JP7134590B2 - Method for producing crack-free lithium-ion battery positive electrode active material precursor - Google Patents

Method for producing crack-free lithium-ion battery positive electrode active material precursor Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン電池正極活物質前駆体として有用な、割れのない比較的大粒径の球状もしくは近球状の複合金属水酸化物粒子の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing crack-free, relatively large spherical or near-spherical composite metal hydroxide particles useful as a positive electrode active material precursor for lithium ion batteries.

リチウムイオン電池の歴史は古く、その商業生産は1990年代に始まっている。しかしながら、リチウムイオン電池の開発は、2000年以降の携帯端末、スマートフォン、電気自動車などの普及によって本格的に発展したと言ってよい。リチウムイオン電池は、他の電池と同様に正極、負極、電解質、外装体を主な構成部材とするが、中でも正極に用いられる正極活物質はリチウムイオン電池の電池性能を左右する重要な材料である。リチウムイオン電池に用いられる正極活物質としては、コバルト酸リチウム、三元系複合酸化物、ニッケル系複合酸化物、スピネル型複合酸化物、オリビン型化合物等が知られており、中でもコバルト酸リチウム、三元系複合酸化物、ニッケル系複合酸化物は大きな放電容量を持つ、層状の結晶構造を持つ複合酸化物として知られている。 Lithium-ion batteries have a long history, and their commercial production began in the 1990s. However, it can be said that the development of lithium-ion batteries has progressed in earnest with the spread of mobile terminals, smart phones, electric vehicles, and the like since 2000. Lithium-ion batteries, like other batteries, are made up mainly of a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and an outer casing. be. As positive electrode active materials used in lithium-ion batteries, lithium cobaltate, ternary composite oxides, nickel-based composite oxides, spinel-type composite oxides, olivine-type compounds and the like are known. Ternary composite oxides and nickel-based composite oxides are known as composite oxides having a layered crystal structure and having a large discharge capacity.

一般的に、層状複合金属酸化物からなる正極活物質の製造は前駆体である複合金属水酸化物とリチウム化合物を粉体混合し、酸化雰囲気下で焼成することにより製造される。焼成工程では前駆体である複合金属水酸化物の粒子の形状がほぼ維持される。したがって正極活物質の製造において粒子形状が球状である前駆体を用いると粒子形状が同じく球状となった正極活物質が得られる。一般的に、粉体を充填・圧縮する場合は、粉体を構成する粒子がより球状に近く、個々の粒子にひび割れがより少ないほど、粒子間が均一に分布し、個々の粒子の表面に加わる荷重が均一で充填によるさらなる粒子の割れや変形が少ない。このため、正極活物質粒子を電極上に充填する時にも、正極活物質の粒子がひび割れのない球状の形状であれば、電極上に均一で欠損のない正極活物質粒子層を形成することができる。このような均一で欠損のない正極活物質粒子層が形成された電極は、電池の充放電特性にとって好ましい。したがって、正極活物質の前駆体粒子の形状をひび割れのない球状に制御する技術が、リチウムイオン電池の性能向上のために求められている。より大粒径でひび割れのない球状の複合金属水酸化物粒子からなる前駆体は、より高密度の正極活物質層を電極上に形成するために、特に好ましい。 In general, a positive electrode active material composed of a layered composite metal oxide is produced by powder-mixing a precursor composite metal hydroxide and a lithium compound and firing the mixture in an oxidizing atmosphere. In the baking step, the shape of the particles of the composite metal hydroxide, which is the precursor, is substantially maintained. Therefore, when a precursor having a spherical particle shape is used in the production of a positive electrode active material, a positive electrode active material having the same spherical particle shape can be obtained. In general, when filling and compressing powder, the more spherical the particles that make up the powder are, and the less cracks there are in individual particles, the more evenly distributed the particles will be, and The applied load is uniform and there is little further cracking or deformation of the particles due to filling. Therefore, even when the positive electrode active material particles are filled on the electrode, if the positive electrode active material particles have a spherical shape without cracks, a uniform positive electrode active material particle layer without defects can be formed on the electrode. can. An electrode on which such a uniform and defect-free positive electrode active material particle layer is formed is preferable for the charge/discharge characteristics of the battery. Therefore, a technology for controlling the shape of the precursor particles of the positive electrode active material into a spherical shape without cracks is required for improving the performance of the lithium ion battery. A precursor composed of spherical composite metal hydroxide particles with a larger particle size and no cracks is particularly preferred for forming a higher density positive electrode active material layer on an electrode.

前駆体としての複合金属水酸化物は、一般的には、可溶性金属塩の水溶液にアルカリ水溶液及び錯化剤を加える共沈法により製造される。共沈反応において、反応スラリー中の複合金属水酸化物の粒子同士が攪拌によって衝突し次第にその形状は球状に近づく。しかしながら、複合金属水酸化物の粒子が大きくなると粒子相互の衝突時に粒子が割れてしまい、目的の粒径に到達しないという問題があった。大粒径で割れのない球形或いは近球形の前駆体粒子を製造する技術は重要であるにも関わらず、これまで詳細には検討されてこなかった。 A composite metal hydroxide as a precursor is generally produced by a coprecipitation method in which an alkaline aqueous solution and a complexing agent are added to an aqueous solution of a soluble metal salt. In the coprecipitation reaction, the particles of the composite metal hydroxide in the reaction slurry collide with each other due to stirring and gradually approach a spherical shape. However, when the particles of the composite metal hydroxide become large, there is a problem that the particles break when they collide with each other, so that the desired particle size cannot be achieved. Despite the importance of the technology for producing large-sized, crack-free, spherical or near-spherical precursor particles, it has not been studied in detail so far.

例えば特許文献1では、粒子形状は球状でその表面に一様に凹凸を成すものである正極活物質が開示されている。ここで粒子形状が球形であることは言及されているものの、その前駆体調製時の割れを防止する方法に関する記載はない。例えば特許文献2には、粒子形状が六角柱状であり、かつ0.5≦(2c)/(a+b)≦1(式中のaは底面の平均長軸径、bは底面の平均短軸径、cは平均粒子高さを示す。)であるリチウムイオン二次電池用正極活物質が開示されている。しかしここにも前駆体の調製に関して何ら記載がない。 For example, Patent Literature 1 discloses a positive electrode active material having a spherical particle shape and uniformly uneven surfaces. Although it is mentioned here that the particle shape is spherical, there is no description of how to prevent cracking during preparation of the precursor. For example, in Patent Document 2, the particle shape is hexagonal columnar, and 0.5 ≤ (2c) / (a + b) ≤ 1 (where a is the average major axis diameter of the bottom surface, b is the average minor axis diameter of the bottom surface , c represents the average particle height). However, there is no mention here either of the preparation of the precursor.

ところでニッケル系正極活物質は一般的には、前駆体としてのニッケル・コバルト複合金属水酸化物と必要に応じて使用するアルミニウムなどの微量元素を含む化合物、リチウム化合物とからなる混合物を焼成して得られる。ニッケル系正極活物質の性能は焼成に用いた前駆体の粒度分布などの性状が大きく関与していることが知られている。そこで、より優れた正極活物質の前駆体として有効なニッケル・コバルト複合金属水酸化物を製造するための様々な方法が提案されている。例えば特許文献3には、傾斜板沈降装置を有する反応器を用いて球状で規則的な粒子形状を有するニッケル・コバルト複合金属水酸化物を製造することが記載されている。特許文献3に開示された製造方法はニッケル及びコバルトを含む複合金属水酸化物を製造するための汎用性の高い手段ではある。しかし、特許文献3に記載された製造方法では、近年特に注目されているリチウム、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む正極活物質(NCA系正極活物質)の前駆体、すなわちニッケルとコバルトと任意にアルミニウムを含む複合金属水酸化物の製造に注目したものではなかった。 By the way, a nickel-based positive electrode active material is generally produced by firing a mixture of a nickel-cobalt composite metal hydroxide as a precursor, a compound containing a trace element such as aluminum, and a lithium compound, which are used as necessary. can get. It is known that properties such as the particle size distribution of the precursor used for sintering are greatly involved in the performance of the nickel-based positive electrode active material. Accordingly, various methods have been proposed for producing a nickel-cobalt composite metal hydroxide that is effective as a precursor of a better positive electrode active material. For example, Patent Literature 3 describes the production of a nickel-cobalt composite metal hydroxide having spherical and regular particle shapes using a reactor having an inclined plate sedimentation device. The production method disclosed in Patent Document 3 is a highly versatile means for producing a composite metal hydroxide containing nickel and cobalt. However, in the production method described in Patent Document 3, the precursor of the positive electrode active material (NCA-based positive electrode active material) containing lithium, nickel, cobalt, and aluminum, which has attracted particular attention in recent years, that is, nickel and cobalt and optionally aluminum It did not focus on the production of composite metal hydroxides containing.

このように、リチウムイオン電池の正極活物質、特にNCA系正極活物質の前駆体として有用な、大粒径でひび割れのない球状の、ニッケルとコバルトと任意にアルミニウムを含む複合金属水酸化物からなる粒子の製造方法には未だ改善の余地がある。
Thus, from a composite metal hydroxide containing nickel, cobalt, and optionally aluminum, which is useful as a positive electrode active material for a lithium ion battery, particularly as a precursor of an NCA-based positive electrode active material, having a large particle size and a crack-free spherical shape, There is still room for improvement in the method for producing such particles.

特開平6-333562号公報JP-A-6-333562 特開2003-151546号公報JP 2003-151546 A 特許第5227306号公報Japanese Patent No. 5227306

本発明はリチウムイオン電池の正極活物質の前駆体として好適な、ニッケルとコバルトと任意にアルミニウムを含む複合金属水酸化物からなる粒子の製造を目的とする。本発明では上記複合金属水酸化物の製造方法を改良することによって、これまで得られていない、大粒径で割れのない球状もしくは近球状の、高品質の正極活物質の原料として期待される正極活物質前駆体粒子を得ることに成功した。 The present invention is directed to the production of particles of composite metal hydroxides containing nickel, cobalt and optionally aluminum, which are suitable as precursors for positive electrode active materials in lithium ion batteries. In the present invention, by improving the method for producing the above composite metal hydroxide, it is expected to be a raw material for a high-quality positive electrode active material with a large particle size and a crack-free spherical or near-spherical shape, which has not been obtained so far. We succeeded in obtaining positive electrode active material precursor particles.

本発明者らは、共沈反応を用いたニッケルとコバルトと任意にアルミニウムを含む複合金属水酸化物の製造方法において、沈殿帯域の温度と沈殿帯域に与える攪拌動力とを制御することによって、目的とする、大粒径で割れのない球状もしくは近球状の上記複合金属水酸化物粒子を製造できることを見出した。すなわち本発明は以下のものである。 The present inventors have found that, in a method for producing a composite metal hydroxide containing nickel, cobalt and optionally aluminum using a coprecipitation reaction, by controlling the temperature of the precipitation zone and the stirring power applied to the precipitation zone, the object The present inventors have found that it is possible to produce spherical or near-spherical composite metal hydroxide particles having a large particle size and no cracks. That is, the present invention is as follows.

