JP7244615B1 - Positive electrode active material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery - Google Patents

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Abstract

【課題】初期放電容量が高く、繰り返し充放電を行っても放電容量が低下し難いリチウム二次電池を得ることができるリチウム二次電池用正極活物質の提供。【解決手段】リチウム金属複合酸化物及びAl偏析部を含有する複数の粒子Xを含み、粒子Xが空隙を有しており、リチウム金属複合酸化物は、少なくともLi、Ni及びAlを含有し、SEMにより得られる粒子Xの断面画像が(1)及び(2)の条件を満たす、リチウム二次電池用正極活物質。(1)二値化処理した画像において、明色部分の外周で囲まれる領域の面積の総和に対する明色部分の外周で囲まれる領域内に存在する暗色部分の面積の総和の割合が、0.05%より大きく0.4%以下である。(2)二値化処理した画像において、粒子Xの総数に対する式(i)で表される円形度が0.33以下である粒子Yの個数の割合が、0%より大きく5.0%以下である。【選択図】なしA positive electrode active material for a lithium secondary battery is provided, which enables obtaining a lithium secondary battery which has a high initial discharge capacity and whose discharge capacity does not easily decrease even after repeated charging and discharging. A lithium metal composite oxide and a plurality of particles X containing Al segregation parts are included, the particles X have voids, the lithium metal composite oxide contains at least Li, Ni and Al, A positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein a cross-sectional image of particles X obtained by SEM satisfies conditions (1) and (2). (1) In the binarized image, the ratio of the total area of the dark color portion existing in the area surrounded by the outer periphery of the bright color portion to the total area of the region surrounded by the outer periphery of the light color portion is 0. 05% and 0.4% or less. (2) In the binarized image, the ratio of the number of particles Y whose circularity represented by formula (i) is 0.33 or less to the total number of particles X is greater than 0% and less than or equal to 5.0%. is. [Selection figure] None

Description

本発明は、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material for lithium secondary batteries, a positive electrode for lithium secondary batteries, and a lithium secondary battery.

リチウム二次電池用正極活物質は、リチウム金属複合酸化物を含んだ複数の粒子からなる。リチウム金属複合酸化物としては、Ni、Co及びAl等の金属元素とLiとを含む複合金属酸化物が広く使用されている。リチウム二次電池の充放電に伴い、リチウム二次電池用正極活物質の粒子表面でリチウムイオンの脱離及び挿入が行われる。 A positive electrode active material for a lithium secondary battery is composed of a plurality of particles containing a lithium metal composite oxide. As lithium metal composite oxides, composite metal oxides containing metal elements such as Ni, Co and Al and Li are widely used. As the lithium secondary battery is charged and discharged, lithium ions are desorbed and inserted on the particle surface of the positive electrode active material for lithium secondary batteries.

例えば特許文献1には、リチウム、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムを含み、空隙率20%未満の二次粒子から主に構成されるリチウム金属複合酸化物の粒子と、リチウム金属複合酸化物の粒子の表面に形成された、電子導電性粒子を含むイオン伝導性ポリマーからなる被覆層とを有するリチウム二次電池用正極活物質が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes lithium metal composite oxide particles containing lithium, nickel, cobalt, and aluminum and mainly composed of secondary particles having a porosity of less than 20%, and lithium metal composite oxide particles. A positive electrode active material for a lithium secondary battery is described, which has a coating layer formed on its surface and which consists of an ion-conducting polymer containing electronically-conducting particles.

JP-A-2019-140093JP-A-2019-140093

特許文献1のリチウム二次電池用正極活物質は、耐候性及び長期保管性に優れている。しかしながら、リチウム二次電池用正極活物質は、リチウム二次電池の初期放電容量及び繰り返し充放電性能の観点から更なる改善の余地がある。 The positive electrode active material for lithium secondary batteries of Patent Document 1 is excellent in weather resistance and long-term storage stability. However, positive electrode active materials for lithium secondary batteries have room for further improvement in terms of initial discharge capacity and repeated charge/discharge performance of lithium secondary batteries.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、初期放電容量が高く、繰り返し充放電を行っても放電容量が低下し難いリチウム二次電池を得ることができるリチウム二次電池用正極活物質、及びこれを用いたリチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances. An object of the present invention is to provide a substance, a positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery using the same.

本発明は、以下の態様を有する。
[1]リチウム金属複合酸化物及びAl偏析部を含有する複数の粒子Xを含むリチウム二次電池用正極活物質であって、
前記粒子Xが空隙を有しており、
前記リチウム金属複合酸化物は、層状構造を有し、少なくともLi、Ni、及びAlを含有し、
走査型電子顕微鏡により得られる前記粒子Xの断面画像が(1)及び(2)の条件を満たす、リチウム二次電池用正極活物質。
(1)前記リチウム金属複合酸化物が明色、前記空隙及び前記Al偏析部が暗色となるように前記断面画像を二値化処理した画像において、明色部分の外周で囲まれる領域の面積の総和に対する前記明色部分の外周で囲まれる領域内に存在する暗色部分の面積の総和の割合が、0.05%より大きく0.4%以下である。
(2)前記二値化処理した画像において、前記粒子Xの総数に対する、式(i)で表される円形度が0.33以下である粒子Yの個数の割合が、0%より大きく5.0%以下である。
円形度=4πS/L (i)
式(i)において、Sは前記明色部分の外周で囲まれる領域の面積であり、Lは前記明色部分の外周長である。
[2]前記二値化処理した画像において、前記粒子Xの総数に対する前記円形度が0.45以上の粒子Zの個数の割合が、70%以上である、[1]に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[3]前記正極活物質の50%累積体積粒度が5-20μmである、[1]又は[2]に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[4]前記正極活物質の10%累積体積粒度に対する90%累積体積粒度の比が3以下である、[1]~[3]の何れか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[5]前記正極活物質の組成式が、式(A)で表される、[1]~[4]の何れか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
Li[Li(Ni(1-x-y)Al1-m]O ・・・(A)
(式A中、Mは、Co,Mn,Fe,Cu,Ti,Mg,W,Mo,Nb,Zn,Sn,Zr,Ga,V,B,Si,S及びPからなる群より選択される1種以上の元素であり、-0.1≦m≦0.2、0<x≦0.5及び0≦y<0.5を満たす。)
[6]前記正極活物質のCuKα線を使用した粉末X線回折測定(XRD)において、2θ=44.1±1°の範囲内の回折ピーク強度高さ(H2)に対する2θ=18.5±1°の範囲内の回折ピーク強度高さ(H1)の比(H1/H2)が、1.5以上1.6以下である、[1]~[5]の何れか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[7][1]~[6]の何れか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用正極。
[8][7]に記載のリチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池。
The present invention has the following aspects.
[1] A positive electrode active material for a lithium secondary battery containing a plurality of particles X containing a lithium metal composite oxide and an Al segregation part,
The particles X have voids,
The lithium metal composite oxide has a layered structure and contains at least Li, Ni, and Al,
A positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein a cross-sectional image of the particles X obtained by a scanning electron microscope satisfies the conditions (1) and (2).
(1) In an image obtained by binarizing the cross-sectional image so that the lithium metal composite oxide is bright and the voids and the Al segregation part are dark, the area of the region surrounded by the outer periphery of the bright-colored portion The ratio of the total area of the dark color portions existing in the region surrounded by the outer periphery of the bright color portion to the total sum is more than 0.05% and 0.4% or less.
(2) In the binarized image, the ratio of the number of particles Y whose circularity represented by formula (i) is 0.33 or less to the total number of particles X is greater than 0%. 0% or less.
Circularity = 4πS/L 2 (i)
In formula (i), S is the area of the region surrounded by the perimeter of the light-colored portion, and L is the perimeter length of the light-colored portion.
[2] The lithium secondary according to [1], wherein the ratio of the number of particles Z having a circularity of 0.45 or more to the total number of particles X in the binarized image is 70% or more. Positive electrode active material for batteries.
[3] The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to [1] or [2], wherein the positive electrode active material has a 50% cumulative volume particle size of 5 to 20 μm.
[4] The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of [1] to [3], wherein the ratio of the 90% cumulative volume particle size to the 10% cumulative volume particle size of the positive electrode active material is 3 or less. .
[5] The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of [1] to [4], wherein the composition formula of the positive electrode active material is represented by formula (A).
Li[Li m (Ni (1-xy) Al x M y ) 1-m ]O 2 (A)
(In formula A, M is selected from the group consisting of Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, V, B, Si, S and P It is one or more elements and satisfies −0.1≦m≦0.2, 0<x≦0.5 and 0≦y<0.5.)
[6] In the powder X-ray diffraction measurement (XRD) using CuKα rays of the positive electrode active material, 2θ = 18.5 ± for the diffraction peak intensity height (H2) within the range of 2θ = 44.1 ± 1 ° The lithium according to any one of [1] to [5], wherein the ratio (H1/H2) of the diffraction peak intensity height (H1) within the range of 1° is 1.5 or more and 1.6 or less. Positive electrode active material for secondary batteries.
[7] A positive electrode for lithium secondary batteries containing the positive electrode active material for lithium secondary batteries according to any one of [1] to [6].
[8] A lithium secondary battery having the positive electrode for a lithium secondary battery according to [7].

本発明によれば、初期放電容量が高く、繰り返し充放電を行っても放電容量が低下し難いリチウム二次電池を得ることができるリチウム二次電池用正極活物質、及びこれを用いたリチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a positive electrode active material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery using the same can obtain a lithium secondary battery that has a high initial discharge capacity and does not easily decrease in discharge capacity even after repeated charging and discharging. A positive electrode for a secondary battery and a lithium secondary battery can be provided.

本発明の一態様におけるリチウム二次電池用正極活物質のSEMによる解析結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of SEM analysis of a positive electrode active material for a lithium secondary battery in one embodiment of the present invention; 本発明の一態様におけるリチウム二次電池用正極活物質のSEMによる解析結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of SEM analysis of a positive electrode active material for a lithium secondary battery in one embodiment of the present invention; 本発明の一態様におけるリチウム二次電池用正極活物質のSEMによる解析結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of SEM analysis of a positive electrode active material for a lithium secondary battery in one embodiment of the present invention; リチウム二次電池の一例を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an example of a lithium secondary battery; FIG. 本実施形態の全固体リチウム二次電池の全体構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an all-solid lithium secondary battery of the present embodiment; FIG.

以下、本発明の一態様におけるリチウム二次電池用正極活物質について説明する。以下の複数の実施形態では、好ましい例や条件を共有してもよい。また、本明細書において、各用語を以下に定義する。 A positive electrode active material for a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention is described below. Preferred examples and conditions may be shared among the following embodiments. Moreover, in this specification, each term is defined below.

本願明細書において、金属複合化合物(Metal Composite Compound)を以下「MCC」と称し、リチウム金属複合酸化物(Lithium Metal composite Oxide)を以下「LiMO」と称し、リチウム二次電池用正極活物質(Cathode Active Material for lithium secondary batteries)を以下「CAM」と称す。 In the specification of the present application, a metal composite compound is hereinafter referred to as "MCC", a lithium metal composite oxide is hereinafter referred to as "LiMO", and a positive electrode active material for a lithium secondary battery (Cathode) Active Material for lithium secondary batteries) is hereinafter referred to as "CAM".

「Ni」とは、ニッケル金属ではなく、ニッケル原子を指す。「Li」及び「Al」等も同様に、それぞれリチウム原子及びアルミニウム原子等を指す。 "Ni" refers to nickel atoms rather than nickel metal. “Li” and “Al” and the like similarly refer to lithium atoms and aluminum atoms and the like, respectively.

数値範囲を例えば「1-10μm」又は「1~10μm」と記載した場合、1μmから10μmまでの範囲を意味し、下限値である1μmと上限値である10μmを含む数値範囲を意味する。 For example, when a numerical range is described as "1-10 μm" or "1-10 μm", it means a range from 1 μm to 10 μm, including a lower limit of 1 μm and an upper limit of 10 μm.

「累積体積粒度」は、レーザー回折散乱法によって測定される値である。具体的には、測定対象、例えばCAMの粉末0.1gを、0.2質量%ヘキサメタりん酸ナトリウム水溶液50mlに投入し、前記粉末を分散させた分散液を得る。次に、得られた分散液についてレーザー回折散乱粒度分布測定装置(例えば、マルバーン社製、マスターサイザー2000)を用いて、粒度分布を測定し、体積基準の累積粒度分布曲線を得る。得られた累積粒度分布曲線において、微小粒子側から10%累積時の粒子径の値が10%累積体積粒度(以下、D10と記載することがある)(μm)であり、微小粒子側から50%累積時の粒子径の値が50%累積体積粒度(以下、D50と記載することがある)(μm)であり、微小粒子側から90%累積時の粒子径の値が90%累積体積粒度(以下、D90と記載することがある)(μm)である。 "Cumulative volume particle size" is a value measured by a laser diffraction scattering method. Specifically, 0.1 g of a measurement object, for example, CAM powder, is put into 50 ml of a 0.2% by mass sodium hexametaphosphate aqueous solution to obtain a dispersion liquid in which the powder is dispersed. Next, the particle size distribution of the resulting dispersion is measured using a laser diffraction scattering particle size distribution analyzer (eg Mastersizer 2000 manufactured by Malvern) to obtain a volume-based cumulative particle size distribution curve. In the obtained cumulative particle size distribution curve, the value of the particle diameter when 10% is accumulated from the fine particle side is the 10% cumulative volume particle size (hereinafter sometimes referred to as D 10 ) (μm), and from the fine particle side The value of the particle size at 50% accumulation is the 50% cumulative volume particle size (hereinafter sometimes referred to as D 50 ) (μm), and the value of the particle size at 90% accumulation from the microparticle side is 90% accumulation. Volume particle size (hereinafter sometimes referred to as D90 ) (μm).

「CAMの組成分析」は、以下の方法で分析される。例えば、CAMの粉末を塩酸に溶解させた後、ICP発光分光分析装置を用いて測定する。ICP発光分光分析装置としては、例えば株式会社パーキンエルマー製、Optima7300を使用できる。 "CAM composition analysis" is analyzed by the following method. For example, after dissolving CAM powder in hydrochloric acid, it is measured using an ICP emission spectrometer. As an ICP emission spectrometer, for example, Optima7300 manufactured by Perkin Elmer Co., Ltd. can be used.

本実施形態において、走査型電子顕微鏡を「SEM」と記載する。走査型電子顕微鏡としては、例えば、ショットキー電界放出形走査電子顕微鏡(日本電子株式会社製、製品名JSM-7900F)を使用できる。 In this embodiment, a scanning electron microscope is described as "SEM". As the scanning electron microscope, for example, a Schottky field emission scanning electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., product name JSM-7900F) can be used.

LiMOの結晶構造は、CuKαを線源とし、かつ回折角2θの測定範囲を10°以上90°以下とするCAMの粉末X線回折測定を行うことで算出できる。具体的には、粉末X線回折測定装置(例えば、株式会社リガク製UltimaIV)を用いて観察することにより確認できる。2θ=18.5±1°の範囲内の回折ピーク強度高さ(H1)と2θ=44.4±1°の範囲内の回折ピーク強度高さ(H2)の比(H1/H2)は、X線回折装置を用いてCAMの粉末X線回折測定を行い、該当する回折ピークを解析ソフトウェア(例えば、統合粉末X線解析ソフトウェアJADE)により解析することで得ることができる。 The crystal structure of LiMO can be calculated by CAM powder X-ray diffraction measurement using CuKα as a radiation source and measuring the diffraction angle 2θ in a range of 10° to 90°. Specifically, it can be confirmed by observation using a powder X-ray diffraction measurement device (for example, Ultima IV manufactured by Rigaku Corporation). The ratio (H1/H2) of the diffraction peak intensity height (H1) within the range of 2θ = 18.5 ± 1° and the diffraction peak intensity height (H2) within the range of 2θ = 44.4 ± 1° is It can be obtained by performing powder X-ray diffraction measurement of CAM using an X-ray diffractometer and analyzing corresponding diffraction peaks with analysis software (for example, integrated powder X-ray analysis software JADE).

「初期放電容量」とは、以下の条件で充放電を行って測定した値を意味する。リチウム二次電池を、25℃において4.3Vまで0.2CAで定電流充電してから4.3Vで定電圧充電する定電流定電圧充電を5時間行った後、2.5Vまで0.2CAで放電する定電流放電を行う。放電容量を測定し、得られた値を「初期放電容量」(mAh/g)とする。 "Initial discharge capacity" means a value measured by charging and discharging under the following conditions. A lithium secondary battery is charged at 0.2 CA to 4.3 V at 25° C. and then charged at 4.3 V for 5 hours. A constant current discharge is performed. The discharge capacity is measured, and the obtained value is defined as "initial discharge capacity" (mAh/g).

