JP6895105B2 - A method for producing nickel-manganese composite hydroxide particles and a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. - Google Patents

A method for producing nickel-manganese composite hydroxide particles and a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. Download PDF

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Description

本発明は、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子の製造方法、および非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing nickel-manganese composite hydroxide particles and a method for producing a positive electrode active material for 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非水系電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、モータ駆動用電源、特に輸送機器用電源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 personal computers, the development of a small and lightweight non-aqueous electrolyte secondary battery having a high energy density has been strongly desired. Further, it is strongly desired to develop a high output secondary battery as a battery for a power source for driving a motor, particularly a power source for transportation equipment.

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。非水系電解質二次電池は、負極、正極、電解液などで構成され、負極および正極の活物質として、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が用いられている。 As a secondary battery satisfying such a requirement, there is a non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium ion secondary battery. The non-aqueous electrolyte 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 for the negative electrode and the positive electrode.

非水系電解質二次電池については、現在研究開発が盛んに行われているところであるが、その中でも、層状またはスピネル型のリチウム金属複合酸化物を正極材料に用いた非水系電解質二次電池は、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。 Currently, research and development are being actively carried out on non-aqueous electrolyte secondary batteries. Among them, non-aqueous electrolyte secondary batteries using a layered or spinel-type lithium metal composite oxide as a positive electrode material are used. Since a high voltage of 4V class can be obtained, it is being put into practical use as a battery having a high energy density.

かかる非水系電解質二次電池として、現在、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)や、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウム遷移金属複合酸化物(LiNiO2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5O2)などのリチウム複合酸化物を正極活物質に用いたリチウムイオン二次電池が提案されている。 As such non-aqueous electrolyte secondary batteries, lithium cobalt composite oxide (LiCoO2), which is relatively easy to synthesize, lithium transition metal composite oxide (LiNiO2) using nickel, which is cheaper than cobalt, and lithium nickel cobalt manganese are currently used. Lithium composite oxides such as composite oxides (LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2), lithium manganese composite oxides using manganese (LiMn2O4), and lithium nickel manganese composite oxides (LiNi0.5Mn0.5O2) are used as positive electrode active materials. The lithium ion secondary battery used has been proposed.

非水系電解質二次電池に用いられる正極活物質の中でも、近年、埋蔵量の少ないコバルトの使用量を低減できるとともに高容量であるリチウム遷移金属複合酸化物(LiNiO)や、さらに熱安定性にも優れているリチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5)、またさらにサイクル特性が良く、低抵抗で高出力が取り出せるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)が注目されている。非水系電解質二次電池の活物質に関する技術文献として、例えば、特許文献1〜6が挙げられる。 Among the positive electrode active materials used in non-aqueous electrolyte secondary batteries, in recent years, the amount of cobalt, which has a small reserve, can be reduced, and the lithium transition metal composite oxide (LiNiO 2 ), which has a high capacity, and further thermal stability. Lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 ), which is also excellent, and lithium-nickel cobalt-manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co), which has better cycle characteristics and high output with low resistance. 1/3 Mn 1/3 O 2 ) is drawing attention. Examples of technical documents relating to active materials of non-aqueous electrolyte secondary batteries include Patent Documents 1 to 6.

特開平8−321300号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-321300 特開平10−74516号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-74516 特開平10−83816号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-83816 特開平10−74517号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-74517 特開2011−119092号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-119092 特開2012−246199号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-246199

ところで、リチウムイオン二次電池の用途のなかには、ハイレートでの放電(急速放電)を繰り返す態様で使用されることが想定されるものがある。車両の動力源として用いられるリチウムイオン二次電池、例えば、動力源としてリチウムイオン二次電池と内燃機関等のように作動原理の異なる他の動力源とを併用するハイブリッド車両に搭載されるリチウム二次イオン電池は、このような使用態様が想定されるリチウムイオン二次電池の代表例である。しかし、従来の一般的なリチウムイオン二次電池は、ローレートでの充放電サイクルに対しては比較的高い耐久性を示すものであっても、ハイレート放電を伴う充放電サイクルに対しては内部抵抗の上昇等の性能劣化を起こしやすいものであった。 By the way, some applications of lithium ion secondary batteries are expected to be used in a mode in which discharge at a high rate (rapid discharge) is repeated. A lithium ion secondary battery used as a vehicle power source, for example, a lithium secondary battery mounted on a hybrid vehicle in which a lithium ion secondary battery is used as a power source and another power source having a different operating principle such as an internal combustion engine is used in combination. The secondary ion battery is a typical example of a lithium ion secondary battery that is expected to be used in this way. However, even though a conventional general lithium-ion secondary battery exhibits relatively high durability for a low-rate charge / discharge cycle, it has an internal resistance for a charge / discharge cycle accompanied by a high-rate discharge. It was easy to cause performance deterioration such as an increase in the battery.

このようなハイレート放電における性能劣化を改善するため、例えば、特許文献1には、リチウム二次電池の正極または負極を多孔質中空構造の活物質から構成する技術が記載されている。かかる多孔質中空構造の活物質によると、電解液との接触面積が大きくなってリチウムイオンの移動が容易になり、またリチウムの挿入に伴う活物質の体積膨張による歪みが抑えられること等から、急速充電が可能で高容量・長寿命のリチウム電池が得られるとされている。 In order to improve the performance deterioration in such high-rate discharge, for example, Patent Document 1 describes a technique in which the positive electrode or the negative electrode of a lithium secondary battery is made of an active material having a porous hollow structure. According to the active material having such a porous hollow structure, the contact area with the electrolytic solution becomes large, the movement of lithium ions becomes easy, and the strain due to the volume expansion of the active material due to the insertion of lithium is suppressed. It is said that a lithium battery with high capacity and long life can be obtained by quick charging.

また、特許文献2〜4には、一次粒子が集合した中空球形の二次粒子であってその表面に内部に通じる多数の隙間が存在する複合酸化物粒子(リチウムコバルト複合酸化物粒子またはスピネル型リチウムマンガン複合酸化物粒子)を正極活物質として用いることにより、非水電解液との接触面積を大きくして正極活物質の利用率を向上させ得ることが記載されている。 Further, in Patent Documents 2 to 4, composite oxide particles (lithium cobalt composite oxide particles or spinel type) which are hollow spherical secondary particles in which primary particles are aggregated and have a large number of gaps leading to the inside on the surface thereof. It is described that the utilization rate of the positive electrode active material can be improved by increasing the contact area with the non-aqueous electrolytic solution by using the lithium manganese composite oxide particles) as the positive electrode active material.

特許文献5には、リチウム遷移金属酸化物の一次粒子が複数集合した二次粒子と、その内側に形成された中空部とを有する中空構造により、高出力化に適した性能を示し且つ充放電サイクルによる劣化の少ない活物質粒子が得られうることが記載されている。 Patent Document 5 describes a hollow structure having a secondary particle in which a plurality of primary particles of a lithium transition metal oxide are aggregated and a hollow portion formed inside the secondary particle, thereby exhibiting performance suitable for high output and charging / discharging. It is described that active material particles with less deterioration due to the cycle can be obtained.

更に、特許文献6には、酸化性雰囲気中で核生成を行う核生成工程と、その核生成工程において形成された核を含有する粒子成長用水溶液を、液温25℃基準におけるpH値が10.5〜12.0の範囲で核生成段階より低くなるように制御するとともに、粒子成長工程の途中で酸化性雰囲気から酸素濃度1容量%以下の酸素と不活性ガスの混合雰囲気に切り替えることで中空構造を形成した前駆体およびその前駆体を焼成して得た活物質が提案されている。 Further, Patent Document 6 describes a nucleation step in which nucleation is performed in an oxidizing atmosphere and a particle growth aqueous solution containing nuclei formed in the nucleation step having a pH value of 10 based on a liquid temperature of 25 ° C. By controlling the particle to be lower than the nucleation stage in the range of 5 to 12.0, and by switching from an oxidizing atmosphere to a mixed atmosphere of oxygen and an inert gas having an oxygen concentration of 1% by volume or less in the middle of the particle growth process. A precursor having a hollow structure and an active material obtained by calcining the precursor have been proposed.

しかしながら、従来の活物質は、吸油量が低く、電池の正極として使用される際に活物質内に含まれる電解液の量が十分でなく、出力特性、特にハイレート放電において満足できる出力が得られないという問題があった。したがって、出力特性を改善するため、更に吸油量が高い正極活物質が要求されていた。 However, the conventional active material has a low oil absorption amount, and when used as a positive electrode of a battery, the amount of the electrolytic solution contained in the active material is not sufficient, and a satisfactory output characteristic, particularly in high-rate discharge, can be obtained. There was a problem that there was no. Therefore, in order to improve the output characteristics, a positive electrode active material having a higher oil absorption amount has been required.

本発明は、上述した問題点に鑑み、吸油量が高く、非水系電解質二次電池に用いた場合に、出力特性の改善が可能な非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法と、該正極活物質の前駆体として用いられるニッケルマンガン複合水酸化物粒子の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which has a high oil absorption and can improve output characteristics when used in a non-aqueous electrolyte secondary battery. An object of the present invention is to provide a method for producing nickel-manganese composite hydroxide particles used as a precursor of the positive electrode active material.

本発明者は、非水系電解質二次電池の正極活物質として用いた場合に、優れた出力特性を発揮できるリチウム遷移金属複合酸化物について鋭意検討した結果、反応溶液のpH値によって核生成を行う核生成工程と、その核を成長させる粒子成長工程とに分離して正極活物質の前駆体を得る製造方法において、核生成工程と粒子成長工程の初期までに形成される種粒子の密度を制御して前駆体を得ることにより、該前駆体を用いて製造された正極活物質は高い吸油量を有し、非水系電解質二次電池に用いられた際の出力特性が改善されるとの知見を得て、本発明を完成した。 As a result of diligent studies on a lithium transition metal composite oxide capable of exhibiting excellent output characteristics when used as a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the present inventor performs nucleation based on the pH value of the reaction solution. In the production method of obtaining a precursor of the positive electrode active material by separating the nucleation step and the particle growth step for growing the nuclei, the density of seed particles formed by the initial stage of the nucleation step and the particle growth step is controlled. It was found that the positive electrode active material produced by using the precursor has a high oil absorption and the output characteristics when used in a non-aqueous electrolyte secondary battery are improved. The present invention was completed.

すなわち、本発明の 一般式:NiMnCo(OH)2+α(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦α≦0.5、Mは添加元素であり、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される非水系電解質二次電池用正極活物質の前駆体となるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子の製造方法であって、
少なくともニッケルを含有する金属化合物およびマンガンを含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体とを含む核生成用水溶液を、液温25℃基準でpH値が12.0〜14.0となるように制御して、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気中で核生成を行う核生成工程と、
該核生成工程において形成された核を含有する粒子成長用水溶液に、少なくともニッケルを含有する金属化合物およびマンガンを含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体を供給し、液温25℃基準におけるpH値が10.5〜12.0、かつ、核生成工程におけるpH値よりも低いpH値となるように制御して種粒子生成を行う種粒子生成工程と、
該種粒子生成工程において形成された種粒子を含有する粒子成長用スラリーに、少なくともニッケルを含有する金属化合物およびマンガンを含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体を供給するとともに、前記酸化性雰囲気から酸素濃度1容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替え、前記種粒子を成長させる粒子成長工程とを備え、
前記スラリーの固形分密度(g/L)を該スラリーの遠沈沈降体積(cm/L)で除することによって得られる前記種粒子の遠心沈降密度を0.39g/cm以下に制御することを特徴とする。
In other words, the general formula of the present invention: Ni x Mn y Co z M t (OH) 2 + α (x + y + z + t = 1,0.3 ≦ x ≦ 0.7,0.1 ≦ y ≦ 0.55,0 ≦ z ≦ 0 .4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, M is an additive element and is selected from Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 1 A method for producing nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles, which is a precursor of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery represented by (additional elements of more than one species).
The nucleation aqueous solution containing at least a metal compound containing nickel and a metal compound containing manganese and an ammonium ion feeder is controlled so that the pH value becomes 12.0 to 14.0 based on a liquid temperature of 25 ° C. A nucleation step in which nucleation is performed in an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of more than 1% by volume.
A metal compound containing at least nickel, a metal compound containing manganese, and an ammonium ion feeder are supplied to the aqueous solution for particle growth containing nuclei formed in the nucleation step, and the pH value at a liquid temperature of 25 ° C. is adjusted. A seed particle generation step in which seed particles are generated by controlling the pH value to be 10.5 to 12.0 and lower than the pH value in the nucleus generation step.
A metal compound containing at least nickel, a metal compound containing manganese, and an ammonium ion feeder are supplied to the particle growth slurry containing the seed particles formed in the seed particle generation step, and oxygen is generated from the oxidizing atmosphere. It is provided with a particle growth step of switching to a non-oxidizing atmosphere having a concentration of 1% by volume or less and growing the seed particles.
The centrifugal sedimentation density of the seed particles obtained by dividing the solid content density (g / L) of the slurry by the centrifuge sedimentation volume (cm 3 / L) of the slurry is controlled to 0.39 g / cm 3 or less. It is characterized by that.

前記種粒子生成工程の時間は、種粒子生成工程と粒子成長工程の合計の時間の40%以下であることが好ましい。 The time of the seed particle generation step is preferably 40% or less of the total time of the seed particle generation step and the particle growth step.

前記酸化性雰囲気の酸素濃度が10容量%以上であることが好ましく、前記非酸化性雰囲気の酸素濃度が0.5容量%以下であることが好ましい。 The oxygen concentration in the oxidizing atmosphere is preferably 10% by volume or more, and the oxygen concentration in the non-oxidizing atmosphere is preferably 0.5% by volume or less.

本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、一般式:Li1+uNiMnCo2+α(−0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは添加元素であり、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種以上の元素)で表され、層状構造を有する六方晶系の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガン複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法であって、
上記の製造方法によって得られるニッケルマンガン複合水酸化物粒子とリチウム化合物を混合してリチウム混合物を形成する混合工程と、該混合工程で形成された前記混合物を、酸化性雰囲気中で焼成する焼成工程とを備えることを特徴とする。
The method for producing the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is described in the general formula: Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 + α (−0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0). .3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is an additive element, and Al, Ti, V, Cr, Positive electrode activity for non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by one or more elements selected from Zr, Nb, Mo, and W) and composed of a lithium nickel-manganese composite oxide having a hexagonal crystal structure having a layered structure. It ’s a method of manufacturing substances.
A mixing step of mixing nickel-manganese composite hydroxide particles obtained by the above production method and a lithium compound to form a lithium mixture, and a firing step of firing the mixture formed in the mixing step in an oxidizing atmosphere. It is characterized by having and.

前記混合工程において、該リチウム混合物に含まれるリチウム以外の金属の原子数の和に対するリチウムの原子数との比が0.95〜1.5となるように調整することが好ましい。 In the mixing step, it is preferable to adjust the ratio of the sum of the atomic numbers of the metals other than lithium contained in the lithium mixture to the atomic number of lithium to 0.95 to 1.5.

前記焼成工程において、800℃〜1000℃の温度で焼成することが好ましく、前記焼成工程において、焼成前に予め350℃〜800℃の温度、かつ焼成する温度より低い温度で仮焼することが好ましい。 In the firing step, it is preferable to fire at a temperature of 800 ° C. to 1000 ° C., and in the firing step, it is preferable to perform calcining in advance at a temperature of 350 ° C. to 800 ° C. and a temperature lower than the firing temperature. ..

本発明により得られたニッケルマンガン複合水酸化物粒子を前駆体として製造された非水系電解質二次電池用正極活物質は、吸油量が高く、電池に用いられた際の出力特性の向上が可能であり、その工業的価値はきわめて大きい。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery produced by using the nickel-manganese composite hydroxide particles obtained by the present invention as a precursor has a high oil absorption and can improve the output characteristics when used in a battery. And its industrial value is extremely large.

図1は、本発明のニッケルマンガン複合水酸化物粒子を製造する工程の概略フローチャートである。FIG. 1 is a schematic flowchart of a process for producing nickel-manganese composite hydroxide particles of the present invention. 図2は、本発明のニッケルマンガン複合水酸化物粒子から正極活物質であるリチウムニッケルマンガン複合酸化物を製造する工程の概略フローチャートである。FIG. 2 is a schematic flowchart of a process for producing a lithium nickel-manganese composite oxide which is a positive electrode active material from the nickel-manganese composite hydroxide particles of the present invention.

