JP7215169B2 - ニッケルマンガン複合水酸化物とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態のニッケルマンガン複合水酸化物の一例を示す模式図である。図1に示すように、ニッケルマンガン複合水酸化物1(以下、「複合水酸化物1」ともいう。)は、複数の一次粒子2が凝集した二次粒子3から構成される。二次粒子3は、一次粒子2間に空隙4を有する。なお、複合水酸化物1は、主に一次粒子2が凝集した二次粒子3から構成されるが、例えば、二次粒子3として凝集しなかった一次粒子2や、凝集後に二次粒子3から脱落した一次粒子2など、少量の一次粒子2を含んでもよい。
図2は、本実施形態のニッケルマンガン複合水酸化物の製造方法の一例を示す図である。以下、図2を説明する際に、適宜、複合水酸化物1の一例を示す模式図である図1を参照する。
反応水溶液中の溶存酸素濃度は、0.2mg/L以上4.6mg/L以下の範囲に調整する。溶存酸素濃度を上記の範囲に制御することで、二次粒子3の疎密度を上記範囲に制御して正極活物質の前駆体として好適な複合水酸化物を得ることができる。また、晶析工程中、溶存酸素濃度は、一定の範囲となるように制御することが好ましい。溶存酸素濃度の変動幅は、例えば、±0.2mg/L以内とすることが好ましく、±0.1mg/L以内とすることがより好ましい。
反応水溶液中の溶解ニッケル濃度は、例えば、反応水溶液の温度を基準として700mg/L以上1500mg/L以下の範囲に、好ましくは700mg/L以上1200mg/L以下の範囲に調整する。溶解ニッケル濃度を上記範囲で、適宜調整することにより、平均粒径及び疎密度を所望の範囲に制御することができ、正極活物質の前駆体として疎密度が低く高い球状性を有するニッケルマンガン複合水酸化物を容易に得ることができる。また、晶析工程中、溶解ニッケル濃度は、一定の範囲となるように制御することが好ましい。溶解ニッケル濃度の変動幅は、例えば、±20mg/L以内とすることが好ましい。なお、溶解ニッケル濃度は、例えば、反応水溶液の液成分中のNi量をICP発光分光法により化学分析することにより測定することができる。
反応水溶液に負荷する撹拌動力は、3kW/m3以上15kW/m3以下の範囲で調整することが好ましく、3kW/m3以上14kW/m3以下の範囲とすることがより好ましく、さらに4.5kW/m3以上12kW/m3以下の範囲とすることがさらに好ましい。攪拌動力を上記範囲とすることで、二次粒子の過度の微細化や粗大化を抑制し、複合水酸化物1の粒径を正極活物質としてより好適なものとすることができる。また、二次粒子の粗大化を抑制することで、二次粒子をより密なものとすることができる。また、晶析工程中、撹拌動力は、一定の範囲となるように制御することが好ましい。撹拌動力の変動幅は、例えば±0.2kW/m3以内とすることができる。また、攪拌動力は、例えば、7kW/m3以下の範囲で調製してもよく、6.5kW/m3以下の範囲で調製してもよい。なお、攪拌動力は、反応容器中に備えられた攪拌羽根などの攪拌装置の大きさ、回転数等を調整することにより、上記範囲に制御する。
晶析反応槽内の反応水溶液の温度は、35℃以上60℃以下の範囲であることが好ましく、38℃以上50℃以下の範囲とすることがより好ましい。反応水溶液の温度が60℃超える場合、反応水溶液中で、粒子成長よりも核生成の優先度が高まり、複合水酸化物1を構成する一次粒子2の形状が微細になり過ぎやすい。このような複合水酸化物1を用いると、得られる正極活物質の充填性が低くなるという問題がある。一方、反応水溶液の温度が35℃未満の場合、反応水溶液中で、核生成よりも、粒子成長が優先的となる傾向があるため、複合水酸化物1を構成する一次粒子2及び二次粒子3の形状が粗大になりやすい。このような粗大な二次粒子3を有する複合水酸化物を正極活物質の前駆体として用いた場合、電極作製時に凹凸が発生するほどの非常に大きい粗大粒子を含む正極活物質が形成されるという問題がある。さらに、反応水溶液が35℃未満の場合、反応水液中の金属イオンの残存量が高く反応効率が非常に悪いという問題が発生するとともに、不純物元素を多く含んだ複合水酸化物が生成してしまう問題が生じやすい。
