JP7087379B2 - Transition metal-containing composite hydroxide particles and their production methods, as well as positive electrode active materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries and their production methods. - Google Patents

Transition metal-containing composite hydroxide particles and their production methods, as well as positive electrode active materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries and their production methods. Download PDF

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Description

本発明は、遷移金属含有複合水酸化物粒子およびその製造方法、並びに、この遷移金属含有複合水酸化物粒子を前駆体とする非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a transition metal-containing composite hydroxide particle and a method for producing the same, and a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery using the transition metal-containing composite hydroxide particle as a precursor and a method for producing the same.

近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギ密度を有する小型で軽量な非水電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電池式電気自動車などの電気自動車用の電源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 widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, there is a strong demand for the development of small and lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries having high energy density. Further, it is strongly desired to develop a high output secondary battery as a power source for electric vehicles such as hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and battery-powered electric vehicles.

このような要求を満たす二次電池として、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池がある。このリチウムイオン二次電池は、負極、正極、非水電解質などで構成され、その負極および正極の材料として用いられる活物質には、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が使用される。なお、非水電解質としては、支持塩であるリチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液や、不燃性でイオン電導性を有する固体電解質などが用いられている。 As a secondary battery satisfying such a requirement, there is a lithium ion secondary battery which is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery. This lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, a non-aqueous electrolyte, and the like, and a material capable of desorbing and inserting lithium is used as an active material used as a material for the negative electrode and the positive electrode. .. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving a supporting salt, a lithium salt, in an organic solvent, a nonflammable solid electrolyte having ion conductivity, and the like are used.

このリチウムイオン二次電池のうち、層状岩塩型構造またはスピネル型構造を有するリチウム遷移金属含有複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の電圧が得られるため、高いエネルギ密度を有する電池として、現在、研究開発が盛んに行われており、一部では実用化も進んでいる。 Among these lithium ion secondary batteries, the lithium ion secondary battery using a lithium transition metal-containing composite oxide having a layered rock salt type structure or a spinel type structure as a positive electrode material has a high energy because a 4V class voltage can be obtained. As a battery with density, research and development are currently being actively carried out, and some of them are being put into practical use.

このようなリチウムイオン二次電池の正極材料として、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)粒子、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)粒子、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)粒子、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)粒子、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5)粒子などのリチウム遷移金属含有複合酸化物粒子が提案されている。 As the positive electrode material for such a lithium ion secondary battery, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) particles that are relatively easy to synthesize, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) particles that use nickel, which is cheaper than cobalt, and the like. Lithium Nickel Cobalt Manganese Composite Oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) Particles, Lithium Manganese Composite Oxide (LiMn 2 O 4 ) Particles Using Manganese, Lithium Nickel Manganese Composite Oxide (LiNi) Lithium transition metal-containing composite oxide particles such as 0.5 Mn 0.5 O 2 ) particles have been proposed.

ところで、サイクル特性や出力特性に優れたリチウムイオン二次電池を得るためには、非水系電解質二次電池の正極材料である正極活物質が、小粒径で粒度分布が狭い粒子によって構成されていることが必要となる。これは、粒径が小さい粒子は、比表面積が大きく、正極活物質として用いた場合に電解液との反応面積を十分に確保することができるばかりでなく、正極を薄く構成し、リチウムイオンの正極-負極間の移動距離を短くすることができるため、正極抵抗の低減が可能だからである。また、粒度分布が狭い粒子は、電極内で粒子に印加される電圧を均一化できるため、微粒子が選択的に劣化することによる電池容量の低下を抑制することが可能だからである。 By the way, in order to obtain a lithium ion secondary battery having excellent cycle characteristics and output characteristics, the positive electrode active material, which is the positive electrode material of the non-aqueous electrolyte secondary battery, is composed of particles having a small particle size and a narrow particle size distribution. It is necessary to be there. This is because particles with a small particle size have a large specific surface area, and when used as a positive electrode active material, not only can a sufficient reaction area with the electrolytic solution be secured, but also the positive electrode is made thin, and lithium ions are formed. This is because the moving distance between the positive electrode and the negative electrode can be shortened, so that the positive electrode resistance can be reduced. Further, since the particles having a narrow particle size distribution can make the voltage applied to the particles uniform in the electrode, it is possible to suppress the decrease in battery capacity due to the selective deterioration of the particles.

出力特性のさらなる改善を図るためには、正極活物質の内部に、電解液が侵入可能な空間部を形成することが有効である。このような正極活物質は、粒径が同程度である中実構造の正極活物質と比べて、電解液との反応面積を大きくすることができるため、正極抵抗を大幅に低減することが可能となる。なお、正極活物質は、その前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物粒子の性状を引き継ぐことが知られている。すなわち、上述した正極活物質を得るためには、その前駆体である遷移金属含有複合水酸化物粒子の粒径、粒度分布および粒子構造などを適切に制御することが必要となる。 In order to further improve the output characteristics, it is effective to form a space in which the electrolytic solution can penetrate inside the positive electrode active material. Since such a positive electrode active material can have a larger reaction area with an electrolytic solution than a positive electrode active material having a solid structure having the same particle size, it is possible to significantly reduce the positive electrode resistance. It becomes. It is known that the positive electrode active material inherits the properties of the transition metal-containing composite hydroxide particles as its precursor. That is, in order to obtain the above-mentioned positive electrode active material, it is necessary to appropriately control the particle size, particle size distribution, particle structure and the like of the transition metal-containing composite hydroxide particles which are the precursors thereof.

たとえば、特開2012-246199号公報、特開2013-147416号公報、および、WO2012/131881号公報には、主として核生成を行う核生成工程と、主として粒子成長を行う粒子成長工程の2段階に明確に分離した晶析反応により、正極活物質の前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物粒子を製造する方法が開示されている。これらの方法では、核生成工程および粒子成長工程におけるpH値や反応雰囲気を適宜調整することで、小粒径で粒度分布が狭く、かつ、微細一次粒子からなる低密度の中心部と、板状または針状一次粒子からなる高密度の外殻部とから構成される遷移金属含有複合水酸化物粒子を得ている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-246199, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-147416, and WO2012 / 131881 have two stages, a nuclear generation step mainly for nuclear formation and a particle growth step mainly for particle growth. A method for producing transition metal-containing composite hydroxide particles which are precursors of a positive electrode active material by a clearly separated crystallization reaction is disclosed. In these methods, by appropriately adjusting the pH value and the reaction atmosphere in the nucleation generation step and the particle growth step, the particle size distribution is narrow with a small particle size, and the central part with a low density consisting of fine primary particles and the plate shape. Alternatively, transition metal-containing composite hydroxide particles composed of a high-density outer shell portion composed of needle-shaped primary particles are obtained.

また、WO2014/181891号公報には、少なくとも遷移金属を含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体とを含む核生成用水溶液のpH値を12.0~14.0となるように制御し、核生成を行う核生成工程と、生成した核を含有する粒子成長用水溶液のpH値を、核生成工程のpH値よりも低く、かつ、10.5~12.0となるように制御して成長させる粒子成長工程を備え、核生成工程および粒子成長工程の初期を非酸化性雰囲気とするとともに、粒子成長工程における所定のタイミングで、酸化性雰囲気に切り替えた後、再度、非酸化性雰囲気に切替える雰囲気制御を少なくとも1回行うことを特徴とする遷移金属含有複合水酸化物粒子の製造方法が開示されている。この方法によれば、小粒径で粒度分布が狭く、かつ、板状または針状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、中心部の外側に微細一次粒子が凝集して形成された低密度層と、板状一次粒子が凝集して形成された高密度層が交互に積層した積層構造を2つ備える遷移金属含有複合水酸化物粒子を得ることができる。 Further, in WO2014 / 181891, the pH value of the aqueous solution for nuclear formation containing at least a metal compound containing a transition metal and an ammonium ion feeder is controlled to be 12.0 to 14.0, and nuclear formation is performed. The pH value of the particle growth aqueous solution containing the generated nuclei is controlled to be lower than the pH value of the nucleation generation step and to be 10.5 to 12.0 for growth. An atmosphere in which a particle growth step is provided, the initial stage of the nucleation generation step and the particle growth step is set to a non-oxidizing atmosphere, and the atmosphere is switched to an oxidizing atmosphere at a predetermined timing in the particle growing step, and then switched to a non-oxidizing atmosphere again. A method for producing a transition metal-containing composite hydroxide particle, which comprises performing the control at least once, is disclosed. According to this method, it has a small particle size, a narrow particle size distribution, and a central portion formed by agglomeration of plate-like or needle-like primary particles, and is formed by agglomeration of fine primary particles on the outside of the central portion. It is possible to obtain transition metal-containing composite hydroxide particles having two laminated structures in which the formed low-density layer and the high-density layer formed by aggregating plate-shaped primary particles are alternately laminated.

これらの遷移金属含有複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質は、小粒径で粒度分布が狭く、中空構造または空間部を有する多層構造を備えたものとなる。したがって、これらの正極活物質を用いた二次電池では、電池容量、出力特性およびサイクル特性を同時に改善できると考えられる。しかしながら、これらの文献に記載の製造方法は、粒子成長工程における反応雰囲気の切り替えに時間を要するため、その間、原料水溶液などの供給を一旦停止する必要があり、生産性の面からは改善の余地がある。また、これら文献の製造方法で作製される正極活物質粒子の比表面積は大きくとも3.0m/gにとどまっている。出力特性をさらに向上させるためには、比表面積をより高い範囲まで制御できる方法が求められる。さらには、充填性を損なわないために、タップ密度を低下させることなく、比表面積を制御することが望まれている。 The positive electrode active material using these transition metal-containing composite hydroxide particles as precursors has a small particle size, a narrow particle size distribution, and has a hollow structure or a multilayer structure having a space portion. Therefore, in a secondary battery using these positive electrode active materials, it is considered that the battery capacity, output characteristics and cycle characteristics can be improved at the same time. However, in the production methods described in these documents, it takes time to switch the reaction atmosphere in the particle growth step, so that it is necessary to temporarily stop the supply of the raw material aqueous solution during that period, and there is room for improvement in terms of productivity. There is. Further, the specific surface area of the positive electrode active material particles produced by the production methods of these documents is at most 3.0 m 2 / g. In order to further improve the output characteristics, a method capable of controlling the specific surface area to a higher range is required. Furthermore, it is desired to control the specific surface area without lowering the tap density so as not to impair the filling property.

特開2012-246199号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-246199 特開2013-147416号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-147416 WO2012/131881号公報WO2012 / 131881 WO2014/181891号公報WO2014 / 181891

上述の問題に鑑みて、本発明は、比表面積およびタップ密度がともに高く、二次電池を構成した場合に、電池容量、出力特性、およびサイクル特性を同時に改善可能な正極活物質、および、その前駆体としての遷移金属含有複合水酸化物粒子を提供することを目的とする。また、本発明は、このような特性を備えた正極活物質、および、このような正極活物質の特性をもたらす構造を備えた遷移金属含有複合水酸化物粒子を、工業規模の生産において、効率よく製造するための手段を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention is a positive electrode active material having a high specific surface area and tap density and capable of simultaneously improving battery capacity, output characteristics, and cycle characteristics when a secondary battery is configured, and a positive electrode active material thereof. It is an object of the present invention to provide a transition metal-containing composite hydroxide particle as a precursor. In addition, the present invention is efficient in producing a positive electrode active material having such characteristics and a transition metal-containing composite hydroxide particle having a structure that brings about the characteristics of such a positive electrode active material in industrial scale production. The purpose is to provide a means for good production.

本発明は、反応槽内に、少なくとも遷移金属を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、晶析反応によって、非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物粒子を製造する方法に関する。 In the present invention, a reaction aqueous solution is formed by supplying a raw material aqueous solution containing at least a transition metal and an aqueous solution containing an ammonium ion feeder into a reaction vessel, and a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery is formed by a crystallization reaction. The present invention relates to a method for producing a transition metal-containing composite hydroxide particle which is a precursor of an active material.

本発明の遷移金属含有複合水酸化物粒子の製造方法は、前記反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を12.0~14.0の範囲となるように制御することにより、核生成を行う核生成工程と、該核生成工程で得られた核を含む反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を、前記核生成工程のpH値よりも低く、かつ、10.5~12.0の範囲となるように制御することにより、前記核を成長させる、粒子成長工程とを備える。 The method for producing transition metal-containing composite hydroxide particles of the present invention causes nucleation by controlling the pH value of the reaction aqueous solution at a liquid temperature of 25 ° C. to be in the range of 12.0 to 14.0. The pH value of the nucleation generation step to be performed and the reaction aqueous solution containing the nuclei obtained in the nucleation generation step at a liquid temperature of 25 ° C. is lower than the pH value of the nucleation generation step and is 10.5 to 12.0. It is provided with a particle growth step of growing the nucleus by controlling the pH to be within the range of.

本発明の遷移金属含有複合水酸化物粒子の製造方法では、前記核生成工程および前記粒子成長工程の初期段階における反応雰囲気を酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に調整し、前記粒子成長工程の初期段階の後に、前記原料水溶液の供給を継続しながら、酸化性ガスを導入することにより、前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から酸素の濃度が5容量%を超える酸化性雰囲気に切り替え、さらに、前記原料水溶液の供給を継続しながら、非酸化性ガスを導入することにより、前記反応雰囲気を、前記酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替える雰囲気制御を、2回以上行う。 In the method for producing transition metal-containing composite hydroxide particles of the present invention, the reaction atmosphere in the initial stages of the nucleation formation step and the particle growth step is adjusted to a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less, and the particles are said. After the initial stage of the growth step, by introducing an oxidizing gas while continuing to supply the raw material aqueous solution, the reaction atmosphere is changed from the non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere in which the oxygen concentration exceeds 5% by volume. By introducing a non-oxidizing gas while continuing to supply the raw material aqueous solution, the reaction atmosphere is switched from the oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less. Atmosphere control is performed twice or more.

特に、本発明の遷移金属含有複合水酸化物粒子の製造方法では、前記反応雰囲気の切り替えに際して、前記酸化性ガスおよび前記非酸化性ガスの導入を、散気管を用いて行う。また、前記反応雰囲気の切り替えを、前記粒子成長工程において添加される全金属量に対し酸化性雰囲気で添加された金属量の割合で定義される、前記酸化性雰囲気での晶析反応全体の割合が前記粒子成長工程全体に対して3%~30%の範囲となり、かつ、前記酸化性雰囲気でのそれぞれの晶析反応の割合が前記粒子成長工程全体に対して1%~12.5%の範囲となるように制御する。 In particular, in the method for producing transition metal-containing composite hydroxide particles of the present invention, the oxidizing gas and the non-oxidizing gas are introduced using a diffuser tube when the reaction atmosphere is switched. Further, the switching of the reaction atmosphere is defined by the ratio of the amount of metal added in the oxidizing atmosphere to the total amount of metal added in the particle growth step, and the ratio of the entire crystallization reaction in the oxidizing atmosphere. Is in the range of 3% to 30% with respect to the entire particle growth process, and the ratio of each crystallization reaction in the oxidizing atmosphere is 1% to 12.5% with respect to the entire particle growth process. Control so that it is within the range.

前記遷移金属含有複合水酸化物粒子は、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成を有することが好ましい。 The transition metal-containing composite hydroxide particles have the general formula (A): Ni x Mn y Coz M t (OH) 2 + a (x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦. 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ a ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf , Ta, W), preferably having a composition represented by one or more additive elements).

前記粒子成長工程後に、前記遷移金属含有複合水酸化物粒子を、前記添加元素Mを含む化合物で被覆する、被覆工程をさらに備えることが好ましい。 After the particle growth step, it is preferable to further include a coating step of coating the transition metal-containing composite hydroxide particles with a compound containing the additive element M.

本発明の遷移金属含有複合水酸化物粒子は、非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物粒子であって、複数の板状一次粒子および該板状一次粒子よりも小さな微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなる。 The transition metal-containing composite hydroxide particles of the present invention are transition metal-containing composite hydroxide particles that are precursors of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and are a plurality of plate-shaped primary particles and the plate-shaped primary particles. It consists of secondary particles formed by agglomeration of fine primary particles smaller than the primary particles.

特に、本発明の遷移金属含有複合水酸化物粒子において、前記二次粒子は、前記板状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、該中心部の外側に、該板状一次粒子および前記微細一次粒子が凝集して形成された低密度層と、該板状一次粒子が凝集して形成された高密度層とが積層した積層構造を2つ以上備えている。 In particular, in the transition metal-containing composite hydroxide particles of the present invention, the secondary particles have a central portion formed by aggregating the plate-shaped primary particles, and the plate-shaped primary particles are located outside the central portion. It has two or more laminated structures in which a low-density layer formed by aggregating particles and the fine primary particles and a high-density layer formed by agglomerating the plate-shaped primary particles are laminated.

前記低密度層は、前記微細一次粒子が凝集して形成された低密度部と、前記板状一次粒子が凝集して形成された高密度部とを備える。前記高密度層は、前記低密度層を構成する前記高密度部によって、前記中心部および/または他の高密度層と連結されている。 The low-density layer includes a low-density portion formed by aggregating the fine primary particles and a high-density portion formed by agglomerating the plate-shaped primary particles. The high-density layer is connected to the central portion and / or other high-density layers by the high-density portion constituting the low-density layer.

前記二次粒子の平均粒径MVは、1μm~15μmの範囲にあり、かつ、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は、0.65以下である。 The average particle size MV of the secondary particles is in the range of 1 μm to 15 μm, and [(d90-d10) / average particle size MV], which is an index showing the spread of the particle size distribution of the secondary particles, is 0. It is .65 or less.

前記遷移金属含有複合水酸化物粒子は、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成を有することが好ましい。 The transition metal-containing composite hydroxide particles have the general formula (A): Ni x Mn y Coz M t (OH) 2 + a (x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦. 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ a ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf , Ta, W), preferably having a composition represented by one or more additive elements).

前記添加元素Mは、前記二次粒子の内部に存在することもできるが、前記二次粒子の表面を被覆していることが好ましい。 The additive element M may be present inside the secondary particles, but it is preferable that the additive element M covers the surface of the secondary particles.

本発明の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、前記遷移金属含有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、前記混合工程で形成された前記リチウム混合物を、酸化性雰囲気中、700℃~920℃の範囲にある温度で焼成する焼成工程を備えることを特徴とする。 The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is formed by a mixing step of mixing the transition metal-containing composite hydroxide particles and a lithium compound to form a lithium mixture, and the mixing step. It is characterized by comprising a firing step of firing the lithium mixture at a temperature in the range of 700 ° C. to 920 ° C. in an oxidizing atmosphere.

前記混合工程において、前記リチウム混合物を、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と、リチウムの原子数との比が、1:0.95~1.5となるように調整することが好ましい。 In the mixing step, the lithium mixture is adjusted so that the ratio of the sum of the atoms of metals other than lithium contained in the lithium mixture to the number of atoms of lithium is 1: 0.95 to 1.5. It is preferable to do so.

前記混合工程の前に、前記遷移金属含有複合水酸化物粒子を105℃~750℃の範囲にある温度で熱処理する、熱処理工程をさらに備えることが好ましい。 Prior to the mixing step, it is preferable to further include a heat treatment step of heat-treating the transition metal-containing composite hydroxide particles at a temperature in the range of 105 ° C to 750 ° C.

前記非水電解質二次電池用正極活物質は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表され、多孔質構造を有する六方晶系のリチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子からなることが好ましい。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery has a general formula (B): Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 (-0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0.3). ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, It is preferably composed of hexagonal lithium nickel-manganesium composite oxide particles represented by one or more additive elements selected from Nb, Mo, Hf, Ta, and W) and having a porous structure.

本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、リチウム遷移金属含有複合酸化物粒子からなる非水電解質二次電池用正極活物質であって、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。特に、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質において、前記二次粒子は、多孔質構造を備え、具体的には、該二次粒子は、前記凝集した一次粒子により形成された外殻部と、該外殻部の内側に存在し、前記凝集した一次粒子により形成され、かつ、前記外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、該凝集部の中に分散して存在する複数の空間部とを備える。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery composed of lithium transition metal-containing composite oxide particles, and is formed by aggregating a plurality of primary particles. It is composed of secondary particles. In particular, in the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the secondary particles have a porous structure, and specifically, the secondary particles are formed by the aggregated primary particles. The shell portion, the aggregated portion existing inside the outer shell portion, formed by the aggregated primary particles, and electrically conducting with the outer shell portion, and dispersed in the aggregated portion. It has a plurality of existing space parts.

前記二次粒子の平均粒径MVは、1μm~15μmの範囲にあり、かつ、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は、0.7以下である。 The average particle size MV of the secondary particles is in the range of 1 μm to 15 μm, and [(d90-d10) / average particle size MV], which is an index showing the spread of the particle size distribution of the secondary particles, is 0. It is 0.7 or less.

本発明の非水電解質二次電池用正極活物質のBET比表面積は、1.5m/g~4.0m/gの範囲にあり、2.0m/g以上であることが好ましく、2.5m/g以上であることがより好ましい。 The BET specific surface area of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is in the range of 1.5 m 2 / g to 4.0 m 2 / g, preferably 2.0 m 2 / g or more. More preferably, it is 2.5 m 2 / g or more.

本発明の非水電解質二次電池用正極活物質のタップ密度は、1.0g/cm~2.0g/cmの範囲にあり、1.3g/cm以上とすること好ましく、1.5g/cm以上であることがより好ましい。 The tap density of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is in the range of 1.0 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3 , preferably 1.3 g / cm 3 or more. More preferably, it is 5 g / cm 3 or more.

前記二次粒子の断面観察により計測される前記複数の空間部の全体の面積割合が、前記二次粒子の断面積に対して15%~30%の範囲にあり、20%以上であることが好ましい。 The total area ratio of the plurality of spaces measured by observing the cross section of the secondary particles is in the range of 15% to 30% with respect to the cross-sectional area of the secondary particles, and is 20% or more. preferable.

本発明の非電解質二次電池用正極活物質は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)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遷移金属含有複合酸化物粒子からなることが好ましい。 The positive electrode active material for a non-electrolyte secondary battery of the present invention has a general formula (B): Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 (-0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0. 3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr , Nb, Mo, Hf, Ta, W), preferably composed of lithium transition metal-containing composite oxide particles having a hexagonal crystal structure having a layered structure. ..

本発明によれば、非水電解質二次電池を構成した場合に、電池容量、出力特性、およびサイクル特性を同時に改善することが可能な非水電解質二次電池用正極活物質、および、その前駆体である遷移金属含有複合水酸化物粒子を提供することができる。また、本発明によれば、この正極活物質を正極材料に用いた二次電池を提供することができる。さらに、本発明によれば、この正極活物質および遷移金属含有複合水酸化物粒子を、工業規模の生産において、効率よく製造するための手段を提供することができる。このため、本発明の工業的意義はきわめて大きい。 According to the present invention, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of simultaneously improving battery capacity, output characteristics, and cycle characteristics when a non-aqueous electrolyte secondary battery is configured, and a precursor thereof. It is possible to provide a transition metal-containing composite hydroxide particle which is a body. Further, according to the present invention, it is possible to provide a secondary battery using this positive electrode active material as a positive electrode material. Further, according to the present invention, it is possible to provide a means for efficiently producing the positive electrode active material and the transition metal-containing composite hydroxide particles in industrial scale production. Therefore, the industrial significance of the present invention is extremely large.

なお、本発明では、前記酸化性雰囲気での晶析反応全体の割合と、前記酸化性雰囲気でのそれぞれの晶析反応の割合とを本発明の範囲で制御することにより、本発明を適切な多孔質構造として、BET比表面積を1.5m/g~4.0m/gの範囲とし、かつ、タップ密度を1.0g/cm~2.0g/cmの範囲とすることができる、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質では、同一組成において、BET比表面積を変化させて複数の正極活物質を得た場合に、該正極活物質のBET比表面積Sと、該正極活物質のタップ密度mの関係を、最小二乗法により次の式1で示したとき、傾きaの範囲が0.15<a<0.15となる。
m=aS+b ・・・(式1)
In the present invention, the present invention is appropriate by controlling the ratio of the entire crystallization reaction in the oxidizing atmosphere and the ratio of each crystallization reaction in the oxidizing atmosphere within the scope of the present invention. As a porous structure, the BET specific surface area may be in the range of 1.5 m 2 / g to 4.0 m 2 / g, and the tap density may be in the range of 1.0 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3 . In the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, when a plurality of positive surface active substances are obtained by changing the BET specific surface area in the same composition, the BET specific surface area S of the positive electrode active material and When the relationship of the tap density m of the positive electrode active material is shown by the following equation 1 by the minimum square method , the range of the inclination a is −0.15 <a <0.15.
m = aS + b ... (Equation 1)

図1は、本発明の遷移金属含有複合水酸化物粒子の構造を概略的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the transition metal-containing composite hydroxide particles of the present invention. 図2は、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質の空間部の全体の面積割合を評価するために用いた、実施例2の電界放出形走査電子顕微鏡写真の二値化画像である。FIG. 2 is a binarized image of a field emission scanning electron microscope photograph of Example 2 used for evaluating the total area ratio of the space portion of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. be. 図3は、電池評価に使用した2032型コイン電池の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a 2032 type coin battery used for battery evaluation. 図4は、インピーダンス評価の測定例と解析に使用した等価回路の概略説明図である。FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of a measurement example of impedance evaluation and an equivalent circuit used for analysis.

本発明者らは、WO2014/181891号公報などの従来技術に基づいて非水電解質二次電池用正極活物質(以下、「正極活物質」という)の生産性および出力特性をさらに改善するために鋭意研究を重ねた。 The present inventors further improve the productivity and output characteristics of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter referred to as “positive electrode active material”) based on the prior art such as WO2014 / 18891. Diligent research was repeated.

この結果、粒子成長工程において、散気管を用いて雰囲気ガスを供給することにより、短時間で反応雰囲気を切り替えることができ、反応雰囲気の切り替えに際して、原料水溶液の供給を停止することなく、酸化性雰囲気による晶析反応および非酸化性雰囲気による晶析反応を適切に切り替え、かつ、これらの晶析反応の時間を、従来よりも短時間であっても、適切に制御できるようになるとの知見を得た。 As a result, in the particle growth step, the reaction atmosphere can be switched in a short time by supplying the atmosphere gas using the air diffuser, and when the reaction atmosphere is switched, the supply of the raw material aqueous solution is not stopped and the oxidizing property is oxidizable. It has been found that the crystallization reaction due to the atmosphere and the crystallization reaction due to the non-oxidizing atmosphere can be appropriately switched, and the time of these crystallization reactions can be appropriately controlled even if the time is shorter than before. Obtained.