本発明は、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子の製造方法、および非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法に関するものである。非水系電解質二次電池(以下、「二次電池」、あるいは「電池」ということがある。)の性能を向上させるためには、正極に採用される非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、「正極活物質」ということがある。)の影響が大きい。優れた出力特性が得られる二次電池を得るためには、高い吸油量を有する正極活物質が必要である。以下、本発明のそれぞれについて詳細に説明するが、最初に、本発明の最大の特徴である、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子の製造方法について説明する。 The present invention relates to a method for producing nickel-manganese composite hydroxide particles and a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. In order to improve the performance of a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, may be referred to as a "secondary battery" or "battery"), a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, may be referred to as a "battery") is used. Hereinafter, it may be referred to as “positive electrode active material”). In order to obtain a secondary battery having excellent output characteristics, a positive electrode active material having a high oil absorption is required. Each of the present inventions will be described in detail below. First, a method for producing nickel-manganese composite hydroxide particles, which is the greatest feature of the present invention, will be described.

(1)ニッケルマンガン複合水酸化物粒子の製造方法
本発明のニッケルマンガン複合水酸化物粒子の製造方法は、一般式:NiMnCo(OH)2+α(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦α≦0.5、Mは添加元素であり、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される非水系電解質二次電池用正極活物質の前駆体となるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子の製造方法であって、
少なくともニッケルを含有する金属化合物およびマンガンを含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体とを含む核生成用水溶液を、液温25℃基準でpH値が12.0〜14.0となるように制御して、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気中で核生成を行う核生成工程と、
該核生成工程において形成された核を含有する粒子成長用水溶液に、少なくともニッケルを含有する金属化合物およびマンガンを含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体を供給し、液温25℃基準におけるpH値が10.5〜12.0、かつ、核生成工程におけるpH値よりも低いpH値となるように制御して種粒子生成を行う種粒子生成工程と、
該種粒子生成工程において形成された種粒子を含有する粒子成長用スラリーに、少なくともニッケルを含有する金属化合物およびマンガンを含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体を供給するとともに、前記酸化性雰囲気から酸素濃度1容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替え、前記種粒子を成長させる粒子成長工程とを備え、
前記スラリーの固形分密度(g/L)を該スラリーの遠沈沈降体積(cm/L)で除することによって得られる前記種粒子の遠心沈降密度を0.39g/cm以下に制御することを特徴とするものである。
(1) The method of producing a nickel-manganese composite hydroxide particles of the manufacturing method of the present invention a nickel-manganese composite hydroxide particles represented by the general formula: Ni x Mn y Co z M t (OH) 2 + α (x + y + z + t = 1,0. 3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, M is an additive element, and Al , Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W), nickel cobalt, which is a precursor of the positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries. A method for producing manganese composite hydroxide particles.
The nucleation aqueous solution containing at least a metal compound containing nickel and a metal compound containing manganese and an ammonium ion feeder is controlled so that the pH value becomes 12.0 to 14.0 based on a liquid temperature of 25 ° C. A nucleation step in which nucleation is performed in an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of more than 1% by volume.
A metal compound containing at least nickel, a metal compound containing manganese, and an ammonium ion feeder are supplied to the aqueous solution for particle growth containing nuclei formed in the nucleation step, and the pH value at a liquid temperature of 25 ° C. is adjusted. A seed particle generation step in which seed particles are generated by controlling the pH value to be 10.5 to 12.0 and lower than the pH value in the nucleus generation step.
A metal compound containing at least nickel, a metal compound containing manganese, and an ammonium ion feeder are supplied to the particle growth slurry containing the seed particles formed in the seed particle generation step, and oxygen is generated from the oxidizing atmosphere. It is provided with a particle growth step of switching to a non-oxidizing atmosphere having a concentration of 1% by volume or less and growing the seed particles.
The centrifugal sedimentation density of the seed particles obtained by dividing the solid content density (g / L) of the slurry by the centrifuge sedimentation volume (cm 3 / L) of the slurry is controlled to 0.39 g / cm 3 or less. It is characterized by that.

本発明では、前記種粒子の遠心沈降密度を0.39g/cm以下に制御することが重要である。上記製造方法によって得られるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子(以下、「複合水酸化物粒子」ということがある。)は、一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなり、二次粒子の中心部に存在する微細で粗な一次粒子の集合体(以下、「中心部」ということがある。)と、それを包み込む外周の緻密な一次粒子の集合体(以下、「外殻部」ということがある。)を備える。この複合水酸化物は、正極活物質の製造過程の焼結工程において、外殻部よりも中心部においてより低温から進行し、中心部の一次粒子が二次粒子の中心から焼結の進行が遅い外殻部側へ収縮する。また、中心部は低密度であるため、その収縮率も大きくなり、中心部は十分な大きさを有する空間となり、正極活物質の内部において中空部を形成する。 In the present invention, it is important to control the centrifugal sedimentation density of the seed particles to 0.39 g / cm 3 or less. The nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles obtained by the above production method (hereinafter, may be referred to as "composite hydroxide particles") are composed of secondary particles formed by agglomeration of primary particles, and are secondary particles. An aggregate of fine and coarse primary particles existing in the central part of the body (hereinafter, may be referred to as "central part") and an aggregate of fine primary particles surrounding the aggregate of primary particles (hereinafter, "outer shell part"). There are times when.) Is provided. In the sintering process of the positive electrode active material manufacturing process, this composite hydroxide proceeds from a lower temperature in the central portion than in the outer shell portion, and the primary particles in the central portion proceed in sintering from the center of the secondary particles. It contracts toward the slow outer shell. Further, since the central portion has a low density, the shrinkage rate is also large, the central portion becomes a space having a sufficient size, and a hollow portion is formed inside the positive electrode active material.

すなわち、上記種粒子生成工程にて生成される種粒子は、前記中心部をなすものであり、種粒子の遠心沈降密度を0.39g/cm以下に制御することにより、中心部は、十分に微細な一次粒子が連なった隙間がより多い構造となり、前記焼結工程において大きな収縮量を示し、得られる正極活物質は十分な大きさの中空部を有することになる。また、中心部は微細な一次粒子が多くなるため、外殻部の一次粒子の大きさも小さくなり、正極活物質の外郭部が薄くなる。これにより、正極活物質の吸油量は大きなものとなり、電池に用いられた際に優れた出力特性を示す。 That is, the seed particles generated in the seed particle generation step form the central portion, and by controlling the centrifugal sedimentation density of the seed particles to 0.39 g / cm 3 or less, the central portion is sufficient. The structure has a larger number of gaps in which fine primary particles are connected to each other, and a large amount of shrinkage is exhibited in the sintering step, and the obtained positive electrode active material has a hollow portion having a sufficiently large size. Further, since the number of fine primary particles increases in the central portion, the size of the primary particles in the outer shell portion also decreases, and the outer portion of the positive electrode active material becomes thin. As a result, the amount of oil absorbed by the positive electrode active material becomes large, and when used in a battery, it exhibits excellent output characteristics.

本発明の明細書において「吸油量」は、JIS K6217−4:2008に準拠して測定されるDBP吸収量を意味する。 In the specification of the present invention, "oil absorption" means the amount of DBP absorbed measured in accordance with JIS K6217-4: 2008.

前記遠心沈降密度は、前記種粒子生成工程において形成された種粒子を含有する粒子成長用スラリーの固形分密度(g/L)を該スラリーの遠沈沈降体積(cm/L)で除することによって得られるものである。前記固形分密度は、粒子成長用スラリーを固液分離して固形分の質量を測定する、あるいは、種粒子生成工程終了までに供給した金属塩の総量から水酸化物の量を算出する、などの方法により求めた該スラリー中の固形分の質量を、該スラリーの体積で除することで求めることができる。また、遠沈沈降体積は、スラリー中の固形分を遠心機により沈降させて固形分の体積を求め、遠心機で沈降させたスラリーの体積で除することで求めることができる。 For the centrifugal sedimentation density, the solid content density (g / L) of the particle growth slurry containing the seed particles formed in the seed particle generation step is divided by the centrifuge sedimentation volume (cm 3 / L) of the slurry. It is obtained by doing so. For the solid content density, the particle growth slurry is solid-liquid separated and the mass of the solid content is measured, or the amount of hydroxide is calculated from the total amount of metal salts supplied by the end of the seed particle generation step. It can be obtained by dividing the mass of the solid content in the slurry obtained by the above method by the volume of the slurry. Further, the centrifuge sedimentation volume can be determined by sedimenting the solid content in the slurry with a centrifuge to determine the volume of the solid content, and dividing by the volume of the slurry sedimented with the centrifuge.

遠心沈降密度が0.39g/cmを超えると、複合水酸化物の中心部を形成する一次粒子が十分に微細でなく、また、隙間も減少していることを示し、正極活物質において十分な大きさの中空部が得られない。 When the centrifugal sedimentation density exceeds 0.39 g / cm 3 , it is shown that the primary particles forming the central portion of the composite hydroxide are not sufficiently fine and the gaps are also reduced, which is sufficient for the positive electrode active material. A hollow part of a large size cannot be obtained.

遠心沈降密度は、核生成工程および種粒子生成工程の晶析条件、特にpH値、アンモニア濃度、スラリー濃度によって制御できる。具体的には、各工程の範囲内でpH値を高くする、アンモニア濃度を低下させる、スラリー濃度を下げることにより遠心沈降密度を0.39g/cm以下に制御することが可能である。ここで、スラリー密度は、前記固形分密度と同等である。以下、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子の製造方法について説明する。 The centrifugal sedimentation density can be controlled by the crystallization conditions of the nucleation step and the seed particle formation step, particularly the pH value, the ammonia concentration, and the slurry concentration. Specifically, the centrifugal sedimentation density can be controlled to 0.39 g / cm 3 or less by increasing the pH value, decreasing the ammonia concentration, or decreasing the slurry concentration within the range of each step. Here, the slurry density is equivalent to the solid content density. Hereinafter, a method for producing nickel-manganese composite hydroxide particles will be described.

本発明の複合水酸化物粒子の製造方法は、晶析反応によってニッケルマンガン複合水酸化物粒子を製造する方法であって、a)核生成を行う核生成工程と、b)種粒子を生成させる種粒子生成工程と、c)種粒子生成工程において生成された種粒子を成長させる粒子成長工程とから構成されている。 The method for producing composite hydroxide particles of the present invention is a method for producing nickel-manganese composite hydroxide particles by a crystallization reaction, in which a) a nucleation step for nucleation and b) seed particles are produced. It is composed of a seed particle generation step and c) a particle growth step of growing the seed particles generated in the seed particle generation step.

すなわち、従来の連続晶析法では、核生成反応と粒子成長反応とが同じ槽内において同時に進行するため、得られる複合水酸化物粒子の粒度分布が広範囲となってしまう。これに対して、本発明の複合水酸化物粒子の製造方法では、主として核生成反応が生じる時間(核生成工程)と、主として粒子成長反応が生じる時間(粒子成長工程)とを明確に分離することにより、得られる複合水酸化物粒子において狭い粒度分布を達成している点に特徴がある。さらに、晶析反応時の雰囲気を制御することにより、得られる複合水酸化物粒子の粒子構造を、微粒一次粒子からなる中心部と、中心部より大きな一次粒子からなる外殻部で構成されたものとする点に特徴がある。 That is, in the conventional continuous crystallization method, the nucleation reaction and the particle growth reaction proceed simultaneously in the same tank, so that the particle size distribution of the obtained composite hydroxide particles becomes wide. On the other hand, in the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, the time when the nucleation reaction mainly occurs (nuclear generation step) and the time when the particle growth reaction mainly occurs (particle growth step) are clearly separated. As a result, the obtained composite hydroxide particles are characterized in that they achieve a narrow particle size distribution. Further, the particle structure of the composite hydroxide particles obtained by controlling the atmosphere during the crystallization reaction is composed of a central portion composed of fine primary particles and an outer shell portion composed of primary particles larger than the central portion. It is characterized by the fact that it is made.

最初に、本発明の複合水酸化物粒子の製造方法の概略を、図1に基づいて説明する。なお、図1および図2では、(A)が核生成工程に相当し、(B)が種粒子生成工程に相当し、(C)が粒子成長工程に相当する。 First, an outline of the method for producing composite hydroxide particles of the present invention will be described with reference to FIG. In FIGS. 1 and 2, (A) corresponds to the nucleation step, (B) corresponds to the seed particle forming step, and (C) corresponds to the particle growth step.

(核生成工程)
図1に示すように、まず、ニッケルおよびマンガンを含有する複数の金属化合物を所定の割合で水に溶解させ、混合水溶液を作製する。本発明の複合水酸化物粒子の製造方法では、得られる複合水酸化物粒子における上記各金属の組成比は、混合水溶液における各金属の組成比と同様となる。
(Nucleation process)
As shown in FIG. 1, first, a plurality of metal compounds containing nickel and manganese are dissolved in water at a predetermined ratio to prepare a mixed aqueous solution. In the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, the composition ratio of each metal in the obtained composite hydroxide particles is the same as the composition ratio of each metal in the mixed aqueous solution.

よって、混合水溶液中における各金属の組成比が、本発明の複合水酸化物粒子中における各金属の組成比と同じ組成比となるように、水に溶解させる金属化合物の割合を調節して、混合水溶液を作製する。 Therefore, the ratio of the metal compound to be dissolved in water is adjusted so that the composition ratio of each metal in the mixed aqueous solution is the same as the composition ratio of each metal in the composite hydroxide particles of the present invention. Make a mixed aqueous solution.

一方、反応槽には、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液、アンモニウムイオン供給体を含むアンモニア水溶液、および水を供給して混合して水溶液を形成する。この水溶液(以下、「反応水溶液」という)について、そのpH値を、アルカリ水溶液の供給量を調整することにより、液温25℃基準で12.0〜14.0、好ましくは12.3〜13.5、より好ましくは12.5〜13.0の範囲となるように調節する。また、反応前水溶液中のアンモニウムイオンの濃度を、アンモニア水溶液の供給量を調整することにより、3〜25g/L、好ましくは5〜20g/Lとなるように調節する。なお、反応水溶液の温度についても、好ましくは20℃以上、より好ましくは20〜60℃となるように調節する。この際、反応槽内の雰囲気は、酸化性雰囲気に調整する。反応槽内の水溶液のpH値、アンモニウムイオンの濃度については、それぞれ一般的なpH計、イオンメータによって測定可能である。 On the other hand, an alkaline aqueous solution such as an aqueous sodium hydroxide solution, an aqueous ammonia solution containing an ammonium ion feeder, and water are supplied to the reaction vessel and mixed to form an aqueous solution. The pH value of this aqueous solution (hereinafter referred to as "reaction aqueous solution") is adjusted to 12.0 to 14.0, preferably 12.3 to 13 based on a liquid temperature of 25 ° C. by adjusting the supply amount of the alkaline aqueous solution. Adjust so that it is in the range of 5.5, more preferably 12.5 to 13.0. Further, the concentration of ammonium ions in the pre-reaction aqueous solution is adjusted to 3 to 25 g / L, preferably 5 to 20 g / L by adjusting the supply amount of the aqueous ammonia solution. The temperature of the reaction aqueous solution is also adjusted to preferably 20 ° C. or higher, more preferably 20 to 60 ° C. At this time, the atmosphere in the reaction vessel is adjusted to an oxidizing atmosphere. The pH value of the aqueous solution in the reaction vessel and the concentration of ammonium ions can be measured with a general pH meter and ion meter, respectively.

反応槽内において反応水溶液の温度およびpHが調整されると、反応水溶液を攪拌しながら混合水溶液を反応槽内に供給する。これにより、反応槽内には、混合水溶液とが混合した反応水溶液、すなわち、核生成工程における反応水溶液である核生成用水溶液が形成され、核生成用水溶液中において複合水酸化物の微細な核が生成されることになる。このとき、核生成用水溶液のpH値は上記範囲にあるので、生成した核はほとんど成長することなく、核の生成が優先的に生じる。 When the temperature and pH of the reaction aqueous solution are adjusted in the reaction vessel, the mixed aqueous solution is supplied into the reaction vessel while stirring the reaction aqueous solution. As a result, a reaction aqueous solution mixed with the mixed aqueous solution, that is, a nucleation aqueous solution which is a reaction aqueous solution in the nucleation step is formed in the reaction vessel, and fine nuclei of the composite hydroxide are formed in the nucleation aqueous solution. Will be generated. At this time, since the pH value of the nucleation aqueous solution is in the above range, the nucleated nuclei hardly grow, and the nucleation occurs preferentially.