「50回目放電容量維持率」とは、以下に示す条件で充放電サイクルを50回繰り返す試験を行って測定した値を意味する。 The “50th discharge capacity retention rate” means a value measured by conducting a test in which charge/discharge cycles are repeated 50 times under the conditions shown below.

リチウム二次電池を、上述の条件で初期充放電を行う。初期充放電後、初期充放電と同じ温度と電圧の条件で、1CAで充放電を繰り返す。その後、50サイクル目の放電容量(mAh/g)を測定する。初期放電容量に対する50サイクル目の放電容量の割合を、50回目放電容量維持率(%)とする。 The lithium secondary battery is initially charged and discharged under the above conditions. After the initial charge/discharge, the charge/discharge is repeated at 1 CA under the same temperature and voltage conditions as the initial charge/discharge. After that, the discharge capacity (mAh/g) at the 50th cycle is measured. The ratio of the discharge capacity at the 50th cycle to the initial discharge capacity is defined as the 50th discharge capacity retention rate (%).

本明細書において、50回目放電容量維持率が大きいリチウム二次電池は、繰り返し充放電を行っても放電容量が低下し難いことを意味し、サイクル特性がよいと記載することがある。 In this specification, a lithium secondary battery with a high 50th discharge capacity retention rate is sometimes described as having good cycle characteristics, meaning that the discharge capacity is less likely to decrease even after repeated charging and discharging.

<リチウム二次電池用正極活物質>
本実施形態のCAMは、LiMO及びAl偏析部を含有する複数の粒子Xを含み、粒子Xが空隙を有しており、LiMOは、層状構造を有し、少なくともLi、Ni及びAlを含有し、SEMにより得られる前記粒子Xの断面画像が(1)及び(2)の条件を満たす。
(1)LiMOが明色、粒子X内部の空隙及びAl偏析部が暗色となるように断面画像を二値化処理した画像において、明色部分の外周で囲まれる領域の面積の総和に対する明色部分の外周で囲まれる領域内に存在する暗色部分の面積の総和の割合が、0.05%より大きく0.4%以下である。
(2)二値化した画像において、粒子Xの総数に対する式(i)で表される円形度が0.33以下である粒子Yの個数の割合が、0%より大きく5.0%以下である。
円形度=4πS/L (i)
式(i)において、Sは明色部分の外周で囲まれる領域の面積であり、Lは明色部分の外周長である。
<Positive electrode active material for lithium secondary battery>
The CAM of the present embodiment includes a plurality of particles X containing LiMO and Al segregation parts, the particles X have voids, and the LiMO has a layered structure and contains at least Li, Ni and Al. , the cross-sectional image of the particle X obtained by SEM satisfies the conditions (1) and (2).
(1) In the image obtained by binarizing the cross-sectional image so that LiMO is bright and the voids inside the particle X and the Al segregation part are dark, the light color for the total area of the region surrounded by the outer periphery of the bright color part The ratio of the total area of the dark color portions present in the region surrounded by the outer perimeter of the portion is greater than 0.05% and less than or equal to 0.4%.
(2) In the binarized image, the ratio of the number of particles Y having a circularity represented by formula (i) of 0.33 or less to the total number of particles X is greater than 0% and less than or equal to 5.0%. be.
Circularity = 4πS/L 2 (i)
In formula (i), S is the area of the region surrounded by the perimeter of the light-colored portion, and L is the perimeter length of the light-colored portion.

本実施形態におけるCAMは、複数の粒子Xからなる。言い換えれば、本実施形態におけるCAMは、粉末状である。本実施形態において、複数の粒子の集合体は、二次粒子のみを含んでいてもよく、一次粒子と二次粒子の混合物であってもよい。 The CAM in this embodiment consists of a plurality of particles X. FIG. In other words, the CAM in this embodiment is powdery. In this embodiment, the aggregate of a plurality of particles may contain only secondary particles, or may be a mixture of primary particles and secondary particles.

本実施形態において、「二次粒子」とは、前記一次粒子が凝集している粒子である。即ち、二次粒子は、一次粒子の凝集体である。 In the present embodiment, "secondary particles" are particles in which the primary particles are agglomerated. That is, secondary particles are aggregates of primary particles.

本実施形態のCAMは、(1)及び(2)を満たす。
(1)LiMOが明色、粒子X内部の空隙及びAl偏析部が暗色となるように断面画像を二値化処理した画像において、明色部分の外周で囲まれる領域の面積の総和に対する明色部分の外周で囲まれる領域内に存在する暗色部分の面積の総和の割合が、0.05%より大きく0.4%以下である。
(2)二値化した画像において、粒子Xの総数に対する式(i)で表される円形度が0.33以下である粒子Yの個数の割合が、0%より大きく5.0%以下である。
円形度=4πS/L (i)
式(i)において、Sは明色部分の外周で囲まれる領域の面積であり、Lは明色部分の外周長である。
The CAM of this embodiment satisfies (1) and (2).
(1) In the image obtained by binarizing the cross-sectional image so that LiMO is bright and the voids inside the particle X and the Al segregation part are dark, the light color for the total area of the region surrounded by the outer periphery of the bright color part The ratio of the total area of the dark color portions present in the region surrounded by the outer perimeter of the portion is greater than 0.05% and less than or equal to 0.4%.
(2) In the binarized image, the ratio of the number of particles Y having a circularity represented by formula (i) of 0.33 or less to the total number of particles X is greater than 0% and less than or equal to 5.0%. be.
Circularity = 4πS/L 2 (i)
In formula (i), S is the area of the region surrounded by the perimeter of the light-colored portion, and L is the perimeter length of the light-colored portion.

<断面SEM画像解析>
CAMが(1)及び(2)を満たしているかは、以下の方法で確認できる。まず、粒子固定用樹脂に、CAMを分散させる。その後、真空脱気し、得られた生成物をアルミニウム板に挟み、硬化させる。これにより、CAMを含む樹脂の硬化物が得られる。
<Cross-sectional SEM image analysis>
Whether the CAM satisfies (1) and (2) can be confirmed by the following method. First, CAM is dispersed in a particle-fixing resin. After that, vacuum degassing is performed, and the obtained product is sandwiched between aluminum plates and cured. Thereby, a cured product of a resin containing CAM is obtained.

硬化物を試料台に固定し、断面試料作製装置(クロスセクションポリッシャともいう、例えば、JEOL社製、IB-19520CCP)にセットする。イオン加速電圧6.0kVでアルゴンイオンビーム加工し、CAMの断面を作製する。 The cured product is fixed on a sample stand and set in a cross-section sample preparation device (also called a cross-section polisher, for example, IB-19520CCP manufactured by JEOL). Argon ion beam processing is performed at an ion acceleration voltage of 6.0 kV to fabricate a cross section of the CAM.

CAMの断面を加速電圧15kVで、SEMで観察する。解析対象粒子である複数の粒子Xは、200個以上あればよい。 A cross section of the CAM is observed with an SEM at an acceleration voltage of 15 kV. The number of particles X, which are particles to be analyzed, should be 200 or more.

得られた画像(反射電子像)を定量解析ソフトTRI/3D-BON-FCS(ラトックシステムエンジニアリング製)を用いて二値化処理および解析を行う。画像分解能は、x,y=0.023μm、z=0.023μmとする。 The resulting image (backscattered electron image) is binarized and analyzed using quantitative analysis software TRI/3D-BON-FCS (manufactured by Ratoc System Engineering). The image resolution is x, y=0.023 μm, z=0.023 μm.

具体的には、定量解析ソフトの機能であるAuto-LWで画像の2階調化を行い、明色で表示されるLiMOと、暗色で表示される空隙及びAl偏析部を識別する。反射電子は試料を構成する元素により発生量が異なり、原子番号が大きいほど発生量が多くなる性質を持つ。そのため画像(反射電子像)では、おもに重元素である遷移金属元素を含むLiMOは明るく、空隙及びおもに軽元素であるC及びAl元素を含むAl偏析部は暗くなる。 Specifically, Auto-LW, which is a function of the quantitative analysis software, converts the image into two gradations, and distinguishes LiMO displayed in bright colors and voids and Al segregation portions displayed in dark colors. The amount of backscattered electrons generated differs depending on the elements that make up the sample, and the larger the atomic number, the greater the amount of generated backscattered electrons. Therefore, in the image (backscattered electron image), LiMO containing mainly transition metal elements, which are heavy elements, is bright, and voids and Al segregation parts mainly containing C and Al elements, which are light elements, are dark.

得られた画像において空隙の一部、及びCAM表面に存在するAl偏析部等が中間コントラストを示す場合には、画像演算機能を用いて中間コントラスト部のみを抽出し、暗色で表示される粒子内空隙部と重ね合わせる処理を行う。この処理により、粒子表面にあるAl偏析部を除去した正極活物質の形状と粒子内空隙部をより正確に識別して2階調化、つまり二値化を行うことができる。 In the obtained image, if some of the voids and Al segregation parts present on the CAM surface show intermediate contrast, only the intermediate contrast parts are extracted using the image calculation function, and the dark color inside the grain is displayed. A process to overlap with the gap is performed. By this treatment, the shape of the positive electrode active material from which the Al segregation part on the particle surface has been removed and the void part in the particle can be more accurately identified to perform two-gradation, that is, binarization.

二値化した画像から、画像演算機能を用いて円相当径6μm以下の粒子、解析画像端が欠如している粒子、解析の前処理時に割れている粒子、及び粒子形状が不明瞭な粒子(粒子の端部における断面と考えられる)を除去する。このようにして得られた2値化画像から、明色部分の外周で囲まれる領域の面積の総和に対する明色部分の外周で囲まれる領域内に存在する暗色部分の面積の総和の割合を、ソフトのオプション機能であるTRI/2D-PRTにてラベリングしたのちに算出する。また、粒子Xの総数に対する式(i)で表される円形度が0.33以下である粒子Yの個数の割合を算出する。 From the binarized image, using the image calculation function, particles with an equivalent circle diameter of 6 μm or less, particles with missing analysis image edges, particles with cracks during preprocessing for analysis, and particles with unclear particle shapes ( A cross-section at the edge of the grain) is removed. From the binarized image thus obtained, the ratio of the total area of the dark-colored portions existing in the region surrounded by the outer periphery of the light-colored portion to the total area of the regions surrounded by the outer periphery of the light-colored portion is Calculated after labeling with TRI/2D-PRT, which is an optional function of the software. Also, the ratio of the number of particles Y having a circularity of 0.33 or less represented by the formula (i) to the total number of particles X is calculated.

図1~3は、本発明の一態様におけるリチウム二次電池用正極活物質のSEMによる解析結果を示す図であり、上述の方法で二値化した画像である。図2は、図1の破線で囲まれる領域Pの拡大図である。図3は、図1の破線で囲まれる領域Qの拡大図である。粒子内空隙及びAl偏析部は、二値化画像において暗色で表示される部分のうち、明色部分の外周で囲まれる領域内に存在する円相当径0.5μm以上の部分と定義する。例えば、図2における符号42で囲まれる部分が粒子内空隙及びAl偏析部である。 1 to 3 are diagrams showing SEM analysis results of a positive electrode active material for a lithium secondary battery in one embodiment of the present invention, and are images binarized by the above-described method. FIG. 2 is an enlarged view of a region P surrounded by dashed lines in FIG. FIG. 3 is an enlarged view of a region Q surrounded by dashed lines in FIG. The intra-particle voids and Al segregation portions are defined as portions having an equivalent circle diameter of 0.5 μm or more, which exist within the regions surrounded by the outer periphery of the light-colored portions in the dark-colored portions in the binarized image. For example, the portion surrounded by reference numeral 42 in FIG. 2 is the intra-particle void and the Al segregation portion.

CAMの面積は、二値化画像において明色部分41の外周で囲まれる領域面積である。つまり、CAMの面積は、LiMOと、粒子内に存在する粒子内の空隙と、粒子内に存在するAl偏析部とを合わせた面積である。図3で示すように、Al偏析部42がCAMの表面部分に露出している場合、換言すれば、Al偏析部が明色部分の外周で囲まれる領域外に存在する場合、CAMの面積にAl偏析部は含まれない。つまり、明色部分の外周Lで囲まれる領域をCAMの面積として算出する。 The area of the CAM is the area surrounded by the perimeter of the bright color portion 41 in the binarized image. In other words, the area of the CAM is the total area of LiMO, intra-particle voids present in the particles, and Al segregation portions present in the particles. As shown in FIG. 3, when the Al segregation portion 42 is exposed on the surface portion of the CAM, in other words, when the Al segregation portion exists outside the region surrounded by the outer periphery of the light-colored portion, the area of the CAM is Al segregation part is not included. That is, the area surrounded by the perimeter L of the light-colored portion is calculated as the area of the CAM.

複数の粒子Xの明色部分の外周で囲まれる領域の面積の総和に対する明色部分の外周で囲まれる領域内に存在する暗色部分の面積の総和の割合(以降、割合aと記載することがある。)を算出する。割合aが0.05%より大きく0.4%以下である場合、(1)の条件を満たす。割合aは、0.1-0.35%であることが好ましく、0.15-0.3%であることがより好ましく、0.15-0.27%であることが特に好ましい。割合aが0.05%より大きく0.4%以下であると、粒子内部に空隙及びAl偏析部が存在することを意味し、リチウム二次電池の充放電を繰り返し行うことで生じるLiMOの膨張及び収縮を空隙及びAl偏析部で緩和することができる。その結果粒子Xの割れを抑制し、リチウム二次電池のサイクル特性が向上する。また、空隙が適度に存在する場合、Liイオンの脱離及び挿入反応場が増加するため、初期放電容量が向上する。 The ratio of the total area of the dark-colored portions existing in the regions surrounded by the outer circumferences of the light-colored portions to the total area of the regions surrounded by the outer circumferences of the light-colored portions of the plurality of particles X (hereinafter, may be referred to as the ratio a) ) is calculated. If the ratio a is greater than 0.05% and less than or equal to 0.4%, the condition (1) is satisfied. The proportion a is preferably 0.1-0.35%, more preferably 0.15-0.3%, particularly preferably 0.15-0.27%. If the ratio a is more than 0.05% and 0.4% or less, it means that there are voids and Al segregation parts inside the particles, and LiMO expansion occurs when the lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged. and shrinkage can be relaxed at the voids and Al segregation. As a result, cracking of the particles X is suppressed, and the cycle characteristics of the lithium secondary battery are improved. In addition, when the voids are appropriately present, the desorption and insertion reaction fields of Li ions are increased, so that the initial discharge capacity is improved.

粒子Xの円形度は、式(i)で表される。
円形度=4πS/L (i)
式(i)において、Sは、明色部分の外周で囲まれる領域の面積である。Lは、明色部分の外周長である。
The circularity of particle X is represented by formula (i).
Circularity = 4πS/L 2 (i)
In formula (i), S is the area of the region surrounded by the perimeter of the bright portion. L is the perimeter length of the light-colored portion.

複数の粒子Xの総数に対する円形度が0.33以下である粒子Yの個数の割合(以降、割合bと記載することがある。)が、0%より大きく5.0%以下である場合、(2)の条件を満たす。割合bは、0.5-4.5%であることが好ましく、1.5-4%であることがより好ましく、2.0-3.5%であることがさらに好ましく、2.5-3.5%であることが特に好ましい。 When the ratio of the number of particles Y having a circularity of 0.33 or less to the total number of particles X (hereinafter sometimes referred to as ratio b) is greater than 0% and 5.0% or less, It satisfies the condition (2). The proportion b is preferably 0.5-4.5%, more preferably 1.5-4%, even more preferably 2.0-3.5%, 2.5- 3.5% is particularly preferred.

割合bが0%より大きいとき、CAMは、円形度が0.33以下の粒子を含むことを意味する。LiMOがAlを含むCAMでは、その製造工程、具体的には後述する本焼成工程においてAl偏析部が生じやすい。Al偏析部は、粒子表面に移動しやすく、本焼成工程に続いて行われる洗浄工程によって流出しやすい。Al偏析部が流出すると、その部分に空隙が形成される。CAMが空隙及びAl偏析部を含むようCAMを製造すると、割合bが0%より大きくなる。CAMに空隙及びAl偏析部を含ませるための製造条件については、後に詳述する。 When the proportion b is greater than 0%, CAM means containing particles with a circularity of 0.33 or less. In a CAM in which LiMO contains Al, Al segregation is likely to occur during the manufacturing process, specifically the main firing process described later. The Al segregation part is likely to move to the particle surface, and is likely to flow out in the washing process that follows the main firing process. When the Al segregation portion flows out, voids are formed in that portion. If the CAM is manufactured so that it contains voids and Al segregations, the proportion b will be greater than 0%. Manufacturing conditions for including voids and Al segregated parts in the CAM will be described in detail later.