また、このような反応雰囲気の切り替えにより、板状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、この中心部の外側に、板状一次粒子および微細一次粒子が凝集して形成された低密度層と、板状一次粒子が凝集して形成された高密度層とが積層した積層構造を2つ以上備えた遷移金属含有複合水酸化物粒子を得ることができるとの知見を得た。 Further, by such switching of the reaction atmosphere, the plate-shaped primary particles have a central portion formed by agglomeration, and the plate-shaped primary particles and the fine primary particles are agglomerated and formed on the outside of the central portion. It was found that it is possible to obtain transition metal-containing composite hydroxide particles having two or more laminated structures in which a low-density layer and a high-density layer formed by aggregating plate-shaped primary particles are laminated. ..

特に、酸化性雰囲気による晶析反応の時間を従来よりも短く制御することにより、低密度層を、微細一次粒子が凝集して形成された低密度部と、板状一次粒子が凝集して形成された高密度部とにより構成することができる。このため、遷移金属含有複合水酸化物粒子の高密度層を、低密度層を構成する高密度部によって、中心部および/または他の高密度層と連結させることが可能となる。 In particular, by controlling the time of the crystallization reaction due to the oxidizing atmosphere to be shorter than before, the low-density layer is formed by agglomerating the low-density portion formed by the agglomeration of fine primary particles and the agglomeration of plate-shaped primary particles. It can be configured by the high-density part. Therefore, the high-density layer of the transition metal-containing composite hydroxide particles can be connected to the central portion and / or other high-density layers by the high-density portion constituting the low-density layer.

さらに、粒子成長工程における酸化性雰囲気による晶析反応の時間と非酸化性雰囲気による晶析反応の時間を適切に制御し、低密度層および高密度層の大きさを適切に制御することにより、この遷移金属含有複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質において、その二次粒子が、凝集した一次粒子により形成された外殻部と、この外殻部の内側に存在し、凝集した一次粒子により形成され、かつ、外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、この凝集部の中に分散して存在する複数の空間部とからなる構造を備えることができる。換言すると、正極活物質を構成する二次粒子の中に、従来の外殻部の内側全体が中空部となる中空構造や、外殻部と中心部との間に周方向に広がる所定以上の大きさの空隙部が存在する中空構造とは異なって、複数の小さな空間部が分散している構造が得られる。 Furthermore, by appropriately controlling the time of the crystallization reaction due to the oxidizing atmosphere and the time of the crystallization reaction due to the non-oxidizing atmosphere in the particle growth step, and appropriately controlling the sizes of the low density layer and the high density layer, the size of the low density layer and the high density layer is appropriately controlled. In the positive electrode active material using the transition metal-containing composite hydroxide particles as precursors, the secondary particles existed in the outer shell portion formed by the aggregated primary particles and inside the outer shell portion and aggregated. It can be provided with a structure composed of an agglomerated portion formed by the primary particles and electrically conducting with the outer shell portion, and a plurality of spatial portions dispersed and existing in the agglomerated portion. In other words, in the secondary particles constituting the positive electrode active material, a hollow structure in which the entire inside of the conventional outer shell portion is a hollow portion, or a predetermined or more that spreads in the circumferential direction between the outer shell portion and the central portion. Unlike a hollow structure in which a gap portion having a size is present, a structure in which a plurality of small space portions are dispersed can be obtained.

特に、この空間部の数と大きさを正極活物質のタップ密度を低下させない程度に制御することにより、空間部の存在により正極活物質の比表面積を向上させて、電解液と接触可能な面積を増加させながら、高密度の二次粒子とするとともに、二次粒子内部の電気的導通経路を十分に発達させて、正極活物質の内部抵抗を大幅に低減することができることになる。本発明は、このような知見に基づき完成されたものである。 In particular, by controlling the number and size of these spaces to the extent that the tap density of the positive electrode active material is not reduced, the specific surface area of the positive electrode active material is improved by the presence of the spaces, and the area that can come into contact with the electrolytic solution. It is possible to obtain high-density secondary particles while increasing the number of particles, and to sufficiently develop the electrical conduction path inside the secondary particles to significantly reduce the internal resistance of the positive electrode active material. The present invention has been completed based on such findings.

1.遷移金属含有複合水酸化物粒子
(1)遷移金属含有複合水酸化物粒子の構造
本発明の遷移金属含有複合水酸化物粒子(以下、「複合水酸化物粒子」という)は、非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体であって、複数の板状一次粒子、および、板状一次粒子よりも小さな微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。
1. 1. Transition metal-containing composite hydroxide particles (1) Structure of transition metal-containing composite hydroxide particles The transition metal-containing composite hydroxide particles of the present invention (hereinafter referred to as “composite hydroxide particles”) are non-aqueous electrolyte particles. It is a precursor of a positive electrode active material for a secondary battery, and is composed of a plurality of plate-shaped primary particles and secondary particles formed by aggregating fine primary particles smaller than the plate-shaped primary particles.

特に、本発明の複合水酸化物粒子を構成する二次粒子は、図1の概念図に示すように、板状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、中心部の外側に、板状一次粒子および微細一次粒子が凝集して形成された低密度層と、板状一次粒子が凝集して形成された高密度層とが積層した積層構造を2つ以上備えている。 In particular, the secondary particles constituting the composite hydroxide particles of the present invention have a central portion formed by agglomeration of plate-shaped primary particles as shown in the conceptual diagram of FIG. 1, and are located outside the central portion. It has two or more laminated structures in which a low-density layer formed by aggregating plate-shaped primary particles and fine primary particles and a high-density layer formed by agglomerating plate-shaped primary particles are laminated.

特に、本発明の複合水酸化物粒子を構成する低密度層は、微細一次粒子が凝集して形成された低密度部と、板状一次粒子が凝集して形成された高密度部とを備える。より具体的には、低密度層が、中心部を構成する板状一次粒子の凝集体の表面と高密度層を構成する板状一次粒子の凝集体の表面との間、あるいは、2つの高密度層を構成する板状一次粒子の凝集体の表面間に、微細一次粒子の凝集体が堆積することになるが、板状一次粒子の凝集体の表面は凹凸があるため、低密度層は、実質的に、板状一次粒子と微細一次粒子の両方が凝集して形成された構造となる。 In particular, the low-density layer constituting the composite hydroxide particles of the present invention includes a low-density portion formed by agglomeration of fine primary particles and a high-density portion formed by agglomeration of plate-shaped primary particles. .. More specifically, the low-density layer is between the surface of the aggregate of plate-shaped primary particles constituting the central portion and the surface of the aggregate of plate-shaped primary particles constituting the high-density layer, or two highs. Agglomerates of fine primary particles are deposited between the surfaces of the aggregates of plate-shaped primary particles constituting the density layer, but the surface of the aggregates of plate-shaped primary particles is uneven, so that the low-density layer is formed. , Substantially, the structure is formed by agglomerating both plate-shaped primary particles and fine primary particles.

そして、低密度層内において、中心部の板状一次粒子の凝集体の一部と高密度層の板状一次粒子の凝集体の一部とが、あるいは、2つの高密度層の板状一次粒子の凝集体の一部同士とが、接触する状態となる。このような構造により、高密度層が、低密度層を構成する高密度部によって、中心部および/または他の高密度層と連結する。 Then, in the low-density layer, a part of the aggregate of the plate-shaped primary particles in the central portion and a part of the aggregate of the plate-shaped primary particles of the high-density layer, or a part of the plate-shaped primary of the two high-density layers. Some of the aggregates of particles are in contact with each other. With such a structure, the high density layer is connected to the central portion and / or other high density layer by the high density portion constituting the low density layer.

このような複合水酸化物粒子を焼成した場合には、高密度層同士の連結を維持したまま、低密度層が収縮することとなる。このため、得られる正極活物質においては、低密度部は適切な大きさの気孔、すなわち空間部として二次粒子内に分散して存在し、正極活物質は、周方向にわたって一次粒子が凝集した外殻部と、外殻部の内側に存在する、複数の気孔およびこれらの気孔を取り囲む一次粒子の凝集部とにより構成される。外殻部と、外殻部の内側に存在する一次粒子の凝集部との間、および、一次粒子の凝集部の内部は、それぞれ電気的に導通し、かつ、その経路の断面積が十分に確保される。正極活物質が、このような多孔質構造により構成される結果、正極活物質の内部抵抗を低減しながら、高い密度を維持することができ、これを用いた二次電池の電池性能を大幅に改善することが可能となる。 When such composite hydroxide particles are fired, the low-density layer shrinks while maintaining the connection between the high-density layers. Therefore, in the obtained positive electrode active material, the low-density portion is dispersed in the secondary particles as pores of an appropriate size, that is, a space portion, and in the positive electrode active material, the primary particles are aggregated in the circumferential direction. It is composed of an outer shell portion, a plurality of pores existing inside the outer shell portion, and an agglomerate portion of primary particles surrounding these pores. Between the outer shell portion and the aggregated portion of the primary particles existing inside the outer shell portion, and the inside of the aggregated portion of the primary particles are electrically conductive, and the cross-sectional area of the path is sufficient. Secured. As a result of the positive electrode active material being composed of such a porous structure, it is possible to maintain a high density while reducing the internal resistance of the positive electrode active material, and the battery performance of the secondary battery using this can be significantly improved. It will be possible to improve.

なお、この複合水酸化物粒子において、低密度層は、中心部の外側全体にわたって、あるいは、高密度層間の周方向全体にわたって形成されている必要はなく、部分的に形成された状態であってもよい。この場合にも、得られる正極活物質において、部分的な低密度層が収縮して、適切な大きさの気孔からなる空間部が複数形成され、この空間部の外側に一次粒子の凝集部が形成された構造となる。また、複合水酸化物粒子の中心部は、複数の板状一次粒子の凝集体が連結した構造であってもよく、複合水酸化物粒子の中心部の内側に微細一次粒子が凝集した部分を有する構造でもよい。このような場合でも、得られる正極活物質においては、実質的に外殻部と、外殻部の内側に存在する空間部と凝集部とからなる二次粒子の構造が形成される。 In the composite hydroxide particles, the low-density layer does not have to be formed over the entire outer side of the central portion or over the entire circumferential direction between the high-density layers, but is in a partially formed state. May be good. In this case as well, in the obtained positive electrode active material, the partial low-density layer contracts to form a plurality of spaces consisting of pores of appropriate size, and the aggregated portions of the primary particles are formed outside the spaces. It becomes a formed structure. Further, the central portion of the composite hydroxide particles may have a structure in which aggregates of a plurality of plate-shaped primary particles are connected, and a portion in which fine primary particles are aggregated inside the central portion of the composite hydroxide particles is formed. It may have a structure. Even in such a case, in the obtained positive electrode active material, a structure of secondary particles substantially composed of an outer shell portion, a space portion existing inside the outer shell portion, and an agglomerated portion is formed.

(2)平均粒径MV
本発明の複合水酸化物粒子は、二次粒子の平均粒径MVが、1μm~15μm、好ましくは3μm~12μm、より好ましくは3μm~10μmに調整される。二次粒子の平均粒径MVは、この複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質の平均粒径MVと相関する。このため、二次粒子の平均粒径MVをこのような範囲に制御することで、この複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質の平均粒径MVを所定の範囲に制御することが可能となる。
(2) Average particle size MV
In the composite hydroxide particles of the present invention, the average particle size MV of the secondary particles is adjusted to 1 μm to 15 μm, preferably 3 μm to 12 μm, and more preferably 3 μm to 10 μm. The average particle size MV of the secondary particles correlates with the average particle size MV of the positive electrode active material using the composite hydroxide particles as a precursor. Therefore, by controlling the average particle size MV of the secondary particles in such a range, the average particle size MV of the positive electrode active material using the composite hydroxide particles as a precursor can be controlled in a predetermined range. It will be possible.

なお、本発明において、二次粒子の平均粒径MVとは、体積基準平均粒径(Mean Volume Diameter)を意味し、たとえば、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。 In the present invention, the average particle size MV of the secondary particles means a volume-based average particle size (Mean Volume Diameter), and is obtained from, for example, a volume integrated value measured by a laser light diffraction / scattering type particle size analyzer. Can be done.

(3)粒度分布
本発明の複合水酸化物粒子は、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕が、0.65以下、好ましくは0.55以下、より好ましくは0.50以下となるように調整される。
(3) Particle size distribution The composite hydroxide particles of the present invention have an index [(d90-d10) / average particle size MV] indicating the spread of the particle size distribution of 0.65 or less, preferably 0.55 or less. More preferably, it is adjusted to be 0.50 or less.

正極活物質の粒度分布は、その前駆体である複合水酸化物粒子の影響を強く受ける。このため、微細粒子や粗大粒子を多く含む複合水酸化物粒子を前駆体とした場合には、正極活物質にも微細粒子や粗大粒子が多く含まれることとなり、これを用いた二次電池の安全性、サイクル特性および出力特性を十分に改善することができなくなる。これに対して、複合水酸化物粒子の段階で、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕が0.65以下となるように調整しておけば、これを前駆体とする正極活物質の粒度分布を狭くすることができ、上述した問題を回避することが可能となる。ただし、工業規模の生産を前提とした場合には、複合水酸化物粒子として、〔(d90-d10)/平均粒径〕が過度に小さいものを使用することは現実的ではない。したがって、コストや生産性を考慮すると、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕の下限値は、0.25程度とすることが好ましい。 The particle size distribution of the positive electrode active material is strongly influenced by the composite hydroxide particles that are its precursor. Therefore, when composite hydroxide particles containing a large amount of fine particles and coarse particles are used as a precursor, the positive electrode active material also contains a large amount of fine particles and coarse particles, and a secondary battery using this is used. Safety, cycle characteristics and output characteristics cannot be sufficiently improved. On the other hand, if [(d90-d10) / average particle size MV] is adjusted to be 0.65 or less at the stage of the composite hydroxide particles, the positive electrode active material using this as a precursor is used. The particle size distribution can be narrowed, and the above-mentioned problems can be avoided. However, on the premise of industrial scale production, it is not realistic to use composite hydroxide particles having an excessively small [(d90-d10) / average particle size]. Therefore, in consideration of cost and productivity, the lower limit of [(d90-d10) / average particle size MV] is preferably about 0.25.

なお、d10は、それぞれの粒径における粒子数を粒径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の10%となる粒径を、d90は、同様に、それぞれの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90%となる粒径を意味する。d10およびd90は、平均粒径MVと同様に、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。 In addition, d10 is a particle size in which the number of particles in each particle size is accumulated from the smaller particle size side, and the cumulative volume is 10% of the total volume of all particles, and d90 is similarly a respective particle size. It means the particle size in which the number of particles in the above is accumulated from the side with the smaller particle size and the accumulated volume is 90% of the total volume of all the particles. Similar to the average particle size MV, d10 and d90 can be obtained from the volume integrated values measured by the laser light diffraction / scattering type particle size analyzer.

(4)中心部、低密度層、および高密度層の大きさ
本発明の複合水酸化物粒子において、その二次粒子の粒径に対する中心部の外径、低密度層、および高密度層のそれぞれの大きさの比率を適切に制御することにより、凝集した一次粒子により形成された外殻部と、外殻部の内側に存在し、凝集した一次粒子により形成され、かつ、外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、凝集部の中に分散して存在する複数の空間部とにより構成された二次粒子からなる正極活物質が得られる。
(4) Size of central part, low density layer, and high density layer In the composite hydroxide particles of the present invention, the outer diameter of the central part, the low density layer, and the high density layer with respect to the particle size of the secondary particles. By appropriately controlling the ratio of each size, the outer shell part formed by the agglomerated primary particles and the outer shell part existing inside the outer shell part and formed by the agglomerated primary particles, and with the outer shell part. A positive electrode active material composed of secondary particles composed of an electrically conductive agglomerated portion and a plurality of spatial portions dispersed in the agglomerated portion can be obtained.

本発明の構造の複合水酸化物粒子では、その粒径に対する中心部の外径の平均比率(以下、「中心部粒径比」という)は、10%~30%の範囲にあることが好ましい。中心部粒径比をこのような範囲に制御することにより、その外側に形成される、低密度層および高密度層をそれぞれ適切な大きさに形成して、得られる正極活物質において、所望の構造を得ることが可能となる。中心部の大きさがこの範囲を超えると、得られる正極活物質において所望の分散した空間部を内部に備えた構造が得られない可能性がある。 In the composite hydroxide particles having the structure of the present invention, the average ratio of the outer diameter of the central portion to the particle diameter (hereinafter referred to as “central particle size ratio”) is preferably in the range of 10% to 30%. .. By controlling the central particle size ratio to such a range, the low-density layer and the high-density layer formed on the outer side thereof are formed to appropriate sizes, respectively, and the desired positive electrode active material is obtained. It is possible to obtain the structure. If the size of the central portion exceeds this range, it may not be possible to obtain a structure having a desired dispersed space portion inside in the obtained positive electrode active material.

それぞれの低密度層の大きさを、該低密度層の厚さを基準とする場合、それぞれの低密度層の厚さの二次粒子の粒径に対する平均比率(以下、「低密度層粒径比」という)は、2%~10%の範囲にあることが好ましく、5%~10%の範囲にあることがより好ましい。 When the size of each low-density layer is based on the thickness of the low-density layer, the average ratio of the thickness of each low-density layer to the particle size of the secondary particles (hereinafter, "low-density layer particle size"). The ratio) is preferably in the range of 2% to 10%, more preferably in the range of 5% to 10%.

それぞれの高密度層の大きさを、該高密度層の厚さを基準とする場合、それぞれの高密度層の厚さの二次粒子の粒径に対する平均比率(以下、「高密度層粒径比」という)は、2%~10%の範囲にあることが好ましく、5%~10%の範囲にあることがより好ましい。 When the size of each high-density layer is based on the thickness of the high-density layer, the average ratio of the thickness of each high-density layer to the particle size of the secondary particles (hereinafter, "high-density layer particle size"). The ratio) is preferably in the range of 2% to 10%, more preferably in the range of 5% to 10%.

それぞれの低密度層粒径比および高密度層粒径比をこの範囲に設定することにより、このような構造の複合水酸化物粒子を前駆体として用いて得られる正極活物質において、二次粒子の内部に分散して存在する適切な大きさの複数の空間部(気孔)が形成された構造を形成することが可能となる。それぞれの低密度層粒径比が小さすぎると、得られる正極活物質において十分な大きさの空間部が、複合水酸化物粒子の焼成時に生じず、実質的に中実構造と同様の構造となる可能性がある。逆に、それぞれの低密度層粒径比が大きすぎると、複合水酸化物粒子の焼成時に、低密度層が気孔構造となるように収縮せずに、得られる正極活物質において、たとえば、中心部と高密度層と外殻部との間に大きな空隙が存在する構造となって、外殻部と内部の凝集部が十分に接続ないしは一体化せず、所望の構造を得られなくなる可能性がある。この場合、外殻部と内部の凝集部と間に十分な断面積を有する電気的導通経路が形成されず、正極抵抗の低減の効果が得られない。 By setting the respective low-density layer particle size ratio and high-density layer particle size ratio in this range, the secondary particles in the positive electrode active material obtained by using the composite hydroxide particles having such a structure as a precursor. It is possible to form a structure in which a plurality of spaces (pores) of appropriate size that are dispersed inside the space are formed. If the particle size ratio of each low-density layer is too small, a space having a sufficiently large size in the obtained positive electrode active material does not occur during firing of the composite hydroxide particles, and the structure is substantially the same as that of the solid structure. There is a possibility of becoming. On the contrary, if the particle size ratio of each low-density layer is too large, the low-density layer does not shrink so as to have a pore structure when the composite hydroxide particles are fired. There is a possibility that a large void exists between the part, the high-density layer, and the outer shell part, and the outer shell part and the agglomerated part inside are not sufficiently connected or integrated, and the desired structure cannot be obtained. There is. In this case, an electrical conduction path having a sufficient cross-sectional area is not formed between the outer shell portion and the internal agglomerated portion, and the effect of reducing the positive electrode resistance cannot be obtained.

それぞれの高密度層粒径比が小さすぎると、正極活物質の製造段階あるいは充填段階で二次粒子の所定構造が維持されず、破壊されてしまったり、二次粒子の内部に十分な大きさの空間部が形成されなかったりする可能性がある。一方、それぞれの高密度層粒径比が大きすぎると、複合水酸化物粒子の焼成時に、二次粒子の内部に十分な大きさの空間部が形成されず、二次粒子の内部に十分な電解液と導電助剤を侵入させることが不十分となる可能性がある。 If the particle size ratio of each high-density layer is too small, the predetermined structure of the secondary particles will not be maintained at the production stage or filling stage of the positive electrode active material and will be destroyed, or the size will be sufficient inside the secondary particles. There is a possibility that the space part of is not formed. On the other hand, if the particle size ratio of each high-density layer is too large, a space having a sufficient size is not formed inside the secondary particles when the composite hydroxide particles are fired, which is sufficient inside the secondary particles. Insufficient penetration of electrolytes and conductive aids may occur.

本発明の複合水酸化物粒子においては、中心部の外側に、低密度層と高密度層が積層した積層構造を2つ以上備えることができる。好ましくは、積層構造の個数は2~5であり、より好ましくは3~5、さらに好ましくは3~4である。積層構造の個数が5を超えると、それぞれの低密度層が十分な大きさに形成されず、所望の粒子構造の正極活物質が得られない可能性が高くなる。一方、積層構造がつでは、得られる正極活物質において、空間部の存在割合が不十分となり、十分な比表面積や低い内部抵抗という所望の特性が得られない。 In the composite hydroxide particles of the present invention, two or more laminated structures in which a low-density layer and a high-density layer are laminated can be provided on the outside of the central portion. Preferably, the number of laminated structures is 2 to 5, more preferably 3 to 5, and even more preferably 3 to 4. If the number of laminated structures exceeds 5, each low-density layer is not formed to a sufficient size, and there is a high possibility that a positive electrode active material having a desired particle structure cannot be obtained. On the other hand, if only one laminated structure is used, the abundance ratio of the space portion is insufficient in the obtained positive electrode active material, and the desired characteristics such as sufficient specific surface area and low internal resistance cannot be obtained.

本発明においては、基本となる中心部、それぞれの低密度層および高密度層が所定の大きさを有している限り、積層構造の数にかかわらず、基本的には、このような構造の複合水酸化物粒子を焼成する際に、中心部と高密度層が焼結収縮により実質的に一体化し、かつ、内部に分散して生じた複数の空間部が存在する構造が得られる。内部に存在する空間部は、凝集体を形成する一次粒子間の粒界ないしは空隙を介して、外部と連通することが可能である。したがって、このような構造では、得られる正極活物質全体の構造の崩れにくさを維持しつつ、二次粒子を構成する一次粒子間の電気的導通経路が十分に確保され、かつ、空間部と外部との連通が十分に確保される結果、正極抵抗のさらなる低減を図ることが可能となる。 In the present invention, as long as the basic central portion, each low-density layer and the high-density layer have a predetermined size, basically, regardless of the number of laminated structures, such a structure is used. When the composite hydroxide particles are fired, a structure is obtained in which the central portion and the high-density layer are substantially integrated by sintering shrinkage, and a plurality of spatial portions generated by being dispersed inside are present. The space portion existing inside can communicate with the outside through the grain boundaries or voids between the primary particles forming the aggregate. Therefore, in such a structure, the electrical conduction path between the primary particles constituting the secondary particles is sufficiently secured while maintaining the structure of the obtained positive electrode active material as a whole, and the space portion and the space portion are formed. As a result of sufficient communication with the outside, it is possible to further reduce the positive electrode resistance.

なお、中心部粒径比、低密度層粒径比、および、高密度粒径比は、それぞれ複合水酸化物粒子の断面を、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)などの走査電子顕微鏡(SEM)で観察することにより求めることは可能であるが、複合水酸化物粒子では、全体形状がいびつであり、かつ、それぞれの層の形状も複雑であるため、それぞれの厚さをSEM観察によって特定することは容易ではない。このため、本明細書における中心部粒径比、低密度層粒径比、および、高密度粒径比は、複合水酸化物粒子の製造工程のうちの、粒子成長工程において添加される全金属量に対し非酸化性雰囲気あるいは酸化性雰囲気において添加された金属量の割合で定義される、粒子成長工程における非酸化性雰囲気あるいは酸化性雰囲気での晶析反応全体の割合から、理論的に求められる。 In addition, the central particle size ratio, the low density layer particle size ratio, and the high density particle size ratio are obtained by scanning the cross section of the composite hydroxide particles with a scanning electron microscope such as an electric field emission scanning electron microscope (FE-SEM). Although it can be obtained by observing with (SEM), in the composite hydroxide particles, the overall shape is distorted and the shape of each layer is also complicated, so the thickness of each is observed by SEM. It is not easy to identify by. Therefore, the central particle size ratio, the low density layer particle size ratio, and the high density particle size ratio in the present specification are all metals added in the particle growth step in the manufacturing step of the composite hydroxide particles. It is theoretically obtained from the ratio of the total crystallization reaction in the non-oxidizing atmosphere or the oxidizing atmosphere in the particle growth step, which is defined by the ratio of the amount of metal added in the non-oxidizing atmosphere or the oxidizing atmosphere to the amount. Be done.

(5)一次粒子
本発明の複合水酸化物粒子において、中心部、高密度層および低密度層のうちの高密度部を構成する板状一次粒子の大きさと、低密度層の低密度部を構成する微細一次粒子の大きさは、複合水酸化物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、その断面観察が可能な状態とした後、その断面について、FE-SEMなどのSEMを用いて観察した場合に、撮像の上で明確に構造の相違が把握できる程度に異なる。
(5) Primary particles In the composite hydroxide particles of the present invention, the size of the plate-shaped primary particles constituting the high-density portion of the central portion, the high-density layer and the low-density layer, and the low-density portion of the low-density layer are determined. The size of the fine primary particles that make up the particles is determined by embedding composite hydroxide particles in a resin or the like and making it possible to observe the cross section by cross-section polisher processing, etc., and then using SEM such as FE-SEM for the cross section. When observed using, the difference is such that the difference in structure can be clearly grasped on the imaging.

本発明の複合水酸化物粒子においては、板状一次粒子は、平均粒径が0.3μm~3μmの範囲となる大きさで形成される。好ましくは、板状一次粒子の大きさは、平均粒径で0.4μm~1.5μmの範囲である。板状一粒子の平均粒径が0.3μm未満であると、正極活物質を作製するための焼成工程において、板状一次粒子の体積収縮も低温域においても生じてしまうため、低密度層と中心部および高密度層との体積収縮量の差が小さくなるため、正極活物質の内部において十分な数の空間部が得られない可能性がある。一方、板状一次粒子の平均粒径が3μmより大きいときは、正極活物質を作製する際の焼成工程において、正極活物質の結晶性を高めるために、より高温での焼成が必要となり、複合水酸化物粒子を構成する二次粒子間の焼結が進行し、正極活物質の平均粒径MVや粒度分布を所定の範囲に設定することが困難となる。 In the composite hydroxide particles of the present invention, the plate-shaped primary particles are formed in a size having an average particle size in the range of 0.3 μm to 3 μm. Preferably, the size of the plate-shaped primary particles is in the range of 0.4 μm to 1.5 μm in average particle size. If the average particle size of the plate-shaped primary particles is less than 0.3 μm, the volume shrinkage of the plate-shaped primary particles also occurs in the low temperature region in the firing step for producing the positive electrode active material, so that the plate-shaped primary particles have a low density layer. Since the difference in volume shrinkage between the central portion and the high-density layer becomes small, it is possible that a sufficient number of spatial portions cannot be obtained inside the positive electrode active material. On the other hand, when the average particle size of the plate-shaped primary particles is larger than 3 μm, firing at a higher temperature is required in order to increase the crystallinity of the positive electrode active material in the firing step when producing the positive electrode active material, which is a composite. Sintering between the secondary particles constituting the hydroxide particles progresses, and it becomes difficult to set the average particle size MV and the particle size distribution of the positive electrode active material within a predetermined range.