(発明1)出発物質を反応器中で混合し、反応器中の反応帯域で化合物を沈殿させ、沈殿生成物をろ過及び乾燥することによって、式:NiCoAl(OH)(a=0.70~0.95、b=0.02~0.20、c=0~0.1、d=2.0~2.1、a+b+c=1)で示される組成を有する平均粒径が10.0μm以上の複合金属水酸化物からなる粒子を製造する方法であって、上記反応帯域の液温が60℃以上であり、該反応帯域に与える攪拌動力が2.2kw/m以下である、複合金属水酸化物の製造方法。
(発明2)複合金属水酸化物粒子が球状もしくは近球状であり、1000倍に拡大した走査型電子顕微鏡写真で上記複合金属水酸化物粒子表面の割れが観察されない、発明1の複合金属水酸化物の製造方法。
(発明3)以下の装置:
反応器中での沈殿により化合物を製造するための装置であって、前記反応器が傾斜板沈降装置を有し、出発物質溶液を前記反応器の反応帯域内への導入時に均質混合するのに適合させた装置であって、 前記傾斜板沈降装置が、前記反応帯域に直接接続されるように前記反応器と一体化され、かつ少なくとも1つのポンプを介して少なくとも1つの循環容器に接続され、前記反応器内の生成物懸濁液から前記少なくとも1つの循環容器まで濁った液体を吸引し、該濁った液体からフィルタエレメントを通して固体の微粒分級物を除去した後の液体を、循環容器から取り出し、かつ反応器へ直接返送することによって、前記反応器内の生成物懸濁液の粒度分布が、より高いD50値へ変位されることを特徴とする、反応器中での沈殿により化合物を製造するための装置:
を用いる、発明1または2の複合金属水酸化物の製造方法。
(発明4)発明1~3のいずれかの複合金属水酸化物の製造方法によってリチウムイオン電池の正極活物質の前駆体を製造する工程と、この前駆体と少なくともリチウム化合物とを含む混合物を焼成する工程とを含む、リチウムイオン電池正極活物質の製造方法。
(Invention 1) By mixing the starting materials in a reactor, precipitating the compound in the reaction zone in the reactor, filtering and drying the precipitated product, a compound of the formula: NiaCobAlc ( OH )d ( a = 0.70 to 0.95, b = 0.02 to 0.20, c = 0 to 0.1, d = 2.0 to 2.1, a + b + c = 1) average grain having the composition shown A method for producing particles composed of a composite metal hydroxide having a diameter of 10.0 μm or more, wherein the liquid temperature in the reaction zone is 60° C. or higher, and the stirring power applied to the reaction zone is 2.2 kw/m 3 . The following method for producing a composite metal hydroxide.
(Invention 2) The composite metal hydroxide of Invention 1, wherein the composite metal hydroxide particles are spherical or near-spherical, and cracks on the surface of the composite metal hydroxide particles are not observed in a scanning electron micrograph magnified 1000 times. A method of making things.
(Invention 3) The following device:
Apparatus for producing a compound by precipitation in a reactor, said reactor comprising a tilted plate settler for intimately mixing a starting material solution as it is introduced into the reaction zone of said reactor. an adapted apparatus, wherein said inclined plate settler is integrated with said reactor so as to be directly connected to said reaction zone and is connected via at least one pump to at least one circulation vessel; aspirating turbid liquid from the product suspension in the reactor to the at least one circulation vessel and removing the liquid from the circulation vessel after removing solid particulate fractions from the turbid liquid through a filter element; , and by direct recycling to the reactor, the particle size distribution of the product suspension in said reactor is shifted to higher D50 values. Equipment for:
The method for producing a composite metal hydroxide according to Invention 1 or 2, wherein
(Invention 4) A step of producing a precursor of a positive electrode active material for a lithium ion battery by the method for producing a composite metal hydroxide according to any one of Inventions 1 to 3, and firing a mixture containing the precursor and at least a lithium compound. A method for producing a lithium ion battery positive electrode active material, comprising:

本発明により、リチウムイオン電池の正極活物質特にNCA系正極活物質の前駆体として利用価値の高い、大粒径で割れがなく球状もしくは近球状の複合金属水酸化物が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, there is provided a spherical or near-spherical composite metal hydroxide having a large particle size and no cracks, which is highly useful as a positive electrode active material for lithium ion batteries, particularly as a precursor of an NCA-based positive electrode active material.

本発明の製造方法で使用可能な傾斜板沈降装置の例を模式的に表す。1 schematically represents an example of an inclined plate sedimentation apparatus that can be used in the manufacturing method of the present invention. 本発明の製造方法で使用可能な傾斜板沈降装置の例を模式的に表す。1 schematically represents an example of an inclined plate sedimentation apparatus that can be used in the manufacturing method of the present invention. 本発明の製造方法で使用可能な傾斜板沈降装置の機能を理解するための模式図。Schematic diagram for understanding the function of an inclined plate sedimentation device that can be used in the manufacturing method of the present invention. 本発明の製造方法で使用可能な反応器とその付属装置を模式的に表す。1 schematically represents a reactor and its ancillary equipment that can be used in the production method of the present invention. 実施例1で得られた複合金属水酸化物粒子の走査型電子顕微鏡写真。1 is a scanning electron micrograph of composite metal hydroxide particles obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた複合金属水酸化物粒子の走査型電子顕微鏡写真。2 is a scanning electron micrograph of composite metal hydroxide particles obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得られた複合金属水酸化物粒子の走査型電子顕微鏡写真。4 is a scanning electron micrograph of composite metal hydroxide particles obtained in Example 3. FIG. 比較例1で得られた複合金属水酸化物粒子の走査型電子顕微鏡写真。1 is a scanning electron micrograph of composite metal hydroxide particles obtained in Comparative Example 1. FIG. 比較例2で得られた複合金属水酸化物粒子の走査型電子顕微鏡写真。4 is a scanning electron micrograph of composite metal hydroxide particles obtained in Comparative Example 2. FIG. 比較例3で得られた複合金属水酸化物粒子の走査型電子顕微鏡写真。4 is a scanning electron micrograph of composite metal hydroxide particles obtained in Comparative Example 3. FIG.

本発明の方法を以下に詳述する。
(出発物質)
発明の製造方法における出発物質は、ニッケル含有水溶性化合物、コバルト含有水溶性化合物と、必要に応じて使用するアルミニウム含有水溶性化合物である。ニッケル含有水溶性化合物としては硫酸ニッケルが好ましい。コバルト含有水溶性化合物としては硫酸コバルトが好ましい。アルミニウム含有水溶性化合物としてはアルミン酸ナトリウムが好ましい。これら好ましい水溶性化合物として市販物を制限なく用いることができる。以下、出発物質として硫酸ニッケル、硫酸コバルト、アルミン酸ナトリウムを用いる場合について説明する。出発物質が上記化合物以外の水溶性化合物の場合も以下に説明する条件を適宜変更して同等の複合金属水酸化物粒子を製造することができる。
The method of the invention is detailed below.
(starting material)
Starting materials in the production method of the invention are a nickel-containing water-soluble compound, a cobalt-containing water-soluble compound, and optionally an aluminum-containing water-soluble compound. Nickel sulfate is preferred as the nickel-containing water-soluble compound. Cobalt sulfate is preferred as the cobalt-containing water-soluble compound. Sodium aluminate is preferred as the aluminum-containing water-soluble compound. Commercially available products can be used without limitation as these preferred water-soluble compounds. The case where nickel sulfate, cobalt sulfate, and sodium aluminate are used as starting materials will be described below. Even when the starting material is a water-soluble compound other than the above compounds, equivalent composite metal hydroxide particles can be produced by appropriately changing the conditions described below.

それぞれの出発物質は水溶液として準備される。すなわち硫酸ニッケルの、濃度が一般的には15重量%以上30重量%以下、好ましくは20重量%以上25重量%以下である水溶液を準備する。硫酸コバルトの、濃度が一般的には15重量%以上25重量%以下、好ましくは18重量%以上23重量%以下である水溶液を準備する。上記硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液とは、反応器外の別々の容器に投入される。 Each starting material is prepared as an aqueous solution. That is, an aqueous solution of nickel sulfate having a concentration of generally 15% by weight or more and 30% by weight or less, preferably 20% by weight or more and 25% by weight or less is prepared. An aqueous solution of cobalt sulfate having a concentration of generally 15% by weight or more and 25% by weight or less, preferably 18% by weight or more and 23% by weight or less is prepared. The nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution are charged into separate containers outside the reactor.

ニッケルとコバルトと、さらに、NCA系正極活物質を構成するアルミニウム原子の一部以上に相当するアルミニウムとを含有する前駆体を製造する場合には、アルミン酸ナトリウム水溶液が出発物質に含まれる。この場合には、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む複合金属水酸化物である前駆体とリチウム化合物、さらに必要に応じて追加のアルミニウム含有化合物とからなる混合物を焼成することによってNCA系正極活物質が得られる。アルミニウム原子を含まずニッケル及びコバルトを含有する前駆体を製造する場合には、出発物質にアルミン酸ナトリウムは含まれない。この場合には、ニッケルとコバルトとを含む複合金属水酸化物である前駆体と、リチウム化合物と、アルミニウム化合物とからなる混合物を焼成することによってNCA系正極活物質が得られる。本発明でアルミン酸ナトリウムは水酸化ナトリウム水溶液に溶解された状態で、すなわちアルミン酸ナトリウムのアルカリ水溶液として、反応器外の硫酸ニッケル水溶液あるいは硫酸コバルト水溶液の容器とは異なる容器に投入される。 When producing a precursor containing nickel, cobalt, and aluminum corresponding to at least part of the aluminum atoms constituting the NCA-based positive electrode active material, an aqueous sodium aluminate solution is included in the starting material. In this case, the NCA-based positive electrode active material is produced by firing a mixture of a precursor which is a composite metal hydroxide containing nickel, cobalt, and aluminum, a lithium compound, and, if necessary, an additional aluminum-containing compound. can get. When producing nickel and cobalt containing precursors without aluminum atoms, the starting materials do not include sodium aluminate. In this case, the NCA-based positive electrode active material is obtained by firing a mixture of a precursor, which is a composite metal hydroxide containing nickel and cobalt, a lithium compound, and an aluminum compound. In the present invention, sodium aluminate dissolved in an aqueous sodium hydroxide solution, that is, as an alkaline aqueous solution of sodium aluminate, is charged into a container different from the container for the aqueous nickel sulfate solution or the aqueous cobalt sulfate solution outside the reactor.

本発明の方法では、反応帯域の沈殿反応を制御するために、補助的な出発物質として、沈殿剤すなわち水酸化ナトリウム水溶液と錯化剤すなわちアンモニア水、純水を準備する。水酸化ナトリウム水溶液とアンモニア水の濃度は反応帯域の容量と設定すべきpHによって適宜調節される。これらの補助的な出発物質は反応器外の上記各種水溶液の容器とは別の容器に投入される。 In order to control the precipitation reaction in the reaction zone, the method of the present invention prepares a precipitant, ie, an aqueous sodium hydroxide solution, a complexing agent, ie, ammonia water, and pure water as auxiliary starting materials. The concentrations of the aqueous sodium hydroxide solution and aqueous ammonia solution are appropriately adjusted according to the capacity of the reaction zone and the pH to be set. These auxiliary starting materials are charged into containers separate from the containers of the above various aqueous solutions outside the reactor.

(混合)
本発明の方法では、攪拌手段を有する反応器において上記出発物質が混合され出発物質の反応帯域が形成される。このような反応器には上記出発物質の容器が連結する。上記出発物質が連続的にあるいは間欠的に反応器に供給され、反応帯域で共沈反応が開始、進行する。
(mixture)
In the process of the present invention, the starting materials are mixed in a reactor having stirring means to form a starting material reaction zone. Connected to such a reactor is a container of the starting materials described above. The above starting materials are continuously or intermittently fed to the reactor, and the coprecipitation reaction starts and progresses in the reaction zone.

硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液とは反応器外であらかじめ混合された後に反応器内に供給される。アルミン酸ナトリウムのアルカリ水溶液は硫酸ニッケルと硫酸コバルト水溶液との混合物とは異なる流路で反応器に供給される。 The nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution are mixed in advance outside the reactor and then fed into the reactor. The aqueous alkali solution of sodium aluminate is fed to the reactor in a different flow path than the mixture of nickel sulfate and cobalt sulfate solution.

出発物質は目的とする複合金属水酸化物の元素組成に応じた濃度あるいは体積で、すなわち、出発物質に含まれるニッケル元素とコバルト元素さらに必要に応じてアルミニウム元素が反応帯域において目標とする組成:NiCoAl(OH)(a=0.70~0.95、b=0.02~0.20、c=0~0.1、d=2.0~2.1、a+b+c=1)を有する複合金属水酸化物を生成するような量比で、反応器内部で混合される。 The starting materials are in concentrations or volumes depending on the elemental composition of the desired composite metal hydroxide, i.e. the elements nickel and cobalt and optionally aluminum contained in the starting materials in the reaction zone with the desired composition: Ni a Co b Al c (OH) d (a=0.70-0.95, b=0.02-0.20, c=0-0.1, d=2.0-2.1, a+b+c = 1) are mixed inside the reactor in a quantity ratio to produce a composite metal hydroxide.

本発明で用いる攪拌手段を有する反応器としては公知のものが制限なく使用される。反応器本体の形状や材質に特に制限はなく、好ましくはタンク形状のステンレス容器が使用される。攪拌手段としては例えばプロペラ、パドル、傾斜パドル、タービン、コーン、スクリュー、リボンなど各種の形状のものが使用される。出発物質の反応器への供給路は通常のパイプ、ポンプ、流量センサーから構成されており、供給量が制御される。これらの供給路は一般的には反応器の頂部に連結する。 As the reactor having stirring means used in the present invention, known reactors can be used without limitation. The shape and material of the reactor body are not particularly limited, and a tank-shaped stainless steel container is preferably used. As the stirring means, various shapes such as propellers, paddles, inclined paddles, turbines, cones, screws and ribbons are used. The supply line of the starting materials to the reactor consists of ordinary pipes, pumps and flow sensors, and the amount of supply is controlled. These feed lines generally connect to the top of the reactor.

(反応帯域)
本発明では反応器内の反応帯域において、水酸化ニッケル、水酸化コバルト、水酸化アルミニウムの共沈反応によって組成:NiCoAl(OH)(a=0.7~0.95、b=0.02~0.2、c=0.0~0.1、d=2~2.1、a+b+c=1)を有する複合金属水酸化物が反応帯域の水溶液に分散した微小な粒子として生成する。このような複合金属水酸化物をNCA系正極活物質の前駆体として用いた場合には反応帯域で生成した複合金属水酸化物粒子の大きさと形状がNCA系正極活物質の粒子の大きさと形状に影響するため、本発明では反応帯域で生成する複合金属水酸化物粒子の大きさと形状を最適化するための手段を設けている。
(reaction zone)
In the present invention, nickel hydroxide, cobalt hydroxide, and aluminum hydroxide are coprecipitated in the reaction zone within the reactor to form a composition: Ni a Co b Al c (OH) d (a=0.7 to 0.95, b = 0.02 to 0.2, c = 0.0 to 0.1, d = 2 to 2.1, a + b + c = 1) fine particles dispersed in the aqueous solution of the reaction zone Generate as When such a composite metal hydroxide is used as a precursor of an NCA-based positive electrode active material, the size and shape of the composite metal hydroxide particles produced in the reaction zone are similar to those of the NCA-based positive electrode active material. Therefore, the present invention provides means for optimizing the size and shape of the composite metal hydroxide particles produced in the reaction zone.

本発明の製造方法では、反応帯域のpHは共沈反応に適当な範囲、一般的には7~14、好ましくは9~12の範囲に制御される。反応帯域の液温は60℃以上、好ましくは65℃以上85℃以下に制御される。60℃未満の温度で反応を行うと粒子に割れが発生する。反応帯域の液温が高すぎるとアンモニアが系内から揮発し粒子成長が妨げられるので好ましくない。 In the production process of the present invention, the pH of the reaction zone is controlled within a suitable range for coprecipitation, generally 7-14, preferably 9-12. The liquid temperature in the reaction zone is controlled at 60°C or higher, preferably 65°C or higher and 85°C or lower. Cracking occurs in the particles when the reaction is carried out at temperatures below 60°C. If the liquid temperature in the reaction zone is too high, ammonia volatilizes from the system and hinders particle growth, which is not preferable.

反応帯域に与えられる攪拌動力は、2.2k/m以下、好ましくは0.5k/m以上2.0k/m以下に制御される。攪拌動力が小さすぎると複合金属水酸化物粒子形状が歪むために目的の球状もしくは近球状複合酸化物粒子が得られない。反応帯域の攪拌動力が2.2k/mを超えると最終的に得られる複合金属水酸化物粒子に割れが発生する。
The stirring power applied to the reaction zone is controlled to 2.2 kW /m 3 or less, preferably 0.5 kW /m 3 or more and 2.0 kW /m 3 or less. If the stirring power is too small, the shape of the composite metal hydroxide particles will be distorted, making it impossible to obtain the desired spherical or near-spherical composite oxide particles. If the stirring power in the reaction zone exceeds 2.2 kW /m 3 , cracks will occur in the finally obtained composite metal hydroxide particles.

反応器には、生成した複合金属水酸化物と各種出発物質を含む水溶液からなるスラリーの抜出口が設けられる。抜出口の位置は、反応器の上部から底部までの任意の位置でよい。抜出口にはスラリーを反応器外に導く管と、この管に連結するポンプが連結する。反応帯域における沈殿反応が定常状態に達すると、ポンプによって一定流量で複合金属水酸化物スラリーが反応器から取り出され、次の乾燥工程に移される。 The reactor is provided with an outlet for a slurry consisting of an aqueous solution containing the produced composite metal hydroxide and various starting materials. The position of the outlet may be any position from the top to the bottom of the reactor. A pipe for guiding the slurry out of the reactor and a pump connected to this pipe are connected to the outlet. When the precipitation reaction in the reaction zone reaches a steady state, the composite metal hydroxide slurry is withdrawn from the reactor at a constant flow rate by a pump and transferred to the next drying step.

本発明で用いる反応器には、好ましくは、スラリーを高固体濃度スラリー(複合金属水酸化物が目的の粒子形状で存在する画分)と低固体濃度スラリー(複合金属水酸化物が目的形状に達していない微粒状で存在する画分)に分離する装置(分離装置)が連結する。分離機構として遠心分離装置やフィルターなどが用いられる。ポンプと吸引パイプを用いて一定量のスラリーが反応帯域から吸引され分離機構まで送られる。分離された低固体濃度スラリーの一部は反応器の外に排出され、残りの低固体濃度スラリーと高固体濃度スラリーは反応器帯域に戻される。戻されたスラリーを含む反応帯域で共沈反応がさらに進行し、目的の粒子形状を有する複合金属水酸化物が生成する。このように分離機構を介してスラリーが反応帯域を循環しながら目的の複合金属水酸化物の生成が進行する。このようなスラリーの循環によって反応帯域の複合金属水酸化物の濃度を制御することができる。本発明で反応帯域の複合金属水酸化物濃度が50g/L以上に制御されれば生産効率上の問題がない。 The reactor used in the present invention preferably contains a high solid concentration slurry (a fraction in which the composite metal hydroxide is present in the desired particle shape) and a low solid concentration slurry (a fraction in which the composite metal hydroxide is in the desired shape). A device (separation device) is connected to separate the fraction present in unfinished fines). A centrifugal separator, a filter, or the like is used as the separation mechanism. A volume of slurry is sucked from the reaction zone using a pump and suction pipe and sent to a separation mechanism. A portion of the separated low solids slurry is discharged out of the reactor, and the remaining low solids slurry and high solids slurry are returned to the reactor zone. The coprecipitation reaction further proceeds in the reaction zone containing the returned slurry to produce a composite metal hydroxide having the desired particle shape. As the slurry circulates through the reaction zone through the separation mechanism in this manner, production of the desired composite metal hydroxide proceeds. Such slurry circulation can control the concentration of the composite metal hydroxide in the reaction zone. In the present invention, if the concentration of the composite metal hydroxide in the reaction zone is controlled to 50 g/L or more, there is no problem in terms of production efficiency.

(傾斜板沈降装置)
本発明の方法で反応帯域からのスラリーの吸引・分離・循環を特許第5227306号公報に開示された傾斜板沈降装置を用いて行うと一層効率的である。傾斜板沈降装置は、溶液から固体を沈殿させることにより化合物を製造するための装置及び方法に使用される。傾斜板沈降装置を備える沈殿装置を用いると、沈殿の際に形成される固体の粒子の物理的及び化学的な性質が極めてフレキシブルに及び互いに独立して調節されることができ、テーラーメードの生成物が極めて高い空時収率で製造される。
(Incline plate sedimentation device)
In the process of the present invention, it is more efficient to use the inclined plate settling apparatus disclosed in Japanese Patent No. 5227306 to suction, separate and circulate the slurry from the reaction zone. Inclined plate settlers are used in apparatus and methods for making compounds by precipitating solids from solution. With a precipitation device with a tilted plate precipitation device, the physical and chemical properties of the solid particles formed during precipitation can be adjusted very flexibly and independently of each other, resulting in a tailor-made product. is produced with a very high space-time yield.

傾斜板沈降装置の対象は、複合金属水酸化物が生成する反応器に接続され、反応器内のスラリーを分取、その高固体濃度スラリーと水溶液と微粒子とからなる低固体濃度スラリーを分離し、スラリーの一部を反応器に返送することのできる、体型反応器・清澄器系(IRKS)である。 The inclined plate sedimentation device is connected to a reactor in which composite metal hydroxides are produced, separates the slurry in the reactor, and separates the high solid concentration slurry from the low solid concentration slurry consisting of aqueous solution and fine particles. , a body reactor and clarifier system (IRKS), which allows a portion of the slurry to be returned to the reactor.

傾斜板沈降装置を備えるIRKSの使用によって、化合物の沈殿後に生成物及び母液からなる生成物懸濁液の形成下に、傾斜板沈降装置を経て母液及び粒子が除去されるので、固体濃度の増加が達成される。 By using an IRKS with a tilted plate settler, the concentration of solids is increased because the mother liquor and particles are removed via the tilted plate settler under the formation of a product suspension consisting of product and mother liquor after precipitation of the compound. is achieved.

反応器には、開口部が設けられていてよく、これを経て場合によりポンプを用いて、懸濁液が除去されることができ、かつ反応器へポンプ返送されることができる。均質な沈殿生成物を得るために、出発物質が、反応器中への投入の際に良好に混合されることが重要である。この反応器は、撹拌反応器としても操作されることができる。傾斜板沈降装置が設置されたIRKS中の沈殿プロセスは、生成物に依存して温度を調整することができる。IRKSにおけるプロセス温度は、必要な場合には、熱交換器を介して加熱もしくは冷却により制御される。 The reactor may be provided with an opening via which the suspension can optionally be removed by means of a pump and pumped back into the reactor. In order to obtain a homogeneous precipitation product, it is important that the starting materials are well mixed during charging into the reactor. This reactor can also be operated as a stirred reactor. The precipitation process in the IRKS, equipped with a tilt plate settler, can be adjusted in temperature depending on the product. Process temperatures in the IRKS are controlled by heating or cooling via heat exchangers as required.