反応水溶液のpH値は、液温25℃基準として10.0以上13.0以下の範囲であることが好ましい。pH値が上記範囲である場合、一次粒子2の大きさ及び形状を適度に制御して疎密度を制御しながら、二次粒子のモフォロジーを適切に制御して、正極活物質の前駆体としてより好適な複合水酸化物1を得ることができる。また、pH値が10.0未満である場合、複合水酸化物1の生成速度が著しく遅くなり、濾液中にニッケルが残留し、得られる複合水酸化物1の組成が目標値から大きくずれることがある。一方、pH値が13.0を超える場合、粒子の成長速度が速く、核生成が起こりやすくなるため、小粒径かつ球状性の悪い粒子となりやすい。
本実施形態の製造方法は、反応水溶液中において、少なくともニッケルとマンガンとをそれぞれ含む塩を中和してニッケルマンガン複合水酸化物粒子を生成させる晶析工程を含む。晶析工程の具体的な実施態様としては、例えば、反応槽内の少なくともニッケル(Ni)、マンガン(Mn)を含む混合水溶液を一定速度にて撹拌しながら、中和剤(例えば、アルカリ溶液など)を加えて中和することによりpHを制御して、複合水酸化物1粒子を共沈殿により生成させることができる。本実施形態の製造方法においては、バッチ方式による晶析法、あるいは連続晶析法のいずれの方法も採用できる。ここで、連続晶析法とは、上記混合水溶液を連続的に供給しながら中和剤を供給してpHを制御しつつ、オーバーフローにより生成した複合水酸化物粒子を回収する晶析法である。連続晶析法は、バッチ法と比較して粒度分布の広い粒子が得られ、充填性の高い粒子が得られやすい。また、連続晶析法は、大量生産に向いており、工業的にも有利な製造方法となる。例えば、上述した本実施形態の複合水酸化物1の製造を、連続晶析法で行う場合、得られる複合水酸化物1粒子の充填性(タップ密度)をより向上させることができ、より高い充填性及び疎密度を有する複合水酸化物1を、簡便かつ大量に生産することができる。
図3(A)は、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質10(以下、「正極活物質10」ともいう)を構成するリチウムニッケルマンガン複合酸化物11(以下、「複合酸化物11」ともいう)の一例を示す模式図である。また、図3(B)は、正極活物質10(二次粒子13)中の一次粒子12の配置について説明した図である。複合酸化物11は、一般式(2):Li1+tNixMnyMzO2+β(式(2)中、Mは、Co、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Fe、及びWから選択される少なくとも1種以上の添加元素であり、tは、-0.05≦t≦0.5であり、xは、0.1≦x≦0.9、yは、0.05≦y≦0.8、zは、0≦z≦0.8であり、かつ、x+y+z=1.0を満たし、βは、0≦β≦0.5である。)で表され、一次粒子12が凝集した二次粒子13からなる。なお、上記式(2)中、βは、複合酸化物11に含まれるリチウム以外の金属元素の価数、及びリチウム以外の金属元素に対するリチウムの原子数比に応じて変化する係数である。
本実施形態の正極活物質の製造方法は、一般式(2):Li1+tNixMnyMzO2+β(式(2)中、Mは、Co、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Fe、Wから選択される少なくとも1種以上の添加元素であり、tは、-0.05≦t≦0.5であり、xは、0.1≦x≦0.9、yは、0.05≦y≦0.8、zは、0≦z≦0.8であり、かつ、x+y+z=1.0を満たし、βは、0≦β≦0.5である。)で表され、一次粒子が凝集した二次粒子からなるリチウムニッケルマンガン複合酸化物(以下、「複合酸化物」ともいう。)で構成された非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、「正極活物質」ともいう。)の製造方法である。
まず、上述の複合水酸化物1とリチウム化合物と混合して、リチウム混合物を形成する。複合水酸化物1は上述の製造方法で得ることが好ましい。リチウム化合物としては、特に限定されず公知のリチウム化合物が用いられることができ、例えば、入手が容易であるという観点から、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、又は、これらの混合物が好ましく用いられる。これらの中でも、リチウム化合物としては、取り扱いの容易さ、品質の安定性の観点から、水酸化リチウム又は炭酸リチウムがより好ましい。なお、混合工程の前に複合水酸化物1を酸化してニッケルマンガン複合酸化物の形態にした後、リチウム化合物と混合してもよい。