本発明の複合水酸化物粒子においては、微細一次粒子は、SEM観察などにより、板状一次粒子と十分に区別できる大きさに形成される。SEM観察の撮像では、その大きさを十分に把握しがたい場合もあるが、微細一次粒子は、板状一次粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径を有し、すなわち、平均粒径が、0.01μm~0.3μmの範囲であって、板状一次粒子の平均粒径との差が0.1μm以上ある。通常は、微細一次粒子の平均粒径は、板状一次粒子の平均粒径との差を0.3μm以上有する。微細一次粒子の平均粒径が、0.01μm未満であると、低密度層の厚みを満足に得ることができない。一方、微細一次粒子の平均粒径が、0.3μmよりも大きくなると、正極活物質を作製するための焼成工程において、低温域における焼成時に、加熱による体積収縮が十分に進行せず、低密度層と中心部および高密度層との体積収縮量の差が小さくなるため、正極活物質の二次粒子の内部に十分な大きさの空間部が形成されない可能性がある。 In the composite hydroxide particles of the present invention, the fine primary particles are formed into a size sufficiently distinguishable from the plate-shaped primary particles by SEM observation or the like. In the imaging of SEM observation, it may be difficult to fully grasp the size, but the fine primary particles have an average particle size smaller than the average particle size of the plate-shaped primary particles, that is, the average particle size is , 0.01 μm to 0.3 μm, and the difference from the average particle size of the plate-shaped primary particles is 0.1 μm or more. Normally, the average particle size of the fine primary particles has a difference of 0.3 μm or more from the average particle size of the plate-shaped primary particles. If the average particle size of the fine primary particles is less than 0.01 μm, the thickness of the low density layer cannot be satisfactorily obtained. On the other hand, when the average particle size of the fine primary particles is larger than 0.3 μm, the volume shrinkage due to heating does not sufficiently proceed during the firing in the low temperature range in the firing step for producing the positive electrode active material, and the density is low. Since the difference in volume shrinkage between the layer and the central portion and the high-density layer becomes small, there is a possibility that a sufficiently large space portion is not formed inside the secondary particles of the positive electrode active material.

このような微細一次粒子の形状は、SEM観察でも十分に把握できずに特定できない場合もあり、基本的には任意の形状を採り得るが、針状であることが好ましい。針状一次粒子は、一次元的な方向性を有する形状であり、粒子が凝集したときに、隙間の多い構造、すなわち、密度の低い構造を形成することができるためである。 The shape of such fine primary particles may not be sufficiently grasped and specified even by SEM observation, and basically any shape can be taken, but a needle shape is preferable. This is because the needle-shaped primary particles have a one-dimensional directional shape, and when the particles are aggregated, a structure having many gaps, that is, a structure having a low density can be formed.

上述の通り、微細一次粒子と板状一次粒子の大きさは、SEM観察でその凝集により形成された層ないしは部分の相違を理解できる程度に異なっていれば十分であり、具体的に計測する必要はない。特に、微細一次粒子については、粒径が小さすぎてその形状が十分に把握できない場合がある。微細一次粒子と板状一次粒子の形状および大きさがいずれも、SEM観察を行うことが可能な場合、次のように求めることが可能である。すなわち、二次粒子の断面に存在する10個以上の微細一次粒子または板状一次粒子の最大外径(長軸径)を測定し、その平均値を求め、この値を、この二次粒子における微細一次粒子または板状一次粒子の粒径とする。次に、10個以上の二次粒子について、同様に微細一次粒子および板状一次粒子の粒径を求める。最後に、これらの二次粒子について得られた粒径の平均を求めることにより、これらの複合水酸化物粒子全体の微細一次粒子または板状一次粒子の平均粒径を決定する。 As described above, it is sufficient that the sizes of the fine primary particles and the plate-shaped primary particles are different enough to understand the difference between the layers or parts formed by the aggregation by SEM observation, and it is necessary to measure them concretely. There is no. In particular, for fine primary particles, the particle size may be too small to sufficiently grasp the shape. When both the shapes and sizes of the fine primary particles and the plate-shaped primary particles can be observed by SEM, they can be obtained as follows. That is, the maximum outer diameter (major axis diameter) of 10 or more fine primary particles or plate-shaped primary particles existing in the cross section of the secondary particles is measured, the average value is obtained, and this value is used in the secondary particles. The particle size of fine primary particles or plate-shaped primary particles. Next, for 10 or more secondary particles, the particle sizes of the fine primary particles and the plate-shaped primary particles are similarly determined. Finally, by obtaining the average particle size obtained for these secondary particles, the average particle size of the fine primary particles or the plate-shaped primary particles of the entire composite hydroxide particles is determined.

(4)組成
本発明の複合水酸化物粒子は、上述した構造、平均粒径MVおよび粒度分布を有する限り、その組成が制限されることはないが、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される複合水酸化物粒子であることが好ましい。このような複合水酸化物粒子を前駆体とすることで、後述する一般式(B)で表される正極活物質を容易に得ることができ、より高い電池性能を実現することができる。
(4) Composition The composition of the composite hydroxide particles of the present invention is not limited as long as it has the above-mentioned structure, average particle size MV and particle size distribution, but the general formula (A): Ni x Mn y . Coz M t (OH) 2 + a (x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ a ≦ 0.5, M is a composite water represented by one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W). It is preferably oxide particles. By using such composite hydroxide particles as a precursor, a positive electrode active material represented by the general formula (B) described later can be easily obtained, and higher battery performance can be realized.

なお、一般式(A)で表される複合水酸化物粒子において、これを構成するニッケル、マンガン、コバルトおよび添加元素Mの組成範囲およびその臨界的意義は、一般式(B)で表される正極活物質と同様となる。このため、これらの事項について、ここでの説明は省略する。 In the composite hydroxide particles represented by the general formula (A), the composition range of nickel, manganese, cobalt and the additive element M constituting the composite hydroxide particles and their critical significance are represented by the general formula (B). It becomes the same as the positive electrode active material. Therefore, the description of these matters is omitted here.

2.遷移金属含有複合水酸化物粒子の製造方法
本発明の複合水酸化物粒子の製造方法は、反応槽内に、少なくとも遷移金属を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、晶析反応によって、非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物粒子を製造する方法である。
2. 2. Method for Producing Transition Metal-Containing Composite Hydroxide Particles In the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, at least an aqueous solution containing a transition metal and an aqueous solution containing an ammonium ion feeder are supplied into a reaction vessel. This is a method for producing a transition metal-containing composite hydroxide particle which is a precursor of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery by forming a reaction aqueous solution with water.

特に、本発明の複合水酸化物粒子の製造方法は、晶析反応を、反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を12.0~14.0の範囲に調整し、核生成を行う核生成工程と、核生成工程で得られた核を含む反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を、核生成工程のpH値よりも低く、かつ、10.5~12.0となるように制御して、核を成長させる、粒子成長工程の2段階に明確に区別していることを特徴とする。 In particular, in the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, the crystallization reaction is performed by adjusting the pH value of the reaction aqueous solution at a liquid temperature of 25 ° C. to the range of 12.0 to 14.0 to generate nuclei. The pH value of the reaction aqueous solution containing the nuclei obtained in the formation step and the nucleation step is lower than the pH value of the nucleation step and is 10.5 to 12.0. It is characterized by a clear distinction between the two stages of the particle growth process, which is controlled to grow the nucleus.

また、核生成工程の開始前または核生成工程の開始時において、反応槽内に不活性ガスを流通させることにより、核生成工程および粒子成長工程の初期における反応雰囲気を酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に調整するとともに、粒子成長工程において、原料水溶液の供給を継続しながら、散気管を用いて雰囲気ガスを導入することにより、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸素の濃度が5容量%を超える酸化性雰囲気に切り替えた後、非酸化性ガスを再度導入することにより、反応雰囲気を、酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替える、雰囲気制御を2回以上行うことを特徴とする。 Further, by circulating an inert gas in the reaction vessel before the start of the nuclear formation step or at the start of the nuclear formation step, the reaction atmosphere at the initial stage of the nuclear formation step and the particle growth step has an oxygen concentration of 5% by volume or less. In the particle growth step, the reaction atmosphere is changed from the non-oxidizing atmosphere to the oxygen concentration by introducing the atmospheric gas using the diffuser tube while continuing the supply of the raw material aqueous solution. Atmosphere control that switches the reaction atmosphere from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less by reintroducing a non-oxidizing gas after switching to an oxidizing atmosphere exceeding 5% by volume. Is characterized by performing the above twice or more.

さらに、その際、粒子成長工程において添加される全金属量に対し酸化性雰囲気で添加された金属量の割合で定義される、酸化性雰囲気での全晶析反応の割合を粒子成長工程全体に対して3%~30%の範囲となるようにし、かつ、酸化性雰囲気でのそれぞれの晶析反応の割合を粒子成長工程全体に対して1%~12.5%の範囲となるように制御することを特徴とする。 Further, at that time, the ratio of the total crystallization reaction in the oxidizing atmosphere, which is defined by the ratio of the amount of metal added in the oxidizing atmosphere to the total amount of metal added in the particle growth step, is applied to the entire particle growth step. On the other hand, it is controlled to be in the range of 3% to 30%, and the ratio of each crystallization reaction in the oxidizing atmosphere is controlled to be in the range of 1% to 12.5% with respect to the entire particle growth process. It is characterized by doing.

なお、本発明の複合水酸化物粒子の製造方法は、上述した構造、平均粒径および粒度分布を実現できる限り、その組成によって制限されることはないが、一般式(A)で表される複合水酸化物粒子に対して、好適に適用することができる。 The method for producing composite hydroxide particles of the present invention is not limited by the composition as long as the above-mentioned structure, average particle size and particle size distribution can be realized, but is represented by the general formula (A). It can be suitably applied to composite hydroxide particles.

(1)晶析反応
本発明の複合水酸化物粒子の製造方法では、晶析反応を、主として核生成を行う核生成工程と、主として粒子成長を行う粒子成長工程の2段階に明確に分離するとともに、それぞれの工程における晶析条件を調整することにより、特に、粒子成長工程において、原料水溶液の供給を継続しながら、散気管を用いて雰囲気ガスを送り込んで、反応雰囲気を切り換えることにより、上述した粒子構造、平均粒径MV、および、粒度分布を備える複合水酸化物粒子を効率よく得ることを可能としている。
(1) Crystallization reaction In the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, the crystallization reaction is clearly separated into two stages, a nucleus formation step mainly for nucleation and a particle growth step mainly for particle growth. At the same time, by adjusting the crystallization conditions in each step, in particular, in the particle growth step, while continuing to supply the raw material aqueous solution, the atmosphere gas is sent through the diffuser tube to switch the reaction atmosphere, as described above. It is possible to efficiently obtain composite hydroxide particles having a fine particle structure, an average particle size MV, and a particle size distribution.

[核生成工程]
核生成工程では、はじめに、この工程における原料となる遷移金属の化合物を水に溶解し、原料水溶液を調製する。同時に、反応槽内に、アルカリ水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給および混合して、液温25℃基準で測定するpH値が12.0~14.0、アンモニウムイオン濃度が3g/L~25g/Lである反応前水溶液を調製する。なお、反応前水溶液のpH値はpH計により、アンモニウムイオン濃度はイオンメータにより測定することができる。
[Nucleation process]
In the nucleation step, first, the transition metal compound which is the raw material in this step is dissolved in water to prepare an aqueous raw material solution. At the same time, an alkaline aqueous solution and an aqueous solution containing an ammonium ion feeder are supplied and mixed in the reaction vessel, and the pH value measured at a liquid temperature of 25 ° C. is 12.0 to 14.0, and the ammonium ion concentration is 3 g / g. A pre-reaction aqueous solution of L to 25 g / L is prepared. The pH value of the pre-reaction aqueous solution can be measured with a pH meter, and the ammonium ion concentration can be measured with an ion meter.

次に、この反応前水溶液を撹拌しながら、原料水溶液を供給する。これにより、反応槽内には、核生成工程における反応水溶液である核生用成水溶液が形成される。この核生成用水溶液のpH値は上述した範囲にあるので、核生成工程では、核はほとんど成長することなく、核生成が優先的に起こる。なお、核生成工程では、核生成に伴い、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は変化するので、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、反応槽内液のpH値が液温25℃基準でpH12.0~14.0の範囲に、アンモニウムイオンの濃度が3g/L~25g/Lの範囲に維持するように制御することが必要となる。 Next, the raw material aqueous solution is supplied while stirring the pre-reaction aqueous solution. As a result, a nucleation aqueous solution, which is a reaction aqueous solution in the nucleation step, is formed in the reaction vessel. Since the pH value of this aqueous solution for nucleation is in the above range, nucleation occurs preferentially in the nucleation step with almost no growth of nuclei. In the nucleation step, the pH value of the nucleation aqueous solution and the concentration of ammonium ions change with the nucleation, so an alkaline aqueous solution and an ammonia aqueous solution are supplied in a timely manner, and the pH value of the solution in the reaction vessel is 25. It is necessary to control the pH to be maintained in the range of 12.0 to 14.0 and the concentration of ammonium ions in the range of 3 g / L to 25 g / L on the basis of ° C.

なお、核生成工程においては、反応槽内に不活性ガスを流通させ、反応雰囲気を酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に調整することが必要となる。反応雰囲気の調整は、通常、原料水溶液の供給を開始する前に行うことが好ましい。これにより、この複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質の中心部が中実構造となり、空間部を形成することによる粒子密度の低下を抑制することが可能となる。 In the nucleation step, it is necessary to circulate the inert gas in the reaction vessel and adjust the reaction atmosphere to a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less. It is usually preferable to adjust the reaction atmosphere before starting the supply of the raw material aqueous solution. As a result, the central portion of the positive electrode active material using the composite hydroxide particles as a precursor has a solid structure, and it is possible to suppress a decrease in particle density due to the formation of a space portion.

核生成工程では、核生成用水溶液に、原料水溶液、アルカリ水溶液およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することにより、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、所定量の核が生成した時点で、核生成工程を終了する。 In the nucleation step, by supplying an aqueous solution containing a raw material aqueous solution, an alkaline aqueous solution and an ammonium ion feeder to the nucleation aqueous solution, the generation of new nuclei is continuously continued. Then, when a predetermined amount of nuclei are generated in the nucleation aqueous solution, the nucleation step is terminated.

この際、核の生成量は、核生成用水溶液に供給した原料水溶液に含まれる金属化合物の量から判断することができる。核生成工程における核の生成量は、特に制限されるものではないが、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を得るためには、核生成工程および粒子成長工程を通じて供給する原料水溶液に含まれる金属化合物中の金属元素に対して、0.1原子%~2原子%とすることが好ましく、0.1原子%~1.5原子%とすることがより好ましい。なお、核生成工程における反応時間は、通常0.2分~5分程度である。 At this time, the amount of nucleation produced can be determined from the amount of the metal compound contained in the raw material aqueous solution supplied to the nucleation aqueous solution. The amount of nuclei produced in the nucleation step is not particularly limited, but in order to obtain composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution, the metal contained in the raw material aqueous solution supplied through the nucleation step and the particle growth step. It is preferably 0.1 atomic% to 2 atomic%, more preferably 0.1 atomic% to 1.5 atomic%, based on the metal element in the compound. The reaction time in the nucleation step is usually about 0.2 minutes to 5 minutes.

[粒子成長工程]
核生成工程終了後、反応槽内の核生成用水溶液のpH値を、液温25℃基準で10.5~12.0に調整し、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形成する。pH値は、アルカリ水溶液の供給を停止することでも調整可能であるが、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を得るためには、一旦、すべての水溶液の供給を停止してpH値を調整することが好ましい。具体的には、すべての水溶液の供給を停止した後、核生成用水溶液に、原料となる金属化合物を構成する酸と同種の無機酸を供給することにより、pH値を調整することが好ましい。
[Particle growth process]
After the nucleation step is completed, the pH value of the nucleation aqueous solution in the reaction vessel is adjusted to 10.5 to 12.0 based on the liquid temperature of 25 ° C. to form a particle growth aqueous solution which is a reaction aqueous solution in the particle growth step. do. The pH value can also be adjusted by stopping the supply of the alkaline aqueous solution, but in order to obtain composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution, the supply of all the aqueous solutions is temporarily stopped and the pH value is adjusted. Is preferable. Specifically, it is preferable to adjust the pH value by stopping the supply of all the aqueous solutions and then supplying the nucleation aqueous solution with an inorganic acid of the same type as the acid constituting the metal compound as a raw material.

次に、この粒子成長用水溶液を撹拌しながら、原料水溶液の供給を再開する。この際、粒子成長用水溶液のpH値は上述した範囲にあるため、新たな核はほとんど生成せず、核(粒子)成長が進行し、所定の粒径を有する複合水酸化物粒子が形成される。なお、粒子成長工程においても、粒子成長に伴い、粒子成長用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度は変化するので、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、pH値およびアンモニウムイオン濃度を上記範囲に維持することが必要となる。 Next, the supply of the raw material aqueous solution is restarted while stirring the particle growth aqueous solution. At this time, since the pH value of the aqueous solution for particle growth is in the above range, almost no new nuclei are generated, the nuclei (particles) grow, and composite hydroxide particles having a predetermined particle size are formed. To. Also in the particle growth step, the pH value and ammonium ion concentration of the aqueous solution for particle growth change with the growth of particles, so an alkaline aqueous solution and an aqueous ammonia solution are supplied in a timely manner to maintain the pH value and ammonium ion concentration within the above ranges. It is necessary to do.

特に、本発明の複合水酸化物粒子の製造方法においては、粒子成長工程の途中で、原料水溶液の供給を継続しながら、散気管を用いて雰囲気ガスを導入することにより、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸素の濃度が5容量%を超える酸化性雰囲気に切り替えた後、この酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に再度切り替える、雰囲気制御を2回以上行う。これによって、上述した粒子構造を有する複合水酸化物粒子を得ることが可能となる。 In particular, in the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, the reaction atmosphere is not created by introducing an atmospheric gas using an air diffuser while continuing to supply the raw material aqueous solution in the middle of the particle growth step. After switching from the oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere where the oxygen concentration exceeds 5% by volume, the atmosphere is controlled twice or more by switching again from this oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere where the oxygen concentration is 5% by volume or less. conduct. This makes it possible to obtain composite hydroxide particles having the above-mentioned particle structure.

粒子成長工程においては、散気管を用いて、反応槽内の反応水溶液に不活性ガスおよび/または酸化性ガスを流通させて、反応雰囲気を酸素濃度が5容量%より高い酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に、あるいは、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に速やかに切り替えることが好ましい。不活性ガスおよび/または酸化性ガスの反応槽内の反応水溶液への供給方法は、反応水溶液と接する反応槽内の空間への供給も可能であるが、反応水溶液中に直接供給する方法を採ることが好ましい。これにより、雰囲気の切り替え時間を短縮することができ、中心部の外径や、それぞれの低密度層および高密度層の大きさを適切に設計することが可能となり、特に、低密度層の大きさを小さく設計する場合でも、そのための反応時間を制御しやすくすることができる。 In the particle growth step, an inert gas and / or an oxidizing gas is circulated in the reaction aqueous solution in the reaction vessel using an air diffuser, and the reaction atmosphere is changed from an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration higher than 5% by volume to an oxygen concentration. It is preferable to quickly switch to a non-oxidizing atmosphere of 5% by volume or less, or from a non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere. As the method for supplying the inert gas and / or the oxidizing gas to the reaction aqueous solution in the reaction tank, it is possible to supply the inert gas and / or the oxidizing gas to the space in the reaction tank in contact with the reaction aqueous solution, but the method of supplying the inert gas and / or the oxidizing gas directly into the reaction aqueous solution is adopted. Is preferable. As a result, it is possible to shorten the time for switching the atmosphere, and it is possible to appropriately design the outer diameter of the central portion and the sizes of the respective low-density layers and high-density layers, and in particular, the size of the low-density layer. Even when the size is designed to be small, the reaction time for that purpose can be easily controlled.

本発明では、晶析反応中に、上記のように雰囲気の切り替えを少なくとも4回(同様の雰囲気制御を少なくとも2回)行うことを特徴としている。この場合、複合水酸化物粒子を構成する二次粒子の内側から順に、中心部、第1の低密度層、第1の高密度層、第2の低密度層、第2の高密度層(外殻部)からなる積層構造が形成される。また、この雰囲気の切り替えをさらに2回(同様の雰囲気制御を1回ずつ)追加することにより、積層構造を1つ増加させることが可能となる。たとえば、雰囲気の切り替えを6回(同様の雰囲気制御を3回)行うことにより、複合水酸化物粒子を構成する二次粒子の内側から順に、中心部、第1の低密度層、第1の高密度層、第2の低密度層、第2の高密度層、第3の低密度層、および第3の高密度層(外殻部)からなる積層構造が形成される。 The present invention is characterized in that the atmosphere is switched at least four times (similar atmosphere control is performed at least twice) as described above during the crystallization reaction. In this case, from the inside of the secondary particles constituting the composite hydroxide particles, the central portion, the first low-density layer, the first high-density layer, the second low-density layer, and the second high-density layer (in this order). A laminated structure consisting of an outer shell portion) is formed. Further, by adding this atmosphere switching twice more (similar atmosphere control once each), it is possible to increase the laminated structure by one. For example, by switching the atmosphere 6 times (similar atmosphere control 3 times), the central portion, the first low-density layer, and the first are ordered from the inside of the secondary particles constituting the composite hydroxide particles. A laminated structure including a high-density layer, a second low-density layer, a second high-density layer, a third low-density layer, and a third high-density layer (outer shell portion) is formed.

なお、このような複合水酸化物粒子の製造方法では、核生成工程および粒子成長工程において、金属イオンは、核または一次粒子となって析出する。このため、核生成用水溶液および粒子成長用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。この結果、見かけ上、原料水溶液の濃度が低下し、特に、粒子成長工程においては、複合水酸化物粒子の成長が停滞する可能性がある。したがって、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、原料水溶液、アルカリ水溶液およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の供給および攪拌を一旦停止し、粒子成長用水溶液中の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とが好ましい。このような操作により、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ため、粒子成長の停滞を防止し、得られる複合水酸物粒子の粒度分布を好適な範囲に制御することができるばかりでなく、二次粒子全体としての密度も向上させることができる。 In such a method for producing composite hydroxide particles, metal ions are precipitated as nuclei or primary particles in the nucleation generation step and the particle growth step. Therefore, the ratio of the liquid component to the metal component in the aqueous solution for nucleation and the aqueous solution for particle growth increases. As a result, the concentration of the raw material aqueous solution apparently decreases, and the growth of the composite hydroxide particles may be stagnant, especially in the particle growth step. Therefore, in order to suppress the increase of the liquid component, it is preferable to discharge a part of the liquid component of the aqueous particle growth solution to the outside of the reaction vessel after the nucleation step is completed and during the particle growth step. Specifically, the supply and stirring of the aqueous solution containing the raw material aqueous solution, the alkaline aqueous solution and the ammonium ion feeder are temporarily stopped, and the nuclei and the composite hydroxide particles in the particle growth aqueous solution are precipitated to form the particle growth aqueous solution. It is preferable to drain the supernatant liquid. By such an operation, the relative concentration of the mixed aqueous solution in the aqueous solution for particle growth can be increased, so that the stagnation of particle growth is prevented and the particle size distribution of the obtained composite hydroxide particles is controlled in a suitable range. Not only can this be done, but the density of the secondary particles as a whole can also be improved.

[複合水酸化物粒子の粒径制御]
上述のようにして得られる複合水酸化物粒子の粒径は、粒子成長工程や核生成工程の時間、核生成用水溶液や粒子成長用水溶液のpH値や、原料水溶液の供給量により制御することができる。たとえば、核生成工程を高いpH値で行うことにより、または、粒子生成工程の時間を長くすることにより、供給する原料水溶液に含まれる金属化合物の量を増やし、核の生成量を増加させ、得られる複合水酸化物粒子の粒径を小さくすることができる。反対に、核生成工程における核の生成量を抑制することで、得られる複合水酸化物粒子の粒径を大きくすることができる。
[Diameter control of composite hydroxide particles]
The particle size of the composite hydroxide particles obtained as described above is controlled by the time of the particle growth step and the nucleation step, the pH value of the nucleation aqueous solution and the particle growth aqueous solution, and the supply amount of the raw material aqueous solution. Can be done. For example, by performing the nucleation generation step at a high pH value or by prolonging the time of the particle generation step, the amount of the metal compound contained in the supplied raw material aqueous solution is increased, and the amount of nucleation is increased. The particle size of the composite hydroxide particles to be obtained can be reduced. On the contrary, by suppressing the amount of nucleation produced in the nucleation step, the particle size of the obtained composite hydroxide particles can be increased.

[晶析反応の別実施態様]
本発明の複合水酸化物粒子の製造方法では、核生成用水溶液とは別に、粒子成長工程に適したpH値および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用意し、この成分調整用水溶液に、核生成工程後の核生成用水溶液、好ましくは核生成工程後の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および混合して、これ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。
[Another embodiment of the crystallization reaction]
In the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, a component adjusting aqueous solution adjusted to a pH value and ammonium ion concentration suitable for the particle growth step is prepared separately from the nucleus forming aqueous solution, and the component adjusting aqueous solution is prepared. Aqueous solution for nucleation after the nucleation step, preferably an aqueous solution for nucleation after the nucleation step in which a part of the liquid component is removed is added and mixed, and this is used as an aqueous solution for particle growth for particle growth. The process may be performed.

この場合、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ため、それぞれの工程における反応水溶液を、最適な状態に制御することができる。特に、粒子成長工程の開始時から粒子成長用水溶液のpH値を最適な範囲に制御することができるため、得られる複合水酸化物粒子の粒度分布をより狭いものとすることができる。 In this case, since the nucleation step and the particle growth step can be separated more reliably, the reaction aqueous solution in each step can be controlled to the optimum state. In particular, since the pH value of the aqueous solution for particle growth can be controlled in the optimum range from the start of the particle growth step, the particle size distribution of the obtained composite hydroxide particles can be made narrower.

