱処理工程S22の熱処理時に酸素を連続的に供給することが好ましく、酸化性雰囲気ガスの気流下で熱処理を行うことが好ましい。   In order to promote the Ni oxidation reaction and the reaction of the above formula (2), the atmosphere of the heat treatment in the second heat treatment step S22 is an oxidizing atmosphere containing oxygen, and the oxygen concentration is preferably 80% or more. The concentration is more preferably 90% or more, the oxygen concentration is more preferably 95% or more, and the oxygen concentration is still more preferably 100%. Further, in order to sequentially advance the Ni oxidation reaction and the reaction of the above formula (2), it is preferable to supply oxygen continuously during the heat treatment in the second heat treatment step S22, and the heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere gas stream. Preferably it is done.

第2熱処理工程S22では、第1熱処理工程S21で出発原料の混合物中の気化成分が除去された第1前駆体を熱処理することで、熱処理時に第1前駆体から炭酸ガス等のガスが発生することが抑制され、酸化性雰囲気中の酸素濃度が低下するのを抑制することができる。したがって、第2熱処理工程S22における第1前駆体のNi酸化反応が円滑に進行し、リチウム複合化合物の形成反応が均一に進行した第2前駆体を得ることができる。さらには、出発原料に由来する残渣も十分に低減することができる。   In the second heat treatment step S22, a gas such as carbon dioxide gas is generated from the first precursor during the heat treatment by heat-treating the first precursor from which the vaporized components in the mixture of the starting materials have been removed in the first heat treatment step S21. It is possible to suppress the decrease in oxygen concentration in the oxidizing atmosphere. Therefore, the Ni precursor reaction of the first precursor in the second heat treatment step S22 proceeds smoothly, and the second precursor in which the formation reaction of the lithium composite compound has progressed uniformly can be obtained. Furthermore, the residue derived from the starting material can be sufficiently reduced.

なお、第2熱処理工程S22の熱処理温度が450℃未満であると、第1前駆体を熱処理して層状構造を有する第2前駆体を形成する際に、層状構造の形成反応の進行が著しく遅くなる。一方、第2熱処理工程S22の熱処理温度が700℃以上になると、第1前駆体を熱処理して層状構造を有する第2前駆体を形成する際に、形成途上で粒成長が進行して酸素との反応が不十分になる。   When the heat treatment temperature in the second heat treatment step S22 is less than 450 ° C., the formation reaction of the layered structure is remarkably slow when the first precursor is heat treated to form the second precursor having the layered structure. Become. On the other hand, when the heat treatment temperature of the second heat treatment step S22 is 700 ° C. or higher, when the first precursor is heat treated to form the second precursor having a layered structure, the grain growth progresses during the formation and oxygen and The reaction of becomes inadequate.

したがって、第2熱処理工程S22の熱処理温度を450℃以上かつ700℃未満にすることで、第1前駆体を熱処理して層状構造を有する第2前駆体を形成する際に、層状構造の形成反応を促進しつつ、結晶粒の成長を抑制して酸素との反応が不十分になるのを抑制することができる。なお、第2熱処理工程S22の熱処理温度を450℃以上かつ660℃以下とすることで、結晶粒の成長抑制効果をより向上させることができる。   Therefore, when the heat treatment temperature in the second heat treatment step S22 is set to 450 ° C. or more and less than 700 ° C., the formation reaction of the layered structure is performed when the first precursor is heat treated to form the second precursor having the layered structure. It is possible to suppress the growth of crystal grains and to prevent the reaction with oxygen from becoming insufficient. Note that the effect of suppressing the growth of crystal grains can be further improved by setting the heat treatment temperature in the second heat treatment step S22 to 450 ° C. or more and 660 ° C. or less.

また、第2熱処理工程S22の熱処理の温度範囲で、第1前駆体を十分に酸素と反応させるためには、熱処理の時間を2時間以上かつ100時間以下とすることができる。生産性を向上させる観点からは、第2熱処理工程S22の熱処理の時間を2時間以上かつ50時間以下にすることが好ましく、2時間以上かつ15時間以下とすることがより好ましい。   Further, in order to sufficiently react the first precursor with oxygen in the temperature range of the heat treatment in the second heat treatment step S22, the heat treatment time can be set to 2 hours or more and 100 hours or less. From the viewpoint of improving productivity, the heat treatment time in the second heat treatment step S22 is preferably 2 hours or more and 50 hours or less, and more preferably 2 hours or more and 15 hours or less.

焼成工程S2では、第2熱処理工程S22の終了後に第3熱処理工程S23を行うが、図1Aに示すように、第2熱処理工程S22の工程中に、酸化性雰囲気を置換する第2ガス置換工程S25を有してもよい。また、図1Bに示すように、第2熱処理工程S22の終了後に、第2ガス置換工程S25を行ってもよい。第2ガス置換工程S25では、第2熱処理工程S22で用いた酸化性雰囲気を排出し、新たな酸化性雰囲気を導入して第3熱処理を行うことができる。これにより、第2熱処理工程S22の熱処理で第1前駆体から発生したガスが、第3熱処理工程S23に影響を及ぼすことを防止できる。   In the firing step S2, the third heat treatment step S23 is performed after the end of the second heat treatment step S22. As shown in FIG. 1A, the second gas replacement step of replacing the oxidizing atmosphere during the step of the second heat treatment step S22. S25 may be included. Further, as shown in FIG. 1B, a second gas replacement step S25 may be performed after the end of the second heat treatment step S22. In the second gas replacement step S25, it is possible to discharge the oxidizing atmosphere used in the second heat treatment step S22 and introduce a new oxidizing atmosphere to perform the third heat treatment. Thereby, it is possible to prevent the gas generated from the first precursor during the heat treatment in the second heat treatment step S22 from affecting the third heat treatment step S23.

また、第2ガス置換工程S25では、第2前駆体を熱処理装置から一旦取り出して、再び熱処理装置内に入れるようにしてもよい。この場合、熱処理装置から第2前駆体を取り出す際に第2熱処理工程S22で用いた酸化性雰囲気を排気し、同一又は別の熱処理装置に第2前駆体とともに新たな酸化性雰囲気を導入して第3熱処理工程S23を行うようにしてもよい。また、第1熱処理工程で出発原料の混合物の気化成分が除去されているため、第2ガス置換工程S25を行わず、第2前駆体を熱処理装置から取り出すことなく、第2熱処理工程S22と第3熱処理工程S23とを連続的に行ってもよい。   In the second gas replacement step S25, the second precursor may be once taken out from the heat treatment apparatus and again put into the heat treatment apparatus. In this case, when the second precursor is taken out from the heat treatment apparatus, the oxidizing atmosphere used in the second heat treatment step S22 is exhausted, and a new oxidizing atmosphere is introduced into the same or another heat treatment apparatus together with the second precursor. The third heat treatment step S23 may be performed. In addition, since the vaporized component of the starting material mixture is removed in the first heat treatment step, the second heat treatment step S22 and the second heat treatment step S22 are performed without performing the second gas replacement step S25 and without removing the second precursor from the heat treatment apparatus. The three heat treatment step S23 may be performed continuously.