なお、混合水溶液の供給による核生成に伴って、核生成用水溶液のpH値およびアンモニウムイオンの濃度が変化するので、核生成用水溶液には、混合水溶液とともに、アルカリ水溶液、アンモニア水溶液を供給して、核生成用水溶液のpH値が液温25℃基準で12.0〜14.0の範囲、アンモニウムイオンの濃度が3〜25g/Lの範囲をそれぞれ維持するように制御する。 Since the pH value and the concentration of ammonium ions of the nucleation aqueous solution change with the nucleation caused by the supply of the mixed aqueous solution, an alkaline aqueous solution and an ammonia aqueous solution are supplied to the nucleating aqueous solution together with the mixed aqueous solution. The pH value of the aqueous solution for nucleation is controlled to be maintained in the range of 12.0 to 14.0 based on the liquid temperature of 25 ° C., and the concentration of ammonium ions is controlled to be maintained in the range of 3 to 25 g / L.

上記核生成用水溶液に対する混合水溶液、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液の供給により、核生成用水溶液中には、連続して新しい核の生成が継続される。そして、核生成用水溶液中に、所定の量の核が生成されると、核生成工程を終了する。所定量の核が生成したか否かは、核生成用水溶液に添加した金属塩の量によって判断する。 By supplying the mixed aqueous solution, the alkaline aqueous solution and the ammonia aqueous solution to the nucleation aqueous solution, the generation of new nuclei is continuously continued in the nucleation aqueous solution. Then, when a predetermined amount of nuclei are generated in the nucleation aqueous solution, the nucleation step is completed. Whether or not a predetermined amount of nuclei have been generated is determined by the amount of metal salt added to the nucleation aqueous solution.

(種粒子生成工程)
核生成工程の終了後、酸化性雰囲気を維持しながら前記核生成用水溶液のpH値を、液温25℃基準で、10.5〜12.0、好ましくは11.0〜12.0となるように調整して、粒子成長工程における反応水溶液である粒子成長用水溶液を得る。具体的には、この調整時のpHの制御は、アルカリ水溶液の供給量を調節することにより行う。
(Seed particle generation process)
After the completion of the nucleation step, the pH value of the aqueous solution for nucleation is adjusted to 10.5 to 12.0, preferably 11.0 to 12.0 based on a liquid temperature of 25 ° C. while maintaining an oxidizing atmosphere. To obtain an aqueous solution for particle growth, which is a reaction aqueous solution in the particle growth step. Specifically, the pH at the time of this adjustment is controlled by adjusting the supply amount of the alkaline aqueous solution.

粒子成長用水溶液のpH値を上記範囲とすることにより、核の生成反応よりも核の成長反応の方が優先して生じるから、種粒子生成工程において、粒子成長用水溶液には、新たな核はほとんど生成することなく、核が成長して、種粒子が形成される。 By setting the pH value of the aqueous particle growth solution in the above range, the nuclear growth reaction takes precedence over the nuclear formation reaction. Therefore, in the seed particle generation step, a new nucleus is added to the particle growth aqueous solution. Nuclei grow and seed particles are formed with little formation.

同様に、混合水溶液の供給による種粒子形成に伴って、粒子成長用水溶液のpH値およびアンモニウムイオンの濃度が変化するので、粒子成長用水溶液にも、混合水溶液とともに、アルカリ水溶液、アンモニア水溶液を供給して、粒子成長用水溶液のpH値が液温25℃基準で10.5〜12.0の範囲、アンモニウムイオンの濃度が3〜25g/L、の範囲を維持するように制御する。その後、種粒子が所定の粒径まで成長した時点で、種粒子生成工程を終了する。 Similarly, since the pH value of the aqueous solution for particle growth and the concentration of ammonium ions change with the formation of seed particles by supplying the mixed aqueous solution, the aqueous solution for particle growth is also supplied with the alkaline aqueous solution and the ammonia aqueous solution together with the mixed aqueous solution. Then, the pH value of the aqueous solution for particle growth is controlled to be maintained in the range of 10.5 to 12.0 and the concentration of ammonium ions is maintained in the range of 3 to 25 g / L based on the liquid temperature of 25 ° C. Then, when the seed particles have grown to a predetermined particle size, the seed particle generation step is terminated.

(粒子成長工程)
種粒子生成工程の終了後、粒子成長用水溶液のpH値を、液温25℃基準で、10.5〜12.0、好ましくは11.0〜12.0となるように維持しながら、反応槽内の雰囲気を酸化性雰囲気からから切り替えて弱酸化性から非酸化性の範囲の雰囲気とする。雰囲気を切り替えることにより、種粒子、すなわち微細一次粒子により形成された複合水酸化物粒子の中心部の外側に該微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子からなる外殻部を有する上記粒子構造を形成することができる。
(Particle growth process)
After the completion of the seed particle generation step, the reaction is carried out while maintaining the pH value of the aqueous solution for particle growth at 10.5 to 12.0, preferably 11.0 to 12.0 based on the liquid temperature of 25 ° C. The atmosphere in the tank is switched from the oxidizing atmosphere to the atmosphere in the range of weakly oxidizing to non-oxidizing. By switching the atmosphere, the above-mentioned particle structure having a seed particle, that is, an outer shell portion composed of plate-shaped primary particles larger than the fine primary particles, is formed outside the central portion of the composite hydroxide particles formed by the fine primary particles. Can be formed.

粒子成長工程においても、粒子成長用水溶液には、新たな核はほとんど生成することなく、種粒子が成長(粒子成長)して、所定の粒子径を有する複合水酸化物粒子が形成される。同様に、混合水溶液の供給による粒子成長に伴って、粒子成長用水溶液のpH値およびアンモニウムイオンの濃度が変化するので、粒子成長用水溶液にも、混合水溶液とともに、アルカリ水溶液、アンモニア水溶液を供給して、粒子成長用水溶液のpH値が液温25℃基準で10.5〜12.0の範囲、アンモニウムイオンの濃度が3〜25g/L、の範囲を維持するように制御する。 Even in the particle growth step, seed particles grow (particle growth) in the particle growth aqueous solution with almost no new nuclei, and composite hydroxide particles having a predetermined particle size are formed. Similarly, the pH value of the aqueous solution for particle growth and the concentration of ammonium ions change with the growth of particles by supplying the mixed aqueous solution. Therefore, the aqueous solution for particle growth is also supplied with an alkaline aqueous solution and an aqueous ammonia solution together with the mixed aqueous solution. Therefore, the pH value of the aqueous solution for particle growth is controlled to be maintained in the range of 10.5 to 12.0 and the concentration of ammonium ions is maintained in the range of 3 to 25 g / L based on the liquid temperature of 25 ° C.

その後、上記複合水酸化物粒子が所定の粒径まで成長した時点で、粒子成長工程を終了する。複合水酸化物粒子の粒径は、予備試験により核生成工程と種粒子生成工程、および粒子成長工程の各工程におけるそれぞれの反応水溶液への金属塩の添加量と得られる粒子の関係を求めておけば、各工程での金属塩の添加量から容易に判断できる。 Then, when the composite hydroxide particles have grown to a predetermined particle size, the particle growth step is terminated. For the particle size of the composite hydroxide particles, the relationship between the amount of metal salt added to each reaction aqueous solution and the obtained particles in each step of the nucleation formation step, the seed particle formation step, and the particle growth step was determined by a preliminary test. If it is set, it can be easily judged from the amount of metal salt added in each process.

以上のように、上記複合水酸化物粒子の製造方法の場合、核生成工程では核生成が優先して起こり、核の成長はほとんど生じず、逆に、種粒子生成工程および粒子成長工程では粒子成長のみが生じ、ほとんど新しい核は生成されない。このため、核生成工程では、粒度分布の範囲が狭く均質な核を形成させることができ、また、粒子成長工程では、均質に核を成長させることができる。したがって、上記複合水酸化物粒子の製造方法では、粒度分布の範囲が狭く、均質なニッケルマンガン複合水酸化物粒子を得ることができる。さらに、上述のように雰囲気を切り替えることにより、微細な一次粒子から形成された中心部と、該微細な一次粒子より大きな一次粒子から形成された外郭部とからなる粒子構造とすることができる。 As described above, in the case of the above-mentioned method for producing composite hydroxide particles, nucleation occurs preferentially in the nucleation step, and nuclei growth hardly occurs. On the contrary, particles in the seed particle formation step and the particle growth step. Only growth occurs and few new nuclei are produced. Therefore, in the nucleation step, the range of particle size distribution is narrow and a homogeneous nucleus can be formed, and in the particle growth step, the nucleus can be grown homogeneously. Therefore, in the above method for producing composite hydroxide particles, nickel-manganese composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution range and being homogeneous can be obtained. Further, by switching the atmosphere as described above, it is possible to obtain a particle structure including a central portion formed of fine primary particles and an outer shell portion formed of primary particles larger than the fine primary particles.

なお、上記製造方法の場合、両工程において、金属イオンは、複合水酸化物となって晶出するので、それぞれの反応水溶液中の金属成分に対する液体成分の割合が増加する。この場合、見かけ上、供給する混合水溶液の濃度が低下したようになり、特に粒子成長工程において、複合水酸化物粒子が十分に成長しない可能性がある。 In the case of the above production method, since the metal ions crystallize as a composite hydroxide in both steps, the ratio of the liquid component to the metal component in each reaction aqueous solution increases. In this case, the concentration of the supplied mixed aqueous solution apparently decreases, and there is a possibility that the composite hydroxide particles do not grow sufficiently, especially in the particle growth step.

したがって、上記液体成分の増加を抑制するため、核生成工程終了後から粒子成長工程の途中で、粒子成長用水溶液中の液体成分の一部を反応槽外に排出することが好ましい。具体的には、粒子成長用水溶液に対する混合水溶液、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液の供給および攪拌を停止して、核や複合水酸化物粒子を沈降させて、粒子成長用水溶液の上澄み液を排出する。これにより、粒子成長用水溶液における混合水溶液の相対的な濃度を高めることができる。そして、混合水溶液の相対的な濃度が高い状態で、複合水酸化物粒子を成長させることができるので、複合水酸化物粒子の粒度分布をより狭めることができ、複合水酸化物粒子の二次粒子全体としての密度も高めることができる。 Therefore, in order to suppress the increase of the liquid component, it is preferable to discharge a part of the liquid component in the aqueous solution for particle growth to the outside of the reaction vessel from the end of the nucleation step to the middle of the particle growth step. Specifically, the supply and stirring of the mixed aqueous solution, the alkaline aqueous solution and the ammonia aqueous solution with respect to the aqueous solution for particle growth are stopped, the nuclei and the composite hydroxide particles are precipitated, and the supernatant of the aqueous solution for particle growth is discharged. Thereby, the relative concentration of the mixed aqueous solution in the aqueous solution for particle growth can be increased. Then, since the composite hydroxide particles can be grown in a state where the relative concentration of the mixed aqueous solution is high, the particle size distribution of the composite hydroxide particles can be narrowed, and the secondary of the composite hydroxide particles can be narrowed. The density of the particles as a whole can also be increased.

また、図1に示す実施形態では、核生成工程が終了した核生成用水溶液のpHを調整して粒子成長用水溶液を形成して、核生成工程から引き続いて粒子成長工程を行っているので、粒子成長工程への移行を迅速に行うことができるという利点がある。さらに、核生成工程から粒子成長工程への移行は、反応水溶液のpHを調整するだけで移行でき、pHの調整も一時的にアルカリ水溶液の供給を停止することで容易に行うことができるという利点がある。なお、反応水溶液のpHは、金属化合物を構成する酸と同種の無機酸、たとえば、硫酸塩の場合、硫酸を反応水溶液に添加することでも調整することができる。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the pH of the nucleation aqueous solution for which the nucleation step has been completed is adjusted to form a particle growth aqueous solution, and the nucleation step is followed by the particle growth step. There is an advantage that the transition to the particle growth process can be performed quickly. Further, the transition from the nucleation step to the particle growth step can be performed only by adjusting the pH of the reaction aqueous solution, and the pH can be easily adjusted by temporarily stopping the supply of the alkaline aqueous solution. There is. The pH of the reaction aqueous solution can also be adjusted by adding sulfuric acid to the reaction aqueous solution in the case of an inorganic acid of the same type as the acid constituting the metal compound, for example, sulfate.

しかしながら、核生成用水溶液とは別に、粒子成長工程に適したpH、アンモニウムイオン濃度に調整された成分調整水溶液を形成しておき、この成分調整水溶液に、別の反応槽で核生成工程を行って生成した核を含有する水溶液(核生成用水溶液、好ましくは核生成用水溶液から液体成分の一部を除去したもの)を添加して反応水溶液とし、この反応水溶液を粒子成長用水溶液として粒子成長工程を行ってもよい。また、種粒子生成工程までを別の反応槽で行うことも可能である。 However, separately from the aqueous solution for nucleation, a component-adjusted aqueous solution adjusted to a pH and ammonium ion concentration suitable for the particle growth step is formed, and the component-adjusted aqueous solution is subjected to a nucleation step in another reaction vessel. An aqueous solution containing nuclei (an aqueous solution for nucleation, preferably an aqueous solution for nucleation from which a part of a liquid component is removed) is added to obtain a reaction aqueous solution, and this reaction aqueous solution is used as an aqueous solution for particle growth for particle growth. The process may be performed. It is also possible to carry out the seed particle generation step in another reaction tank.

粒子成長工程を別の反応槽で行った場合、核生成工程と粒子成長工程の分離を、より確実に行うことができるので、各工程における反応水溶液の状態を、各工程に最適な条件とすることができる。特に、粒子成長工程の開始時点から、粒子成長用水溶液のpHを最適な条件とすることができる。粒子成長工程で形成されるニッケルマンガン複合水酸化物粒子を、より粒度分布の範囲が狭く、かつ、均質なものとすることができる。次に、各工程における反応雰囲気の制御、各工程において使用する物質や溶液、反応条件について、詳細に説明する。 When the particle growth step is carried out in another reaction tank, the nucleation step and the particle growth step can be separated more reliably, so that the state of the reaction aqueous solution in each step is the optimum condition for each step. be able to. In particular, the pH of the aqueous particle growth solution can be set as the optimum condition from the start of the particle growth step. The nickel-manganese composite hydroxide particles formed in the particle growth step can have a narrower particle size distribution range and be homogeneous. Next, the control of the reaction atmosphere in each step, the substances and solutions used in each step, and the reaction conditions will be described in detail.

(反応雰囲気)
本発明のニッケルマンガン複合水酸化物粒子が有する粒子構造は、核生成工程と種粒子生成工程、および粒子成長工程における反応槽内の雰囲気制御により形成される。したがって、上記製造方法の各工程における上記雰囲気制御が、重要な意義を有する。晶析反応中の反応槽内が酸化性雰囲気では、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子を形成する一次粒子の成長が制御され、微細な一次粒子により形成され空隙が多い低密度の粒子が形成され、弱酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気では、一次粒子が大きく緻密で高密度の粒子が形成される。
(Reaction atmosphere)
The particle structure of the nickel-manganese composite hydroxide particles of the present invention is formed by controlling the atmosphere in the reaction vessel in the nucleation generation step, the seed particle formation step, and the particle growth step. Therefore, the atmosphere control in each step of the manufacturing method has an important meaning. When the inside of the reaction vessel during the crystallization reaction is in an oxidizing atmosphere, the growth of the primary particles forming the nickel-manganese composite hydroxide particles is controlled, and low-density particles formed by fine primary particles and having many voids are formed. In a weakly oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere, the primary particles are large, and dense and dense particles are formed.

すなわち、核生成工程と種粒子生成工程を酸化性雰囲気とすることで、微細一次粒子からなる中心部が形成され、その後の粒子成長工程において酸化性雰囲気から切り替えて弱酸化性から非酸化性の範囲の雰囲気とすることで、該中心部の外側に該微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子からなる外殻部を有する上記粒子構造を形成することができる。 That is, by setting the nucleation step and the seed particle formation step to an oxidizing atmosphere, a central portion composed of fine primary particles is formed, and in the subsequent particle growth step, the atmosphere is switched from the oxidizing atmosphere to weakly oxidizing to non-oxidizing. By setting the atmosphere in the range, it is possible to form the above-mentioned particle structure having an outer shell portion composed of plate-shaped primary particles larger than the fine primary particles on the outside of the central portion.

上記雰囲気制御された晶析反応においては、通常、上記中心部の一次粒子は微細な板状および/または針状となり、外殻部の一次粒子は板状となる。しかしながら、上記ニッケルマンガン複合水酸化物の一次粒子は、その組成により、直方体、楕円、稜面体などの形状となることもある。 In the atmosphere-controlled crystallization reaction, the primary particles in the central portion usually have a fine plate-like shape and / or needle-like shape, and the primary particles in the outer shell portion have a plate-like shape. However, the primary particles of the nickel-manganese composite hydroxide may have shapes such as a rectangular parallelepiped, an ellipse, and a ridge surface depending on the composition.