(2)供給水溶液
本発明の複合水酸化物粒子の製造方法では、反応槽内に、少なくとも遷移金属、好ましくは、ニッケルとマンガン、または、ニッケルとマンガンとコバルトを含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、pH調整剤によって該反応水溶液のpH値を所定範囲に調整しつつ、晶析反応によって、複合水酸化物粒子を得る。
(2) Supply aqueous solution In the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, a raw material aqueous solution containing at least a transition metal, preferably nickel and manganese, or nickel, manganese and cobalt, and ammonium ions are contained in the reaction vessel. A reaction aqueous solution is formed by supplying an aqueous solution containing a feeder, and a composite hydroxide particle is obtained by a crystallization reaction while adjusting the pH value of the reaction aqueous solution to a predetermined range with a pH adjusting agent.

a)原料水溶液
本発明においては、原料水溶液中の金属元素の比率が、概ね、得られる複合水酸化物粒子の組成比となる。このため、原料水溶液は、目的とする複合水酸化物粒子の組成に応じて、それぞれの金属元素の含有量を適宜調整することが必要となる。たとえば、上述した一般式(A)で表される複合水酸化物粒子を得ようとする場合には、原料水溶液中の金属元素の比率を、Ni:Mn:Co:M=x:y:z;t(ただし、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1)となるように調整することが必要となる。ただし、上述したように添加元素Mを別工程で導入する場合には、原料水溶液に添加元素Mが含まれないようにする。また、核生成工程と粒子成長工程とにおいて、添加元素Mの添加の有無、あるいは、遷移金属や添加元素Mの含有比率を変更することも可能である。
a) Aqueous solution of raw material In the present invention, the ratio of the metal element in the aqueous solution of the raw material is generally the composition ratio of the obtained composite hydroxide particles. Therefore, it is necessary to appropriately adjust the content of each metal element in the raw material aqueous solution according to the composition of the target composite hydroxide particles. For example, when trying to obtain the composite hydroxide particles represented by the above-mentioned general formula (A), the ratio of the metal element in the raw material aqueous solution is set to Ni: Mn: Co: M = x: y: z. Adjusted to be t (however, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1). It is necessary to do. However, when the additive element M is introduced in another step as described above, the additive element M is not contained in the raw material aqueous solution. It is also possible to change the presence or absence of the additive element M added or the content ratio of the transition metal or the additive element M in the nucleation step and the particle growth step.

原料水溶液を調製するための、遷移金属の化合物は、特に制限されることはないが、取扱いの容易性から、水溶性の硝酸塩、硫酸塩および塩酸塩などを用いることが好ましく、コストやハロゲンの混入を防止する観点から、硫酸塩を用いることが特に好ましい。 The transition metal compound for preparing the raw material aqueous solution is not particularly limited, but it is preferable to use water-soluble nitrates, sulfates, hydrochlorides, etc. from the viewpoint of ease of handling, and it is preferable to use water-soluble nitrates, sulfates, hydrochlorides, etc. From the viewpoint of preventing contamination, it is particularly preferable to use sulfate.

また、複合水酸化物粒子中に添加元素M(Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)を含有させる場合には、添加元素Mを供給するための化合物としては、同様に水溶性の化合物が好ましく、たとえば、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、硫酸ハフニウム、タンタル酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸アンモニウムなどを好適に用いることができる。 Further, the additive element M (M is one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W) in the composite hydroxide particles). In the case of containing, a water-soluble compound is also preferable as the compound for supplying the additive element M, for example, magnesium sulfate, calcium sulfate, aluminum sulfate, titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, titanium oxalate. Potassium, vanadium sulfate, ammonium vanadate, chromium sulfate, potassium chromate, zirconium sulfate, niobium oxalate, ammonium molybdate, hafnium sulfate, sodium tantalate, sodium tungstate, ammonium tungstate and the like can be preferably used.

原料水溶液の濃度は、金属化合物の合計で、好ましくは1mol/L~2.6mol/L、より好ましくは1.5mol/L~2.2mol/Lとする。原料水溶液の濃度が1mol/L未満では、反応槽当たりの晶析物量が少なくなるため、生産性が低下する。一方、混合水溶液の濃度が2.6mol/Lを超えると、常温での飽和濃度を超えるため、それぞれの金属化合物の結晶が再析出して、配管などを詰まらせるおそれがある。 The concentration of the raw material aqueous solution is the total of the metal compounds, preferably 1 mol / L to 2.6 mol / L, and more preferably 1.5 mol / L to 2.2 mol / L. If the concentration of the raw material aqueous solution is less than 1 mol / L, the amount of crystallized material per reaction vessel is small, so that the productivity is lowered. On the other hand, if the concentration of the mixed aqueous solution exceeds 2.6 mol / L, the saturation concentration at room temperature is exceeded, so that crystals of each metal compound may reprecipitate and clog the piping or the like.

上述した金属化合物は、必ずしも原料水溶液として反応槽に供給しなくてもよい。たとえば、混合すると反応して目的とする化合物以外の化合物が生成されてしまう金属化合物を用いて晶析反応を行う場合には、全金属化合物水溶液の合計の濃度が上記範囲となるように、個別に金属化合物水溶液を調製して、個々の金属化合物の水溶液として、所定の割合で反応槽内に供給してもよい。 The above-mentioned metal compound does not necessarily have to be supplied to the reaction vessel as a raw material aqueous solution. For example, when a crystallization reaction is carried out using a metal compound that reacts when mixed to produce a compound other than the target compound, the total concentration of the total metal compound aqueous solution is within the above range. An aqueous solution of a metal compound may be prepared and supplied into the reaction vessel at a predetermined ratio as an aqueous solution of individual metal compounds.

また、原料水溶液の供給量は、粒子成長工程の終了時点において、粒子成長水溶液中の生成物の濃度が、好ましくは30g/L~200g/L、より好ましくは80g/L~150g/Lとなるようにする。生成物の濃度が30g/L未満では、一次粒子の凝集が不十分になる場合がある。一方、200g/Lを超えると、反応槽内に、核生成用金属塩水溶液または粒子成長用金属塩水溶液が十分に拡散せず、粒子成長に偏りが生じる場合がある。 As for the supply amount of the raw material aqueous solution, the concentration of the product in the particle growth aqueous solution is preferably 30 g / L to 200 g / L, more preferably 80 g / L to 150 g / L at the end of the particle growth step. To do so. If the concentration of the product is less than 30 g / L, the aggregation of the primary particles may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 200 g / L, the aqueous metal salt solution for nucleation or the aqueous metal salt solution for particle growth may not sufficiently diffuse in the reaction vessel, and the particle growth may be biased.

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

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

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

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

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

(3)晶析反応
本発明の複合水酸化物粒子の製造方法では、晶析反応を、主として核生成が行われる核生成工程と、主として粒子成長が行われる粒子成長工程との2つの工程に明確に分離し、それぞれの工程における晶析反応の条件を調整するとともに、粒子成長工程において、原料水溶液の供給を継続しながら、反応雰囲気、すなわち反応水溶液内の雰囲気を、散気管を用いて、非酸化性雰囲気と酸化性雰囲気との間で、適宜切り替えることを特徴としている。特に、この雰囲気の切り替え時に、反応水溶液中に、雰囲気ガス、すなわち酸化性ガス、もしくは、不活性ガスあるいはこれらの混合ガスを、散気管を用いて送り込み、これらのガスと反応水溶液を直接接触させ、反応雰囲気を速やかに切り換えることにより、上述した低密度層と高密度層とが積層した粒子構造、平均粒径、および粒度分布を備える複合水酸化物粒子を効率よく得ることを可能としている。
(3) Crystallization reaction
In the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, the crystallization reaction is clearly separated into two steps, a nucleation step in which nucleation is mainly performed and a particle growth step in which particle growth is mainly carried out. In the particle growth step, the reaction atmosphere, that is, the atmosphere in the reaction aqueous solution, is oxidized with a non-oxidizing atmosphere by using a diffuser tube while adjusting the conditions of the crystallization reaction in the above step and continuing the supply of the raw material aqueous solution. It is characterized by switching between the sexual atmosphere and the atmosphere as appropriate. In particular, at the time of switching the atmosphere, an atmosphere gas, that is, an oxidizing gas, an inert gas, or a mixed gas thereof is sent into the reaction aqueous solution by using an air diffuser, and these gases and the reaction aqueous solution are brought into direct contact with each other. By rapidly switching the reaction atmosphere, it is possible to efficiently obtain composite hydroxide particles having a particle structure in which the above-mentioned low-density layer and high-density layer are laminated, an average particle size, and a particle size distribution.

[pH値]
本発明の複合水酸化物粒子の製造方法においては、反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を、核生成工程においては12.0~14.0の範囲に、粒子成長工程においては10.5~12.0の範囲に制御することが必要となる。なお、いずれの工程においても、晶析反応中のpH値の変動幅は、±0.2以内に制御することが好ましい。pH値の変動幅が大きい場合には、核生成量と粒子成長の割合が一定とならず、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を得ることが困難となる。なお、反応水溶液のpH値はpH計により、アンモニウムイオン濃度はイオンメータにより測定することができる。
[pH value]
In the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, the pH value of the reaction aqueous solution at a liquid temperature of 25 ° C. is set in the range of 12.0 to 14.0 in the nucleation generation step, and 10. It is necessary to control in the range of 5 to 12.0. In any of the steps, it is preferable to control the fluctuation range of the pH value during the crystallization reaction within ± 0.2. When the fluctuation range of the pH value is large, the amount of nucleation generated and the ratio of particle growth are not constant, and it becomes difficult to obtain composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution. The pH value of the reaction aqueous solution can be measured with a pH meter, and the ammonium ion concentration can be measured with an ion meter.

a)核生成工程
核生成工程においては、反応水溶液(核生成用水溶液)のpH値を、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12.5~13.3の範囲に制御することが必要となる。これにより、核の成長を抑制し、核生成を優先させることが可能となり、この工程で生成する核を均質かつ粒度分布の狭いものとすることができる。一方、pH値が12.0未満では、核生成とともに核(粒子)の成長が進行するため、得られる複合水酸化物粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。また、pH値が14.0を超えると、生成する核が微細になりすぎるため、核生成用水溶液がゲル化する問題が生じる。
a) Nucleation step In the nucleation step, the pH value of the reaction aqueous solution (aqueous solution for nucleation) is adjusted from 12.0 to 14.0, preferably 12.3 to 13.5, based on a liquid temperature of 25 ° C. It is preferably necessary to control in the range of 12.5 to 13.3. This makes it possible to suppress the growth of nuclei and give priority to nucleation, and the nuclei produced in this step can be made homogeneous and have a narrow particle size distribution. On the other hand, when the pH value is less than 12.0, the growth of nuclei (particles) proceeds with the formation of nuclei, so that the particle size of the obtained composite hydroxide particles becomes non-uniform and the particle size distribution deteriorates. Further, when the pH value exceeds 14.0, the nucleated nuclei become too fine, which causes a problem that the aqueous solution for nucleation gels.

b)粒子成長工程
粒子成長工程においては、反応水溶液(粒子成長水溶液)のpH値を、液温25℃基準で、10.5~12.0、好ましくは11.0~12.0、より好ましくは11.5~12.0の範囲に制御することが必要となる。これにより、新たな核の生成が抑制され、粒子成長を優先させることが可能となり、得られる複合水酸化物粒子を均質かつ粒度分布が狭いものとすることができる。一方、pH値が10.5未満では、アンモニウムイオン濃度が上昇し、金属イオンの溶解度が高くなるため、晶析反応の速度が遅くなるばかりでなく、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、生産性が悪化する。また、pH値が12.0を超えると、粒子成長工程中の核生成量が増加し、得られる複合水酸化物粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。
b) Particle growth step In the particle growth step, the pH value of the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) is 10.5 to 12.0, preferably 11.0 to 12.0, more preferably, based on a liquid temperature of 25 ° C. Needs to be controlled in the range of 11.5 to 12.0. As a result, the formation of new nuclei is suppressed, the particle growth can be prioritized, and the obtained composite hydroxide particles can be made homogeneous and have a narrow particle size distribution. On the other hand, when the pH value is less than 10.5, the ammonium ion concentration increases and the solubility of metal ions increases, so that not only the rate of the crystallization reaction slows down but also the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases. However, productivity deteriorates. Further, when the pH value exceeds 12.0, the amount of nuclei generated during the particle growth step increases, the particle size of the obtained composite hydroxide particles becomes non-uniform, and the particle size distribution deteriorates.

なお、pH値が12.0の場合は、核生成と核成長の境界条件であるため、反応水溶液中に存在する核の有無により、核生成工程または粒子成長工程のいずれかの条件とすることができる。すなわち、核生成工程のpH値を12.0より高くして多量に核生成させた後、粒子成長工程のpH値を12.0とすると、反応水溶液中に多量の核が存在するため、粒子成長が優先して起こり、粒径分布が狭い複合水酸化物粒子を得ることができる。一方、核生成工程のpH値を12.0とすると、反応水溶液中に成長する核が存在しないため、核生成が優先して起こり、粒子成長工程のpH値を12.0より小さくすることで、生成した核が成長して良好な複合水酸化物粒子を得ることができる。いずれの場合においても、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、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。 When the pH value is 12.0, it is a boundary condition between nucleation and nuclear growth. Therefore, depending on the presence or absence of nuclei present in the reaction aqueous solution, either the nucleation step or the particle growth step should be used. Can be done. That is, if the pH value of the nuclear formation step is set higher than 12.0 to generate a large amount of nuclei and then the pH value of the particle growth step is set to 12.0, a large amount of nuclei are present in the reaction aqueous solution. It is possible to obtain composite hydroxide particles in which growth occurs preferentially and the particle size distribution is narrow. On the other hand, when the pH value of the nucleation step is 12.0, since there are no nuclei to grow in the reaction aqueous solution, nucleation occurs preferentially, and the pH value of the particle growth step is made smaller than 12.0. , The generated nuclei can grow to obtain good composite hydroxide particles. In either case, the pH value of the particle growth step may be controlled to be lower than the pH value of the nucleation step, and in order to clearly separate nucleation and particle growth, the pH value of the particle growth step should be set to nuclei. It is preferably 0.5 or more lower than the pH value in the production step, and more preferably 1.0 or more.

[反応雰囲気]
本発明の複合水酸化物粒子の構造は、核生成工程および粒子成長工程における反応水溶液のpH値を上述のように制御するとともに、これらの工程における反応雰囲気を制御することにより形成される。したがって、本発明の複合水酸化物粒子の製造方法においては、それぞれの工程におけるpH値の制御とともに、反応雰囲気の制御が重要な意義を有する。すなわち、それぞれの工程におけるpH値を上述のように制御した上で、核生成工程と粒子成長工程の初期の反応雰囲気を非酸化性雰囲気に調整することで、板状一次粒子が凝集した中心部が形成される。また、粒子成長工程の途中で、散気管を用いて雰囲気ガスを導入することで、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に切り替えた後、さらに、非酸化性雰囲気に切り替えることにより、中心部の外側に、板状一次粒子および微細一次粒子が凝集した低密度層と、板状一次粒子が凝集した高密度層が積層した構造が形成される。
[Reaction atmosphere]
The structure of the composite hydroxide particles of the present invention is formed by controlling the pH value of the reaction aqueous solution in the nucleation generation step and the particle growth step as described above, and controlling the reaction atmosphere in these steps. Therefore, in the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, it is important to control the reaction atmosphere as well as the pH value in each step. That is, by controlling the pH value in each step as described above and adjusting the initial reaction atmosphere of the nucleation step and the particle growth step to a non-oxidizing atmosphere, the central portion where the plate-shaped primary particles are aggregated. Is formed. Further, in the middle of the particle growth process, by introducing an atmospheric gas using an air diffuser, the non-oxidizing atmosphere is switched to the oxidizing atmosphere, and then the non-oxidizing atmosphere is further switched to the outside of the central part. A structure is formed in which a low-density layer in which plate-shaped primary particles and fine primary particles are aggregated and a high-density layer in which plate-shaped primary particles are aggregated are laminated.

このような反応雰囲気の制御では、低密度層を構成する微細一次粒子は、通常、板状および/または針状となるが、複合水酸化物粒子の組成によっては、直方体状、楕円状、稜面体状などの形状も採り得る。この点については、中心部および高密度層を構成する板状一次粒子についても同様である。したがって、本発明の複合水酸化物粒子の製造方法においては、目的とする複合水酸化物粒子の組成に応じて、それぞれの段階における反応雰囲気を適切に制御することが必要となる。 In such control of the reaction atmosphere, the fine primary particles constituting the low density layer are usually plate-like and / or needle-like, but depending on the composition of the composite hydroxide particles, they are rectangular parallelepiped, elliptical, or ridged. Shapes such as facets can also be taken. The same applies to the plate-shaped primary particles constituting the central portion and the high-density layer. Therefore, in the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, it is necessary to appropriately control the reaction atmosphere at each stage according to the composition of the desired composite hydroxide particles.

a)非酸化性雰囲気
本発明の製造方法においては、複合水酸化物粒子の中心部および高密度層を形成する段階における反応雰囲気は、非酸化性雰囲気に制御することが必要となる。具体的には、不活性ガスなどの非酸化性ガスを導入することにより、反応雰囲気中における酸素濃度が、5容量%以下、好ましくは2容量%以下、より好ましくは1容量%以下である非酸化性雰囲気となるように、酸素と不活性ガスの混合雰囲気に制御することが必要となる。これにより、不要な酸化を抑制しつつ、核生成工程で生成した核を一定の範囲まで成長させることができるため、複合水酸化物粒子の中心部および高密度層を板状一次粒子が凝集した構造とすることができる。なお、上述したように、反応雰囲気の調整は、通常、原料水溶液の供給を開始する前に行う。
a) Non-oxidizing atmosphere In the production method of the present invention, it is necessary to control the reaction atmosphere at the stage of forming the central portion of the composite hydroxide particles and the high-density layer to a non-oxidizing atmosphere. Specifically, by introducing a non-oxidizing gas such as an inert gas, the oxygen concentration in the reaction atmosphere is 5% by volume or less, preferably 2% by volume or less, and more preferably 1% by volume or less. It is necessary to control the mixed atmosphere of oxygen and an inert gas so as to have an oxidizing atmosphere. As a result, the nuclei generated in the nucleation step can be grown to a certain range while suppressing unnecessary oxidation, so that the plate-shaped primary particles aggregate in the center of the composite hydroxide particles and the high-density layer. It can be a structure. As described above, the reaction atmosphere is usually adjusted before the supply of the raw material aqueous solution is started.

b)酸化性雰囲気
一方、複合水酸化物粒子の低密度層を形成する段階では、反応雰囲気を、酸化性雰囲気に制御することが必要となる。具体的には、反応雰囲気中における酸素濃度が、5容量%を超えるように、好ましくは10容量%以上、より好ましくは大気雰囲気(酸素濃度:21容量%)となるように制御することが必要となる。反応雰囲気中の酸素濃度をこのような範囲に制御することにより、粒子成長が抑制され、一次粒子の平均粒径が0.01μm~0.3μmの範囲となるため、上述した中心部および高密度層と十分な密度差を有する低密度層を形成することができる。
b) Oxidizing atmosphere On the other hand, at the stage of forming a low-density layer of composite hydroxide particles, it is necessary to control the reaction atmosphere to an oxidizing atmosphere. Specifically, it is necessary to control the oxygen concentration in the reaction atmosphere so as to exceed 5% by volume, preferably 10% by volume or more, and more preferably the air atmosphere (oxygen concentration: 21% by volume). Will be. By controlling the oxygen concentration in the reaction atmosphere to such a range, particle growth is suppressed and the average particle size of the primary particles is in the range of 0.01 μm to 0.3 μm. A low density layer having a sufficient density difference from the layer can be formed.

なお、この段階における反応雰囲気中の酸素濃度の上限は特に制限されることはないが、酸素濃度が過度に高いと、一次粒子の平均粒径が0.01μm未満となり、低密度層が十分な大きさとならない場合がある。このため、酸素濃度は30容量%以下とすることが好ましい。 The upper limit of the oxygen concentration in the reaction atmosphere at this stage is not particularly limited, but if the oxygen concentration is excessively high, the average particle size of the primary particles is less than 0.01 μm, and a low density layer is sufficient. It may not be the size. Therefore, the oxygen concentration is preferably 30% by volume or less.

c)雰囲気制御のタイミング
粒子成長工程において、目的とする粒子構造を有する複合水酸化物粒子が形成されるように、上述した雰囲気制御を行うことが必要となる。
c) Timing of atmosphere control In the particle growth step, it is necessary to perform the above-mentioned atmosphere control so that composite hydroxide particles having a target particle structure are formed.

本発明の複合水酸化物粒子の製造方法では、散気管を用いて、反応水溶液中に雰囲気ガスを直接供給する場合には、反応雰囲気、すなわち反応場である反応水溶液中の酸素溶存量は、反応槽内の酸素濃度の変化に対して遅れることなく変化する。したがって、雰囲気の切り替え時間は、反応槽内の酸素濃度を測定することにより確認することができる。一方、反応槽内の反応水溶液に接する空間へと、雰囲気ガスを供給する場合には、反応水溶液の酸素溶存量の変化と反応槽内の酸素濃度の変化とにタイムラグが生じるため、反応槽内の酸素濃度の変化が安定するまでは、反応水溶液の酸素溶存量を、即時的に正しい値として確認することはできないが、同様に、反応槽内の酸素濃度が安定した後の測定値により確認することが可能である。このように、いずれの場合も、反応槽内の酸素濃度を基準として得られた雰囲気の切り替え時間を、反応場である反応水溶液中の酸素溶存量の切り替え時間とすることができ、よって、反応槽内の酸素濃度を基準として、反応雰囲気の時間的な制御を適切に行うことができる。 In the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, when an atmospheric gas is directly supplied into the reaction aqueous solution by using an air diffuser, the reaction atmosphere, that is, the amount of oxygen dissolved in the reaction aqueous solution which is the reaction field is determined. It changes without delay with respect to changes in oxygen concentration in the reaction vessel. Therefore, the atmosphere switching time can be confirmed by measuring the oxygen concentration in the reaction vessel. On the other hand, when the atmospheric gas is supplied to the space in contact with the reaction aqueous solution in the reaction vessel, there is a time lag between the change in the oxygen dissolved amount in the reaction aqueous solution and the change in the oxygen concentration in the reaction vessel. Until the change in oxygen concentration in the reaction tank stabilizes, the amount of dissolved oxygen in the reaction aqueous solution cannot be immediately confirmed as the correct value, but similarly, it is confirmed by the measured value after the oxygen concentration in the reaction vessel stabilizes. It is possible to do. As described above, in either case, the switching time of the atmosphere obtained based on the oxygen concentration in the reaction vessel can be set as the switching time of the dissolved oxygen amount in the reaction aqueous solution which is the reaction field, and thus the reaction. The reaction atmosphere can be appropriately controlled over time based on the oxygen concentration in the tank.

なお、本発明において、雰囲気の切り替えに要する時間は、粒子成長工程の全体に対して1%~2%程度である。この時間は、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気、または酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替えるときも共通である。したがって、雰囲気の切り替え時間を、単独で厳密に管理することも可能であるが、通常は、雰囲気切り替え後の非酸化性雰囲気あるいは酸化性雰囲気の時間に含めて管理すれば十分である。 In the present invention, the time required for switching the atmosphere is about 1% to 2% with respect to the entire particle growth step. This time is also common when switching from a non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere or from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere. Therefore, although it is possible to strictly control the atmosphere switching time independently, it is usually sufficient to include it in the non-oxidizing atmosphere or the oxidizing atmosphere after the atmosphere switching.

中心部、複数の低密度層および複数の高密度層から構成される複合水酸化物粒子を得ようとするためには、非酸化性雰囲気と酸化性雰囲気の切り替えを交互に行い、粒子成長工程における酸化性雰囲気での晶析反応全体の割合を、粒子成長工程全体に対して3%~30%の範囲となるようにし、かつ、酸化性雰囲気でのそれぞれの晶析反応の割合が粒子成長工程全体に対して1%~12.5%の範囲となるようにする。このように反応雰囲気を切り替えることにより、中心部の大きさや低密度層および高密度層の大きさを好適な範囲に制御しつつ、低密度層および高密度層からなる積層構造を適切な層数に制御することが可能となる。 In order to obtain composite hydroxide particles composed of a central part, a plurality of low-density layers and a plurality of high-density layers, the non-oxidizing atmosphere and the oxidizing atmosphere are alternately switched, and a particle growth step is performed. The ratio of the entire crystallization reaction in the oxidizing atmosphere in the above is in the range of 3% to 30% with respect to the entire particle growth process, and the ratio of each crystallization reaction in the oxidizing atmosphere is the particle growth. It should be in the range of 1% to 12.5% with respect to the entire process. By switching the reaction atmosphere in this way, the size of the central portion and the sizes of the low-density layer and the high-density layer are controlled within a suitable range, and the laminated structure composed of the low-density layer and the high-density layer has an appropriate number of layers. Can be controlled to.

より具体的には、初期段階における非酸化雰囲気による晶析反応は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは10%~25%の範囲、より好ましくは10%~18%の範囲とする。非酸化性雰囲気におけるこの範囲の反応時間での反応により、適切な大きさの中心部が形成される。所定時間の経過後、反応水溶液への酸化性ガスの導入を開始して、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に切り替える。 More specifically, the crystallization reaction due to the non-oxidizing atmosphere in the initial stage is preferably in the range of 10% to 25%, more preferably in the range of 10% to 18% with respect to the entire particle growth step time. .. Reactions in this range of reaction times in a non-oxidizing atmosphere form a center of appropriate size. After a lapse of a predetermined time, the introduction of the oxidizing gas into the reaction aqueous solution is started, and the non-oxidizing atmosphere is switched to the oxidizing atmosphere.

それぞれの酸化性雰囲気における晶析反応(非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替え時間を含む)は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは1%~12.5%の範囲、より好ましくは1%~10%の範囲とする。ただし、酸化性雰囲気での晶析反応全体の割合が3%~30%の範囲から外れないようにする必要がある。酸化性雰囲気での晶析反応全体の割合は、粒子成長工程時間の全体に対して、5%~25%の範囲とすることが好ましく、10%~15%の範囲とすることがより好ましい。それぞれの酸化性雰囲気におけるこの範囲の反応時間での反応により、正極活物質において、二次粒子内部に分散する、適切な大きさの空間部を形成させることを可能とする、低密度層が形成される。所定時間の経過後、反応水溶液への非酸化性ガス、すなわち、不活性ガスあるいは酸化性ガスと不活性ガスとの混合ガスの導入を開始して、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替える。 The crystallization reaction (including the switching time from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere) in each oxidizing atmosphere is preferably in the range of 1% to 12.5% with respect to the total particle growth process time. It is preferably in the range of 1% to 10%. However, it is necessary to keep the ratio of the entire crystallization reaction in the oxidizing atmosphere within the range of 3% to 30%. The ratio of the entire crystallization reaction in the oxidizing atmosphere is preferably in the range of 5% to 25% and more preferably in the range of 10% to 15% with respect to the total particle growth step time. Reactions over this range of reaction times in each oxidizing atmosphere form a low density layer in the positive electrode active material that allows the formation of spaces of appropriate size to disperse inside the secondary particles. Will be done. After a lapse of a predetermined time, the introduction of the non-oxidizing gas, that is, the inert gas or the mixed gas of the oxidizing gas and the inert gas into the reaction aqueous solution is started, and the atmosphere is switched from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere.