次いで、リチウム混合物を焼成して、複合酸化物11を得る。焼成は、酸化性雰囲気中で、700℃以上1100℃以下で行う。焼成温度が700℃未満である場合、焼成が十分行われず、タップ密度が低下することがある。また、焼成温度が700℃未満である場合、リチウムの拡散が十分に進行せず、余剰のリチウムが残存し、結晶構造が整わないことや、粒子内部のニッケル、マンガンなどの組成の均一性が十分に得られずに、電池に用いられた場合に十分な特性が得られないことがある。一方、1100℃を超えると、粒子表面の疎の部分が緻密化してしまう。また、複合酸化物11の粒子間で激しく焼結が生じるとともに異常粒成長を生じる可能性があり、このため、焼成後の粒子が粗大となって略球状の二次粒子の形態を保持できなくなる可能性がある。このような正極活物質は、比表面積が低下するため、電池に用いた場合、正極の抵抗が上昇して電池容量が低下する問題が生じる。また、焼成時間は、特に限定されないが、1時間以上24時間以内程度である。
本実施形態の非水系電解質二次電池(以下、「二次電池」ともいう。)の一例について、構成要素ごとにそれぞれ説明する。本実施形態の二次電池は、正極、負極及び非水電解液を含み、一般のリチウムイオン二次電池と同様の構成要素から構成される。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、非水系電解質二次電池は、下記実施形態をはじめとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、二次電池は、その用途を特に限定するものではない。
上記の正極活物質10を用いて、非水系電解質二次電池の正極を作製する。以下に正極の製造方法の一例を説明する。まず、上記の正極活物質10(粉末状)、導電材および結着剤(バインダー)を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整などの目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製する。
負極は、金属リチウム、リチウム合金等を用いることができる。また、負極は、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、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用いてもよい。
正極と負極との間には、セパレータを挟み込んで配置する。セパレータは、正極と負極とを分離し、電解質を保持するものであり、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。
非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。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、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート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、又は2種以上を混合して用いることができる。
以上のように説明してきた正極、負極、セパレータおよび非水系電解液で構成される本発明の非水系電解質二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極を、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、非水系電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、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、非水系電解質二次電池を完成させる。
[複合水酸化物の作製]
反応槽(60L)に純水を所定量入れ、攪拌動力を6.0kW/m3に調整した。次いで、攪拌しながら反応槽内の温度(液温)を45℃に設定した。このとき反応槽内に、窒素ガス(N2)を供給して反応槽液中の溶存酸素濃度が2.8mg/LとなるようになるようにN2流量を調整した。この反応槽内にニッケル:コバルト:マンガンのモル比が35:35:30となるように硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンを溶解した2.0mol/Lの混合水溶液と、アルカリ溶液である25質量%水酸化ナトリウム水溶液と、錯化剤として25質量%アンモニア水と、を反応槽に同時に連続的に添加し、中和晶析反応を行った。