割合bが5.0%以下であると、図3で示すような多量のAl偏析部が粒子表面に存在する粒子の割合が多くなりすぎず、Liイオンの脱離及び挿入反応場を十分に確保することができる。 When the ratio b is 5.0% or less, the ratio of particles having a large amount of Al segregation on the particle surface as shown in FIG. can be secured.

複数の粒子Xの総数に対する円形度が0.45以上である粒子Zの個数の割合(以降、割合cと記載することがある。)は、70-95%であることが好ましく、70-90%であることがより好ましく、70-85%であることがさらに好ましい。割合cが70-95%であると、初期放電容量が向上しやすくなる。 The ratio of the number of particles Z having a circularity of 0.45 or more to the total number of the plurality of particles X (hereinafter sometimes referred to as ratio c) is preferably 70-95%, and preferably 70-90%. %, more preferably 70-85%. When the ratio c is 70 to 95%, the initial discharge capacity is likely to be improved.

CAMのD50は、5.0-20μmであることが好ましく、5.0-17μmがより好ましく、5.0-15μmがさらに好ましい。CAMのD50が5.0-20μmであると、サイクル特性が向上しやすくなる。 The D 50 of CAM is preferably 5.0-20 μm, more preferably 5.0-17 μm, even more preferably 5.0-15 μm. When the D50 of the CAM is 5.0-20 μm, the cycle characteristics are likely to be improved.

CAMのD90/D10は、3以下であることが好ましく、2.98以下がより好ましく、2.96以下がさらに好ましい。CAMのD90/D10が3以下であると、サイクル特性が向上しやすくなる。 The D90 / D10 of CAM is preferably 3 or less, more preferably 2.98 or less, and even more preferably 2.96 or less. When the D 90 /D 10 of the CAM is 3 or less, the cycle characteristics are likely to be improved.

CAMに含まれるLiMOは、少なくともLi、Ni及びAlを含む金属酸化物である。CAMは、組成式(A)で表される金属酸化物であることが好ましい。
Li[Li(Ni(1-x-y)Al1-m]O ・・・(A)
(式A中、Mは、Co,Mn,Fe,Cu,Ti,Mg,W,Mo,Nb,Zn,Sn,Zr,Ga,V,B,Si,S及びPからなる群より選択される1種以上の元素であり、-0.1≦m≦0.2、0<x≦0.5及び0≦y<0.5を満たす。)
LiMO contained in CAM is a metal oxide containing at least Li, Ni and Al. CAM is preferably a metal oxide represented by the compositional formula (A).
Li[Li m (Ni (1-xy) Al x M y ) 1-m ]O 2 (A)
(In formula A, M is selected from the group consisting of Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, V, B, Si, S and P It is one or more elements and satisfies −0.1≦m≦0.2, 0<x≦0.5 and 0≦y<0.5.)

サイクル特性に優れるリチウム二次電池を得る観点から、前記式(A)におけるmは、-0.1以上であり、-0.05以上であることがより好ましく、0を超えることがさらに好ましい。また、初回クーロン効率がより高いリチウム二次電池を得る観点から、前記式(A)におけるmは、0.2以下であり、0.08以下であることが好ましく、0.06以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with excellent cycle characteristics, m in the formula (A) is -0.1 or more, more preferably -0.05 or more, and more preferably more than 0. In addition, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with a higher initial coulombic efficiency, m in the formula (A) is 0.2 or less, preferably 0.08 or less, and 0.06 or less. is more preferred.

mの上限値と下限値は、任意に組み合わせることができる。組み合わせとしては、例えば、mが-0.1~0.2、0を超え0.2以下、-0.05~0.08、0を超え0.06以下等であることが挙げられる。 The upper limit and lower limit of m can be combined arbitrarily. Combinations include, for example, m being -0.1 to 0.2, more than 0 to 0.2 or less, -0.05 to 0.08, more than 0 to 0.06 or less.

電池の内部抵抗が低いリチウム二次電池を得る観点から、前記式(A)におけるxは、0より大きく、0.01以上が好ましく、0.02以上がより好ましい。前記式(A)におけるxは0.5以下であり、0.3以下であることが好ましく、0.1以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with low battery internal resistance, x in the formula (A) is greater than 0, preferably 0.01 or more, and more preferably 0.02 or more. x in the formula (A) is 0.5 or less, preferably 0.3 or less, and more preferably 0.1 or less.

xの上限値と下限値は、任意に組み合わせることができる。組み合わせとしては、例えば、0.01~0.5、0.02~0.3、0.02~0.1であることが挙げられる。 The upper limit and lower limit of x can be combined arbitrarily. Examples of combinations include 0.01 to 0.5, 0.02 to 0.3, and 0.02 to 0.1.

電池の内部抵抗が低いリチウム二次電池を得る観点から、前記式(A)におけるyは、0以上であり、0.03以上が好ましく、0.05以上がより好ましい。前記式(A)におけるyは0.5未満であり、0.3以下であることが好ましく、0.1以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with low battery internal resistance, y in the formula (A) is 0 or more, preferably 0.03 or more, and more preferably 0.05 or more. y in the formula (A) is less than 0.5, preferably 0.3 or less, more preferably 0.1 or less.

yの上限値と下限値は、任意に組み合わせることができる。組み合わせとしては、例えば、0.03以上0.5未満、0.03~0.3、0.05~0.1等であることが挙げられる。 The upper limit and lower limit of y can be combined arbitrarily. Combinations include, for example, 0.03 to less than 0.5, 0.03 to 0.3, 0.05 to 0.1, and the like.

また、電池容量が大きいリチウム二次電池を得る観点から、本実施形態においては、前記式(A)におけるx+yは、0を超え0.50以下が好ましく、0を超え0.48以下がより好ましく、0を超え0.46以下がさらに好ましい。 In the present embodiment, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with a large battery capacity, x + y in the formula (A) is preferably more than 0 and 0.50 or less, more preferably more than 0 and 0.48 or less. , more preferably greater than 0 and less than or equal to 0.46.

サイクル維持率が高いリチウム二次電池を得る観点から、Mは、Mn、W、B、Nb、及びZrからなる群より選択される1種以上の金属であることが好ましい。 From the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with a high cycle retention rate, M is preferably one or more metals selected from the group consisting of Mn, W, B, Nb, and Zr.

CAMの粉末X線回折測定(XRD)において、2θ=44.1±1°の範囲内の回折ピーク強度高さ(H2)に対する2θ=18.5±1°の範囲内の回折ピーク強度高さ(H1)の比(H1/H2)が、1.5以上1.6以下であることが好ましく、1.51以上1.59以下であることがより好ましい。比(H1/H2)が、1.5以上1.6以下であると、初期放電容量が高くなる傾向がある。 In the powder X-ray diffraction measurement (XRD) of CAM, the diffraction peak intensity height within the range of 2θ = 18.5 ± 1 ° with respect to the diffraction peak intensity height (H2) within the range of 2θ = 44.1 ± 1 ° The ratio (H1/H2) of (H1) is preferably 1.5 or more and 1.6 or less, more preferably 1.51 or more and 1.59 or less. When the ratio (H1/H2) is 1.5 or more and 1.6 or less, the initial discharge capacity tends to increase.

LiMOの結晶構造は、層状構造であり、六方晶型の結晶構造又は単斜晶型の結晶構造であることがより好ましい。 The crystal structure of LiMO is a layered structure, and more preferably a hexagonal crystal structure or a monoclinic crystal structure.

六方晶型の結晶構造は、P3、P3、P3、R3、P-3、R-3、P312、P321、P312、P321、P312、P321、R32、P3m1、P31m、P3c1、P31c、R3m、R3c、P-31m、P-31c、P-3m1、P-3c1、R-3m、R-3c、P6、P6、P6、P6、P6、P6、P-6、P6/m、P6/m、P622、P622、P622、P622、P622、P622、P6mm、P6cc、P6cm、P6mc、P-6m2、P-6c2、P-62m、P-62c、P6/mmm、P6/mcc、P6/mcm、及びP6/mmcからなる群から選ばれるいずれか一つの空間群に帰属される。 The hexagonal crystal structure is composed of P3, P3 1 , P3 2 , R3, P-3, R-3, P312, P321, P3 1 12, P3 1 21, P3 2 12, P3 2 21, R32, P3m1, P31m, P3c1, P31c, R3m, R3c, P-31m, P-31c, P-3m1, P-3c1, R-3m, R-3c, P6, P6 1 , P6 5 , P6 2 , P6 4 , P6 3 , P-6, P6/m, P6 3 /m, P622, P6 1 22, P6 5 22, P6 2 22, P6 4 22, P6 3 22, P6mm, P6cc, P6 3 cm, P6 3 mc, P- It belongs to any one space group selected from the group consisting of 6m2, P-6c2, P-62m, P-62c, P6/mmm, P6/mcc, P6 3 /mcm, and P6 3 /mmc.

また、単斜晶型の結晶構造は、P2、P2、C2、Pm、Pc、Cm、Cc、P2/m、P2/m、C2/m、P2/c、P2/c、及びC2/cからなる群から選ばれるいずれか一つの空間群に帰属される。 The monoclinic crystal structures are P2, P2 1 , C2, Pm, Pc, Cm, Cc, P2/m, P2 1 /m, C2/m, P2/c, P2 1 /c, and C2 It belongs to any one space group selected from the group consisting of /c.

これらのうち、放電容量が高いリチウム二次電池を得るため、結晶構造は、空間群R-3mに帰属される六方晶型の結晶構造、又はC2/mに帰属される単斜晶型の結晶構造であることが特に好ましい。 Among these, in order to obtain a lithium secondary battery with a high discharge capacity, the crystal structure is a hexagonal crystal structure assigned to the space group R-3m, or a monoclinic crystal assigned to C2 / m. A structure is particularly preferred.

<CAMの製造方法>
CAMの製造方法について説明する。CAMの製造方法は、MCCの製造、MCCとリチウム化合物との混合、MCCとリチウム化合物との混合物の仮焼成、仮焼成により得られた反応物の本焼成、及び洗浄を少なくとも含んでいる。
<Method for manufacturing CAM>
A method of manufacturing a CAM will be described. The CAM production method includes at least production of MCC, mixing of MCC and a lithium compound, calcination of the mixture of MCC and the lithium compound, main calcination of the reactant obtained by the calcination, and washing.

(1)MCCの製造
MCCは、金属複合水酸化物、金属複合酸化物、及びこれらの混合物のいずれであってもよい。金属複合水酸化物及び金属複合酸化物は、一例として下記式(A’)で表されるモル比率で、Ni及びXを含み、下記式(A’’)で表される。
Ni:Al:M=(1-x-y):x:y (A’)
Ni(1-x-y)Alα(OH)2-β (A’’)
(式(A’)及び式(A’’)中、Mは、Co,Mn,Fe,Cu,Ti,Mg,W,Mo,Nb,Zn,Sn,Zr,Ga,V,B,Si,S及びPからなる群より選択される1種以上の元素であり、0<x≦0.5及び0≦y<0.5を満たす。式(A’’)は、0≦α≦3、-0.5≦β≦2及びβ-α<2を満たす。)
(1) Production of MCC MCC may be a metal composite hydroxide, a metal composite oxide, or a mixture thereof. The metal composite hydroxide and metal composite oxide contain Ni and X in a molar ratio represented by the following formula (A′), for example, and are represented by the following formula (A″).
Ni:Al:M=(1-xy):x:y (A')
Ni ( 1-xy) AlxMyOα ( OH) 2-β (A'')
(In formula (A′) and formula (A″), M is Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, V, B, Si, is one or more elements selected from the group consisting of S and P, and satisfies 0<x≤0.5 and 0≤y<0.5.Formula (A'') is 0≤α≤3, −0.5≦β≦2 and β-α<2.)

以下、Ni、Al及びCoを含むMCCの製造方法を一例として説明する。まず、Ni、Al及びCoを含む金属複合水酸化物を調製する。金属複合水酸化物は、通常公知のバッチ式共沈殿法又は連続式共沈殿法により製造することが可能である。 A method for producing MCC containing Ni, Al and Co will be described below as an example. First, a metal composite hydroxide containing Ni, Al and Co is prepared. A metal composite hydroxide can be produced by a generally known batch coprecipitation method or continuous coprecipitation method.

具体的には、JP-A-2002-201028に記載された連続式共沈殿法により、ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、アルミニウム塩溶液及び錯化剤を反応させ、Ni(1-x-y)AlCo(OH)で表される金属複合水酸化物を製造する。 Specifically, by the continuous coprecipitation method described in JP-A-2002-201028, a nickel salt solution, a cobalt salt solution, an aluminum salt solution and a complexing agent are reacted to obtain Ni (1-xy) A metal composite hydroxide represented by AlxCoy (OH) 2 is produced.

ニッケル塩溶液の溶質であるニッケル塩としては、特に限定されないが、例えば硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル及び酢酸ニッケルのうちの少なくとも1種を使用することができる。 The nickel salt that is the solute of the nickel salt solution is not particularly limited, but at least one of nickel sulfate, nickel nitrate, nickel chloride and nickel acetate can be used.

アルミニウム塩溶液の溶質であるアルミニウム塩としては、例えば硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム及び酢酸アルミニウムのうちの少なくとも1種を使用することができる。 At least one of aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum chloride and aluminum acetate can be used as the aluminum salt that is the solute of the aluminum salt solution.

コバルト塩溶液の溶質であるコバルト塩としては、例えば硫酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルト及び酢酸コバルトのうちの少なくとも1種を使用することができる。 At least one of cobalt sulfate, cobalt nitrate, cobalt chloride and cobalt acetate can be used as the cobalt salt that is the solute of the cobalt salt solution.

以上の金属塩は、上記Ni(1-x-y)Al(OH)の組成比に対応する割合で用いられる。すなわち、上記金属塩を含む混合溶液中におけるNi、Al及びCoのモル比が、式(A’)の(1-x-y):x:yと対応するように各金属塩の量を規定する。また、溶媒として水が使用される。 The above metal salts are used in proportions corresponding to the composition ratio of Ni (1-xy) Al x M y (OH) 2 . That is, the amount of each metal salt is defined so that the molar ratio of Ni, Al and Co in the mixed solution containing the metal salt corresponds to (1-xy):x:y in formula (A'). do. Also, water is used as a solvent.

錯化剤としては、水溶液中で、ニッケルイオン、アルミニウムイオン及びコバルトイオンと錯体を形成可能なものであり、例えばアンモニウムイオン供給体(水酸化アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、又は弗化アンモニウム等)、ヒドラジン、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸及びウラシル二酢酸及びグリシンが挙げられる。 The complexing agent is one capable of forming complexes with nickel ions, aluminum ions and cobalt ions in an aqueous solution. etc.), hydrazine, ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid and uracil diacetic acid and glycine.

金属複合水酸化物の製造工程において、錯化剤は、用いられてもよく、用いられなくてもよい。錯化剤が用いられる場合、ニッケル塩溶液、アルミニウム塩溶液、コバルト塩溶液及び錯化剤を含む混合液に含まれる錯化剤の量は、例えば金属塩(ニッケル塩、アルミニウム塩及びコバルト塩)のモル数の合計に対するモル比が0より大きく2.0以下である。 A complexing agent may or may not be used in the manufacturing process of the metal composite hydroxide. When a complexing agent is used, the amount of the complexing agent contained in the mixture containing the nickel salt solution, aluminum salt solution, cobalt salt solution and complexing agent is, for example, metal salts (nickel salts, aluminum salts and cobalt salts). is greater than 0 and 2.0 or less.

共沈殿法に際しては、ニッケル塩溶液、アルミニウム塩溶液、コバルト塩溶液及び錯化剤を含む混合液のpH値を調整するため、混合液のpHがアルカリ性から中性になる前に、混合液にアルカリ金属水酸化物を添加する。アルカリ金属水酸化物とは、例えば水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムである。 In the coprecipitation method, in order to adjust the pH value of the mixed solution containing the nickel salt solution, the aluminum salt solution, the cobalt salt solution and the complexing agent, before the pH of the mixed solution changes from alkaline to neutral, Add the alkali metal hydroxide. Alkali metal hydroxides are, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide.