IRKSは、スラリーからの化合物の分離のために使用される。傾斜板沈降装置中で、母液は、微粒分級物と共に生成物懸濁液から分離される。微量の固体を含有するこの濁った液体は、大部分が反応器へ返送され、生成物懸濁液と再び合一される。この濁った液体の一部を取り出すことにより、生成物懸濁液から微粒分級物が取り除かれ、粒度分布はより高いD50値へ変位される。傾斜板沈降装置のさらなる目的は、スラリーが予め清浄化され、固体含有量が小さな液体を提供することであり、この液体からろ過等の単純な方法で澄明な母液を分離することができる。 IRKS are used for the separation of compounds from slurries. In the tilt plate settler the mother liquor is separated from the product suspension together with the fine fraction. This cloudy liquid, containing traces of solids, is mostly returned to the reactor and recombined with the product suspension. Removing a portion of this cloudy liquid removes the fine fraction from the product suspension and shifts the particle size distribution to higher D50 values. A further purpose of the tilt plate settling device is to provide a liquid whose slurry has been pre-cleaned and which has a low solids content, from which the clear mother liquor can be separated by simple methods such as filtration.

傾斜板沈降装置の分離性能を高めるために、1つ又はそれ以上のラメラが取り付けられることができ、それらの上で固体粒子は、これらが沈降によってラメラの表面に達した後に、下の方へ均質に混合された懸濁液中へ滑り落ちる。傾斜板沈降装置に設けられたラメラは図1、図2に模式的に表される。 In order to increase the separation performance of the inclined plate settler, one or more lamellae can be attached, on which the solid particles are pushed downwards after they reach the surface of the lamellae by settling. Slide into the homogeneously mixed suspension. The lamella provided in the inclined plate sedimentation device is schematically represented in FIGS. 1 and 2. FIG.

ラメラ(2、5)は傾斜板沈降装置(1、4)中でその床面に対して平行平面に配置されている。ラメラは、プラスチック、ガラス、木材、金属又はセラミックからなっていてよい長方形のプレートである。ラメラ(2、5)の厚さは、材料及び生成物に依存して10cmまでであってよい。好ましくは、0.5~5cm、特に好ましくは0.5~1.5cmの厚さを有するラメラが使用される。ラメラ(2、5)は、傾斜板沈降装置(1、4)中に固定して取り付けられる。これらは、取り外し可能であってもよい。この場合に、これらは、傾斜板沈降装置(1、4)の内側に側面で取り付けられたレールシステム(6)又は溝(3)を介して、傾斜板沈降装置(1、4)中へ入れられる。前記レールシステム(6)の高さが調節可能に設計されていてもよく、それにより傾斜板沈降装置(1、4)にラメラ(2、5)の間隔の選択に関して大きなフレキシビリティーが付与される。傾斜板沈降装置は、丸い断面を有する円筒形に又は四角形の断面を有する平行六面体形に構成されていてよい。粒子の滑り落ちが傾斜板沈降装置の閉塞なく機能するために、傾斜板沈降装置の角度は水平面に対して20~85゜、好ましくは40~70゜及び特に好ましくは50~60゜である。傾斜板沈降装置は、フレキシブルな結合部を介して反応器に取り付けられていてもよい。この実施態様の場合に、角度はプロセス中に可変に調節されることができる。 The lamellae (2,5) are arranged in a plane parallel to the floor in the inclined plate settler (1,4). A lamella is a rectangular plate that can be made of plastic, glass, wood, metal or ceramic. The thickness of the lamellae (2,5) can be up to 10 cm depending on the material and product. Lamellar layers having a thickness of 0.5 to 5 cm, particularly preferably 0.5 to 1.5 cm, are preferably used. The lamellae (2,5) are fixedly mounted in the tilt plate settling device (1,4). These may be removable. In this case they enter the inclined plate settler (1, 4) via a rail system (6) or a groove (3) laterally mounted inside the inclined plate settler (1, 4). be done. The height of said rail system (6) may be designed to be adjustable, which gives the inclined plate settling device (1, 4) great flexibility regarding the selection of the spacing of the lamellae (2, 5). be. The tilt plate settling device can be designed cylindrically with a round cross-section or parallelepiped-shaped with a square cross-section. The angle of the inclined plate settler with respect to the horizontal is 20-85°, preferably 40-70° and particularly preferably 50-60°, so that the sliding of the particles works without blockage of the inclined plate settler. The tilt plate settler may be attached to the reactor via a flexible connection. With this embodiment, the angle can be variably adjusted during the process.

傾斜板沈降装置によるIRKSの機能様式をよりよく理解するために、以下に、図3に基づいて詳細に説明する。固体粒子(7)は、傾斜板沈降装置中で、それらの形状及びサイズに応じて、一定速度で下の方へ沈降する。例えばストークス摩擦を前提とするならば、有効重力によって引き起こされる球状粒子の沈降速度は、粒子直径の2乗に比例する。この速度は傾斜板沈降装置中の層流の速度の上方成分と重なり合っている。沈降速度が液体流の上方成分よりも小さいか又は同じである全ての固体粒子は、ラメラ(8)の表面又は傾斜板沈降装置の床面までは沈降することはできず、かつ最終的に傾斜板沈降装置の溢流と共に排出される。 In order to better understand the mode of functioning of the IRKS with the inclined plate settling device, a detailed description is given below on the basis of FIG. The solid particles (7) settle downwards at a constant velocity in the inclined plate settler, depending on their shape and size. For example, given Stokes friction, the sedimentation velocity of a spherical particle caused by effective gravity is proportional to the square of the particle diameter. This velocity is superimposed on the upper component of the laminar flow velocity in the tilt plate settler. All solid particles whose sedimentation velocity is less than or the same as the upper component of the liquid stream cannot settle to the surface of the lamella (8) or the floor of the inclined plate settler and eventually It is discharged with the overflow of the plate settler.

粒子の沈降速度が液体流の上方成分よりも大きい場合には、粒子の下方運動は一定の沈降速度で生じる。そのように粒子が溢流と共に傾斜板沈降装置から排出されるかどうかは、液体の一定流量で、傾斜板沈降装置に入る際の粒子とラメラの垂直方向の間隔に、並びに傾斜板沈降装置の長さ及び傾斜角度に依存する。臨界粒子半径rが存在することが容易にわかるので、r>rを有する全ての粒子が、傾斜板沈降装置によって完全に保持される。図3中の直線(9)は、限界半径rを有する粒子の軌跡を示す。半径がより大きい全ての粒子の軌跡は、水平面に対してより小さい角度を有し、故にラメラ又は床板上に確実に衝突する。これは、これらの粒子が保持されることを意味する。傾斜板沈降装置中の比、特に液体の流量を調節することにより、傾斜板沈降装置を溢流で去る微粒子の粒子直径の上限を調節することができる。 If the sedimentation velocity of the particles is greater than the upward component of the liquid flow, the downward motion of the particles will occur at a constant sedimentation velocity. Whether particles are so discharged from the tilt plate settler with overflow depends on the vertical spacing of the particles and lamellae as they enter the tilt plate settler, at a constant flow rate of liquid, as well as on the tilt plate settler. Depends on length and angle of inclination. It is easy to see that there is a critical particle radius r 0 , so all particles with r>r 0 are perfectly retained by the inclined plate settler. Line (9) in FIG. 3 indicates the trajectory of a particle with critical radius r0 . All particle trajectories with a larger radius have a smaller angle with respect to the horizontal plane and therefore will certainly hit the lamella or floorboard. This means that these particles are retained. By adjusting the ratio, in particular the flow rate of the liquid, in the inclined plate settler, it is possible to adjust the upper limit of the particle diameter of the fine particles which overflow the inclined plate settler.

傾斜板沈降装置の溢流が、循環容器を経て撹拌反応器へ返送される限りは、全系では何も変わらない。ポンプを用いて、固体の微細含分により濁った液体量の一部を循環容器から取り出す場合には、微粒の定義された分率が排出され、かつ粒度分布へ直接干渉することができる。それにより粒度並びに粒度分布は、他のプラントパラメーターから独立して影響を与えることができる。 As long as the overflow of the tilt plate settler is returned to the stirred reactor via the circulation vessel, nothing changes in the overall system. If a pump is used to remove a portion of the liquid volume which is cloudy due to the fine content of solids from the circulation vessel, a defined fraction of fine particles is discharged and can directly interfere with the particle size distribution. Particle size and particle size distribution can thereby be influenced independently of other plant parameters.

循環容器中へ入る際の固体濃度が典型的には反応器中の固体濃度0.5~5%である濁った流れの前記の取り出しにより、反応器中の懸濁液の固体濃度ももちろん同時に高められる、それというのも、微粒含分の意図的な取り出しと共に、全系から不釣り合いに多く母液が取り出されるからである。これは通例望ましいが、しかし、反応器中の固体濃度が低い水準に保持されるべき場合及び他の物質の流れの調節により固体濃度の増加を十分に打ち消されることができない場合に望ましくない。量及び仕様に応じて、この微細含分は引き続き、再び生成物懸濁液と混合されることができる。反応器-清澄器-中での分離が決定的である。 By said withdrawal of a turbid stream whose solids concentration on entry into the circulation vessel is typically 0.5-5% solids concentration in the reactor, the solids concentration of the suspension in the reactor is of course also at the same time increased, because with the intentional removal of the fines content, a disproportionate amount of mother liquor is removed from the overall system. This is usually desirable, but not desirable if the solids concentration in the reactor is to be kept at a low level and if the increase in solids concentration cannot be sufficiently counteracted by adjusting the flow of other materials. Depending on the amount and specifications, this fine fraction can subsequently be mixed again with the product suspension. Separation in the reactor-clarifier-is decisive.

この場合に、混濁物の固体濃度を高めるために、フィルタエレメントを経て、母液を循環容器から取り出し、かつ反応器へ直接ポンプ返送することが考えられる。同じ量の微粒を排出する際に、母液がより少なく取り除かれる。サイズが粒度分布のD50値の30%を越えない粒子が微粒と呼ばれる。循環容器中で前記系から母液をフィルタエレメントを介して取り出すことも有利でありうる。これにより、反応器中の固体含量を、第一に化学量論的な固体濃度の数倍に高めることができ、かつ第二に場合により沈殿反応の際に生じる中性塩の濃度と固体濃度との間の切り離しを達成することができる。反応器中の固体対塩の濃度比は、母液の取り出しの可能性により、例えば一定の塩濃度での固体濃度の増加によってだけでなく、一定の固体濃度で反応器に塩不含の溶剤が添加され、かつ同時に等量の母液が、フィルタエレメントを介して前記系から取り出されることによっても、増加されることができる。 In this case, it is conceivable to remove the mother liquor from the circulation vessel via filter elements and pump it back directly into the reactor in order to increase the solids concentration of the turbidity. Less mother liquor is removed when discharging the same amount of granules. Particles whose size does not exceed 30% of the D50 value of the particle size distribution are called fines. It may also be advantageous to remove the mother liquor from the system in a circulation vessel via a filter element. This makes it possible, firstly, to increase the solids content in the reactor to several times the stoichiometric solids concentration, and secondly, to increase the concentration of neutral salts and solids concentration that may occur during the precipitation reaction. can achieve a decoupling between The concentration ratio of solids to salt in the reactor varies not only by the possibility of removing the mother liquor, e.g. It can also be increased by adding and simultaneously removing an equal amount of mother liquor from the system via a filter element.

傾斜板沈降装置によるIRKSのフレキシビリティーの増加と同時に付加的な自由度の達成は、双方のパラメーター塩濃度及び固体含量の例で一般的な反応AX+BY→AY固体+BX溶解についてより詳細に説明される。AX及びBYは、出発物質溶液中の出発物質を表し、かつBXは母液中の溶解された塩を表す。AYは、不溶性固体として生じる生成物を表す。 The increased flexibility of the IRKS with the inclined plate settler, as well as the achievement of additional degrees of freedom, is illustrated in more detail for the general reaction AX + BY → AY solids + BX dissolution with the example of both parameters salt concentration and solids content. be. AX and BY represent the starting material in the starting material solution and BX represents the dissolved salt in the mother liquor. AY represents the product which occurs as an insoluble solid.