第3熱処理工程S23では、第2熱処理工程S22で得られた第2前駆体を700℃以上かつ850℃以下の熱処理温度で熱処理することでリチウム複合化合物からなる正極活物質を得る。第3熱処理工程S23は、第2前駆体中のNiを2価から3価へ酸化させるNi酸化反応を十分に進行させるとともに、熱処理によって得られるリチウム複合化合物からなる正極活物質が電極性能を発現するために、結晶粒を成長させることを主な目的として行われる。すなわち、第3熱処理工程S23は、第2前駆体中のNi酸化反応と結晶粒成長を行う熱処理工程である。   In the third heat treatment step S23, the second precursor obtained in the second heat treatment step S22 is heat-treated at a heat treatment temperature of 700 ° C. or higher and 850 ° C. or lower to obtain a positive electrode active material made of a lithium composite compound. In the third heat treatment step S23, the Ni oxidation reaction in which Ni in the second precursor is oxidized from divalent to trivalent is sufficiently advanced, and the positive electrode active material made of a lithium composite compound obtained by the heat treatment exhibits electrode performance. Therefore, the main purpose is to grow crystal grains. That is, the third heat treatment step S23 is a heat treatment step for performing Ni oxidation reaction and crystal grain growth in the second precursor.

Ni酸化反応を十分に進行させるために、第3熱処理工程S23の熱処理の雰囲気は、酸素を含む酸化性雰囲気であり、酸素濃度が80%以上であることが好ましく、酸素濃度が90%以上であることがより好ましく、酸素濃度が95%以上であることがさらに好ましく、酸素濃度が100%であることがさらにより好ましい。   In order to sufficiently advance the Ni oxidation reaction, the atmosphere of the heat treatment in the third heat treatment step S23 is an oxidizing atmosphere containing oxygen, and the oxygen concentration is preferably 80% or more, and the oxygen concentration is 90% or more. More preferably, the oxygen concentration is more preferably 95% or more, and even more preferably 100%.

なお、第3熱処理工程S23の熱処理温度が700℃未満であると第2前駆体の結晶化が不十分となり、850℃を超えると第2前駆体の層状構造が分解して2価のNiが生成され、得られる正極活物質の容量が低下してしまう。したがって、第3熱処理工程S23の熱処理温度を700℃以上かつ850℃以下にすることで、第2前駆体の粒成長を促進させ、かつ層状構造の分解を抑制して、得られる正極活物質の容量を向上させることができる。なお、第3熱処理工程S23の熱処理温度を、700℃以上840℃以下にすることで、粒成長の促進効果と層状構造の分解抑制効果をより向上させることができる。   Note that if the heat treatment temperature in the third heat treatment step S23 is less than 700 ° C., the crystallization of the second precursor becomes insufficient, and if it exceeds 850 ° C., the layered structure of the second precursor is decomposed to form divalent Ni. The capacity | capacitance of the positive electrode active material produced | generated and obtained will fall. Therefore, by setting the heat treatment temperature in the third heat treatment step S23 to 700 ° C. or more and 850 ° C. or less, the grain growth of the second precursor is promoted and the decomposition of the layered structure is suppressed. Capacity can be improved. In addition, by setting the heat treatment temperature in the third heat treatment step S23 to 700 ° C. or higher and 840 ° C. or lower, the effect of promoting grain growth and the effect of suppressing the decomposition of the layered structure can be further improved.

また、第3熱処理工程S23において、酸素分圧が低いとNi酸化反応を促進させるために熱が必要となる。したがって、第2前駆体への酸素供給が不十分である場合、熱処理温度を上昇させる必要がある。熱処理温度を上昇させると、層状構造の分解が不可避となり、得られる正極活物質において良好な電極特性を得ることができなくなる。したがって、第2前駆体への酸素供給を十分に行うために、第3熱処理工程S23の熱処理の時間は、2時間以上かつ100時間以下とすることができる。正極活物質の生産性を向上させる観点から、第3熱処理工程S23の熱処理の時間は、2時間以上かつ50時間以下であることが好ましく、2時間以上かつ15時間以下であることがより好ましい。   In the third heat treatment step S23, if the oxygen partial pressure is low, heat is required to promote the Ni oxidation reaction. Therefore, when the oxygen supply to the second precursor is insufficient, it is necessary to increase the heat treatment temperature. When the heat treatment temperature is raised, decomposition of the layered structure is unavoidable, and good electrode characteristics cannot be obtained in the obtained positive electrode active material. Therefore, in order to sufficiently supply oxygen to the second precursor, the heat treatment time in the third heat treatment step S23 can be set to 2 hours or more and 100 hours or less. From the viewpoint of improving the productivity of the positive electrode active material, the heat treatment time in the third heat treatment step S23 is preferably 2 hours or more and 50 hours or less, and more preferably 2 hours or more and 15 hours or less.

以上説明したように、本実施形態の正極活物質の製造方法では、混合工程S1で得られた混合物を酸化性雰囲気で焼成する焼成工程S2の第1熱処理工程S21において、混合物から炭酸ガスを十分に発生させ、加熱による炭酸ガスの発生が抑制された第1前駆体を得ることができる。そして、焼成工程S2の第2熱処理工程S22では、第1前駆体からの炭酸ガスの発生が抑制されることで、酸化性雰囲気の酸素分圧の低下が抑制され、第1前駆体のNi酸化反応が促進されて多量かつ均一に進行し、第2前駆体が得られる。さらに、焼成工程S2の第3熱処理工程S23においても、第2前駆体からの炭酸ガスの発生が抑制されることで、酸化性雰囲気の酸素分圧の低下が抑制され、第2前駆体のNi酸化反応が多量かつ均一に進行するとともに、結晶粒の成長が進行する。したがって、層状構造を有するNi高濃度のリチウム複合化合物中に残存する2価のNiを減少させた高容量かつ容量維持率に優れた正極活物質を得ることができる。   As described above, in the method for manufacturing the positive electrode active material of the present embodiment, carbon dioxide gas is sufficiently supplied from the mixture in the first heat treatment step S21 of the firing step S2 in which the mixture obtained in the mixing step S1 is fired in an oxidizing atmosphere. The first precursor in which the generation of carbon dioxide gas by heating is suppressed can be obtained. And in 2nd heat treatment process S22 of baking process S2, the fall of the oxygen partial pressure of oxidizing atmosphere is suppressed by suppressing generation | occurrence | production of the carbon dioxide gas from a 1st precursor, and Ni oxidation of a 1st precursor is suppressed. The reaction is promoted and proceeds in a large amount and uniformly to obtain the second precursor. Furthermore, also in the third heat treatment step S23 of the firing step S2, the generation of carbon dioxide gas from the second precursor is suppressed, so that the reduction of the oxygen partial pressure in the oxidizing atmosphere is suppressed, and the second precursor Ni As the oxidation reaction proceeds in a large amount and uniformly, the growth of crystal grains proceeds. Therefore, it is possible to obtain a positive electrode active material having a high capacity and an excellent capacity retention ratio in which divalent Ni remaining in the Ni-rich lithium composite compound having a layered structure is reduced.

本実施形態の正極活物質の製造方法は、製造する正極活物質の重量が、例えば、数百g以上の多量になると、効果が顕著になる。製造する活物質の重量が数gであれば、焼成工程S2において出発原料から発生するガスによる影響は少ないが、正極活物質を工業的な規模で量産する場合は、焼成工程S2において出発原料から発生するガスの体積が多くなり、熱処理工程における酸化雰囲気の酸素分圧が低下しやすくなるからである。   The effect of the positive electrode active material manufacturing method of the present embodiment becomes significant when the weight of the positive electrode active material to be manufactured is large, for example, several hundred g or more. If the weight of the active material to be produced is several grams, there is little influence from the gas generated from the starting material in the firing step S2, but if the positive electrode active material is mass-produced on an industrial scale, the starting material is used in the firing step S2. This is because the volume of the generated gas increases and the oxygen partial pressure in the oxidizing atmosphere in the heat treatment process tends to decrease.