なお、本明細書におけるpHの値は、混合液の温度が40℃の時に測定された値であると定義する。混合液のpHは、反応槽からサンプリングした混合液の温度が、40℃になったときに測定する。サンプリングした混合液が40℃未満である場合には、混合液を40℃まで加温してpHを測定する。サンプリングした混合液が40℃を超える場合には、混合液を40℃まで冷却してpHを測定する。 In addition, the value of pH in this specification is defined as the value measured when the temperature of the liquid mixture is 40 degreeC. The pH of the mixed solution is measured when the temperature of the mixed solution sampled from the reaction tank reaches 40°C. If the sampled mixture is below 40°C, the mixture is heated to 40°C and the pH is measured. If the sampled mixed liquid exceeds 40°C, the mixed liquid is cooled to 40°C and the pH is measured.

上記ニッケル塩溶液、アルミニウム塩溶液、及びコバルト塩溶液のほか、錯化剤を反応槽に連続して供給すると、Ni、Co及びAlが反応し、Ni(1-x-y)AlCo(OH)が生成する。 When the nickel salt solution, aluminum salt solution, and cobalt salt solution as well as the complexing agent are continuously supplied to the reactor, Ni, Co and Al react to form Ni (1-xy) Al x Co y (OH) 2 is produced.

反応に際しては、反応槽の温度を、例えば20-80℃、好ましくは30-70℃の範囲内で制御する。 During the reaction, the temperature of the reaction vessel is controlled, for example, within the range of 20-80°C, preferably 30-70°C.

また、反応に際しては、反応槽内のpH値を、例えば水溶液の温度が40℃の時に、9-13、好ましくは10-12.5の範囲内で設定し、pHは±0.5以内で制御する。 Further, during the reaction, the pH value in the reaction tank is set within the range of 9-13, preferably 10-12.5 when the temperature of the aqueous solution is 40° C., and the pH is within ±0.5. Control.

連続式共沈殿法で用いる反応槽は、形成された反応沈殿物を分離するためオーバーフローさせるタイプの反応槽を用いることができる。 The reactor used in the continuous coprecipitation method can be of the overflow type to separate the formed reaction precipitate.

バッチ式共沈殿法により金属複合水酸化物を製造する場合、反応槽としては、オーバーフローパイプを備えない反応槽、及びオーバーフローパイプに連結された濃縮槽を備え、オーバーフローした反応沈殿物を濃縮槽で濃縮し、再び反応槽へ循環させる機構を有する装置等が挙げられる。 When producing a metal composite hydroxide by a batch coprecipitation method, the reaction tank includes a reaction tank without an overflow pipe and a thickening tank connected to the overflow pipe, and the overflowed reaction precipitate is removed in the thickening tank. Apparatus having a mechanism for concentrating and recirculating to the reaction vessel, etc., may be mentioned.

各種気体、例えば、窒素、アルゴン又は二酸化炭素等の不活性ガス、空気又は酸素等の酸化性ガス、又はそれらの混合ガスを反応槽内に供給してもよい。 Various gases, for example, inert gases such as nitrogen, argon or carbon dioxide, oxidizing gases such as air or oxygen, or mixed gases thereof may be fed into the reactor.

反応槽に供給する金属塩の濃度、反応温度、反応pH等を適宜制御することにより、MCCのD50及びD90/D10、最終的に得られるCAMのD50及びD90/D10を本実施形態の範囲に制御することができる。 The D50 and D90 / D10 of the MCC and the D50 and D90 / D10 of the finally obtained CAM can be adjusted by appropriately controlling the concentration of the metal salt supplied to the reaction tank, the reaction temperature, the reaction pH, and the like. It can be controlled within the range of this embodiment.

以上の反応後、中和された反応沈殿物を単離する。単離には、例えば反応沈殿物を含むスラリー(つまり、共沈物スラリー)を遠心分離や吸引ろ過などで脱水する方法が用いられる。 After the above reaction, the neutralized reaction precipitate is isolated. For isolation, for example, a method of dehydrating a slurry containing a reaction precipitate (that is, a coprecipitate slurry) by centrifugation, suction filtration, or the like is used.

単離された反応沈殿物を洗浄、脱水、乾燥及び篩別し、Ni、Al及びCoを含む金属複合水酸化物が得られる。 The isolated reaction precipitate is washed, dehydrated, dried and sieved to obtain a metal composite hydroxide containing Ni, Al and Co.

反応沈殿物の洗浄は、水又はアルカリ性洗浄液で行うことが好ましい。本実施形態においては、アルカリ性洗浄液で洗浄することが好ましく、水酸化ナトリウム水溶液で洗浄することがより好ましい。また、硫黄元素を含有する洗浄液を用いて洗浄してもよい。硫黄元素を含有する洗浄液としては、カリウムやナトリウムの硫酸塩水溶液等が挙げられる。 Washing of the reaction precipitate is preferably carried out with water or an alkaline washing liquid. In the present embodiment, cleaning with an alkaline cleaning solution is preferred, and cleaning with an aqueous sodium hydroxide solution is more preferred. Alternatively, cleaning may be performed using a cleaning liquid containing elemental sulfur. Examples of the cleaning liquid containing elemental sulfur include an aqueous potassium or sodium sulfate solution.

MCCが金属複合酸化物である場合、金属複合水酸化物を加熱して金属複合酸化物を製造する。具体的には、金属複合水酸化物を400-700℃で加熱する。必要ならば複数の加熱工程を実施してもよい。本明細書における加熱温度とは、加熱装置の設定温度を意味する。複数の加熱工程を有する場合、各加熱工程のうち、最高保持温度で加熱した際の温度を意味する。 When MCC is a metal composite oxide, the metal composite oxide is produced by heating the metal composite hydroxide. Specifically, the metal composite hydroxide is heated at 400-700°C. Multiple heating steps may be performed if desired. The heating temperature in this specification means the set temperature of the heating device. When there are a plurality of heating steps, it means the temperature when heated at the maximum holding temperature in each heating step.

加熱温度は、400-700℃であることが好ましく、450-680℃であることがより好ましい。加熱温度が400-700℃であると、金属複合水酸化物が十分に酸化され、かつ適切な範囲のBET比表面積を有する金属複合酸化物が得られる。加熱温度が400℃未満であると、金属複合水酸化物が十分に酸化されないおそれがある。加熱温度が700℃を超えると、金属複合水酸化物が過剰に酸化され、金属複合酸化物のBET比表面積が小さくなり過ぎるおそれがある。 The heating temperature is preferably 400-700°C, more preferably 450-680°C. When the heating temperature is 400 to 700° C., the metal composite hydroxide is sufficiently oxidized and a metal composite oxide having a BET specific surface area within an appropriate range is obtained. If the heating temperature is less than 400°C, the metal composite hydroxide may not be sufficiently oxidized. If the heating temperature exceeds 700° C., the metal composite hydroxide may be excessively oxidized and the BET specific surface area of the metal composite oxide may become too small.

前記加熱温度で保持する時間は、0.1-20時間が挙げられ、0.5-10時間が好ましい。前記加熱温度までの昇温速度は、例えば、50-400℃/時間である。また、加熱雰囲気としては、大気、酸素、窒素、アルゴン又はこれらの混合ガスを用いることができる。 The holding time at the heating temperature is 0.1 to 20 hours, preferably 0.5 to 10 hours. The heating rate to the heating temperature is, for example, 50-400° C./hour. Air, oxygen, nitrogen, argon, or a mixed gas thereof can be used as the heating atmosphere.

加熱装置内は、適度な酸素含有雰囲気であってもよい。酸素含有雰囲気は、不活性ガスと酸化性ガスとの混合ガス雰囲気であってもよく、不活性ガス雰囲気下で酸化剤を存在させた状態であってもよい。加熱装置内が適度な酸素含有雰囲気であることにより、金属複合水酸化物に含まれる遷移金属が適度に酸化され、金属複合酸化物の形態を制御しやすくなる。 The inside of the heating device may have a moderately oxygen-containing atmosphere. The oxygen-containing atmosphere may be a mixed gas atmosphere of an inert gas and an oxidizing gas, or may be a state in which an oxidizing agent is present in an inert gas atmosphere. When the inside of the heating device is in a moderately oxygen-containing atmosphere, the transition metal contained in the metal composite hydroxide is moderately oxidized, making it easier to control the form of the metal composite oxide.

酸素含有雰囲気中の酸素や酸化剤は、遷移金属を酸化させるために十分な酸素原子が存在すればよい。 Oxygen and the oxidizing agent in the oxygen-containing atmosphere should have enough oxygen atoms to oxidize the transition metal.

酸素含有雰囲気が不活性ガスと酸化性ガスとの混合ガス雰囲気である場合、加熱装置内の雰囲気の制御は、加熱装置内に酸化性ガスを通気させる又は混合液に酸化性ガスをバブリングするなどの方法で行うことができる。 When the oxygen-containing atmosphere is a mixed gas atmosphere of an inert gas and an oxidizing gas, the atmosphere in the heating device is controlled by passing the oxidizing gas through the heating device or bubbling the oxidizing gas into the mixed liquid. method.

酸化剤として、過酸化水素などの過酸化物、過マンガン酸塩などの過酸化物塩、過塩素酸塩、次亜塩素酸塩、硝酸、ハロゲン又はオゾンなどを使用できる。 As the oxidizing agent, a peroxide such as hydrogen peroxide, a peroxide salt such as permanganate, a perchlorate, a hypochlorite, nitric acid, a halogen, ozone, or the like can be used.

(2)MCCとリチウム化合物との混合
本工程は、リチウム化合物とMCCとを混合し、混合物を得る工程である。
(2) Mixing of MCC and Lithium Compound This step is a step of mixing a lithium compound and MCC to obtain a mixture.

前記MCCを乾燥させた後、リチウム化合物と混合する。MCCの乾燥後に、適宜分級を行ってもよい。 After drying the MCC, it is mixed with a lithium compound. After drying the MCC, it may be appropriately classified.

本実施形態に用いるリチウム化合物は、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、水酸化リチウム、酸化リチウム、塩化リチウム及びフッ化リチウムの少なくとも何れか一つを使用することができる。これらの中では、水酸化リチウム及び炭酸リチウムのいずれか一方又はその混合物が好ましい。また、水酸化リチウムが炭酸リチウムを含む場合には、水酸化リチウム中の炭酸リチウムの含有量は、5質量%以下であることが好ましい。 At least one of lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, lithium hydroxide, lithium oxide, lithium chloride, and lithium fluoride can be used as the lithium compound used in this embodiment. Among these, either one of lithium hydroxide and lithium carbonate or a mixture thereof is preferred. Moreover, when the lithium hydroxide contains lithium carbonate, the content of lithium carbonate in the lithium hydroxide is preferably 5% by mass or less.

リチウム化合物とMCCとを、最終目的物の組成比を勘案して混合し、混合物を得る。具体的には、リチウム化合物とMCCは、上記組成式(A)の組成比に対応する割合で混合する。MCCに含まれる金属原子の合計量1に対するLiの量(モル比)は、1.00以上が好ましく、1.02以上がより好ましく、1.05以上がさらに好ましい。リチウム化合物とMCCの混合物を、後に説明するように焼成することによって、焼成物が得られる。 The lithium compound and MCC are mixed in consideration of the composition ratio of the final product to obtain a mixture. Specifically, the lithium compound and MCC are mixed at a ratio corresponding to the composition ratio of the above compositional formula (A). The amount (molar ratio) of Li to the total amount of 1 of metal atoms contained in MCC is preferably 1.00 or more, more preferably 1.02 or more, and even more preferably 1.05 or more. A fired product is obtained by firing a mixture of a lithium compound and MCC as described later.

(3)混合物の仮焼成
MCCとリチウム化合物との混合物は、仮焼成され、反応物が形成される。本実施形態において仮焼成とは、後述の本焼成における焼成温度(後述の焼成工程が複数の焼成段階を有する場合は、最も低い温度で実施される焼成段階における焼成温度)よりも低い温度で焼成することである。仮焼成時の焼成温度は、例えば400℃以上700℃未満の範囲が挙げられる。仮焼成は、複数回行ってもよい。
(3) Pre-Baking of Mixture A mixture of MCC and a lithium compound is calcined to form a reactant. In the present embodiment, calcination means firing at a temperature lower than the firing temperature in the main firing described later (when the firing process described later has a plurality of firing steps, the firing temperature in the firing step performed at the lowest temperature). It is to be. The firing temperature during temporary firing is, for example, in the range of 400°C or higher and lower than 700°C. The calcination may be performed multiple times.

仮焼成の温度は、例えば400℃以上700℃未満であることが好ましく、500-695℃であることがより好ましく、600-690℃であることがさらに好ましい。焼成温度が400℃以上であると、MCCとリチウム化合物との反応が促進される。また、焼成温度が700℃未満であると、Ni含有量が多いMCCを用いる場合であっても、サイクル特性に優れるリチウム二次電池を達成できる。 The calcination temperature is, for example, preferably 400°C or higher and lower than 700°C, more preferably 500 to 695°C, even more preferably 600 to 690°C. When the firing temperature is 400° C. or higher, the reaction between MCC and the lithium compound is promoted. Further, when the firing temperature is less than 700° C., even when using MCC with a large Ni content, a lithium secondary battery with excellent cycle characteristics can be achieved.

本明細書における焼成温度とは、焼成炉内雰囲気の温度を意味し、かつ焼成工程での保持温度の最高温度(以下、最高保持温度と呼ぶことがある)である。複数の焼成段階を有する焼成工程の場合、焼成温度とは、各焼成段階のうち、最高保持温度で加熱した際の温度を意味する。焼成温度の上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。 The firing temperature in this specification means the temperature of the atmosphere in the firing furnace, and is the highest temperature held in the firing process (hereinafter sometimes referred to as the maximum held temperature). In the case of a firing process having a plurality of firing stages, the firing temperature means the temperature when heating at the highest holding temperature among the firing stages. The above upper limit and lower limit of the firing temperature can be combined arbitrarily.

仮焼成における保持時間は、1-8時間が好ましく、1.0-4時間がより好ましく、1.2-3時間が特に好ましい。仮焼成における保持時間が1時間以上であると、MCCとリチウム化合物との反応を十分に高められる。焼成における保持時間が8時間以下であると、リチウムの揮発が生じ難く、電池性能が向上する。 The holding time in calcination is preferably 1 to 8 hours, more preferably 1.0 to 4 hours, and particularly preferably 1.2 to 3 hours. When the holding time in the calcination is 1 hour or longer, the reaction between MCC and the lithium compound can be sufficiently enhanced. When the retention time in firing is 8 hours or less, volatilization of lithium is less likely to occur, and battery performance is improved.

仮焼成の焼成雰囲気は、酸素含有雰囲気、酸素雰囲気であることが好ましい。仮焼成の焼成雰囲気が酸化性雰囲気であると、酸素欠陥が低減され、構造的に安定化することによって電池性能が向上する。 The firing atmosphere for temporary firing is preferably an oxygen-containing atmosphere or an oxygen atmosphere. When the firing atmosphere of the preliminary firing is an oxidizing atmosphere, oxygen defects are reduced and the structure is stabilized, thereby improving the battery performance.

(4)反応物の本焼成
反応物の本焼成は、焼成温度が異なる複数の焼成段階を有していてもよい。例えば、第1の焼成段階と、第1の焼成段階よりも高温で焼成する第2の焼成段階をそれぞれ独立に行ってもよい。さらに焼成温度及び焼成時間が異なる焼成段階を有していてもよい。
(4) Main Firing of Reactant The main calcination of the reaction product may have a plurality of calcination stages with different calcination temperatures. For example, a first firing step and a second firing step in which firing is performed at a higher temperature than the first firing step may be performed independently. Furthermore, it may have firing stages with different firing temperatures and firing times.

LiMOに含まれるAlは、本焼成中に偏析しやすい。また、Al偏析部は、本焼成中に粒子表面に移動することがある。表面に移動したAl偏析部は、後に行われる洗浄によって流出しやすい。Al偏析部が適度に存在することにより、リチウム二次電池の充放電により生じるLiMOの膨張及び収縮を緩和することができる。 Al contained in LiMO tends to segregate during main firing. Also, the Al segregation part may move to the particle surface during the main firing. Al segregation that has migrated to the surface tends to flow out during subsequent cleaning. The presence of an appropriate amount of Al segregation can mitigate the expansion and contraction of LiMO caused by charging and discharging of the lithium secondary battery.

本焼成の焼成温度は、700℃以上であり、700-1100℃であることが好ましく、700-750℃であることがより好ましい。焼成温度が700℃以上であると、強固な結晶構造を有するLiMOを得ることができる。また、焼成温度が1100℃以下であると、粒子表面のリチウムイオンの揮発を低減できる。また、焼成温度が750℃以下であるとAl偏析部を適度に存在させることができる。 The firing temperature of the main firing is 700°C or higher, preferably 700-1100°C, more preferably 700-750°C. When the firing temperature is 700° C. or higher, LiMO having a strong crystal structure can be obtained. Further, when the firing temperature is 1100° C. or less, volatilization of lithium ions on the particle surface can be reduced. Moreover, when the firing temperature is 750° C. or lower, an Al segregation portion can be appropriately present.