傾斜板沈降装置によるIRKSは、バッチ式に行われる沈殿に使用されることができる。しかしながら好ましくは、このIRKSは連続式操作における沈殿プロセスにより好適に使用される。 IRKS with a tilt plate settler can be used for batch-wise settling. Preferably, however, the IRKS is more suitable for use in precipitation processes in continuous operation.

傾斜板沈降装置は、さらに、沈殿による化合物の製造方法に関するものであり、前記方法において、個々のプロセスパラメーター、例えば(出発物質の濃度、懸濁液中の固体含量、母液中の塩濃度)は、沈殿中に互いに独立して調節され、こうして沈殿プロセス中の粒度分布の展開への制御された干渉が行われ、かつ最終的に定義された物理的性質を有するオーダーメードの生成物が特に経済的に及び極めて高い空時収率で製造される。 Inclined plate sedimentation apparatus further relates to a process for the preparation of compounds by precipitation, in which the individual process parameters, such as (concentration of starting material, solids content in suspension, salt concentration in mother liquor) are , are adjusted independently of each other during precipitation, thus providing a controlled interference with the evolution of the particle size distribution during the precipitation process, and finally tailor-made products with defined physical properties are particularly economical. produced efficiently and with very high space-time yields.

傾斜板沈降装置の対象は故に、次の工程からなる沈殿による化合物の製造方法である:
・少なくとも第一及び第二及の出発物質溶液を準備する工程、
・少なくとも第一及び第二及の出発物質溶液を請求項1記載の反応器中で合一する工程、
・反応器中に均質混合される反応帯域を発生させる工程、
・反応帯域中で化合物を沈殿させ、不溶性生成物及び母液からなる生成物懸濁液を製造する工程、
・沈殿された生成物から母液を、傾斜板沈降装置を介して部分的に分離する工程、
・沈殿生成物の濃度が化学量論的な濃度よりも高い沈殿生成物懸濁液を製造する工程、
・生成物懸濁液を反応器から取り出す工程、
・沈殿生成物をろ過、洗浄及び乾燥する工程。
The subject of the inclined plate sedimentation apparatus is therefore a process for the preparation of compounds by precipitation which consists of the following steps:
- providing at least first and second starting material solutions;
- combining at least the first and second starting material solutions in the reactor of claim 1;
- generating a homogeneously mixed reaction zone in the reactor;
- Precipitating the compound in the reaction zone to produce a product suspension consisting of insoluble product and mother liquor;
- partial separation of the mother liquor from the precipitated product via a tilt plate settler;
- producing a precipitated product suspension in which the concentration of the precipitated product is higher than the stoichiometric concentration;
- removing the product suspension from the reactor;
• Filtering, washing and drying the precipitated product.

傾斜板沈降装置による方法における出発物質溶液は、反応器中へ、ポンプ系を用いて導通される。これが撹拌反応器を備えた傾斜板沈降装置によるIRKSである場合には、出発物質は、撹拌機を使用しながら混合される。IRKSが噴流型反応器の形で設計されている場合には、出発物質の混合は、ノズルから出てくるジェットにより行われる。出発物質のさらにより良好な混合を達成するために、付加的に空気又は不活性ガスも、反応器中へ導通されていてよい。均一な生成物品質を達成するために、出発物質が反応器の反応帯域中で均質に混合されていることが必要である。出発物質を混合するかもしくは均質化する間に既に、生成物及び母液が発生する沈殿反応が始まる。生成物懸濁液は、反応器下部中で所望の濃度まで豊富化される。生成物懸濁液の意図的な豊富化を達成するために、傾斜板沈降装置による方法において、母液は、傾斜板沈降装置を介して、部分的に除去される。好ましくは、傾斜板沈降装置の溢流の取り出しによる母液の部分的な分離は、ポンプを用いて行われる。 The starting material solution in the inclined plate settler method is conducted into the reactor using a pump system. If this is an IRKS with a tilted plate settler with a stirred reactor, the starting materials are mixed using an agitator. If the IRKS is designed in the form of a jet reactor, the mixing of the starting materials takes place by means of jets emerging from nozzles. In order to achieve even better mixing of the starting materials, air or an inert gas can additionally be passed into the reactor. To achieve uniform product quality, it is necessary that the starting materials are homogeneously mixed in the reaction zone of the reactor. Already during mixing or homogenization of the starting materials, a precipitation reaction begins in which product and mother liquor are generated. The product suspension is enriched to the desired concentration in the lower part of the reactor. In order to achieve a purposeful enrichment of the product suspension, in the inclined plate settler method the mother liquor is partially removed via the inclined plate settler. Preferably, the partial separation of the mother liquor by withdrawal of the overflow of the tilt plate settler is carried out using a pump.

傾斜板沈降装置による方法に従って、沈殿生成物の化学量論的に可能な濃度の何倍でありうる沈殿生成物懸濁液の濃度が達成される。これは、可能な化学量論値よりも20倍まで高くなりうる。懸濁液中の特に高い生成物濃度を達成するためには、大量の母液を部分的に除去することが必要である。それどころか95%までの母液が部分的に分離されることができる。部分的に分離すべき母液の量は、選択されたプロセスパラメーター、例えば出発物質濃度、母液の塩濃度並びに懸濁液の固体濃度に依存する。 Concentrations of the precipitation product suspension which can be many times the stoichiometrically possible concentration of the precipitation product are achieved according to the method with the inclined plate settler. This can be up to 20 times higher than possible stoichiometric values. To achieve particularly high product concentrations in the suspension, partial removal of large amounts of mother liquor is necessary. Even up to 95% of the mother liquor can be partially separated. The amount of mother liquor to be partially separated depends on the selected process parameters, such as the starting material concentration, the salt concentration of the mother liquor and the solids concentration of the suspension.

本発明の沈殿工程ではこのような傾斜板沈降装置を図4に模式的に示すように反応器に結合して複合水酸化物を製造することができる。 In the precipitation process of the present invention, such an inclined plate precipitation apparatus can be combined with a reactor as schematically shown in FIG. 4 to produce composite hydroxides.

回転数を制御可能な撹拌機(10)、熱交換器(11)、傾斜板沈降装置(12)を備えた反応器(13)に、独立したパイプ及びポンプ(23)~(27)からなる供給経路が接続する。ポンプ(23)~(27)のそれぞれから連続的に硫酸ニッケル水溶液(a液)、硫酸コバルト水溶液(b液)、アルミン酸ナトリウム水溶液(c液)、水酸化ナトリウム水溶液、アンモニア水が一体型反応器-清澄器-系(IRKS)の反応帯域中へ搬送される。反応器(13)で生じるスラリーは、ポンプ(14)を用いて液位の調節装置を介して取り出される。大きな粒子が製造される場合に、沈降の危険を予防するために、循環ポンプ(16)を運転することは有利でありうる。
ポンプ(17)は、極めて低い濃度の微粒を有するスラリーを、撹拌機が備えられた循環容器(18)中へ搬送し、かつそこから反応器(13)中へ返送することができる。液体の体積流量及び傾斜板沈降装置の寸法決定に依存した分離サイズを下回る粒子のみが、循環容器(18)中へ搬送される。ポンプ(17)を用いて取り出された全ての濁った流れが、自由な溢流(19)を経て返送される限りは、反応器(13)について全く何も変わらない。
A reactor (13) equipped with a stirrer (10) capable of controlling the number of revolutions, a heat exchanger (11), a tilt plate sedimentation device (12), and independent pipes and pumps (23) to (27). Supply paths connect. Pumps (23) to (27) continuously feed nickel sulfate aqueous solution (a solution), cobalt sulfate aqueous solution (b solution), sodium aluminate aqueous solution (c solution), sodium hydroxide aqueous solution, and ammonia water into an integrated reaction. It is conveyed into the reaction zone of the vessel-clarifier system (IRKS). The slurry produced in the reactor (13) is removed through a level control device using a pump (14). It may be advantageous to operate the circulation pump (16) to prevent the risk of sedimentation when large particles are produced.
A pump (17) can convey the slurry with a very low concentration of fines into a circulation vessel (18) equipped with a stirrer and from there back into the reactor (13). Only particles below the separation size are transported into the circulation vessel (18), depending on the volumetric flow rate of the liquid and the sizing of the tilt plate settler. Nothing changes for the reactor (13) as long as all the turbid streams withdrawn using the pump (17) are returned via the free overflow (19).

循環容器(18)からから澄明な母液を取り出し、かつこれを第二の循環容器(20)中へ搬送することによって母液及び/又は固体粒子を前記系から取り出すこともできる。ポンプ(21)は第一の循環容器(18)から澄明な母液を取り出し、かつこれを第二の循環容器(20)中へ搬送する。第二の循環容器(20)内の溶液のpH値などを連続的に分析し、共沈反応器全体で母液の組成を制御することができる。 Mother liquor and/or solid particles can also be removed from the system by removing the clarified mother liquor from the circulation vessel (18) and conveying it into the second circulation vessel (20). A pump (21) takes the clarified mother liquor from the first circulation vessel (18) and conveys it into the second circulation vessel (20). By continuously analyzing the pH value of the solution in the second circulation vessel (20), the composition of the mother liquor can be controlled throughout the coprecipitation reactor.

また、第一の循環容器(18)に蓄積された澄明な母液をポンプ(22)によって排出することによって、澄明な母液に含まれるきわめて微粒の沈殿物を沈殿反応器から除去することもできる。 It is also possible to remove very fine sediments contained in the clear mother liquor from the precipitation reactor by pumping (22) the clear mother liquor accumulated in the first circulation vessel (18).

(複合金属水酸化物の分離・乾燥)
反応器内で目的量の原料が反応し終わった時点で、反応器の排出口からスラリーを取り出し、濾過する。こうして複合金属水酸化物を含む固体画分が分離される。さらに固体画分を洗浄する。洗浄は常法に従えばよく、アルカリ性水溶液と純水を用いて複合金属水酸化物に含まれる硫酸塩、アルカリ成分が十分除去されるまで洗浄する。こうして、水分を含む複合金属水酸化物が分離される。
(Separation and drying of composite metal hydroxide)
When the desired amount of raw material has finished reacting in the reactor, the slurry is taken out from the outlet of the reactor and filtered. A solid fraction containing the composite metal hydroxide is thus separated. Further wash the solid fraction. Washing may be carried out according to a conventional method, using an alkaline aqueous solution and pure water until the sulfate and alkaline components contained in the composite metal hydroxide are sufficiently removed. In this way, the composite metal hydroxide containing moisture is separated.

次に、分離した水分を含む複合金属水酸化物を乾燥する。乾燥方法は、大気圧下での熱風乾燥、赤外線乾燥、高周波乾燥、真空乾燥などのいずれでもよい。短時間で乾燥することができる真空乾燥が好ましい。複合金属水酸化物中の水分が1重量%程度になるまで乾燥する。 Next, the separated composite metal hydroxide containing moisture is dried. The drying method may be any of hot air drying under atmospheric pressure, infrared drying, high frequency drying, vacuum drying, and the like. Vacuum drying, which can be dried in a short time, is preferred. Dry until the water content in the composite metal hydroxide reaches about 1% by weight.

