JP6724361B2 - Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、及び非水系電解質二次電池に関するものである。 The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing the same, and a non-aqueous electrolyte secondary battery.
近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット自動車を始めとする電気自動車用の電池として高出力の二次電池の開発が強く望まれている。 In recent years, with the spread of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, development of small and lightweight secondary batteries having high energy density has been strongly desired. Further, development of a high output secondary battery as a battery for an electric vehicle such as a hybrid vehicle is strongly desired.
このような要求を満たす二次電池として、リチウムイオン二次電池に代表される非水系電解質二次電池がある。このリチウムイオン二次電池は、負極及び正極と電解液等で構成され、負極及び正極の活物質は、リチウムを脱離及び挿入することの可能な材料が用いられている。 As a secondary battery that meets such requirements, there is a non-aqueous electrolyte secondary battery typified by a lithium ion secondary battery. This lithium-ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution and the like, and a material capable of desorbing and inserting lithium is used as an active material of the negative electrode and the positive electrode.
このような非水系電解質二次電池は、現在研究、開発が盛んに行われているところであるが、中でも、層状またはスピネル型のリチウムニッケル複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。 Such non-aqueous electrolyte secondary batteries are currently under active research and development, but among them, lithium ion secondary batteries using a layered or spinel type lithium nickel composite oxide as a positive electrode material are Since a high voltage of 4 V class can be obtained, it is being put to practical use as a battery having a high energy density.
これまで主に提案されている材料としては、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)や、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)などを挙げることができる。このうちリチウムニッケル複合酸化物は、サイクル特性が良く、低抵抗で高出力が得られる材料として注目されており、近年では高出力化に必要な低抵抗化が重要視されている。 So far, mainly proposed materials include lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) which is relatively easy to synthesize, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel which is cheaper than cobalt, and lithium nickel. Examples thereof include cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), lithium manganese composite oxide using manganese (LiMn 2 O 4 ), and the like. Among them, the lithium nickel composite oxide has been attracting attention as a material that has good cycle characteristics, low resistance, and high output, and in recent years, low resistance required for high output has been emphasized.
上記低抵抗化を実現する方法として異元素の添加が用いられており、とりわけW、Mo、Nb、Ta、Reなどの高価数をとることができる遷移金属が有用とされている。例えば、特許文献1には、Mo、W、Nb、Ta及びReから選ばれる1種以上の元素が、Mn、Ni及びCoの合計モル量に対して0.1〜5モル%含有されているリチウム二次電池正極材料用リチウム遷移金属系化合物粉体が提案されている。また、一次粒子の表面部分のLi並びにMo、W、Nb、Ta及びRe以外の金属元素の合計に対するMo、W、Nb、Ta及びReの合計の原子比が、一次粒子全体の該原子比の5倍以上であることが好ましいとされている。この提案によれば、リチウム二次電池正極材料用リチウム遷移金属系化合物粉体の低コスト化及び高安全性化と高負荷特性、粉体取り扱い性向上の両立を図ることができるとされている。 Addition of a different element is used as a method for realizing the above-mentioned low resistance, and in particular, transition metals, such as W, Mo, Nb, Ta and Re, which can be expensive, are considered to be useful. For example, in Patent Document 1, 0.1 to 5 mol% of one or more elements selected from Mo, W, Nb, Ta and Re is contained with respect to the total molar amount of Mn, Ni and Co. A lithium transition metal-based compound powder for a positive electrode material of a lithium secondary battery has been proposed. Further, the atomic ratio of the total of Mo, W, Nb, Ta and Re to the total of metal elements other than Li and Mo, W, Nb, Ta and Re on the surface of the primary particles is the atomic ratio of the entire primary particles. It is said that it is preferably 5 times or more. According to this proposal, it is said that it is possible to achieve both low cost and high safety of the lithium transition metal compound powder for the positive electrode material of the lithium secondary battery, high load characteristics, and improvement of powder handling property. ..
しかし、上記リチウム遷移金属系化合物粉体は、原料を液体媒体中で粉砕し、これらを均一に分散させたスラリーを噴霧乾燥し、得られた噴霧乾燥体を焼成することで得ている。そのため、Mo、W、Nb、Ta及びReなどの異元素の一部が層状に配置されているNiと置換してしまい、電池の容量やサイクル特性などの電池特性が低下してしまう問題があった。 However, the lithium transition metal-based compound powder is obtained by pulverizing raw materials in a liquid medium, spray-drying a slurry in which these are uniformly dispersed, and firing the resulting spray-dried body. Therefore, there is a problem in that some of the different elements such as Mo, W, Nb, Ta, and Re are replaced with Ni arranged in layers, and the battery characteristics such as battery capacity and cycle characteristics deteriorate. It was
また、特許文献2には、少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池用正極活物質であって、そのリチウム遷移金属複合酸化物は、一次粒子及びその凝集体である二次粒子の一方または両方からなる粒子の形態で存在し、その粒子の少なくとも表面に、モリブデン、バナジウム、タングステン、ホウ素及びフッ素からなる群から選ばれる少なくとも1種を備える化合物を有する非水電解質二次電池用正極活物質が提案されている。この提案により、より一層厳しい使用環境下においても優れた電池特性を有する非水電解質二次電池用正極活物質が得られるとされ、特に、粒子の表面にモリブデン、バナジウム、タングステン、ホウ素及びフッ素からなる群から選ばれる少なくとも1 種を有する化合物を有することにより、熱安定性、負荷特性及び出力特性の向上を損なうことなく、初期特性が向上するとしている。 Further, Patent Document 2 discloses a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a layered structure lithium transition metal composite oxide, the lithium transition metal composite oxide being primary particles and aggregates thereof. A non-aqueous electrolyte that exists in the form of particles composed of one or both of some secondary particles, and has at least the surface of the particles, a compound containing at least one selected from the group consisting of molybdenum, vanadium, tungsten, boron and fluorine. A positive electrode active material for a secondary battery has been proposed. According to this proposal, it is said that a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent battery characteristics even under a more severe usage environment can be obtained, and in particular, molybdenum, vanadium, tungsten, boron, and fluorine are formed on the surface of particles. It is stated that by having a compound having at least one selected from the group consisting of the following, the initial characteristics are improved without impairing the improvement of thermal stability, load characteristics and output characteristics.
しかしながら、このモリブデン、バナジウム、タングステン、ホウ素及びフッ素からなる群から選ばれる少なくとも1種の添加元素による効果は、初期特性、すなわち初期放電容量及び初期効率の向上にあるとされ、出力特性に言及したものではない。また、特許文献2に開示されている製造方法によれば、添加元素をリチウム化合物と同時に熱処理した水酸化物と混合して焼成するため、添加元素の一部が層状に配置されているニッケルと置換してしまい電池特性の低下を招く問題があった。 However, the effect of the at least one additive element selected from the group consisting of molybdenum, vanadium, tungsten, boron, and fluorine is said to be in the improvement of initial characteristics, that is, initial discharge capacity and initial efficiency, and the output characteristics are mentioned. Not a thing. Further, according to the production method disclosed in Patent Document 2, since the additive element is mixed with the lithium compound and the heat-treated hydroxide at the same time and fired, a part of the additive element is arranged in layers. There is a problem that the battery is replaced and the battery characteristics are deteriorated.
さらに、特許文献3には、正極活物質の周りにTi、Al、Sn、Bi、Cu、Si、Ga、W、Zr、B、Moから選ばれた少なくとも一種を含む金属及びまたはこれら複数個の組み合わせにより得られる金属間化合物、及びまたは酸化物を被覆した正極活物質が提案されている。このような被覆により、酸素ガスを吸収させ安全性を確保できるとしているが、出力特性に関しては全く開示されていない。また、開示されている製造方法は、遊星ボールミルを用いて被覆するものであり、このような被覆方法では、正極活物質に物理的なダメージを与えてしまい、電池特性が低下してしまう。 Furthermore, in Patent Document 3, a metal containing at least one selected from Ti, Al, Sn, Bi, Cu, Si, Ga, W, Zr, B, and Mo around the positive electrode active material, and/or a plurality of these metals are included. A positive electrode active material coated with an intermetallic compound and/or an oxide obtained by combination has been proposed. Although it is stated that such a coating makes it possible to absorb oxygen gas and ensure safety, there is no disclosure regarding output characteristics. In addition, the disclosed manufacturing method is a method of coating using a planetary ball mill, and such a coating method causes physical damage to the positive electrode active material, resulting in deterioration of battery characteristics.
また、特許文献4には、ニッケル酸リチウムを主体とする複合酸化物粒子にタングステン酸化合物を被着させて加熱処理を行ったもので、炭酸イオンの含有量が0.15重量%以下である正極活物質が提案されている。この提案によれば、正極活物質の表面にタングステン酸化合物またはタングステン酸化合物の分解物が存在し、充電状態における複合酸化物粒子表面の酸化活性を抑制するため、非水電解液等の分解によるガス発生を抑制することができるとしているが、出力特性に関しては全く開示されていない。 Further, in Patent Document 4, a composite oxide particle mainly composed of lithium nickelate is coated with a tungstic acid compound and heat-treated, and the content of carbonate ion is 0.15% by weight or less. Positive electrode active materials have been proposed. According to this proposal, a tungstic acid compound or a decomposed product of a tungstic acid compound is present on the surface of the positive electrode active material, and in order to suppress the oxidation activity of the complex oxide particle surface in a charged state, the decomposition of the nonaqueous electrolytic solution or the like is performed. Although it is said that the generation of gas can be suppressed, there is no disclosure regarding output characteristics.
さらに、特許文献4に開示されている製造方法は、好ましくは被着成分を溶解した溶液の沸点以上に加熱した複合酸化物粒子に、タングステン酸化合物とともに硫酸化合物、硝酸化合物、ホウ酸化合物またはリン酸化合物を被着成分として溶媒に溶解した溶液を被着させるものであり、溶媒を短時間で除去するため、複合酸化物粒子表面にタングステン化合物が十分に分散されず、均一に被着されないという問題点がある。 Further, in the production method disclosed in Patent Document 4, preferably, a complex oxide particle heated to a temperature equal to or higher than a boiling point of a solution in which an adhered component is dissolved is added to a tungstic acid compound, a sulfuric acid compound, a nitric acid compound, a boric acid compound or phosphorus. It is for depositing a solution of an acid compound as a deposition component dissolved in a solvent, and because the solvent is removed in a short time, the tungsten compound is not sufficiently dispersed on the surface of the composite oxide particles and is not deposited uniformly. There is a problem.
また、リチウムニッケル複合酸化物の高出力化に関する改善も行われている。例えば特許文献5には、一次粒子および、その一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなるリチウムニッケル複合酸化物であって、そのリチウムニッケル複合酸化物の表面に、Li2WO4、Li4WO5、Li6W2O9のいずれかで表されるタングステン酸リチウムを含む微粒子を有する非水系電解質二次電池用正極活物質が提案され、高容量とともに高出力が得られるとされている。 In addition, improvements have been made on increasing the output of lithium nickel composite oxides. For example, Patent Document 5 discloses a lithium-nickel composite oxide composed of primary particles and secondary particles formed by aggregating the primary particles, wherein Li 2 WO 4 , A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which has fine particles containing lithium tungstate represented by either Li 4 WO 5 or Li 6 W 2 O 9 has been proposed, and it is said that a high capacity and a high output can be obtained. ing.
特許文献5では、高容量が維持されながら高出力化されているものの、更なる高容量化が要求されている。また、タングステンは、希少元素で高価であるため、その使用量を低減する必要がある。さらに、製造工程の中間でタングステンを添加するため、タングステン化合物の添加以降は、製造ラインがタングステンにより汚染されてしまうため、多品種を製造する場合にライン洗浄を行う必要があり、工数増加、稼働低下が課題として挙げられる。 In Patent Document 5, although a high capacity is maintained and a high output is achieved, a further higher capacity is required. In addition, since tungsten is a rare element and expensive, it is necessary to reduce the amount used. In addition, since tungsten is added in the middle of the manufacturing process, after the addition of the tungsten compound, the manufacturing line is contaminated with tungsten.Therefore, it is necessary to perform line cleaning when manufacturing multiple types, increasing man-hours and operation. Decline is cited as an issue.
本発明は係る問題点に鑑み、正極活物質として非水系電解質二次電池に用いられた場合に高容量とともに高出力が得られ、かつ、タングステン使用量が抑制された非水系電解質二次電池用正極活物質を提供することを目的とする。さらに、製造が容易で、生産性が高く、多品種の生産にも適した非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a high output with a high capacity when used in a non-aqueous electrolyte secondary battery as a positive electrode active material, and for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the amount of tungsten used is suppressed. It is intended to provide a positive electrode active material. Further, it is an object of the present invention to provide a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is easy to produce, has high productivity, and is suitable for production of many kinds.
本発明の第1の態様では、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、タングステン酸リチウムを含む第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子と、タングステン酸リチウムを含まない第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子と、を混合すること、を備え、第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子は、組成がLiz1Ni1−x1−y1Cox1M1 y1O2(ただし、0≦x1≦0.35、0≦y1≦0.35、0.95≦z1≦1.15、M1はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子からなる芯材と、第2の複合酸化物粒子の表面及び内部に位置する一次粒子の表面の少なくとも一部に存在するタングステン酸リチウムと、から構成され、第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子は、組成がLiz2Ni1−x2−y2Cox2M2 y2O2(ただし、0≦x2≦0.35、0≦y2≦0.35、0.95≦z2≦1.15、M2はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子から構成される。 1st aspect of this invention WHEREIN: The manufacturing method of the positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries WHEREIN: The 1st lithium nickel composite oxide particle containing lithium tungstate and the 2nd lithium which does not contain lithium tungstate. Mixing nickel composite oxide particles, and the composition of the first lithium nickel composite oxide particles is Li z1 Ni 1-x1-y1 Co x1 M 1 y1 O 2 (where 0≦x1≦ 0.35, 0≦y1≦0.35, 0.95≦z1≦1.15, M 1 is represented by at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al). , from a core material consisting of secondary particle child plurality of primary particles are aggregated to each other, and lithium tungstate present in at least part of the surface of the primary particles located on the surface and inside of the second composite oxide particles, The composition of the second lithium-nickel composite oxide particles is Li z2 Ni 1-x2-y2 Co x2 M 2 y2 O 2 (where 0≦x2≦0.35, 0≦y2≦0.35, 0.95≦z2≦1.15, M 2 is represented by at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al), and secondary particles obtained by aggregating a plurality of primary particles with each other. Composed of.
また、第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子は、混合の前に、水洗される水洗されてもよい。また、水洗の際のスラリー濃度が、500g/L以上2500g/L以下であってもよい。また、第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子及び第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子は、その両方の表面及び内部に位置する一次粒子の表面に存在するタングステン酸リチウム以外のリチウム化合物に含有されるリチウム量が、正極活物質全量に対して0.05質量%以下であってもよい。また、正極活物質に含まれる第一のリチウムニッケル複合酸化物の含有量が、正極活物質全量に対して10質量%以上となるように、第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子と第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子とを混合してもよい。また、第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子に含まれるタングステン量が、正極活物質に含まれるNi、Co及びMの原子数の合計に対して、0.03原子%以上2.5原子%以下となるように、第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子と第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子とを混合すること、を備えてもよい。 Further, the second lithium-nickel composite oxide particles may be washed with water before being mixed. The slurry concentration at the time of washing with water may be 500 g/L or more and 2500 g/L or less. Further, the first lithium-nickel composite oxide particles and the second lithium-nickel composite oxide particles are contained in a lithium compound other than lithium tungstate present on the surfaces of the primary particles located on both surfaces and inside thereof. The amount of lithium may be 0.05% by mass or less based on the total amount of the positive electrode active material. In addition, the content of the first lithium-nickel composite oxide contained in the positive electrode active material is 10% by mass or more with respect to the total amount of the positive electrode active material, and the first lithium-nickel composite oxide particles and the second lithium nickel composite oxide particles are contained. You may mix with a lithium nickel composite oxide particle. The amount of tungsten contained in the first lithium nickel composite oxide particles is 0.03 atomic% or more and 2.5 atomic% or less with respect to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the positive electrode active material. So that the first lithium-nickel composite oxide particles and the second lithium-nickel composite oxide particles are mixed.
また、混合の前に、組成がLiz3Ni1−x3−y3Cox3M1 y3O2(ただし、0.03≦x3≦0.35、0.01≦y3≦0.35、0.95≦z3≦1.20、M1はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなる母材と、母材全量に対して2質量%以上の水分と、タングステン化合物、又は、タングステン化合物及びタングステンを含まないリチウム化合物と、を含有したタングステン混合物を調整すること、と得られたタングステン混合物を熱処理して母材の表面及び内部の一次粒子の表面に、タングステン酸リチウムを形成させ、第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子を得ること、とを備え、タングステン混合物は、含有されるタングステン全量に対する、水分及びタングステン化合物、又は、水分、タングステン化合物及びリチウム化合物、に含有されるリチウム全量のモル比が5以下であってもよい。また、第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子は、その表面及び内部の一次粒子の表面に存在する、タングステン酸リチウム以外のリチウム化合物に含有されるリチウム量が、第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子に対して0.05質量%以下であってもよい。また、熱処理の前に、母材と水とを混合してスラリーを形成して、母材を水洗することと、水洗した母材を固液分離することと、を備えてもよい。また、母材の水洗のスラリー濃度が、500g/L以上2500g/L以下であってもよい。水洗した母材を固液分離した際、得られる洗浄ケーキの水分率が、3.0質量%以上15.0質量%以下に制御されてもよい。タングステン化合物が、酸化タングステン(WO3)、タングステン酸(WO3・H2O)、Li2WO4、Li4WO5及びLi6W2O9のいずれか少なくとも一つを含んでもよい。また、熱処理における熱処理の温度が、100℃以上600℃以下であってもよい。また、タングステン化合物に含まれるタングステン量が、母材に含まれるNi、Co及びMの原子数の合計に対して、0.05〜3.0原子%であってもよい。 In addition, before mixing, the composition is Li z3 Ni 1-x3-y3 Co x3 M 1 y3 O 2 (where 0.03≦x3≦0.35, 0.01≦y3≦0.35, 0.95 ≦z3≦1.20, M 1 is at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al), and is a secondary particle formed by aggregating a plurality of primary particles. And a tungsten mixture containing 2% by mass or more of water with respect to the total amount of the base material, a tungsten compound, or a tungsten compound and a lithium compound containing no tungsten, were obtained. Heat-treating the tungsten mixture to form lithium tungstate on the surface of the base material and the surface of the primary particles inside to obtain the first lithium nickel composite oxide particles, and the tungsten mixture is contained. The molar ratio of the total amount of lithium contained in the water and the tungsten compound or the water, the tungsten compound and the lithium compound to the total amount of tungsten may be 5 or less. Further, the first lithium nickel composite oxide particles, the amount of lithium contained in the lithium compound other than lithium tungstate present on the surface and the surface of the primary particles inside the first lithium nickel composite oxide particles. May be 0.05 mass% or less. In addition, before the heat treatment, the base material and water may be mixed to form a slurry, and the base material may be washed with water, and the washed base material may be solid-liquid separated. Further, the slurry concentration of the base material washed with water may be 500 g/L or more and 2500 g/L or less. When the base material washed with water is subjected to solid-liquid separation, the water content of the obtained wash cake may be controlled to 3.0% by mass or more and 15.0% by mass or less. Tungsten compound is tungsten oxide (WO 3), tungstic acid (WO 3 · H 2 O) , Li 2 WO 4, Li 4 may include at least any one of WO 5 and Li 6 W 2 O 9. The temperature of the heat treatment in Netsusho management may also be 100 ° C. or higher 600 ° C. or less. The amount of tungsten contained in the tungsten compound may be 0.05 to 3.0 atom% with respect to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the base material.