溶解ニッケル濃度が1080mg/Lで一定となるように、pH値とアンモニウムイオン濃度とで調整した。この際、反応槽内のアンモニウムイオン濃度は、12~15g/Lの範囲であった。また、混合水溶液に含まれる金属塩の滞留時間が8時間となるように混合溶液と水酸化ナトリウム水溶液とアンモニア水の合計の流量を制御した。この際のpHは、液温25℃基準として11.6であり、変動幅は上下に0.1であった。反応槽が安定した後、オーバーフロー口からニッケルコバルトマンガン複合水酸化物を含むスラリーを回収した後、吸引濾過を行いニッケルコバルトマンガン複合水酸化物のケーキを得た。濾過後、濾過機内にあるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物ケーキ140gに対して1Lの純水を供給しながら吸引濾過して通液することで、不純物の洗浄を行った。さらに、洗浄後のニッケルコバルトマンガン複合水酸化物ケーキを120℃で大気乾燥してニッケルコバルトマンガン複合水酸化物(以下、「複合水酸化物」ともいう。)を得た。
上記複合水酸化物と炭酸リチウムを、Li/Meが1.06なるように秤量した後、前駆体の形骸が維持される程度の強さでシェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合してリチウム混合物を得た(混合工程)。
得られた活物質二次粒子の動径方向の配向性はEBSD(電子線後方散乱回折法)により評価する。被測定試料を測定装置内に設置する際、被測定試料の導電性を保つ観点から、被測定試料ホルダーへの固定は導電性ペースト(コロイダルカーボンペースト)を用いて行った。
また、被測定試料の断面において結晶方位の測定を行う領域(被測定面)はx軸、y軸方向の配向性情報を2.5μm×12.5μmの短冊形状で取得することとし、測定点の数は全部で250,000点とした。
<001>軸:φ1=0°±30°、Φ=0°±30°、φ2=0°±30°
<100>軸:φ1=0°±30°、Φ=90°±30°、φ2=60°±30°
<110>軸:φ1=0°±30°、Φ=90°±30°、φ2=120°±30°
上記の規則に従い、各測定点がどの結晶方位に含められるかを決定することが可能である。
なお、本工程は、市販のEBSD用解析ソフト(Oxford Instruments社のEBSD用解析ソフト:Project Manager-Tango)を使用し、実施した。
得られた正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、およびポリテトラフッ化エチレン樹脂(PTFE)7.5mgを混合し、100MPaの圧力で直径11mm、厚さ100μmにプレス成形し、図8に示す正極(評価用電極)PEを作製した。作製した正極PEを真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した後、この正極PEを用いて2032型コイン電池CBAを、露点が-80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。負極NEには、直径17mm厚さ1mmのリチウム(Li)金属を用い、電解液には、1MのLiClO4を支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。セパレータSEには膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。また、コイン電池は、ガスケットGAとウェーブワッシャーWWを有し、正極缶PCと負極缶NCとでコイン型電池に組み立てた。
晶析工程における攪拌動力を5.8kW/m3に調整し、反応槽内の溶解ニッケル濃度を970mg/L、溶存酸素濃度を4.5mg/LとなるようにN2流量とpH値を調整したこと以外は、実施例1と同様にして複合水酸化物および正極活物質を作製した。得られた複合水酸化物の特性を表1に示す。図5C、Dは、得られた複合水酸化物の表面(図5C)および断面構造(図5D)を示す。図6C’、D’は、得られた正極活物質の表面(図6C’)および断面構造(図6D’)を示す。また、表2は、得られた正極活物質の特性および電気化学特性評価結果を示す。なお、各評価は、実施例1と同様に行った。
[複合水酸化物の作製]