酸化性雰囲気からの切り替え開始後のそれぞれの非酸化性雰囲気における晶析反応(酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気への切り替え時間を含む)は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは10%~70%の範囲、より好ましくは15%~40%の範囲とする。非酸化性雰囲気におけるこの範囲の反応時間での反応により、正極活物質において、二次粒子のタップ密度を低下させることなく、外側との連通が可能な多数の気孔からなる空間部を形成することを可能とする、高密度層が形成される。所定時間の経過後、反応水溶液への酸化性ガスの導入を開始して、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に切り替える、あるいは、最終的に晶析反応を終了させる。 The crystallization reaction (including the switching time from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere) in each non-oxidizing atmosphere after the start of switching from the oxidizing atmosphere is preferably 10 with respect to the entire particle growth process time. It is in the range of% to 70%, more preferably in the range of 15% to 40%. Reactions in this range of reaction times in a non-oxidizing atmosphere form a space in the positive electrode active material consisting of a large number of pores capable of communicating with the outside without reducing the tap density of the secondary particles. A high-density layer is formed, which enables the formation of a high-density layer. After a lapse of a predetermined time, the introduction of the oxidizing gas into the reaction aqueous solution is started to switch from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere, or finally the crystallization reaction is terminated.

なお、ここでいう酸化性雰囲気での晶析反応の割合というのは、粒子成長工程において添加される全金属量に対し酸化性雰囲気で添加された金属量の割合で定義される。同様に、非酸化性雰囲気での晶析反応の割合というのは、粒子成長工程において添加される全金属量に対し非酸化性雰囲気で添加された金属量の割合で定義される。実際の操業においては、これらは、原料水溶液を一定に供給して、添加される金属量を一定にすることで、粒子成長工程全体の時間に対して、それぞれの晶析反応時間が所定の割合となるように制御することができる。 The ratio of the crystallization reaction in the oxidizing atmosphere here is defined as the ratio of the amount of metal added in the oxidizing atmosphere to the total amount of metal added in the particle growth step. Similarly, the ratio of the crystallization reaction in the non-oxidizing atmosphere is defined as the ratio of the amount of metal added in the non-oxidizing atmosphere to the total amount of metal added in the particle growth step. In actual operation, these have a predetermined ratio of each crystallization reaction time to the time of the entire particle growth process by supplying a constant amount of the raw material aqueous solution and making the amount of metal added constant. Can be controlled so as to be.

d)切替方法
従来、晶析工程中における反応雰囲気の切り替えは、反応槽内に雰囲気ガスを流通させるか、反応水溶液に、内径が1mm~50mm程度の導管を挿入し、雰囲気ガスによってバブリングすることで行うことが一般的である。しかしながら、このような従来技術では、反応雰囲気の切り替えに長時間を要するため、切替中に、原料水溶液の供給を停止することが必要とされる。これは、原料水溶液の供給を停止しない場合には、複合水酸化物粒子内部に緩やかな密度勾配が形成され、低密度層を十分な大きさとすることができないと考えられていたからである。
d) Switching method Conventionally, to switch the reaction atmosphere during the crystallization process, the atmosphere gas is circulated in the reaction vessel, or a conduit having an inner diameter of about 1 mm to 50 mm is inserted into the reaction aqueous solution and bubbling is performed by the atmosphere gas. It is common to do it in. However, in such a conventional technique, it takes a long time to switch the reaction atmosphere, so it is necessary to stop the supply of the raw material aqueous solution during the switching. This is because it was thought that if the supply of the raw material aqueous solution was not stopped, a gentle density gradient was formed inside the composite hydroxide particles, and the low-density layer could not be made sufficiently large.

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、反応雰囲気の切り替えを散気管によって行うことを特徴とする。散気管は、表面に微細な孔を多数有する導管によって構成され、液体中に微細なガス(気泡)を多数放出することができるため、短時間で反応雰囲気の切り替えを行うことが可能である。このため、反応雰囲気の切替時に、原料水溶液の供給を停止する必要はなく、生産効率の改善を図ることができる。また、酸化性雰囲気でのそれぞれの晶析反応の割合が粒子成長工程に対して1%~12.5%の範囲である、すなわち、酸化性雰囲気でのそれぞれの晶析反応の時間が10%以下と短い場合であっても、中心部と高密度層と間、あるいは、高密度層間に、その内部に高密度部が存在する構造の低密度層を有する粒子構造を備える複合水酸化物粒子を、容易に形成することができる。 On the other hand, the method for producing composite hydroxide particles of the present invention is characterized in that the reaction atmosphere is switched by a diffuser tube. Since the air diffuser is composed of a conduit having a large number of fine holes on the surface and can release a large number of fine gases (air bubbles) into the liquid, it is possible to switch the reaction atmosphere in a short time. Therefore, it is not necessary to stop the supply of the raw material aqueous solution when the reaction atmosphere is switched, and the production efficiency can be improved. Further, the ratio of each crystallization reaction in the oxidizing atmosphere is in the range of 1% to 12.5% with respect to the particle growth step, that is, the time of each crystallization reaction in the oxidizing atmosphere is 10%. A composite hydroxide having a particle structure having a low-density layer having a structure in which a high-density portion exists inside the central portion and the high-density layer, or between the high-density layers, even if the following is short. Particles can be easily formed.

このような散気管としては、高pH環境下における耐性に優れるセラミック製のものを用いることが好ましい。また、散気管は、その孔径が小さいほど、微細な気泡を放出することができるため、高い効率で反応雰囲気を切り替えることが可能となる。本発明においては、孔径が100μm以下の散気管を用いることが好ましく、50μm以下の散気管を用いることがより好ましい。 As such an air diffuser, it is preferable to use a ceramic one having excellent resistance in a high pH environment. Further, the smaller the pore size of the air diffuser, the finer bubbles can be discharged, so that the reaction atmosphere can be switched with high efficiency. In the present invention, it is preferable to use an air diffuser having a pore diameter of 100 μm or less, and more preferably to use an air diffuser having a pore size of 50 μm or less.

(4)アンモニウムイオン濃度
反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは3g/L~25g/L、より好ましくは5g/L~20g/Lの範囲内で一定値に保持する。反応水溶液中においてアンモニウムイオンは錯化剤として機能するため、アンモニウムイオン濃度が3g/L未満では、金属イオンの溶解度を一定に保持することができず、また、反応水溶液がゲル化しやすくなり、形状や粒径の整った複合水酸化物粒子を得ることが困難となる。一方、アンモニウムイオン濃度が25g/Lを超えると、金属イオンの溶解度が大きくなりすぎるため、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、組成ずれなどの原因となる。
(4) Ammonium ion concentration The ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution is preferably maintained at a constant value within the range of 3 g / L to 25 g / L, more preferably 5 g / L to 20 g / L. Since ammonium ions function as a complexing agent in the reaction aqueous solution, if the ammonium ion concentration is less than 3 g / L, the solubility of metal ions cannot be kept constant, and the reaction aqueous solution tends to gel and has a shape. It becomes difficult to obtain composite hydroxide particles having a uniform particle size. On the other hand, if the ammonium ion concentration exceeds 25 g / L, the solubility of the metal ions becomes too large, so that the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases, which causes composition deviation and the like.

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

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

(6)被覆工程
本発明の複合水酸化物粒子の製造方法では、原料水溶液中に添加元素Mを含有する化合物を添加することで、粒子内部に添加元素Mが分散した複合水酸化物粒子を得ることができる。しかしながら、より少ない添加量で、添加元素Mの添加による効果を得ようとする場合には、粒子成長工程後に、複合水酸化物粒子の表面を、添加元素Mを含む化合物で被覆する被覆工程を行うことが好ましい。
(6) Coating Step In the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, a compound containing the additive element M is added to the raw material aqueous solution to obtain composite hydroxide particles in which the additive element M is dispersed inside the particles. Obtainable. However, in order to obtain the effect of the addition of the additive element M with a smaller addition amount, a coating step of coating the surface of the composite hydroxide particles with the compound containing the additive element M is performed after the particle growth step. It is preferable to do it.

被覆方法は、複合水酸化物粒子を、添加元素Mを含む化合物によって被覆することができる限り、特に制限されることはない。たとえば、複合水酸化物粒子をスラリー化し、そのpH値を所定の範囲に制御した後、添加元素Mを含む化合物を溶解した水溶液(被覆用水溶液)を添加し、複合水酸化物粒子の表面に添加元素Mを含む化合物を析出させることで、添加元素Mを含む化合物によって被覆された複合水酸化物粒子を得ることができる。この場合、被覆用水溶液に代えて、添加元素Mのアルコキシド溶液をスラリー化した複合水酸化物粒子に添加してもよい。また、複合水酸化物粒子をスラリー化せずに、添加元素Mを含む化合物を溶解した水溶液またはスラリーを吹き付けて乾燥させることにより被覆してもよい。さらに、複合水酸化物粒子と添加元素Mを含む化合物が懸濁したスラリーを噴霧乾燥させる方法により、または、複合水酸化物粒子と添加元素Mを含む化合物を固相法で混合するなどの方法により被覆することもできる。 The coating method is not particularly limited as long as the composite hydroxide particles can be coated with the compound containing the additive element M. For example, the composite hydroxide particles are made into a slurry, the pH value thereof is controlled within a predetermined range, and then an aqueous solution (coating aqueous solution) in which a compound containing the additive element M is dissolved is added to the surface of the composite hydroxide particles. By precipitating the compound containing the additive element M, composite hydroxide particles coated with the compound containing the additive element M can be obtained. In this case, the alkoxide solution of the additive element M may be added to the slurryed composite hydroxide particles instead of the coating aqueous solution. Alternatively, the composite hydroxide particles may be coated by spraying an aqueous solution or slurry in which a compound containing the additive element M is dissolved and drying the composite hydroxide particles without forming the slurry. Further, a method such as spray-drying a slurry in which a compound containing the composite hydroxide particles and the additive element M is suspended, or a method such as mixing the composite hydroxide particles and the compound containing the additive element M by a solid phase method. Can also be covered with.

なお、複合水酸化物粒子の表面を添加元素Mで被覆する場合には、被覆後の複合水酸化物粒子の組成が、目的とする複合水酸化物粒子の組成と一致するように、原料水溶液および被覆用水溶液の組成を適宜調整することが必要となる。また、被覆工程は、複合水酸化物粒子を熱処理した後の熱処理粒子に対して行ってもよい。 When the surface of the composite hydroxide particles is coated with the additive element M, the raw material aqueous solution is provided so that the composition of the composite hydroxide particles after coating matches the composition of the target composite hydroxide particles. And it is necessary to adjust the composition of the coating aqueous solution as appropriate. Further, the coating step may be performed on the heat-treated particles after the composite hydroxide particles have been heat-treated.

(7)製造装置
本発明の複合水酸化物粒子を製造するための晶析装置(反応槽)としては、上述した散気管によって反応雰囲気の切り替えを行うことができるものである限り、特に制限されることはない。しかしながら、晶析反応が終了するまで、析出した生成物を回収しないバッチ式晶析装置を用いることが好ましい。このような晶析装置であれば、オーバーフロー方式によって生成物を回収する連続晶析装置とは異なり、成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されることがないため、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を容易に得ることができる。また、本発明の複合水酸化物粒子の製造方法では、晶析反応中の反応雰囲気を適切に制御することが必要となるため、密閉式の晶析装置を用いることが好ましい。
(7) Production apparatus The crystallization apparatus (reaction tank) for producing the composite hydroxide particles of the present invention is particularly limited as long as the reaction atmosphere can be switched by the above-mentioned air diffuser tube. There is no such thing. However, it is preferable to use a batch type crystallization device that does not collect the precipitated product until the crystallization reaction is completed. Unlike the continuous crystallization device that recovers the product by the overflow method, such a crystallization device does not recover the growing particles at the same time as the overflow liquid, so that the composite hydroxylation with a narrow particle size distribution Particles can be easily obtained. Further, in the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, it is necessary to appropriately control the reaction atmosphere during the crystallization reaction, so that it is preferable to use a closed crystallization device.

3.非水電解質二次電池用正極活物質
本発明の正極活物質は、リチウム遷移金属含有複合酸化物粒子からなる非水電解質二次電池用正極活物質であって、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。特に、本発明の正極活物質において、二次粒子は、凝集した一次粒子からなる外殻部と、外殻部の内側に存在し、外殻部と同様に凝集した一次粒子からなり、かつ、外殻部と電気的に導通する凝集部、および、該凝集部の中に分散して存在する複数の気孔構造の空間部とを備えていることを特徴とする。
3. 3. Positive Electrode Active Material for Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery The positive electrode active material of the present invention is a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery composed of lithium transition metal-containing composite oxide particles, and a plurality of primary particles are aggregated. It is composed of the formed secondary particles. In particular, in the positive electrode active material of the present invention, the secondary particles are composed of an outer shell portion composed of aggregated primary particles and primary particles existing inside the outer shell portion and aggregated in the same manner as the outer shell portion, and It is characterized by having an agglomerated portion that is electrically conductive with the outer shell portion and a space portion having a plurality of pore structures dispersed in the agglomerated portion.

(1)粒子構造
a)二次粒子の構造
本発明の正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。この二次粒子は、二次粒子の周方向全体に凝集した一次粒子からなる外殻部と、外殻部の内側に存在し、外殻部と同様に凝集した一次粒子からなり、かつ、外殻部と電気的に導通する凝集部、および、該凝集部の中に分散して存在する複数の気孔構造の空間部とを備えていることを特徴とする。換言すると、正極活物質を構成する二次粒子の中に、所定の大きさであって、好ましくはその大きさの二次粒子内でのバラツキが少ない、複数の空間部が分散している構造を備えることを特徴とする。
(1) Particle structure a) Structure of secondary particles The positive electrode active material of the present invention is composed of secondary particles formed by agglomeration of a plurality of primary particles. These secondary particles are composed of an outer shell portion composed of primary particles aggregated in the entire circumferential direction of the secondary particles, and primary particles existing inside the outer shell portion and aggregated in the same manner as the outer shell portion, and outside. It is characterized by having an agglomerated portion that is electrically conductive with the shell portion and a space portion having a plurality of pore structures dispersed in the agglomerated portion. In other words, a structure in which a plurality of spaces having a predetermined size and preferably having a small variation in the secondary particles having a predetermined size are dispersed in the secondary particles constituting the positive electrode active material. It is characterized by having.

ここで、「電気的に導通する」とは、一次粒子の凝集部同士が、構造的に接続され、電気的に導通可能な状態であることを意味する。また、「外殻部」は、前駆体である複合水酸化物粒子の最も外側に形成された高密度層が焼結収縮した部分に相当する。また、「凝集部」とは、前駆体である複合水酸化物粒子の中心部、最外殻の高密度層を除く高密度層、および、低密度層内の高密度部が焼結収縮した部分を意味する。さらに、「空間部」は、前駆体である複合水酸化物粒子の低密度部を構成する微細一次粒子が周囲の中心部、高密度層、および、高密度部を構成する板状一次粒子に吸収されることにより形成された気孔構造を意味する。これらの気孔構造は、凝集部の存在により気孔が相互に離間して存在する構造であるが、一次粒子間の粒界や空隙を介して、外部および相互に連通し、気孔構造内への電解液と導電助剤の侵入が可能である。 Here, "electrically conducting" means that the aggregated portions of the primary particles are structurally connected to each other and are in a state of being electrically conductive. Further, the "outer shell portion" corresponds to a portion in which the outermost high-density layer formed of the composite hydroxide particles as a precursor is sintered and shrunk. Further, the "aggregate portion" means that the central portion of the composite hydroxide particles as the precursor, the high-density layer excluding the high-density layer of the outermost shell, and the high-density portion in the low-density layer are sintered and shrunk. Means part. Further, in the "space portion", the fine primary particles constituting the low-density portion of the composite hydroxide particles as the precursor are formed into the surrounding central portion, the high-density layer, and the plate-shaped primary particles constituting the high-density portion. It means a pore structure formed by being absorbed. These pore structures are structures in which pores are separated from each other due to the presence of agglomerates, but they communicate with each other externally and mutually through grain boundaries and voids between primary particles, and are electrolyzed into the pore structure. It is possible for liquids and conductive aids to enter.

本発明の正極活物質は、このような粒子構造に起因して、従来の外殻部の内側全体が中空部となる中空構造や、外殻部と中心部との間に周方向に広がる所定以上の大きさの空隙部が存在する中空構造を有する正極活物質と比較して、より大きい比表面積とより高いタップ密度を両立させている。本発明の粒子構造を有する正極活物質では、一次粒子間の粒界や空隙または空間部を介して、二次粒子の内部に電解液が浸入するため、二次粒子の表面ばかりでなく、二次粒子の内部においても、リチウムの脱離および挿入が可能となる。しかも、この正極活物質は、外殻部と凝集部とが電気的に導通し、かつ、その経路の断面積が十分に大きいため、WO2014/181891号公報などに記載の正極活物質と比べて、粒子内部の抵抗(内部抵抗)を大幅に低減することができる。したがって、この正極活物質を用いて二次電池を構成した場合に、電池容量やサイクル特性を損なうことなく、出力特性をさらに改善することが可能となる。 Due to such a particle structure, the positive electrode active material of the present invention has a hollow structure in which the entire inside of the conventional outer shell portion is a hollow portion, or a predetermined shape that spreads in the circumferential direction between the outer shell portion and the central portion. Compared with a positive electrode active material having a hollow structure in which voids having the above size are present, a larger specific surface area and a higher tap density are compatible. In the positive electrode active material having the particle structure of the present invention, the electrolytic solution penetrates into the secondary particles through the grain boundaries, voids or spaces between the primary particles, so that not only the surface of the secondary particles but also the secondary particles are secondary. Lithium can be removed and inserted even inside the subatomic particles. Moreover, since the outer shell portion and the aggregated portion are electrically conductive and the cross-sectional area of the path is sufficiently large, this positive electrode active material is compared with the positive electrode active material described in WO2014 / 181891 and the like. , The resistance inside the particles (internal resistance) can be significantly reduced. Therefore, when a secondary battery is constructed using this positive electrode active material, it is possible to further improve the output characteristics without impairing the battery capacity and cycle characteristics.

(2)平均粒径MV
本発明の正極活物質は、平均粒径MVが、1μm~15μm、好ましくは3μm~12μm、より好ましくは3μm~10μmとなるように調整される。正極活物質の平均粒径MVがこのような範囲にあれば、この正極活物質を用いた二次電池の単位体積あたりの電池容量を増加させることができるばかりでなく、安全性や出力特性も改善することができる。これに対して、平均粒径MVが1μm未満では、正極活物質の充填性が低下し、単位体積あたりの電池容量を増加させることができない。一方、平均粒径MVが15μmを超えると、正極活物質の反応面積が低下し、電解液との界面が減少するため、出力特性を改善することが困難となる。
(2) Average particle size MV
The positive electrode active material of the present invention is adjusted so that the average particle size MV is 1 μm to 15 μm, preferably 3 μm to 12 μm, and more preferably 3 μm to 10 μm. If the average particle size MV of the positive electrode active material is in such a range, not only the battery capacity per unit volume of the secondary battery using this positive electrode active material can be increased, but also the safety and output characteristics can be improved. Can be improved. On the other hand, if the average particle size MV is less than 1 μm, the filling property of the positive electrode active material is lowered, and the battery capacity per unit volume cannot be increased. On the other hand, when the average particle size MV exceeds 15 μm, the reaction area of the positive electrode active material is reduced and the interface with the electrolytic solution is reduced, so that it is difficult to improve the output characteristics.

なお、正極活物質の平均粒径MVとは、上述した複合水酸化物粒子と同様に、体積基準平均粒径(Mean Volume Diameter)を意味し、たとえば、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。 The average particle size MV of the positive electrode active material means a volume-based average particle size (Mean Volume Diameter) as in the case of the composite hydroxide particles described above, and is measured by, for example, a laser light diffraction scattering type particle size analyzer. It can be obtained from the calculated volume integration value.

(3)粒度分布
本発明の正極活物質は、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕が、0.70以下、好ましくは0.60以下、より好ましくは0.55以下であり、きわめて粒度分布が狭いリチウム複合酸物粒子により構成される。このような正極活物質は、微細粒子や粗大粒子の割合が少なく、これを用いた二次電池は、安全性、サイクル特性および出力特性が優れたものとなる。
(3) Particle Size Distribution The positive particle active material of the present invention has an index [(d90-d10) / average particle size MV] indicating the spread of the particle size distribution of 0.70 or less, preferably 0.60 or less, more preferably. Is 0.55 or less, and is composed of lithium composite acid particles having an extremely narrow particle size distribution. Such a positive electrode active material has a small proportion of fine particles and coarse particles, and a secondary battery using the same has excellent safety, cycle characteristics, and output characteristics.

これに対して、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕が0.70を超えると、正極活物質中の微細粒子や粗大粒子の割合が増加する。たとえば、微細粒子の割合が多い正極活物質を用いた二次電池では、微細粒子の局所的な反応に起因して、二次電池が発熱しやすくなり、安全性が低下するばかりでなく、微細粒子の選択的な劣化により、サイクル特性が劣ったものとなる。また、粗大粒子の割合が多い正極活物質を用いた二次電池では、電解液と正極活物質の反応面積を十分に確保することができず、出力特性が劣ったものとなる。 On the other hand, when [(d90-d10) / average particle size MV] exceeds 0.70, the ratio of fine particles and coarse particles in the positive electrode active material increases. For example, in a secondary battery using a positive electrode active material with a large proportion of fine particles, the secondary battery tends to generate heat due to the local reaction of the fine particles, which not only reduces safety but also fine particles. Due to the selective deterioration of the particles, the cycle characteristics become inferior. Further, in the secondary battery using the positive electrode active material having a large proportion of coarse particles, the reaction area between the electrolytic solution and the positive electrode active material cannot be sufficiently secured, and the output characteristics are inferior.

一方、工業規模の生産を前提とした場合には、正極活物質として、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕が過度に小さいものを用いることは現実的ではない。したがって、コストや生産性を考慮すると、〔(d90-d10)/平均粒径〕の下限値は、0.25程度とすることが好ましい。 On the other hand, on the premise of industrial scale production, it is not realistic to use a positive electrode active material having an excessively small [(d90-d10) / average particle size MV]. Therefore, in consideration of cost and productivity, the lower limit of [(d90-d10) / average particle size] is preferably about 0.25.

なお、粒度分布の広がりを示す指標〔(d90-d10)/平均粒径MV〕におけるd10およびd90の意味、ならびに、これらの求め方は、上述した複合水酸化物粒子と同様であるため、ここでの説明は省略する。 The meanings of d10 and d90 in the index [(d90-d10) / average particle size MV] indicating the spread of the particle size distribution, and how to obtain them are the same as those of the above-mentioned composite hydroxide particles. The explanation in is omitted.

(4)BET比表面積
本発明の正極活物質は、二次粒子の内部に形成された空間部の存在により比表面積が向上している点に特徴がある。本発明における正極活物質の比表面積としては、たとえば窒素ガス吸着によるBET法により測定したBET比表面積が用いられる。本発明の正極活物質において、上述の二次粒子の構造が維持される限り、BET比表面積は可能な限り大きことが好ましい。BET比表面積が大きくなるほど電解液との接触面積が大きく、これを用いた二次電池の出力特性を大幅に改善することができるためである。具体的には、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質のBET比表面積は、1.5m/g~4.0m/gの範囲にある。本発明において、正極活物質の比表面積が1.5m/g未満では、二次電池を構成した場合に、電解液との反応面積を十分に確保することができず、出力特性を十分に向上させることが困難となるためである。BET比表面積は、2.0m/g以上であることが好ましく、2.5m/g以上であることがより好ましい。
(4) BET Specific Surface Area The positive electrode active material of the present invention is characterized in that the specific surface area is improved due to the presence of the space formed inside the secondary particles. As the specific surface area of the positive electrode active material in the present invention, for example, the BET specific surface area measured by the BET method by adsorbing nitrogen gas is used. In the positive electrode active material of the present invention, the BET specific surface area is preferably as large as possible as long as the structure of the secondary particles described above is maintained. This is because the larger the BET specific surface area, the larger the contact area with the electrolytic solution, and the output characteristics of the secondary battery using this can be significantly improved. Specifically, the BET specific surface area of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is in the range of 1.5 m 2 / g to 4.0 m 2 / g. In the present invention, if the specific surface area of the positive electrode active material is less than 1.5 m 2 / g, it is not possible to secure a sufficient reaction area with the electrolytic solution when a secondary battery is configured, and the output characteristics are sufficiently sufficient. This is because it is difficult to improve. The BET specific surface area is preferably 2.0 m 2 / g or more, and more preferably 2.5 m 2 / g or more.

(5)タップ密度
携帯電子機器の使用時間や電気自動車の走行距離を伸ばすために、二次電池の高容量化は重要な課題となっている。一方、二次電池の電極の厚さは、電池全体のパッキングや電子伝導性の問題から数ミクロン程度とすることが要求される。このため、正極活物質として高容量のものを使用するばかりでなく、正極活物質の充填性を高め、二次電池全体としての高容量化を図ることが必要となる。
(5) Tap density In order to extend the usage time of portable electronic devices and the mileage of electric vehicles, increasing the capacity of secondary batteries has become an important issue. On the other hand, the thickness of the electrode of the secondary battery is required to be about several microns due to the problem of packing of the entire battery and electron conductivity. Therefore, it is necessary not only to use a high-capacity material as the positive electrode active material, but also to improve the filling property of the positive electrode active material and to increase the capacity of the secondary battery as a whole.