(前駆体)
こうして、リチウムイオン電池正極活物質の前駆体としての複合金属水酸化物粒子が得られる。このような本発明の方法によって得られる複合金属水酸化物粒子の大きさは比較的大きく、概ね10.0μm以上、典型的には12.0μm以上50μm以下の平均粒径を有する。
(precursor)
In this way, composite metal hydroxide particles are obtained as a precursor of a positive electrode active material for lithium ion batteries. The size of the composite metal hydroxide particles obtained by the method of the present invention is relatively large, generally having an average particle size of 10.0 μm or more, typically 12.0 μm or more and 50 μm or less.

(正極活物質)
上記前駆体、リチウム化合物、及び必要に応じて用いるアルミニウム化合物とからなる混合物を酸素存在下に焼成することによって、リチウムイオン電池正極活物質が得られる。焼成温度は450℃~950℃の範囲、好ましくは600℃~900℃の範囲である。焼成時間は2時間~20時間、好ましくは3時間~15時間である。焼成回数は1回でも複数回でもよい。焼成に用いる設備はこのような焼成条件を達成できるものであれば制限はない。一般的には管状炉、マッフル炉、ロータリーキルン(RK)、ローラーハースキルン(RHK)が用いられる。好ましくはRHKまたはRKが用いられる。正極活物質中の余剰アルカリ成分を除去するために、焼成された混合物を水洗、乾燥することが好ましい。水洗、乾燥の条件に特に制限はない。通常、焼成物100gに対して100ml以上の量の純水を加えて焼成物と水を十分に接触させ、その後リチウム金属複合酸化物粉末を分離し、酸素を含む気流中で乾燥する。得られた正極活物質を用いて正極を製造する方法にも制限はない。通常の方法により得られた正極活物質を含む正極活物質合剤を調製し、電極上に塗布乾燥して正極部材を製造することができる。
(Positive electrode active material)
A positive electrode active material for a lithium ion battery is obtained by firing a mixture of the above precursor, lithium compound, and optionally an aluminum compound in the presence of oxygen. The firing temperature is in the range of 450°C to 950°C, preferably in the range of 600°C to 900°C. The firing time is 2 hours to 20 hours, preferably 3 hours to 15 hours. The number of firings may be one or more. Equipment used for firing is not limited as long as it can achieve such firing conditions. Tubular furnaces, muffle furnaces, rotary kilns (RK) and roller hearth kilns (RHK) are generally used. RHK or RK is preferably used. The baked mixture is preferably washed with water and dried in order to remove excess alkali components in the positive electrode active material. There are no particular restrictions on the conditions for washing with water and drying. Generally, 100 ml or more of pure water is added to 100 g of the fired product to bring the fired product into sufficient contact with water, after which the lithium metal composite oxide powder is separated and dried in an oxygen-containing air current. There is no limitation on the method of manufacturing the positive electrode using the obtained positive electrode active material. A positive electrode member can be manufactured by preparing a positive electrode active material mixture containing a positive electrode active material obtained by a conventional method, and coating and drying it on an electrode.

[実施例1]
以下に示す出発物質を用いた。
・硫酸ニッケル水溶液、硫酸コバルト水溶液、これらの混合物:ニッケル濃度8.2重量%の硫酸ニッケル水溶液を準備した。コバルト濃度8.2重量%の硫酸コバルト水溶液を準備した。上記硫酸ニッケル水溶液と上記硫酸コバルト水溶液を、硫酸ニッケル水溶液:硫酸コバルト水溶液=84:16(重量比)部で混合した。この混合物を反応器に供給路を介して連結する容器に投入した。
・アルミン酸ナトリウムのアルカリ水溶液:水酸化ナトリウム濃度200g/Lの水酸化ナトリウム水溶液1000gに、アルミン酸ナトリウム3.567gを溶解した。
・錯化剤:アンモニア濃度25重量%で含むアンモニア水。
・純水
図4に示す反応器内に濃度133.6g/Lの硫酸ナトリウム水溶液を満たし、傾斜板沈降装置を介して水溶液を循環させながら、反応帯域に0.89k/mの攪拌動力が与えられるように撹拌回転数を600rpmに設定した。反応帯域の液温を65℃に維持した。上記硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液の混合物、上記アルミン酸ナトリウムのアルカリ水溶液、上記錯化剤を反応帯域に供給した。こうして反応帯域で共沈反応が開始した。
[Example 1]
The starting materials shown below were used.
• Nickel sulfate aqueous solution, cobalt sulfate aqueous solution, mixture thereof: A nickel sulfate aqueous solution having a nickel concentration of 8.2% by weight was prepared. A cobalt sulfate aqueous solution with a cobalt concentration of 8.2% by weight was prepared. The nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution were mixed at a ratio of nickel sulfate aqueous solution:cobalt sulfate aqueous solution=84:16 (weight ratio). This mixture was charged into a vessel that was connected to the reactor via a feed line.
Alkaline aqueous solution of sodium aluminate: 3.567 g of sodium aluminate was dissolved in 1000 g of an aqueous sodium hydroxide solution having a sodium hydroxide concentration of 200 g/L.
- Complexing agent: Ammonia water containing ammonia at a concentration of 25% by weight.
・Pure water The reactor shown in Fig. 4 is filled with an aqueous solution of sodium sulfate having a concentration of 133.6 g/L, and while the aqueous solution is circulated through the inclined plate sedimentation device , a stirring power of 0.89 kW/ m3 is applied to the reaction zone. The stirring speed was set to 600 rpm so that The liquid temperature in the reaction zone was maintained at 65°C. A mixture of the nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution, the alkaline aqueous solution of sodium aluminate, and the complexing agent were fed into the reaction zone. A coprecipitation reaction was thus initiated in the reaction zone.

反応帯域のpHを11.7~12.0に制御し、固体濃度が400g/Lで安定するまで反応帯域の出発物質およびスラリーの抜き出しを行った。共沈反応開始から72時間かけて反応設備を連続運転した。その後、反応帯域からポンプ14を介してスラリーを排出した。スラリーをろ過して複合金属水酸化物を分離、洗浄した。この複合金属水酸化物を大気中80℃で乾燥した。得られた複合金属水酸化物の組成はNi0.825Co0.155Al0.02(OH)であった。その平均粒径は12.5μmであった。こうして粉末の状態でニッケル・コバルト・アルミニウム複合金属水酸化物粒子を得た。このニッケル・コバルト・アルミニウム複合金属水酸化物の性状を以下の観点で評価した。結果を表1に示す。 The reaction zone pH was controlled between 11.7 and 12.0 and the reaction zone starting material and slurry were withdrawn until the solids concentration stabilized at 400 g/L. The reaction equipment was continuously operated for 72 hours from the start of the coprecipitation reaction. The slurry was then discharged from the reaction zone via pump 14 . The slurry was filtered to separate and wash the composite metal hydroxide. This composite metal hydroxide was dried at 80° C. in the air. The composition of the resulting composite metal hydroxide was Ni 0.825 Co 0.155 Al 0.02 (OH) 2 . The average particle size was 12.5 μm. Thus, nickel-cobalt-aluminum composite metal hydroxide particles were obtained in the form of powder. The properties of this nickel-cobalt-aluminum composite metal hydroxide were evaluated from the following viewpoints. Table 1 shows the results.

(平均粒径) 得られた複合金属水酸化物粒子の平均粒径(D50)をレーザー散乱型粒度分布測定装置(マルバーン製 マスターサイザー LS-230)を用いて測定した。 (Average Particle Size) The average particle size (D 50 ) of the obtained composite metal hydroxide particles was measured using a laser scattering particle size distribution analyzer (Mastersizer LS-230 manufactured by Malvern).

(粒子割れの有無と形状)得られた複合金属水酸化物を走査型電子顕微鏡(日本電子製。1000倍拡大)にて観察し、割れの有無、粒子形状を判別した。拡大写真を図5~10として掲載する。 (Presence or absence of particle cracks and shape) The obtained composite metal hydroxide was observed with a scanning electron microscope (manufactured by JEOL, magnified 1000 times) to determine the presence or absence of cracks and particle shape. Enlarged photographs are provided as FIGS. 5-10.

[実施例2]
以下に示す出発物質を用いた。
・硫酸ニッケル水溶液、硫酸コバルト水溶液、これらの混合物:ニッケル濃度8.2重量%の硫酸ニッケル水溶液を準備する。コバルト濃度8.2重量%の硫酸コバルト水溶液を準備する。上記硫酸ニッケル水溶液と上記硫酸コバルト水溶液を、硫酸ニッケル水溶液:硫酸コバルト水溶液=92.5:7.5(重量比)部で混合する。この混合物を反応器に供給路を介して連結する容器に投入した。
・錯化剤:アンモニア濃度25重量%で含むアンモニア水。
・水酸化ナトリウム水溶液
・純水
図4に示す反応器内に濃度133.6g/Lの硫酸ナトリウム水溶液を満たし、傾斜板沈降装置を介して水溶液を循環させながら、反応帯域に2.0k/mの攪拌動力が与えられるように撹拌回転数を1000rpmに設定した。反応帯域の液温を65℃に維持した。上記硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液の混合物、上記水酸化ナトリウム水溶液、上記錯化剤を、反応帯域に供給した。こうして反応帯域で共沈反応が開始した。
[Example 2]
The starting materials shown below were used.
• Nickel sulfate aqueous solution, cobalt sulfate aqueous solution, mixture thereof: Prepare a nickel sulfate aqueous solution with a nickel concentration of 8.2% by weight. An aqueous solution of cobalt sulfate having a cobalt concentration of 8.2% by weight is prepared. The nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution are mixed at a ratio of nickel sulfate aqueous solution:cobalt sulfate aqueous solution=92.5:7.5 (weight ratio). This mixture was charged into a vessel that was connected to the reactor via a feed line.
- Complexing agent: Ammonia water containing ammonia at a concentration of 25% by weight.
・Sodium hydroxide aqueous solution ・Pure water The reactor shown in Fig. 4 is filled with a sodium sulfate aqueous solution having a concentration of 133.6 g / L, and the reaction zone is supplied with 2.0 kW / while circulating the aqueous solution through the inclined plate sedimentation device. The stirring rotation speed was set to 1000 rpm so as to give a stirring power of m3 . The liquid temperature in the reaction zone was maintained at 65°C. A mixture of the nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution, the sodium hydroxide aqueous solution, and the complexing agent were fed into the reaction zone. A coprecipitation reaction was thus initiated in the reaction zone.

反応帯域のpHを11.7~12.0に制御し、固体濃度が400g/Lで安定するまで反応帯域の出発物質およびスラリーの抜き出しを行った。共沈反応開始から72時間かけて反応設備を連続運転した。その後、反応帯域からポンプ14を介してスラリーを排出した。スラリーをろ過して複合金属水酸化物を分離、洗浄した。この複合金属水酸化物を大気中80℃で乾燥した。得られた複合金属水酸化物の組成はNi0.925Co0.075(OH)であった。その粒子の平均粒径は12.5μmであった。こうして粉末の状態でニッケル・コバルト・アルミニウム複合金属水酸化物粒子を得た。このニッケル・バルト・アルミニウム複合金属水酸化物の性状を実施例1と同じ観点で評価した。結果を表1に示す。 The reaction zone pH was controlled between 11.7 and 12.0 and the reaction zone starting material and slurry were withdrawn until the solids concentration stabilized at 400 g/L. The reaction equipment was continuously operated for 72 hours from the start of the coprecipitation reaction. The slurry was then discharged from the reaction zone via pump 14 . The slurry was filtered to separate and wash the composite metal hydroxide. This composite metal hydroxide was dried at 80° C. in the atmosphere. The composition of the obtained composite metal hydroxide was Ni 0.925 Co 0.075 (OH) 2 . The average particle size of the particles was 12.5 μm. Thus, nickel-cobalt-aluminum composite metal hydroxide particles were obtained in the form of powder. The properties of this nickel-baltic-aluminum composite metal hydroxide were evaluated from the same viewpoint as in Example 1. Table 1 shows the results.