本発明の第2の態様では、非水系電解質二次電池用正極活物質は、タングステン酸リチウムを含む第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子と、タングステン酸リチウムを含まない第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子と、を含み、第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子は、組成がLiz1Ni1−x1−y1Cox1M1 y1O2(ただし、0≦x1≦0.35、0≦y1≦0.35、0.95≦z1≦1.15、M1はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子からなる芯材と、第2の複合酸化物粒子の表面及び内部に位置する一次粒子の表面の少なくとも一部に存在するタングステン酸リチウムと、から構成され、第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子は、組成がLiz2Ni1−x2−y2Cox2M2 y2O2(ただし、0≦x2≦0.35、0≦y2≦0.35、0.95≦z2≦1.15、M2はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子から構成される。 In the second aspect of the present invention, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprises a first lithium nickel composite oxide particle containing lithium tungstate and a second lithium nickel composite oxide containing no lithium tungstate. And a first lithium nickel composite oxide particle having a composition of Li z1 Ni 1-x1-y1 Co x1 M 1 y1 O 2 (where 0≦x1≦0.35, 0≦y1≦ 0.35, 0.95≦z1≦1.15, M 1 is represented by at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al), and a plurality of primary particles are aggregated with each other. a core material made of the secondary particle child, lithium tungstate present in at least part of the surface of the primary particles located on the surface and inside of the second composite oxide particles are composed of a second lithium nickel The composite oxide particles have a composition of Li z2 Ni 1-x2-y2 Co x2 M 2 y2 O 2 (where 0≦x2≦0.35, 0≦y2≦0.35, 0.95≦z2≦1. 15, M 2 is represented by Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and at least one element selected from Al), and is composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated with each other.
また、第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子および第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子の表面及び内部に位置される一次粒子の表面に存在する、タングステン酸リチウム以外のリチウム化合物に含有されるリチウム量が、正極活物質の全量に対して0.05質量%以下であってもよい。また、正極活物質に含まれる第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子の量が、正極活物質の全量に対して10質量%以上であってもよい。また、タングステン酸リチウムに含まれるタングステン量が、正極活物質に含まれるNi、Co及びMの原子数の合計対して0.03原子%以上2.5原子%以下であってもよい。また、タングステン酸リチウムに含まれるタングステン量が、タングステン被覆複合酸化物粒子に含まれるNi、Co及びMの原子数の合計に対して0.05原子%以上3.0原子%以下であってもよい。また、タングステン酸リチウムが、粒子径1nm以上500nm以下の微粒子として第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子の表面及び内部の一次粒子の表面に存在してもよい。また、タングステン酸リチウムが、膜厚1nm以上200nm以下の被膜として第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子の表面及び内部の一次粒子の表面に存在してもよい。また、タングステン酸リチウムが、粒子径1nm以上500nm以下の微粒子及び膜厚1nm以上200nm以下の被膜の両形態として第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子の表面及び内部の一次粒子の表面に存在してもよい。 Further, the amount of lithium contained in the lithium compound other than lithium tungstate, which is present on the surfaces of the primary particles located on the surfaces and inside of the first lithium-nickel composite oxide particles and the second lithium-nickel composite oxide particles. However, the amount may be 0.05% by mass or less based on the total amount of the positive electrode active material. Further, the amount of the first lithium nickel composite oxide particles contained in the positive electrode active material may be 10% by mass or more based on the total amount of the positive electrode active material. Further, the amount of tungsten contained in lithium tungstate may be 0.03 atomic% or more and 2.5 atomic% or less with respect to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the positive electrode active material. Further, even if the amount of tungsten contained in the lithium tungstate is 0.05 atom% or more and 3.0 atom% or less with respect to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the tungsten-coated composite oxide particles. Good. Further, lithium tungstate may be present on the surface of the first lithium-nickel composite oxide particles and the surface of the primary particles inside thereof as fine particles having a particle diameter of 1 nm or more and 500 nm or less. Further, lithium tungstate may be present on the surface of the first lithium-nickel composite oxide particles and the surface of the primary particles inside thereof as a film having a film thickness of 1 nm or more and 200 nm or less. In addition, lithium tungstate is present on the surface of the first lithium-nickel composite oxide particles and the surface of the primary particles inside thereof as both forms of fine particles having a particle diameter of 1 nm or more and 500 nm or less and a film having a film thickness of 1 nm or more and 200 nm or less. Good.
本発明の第3の態様では、非水系電解質二次電池は、非水系電解質二次電池用正極活物質を含む正極を有する。 In a third aspect of the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery has a positive electrode containing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
本発明によれば、二次電池の正極材料に用いた場合に、高容量とともに高出力が得られ、かつ、タングステン使用量が抑制された非水系電解質二次電池用正極活物質が得られる。さらに、その製造方法は、容易で生産性が高く、工業的規模での生産に適したものであり、その工業的価値は極めて大きい。 According to the present invention, when used as a positive electrode material for a secondary battery, a high capacity and high output are obtained, and a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the amount of tungsten used is suppressed can be obtained. Furthermore, the production method is easy and highly productive, suitable for production on an industrial scale, and its industrial value is extremely large.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。また、図面においては、各構成をわかりやすくするために、一部を強調して、あるいは一部を簡略化して表しており、実際の構造または形状、縮尺等が異なっている場合がある。以下、本実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in the drawings, in order to make each configuration easy to understand, a part thereof is emphasized or a part thereof is simplified, and an actual structure or shape, a reduced scale, or the like may be different. The present embodiment will be described below.
1.非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法
図1(A)は、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」ということがある。)10の一例を示した模式図であり、図1(B)は、本実施形態の正極活物質10の製造方法の一例を示した図である。以下、まず、正極活物質10について説明した後、正極活物質10の製造方法と正極活物質10を用いた非水系電解質二次電池(以下、単に「二次電池」ということがある。)について説明する。
1. Positive Electrode Active Material for Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery and Manufacturing Method Thereof FIG. 1A shows a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment (hereinafter, may be simply referred to as “positive electrode active material”). 10 is a schematic diagram showing an example of FIG. 1, and FIG. 1B is a diagram showing an example of a method for manufacturing the positive electrode active material 10 of the present embodiment. Hereinafter, first, the positive electrode active material 10 will be described, and then a method for manufacturing the positive electrode active material 10 and a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, simply referred to as “secondary battery”) using the positive electrode active material 10. explain.
(1)非水系電解質二次電池用正極活物質
図1(A)に示すように、正極活物質10は、タングステン酸リチウムを含む第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子(以下、「第一複合酸化物粒子」ということがある。)1と、タングステン酸リチウムを含まない第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子2(以下、「第二複合酸化物粒子」ということがある。)と、を含む。
(1) Positive Electrode Active Material for Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery As shown in FIG. 1(A), the positive electrode active material 10 includes first lithium nickel composite oxide particles containing lithium tungstate (hereinafter, referred to as “first composite”). 1) and second lithium nickel composite oxide particles 2 that do not contain lithium tungstate (hereinafter, may be referred to as “second composite oxide particles”). ..
第一複合酸化物粒子1は、複数の一次粒子3が互いに凝集した二次粒子4からなる芯材5と、第一複合酸化物粒子1(芯材)の表面及び内部に位置する一次粒子3(3a及び3b)の表面の少なくとも一部に存在するタングステン酸リチウム6(6a及び6b)と、から構成される。第一複合酸化物粒子1は、一次粒子3の表面にタングステン酸リチウム6を有することにより、正極活物質10を二次電池に用いた際に、高い高出力を得るとともに、高い充放電容量(以下、「電池容量」ということがある。)を向上させることができる。 The first composite oxide particle 1 comprises a core 5 consisting of a plurality of primary particles 3 aggregated together secondary particle slave 4, primary particles located on the surface and inside of the first mixed oxide particle 1 (core material) 3 (3a and 3b) on at least a part of the surface of lithium tungstate 6 (6a and 6b). Since the first composite oxide particles 1 have the lithium tungstate 6 on the surface of the primary particles 3, when the positive electrode active material 10 is used in a secondary battery, a high output is obtained and a high charge/discharge capacity ( Hereinafter, it may be referred to as “battery capacity”.) can be improved.
一般的に、リチウムニッケル複合酸化物粒子の表面が異種化合物により完全に被覆される場合、リチウムイオンの移動(インターカレーション)が大きく制限され、結果的にリチウムニッケル複合酸化物の持つ高容量という長所が消されてしまうことがある。 Generally, when the surface of lithium nickel composite oxide particles is completely covered with a different kind of compound, the movement (intercalation) of lithium ions is largely restricted, resulting in the high capacity of the lithium nickel composite oxide. The advantages may be lost.
一方、本実施形態に用いられる第一複合酸化物粒子1は、その表面及び内部の一次粒子3(3a及び3b)の表面にタングステン酸リチウム(以下、タングステン酸リチウムを「LWO化合物」ということがある。)6を有する。このLWO化合物6は、リチウムイオン伝導性が高く、リチウムイオンの移動を促す効果がある。このため、正極活物質10を二次電池に用いた際、第一複合酸化物粒子1の一次粒子3(3a及び3b)表面にLWO化合物6を有することにより、一次粒子3(3a及び3b)と電解液との界面でLiの伝導パスを形成させ、正極の反応抵抗(以下、「正極抵抗」ということがある。)を低減することができる。正極抵抗が低減されることで、電池内で損失される電圧が減少し、実際に負荷側に印加される電圧が相対的に高くなるため、高出力を得ることができる。また、負荷側への印加電圧が高くなることで、正極でのリチウムの挿抜が十分に行われるため、電池容量を向上することができる。 On the other hand, in the first composite oxide particle 1 used in the present embodiment, lithium tungstate (hereinafter, lithium tungstate is referred to as “LWO compound” is referred to as “LWO compound”) on the surface and the surface of the primary particles 3 (3a and 3b) inside. Yes, I have 6. The LWO compound 6 has high lithium ion conductivity and has an effect of promoting migration of lithium ions. Therefore, when the positive electrode active material 10 is used in a secondary battery, by having the LWO compound 6 on the surface of the primary particles 3 (3a and 3b) of the first composite oxide particles 1, the primary particles 3 (3a and 3b) are obtained. It is possible to reduce the reaction resistance of the positive electrode (hereinafter sometimes referred to as “positive electrode resistance”) by forming a Li conduction path at the interface between the electrolyte solution and the electrolyte solution. By reducing the positive electrode resistance, the voltage lost in the battery is reduced, and the voltage actually applied to the load side is relatively high, so that a high output can be obtained. In addition, since the voltage applied to the load side is increased, lithium is sufficiently inserted into and extracted from the positive electrode, so that the battery capacity can be improved.
また、従来技術のように、リチウムニッケル複合酸化物粒子の二次粒子表面のみを層状物で被覆した場合には、その被覆厚みに関わらず、比表面積の低下が起こるため、たとえ被覆物が高いリチウムイオン伝導性を持っていたとしても、電解液との接触面積が小さくなる。また、二次粒子表面のみに層状物を形成する場合、化合物(層状物)の形成が特定の二次粒子表面に集中するという結果になり易い。したがって、被覆物としての層状物が高いリチウムイオン伝導性を持っていることにより、充放電容量の向上、反応抵抗の低減という効果が得られるものの、その効果は十分ではなく改善の余地がある。 Further, as in the prior art, when only the secondary particle surface of the lithium nickel composite oxide particles is coated with the layered material, the specific surface area is reduced regardless of the coating thickness, and thus the coating material is high. Even if it has lithium ion conductivity, the contact area with the electrolytic solution becomes small. Further, when the layered material is formed only on the surface of the secondary particles, the formation of the compound (layered material) tends to be concentrated on the surface of the specific secondary particle. Therefore, although the layered material as the coating has a high lithium ion conductivity, the effects of improving the charge/discharge capacity and reducing the reaction resistance can be obtained, but the effect is not sufficient and there is room for improvement.
一方、正極活物質10を二次電池に用いた際、第一複合酸化物粒子1と電解液との接触は、一次粒子3表面で起こる。ここで、一次粒子3表面とは、電解液が接触可能な一次粒子3の表面部位をいい、例えば、二次粒子の外面で露出している一次粒子(例えば、一次粒子3a)の表面や、二次粒子4外部と通じて電解液が浸透可能な二次粒子の表面近傍及び内部の空隙に露出している一次粒子(例えば、一次粒子3b)の表面を含む。さらに、一次粒子3表面は、例えば、一次粒子の結合が不完全で電解液が浸透可能な状態となっている一次粒子間の粒界を含む。 On the other hand, when the positive electrode active material 10 is used in a secondary battery, the contact between the first composite oxide particles 1 and the electrolytic solution occurs on the surface of the primary particles 3. Here, the surface of the primary particle 3 refers to a surface portion of the primary particle 3 that can be contacted with the electrolytic solution, and for example, the surface of the primary particle (for example, the primary particle 3a) exposed on the outer surface of the secondary particle, Secondary particles 4 includes surfaces of primary particles (for example, primary particles 3b) exposed to the vicinity of the surfaces of the secondary particles that can penetrate into the outside of the secondary particles 4 and to the inside and voids inside. Further, the surface of the primary particles 3 includes, for example, grain boundaries between the primary particles in which the binding of the primary particles is incomplete and the electrolytic solution can penetrate.
上記のように、正極活物質10を二次電池に用いた際、第一複合酸化物粒子1と電解液との接触は、一次粒子3が凝集して構成された二次粒子4の外面のみでなく、二次粒子の表面近傍及び内部の空隙や不完全な粒界でも生じる。そこで、一次粒子3(3a、3b)の表面にもLWO化合物6を形成させることにより、リチウムイオンの移動をより促すことができる。第一複合酸化物粒子1は、二次粒子4の表面に位置する一次粒子3a表面のみでなく、二次粒子4の内部に位置する一次粒子3b表面にも、LWO化合物6を有するため、リチウムニッケル複合酸化物粒子の反応抵抗をより一層低減させることができる。 As described above, when the positive electrode active material 10 is used in a secondary battery, the first composite oxide particles 1 are in contact with the electrolytic solution only on the outer surface of the secondary particles 4 formed by aggregating the primary particles 3. Not only that, it also occurs in the vicinity of the surface of the secondary particles and in the voids and incomplete grain boundaries. Therefore, by forming the LWO compound 6 also on the surface of the primary particles 3 (3a, 3b), the movement of lithium ions can be further promoted. Since the first composite oxide particle 1 has the LWO compound 6 not only on the surface of the primary particle 3a located on the surface of the secondary particle 4, but also on the surface of the primary particle 3b located inside the secondary particle 4, lithium The reaction resistance of the nickel composite oxide particles can be further reduced.
図2は、第一複合酸化物粒子1の一例を示した模式図であり、図3は、第一複合酸化物粒子1の一例を示す断面SEM写真(観察倍率10000倍)である。第一複合酸化物粒子1に含まれるLWO化合物6は、一次粒子3(3a、3b)表面に存在すれば、その形態は、特に限定されない。LWO化合物6は、例えば、図2(a)に示されるように、粒子径1nm以上500nm以下の微粒子6a、6bの形態で一次粒子3(3a、3b)表面に存在してもよい。このような形態である場合、電解液との接触面積を十分なものとして、リチウムイオン伝導を効果的に向上できるため、充放電容量を向上させるとともに正極抵抗をより効果的に低減させることができる。 FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the first composite oxide particle 1, and FIG. 3 is a cross-sectional SEM photograph (observation magnification: 10,000 times) showing an example of the first composite oxide particle 1. The form of the LWO compound 6 contained in the first composite oxide particles 1 is not particularly limited as long as it exists on the surface of the primary particles 3 (3a, 3b). The LWO compound 6 may be present on the surface of the primary particles 3 (3a, 3b) in the form of fine particles 6a, 6b having a particle diameter of 1 nm or more and 500 nm or less, for example, as shown in FIG. 2(a). In the case of such a form, the contact area with the electrolytic solution is sufficient, and lithium ion conduction can be effectively improved, so that the charge/discharge capacity can be improved and the positive electrode resistance can be more effectively reduced. ..
LWO化合物(微粒子)6a、6bの粒子径が1nm未満である場合、微細な粒子6a、6bが十分なリチウムイオン伝導性を有しない場合がある。また、LWO化合物(微粒子)6a、6bの粒子径が500nmを超える場合、一次粒子3(3a、3b)の表面における微粒子(LWO化合物6)の形成が不均一になり、反応抵抗の低減効果が十分に得られない場合がある。LWO化合物(微粒子)6a、6bの粒径は、LWO化合物6の微粒子を一次粒子3(3a、3b)の表面に均一に分布させ、より高い効果を得るという観点から、好ましくは1nm以上300nm以下であり、より好ましくは5nm以上200nm以下である。 When the particle size of the LWO compounds (fine particles) 6a, 6b is less than 1 nm, the fine particles 6a, 6b may not have sufficient lithium ion conductivity. When the particle size of the LWO compounds (fine particles) 6a, 6b exceeds 500 nm, the formation of the fine particles (LWO compound 6) on the surface of the primary particles 3 (3a, 3b) becomes uneven, and the effect of reducing reaction resistance is reduced. You may not get enough. The particle size of the LWO compound (fine particles) 6a, 6b is preferably 1 nm or more and 300 nm or less from the viewpoint that the particles of the LWO compound 6 are evenly distributed on the surface of the primary particles 3 (3a, 3b) to obtain a higher effect. And more preferably 5 nm or more and 200 nm or less.
なお、LWO化合物6は完全に一次粒子表面の全面において形成されている必要はなく、点在している状態でもよい。LWO化合物6が点在している状態でも、リチウムニッケル複合酸化物粒子の外面及び内部に露出している一次粒子表面にLWOが形成されていれば、反応抵抗の低減効果が得られる。また、LWO化合物(微粒子)6a、6bは、全てが粒子径1nm以上500nm以下の微粒子として存在する必要がなく、好ましくは一次粒子表面に形成されたLWO化合物(微粒子)6a、6bの個数で50%以上が、1nm以上500nm以下の粒子径範囲で形成されていれば高い効果が得られる。 The LWO compound 6 does not need to be completely formed on the entire surface of the primary particles, and may be scattered. Even in the state where the LWO compound 6 is scattered, if LWO is formed on the outer surface and the inner surface of the primary particle exposed to the inside of the lithium nickel composite oxide particles, the effect of reducing the reaction resistance can be obtained. Further, the LWO compounds (fine particles) 6a and 6b do not all need to exist as fine particles having a particle diameter of 1 nm or more and 500 nm or less, and preferably, the number of the LWO compounds (fine particles) 6a and 6b formed on the surface of the primary particles is 50. A high effect can be obtained if at least 100% is formed in the particle size range of 1 nm or more and 500 nm or less.
LWO化合物6は、例えば、図2(B)に示されるように、一次粒子3a、3b表面をLWO化合物から形成される薄膜(被膜)6c、6dで被覆する形態で存在してもよい。このような被膜6c、6dを形成した場合、比表面積の低下を抑制しながら、電解液との界面でLiの伝導パスを形成させることができ、より高い充放電容量の向上、反応抵抗の低減という効果が得られる。 The LWO compound 6 may be present in a form in which the surfaces of the primary particles 3a and 3b are covered with thin films (coatings) 6c and 6d formed of the LWO compound, as shown in FIG. 2B, for example. When such coatings 6c and 6d are formed, the conduction path of Li can be formed at the interface with the electrolytic solution while suppressing the decrease of the specific surface area, and thus the higher charge/discharge capacity and the lower reaction resistance can be achieved. The effect is obtained.