反応槽(60L)に純水を所定量入れ、攪拌動力を6.0kW/m3に調整した。次いで、攪拌しながら反応槽内の温度(液温)を45℃に設定した。このとき反応槽内に、窒素ガス(N2)を供給して反応槽液中の溶存酸素濃度が3.5mg/LとなるようになるようにN2流量を調整した。この反応槽内にニッケル:コバルト:マンガンのモル比が60:20:20となるように硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンを溶解した2.0mol/Lの混合水溶液と、アルカリ溶液である25質量%水酸化ナトリウム水溶液と、錯化剤として25質量%アンモニア水と、を反応槽に同時に連続的に添加し、中和晶析反応を行った。溶解ニッケル濃度が720mg/Lで一定となるように、pH値とアンモニウムイオン濃度とで調整した。この際、反応槽内のアンモニウムイオン濃度は、12~15g/Lの範囲であった。また、混合水溶液に含まれる金属塩の滞留時間が8時間となるように混合溶液と水酸化ナトリウム水溶液とアンモニア水の合計の流量を制御した。この際のpHは、液温25℃基準として11.7であり、変動幅は上下に0.1であった。反応槽が安定した後、オーバーフロー口からニッケルコバルトマンガン複合水酸化物を含むスラリーを回収した後、吸引濾過を行いニッケルコバルトマンガン複合水酸化物のケーキを得た。濾過後、濾過機内にあるニッケルコバルトマンガン複合水酸化物ケーキ140gに対して1Lの純水を供給しながら吸引濾過して通液することで、不純物の洗浄を行った。さらに、洗浄後のニッケルコバルトマンガン複合水酸化物ケーキを120℃で大気乾燥してニッケルコバルトマンガン複合水酸化物(以下、「複合水酸化物」ともいう。)を得た。得られた複合水酸化物の表面および断面構造を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。図5E、Fは、得られた複合水酸化物の表面(図5E)および断面構造(図5F)を示す。
上記複合水酸化物と炭酸リチウムを、Li/Meが1.03なるように秤量した後、前駆体の形骸が維持される程度の強さでシェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合してリチウム混合物を得た(混合工程)。
晶析工程における攪拌動力を5.5kW/m3に調整し、反応水溶液中の溶解ニッケル濃度を410mg/L、溶存酸素濃度を5.8mg/LとなるようにN2流量とpH値を調整したこと以外は、実施例1と同様にして複合水酸化物および正極活物質を作製した。得られた複合水酸化物の特性を表1に示す。また、得られた正極活物質の特性および電気化学特性評価結果を表2に示す。なお、各評価は、実施例1と同様に行った。
晶析工程における攪拌動力を5.2kW/m3に調整し、反応水溶液中の溶解ニッケル濃度を300mg/L、溶存酸素濃度を6.2mg/LとなるようにN2に替えて空気を供給し、その流量とpH値を調整したこと以外は、実施例1と同様にして複合水酸化物および正極活物質を作製した。得られた複合水酸化物の特性を表1に示す。また、得られた正極活物質の特性および電気化学特性評価結果を表2に示す。なお、各評価は、実施例1と同様に行った。
晶析工程における攪拌動力を5.8kW/m3に調整し、反応水溶液中の溶解ニッケル濃度を350mg/L、溶存酸素濃度を5.8mg/LとなるようにN2流量とpH値を調整したこと以外は、実施例3と同様にして複合水酸化物および正極活物質を作製した。得られた複合水酸化物の特性を表1に示す。また、得られた正極活物質の特性および電気化学特性評価結果を表2に示す。なお、各評価は、実施例1と同様に行った。
実施例1~3は、溶存酸素濃度、溶解ニッケル濃度及び攪拌動力を最適な値に調整しているため、Liとの反応性が高く、密な粒子の指標となる特定の半価幅領域を有する複合水酸化物が得られている。また、細孔容積や平均疎密度の結果からも、高密度かつ粒子充填性に優れた複合水酸化物が得られていることを示している。このような複合水酸化物から合成した正極活物質は、複合水酸化物と同様に、高密度かつ粒子充填性に優れるため、高い体積エネルギー密度を有している。また、実施例1~3はEBSDによる配向性評価において、動径方向の配向性がx軸方向、y軸方向ともにLiイオンの挿入脱離に有利な結晶ab面の配向割合が55%以上となっており、放射状構造をとることが示された。断面SEM像からも、実施例1では、二次粒子(正極活物質)の外周から粒子中心に向かう半径50%の範囲R2(図3(B)参照)において、この範囲R2の全一次粒子数のうちの60%の一次粒子が二次粒子中心から外周側に向かって放射状(放射方向R1、図3(B)参照)に配置されていた。同様に、実施例2、3では、それぞれ83%、87%の一次粒子が放射状に配置されていた。