本発明における上記中心部を形成するための酸化性雰囲気は、反応槽内空間の酸素濃度が1容量%を超える雰囲気と定義される。酸素濃度が2容量%を超える酸化性雰囲気が好ましく、酸素濃度が10容量%を超える酸化性雰囲気がさらに好ましく、制御が容易な大気雰囲気(酸素濃度:21容量%)とすることが特に好ましい。酸素濃度が1容量%を超える雰囲気とすることで、一次粒子の平均粒径を0.01〜0.3μmとすることができる。酸素濃度が1容量%以下では、中心部の一次粒子の平均粒径が0.3μmを超えることがある。酸素濃度の上限は、特に限定されるものではないが、30容量%を超えると、上記一次粒子の平均粒径が0.01μm未満となる場合があり、好ましくない。 The oxidizing atmosphere for forming the central portion in the present invention is defined as an atmosphere in which the oxygen concentration in the reaction vessel space exceeds 1% by volume. An oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of more than 2% by volume is preferable, an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of more than 10% by volume is more preferable, and an air atmosphere (oxygen concentration: 21% by volume) that is easy to control is particularly preferable. By creating an atmosphere in which the oxygen concentration exceeds 1% by volume, the average particle size of the primary particles can be set to 0.01 to 0.3 μm. When the oxygen concentration is 1% by volume or less, the average particle size of the primary particles in the central portion may exceed 0.3 μm. The upper limit of the oxygen concentration is not particularly limited, but if it exceeds 30% by volume, the average particle size of the primary particles may be less than 0.01 μm, which is not preferable.

一方、本発明における上記外殻部を形成するための弱酸化性から非酸化性の範囲の雰囲気は、反応槽内空間の酸素濃度が1容量%以下である雰囲気と定義される。好ましくは酸素濃度が0.5容量%以下、より好ましくは0.2容量%以下となるように、酸素と不活性ガスの混合雰囲気に制御する。反応槽内空間の酸素濃度を1容量%以下にして粒子成長させることで、粒子の不要な酸化を抑制し、一次粒子の成長を促して、平均粒径0.3〜3μmの中心部より大きい一次粒子径で粒度が揃った、緻密で高密度の外殻部を有する二次粒子を得ることができる。このような雰囲気に反応槽内空間を保つための手段としては、窒素などの不活性ガスを反応槽内空間部へ流通させること、さらには反応液中に不活性ガスをバブリングさせることがあげられる。 On the other hand, the atmosphere in the range of weakly oxidizing to non-oxidizing for forming the outer shell portion in the present invention is defined as an atmosphere in which the oxygen concentration in the space inside the reaction vessel is 1% by volume or less. The mixed atmosphere of oxygen and an inert gas is controlled so that the oxygen concentration is preferably 0.5% by volume or less, more preferably 0.2% by volume or less. By growing the particles with the oxygen concentration in the reaction tank space set to 1% by volume or less, unnecessary oxidation of the particles is suppressed, the growth of the primary particles is promoted, and the average particle size is larger than the central portion of 0.3 to 3 μm. It is possible to obtain secondary particles having a dense and high-density outer shell portion having a uniform particle size with a primary particle size. As a means for maintaining the space inside the reaction tank in such an atmosphere, it is possible to distribute an inert gas such as nitrogen to the space inside the reaction tank, and to bubbling the inert gas in the reaction solution. ..

上記粒子成長工程における雰囲気の切り替えは、最終的に得られる正極活物質において、微粒子が発生してサイクル特性が悪化しない程度の中空部が得られるように、ニッケルマンガン複合水酸化物粒子の中心部の大きさを考慮して、そのタイミングが決定される。たとえば、粒子成長工程時間の全体に対して、粒子成長工程の開始時から0〜40%、好ましくは0〜30%、さら好ましくは0〜25%の時間の範囲で行う。粒子成長工程時間の全体に対して30%を超える時点で上記切り替えを行うと、形成される中心部が大きくなり、上記二次粒子の粒径に対する外殻部の厚さが薄くなり過ぎることがある。一方、粒子成長工程の開始前、すなわち、核生成工程中に上記切り替えを行うと、中心部が小さくなりすぎるか、上記構造を有する二次粒子が形成されない。 The atmosphere is switched in the particle growth step at the center of the nickel-manganese composite hydroxide particles so that a hollow portion is obtained in the finally obtained positive electrode active material to the extent that fine particles are not generated and the cycle characteristics are not deteriorated. The timing is determined in consideration of the size of. For example, the total particle growth step time is in the range of 0 to 40%, preferably 0 to 30%, and more preferably 0 to 25% from the start of the particle growth step. If the above switching is performed when the total particle growth process time exceeds 30%, the formed central portion becomes large, and the thickness of the outer shell portion relative to the particle size of the secondary particles may become too thin. is there. On the other hand, if the above switching is performed before the start of the particle growth step, that is, during the nucleation step, the central portion becomes too small or secondary particles having the above structure are not formed.

(pH制御)
上述のように、核生成工程においては、反応水溶液のpH値が、液温25℃基準で12.0〜14.0、好ましくは12.3〜13.5の範囲となるように制御する必要がある。pH値が14.0を超える場合、生成する核が微細になり過ぎ、反応水溶液がゲル化する問題がある。また、pH値が12.0未満では、核形成とともに核の成長反応が生じるので、形成される核の粒度分布の範囲が広くなり不均質なものとなってしまう。すなわち、核生成工程において、上述の範囲に反応水溶液のpH値を制御することで、核の成長を抑制してほぼ核生成のみを起こすことができ、形成される核も均質かつ粒度分布の範囲が狭いものとすることができる。
(PH control)
As described above, in the nucleation step, it is necessary to control the pH value of the reaction aqueous solution to be in the range of 12.0 to 14.0, preferably 12.3 to 13.5 based on the liquid temperature of 25 ° C. There is. When the pH value exceeds 14.0, there is a problem that the generated nuclei become too fine and the reaction aqueous solution gels. On the other hand, if the pH value is less than 12.0, the growth reaction of the nucleus occurs along with the nucleation, so that the range of the particle size distribution of the formed nucleus becomes wide and becomes inhomogeneous. That is, in the nucleation step, by controlling the pH value of the reaction aqueous solution within the above range, the growth of nuclei can be suppressed and almost only nucleation can occur, and the nuclei formed are also in the range of homogeneous and particle size distribution. Can be narrow.

一方、種粒子生成工程と粒子成長工程においては、反応水溶液のpH値が、液温25℃基準で10.5〜12.0、好ましくは11.0〜12.0の範囲となるように制御する必要がある。pH値が12.0を超える場合、あらたに生成される核が多くなり、微細2次粒子が生成するため、粒径分布が良好な水酸化物粒子が得られない。また、pH値が10.5未満では、アンモニアイオンによる溶解度が高く、析出せずに液中に残る金属イオンが増えるため、生産効率が悪化する。すなわち、粒子成長工程において、上述の範囲に反応水溶液のpHを制御することで、核生成工程で生成した核の成長のみを優先的に起こさせ、新たな核形成を抑制することができ、得られるニッケルマンガン複合水酸化物粒子を均質かつ粒度分布の範囲が狭いものとすることができる。 On the other hand, in the seed particle generation step and the particle growth step, the pH value of the reaction aqueous solution is controlled to be in the range of 10.5 to 12.0, preferably 11.0 to 12.0 based on the liquid temperature of 25 ° C. There is a need to. When the pH value exceeds 12.0, the number of newly generated nuclei increases and fine secondary particles are generated, so that hydroxide particles having a good particle size distribution cannot be obtained. Further, when the pH value is less than 10.5, the solubility of ammonia ions is high, and the amount of metal ions remaining in the liquid without precipitation increases, so that the production efficiency deteriorates. That is, in the particle growth step, by controlling the pH of the reaction aqueous solution within the above range, only the growth of the nuclei generated in the nucleation step can be preferentially caused, and new nucleation can be suppressed. The nickel-manganese composite hydroxide particles to be obtained can be made homogeneous and have a narrow range of particle size distribution.

核生成工程と種粒子生成工程、および粒子成長工程のいずれにおいても、pHの変動幅は、設定値の上下0.2以内とすることが好ましい。pHの変動幅が大きい場合、核生成と粒子成長が一定とならず、粒度分布の範囲の狭い均一なマンガン複合水酸化物粒子が得られない場合がある。 In any of the nucleation step, the seed particle forming step, and the particle growing step, the fluctuation range of pH is preferably within 0.2 above and below the set value. When the pH fluctuation range is large, nucleation and particle growth may not be constant, and uniform manganese composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution range may not be obtained.

なお、pH値が12の場合は、核生成と核成長の境界条件であるため、反応水溶液中に存在する核の有無により、核生成工程もしくは種粒子生成工程のいずれかの条件とすることができる。 When the pH value is 12, it is a boundary condition between nucleation and nucleation. Therefore, depending on the presence or absence of nuclei present in the reaction aqueous solution, either the nucleation step or the seed particle formation step can be used. it can.

すなわち、核生成工程のpH値を12より高くして多量に核生成させた後、種粒子生成工程でpH値を12とすると、反応水溶液中に多量の核が存在するため、核の成長が優先して起こり、粒径分布が狭く比較的大きな粒径の前記水酸化物粒子が得られる。 That is, if the pH value in the nucleation step is set to higher than 12 to generate a large amount of nuclei and then the pH value is set to 12 in the seed particle generation step, a large amount of nuclei are present in the reaction aqueous solution, so that nucleation grows. It occurs preferentially, and the hydroxide particles having a narrow particle size distribution and a relatively large particle size can be obtained.

一方、反応水溶液中に核が存在しない状態、すなわち、核生成工程においてpH値を12とした場合、成長する核が存在しないため、核生成が優先して起こり、粒子成長工程のpH値を12より小さくすることで、生成した核が成長して良好な前記水酸化物粒子が得られる。 On the other hand, when there are no nuclei in the reaction aqueous solution, that is, when the pH value is set to 12 in the nucleation step, nucleation occurs preferentially because there are no nuclei to grow, and the pH value in the particle growth step is set to 12. By making the size smaller, the generated nuclei grow and good hydroxide particles are obtained.

いずれの場合においても、種粒子生成工程および粒子成長工程のpH値を核生成工程のpH値より低い値で制御すればよく、核生成と粒子成長を明確に分離するためには、種粒子生成工程と粒子成長工程のpH値を核生成工程のpH値より0.5以上低くすることが好ましく、1.0以上低くすることがより好ましい。 In either case, the pH values of the seed particle generation step and the particle growth step may be controlled to be lower than the pH value of the nucleation step, and in order to clearly separate the nucleation and the particle growth, the seed particle generation The pH value of the step and the particle growth step is preferably 0.5 or more lower than the pH value of the nucleation step, and more preferably 1.0 or more.

(核生成量)
核生成工程において生成する核の量は、特に限定されるものではないが、粒度分布の良好な複合水酸化物粒子を得るためには、全体量、つまり、複合水酸化物粒子を得るために供給する全金属塩の0.1%から2%とすることが好ましく、1.5%以下とすることがより好ましい。
(Nucleation amount)
The amount of nuclei produced in the nucleation step is not particularly limited, but in order to obtain composite hydroxide particles having a good particle size distribution, the total amount, that is, to obtain composite hydroxide particles It is preferably 0.1% to 2%, more preferably 1.5% or less of the total metal salt to be supplied.

(複合水酸化物粒子の粒径制御)
上記複合水酸化物粒子の粒径は、種粒子生成工程および粒子成長工程の合計の時間により制御できるので、所望の粒径に成長するまで粒子成長工程を継続すれば、所望の粒径を有する複合水酸化物粒子を得ることができる。
(Control of particle size of composite hydroxide particles)
Since the particle size of the composite hydroxide particles can be controlled by the total time of the seed particle generation step and the particle growth step, if the particle growth step is continued until the particles grow to the desired particle size, the desired particle size can be obtained. Composite hydroxide particles can be obtained.

また、複合水酸化物粒子の粒径は、種粒子生成工程および粒子成長工程のみならず、核生成工程のpH値と核生成のために投入した原料量でも制御することができる。 Further, the particle size of the composite hydroxide particles can be controlled not only by the seed particle generation step and the particle growth step, but also by the pH value of the nucleation step and the amount of raw material input for nucleation.

すなわち、核生成時のpHを高pH値側とすることにより、あるいは核生成時間を長くすることにより投入する原料量を増やし、生成する核の数を多くする。これにより、粒子成長工程を同条件とした場合でも、複合水酸化物粒子の粒径を小さくできる。 That is, by setting the pH at the time of nucleation to the high pH value side or by lengthening the nucleation time, the amount of raw material to be input is increased and the number of nuclei to be produced is increased. As a result, the particle size of the composite hydroxide particles can be reduced even when the particle growth step is the same condition.

一方、核生成数が少なくするように制御すれば、得られる前記複合水酸化物粒子の粒径を大きくすることができる。 On the other hand, if the number of nucleated particles is controlled to be small, the particle size of the obtained composite hydroxide particles can be increased.

以下、金属化合物、反応水溶液中アンモニア濃度、反応温度などの条件を説明するが、核生成工程と粒子成長工程との相違点は、反応水溶液のpHおよび反応槽内の雰囲気を制御する範囲のみであり、金属化合物、反応液中アンモニア濃度、反応温度などの条件は、両工程において実質的に同様である。 Conditions such as the metal compound, the concentration of ammonia in the reaction aqueous solution, and the reaction temperature will be described below, but the difference between the nucleation step and the particle growth step is only in the range of controlling the pH of the reaction aqueous solution and the atmosphere in the reaction vessel. Yes, the conditions such as the metal compound, the concentration of ammonia in the reaction solution, and the reaction temperature are substantially the same in both steps.

(金属化合物)
金属化合物としては、目的とする金属を含有する化合物を用いる。使用する化合物は、水溶性の化合物を用いることが好ましく、硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩などがあげられる。たとえば、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトが好ましく用いられる。
(Metal compound)
As the metal compound, a compound containing the target metal is used. The compound to be used is preferably a water-soluble compound, and examples thereof include nitrates, sulfates, and hydrochlorides. For example, nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate are preferably used.

(添加元素)
添加元素(Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種以上の元素)は、水溶性の化合物を用いることが好ましく、たとえば、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸アンモニウムなどを用いることができる。
(Additional element)
As the additive element (one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, and W), it is preferable to use a water-soluble compound, for example, titanium sulfate, peroxo. Ammonium titanate, potassium titanium oxalate, vanadium sulfate, ammonium vanadate, chromium sulfate, potassium chromate, zirconium sulfate, zirconium nitrate, niobium oxalate, ammonium molybdate, sodium tungstate, ammonium tungstate and the like can be used. ..

かかる添加元素を複合水酸化物粒子の内部に均一に分散させる場合には、混合水溶液に、添加元素を含有する添加物を添加すればよく、複合水酸化物粒子の内部に添加元素を均一に分散させた状態で共沈させることできる。 When such an additive element is uniformly dispersed inside the composite hydroxide particles, an additive containing the additive element may be added to the mixed aqueous solution, and the additive element may be uniformly dispersed inside the composite hydroxide particles. It can be co-sunk in a dispersed state.