被膜6c、6dにより一次粒子表面を被覆する場合には、膜厚1nm以上200nm以下の被膜としてリチウム金属複合酸化物の一次粒子表面に存在することが好ましい。より高い上記効果を得るためには、膜厚は、1nm以上150nm以下がより好ましく、1nm以上100nm以下がさらに好ましい。薄膜6c、6dの膜厚が1nm未満では、被膜が十分なリチウムイオン伝導性を有しない場合がある。一方、薄膜6c、6dの膜厚が200nmを超えると、リチウムイオン伝導率が低下し、反応抵抗低減効果より高い効果が得られない場合がある。 When the surfaces of the primary particles are coated with the coatings 6c and 6d, it is preferable that the coatings having a thickness of 1 nm or more and 200 nm or less are present on the surfaces of the primary particles of the lithium metal composite oxide. In order to obtain the higher effect, the film thickness is more preferably 1 nm or more and 150 nm or less, further preferably 1 nm or more and 100 nm or less. When the film thickness of the thin films 6c and 6d is less than 1 nm, the coating film may not have sufficient lithium ion conductivity. On the other hand, when the film thickness of the thin films 6c and 6d exceeds 200 nm, the lithium ion conductivity decreases, and a higher effect than the reaction resistance reducing effect may not be obtained.
なお、被膜6c、6dは、一次粒子3a、3bの少なくとも一部で形成されていればよく、例えば、一次粒子3a、3b表面上で部分的に形成されていてもよい。また、被膜6c、6dは、全ての被膜の膜厚範囲が1nm以上200nm以下でなくてもよい。例えば、被膜6c、6dは、一次粒子表面の少なくとも一部に膜厚が上記範囲の被膜6c、6dが形成されていれば、高い効果が得られる。 The coatings 6c and 6d may be formed on at least a part of the primary particles 3a and 3b, and may be partially formed on the surfaces of the primary particles 3a and 3b, for example. Further, the film thickness range of all the films 6c and 6d may not be 1 nm or more and 200 nm or less. For example, the coatings 6c and 6d are highly effective if the coatings 6c and 6d having a thickness within the above range are formed on at least a part of the surface of the primary particles.
LWO化合物6は、例えば、図2(C)に示すように、微粒子6a、6bの形態と被膜6c、6dの被膜との両形態が混在して一次粒子表面に存在してもよい。この場合にも、電池特性に対する高い効果を得ることができる。 For example, as shown in FIG. 2(C), the LWO compound 6 may be present on the surface of the primary particles in a mixture of the forms of the fine particles 6a and 6b and the forms of the coating films 6c and 6d. Also in this case, a high effect on the battery characteristics can be obtained.
第一複合酸化物粒子1の一次粒子表面3(3a、3b)の性状は、例えば、電界放射型走査電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡で観察することにより判断できる。本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質において、例えば、図3に示されるように、第一複合酸化物粒子1の一次粒子表面にタングステン酸リチウムが形成されていることを確認している。
The properties of the primary particle surfaces 3 (3a, 3b) of the first composite oxide particles 1 can be determined by, for example, observing with a field emission scanning electron microscope or a transmission electron microscope. In the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, for example, as shown in FIG. 3, it was confirmed that lithium tungstate was formed on the surface of primary particles of the first composite oxide particles 1. There is.
LWO化合物6は、WおよびLiがタングステン酸リチウムの形態となっているものに限らず、WおよびLiを含む化合物を含むものをいう。LWO化合物6は、例えば、Li2WO4、Li4WO5、Li6WO6、Li2W4O13、Li2W2O7、Li6W2O9、Li2W2O7、Li2W5O16、Li9W19O55、Li3W10O30、Li18W5O15またはこれらの水和物から選択される少なくとも1種の形態であることが好ましい。このようなタングステン酸リチウムである場合、リチウムイオン伝導性がさらに高まり、反応抵抗の低減効果がより大きなものとなる。 The LWO compound 6 is not limited to one in which W and Li are in the form of lithium tungstate, but refers to one containing a compound containing W and Li. The LWO compound 6 is, for example, Li 2 WO 4 , Li 4 WO 5 , Li 6 WO 6 , Li 2 W 4 O 13 , Li 2 W 2 O 7 , Li 6 W 2 O 9 , Li 2 W 2 O 7 , or It is preferably at least one form selected from Li 2 W 5 O 16 , Li 9 W 19 O 55 , Li 3 W 10 O 30 , Li 18 W 5 O 15 or hydrates thereof. In the case of using such lithium tungstate, the lithium ion conductivity is further enhanced and the effect of reducing the reaction resistance is further enhanced.
LWO化合物6に含まれるタングステン量は、第一複合酸化物粒子1に含まれるNi、Co及びMの原子数の合計に対して、0.05原子%以上3.0原子%以下とすることが好ましく、0.05原子%以上2.0原子%以下とすることがより好ましく、0.08原子%以上1.0原子%以下とすることがさらに好ましい。タングステン量が上記範囲であることにより、さらに高い充放電容量と出力特性を両立することができる。タングステン量は、IPC発光分光分析(ICP法)により、測定することができる。 The amount of tungsten contained in the LWO compound 6 may be 0.05 atom% or more and 3.0 atom% or less with respect to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the first composite oxide particles 1. It is more preferably from 0.05 atomic% to 2.0 atomic %, still more preferably from 0.08 atomic% to 1.0 atomic %. When the amount of tungsten is in the above range, higher charge/discharge capacity and output characteristics can both be achieved. The amount of tungsten can be measured by IPC emission spectroscopy (ICP method).
タングステン量が0.05原子%未満である場合、出力特性の改善効果が十分に得られないことがある。一方、タングステン量が3.0原子%を超える場合、形成される上記化合物が多くなり過ぎてリチウムニッケル複合酸化物と電解液のリチウム伝導が阻害され、充放電容量が低下することがある。 When the amount of tungsten is less than 0.05 atom %, the effect of improving the output characteristics may not be sufficiently obtained. On the other hand, when the amount of tungsten exceeds 3.0 atomic %, the amount of the above-mentioned compound formed becomes too much, which hinders the lithium conduction between the lithium-nickel composite oxide and the electrolytic solution, which may reduce the charge/discharge capacity.
図1(A)に示されるように、第二複合酸化物粒子2は、組成がLiz2Ni1−x2−y2Cox2M2 y2O2(ただし、0≦x2≦0.35、0≦y2≦0.35、0.95≦z2≦1.15、M2はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子7が互いに凝集した二次粒子8から構成され、タングステン酸リチウムを含まない。正極活物質10は、図1(B)に示すように、例えば、第一複合酸化物粒子1と第二複合酸化物粒子2とを混合して得ることができる。第一複合酸化物粒子1と第二複合酸化物粒子2とを混合した場合、二次電池の正極に正極活物質10が用いられた際に、高い高出力を得るとともに、電池容量を向上させることができる。 As shown in FIG. 1A, the composition of the second composite oxide particles 2 is Li z2 Ni 1-x2-y2 Co x2 M 2 y2 O 2 (where 0≦x2≦0.35, 0≦ y2≦0.35, 0.95≦z2≦1.15, M 2 is at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al), and a plurality of primary particles 7 Are composed of secondary particles 8 aggregated with each other and do not contain lithium tungstate. As shown in FIG. 1B, the positive electrode active material 10 can be obtained, for example, by mixing the first composite oxide particles 1 and the second composite oxide particles 2. When the first composite oxide particles 1 and the second composite oxide particles 2 are mixed, a high output is obtained and the battery capacity is improved when the positive electrode active material 10 is used for the positive electrode of the secondary battery. be able to.
一般的に正極活物質を構成する複合酸化物粒子間で、電池特性に不均一があると、特定の粒子に負荷がかかり、サイクル特性の悪化や反応抵抗の上昇を招きやすいとされている。また、第一複合酸化物粒子1のようなタングステンを含有するリチウムニッケル複合酸化物粒子の含有量が少なくなることは、電池特性の向上に不利と考えられる。 It is generally said that if the composite oxide particles forming the positive electrode active material have non-uniform battery characteristics, a load is applied to specific particles, which tends to deteriorate cycle characteristics and increase reaction resistance. Further, it is considered that the reduction of the content of the lithium nickel composite oxide particles containing tungsten such as the first composite oxide particles 1 is disadvantageous in improving the battery characteristics.
しかしながら、本発明者が検討した結果、LWO化合物を含む第一複合酸化物粒子1とLWO化合物を含まない複合酸化物2を混合した場合、1)タングステンを含有する第一複合酸化物粒子1を単独で正極活物質として用いた場合と比べて、出力特性や電池容量という電池特性に低下がないか、低下した場合でもごく僅かであること、2)一次粒子7表面にLWO化合物を有しない第二複合酸化物粒子2単独の場合と比べて、電池特性を向上させることが可能であること、が明らかとなった。 However, as a result of examination by the present inventors, when the first composite oxide particles 1 containing the LWO compound and the composite oxide 2 not containing the LWO compound are mixed, 1) the first composite oxide particles 1 containing tungsten are obtained. Compared to the case of using it alone as a positive electrode active material, there is no deterioration in the battery characteristics such as output characteristics and battery capacity, or even if it decreases, it is negligible. 2) No LWO compound on the surface of the primary particles 7. It was clarified that the battery characteristics can be improved as compared with the case of using the two-composite oxide particles 2 alone.
このような電池特性の向上は、第一複合酸化物粒子1の混合により可能であるが、この効果をより十分なものとするためには、正極活物質10に混合されている第一複合酸化物粒子1量の下限は、正極活物質10に対して、10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましい。 Such improvement of the battery characteristics can be achieved by mixing the first composite oxide particles 1, but in order to make this effect more sufficient, the first composite oxide mixed in the positive electrode active material 10 is used. The lower limit of the amount of the material particles 1 is preferably 10% by mass or more, and more preferably 20% by mass or more with respect to the positive electrode active material 10.
一方、第一複合酸化物粒子1量の上限は、タングステン使用量を抑制する観点から、正極活物質10に対して、70質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることがさらに好ましい。正極活物質10中の第一複合酸化物粒子1の含有量が多くなると、電池特性は第一複合酸化物粒子1を単独で用いた場合に近づくが、タングステン使用量を抑制する観点から、第一複合酸化物粒子1の量は、電池特性の向上が得られる範囲で少ない方が好ましい。 On the other hand, the upper limit of the amount of the first composite oxide particles 1 is preferably 70% by mass or less and more preferably 60% by mass or less with respect to the positive electrode active material 10 from the viewpoint of suppressing the amount of tungsten used. It is more preferably 50% by mass or less. When the content of the first composite oxide particles 1 in the positive electrode active material 10 increases, the battery characteristics become closer to those when the first composite oxide particles 1 are used alone, but from the viewpoint of suppressing the amount of tungsten used, The amount of the one composite oxide particle 1 is preferably as small as possible in the range in which the battery characteristics are improved.
第一複合酸化物粒子1(タングステン酸リチウム)に含まれるタングステン量は、正極活物質10に含まれるNi、Co及びMの原子数の合計対して0.03原子%以上2.5原子%以下であることが好ましく、0.05原子%以上1.5原子%以下であることがより好ましく、0.05原子%以上1.0原子%以下であることがさらに好ましい。上記タングステン量は、正極活物質10は、タングステン酸リチウム6により電池特性を向上させていることから、タングステン酸リチウム6の存在量の指標となる。タングステン量が上記範囲であることにより、正極活物質10を電池に用いた際に、十分な電池特性を得ることができる。 The amount of tungsten contained in the first composite oxide particles 1 (lithium tungstate) is 0.03 atomic% or more and 2.5 atomic% or less with respect to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the positive electrode active material 10. Is more preferable, it is more preferably 0.05 atom% or more and 1.5 atom% or less, and further preferably 0.05 atom% or more and 1.0 atom% or less. The above-mentioned amount of tungsten is an index of the amount of lithium tungstate 6 present, since the positive electrode active material 10 improves the battery characteristics by the lithium tungstate 6. When the amount of tungsten is in the above range, sufficient battery characteristics can be obtained when the positive electrode active material 10 is used in a battery.
正極活物質10においては、第一複合酸化物粒子1及び第二複合酸化物粒子2の一次粒子表面に存在するタングステン酸リチウム以外のリチウム化合物に含有されるリチウム量(以下、「余剰リチウム量」という。)は、正極活物質10の全量に対して、好ましくは0.05質量%以下であり、より好ましくは0.03質量%以下である。余剰リチウム量を上記範囲に制限することにより、より高い充放電容量と出力特性とを得るとともにサイクル特性を向上させることができる。 In the positive electrode active material 10, the amount of lithium contained in the lithium compound other than lithium tungstate present on the primary particle surfaces of the first composite oxide particles 1 and the second composite oxide particles 2 (hereinafter, “excess lithium amount”). Is preferably 0.05% by mass or less, and more preferably 0.03% by mass or less, based on the total amount of the positive electrode active material 10. By limiting the amount of surplus lithium within the above range, it is possible to obtain higher charge/discharge capacity and output characteristics and improve cycle characteristics.
リチウム化合物は、一次粒子3、7の表面に存在する、タングステン酸リチウム以外のリチウムを含む化合物である。リチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウムなどが挙げられる。これらのリチウム化合物は、リチウムの伝導性が悪く、リチウムニッケル複合酸化物質(第一複合酸化物粒子1及び第二複合酸化物粒子2を含む)からのリチウムイオンの移動を阻害する場合ある。これらのリチウム化合物に含まれるリチウム量は、余剰リチウム量として存在量を表すことができる。 The lithium compound is a compound containing lithium other than lithium tungstate present on the surfaces of the primary particles 3 and 7. Examples of the lithium compound include lithium hydroxide and lithium carbonate. These lithium compounds have poor lithium conductivity and may inhibit the movement of lithium ions from the lithium-nickel composite oxide substance (including the first composite oxide particles 1 and the second composite oxide particles 2). The amount of lithium contained in these lithium compounds can be expressed as an excess amount of lithium.
正極活物質10中の余剰リチウム量を低減することで、タングステン酸リチウム6によるリチウムイオンの移動促進効果を高め、充放電時のリチウムニッケル複合酸化物への負荷を低減して出力特性をより向上させるとともに、サイクル特性をより向上させることができる。また、正極活物質10中の余剰リチウム量を上記範囲に制御することで、リチウムニッケル複合酸化物粒子(第一複合酸化物粒子1及び第二複合酸化物粒子2を含む)間でのリチウムイオンの移動も均一化され、特定のリチウムニッケル複合酸化物粒子に負荷がかかることが抑制され、上記効果を高めることができる。 By reducing the amount of excess lithium in the positive electrode active material 10, the effect of promoting the movement of lithium ions by the lithium tungstate 6 is enhanced, the load on the lithium nickel composite oxide at the time of charging and discharging is reduced, and the output characteristics are further improved. In addition, the cycle characteristics can be further improved. In addition, by controlling the excess amount of lithium in the positive electrode active material 10 within the above range, lithium ions between the lithium nickel composite oxide particles (including the first composite oxide particle 1 and the second composite oxide particle 2) can be obtained. Are also made uniform, and it is possible to suppress the load on the specific lithium-nickel composite oxide particles and to enhance the above-mentioned effect.
また、余剰リチウム量の下限は、特に限定されないが、電池特性の低下を抑制するという観点から、0.01質量%以上であることが好ましい。余剰リチウム量が少なくなり過ぎることは、リチウムニッケル複合酸化物粒子の結晶中から過剰にリチウムが引き抜かれていることを示し、電池特性が低下しやすい。なお、余剰リチウム量は、正極活物質に純水を加えて一定時間攪拌後、ろ過したろ液のpHを測定しながら塩酸を加えていくことにより出現する中和点から溶出するリチウムの化合物状態を分析することにより、算出できる。 The lower limit of the amount of excess lithium is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass or more from the viewpoint of suppressing deterioration of battery characteristics. When the amount of excess lithium is too small, it indicates that lithium is excessively extracted from the crystals of the lithium-nickel composite oxide particles, and the battery characteristics are likely to deteriorate. The amount of excess lithium is the compound state of lithium that elutes from the neutralization point that appears when hydrochloric acid is added while measuring the pH of the filtered filtrate after adding pure water to the positive electrode active material and stirring for a certain period of time. Can be calculated by analyzing
正極活物質10は、硫酸根(硫酸基)含有量が好ましくは0.05質量%以下、より好ましくは0.025質量%以下、さらに好ましくは0.020質量%以下である。正極活物質10中の硫酸基含有量が、0.05質量%を超えると、電池を構成する際、正極活物質の不可逆容量に相当する分、負極材料を余計に電池に使用せざるを得ず、その結果、電池全体としての重量当たり及び体積当たりの容量が小さくなる上、不可逆容量として負極に蓄積された余分なリチウムは安全性の面からも問題となるため好ましくない。また、正極活物質10中の硫酸根含有量の下限は、特に限定されないが、例えば、0.001質量%以上である。硫酸根含有量は、IPC発光分光分析(ICP法)により、測定されたS(硫黄元素)量を、硫酸根(SO4)量に換算して求めることができる。 The positive electrode active material 10 has a sulfate group (sulfate group) content of preferably 0.05% by mass or less, more preferably 0.025% by mass or less, and further preferably 0.020% by mass or less. When the sulfate group content in the positive electrode active material 10 exceeds 0.05% by mass, the negative electrode material has to be additionally used in the battery in an amount corresponding to the irreversible capacity of the positive electrode active material when configuring the battery. As a result, the capacity per weight and volume of the battery as a whole is reduced, and the extra lithium accumulated in the negative electrode as an irreversible capacity is also unfavorable from the viewpoint of safety. The lower limit of the sulfate content in the positive electrode active material 10 is not particularly limited, but is, for example, 0.001% by mass or more. The sulfate group content can be obtained by converting the measured S (sulfur element) amount into a sulfate group (SO 4 ) amount by IPC emission spectroscopy (ICP method).
また、正極活物質10全体(第一複合酸化物粒子1及び第二複合酸化物粒子2を含む)のリチウム量は、正極活物質中のNi、Co及びMの原子数の和(Me)とLiの原子数との比(Li/Me)が、0.95以上1.20以下の範囲であることが好ましく、0.97以上1.15以下の範囲であることがより好ましい。Li/Meが0.95未満であると、得られた正極活物質を用いた非水系電解質二次電池における正極の反応抵抗が大きくなるため、電池の出力が低くなってしまう。また、Li/Meが1.20を超えると、正極活物質の初期放電容量が低下するとともに、正極の反応抵抗も増加してしまう。Li/Meは、IPC発光分光分析(ICP法)により、測定することができる。 The amount of lithium in the entire positive electrode active material 10 (including the first composite oxide particles 1 and the second composite oxide particles 2) is the sum (Me) of the atomic numbers of Ni, Co, and M in the positive electrode active material. The ratio (Li/Me) of Li to the number of atoms is preferably 0.95 or more and 1.20 or less, and more preferably 0.97 or more and 1.15 or less. When Li/Me is less than 0.95, the reaction resistance of the positive electrode in the non-aqueous electrolyte secondary battery using the obtained positive electrode active material increases, and the output of the battery decreases. When Li/Me exceeds 1.20, the initial discharge capacity of the positive electrode active material decreases and the reaction resistance of the positive electrode also increases. Li/Me can be measured by IPC emission spectroscopy (ICP method).