なお、焼成工程S2において、第1熱処理工程S21を省略すると、第2熱処理工程S22及び第3熱熱処理工程S23で酸素分圧が低下してしまう。その結果、Niの酸化を伴う層状構造の形成反応を充分に進行させるために、より高温で熱処理する必要があり、好適な温度範囲を超えてしまう。また、第2熱処理工程S22を省略すると、Niの酸化反応が不十分なまま粒成長が進行するので好ましくない。また、第3熱処理工程S23を省略すると適正な電極特性が得られない。   If the first heat treatment step S21 is omitted in the firing step S2, the oxygen partial pressure is reduced in the second heat treatment step S22 and the third thermal heat treatment step S23. As a result, it is necessary to perform a heat treatment at a higher temperature in order to sufficiently advance the formation reaction of the layered structure accompanied by the oxidation of Ni, which exceeds the preferable temperature range. Further, if the second heat treatment step S22 is omitted, it is not preferable because the grain growth proceeds while the Ni oxidation reaction is insufficient. Further, if the third heat treatment step S23 is omitted, appropriate electrode characteristics cannot be obtained.

(正極及びリチウムイオン二次電池)
以下、前述の正極活物質の製造方法によって製造された正極活物質を用いた非水系二次電池用の正極と、それを備えた非水系二次電池の構成について説明する。図2は、本実施形態の正極111及びそれを備えた非水系二次電池100の模式的な部分断面図である。
(Positive electrode and lithium ion secondary battery)
Hereinafter, the positive electrode for a non-aqueous secondary battery using the positive electrode active material manufactured by the above-described method for manufacturing a positive electrode active material, and the configuration of a non-aqueous secondary battery including the same will be described. FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of the positive electrode 111 of the present embodiment and the non-aqueous secondary battery 100 including the positive electrode 111.

本実施形態の非水系二次電池100は、例えば、円筒形のリチウムイオン二次電池であり、非水電解液を収容する有底円筒状の電池缶101と、電池缶101内に収容される捲回電極群110と、電池缶101の上部開口を封止する円板状の電池蓋102と、を備えている。電池缶101と電池蓋102は、例えば、ステンレス、アルミニウム等の金属材料により製作され、絶縁性を有する樹脂材料からなるシール材106を介して電池蓋102が電池缶101にかしめ等によって固定されることで、電池缶101が電池蓋102によって封止されるとともに互いに電気的に絶縁されている。なお、非水系二次電池100の形状は、円筒形に限られず、角形、ボタン形、ラミネートシート形等、他の任意の形状を採用することができる。   The non-aqueous secondary battery 100 of the present embodiment is, for example, a cylindrical lithium ion secondary battery, and is housed in a bottomed cylindrical battery can 101 that contains a non-aqueous electrolyte, and the battery can 101. A wound electrode group 110 and a disk-shaped battery lid 102 that seals the upper opening of the battery can 101 are provided. The battery can 101 and the battery lid 102 are made of, for example, a metal material such as stainless steel or aluminum, and the battery lid 102 is fixed to the battery can 101 by caulking or the like via a sealing material 106 made of an insulating resin material. Thus, the battery cans 101 are sealed by the battery lid 102 and are electrically insulated from each other. The shape of the non-aqueous secondary battery 100 is not limited to a cylindrical shape, and other arbitrary shapes such as a square shape, a button shape, and a laminate sheet shape can be adopted.

捲回電極群110は、長尺帯状のセパレータ113を介して対向させた長尺帯状の正極111と負極112とを捲回中心軸周りに捲回することによって製作されている。捲回電極群110は、正極集電体111aが正極リード片103を介して電池蓋102と電気的に接続され、負極集電体112aが負極リード片104を介して電池缶101の底部と電気的に接続されている。捲回電極群110と電池蓋102の間及び捲回電極群110と電池缶101の底部との間には、短絡を防止する絶縁板105が配置されている。正極リード片103及び負極リード片104は、それぞれ正極集電体111a及び負極集電体112aと同様の材料によって製作された電流引出用の部材であり、それぞれ正極集電体111a及び負極集電体112aにスポット溶接又は超音波圧接等によって接合されている。   The wound electrode group 110 is manufactured by winding a long strip-like positive electrode 111 and a negative electrode 112 facing each other with a long strip-like separator 113 around a winding center axis. In the wound electrode group 110, the positive electrode current collector 111 a is electrically connected to the battery lid 102 via the positive electrode lead piece 103, and the negative electrode current collector 112 a is electrically connected to the bottom of the battery can 101 via the negative electrode lead piece 104. Connected. An insulating plate 105 is disposed between the wound electrode group 110 and the battery lid 102 and between the wound electrode group 110 and the bottom of the battery can 101 to prevent a short circuit. The positive electrode lead piece 103 and the negative electrode lead piece 104 are members for current extraction made of the same material as the positive electrode current collector 111a and the negative electrode current collector 112a, respectively, and the positive electrode current collector 111a and the negative electrode current collector, respectively. 112a is joined by spot welding or ultrasonic pressure welding.

本実施形態の正極111は、正極集電体111aと、正極集電体111aの表面に形成された正極合剤層111bと、を備えている。正極集電体111aとしては、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル等を用いることができる。金属箔は、例えば、15μm以上かつ25μm以下程度の厚さにすることができる。正極合剤層111bは、前述の正極活物質の製造方法によって製造された正極活物質を含んでいる。また、正極合剤層111bは、導電材、結着剤等を含んでいてもよい。   The positive electrode 111 of this embodiment includes a positive electrode current collector 111a and a positive electrode mixture layer 111b formed on the surface of the positive electrode current collector 111a. As the positive electrode current collector 111a, for example, a metal foil such as aluminum or an aluminum alloy, an expanded metal, a punching metal, or the like can be used. The metal foil can have a thickness of, for example, about 15 μm to 25 μm. The positive electrode mixture layer 111b includes a positive electrode active material manufactured by the above-described method for manufacturing a positive electrode active material. The positive electrode mixture layer 111b may include a conductive material, a binder, and the like.

負極112は、負極集電体112aと、負極集電体112aの表面に形成された負極合剤層112bとを備えている。負極集電体112aとしては、銅又は銅合金、ニッケル又はニッケル合金等の金属箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル等を用いることができる。金属箔は、例えば、7μm以上かつ10μm以下程度の厚さにすることができる。負極合剤層112bは、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている負極活物質を含んでいる。また、負極合剤層112bは、導電材、結着剤等を含んでいてもよい。   The negative electrode 112 includes a negative electrode current collector 112a and a negative electrode mixture layer 112b formed on the surface of the negative electrode current collector 112a. As the negative electrode current collector 112a, metal foil such as copper or copper alloy, nickel or nickel alloy, expanded metal, punching metal, or the like can be used. The metal foil can have a thickness of, for example, about 7 μm or more and 10 μm or less. The negative electrode mixture layer 112b contains a negative electrode active material used in a general lithium ion secondary battery. The negative electrode mixture layer 112b may include a conductive material, a binder, and the like.

負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属材料、金属酸化物材料等の一種以上を用いることができる。炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛類や、コークス、ピッチ等の炭化物類や、非晶質炭素や、炭素繊維等を用いることができる。また、金属材料としては、リチウム、シリコン、スズ、アルミニウム、インジウム、ガリウム、マグネシウムやこれらの合金、金属酸化物材料としては、スズ、ケイ、リチウム、チタン素等を含む金属酸化物を用いることができる。   As the negative electrode active material, for example, one or more of a carbon material, a metal material, a metal oxide material, and the like can be used. As the carbon material, graphites such as natural graphite and artificial graphite, carbides such as coke and pitch, amorphous carbon, carbon fiber, and the like can be used. Further, as the metal material, lithium, silicon, tin, aluminum, indium, gallium, magnesium and alloys thereof, and as the metal oxide material, a metal oxide containing tin, silicon, lithium, titanium, or the like is used. it can.