このような観点から、本発明の正極活物質では、そのBET比表面積を1.5m/g~4.0m/gの範囲と大きくするものの、充填性(正極活物質を構成する二次粒子の球形性)の指標であるタップ密度を、1.0g/cm~2.0g/cmの範囲に維持することを特徴としている。タップ密度が 1.0g/cm未満のときは、充填性が低く、二次電池全体の電池容量を十分に向上させることができない場合がある。一方、タップ密度の上限値は、特に制限されるものではないが、本発明の粒子構造においては、通常の製造条件での上限は、2.0g/cm程度となる。タップ密度は、1.3g/cm以上であることが好ましく、1.5g/cm以上であることがより好ましい。 From this point of view, the positive electrode active material of the present invention has a BET specific surface area as large as 1.5 m 2 / g to 4.0 m 2 / g, but has a filling property (secondary component of the positive electrode active material). It is characterized in that the tap density, which is an index of particle sphericality), is maintained in the range of 1.0 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3 . When the tap density is less than 1.0 g / cm 3 , the filling property is low and the battery capacity of the entire secondary battery may not be sufficiently improved. On the other hand, the upper limit of the tap density is not particularly limited, but in the particle structure of the present invention, the upper limit under normal manufacturing conditions is about 2.0 g / cm 3 . The tap density is preferably 1.3 g / cm 3 or more, and more preferably 1.5 g / cm 3 or more.

なお、タップ密度とは、JIS Z-2504に基づき、容器に採取した試料粉末を、100回タッピングした後のかさ密度を表し、振とう比重測定器を用いて測定することができる。 The tap density represents the bulk density after tapping the sample powder collected in the container 100 times based on JIS Z-2504, and can be measured using a shaking specific gravity measuring device.

(6)空間部率
本発明の正極活物質では、複数の空間部が粒子内部に分散していることが必要となる。本発明の正極活物質では、二次粒子の断面観察により計測される複数の空間部の全体の面積割合が、二次粒子の断面積に対して15%~30%の範囲にある。この正極活物質の断面積に対する空間部面積の占有率(以下、「空間部率」)は、大きくなるほど、比表面積は増大する傾向となる。すなわち、二次電池を構成した場合に、電解液との反応面積を確保することにつながる。この空間部率が、上記範囲を下回ると、十分な空間部が形成されず、比表面積を増大させる効果が得られない。一方、上記範囲を超えると、二次粒子内部に機構構造よりも大きな空隙部が存在し、凝集部の割合が低くなりすぎて、所望の特性を得られない。この空間部率は、好ましくは20%以上である。
(6) Spatial part ratio In the positive electrode active material of the present invention, it is necessary that a plurality of space parts are dispersed inside the particles. In the positive electrode active material of the present invention, the total area ratio of the plurality of spaces measured by observing the cross section of the secondary particles is in the range of 15% to 30% with respect to the cross-sectional area of the secondary particles. As the occupancy rate of the space area with respect to the cross-sectional area of the positive electrode active material (hereinafter, "space area ratio") increases, the specific surface area tends to increase. That is, when a secondary battery is configured, it leads to securing a reaction area with the electrolytic solution. If this space ratio is lower than the above range, a sufficient space portion is not formed and the effect of increasing the specific surface area cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds the above range, voids larger than the mechanical structure are present inside the secondary particles, and the ratio of the agglomerated portions becomes too low, so that desired characteristics cannot be obtained. This spatial division ratio is preferably 20% or more.

なお、空間部率は、図2に示すような二値化画像を、正極活物質について、任意の10個以上の粒子の断面をそれぞれSEM観察し、得られたSEM画像を二値化処理することにより得て、1つの粒子断面積(図2における黒色部と白色部の和)のうち、その粒子内に分散した空間部(図2における白色部)の総面積が占有する率を求め、これらの平均値を算出することにより求めることができる。 As for the spatial ratio, the binarized image as shown in FIG. 2 is SEM-observed with respect to the cross section of any 10 or more particles of the positive electrode active material, and the obtained SEM image is binarized. As a result, the ratio occupied by the total area of the space portion (white portion in FIG. 2) dispersed in the particle in one particle cross-sectional area (sum of the black portion and the white portion in FIG. 2) was obtained. It can be obtained by calculating the average value of these.

(7)正極活物質のBET比表面積とタップ密度の関係
正極活物質のBET比表面積S(m/g)とタップ密度m(g/cm)との間には、同一組成で、酸化性雰囲気での全晶析反応の割合を一定とし、酸化性雰囲気の晶析回数および酸化性雰囲気でのそれぞれの晶析反応の割合、および/または、焼成条件を変更することにより、その比表面積を変えて正極活物質を作製した場合、式1に示す関係が成立する。本発明において、この式1における傾きaの範囲は、-0.15<a<0.15である。これは、それぞれの酸化性雰囲気での晶析反応の割合を適切に制御し、かつ、酸化性雰囲気での晶析の回数を増やすことにより、適切な焼成条件による焼成によって、空間部(気孔)の数が増え、その結果、タップ密度が一定のまま比表面積が増大するためと考えられる。なお、傾きaは最小二乗法により計算される。
m=aS+b ・・・(式1)
(7) Relationship between BET specific surface area of positive electrode active material and tap density Oxidation between the BET specific surface area S (m 2 / g) of the positive electrode active material and the tap density m (g / cm 3 ) has the same composition. By keeping the ratio of the total crystallization reaction in the sexual atmosphere constant, changing the number of crystallizations in the oxidizing atmosphere, the ratio of each crystallization reaction in the oxidizing atmosphere, and / or changing the firing conditions, the specific surface area thereof. When the positive electrode active material is produced by changing the above, the relationship shown in Equation 1 is established. In the present invention, the range of the slope a in the formula 1 is −0.15 <a <0.15. This is because the ratio of the crystallization reaction in each oxidizing atmosphere is appropriately controlled, and the number of crystallizations in the oxidizing atmosphere is increased, so that the space (pores) can be obtained by firing under appropriate firing conditions. It is considered that the number of the taps increases, and as a result, the specific surface area increases while the tap density remains constant. The slope a is calculated by the method of least squares.
m = aS + b ... (Equation 1)

(8)組成
本発明の正極活物質は、上述した構造を有する限り、その組成が制限されることはないが、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される正極活物質に対して好適に適用することができる。
(8) Composition The composition of the positive electrode active material of the present invention is not limited as long as it has the above-mentioned structure, but the general formula (B): Li 1 + u Ni x Mn y Coz M t O 2 (-). 0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is suitably applied to a positive electrode active material represented by (one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W). can do.

この正極活物質において、リチウム(Li)の過剰量を示すuの値は、好ましくは-0.05以上0.50以下、より好ましく0以上0.50以下、さらに好ましくは0以上0.35以下とする。uの値を上記範囲に規制することにより、この正極活物質を正極材料として用いた二次電池の出力特性および電池容量を向上させることができる。これに対して、uの値が-0.05未満では、二次電池の正極抵抗が大きくなるため、出力特性を向上させることができない。一方、0.50を超えると、初期放電容量が低下するばかりでなく、正極抵抗も大きくなってしまう。 In this positive electrode active material, the value of u indicating an excess amount of lithium (Li) is preferably −0.05 or more and 0.50 or less, more preferably 0 or more and 0.50 or less, and further preferably 0 or more and 0.35. It shall be as follows. By restricting the value of u to the above range, the output characteristics and battery capacity of the secondary battery using this positive electrode active material as the positive electrode material can be improved. On the other hand, if the value of u is less than −0.05, the positive electrode resistance of the secondary battery becomes large, so that the output characteristics cannot be improved. On the other hand, if it exceeds 0.50, not only the initial discharge capacity decreases, but also the positive electrode resistance increases.

ニッケル(Ni)は、二次電池の高電位化および高容量化に寄与する元素であり、その含有量を示すxの値は、好ましくは0.3以上0.95以下、より好ましくは0.3以上0.9以下とする。xの値が0.3未満では、この正極活物質を用いた二次電の電池容量を向上させることができない。一方、xの値が0.95を超えると、他の元素の含有量が減少し、その効果を得ることができない。 Nickel (Ni) is an element that contributes to increasing the potential and capacity of the secondary battery, and the value of x indicating the content thereof is preferably 0.3 or more and 0.95 or less, more preferably 0. 3 or more and 0.9 or less. If the value of x is less than 0.3, the battery capacity of the secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, if the value of x exceeds 0.95, the content of other elements decreases and the effect cannot be obtained.

マンガン(Mn)は、熱安定性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すyの値は、好ましくは0.05以上0.55以下、より好ましくは0.10以上0.40以下とする。yの値が0.05未満では、この正極活物質を用いた二次電池の熱安定性を向上させることができない。一方、yの値が0.55を超えると、高温作動時に正極活物質からMnが溶出し、充放電サイクル特性が劣化してしまう。 Manganese (Mn) is an element that contributes to the improvement of thermal stability, and the value of y indicating its content is preferably 0.05 or more and 0.55 or less, more preferably 0.10 or more and 0.40 or less. And. If the value of y is less than 0.05, the thermal stability of the secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, if the value of y exceeds 0.55, Mn is eluted from the positive electrode active material during high temperature operation, and the charge / discharge cycle characteristics are deteriorated.

コバルト(Co)は、充放電サイクル特性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すzの値は、好ましくは0以上0.4以下、より好ましくは0.10以上0.35以下とする。zの値が0.4を超えると、この正極活物質を用いた二次電池の初期放電容量が大幅に低下してしまう。 Cobalt (Co) is an element that contributes to the improvement of charge / discharge cycle characteristics, and the value of z indicating its content is preferably 0 or more and 0.4 or less, more preferably 0.10 or more and 0.35 or less. do. If the value of z exceeds 0.4, the initial discharge capacity of the secondary battery using this positive electrode active material will be significantly reduced.

本発明の正極活物質では、二次電池の耐久性や出力特性をさらに改善するため、上述した金属元素に加えて、添加元素Mを含有してもよい。このような添加元素Mとしては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)から選択される1種以上を用いることができる。 The positive electrode active material of the present invention may contain an additive element M in addition to the above-mentioned metal element in order to further improve the durability and output characteristics of the secondary battery. Examples of such additive element M include magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr), niobium (Nb), and molybdenum. One or more selected from (Mo), hafnium (Hf), tantalum (Ta), and tungsten (W) can be used.

添加元素Mの含有量を示すtの値は、好ましくは0以上0.1以下、より好ましくは0.001以上0.05以下とする。tの値が0.1を超えると、Redox反応に寄与する金属元素が減少するため、電池容量が低下する。 The value of t indicating the content of the additive element M is preferably 0 or more and 0.1 or less, more preferably 0.001 or more and 0.05 or less. When the value of t exceeds 0.1, the amount of metal elements contributing to the Redox reaction decreases, so that the battery capacity decreases.

このような添加元素Mは、正極活物質の粒子内部に分散させてもよく、正極活物質の粒子表面を被覆させてもよい。さらには、粒子内部に分散させた上で、その表面を被覆させてもよい。いずれにしても、添加元素Mの含有量が上記範囲となるように制御することが必要となる。 Such an additive element M may be dispersed inside the particles of the positive electrode active material, or may cover the particle surface of the positive electrode active material. Further, the surface of the particles may be coated after being dispersed inside the particles. In any case, it is necessary to control the content of the additive element M so as to be within the above range.

なお、上記正極活物質において、これを用いた二次電池の電池容量のさらなる改善を図る場合には、その組成を、一般式(B1):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.20、x+y+z+t=1、0.7<x≦0.95、0.05≦y≦0.1、0≦z≦0.2、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種以上の添加元素)で表されるように調整することが好ましい。特に、熱安定性との両立を図る場合には、一般式(B1)におけるxの値を、0.7<x≦0.9とすることがより好ましく、0.7<x≦0.85とすることがさらに好ましい。 In addition, in the above-mentioned positive electrode active material, when further improvement of the battery capacity of the secondary battery using this is aimed at, the composition is described in the general formula (B1): Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 ( -0.05 ≦ u ≦ 0.20, x + y + z + t = 1, 0.7 <x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.1, 0 ≦ z ≦ 0.2, 0 ≦ t ≦ 0.1 , M is preferably adjusted so as to be represented by one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, and W). In particular, in order to achieve both thermal stability, it is more preferable that the value of x in the general formula (B1) is 0.7 <x ≦ 0.9, and 0.7 <x ≦ 0.85. Is more preferable.

一方、熱安定性のさらなる改善を図る場合には、その組成を、一般式(B2):Li1+uNiMnCo(-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、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)で表されるように調整することが好ましい。 On the other hand, in order to further improve the thermal stability, the composition may be expressed by the general formula (B2): Li 1 + u Ni x Mn y Coz M t O 2 (−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 Al, Ti, V, Cr, Zr , Nb, Mo, Hf, Ta, W (one or more additive elements selected from)).

4.非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法
本発明の正極活物質の製造方法は、上述した複合水酸化物粒子を前駆体として用い、所定の構造、平均粒径MVおよび粒度分布を備える正極活物質を合成することができる限り、特に制限されることはない。しかしながら、工業規模の生産を前提とした場合には、上述した複合水酸化物粒子をリチウム化合物と混合し、リチウム混合物を得る混合工程と、得られたリチウム混合物を、酸化性雰囲気中、650℃~920℃で焼成する焼成工程とを備える製造方法によって正極活物質を合成することが好ましい。なお、必要に応じて、上述した工程に、熱処理工程や仮焼工程などの工程を追加してもよい。このような製造方法によれば、上述した正極活物質、特に、一般式(B)で表される正極活物質を容易に得ることができる。
4. 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 uses the above-mentioned composite hydroxide particles as a precursor and has a predetermined structure, average particle size MV and particle size distribution. As long as the positive electrode active material can be synthesized, there is no particular limitation. However, on the premise of industrial scale production, the above-mentioned composite hydroxide particles are mixed with a lithium compound to obtain a lithium mixture, and the obtained lithium mixture is mixed at 650 ° C. in an oxidizing atmosphere. It is preferable to synthesize the positive electrode active material by a production method including a firing step of firing at about 920 ° C. If necessary, steps such as a heat treatment step and a calcining step may be added to the above-mentioned steps. According to such a manufacturing method, the above-mentioned positive electrode active material, particularly the positive electrode active material represented by the general formula (B), can be easily obtained.

(1)熱処理工程
本発明の正極活物質の製造方法においては、任意的に、混合工程の前に熱処理工程を設けて、複合水酸化物粒子を熱処理粒子としてからリチウム化合物と混合してもよい。ここで、熱処理粒子には、熱処理工程において余剰水分を除去された複合水酸化物粒子のみならず、熱処理工程により、酸化物に転換された遷移金属含有複合酸化物粒子(以下、「複合酸化物粒子」という)、または、これらの混合物も含まれる。
(1) Heat Treatment Step In the method for producing a positive electrode active material of the present invention, a heat treatment step may be optionally provided before the mixing step to make the composite hydroxide particles into heat treatment particles and then mix them with the lithium compound. .. Here, the heat-treated particles include not only the composite hydroxide particles from which excess water has been removed in the heat treatment step, but also the transition metal-containing composite oxide particles converted into oxides by the heat treatment step (hereinafter, “composite oxide”). Also included are "particles") or mixtures thereof.

熱処理工程は、複合水酸化物粒子を105℃~750℃に加熱して熱処理することにより、複合水酸化物粒子に含有される余剰水分を除去する工程である。これにより、焼成工程後まで残留する水分を一定量まで減少させることができ、得られる正極活物質の組成のばらつきを抑制することができる。 The heat treatment step is a step of removing excess water contained in the composite hydroxide particles by heating the composite hydroxide particles to 105 ° C. to 750 ° C. and heat-treating the composite hydroxide particles. As a result, the amount of water remaining until after the firing step can be reduced to a certain amount, and variations in the composition of the obtained positive electrode active material can be suppressed.

熱処理工程における加熱温度は105℃~750℃とする。加熱温度が105℃未満では、複合水酸化物粒子中の余剰水分が除去できず、ばらつきを十分に抑制することができない場合がある。一方、加熱温度が700℃を超えても、それ以上の効果は期待できないばかりか、生産コストが増加してしまう。 The heating temperature in the heat treatment step is 105 ° C to 750 ° C. If the heating temperature is less than 105 ° C., the excess water in the composite hydroxide particles cannot be removed, and the variation may not be sufficiently suppressed. On the other hand, even if the heating temperature exceeds 700 ° C., not only the further effect cannot be expected, but also the production cost increases.

なお、熱処理工程では、正極活物質中の各金属成分の原子数や、Liの原子数の割合にばらつきが生じない程度に水分が除去できればよいので、必ずしもすべての複合水酸化物粒子を複合酸化物粒子に転換する必要はない。しかしながら、各金属成分の原子数やLiの原子数の割合のばらつきをより少ないものとするためには、400℃以上に加熱して、すべての複合水酸化物粒子を、複合酸化物粒子に転換することが好ましい。なお、熱処理条件による複合水酸化物粒子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混合比を決めておくことで、上述したばらつきをより抑制することができる。 In the heat treatment step, it is sufficient that water can be removed to the extent that the number of atoms of each metal component in the positive electrode active material and the ratio of the number of atoms of Li do not vary, so that all the composite hydroxide particles are not necessarily compositely oxidized. There is no need to convert to particles. However, in order to reduce the variation in the number of atoms of each metal component and the ratio of the number of Li atoms, the mixture is heated to 400 ° C. or higher to convert all the composite hydroxide particles into composite oxide particles. It is preferable to do so. The above-mentioned variation can be further suppressed by determining the metal component contained in the composite hydroxide particles under the heat treatment conditions in advance by analysis and determining the mixing 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で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、複合水酸化物粒子中の余剰水分を十分に除去する観点から、少なくとも1時間とすることが好ましく、5時間~15時間とすることがより好ましい。 The heat treatment time is not particularly limited, but is preferably at least 1 hour, more preferably 5 hours to 15 hours, from the viewpoint of sufficiently removing excess water in the composite hydroxide particles.

(2)混合工程
混合工程は、上述した複合水酸化物粒子または熱処理粒子に、リチウム化合物を混合して、リチウム混合物を得る工程である。
(2) Mixing Step The mixing step is a step of mixing a lithium compound with the above-mentioned composite hydroxide particles or heat-treated particles to obtain a lithium mixture.

混合工程では、リチウム混合物中のリチウム以外の金属原子、具体的には、ニッケル、コバルト、マンガンおよび添加元素Mとの原子数の和(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1.0~1.5、より好ましくは1.0~1.35、さらに好ましくは1.0~1.2となるように、複合水酸化物粒子または熱処理粒子とリチウム化合物を混合することが必要となる。すなわち、焼成工程の前後ではLi/Meは変化しないので、混合工程におけるLi/Meが、目的とする正極活物質のLi/Meとなるように、複合水酸化物粒子または熱処理粒子とリチウム化合物を混合することが必要となる。 In the mixing step, the ratio of the sum of the number of atoms (Me) to metal atoms other than lithium in the lithium mixture, specifically nickel, cobalt, manganese and the additive element M, to the number of lithium atoms (Li) ( Li / Me) is 0.95 to 1.5, preferably 1.0 to 1.5, more preferably 1.0 to 1.35, and even more preferably 1.0 to 1.2. It is necessary to mix the lithium compound with the composite hydroxide particles or heat-treated particles. That is, since Li / Me does not change before and after the firing step, composite hydroxide particles or heat-treated particles and a lithium compound are mixed so that Li / Me in the mixing step becomes Li / Me of the target positive electrode active material. It will be necessary to mix.

混合工程で使用するリチウム化合物は、特に制限されることはないが、入手の容易性から、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウムまたはこれらの混合物を用いることが好ましい。特に、取り扱いの容易さや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を用いることが好ましい。 The lithium compound used in the mixing step is not particularly limited, but it is preferable to use lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate or a mixture thereof from the viewpoint of easy availability. In particular, considering ease of handling and stability of quality, it is preferable to use lithium hydroxide or lithium carbonate.

複合水酸化物粒子または熱処理粒子とリチウム化合物は、微粉が生じない程度に十分に混合することが好ましい。混合が不十分であると、個々の粒子間でLi/Meにばらつきが生じ、十分な電池特性を得ることができない場合がある。なお、混合には、一般的な混合機を使用することができる。たとえば、シェーカーミキサ、レーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Vブレンダなどを用いることができる。 It is preferable that the composite hydroxide particles or the heat-treated particles and the lithium compound are sufficiently mixed so as not to generate fine powder. Insufficient mixing may cause variations in Li / Me among the individual particles, making it impossible to obtain sufficient battery characteristics. A general mixer can be used for mixing. For example, a shaker mixer, a Lady Gemixer, a Julia mixer, a V blender, or the like can be used.

(3)仮焼工程
リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用する場合には、混合工程後、焼成工程の前に、リチウム混合物を、後述する焼成温度よりも低温、かつ、350℃~800℃、好ましくは450℃~780℃で仮焼する仮焼工程を行ってもよい。これにより、複合水酸化物粒子または熱処理粒子中に、リチウムを十分に拡散させることができ、より均一なリチウム複合酸化物粒子を得ることができる。
(3) Calcining step When lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, the lithium mixture is heated at a temperature lower than the firing temperature described later and at 350 ° C. to 350 ° C. after the mixing step and before the firing step. A calcining step of calcining at 800 ° C., preferably 450 ° C. to 780 ° C. may be performed. Thereby, lithium can be sufficiently diffused in the composite hydroxide particles or the heat-treated particles, and more uniform lithium composite oxide particles can be obtained.

なお、上記温度での保持時間は、1時間~10時間とすることが好ましく、3時間~6時間とすることがより好ましい。また、仮焼工程における雰囲気は、後述する焼成工程と同様に、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容量%~100容量%の雰囲気とすることがより好ましい。 The holding time at the above temperature is preferably 1 hour to 10 hours, more preferably 3 hours to 6 hours. Further, the atmosphere in the calcining step is preferably an oxidizing atmosphere as in the firing step described later, and more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume.

(4)焼成工程
焼成工程は、混合工程で得られたリチウム混合物を所定条件の下で焼成し、複合水酸化物粒子または熱処理粒子中にリチウムを拡散させて、リチウム複合酸化物粒子を得る工程である。
(4) Firing step The calcining step is a step of calcining the lithium mixture obtained in the mixing step under predetermined conditions and diffusing lithium into the composite hydroxide particles or heat-treated particles to obtain lithium composite oxide particles. Is.

この焼成工程において、複合水酸化物粒子および熱処理粒子の中心部、高密度層、および低密度層のうちの高密度部は、焼結収縮し、正極活物質における外殻部および一次粒子の凝集部を形成する。一方、低密度層のうちの低密度部は、微細一次粒子によって構成されているため、この微細一次粒子よりも大きな板状一粒子によって構成される中心部、高密度層、および高密度部よりも低温域から焼結し始める。しかも、低密度部は、中心部、高密度層、および高密度部と比べて収縮量が大きなものとなる。このため、低密度部を構成する微細一次粒子は、焼結の進行が遅い中心部、高密度層、および高密度部のある側に収縮し、適度な大きさの空間部が気孔として形成されることとなる。この際、低密度層内の高密度部は、中心部や高密度層との連結を維持したまま、焼結収縮するため、得られる正極活物質においては、外殻部と凝集部との間、および凝集部の内部が電気的に導通し、かつ、その経路の断面積を十分に確保することができる。この結果、正極活物質の内部抵抗が大幅に減少し、二次電池を構成した場合に、電池容量やサイクル特性を損ねることなく、出力特性を改善することが可能となる。 In this firing step, the central portion of the composite hydroxide particles and the heat-treated particles, the high-density portion of the high-density layer, and the low-density layer are sintered and shrunk, and the outer shell portion and the primary particles are aggregated in the positive electrode active material. Form a part. On the other hand, since the low-density portion of the low-density layer is composed of fine primary particles, it is more than the central portion, the high-density layer, and the high-density portion composed of plate-shaped single particles larger than the fine primary particles. Also begins to sinter from the low temperature range. Moreover, the low-density portion has a larger shrinkage amount than the central portion, the high-density layer, and the high-density portion. For this reason, the fine primary particles constituting the low-density portion contract to the central portion where the sintering progress is slow, the high-density layer, and the side with the high-density portion, and a space portion having an appropriate size is formed as pores. The Rukoto. At this time, the high-density portion in the low-density layer is sintered and shrunk while maintaining the connection with the central portion and the high-density layer. Therefore, in the obtained positive electrode active material, between the outer shell portion and the agglomerated portion. , And the inside of the agglomerated portion is electrically conductive, and the cross-sectional area of the path can be sufficiently secured. As a result, the internal resistance of the positive electrode active material is significantly reduced, and when a secondary battery is configured, the output characteristics can be improved without impairing the battery capacity and cycle characteristics.

このような正極活物質の粒子構造は、基本的に、前駆体である複合水酸化物粒子の粒子構造に応じて定まるものであるが、その組成や焼成条件などの影響を受けることがあるため、予備試験を行った上で、所望の構造となるように、それぞれの条件を適宜調整することが好ましい。 The particle structure of such a positive electrode active material is basically determined according to the particle structure of the composite hydroxide particles that are precursors, but it may be affected by its composition, firing conditions, and the like. After conducting a preliminary test, it is preferable to appropriately adjust each condition so as to obtain a desired structure.

なお、焼成工程に用いられる炉は、特に制限されることはなく、大気ないしは酸素気流中でリチウム混合物を加熱できるものであればよい。ただし、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電気炉のいずれも好適に用いることができる。この点については、熱処理工程および仮焼工程に用いる炉についても同様である。 The furnace used in the firing step is not particularly limited as long as it can heat the lithium mixture in the atmosphere or an oxygen stream. However, from the viewpoint of keeping the atmosphere in the furnace uniform, an electric furnace that does not generate gas is preferable, and either a batch type or a continuous type electric furnace can be preferably used. The same applies to the furnace used in the heat treatment step and the calcining step.

a)焼成温度
リチウム混合物の焼成温度は、700℃~920℃とすることが必要である。特に、本発明においては、800℃~900℃とすることが好ましい。焼成温度が650℃未満では、複合水酸化物粒子または熱処理粒子中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウムや未反応の複合水酸化物粒子または熱処理粒子が残存したり、得られるリチウム複合酸化物粒子の結晶性が不十分なものとなったりする。また、焼成温度が700℃未満では、凝集部および空間部が適切な大きさの範囲内に制御されない可能性がある。一方、焼成温度が920℃を超えると、リチウム複合酸化物粒子中の気孔が潰れてしまう可能性があり、また、リチウム複合酸化物粒子間が激しく焼結し、異常粒成長が引き起こされ、不定形な粗大粒子の割合が増加することとなる。また、リチウム混合物の焼成温度を800℃~900℃、より好ましくは850℃~900℃とすることにより、2.5m/g以上のBET比表面積、および、1.5g/cm以上のタップ密度を両立させることが可能となる。
a) Firing temperature The calcination temperature of the lithium mixture needs to be 700 ° C to 920 ° C. In particular, in the present invention, the temperature is preferably 800 ° C to 900 ° C. When the firing temperature is less than 650 ° C., lithium does not sufficiently diffuse into the composite hydroxide particles or heat-treated particles, and excess lithium or unreacted composite hydroxide particles or heat-treated particles remain, or the obtained lithium composite. The crystallinity of the oxide particles may be insufficient. Further, if the firing temperature is less than 700 ° C., the agglomerated portion and the space portion may not be controlled within an appropriate size range. On the other hand, if the firing temperature exceeds 920 ° C., the pores in the lithium composite oxide particles may be crushed, and the lithium composite oxide particles are violently sintered, causing abnormal grain growth, which is not possible. The proportion of regular coarse particles will increase. Further, by setting the firing temperature of the lithium mixture to 800 ° C. to 900 ° C., more preferably 850 ° C. to 900 ° C., a BET specific surface area of 2.5 m 2 / g or more and a tap of 1.5 g / cm 3 or more. It is possible to achieve both densities.