また、上記複合水酸化物粒子の表面を添加元素で被覆する場合には、たとえば、添加元素を含んだ水溶液で該複合水酸化物粒子をスラリー化し、所定のpHとなるように制御しつつ、前記1種以上の添加元素を含む水溶液を添加して、晶析反応により添加元素を複合水酸化物粒子表面に析出させれば、その表面を添加元素で均一に被覆することができる。この場合、添加元素を含んだ水溶液に替えて、添加元素のアルコキシド溶液を用いてもよい。さらに、上記複合水酸化物粒子に対して、添加元素を含んだ水溶液あるいはスラリーを吹き付けて乾燥させることによっても、複合水酸化物粒子の表面を添加元素で被覆することができる。また、複合水酸化物粒子と前記1種以上の添加元素を含む塩が懸濁したスラリーを噴霧乾燥させる、あるいは複合水酸化物と前記1種以上の添加元素を含む塩を固相法で混合するなどの方法により被覆することができる。 When the surface of the composite hydroxide particles is coated with an additive element, for example, the composite hydroxide particles are slurried with an aqueous solution containing the additive element, and the pH is controlled to a predetermined pH. If an aqueous solution containing one or more of the additive elements is added and the additive elements are precipitated on the surface of the composite hydroxide particles by a crystallization reaction, the surface can be uniformly coated with the additive elements. In this case, an alkoxide solution of the additive element may be used instead of the aqueous solution containing the additive element. Further, the surface of the composite hydroxide particles can be coated with the additive element by spraying an aqueous solution or a slurry containing the additive element on the composite hydroxide particles to dry the composite hydroxide particles. Further, the slurry in which the composite hydroxide particles and the salt containing the one or more additive elements are suspended is spray-dried, or the composite hydroxide and the salt containing the one or more additive elements are mixed by the solid phase method. It can be coated by a method such as

なお、表面を添加元素で被覆する場合、混合水溶液中に存在する添加元素イオンの原子数比を被覆する量だけ少なくしておくことで、得られる複合水酸化物粒子の金属イオンの原子数比と一致させることができる。また、粒子の表面を添加元素で被覆する工程は、複合水酸化物粒子を加熱した後の粒子に対して行ってもよい。 When the surface is coated with an additive element, the atomic number ratio of the metal ions of the composite hydroxide particles obtained by reducing the atomic number ratio of the additive element ions present in the mixed aqueous solution by the amount to be coated is reduced. Can be matched with. Further, the step of coating the surface of the particles with the additive element may be performed on the particles after heating the composite hydroxide particles.

(混合水溶液の濃度)
混合水溶液の濃度は、金属化合物の合計で1〜2.6mol/L、好ましくは1.5〜2.2mol/Lとすることが好ましい。混合水溶液の濃度が1mol/L未満では、反応槽当たりの晶析物量が少なくなるために生産性が低下して好ましくない。
(Concentration of mixed aqueous solution)
The total concentration of the mixed aqueous solution of the metal compounds is preferably 1 to 2.6 mol / L, preferably 1.5 to 2.2 mol / L. If the concentration of the mixed aqueous solution is less than 1 mol / L, the amount of crystallized substances per reaction vessel is small, so that the productivity is lowered, which is not preferable.

一方、混合水溶液の塩濃度が2.6mol/Lを超えると、常温での飽和濃度を超えるため、結晶が再析出して設備の配管を詰まらせるなどの危険がある。 On the other hand, if the salt concentration of the mixed aqueous solution exceeds 2.6 mol / L, the saturation concentration at room temperature is exceeded, and there is a risk that crystals will reprecipitate and clog the equipment piping.

また、金属化合物は、必ずしも混合水溶液として反応槽に供給しなくてもよく、たとえば、混合すると反応して化合物が生成される金属化合物を用いる場合、全金属化合物水溶液の合計の濃度が上記範囲となるように、個別に金属化合物水溶液を調製して、個々の金属化合物の水溶液として所定の割合で同時に反応槽内に供給してもよい。 Further, the metal compound does not necessarily have to be supplied to the reaction tank as a mixed aqueous solution. For example, when a metal compound that reacts to form a compound when mixed is used, the total concentration of the total metal compound aqueous solution is within the above range. As such, an aqueous solution of a metal compound may be individually prepared and supplied into the reaction vessel at a predetermined ratio as an aqueous solution of the individual metal compounds at the same time.

さらに、混合水溶液などや個々の金属化合物の水溶液を反応槽に供給する量は、晶析反応を終えた時点での晶析物濃度が、概ね30〜200g/L、好ましくは80〜150g/Lになるようにすることが望ましい。晶析物濃度が30g/L未満の場合には、一次粒子の凝集が不十分になることがあり、200g/Lを超える場合には、添加する混合水溶液の反応槽内での拡散が十分でなく、粒子成長に偏りが生じることがあるからである。 Further, the amount of the mixed aqueous solution or the like or the aqueous solution of each metal compound supplied to the reaction vessel is such that the concentration of the crystallized product at the time when the crystallization reaction is completed is approximately 30 to 200 g / L, preferably 80 to 150 g / L. It is desirable to be. If the concentration of the crystallized product is less than 30 g / L, the aggregation of the primary particles may be insufficient, and if it exceeds 200 g / L, the mixed aqueous solution to be added is sufficiently diffused in the reaction vessel. This is because the particle growth may be biased.

(アンモニア濃度)
反応水溶液中のアンモニア濃度は、以下の問題を生じさせないために、好ましくは3〜25g/L、好ましくは5〜20g/Lの範囲内で一定値に保持する。
(Ammonia concentration)
The ammonia concentration in the reaction aqueous solution is preferably maintained at a constant value within the range of 3 to 25 g / L, preferably 5 to 20 g / L so as not to cause the following problems.

アンモニアは錯化剤として作用するため、アンモニア濃度が3g/L未満であると、金属イオンの溶解度を一定に保持することができず、形状および粒径が整った板状の水酸化物一次粒子が形成されず、ゲル状の核が生成しやすいため粒度分布も広がりやすい。 Since ammonia acts as a complexing agent, if the ammonia concentration is less than 3 g / L, the solubility of metal ions cannot be kept constant, and plate-shaped hydroxide primary particles with a uniform shape and particle size. Is not formed and gel-like nuclei are likely to be formed, so that the particle size distribution is likely to spread.

一方、上記アンモニア濃度が25g/Lを超える濃度では、金属イオンの溶解度が大きくなり過ぎ、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増えて、組成のずれなどが起きる。 On the other hand, when the ammonia concentration exceeds 25 g / L, the solubility of the metal ions becomes too large, the amount of the metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases, and the composition shifts.

また、アンモニア濃度が変動すると、金属イオンの溶解度が変動し、均一な水酸化物粒子が形成されないため、一定値に保持することが好ましい。たとえば、アンモニア濃度は、上限と下限の幅を5g/L程度として所望の濃度に保持することが好ましい。 Further, when the ammonia concentration fluctuates, the solubility of metal ions fluctuates and uniform hydroxide particles are not formed. Therefore, it is preferable to keep the value constant. For example, the ammonia concentration is preferably maintained at a desired concentration with the upper and lower limits set to about 5 g / L.

なお、アンモニウムイオン供給体については、特に限定されないが、たとえば、アンモニア、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、フッ化アンモニウムなどを使用することができる。 The ammonium ion feeder is not particularly limited, but for example, ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride and the like can be used.

(反応液温度)
反応槽内において、反応液の温度は、好ましくは20℃以上、特に好ましくは20〜60℃に設定する。反応液の温度が20℃未満の場合、溶解度が低いため核発生が起こりやすく制御が難しくなる。一方、60℃を超えると、アンモニアの揮発が促進されるため、所定のアンモニア濃度を保つために、過剰のアンモニウムイオン供給体を添加しなければならならず、コスト高となる。
(Reaction solution temperature)
In the reaction vessel, the temperature of the reaction solution is preferably set to 20 ° C. or higher, particularly preferably 20 to 60 ° C. When the temperature of the reaction solution is less than 20 ° C., the solubility is low, so that nucleation is likely to occur and control becomes difficult. On the other hand, if the temperature exceeds 60 ° C., the volatilization of ammonia is promoted, so that an excess ammonium ion feeder must be added in order to maintain a predetermined ammonia concentration, resulting in high cost.

(アルカリ水溶液)
反応水溶液中のpHを調整するアルカリ水溶液については、特に限定されるものではなく、たとえば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物水溶液を用いることができる。かかるアルカリ金属水酸化物の場合、直接、反応水溶液中に供給してもよいが、反応槽内における反応水溶液のpH制御の容易さから、水溶液として反応槽内の反応水溶液に添加することが好ましい。
(Alkaline aqueous solution)
The alkaline aqueous solution for adjusting the pH in the reaction aqueous solution is not particularly limited, and for example, an alkali metal hydroxide aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide can be used. In the case of such an alkali metal hydroxide, it may be directly supplied into the reaction aqueous solution, but it is preferable to add it as an aqueous solution to the reaction aqueous solution in the reaction tank because of the ease of pH control of the reaction aqueous solution in the reaction tank. ..

また、アルカリ水溶液を反応槽に添加する方法についても、特に限定されるものではなく、反応水溶液を十分に攪拌しながら、定量ポンプなど、流量制御が可能なポンプで、反応水溶液のpH値が所定の範囲に保持されるように、添加すればよい。 The method of adding the alkaline aqueous solution to the reaction vessel is not particularly limited, and the pH value of the reaction aqueous solution is predetermined by a pump such as a metering pump that can control the flow rate while sufficiently stirring the reaction aqueous solution. It may be added so as to be maintained in the range of.

(製造設備)
本発明の複合水酸化物粒子の製造方法では、反応が完了するまで生成物を回収しない方式の装置を用いる。たとえば、撹拌機が設置された通常に用いられるバッチ反応槽などである。かかる装置を採用すると、一般的なオーバーフローによって生成物を回収する連続晶析装置のように、成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されるという問題が生じないため、粒度分布が狭く粒径の揃った粒子を得ることができる。
(production equipment)
In the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, an apparatus of a method in which the product is not recovered until the reaction is completed is used. For example, a commonly used batch reaction vessel equipped with a stirrer. When such a device is adopted, unlike a continuous crystallizer that recovers products by overflow, there is no problem that growing particles are recovered at the same time as the overflow liquid, so that the particle size distribution is narrow and the particle size is small. Aligned particles can be obtained.

また、反応雰囲気を制御する必要があるため、密閉式の装置などの雰囲気制御可能な装置を用いる。このような装置を用いることで、得られる複合水酸化物粒子を上記構造のものとすることができるとともに、核生成反応や粒子成長反応をほぼ均一に進めることができるので、粒径分布の優れた粒子、すなわち粒度分布の範囲の狭い粒子を得ることができる。 Further, since it is necessary to control the reaction atmosphere, an atmosphere controllable device such as a closed type device is used. By using such an apparatus, the obtained composite hydroxide particles can have the above-mentioned structure, and the nucleation reaction and the particle growth reaction can proceed almost uniformly, so that the particle size distribution is excellent. It is possible to obtain fine particles, that is, particles having a narrow particle size distribution range.

上記製造方法によって得られるニッケルマンガン複合水酸化物粒子は、その組成が、以下の一般式で表されるように調整される。このような組成を有するニッケルマンガン複合水酸化物粒子を前駆体として、リチウムニッケルマンガン複合酸化物を製造すれば、このリチウムニッケルマンガン複合酸化物を正極活物質とする電極を電池に用いた場合に、測定される正極抵抗の値を低くでき、優れた出力特性を発揮するとともに、電池性能を良好なものとすることができる。 The composition of the nickel-manganese composite hydroxide particles obtained by the above production method is adjusted so as to be represented by the following general formula. If a lithium nickel-manganese composite oxide is produced using nickel-manganese composite hydroxide particles having such a composition as a precursor, when an electrode using this lithium nickel-manganese composite oxide as a positive electrode active material is used in a battery. , The value of the measured positive electrode resistance can be lowered, excellent output characteristics can be exhibited, and the battery performance can be improved.

一般式:NiMnCo(OH)2+α
(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦α≦0.5、Mは添加元素であり、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)
なお、本発明において、中空構造の正極活物質を得ようとする場合、その前駆体である前記ニッケルマンガン複合水酸化物粒子のニッケルの含有量とマンガンの含有量を、それぞれ前記一般式において、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55となるように調整して、マンガンの含有量を高めに設定することで、当該中空構造が得られやすい二次粒子からなるニッケル複合水酸化物とすることができる。
General formula: Ni x Mn y Co z M t (OH) 2 + α
(X + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, M Is an additive element, and is one or more additive elements selected from Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W).
In the present invention, when a positive electrode active material having a hollow structure is to be obtained, the nickel content and the manganese content of the nickel-manganese composite hydroxide particles, which are precursors thereof, are determined by the above general formulas, respectively. By adjusting so that 0.3 ≦ x ≦ 0.7 and 0.1 ≦ y ≦ 0.55 and setting the manganese content higher, the secondary particles from which the hollow structure can be easily obtained can be obtained. Can be a nickel composite hydroxide.

なお、複合水酸化物粒子を原料として正極活物質を得た場合、この複合水酸化物粒子の組成比(Ni:Mn:Co:M)は、得られる正極活物質においても維持される。したがって、本発明の複合水酸化物の組成比は、得ようとする正極活物質に要求される組成比と同様となるように調整される。 When a positive electrode active material is obtained from the composite hydroxide particles as a raw material, the composition ratio (Ni: Mn: Co: M) of the composite hydroxide particles is maintained even in the obtained positive electrode active material. Therefore, the composition ratio of the composite hydroxide of the present invention is adjusted to be similar to the composition ratio required for the positive electrode active material to be obtained.

(平均粒径)
本発明のニッケルマンガン複合水酸化物粒子の平均粒径は、1μmを超え、15μm以下、好ましくは平均粒径が3μmを超え、10μm以下の範囲に調整されている。ニッケル複合水酸化物の平均粒径をこのような範囲に制御することにより、該複合水酸化物粒子を原料として得られる正極活物質を所定の平均粒径(1μmを超え、15μm以下)に調整することができる。このように、複合水酸化物粒子の粒径は、得られる正極活物質の粒径と相関するため、この正極活物質を正極材料に用いた電池の特性に影響するものである。
(Average particle size)
The average particle size of the nickel-manganese composite hydroxide particles of the present invention is adjusted to a range of more than 1 μm and 15 μm or less, preferably an average particle size of more than 3 μm and 10 μm or less. By controlling the average particle size of the nickel composite hydroxide within such a range, the positive electrode active material obtained from the composite hydroxide particles as a raw material is adjusted to a predetermined average particle size (more than 1 μm and 15 μm or less). can do. As described above, since the particle size of the composite hydroxide particles correlates with the particle size of the obtained positive electrode active material, it affects the characteristics of the battery using this positive electrode active material as the positive electrode material.

この複合水酸化物の平均粒径が1μm以下であると、得られる正極活物質の平均粒径も小さくなり、表面積が増加することで高い出力は得られるが、正極の充填密度が低下して容積あたりの電池容量が低下するとともに、電極ペーストを混同する際に導電助剤との分散性が悪化し、電極内で粒子に掛かる電圧が不均一となることで、充放電を繰り返すと劣化し、容量が低下する。逆に、該複合水酸化物の平均粒径が15μmを超えると、得られる正極活物質の比表面積が低下して、電解液との界面が減少することにより、正極の抵抗が上昇して電池の出力特性が低下する。 When the average particle size of this composite hydroxide is 1 μm or less, the average particle size of the obtained positive electrode active material is also small, and a high output can be obtained by increasing the surface area, but the packing density of the positive electrode is lowered. The battery capacity per volume decreases, the dispersibility with the conductive auxiliary agent deteriorates when the electrode paste is confused, and the voltage applied to the particles in the electrode becomes non-uniform, which deteriorates when charging and discharging are repeated. , Capacity drops. On the contrary, when the average particle size of the composite hydroxide exceeds 15 μm, the specific surface area of the obtained positive electrode active material decreases and the interface with the electrolytic solution decreases, so that the resistance of the positive electrode increases and the battery The output characteristics of

(粒度分布)
本発明の複合水酸化物粒子は、その粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が、1.0以下、好ましくは0.70以下となるように調整されている。正極活物質の粒度分布は、原料である複合水酸化物の影響を強く受け、たとえば、複合水酸化物粒子に微粒子あるいは粗大粒子が混入していると、正極活物質にも、同様に、微粒子あるいは粗大粒子が存在するようになる。すなわち、〔(d90−d10)/平均粒径〕が1.0を超え、粒度分布が広い状態であると、正極活物質にも微粒子あるいは粗大粒子が存在するようになる。
(Particle size distribution)
The composite hydroxide particles of the present invention are adjusted so that [(d90-d10) / average particle size], which is an index showing the spread of the particle size distribution, is 1.0 or less, preferably 0.70 or less. ing. The particle size distribution of the positive electrode active material is strongly influenced by the composite hydroxide as a raw material. For example, when fine particles or coarse particles are mixed in the composite hydroxide particles, the positive electrode active material also has fine particles. Alternatively, coarse particles will be present. That is, when [(d90-d10) / average particle size] exceeds 1.0 and the particle size distribution is wide, fine particles or coarse particles are also present in the positive electrode active material.

微粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を形成した場合、微粒子の局所的な反応に起因して発熱する可能性があり、電池の安全性が低下するとともに、微粒子が選択的に劣化するため、電池のサイクル特性が悪化してしまう。一方、大径粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を形成した場合、電解液と正極活物質との反応面積が十分に取れず、反応抵抗の増加により電池出力が低下する。 When a positive electrode is formed using a positive electrode active material containing a large amount of fine particles, heat may be generated due to a local reaction of the fine particles, which lowers the safety of the battery and selectively deteriorates the fine particles. Therefore, the cycle characteristics of the battery deteriorate. On the other hand, when the positive electrode is formed by using the positive electrode active material in which many large-diameter particles are present, the reaction area between the electrolytic solution and the positive electrode active material cannot be sufficiently obtained, and the battery output decreases due to the increase in reaction resistance.

平均粒径およびd90、d10は、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。粒度分布の広がりを示す指標〔(d90−d10)/平均粒径〕において、d10は、各粒径における粒子数を粒径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の10%となる粒径を意味している。また、d90は、同様に粒子数を累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の90%となる粒径を意味している。平均粒径は体積平均粒径MVを用い、を用いればよい。 The average particle size and d90 and d10 can be obtained from the volume integrated values measured by the laser light diffraction scattering type particle size analyzer. In the index [(d90-d10) / average particle size] indicating the spread of the particle size distribution, d10 accumulates the number of particles at each particle size from the smaller particle size side, and the cumulative volume is 10 of the total volume of all particles. It means the particle size to be%. Further, d90 means a particle size in which the number of particles is similarly accumulated and the accumulated volume is 90% of the total volume of all particles. As the average particle size, the volume average particle size MV may be used, and may be used.

(粒子構造)
本発明の遷移金属複合水酸化物粒子は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子により構成される。二次粒子を構成する一次粒子の形状としては、板状、針状、直方体状、楕円状、稜面体状などのさまざまな形態を採りうる。また、その凝集状態も、ランダムな方向に凝集する場合のほか、中心から放射状に粒子の長径方向が凝集する場合も本発明に適用することは可能である。
(Particle structure)
The transition metal composite hydroxide particles of the present invention are composed of secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles. As the shape of the primary particles constituting the secondary particles, various forms such as a plate shape, a needle shape, a rectangular parallelepiped shape, an elliptical shape, and a ridge face shape can be adopted. Further, the agglutination state can be applied to the present invention not only in the case of agglutination in a random direction but also in the case of agglomeration of particles in the major axis direction radially from the center.

ただし、本発明では、板状および/または針状の一次粒子がランダムな方向に凝集して二次粒子を形成していることが好ましい。このような構造の場合、一次粒子間にほぼ均一に空隙が生じて、リチウム化合物と混合して焼成する際に、溶融したリチウム化合物が二次粒子内へ行きわたり、リチウムの拡散が十分に行われるからである。 However, in the present invention, it is preferable that the plate-shaped and / or needle-shaped primary particles are aggregated in random directions to form secondary particles. In the case of such a structure, voids are formed almost uniformly between the primary particles, and when the lithium compound is mixed and fired, the molten lithium compound spreads into the secondary particles and the lithium is sufficiently diffused. Because it is done.

本発明において、二次粒子を構成する一次粒子の平均粒径は、0.3〜3.0μmの範囲に調整されることが好ましい。一次粒子の大きさをこのように調整することにより、一次粒子間に適切な空隙が得られ、焼成時に二次粒子内へのリチウムの十分な拡散が容易に行われるようにある。なお、一次粒子の平均粒径は、0.4〜1.5μmであることがより好ましい。 In the present invention, the average particle size of the primary particles constituting the secondary particles is preferably adjusted to the range of 0.3 to 3.0 μm. By adjusting the size of the primary particles in this way, appropriate voids are obtained between the primary particles, and sufficient diffusion of lithium into the secondary particles during firing is easily performed. The average particle size of the primary particles is more preferably 0.4 to 1.5 μm.

一次粒子の平均粒径が0.3μm未満であると、焼成時の焼結温度が低温化して、二次粒子間の焼結が多くなり、得られる正極活物質に粗大粒子が含まれるようになる。一方、3μmを超えると、得られる正極活物質の結晶性を十分なものとするために、焼成温度を高くする必要が生じ、このような高い温度での焼成により、二次粒子間での焼結が発生し、正極活物質が適切な粒度分布から外れてしまうこととなる。 When the average particle size of the primary particles is less than 0.3 μm, the sintering temperature at the time of firing is lowered, the sintering between the secondary particles is increased, and the obtained positive electrode active material contains coarse particles. Become. On the other hand, if it exceeds 3 μm, it becomes necessary to raise the firing temperature in order to make the obtained positive electrode active material sufficiently crystalline, and firing at such a high temperature results in firing between secondary particles. Sintering will occur and the positive electrode active material will deviate from the appropriate particle size distribution.

本発明では、正極活物質の二次粒子の構造として、緻密で薄い外殻と、中空の内部と有する中空構造を採る。一方、中空構造の正極活物質の前駆体としては、中空を形成する微細で粗な一次粒子の集合体である中心部と、それを包み込む外周の緻密な一次粒子の集合体である外郭部を備える。 In the present invention, as the structure of the secondary particles of the positive electrode active material, a hollow structure having a dense and thin outer shell and a hollow inside is adopted. On the other hand, as a precursor of the positive electrode active material having a hollow structure, a central portion, which is an aggregate of fine and coarse primary particles forming a hollow, and an outer shell portion, which is an aggregate of dense primary particles on the outer periphery surrounding the central portion, are used. Be prepared.

このような粒子構造においては、一次粒子の性状が影響する。すなわち、中心部では、微細な一次粒子がランダムな方向に凝集し、かつ、外殻部では、より大きな一次粒子がランダムな方向に凝集していることが好ましい。このようなランダムな方向の凝集により、中心部の収縮が均等に生じ、正極活物質において十分な大きさを有する空間を形成することができる。 In such a particle structure, the properties of the primary particles have an effect. That is, it is preferable that fine primary particles are agglomerated in a random direction in the central portion, and larger primary particles are agglomerated in a random direction in the outer shell portion. Due to the aggregation in such random directions, the contraction of the central portion is uniformly generated, and a space having a sufficient size can be formed in the positive electrode active material.

また、この場合、微細一次粒子の平均粒径は、0.01〜0.3μmであることが好ましく、0.1〜0.3μmであることがより好ましい。微細一次粒子の平均粒径0.01μm未満であると、複合水酸化物粒子において十分な大きさの中心部が形成されないことがあり、0.3μmを超えると、焼結開始の低温化および収縮が十分でなく、焼成後に十分な大きさの空間が得られないことがある。なお、外殻部の一次粒子の性状については、前述と同様のものとすればよい。 In this case, the average particle size of the fine primary particles is preferably 0.01 to 0.3 μm, more preferably 0.1 to 0.3 μm. If the average particle size of the fine primary particles is less than 0.01 μm, a central portion of sufficient size may not be formed in the composite hydroxide particles, and if it exceeds 0.3 μm, the temperature at the start of sintering is lowered and shrinkage occurs. Is not enough, and a space of sufficient size may not be obtained after firing. The properties of the primary particles in the outer shell may be the same as described above.

このような複合水酸化物粒子を原料として得られる正極活物質を構成する二次粒子は、中空構造を有し、その粒子径に対する外殻部の厚さの比率は、上記複合水酸化物二次粒子の比率が概ね維持される。したがって、二次粒子径に対する外殻部の厚さの比率を上記範囲とすることで、リチウム遷移金属複合酸化物に十分な中空部を形成することができる。 The secondary particles constituting the positive electrode active material obtained from such composite hydroxide particles as a raw material have a hollow structure, and the ratio of the thickness of the outer shell portion to the particle diameter is the above-mentioned composite hydroxide secondary. The ratio of subatomic particles is generally maintained. Therefore, by setting the ratio of the thickness of the outer shell portion to the secondary particle size in the above range, a sufficient hollow portion can be formed in the lithium transition metal composite oxide.

なお、中心部の微細一次粒子および外殻部のより大きな一次粒子の粒径、ならびに、外殻部の厚さは、遷移金属複合水酸化物の断面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察することによって測定できる。たとえば、複数の遷移金属複合水酸化物(二次粒子)を樹脂などに埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工などにより該粒子の断面観察が可能な状態とする。中心部の微細一次粒子および外殻部の一次粒子の粒径は、該二次粒子中の、好ましくは10個以上の一次粒子断面の最大径を粒径として測定し、平均値を計算することで求めることができる。 The particle size of the fine primary particles in the center and the larger primary particles in the outer shell, and the thickness of the outer shell are observed by observing the cross section of the transition metal composite hydroxide using a scanning electron microscope. It can be measured by. For example, a plurality of transition metal composite hydroxides (secondary particles) are embedded in a resin or the like, and the cross-section of the particles can be observed by cross-section polisher processing or the like. For the particle size of the fine primary particles in the central portion and the primary particles in the outer shell portion, the maximum diameter of preferably 10 or more primary particle cross sections in the secondary particles is measured as the particle size, and the average value is calculated. Can be found at.

また、外殻部の厚さの二次粒子径に対する比率は、以下のように求めることができる。上記樹脂中の二次粒子から、ほぼ粒子中心の断面観察が可能な粒子を選択して、3箇所以上の任意の箇所で、外殻部の外周上と中心部側の内周上の距離が最短となる2点間の距離を測定して、粒子ごとの外殻部の平均厚みを求める。二次粒子外周上で距離が最大となる任意の2点間の距離を二次粒子径として該平均厚みを除することで、粒子ごとの外殻部の厚さの上記比率を求める。さらに、10個以上の粒子について求めた粒子ごとの該比率を平均することで、上記ニッケル複合水酸化物における、二次粒子径に対する外殻部の厚さの比率を求めることができる。 The ratio of the thickness of the outer shell to the secondary particle size can be obtained as follows. From the secondary particles in the resin, particles whose cross section can be observed at the center of the particles are selected, and the distance between the outer circumference of the outer shell and the inner circumference on the center side is set at three or more arbitrary points. The shortest distance between two points is measured to obtain the average thickness of the outer shell for each particle. The above ratio of the thickness of the outer shell portion for each particle is obtained by dividing the average thickness by using the distance between any two points having the maximum distance on the outer circumference of the secondary particle as the secondary particle diameter. Further, by averaging the ratio of each particle obtained for 10 or more particles, the ratio of the thickness of the outer shell portion to the secondary particle size in the nickel composite hydroxide can be obtained.

(2)非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
本発明の正極活物質の製造方法は、上記製造方法によって得られるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子とリチウム化合物を混合してリチウム混合物を形成する混合工程と、該混合工程で形成された混合物を焼成する焼成工程を含むものであるが、混合工程の前に遷移金属複合水酸化物を熱処理する熱処理工程を加えてもよい。すなわち、図2に示すように、a)正極活物質の前駆体となるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を熱処理する熱処理工程と、b)熱処理後の粒子に対してリチウム化合物を混合してリチウム混合物を形成する混合工程、c)混合工程で形成された混合物を焼成する焼成工程を含むものとすることができる。以下、各工程を説明する。
(2) Method for Producing Positive Electrode Active Material for Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery The method for producing the positive electrode active material of the present invention is a lithium mixture obtained by mixing nickel cobalt manganese composite hydroxide particles obtained by the above production method and a lithium compound. A mixing step of forming the above and a firing step of firing the mixture formed in the mixing step are included, but a heat treatment step of heat-treating the transition metal composite hydroxide may be added before the mixing step. That is, as shown in FIG. 2, a) a heat treatment step of heat-treating nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles which are precursors of a positive electrode active material, and b) a lithium compound is mixed with the heat-treated particles to form lithium. It may include a mixing step of forming a mixture, and c) a firing step of firing the mixture formed in the mixing step. Hereinafter, each step will be described.

a)熱処理工程
熱処理工程は、上記ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子の製造方法で得た複合水酸化物粒子を105〜750℃、好ましくは105〜400℃の温度に加熱して熱処理する工程である。この熱処理工程を行うことにより、複合水酸化物粒子に含有されている水分を除去している。この熱処理工程を行うことによって、粒子中に焼成工程まで残留している水分を一定量まで減少させることができる。このため、得られる製造される正極活物質中の金属の原子数やリチウムの原子数の割合がばらつくことを防ぐことができる。
a) Heat treatment step The heat treatment step is a step of heating the composite hydroxide particles obtained by the above method for producing nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles to a temperature of 105 to 750 ° C., preferably 105 to 400 ° C. for heat treatment. is there. By performing this heat treatment step, the water contained in the composite hydroxide particles is removed. By performing this heat treatment step, the amount of water remaining in the particles until the firing step can be reduced to a certain amount. Therefore, it is possible to prevent variations in the number of metal atoms and the ratio of lithium atoms in the obtained positive electrode active material.

なお、正極活物質中の金属の原子数やリチウムの原子数の割合にばらつきが生じない程度に水分が除去できればよいので、必ずしもすべての複合水酸化物を遷移金属複合酸化物に転換する必要はなく、400℃以下の温度で熱処理すれば十分であるが、ばらつきをより少なくするためには、加熱温度を400℃以上として、すべての複合水酸化物を複合酸化物に転換すればよい。後工程である焼成工程においても、加熱中に複合酸化物に転換されるが、熱処理により上記ばらつきをより少なく抑制できる。 It is only necessary to remove water to the extent that the number of metal atoms and the ratio of lithium atoms in the positive electrode active material do not vary, so it is not always necessary to convert all composite hydroxides to transition metal composite oxides. However, heat treatment at a temperature of 400 ° C. or lower is sufficient, but in order to further reduce the variation, all the composite hydroxides may be converted into composite oxides at a heating temperature of 400 ° C. or higher. In the firing step, which is a subsequent step, the oxide is converted to a composite oxide during heating, but the above variation can be suppressed by heat treatment.

熱処理工程において、加熱温度が105℃未満の場合、複合水酸化物中の余剰水分が除去できず、上記ばらつきを抑制することができないことがある。一方、加熱温度が750℃を超えると、熱処理により粒子が焼結して均一な粒径の複合酸化物が得られない。熱処理条件による複合水酸化物中に含有される金属成分を分析によって予め求めておき、リチウム化合物との比を決めておくことで、上記ばらつきを抑制することができる。 In the heat treatment step, when the heating temperature is less than 105 ° C., excess water in the composite hydroxide cannot be removed, and the above variation may not be suppressed. On the other hand, when the heating temperature exceeds 750 ° C., the particles are sintered by the heat treatment and a composite oxide having a uniform particle size cannot be obtained. The above variation can be suppressed by determining the metal component contained in the composite hydroxide under the heat treatment conditions in advance by analysis and determining the ratio with the lithium compound.

熱処理を行う雰囲気は特に制限されるものではなく、非還元性雰囲気であればよいが、簡易的に行える空気気流中において行うことが好ましい。 The atmosphere in which the heat treatment is performed is not particularly limited and may be a non-reducing atmosphere, but it is preferably performed in an air stream that can be easily performed.

また、熱処理時間は、特に制限されないが、1時間未満では複合水酸化物の余剰水分の除去が十分に行われない場合があるので、少なくとも1時間以上が好ましく、5〜15時間がより好ましい。 The heat treatment time is not particularly limited, but if it is less than 1 hour, the excess water of the composite hydroxide may not be sufficiently removed. Therefore, at least 1 hour or more is preferable, and 5 to 15 hours is more preferable.

そして、熱処理に用いられる設備は、特に限定されるものではなく、複合水酸化物を非還元性雰囲気中、好ましくは、空気気流中で加熱できるものであればよく、ガス発生がない電気炉などが好適に用いられる。 The equipment used for the heat treatment is not particularly limited, as long as the composite hydroxide can be heated in a non-reducing atmosphere, preferably in an air stream, such as an electric furnace that does not generate gas. Is preferably used.

b)混合工程
混合工程は、遷移金属複合水酸化物粒子、あるいは上記熱処理工程において熱処理された複合水酸化物粒子(以下、「熱処理粒子」ということがある)などと、リチウムを含有する物質、たとえば、リチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を得る工程である。
b) Mixing step The mixing step includes transition metal composite hydroxide particles, composite hydroxide particles heat-treated in the heat treatment step (hereinafter, may be referred to as “heat-treated particles”), and a substance containing lithium. For example, it is a step of mixing with a lithium compound to obtain a lithium mixture.

ここで、上記熱処理粒子には、熱処理工程において残留水分を除去された複合水酸化物のみならず、熱処理工程で酸化物に転換された複合酸化物、もしくはこれらの混合粒子も含まれる。 Here, the heat-treated particles include not only composite hydroxides from which residual water has been removed in the heat treatment step, but also composite oxides converted into oxides in the heat treatment step, or mixed particles thereof.