第一複合酸化物粒子1の芯材5としてのリチウムニッケル複合酸化物粒子は、組成がLiz1Ni1−x1−y1Cox1M1 y1O2(ただし、0≦x1≦0.35、0≦y1≦0.35、0.95≦z1≦1.15、M1はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表される。芯材5におけるLi/Meは、0.95以上1.15以下であることがより好ましく、0.95以上1.10以下であることがさらに好ましい。 The lithium nickel composite oxide particles as the core material 5 of the first composite oxide particles 1 have a composition of Li z1 Ni 1-x1-y1 Co x1 M 1 y1 O 2 (where 0≦x1≦0.35, 0 ≦y1≦0.35, 0.95≦z1≦1.15, M 1 is represented by at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al). Li/Me in the core material 5 is more preferably 0.95 or more and 1.15 or less, and further preferably 0.95 or more and 1.10 or less.
正極活物質10は、第一複合酸化物粒子1の一次粒子3a、3b表面にタングステン酸リチウム6a、6bを形成し、出力特性およびサイクル特性を改善するものである。なお、正極活物質としての粒径、タップ密度などの粉体特性は、通常に用いられる正極活物質の範囲内であればよい。 The positive electrode active material 10 forms lithium tungstates 6a and 6b on the surfaces of the primary particles 3a and 3b of the first composite oxide particle 1 to improve output characteristics and cycle characteristics. The powder characteristics such as the particle size and tap density of the positive electrode active material may be within the range of the normally used positive electrode active material.
なお、リチウムニッケル複合酸化物粒子の一次粒子表面に、タングステン酸リチウムを設けることによる効果は、たとえば、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物などの粉末、さらに本発明で掲げた正極活物質だけでなく一般的に使用されるリチウム二次電池用正極活物質にも適用できる。 The effect of providing lithium tungstate on the surface of the primary particles of the lithium nickel composite oxide particles is, for example, a lithium cobalt-based composite oxide, a lithium manganese-based composite oxide, a lithium nickel cobalt manganese-based composite oxide, or the like. It can be applied not only to powders, but also to the positive electrode active materials listed in the present invention, as well as the commonly used positive electrode active materials for lithium secondary batteries.
(2)非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
図1(B)に示すように、正極活物質10の製造方法は、タングステン酸リチウム(LWO化合物)6を含む第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子(第一複合酸化物粒子)1と、LWO化合物6を含まない第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子(第二複合酸化物粒子)2と、を混合すること、を備える。また、図4は、第一複合酸化物粒子1の製造方法の一例を示す図であり、第一複合酸化物粒子1の製造方法を説明する際、適宜、図5を参照する。なお、以下の説明は、製造方法の一例であって、製造方法を限定するものではない。
(2) Method for Producing Positive Electrode Active Material for Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery As shown in FIG. 1(B), the method for producing the positive electrode active material 10 is the first lithium nickel containing lithium tungstate (LWO compound) 6. The composite oxide particles (first composite oxide particles) 1 and the second lithium nickel composite oxide particles (second composite oxide particles) 2 that do not contain the LWO compound 6 are mixed. Further, FIG. 4 is a diagram showing an example of a method for producing the first composite oxide particles 1, and when explaining the method for producing the first composite oxide particles 1, FIG. 5 is appropriately referred to. In addition, the following description is an example of a manufacturing method and does not limit the manufacturing method.
第一複合酸化物粒子1は、組成がLiz1Ni1−x1−y1Cox1M1 y1O2(ただし、0≦x1≦0.35、0≦y1≦0.35、0.95≦z1≦1.15、M1はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子からなる芯材5と、第一複合酸化物粒子1(芯材)の表面及び内部に位置する一次粒子3の表面の少なくとも一部に存在するLWO化合物6と、から構成される。第一複合酸化物粒子1の製造方法は、タングステン酸リチウムを表面に存在させることができるものであればよく、従来公知の製造方法を用いることができる。以下、図4及び図5を参照して、第一複合酸化物粒子1の製造方法の一例について説明する。
The composition of the first composite oxide particles 1 is Li z1 Ni 1-x1-y1 Co x1 M 1 y1 O 2 (where 0≦x1≦0.35, 0≦y1≦0.35, 0.95≦z1 ≦ 1.15, M 1 is Mn, V, Mg, Mo, Nb, represented by at least one element) selected from Ti and Al, the core material in which a plurality of primary particles composed of secondary particles child aggregated together 5 and the LWO compound 6 present on at least a part of the surface of the first composite oxide particles 1 (core material) and the surfaces of the primary particles 3 located inside. The method for producing the first composite oxide particles 1 may be any one that allows lithium tungstate to be present on the surface, and a conventionally known production method can be used. Hereinafter, an example of a method for producing the first composite oxide particles 1 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
第一複合酸化物粒子1の製造は、図4(A)に示すように、まず、組成がLiz3Ni1−x3−y3Cox3M1 y3O2(ただし、0.00≦x3≦0.35、0.00≦y3≦0.35、0.95≦z3≦1.20、M1はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなるタングステン被覆母材(以下、単に「母材」ともいう。)と、母材全量に対して2質量%以上の水分と、タングステン化合物と、を含有するタングステン混合物を調整する。高容量化と高安全性の観点から、0.01≦x3≦0.10、0.01≦y3≦0.05、0.97≦z3≦1.05とすることが好ましい。 In the production of the first composite oxide particles 1, as shown in FIG. 4(A), first, the composition is Li z3 Ni 1-x3-y3 Co x3 M 1 y3 O 2 (where 0.00≦x3≦0. .35, 0.00≦y3≦0.35, 0.95≦z3≦1.20, M 1 is at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al) And a tungsten-coated base material composed of secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles (hereinafter, also simply referred to as “base material”), and 2% by mass or more of water with respect to the total amount of the base material, A tungsten mixture containing a tungsten compound is prepared. From the viewpoint of high capacity and high safety, it is preferable that 0.01≦x3≦0.10, 0.01≦y3≦0.05, and 0.97≦z3≦1.05.
タングステン混合物は、母材全量に対して水分を2質量%以上含有する。これにより、二次粒子(母材)外部と通じている一次粒子間の空隙や、不完全な一次粒子間の粒界に、水分とともにタングステン化合物中のタングステンが浸透し、一次粒子表面に十分な量のタングステンを分散させることができる。水分の量の上限は特に限定されないが、例えば、20質量%以下である。過度に水分量が多い場合、後工程の熱処理の効率が低下したり、リチウム金属複合酸化物粒子(母材)からのリチウムの溶出が増加してタングステン混合物中の溶出したLiモル比が高くなり過ぎたりし、得られる正極活物質を電池の正極に用いた際の電池特性が悪化することがある。 The tungsten mixture contains water in an amount of 2% by mass or more based on the total amount of the base material. As a result, the tungsten in the tungsten compound permeates with the moisture into the voids between the primary particles that communicate with the outside of the secondary particles (base material) and the grain boundaries between the incomplete primary particles, and the surface of the primary particles is sufficiently filled. An amount of tungsten can be dispersed. The upper limit of the amount of water is not particularly limited, but is, for example, 20% by mass or less. When the water content is excessively high, the efficiency of the heat treatment in the subsequent step is decreased, or the elution of lithium from the lithium metal composite oxide particles (base material) is increased, and the elution Li molar ratio in the tungsten mixture is increased. When the obtained positive electrode active material is used for the positive electrode of a battery, the battery characteristics may deteriorate.
母材全量に対する水分の量は、好ましくは2質量%以上20質量%以下であり、より好ましくは3質量%以上15質量%以下であり、さらに好ましくは3質量%以上10質量%以下である。水分の量が上記範囲である場合、水分中に溶出したリチウム分によりpHが上昇して、過剰なリチウムの溶出を抑制する効果を示す。なお、タングステン混合物への水分量は、後述するように、母材を水洗及び固液分離することにより、上記範囲に容易に制御できる。なお、母材粉末におけるNi、CoおよびM1のモル比は、第一複合酸化物粒子1(芯材5)まで維持される。 The amount of water relative to the total amount of the base material is preferably 2% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 3% by mass or more and 15% by mass or less, and further preferably 3% by mass or more and 10% by mass or less. When the amount of water is in the above range, the pH is increased by the lithium content eluted in the water, and the effect of suppressing the elution of excess lithium is exhibited. The amount of water in the tungsten mixture can be easily controlled within the above range by washing the base material with water and subjecting it to solid-liquid separation, as described later. The molar ratio of Ni, Co and M 1 in the base material powder is maintained up to the first composite oxide particles 1 (core material 5).
タングステン化合物は、タングステン(W)を含む化合物であり、タングステン混合物に含有される水分に溶解する程度の水溶性を有することが好ましい。タングステン化合物が水溶性である場合、タングステン(W)を二次粒子(母材)内部の一次粒子表面まで十分浸透させることができる。タングステン化合物は、例えば、固体の状態であってもよく、水溶液の状態であってもよい。タングステン化合物が水溶液の状態である場合、タングステン化合物(水溶液)は、二次粒子(母材)内部の一次粒子表面まで浸透できる量であればよく、水溶液中の一部に固体の状態を含んでもよい。また、タングステン化合物は、常温では、水に溶解させることが困難であっても、熱処理時の加温で水に溶解する化合物であればよい。また、タングステン化合物は、タングステン混合物中の水分は、母材に含有されるリチウムによってアルカリ性となるため、アルカリ性において溶解可能な化合物であってもよい。 The tungsten compound is a compound containing tungsten (W), and preferably has a water solubility enough to dissolve in the water contained in the tungsten mixture. When the tungsten compound is water-soluble, tungsten (W) can be sufficiently permeated to the surface of the primary particles inside the secondary particles (base material). The tungsten compound may be in a solid state or an aqueous solution state, for example. When the tungsten compound is in the state of an aqueous solution, the amount of the tungsten compound (aqueous solution) may be such that it can penetrate to the surface of the primary particles inside the secondary particles (base material), and even if a part of the aqueous solution contains a solid state. Good. Further, the tungsten compound may be a compound which is difficult to dissolve in water at room temperature, but is soluble in water by heating during heat treatment. Further, the tungsten compound may be a compound that can be dissolved in alkalinity, because the water contained in the tungsten mixture becomes alkaline by the lithium contained in the base material.
タングステン化合物としては、水に溶解可能な化合物であれば、特に限定されるものではないが、例えば、酸化タングステン、タングステン酸、タングステン酸リチウム、タングステン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウムなどが挙げられる。これらの中でも、不純物混入の可能性が低いという観点から、酸化タングステン、タングステン酸、タングステン酸リチウム、タングステン酸アンモニウムがより好ましく、酸化タングステン(WO3)、タングステン酸(WO3・H2O)、タングステン酸リチウム(Li2WO4、Li4WO5、Li6W2O9)がより好ましい。タングステン化合物は、1種を用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 The tungsten compound is not particularly limited as long as it is a compound soluble in water, but examples thereof include tungsten oxide, tungstic acid, lithium tungstate, ammonium tungstate, and sodium tungstate. Among these, tungsten oxide, tungstic acid, lithium tungstate, and ammonium tungstate are more preferable from the viewpoint of low possibility of mixing impurities, and tungsten oxide (WO 3 ), tungstic acid (WO 3 .H 2 O), lithium tungstate (Li 2 WO 4, Li 4 WO 5, Li 6 W 2 O 9) are more preferable. The tungsten compound may be used alone or in combination of two or more kinds.
タングステン混合物に含有されるタングステン(W)量に対する、水分とタングステン化合物、又は、水分とタングステン化合物とリチウム化合物、に含有されるリチウム(Li)全量のモル比(以下、「Liモル比」という。)の上限は、好ましくは5.0以下であり、より好ましくは4.5未満であり、さらに好ましくは4.0以下である。Liモル比の上限が上記範囲である場合、第一複合酸化物粒子の余剰リチウム量を抑制して、出力特性を向上させるとともに、サイクル特性を向上させることができる。 The molar ratio of the total amount of lithium (Li) contained in the water and the tungsten compound or the water, the tungsten compound and the lithium compound to the amount of tungsten (W) contained in the tungsten mixture (hereinafter, referred to as “Li molar ratio”). The upper limit of () is preferably 5.0 or less, more preferably less than 4.5, and further preferably 4.0 or less. When the upper limit of the Li molar ratio is within the above range, it is possible to suppress the amount of excess lithium in the first composite oxide particles, improve the output characteristics, and improve the cycle characteristics.
一方、Liモル比の下限は、好ましくは0.5以上であり、より好ましくは1.0以上であり、さらに好ましくは1.5以上である。タングステン混合物中のLiモル比として計算されるリチウムは、タングステン化合物に由来するタングステン(W)と、後の熱処理の際、タングステン酸リチウムを形成する。リチウムの少なくとも一部は、母材に由来するリチウムとすることができる。Liモル比の下限が0.5未満である場合、Liモル比が0.5未満になると、母材から引き抜かれ、タングステン酸リチウムを形成するリチウムが多くなり過ぎ、第一複合酸化物粒子の電池特性が低下することがある。 On the other hand, the lower limit of the Li molar ratio is preferably 0.5 or more, more preferably 1.0 or more, and further preferably 1.5 or more. Lithium calculated as the Li molar ratio in the tungsten mixture forms lithium tungstate during the subsequent heat treatment with tungsten (W) derived from the tungsten compound. At least a part of lithium can be lithium derived from the base material. When the lower limit of the Li molar ratio is less than 0.5, when the Li molar ratio is less than 0.5, too much lithium is extracted from the base material to form lithium tungstate and the first composite oxide particles Battery characteristics may deteriorate.
タングステン混合物中に含有されるタングステン量は、母材に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、好ましくは0.05原子%以上3.0原子%以下、より好ましくは0.05原子%以上2.0原子%以下、さらに好ましくは0.08原子%以上1.0原子%以下である。タングステン量が上記範囲であることにより、第一複合酸化物粒子1中のタングステン酸リチウムに含まれるタングステン量を好ましい範囲とすることができ、正極活物質1を二次電池に用いた際に、高い充放電容量と出力特性をより高いレベルで両立できる。 The amount of tungsten contained in the tungsten mixture is preferably 0.05 atom% or more and 3.0 atom% or less, more preferably 0. 0% or less with respect to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the base material. It is from 05 atomic% to 2.0 atomic %, more preferably from 0.08 atomic% to 1.0 atomic %. When the amount of tungsten is in the above range, the amount of tungsten contained in lithium tungstate in the first composite oxide particles 1 can be set in a preferable range, and when the positive electrode active material 1 is used in a secondary battery, Both high charge and discharge capacity and output characteristics can be achieved at a higher level.
なお、上記のタングステン混合物の調整の際、タングステン混合物の水分が2質量%以上となるようにタングステン化合物とともに水分を供給して混合すればよく、タングステン化合物の水溶液やタングステン化合物と水を個別に供給してもよい。 When adjusting the above-mentioned tungsten mixture, water may be supplied and mixed together with the tungsten compound so that the water content of the tungsten mixture is 2% by mass or more. An aqueous solution of the tungsten compound or the tungsten compound and water are separately supplied. You may.
なお、タングステン酸リチウムを形成するリチウム源は、例えば、タングステン酸リチウム等のタングステン化合物に由来するリチウム、又は、母材(Liz3Ni1−x3−y3Cox3M1 y3O2または余剰リチウム)に由来するリチウム、とすることができる。また、図4(B)に示すように、タングステン混合物は、母材、水分、タングステン化合物以外に、タングステンを含まないリチウム化合物を含有させてもよい。このリチウム化合物は、タングステン酸リチウムを形成するリチウム源とすることができる。タングステンを含まないリチウム化合物としては、水酸化リチウムなどの水溶性化合物が挙げられる。 The lithium source forming lithium tungstate is, for example, lithium derived from a tungsten compound such as lithium tungstate, or a base material (Li z3 Ni 1-x3-y3 Co x3 M 1 y3 O 2 or surplus lithium). Lithium derived from. Further, as shown in FIG. 4B, the tungsten mixture may contain a lithium compound containing no tungsten in addition to the base material, the water, and the tungsten compound. The lithium compound can be a lithium source that forms lithium tungstate. Examples of the lithium compound containing no tungsten include water-soluble compounds such as lithium hydroxide.
図5は、第一複合酸化物粒子1の製造工程中で得られるタングステン混合物の調整方法の一例を示す図である。図5に示すように、母材となるリチウムニッケル複合酸化粒子は、タングステン混合物を調整する前に、水洗してもよい。水洗は、母材と水とを混合しスラリー化して行うことができる。母材を水洗した場合、電池特性を劣化させる過剰に存在する未反応のリチウム化合物や硫酸根などの不純物元素を除去することができる。未反応のリチウム化合物としては、水酸化リチウムや炭酸リチウムなどが挙げられる。 FIG. 5: is a figure which shows an example of the adjustment method of the tungsten mixture obtained in the manufacturing process of the 1st composite oxide particle 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 5, the lithium nickel composite oxide particles as the base material may be washed with water before preparing the tungsten mixture. Washing with water can be performed by mixing the base material and water to form a slurry. When the base material is washed with water, it is possible to remove excess unreacted lithium compounds and impurity elements such as sulfate radicals that deteriorate the battery characteristics. Examples of the unreacted lithium compound include lithium hydroxide and lithium carbonate.
母材を水洗した場合、タングステン混合物中の水分中に存在するリチウム量が低減され、上記のLiモル比の上限を容易に制御できる。通常、金属複合水酸化物、もしくは金属複合酸化物とリチウム化合物とを焼成して得られたリチウム金属複合酸化物は、二次粒子や一次粒子の表面に未反応のリチウム化合物が存在している。母材に含まれる未反応のリチウム化合物に由来するリチウム(Li)は、タングステン混合物を調整する際、添加した水分中に溶出する。水分中に溶出するリチウム量が多くなり過ぎる場合、Liモル比の上限を上記範囲に制御することが困難となることがある。 When the base material is washed with water, the amount of lithium present in the water in the tungsten mixture is reduced, and the upper limit of the Li molar ratio can be easily controlled. Usually, a metal composite hydroxide or a lithium metal composite oxide obtained by firing a metal composite oxide and a lithium compound has unreacted lithium compound on the surface of secondary particles or primary particles. .. Lithium (Li) derived from the unreacted lithium compound contained in the base material is eluted in the added water when the tungsten mixture is prepared. When the amount of lithium eluted into water is too large, it may be difficult to control the upper limit of the Li molar ratio to the above range.
また、水洗した母材は、水分量を調整するため、水洗後に固液分離してもよい。母材を固液分離した場合、タングステン混合物に含有される水分量を容易に調整することができる。 The base material washed with water may be subjected to solid-liquid separation after being washed with water in order to adjust the water content. When the base material is solid-liquid separated, the amount of water contained in the tungsten mixture can be easily adjusted.
母材のスラリー化による水洗条件は、未反応のリチウム化合物を十分に低減できれば、特に限定されない。水洗後の母材に含まれる未反応のリチウム化合物量は、例えば、母材の全量に対し0.08質量%以下、好ましくは0.05質量%以下である。なお、母材に含まれる未反応のリチウム化合物量は、正極活物質1中の余剰リチウム量と同様の方法で測定できる。 The water washing condition by making the base material into a slurry is not particularly limited as long as the unreacted lithium compound can be sufficiently reduced. The amount of unreacted lithium compound contained in the base material after washing with water is, for example, 0.08 mass% or less, preferably 0.05 mass% or less, based on the total amount of the base material. The amount of unreacted lithium compound contained in the base material can be measured by the same method as the amount of surplus lithium in the positive electrode active material 1.