本焼成における保持時間は、1-50時間が好ましい。本焼成における保持時間が1時間以上であると、反応物中の未反応のMCCとリチウム化合物との反応を十分に高められる。本焼成における保持時間が50時間以下であると、リチウムイオンの揮発が生じ難く、電池性能が向上する。 The retention time in main firing is preferably 1 to 50 hours. When the holding time in the main firing is 1 hour or longer, the reaction between unreacted MCC and the lithium compound in the reactants can be sufficiently enhanced. When the retention time in the main firing is 50 hours or less, volatilization of lithium ions is less likely to occur, and battery performance is improved.

MCCとリチウム化合物との混合物は、不活性溶融剤の存在下で焼成されてもよい。不活性溶融剤は、焼成物に残留してもよいし、焼成後に後述するように洗浄液で洗浄すること等により除去されてもよい。不活性溶融剤としては、例えばWO2019/177032A1に記載のものを使用することができる。 The mixture of MCC and lithium compound may be fired in the presence of an inert melting agent. The inert melting agent may remain in the fired product, or may be removed after firing by washing with a cleaning liquid as described later. As inert melting agents, those described in WO2019/177032A1, for example, can be used.

以上のようにMCCとリチウム化合物との反応物を本焼成することにより、焼成物が得られる。 By firing the reaction product of MCC and the lithium compound as described above, a fired product is obtained.

(5)焼成物の洗浄
焼成工程後、焼成物を洗浄して残留する未反応のリチウム化合物及び不活性溶融剤を除去し、CAMが得られる。洗浄には、純水やアルカリ性洗浄液を用いることができる。アルカリ性洗浄液としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム及び炭酸アンモニウムからなる群より選ばれる1種以上の無水物並びにその水和物の水溶液を挙げることができる。また、アルカリ性洗浄液として、アンモニア水を使用することもできる。
(5) Washing of fired product After the firing step, the fired product is washed to remove the remaining unreacted lithium compound and inert melting agent, thereby obtaining a CAM. Pure water or an alkaline cleaning liquid can be used for cleaning. Examples of the alkaline cleaning solution include an aqueous solution of one or more anhydrides selected from the group consisting of lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate and ammonium carbonate, and hydrates thereof. can be mentioned. Ammonia water can also be used as the alkaline cleaning liquid.

洗浄液の温度は、15℃以下が好ましく、10℃以下がより好ましく、8℃以下がさらに好ましい。洗浄液が凍結しない範囲で洗浄液の温度を上記範囲に制御することで、洗浄時にLiMOの結晶構造中から洗浄液中へのリチウムイオンの過度な溶出が抑制できる。 The temperature of the cleaning liquid is preferably 15° C. or lower, more preferably 10° C. or lower, and even more preferably 8° C. or lower. Excessive elution of lithium ions from the crystal structure of LiMO into the cleaning liquid during cleaning can be suppressed by controlling the temperature of the cleaning liquid within the above-described range so that the cleaning liquid does not freeze.

洗浄液と焼成物とを接触させる方法としては、各洗浄液の中に、焼成物を投入して撹拌する方法が挙げられる。また、各洗浄液をシャワー水として、焼成物にかける方法でもよい。さらに、洗浄液中に、焼成物を投入して撹拌した後、各洗浄液から焼成物を分離し、次いで、各洗浄液をシャワー水として、分離後の焼成物にかける方法でもよい。 As a method of contacting the cleaning liquid and the baked product, there is a method in which the baked product is put into each cleaning liquid and stirred. Moreover, the method of pouring each washing|cleaning liquid as shower water on a baking product may be used. Furthermore, a method may also be used in which the fired product is put into the cleaning solution and stirred, then the fired product is separated from each cleaning solution, and then each cleaning solution is used as shower water to be poured over the separated fired product.

洗浄において、洗浄液と焼成物を適正な時間の範囲で接触させることが好ましい。洗浄における「適正な時間」とは、焼成物の表面に残留する未反応のリチウム化合物及び不活性溶融剤を除去しつつ、焼成物の各粒子を分散させる程度の時間を指す。洗浄時間は、焼成物の凝集状態に応じて調整することが好ましい。洗浄時間は、例えば5分間-1時間の範囲が特に好ましい。 In cleaning, it is preferable to bring the cleaning liquid and the baked product into contact for an appropriate time. The "appropriate time" in washing refers to a time sufficient to disperse the particles of the fired product while removing the unreacted lithium compound and inert melting agent remaining on the surface of the fired product. It is preferable to adjust the washing time according to the aggregation state of the baked product. Washing times in the range of, for example, 5 minutes to 1 hour are particularly preferred.

洗浄液と焼成物との混合物(以下、スラリーと記載することがある)に対する焼成物の割合は、5-60質量%であることが好ましく、20-50質量%であることがより好ましく、30質量%を超え50質量%以下であることがさらに好ましい。焼成物の割合が5-60質量%であると、未反応のリチウム化合物及び不活性溶融剤を除去することができ、Al偏析部を好ましい範囲に制御しやすくなる。 The ratio of the fired product to the mixture of the cleaning liquid and the fired product (hereinafter sometimes referred to as slurry) is preferably 5-60% by mass, more preferably 20-50% by mass, and 30% by mass. % and 50% by mass or less is more preferable. When the ratio of the fired product is 5 to 60% by mass, the unreacted lithium compound and the inert melting agent can be removed, making it easier to control the Al segregation portion within a preferred range.

焼成物の洗浄後、焼成物を熱処理することが好ましい。焼成物を熱処理する温度や方法は特に限定されないが、充電容量の低下を防止できる観点から、100℃以上であることが好ましく、130℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることがさらに好ましい。また、上限温度に特に制限はないが、焼成工程で得られた結晶子径分布に影響を与えない範囲で、700℃以下とすることが好ましく、600℃以下であることがより好ましい。
リチウムイオンの揮発量は、熱処理温度により制御することができる。
After washing the fired product, it is preferable to heat-treat the fired product. The temperature and method for heat-treating the baked product are not particularly limited, but from the viewpoint of preventing a decrease in charge capacity, the temperature is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and 150 ° C. or higher. More preferred. The upper limit temperature is not particularly limited, but is preferably 700° C. or lower, more preferably 600° C. or lower, as long as the crystallite size distribution obtained in the firing step is not affected.
The volatilization amount of lithium ions can be controlled by the heat treatment temperature.

熱処理温度の上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。例えば、熱処理温度は、100-700℃であることが好ましく、130-600℃であることがより好ましく、150-400℃であることがさらに好ましい。 The upper limit and lower limit of the heat treatment temperature can be combined arbitrarily. For example, the heat treatment temperature is preferably 100-700°C, more preferably 130-600°C, even more preferably 150-400°C.

熱処理中の雰囲気は、酸素雰囲気、不活性雰囲気、減圧雰囲気又は真空雰囲気が挙げられる。洗浄後の熱処理を上記雰囲気で行うことで、熱処理中にCAMと雰囲気中の水分又は二酸化炭素との反応が抑制され、不純物の少ないCAMが得られる。 The atmosphere during heat treatment includes an oxygen atmosphere, an inert atmosphere, a reduced-pressure atmosphere, or a vacuum atmosphere. By performing the heat treatment after cleaning in the above atmosphere, reaction between the CAM and moisture or carbon dioxide in the atmosphere is suppressed during the heat treatment, and a CAM with few impurities can be obtained.

焼成物の熱処理後、篩別処理することが好ましい。焼成物を篩別処理する方法は特に限定されないが、水分濃度を管理した空気を連続的に供給しながら篩別処理を実施することが好ましい。空気に含まれる水分濃度は、空気と水分の総質量に対し3000ppm以下が好ましく、2600ppm以下がより好ましい。水分濃度の下限値は特に限定されないが、例えば空気と水分の総質量に対し2.55ppmが挙げられる。水分濃度を管理した空気を連続的に供給しながら篩別処理することで、Al偏析部と空隙を好ましい範囲に制御しやすくなる。このような篩別処理装置としては、ターボスクリーナー等が使用できる。 After the heat treatment of the fired product, it is preferable to carry out a sieving treatment. Although the method of sieving the baked product is not particularly limited, it is preferable to carry out the sieving treatment while continuously supplying air with a controlled moisture concentration. The concentration of moisture contained in air is preferably 3000 ppm or less, more preferably 2600 ppm or less, relative to the total mass of air and moisture. Although the lower limit of the water concentration is not particularly limited, for example, 2.55 ppm can be mentioned with respect to the total mass of air and water. By performing the sieving process while continuously supplying air with a controlled moisture concentration, it becomes easier to control the Al segregation parts and the voids within a preferable range. A turbo screener or the like can be used as such a sieving apparatus.

上述の条件で焼成、篩別することにより、偏析したAlの少なくとも一部を除去することができる。その結果、Liイオンの脱離及び挿入の反応場となる空隙が生じ、リチウム二次電池の初期放電容量を向上することができる。また、生じた空隙によりリチウム二次電池の充放電により生じるLiMOの膨張及び収縮を緩和することができる。 By firing and sieving under the above conditions, at least part of the segregated Al can be removed. As a result, voids are generated that serve as reaction sites for desorption and insertion of Li ions, and the initial discharge capacity of the lithium secondary battery can be improved. Moreover, the expansion and contraction of LiMO caused by charging and discharging of the lithium secondary battery can be mitigated by the generated voids.

<リチウム二次電池>
本実施形態のCAMを用いる場合の好適なリチウム二次電池の構成を説明する。また、本実施形態のCAMを用いる場合に好適なリチウム二次電池用正極(以下、正極と称することがある。)について説明する。
<Lithium secondary battery>
A configuration of a lithium secondary battery suitable for using the CAM of the present embodiment will be described. Also, a positive electrode for a lithium secondary battery (hereinafter sometimes referred to as a positive electrode) suitable for using the CAM of the present embodiment will be described.

本実施形態のCAMを用いる場合の好適なリチウム二次電池の一例は、正極及び負極、正極と負極との間に挟持されるセパレータ、正極と負極との間に配置される電解液を有する。 An example of a lithium secondary battery suitable for using the CAM of the present embodiment has a positive electrode and a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution placed between the positive electrode and the negative electrode.

リチウム二次電池の一例は、正極及び負極、正極と負極との間に挟持されるセパレータ、正極と負極との間に配置される電解液を有する。 An example of a lithium secondary battery has a positive electrode and a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode.

図4は、リチウム二次電池の一例を示す模式図である。本実施形態の円筒型のリチウム二次電池10は、次のようにして製造する。 FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a lithium secondary battery. The cylindrical lithium secondary battery 10 of this embodiment is manufactured as follows.

まず、図4に示すように、帯状を呈する一対のセパレータ1、一端に正極リード21を有する帯状の正極2、及び一端に負極リード31を有する帯状の負極3を、セパレータ1、正極2、セパレータ1、負極3の順に積層し、巻回することにより電極群4とする。 First, as shown in FIG. 4, a pair of strip-shaped separators 1, a strip-shaped positive electrode 2 having a positive electrode lead 21 at one end, and a strip-shaped negative electrode 3 having a negative electrode lead 31 at one end are arranged as follows: 1 and the negative electrode 3 are stacked in this order and wound to form an electrode group 4 .

次いで、電池缶5に電極群4及び不図示のインシュレーターを収容した後、缶底を封止し、電極群4に電解液6を含浸させ、正極2と負極3との間に電解質を配置する。さらに、電池缶5の上部をトップインシュレーター7及び封口体8で封止することで、リチウム二次電池10を製造することができる。 Next, after housing the electrode group 4 and an insulator (not shown) in the battery can 5, the can bottom is sealed, the electrode group 4 is impregnated with the electrolytic solution 6, and the electrolyte is arranged between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. . Further, by sealing the upper portion of the battery can 5 with the top insulator 7 and the sealing member 8, the lithium secondary battery 10 can be manufactured.

電極群4の形状としては、例えば、電極群4を巻回の軸に対して垂直方向に切断したときの断面形状が、円、楕円、長方形又は角を丸めた長方形となるような柱状の形状を挙げることができる。 The shape of the electrode group 4 is, for example, a columnar shape such that the cross-sectional shape of the electrode group 4 cut in the direction perpendicular to the winding axis is a circle, an ellipse, a rectangle, or a rectangle with rounded corners. can be mentioned.

また、このような電極群4を有するリチウム二次電池の形状としては、国際電気標準会議(IEC)が定めた電池に対する規格であるIEC60086、又はJIS C 8500で定められる形状を採用することができる。例えば、円筒型又は角型などの形状を挙げることができる。 In addition, as the shape of the lithium secondary battery having such an electrode group 4, a shape defined by IEC60086, which is a standard for batteries defined by the International Electrotechnical Commission (IEC), or JIS C 8500 can be adopted. . For example, a shape such as a cylindrical shape or a rectangular shape can be mentioned.

さらに、リチウム二次電池は、上記巻回型の構成に限らず、正極、セパレータ、負極、セパレータの積層構造を繰り返し重ねた積層型の構成であってもよい。積層型のリチウム二次電池としては、いわゆるコイン型電池、ボタン型電池、又はペーパー型(又はシート型)電池を例示することができる。 Further, the lithium secondary battery is not limited to the wound type structure described above, and may have a layered structure in which a layered structure of a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator is repeatedly stacked. Examples of laminated lithium secondary batteries include so-called coin-type batteries, button-type batteries, and paper-type (or sheet-type) batteries.

以下、各構成について順に説明する。
(正極)
正極は、まずCAM、導電材及びバインダーを含む正極合剤を調製し、正極合剤を正極集電体に担持させることで製造することができる。
Hereinafter, each configuration will be described in order.
(positive electrode)
The positive electrode can be manufactured by first preparing a positive electrode mixture containing CAM, a conductive material, and a binder, and supporting the positive electrode mixture on a positive electrode current collector.

(導電材)
正極が有する導電材としては、炭素材料を用いることができる。炭素材料として黒鉛粉末、カーボンブラック(例えばアセチレンブラック)及び繊維状炭素材料などを挙げることができる。
(Conductive material)
A carbon material can be used as the conductive material of the positive electrode. Examples of carbon materials include graphite powder, carbon black (eg, acetylene black), and fibrous carbon materials.

正極合剤中の導電材の割合は、CAM100質量部に対して5-20質量部であると好ましい。 The proportion of the conductive material in the positive electrode mixture is preferably 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of CAM.

(バインダー)
正極が有するバインダーとしては、熱可塑性樹脂を用いることができる。この熱可塑性樹脂としては、ポリイミド樹脂;ポリフッ化ビニリデン(以下、PVdFということがある。)、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂;ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、WO2019/098384A1またはUS2020/0274158A1に記載の樹脂を挙げることができる。
(binder)
A thermoplastic resin can be used as the binder of the positive electrode. Examples of thermoplastic resins include polyimide resins; fluorine resins such as polyvinylidene fluoride (hereinafter sometimes referred to as PVdF) and polytetrafluoroethylene; polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; can be mentioned.

(正極集電体)
正極が有する正極集電体としては、Al、Ni又はステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
A strip-shaped member made of a metal material such as Al, Ni, or stainless steel can be used as the positive electrode current collector of the positive electrode.

正極集電体に正極合剤を担持させる方法としては、有機溶媒を用いて正極合剤をペースト化し、得られる正極合剤のペーストを正極集電体の少なくとも一面側に塗布して乾燥させ、電極プレス工程を行って固着する方法が挙げられる。 As a method for supporting the positive electrode mixture on the positive electrode current collector, the positive electrode mixture is made into a paste using an organic solvent, the obtained positive electrode mixture paste is applied to at least one side of the positive electrode current collector and dried, A method of fixing by performing an electrode pressing process can be mentioned.

正極合剤をペースト化する場合、用いることができる有機溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン(以下、NMPということがある。)が挙げられる。 When the positive electrode mixture is made into a paste, an organic solvent that can be used includes N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter sometimes referred to as NMP).

正極合剤のペーストを正極集電体へ塗布する方法としては、例えば、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法及び静電スプレー法が挙げられる。
以上に挙げられた方法により、正極を製造することができる。
Examples of the method for applying the positive electrode mixture paste to the positive electrode current collector include a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method, and an electrostatic spray method.
A positive electrode can be manufactured by the method mentioned above.