遷移金属複合水酸化物または熱処理粒子と、リチウム化合物とは、リチウム混合物中のリチウム以外の金属の原子数、すなわち、ニッケル、マンガン、コバルトおよび添加元素の原子数の和(Me)と、リチウムの原子数(Li)との比(Li/Me)が、0.95〜1.5、好ましくは1〜1.35、より好ましくは1〜1.20となるように、混合される。すなわち、焼成工程前後でLi/Meは通常は変化しないので、この混合工程で混合するLi/Meが正極活物質におけるLi/Meとなるため、リチウム混合物におけるLi/Meが、得ようとする正極活物質におけるLi/Meと同じになるように混合される。 The transition metal composite hydroxide or heat-treated particles and the lithium compound are the sum of the number of atoms of a metal other than lithium in the lithium mixture, that is, the sum of the number of atoms of nickel, manganese, cobalt and additive elements (Me), and lithium. The mixture is mixed so that the ratio (Li / Me) to the number of atoms (Li) is 0.95 to 1.5, preferably 1-1.35, and more preferably 1-1.20. That is, since Li / Me usually does not change before and after the firing step, the Li / Me mixed in this mixing step becomes Li / Me in the positive electrode active material, so that the Li / Me in the lithium mixture is the positive electrode to be obtained. It is mixed so as to be the same as Li / Me in the active material.

リチウム混合物を形成するために使用されるリチウム化合物は、特に限定されるものではないが、たとえば、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、もしくはこれらの混合物が、入手が容易であるという点で好ましい。特に、取り扱いの容易さ、品質の安定性を考慮すると、水酸化リチウムまたは炭酸リチウムもしくはそれらの混合物を用いることがより好ましい。 The lithium compound used to form the lithium mixture is not particularly limited, but for example, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate, or a mixture thereof is preferable in that it is easily available. .. In particular, considering ease of handling and stability of quality, it is more preferable to use lithium hydroxide, lithium carbonate, or a mixture thereof.

なお、リチウム混合物は、焼成前に十分混合しておくことが好ましい。混合が十分でない場合には、個々の粒子間でLi/Meがばらつき、十分な電池特性が得られないなどの問題が生じる可能性がある。 The lithium mixture is preferably sufficiently mixed before firing. If the mixing is not sufficient, problems such as variations in Li / Me among the individual particles and insufficient battery characteristics may occur.

また、混合には、一般的な混合機を使用することができ、たとえば、シェーカーミキサ、レーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Vブレンダなどを用いることができ、遷移金属複合水酸化物などの形骸が破壊されない程度で、複合酸化物または熱処理粒子と、リチウムを含有する物質とが十分に混合されればよい。 In addition, a general mixer can be used for mixing, for example, a shaker mixer, a ladyge mixer, a julia mixer, a V blender, or the like can be used, to the extent that the skeleton such as the transition metal composite hydroxide is not destroyed. Then, it is sufficient that the composite oxide or the heat-treated particles and the substance containing lithium are sufficiently mixed.

c)焼成工程
焼成工程は、上記混合工程で得られたリチウム混合物を焼成して、リチウム遷移金属複合酸化物を形成する工程である。焼成工程においてリチウム混合物を焼成すると、遷移金属複合水酸化物、あるいは熱処理粒子に、リチウムを含有する物質中のリチウムが拡散するので、リチウム遷移金属複合酸化物が形成される。
c) Firing step The firing step is a step of calcining the lithium mixture obtained in the above mixing step to form a lithium transition metal composite oxide. When the lithium mixture is fired in the firing step, the lithium in the lithium-containing substance diffuses into the transition metal composite hydroxide or the heat-treated particles, so that the lithium transition metal composite oxide is formed.

(焼成温度)
リチウム混合物の焼成は、650〜1000℃で行われる。焼成温度が650℃未満であると、遷移金属複合酸化物中へのリチウムの拡散が十分でなく、余剰のリチウムと未反応の遷移金属複合酸化物が残ったり、あるいは結晶構造が十分整わなくなったりして、電池に用いられた場合に十分な電池特性が得られない。また、1000℃を超えるとリチウム遷移金属複合酸化物間で激しく焼結が生じるとともに、異常粒成長を生じることから粒子が粗大となり、球状二次粒子の形態を保持できなくなる。いずれの場合でも、電池容量が低下するばかりかでなく、正極抵抗の値も高くなってしまう。
(Baking temperature)
Firing of the lithium mixture is carried out at 650-1000 ° C. If the calcination temperature is less than 650 ° C., the diffusion of lithium into the transition metal composite oxide is not sufficient, and excess lithium and unreacted transition metal composite oxide remain, or the crystal structure is not sufficiently arranged. Therefore, sufficient battery characteristics cannot be obtained when used in a battery. Further, if the temperature exceeds 1000 ° C., the lithium transition metal composite oxides are violently sintered, and abnormal grain growth occurs, so that the particles become coarse and the morphology of the spherical secondary particles cannot be maintained. In either case, not only the battery capacity is reduced, but also the value of the positive electrode resistance is increased.

なお、焼成温度は800〜980℃とすることが好ましく、850〜950℃とすることがより好ましい。 The firing temperature is preferably 800 to 980 ° C, more preferably 850 to 950 ° C.

(焼成時間)
焼成時間のうち、所定温度での保持時間は、少なくとも1時間以上とすることが好ましく、2〜10時間とすることがより好ましい。1時間未満では、リチウム遷移金属複合酸化物の生成が十分に行われないことがある。
(Baking time)
Of the firing times, the holding time at a predetermined temperature is preferably at least 1 hour or more, and more preferably 2 to 10 hours. In less than one hour, the formation of the lithium transition metal composite oxide may not be sufficient.

(仮焼)
特に、リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用した場合には、焼成工程の前に、焼成温度より低く、かつ、350〜800℃、好ましくは450〜780℃の温度に1〜10時間程度、好ましくは3〜6時間保持して仮焼することが好ましい。あるいは、焼成温度に達するまでの昇温速度を遅くすることで、実質的に仮焼した場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、水酸化リチウムや炭酸リチウムと遷移金属複合酸化物の反応温度において仮焼することが好ましい。この場合、水酸化リチウムや炭酸リチウムの上記反応温度付近で保持すれば、熱処理粒子へのリチウムの拡散が十分に行われ、均一なリチウム遷移金属複合酸化物を得ることができる。
(Temporary firing)
In particular, when lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, the temperature is lower than the firing temperature and is 350 to 800 ° C., preferably 450 to 780 ° C. for 1 to 10 hours before the firing step. It is preferable to hold the mixture for about 3 to 6 hours for calcining. Alternatively, by slowing the rate of temperature rise until the firing temperature is reached, it is possible to obtain substantially the same effect as in the case of calcining. That is, it is preferable to perform calcining at the reaction temperature of lithium hydroxide or lithium carbonate and the transition metal composite oxide. In this case, if lithium hydroxide or lithium carbonate is kept near the above reaction temperature, lithium is sufficiently diffused into the heat-treated particles, and a uniform lithium transition metal composite oxide can be obtained.

(焼成雰囲気)
焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とするが好ましく、酸素濃度を10〜100容量%の雰囲気とすることがより好ましく、上記酸素濃度の酸素と不活性ガスの混合雰囲気とすることが特に好ましい。すなわち、大気ないしは酸素気流中で行なうことが好ましい。酸素濃度が10容量%未満であると、酸化が十分でなく、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶性が十分でない場合がある。
(Baking atmosphere)
The atmosphere at the time of firing is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 10 to 100% by volume, and particularly preferably a mixed atmosphere of oxygen having an oxygen concentration and an inert gas. That is, it is preferable to carry out in the atmosphere or an oxygen stream. If the oxygen concentration is less than 10% by volume, oxidation may not be sufficient and the crystallinity of the lithium transition metal composite oxide may not be sufficient.

なお、焼成に用いられる炉は、特に限定されるものではなく、大気〜酸素気流中で加熱できるものであればよいが、炉内の雰囲気を均一に保つ観点から、ガス発生がない電気炉が好ましく、バッチ式あるいは連続式の炉が用いられる。 The furnace used for firing is not particularly limited as long as it can be heated in an air to oxygen stream, but from the viewpoint of keeping the atmosphere in the furnace uniform, an electric furnace that does not generate gas is used. Preferably, a batch or continuous furnace is used.

(解砕)
焼成によって得られたリチウム遷移金属複合酸化物は、凝集もしくは軽度の焼結が生じている場合がある。この場合には、解砕してもよく、これにより、リチウム遷移金属複合酸化物、つまり、本発明の正極活物質を得ることができる。なお、解砕とは、焼成時に二次粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギーを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく二次粒子を分離させて、凝集体をほぐす操作のことである。
(Crushing)
The lithium transition metal composite oxide obtained by firing may be aggregated or slightly sintered. In this case, it may be crushed, whereby a lithium transition metal composite oxide, that is, the positive electrode active material of the present invention can be obtained. In addition, crushing means that mechanical energy is applied to an agglomerate composed of a plurality of secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing, and the secondary particles themselves are hardly destroyed. It is an operation to separate secondary particles and loosen agglomerates.

上記製造方法によって得られる正極活物質は、一般式:Li1+uNiMnCo2+α(−0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは添加元素であり、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種以上の元素)で表され、層状構造を有する六方晶系の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガン複合酸化物からなる。 The positive electrode active material obtained by the above production method has a general formula: Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 + α (−0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0. 7, 0.1 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is an additive element, and Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, W It is represented by one or more elements selected from), and is composed of a lithium nickel-manganese composite oxide having a hexagonal crystal structure having a layered structure.

正極活物質においてリチウムの過剰量を示すsの値は、−0.05から0.50までの範囲である。リチウムの過剰量sが−0.05未満の場合、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。一方、リチウムの過剰量sが0.50を超える場合、上記正極活物質を電池の正極に用いた場合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。 The value of s, which indicates an excess amount of lithium in the positive electrode active material, is in the range of −0.05 to 0.50. When the excess amount s of lithium is less than −0.05, the reaction resistance of the positive electrode in the non-aqueous electrolyte secondary battery using the obtained positive electrode active material becomes large, so that the output of the battery becomes low. On the other hand, when the excess amount s of lithium exceeds 0.50, the initial discharge capacity when the positive electrode active material is used for the positive electrode of the battery decreases, and the reaction resistance of the positive electrode also increases.

なお、該反応抵抗をより低減させるためには、リチウムの過剰量sは、0以上とすることが好ましく、0以上0.35以下とすることがより好ましく、0以上0.20以下とすることがさらに好ましい。なお、上記一般式におけるニッケルの含有量を示すxが0.7以下、かつ、yが0.1以上の場合には、高容量化の観点から、リチウム過剰量sは0.10以上とすることがより好ましい。 In order to further reduce the reaction resistance, the excess amount s of lithium is preferably 0 or more, more preferably 0 or more and 0.35 or less, and 0 or more and 0.20 or less. Is even more preferable. When x, which indicates the nickel content in the above general formula, is 0.7 or less and y is 0.1 or more, the excess lithium amount s is 0.10 or more from the viewpoint of increasing the capacity. Is more preferable.

マンガンの含有量を示すyの値は0.1以上0.55以下とする。yの値が、このような範囲にある場合、前駆体である遷移金属複合水酸化物が、微細一次粒子からなる中心部と中心部の外側に該微細一次粒子よりも大きな一次粒子からなる外殻部を有する構造となる。マンガンの含有量が0.55を超える場合には、正極活物質として用いた電池の容量が低下し、抵抗が上昇するという問題がある。 The value of y indicating the manganese content is 0.1 or more and 0.55 or less. When the value of y is in such a range, the transition metal composite hydroxide as a precursor is composed of a central portion composed of fine primary particles and an outer portion composed of primary particles larger than the fine primary particles outside the central portion. It has a structure with a shell. When the manganese content exceeds 0.55, there is a problem that the capacity of the battery used as the positive electrode active material decreases and the resistance increases.

また、上記一般式で表されるように、本発明の正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物に添加元素を含有するように調整されていることが、より好ましい。上記添加元素を含有させることで、これを正極活物質として用いた電池の耐久特性や出力特性を向上させることができる。 Further, as represented by the above general formula, it is more preferable that the positive electrode active material of the present invention is adjusted so that the lithium transition metal composite oxide contains an additive element. By containing the above-mentioned additive element, it is possible to improve the durability characteristics and output characteristics of a battery using the additive element as a positive electrode active material.

特に、添加元素が粒子の表面または内部に均一に分布することで、粒子全体で上記効果を得ることができ、少量の添加で上記効果が得られるとともに容量の低下を抑制できる。 In particular, when the additive element is uniformly distributed on the surface or inside of the particles, the above effect can be obtained for the entire particle, and the above effect can be obtained with a small amount of addition, and the decrease in volume can be suppressed.

さらに、より少ない添加量で効果を得るためには、粒子内部より粒子表面における添加元素の濃度を高めることが好ましい。 Further, in order to obtain the effect with a smaller addition amount, it is preferable to increase the concentration of the additive element on the particle surface rather than inside the particle.

全原子に対する添加元素Aの原子比tが0.1を超えると、Redox反応に貢献する金属元素が減少するため、電池容量が低下するため好ましくない。したがって、添加元素Mは、上記原子比tで上記範囲となるように調整する。 If the atomic ratio t of the additive element A to all the atoms exceeds 0.1, the metal elements that contribute to the Redox reaction decrease, which is not preferable because the battery capacity decreases. Therefore, the additive element M is adjusted so that the atomic ratio t is within the above range.

(平均粒径)
本発明の正極活物質は、平均粒径が1μmを超え、15μm以下であり、好ましくは3μmを超え、10μm以下である。平均粒径が1μm以下の場合には、タップ密度が低下して、正極を形成したときに粒子の充填密度が低下して、正極の容積あたりの電池容量が低下する。一方、平均粒径が15μmを超えると、正極活物質の比表面積が低下して、電池の電解液との界面が減少することにより、正極の抵抗が上昇して電池の出力特性が低下する。
(Average particle size)
The positive electrode active material of the present invention has an average particle size of more than 1 μm and less than 15 μm, preferably more than 3 μm and less than 10 μm. When the average particle size is 1 μm or less, the tap density decreases, the packing density of the particles decreases when the positive electrode is formed, and the battery capacity per volume of the positive electrode decreases. On the other hand, when the average particle size exceeds 15 μm, the specific surface area of the positive electrode active material decreases and the interface with the electrolytic solution of the battery decreases, so that the resistance of the positive electrode increases and the output characteristics of the battery deteriorate.

したがって、本発明の正極活物質を、上記範囲に調整すれば、この正極活物質を正極に用いた電池では、容積あたりの電池容量を大きくすることができるとともに、高安全性、高出力などに優れた電池特性が得られる。 Therefore, if the positive electrode active material of the present invention is adjusted to the above range, the battery capacity per volume can be increased in the battery using this positive electrode active material as the positive electrode, and high safety and high output can be achieved. Excellent battery characteristics can be obtained.

(粒度分布)
本発明の正極活物質は、その粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が、1.0以下、好ましくは0.70以下である、均質性が高いリチウム遷移金属複合酸化物の二次粒子により構成される。粒度分布が広範囲になっている場合、正極活物質に、平均粒径に対して粒径が非常に小さい微粒子や、平均粒径に対して非常に粒径の大きい粗大粒子が多く存在することになる。微粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を形成した場合には、微粒子の局所的な反応に起因して発熱する可能性があり、熱安定性が低下するとともに、微粒子が選択的に劣化するのでサイクル特性が悪化してしまう。一方、粗大粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を形成した場合には、電解液と正極活物質との反応面積が十分に取れず、反応抵抗の増加による電池出力が低下する。
(Particle size distribution)
The positive electrode active material of the present invention has a highly homogeneous lithium having an index [(d90-d10) / average particle size] of 1.0 or less, preferably 0.70 or less, which is an index showing the spread of the particle size distribution. It is composed of secondary particles of transition metal composite oxide. When the particle size distribution is wide, the positive electrode active material contains many fine particles having a very small particle size with respect to the average particle size and coarse particles having a very large particle size with respect to the average particle size. Become. When a positive electrode is formed using a positive electrode active material containing a large amount of fine particles, heat may be generated due to a local reaction of the fine particles, which reduces thermal stability and selectively deteriorates the fine particles. Therefore, the cycle characteristics deteriorate. On the other hand, when the positive electrode is formed by using the positive electrode active material in which many coarse particles are present, the reaction area between the electrolytic solution and the positive electrode active material cannot be sufficiently obtained, and the battery output decreases due to the increase in reaction resistance.