セパレータ113としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン−ポリプロピレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂等の微孔性フィルムや不織布等を用いることができる。   As the separator 113, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, or a polyethylene-polypropylene copolymer, a microporous film such as a polyamide resin or an aramid resin, a nonwoven fabric, or the like can be used.

正極111及び負極112は、例えば、合剤調整工程、合剤塗工工程、及び成形工程を経て製造することができる。合剤調整工程では、例えば、プラネタリーミキサ、ディスパーミキサ、自転・公転ミキサ等の撹拌手段を用いて、正極活物質又は負極活物質を、例えば、導電材、結着剤を含む溶液とともに撹拌及び均質化して合剤スラリーを調製する。   The positive electrode 111 and the negative electrode 112 can be manufactured through, for example, a mixture adjustment process, a mixture coating process, and a molding process. In the mixture adjustment step, for example, using a stirring means such as a planetary mixer, a disper mixer, and a rotation / revolution mixer, the positive electrode active material or the negative electrode active material is stirred and mixed with a solution containing a conductive material and a binder, for example. Homogenize to prepare a mixture slurry.

導電材としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている導電材を用いることができる。具体的には、例えば、黒鉛粉末、アセチレンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等の炭素粒子や炭素繊維等を導電材として用いることができる。導電材は、例えば、合剤全体の質量に対して3質量%以上かつ10質量%以下程度となる量を用いることができる。   As the conductive material, a conductive material used in a general lithium ion secondary battery can be used. Specifically, for example, carbon particles such as graphite powder, acetylene black, furnace black, thermal black, and channel black, carbon fibers, and the like can be used as the conductive material. For example, the conductive material can be used in an amount of about 3% by mass to 10% by mass with respect to the total mass of the mixture.

結着剤としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている結着剤を用いることができる。具体的には、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリロニトリル、変性ポリアクリロニトリル等を結着剤として用いることができる。結着剤は、例えば、合剤全体の質量に対して2質量%以上かつ10質量%以下程度となる量を用いることができる。負極活物質と結着剤との混合比は、例えば重量比で95:5とすることが望ましい。   As the binder, a binder used in a general lithium ion secondary battery can be used. Specifically, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, styrene-butadiene rubber, carboxymethylcellulose, polyacrylonitrile, modified polyacrylonitrile, and the like can be used as the binder. As the binder, for example, an amount of about 2% by mass to 10% by mass with respect to the mass of the entire mixture can be used. The mixing ratio of the negative electrode active material and the binder is preferably 95: 5 by weight, for example.

溶液の溶媒としては、結着剤の種類に応じて、N−メチルピロリドン、水、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン等から選択することができる。   As the solvent of the solution, N-methylpyrrolidone, water, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin depending on the type of binder. , Dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran and the like.

合剤塗工工程では、まず、合剤調整工程で調整した正極活物質を含む合剤スラリーと負極活物質を含む合剤スラリーを、例えば、バーコーター、ドクターブレード、ロール転写機等の塗工手段によって、それぞれ正極集電体111aと負極集電体112aの表面に塗布する。次に、合剤スラリーを塗布した正極集電体111aと負極集電体112aとをそれぞれ熱処理することで、合剤スラリーに含まれる溶液の溶媒を揮発又は蒸発させて除去し、正極集電体111aと負極集電体112aの表面に、それぞれ正極合剤層111bと負極合剤層112bを形成する。   In the mixture coating step, first, the mixture slurry containing the positive electrode active material and the negative electrode active material adjusted in the mixture adjustment step are applied to, for example, a bar coater, a doctor blade, a roll transfer machine, or the like. By the means, it apply | coats on the surface of the positive electrode collector 111a and the negative electrode collector 112a, respectively. Next, the positive electrode current collector 111a and the negative electrode current collector 112a coated with the mixture slurry are each heat-treated to volatilize or evaporate the solvent of the solution contained in the mixture slurry, thereby removing the positive electrode current collector. A positive electrode mixture layer 111b and a negative electrode mixture layer 112b are formed on the surfaces of 111a and the negative electrode current collector 112a, respectively.

成形工程では、まず、正極集電体111aの表面に形成された正極合剤層111bと、負極集電体112aの表面に形成された負極合剤層112bとを、例えば、ロールプレス等の加圧手段を用いて、それぞれ加圧成形する。これにより、正極合剤層111bを、例えば、100μm以上かつ300μm以下程度の厚さにして、負極合剤層112bを、例えば、20μm以上かつ150μm以下程度の厚さにすることができる。その後、正極集電体111a及び正極合剤層111bと、負極集電体112a及び負極合剤層112bとを、それぞれ長尺帯状に裁断することによって、正極111と負極112を製造することができる。   In the molding step, first, the positive electrode mixture layer 111b formed on the surface of the positive electrode current collector 111a and the negative electrode mixture layer 112b formed on the surface of the negative electrode current collector 112a are subjected to, for example, a roll press or the like. Each is pressure-molded using a pressure means. Thereby, the positive electrode mixture layer 111b can be made to have a thickness of, for example, about 100 μm to 300 μm, and the negative electrode mixture layer 112b can be made to have a thickness of, for example, about 20 μm to 150 μm. Thereafter, the positive electrode current collector 111a and the positive electrode material mixture layer 111b, and the negative electrode current collector material 112a and the negative electrode material mixture layer 112b are each cut into long strips, whereby the positive electrode 111 and the negative electrode 112 can be manufactured. .

以上のように製造された正極111及び負極112は、セパレータ113を介して対向した状態で捲回中心軸周りに捲回されて捲回電極群110とされる。捲回電極群110は、負極集電体112aが負極リード片104を介して電池缶101の底部に接続され、正極集電体111aが正極リード片103を介して電池蓋102に接続され、絶縁板105等によって電池缶101及び電池蓋102と短絡が防止されて電池缶101に収容される。その後、電池缶101に非水電解液を注入し、シール材106を介して電池蓋102を電池缶101に固定し、電池缶101を密封することで、非水系二次電池100を製造することができる。   The positive electrode 111 and the negative electrode 112 manufactured as described above are wound around the winding central axis in a state of being opposed to each other with the separator 113 interposed therebetween, so that a wound electrode group 110 is formed. In the wound electrode group 110, the negative electrode current collector 112a is connected to the bottom of the battery can 101 via the negative electrode lead piece 104, and the positive electrode current collector 111a is connected to the battery lid 102 via the positive electrode lead piece 103 for insulation. A short circuit with the battery can 101 and the battery lid 102 is prevented by the plate 105 and the like, and the battery can 101 is accommodated. Thereafter, a non-aqueous secondary battery 100 is manufactured by injecting a non-aqueous electrolyte into the battery can 101, fixing the battery lid 102 to the battery can 101 via the sealing material 106, and sealing the battery can 101. Can do.