なお、上述した一般式(B1)で表される正極活物質を得ようとする場合には、焼成温度を700℃~900℃とすることが好ましい。一方、一般式(B2)で表される正極活物質を得ようとする場合には、焼成温度を800℃~900℃とすることが好ましい。 When the positive electrode active material represented by the above-mentioned general formula (B1) is to be obtained, the firing temperature is preferably 700 ° C. to 900 ° C. On the other hand, when the positive electrode active material represented by the general formula (B2) is to be obtained, the firing temperature is preferably 800 ° C. to 900 ° C.

また、焼成工程における昇温速度は、2℃/分~10℃/分とすることが好ましく、5℃/分~10℃/分とすることがより好ましい。さらに、焼成工程中、リチウム化合物の融点付近の温度で、好ましくは1時間~5時間、より好ましくは2時間~5時間保持する。これにより、複合水酸化物粒子または熱処理粒子とリチウム化合物とを、より均一に反応させることができる。 The rate of temperature rise in the firing step is preferably 2 ° C./min to 10 ° C./min, and more preferably 5 ° C./min to 10 ° C./min. Further, during the firing step, the lithium compound is held at a temperature near the melting point, preferably for 1 hour to 5 hours, more preferably for 2 hours to 5 hours . Thereby, the composite hydroxide particles or the heat-treated particles can be reacted more uniformly with the lithium compound.

b)焼成時間
焼成時間のうち、上述した焼成温度での保持時間は、少なくとも2時間とすることが好ましく、4時間~24時間とすることがより好ましい。焼成温度における保持時間が2時間未満では、複合水酸化物粒子または熱処理粒子中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウムや未反応の複合水酸化物粒子または熱処理粒子が残存したり、得られるリチウム複合酸化物粒子の結晶性が不十分なものとなったりするおそれがある。
b) Baking time Of the firing times, the holding time at the above-mentioned firing temperature is preferably at least 2 hours, more preferably 4 hours to 24 hours. If the holding time at the firing temperature is less than 2 hours, lithium does not sufficiently diffuse into the composite hydroxide particles or heat-treated particles, and excess lithium or unreacted composite hydroxide particles or heat-treated particles remain, or the obtained. There is a possibility that the crystallinity of the lithium composite oxide particles to be obtained will be insufficient.

なお、保持時間終了後、焼成温度から少なくとも200℃までの冷却速度は、2℃/分~10℃/分とすることが好ましく、3℃/分~7℃/分とすることがより好ましい。冷却速度をこのような範囲に制御することにより、生産性を確保しつつ、匣鉢などの設備が、急冷により破損することを防止することができる。 After the holding time is completed, the cooling rate from the firing temperature to at least 200 ° C. is preferably 2 ° C./min to 10 ° C./min, and more preferably 3 ° C./min to 7 ° C./min . By controlling the cooling rate within such a range, it is possible to prevent the equipment such as the saggar from being damaged by quenching while ensuring productivity.

c)焼成雰囲気
焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容量%~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、焼成は、大気ないしは酸素気流中で行うことが好ましい。酸素濃度が18容量%未満では、リチウム複合酸化物粒子の結晶性が不十分なものとなるおそれがある。
c) Baking atmosphere The atmosphere at the time of firing is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume, and a mixed atmosphere of oxygen having an oxygen concentration and an inert gas. Is particularly preferable. That is, firing is preferably performed in the atmosphere or an oxygen stream. If the oxygen concentration is less than 18% by volume, the crystallinity of the lithium composite oxide particles may be insufficient.

(5)解砕工程
焼成工程によって得られたリチウム複合酸化物粒子は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合には、リチウム複合酸化物粒子の凝集体または焼結体を解砕することが好ましい。これによって、得られる正極活物質の平均粒径や粒度分布を好適な範囲に調整することができる。なお、解砕とは、焼成時に二次粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく分離させて、凝集体をほぐす操作を意味する。
(5) Crushing Step The lithium composite oxide particles obtained by the firing step may be aggregated or slightly sintered. In such a case, it is preferable to crush the aggregate or sintered body of the lithium composite oxide particles. Thereby, the average particle size and the particle size distribution of the obtained positive electrode active material can be adjusted in a suitable range. 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 means the operation of separating and loosening agglomerates.

解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、たとえば、ピンミルやハンマーミルなどを使用することができる。なお、この際、二次粒子を破壊しないように解砕力を適切な範囲に調整することが好ましい。 As a crushing method, a known means can be used, and for example, a pin mill, a hammer mill, or the like can be used. At this time, it is preferable to adjust the crushing force to an appropriate range so as not to destroy the secondary particles.

5.非水電解質二次電池
本発明の非水電解質二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解質などの、一般の非水電解質二次電池と同様の構成部材を備える。なお、以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明の非水電解質二次電池は、本明細書に記載されている実施形態基づいて、種々の変更、改良を施した形態に適用することも可能である。
5. Non-aqueous electrolyte secondary battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes the same components as a general non-aqueous electrolyte secondary battery, such as a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte. It should be noted that the embodiments described below are merely examples, and the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is applied to embodiments described in the present specification with various modifications and improvements. It is also possible to do.

(1)構成部材
a)正極
上述した正極活物質を用いて、たとえば、以下のようにして非水電解質二次電池の正極を作製する。
(1) Components a) Positive electrode Using the above-mentioned positive electrode active material, for example, a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery is manufactured as follows.

まず、本発明の正極活物質に、導電材および結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整などの溶剤を添加し、これらを混練して正極合材ペーストを作製する。その際、正極合材ペースト中のそれぞれの混合比も、非水電解質二次電池の性能を決定する重要な要素となる。たとえば、溶剤を除いた正極合材の固形分を100質量部とした場合には、一般の非水電解質二次電池の正極と同様に、正極活物質の含有量を60質量部~95質量部、導電材の含有量を1質量部~20質量部および結着剤の含有量を1質量部~20質量部とすることができる。 First, the positive electrode active material of the present invention is mixed with a conductive material and a binder, and if necessary, activated carbon and a solvent for adjusting the viscosity are added, and these are kneaded to prepare a positive electrode mixture paste. At that time, the mixing ratio of each in the positive electrode mixture paste is also an important factor for determining the performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery. For example, when the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material is 60 parts by mass to 95 parts by mass, as in the case of the positive electrode of a general non-aqueous electrolyte secondary battery. The content of the conductive material can be 1 part by mass to 20 parts by mass, and the content of the binder can be 1 part by mass to 20 parts by mass.

得られた正極合材ペーストを、たとえば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して、溶剤を飛散させる。必要に応じて、電極密度を高めるべく、ロールプレスなどにより加圧することもある。このようにして、シート状の正極を作製することができる。シート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断などをして、電池の作製に供することができる。なお、正極の作製方法は、前記例示のものに限られることはなく、他の方法によってもよい。 The obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of aluminum foil, for example, and dried to disperse the solvent. If necessary, pressurization may be performed by a roll press or the like in order to increase the electrode density. In this way, a sheet-shaped positive electrode can be manufactured. The sheet-shaped positive electrode can be cut into an appropriate size according to the target battery and used for manufacturing the battery. The method for producing the positive electrode is not limited to the above-exemplified method, and other methods may be used.

導電材としては、たとえば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など)や、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料を用いることができる。 As the conductive material, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.) or a carbon black material such as acetylene black or Ketjen black can be used.

結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂またはポリアクリル酸を用いることができる。 The binder serves to hold the active material particles together, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylenepropylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose resin or polyacrylic acid. Acids can be used.

このほか、必要に応じて、正極活物質、導電材および活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加することができる。溶剤としては、具体的に、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することもできる。 In addition, if necessary, a solvent that disperses the positive electrode active material, the conductive material, and activated carbon and dissolves the binder can be added to the positive electrode mixture. Specifically, as the solvent, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used. In addition, activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

b)負極
負極には、金属リチウムやリチウム合金などを使用することができる。また、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に、結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅などの金属箔集電体の表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを使用することができる。
b) Negative electrode A metallic lithium, a lithium alloy, or the like can be used for the negative electrode. In addition, a negative electrode mixture made into a paste by mixing a binder with a negative electrode active material capable of occluding and desorbing lithium ions and adding an appropriate solvent is applied to the surface of a metal leaf current collector such as copper. , Dried, and if necessary, compressed to increase the electrode density can be used.

負極活物質としては、たとえば、金属リチウムやリチウム合金などのリチウムを含有する物質、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる天然黒鉛、人造黒鉛およびフェノール樹脂などの有機化合物焼成体ならびにコークスなどの炭素物質の粉状体を用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、これらの活物質および結着剤を分散させる溶剤としては、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。 Examples of the negative electrode active material include lithium-containing substances such as metallic lithium and lithium alloys, natural graphite capable of storing and desorbing lithium ions, calcined organic compounds such as artificial graphite and phenolic resin, and carbon substances such as coke. A powdery substance can be used. In this case, as the negative electrode binder, a fluororesin such as PVDF can be used as in the positive electrode, and the solvent for dispersing these active substances and the binder is an organic substance such as N-methyl-2-pyrrolidone. A solvent can be used.

c)セパレータ
セパレータは、正極と負極との間に挟み込んで配置されるものであり、正極と負極とを分離し、電解質を保持する機能を有する。このようなセパレータとしては、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微細な孔を多数有する膜を用いることができるが、上記機能を有するものであれば、特に限定されることはない。
c) Separator The separator is arranged so as to be sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and has a function of separating the positive electrode and the negative electrode and holding an electrolyte. As such a separator, for example, a thin film such as polyethylene or polypropylene, which has a large number of fine pores, can be used, but is not particularly limited as long as it has the above-mentioned function.

d)非水電解質
非水電解質には、支持塩であるリチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液のほか、不燃性でイオン電導性を有する固体電解質などが用いられる。
d) Non-aqueous electrolyte As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent, a nonflammable solid electrolyte having ion conductivity, and the like are used.

非水電解液に用いられる有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートおよびトリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートおよびジプロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート、さらに、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランおよびジメトキシエタンなどのエーテル化合物、エチルメチルスルホンやブタンスルトンなどの硫黄化合物、リン酸トリエチルやリン酸トリオクチルなどのリン化合物などから選ばれる1種を単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。 Examples of the organic solvent used in the non-aqueous electrolyte solution include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and trifluoropropylene carbonate, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and dipropyl carbonate, and further. , Tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, ether compounds such as dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethyl sulfone and butane sulton, phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, etc., alone or in combination of two or more. Can be mixed and used.

支持塩としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiN(CFSO、およびそれらの複合塩などを用いることができる。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and a composite salt thereof can be used.

なお、非水電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤および難燃剤などを含んでいてもよい。 The non-aqueous electrolytic solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant and the like.

一方、固体電解質としては、Li1.3Al0.3Ti1.7(POやLiS-SiSなどを用いることができる。 On the other hand, as the solid electrolyte, Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 or Li 2S-SiS 2 can be used.

(2)非水電解質二次電池
以上の正極、負極、セパレータおよび非水電解質で構成される本発明の非水電解質二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。
(2) Non-aqueous electrolyte secondary battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention composed of the above positive electrode, negative electrode, separator and non-aqueous electrolyte can be made into various shapes such as a cylindrical shape and a laminated type. ..

いずれの形状を採る場合であっても、たとえば、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、得られた電極体に、非水電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通じる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉して、非水電解質二次電池を完成させる。 Regardless of which shape is adopted, for example, a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolytic solution to form a positive electrode current collector and an external electrode. Connect between the positive electrode terminal leading to and between the negative electrode current collector and the negative electrode terminal leading to the outside using a current collecting lead, etc., and seal the battery case to connect the non-aqueous electrolyte secondary battery. Finalize.

(3)非水電解質二次電池の特性
本発明の非水電解質二次電池は、上述したように、本発明の正極活物質を正極材料として用いているため、容量特性、出力特性およびサイクル特性に優れる。しかも、従来のリチウムニッケル系酸化物粒子からなる正極活物質を用いた二次電池との比較においても、熱安定性や安全性において優れているといえる。
(3) Characteristics of non-aqueous electrolyte secondary battery As described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses the positive electrode active material of the present invention as the positive electrode material, and therefore has capacity characteristics, output characteristics and cycle characteristics. Excellent for. Moreover, it can be said that it is excellent in thermal stability and safety even in comparison with a conventional secondary battery using a positive electrode active material composed of lithium nickel-based oxide particles.

たとえば、本発明の正極活物質を用いて、図3に示すような2032型コイン電池を構成した場合に、160mAh/g以上の初期放電容量と低い正極抵抗を同時に達成することができる。 For example, when a 2032 type coin battery as shown in FIG. 3 is configured by using the positive electrode active material of the present invention, an initial discharge capacity of 160 mAh / g or more and a low positive electrode resistance can be achieved at the same time.

(4)用途
本発明の非水電解質二次電池は、上述のように、容量特性、出力特性およびサイクル特性に優れており、これらの特性が高いレベルで要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末など)の電源に好適に利用することができる。また、本発明の非水電解質二次電池は、安全性にも優れており、小型化および高出力化が可能であるばかりでなく、高価な保護回路を簡略することができるため、搭載スペースに制約を受ける輸送用機器の電源としても好適に利用することができる。
(4) Applications The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is excellent in capacity characteristics, output characteristics and cycle characteristics as described above, and is a small portable electronic device (notebook type) in which these characteristics are required at a high level. It can be suitably used as a power source for personal computers, mobile phone terminals, etc.). In addition, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is excellent in safety, and not only can it be miniaturized and have high output, but also an expensive protection circuit can be simplified, so that it can be used in a mounting space. It can also be suitably used as a power source for transportation equipment subject to restrictions.

以下、実施例および比較例を用いて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例および比較例では、特に断りがない限り、複合水酸化物粒子および正極活物質の作製には、和光純薬工業株式会社製試薬特級の試料を使用した。また、核生成工程および粒子成長工程を通じて、反応水溶液のpH値は、pHコントローラ(日伸理化製、NPH-690D)により測定し、この測定値に基づき、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調整することで、それぞれの工程における反応水溶液のpH値の変動幅を±0.2の範囲に制御した。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. In the following Examples and Comparative Examples, unless otherwise specified, a reagent special grade sample manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used for producing the composite hydroxide particles and the positive electrode active material. Further, the pH value of the reaction aqueous solution is measured by a pH controller (NPH-690D, manufactured by Nisshin Rika) through the nucleation generation step and the particle growth step, and the supply amount of the sodium hydroxide aqueous solution is adjusted based on this measured value. Therefore, the fluctuation range of the pH value of the reaction aqueous solution in each step was controlled within the range of ± 0.2.

(実施例1)
a)複合水酸化物粒子の製造
[核生成工程]
はじめに、反応槽内に、水を14L入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。この際、反応槽内に窒素ガスを30分間流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が2容量%以下の非酸化性雰囲気とした。続いて、反応槽内に、25質量%水酸化ナトリウム水溶液と25質量%アンモニア水を適量供給し、pH値が、液温25℃基準で12.6、アンモニウムイオン濃度が10g/Lとなるように調整することで反応前水溶液を形成した。
(Example 1)
a) Production of composite hydroxide particles [nucleation step]
First, 14 L of water was put into the reaction tank and the temperature in the tank was set to 40 ° C. while stirring. At this time, nitrogen gas was circulated in the reaction vessel for 30 minutes, and the reaction atmosphere was set to a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 2% by volume or less. Subsequently, an appropriate amount of 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass ammonia water are supplied into the reaction vessel so that the pH value is 12.6 based on the liquid temperature of 25 ° C. and the ammonium ion concentration is 10 g / L. A pre-reaction aqueous solution was formed by adjusting to.

同時に、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガンを、各金属元素のモル比がNi:Mn:Co:Zr=38.0:30.0:32.0となるように水に溶解し、2mol/Lの原料水溶液を調製した。 At the same time, nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate are dissolved in water so that the molar ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: Zr = 38.0: 30.0: 32.0, and 2 mol / L. A raw material aqueous solution was prepared.

次に、この原料水応液を、反応前水溶液に115ml/分で供給することで、核生成工程用水溶液を形成し、1分間の核生成を行った。この際、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液と25質量%のアンモニア水を適時供給し、核生成用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度を上述した範囲に維持した。 Next, this raw material aqueous solution was supplied to the pre-reaction aqueous solution at 115 ml / min to form an aqueous solution for the nucleation step, and nucleation was performed for 1 minute. At this time, a 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and a 25% by mass aqueous ammonia solution were supplied in a timely manner, and the pH value and the ammonium ion concentration of the aqueous solution for nucleation were maintained within the above ranges.

[粒子成長工程]
核生成終了後、すべての水溶液の供給を一旦停止するとともに、硫酸を加えて、pH値が、液温25℃基準で11.2となるように調整することで、粒子成長用水溶液を形成した。pH値が所定の値になったことを確認した後、核生成工程と同様の115ml/分と一定の割合で、原料水溶液を供給し、核生成工程で生成した核(粒子)を成長させた。
[Particle growth process]
After the completion of nucleation, the supply of all the aqueous solutions is temporarily stopped, and sulfuric acid is added to adjust the pH value to 11.2 based on the liquid temperature of 25 ° C. to prepare the aqueous solution for particle growth. Formed. After confirming that the pH value reached a predetermined value, the raw material aqueous solution was supplied at a constant rate of 115 ml / min, which was the same as in the nucleation step, and the nuclei (particles) generated in the nucleation step were grown. ..

粒子成長工程の開始時から40分(粒子成長工程全体に対して16.7%)経過後、原料水溶液の供給を継続したまま、孔径が20μm~30μmであるセラミック製の散気管(木下理化工業株式会社製)を用いて反応槽内に空気を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が21容量%の酸化性雰囲気に調整した(切替操作1)。 After 40 minutes (16.7% of the total particle growth process) from the start of the particle growth process, a ceramic air diffuser with a pore size of 20 μm to 30 μm while continuing to supply the raw material aqueous solution (Kinoshita Rika Kogyo). Air was circulated in the reaction vessel using (manufactured by Co., Ltd.), and the reaction atmosphere was adjusted to an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 21% by volume (switching operation 1).

切替操作1から10分(粒子成長工程全体に対して4.2%)経過後、同様に、原料水溶液の供給を継続したまま、反応槽内に窒素を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が2容量%以下の非酸化性雰囲気に調整した(切替操作2)。 After 10 minutes (4.2% with respect to the entire particle growth process) have elapsed from the switching operation 1, nitrogen is circulated in the reaction vessel while the supply of the raw material aqueous solution is continued, and the reaction atmosphere is changed to the oxygen concentration. The non-oxidizing atmosphere was adjusted to 2% by volume or less (switching operation 2).

切替操作2から80分(粒子成長工程全体に対して33.3%)経過後、再度、切替操作1を行い、酸化性雰囲気での晶析反応を20分(粒子成長工程全体に対して8.3%)継続した後、切替操作2を行い、非酸化性雰囲気での晶析反応を90分(粒子成長工程全体に対して37.5%)経過後、すべての水溶液の供給を停止することで、粒子成長工程を終了した。その後、得られた生成物を、水洗、ろ過および乾燥させることにより、粉末状の複合水酸化物粒子を得た。酸化性雰囲気全体の晶析反応の割合は、12.5%であった。 After 80 minutes (33.3% for the entire particle growth process) have elapsed from the switching operation 2, the switching operation 1 is performed again, and the crystallization reaction in the oxidizing atmosphere is performed for 20 minutes (8 for the entire particle growth process). .3%) After continuing, the switching operation 2 is performed, and after 90 minutes (37.5% with respect to the entire particle growth process) of the crystallization reaction in the non-oxidizing atmosphere, the supply of all the aqueous solutions is stopped. This completes the particle growth process. Then, the obtained product was washed with water, filtered and dried to obtain powdery composite hydroxide particles. The rate of crystallization reaction in the entire oxidizing atmosphere was 12.5%.

なお、粒子成長工程においては、この工程を通じて、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液と25質量%のアンモニア水を適時供給し、粒子成長用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度を上述した範囲に維持した。 In the particle growth step, 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass ammonia water were supplied in a timely manner through this step, and the pH value and ammonium ion concentration of the particle growth aqueous solution were maintained within the above ranges. ..

b)複合水酸化物粒子の評価
[組成]
ICP発光分光分析装置(株式会社島津製作所島津製作所製、ICPE-9000)を用いた分析により、この複合水酸化物粒子は、一般式:Ni0.38Mn0.30Co0.32(OH)で表されるものであることが確認された。
b) Evaluation of composite hydroxide particles [Composition]
By analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer (ICPE-9000, Shimadzu Corporation, Shimadzu Corporation), this composite hydroxide particle was obtained by the general formula: Ni 0.38 Mn 0.30 Co 0.32 (OH). It was confirmed that it was represented by 2 .

[粒子構造]
複合水酸化物粒子の一部を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリシャ加工によって断面観察可能な状態とした上で、10個以上の複合水酸化物粒子を電界放射型走査電子顕微鏡(FE-SEM:日本電子株式会社製、JSM-6360LA)により観察した。この結果、この複合水酸化物粒子は、板状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、中心部の外側に、板状一次粒子および微細一次粒子が凝集して形成された低密度層と、板状一次粒子が凝集して形成された高密度層とが積層した積層構造を2つ備えており、高密度層は、低密度層内で板状一次粒子が凝集して形成された高密度部によって、中心部および他の高密度層と連結していることが確認された。
[Particle structure]
After embedding a part of the composite hydroxide particles in the resin and making the cross section observable by cross-section polish processing, 10 or more composite hydroxide particles are placed in an electric field radiation scanning electron microscope (FE-SEM: Japan). Observed by JSM-6360LA) manufactured by JEOL Ltd. As a result, the composite hydroxide particles have a central portion formed by aggregating the plate-shaped primary particles, and the plate-shaped primary particles and the fine primary particles are aggregated and formed on the outside of the central portion. It has two laminated structures in which a density layer and a high-density layer formed by aggregating plate-shaped primary particles are laminated, and the high-density layer is formed by agglomeration of plate-shaped primary particles in a low-density layer. It was confirmed that the high-density part was connected to the central part and other high-density layers.

また、中心部粒径比、第1の低密度層粒径比、第1の高密度層粒径比、第2の低密度層粒径比、および第2の高密度層(外殻部)粒径比についても計測および算出を行ったところ、20%、10%、10%、10%、および10%であった。 Further, the central particle size ratio, the first low density layer particle size ratio, the first high density layer particle size ratio, the second low density layer particle size ratio, and the second high density layer (outer shell portion). The particle size ratio was also measured and calculated and found to be 20%, 10%, 10%, 10%, and 10%.

[平均粒径MVおよび粒度分布]
レーザ光回折散乱式粒度分析計(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)を用いて、複合水酸化物粒子の平均粒径MVを測定するとともに、d10およびd90を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕を算出した。この結果、平均粒径は、5.5μmであり、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は0.40であることが確認された。
[Average particle size MV and particle size distribution]
Using a laser light diffraction scattering type particle size analyzer (Microtrac HRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), the average particle size MV of the composite hydroxide particles is measured, and d10 and d90 are measured to show the spread of the particle size distribution. The index [(d90-d10) / average particle size MV] was calculated. As a result, it was confirmed that the average particle size was 5.5 μm and [(d90-d10) / average particle size MV] was 0.40.

c)正極活物質の作製
上述のようにして得られた複合水酸化物粒子を、空気(酸素濃度:21容量%)気流中、120で12時間熱処理した後(熱処理工程)、Li/Meが1.10となるように、シェーカーミキサ装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて炭酸リチウムと十分に混合し、リチウム混合物を得た(混合工程)。
c) Preparation of positive electrode active material The composite hydroxide particles obtained as described above are heat-treated at 120 ° C. for 12 hours in an air (oxygen concentration: 21% by volume) air stream (heat treatment step), and then Li / Me. Was sufficiently mixed with lithium carbonate using a shaker mixer device (TURBULA Type T2C manufactured by Willy et Bacoffen (WAB)) so as to have a value of 1.10 to obtain a lithium mixture (mixing step).

このリチウム混合物を、空気(酸素濃度:21容量%)気流中、昇温速度を2.3℃/分として885℃まで昇温し、この温度で4時間保持することにより焼成し、冷却速度を約4℃/分として室温まで冷却した(焼成工程)。このようにして得られた正極活物質は、凝集または軽度の焼結が生じていた。このため、この正極活物質を解砕し、平均粒径および粒度分布を調整した(解砕工程)。 This lithium mixture is heated to 885 ° C. in an air (oxygen concentration: 21% by volume) air stream at a heating rate of 2.3 ° C./min and held at this temperature for 4 hours to be fired to reduce the cooling rate. It was cooled to room temperature at about 4 ° C./min (baking step). The positive electrode active material thus obtained was aggregated or slightly sintered. Therefore, this positive electrode active material was crushed to adjust the average particle size and the particle size distribution (crushing step).

d)正極活物質の評価
[組成]
ICP発光分光分析装置を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:Li1.10Ni0.38Mn0.30Co0.32で表されるものであることが確認された。
d) Evaluation of positive electrode active material [Composition]
By analysis using an ICP emission spectrophotometer, it was confirmed that this positive electrode active material is represented by the general formula: Li 1.10 Ni 0.38 Mn 0.30 Co 0.32 O 2 . ..

[粒子構造]
正極活物質の一部を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリシャ加工によって断面観察可能な状態とした上で、SEMにより観察した。この結果、この正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成され、この二次粒子は、外殻部と、外殻部の内側に分散して存在し、外殻部と電気的に導通する一次粒子の凝集部、および、凝集部の内部に存在し、複数の気孔構造からなる、一次粒子が存在しない空間部とを備えていることが確認された。
[Particle structure]
A part of the positive electrode active material was embedded in the resin, cross-section polish processing was performed to make the cross section observable, and then the observation was performed by SEM. As a result, the positive electrode active material is composed of secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles, and the secondary particles are dispersed in the outer shell portion and the inside of the outer shell portion. It was confirmed that the agglomerated portion of the primary particles electrically conducting with the outer shell portion and the space portion existing inside the agglomerating portion and having a plurality of pore structures and in which the primary particles do not exist are provided.