スラリー化による水洗は、例えば、母材粉末と水とを混合し、攪拌して行う。スラリーに含まれる母材粉末の濃度は、例えば、水1Lに対して200g以上5000g以下である。母材粉末の濃度をこの範囲とした場合、母材からのリチウムの溶出による劣化を抑制しながら、未反応のリチウム化合物をより十分に低減することができる。 Washing with water by slurrying is performed, for example, by mixing the base material powder and water and stirring. The concentration of the base material powder contained in the slurry is, for example, 200 g or more and 5000 g or less with respect to 1 L of water. When the concentration of the base material powder is within this range, the unreacted lithium compound can be more sufficiently reduced while suppressing the deterioration due to the elution of lithium from the base material.
水洗時間は、例えば、5分以上60分以下間程度とすることができる。水洗時間がこの範囲である場合、十分に母材に含まれる未反応のリチウム化合物量を低減することができる。水洗温度は10℃以上40℃以下の範囲とすることができる。水洗温度がこの範囲である場合、十分に母材に含まれる未反応のリチウム化合物量を低減することができる。 The washing time can be, for example, about 5 minutes or more and 60 minutes or less. When the water washing time is in this range, the amount of unreacted lithium compound contained in the base material can be sufficiently reduced. The washing temperature can be in the range of 10°C or higher and 40°C or lower. When the washing temperature is within this range, the amount of unreacted lithium compound contained in the base material can be sufficiently reduced.
母材を水洗する場合、上記のようなタングステン混合物が得られれば、タングステン化合物を添加する手順は特に制限されない。例えば、図5(A)に示すように、母材とタングステン化合物とを混合し、タングステン混合物を調整した後に、タングステン混合物(母材を含む)を水洗することができる。この場合、水洗によってタングステン化合物が洗い流されるため、タングステン混合物中のタングステン量が不足してしまうことがある。このため、例えば、図5(B)、(C)に示すように、母材を水洗する工程中または固液分離工程後の少なくとも一方の工程においてタングステン化合物を添加して、タングステン混合物を得ることが好ましい。 When the base material is washed with water, the procedure for adding the tungsten compound is not particularly limited as long as the above-mentioned tungsten mixture is obtained. For example, as shown in FIG. 5A, after the base material and the tungsten compound are mixed and the tungsten mixture is prepared, the tungsten mixture (including the base material) can be washed with water. In this case, since the tungsten compound is washed away by washing with water, the amount of tungsten in the tungsten mixture may be insufficient. Therefore, for example, as shown in FIGS. 5B and 5C, a tungsten compound is added in at least one of the step of washing the base material with water and the step of solid-liquid separation to obtain a tungsten mixture. Is preferred.
タングステン化合物を水洗工程において添加する場合、予め母材(粉末)と混合する水にタングステン化合物を加えて水溶液や懸濁液としてもよく、母材と水とを混合しスラリー化した後に、スラリー中にタングステン化合物を添加してもよい。 When the tungsten compound is added in the water washing step, the tungsten compound may be previously added to water to be mixed with the base material (powder) to form an aqueous solution or suspension, and the base material and water are mixed to form a slurry, and then in the slurry. You may add a tungsten compound to this.
図5(B)に示すように、母材の水洗の際にタングステン化合物を添加する場合、タングステン化合物は、水洗時のスラリーに全溶解する化合物、もしくはリチウムを含まない化合物を用いることが好ましい。スラリーに溶解し、リチウムを含むタングステン化合物としては、例えば、タングステン酸リチウム(Li2WO4、Li4WO5、Li6W2O9)が挙げられ、リチウムを含まないタングステン化合物としては、例えば、酸化タングステン(WO3)、タングステン酸(WO3・H2O)が挙げられる。これらのタングステン化合物を用いることにより、タングステン混合物中の固体分のタングステン化合物中に含有されるリチウム量に影響されず、タングステン混合物中のリチウム量を容易に制御できる。 As shown in FIG. 5B, when the tungsten compound is added when the base material is washed with water, it is preferable to use a compound that is completely dissolved in the slurry at the time of washing with water or a compound that does not contain lithium. Examples of the tungsten compound that dissolves in the slurry and contains lithium include lithium tungstate (Li 2 WO 4 , Li 4 WO 5 , Li 6 W 2 O 9 ), and examples of the lithium compound that does not contain lithium include: , Tungsten oxide (WO 3 ), and tungstic acid (WO 3 .H 2 O). By using these tungsten compounds, the amount of lithium in the tungsten mixture can be easily controlled without being affected by the amount of lithium contained in the solid tungsten compound in the tungsten mixture.
図5(C)に示すように、タングステン化合物を固液分離後に添加する場合、固液分離の際に水とともに除去されるリチウムやタングステンがなく、タングステン化合物が全て混合物中に残留するため、Liモル比の制御が容易になる。この場合、タングステン化合物は水溶液の状態でも、粉末の状態のいずれでもよい。 As shown in FIG. 5C, when the tungsten compound is added after the solid-liquid separation, there is no lithium or tungsten that is removed together with water during the solid-liquid separation, and all the tungsten compound remains in the mixture. It becomes easy to control the molar ratio. In this case, the tungsten compound may be in an aqueous solution state or a powder state.
水洗工程中にタングステン化合物を添加する場合、タングステン化合物は水溶液の状態でも、粉末の状態のいずれでもよい。タングステン化合物をスラリーに添加して撹拌することにより、均一な混合物が得られる。 When the tungsten compound is added during the water washing step, the tungsten compound may be in an aqueous solution state or a powder state. A homogeneous mixture is obtained by adding the tungsten compound to the slurry and stirring.
なお、使用するタングステン化合物に、水溶液の状態、あるいは水溶性化合物を用いると、水洗後の固液分離工程でスラリー中に溶解したタングステン化合物の大部分がスラリーの液成分とともに除去される。しかしながら、タングステン混合物中の水分に溶解しているタングステンにより、タングステン混合物中のタングステン量を充分なものとすることができる。タングステン混合物中のタングステン量は、水洗条件や固液分離条件により、水分量とともに安定したものとなるので、予備試験により、タングステン化合物の種類、添加量とともにこれらの条件を決定することができる。タングステン混合物中のタングステンに対する水分とタングステン化合物に含有される合計のリチウム量(以下、合計リチウム量という。)もタングステン量と同様に予備試験によって決定することができる。 When the tungsten compound used is an aqueous solution or a water-soluble compound, most of the tungsten compound dissolved in the slurry is removed together with the liquid component of the slurry in the solid-liquid separation step after washing with water. However, the amount of tungsten in the tungsten mixture can be made sufficient due to the tungsten dissolved in the water in the tungsten mixture. The amount of tungsten in the tungsten mixture becomes stable along with the amount of water depending on the washing condition and the solid-liquid separation condition. Therefore, these conditions can be determined together with the type and addition amount of the tungsten compound by a preliminary test. Moisture with respect to tungsten in the tungsten mixture and the total amount of lithium contained in the tungsten compound (hereinafter, referred to as the total amount of lithium) can also be determined by a preliminary test similarly to the amount of tungsten.
なお、水洗工程においてタングステン化合物を添加した際の混合物中のタングステン量は、ICP発光分光法によって求めることができる。また、混合物を構成する水分に含まれるリチウム量は、水洗後に固液分離した液成分中のICP発光分光法によるリチウムの分析値と水分量から求めることができる。 The amount of tungsten in the mixture when the tungsten compound is added in the water washing step can be determined by ICP emission spectroscopy. Further, the amount of lithium contained in the water constituting the mixture can be determined from the analysis value of lithium by ICP emission spectroscopy in the liquid component obtained by solid-liquid separation after washing with water and the amount of water.
なお、タングステン混合物を構成する固体分のタングステン化合物に含有されるリチウム量は、水洗後の液成分と同濃度の水酸化リチウム水溶液中にタングステン化合物を加えて水洗時と同条件で撹拌し、残渣として残るタングステン化合物の比率からタングステン混合物に固体分として残る量を算出し、固体分として残るタングステン化合物から求めることができる。 The amount of lithium contained in the solid tungsten compound that constitutes the tungsten mixture is the same as that of the liquid component after washing with water, and the tungsten compound is added to the aqueous solution of lithium hydroxide and stirred under the same conditions as when washing with water. The amount remaining as a solid content in the tungsten mixture can be calculated from the ratio of the tungsten compound remaining as a solid content, and can be determined from the tungsten compound remaining as a solid content.
また、固液分離工程後にタングステン化合物を添加した際の混合物中のタングステン量は、添加するタングステン化合物量から求めることができる。 Further, the amount of tungsten in the mixture when the tungsten compound is added after the solid-liquid separation step can be obtained from the amount of the added tungsten compound.
一方、タングステン混合物中の合計リチウム量は、水洗後に固液分離した液成分中のICP発光分光法によるリチウムの分析値と水分量から求めた水分中のリチウム量と、添加するタングステン化合物もしくはタングステン化合物およびリチウム化合物から求めたリチウム量の和として算出することができる。 On the other hand, the total amount of lithium in the tungsten mixture is the amount of lithium in water determined from the analysis value of lithium by ICP emission spectroscopy and the amount of water in the liquid component that has undergone solid-liquid separation after washing with water, and the amount of the added tungsten compound or tungsten compound. It can be calculated as the sum of the amounts of lithium obtained from the lithium compound.
固液分離工程後にタングステン化合物を水溶液として添加する場合、水分量は今まで述べてきたように好ましくは20質量%を超えることがないように、水溶液を調整する必要があり、タングステン濃度を0.05mol/L以上2mol/L以下とすることが好ましい。タングステン濃度を上記範囲とする場合、タングステン混合物の水分を抑制しながら、必要なタングステン量を添加することができる。水分量が20質量%を超えた場合には、再度、固液分離して水分を調整すればよいが、除去した液成分のタングステン量とリチウム量を求め、混合物のLiモル比を確認することが必要となる。 When the tungsten compound is added as an aqueous solution after the solid-liquid separation step, it is necessary to adjust the aqueous solution so that the water content preferably does not exceed 20 mass% as described above, and the tungsten concentration is set to 0. It is preferably not less than 05 mol/L and not more than 2 mol/L. When the tungsten concentration is in the above range, the required amount of tungsten can be added while suppressing the water content of the tungsten mixture. When the amount of water exceeds 20% by mass, solid-liquid separation may be performed again to adjust the amount of water, but the amount of tungsten and the amount of lithium in the removed liquid component should be determined to confirm the Li molar ratio of the mixture. Is required.
タングステン混合物に含まれる水分量を2質量%以上とするため、固液分離後の混合は、50℃以下の温度で行うことが好ましい。50℃を超える温度とすると、混合中の乾燥により水分量が2質量%未満となることがある。 Since the amount of water contained in the tungsten mixture is 2% by mass or more, the mixing after solid-liquid separation is preferably performed at a temperature of 50° C. or less. When the temperature is higher than 50°C, the water content may be less than 2% by mass due to drying during mixing.
タングステン化合物との混合は、均一に混合可能な装置であれば限定されず、一般的な混合機を使用することができる。例えばシェーカーミキサーやレーディゲミキサー、ジュリアミキサー、Vブレンダーなどを用いてリチウム金属複合酸化物粒子の形骸が破壊されない程度でタングステン化合物と十分に混合してやればよい。 The mixing with the tungsten compound is not limited as long as it is a device capable of uniformly mixing, and a general mixer can be used. For example, a shaker mixer, a Loedige mixer, a Julia mixer, a V blender, or the like may be used to sufficiently mix with the tungsten compound to the extent that the skeleton of the lithium metal composite oxide particles is not destroyed.
第一複合酸化物粒子1の成分組成は、母材とする複合酸化物粒子と、調整工程において添加して増加するタングステンと、必要に応じて添加されるリチウム分とから構成される。このため、母材は、高容量と低反応抵抗の観点から、組成が一般式LizNi1−x−yCoxMyO2(ただし、0<x≦0.35、0≦y≦0.35、0.95≦z≦1.20、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表されるリチウム金属複合酸化物を用いることが好ましい。 The component composition of the first composite oxide particles 1 is composed of composite oxide particles as a base material, tungsten that is added and increased in the adjusting step, and a lithium content that is added as necessary. Therefore, the base material is, from the viewpoint of high capacity and low reaction resistance, composition formula Li z Ni 1-x-y Co x M y O 2 ( however, 0 <x ≦ 0.35,0 ≦ y ≦ 0.35, 0.95 ≤ z ≤ 1.20, M is a lithium metal composite oxide represented by at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al). It is preferable.
一方、母材を水洗する場合、水洗時のリチウム溶出により、母材中のLi/Me(一般式におけるzに相当)が減少するため、予め予備試験によって減少量を確認しておき、水洗前の材料としてLi/Meを調整した母材を用いることができる。一般的な水洗条件によるLi/Meの減少量は0.03〜0.08程度である。また、混合工程で水分を供給した際にも少量であるがリチウムが溶出する。したがって、水洗をする場合、水洗前の母材のLi/Meを示すzは、0.95≦z≦1.20とすることが好ましく、0.97≦z≦1.15とすることがより好ましい。 On the other hand, when the base material is washed with water, the amount of Li/Me (corresponding to z in the general formula) in the base material decreases due to the lithium elution during the water washing. As the material of the base material, a base material in which Li/Me is adjusted can be used. The reduction amount of Li/Me under general washing conditions is about 0.03 to 0.08. In addition, when water is supplied in the mixing step, lithium is eluted although it is a small amount. Therefore, in the case of washing with water, z indicating Li/Me of the base material before washing with water is preferably 0.95≦z≦1.20, and more preferably 0.97≦z≦1.15. preferable.
また、電解液との接触面積を多くすることが、出力特性の向上に有利であることから、一次粒子および一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成され、二次粒子に電解液の浸透可能な空隙および粒界を有するリチウム金属複合酸化物粉末を用いることが好ましい。 Further, since increasing the contact area with the electrolytic solution is advantageous for improving the output characteristics, it is composed of the primary particles and the secondary particles formed by aggregating the primary particles, and the secondary particles have the electrolytic solution. It is preferable to use a lithium metal composite oxide powder having permeable voids and grain boundaries.
また、母材とタングステン化合物、もしくはタングステン化合物およびリチウム化合物とを混合する際には、一般的な混合機を用いることができる。例えば、シェーカーミキサーやレーディゲミキサー、ジュリアミキサー、Vブレンダー、エアーブレンダ―などを用いてタングステン被覆母材の形骸が破壊されない程度で十分に混合してやればよい。なお、母材に含まれる余剰Liが二酸化炭素を吸着することで炭酸リチウムとなり、ガス発生の原因となるため、混合雰囲気は二酸化炭素濃度が0〜100ppmで行うことが好ましい。 Moreover, when mixing a base material and a tungsten compound, or a tungsten compound and a lithium compound, a general mixer can be used. For example, a shaker mixer, a Loedige mixer, a Julia mixer, a V blender, an air blender, or the like may be used to thoroughly mix the tungsten-coated base material without destroying the skeleton of the base material. It should be noted that excess Li contained in the base material becomes lithium carbonate by adsorbing carbon dioxide and causes gas generation. Therefore, the mixed atmosphere is preferably performed at a carbon dioxide concentration of 0 to 100 ppm.
次に、図4に示すように、上記のように得られたタングステン混合物を熱処理する。熱処理することにより、タングステン混合物の水分に含まれるリチウムとタングステンとが反応し、母材(芯材)の一次粒子表面に、タングステン酸リチウム(LWO化合物)が形成され、第一複合酸化物粒子1が得られる。 Next, as shown in FIG. 4, the tungsten mixture obtained as described above is heat-treated. By heat treatment, lithium contained in the moisture of the tungsten mixture reacts with tungsten to form lithium tungstate (LWO compound) on the surface of the primary particles of the base material (core material), and the first composite oxide particles 1 Is obtained.
熱処理条件は、母材(芯材)の一次粒子表面にLWO化合物6が形成される条件であれば、特に限定されない。熱処理条件は、例えば、正極活物質10を二次電池に用いた際の電気特性の劣化を防止するという観点から、雰囲気中の水分や炭酸との反応を避け、酸素雰囲気などのような酸化性雰囲気、あるいは真空雰囲気中で行うことができる。 The heat treatment condition is not particularly limited as long as the LWO compound 6 is formed on the surface of the primary particles of the base material (core material). The heat treatment conditions are, for example, from the viewpoint of preventing deterioration of electrical characteristics when the positive electrode active material 10 is used in a secondary battery, avoiding reaction with moisture and carbonic acid in the atmosphere, and oxidizing such as oxygen atmosphere. It can be performed in an atmosphere or a vacuum atmosphere.
また、熱処理温度としては、正極活物質10を二次電池に用いた際の電気特性の劣化を防止するという観点から、100℃以上600℃以下の温度で熱処理することが好ましい。熱処理温度が100℃未満では、水分の蒸発が十分ではなく、LWO化合物6が十分に形成されない場合がある。一方、熱処理温度が600℃を超えると、リチウム金属複合酸化物の一次粒子が焼結を起こすとともに一部のタングステンがリチウム金属複合酸化物の層状構造に固溶してしまうために、電池の充放電容量が低下することがある。 Further, the heat treatment temperature is preferably 100° C. or more and 600° C. or less from the viewpoint of preventing deterioration of electrical characteristics when the positive electrode active material 10 is used in a secondary battery. When the heat treatment temperature is lower than 100° C., the evaporation of water is not sufficient and the LWO compound 6 may not be sufficiently formed. On the other hand, if the heat treatment temperature exceeds 600° C., the primary particles of the lithium metal composite oxide will sinter and a part of the tungsten will form a solid solution in the layered structure of the lithium metal composite oxide. The discharge capacity may decrease.
一方、タングステン混合物に含まれるタングステン化合物が、水分に溶解せずに固形物として残存している場合、特に固液分離工程後にタングステン化合物を粉末として添加した場合は、この固形物の溶解が十分に行われる間、例えば90℃を超えるまでは昇温速度を0.8〜1.2℃/分とすることが好ましい。タングステン混合物を調整する工程においてもタングステン化合物の粉末は混合物に含まれる水分に溶解されるが、このような昇温速度とすることで、昇温中に固体のタングステン化合物を十分に溶解させ、二次粒子内部の一次粒子表面まで浸透させることができる。なお、固体のタングステン化合物を溶解させる場合には、溶解が十分に行われる間は水分が揮発しないよう密閉された容器内で熱処理することが好ましい。 On the other hand, when the tungsten compound contained in the tungsten mixture remains as a solid without being dissolved in water, particularly when the tungsten compound is added as a powder after the solid-liquid separation step, the solid is sufficiently dissolved. During the operation, it is preferable to set the rate of temperature rise to 0.8 to 1.2° C./minute until the temperature exceeds 90° C., for example. Even in the step of adjusting the tungsten mixture, the powder of the tungsten compound is dissolved in the water contained in the mixture, but such a temperature increasing rate allows the solid tungsten compound to be sufficiently dissolved during the temperature increase. It is possible to penetrate to the surface of the primary particles inside the secondary particles. When the solid tungsten compound is dissolved, it is preferable that the solid tungsten compound is heat-treated in a closed container so that water does not volatilize while the dissolution is sufficiently performed.
熱処理時間は、特に限定されないが、タングステン混合物中の水分を十分に蒸発させてLWO化合物6を形成するという観点から、3時間以上20時間以下とすることが好ましく、5時間以上15時間以下とすることがより好ましい。 The heat treatment time is not particularly limited, but is preferably 3 hours or more and 20 hours or less, and preferably 5 hours or more and 15 hours or less, from the viewpoint of sufficiently evaporating the water in the tungsten mixture to form the LWO compound 6. Is more preferable.