(負極)
リチウム二次電池が有する負極は、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能であればよく、負極活物質を含む負極合剤が負極集電体に担持されてなる電極、及び負極活物質単独からなる電極を挙げることができる。
(negative electrode)
The negative electrode of the lithium secondary battery may be capable of doping and dedoping lithium ions at a potential lower than that of the positive electrode, and an electrode in which a negative electrode mixture containing a negative electrode active material is supported on a negative electrode current collector; An electrode consisting of a negative electrode active material alone can be mentioned.

(負極活物質)
負極が有する負極活物質としては、炭素材料、カルコゲン化合物(酸化物又は硫化物など)、窒化物、金属又は合金で、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能な材料が挙げられる。
(Negative electrode active material)
Examples of the negative electrode active material of the negative electrode include carbon materials, chalcogen compounds (oxides, sulfides, etc.), nitrides, metals, and alloys, which can be doped and undoped with lithium ions at a potential lower than that of the positive electrode. be done.

負極活物質として使用可能な炭素材料としては、天然黒鉛又は人造黒鉛などの黒鉛、コークス類、カーボンブラック、炭素繊維及び有機高分子化合物焼成体を挙げることができる。 Examples of carbon materials that can be used as the negative electrode active material include graphite such as natural graphite or artificial graphite, cokes, carbon black, carbon fibers, and baked organic polymer compounds.

負極活物質として使用可能な酸化物としては、SiO及びSiOなど式SiO(ここで、xは正の実数)で表されるケイ素の酸化物;SnO及びSnOなど式SnO(ここで、xは正の実数)で表されるスズの酸化物;LiTi12及びLiVOなどのリチウムとチタンとを含有する金属複合酸化物;を挙げることができる。 Examples of oxides that can be used as the negative electrode active material include oxides of silicon represented by the formula SiO x (where x is a positive real number ) such as SiO 2 and SiO; , x is a positive real number); metal composite oxides containing lithium and titanium, such as Li 4 Ti 5 O 12 and LiVO 2 ;

また、負極活物質として使用可能な金属としては、リチウム金属、シリコン金属及びスズ金属などを挙げることができる。負極活物質として使用可能な材料として、WO2019/098384A1またはUS2020/0274158A1に記載の材料を用いてもよい。 Metals that can be used as the negative electrode active material include lithium metal, silicon metal, and tin metal. As a material that can be used as a negative electrode active material, a material described in WO2019/098384A1 or US2020/0274158A1 may be used.

これらの金属や合金は、例えば箔状に加工された後、主に単独で電極として用いられる。 These metals and alloys are mainly used alone as electrodes after being processed into a foil shape, for example.

上記負極活物質の中では、充電時に未充電状態から満充電状態にかけて負極の電位がほとんど変化しない(電位平坦性がよい)、平均放電電位が低い及び繰り返し充放電させたときの容量維持率が高い(サイクル特性がよい)などの理由から、天然黒鉛又は人造黒鉛などの黒鉛を主成分とする炭素材料が好ましく用いられる。炭素材料の形状としては、例えば天然黒鉛のような薄片状、メソカーボンマイクロビーズのような球状、黒鉛化炭素繊維のような繊維状、又は微粉末の凝集体などのいずれでもよい。 Among the above negative electrode active materials, the potential of the negative electrode hardly changes from the uncharged state to the fully charged state during charging (good potential flatness), the average discharge potential is low, and the capacity retention rate when repeatedly charged and discharged is low. A carbon material containing graphite as a main component, such as natural graphite or artificial graphite, is preferably used for reasons such as high (good cycle characteristics). The shape of the carbon material may be, for example, flaky such as natural graphite, spherical such as mesocarbon microbeads, fibrous such as graphitized carbon fiber, or aggregates of fine powder.

前記の負極合剤は、必要に応じて、バインダーを含有してもよい。バインダーとしては、熱可塑性樹脂を挙げることができ、具体的には、PVdF、熱可塑性ポリイミド、カルボキシメチルセルロース(以下、CMCと記載することがある)、スチレンブタジエンゴム(以下、SBRと記載することがある)、ポリエチレン及びポリプロピレンを挙げることができる。 The negative electrode mixture may contain a binder, if necessary. Examples of binders include thermoplastic resins, and specific examples include PVdF, thermoplastic polyimide, carboxymethyl cellulose (hereinafter sometimes referred to as CMC), styrene-butadiene rubber (hereinafter sometimes referred to as SBR). some), polyethylene and polypropylene.

(負極集電体)
負極が有する負極集電体としては、Cu、Ni又はステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を挙げることができる。
(Negative electrode current collector)
Examples of the negative electrode current collector that the negative electrode has include a belt-like member made of a metal material such as Cu, Ni, or stainless steel.

このような負極集電体に負極合剤を担持させる方法としては、正極の場合と同様に、加圧成型による方法、溶媒などを用いてペースト化し負極集電体上に塗布又は乾燥後プレスし圧着する方法が挙げられる。 As a method for supporting the negative electrode mixture on such a negative electrode current collector, as in the case of the positive electrode, a method of pressure molding, a paste using a solvent etc. is applied or dried and then pressed on the negative electrode current collector. A method of crimping may be mentioned.

(セパレータ)
リチウム二次電池が有するセパレータとしては、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂又は含窒素芳香族重合体などの材質からなる、多孔質膜、不織布又は織布などの形態を有する材料を用いることができる。また、これらの材質を2種以上用いてセパレータを形成してもよいし、これらの材料を積層してセパレータを形成してもよい。また、JP-A-2000-030686又はUS20090111025A1に記載のセパレータを用いてもよい。
(separator)
As the separator of the lithium secondary battery, for example, a material having the form of a porous film, nonwoven fabric, or woven fabric made of a material such as a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, a fluororesin, or a nitrogen-containing aromatic polymer is used. can be used. Moreover, the separator may be formed using two or more of these materials, or the separator may be formed by laminating these materials. Also, the separator described in JP-A-2000-030686 or US20090111025A1 may be used.

(電解液)
リチウム二次電池が有する電解液は、電解質及び有機溶媒を含有する。
(Electrolyte)
An electrolytic solution that a lithium secondary battery has contains an electrolyte and an organic solvent.

電解液に含まれる電解質としては、LiClO及びLiPFなどのリチウム塩が挙げられ、これらの2種以上の混合物を使用してもよい。 Electrolytes contained in the electrolytic solution include lithium salts such as LiClO 4 and LiPF 6 , and mixtures of two or more of these may be used.

また前記電解液に含まれる有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどのカーボネート類を用いることができる。 As the organic solvent contained in the electrolytic solution, carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate can be used.

有機溶媒としては、これらのうちの2種以上を混合して用いることが好ましい。中でもカーボネート類を含む混合溶媒が好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒及び環状カーボネートとエーテル類との混合溶媒がさらに好ましい。 As the organic solvent, it is preferable to use a mixture of two or more of these. Among them, a mixed solvent containing carbonates is preferable, and a mixed solvent of a cyclic carbonate and a non-cyclic carbonate and a mixed solvent of a cyclic carbonate and an ether are more preferable.

また、電解液としては、得られるリチウム二次電池の安全性が高まるため、LiPFなどのフッ素を含むリチウム塩及びフッ素置換基を有する有機溶媒を含む電解液を用いることが好ましい。電解液に含まれる電解質および有機溶媒として、WO2019/098384A1またはUS2020/0274158A1に記載の電解質および有機溶媒を用いてもよい。 Further, as the electrolytic solution, it is preferable to use an electrolytic solution containing a fluorine-containing lithium salt such as LiPF 6 and an organic solvent having a fluorine substituent, since the safety of the obtained lithium secondary battery is increased. As the electrolyte and organic solvent contained in the electrolytic solution, the electrolyte and organic solvent described in WO2019/098384A1 or US2020/0274158A1 may be used.

<全固体リチウム二次電池>
次いで、全固体リチウム二次電池の構成を説明しながら、本発明の一態様に係るLiMOを全固体リチウム二次電池のCAMとして用いた正極、及びこの正極を有する全固体リチウム二次電池について説明する。
<All-solid lithium secondary battery>
Next, while explaining the configuration of the all-solid lithium secondary battery, the positive electrode using LiMO according to one embodiment of the present invention as the CAM of the all-solid lithium secondary battery, and the all-solid lithium secondary battery having this positive electrode will be explained. do.

図5は、本実施形態の全固体リチウム二次電池の一例を示す模式図である。図5に示す全固体リチウム二次電池1000は、正極110と、負極120と、固体電解質層130とを有する積層体100と、積層体100を収容する外装体200と、を有する。また、全固体リチウム二次電池1000は、集電体の両側にCAMと負極活物質とを配置したバイポーラ構造であってもよい。バイポーラ構造の具体例として、例えば、JP-A-2004-95400に記載される構造が挙げられる。各部材を構成する材料については、後述する。 FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the all-solid lithium secondary battery of this embodiment. The all-solid lithium secondary battery 1000 shown in FIG. 5 has a laminate 100 having a positive electrode 110, a negative electrode 120, and a solid electrolyte layer 130, and an outer package 200 that accommodates the laminate 100. Moreover, the all-solid lithium secondary battery 1000 may have a bipolar structure in which a CAM and a negative electrode active material are arranged on both sides of a current collector. Specific examples of bipolar structures include structures described in JP-A-2004-95400. Materials forming each member will be described later.

積層体100は、正極集電体112に接続される外部端子113と、負極集電体122に接続される外部端子123と、を有していてもよい。その他、全固体リチウム二次電池1000は、正極110と負極120との間にセパレータを有していてもよい。 The laminate 100 may have an external terminal 113 connected to the positive current collector 112 and an external terminal 123 connected to the negative current collector 122 . In addition, all-solid lithium secondary battery 1000 may have a separator between positive electrode 110 and negative electrode 120 .

全固体リチウム二次電池1000は、さらに積層体100と外装体200とを絶縁する不図示のインシュレーター及び外装体200の開口部200aを封止する不図示の封止体を有する。 The all-solid-state lithium secondary battery 1000 further includes an insulator (not shown) for insulating the laminate 100 and the exterior body 200 and a sealing body (not shown) for sealing the opening 200 a of the exterior body 200 .

外装体200は、アルミニウム、ステンレス鋼又はニッケルメッキ鋼などの耐食性の高い金属材料を成形した容器を用いることができる。また、外装体200として、少なくとも一方の面に耐食加工を施したラミネートフィルムを袋状に加工した容器を用いることもできる。 As the exterior body 200, a container molded from a highly corrosion-resistant metal material such as aluminum, stainless steel, or nickel-plated steel can be used. Moreover, as the exterior body 200, a container in which a laminated film having at least one surface subjected to corrosion-resistant processing is processed into a bag shape can also be used.

全固体リチウム二次電池1000の形状としては、例えば、コイン型、ボタン型、ペーパー型(またはシート型)、円筒型、角型、又はラミネート型(パウチ型)などの形状を挙げることができる。 Examples of the shape of the all-solid-state lithium secondary battery 1000 include coin-shaped, button-shaped, paper-shaped (or sheet-shaped), cylindrical, rectangular, and laminated (pouch-shaped) shapes.

全固体リチウム二次電池1000は、一例として積層体100を1つ有する形態が図示されているが、本実施形態はこれに限らない。全固体リチウム二次電池1000は、積層体100を単位セルとし、外装体200の内部に複数の単位セル(積層体100)を封じた構成であってもよい。 The all-solid-state lithium secondary battery 1000 is illustrated as having one laminate 100 as an example, but the present embodiment is not limited to this. The all-solid lithium secondary battery 1000 may have a configuration in which the laminate 100 is used as a unit cell and a plurality of unit cells (laminate 100 ) are sealed inside the exterior body 200 .

以下、各構成について順に説明する。 Hereinafter, each configuration will be described in order.

(正極)
本実施形態の正極110は、正極活物質層111と正極集電体112とを有している。
(positive electrode)
The positive electrode 110 of this embodiment has a positive electrode active material layer 111 and a positive electrode current collector 112 .

正極活物質層111は、上述した本発明の一態様であるCAM及び固体電解質を含む。また、正極活物質層111は、導電材及びバインダーを含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer 111 includes the CAM and the solid electrolyte which are one embodiment of the present invention described above. Moreover, the positive electrode active material layer 111 may contain a conductive material and a binder.

(固体電解質)
本実施形態の正極活物質層111に含まれる固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有し、公知の全固体リチウム二次電池に用いられる固体電解質を採用することができる。このような固体電解質としては、無機電解質及び有機電解質を挙げることができる。無機電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質及び水素化物系固体電解質を挙げることができる。有機電解質としては、ポリマー系固体電解質を挙げることができる。各電解質としては、WO2020/208872A1、US2016/0233510A1、US2012/0251871A1、US2018/0159169A1に記載の化合物が挙げられ、例えば、以下の化合物が挙げられる。
(solid electrolyte)
As the solid electrolyte contained in the positive electrode active material layer 111 of the present embodiment, a solid electrolyte having lithium ion conductivity and used in known all-solid lithium secondary batteries can be employed. Examples of such solid electrolytes include inorganic electrolytes and organic electrolytes. Examples of inorganic electrolytes include oxide-based solid electrolytes, sulfide-based solid electrolytes, and hydride-based solid electrolytes. Examples of organic electrolytes include polymer-based solid electrolytes. Examples of each electrolyte include compounds described in WO2020/208872A1, US2016/0233510A1, US2012/0251871A1, and US2018/0159169A1, and examples thereof include the following compounds.

(酸化物系固体電解質)
酸化物系固体電解質としては、例えば、ペロブスカイト型酸化物、NASICON型酸化物、LISICON型酸化物及びガーネット型酸化物などが挙げられる。各酸化物の具体例は、WO2020/208872A1、US2016/0233510A1、US2020/0259213A1に記載の化合物が挙げられ、例えば、以下の化合物が挙げられる。
(Oxide solid electrolyte)
Examples of oxide-based solid electrolytes include perovskite-type oxides, NASICON-type oxides, LISICON-type oxides, and garnet-type oxides. Specific examples of each oxide include compounds described in WO2020/208872A1, US2016/0233510A1, and US2020/0259213A1, and examples thereof include the following compounds.

ペロブスカイト型酸化物としては、LiLa1-aTiO(0<a<1)などのLi-La-Ti系酸化物、LiLa1-bTaO(0<b<1)などのLi-La-Ta系酸化物及びLiLa1-cNbO(0<c<1)などのLi-La-Nb系酸化物などが挙げられる。 Perovskite oxides include Li—La—Ti-based oxides such as Li a La 1-a TiO 3 (0<a<1), Li b La 1-b TaO 3 (0<b<1) and the like. Examples thereof include Li—La—Ta-based oxides and Li—La—Nb-based oxides such as Li c La 1-c NbO 3 (0<c<1).

NASICON型酸化物としては、Li1+dAlTi2-d(PO(0≦d≦1)などが挙げられる。NASICON型酸化物とは、Li (式中、Mは、B、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Sb及びSeからなる群から選ばれる1種以上の元素である。Mは、Ti、Zr、Ge、In、Ga、Sn及びAlからなる群から選ばれる1種以上の元素である。m、n、o、p及びqは、任意の正数である。)で表される酸化物である。 Examples of NASICON-type oxides include Li 1+d Al d Ti 2-d (PO 4 ) 3 (0≦d≦1). The NASICON-type oxide is Li m M 1 n M 2 o P p O q (where M 1 is selected from the group consisting of B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Sb and Se). One or more selected elements M2 is one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Ge, In, Ga, Sn and Al m, n, o, p and q is an arbitrary positive number).

LISICON型酸化物としては、Li-Li(Mは、Si、Ge、及びTiからなる群から選ばれる1種以上の元素である。Mは、P、As及びVからなる群から選ばれる1種以上の元素である。)で表される酸化物などが挙げられる。 As the LISICON-type oxide, Li 4 M 3 O 4 —Li 3 M 4 O 4 (M 3 is one or more elements selected from the group consisting of Si, Ge, and Ti. M 4 is P is one or more elements selected from the group consisting of , As and V).

ガーネット型酸化物としては、LiLaZr12(LLZともいう)などのLi-La-Zr系酸化物などが挙げられる。 Garnet-type oxides include Li—La—Zr-based oxides such as Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (also referred to as LLZ).

酸化物系固体電解質は、結晶性材料であってもよく、非晶質材料であってもよい。 The oxide-based solid electrolyte may be a crystalline material or an amorphous material.