上記SEM観察から得た、任意の10個以上の二次粒子を含む断面画像を二値化処理し、図2に示す画像を得て、1つの粒子断面積(黒色部と白色部の和)のうち、空間部(白色部)の総面積が占有する率を求め、これらの平均値を算出することにより求めた。その結果、空間部の面積割合は、27.4%であった。 The cross-sectional image containing any 10 or more secondary particles obtained from the above SEM observation is binarized to obtain the image shown in FIG. 2, and one particle cross-sectional area (sum of black part and white part). Of these, the rate occupied by the total area of the space (white area) was calculated, and the average value of these was calculated. As a result, the area ratio of the space portion was 27.4%.

[平均粒径MVおよび粒度分布]
レーザ光回折散乱式粒度分析計(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)を用いて、正極活物質の平均粒径MVを測定するとともに、d10およびd90を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕を算出した。この結果、平均粒径は、5.0μmであり、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は0.41であることが確認された。
[Average particle size MV and particle size distribution]
Using a laser light diffraction scattering type particle size analyzer (Microtrac HRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), the average particle size MV of the positive electrode active material is measured, and d10 and d90 are measured, which is an index showing the spread of the particle size distribution. A certain [(d90-d10) / average particle size MV] was calculated. As a result, it was confirmed that the average particle size was 5.0 μm and [(d90-d10) / average particle size MV] was 0.41.

[BET比表面積およびタップ密度]
流動方式ガス吸着法比表面積測定装置(ユアサアイオニクス株式会社製、マルチソーブ)によりBET比表面積を、タッピングマシン(株式会社蔵持科学器械製作所、KRS-406)によりタップ密度を、それぞれ測定した。この結果、BET比表面積は3.07m/gであり、タップ密度は1.53g/cmであることが確認された。
[BET specific surface area and tap density]
The BET specific surface area was measured by a flow method gas adsorption method specific surface area measuring device (manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd., Multisorb), and the tap density was measured by a tapping machine (manufactured by Kuramochi Kagaku Kikai Seisakusho Co. , Ltd., KRS-406). As a result, it was confirmed that the BET specific surface area was 3.07 m 2 / g and the tap density was 1.53 g / cm 3 .

e)二次電池の作製
図5に示すような2032型コイン電池(B)を作した。具体的には、上述のようにして得られた正極活物質:52.5mgと、アセチレンブラック:15mgと、PTEE:7.5mgを混合し、100MPaの圧力で、直径11mm、厚さ100μmにプレス成形した後、真空乾燥機中、120℃で12時間乾燥することにより、正極(1)を作製した。
e) Preparation of secondary battery A 2032 type coin battery (B) as shown in FIG. 5 was manufactured . Specifically, the positive electrode active material obtained as described above: 52.5 mg, acetylene black: 15 mg, and PTEE: 7.5 mg are mixed and pressed to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm at a pressure of 100 MPa. After molding, the positive electrode (1) was prepared by drying in a vacuum dryer at 120 ° C. for 12 hours.

次に、この正極(1)を用いて2032型コイン電池(B)を、露点が-80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。この2032型コイン電池の負極(2)には、直径17mm、厚さ1mmのリチウム金属を用い、電解液には、1MのLiClOを支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。また、セパレータ(3)には、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。このようにして、ガスケット(4)を有し、正極缶(5)と負極缶(6)とを備える、2032型コイン電池(B)を組み立てた。 Next, using this positive electrode (1), a 2032 type coin battery (B) was produced in a glove box having an Ar atmosphere with a dew point controlled at −80 ° C. A lithium metal having a diameter of 17 mm and a thickness of 1 mm is used for the negative electrode (2) of this 2032 type coin battery, and ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1M LiClO 4 as a supporting electrolyte are used as the electrolytic solution. (Manufactured by Toyama Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) was used. Further, as the separator (3), a polyethylene porous membrane having a film thickness of 25 μm was used. In this way, a 2032 type coin battery (B) having a gasket (4) and a positive electrode can (5) and a negative electrode can (6) was assembled.

f)電池評価
[初期放電容量]
2032型コイン電池を作製してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cmとして、カットオフ電圧が4.3Vとなるまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧が3.0Vになるまで放電したときの放電容量を測定する充放電試験を行ない、初期放電容量を求めた。この結果、初期放電容量は、166.2mAh/gであることが確認された。なお、初期放電容量の測定には、マルチチャンネル電圧/電流発生器(株式会社アドバンテスト製、R6741A)を用いた。
f) Battery evaluation [Initial discharge capacity]
After the 2032 type coin battery was manufactured and left to stand for about 24 hours, the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) became stable, and then the current density with respect to the positive electrode was 0.1 mA / cm 2 and the cutoff voltage was 4.3 V. A charge / discharge test was performed to measure the discharge capacity when the battery was charged until it became full, and after a one-hour rest, and then discharged until the cutoff voltage reached 3.0 V, and the initial discharge capacity was determined. As a result, it was confirmed that the initial discharge capacity was 166.2 mAh / g. A multi-channel voltage / current generator (manufactured by Advantest Co., Ltd., R6741A) was used to measure the initial discharge capacity.

[正極抵抗]
充電電位4.1Vで充電した2032型コイン電池を用いて、交流インピーダンス法により抵抗値を測定した。測定には、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット(ソーラトロン・メトロロジー社製)を使用し、図に示すナイキストプロットを得た。プロットは、溶液抵抗、負極抵抗と容量、および、正極抵抗と容量を示す特性曲線の和として表れているため、等価回路を用いてフィッティング計算し、正極抵抗の値を算出した。この結果、正極抵抗は、5.34Ωであることが確認された。
[Positive electrode resistance]
The resistance value was measured by the AC impedance method using a 2032 type coin battery charged with a charging potential of 4.1 V. A frequency response analyzer and a potentiogalvanostat (manufactured by Solartron Metrology) were used for the measurement, and the Nyquist plot shown in FIG. 4 was obtained. Since the plot appears as the sum of the solution resistance, the negative electrode resistance and the capacitance, and the characteristic curve showing the positive electrode resistance and the capacitance, the fitting calculation was performed using an equivalent circuit, and the value of the positive electrode resistance was calculated. As a result, it was confirmed that the positive electrode resistance was 5.34 Ω.

上記の遷移金属含有複合水酸化物粒子および正極活物質の作製条件、また、それらの諸特性およびそれらを用いた電池の諸性能の結果を、表1~表3に示す。以下の実施例2および実施例3、比較例1の結果も同様に、表1~表3に示す。 Tables 1 to 3 show the production conditions of the transition metal-containing composite hydroxide particles and the positive electrode active material, their characteristics, and the results of various performances of the battery using them. The results of Example 2, Example 3, and Comparative Example 1 below are also shown in Tables 1 to 3 in the same manner.

(実施例2)
粒子成長工程において、晶析の条件を下記条件に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子を得た。
(Example 2)
Composite hydroxide particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the crystallization conditions were changed to the following conditions in the particle growth step.

粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から32.5分(粒子成長工程全体に対して13.5%)に行い、酸化性雰囲気での晶析反応を5分(粒子成長工程全体に対して2.1%)継続した後、切替操作2を行い、非酸化性雰囲気での晶析反応を50分(粒子成長工程全体に対して20.8%)継続した。続いて、再度、切替操作1を行い、酸化性雰囲気での晶析反応を10分(粒子成長工程全体に対して4.2%)継続した後、切替操作2を行い、非酸化性雰囲気での晶析反応を65分(粒子成長工程全体に対して27.1%)継続した。そして、再度、切替操作1を行い、酸化性雰囲気での晶析反応を15分(粒子成長工程全体に対して6.3%)継続した後、切替操作2を行い、非酸化性雰囲気での晶析反応を62.5分(粒子成長工程全体に対して26.0%)経過後、すべての水溶液の供給を停止することで、粒子成長工程を終了した。酸化性雰囲気全体の晶析反応の割合は、12.6%であった。 In the particle growth step, the switching operation 1 is performed 32.5 minutes (13.5% with respect to the entire particle growth step) from the start of the particle growth step, and the crystallization reaction in an oxidizing atmosphere is carried out for 5 minutes (particles). After continuing the switching operation 2 (2.1% with respect to the entire growth process), the crystallization reaction in a non-oxidizing atmosphere was continued for 50 minutes (20.8% with respect to the entire particle growth process). Subsequently, the switching operation 1 is performed again, and the crystallization reaction in the oxidizing atmosphere is continued for 10 minutes (4.2% with respect to the entire particle growth step), and then the switching operation 2 is performed in the non-oxidizing atmosphere. The crystallization reaction was continued for 65 minutes (27.1% with respect to the entire particle growth step). Then, the switching operation 1 is performed again, and the crystallization reaction in the oxidizing atmosphere is continued for 15 minutes (6.3% with respect to the entire particle growth step), and then the switching operation 2 is performed in the non-oxidizing atmosphere. After 62.5 minutes (26.0% of the total particle growth step) of the crystallization reaction, the supply of all the aqueous solutions was stopped to complete the particle growth step. The rate of crystallization reaction in the entire oxidizing atmosphere was 12.6%.

中心部粒径比、第1の低密度層粒径比、第1の高密度層粒径比、第2の低密度層粒径比、第2の高密度層粒径比、第3の低密度層粒径比、および第3の高密度層(外殻部)粒径比は、それぞれ、20%、6.7%、6.7%、6.7%、6.7%、6.7%、および6.7%であった。 Central particle size ratio, first low density layer particle size ratio, first high density layer particle size ratio, second low density layer particle size ratio, second high density layer particle size ratio, third low The density layer particle size ratio and the third high density layer (outer shell) particle size ratio are 20%, 6.7%, 6.7%, 6.7%, 6.7%, and 6. It was 7% and 6.7%.

さらに、得られた複合水酸化物粒子を用いて、実施例1と同様にして、正極活物質および二次電池を得て、その評価を行った。 Further, using the obtained composite hydroxide particles, a positive electrode active material and a secondary battery were obtained in the same manner as in Example 1, and their evaluation was performed.

(実施例3)
粒子成長工程において、晶析の条件を下記条件に変更した以外は実施例1と同様にして複合水酸化物粒子を得た。
(Example 3)
In the particle growth step, composite hydroxide particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the crystallization conditions were changed to the following conditions.

粒子成長工程において、切替操作1を、粒子成長工程の開始時から29分(粒子成長工程全体に対して12.1%)に行い、酸化性雰囲気での晶析反応を2.5分(粒子成長工程全体に対して1.0%)継続した後、切替操作2を行い、非酸化性雰囲気での晶析反応を37.5分(粒子成長工程全体に対して15.6%)継続した。続いて、再度、切替操作1を行い、酸化性雰囲気での晶析反応を5.0分(粒子成長工程全体に対して2.1%)継続した後、切替操作2を行い、非酸化性雰囲気での晶析反応を45分(粒子成長工程全体に対して18.8%)継続した。そして、再度、切替操作1を行い、酸化性雰囲気での晶析反応を7.5分(粒子成長工程全体に対して3.1%)継続した後、切替操作2を行い、非酸化性雰囲気での晶析反応を49.5分(粒子成長工程全体に対して20.6%)継続した。さらに切替操作1を行い、酸化性雰囲気での晶析反応を15.0分(粒子成長工程全体に対して6.3%)継続した後、切替操作2を行い、非酸化性雰囲気での晶析反応を49.0分(粒子成長工程全体に対して20.4%)経過後、すべての水溶液の供給を停止することで、粒子成長工程を終了した。酸化性雰囲気全体の晶析反応の割合は、12.5%であった。 In the particle growth step, the switching operation 1 is performed 29 minutes (12.1% with respect to the entire particle growth step) from the start of the particle growth step, and the crystallization reaction in an oxidizing atmosphere is performed for 2.5 minutes (particles). After continuing the switching operation 2 (1.0% with respect to the entire growth process), the crystallization reaction in a non-oxidizing atmosphere was continued for 37.5 minutes (15.6% with respect to the entire particle growth process). .. Subsequently, the switching operation 1 is performed again, the crystallization reaction in the oxidizing atmosphere is continued for 5.0 minutes (2.1% with respect to the entire particle growth step), and then the switching operation 2 is performed to perform the non-oxidizing property. The crystallization reaction in the atmosphere was continued for 45 minutes (18.8% of the total particle growth step). Then, the switching operation 1 is performed again, the crystallization reaction in the oxidizing atmosphere is continued for 7.5 minutes (3.1% with respect to the entire particle growth step), and then the switching operation 2 is performed to perform the non-oxidizing atmosphere. The crystallization reaction in (20.6% with respect to the entire particle growth step) was continued for 49.5 minutes. Further, switching operation 1 is performed, and the crystallization reaction in an oxidizing atmosphere is continued for 15.0 minutes (6.3% with respect to the entire particle growth step), and then switching operation 2 is performed to crystallize in a non-oxidizing atmosphere. After 49.0 minutes (20.4% with respect to the entire particle growth step) of the analysis reaction, the supply of all the aqueous solutions was stopped to complete the particle growth step. The rate of crystallization reaction in the entire oxidizing atmosphere was 12.5%.

中心部粒径比、第1の低密度層粒径比、第1の高密度層粒径比、第2の低密度層粒径比、第2の高密度層粒径比、第3の低密度層粒径比、第3の高密度層粒径比、第4の低密度層粒径比、および、第4の高密度層(外殻部)粒径比は、それぞれ、20%、5%、5%、5%、5%、5%、5%、5%、および5%であった。 Central particle size ratio, first low density layer particle size ratio, first high density layer particle size ratio, second low density layer particle size ratio, second high density layer particle size ratio, third low The density layer particle size ratio, the third high density layer particle size ratio, the fourth low density layer particle size ratio, and the fourth high density layer (outer shell) particle size ratio are 20% and 5 respectively. %, 5%, 5%, 5%, 5%, 5%, 5%, and 5%.

さらに、得られた複合水酸化物粒子を用いて、実施例1と同様にして、正極活物質および二次電池を得て、その評価を行った。 Further, using the obtained composite hydroxide particles, a positive electrode active material and a secondary battery were obtained in the same manner as in Example 1, and their evaluation was performed.

(比較例1)
前駆体水酸化物粒子の晶析工程において、粒成長工程をすべて非酸化性雰囲気にて行い、かつ、粒径が約5μmになるように、反応時間を制御したこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子、正極活物質および二次電池を得て、その評価を行った。得られた水酸化物粒子は全体が板状一次粒子の凝集体により構成された二次粒子からなり、得られた正極活物質は、中実の二次粒子であった。
(Comparative Example 1)
In the crystallization step of the precursor hydroxide particles, all the grain growth steps were performed in a non-oxidizing atmosphere, and the reaction time was controlled so that the particle size was about 5 μm. In the same manner, composite hydroxide particles, a positive electrode active material and a secondary battery were obtained and evaluated . The obtained hydroxide particles were entirely composed of secondary particles composed of aggregates of plate-shaped primary particles, and the obtained positive electrode active material was solid secondary particles.

実施例1~3の正極活物質のそれぞれのBET比表面積S(m/g)とタップ密度m(g/cm)を用いて、最小二乗法により、式1における傾きaの値を算出したところ、傾きaは、-0.11であり、-0.15<a<0.15の範囲内にあった。
m=aS+b ・・・(式1)
Using the BET specific surface area S (m 2 / g) and tap density m (g / cm 3 ) of each of the positive electrode active materials of Examples 1 to 3, the value of the inclination a in Equation 1 is calculated by the minimum square method. As a result, the inclination a was −0.11 and was in the range of −0.15 <a <0.15.
m = aS + b ... (Equation 1)

しかしながら、比較例1の正極活物質のBET比表面積S(m/g)とタップ密度m(g/cm)は、この式1における傾きaが、-0.15<a<0.15となる範囲に属していなかった。 However, the BET specific surface area S (m 2 / g) and tap density m (g / cm 3 ) of the positive electrode active material of Comparative Example 1 have a slope a in this formula 1 of −0.15 <a <0.15. It did not belong to the range of.

Figure 0007087379000001
Figure 0007087379000001

Figure 0007087379000002
Figure 0007087379000002

Figure 0007087379000003
Figure 0007087379000003

本発明の範囲内にある、実施例1~実施例3の正極活物質を用いた二次電池では、比較例1との比較において、いずれも初期放電容量が増加し、正極抵抗が低減していることが確認された。 In the secondary batteries using the positive electrode active materials of Examples 1 to 3, which are within the scope of the present invention, the initial discharge capacity is increased and the positive electrode resistance is reduced in each of the secondary batteries as compared with Comparative Example 1. It was confirmed that there was.

1 正極(評価用電極)
2 負極
3 セパレータ
4 ガスケット
5 正極缶
6 負極缶
B 2032型コイン電池
1 Positive electrode (evaluation electrode)
2 Negative electrode 3 Separator 4 Gasket 5 Positive electrode can 6 Negative electrode can B 2032 type coin battery

Claims (12)

反応槽内に、少なくとも遷移金属を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、晶析反応によって、非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物粒子を製造する方法であって、
前記反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を12.0~14.0の範囲となるように制御することにより、核生成を行う核生成工程と、該核生成工程で得られた核を含む反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を、前記核生成工程のpH値よりも低く、かつ、10.5~12.0の範囲となるように制御することにより、前記核を成長させる、粒子成長工程とを備え、
前記核生成工程および前記粒子成長工程の初期段階における反応雰囲気を酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に調整し、前記粒子成長工程の初期段階の後に、前記原料水溶液の供給を継続しながら、酸化性ガスを導入することにより、前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から酸素の濃度が5容量%を超える酸化性雰囲気に切り替え、さらに、前記原料水溶液の供給を継続しながら、非酸化性ガスを導入することにより、前記反応雰囲気を、前記酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替える雰囲気制御を、2回以上行い、および、
前記反応雰囲気の切り替えに際して、前記酸化性ガスおよび前記非酸化性ガスの導入を、散気管を用いて行うとともに、前記反応雰囲気の切り替えを、前記粒子成長工程において添加される全金属量に対し酸化性雰囲気で添加された金属量の割合で定義される、前記酸化性雰囲気での晶析反応全体の割合が前記粒子成長工程全体に対して3%~30%の範囲となり、かつ、前記酸化性雰囲気でのそれぞれの晶析反応の割合が前記粒子成長工程全体に対して1%~12.5%の範囲となるように制御する、
遷移金属含有複合水酸化物粒子の製造方法。
A reaction aqueous solution is formed by supplying an aqueous solution containing at least a transition metal and an aqueous solution containing an ammonium ion feeder into the reaction vessel, and a precursor of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is formed by a crystallization reaction. A method for producing a transition metal-containing composite hydroxide particle as a body.
By controlling the pH value of the reaction aqueous solution based on the liquid temperature of 25 ° C. so as to be in the range of 12.0 to 14.0, the nucleation step of performing nucleation and the nucleation obtained in the nucleation step can be obtained. The nuclei are grown by controlling the pH value of the contained reaction aqueous solution at a liquid temperature of 25 ° C., which is lower than the pH value of the nucleation step and in the range of 10.5 to 12.0. , With a particle growth process,
The reaction atmosphere in the initial stages of the nucleation generation step and the particle growth step is adjusted to a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less, and the supply of the raw material aqueous solution is continued after the initial step of the particle growth step. However, by introducing an oxidizing gas, the reaction atmosphere is switched from the non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere in which the oxygen concentration exceeds 5% by volume, and the raw material aqueous solution is continuously supplied while being non-oxidized. By introducing an oxidizing gas, the atmosphere control for switching the reaction atmosphere from the oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less is performed twice or more, and
When switching the reaction atmosphere, the oxidizing gas and the non-oxidizing gas are introduced using an air diffuser, and the reaction atmosphere is switched by oxidizing the total amount of metal added in the particle growth step. The ratio of the entire crystallization reaction in the oxidizing atmosphere, which is defined by the ratio of the amount of metal added in the sexual atmosphere, is in the range of 3% to 30% with respect to the entire particle growth step, and the oxidizing property. The ratio of each crystallization reaction in the atmosphere is controlled to be in the range of 1% to 12.5% with respect to the entire particle growth step.
A method for producing transition metal-containing composite hydroxide particles.
前記遷移金属含有複合水酸化物粒子は、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成を有する、請求項1に記載の遷移金属含有複合水酸化物粒子の製造方法。 The transition metal-containing composite hydroxide particles have the general formula (A): Ni x Mn y Coz M t (OH) 2 + a (x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦. 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ a ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf , Ta, W), the method for producing a transition metal-containing composite hydroxide particle according to claim 1, which has a composition represented by one or more additive elements). 前記粒子成長工程後に、前記遷移金属含有複合水酸化物粒子を、前記添加元素Mを含む化合物で被覆する、被覆工程をさらに備える、請求項2に記載の遷移金属含有複合水酸化物粒子の製造方法。 The production of the transition metal-containing composite hydroxide particles according to claim 2, further comprising a coating step of coating the transition metal-containing composite hydroxide particles with a compound containing the additive element M after the particle growth step. Method. 非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物粒子であって、複数の板状一次粒子および該板状一次粒子よりも小さな微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなり、
前記二次粒子は、前記板状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、該中心部の外側に、該板状一次粒子および前記微細一次粒子が凝集して形成された低密度層と、該板状一次粒子が凝集して形成された高密度層とが積層した積層構造を2つ以上備え、
前記低密度層は、前記微細一次粒子が凝集して形成された低密度部と、前記板状一次粒子が凝集して形成された高密度部とを備え、前記高密度層は、前記低密度層を構成する前記高密度部によって、前記中心部および/または他の高密度層と連結されており、および、
前記二次粒子は、平均粒径が1μm~15μmの範囲にあり、かつ、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕が0.65以下である、
遷移金属含有複合水酸化物粒子。
Transition metal-containing composite hydroxide particles that are precursors of positive electrode active materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries, and are formed by agglomeration of a plurality of plate-shaped primary particles and fine primary particles smaller than the plate-shaped primary particles. Consists of secondary particles
The secondary particles have a central portion formed by aggregating the plate-shaped primary particles, and have a low density formed by agglomerating the plate-shaped primary particles and the fine primary particles on the outside of the central portion. It is provided with two or more laminated structures in which a layer and a high-density layer formed by aggregating the plate-shaped primary particles are laminated.
The low-density layer includes a low-density portion formed by aggregating the fine primary particles and a high-density portion formed by agglomerating the plate-shaped primary particles, and the high-density layer comprises the low-density portion. The high-density portion constituting the layer is connected to the central portion and / or other high-density layer, and
The secondary particles have an average particle size in the range of 1 μm to 15 μm, and have an index [(d90-d10) / average particle size MV] indicating the spread of the particle size distribution of 0.65 or less.
Transition metal-containing composite hydroxide particles.
前記遷移金属含有複合水酸化物粒子は、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成を有する、請求項に記載の遷移金属複合水酸化物粒子。 The transition metal-containing composite hydroxide particles have the general formula (A): Ni x Mn y Coz M t (OH) 2 + a (x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦. 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, 0 ≦ a ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf , Ta, W), the transition metal composite hydroxide particle according to claim 4 , which has a composition represented by one or more additive elements). 前記添加元素Mは、前記二次粒子の表面を被覆している、請求項に記載の遷移金属複合水酸化物粒子。
The transition metal composite hydroxide particle according to claim 5 , wherein the additive element M covers the surface of the secondary particle.
請求項4~6のいずれかに記載の遷移金属含有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、
前記混合工程で形成された前記リチウム混合物を、酸化性雰囲気中、700℃~920℃の範囲にある温度で焼成する焼成工程と、
を備える、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
A mixing step of mixing the transition metal-containing composite hydroxide particles according to any one of claims 4 to 6 with a lithium compound to form a lithium mixture.
A firing step of firing the lithium mixture formed in the mixing step at a temperature in the range of 700 ° C. to 920 ° C. in an oxidizing atmosphere, and a firing step.
A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記混合工程において、前記リチウム混合物を、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と、リチウムの原子数との比が、1:0.95~1.5となるように調整する、請求項7に記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 In the mixing step, the lithium mixture is adjusted so that the ratio of the sum of the atoms of metals other than lithium contained in the lithium mixture to the number of atoms of lithium is 1: 0.95 to 1.5. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 7. 前記混合工程前に、前記遷移金属含有複合水酸化物粒子を105℃~750℃の範囲にある温度で熱処理する、熱処理工程をさらに備える、請求項7または8に記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 7 or 8, further comprising a heat treatment step of heat-treating the transition metal-containing composite hydroxide particles at a temperature in the range of 105 ° C. to 750 ° C. before the mixing step. A method for manufacturing a positive electrode active material for use. 前記非水電解質二次電池用正極活物質は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表され、多孔質構造を有する六方晶系のリチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子からなる、請求項7~9のいずれかに記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery has a general formula (B): Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 (-0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0.3). ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, 7. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the above. リチウム遷移金属含有複合酸化物粒子からなる非水電解質二次電池用正極活物質であって、
複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成され、
前記二次粒子は、前記凝集した一次粒子により形成された外殻部と、該外殻部の内側に存在し、前記凝集した一次粒子により形成され、かつ、前記外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、該凝集部の中に分散して存在する複数の空間部とを備えた多孔質構造を有し、
前記二次粒子の平均粒径MVは、1μm~15μmの範囲にあり、かつ、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は、0.7以下であり、
2.0/g~4.0m/gの範囲にあるBET比表面積、および、1.0g/cm~2.0g/cmの範囲にあるタップ密度を有し、および、
前記二次粒子の断面観察により計測される前記複数の空間部の全体の面積割合が、前記二次粒子の断面積に対して15%~30%の範囲にある、
非水電解質二次電池用正極活物質。
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery composed of lithium transition metal-containing composite oxide particles.
It is composed of secondary particles formed by agglomeration of multiple primary particles.
The secondary particles are present in the outer shell portion formed by the aggregated primary particles and inside the outer shell portion, are formed by the aggregated primary particles, and are electrically conductive with the outer shell portion. It has a porous structure including an agglomerated portion and a plurality of spatial portions dispersed in the agglomerated portion.
The average particle size MV of the secondary particles is in the range of 1 μm to 15 μm, and [(d90-d10) / average particle size MV], which is an index showing the spread of the particle size distribution of the secondary particles, is 0. .7 or less,
It has a BET specific surface area in the range of 2.0 m 2 / g to 4.0 m 2 / g and a tap density in the range of 1.0 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3 .
The total area ratio of the plurality of spaces measured by observing the cross section of the secondary particles is in the range of 15% to 30% with respect to the cross-sectional area of the secondary particles.
Non-aqueous electrolyte Positive electrode active material for secondary batteries.
前記リチウム遷移金属複合酸化物粒子は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成、および、層状構造からなる六方晶系の結晶構造を有する、請求項11に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。 The lithium transition metal composite oxide particles have the general formula (B): Li 1 + u Ni x Mn y Co z M t O 2 (−0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z + t = 1, 0.3 ≦ x ≦. 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ t ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo , Hf, Ta, W), and a hexagonal crystal structure having a layered structure, according to claim 11. For positive electrode active material.
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