熱処理は、母材の一次粒子表面に存在するリチウム化合物とタングステン化合物を反応させてタングステン化合物を溶解させ、一次粒子表面にタングステンを分散させる第1熱処理を行うことと、第1の熱処理後、第1の熱処理の温度より高い温度で熱処理することにより、リチウムニッケル複合酸化物粒子の一次粒子表面にタングステン酸リチウム化合物を形成させる第2の熱処理を行うことと、を含むことが好ましい。 The heat treatment is performed by reacting a lithium compound existing on the surface of the primary particles of the base material with a tungsten compound to dissolve the tungsten compound, and performing a first heat treatment of dispersing tungsten on the surface of the primary particles; The second heat treatment for forming the lithium tungstate compound on the primary particle surfaces of the lithium-nickel composite oxide particles by performing the heat treatment at a temperature higher than the heat treatment temperature of No. 1 is preferably included.
第1の熱処理において、タングステン化合物を含むタングステン混合物を加熱することで、混合物中に溶出しているリチウムのみならず、母材の一次粒子表面に残存しているリチウム化合物がタングステン化合物と反応して溶解する。これにより、得られるタングステン被覆複合酸化物粒子における余剰リチウムを大幅に低減して電池特性を向上させることができる。さらには、母材中に過剰に存在するリチウムを引き抜く効果も有し、その引き抜かれたリチウムはタングステン化合物と反応し、タングステン被覆複合酸化物粒子となった際の結晶性の向上にも寄与し、電池特性をより高いものとすることができる。第1の熱処理により、タングステンは、タングステン混合物中の水分に十分に溶解し、母材の二次粒子内部の一次粒子間の空隙や不完全な粒界まで浸透し、一次粒子表面にタングステンを分散させることができる。 In the first heat treatment, by heating the tungsten mixture containing the tungsten compound, not only lithium eluted in the mixture but also the lithium compound remaining on the surface of the primary particles of the base material reacts with the tungsten compound. Dissolve. Thereby, surplus lithium in the obtained tungsten-coated composite oxide particles can be significantly reduced and battery characteristics can be improved. Furthermore, it also has an effect of extracting lithium excessively present in the base material, and the extracted lithium reacts with a tungsten compound, which also contributes to improvement of crystallinity when it becomes a tungsten-coated composite oxide particle. The battery characteristics can be improved. By the first heat treatment, tungsten is sufficiently dissolved in water in the tungsten mixture and penetrates into voids between primary particles and incomplete grain boundaries inside the secondary particles of the base material to disperse the tungsten on the surface of the primary particles. Can be made.
第1の熱処理における、熱処理温度は、60〜80℃とすることが好ましい。熱処理温度がこの範囲である場合、反応が十分に進行し、かつタングステンが浸透するまで水分が残存することができ、リチウム化合物とタングステン化合物と反応させ、一次粒子表面にタングステン十分に分散させることができる。第1の熱処理温度が60℃未満の場合、母材の一次粒子表面に存在するリチウム化合物とタングステン化合物の反応が十分に起こらず、必要量のタングステン酸リチウムが合成されないことがある。一方、第1の熱処理温度が80℃より高い場合は、水分の蒸発が早過ぎるため、一次粒子の表面に存在するリチウム化合物とタングステン化合物との反応とタングステンの浸透が十分に進まないことがある。 The heat treatment temperature in the first heat treatment is preferably 60 to 80°C. If the heat treatment temperature is in this range, the reaction can proceed sufficiently, and moisture can remain until the tungsten penetrates, react with the lithium compound and the tungsten compound, and sufficiently disperse the tungsten on the surface of the primary particles. it can. When the first heat treatment temperature is lower than 60° C., the reaction between the lithium compound and the tungsten compound existing on the surface of the primary particles of the base material does not sufficiently occur, and the required amount of lithium tungstate may not be synthesized. On the other hand, when the first heat treatment temperature is higher than 80° C., the evaporation of water is premature, so that the reaction between the lithium compound and the tungsten compound existing on the surface of the primary particles and the infiltration of tungsten may not proceed sufficiently. ..
第1熱処理における加熱時間は、特に限定されないが、リチウム化合物とタングステン化合物が反応し、タングステンを十分に浸透させるため、0.5〜2時間とすることが好ましい。 The heating time in the first heat treatment is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 2 hours because the lithium compound and the tungsten compound react and the tungsten is sufficiently permeated.
第2の熱処理は、第1の熱処理の熱処理温度より高い温度で熱処理することにより、混合物中の水分を十分に蒸発させ、リチウムニッケル複合酸化物粒子の一次粒子表面にタングステン酸リチウム化合物を形成させるものである。
第2の熱処理の熱処理温度は、100℃以上200℃以下とすることが好ましい。第2の熱処理温度が100℃未満では、水分の蒸発が十分ではなく、タングステン酸リチウム化合物が十分に形成されない場合がある。一方、第2の熱処理温度が200℃を超えると、タングステン酸リチウムを介してリチウムニッケル複合酸化物粒子同士がネッキングを形成したり、リチウムニッケル複合酸化物粒子の比表面積が大きく低下したりすることで電池特性が低下してしまうことがある。
The second heat treatment is performed at a temperature higher than the heat treatment temperature of the first heat treatment to sufficiently evaporate the water content in the mixture and form a lithium tungstate compound on the surface of the primary particles of the lithium nickel composite oxide particles. It is a thing.
The heat treatment temperature of the second heat treatment is preferably 100° C. or higher and 200° C. or lower. If the second heat treatment temperature is lower than 100° C., the evaporation of water may not be sufficient and the lithium tungstate compound may not be sufficiently formed. On the other hand, if the second heat treatment temperature exceeds 200° C., the lithium nickel composite oxide particles may form necking via lithium tungstate, or the specific surface area of the lithium nickel composite oxide particles may be significantly reduced. Therefore, the battery characteristics may deteriorate.
第2熱処理の熱処理時間は、特に限定されないが、水分を十分に蒸発させてタングステン酸リチウム化合物を形成させるために1〜15時間とすることが好ましく、5〜12時間とすることが好ましい。 The heat treatment time of the second heat treatment is not particularly limited, but is preferably 1 to 15 hours, and preferably 5 to 12 hours in order to sufficiently evaporate the water to form the lithium tungstate compound.
熱処理(第1の熱処理及び第2の熱処理を含む)における雰囲気は、雰囲気中の水分や炭酸とリチウムニッケル複合酸化物粒子の表面のリチウムの反応を避けるため、脱炭酸空気、不活性ガスまたは真空雰囲気とすることが好ましい。 The atmosphere in the heat treatment (including the first heat treatment and the second heat treatment) is decarbonated air, an inert gas, or a vacuum in order to avoid a reaction between moisture and carbonic acid in the atmosphere and lithium on the surface of the lithium nickel composite oxide particles. The atmosphere is preferable.
次に、図1(B)に示すように、上記方法により得られた第一複合酸化物粒子1と第二複合酸化物2とを、混合することにより、正極活物質10が得られる。第二複合酸化物2の製造方法は、特に限定されず、従来公知のリチウムニッケル複合酸化物粒子の製造方法を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 1B, the positive electrode active material 10 is obtained by mixing the first composite oxide particles 1 and the second composite oxide 2 obtained by the above method. The method for producing the second composite oxide 2 is not particularly limited, and a conventionally known method for producing lithium nickel composite oxide particles can be used.
第二複合酸化物粒子2は、混合する前に水洗することが好ましい。水洗条件は、上述した第一複合酸化物粒子1の母材の水洗と同様の条件を用いることができる。第二複合酸化物粒子を水洗した場合、電池特性を劣化させる過剰な水酸化リチウムや炭酸リチウムなどの未反応のリチウム化合物や硫酸根、その他の不純物元素を除去することができる。 The second composite oxide particles 2 are preferably washed with water before mixing. As the water washing conditions, the same conditions as the above-mentioned water washing of the base material of the first composite oxide particles 1 can be used. When the second composite oxide particles are washed with water, excess unreacted lithium compounds such as lithium hydroxide and lithium carbonate, sulfate radicals, and other impurity elements that deteriorate the battery characteristics can be removed.
第一複合酸化物粒子1と第二複合酸化物粒子2との混合割合は、第一複合酸化物粒子1の量が、正極活物質10に対して10質量%以上となるように、第二複合酸化物粒子2と混合することが好ましい。また、第一複合酸化物粒子1に含まれるタングステン量が、正極活物質10に含まれるNi、Co及びMの原子数の合計対して0.03〜2.5原子%となるように、第一複合酸化物粒子1と第二複合酸化物粒子2を混合することが好ましい。これにより、さらに高い充放電容量と出力特性を両立することができる。 The mixing ratio of the first composite oxide particles 1 and the second composite oxide particles 2 is set so that the amount of the first composite oxide particles 1 is 10% by mass or more with respect to the positive electrode active material 10. It is preferable to mix with the composite oxide particles 2. In addition, the amount of tungsten contained in the first composite oxide particles 1 is 0.03 to 2.5 atom% with respect to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the positive electrode active material 10. It is preferable to mix one composite oxide particle 1 and the second composite oxide particle 2. This makes it possible to achieve both higher charge/discharge capacity and output characteristics.
第一複合酸化物粒子1と第二複合酸化物粒子2とを混合する際には、一般的な混合機を用いることができる。例えば、シェーカーミキサーやレーディゲミキサー、ジュリアミキサー、Vブレンダー、エアーブレンダ―などを用いてタングステン被覆母材の形骸が破壊されない程度で十分に混合してやればよい。 When mixing the first composite oxide particles 1 and the second composite oxide particles 2, a general mixer can be used. For example, a shaker mixer, a Loedige mixer, a Julia mixer, a V blender, an air blender, or the like may be used to thoroughly mix the tungsten-coated base material without destroying the skeleton of the base material.
2.非水系電解質二次電池
本実施形態の非水系電解質二次電池は、正極、負極及び非水系電解液などからなり、一般の非水系電解質二次電池と同様の構成要素により構成される。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、本発明の非水系電解質二次電池は、本明細書に記載されている実施形態を基に、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、本発明の非水系電解質二次電池は、その用途を特に限定するものではない。
2. Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte solution, and the like, and is configured with the same constituent elements as a general non-aqueous electrolyte secondary battery. The embodiments described below are merely examples, and the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is based on the embodiments described in the present specification, and various modifications based on the knowledge of those skilled in the art. It can be implemented in a modified form. The use of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited.
(a)正極
先に述べた非水系電解質二次電池用正極活物質を用い、例えば、以下のようにして、非水系電解質二次電池の正極を作製する。
まず、粉末状の正極活物質、導電材、結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭、粘度調整等の目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製する。
その正極合材ペースト中のそれぞれの混合比も、非水系電解質二次電池の性能を決定する重要な要素となる。溶剤を除いた正極合材の固形分の全質量を100質量部とした場合、一般の非水系電解質二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を60〜95質量部とし、導電材の含有量を1〜20質量部とし、結着剤の含有量を1〜20質量部とすることが好ましい。
(A) Positive Electrode Using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery described above, for example, a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery is manufactured as follows.
First, a powdery positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed and, if necessary, activated carbon, a solvent for the purpose of adjusting viscosity, etc. are added, and this is kneaded to prepare a positive electrode mixture paste.
The respective mixing ratios in the positive electrode mixture paste are also important factors that determine the performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery. When the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material is 60 to 95 parts by mass, and the conductive material is the same as the positive electrode of a general non-aqueous electrolyte secondary battery. The content of the binder is preferably 1 to 20 parts by mass, and the content of the binder is preferably 1 to 20 parts by mass.
得られた正極合材ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して、溶剤を飛散させる。必要に応じ、電極密度を高めるべく、ロールプレス等により加圧することもある。このようにして、シート状の正極を作製することができる。シート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等をして、電池の作製に供することができる。ただし、正極の作製方法は、例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。 The obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of aluminum foil, for example, and dried to scatter the solvent. If necessary, pressure may be applied by a roll press or the like in order to increase the electrode density. In this way, a sheet-shaped positive electrode can be manufactured. The sheet-shaped positive electrode can be cut into an appropriate size according to the intended battery and used for the production of the battery. However, the method for producing the positive electrode is not limited to the example, and other methods may be used.
正極の作製にあたって、導電剤としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など)や、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)などのカーボンブラック系材料などを用いることができる。 In producing the positive electrode, as the conductive agent, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), a carbon black-based material such as acetylene black, Ketjen Black (registered trademark), or the like can be used.
結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などを用いることができる。 The binder plays a role of binding the active material particles, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulosic resin, and polyacryl. An acid or the like can be used.
なお、必要に応じ、正極活物質、導電材、活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加する。溶剤としては、具体的には、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することができる。 If necessary, a positive electrode active material, a conductive material, and activated carbon are dispersed, and a solvent that dissolves the binder is added to the positive electrode mixture. As the solvent, specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used. Activated carbon may be added to the positive electrode mixture to increase the electric double layer capacity.
(b)負極
負極には、金属リチウムやリチウム合金等、あるいは、リチウムイオンを吸蔵及び脱離できる負極活物質に、結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを使用する。
(B) Negative electrode For the negative electrode, a negative electrode mixture material prepared by mixing metallic lithium, a lithium alloy or the like, or a negative electrode active material capable of occluding and desorbing lithium ions with a binder and adding an appropriate solvent to form a paste. Is applied to the surface of a metal foil current collector made of copper or the like, dried, and compressed to increase the electrode density if necessary.
負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等の炭素物質の粉状体を用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、PVDF等の含フッ素樹脂等を用いることができ、これらの活物質及び結着剤を分散させる溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, a natural graphite, artificial graphite, a fired body of an organic compound such as phenol resin, or a powdery body of a carbon material such as coke can be used. In this case, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the negative electrode binder as in the positive electrode, and a solvent for dispersing the active material and the binder may be N-methyl-2-pyrrolidone or the like. Organic solvents can be used.
(c)セパレータ
正極と負極との間には、セパレータを挟み込んで配置する。
セパレータは、正極と負極とを分離し、電解質を保持するものであり、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。
(C) Separator A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode.
The separator separates the positive electrode and the negative electrode and retains the electrolyte, and a thin film of polyethylene, polypropylene, or the like, which has a large number of minute holes, can be used.
(d)非水系電解液
非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。
使用する有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート等の環状カーボネート、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート、さらに、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物、エチルメチルスルホン、ブタンスルトン等の硫黄化合物、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチル等のリン化合物等から選ばれる1種を単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。
支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2等、及びそれらの複合塩を用いることができる。
さらに、非水系電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤及び難燃剤等を含んでいてもよい。
(D) Non-Aqueous Electrolyte Solution The non-aqueous electrolyte solution is a lithium salt as a supporting salt dissolved in an organic solvent.
The organic solvent used, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, cyclic carbonates such as trifluoropropylene carbonate, also, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, chain carbonates such as dipropyl carbonate, further, tetrahydrofuran, A single compound selected from ether compounds such as 2-methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butanesultone, phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, or a mixture of two or more thereof. Can be used.
As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 or the like, and a complex salt thereof can be used.
Furthermore, the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.
(e)電池の形状、構成
以上、説明した正極、負極、セパレータ及び非水系電解液で構成される本発明の非水系電解質二次電池の形状は、円筒型、積層型等、種々のものとすることができる。
いずれの形状を採る場合であっても、正極及び負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、得られた電極体に、非水系電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、及び、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リード等を用いて接続し、電池ケースに密閉して、非水系電解質二次電池を完成させる。
(E) Shape and Configuration of Battery The shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention composed of the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte solution described above is various such as cylindrical type and laminated type. can do.
Whichever shape is adopted, the positive electrode and the negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween to form an electrode body, and the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolytic solution and communicated with the positive electrode current collector and the outside. The non-aqueous electrolyte secondary battery is completed by connecting between the positive electrode terminal and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal communicating with the outside by using a current collecting lead or the like and sealing the battery case. ..
(f)特性
本発明の正極活物質を用いた非水系電解質二次電池は、高容量で高出力となる。
特に、より好ましい形態で得られた本発明による正極活物質を用いた非水系電解質二次電池は、例えば、2032型コイン電池の正極に用いた場合、165mAh/g以上の高い初期放電容量と低い正極抵抗が得られ、さらに高容量で高出力である。また、熱安定性が高く、安全性においても優れているといえる。
なお、本発明における正極抵抗の測定方法を例示すれば、次のようになる。
電気化学的評価手法として一般的な交流インピーダンス法にて電池反応の周波数依存性について測定を行うと、溶液抵抗、負極抵抗と負極容量、及び正極抵抗と正極容量に基づくナイキスト線図が図6のように得られる。
(F) Characteristics The non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material of the present invention has high capacity and high output.
In particular, the non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material according to the present invention obtained in a more preferable form has a high initial discharge capacity of 165 mAh/g or more and a low initial discharge capacity when used for the positive electrode of a 2032 type coin battery, for example. Positive electrode resistance is obtained, and the capacity and output are high. Further, it can be said that it has high thermal stability and is excellent in safety.
The method for measuring the positive electrode resistance according to the present invention will be described below.
When the frequency dependence of the battery reaction is measured by a general AC impedance method as an electrochemical evaluation method, a Nyquist diagram based on the solution resistance, the negative electrode resistance and the negative electrode capacity, and the positive electrode resistance and the positive electrode capacity is shown in FIG. Is obtained as.
電極における電池反応は、電荷移動に伴う抵抗成分と電気二重層による容量成分とからなり、これらを電気回路で表すと抵抗と容量の並列回路となり、電池全体としては溶液抵抗と負極、正極の並列回路を直列に接続した等価回路で表される。
この等価回路を用いて測定したナイキスト線図に対してフィッティング計算を行い、各抵抗成分、容量成分を見積もることができる。
The battery reaction at the electrode consists of a resistance component due to charge transfer and a capacitance component due to the electric double layer. When expressed as an electric circuit, it is a parallel circuit of resistance and capacity. It is represented by an equivalent circuit in which circuits are connected in series.
Fitting calculation is performed on the Nyquist diagram measured using this equivalent circuit, and each resistance component and capacitance component can be estimated.
正極抵抗は、得られるナイキスト線図の低周波数側の半円の直径と等しい。以上のことから、作製される正極について、交流インピーダンス測定を行い、得られたナイキスト線図に対し等価回路でフィッティング計算することで、正極抵抗を見積もることができる。 The positive electrode resistance is equal to the diameter of the semicircle on the low frequency side of the obtained Nyquist diagram. From the above, it is possible to estimate the positive electrode resistance by performing AC impedance measurement on the manufactured positive electrode and performing fitting calculation on the obtained Nyquist diagram with an equivalent circuit.
以下、本発明の実施例を用いて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
本発明により得られた正極活物質を用いた正極を有する二次電池について、その性能(初期放電容量、正極抵抗、サイクル特性)を測定した。
以下、本発明の実施例を用いて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。
The performance (initial discharge capacity, positive electrode resistance, cycle characteristics) of a secondary battery having a positive electrode using the positive electrode active material obtained by the present invention was measured.