したがって、正極活物質の粒度分布を前記指標〔(d90−d10)/平均粒径〕で1.0以下とすることで、微粒子や粗大粒子の割合を少なくすることができ、この正極活物質を正極に用いた電池は、安全性に優れ、良好なサイクル特性および電池出力を有するものとなる。上記平均粒径や、d90、d10は、上述した複合水酸化物粒子に用いられているものと同様のものであり、測定も同様にして行うことができる。 Therefore, by setting the particle size distribution of the positive electrode active material to 1.0 or less in the index [(d90-d10) / average particle size], the proportion of fine particles and coarse particles can be reduced, and this positive electrode active material can be used. The battery used for the positive electrode has excellent safety, good cycle characteristics, and battery output. The average particle size, d90, and d10 are the same as those used for the composite hydroxide particles described above, and the measurement can be performed in the same manner.

(タップ密度)
上記正極活物質は、タッピングをしたときの充填密度の指標であるタップ密度が、1.0g/cm以上であることが好ましく、1.3g/cm以上であることがより好ましい。民生向けや電気自動車向けでは電池の使用時間、走行可能距離を延ばすために高容量化が非常に重要な課題となっており、活物質自身の高容量化だけでなく、電極として活物質量を多く充填させることが求められている。一方、二次電池の電極厚みは、電池全体のパッキングの問題から、また電子伝導性の問題から数十ミクロン程度となっている。特に、タップ密度が1.0g/cm未満になると、限られた電極体積内に入れられる活物質量が低下し、二次電池全体の容量を高容量とすることができない。タップ密度の上限は、特に限定されるものではないが、通常の製造条件での上限は、3.0g/cm程度である。
(Tap density)
The positive electrode active material preferably has a tap density of 1.0 g / cm 3 or more, which is an index of packing density when tapped, and more preferably 1.3 g / cm 3 or more. For consumer and electric vehicles, increasing the capacity is a very important issue in order to extend the battery usage time and mileage, and not only increasing the capacity of the active material itself, but also increasing the amount of active material as an electrode. It is required to fill a lot. On the other hand, the electrode thickness of the secondary battery is about several tens of microns due to the problem of packing of the entire battery and the problem of electron conductivity. In particular, when the tap density is less than 1.0 g / cm 3 , the amount of active material that can be put into the limited electrode volume decreases, and the capacity of the entire secondary battery cannot be increased. The upper limit of the tap density is not particularly limited, but the upper limit under normal manufacturing conditions is about 3.0 g / cm 3.

(特性)
上記正極活物質は、たとえば、2032型コイン電池の正極に用いた場合、150mAh/g以上の高い初期放電容量と、低い正極抵抗および高いサイクル容量維持率が得られるものとなり、非水系電解質二次電池用正極活物質として優れた特性を示すものである。
(Characteristic)
When the positive electrode active material is used for the positive electrode of a 2032 type coin battery, for example, a high initial discharge capacity of 150 mAh / g or more, a low positive electrode resistance, and a high cycle capacity retention rate can be obtained, and a non-aqueous electrolyte secondary It exhibits excellent properties as a positive electrode active material for batteries.

以下、本発明の実施例および比較例について詳述する。
(実施例1)
(核生成工程)
まず、容量60Lの反応槽内に、水を半分の量まで入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。このときの反応槽内は、酸化性雰囲気(酸素濃度:21容量%)とした。この反応槽内の水に、20質量%水酸化ナトリウム水溶液と25質量%アンモニア水を適量加えて、槽内の反応水溶液液のpH値が液温25℃基準で13.0となるように調整した。また、該反応水溶液中のアンモニア濃度を10g/Lに調節した。
Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described in detail.
(Example 1)
(Nucleation process)
First, the temperature in the tank was set to 40 ° C. while adding half the amount of water to the reaction tank having a capacity of 60 L and stirring the mixture. The inside of the reaction vessel at this time had an oxidizing atmosphere (oxygen concentration: 21% by volume). An appropriate amount of 20% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass ammonia water is added to the water in the reaction tank to adjust the pH value of the reaction aqueous solution in the tank to 13.0 based on the liquid temperature of 25 ° C. did. Further, the ammonia concentration in the reaction aqueous solution was adjusted to 10 g / L.

次に、硫酸ニッケルと、硫酸マンガンと、硫酸コバルトを水に溶かして2mol/Lの混合水溶液を調製した。この混合水溶液では、各金属の元素モル比が、Ni:Mn:Co=33:33:33となるように調整した。この混合水溶液を、反応槽内の反応水溶液に所定の割合で供給した。同時に、25質量%アンモニア水および20質量%水酸化ナトリウム水溶液も、この反応水溶液に一定速度で加えていき、反応水溶液(核生成用水溶液)中のアンモニア濃度を上記値に保持した状態で、pH値を13.0(核生成pH値)に制御しながら、所定の時間晶析させて核生成を行った。 Next, nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate were dissolved in water to prepare a 2 mol / L mixed aqueous solution. In this mixed aqueous solution, the element molar ratio of each metal was adjusted to be Ni: Mn: Co = 33: 33: 33. This mixed aqueous solution was supplied to the reaction aqueous solution in the reaction vessel at a predetermined ratio. At the same time, 25% by mass aqueous ammonia and 20% by mass aqueous sodium hydroxide solution are also added to the reaction aqueous solution at a constant rate, and the pH of the reaction aqueous solution (nuclear generation aqueous solution) is maintained at the above values. While controlling the value to 13.0 (nucleation pH value), crystallization was carried out for a predetermined time to perform nucleation.

(種粒子生成工程)
核生成終了後、反応水溶液のpH値が液温25℃基準で11.6になるまで、64質量%硫酸を加えた。反応水溶液のpH値が11.6に到達した後、反応水溶液(粒子成長用水溶液)に、再度、20質量%水酸化ナトリウム水溶液の供給を再開し、pH値を液温25℃基準で11.6に制御したまま、180分間の晶析を継続し核を成長させ種粒子を生成した。種粒子を含むスラリーの遠心沈降密度は0.296g/cmであった。
(Seed particle generation process)
After the completion of nucleation, 64% by mass sulfuric acid was added until the pH value of the reaction aqueous solution reached 11.6 based on the liquid temperature of 25 ° C. After the pH value of the reaction aqueous solution reached 11.6, the supply of the 20 mass% sodium hydroxide aqueous solution was restarted to the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution), and the pH value was adjusted based on the liquid temperature of 25 ° C. 11. While controlling to 6, crystallization was continued for 180 minutes to grow nuclei and generate seed particles. The centrifugal sedimentation density of the slurry containing the seed particles was 0.296 g / cm 3 .

(粒子成長工程)
この後、給液を一旦停止し、反応槽内空間の酸素濃度が0.1容量%以下となるまで窒素ガスを100L/分で流通させた。その後、給液を再開し、210分間晶析を行った。そして、生成物を水洗、濾過、乾燥させて複合水酸化物粒子を得た。
(Particle growth process)
After that, the supply liquid was temporarily stopped, and nitrogen gas was circulated at 100 L / min until the oxygen concentration in the reaction tank space became 0.1% by volume or less. Then, the liquid supply was restarted, and crystallization was performed for 210 minutes. Then, the product was washed with water, filtered, and dried to obtain composite hydroxide particles.

(熱処理、焼成工程)
得られた複合水酸化物を150℃、12時間熱処理したのち、市販の炭酸リチウムを、金属とリチウムのモル比(Li/M比)が1.2となるように加えて、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、混合物を得た。この混合物を空気(酸素:21容量%)気流中にて950℃で焼成し、さらに解砕して非水系電解質二次電池用正極活物質を得た。
(Heat treatment, firing process)
The obtained composite hydroxide is heat-treated at 150 ° C. for 12 hours, and then commercially available lithium carbonate is added so that the molar ratio (Li / M ratio) of metal to lithium is 1.2, and a shaker mixer device (Shaker mixer device). It was thoroughly mixed using TURBULA Type T2C manufactured by Willy e Bacoffen (WAB) to obtain a mixture. This mixture was fired in an air (oxygen: 21% by volume) air stream at 950 ° C. and further crushed to obtain a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

(実施例2)
反応水溶液中のpH値とアンモニア濃度を調整し、前記種粒子を含むスラリーの遠心沈降密度が0.327g/cmに制御した以外は、実施例1と同じ方法で前駆体および正極活物質を得た。
(Example 2)
The precursor and the positive electrode active material were prepared in the same manner as in Example 1 except that the pH value and the ammonia concentration in the reaction aqueous solution were adjusted and the centrifugal sedimentation density of the slurry containing the seed particles was controlled to 0.327 g / cm 3. Obtained.

(実施例3)
反応水溶液中のpH値とアンモニア濃度を調整し、前記種粒子を含むスラリーの遠心沈降密度が0.341g/cmに制御した以外は、実施例1と同じ方法で前駆体および正極活物質を得た。
(Example 3)
The precursor and the positive electrode active material were prepared in the same manner as in Example 1 except that the pH value and the ammonia concentration in the reaction aqueous solution were adjusted and the centrifugal sedimentation density of the slurry containing the seed particles was controlled to 0.341 g / cm 3. Obtained.

(実施例4)
反応水溶液中のpH値とアンモニア濃度を調整し、前記種粒子を含むスラリーの遠心沈降密度が0.345g/cmに制御した以外は、実施例1と同じ方法で前駆体および正極活物質を得た。
(Example 4)
The pH value and the concentration of ammonia in the reaction solution was adjusted, except that centrifugal sedimentation density of the slurry containing the seed particles was controlled to 0.345 g / cm 3 is the precursor and the cathode active material in the same manner as in Example 1 Obtained.

(実施例5)
反応水溶液中のpH値とアンモニア濃度を調整し、前記種粒子を含むスラリーの遠心沈降密度が0.369g/cmに制御した以外は、実施例1と同じ方法で前駆体および正極活物質を得た。
(Example 5)
The precursor and the positive electrode active material were prepared in the same manner as in Example 1 except that the pH value and the ammonia concentration in the reaction aqueous solution were adjusted and the centrifugal sedimentation density of the slurry containing the seed particles was controlled to 0.369 g / cm 3. Obtained.

(実施例6)
反応水溶液中のpH値とアンモニア濃度を調整し、前記種粒子を含むスラリーの遠心沈降密度が0.384g/cmに制御した以外は、実施例1と同じ方法で前駆体および正極活物質を得た。
(Example 6)
The precursor and the positive electrode active material were prepared in the same manner as in Example 1 except that the pH value and the ammonia concentration in the reaction aqueous solution were adjusted and the centrifugal sedimentation density of the slurry containing the seed particles was controlled to 0.384 g / cm 3. Obtained.

(比較例1)
反応水溶液中のpH値とアンモニア濃度を調整し、前記種粒子を含むスラリーの遠心沈降密度が0.392g/cmに制御した以外は、実施例1と同じ方法で前駆体および正極活物質を得た。
(Comparative Example 1)
The precursor and the positive electrode active material were prepared in the same manner as in Example 1 except that the pH value and the ammonia concentration in the reaction aqueous solution were adjusted and the centrifugal sedimentation density of the slurry containing the seed particles was controlled to 0.392 g / cm 3. Obtained.

(比較例2)
反応水溶液中のpH値とアンモニア濃度を調整し、前記種粒子を含むスラリーの遠心沈降密度が0.423g/cmに制御した以外は、実施例1と同じ方法で前駆体および正極活物質を得た。
(Comparative Example 2)
The pH value and the concentration of ammonia in the reaction solution was adjusted, except that centrifugal sedimentation density of the slurry containing the seed particles was controlled to 0.423 g / cm 3 is the precursor and the cathode active material in the same manner as in Example 1 Obtained.

(実施例および比較例の評価結果)
実施例および比較例で得られ複合水酸化物粒子を前駆体として正極活物質を得た。正極活物質は、複合水酸化物粒子と炭酸リチウムを混合してリチウム混合物とした後、焼成することで製造した。実施例および比較例における種粒子の遠心沈降密度と、得られた正極活物質の吸油量を表1に示す。遠心沈降密度が低いほど、吸油量が高い値を示した。遠心沈降密度が低いほど、一次粒子数が多く、そのため粒子一個当たりの外殻成長が少ないため、外殻が薄くなり、吸油量が高い値を示したと考えられる。
(Evaluation results of Examples and Comparative Examples)
A positive electrode active material was obtained using the composite hydroxide particles obtained in Examples and Comparative Examples as precursors. The positive electrode active material was produced by mixing composite hydroxide particles and lithium carbonate to form a lithium mixture, and then firing the mixture. Table 1 shows the centrifugal sedimentation density of the seed particles in Examples and Comparative Examples and the oil absorption of the obtained positive electrode active material. The lower the centrifugal sedimentation density, the higher the oil absorption. It is considered that the lower the centrifugal sedimentation density, the larger the number of primary particles, and therefore the smaller the outer shell growth per particle, the thinner the outer shell and the higher the oil absorption.

Figure 0006895105
Figure 0006895105

Claims (4)

一般式:Ni x Mn y Co z M t (OH) 2+α (x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦α≦0.5、Mは添加元素であり、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される非水系電解質二次電池用正極活物質の前駆体となるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子の製造方法であって、
少なくともニッケルを含有する金属化合物およびマンガンを含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体とを含む核生成用水溶液を、液温25℃基準でpH値が12.0〜14.0となるように制御して、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気中で核生成を行う核生成工程と、
該核生成工程において形成された核を含有する粒子成長用水溶液に、少なくともニッケルを含有する金属化合物およびマンガンを含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体を供給し、液温25℃基準におけるpH値が10.5〜12.0、かつ、核生成工程におけるpH値よりも低いpH値となるように制御して種粒子生成を行う種粒子生成工程と、
該種粒子生成工程において形成された種粒子を含有する粒子成長用スラリーに、少なくともニッケルを含有する金属化合物およびマンガンを含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体を供給するとともに、前記酸化性雰囲気から酸素濃度1容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替え、前記種粒子を成長させる粒子成長工程とを備え、
前記スラリーの固形分密度(g/L)を該スラリーの遠沈沈降体積(cm 3 /L)で除することによって得られる前記種粒子の遠心沈降密度を0.39g/cm 3 以下に制御することを特徴とするニッケルマンガン複合水酸化物の製造方法。
General formula: Ni x Mn y Coz M t (OH) 2 + α (x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, and M are additive elements, and one or more additive elements selected from Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W. ), Which is a method for producing nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles, which is a precursor of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
The nucleation aqueous solution containing at least a metal compound containing nickel and a metal compound containing manganese and an ammonium ion feeder is controlled so that the pH value becomes 12.0 to 14.0 based on a liquid temperature of 25 ° C. A nucleation step in which nucleation is performed in an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of more than 1% by volume.
A metal compound containing at least nickel, a metal compound containing manganese, and an ammonium ion feeder are supplied to the aqueous solution for particle growth containing nuclei formed in the nucleation step, and the pH value at a liquid temperature of 25 ° C. is adjusted. A seed particle generation step in which seed particles are generated by controlling the pH value to be 10.5 to 12.0 and lower than the pH value in the nucleus generation step.
A metal compound containing at least nickel, a metal compound containing manganese, and an ammonium ion feeder are supplied to the particle growth slurry containing the seed particles formed in the seed particle generation step, and oxygen is generated from the oxidizing atmosphere. It is provided with a particle growth step of switching to a non-oxidizing atmosphere having a concentration of 1% by volume or less and growing the seed particles.
The centrifugal sedimentation density of the seed particles obtained by dividing the solid content density (g / L) of the slurry by the centrifuge sedimentation volume (cm 3 / L) of the slurry is controlled to 0.39 g / cm 3 or less. A method for producing a nickel-manganese composite hydroxide.
前記種粒子生成工程の時間は、種粒子生成工程と粒子成長工程の合計の時間の40%以下であることを特徴とする請求項1に記載のニッケルマンガン複合水酸化物粒子の製造方法。 The method for producing nickel-manganese composite hydroxide particles according to claim 1, wherein the time of the seed particle generation step is 40% or less of the total time of the seed particle generation step and the particle growth step. 前記酸化性雰囲気の酸素濃度が10容量%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のニッケルマンガン複合水酸化物粒子の製造方法。 The method for producing nickel-manganese composite hydroxide particles according to claim 1 or 2, wherein the oxygen concentration in the oxidizing atmosphere is 10% by volume or more. 前記非酸化性雰囲気の酸素濃度が、0.5容量%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のニッケルマンガン複合水酸化物粒子の製造方法。
The method for producing nickel-manganese composite hydroxide particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxygen concentration in the non-oxidizing atmosphere is 0.5% by volume or less.
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