2…一次粒子(ニッケルマンガン複合水酸化物)
3…二次粒子(ニッケルマンガン複合水酸化物)
4…空隙(ニッケルマンガン複合水酸化物)
d…二次粒子の粒径
10…正極活物質
11…リチウムニッケルマンガン複合酸化物
12…一次粒子(リチウムニッケルマンガン複合酸化物)
13…二次粒子(リチウムニッケルマンガン複合酸化物)
14…空隙(リチウムニッケルマンガン複合酸化物)
C…二次粒子の中心部分(リチウムニッケルマンガン複合酸化物)
L…一次粒子の長径方向
R1…放射方向
R2…外周から粒子中心に向かう二次粒子の半径50%の範囲
Claims (16)
- 一般式(1):NixMnyMz(OH)2+α(前記式(1)中、Mは、Co、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Fe、及びWから選択される1種以上の元素であり、xは、0.1≦x≦0.9、yは、0.05≦y≦0.8、zは、0≦z≦0.8であり、かつ、x+y+z=1.0を満たし、αは、0≦α≦0.4である。)で表され、複数の一次粒子が凝集した二次粒子から構成された、非水系電解質二次電池用正極活物質の前駆体であるニッケルマンガン複合水酸化物であって、
X線回折測定により得られる(001)面の回折ピークの半価幅が0.20°以上0.40°以下であり、
走査型電子顕微鏡による断面観察において、前記ニッケルマンガン複合水酸化物の体積平均粒径MVの80%以上の粒径を有する二次粒子断面から測定される、〔(前記二次粒子内部の空隙面積/前記二次粒子の断面積)×100〕(%)で表される平均疎密度が0.5%以上10%以下である
ことを特徴とするニッケルマンガン複合水酸化物。 - 窒素吸着法により測定される細孔容積が0.01cm3/g以上0.04cm3/g以下であることを特徴とする請求項1に記載のニッケルマンガン複合水酸化物。
- 粒度分布の広がりを示す指標である〔(D90-D10)/平均粒径〕が0.7以上であり、体積平均粒径MVが5μm以上20μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のニッケルマンガン複合水酸化物。
- 比表面積が5m2/g以上15m2/g以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のニッケルマンガン複合水酸化物。
- タップ密度が1.8g/cm3以上2.5g/cm3以下であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のニッケルマンガン複合水酸化物。
- 非水系電解質二次電池用正極活物質の前駆体であるニッケルマンガン複合水酸化物の製造方法であって、
一般式(1):NixMnyMz(OH)2+α(前記式(1)中、Mは、Co、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Fe、及びWから選択される少なくとも1種以上の元素であり、xは、0.1≦x≦0.9、yは、0.05≦y≦0.8、zは、0≦z≦0.8であり、かつ、x+y+z=1.0を満たし、αは、0≦α≦0.4である。)で表され、複数の一次粒子が凝集した二次粒子から構成されたニッケルマンガン複合水酸化物の製造方法であって、
反応水溶液中で少なくともニッケルとマンガンとをそれぞれ含む塩を中和してニッケルマンガン複合水酸化物を生成させる晶析工程を含み、
前記晶析工程において、反応水溶液中の溶存酸素濃度を0.2mg/L以上4.6mg/L以下の範囲内、及び、溶解ニッケル濃度を700mg/L以上1500mg/L以下の範囲内で調整することにより、
X線回折測定により得られる(001)面の回折ピークの半価幅が0.20°以上0.40°以下であり、かつ、走査型電子顕微鏡による断面観察において、前記ニッケルマンガン複合水酸化物の体積平均粒径MVの80%以上の粒径を有する二次粒子断面から測定される、〔(前記二次粒子内部の空隙面積/前記二次粒子の断面積)×100〕(%)で表される平均疎密度が0.5%以上10%以下であるニッケルマンガン複合水酸化物を得る、
ことを特徴とするニッケルマンガン複合水酸化物の製造方法。 - 前記晶析工程において、反応水溶液に負荷する撹拌動力を3kW/m3以上15kW/m3以下の範囲で調整することを特徴とする請求項6に記載のニッケルマンガン複合水酸化物の製造方法。