(硫化物系固体電解質)
硫化物系固体電解質としては、LiS-P系化合物、LiS-SiS系化合物、LiS-GeS系化合物、LiS-B系化合物、LiI-SiS-P系化合物、LiI-LiS-P系化合物、LiI-LiPO-P系化合物及びLi10GeP12系化合物などを挙げることができる。
(Sulfide-based solid electrolyte)
Examples of sulfide solid electrolytes include Li 2 SP 2 S 5 based compounds, Li 2 S—SiS 2 based compounds, Li 2 S—GeS 2 based compounds, Li 2 S—B 2 S 3 based compounds, LiI- Si 2 SP 2 S 5 based compounds, LiI-Li 2 SP 2 O 5 based compounds, LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 based compounds and Li 10 GeP 2 S 12 based compounds, etc. can be done.

なお、本明細書において、硫化物系固体電解質を指す「系化合物」という表現は、「系化合物」の前に記載した「LiS」「P」などの原料を主として含む固体電解質の総称として用いる。例えば、LiS-P系化合物には、LiSとPとを主として含み、さらに他の原料を含む固体電解質が含まれる。LiS-P系化合物に含まれるLiSの割合は、例えばLiS-P系化合物全体に対して50~90質量%である。LiS-P系化合物に含まれるPの割合は、例えばLiS-P系化合物全体に対して10~50質量%である。また、LiS-P系化合物に含まれる他の原料の割合は、例えばLiS-P系化合物全体に対して0~30質量%である。また、LiS-P系化合物には、LiSとPとの混合比を異ならせた固体電解質も含まれる。 In this specification, the expression "based compound" that refers to a sulfide-based solid electrolyte refers to a solid electrolyte that mainly contains raw materials such as "Li 2 S" and "P 2 S 5 " described before "based compound". Used as a generic term for For example, Li 2 SP 2 S 5 based compounds include solid electrolytes that mainly contain Li 2 S and P 2 S 5 and further contain other raw materials. The ratio of Li 2 S contained in the Li 2 SP 2 S 5 based compound is, for example, 50 to 90% by mass with respect to the entire Li 2 SP 2 S 5 based compound. The ratio of P 2 S 5 contained in the Li 2 SP 2 S 5 based compound is, for example, 10 to 50% by mass with respect to the entire Li 2 SP 2 S 5 based compound. In addition, the ratio of other raw materials contained in the Li 2 SP 2 S 5 compound is, for example, 0 to 30% by mass with respect to the entire Li 2 SP 2 S 5 compound. The Li 2 SP 2 S 5 -based compound also includes solid electrolytes in which the mixing ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is varied.

LiS-P系化合物としては、LiS-P、LiS-P-LiI、LiS-P-LiCl、LiS-P-LiBr、LiS-P-LiI-LiBr、LiS-P-LiO、LiS-P-LiO-LiI及びLiS-P-Z(m、nは正の数である。Zは、Ge、ZnまたはGaである。)などを挙げることができる。 Li 2 SP 2 S 5 compounds include Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiI, Li 2 SP 2 S 5 -LiCl, Li 2 SP 2 S5 - LiBr , Li2SP2S5 - LiI - LiBr , Li2SP2S5 - Li2O , Li2SP2S5 - Li2O -LiI and Li2S- P 2 S 5 -Z m S n (m and n are positive numbers, Z is Ge, Zn or Ga).

LiS-SiS系化合物としては、LiS-SiS、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiBr、LiS-SiS-LiCl、LiS-SiS-B-LiI、LiS-SiS-P-LiI、LiS-SiS-P-LiCl、LiS-SiS-LiPO、LiS-SiS-LiSO及びLiS-SiS-LiMO(x、yは正の数である。Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga又はInである。)などを挙げることができる。 Li 2 S—SiS 2 compounds include Li 2 S—SiS 2 , Li 2 S—SiS 2 —LiI, Li 2 S—SiS 2 —LiBr, Li 2 S—SiS 2 —LiCl, and Li 2 S—SiS. 2 - B2S3 - LiI, Li2S - SiS2 - P2S5 -LiI, Li2S - SiS2 - P2S5 - LiCl, Li2S - SiS2 - Li3PO4 , Li 2S —SiS 2 —Li 2 SO 4 and Li 2 S—SiS 2 —Li x MO y (x, y are positive numbers; M is P, Si, Ge, B, Al, Ga, or In; There is.) and so on.

LiS-GeS系化合物としては、LiS-GeS及びLiS-GeS-Pなどを挙げることができる。 Examples of Li 2 S—GeS 2 based compounds include Li 2 S—GeS 2 and Li 2 S—GeS 2 —P 2 S 5 .

硫化物系固体電解質は、結晶性材料であってもよく、非晶質材料であってもよい。 The sulfide-based solid electrolyte may be a crystalline material or an amorphous material.

(水素化物系固体電解質)
水素化物系固体電解質材料としては、LiBH、LiBH-3KI、LiBH-PI、LiBH-P、LiBH-LiNH、3LiBH-LiI、LiNH、LiAlH、Li(NHI、LiNH、LiGd(BHCl、Li(BH)(NH)、Li(NH)I及びLi(BH)(NHなどを挙げることができる。
(Hydride solid electrolyte)
Examples of hydride solid electrolyte materials include LiBH 4 , LiBH 4 -3KI, LiBH 4 -PI 2 , LiBH 4 -P 2 S 5 , LiBH 4 -LiNH 2 , 3LiBH 4 -LiI, LiNH 2 , Li 2 AlH 6 , Li( NH2 ) 2I , Li2NH , LiGd( BH4 ) 3Cl , Li2 ( BH4 )( NH2 ), Li3 ( NH2 )I and Li4 ( BH4 )( NH2 ) 3 etc. can be mentioned.

(ポリマー系固体電解質)
ポリマー系固体電解質として、例えばポリエチレンオキサイド系の高分子化合物及びポリオルガノシロキサン鎖及びポリオキシアルキレン鎖からなる群から選ばれる1種以上を含む高分子化合物などの有機系高分子電解質を挙げることができる。また、高分子化合物に非水電解液を保持させた、いわゆるゲルタイプのものを用いることもできる。
(Polymer solid electrolyte)
Examples of polymer-based solid electrolytes include organic polymer electrolytes such as polyethylene oxide-based polymer compounds and polymer compounds containing one or more selected from the group consisting of polyorganosiloxane chains and polyoxyalkylene chains. . In addition, a so-called gel type in which a non-aqueous electrolyte is held in a polymer compound can also be used.

固体電解質は、発明の効果を損なわない範囲において、2種以上を併用することができる。 Two or more kinds of solid electrolytes can be used in combination as long as the effects of the invention are not impaired.

(導電材及びバインダー)
正極活物質層111が有する導電材としては、上述の(導電材)で説明した材料を用いることができる。また、正極合剤中の導電材の割合についても同様に上述の(導電材)で説明した割合を適用することができる。また、正極が有するバインダーとしては、上述の(バインダー)で説明した材料を用いることができる。
(Conductive material and binder)
As the conductive material included in the positive electrode active material layer 111, the materials described in (Conductive material) can be used. Also, the ratio described in the above (Conductive material) can be similarly applied to the ratio of the conductive material in the positive electrode mixture. Further, as the binder contained in the positive electrode, the materials described in the above (Binder) can be used.

(正極集電体)
正極110が有する正極集電体112としては、上述の(正極集電体)で説明した材料を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
As the positive electrode current collector 112 included in the positive electrode 110, the material described in the above (Positive electrode current collector) can be used.

正極集電体112に正極活物質層111を担持させる方法としては、正極集電体112上で正極活物質層111を加圧成型する方法が挙げられる。加圧成型には、冷間プレスや熱間プレスを用いることができる。 As a method for supporting the positive electrode active material layer 111 on the positive electrode current collector 112 , there is a method of pressure-molding the positive electrode active material layer 111 on the positive electrode current collector 112 . Cold pressing or hot pressing can be used for pressure molding.

また、有機溶媒を用いてCAM、固体電解質、導電材及びバインダーの混合物をペースト化して正極合剤とし、得られる正極合剤を正極集電体112の少なくとも一面上に塗布して乾燥させ、プレスし固着することで、正極集電体112に正極活物質層111を担持させてもよい。 Alternatively, a mixture of CAM, a solid electrolyte, a conductive material, and a binder is pasted using an organic solvent to form a positive electrode mixture, and the obtained positive electrode mixture is applied to at least one surface of the positive electrode current collector 112, dried, and pressed. The positive electrode current collector 112 may carry the positive electrode active material layer 111 by pressing and fixing.

また、有機溶媒を用いてCAM、固体電解質及び導電材の混合物をペースト化して正極合剤とし、得られる正極合剤を正極集電体112の少なくとも一面上に塗布して乾燥させ、焼結することで、正極集電体112に正極活物質層111を担持させてもよい。 Alternatively, a mixture of the CAM, the solid electrolyte, and the conductive material is pasted using an organic solvent to form a positive electrode mixture, and the obtained positive electrode mixture is applied to at least one surface of the positive electrode current collector 112, dried, and sintered. Thus, the positive electrode current collector 112 may support the positive electrode active material layer 111 .

正極合剤に用いることができる有機溶媒としては、上述の(正極集電体)で説明した正極合剤をペースト化する場合に用いることができる有機溶媒と同じものを用いることができる。 As the organic solvent that can be used for the positive electrode mixture, the same organic solvent that can be used when the positive electrode mixture described above (Positive electrode current collector) is made into a paste can be used.

正極合剤を正極集電体112へ塗布する方法としては、上述の(正極集電体)で説明した方法が挙げられる。 Examples of the method for applying the positive electrode mixture to the positive electrode current collector 112 include the methods described above in (Positive electrode current collector).

以上に挙げられた方法により、正極110を製造することができる。正極110に用いる具体的な材料の組み合わせとしては、本実施形態に記載のCAMと表1に記載する組み合わせが挙げられる。 The positive electrode 110 can be manufactured by the method described above. Specific combinations of materials used for the positive electrode 110 include the CAM described in this embodiment and the combinations described in Table 1.

Figure 0007244615000001
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Figure 0007244615000002
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Figure 0007244615000003
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(負極)
負極120は、負極活物質層121と負極集電体122とを有している。負極活物質層121は、負極活物質を含む。また、負極活物質層121は、固体電解質及び導電材を含んでいてもよい。負極活物質、負極集電体、固体電解質、導電材及びバインダーは、上述したものを用いることができる。
(negative electrode)
The negative electrode 120 has a negative electrode active material layer 121 and a negative electrode current collector 122 . The negative electrode active material layer 121 contains a negative electrode active material. Further, the negative electrode active material layer 121 may contain a solid electrolyte and a conductive material. As the negative electrode active material, the negative electrode current collector, the solid electrolyte, the conductive material and the binder, those described above can be used.

負極集電体122に負極活物質層121を担持させる方法としては、正極110の場合と同様に、加圧成型による方法、負極活物質を含むペースト状の負極合剤を負極集電体122上に塗布、乾燥後プレスし圧着する方法、及び負極活物質を含むペースト状の負極合剤を負極集電体122上に塗布、乾燥後、焼結する方法が挙げられる。 As a method for supporting the negative electrode active material layer 121 on the negative electrode current collector 122 , as in the case of the positive electrode 110 , there is a method of pressure molding, and a paste-like negative electrode mixture containing a negative electrode active material is applied onto the negative electrode current collector 122 . a method of applying a paste-like negative electrode mixture containing a negative electrode active material onto the negative electrode current collector 122, drying it, and then sintering it.

(固体電解質層)
固体電解質層130は、上述の固体電解質を有している。
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte layer 130 has the solid electrolyte described above.

固体電解質層130は、上述の正極110が有する正極活物質層111の表面に、無機物の固体電解質をスパッタリング法により堆積させることで形成することができる。 The solid electrolyte layer 130 can be formed by depositing an inorganic solid electrolyte on the surface of the positive electrode active material layer 111 of the positive electrode 110 described above by sputtering.

また、固体電解質層130は、上述の正極110が有する正極活物質層111の表面に、固体電解質を含むペースト状の合剤を塗布し、乾燥させることで形成することができる。乾燥後、プレス成型し、さらに冷間等方圧加圧法(CIP)により加圧して固体電解質層130を形成してもよい。 Further, the solid electrolyte layer 130 can be formed by applying a paste mixture containing a solid electrolyte to the surface of the positive electrode active material layer 111 of the positive electrode 110 described above and drying the mixture. After drying, the solid electrolyte layer 130 may be formed by press molding and further pressing by cold isostatic pressing (CIP).

積層体100は、上述のように正極110上に設けられた固体電解質層130に対し、公知の方法を用いて、固体電解質層130の表面に負極活物質層121が接するように負極120を積層させることで製造することができる。 Laminate 100 is formed by stacking negative electrode 120 on solid electrolyte layer 130 provided on positive electrode 110 as described above, using a known method, such that negative electrode active material layer 121 is in contact with the surface of solid electrolyte layer 130 . It can be manufactured by

以上のような構成の正極は、上述したCAMを有するため、初期放電容量が高く、サイクル特性のよいリチウム二次電池を提供できる。 Since the positive electrode having the above structure has the above-described CAM, it is possible to provide a lithium secondary battery with high initial discharge capacity and good cycle characteristics.

さらに、以上のような構成のリチウム二次電池は、上述した正極を有するため、初期放電容量が高く、サイクル特性がよい。 Furthermore, since the lithium secondary battery having the above configuration has the positive electrode described above, it has a high initial discharge capacity and good cycle characteristics.

以下、実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。 [EXAMPLES] Hereafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited by the following description.

<組成分析>
後述の方法で製造されるCAMの組成分析は、上述の「CAMの組成分析」の方法により行った。
<Composition analysis>
The composition analysis of the CAM produced by the below-described method was performed by the above-described "CAM composition analysis" method.

<累積体積粒度>
後述の方法で製造されるCAMの累積体積粒度D10、D50及びD90は、上述の「累積体積粒度」の測定方法により測定した。
<Cumulative volume particle size>
The cumulative volume particle sizes D 10 , D 50 and D 90 of the CAM produced by the below-described method were measured by the above-described "cumulative volume particle size" measurement method.

<断面SEM画像解析>
上述の「断面SEM画像解析」に記載の方法で、明色部分の外周で囲まれる領域の面積の総和に対する前記明色部分の外周で囲まれる領域内に存在する暗色部分の面積の総和の割合(割合a)、円形度が0.33以下である粒子Yの個数の割合(割合b)及び粒子Xの総数に対する前記円形度が0.45以上の粒子Zの個数の割合(割合c)を算出した。
<Cross-sectional SEM image analysis>
Percentage of the total area of the dark color portion present in the region surrounded by the outer periphery of the light color portion to the total area of the region surrounded by the outer periphery of the light color portion by the method described in the above "Cross-sectional SEM image analysis" (ratio a), the ratio (ratio b) of the number of particles Y having a circularity of 0.33 or less, and the ratio (ratio c) of the number of particles Z having a circularity of 0.45 or more to the total number of particles X Calculated.

<回折ピーク強度高さの測定>
2θ=18.5±1°の範囲内の回折ピーク強度高さ(H1)と2θ=44.4±1°の範囲内の回折ピーク強度高さ(H2)の測定は、上述の測定方法により行い、回折ピーク強度高さの比(H1/H2)を算出した。
<Measurement of diffraction peak intensity height>
The diffraction peak intensity height (H1) within the range of 2θ = 18.5 ± 1 ° and the diffraction peak intensity height (H2) within the range of 2θ = 44.4 ± 1 ° are measured by the above-described measurement method. The diffraction peak intensity height ratio (H1/H2) was calculated.

<リチウム二次電池用正極の作製>
後述する製造方法で得られるCAMと導電材(アセチレンブラック)とバインダー(PVdF)とを、CAM:導電材:バインダー=92:5:3(質量比)の組成となるように加えて混練することにより、ペースト状の正極合剤を調製した。正極合剤の調製時には、NMPを有機溶媒として用いた。
<Preparation of positive electrode for lithium secondary battery>
CAM obtained by the manufacturing method described later, a conductive material (acetylene black), and a binder (PVdF) are added and kneaded so that the composition of CAM: conductive material: binder = 92:5:3 (mass ratio). A pasty positive electrode mixture was prepared by the above. NMP was used as an organic solvent when preparing the positive electrode mixture.

得られた正極合剤を、集電体となる厚さ40μmのAl箔に塗布して150℃で8時間真空乾燥を行い、リチウム二次電池用正極を得た。このリチウム二次電池用正極の電極面積は1.65cmとした。 The obtained positive electrode mixture was applied to an Al foil having a thickness of 40 μm as a current collector and vacuum-dried at 150° C. for 8 hours to obtain a positive electrode for a lithium secondary battery. The electrode area of this positive electrode for a lithium secondary battery was 1.65 cm 2 .