[実施例3]
以下に示す出発物質を用いた。
・硫酸ニッケル水溶液、硫酸コバルト水溶液、これらの混合物:ニッケル濃度8.2重量%の硫酸ニッケル水溶液を準備する。コバルト濃度8.2重量%の硫酸コバルト水溶液を準備する。上記硫酸ニッケル水溶液と上記硫酸コバルト水溶液を、硫酸ニッケル水溶液:硫酸コバルト水溶液=87.5:12.5(重量比)部で混合する。この混合物を反応器に供給路を介して連結する容器に投入した。
・錯化剤:アンモニア濃度25重量%で含むアンモニア水。
・水酸化ナトリウム水溶液
・純水
図4に示す反応器内に濃度133.6g/Lの硫酸ナトリウム水溶液を満たし、傾斜板沈降装置を介して水溶液を循環させながら、反応帯域に0.63k/mの攪拌動力が与えられるように撹拌回転数を500rpmに設定した。反応帯域の液温を65℃に維持した。上記硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液の混合物、上記水酸化ナトリウム水溶液、上記錯化剤を反応帯域に供給した。こうして反応帯域で共沈反応が開始した。
[Example 3]
The starting materials shown below were used.
• Nickel sulfate aqueous solution, cobalt sulfate aqueous solution, mixture thereof: Prepare a nickel sulfate aqueous solution with a nickel concentration of 8.2% by weight. An aqueous solution of cobalt sulfate having a cobalt concentration of 8.2% by weight is prepared. The nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution are mixed at a ratio of nickel sulfate aqueous solution:cobalt sulfate aqueous solution=87.5:12.5 (weight ratio). This mixture was charged into a vessel that was connected to the reactor via a feed line.
- Complexing agent: Ammonia water containing ammonia at a concentration of 25% by weight.
・Sodium hydroxide aqueous solution ・Pure water The reactor shown in Fig. 4 was filled with a sodium sulfate aqueous solution having a concentration of 133.6 g/L, and the reaction zone was supplied with 0.63 kW / while circulating the aqueous solution through the inclined plate sedimentation device. The stirring rotation speed was set to 500 rpm so as to give a stirring power of m3 . The liquid temperature in the reaction zone was maintained at 65°C. A mixture of the nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution, the sodium hydroxide aqueous solution, and the complexing agent were fed into the reaction zone. A coprecipitation reaction was thus initiated in the reaction zone.

反応帯域のpHを11.7~12.0に制御し、固体濃度が400g/Lで安定するまで反応帯域の出発物質およびスラリーの抜き出しを行った。共沈反応開始から72時間かけて反応設備を連続運転した。その後、反応帯域からポンプ14を介してスラリーを排出した。スラリーをろ過して複合金属水酸化物を分離、洗浄した。この複合金属水酸化物を大気中80℃で乾燥した。得られた複合金属水酸化物の組成はNi0.875Co0.125(OH) であった。その粒子の平均粒径は18.3μmであった。こうして粉末の状態でニッケル・コバルト複合金属水酸化物粒子を得た。このニッケル・コバルト・アルミニウム複合金属水酸化物の性状を実施例1と同じ観点で評価した。結果を表1に示す。 The reaction zone pH was controlled between 11.7 and 12.0 and the reaction zone starting material and slurry were withdrawn until the solids concentration stabilized at 400 g/L. The reaction equipment was continuously operated for 72 hours from the start of the coprecipitation reaction. The slurry was then discharged from the reaction zone via pump 14 . The slurry was filtered to separate and wash the composite metal hydroxide. This composite metal hydroxide was dried at 80° C. in the atmosphere. The composition of the obtained composite metal hydroxide was Ni 0.875 Co 0.125 (OH) 2 . The average particle size of the particles was 18.3 μm. In this way, nickel-cobalt composite metal hydroxide particles were obtained in the form of powder. The properties of this nickel-cobalt-aluminum composite metal hydroxide were evaluated from the same viewpoint as in Example 1. Table 1 shows the results.

[比較例1]
以下に示す出発物質を用いた。
・硫酸ニッケル水溶液、硫酸コバルト水溶液、これらの混合物:ニッケル濃度8.2重量%の硫酸ニッケル水溶液を準備する。コバルト濃度8.2重量%の硫酸コバルト水溶液を準備する。上記硫酸ニッケル水溶液と上記硫酸コバルト水溶液を、硫酸ニッケル水溶液:硫酸コバルト水溶液=85:15(重量比)部で混合する。この混合物を反応器に供給路を介して連結する容器に投入した。
・錯化剤:アンモニア濃度25重量%で含むアンモニア水。
・水酸化ナトリウム水溶液
・純水
図4に示す反応器内に濃度133.6g/Lの硫酸ナトリウム水溶液を満たし、傾斜板沈降装置を介して水溶液を循環させながら、反応帯域に1.68k/mの攪拌動力が与えられるように撹拌回転数を888rpmに設定した。反応帯域の液温を50℃に維持した。上記硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液の混合物、上記水酸化ナトリウム水溶液、上記錯化剤を反応帯域に供給した。こうして反応帯域で共沈反応が開始した。
[Comparative Example 1]
The starting materials shown below were used.
• Nickel sulfate aqueous solution, cobalt sulfate aqueous solution, mixture thereof: Prepare a nickel sulfate aqueous solution with a nickel concentration of 8.2% by weight. An aqueous solution of cobalt sulfate having a cobalt concentration of 8.2% by weight is prepared. The nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution are mixed at a ratio of nickel sulfate aqueous solution:cobalt sulfate aqueous solution=85:15 (weight ratio). This mixture was charged into a vessel that was connected to the reactor via a feed line.
- Complexing agent: Ammonia water containing ammonia at a concentration of 25% by weight.
・Sodium hydroxide aqueous solution ・Pure water The reactor shown in Fig. 4 is filled with a sodium sulfate aqueous solution having a concentration of 133.6 g/L, and the reaction zone is supplied with 1.68 kW / while circulating the aqueous solution through the inclined plate sedimentation device. The stirring rotation speed was set to 888 rpm so as to give a stirring power of m3 . The liquid temperature in the reaction zone was maintained at 50°C. A mixture of the nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution, the sodium hydroxide aqueous solution, and the complexing agent were fed into the reaction zone. A coprecipitation reaction was thus initiated in the reaction zone.

反応帯域のpHを11.7~12.0に制御し、固体濃度が400g/Lで安定するまで反応帯域の出発物質およびスラリーの抜き出しを行った。共沈反応開始から72時間かけて反応設備を連続運転した。その後、反応帯域からポンプ14を介してスラリーを排出した。スラリーをろ過して複合金属水酸化物を分離、洗浄した。この複合金属水酸化物を大気中80℃で乾燥した。得られた複合金属水酸化物の組成はNi0.850Co0.150(OH)であった。その粒子の平均粒径は16.3μmであった。こうして粉末の状態でニッケル・コバルト複合金属水酸化物粒子を得た。このニッケル・コバルト複合金属水酸化物の性状を実施例1と同じ観点で評価した。結果を表1に示す。 The reaction zone pH was controlled between 11.7 and 12.0 and the reaction zone starting material and slurry were withdrawn until the solids concentration stabilized at 400 g/L. The reaction equipment was continuously operated for 72 hours from the start of the coprecipitation reaction. The slurry was then discharged from the reaction zone via pump 14 . The slurry was filtered to separate and wash the composite metal hydroxide. This composite metal hydroxide was dried at 80° C. in the atmosphere. The composition of the obtained composite metal hydroxide was Ni 0.850 Co 0.150 (OH) 2 . The average particle size of the particles was 16.3 μm. In this way, nickel-cobalt composite metal hydroxide particles were obtained in the form of powder. The properties of this nickel-cobalt composite metal hydroxide were evaluated from the same viewpoint as in Example 1. Table 1 shows the results.

[比較例2]
以下に示す出発物質を用いた。
・硫酸ニッケル水溶液、硫酸コバルト水溶液、これらの混合物:ニッケル濃度8.2重量%の硫酸ニッケル水溶液を準備する。コバルト濃度8.2重量%の硫酸コバルト水溶液を準備する。上記硫酸ニッケル水溶液と上記硫酸コバルト水溶液を、硫酸ニッケル水溶液:硫酸コバルト水溶液=84.2:15.8(重量比)部で混合する。この混合物を反応器に供給路を介して連結する容器に投入した。
・錯化剤:アンモニア濃度25重量%で含むアンモニア水。
・水酸化ナトリウム水溶液
・純水
図4に示す反応器内に濃度133.6g/Lの硫酸ナトリウム水溶液を満たし、傾斜板沈降装置を介して水溶液を循環させながら、反応帯域に1.00k/mの攪拌動力が与えられるように撹拌回転数を640rpmに設定した。反応帯域の液温を50℃に維持した。上記硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液の混合物、上記水酸化ナトリウム水溶液、錯化剤を反応帯域に供給した。こうして反応帯域で共沈反応が開始した。
[Comparative Example 2]
The starting materials shown below were used.
• Nickel sulfate aqueous solution, cobalt sulfate aqueous solution, mixture thereof: Prepare a nickel sulfate aqueous solution with a nickel concentration of 8.2% by weight. An aqueous solution of cobalt sulfate having a cobalt concentration of 8.2% by weight is prepared. The nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution are mixed at a ratio of nickel sulfate aqueous solution:cobalt sulfate aqueous solution=84.2:15.8 (weight ratio). This mixture was charged into a vessel that was connected to the reactor via a feed line.
- Complexing agent: Ammonia water containing ammonia at a concentration of 25% by weight.
・Sodium hydroxide aqueous solution ・Pure water The reactor shown in Fig. 4 is filled with a sodium sulfate aqueous solution with a concentration of 133.6 g / L, and the reaction zone is supplied with 1.00 kW / while circulating the aqueous solution through the inclined plate sedimentation device. The stirring rotation speed was set to 640 rpm so as to give a stirring power of m3 . The liquid temperature in the reaction zone was maintained at 50°C. A mixture of the nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution, the sodium hydroxide aqueous solution, and the complexing agent were fed into the reaction zone. A coprecipitation reaction was thus initiated in the reaction zone.

反応帯域のpHを11.7~12.0に制御し、固体濃度が400g/Lで安定するまで反応帯域の出発物質およびスラリーの抜き出しを行った。共沈反応開始から72時間かけて反応設備を連続運転した。その後、反応帯域からポンプ14を介してスラリーを排出した。スラリーをろ過して複合金属水酸化物を分離、洗浄した。この複合金属水酸化物を大気中80℃で乾燥した。得られた複合金属水酸化物の組成はNi0.842Co0.158(OH)であった。その粒子の平均粒径は17.0μmであった。こうして粉末の状態でニッケル・コバルト複合金属水酸化物粒子を得た。このニッケル・コバルト複合金属水酸化物の性状を実施例1と同じ観点で評価した。結果を表1に示す。 The reaction zone pH was controlled between 11.7 and 12.0 and the reaction zone starting material and slurry were withdrawn until the solids concentration stabilized at 400 g/L. The reaction equipment was continuously operated for 72 hours from the start of the coprecipitation reaction. The slurry was then discharged from the reaction zone via pump 14 . The slurry was filtered to separate and wash the composite metal hydroxide. This composite metal hydroxide was dried at 80° C. in the atmosphere. The composition of the obtained composite metal hydroxide was Ni 0.842 Co 0.158 (OH) 2 . The average particle size of the particles was 17.0 μm. In this way, nickel-cobalt composite metal hydroxide particles were obtained in the form of powder. The properties of this nickel-cobalt composite metal hydroxide were evaluated from the same viewpoint as in Example 1. Table 1 shows the results.