電池缶101に注入される電解液としては、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ビニレンカーボネート(VC)、メチルアセテート(MA)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)等の溶媒に、電解質として6フッ化リン酸リチウム(LiPF)、4フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)、過塩素酸リチウム(LiClO)等を溶解させたものを用いるのが望ましい。電解質の濃度は0.7M以上1.5M以下とすることが望ましい。また、これら電解液に、カルボン酸無水基を有する化合物や、プロパンサルトン等の硫黄元素を有する化合物、ホウ素を有する化合物を混合させても良い。これらの化合物の添加目的は、負極表面での電解液の還元分解抑制や、正極から溶出したマンガン等の金属元素の負極での還元析出防止、電解液のイオン導電性向上、電解液の難燃化等であり、目的に応じて適宜選択すれば良い。 Examples of the electrolytic solution injected into the battery can 101 include diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), vinylene carbonate (VC), methyl acetate (MA), and ethyl methyl. In a solvent such as carbonate (EMC) or methylpropyl carbonate (MPC), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ) or the like is used as an electrolyte. It is desirable to use a dissolved one. The concentration of the electrolyte is preferably 0.7M or more and 1.5M or less. In addition, a compound having a carboxylic acid anhydride group, a compound having a sulfur element such as propane sultone, or a compound having boron may be mixed in these electrolytic solutions. The purpose of adding these compounds is to suppress the reductive decomposition of the electrolyte solution on the negative electrode surface, prevent the reduction and precipitation of metal elements such as manganese eluted from the positive electrode on the negative electrode, improve the ionic conductivity of the electrolyte solution, and make the electrolyte flame retardant It may be selected appropriately according to the purpose.

以上の構成を有する非水系二次電池100は、電池蓋102を正極外部端子、電池缶101の底部を負極外部端子として、外部から供給された電力を捲回電極群110に蓄積するとともに、捲回電極群110に蓄積した電力を外部の装置等に供給することができる。このように、本実施形態の非水系二次電池100は、例えば、携帯電子機器や家庭用電気機器等の小型電源、無停電電源や電力平準化装置等の定置用電源、船舶、鉄道、ハイブリット自動車、電気自動車等の駆動電源として使用することができる。   The non-aqueous secondary battery 100 having the above configuration uses the battery lid 102 as a positive electrode external terminal and the bottom of the battery can 101 as a negative electrode external terminal, and accumulates power supplied from the outside in the wound electrode group 110, and The electric power accumulated in the rotating electrode group 110 can be supplied to an external device or the like. As described above, the non-aqueous secondary battery 100 according to the present embodiment includes, for example, small power sources such as portable electronic devices and household electric devices, stationary power sources such as uninterruptible power sources and power leveling devices, ships, railways, and hybrids. It can be used as a drive power source for automobiles, electric cars and the like.

以下、本発明の正極活物質の製造方法に基づく実施例と、本発明の正極活物質の製造方法とは異なる比較例について説明する。   Hereinafter, the Example based on the manufacturing method of the positive electrode active material of this invention and the comparative example different from the manufacturing method of the positive electrode active material of this invention are demonstrated.

(実施例1)
まず、正極活物質の出発原料として、炭酸リチウム、水酸化ニッケル、炭酸コバルト及び炭酸マンガンを用意した。次に、各出発原料を、原子比でLi:Ni:Co:Mnが、1.04:0.80:0.10:0.10となるように秤量し、粉砕機で粉砕するとともに湿式混合してスラリーを調製し、得られたスラリー(混合物)を、スプレードライヤーで乾燥させた(混合工程)。その後、乾燥させた混合物を焼成して焼成粉を得た(焼成工程)。
Example 1
First, lithium carbonate, nickel hydroxide, cobalt carbonate, and manganese carbonate were prepared as starting materials for the positive electrode active material. Next, each starting material is weighed so that the atomic ratio of Li: Ni: Co: Mn is 1.04: 0.80: 0.10: 0.10, pulverized with a pulverizer, and wet mixed Thus, a slurry was prepared, and the resulting slurry (mixture) was dried with a spray dryer (mixing step). Thereafter, the dried mixture was fired to obtain a fired powder (firing step).

具体的には、粉砕機としてビーズミルを用い、水を溶媒として湿式混合を行ない、粒度が安定するまで運転した。得られたスラリーの粒度をレーザー回折式粒度分布計によって測定したところ、D50=0.13μm、D100=0.26μmであった。スラリーを回転円盤方式の噴霧乾燥機を用いて乾燥させ、D50=17μm、嵩比重0.74g/ccの乾燥した混合粉を得た。   Specifically, a bead mill was used as a pulverizer, wet mixing was performed using water as a solvent, and operation was continued until the particle size was stabilized. When the particle size of the obtained slurry was measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer, D50 = 0.13 μm and D100 = 0.26 μm. The slurry was dried using a rotary disk type spray dryer to obtain a dried mixed powder having D50 = 17 μm and a bulk specific gravity of 0.74 g / cc.

次に、混合工程で得られた混合物(混合粉)1kgを、縦300mm、横300mm、高さ100mmのアルミナ容器に充填し、連続搬送炉によって、大気雰囲気で350℃の熱処理温度で1時間に亘って熱処理を行なった(第1熱処理工程)。第1熱処理工程では、水酸化ニッケルの熱分解伴う水蒸気と、炭酸コバルトおよび炭酸マンガンの熱分解に伴う二酸化炭素が発生する。次に、得られた粉末(第1前駆体)を、炉内酸素濃度90%以上の雰囲気に置換した連続搬送炉によって、酸素気流中で600℃の熱処理温度で10時間に亘って熱処理を行った(第2熱処理工程)。第2熱処理工程では、第1熱処理工程で反応しきれなかった炭酸コバルトおよび炭酸マンガンが熱分解し、二酸化炭素が発生する。また、熱分解後のニッケル、コバルト、マンガンの各酸化物と反応してリチウム複合酸化物の前駆体を形成するため、炭酸リチウムは、分解して二酸化炭素を放出する。さらに、得られた粉末(第2前駆体)を、炉内酸素濃度90%以上の雰囲気に置換した連続搬送炉によって、酸素気流中で800℃の熱処理温度で10時間に亘って熱処理を行って、焼成粉(リチウム複合化合物)を得た(第3熱処理工程)。第3熱処理工程ではニッケルの酸化により前記式(2)の反応が進行するため、反応残渣であった炭酸リチウムがリチウム酸化物と二酸化炭素に分解し、二酸化炭素が発生する。リチウム複合酸化物を合成するためには、第2および第3熱処理工程で発生する二酸化炭素を迅速に排気するとともに、酸化反応を促進する十分な酸素が重要である。   Next, 1 kg of the mixture (mixed powder) obtained in the mixing step is filled into an alumina container having a length of 300 mm, a width of 300 mm, and a height of 100 mm, and then in an air atmosphere at a heat treatment temperature of 350 ° C. for 1 hour by a continuous transfer furnace. Then, heat treatment was performed (first heat treatment step). In the first heat treatment step, water vapor accompanying thermal decomposition of nickel hydroxide and carbon dioxide accompanying thermal decomposition of cobalt carbonate and manganese carbonate are generated. Next, the obtained powder (first precursor) was heat-treated for 10 hours at a heat treatment temperature of 600 ° C. in an oxygen stream in a continuous transfer furnace in which the atmosphere in the furnace was replaced with an atmosphere having an oxygen concentration of 90% or more. (Second heat treatment step). In the second heat treatment step, cobalt carbonate and manganese carbonate that could not be reacted in the first heat treatment step are thermally decomposed to generate carbon dioxide. Moreover, since it reacts with each oxide of nickel, cobalt, and manganese after thermal decomposition to form a precursor of a lithium composite oxide, lithium carbonate decomposes and releases carbon dioxide. Furthermore, the obtained powder (second precursor) was subjected to heat treatment for 10 hours at a heat treatment temperature of 800 ° C. in an oxygen stream by a continuous transfer furnace in which the atmosphere in the furnace was replaced with an atmosphere having an oxygen concentration of 90% or more. A fired powder (lithium composite compound) was obtained (third heat treatment step). In the third heat treatment step, the reaction of the above formula (2) proceeds due to oxidation of nickel, so that lithium carbonate as a reaction residue is decomposed into lithium oxide and carbon dioxide, and carbon dioxide is generated. In order to synthesize the lithium composite oxide, carbon dioxide generated in the second and third heat treatment steps is quickly exhausted, and sufficient oxygen that promotes the oxidation reaction is important.