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(電池の製造及び評価)
正極活物質の評価には、図7に示す2032型コイン電池CBA(以下、コイン型電池と称す)を使用した。コイン型電池CBAは、図6に示すように、電極ELと、この電極ELを内部に収納するケースCAと、から構成されている。電極ELは、正極PE、セパレータSE1及び負極NEとからなり、この順で並ぶように積層されており、正極PEが正極缶PCの内面に接触し、負極NEが負極缶NCの内面に接触するようにケースCAに収容されている。
(Battery manufacturing and evaluation)
A 2032 type coin battery CBA (hereinafter, referred to as a coin type battery) shown in FIG. 7 was used for evaluation of the positive electrode active material. As shown in FIG. 6, the coin-type battery CBA is composed of an electrode EL and a case CA that houses the electrode EL therein. The electrode EL includes a positive electrode PE, a separator SE1, and a negative electrode NE, which are stacked in this order, and the positive electrode PE contacts the inner surface of the positive electrode can PC and the negative electrode NE contacts the inner surface of the negative electrode can NC. Thus, it is housed in the case CA.
ケースCAは、中空かつ一端が開口された正極缶PCと、この正極缶PCの開口部に配置される負極缶NCとを有しており、負極缶NCを正極缶PCの開口部に配置すると、負極缶NCと正極缶PCとの間に電極ELを収容する空間が形成されるように構成されている。ケースCAはガスケットGAを備えており、このガスケットGAによって、正極缶PCと負極缶NCとの間が非接触の状態を維持するように相対的な移動が固定されている。また、ガスケットGAは、正極缶PCと負極缶NCとの隙間を密封してケースCA内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。 The case CA has a positive electrode can PC which is hollow and one end of which is open, and a negative electrode can NC which is arranged in the opening of the positive electrode can PC. When the negative electrode can NC is arranged in the opening of the positive electrode can PC. A space for housing the electrode EL is formed between the negative electrode can NC and the positive electrode can PC. The case CA includes a gasket GA, and the gasket GA fixes the relative movement of the positive electrode can PC and the negative electrode can NC so as to maintain a non-contact state. Further, the gasket GA also has a function of sealing the gap between the positive electrode can PC and the negative electrode can NC to shut off the inside and outside of the case CA in a gas-tight and liquid-tight manner.
コイン型電池CBAは、以下のようにして製作した。
まず、非水系電解質二次電池用正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、及びポリテトラフッ化エチレン樹脂(PTFE)7.5mgを混合し、100MPaの圧力で直径11mm、厚さ100μmにプレス成形して、正極PEを作製した。作製した正極PEを真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。この正極PEと、負極NE、セパレータSE1及び電解液とを用いて、コイン型電池CBAを、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。
なお、負極NEには、直径14mmの円盤状に打ち抜かれた平均粒径20μm程度の黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極シートを用いた。セパレータSE1には膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。電解液には、1MのLiClO4を支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。
The coin-type battery CBA was manufactured as follows.
First, 52.5 mg of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) were mixed, and press-molded at a pressure of 100 MPa to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm. A positive electrode PE was produced. The produced positive electrode PE was dried in a vacuum dryer at 120° C. for 12 hours. Using the positive electrode PE, the negative electrode NE, the separator SE1, and the electrolytic solution, a coin battery CBA was produced in a glove box in an Ar atmosphere with a dew point controlled at −80° C.
As the negative electrode NE, there was used a negative electrode sheet in which a copper foil was coated with graphite powder having an average particle size of about 20 μm, which was punched into a disk shape with a diameter of 14 mm. A 25-μm-thick polyethylene porous film was used as the separator SE1. As the electrolytic solution, a mixed solution (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1M LiClO 4 as a supporting electrolyte was used.
製造したコイン型電池CBAの性能を示す初期放電容量、正極抵抗は、以下のように評価した。初期放電容量は、コイン型電池CBAを製作してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cm2としてカットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。 The initial discharge capacity and the positive electrode resistance showing the performance of the manufactured coin type battery CBA were evaluated as follows. After the coin-type battery CBA was manufactured, the initial discharge capacity was left for about 24 hours, and after the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) became stable, the current density to the positive electrode was set to 0.1 mA/cm 2 and the cut-off voltage was 4 The initial discharge capacity was defined as the capacity when the battery was charged to 0.3 V, and after being rested for 1 hour, it was discharged to a cutoff voltage of 3.0 V.
正極抵抗は、コイン型電池CBAを充電電位4.1Vで充電して、周波数応答アナライザ及びポテンショガルバノスタット(ソーラトロン製、1255B)を使用して交流インピーダンス法により測定すると、図6に示すナイキストプロットが得られる。このナイキストプロットは、溶液抵抗、負極抵抗とその容量、及び、正極抵抗とその容量を示す特性曲線の和として表しているため、このナイキストプロットに基づき等価回路を用いてフィッティング計算を行い、正極抵抗の値を算出した。なお、正極抵抗は、比較例1を「1.00」とした相対値を算出した。 The positive electrode resistance was measured by the AC impedance method using a frequency response analyzer and a potentiogalvanostat (manufactured by Solartron, 1255B) by charging a coin-type battery CBA with a charging potential of 4.1V, and the Nyquist plot shown in FIG. 6 was obtained. can get. Since this Nyquist plot is expressed as the sum of the characteristic curves showing the solution resistance, the negative electrode resistance and its capacity, and the positive electrode resistance and its capacity, a fitting calculation is performed using an equivalent circuit based on this Nyquist plot, and the positive electrode resistance is calculated. The value of was calculated. The positive electrode resistance was calculated as a relative value with Comparative Example 1 being “1.00”.
なお、本実施例では、複合水酸化物製造、正極活物質及び二次電池の作製には、和光純薬工業株式会社製試薬特級の各試料を使用した。 In this example, each sample of the reagent special grade manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used for the production of the composite hydroxide, the production of the positive electrode active material and the secondary battery.
(実施例1)
[正極活物質の製造]
(第一複合酸化物粒子の製造)
Niを主成分とする酸化物と水酸化リチウムを混合して焼成する公知技術で得られたLi1.020Ni0.91Co0.06Al0.03O2で表されるリチウムニッケル複合酸化物粒子の粉末を母材とした。500gの母材に、25℃の純水を500mL添加し、スラリーとした後、攪拌を15分間行い、水洗した。水洗後のスラリーは、ヌッチェを用いて濾過して、固液分離した。得られた洗浄ケーキの水分率は8.5質量%であった。
母材に含まれるNi、Co及びAlの原子数の合計に対してW量が0.30原子%となるように、洗浄ケーキに酸化タングステン(WO3)を3.58g添加し、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、タングステン混合物を得た。
得られたタングステン混合物はアルミ製袋中に入れ、窒素ガスパージした後にラミネートし、80℃に加温した乾燥機に1時間ほど入れた。加温後はアルミ製袋から取り出し、SUS製容器に入れ替え、190℃に加温した真空乾燥機を用いて10時間、静置乾燥(熱処理)し、その後炉冷した。
得られた乾燥後のタングステン混合物を、目開き38μmの篩にかけ解砕することにより、芯材(母材)の一次粒子表面にタングステン酸リチウム化合物を有するリチウムニッケル複合酸化物粒子(第一複合酸化物粒子)を得た。得られた第一複合酸化物粒子は、余剰リチウム量(タングステン酸リチウム以外のリチウム化合物に含有されるLi量)が0.05質量%以下であることを確認した。
(第二複合酸化物粒子の製造)
Niを主成分とする酸化物と水酸化リチウムを混合して焼成する公知技術で得られたLi1.020Ni0.91Co0.06Al0.03O2で表されるリチウムニッケル複合酸化物粒子の粉末500gに、25℃の純水を667mL添加しスラリーとし、15分間水洗し、固液分離した後、乾燥して第二複合酸化物粒子を得た。得られた第二複合酸化物粒子は、余剰リチウム量が0.05質量%以下であることを確認した。
(第一複合酸化物粒子と第二複合酸化物粒子の混合)
得られたリチウムニッケル複合酸化物粒子(第一複合酸化物粒子)300gに、タングステン酸リチウム化合物を含まないリチウムニッケル複合酸化物(第二複合酸化物粒子)300gを加え、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、正極活物質を得た。得られた正極活物質のタングステン含有量をICP法により分析したところ、タングステン含有量はNi、Co及びAlの原子数の合計に対して0.15原子%であることが確認された。また、得られた正極活物資の硫酸根含有量は、0.05質量%以下でであることが確認された。
(Example 1)
[Manufacture of positive electrode active material]
(Production of first composite oxide particles)
A lithium nickel composite oxide represented by Li 1.020 Ni 0.91 Co 0.06 Al 0.03 O 2 obtained by a known technique in which an oxide containing Ni as a main component and lithium hydroxide are mixed and fired. The powder of material particles was used as the base material. To 500 g of the base material, 500 mL of pure water at 25° C. was added to prepare a slurry, which was then stirred for 15 minutes and washed with water. The slurry after washing with water was filtered using a Nutsche to perform solid-liquid separation. The water content of the obtained washed cake was 8.5% by mass.
3.58 g of tungsten oxide (WO 3 ) was added to the washed cake so that the W content was 0.30 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms contained in the base material, and a shaker mixer device was used. (TURBULA Type T2C manufactured by Willy E. Bakkofen (WAB)) was thoroughly mixed to obtain a tungsten mixture.
The obtained tungsten mixture was placed in an aluminum bag, purged with nitrogen gas, laminated, and placed in a dryer heated to 80° C. for about 1 hour. After heating, it was taken out from the aluminum bag, replaced with a SUS container, and dried by standing still (heat treatment) for 10 hours using a vacuum dryer heated to 190° C., and then furnace cooled.
The obtained tungsten mixture after drying is sieved with a sieve having an opening of 38 μm and crushed to obtain lithium nickel composite oxide particles (first composite oxide) having a lithium tungstate compound on the surface of primary particles of a core material (base material). Object particles) were obtained. It was confirmed that the surplus lithium amount (the amount of Li contained in a lithium compound other than lithium tungstate) in the obtained first composite oxide particles was 0.05% by mass or less.
(Production of second composite oxide particles)
A lithium nickel composite oxide represented by Li 1.020 Ni 0.91 Co 0.06 Al 0.03 O 2 obtained by a known technique in which an oxide containing Ni as a main component and lithium hydroxide are mixed and fired. 667 mL of pure water at 25° C. was added to 500 g of the powder of physical particles to form a slurry, which was washed with water for 15 minutes, solid-liquid separated, and then dried to obtain second composite oxide particles. It was confirmed that the amount of surplus lithium in the obtained second composite oxide particles was 0.05% by mass or less.
(Mixing of first composite oxide particles and second composite oxide particles)
To 300 g of the obtained lithium nickel composite oxide particles (first composite oxide particles), 300 g of lithium nickel composite oxide (second composite oxide particles) containing no lithium tungstate compound was added, and a shaker mixer device (Willy TURBULA Type T2C manufactured by E. Bakofen (WAB) was thoroughly mixed to obtain a positive electrode active material. When the tungsten content of the obtained positive electrode active material was analyzed by the ICP method, it was confirmed that the tungsten content was 0.15 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms. In addition, it was confirmed that the sulfate content of the obtained positive electrode active material was 0.05% by mass or less.
[余剰リチウム分析]
得られた正極活物質の余剰リチウムを、正極活物質から溶出してくるLiを滴定することにより評価した。得られた正極活物質1gに純水10mlを加えて1分間攪拌後、ろ過したろ液のpHを測定しながら塩酸を加えていくことにより出現する中和点から溶出するリチウムの化合物状態を分析して余剰リチウム量を評価した。余剰リチウム量は、正極活物質の全量に対して0.02質量%であった。
[Excessive lithium analysis]
The surplus lithium of the obtained positive electrode active material was evaluated by titrating Li eluted from the positive electrode active material. 10 ml of pure water was added to 1 g of the obtained positive electrode active material, and the mixture was stirred for 1 minute, and the compound state of lithium eluted from the neutralization point that appears when hydrochloric acid is added while measuring the pH of the filtered filtrate is analyzed. Then, the amount of excess lithium was evaluated. The amount of surplus lithium was 0.02 mass% with respect to the total amount of the positive electrode active material.
[電池評価]
得られた正極活物質を使用して作製された正極を有するコイン型電池CBAの電池特性を評価した。なお、正極抵抗は、比較例1を「1.00」とした相対値を評価値とした。初期放電容量は、213.1mAh/gであった。
以下、実施例及び比較例については、比較例1と変更した物質、条件のみを示す。また、実施例及び比較例の初期放電容量及び正極抵抗の評価値を合わせて表1、表2に示す。
[Battery evaluation]
The battery characteristics of the coin-type battery CBA having a positive electrode manufactured using the obtained positive electrode active material were evaluated. The positive electrode resistance was evaluated as a relative value with Comparative Example 1 being “1.00”. The initial discharge capacity was 213.1 mAh/g.
In the following, for Examples and Comparative Examples, only the substances and conditions changed from Comparative Example 1 are shown. Tables 1 and 2 also show the evaluation values of the initial discharge capacity and the positive electrode resistance of the examples and comparative examples.
(実施例2)
リチウムニッケル複合酸化物(母材)に含まれるNi、Co及びAlの原子数の合計に対してW量が0.45原子%となるように、洗浄ケーキに酸化タングステン(WO3)を5.37g添加した以外は実施例1と同様にして、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、タングステン混合物を得た。
得られた混合物はアルミ製袋中に入れ、窒素ガスパージした後にラミネートし、80℃に加温した乾燥機に1時間ほど入れた。加温後はアルミ製袋から取り出し、SUS製容器に入れ替え、190℃に加温した真空乾燥機を用いて10時間、静置乾燥し、その後炉冷した。
得られた乾燥後のタングステン混合物を目開き38μmの篩にかけ解砕することにより、芯材(母材)の一次粒子表面にタングステン酸リチウム化合物を有するリチウムニッケル複合酸化物(第一複合酸化物)を得た。得られた複合酸化物(第一複合酸化物)300gに実施例1と同様にして得たタングステン酸リチウム化合物を含まないリチウムニッケル複合酸化物(第二複合酸化物粒子)600gを加え、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、正極活物質を得た。
得られた正極活物質のタングステン含有量をICP法により分析したところ、タングステン含有量はNi、Co及びAlの原子数の合計に対して0.15原子%であることが確認された。
(Example 2)
5. Tungsten oxide (WO 3 ) was added to the wash cake so that the W content was 0.45 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms contained in the lithium nickel composite oxide (base material). Except that 37 g was added, the mixture was thoroughly mixed in the same manner as in Example 1 using a shaker mixer device (TURBULA Type T2C manufactured by Willy E. Bakkofen (WAB)) to obtain a tungsten mixture.
The obtained mixture was placed in an aluminum bag, purged with nitrogen gas, laminated, and placed in a dryer heated to 80° C. for about 1 hour. After heating, it was taken out from the aluminum bag, replaced with a SUS container, and left to stand and dry for 10 hours using a vacuum dryer heated to 190° C., and then furnace cooled.
A lithium nickel composite oxide (first composite oxide) having a lithium tungstate compound on the surface of primary particles of a core material (matrix) is obtained by crushing the obtained dried tungsten mixture through a sieve having openings of 38 μm. Got To 300 g of the obtained composite oxide (first composite oxide), 600 g of lithium nickel composite oxide (second composite oxide particles) containing no lithium tungstate compound obtained in the same manner as in Example 1 was added, and a shaker mixer was added. Using a device (TURBULA Type T2C manufactured by Willy E. Bakkofen (WAB)), they were thoroughly mixed to obtain a positive electrode active material.
When the tungsten content of the obtained positive electrode active material was analyzed by the ICP method, it was confirmed that the tungsten content was 0.15 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms.
(実施例3)
リチウムニッケル複合酸化物(母材)に含まれるNi、Co及びAlの原子数の合計に対してW量が0.75原子%となるように、洗浄ケーキに酸化タングステン(WO3)を8.98g添加した以外は実施例1と同様にして、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、タングステン混合物を得た。
得られたタングステン混合物はアルミ製袋中に入れ、窒素ガスパージした後にラミネートし、80℃に加温した乾燥機に1時間ほど入れた。加温後はアルミ製袋から取り出し、SUS製容器に入れ替え、190℃に加温した真空乾燥機を用いて10時間、静置乾燥し、その後炉冷した。
得られた乾燥後のタングステン混合物を目開き38μmの篩にかけ解砕することにより、芯材(母材)の一次粒子表面に実施例1と同様にして得たタングステン酸リチウム化合物を有するリチウムニッケル複合酸化物(第一複合酸化物)を得た。
得られた複合酸化物(第一複合酸化物)300gにタングステン酸リチウム化合物を含まないリチウムニッケル複合酸化物(第二複合酸化物粒子)1200gを加え、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、正極活物質を得た。
得られた正極活物質のタングステン含有量をICP法により分析したところ、タングステン含有量はNi、Co及びAlの原子数の合計に対して0.15原子%であることが確認された。
(Example 3)
7. Tungsten oxide (WO 3 ) was added to the wash cake so that the W content was 0.75 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms contained in the lithium nickel composite oxide (base material). Except having added 98 g, it fully mixed using the shaker mixer apparatus (TURBULA TypeT2C by the Willy e Bakkofen (WAB) company) like Example 1, and the tungsten mixture was obtained.
The obtained tungsten mixture was placed in an aluminum bag, purged with nitrogen gas, laminated, and placed in a dryer heated to 80° C. for about 1 hour. After heating, it was taken out from the aluminum bag, replaced with a SUS container, and left to stand and dry for 10 hours using a vacuum dryer heated to 190° C., and then furnace cooled.
A lithium nickel composite having the lithium tungstate compound obtained in the same manner as in Example 1 on the primary particle surface of the core material (base material) was obtained by crushing the obtained dried tungsten mixture through a sieve having an opening of 38 μm and crushing. An oxide (first composite oxide) was obtained.
To 300 g of the obtained composite oxide (first composite oxide), 1200 g of lithium nickel composite oxide (second composite oxide particles) containing no lithium tungstate compound was added, and a shaker mixer device (Willie & Bakkofen (WAB ) TURBULA Type T2C manufactured by KK) was sufficiently mixed to obtain a positive electrode active material.
When the tungsten content of the obtained positive electrode active material was analyzed by the ICP method, it was confirmed that the tungsten content was 0.15 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms.
(実施例4)
500gの母材に、25℃の純水を667mL添加しスラリーとし、15分間の水洗を行った。水洗後はヌッチェを用いて濾過することで固液分離した。洗浄ケーキの水分率は8.5質量%であった。
リチウムニッケル複合酸化物(母材)に含まれるNi、Co及びAlの原子数の合計に対してW量が0.30原子%となるように、洗浄ケーキにタングステン酸リチウム(LWO:Li2WO4)を4.04g添加し、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、タングステン混合物を得た。
得られたタングステン混合物はアルミ製袋中に入れ、窒素ガスパージした後にラミネートし、80℃に加温した乾燥機に1時間ほど入れた。加温後はアルミ製袋から取り出し、SUS製容器に入れ替え、190℃に加温した真空乾燥機を用いて10時間、静置乾燥し、その後炉冷した。
得られた乾燥後のタングステン混合物を目開き38μmの篩にかけ解砕することにより、芯材(母材)の一次粒子表面にタングステン酸リチウム化合物を有するリチウムニッケル複合酸化物(第一複合酸化物)を得た。
得られた複合酸化物(第一複合酸化物)300gに実施例1と同様にして得たタングステン酸リチウム化合物を含まないリチウムニッケル複合酸化物(第二複合酸化物粒子)300gを加え、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、混合正極活物質を得た。
得られた正極活物質のタングステン含有量をICP法により分析したところ、タングステン含有量はNi、Co及びAlの原子数の合計に対して0.15原子%であることが確認された。
(Example 4)
667 mL of pure water at 25° C. was added to 500 g of the base material to form a slurry, which was washed with water for 15 minutes. After washing with water, solid-liquid separation was performed by filtering using a Nutsche. The water content of the washed cake was 8.5% by mass.