[比較例3]
以下に示す出発物質を用いた。
・硫酸ニッケル水溶液、硫酸コバルト水溶液、これらの混合物:ニッケル濃度8.2重量%の硫酸ニッケル水溶液を準備する。コバルト濃度8.2重量%の硫酸コバルト水溶液を準備する。上記硫酸ニッケル水溶液と上記硫酸コバルト水溶液を、硫酸ニッケル水溶液:硫酸コバルト水溶液=85.8:14.2(重量比)部で混合する。この混合物を反応器に供給路を介して連結する容器に投入した。
・錯化剤:アンモニア濃度25重量%で含むアンモニア水。
・水酸化ナトリウム水溶液
・純水
図4に示す反応器内に濃度133.6g/Lの硫酸ナトリウム水溶液を満たし、傾斜板沈降装置を介して水溶液を循環させながら、反応帯域に2.32k/mの攪拌動力が与えられるように撹拌回転数を1111rpmに設定した。反応帯域の液温を50℃に維持した。上記硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液の混合物、上記水酸化ナトリウム水溶液、上記錯化剤を反応帯域に供給した。こうして反応帯域で共沈反応が開始した。
[Comparative Example 3]
The starting materials shown below were used.
• Nickel sulfate aqueous solution, cobalt sulfate aqueous solution, mixture thereof: Prepare a nickel sulfate aqueous solution with a nickel concentration of 8.2% by weight. An aqueous solution of cobalt sulfate having a cobalt concentration of 8.2% by weight is prepared. The nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution are mixed at a ratio of nickel sulfate aqueous solution:cobalt sulfate aqueous solution=85.8:14.2 (weight ratio). This mixture was charged into a vessel that was connected to the reactor via a feed line.
- Complexing agent: Ammonia water containing ammonia at a concentration of 25% by weight.
・Sodium hydroxide aqueous solution ・Pure water The reactor shown in Fig. 4 was filled with a sodium sulfate aqueous solution having a concentration of 133.6 g/L, and the reaction zone was supplied with 2.32 kW / while circulating the aqueous solution through the inclined plate sedimentation device. The stirring rotation speed was set to 1111 rpm so as to give a stirring power of m3 . The liquid temperature in the reaction zone was maintained at 50°C. A mixture of the nickel sulfate aqueous solution and the cobalt sulfate aqueous solution, the sodium hydroxide aqueous solution, and the complexing agent were fed into the reaction zone. A coprecipitation reaction was thus initiated in the reaction zone.

反応帯域のpHを11.7~12.0に制御し、固体濃度が400g/Lで安定するまで反応帯域の出発物質およびスラリーの抜き出しを行った。共沈反応開始から72時間かけて反応設備を連続運転した。その後、反応帯域からポンプ14を介してスラリーを排出した。スラリーをろ過して複合金属水酸化物を分離、洗浄した。この複合金属水酸化物を大気中80℃で乾燥した。得られた複合金属水酸化物の組成はNi0.858Co0.142(OH)であった。その粒子の平均粒径は8.6μmであった。こうして粉末の状態でニッケル・コバルト複合金属水酸化物粒子を得た。このニッケル・コバルト複合金属水酸化物の性状を実施例1と同じ観点で評価した。結果を表1に示す。 The reaction zone pH was controlled between 11.7 and 12.0 and the reaction zone starting material and slurry were withdrawn until the solids concentration stabilized at 400 g/L. The reaction equipment was continuously operated for 72 hours from the start of the coprecipitation reaction. The slurry was then discharged from the reaction zone via pump 14 . The slurry was filtered to separate and wash the composite metal hydroxide. This composite metal hydroxide was dried at 80° C. in the air. The composition of the obtained composite metal hydroxide was Ni 0.858 Co 0.142 (OH) 2 . The average particle size of the particles was 8.6 μm. In this way, nickel-cobalt composite metal hydroxide particles were obtained in the form of powder. The properties of this nickel-cobalt composite metal hydroxide were evaluated from the same viewpoint as in Example 1. Table 1 shows the results.

Figure 0007134590000001
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図5~10と表1に示されるように、反応帯域の液温が60℃より低く、反応帯域に与える攪拌動力が2.2k/mを超える比較例では、得られた複合金属水酸化物の粒子には割れが発生しており、その形状が実施例に比べて歪なものとなっている。これに対して実施例の複合金属水酸化物は大粒径であっても割れがなく、球状もしくは近球状である。このような複合金属水酸化物を前駆体として用いれば、大粒径にもかかわらず割れがなく球状あるいは近球状のNCA系正極活物質粒子が得られると期待できる。 As shown in FIGS. 5 to 10 and Table 1, in the comparative example in which the liquid temperature in the reaction zone was lower than 60° C. and the stirring power applied to the reaction zone exceeded 2.2 kW / m 3 , the obtained composite metal water Cracks are generated in the oxide particles, and the shape thereof is distorted compared to the examples. On the other hand, the composite metal hydroxides of Examples are spherical or near-spherical without cracks even if they have a large particle size. If such a composite metal hydroxide is used as a precursor, it can be expected to obtain spherical or near-spherical NCA-based positive electrode active material particles without cracks despite the large particle size.

本発明の方法によって、比較的大粒径でしかも球状のNCA系正極活物質前駆体、及びこれを用いた比較的大粒径でしかも球状のNCA系正極活物質を製造することが出来る。本発明はリチウムイオン電池用の放電容量と体積容量の改善に貢献する。 According to the method of the present invention, a relatively large particle size and spherical NCA-based positive electrode active material precursor and a relatively large particle size and spherical NCA-based positive electrode active material using the same can be produced. The present invention contributes to improved discharge capacity and volumetric capacity for lithium ion batteries.

1 傾斜板沈降装置
2 ラメラ
3 溝
4 傾斜板沈降装置
5 ラメラ
6 レールシステム
7 固体粒子
8 ラメラ
9 直線
10 パドル翼
11 熱交換器
12 傾斜板沈降装置
13 反応器
14 ポンプ
15 スラリー流れ
16 循環ポンプ
17 ポンプ
18 循環容器
19 スラリー流れ
20 循環容器
21 ポンプ
22 ポンプ
23 金属水溶液の供給ポンプ
24 錯化剤の供給ポンプ
25 pH調整剤の供給ポンプ
26 純水の供給ポンプ
1 inclined plate settler 2 lamella 3 groove 4 inclined plate settler 5 lamella 6 rail system 7 solid particles 8 lamella 9 straight line 10 paddle blade 11 heat exchanger 12 inclined plate settler 13 reactor 14 pump 15 slurry flow 16 circulation pump 17 Pump 18 Circulation vessel 19 Slurry flow 20 Circulation vessel 21 Pump 22 Pump 23 Metal aqueous solution supply pump 24 Complexing agent supply pump 25 pH adjuster supply pump 26 Pure water supply pump

Claims (4)

リチウムイオン電池の正極活物質の前駆体である、組成:NiCoAl(OH)(a=0.70~0.95、b=0.02~0.20、c=0~0.1、d=2.0~2.1、a+b+c=1)を有する複合金属水酸化物からなる平均粒径が10.0μm以上の粒子を製造する方法であって、
出発物質の供給部、共沈反応が進行する反応帯域、および前記反応帯域からのスラリー排出部を備える反応器とその付属装置とを含む装置を用い、
上記反応帯域の液温が60℃以上であり、
上記反応帯域に与える攪拌動力が0.5kW/m 以上2.2k/m以下であって、
上記反応帯域における上記共沈反応が定常状態に達すると、ポンプによって一定流量で上記複合金属水酸化物のスラリーが反応器から取り出され、次の乾燥工程に移される、
複合金属水酸化物の製造方法。
Composition: Ni a Co b Al c (OH) d (a = 0.70 to 0.95, b = 0.02 to 0.20, c = 0 ~ 0.1, d = 2.0 to 2.1, a + b + c = 1).
Using an apparatus comprising a reactor comprising a supply of starting materials, a reaction zone in which the coprecipitation reaction proceeds, and a slurry outlet from the reaction zone, and ancillary equipment thereof ,
The liquid temperature in the reaction zone is 60° C. or higher,
The stirring power applied to the reaction zone is 0.5 kW/m 3 or more and 2.2 kW /m 3 or less,
When the coprecipitation reaction in the reaction zone reaches a steady state, the slurry of the composite metal hydroxide is removed from the reactor at a constant flow rate by a pump and transferred to the next drying step.
A method for producing a composite metal hydroxide.
上記複合金属水酸化物からなる粒子が球状もしくは近球状であり、1000倍に拡大した走査型電子顕微鏡写真で上記複合金属水酸化物粒子表面の割れが観察されない、請求項1に記載の複合金属水酸化物の製造方法。 2. The composite metal according to claim 1, wherein the particles comprising the composite metal hydroxide are spherical or near-spherical, and cracks on the surfaces of the composite metal hydroxide particles are not observed in a scanning electron micrograph magnified 1000 times. A method for producing a hydroxide. 反応器中での沈殿により化合物を製造するための装置であって、
上記装置は、出発物質の供給部、共沈反応が進行する反応帯域、および前記反応帯域からのスラリー排出部を備える反応器とその付属装置とを含み、
前記反応器が傾斜板沈降装置を有し、出発物質溶液を前記反応器の反応帯域内への導入時に均質混合するのに適合させた装置であって、
前記傾斜板沈降装置が、前記反応帯域に直接接続されるように前記反応器と一体化され、かつ少なくとも1つのポンプを介して少なくとも1つの循環容器に接続され、
前記反応器内の生成物懸濁液から前記少なくとも1つの循環容器まで濁った液体を吸引し、該濁った液体からフィルタエレメントを通して固体の微粒分級物を除去した後の液体を、循環容器から取り出し、かつ前記反応器へ直接返送することによって、前記反応器内の生成物懸濁液の粒度分布が、より高いD50値へ変位されることを特徴とする、前記反応器中での沈殿により化合物を製造するための装置:
を用いる、請求項1または2に記載の複合金属水酸化物の製造方法。
An apparatus for producing a compound by precipitation in a reactor, comprising:
The apparatus includes a reactor and its accessories, which are provided with a starting material supply, a reaction zone in which the coprecipitation reaction proceeds, and a slurry outlet from the reaction zone,
said reactor having a tilt plate settling device adapted to intimately mix a starting material solution upon introduction into a reaction zone of said reactor,
said inclined plate settler is integrated with said reactor such that it is directly connected to said reaction zone and is connected to at least one circulation vessel via at least one pump;
aspirating turbid liquid from the product suspension in the reactor to the at least one circulation vessel and removing the liquid from the circulation vessel after removing solid particulate fractions from the turbid liquid through a filter element; , and by direct recycling to the reactor, the particle size distribution of the product suspension in the reactor is shifted to higher D50 values, compound by precipitation in the reactor Equipment for manufacturing:
The method for producing a composite metal hydroxide according to claim 1 or 2, wherein
請求項1~3のいずれか1項に記載された複合金属水酸化物の製造方法によってリチウムイオン電池の正極活物質の前駆体を製造する工程と、この前駆体と少なくともリチウム化合物とを含む混合物を焼成する工程とを含む、リチウムイオン電池正極活物質の製造方法。
A step of producing a precursor of a positive electrode active material for a lithium ion battery by the method for producing a composite metal hydroxide according to any one of claims 1 to 3, and a mixture containing the precursor and at least a lithium compound. A method for producing a lithium ion battery positive electrode active material, comprising the step of firing.
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