得られた焼成粉を目開き53μm以下に分級し、正極活物質とした。正極活物質の元素比をICPによって分析した結果、Li:Ni:Mn:Coは、1.02:0.80:0.10:0.10であった。X線回折測定するとα−NaFeO型層状構造に対応した回折パターンが得られ、格子定数はa=0.287nm、c=1.42nmであった。また比表面積は、0.37m/gであった。 The obtained fired powder was classified to a mesh size of 53 μm or less to obtain a positive electrode active material. As a result of analyzing the element ratio of the positive electrode active material by ICP, Li: Ni: Mn: Co was 1.02: 0.80: 0.10: 0.10. When X-ray diffraction measurement was performed, a diffraction pattern corresponding to the α-NaFeO 2 type layered structure was obtained, and the lattice constants were a = 0.287 nm and c = 1.42 nm. The specific surface area was 0.37 m 2 / g.

(実施例2)
実施例1で350℃であった第1熱処理工程の温度を250℃に低下させた以外は、実施例1と同様に正極活物質を製造した。
(Example 2)
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the first heat treatment step that was 350 ° C. in Example 1 was reduced to 250 ° C.

(実施例3)
実施例1で600℃であった第2熱処理工程の温度を650℃に上昇させた以外は、実施例1と同様に正極活物質を製造した。
(Example 3)
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the second heat treatment step that was 600 ° C. in Example 1 was increased to 650 ° C.

(実施例4)
実施例1で600℃であった第2熱処理工程の温度を550℃に低下させた以外は、実施例1と同様に正極活物質を製造した。
Example 4
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the second heat treatment step that was 600 ° C. in Example 1 was reduced to 550 ° C.

(実施例5)
実施例1で600℃であった第2熱処理工程の温度を500℃に低下させた以外は、実施例1と同様に正極活物質を製造した。
(Example 5)
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the second heat treatment step that was 600 ° C. in Example 1 was reduced to 500 ° C.

(比較例1)
焼成工程において、第1熱処理工程を省略した以外は、実施例1と同様に正極活物質を合成し、X線回折測定および比表面積を測定した。得られた格子定数はa=0.287 nm、c=1.41nmであった。また、比表面積は0.40m/gであった。
(Comparative Example 1)
In the firing step, a positive electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the first heat treatment step was omitted, and X-ray diffraction measurement and specific surface area were measured. The obtained lattice constants were a = 0.287 nm and c = 1.41 nm. The specific surface area was 0.40 m 2 / g.

(比較例2)
焼成工程において、第1熱処理工程及び第2熱処理工程を省略した以外は、実施例1と同様に正極活物質を合成し、X線回折測定および比表面積を測定した。得られた格子定数はa=0.287nm、c=1.42nmであった。また比表面積は、0.38m/gであった。
(Comparative Example 2)
In the firing step, a positive electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the first heat treatment step and the second heat treatment step were omitted, and X-ray diffraction measurement and specific surface area were measured. The obtained lattice constants were a = 0.287 nm and c = 1.42 nm. The specific surface area was 0.38 m 2 / g.

(比較例3)
実施例1で350℃であった第1熱処理工程の温度を150℃に低下させた以外は、実施例1と同様に正極活物質を製造した。
(Comparative Example 3)
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the first heat treatment step that was 350 ° C. in Example 1 was reduced to 150 ° C.

(比較例4)
実施例1で600℃であった第2熱処理工程の温度を700℃に上昇させた以外は、実施例1と同様に正極活物質を製造した。
(Comparative Example 4)
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the second heat treatment step that was 600 ° C. in Example 1 was increased to 700 ° C.

(比較例5)
実施例1で600℃であった第2熱処理工程の温度を400℃に低下させた以外は、実施例1と同様に正極活物質を製造した。
(Comparative Example 5)
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the second heat treatment step that was 600 ° C. in Example 1 was reduced to 400 ° C.

(比較例6)
実施例1で90%以上の酸素濃度の酸化性雰囲気で行った第2熱処理及び第3熱処理をともに大気雰囲気で行った以外は、実施例1と同様に正極活物質を製造した。
(Comparative Example 6)
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that both the second heat treatment and the third heat treatment performed in an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 90% or more in Example 1 were performed in an air atmosphere.

(リチウムイオン二次電池の製作)
実施例1から実施例5及び比較例1から比較例6で製造した正極活物質を用いて、以下の手順により、それぞれ、実施例1から実施例5及び比較例1から比較例6のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Production of lithium ion secondary battery)
Using the positive electrode active materials produced in Example 1 to Example 5 and Comparative Example 1 to Comparative Example 6, the lithium ion of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 to Comparative Example 6 was respectively obtained by the following procedure. A secondary battery was produced.

まず、正極活物質と、結着剤と、導電材とを混合し、正極合剤スラリーを調製した。そして、調製した正極合剤スラリーを、正極集電体である厚さ20μmのアルミ箔に塗布し、120℃で乾燥させた後、電極密度が2.0g/cmとなるようにプレスで圧縮成形し、これを直径15mmの円盤状に打ち抜いて正極を製作した。また、負極活物質として金属リチウムを用いて負極を製作した。 First, a positive electrode active material, a binder, and a conductive material were mixed to prepare a positive electrode mixture slurry. Then, the prepared positive electrode mixture slurry is applied to a 20 μm thick aluminum foil as a positive electrode current collector, dried at 120 ° C., and then compressed by a press so that the electrode density becomes 2.0 g / cm 3. It was molded and punched into a disk shape with a diameter of 15 mm to produce a positive electrode. Moreover, the negative electrode was manufactured using metallic lithium as a negative electrode active material.

次に、製作した正極、負極、及び非水電解液を用いて、リチウムイオン二次電池を製作した。非水電解液としては、体積比が3:7となるようにエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを混合した溶媒に、終濃度が1.0mol/LとなるようにLiPFを溶解させた溶液を用いた。 Next, a lithium ion secondary battery was manufactured using the manufactured positive electrode, negative electrode, and non-aqueous electrolyte. As the non-aqueous electrolyte, a solution in which LiPF 6 is dissolved in a solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate are mixed so that the volume ratio is 3: 7 so that the final concentration is 1.0 mol / L is used. It was.

次に、実施例1から実施例5及び比較例1から比較例6のリチウムイオン二次電池のそれぞれについて、充放電試験を行い、初回の放電容量を測定した。充電は、充電電流を0.2CAとして、充電終止電圧4.4Vまで定電流、定電圧で行い、放電は、放電電流を0.2CAとして、放電終止電圧2.5Vまで定電流で行った。その後、充電および放電電流を1.0CA、充電終止電圧を4.4V、放電終止電圧2.5Vとして50サイクル充放電を繰返した。50サイクル目に計測される放電容量を、1サイクル目で計測される放電容量で除した値の百分率を算出して容量維持率と定義した。結果を表1に示す。   Next, for each of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, a charge / discharge test was performed to measure the initial discharge capacity. Charging was performed at a constant current and a constant voltage up to a charging end voltage of 4.4 V with a charging current of 0.2 CA, and discharging was performed at a constant current up to a discharge end voltage of 2.5 V with a discharging current of 0.2 CA. Thereafter, charging and discharging were repeated for 50 cycles with a charge and discharge current of 1.0 CA, a charge end voltage of 4.4 V, and a discharge end voltage of 2.5 V. The percentage of the value obtained by dividing the discharge capacity measured at the 50th cycle by the discharge capacity measured at the 1st cycle was calculated and defined as the capacity maintenance rate. The results are shown in Table 1.