Lithium tungstate (LWO: Li 2 WO) was added to the wash cake so that the W content was 0.30 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms contained in the lithium nickel composite oxide (base material). 4 ) was added and thoroughly mixed using a shaker mixer device (TURBULA Type T2C manufactured by Willy E. Bakkofen (WAB)) to obtain a tungsten mixture.
The obtained tungsten mixture was placed in an aluminum bag, purged with nitrogen gas, laminated, and placed in a dryer heated to 80° C. for about 1 hour. After heating, it was taken out from the aluminum bag, replaced with a SUS container, and left to stand and dry for 10 hours using a vacuum dryer heated to 190° C., and then furnace cooled.
A lithium nickel composite oxide (first composite oxide) having a lithium tungstate compound on the surface of primary particles of a core material (matrix) is obtained by crushing the obtained dried tungsten mixture through a sieve having openings of 38 μm. Got
To 300 g of the obtained composite oxide (first composite oxide), 300 g of lithium nickel composite oxide (second composite oxide particles) containing no lithium tungstate compound obtained in the same manner as in Example 1 was added, and a shaker mixer was added. A device (TURBULA Type T2C manufactured by Willy E. Bakkofen (WAB)) was used for thorough mixing to obtain a mixed positive electrode active material.
When the tungsten content of the obtained positive electrode active material was analyzed by the ICP method, it was confirmed that the tungsten content was 0.15 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms.
(実施例5)
500gの母材に、25℃の純水を667mL添加しスラリーとし、15分間の水洗を行った。水洗後はヌッチェを用いて濾過することで固液分離した。洗浄ケーキの水分率は8.5質量%であった。
リチウムニッケル複合酸化物(母材)に含まれるNi、Co及びAlの原子数の合計に対してW量が0.45原子%となるように、洗浄ケーキにタングステン酸リチウム(LWO:Li2WO4)を6.06g添加し、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、タングステン混合物を得た。
得られたタングステン混合物はアルミ製袋中に入れ、窒素ガスパージした後にラミネートし、80℃に加温した乾燥機に1時間ほど入れた。加温後はアルミ製袋から取り出し、SUS製容器に入れ替え、190℃に加温した真空乾燥機を用いて10時間、静置乾燥し、その後炉冷した。
得られた乾燥後のタングステン混合物を目開き38μmの篩にかけ解砕することにより、芯材(母材)の一次粒子表面にタングステン酸リチウム化合物(第一複合酸化物)を有するリチウムニッケル複合酸化物を得た。
得られた複合酸化物(第一複合酸化物)300gに実施例1と同様にして得たタングステン酸リチウム化合物を含まないリチウムニッケル複合酸化物(第二複合酸化物)600gを加え、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、正極活物質を得た。
得られた正極活物質のタングステン含有量をICP法により分析したところ、タングステン含有量はNi、Co及びAlの原子数の合計に対して0.15原子%であることが確認された。
(Example 5)
667 mL of pure water at 25° C. was added to 500 g of the base material to form a slurry, which was washed with water for 15 minutes. After washing with water, solid-liquid separation was performed by filtering using a Nutsche. The water content of the washed cake was 8.5% by mass.
Lithium tungstate (LWO: Li 2 WO) was added to the wash cake so that the W content was 0.45 atom% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms contained in the lithium nickel composite oxide (base material). 4 ) was added and thoroughly mixed using a shaker mixer device (TURBULA Type T2C manufactured by Willy E. Bakkofen (WAB)) to obtain a tungsten mixture.
The obtained tungsten mixture was placed in an aluminum bag, purged with nitrogen gas, laminated, and placed in a dryer heated to 80° C. for about 1 hour. After heating, it was taken out from the aluminum bag, replaced with a SUS container, and left to stand and dry for 10 hours using a vacuum dryer heated to 190° C., and then furnace cooled.
A lithium nickel composite oxide having a lithium tungstate compound (first composite oxide) on the surface of primary particles of a core material (matrix) by crushing the obtained dried tungsten mixture through a sieve having an opening of 38 μm. Got
To 300 g of the obtained composite oxide (first composite oxide), 600 g of lithium nickel composite oxide (second composite oxide) containing no lithium tungstate compound obtained in the same manner as in Example 1 was added, and a shaker mixer device was added. (TURBULA Type T2C manufactured by Willy E. Bakkofen (WAB)) was thoroughly mixed to obtain a positive electrode active material.
When the tungsten content of the obtained positive electrode active material was analyzed by the ICP method, it was confirmed that the tungsten content was 0.15 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms.
(実施例6)
500gの母材に、25℃の純水を667mL添加しスラリーとし、15分間の水洗を行った。水洗後はヌッチェを用いて濾過することで固液分離した。洗浄ケーキの水分率は8.5質量%であった。
リチウムニッケル複合酸化物(母材)に含まれるNi、Co及びAlの原子数の合計に対してW量が0.75原子%となるように、洗浄ケーキにタングステン酸リチウム(LWO:Li2WO4)を10.14g添加し、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、タングステン混合物を得た。
得られたタングステン混合物はアルミ製袋中に入れ、窒素ガスパージした後にラミネートし、80℃に加温した乾燥機に1時間ほど入れた。加温後はアルミ製袋から取り出し、SUS製容器に入れ替え、190℃に加温した真空乾燥機を用いて10時間、静置乾燥し、その後炉冷した。
得られた乾燥後のタングステン混合物を目開き38μmの篩にかけ解砕することにより、芯材(母材)の一次粒子表面にタングステン酸リチウム化合物(第一複合酸化物)を有するリチウムニッケル複合酸化物を得た。
得られた複合酸化物(第一複合酸化物)300gに実施例1と同様にして得たタングステン酸リチウム化合物を含まないリチウムニッケル複合酸化物(第二複合酸化物)1200gを加え、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合し、混合正極活物質を得た。
得られた正極活物質のタングステン含有量をICP法により分析したところ、タングステン含有量はNi、Co及びAlの原子数の合計に対して0.15原子%であることが確認された。
(Example 6)
667 mL of pure water at 25° C. was added to 500 g of the base material to form a slurry, which was washed with water for 15 minutes. After washing with water, solid-liquid separation was performed by filtering using a Nutsche. The water content of the washed cake was 8.5% by mass.
Lithium tungstate (LWO: Li 2 WO) was added to the wash cake so that the W content was 0.75 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms contained in the lithium nickel composite oxide (base material). 4 ) was added and thoroughly mixed using a shaker mixer device (TURBULA Type T2C manufactured by Willy E. Bakkofen (WAB)) to obtain a tungsten mixture.
The obtained tungsten mixture was placed in an aluminum bag, purged with nitrogen gas, laminated, and placed in a dryer heated to 80° C. for about 1 hour. After heating, it was taken out from the aluminum bag, replaced with a SUS container, and left to stand and dry for 10 hours using a vacuum dryer heated to 190° C., and then furnace cooled.
A lithium nickel composite oxide having a lithium tungstate compound (first composite oxide) on the surface of primary particles of a core material (matrix) by crushing the obtained dried tungsten mixture through a sieve having an opening of 38 μm. Got
To 300 g of the obtained composite oxide (first composite oxide), 1200 g of lithium nickel composite oxide (second composite oxide) containing no lithium tungstate compound obtained in the same manner as in Example 1 was added, and a shaker mixer device was added. (TURBULA Type T2C manufactured by Willy E. Bakkofen (WAB)) was thoroughly mixed to obtain a mixed positive electrode active material.
When the tungsten content of the obtained positive electrode active material was analyzed by the ICP method, it was confirmed that the tungsten content was 0.15 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms.
(比較例1)
500gの上記母材と同様の組成のリチウムニッケル複合酸化物粒子に、25℃の純水を500mL添加してスラリーとしたこと、固液分離後の洗浄ケーキにタングステン化合物を添加しなかったこと以外は、実施例1の第一複合酸化物と同様にして複合酸化物粒子(第二複合酸化物に相当)を得て、これを正極活物質とした。
(Comparative Example 1)
Except that 500 mL of pure water at 25° C. was added to 500 g of lithium nickel composite oxide particles having the same composition as the above base material to form a slurry, and no tungsten compound was added to the wash cake after solid-liquid separation. In the same manner as in the first composite oxide of Example 1, composite oxide particles (corresponding to the second composite oxide) were obtained and used as the positive electrode active material.
(比較例2)
500gの母材と同様の組成のリチウムニッケル複合酸化物粒子に、25℃の純水を667mL添加してスラリーとしたこと、固液分離後の洗浄ケーキにタングステン化合物を添加しなかったこと以外は、実施例1の第一複合酸化物と同様にして複合酸化物粒子(第二複合酸化物に相当)を得て、これを正極活物質とした。
(Comparative example 2)
Except that 667 mL of pure water at 25° C. was added to lithium nickel composite oxide particles having the same composition as the base material of 500 g to form a slurry, and no tungsten compound was added to the wash cake after solid-liquid separation. A composite oxide particle (corresponding to the second composite oxide) was obtained in the same manner as the first composite oxide of Example 1, and was used as the positive electrode active material.
(比較例3)
500gの母材に、25℃の純水を667mL添加してスラリーとしたこと、固液分離後の洗浄ケーキにタングステン化合物を添加しなかったこと以外は、実施例1の第一複合酸化物と同様にして複合酸化物粒子(第二複合酸化物に相当)を得た。得られた複合酸化物粒子(第二複合酸化物に相当)に、タングステン酸リチウム(LWO:Li2WO4)粉末2.0gを添加し、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合して、正極活物質を得た。
得られた正極活物質のタングステン含有量をICP法により分析したところ、タングステン含有量はNi、Co及びAlの原子数の合計に対して0.15原子%であることが確認された。
(Comparative example 3)
The first composite oxide of Example 1 except that 667 mL of pure water at 25° C. was added to 500 g of the base material to form a slurry, and the tungsten compound was not added to the wash cake after solid-liquid separation. In the same manner, composite oxide particles (corresponding to the second composite oxide) were obtained. 2.0 g of lithium tungstate (LWO:Li 2 WO 4 ) powder was added to the obtained composite oxide particles (corresponding to the second composite oxide), and a shaker mixer device (Willie & Bakkofen (WAB) Co., Ltd.) was used. (TURBULA Type T2C manufactured by TURBULA) was thoroughly mixed to obtain a positive electrode active material.
When the tungsten content of the obtained positive electrode active material was analyzed by the ICP method, it was confirmed that the tungsten content was 0.15 atomic% with respect to the total number of Ni, Co and Al atoms.
[評価]
表1、表2から明らかなように、実施例の正極活物質は、本発明に従って製造されたため、初期放電容量が高く、正極抵抗も低いものとなっており、比較例1、2に比べて優れた電池特性を示す。また、図3は、本発明の実施例で得られた正極活物質の断面SEM観察結果の一例を示すが、得られた正極活物質は一次粒子及び一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、一次粒子表面にタングステン酸リチウムが形成されていることが確認された。タングステン酸リチウムを含む微粒子を図3において丸で囲んで示す。
[Evaluation]
As is clear from Tables 1 and 2, the positive electrode active materials of the examples have high initial discharge capacities and low positive electrode resistances, since they are manufactured according to the present invention, and thus are more positive than those of Comparative Examples 1 and 2. It exhibits excellent battery characteristics. Further, FIG. 3 shows an example of a cross-sectional SEM observation result of the positive electrode active material obtained in the example of the present invention. The positive electrode active material obtained is a secondary particle formed by aggregating primary particles and primary particles. It was confirmed that lithium tungstate was formed on the surface of the primary particles composed of particles. The fine particles containing lithium tungstate are circled in FIG.
一方、比較例1及び比較例2では、一次粒子表面にタングステン酸リチウムを含む微粒子が形成されていないため、正極抵抗が大幅に高く、高出力化の要求に対応することは困難である。また、比較例3では、タングステン酸リチウムを添加したことによる抵抗低減効果はあるが、リチウムニッケル複合酸化物の一次粒子表面にタングステン酸リチウム化合物が形成されていないため、初期放電容量が低い電池となっている。 On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, since fine particles containing lithium tungstate are not formed on the surface of the primary particles, the positive electrode resistance is significantly high, and it is difficult to meet the demand for higher output. Further, in Comparative Example 3, although the resistance reducing effect is obtained by adding lithium tungstate, since the lithium tungstate compound is not formed on the surface of the primary particles of the lithium nickel composite oxide, the battery having a low initial discharge capacity is obtained. Is becoming
本発明の正極活物質を用いた非水系電解質二次電池は、常に高容量を要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末など)の電源に好適に用いられ、高出力が要求される電気自動車用電池にも好適に用いることができる。また、本発明の非水系電解質二次電池は、優れた安全性を有し、小型化、高出力化が可能であることから、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源として好適に用いることができる。なお、本発明の正極活物質を用いた非水系電解質二次電池は、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車用の電源のみならず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃焼機関と併用するいわゆるハイブリッド車用の電源としても用いることができる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material of the present invention is suitable for use as a power source for small portable electronic devices (notebook personal computers, mobile phone terminals, etc.) that always require high capacity, and has high output. It can also be suitably used for a required battery for an electric vehicle. In addition, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has excellent safety, can be downsized, and has high output, and thus can be suitably used as a power source for an electric vehicle that is restricted in mounting space. it can. The non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material of the present invention is not only a power source for an electric vehicle driven purely by electric energy but also a so-called hybrid vehicle used in combination with a combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine. It can also be used as a power source.
1…第一のリチウムニッケル複合酸化物
2…第二のリチウムニッケル複合酸化物
3、3a、3b…一次粒子(第一のリチウムニッケル複合酸化物)
4…二次粒子(第一のリチウムニッケル複合酸化物)
5…芯材
6、6a、6b…タングステン酸リチウム
7…一次粒子(第二のリチウムニッケル複合酸化物)
8…二次粒子(第二のリチウムニッケル複合酸化物)
10…正極活物質
CBA…コイン型電池
CA…ケース
PC…正極缶
NC…負極缶
GA…ガスケット
EL…電極
PE…正極
NE…負極
SE1…セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... 1st lithium nickel composite oxide 2... 2nd lithium nickel composite oxide 3, 3a, 3b... Primary particle (1st lithium nickel composite oxide)
4... Secondary particles (first lithium-nickel composite oxide)
5... Core material 6, 6a, 6b... Lithium tungstate 7... Primary particles (second lithium nickel composite oxide)
8... Secondary particles (second lithium nickel composite oxide)
10... Positive electrode active material CBA... Coin type battery CA... Case PC... Positive electrode can NC... Negative electrode can GA... Gasket EL... Electrode PE... Positive electrode NE... Negative electrode SE1... Separator
Claims (23)
前記第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子は、組成がLiz1Ni1−x1−y1Cox1M1 y1O2(ただし、0≦x1≦0.35、0≦y1≦0.35、0.95≦z1≦1.15、M1はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子からなる芯材と、前記第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子の表面及び内部に位置する前記一次粒子の表面の少なくとも一部に存在するタングステン酸リチウムと、から構成され、
前記第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子は、組成がLiz2Ni1−x2−y2Cox2M2 y2O2(ただし、0≦x2≦0.35、0≦y2≦0.35、0.95≦z2≦1.15、M2はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子から構成される、
ことを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 Mixing the first lithium nickel composite oxide particles containing lithium tungstate and second lithium nickel composite oxide particles not containing lithium tungstate,
The composition of the first lithium nickel composite oxide particles is Li z1 Ni 1-x1-y1 Co x1 M 1 y1 O 2 (where 0≦x1≦0.35, 0≦y1≦0.35, 0. 95 ≦ z1 ≦ 1.15, M 1 is Mn, V, Mg, Mo, Nb, represented by at least one element) selected from Ti and Al, the secondary particle child plurality of primary particles are aggregated to each other Consisting of a core material and a lithium tungstate present on at least a part of the surface of the primary particles located inside and on the surface of the first lithium nickel composite oxide particles,
The composition of the second lithium nickel composite oxide particles is Li z2 Ni 1-x2-y2 Co x2 M 2 y2 O 2 (where 0≦x2≦0.35, 0≦y2≦0.35, 0. 95≦z2≦1.15, M 2 is represented by at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al), and is composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated with each other. Will be
A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising:
組成がLiz3Ni1−x3−y3Cox3M1 y3O2(ただし、0.00≦x3≦0.35、0.00≦y3≦0.35、0.95≦z3≦1.20、M1はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなる母材と、
前記母材全量に対して2質量%以上の水分と、
タングステン化合物、又は、タングステン化合物及びタングステンを含まないリチウム化合物と、
を含有したタングステン混合物を調整すること、と
得られた前記タングステン混合物を熱処理して前記母材の表面及び内部の一次粒子の表面に、タングステン酸リチウムを形成させ、前記第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子を得ること、と
を備え、
前記タングステン混合物は、含有されるタングステン全量に対する、前記水分及びタングステン化合物、又は、水分、タングステン化合物及びリチウム化合物、に含有されるリチウム全量のモル比が5以下である、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 Before the mixing,
The composition is Li z3 Ni 1-x3-y3 Co x3 M 1 y3 O 2 (however, 0.00≦x3≦0.35, 0.00≦y3≦0.35, 0.95≦z3≦1.20, M 1 is represented by at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al), and a base material composed of secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles,
2% by mass or more of water with respect to the total amount of the base material,
A tungsten compound, or a lithium compound containing no tungsten compound and tungsten,
Adjusting the tungsten mixture containing, and heat-treating the obtained tungsten mixture to form lithium tungstate on the surface of the base material and the surface of the primary particles inside, and the first lithium nickel composite oxide To obtain object particles,
In the tungsten mixture, the molar ratio of the total amount of lithium contained in the water and the tungsten compound, or the water, the tungsten compound and the lithium compound, to the total amount of contained tungsten is 5 or less.
The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5.
前記第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子は、組成がLiz1Ni1−x1−y1Cox1M1 y1O2(ただし、0≦x1≦0.35、0≦y1≦0.35、0.95≦z1≦1.15、M1はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子からなる芯材と、前記第一のリチウムニッケル複合酸化物粒子の表面及び内部に位置する前記一次粒子の表面の少なくとも一部に存在するタングステン酸リチウムと、から構成され、
前記第二のリチウムニッケル複合酸化物粒子は、組成がLiz2Ni1−x2−y2Cox2M2 y2O2(ただし、0≦x2≦0.35、0≦y2≦0.35、0.95≦z2≦1.15、M2はMn、V、Mg、Mo、Nb、Ti及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表され、複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子から構成される、
ことを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質。 Includes first lithium nickel composite oxide particles containing lithium tungstate, and second lithium nickel composite oxide particles not containing lithium tungstate,
The composition of the first lithium nickel composite oxide particles is Li z1 Ni 1-x1-y1 Co x1 M 1 y1 O 2 (where 0≦x1≦0.35, 0≦y1≦0.35, 0. 95 ≦ z1 ≦ 1.15, M 1 is Mn, V, Mg, Mo, Nb, represented by at least one element) selected from Ti and Al, the secondary particle child plurality of primary particles are aggregated to each other Consisting of a core material and a lithium tungstate present on at least a part of the surface of the primary particles located inside and on the surface of the first lithium nickel composite oxide particles,
The composition of the second lithium nickel composite oxide particles is Li z2 Ni 1-x2-y2 Co x2 M 2 y2 O 2 (where 0≦x2≦0.35, 0≦y2≦0.35, 0. 95≦z2≦1.15, M 2 is represented by at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al), and is composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated with each other. Will be
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising:
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