- 前記晶析工程において、反応水溶液の温度を35℃以上60℃以下の範囲で調整することを特徴とする請求項6又は7に記載のニッケルマンガン複合水酸化物の製造方法。
- 前記晶析工程において、反応水溶液の液温25℃基準として測定するpH値を10.0以上13.0以下の範囲で調整することを特徴とする請求項6~8のいずれか一項に記載のニッケルマンガン複合水酸化物の製造方法。
- 前記晶析工程は、反応槽にニッケルとマンガンを含む混合水溶液を連続的に加えて、中和させて生成するニッケルマンガン複合水酸化物粒子を含むスラリーをオーバーフローさせて前記二次粒子を回収することを特徴とする請求項6~9のいずれか一項に記載のニッケルマンガン複合水酸化物の製造方法。
- 一般式(2):Li1+tNixMnyMzO2+β(式(2)中、Mは、Co、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Fe、Wから選択される少なくとも1種以上の添加元素であり、tは、-0.05≦t≦0.5であり、xは、0.1≦x≦0.9、yは、0.05≦y≦0.8、zは、0≦z≦0.8であり、かつ、x+y+z=1.0を満たし、βは、0≦β≦0.5である。)で表され、一次粒子が凝集した二次粒子からなるリチウムニッケルマンガン複合酸化物で構成された非水系電解質二次電池用正極活物質であって、
走査型電子顕微鏡による断面観察において、前記リチウムニッケルマンガン複合酸化物の体積平均粒径MVの80%以上の粒径を有する二次粒子断面から測定される、〔(前記二次粒子内部の空隙面積/前記二次粒子断面積)×100〕(%)で表される平均疎密度が0.5%以上12%以下であり、
JIS K6217-4に準拠して測定されるDBP吸収量が12cm3/100g以上20cm3/100g以下であり、かつ、
X線回折測定により得られる104面のピーク強度I(104)に対する003面の回折ピーク強度I(003)の比I(003)/I(104)が1.7以上である、
ことを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質。 - タップ密度が2.0g/cm3以上2.7g/cm3以下であることを特徴とする請求項11に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
- 前記二次粒子の断面の中心から外側に向かう任意の動径方向をx軸方向、及び、前記x軸方向に直交する方向をy軸方向とした場合、前記x軸方向、及び、前記y軸方向のそれぞれにおいて、電子線後方散乱回折法を用いて測定される結晶ab面の配向割合が55%以上であることを特徴とする請求項11~12のいずれか一項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
- 一般式(2):Li1+tNixMnyMzO2+β(式(2)中、Mは、Co、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Fe、及びWから選択される少なくとも1種以上の添加元素であり、tは、-0.05≦t≦0.5であり、xは、0.1≦x≦0.9、yは、0.05≦y≦0.8、zは、0≦z≦0.8であり、かつ、x+y+z=1.0を満たし、βは、0≦β≦0.5である。)で表され、一次粒子が凝集した二次粒子からなるリチウムニッケルマンガン複合酸化物で構成された非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法であって、
請求項1~請求項5のいずれか一項に記載のニッケルマンガン複合水酸化物と、リチウム化合物とを混合して混合物を得る工程と、前記混合物を焼成してリチウムニッケルマンガン複合酸化物を得る工程と、を含むことを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 - 前記ニッケルマンガン複合水酸化物は、請求項6~請求項10のいずれか一項に記載の製造方法によって得ることを特徴とする請求項14に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
- 請求項11~請求項13のいずれか一項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質を正極に用いたことを特徴とする非水系電解質二次電池。
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