Figure 0006485232
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以上の結果から、第1熱処理、第2熱処理、及び第3熱処理を有する焼成工程を経て製造された正極活物質を正極に用いた実施例1のリチウムイオン二次電池では、0.2C放電容量が198Ah/kg、1C初回放電が180Ah/kg、容量維持率が81%であり、いずれも良好な結果が得られた。また、第1熱処理工程を250℃以上かつ400℃以下の温度で行い、第2熱処理工程を450℃以上かつ700℃未満の温度で行い、第3熱処理工程を700℃以上かつ840℃以下で行った実施例2から実施例5のリチウムイオン二次電池でも同様に良好な結果が得られた。   From the above results, in the lithium ion secondary battery of Example 1 in which the positive electrode active material manufactured through the firing process including the first heat treatment, the second heat treatment, and the third heat treatment was used for the positive electrode, the 0.2 C discharge capacity 198 Ah / kg, 1C initial discharge was 180 Ah / kg, and the capacity retention rate was 81%. The first heat treatment step is performed at a temperature of 250 ° C. or more and 400 ° C. or less, the second heat treatment step is performed at a temperature of 450 ° C. or more and less than 700 ° C., and the third heat treatment step is performed at 700 ° C. or more and 840 ° C. or less. Similarly, good results were obtained with the lithium ion secondary batteries of Example 2 to Example 5.

これに対し、焼成工程において第1熱処理、並びに、第1熱処理及び第2熱処理を省略した正極活物質を正極に用いた比較例1及び比較例2のリチウムイオン二次電池では、実施例1のリチウムイオン二次電池の結果よりも数値が低下した。また、第1熱処理工程の温度を150℃に低下させた比較例3、第2熱処理の温度を700℃に上昇させた比較例4、及び第2熱処理工程の温度を400℃に低下させた比較例5のリチウムイオン二次電池でも各実施例よりも数値が低下した。また、第1熱処理から第3熱処理までをすべて大気雰囲気で行った比較例6のリチウムイオン二次電池では、放電容量が大幅に低下した。これにより、実施例1から実施例5の正極活物質の製造方法により、高容量かつ容量維持率に優れた正極活物質が得られることを確認できた。   On the other hand, in the lithium ion secondary batteries of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in which the positive electrode active material in which the first heat treatment and the first heat treatment and the second heat treatment are omitted in the firing step is used for the positive electrode, The numerical value was lower than the result of the lithium ion secondary battery. Further, Comparative Example 3 in which the temperature of the first heat treatment step was lowered to 150 ° C., Comparative Example 4 in which the temperature of the second heat treatment step was raised to 700 ° C., and comparison in which the temperature of the second heat treatment step was lowered to 400 ° C. Also in the lithium ion secondary battery of Example 5, the numerical value was lower than each Example. In addition, in the lithium ion secondary battery of Comparative Example 6 in which the first heat treatment to the third heat treatment were all performed in an air atmosphere, the discharge capacity was significantly reduced. Thereby, it has confirmed that the positive electrode active material excellent in the capacity | capacitance and the capacity | capacitance maintenance factor was obtained with the manufacturing method of the positive electrode active material of Example 1- Example 5.

(実施例6)
次に、混合工程における湿式混合の時間を実施例1の50%に短縮した以外は、実施例1と同様に正極活物質を製造し、実施例6のリチウムイオン二次電池を製作した。なお、混合工程において乾燥造粒する前の湿式混合後のスラリーに含まれる出発原料の粉砕粉の粒度をレーザー回折式粒度分布計で測定したところ、D50=0.18μm、D100=0.45μmであった。
(Example 6)
Next, a positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the wet mixing time in the mixing step was reduced to 50% of Example 1, and a lithium ion secondary battery of Example 6 was produced. In addition, when the particle size of the pulverized powder of the starting material contained in the slurry after wet mixing before dry granulation in the mixing step was measured with a laser diffraction particle size distribution meter, D50 = 0.18 μm and D100 = 0.45 μm. there were.

(実施例7)
次に、湿式混合の時間を38%に短縮した以外は、実施例1と同様に正極活物質を製造し、実施例7のリチウムイオン二次電池を製作した。なお、実施例6と同様に測定した湿式混合後のスラリーに含まれる出発原料の粉砕粉の粒度は、D50=0.27μm、D100=1.3μmであった。
(Example 7)
Next, a positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the wet mixing time was reduced to 38%, and a lithium ion secondary battery of Example 7 was produced. The particle size of the pulverized powder of the starting material contained in the slurry after wet mixing measured in the same manner as in Example 6 was D50 = 0.27 μm and D100 = 1.3 μm.

(実施例8)
次に、湿式混合の時間を25%に短縮した以外は、実施例1と同様に正極活物質を製造し、実施例8のリチウムイオン二次電池を製作した。なお、実施例6と同様に測定した湿式混合後のスラリーに含まれる出発原料の粉砕粉の粒度は、D50=0.36μm、D100=5.1μmであった。
(Example 8)
Next, a positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the wet mixing time was reduced to 25%, and a lithium ion secondary battery of Example 8 was produced. In addition, the particle size of the pulverized powder of the starting material contained in the slurry after wet mixing measured in the same manner as in Example 6 was D50 = 0.36 μm and D100 = 5.1 μm.

次に、実施例6、実施例7及び実施例8のリチウムイオン二次電池のそれぞれについて、実施例1のリチウムイオン二次電池と同様の条件で充放電試験を行い、初回の放電容量を測定し、容量維持率を算出した。実施例1及び実施例6のリチウムイオン二次電池の結果と、実施例7及び実施例8のリチウムイオン二次電池の結果との比較を表2に示す。   Next, for each of the lithium ion secondary batteries of Example 6, Example 7, and Example 8, a charge / discharge test was performed under the same conditions as the lithium ion secondary battery of Example 1, and the initial discharge capacity was measured. The capacity maintenance rate was calculated. Table 2 shows a comparison between the results of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 and 6 and the results of the lithium ion secondary batteries of Examples 7 and 8.

Figure 0006485232
Figure 0006485232

実施例1及び実施例6のリチウムイオン二次電池は、比較的高い放電容量及び容量維持率を示した。一方、実施例7及び実施例8のリチウムイオン二次電池では、実施例1及び実施例6のリチウムイオン二次電池と同様に放電容量は高いが、50サイクル後の容量維持率が低下しており、充放電サイクルによる劣化が見られた。すなわち、混合工程における混合時間が短く、混合粉のD50及びD100が増加すると、サイクル後の容量が低下する。   The lithium ion secondary batteries of Example 1 and Example 6 exhibited a relatively high discharge capacity and capacity retention rate. On the other hand, in the lithium ion secondary batteries of Example 7 and Example 8, the discharge capacity is high as in the lithium ion secondary batteries of Example 1 and Example 6, but the capacity maintenance rate after 50 cycles decreases. And deterioration due to the charge / discharge cycle was observed. That is, when the mixing time in the mixing step is short and the D50 and D100 of the mixed powder increase, the capacity after the cycle decreases.

以上により、実施例1及び実施例6のように高容量かつ容量維持率に優れた正極活物質を得るためには、出発原料を充分に混合すること必要であることが分かった。また、混合工程において、体積基準で測定した場合の乾燥造粒前の出発原料の粉砕粉の粒度は、D50が0.27μm未満、D100が1.3μm未満とすることが好ましく、D50が0.2μm以下、D100が1.0μm以下であることがより好ましいことが分かった。   From the above, it has been found that in order to obtain a positive electrode active material having a high capacity and an excellent capacity retention ratio as in Example 1 and Example 6, it is necessary to sufficiently mix the starting materials. In the mixing step, the particle size of the pulverized powder of the starting material before dry granulation when measured on a volume basis is preferably such that D50 is less than 0.27 μm, D100 is less than 1.3 μm, and D50 is 0.00. It was found that 2 μm or less and D100 of 1.0 μm or less are more preferable.

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

100 リチウムイオン二次電池、111 正極、S1 混合工程、S2 焼成工程、S21 第1熱処理工程、S22 第2熱処理工程、S23 第3熱処理工程、S24 第1ガス置換工程、S25 第2ガス置換工程
100 lithium ion secondary battery, 111 positive electrode, S1 mixing step, S2 firing step, S21 first heat treatment step, S22 second heat treatment step, S23 third heat treatment step, S24 first gas replacement step, S25 second gas replacement step

Claims (8)

リチウムイオン二次電池の正極に用いられる正極活物質の製造方法であって、
炭酸リチウムと下記式(1)中のLi以外の金属元素をそれぞれ含む化合物とを混合する混合工程と、
前記混合工程で得られた混合物を酸化性雰囲気下で焼成して下記式(1)で表されるリチウム複合化合物を得る焼成工程と、を有し、
前記焼成工程は、
前記混合物を200℃以上かつ400℃以下の熱処理温度で0.5時間以上かつ5時間以下に亘って熱処理することで第1前駆体を得る第1熱処理工程と、
前記第1前駆体を450℃以上かつ700℃未満の熱処理温度で2時間以上かつ50時間以下に亘って熱処理することで第2前駆体を得る第2熱処理工程と、
前記第2前駆体を700℃以上かつ850℃以下の熱処理温度で2時間以上かつ50時間以下に亘って熱処理することで前記リチウム複合化合物を得る第3熱処理工程と、
を有し、前記第2熱処理工程及び前記第3熱処理工程の酸化性雰囲気の酸素濃度は、80%以上であることを特徴とする正極活物質の製造方法。
Li1+aNiMnCo2+α …(1)
ただし、前記式(1)中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Mo、Nbからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、a、b、c、d、e及びαは、−0.1≦a≦0.2、0.7≦b≦0.9、0≦c≦0.35、0.05≦d≦0.30、0≦e≦0.35、b+c+d+e=1、及び、−0.1≦α≦0.1、を満たす数である。
A method for producing a positive electrode active material used for a positive electrode of a lithium ion secondary battery,
A mixing step of mixing lithium carbonate and a compound containing a metal element other than Li in the following formula (1);
Firing the mixture obtained in the mixing step in an oxidizing atmosphere to obtain a lithium composite compound represented by the following formula (1),
The firing step includes
A first heat treatment step of obtaining a first precursor by heat-treating the mixture at a heat treatment temperature of 200 ° C. or more and 400 ° C. or less for 0.5 hours or more and 5 hours or less;
A second heat treatment step of obtaining a second precursor by heat-treating the first precursor at a heat treatment temperature of 450 ° C. or more and less than 700 ° C. for 2 hours or more and 50 hours or less;
A third heat treatment step of obtaining the lithium composite compound by heat-treating the second precursor at a heat treatment temperature of 700 ° C. or more and 850 ° C. or less for 2 hours or more and 50 hours or less;
And the oxygen concentration of the oxidizing atmosphere in the second heat treatment step and the third heat treatment step is 80% or more.
Li 1 + a Ni b Mn c Co d M e O 2 + α ... (1)
In the formula (1), M is at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Zr, Mo, and Nb, and a, b, c, d, e, and α are , −0.1 ≦ a ≦ 0.2, 0.7 ≦ b ≦ 0.9, 0 ≦ c ≦ 0.35, 0.05 ≦ d ≦ 0.30, 0 ≦ e ≦ 0.35, b + c + d + e = 1 and −0.1 ≦ α ≦ 0.1.
前記第1熱処理工程の前記熱処理温度は、250℃以上かつ400℃以下であり、
前記第2熱処理工程の前記熱処理温度は、450℃以上かつ660℃以下であり、
前記第3熱処理工程の前記熱処理温度は、700℃以上かつ840℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の正極活物質の製造方法。
The heat treatment temperature of the first heat treatment step is 250 ° C. or more and 400 ° C. or less,
The heat treatment temperature of the second heat treatment step is 450 ° C. or more and 660 ° C. or less,
2. The method for producing a positive electrode active material according to claim 1, wherein the heat treatment temperature in the third heat treatment step is 700 ° C. or higher and 840 ° C. or lower.
前記第1熱処理工程は、前記混合物に含まれる気化成分が除去された前記第1前駆体を得る工程であり、
前記第2熱処理工程は、前記第1前駆体に含まれる2価のNiを3価のNiに酸化させるNi酸化反応を進行させて前記第2前駆体を得る工程であり、
前記第3熱処理工程は、前記第2前駆体の前記Ni酸化反応と結晶粒の成長を進行させて前記リチウム複合化合物を得る工程であることを特徴とする請求項1に記載の正極活物質の製造方法。
The first heat treatment step is a step of obtaining the first precursor from which a vaporized component contained in the mixture is removed,
The second heat treatment step is a step of obtaining the second precursor by advancing a Ni oxidation reaction that oxidizes divalent Ni contained in the first precursor to trivalent Ni.
2. The positive electrode active material according to claim 1, wherein the third heat treatment step is a step of obtaining the lithium composite compound by advancing the Ni oxidation reaction and crystal grain growth of the second precursor. Production method.
前記第1熱処理工程の工程中又は工程後に、前記酸化性雰囲気を置換する第1ガス置換工程を有することを特徴とする請求項1に記載の正極活物質の製造方法。   2. The method for producing a positive electrode active material according to claim 1, further comprising a first gas replacement step of replacing the oxidizing atmosphere during or after the first heat treatment step. 前記第1ガス置換工程は、前記第1熱処理工程の後に行われ、前記第2熱処理工程において、新たな酸化性雰囲気を導入して前記熱処理を行うことを特徴とする請求項4に記載の正極活物質の製造方法。   5. The positive electrode according to claim 4, wherein the first gas replacement step is performed after the first heat treatment step, and the heat treatment is performed by introducing a new oxidizing atmosphere in the second heat treatment step. A method for producing an active material. 前記第2熱処理工程の工程中又は工程後に、前記酸化性雰囲気を置換する第2ガス置換工程を有することを特徴とする請求項1に記載の正極活物質の製造方法。   2. The method for producing a positive electrode active material according to claim 1, further comprising a second gas replacement step of replacing the oxidizing atmosphere during or after the second heat treatment step. 前記第2ガス置換工程は、前記第2熱処理工程の後に行われ、前記第3熱処理工程において、新たな酸化性雰囲気を導入して前記熱処理を行うことを特徴とする請求項6に記載の正極活物質の製造方法。   The positive electrode according to claim 6, wherein the second gas replacement step is performed after the second heat treatment step, and the heat treatment is performed by introducing a new oxidizing atmosphere in the third heat treatment step. A method for producing an active material. 前記第1熱処理工程の酸化性雰囲気は大気であることを特徴とする請求項1に記載の正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 1, wherein the oxidizing atmosphere in the first heat treatment step is air.
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