<リチウム二次電池(コイン型ハーフセル)の作製>
以下の操作を、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。
<リチウム二次電池用正極の作製>で作製したリチウム二次電池用正極を、コイン型電池R2032用のパーツ(宝泉株式会社製)の下蓋にアルミ箔面を下に向けて置き、その上に積層フィルムセパレータ(ポリエチレン製多孔質フィルムの上に、耐熱多孔層を積層した厚さが16μmの積層体)を置いた。ここに電解液を300μl注入した。電解液は、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートの30:35:35(体積比)で混合した混合液にLiPFを1mol/lとなるように溶解させたものを用いた。
次に、負極として金属リチウムを用いて、前記負極を積層フィルムセパレータの上側に置き、ガスケットを介して上蓋をし、かしめ機でかしめてリチウム二次電池(コイン型ハーフセルR2032。以下、「コイン型ハーフセル」と称することがある。)を作製した。
<Production of lithium secondary battery (coin-type half cell)>
The following operations were performed in an argon atmosphere glove box.
<Preparation of positive electrode for lithium secondary battery> Place the positive electrode for lithium secondary battery prepared in the part for coin battery R2032 (manufactured by Hosen Co., Ltd.) on the lower lid with the aluminum foil side facing down. A laminated film separator (16 μm-thick laminate obtained by laminating a heat-resistant porous layer on a polyethylene porous film) was placed thereon. 300 μl of electrolytic solution was injected here. The electrolytic solution used was obtained by dissolving LiPF 6 to 1 mol/l in a mixture of ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate at a volume ratio of 30:35:35.
Next, using metallic lithium as the negative electrode, the negative electrode is placed on the upper side of the laminated film separator, the top lid is placed through a gasket, and the lithium secondary battery (coin type half cell R2032. Hereinafter, "coin type (sometimes referred to as "half cell").

<初期放電容量及び50回目放電容量維持率>
上述の方法で作成されたリチウム二次電池について、上述の「初期放電容量」及び「50回目放電容量」の測定方法に記載の方法で初期放電容量及び50回目放電容量を測定した。
<Initial discharge capacity and 50th discharge capacity retention rate>
For the lithium secondary battery produced by the above method, the initial discharge capacity and the 50th discharge capacity were measured by the method described in the method for measuring the "initial discharge capacity" and the "50th discharge capacity" described above.

(実施例1)
攪拌器及びオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を50℃に保持した。
(Example 1)
After putting water into a reactor equipped with a stirrer and an overflow pipe, an aqueous sodium hydroxide solution was added and the liquid temperature was maintained at 50°C.

硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液と硫酸アルミニウム水溶液とを、NiとCoとAlとのモル比が0.88:0.09:0.03となるように混合して、混合原料液を調製した。 A nickel sulfate aqueous solution, a cobalt sulfate aqueous solution, and an aluminum sulfate aqueous solution were mixed so that the molar ratio of Ni, Co, and Al was 0.88:0.09:0.03 to prepare a mixed raw material solution.

次に、反応槽内に、攪拌下、この混合原料溶液と硫酸アンモニウム水溶液を錯化剤として連続的に添加した。反応槽内の溶液のpHが11.6(測定温度:40℃)となるよう水酸化ナトリウム水溶液を適時滴下し、反応沈殿物1を得た。 Next, this mixed raw material solution and an aqueous solution of ammonium sulfate were continuously added as a complexing agent into the reactor with stirring. An aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise at appropriate times so that the pH of the solution in the reaction vessel was 11.6 (measurement temperature: 40° C.), and a reaction precipitate 1 was obtained.

反応沈殿物1を洗浄した後、脱水、乾燥及び篩別し、Ni、Co及びAlを含む金属複合水酸化物1が得られた。 After washing the reaction precipitate 1, it was dehydrated, dried and sieved to obtain a metal composite hydroxide 1 containing Ni, Co and Al.

金属複合水酸化物1を大気雰囲気中650℃で5時間保持して加熱し、室温まで冷却して金属複合酸化物1を得た。 The metal composite hydroxide 1 was held at 650° C. for 5 hours in an air atmosphere, heated, and cooled to room temperature to obtain the metal composite oxide 1 .

金属複合酸化物1に含まれるNi、Co及びAlの合計量1に対するLiの量(モル比)が1.1となるように水酸化リチウムを秤量した。金属複合酸化物1と水酸化リチウムを混合して混合物1を得た。 Lithium hydroxide was weighed so that the amount (molar ratio) of Li to the total amount of Ni, Co and Al contained in the metal composite oxide 1 was 1.1. Mixture 1 was obtained by mixing metal composite oxide 1 and lithium hydroxide.

この混合物1を酸素雰囲気下650℃で5時間焼成し、反応物1を得た。反応物1を酸素雰囲気下720℃で6時間焼成し、焼成物1を得た。 This mixture 1 was calcined at 650° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere to obtain a reactant 1. The reactant 1 was calcined at 720° C. for 6 hours in an oxygen atmosphere to obtain a calcined product 1.

焼成物1と純水とを、全体量に対して焼成物1の質量割合が30質量%になるように混合し作製したスラリーを20分間撹拌させて洗浄した後、脱水し、窒素雰囲気において250℃で10時間熱処理し、脱水後に残留する水分を乾燥することにより、乾燥物1を得た。 The fired product 1 and pure water are mixed so that the mass ratio of the fired product 1 to the total amount is 30% by mass, and the slurry is stirred for 20 minutes and washed. C. for 10 hours, and the remaining moisture after dehydration was dried to obtain dried product 1.

乾燥物1を、50kg/時間の供給速度でターボスクリーナーに供給し、篩別してCAM-1を得た。尚、ターボスクリーナーでの篩別の際、ターボスクリーナー内部には、水分濃度が2566ppm以下の空気を連続で供給した。 The dried material 1 was supplied to a turbo screener at a feeding rate of 50 kg/hour and sieved to obtain CAM-1. During sieving by the turbo screener, air having a moisture concentration of 2566 ppm or less was continuously supplied to the inside of the turbo screener.

CAM-1の組成分析を行ったところ、組成式(A)においてm=0.03、x=0.03、y=0.09であり、元素XはCoであった。CAM-1に含まれるLiMOは、層状構造を有していた。 A composition analysis of CAM-1 revealed that m=0.03, x=0.03, y=0.09 in the composition formula (A), and the element X was Co. LiMO contained in CAM-1 had a layered structure.

(実施例2)
反応物1の焼成温度を700℃とした以外は、実施例1と同じ方法でCAM-2を得た。
(Example 2)
CAM-2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the calcination temperature of reactant 1 was 700°C.

CAM-2の組成分析を行ったところ、組成式(A)においてm=0.04、x=0.03、y=0.09であり、元素XはCoであった。CAM-2に含まれるLiMOは、層状構造を有していた。 A composition analysis of CAM-2 revealed that m=0.04, x=0.03, y=0.09 in the composition formula (A), and the element X was Co. LiMO contained in CAM-2 had a layered structure.

(実施例3)
洗浄工程で、全体量に対して焼成物1の質量割合を40質量%としたこと以外は、実施例2と同じ方法でCAM-3を得た。
(Example 3)
CAM-3 was obtained in the same manner as in Example 2, except that in the washing step, the mass ratio of the baked product 1 to the total mass was 40% by mass.

CAM-3の組成分析を行ったところ、組成式(A)においてm=0.04、x=0.03、y=0.09であり、元素XはCoであった。CAM-3に含まれるLiMOは、層状構造を有していた。 A composition analysis of CAM-3 revealed that m=0.04, x=0.03, y=0.09 in the composition formula (A), and the element X was Co. LiMO contained in CAM-3 had a layered structure.

(比較例1)
焼成物1を洗浄せずにそのままCAMとした以外は、実施例1と同じ方法でCAM-C1を得た。
(Comparative example 1)
CAM-C1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the fired product 1 was used as the CAM without being washed.

CAM-C1の組成分析を行ったところ、組成式(A)においてm=0.1、x=0.03、y=0.09であり、元素XはCoであった。CAM-C1に含まれるLiMOは、層状構造を有していた。
(比較例2)
A composition analysis of CAM-C1 revealed that m=0.1, x=0.03, y=0.09 in the composition formula (A), and the element X was Co. LiMO contained in CAM-C1 had a layered structure.
(Comparative example 2)

金属複合水酸化物1の加熱工程を省略したこと、および洗浄工程で、全体量に対して焼成物1の質量割合を40質量%としたこと以外は、実施例1と同じ方法で乾燥物2を得た。 Dried product 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heating step of metal composite hydroxide 1 was omitted, and the mass ratio of fired product 1 to the total amount was set to 40% by mass in the washing step. got

乾燥物2を、超音波振動機で篩別してCAM-C2を得た。尚、超音波振動機で篩別する前に、超音波振動機の内部の雰囲気を、水分濃度が2566ppm以下の空気で満たした。 The dried product 2 was sieved with an ultrasonic vibrator to obtain CAM-C2. Before sieving with the ultrasonic vibrator, the atmosphere inside the ultrasonic vibrator was filled with air having a moisture concentration of 2566 ppm or less.

CAM-C2の組成分析を行ったところ、組成式(A)においてm=0.03、x=0.03、y=0.09であり、元素XはCoであった。CAM-C2に含まれるLiMOは、層状構造を有していた。 A composition analysis of CAM-C2 revealed that m=0.03, x=0.03, y=0.09 in the composition formula (A), and element X was Co. LiMO contained in CAM-C2 had a layered structure.

(比較例3)
反応物1の焼成条件を790℃で5時間としたこと以外は、実施例1と同じ方法で焼成物2を得た。得られた焼成物2と純水とを、全体量に対して焼成物2の質量割合が5質量%になるように混合し作製したスラリーを5分間撹拌させて洗浄した後、脱水し、真空雰囲気において120℃で10時間熱処理し、脱水後に残留する水分を乾燥した後、大気雰囲気下でメノウ製乳鉢で粉砕してCAM-C3を得た。
(Comparative Example 3)
A fired product 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the firing conditions for the reactant 1 were 790° C. for 5 hours. The obtained fired product 2 and pure water are mixed so that the mass ratio of the fired product 2 to the total amount is 5% by mass, and the prepared slurry is stirred for 5 minutes, washed, dehydrated, and vacuumed. It was heat-treated at 120° C. for 10 hours in an atmosphere, dried to remove moisture remaining after dehydration, and ground in an agate mortar in an air atmosphere to obtain CAM-C3.

CAM-C3の組成分析を行ったところ、組成式(A)においてm=-0.01、x=0.03、y=0.09であり、元素XはCoであった。CAM-C3に含まれるLiMOは、層状構造を有していた。 A composition analysis of CAM-C3 revealed that m = -0.01, x = 0.03, y = 0.09 in the composition formula (A), and the element X was Co. LiMO contained in CAM-C3 had a layered structure.

実施例1~3のCAM-1~CAM-3及び比較例1~3のCAM-C1~CAM-C3の洗浄工程の有無、D50、D90/D10、割合a、割合b、割合c、回折ピーク強度高さ比(H1/H2)及び各CAMを使用したコイン型ハーフセルの初期放電容量及びサイクル効率を表4に示す。 CAM-1 to CAM-3 of Examples 1 to 3 and CAM-C1 to CAM-C3 of Comparative Examples 1 to 3 with or without washing process, D 50 , D 90 /D 10 , ratio a, ratio b, ratio c , the diffraction peak intensity height ratio (H1/H2), and the initial discharge capacity and cycle efficiency of coin-shaped half-cells using each CAM are shown in Table 4.

Figure 0007244615000004
Figure 0007244615000004

実施例1~3のCAM-1~3では、割合aが0.22-0.28%であり、割合bが1.6-3.2%だった。さらに、CAM-1~3を用いたコイン型ハーフセルの初期放電容量は、197-202mAh/gであり、サイクル効率は、83.8-90.4%であった。 In CAM-1-3 of Examples 1-3, the ratio a was 0.22-0.28% and the ratio b was 1.6-3.2%. Furthermore, the initial discharge capacity of the coin-shaped half-cells using CAM-1-3 was 197-202 mAh/g, and the cycle efficiency was 83.8-90.4%.

一方で、焼成物の洗浄を行わなかった比較例1では、割合bが5.8%だった。洗浄を行わなかったことによって、偏析したAlが十分に流出しなかったためと考えられる。比較例2では、割合aが0.01%、割合bが0.9%であり、サイクル維持率が80.1%であった。CAM-C2がAl偏析部及び空隙を十分に含んでおらず、充放電に伴うLiMOの膨張及び収縮を緩衝することができなかったと考えられる。比較例3では、割合aが0.49%、割合bが14.7%となった。その結果、初期放電容量が184.2mAh/gだった。CAM-C3がAl偏析部及び空隙を過剰に含んでいたためと考えられる。 On the other hand, in Comparative Example 1 in which the baked product was not washed, the ratio b was 5.8%. This is probably because the segregated Al did not sufficiently flow out due to the lack of washing. In Comparative Example 2, the ratio a was 0.01%, the ratio b was 0.9%, and the cycle maintenance rate was 80.1%. It is believed that CAM-C2 did not contain enough Al segregation parts and voids, and could not buffer the expansion and contraction of LiMO due to charging and discharging. In Comparative Example 3, the ratio a was 0.49% and the ratio b was 14.7%. As a result, the initial discharge capacity was 184.2 mAh/g. This is probably because CAM-C3 contained an excessive amount of Al segregation and voids.

本発明によれば、初期放電容量が高く、繰り返し充放電を行っても放電容量が低下し難いリチウム二次電池を得ることができるリチウム二次電池用正極活物質、及びこれを用いたリチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a positive electrode active material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery using the same can obtain a lithium secondary battery that has a high initial discharge capacity and does not easily decrease in discharge capacity even after repeated charging and discharging. A positive electrode for a secondary battery and a lithium secondary battery can be provided.

1…セパレータ、2…正極、3…負極、4…電極群、5…電池缶、6…電解液、7…トップインシュレーター、8…封口体、10…リチウム二次電池、21…正極リード、31…負極リード、41…LiMO、42…空隙及びAl偏析部、100…積層体、110…正極、111…正極活物質層、112…正極集電体、113…外部端子、120…負極、121…負極活物質層、122…負極集電体、123…外部端子、130…固体電解質層、200…外装体、200a…開口部、1000…全固体リチウム二次電池 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Separator, 2... Positive electrode, 3... Negative electrode, 4... Electrode group, 5... Battery can, 6... Electrolytic solution, 7... Top insulator, 8... Sealing body, 10... Lithium secondary battery, 21... Positive electrode lead, 31 Negative electrode lead 41 LiMO 42 Void and Al segregation portion 100 Laminated body 110 Positive electrode 111 Positive electrode active material layer 112 Positive electrode current collector 113 External terminal 120 Negative electrode 121 Negative electrode active material layer 122 Negative electrode current collector 123 External terminal 130 Solid electrolyte layer 200 Exterior body 200a Opening 1000 All-solid lithium secondary battery

Claims (5)

リチウム金属複合酸化物及びAl偏析部を含有する複数の粒子Xを含むリチウム二次電池用正極活物質であって、
前記粒子Xが空隙を有しており、
前記リチウム金属複合酸化物は、層状構造を有し、少なくともLi、Ni及びAlを含有し、
前記正極活物質の50%累積体積粒度が5-20μmであり、
前記正極活物質の組成式が、式(A)で表され、
走査型電子顕微鏡により得られる前記粒子Xの断面画像が(1)~(3)の条件を満たす、リチウム二次電池用正極活物質。
(1)前記リチウム金属複合酸化物が明色、前記空隙及び前記Al偏析部が暗色となるように前記断面画像を二値化処理した画像において、明色部分の外周で囲まれる領域の面積の総和に対する前記明色部分の外周で囲まれる領域内に存在する暗色部分の面積の総和の割合が、0.05%より大きく0.4%以下である。
(2)前記二値化処理した画像において、前記粒子Xの総数に対する式(i)で表される円形度が0.33以下である粒子Yの個数の割合が、0%より大きく5.0%以下である。
(3)前記二値化処理した画像において、前記粒子Xの総数に対する前記円形度が0.45以上の粒子Zの個数の割合が、70%以上である。
円形度=4πS/L (i)
式(i)において、Sは前記明色部分の外周で囲まれる領域の面積であり、Lは前記明色部分の外周長である。
Li[Li (Ni (1-x-y) Al 1-m ]O ・・・(A)
(式A中、Mは、Co,Mn,Fe,Cu,Ti,Mg,W,Mo,Nb,Zn,Sn,Zr,Ga,V,B,Si,S及びPからなる群より選択される1種以上の元素であり、-0.1≦m≦0.2、0<x≦0.5及び0≦y<0.5を満たす。)
A positive electrode active material for a lithium secondary battery containing a plurality of particles X containing a lithium metal composite oxide and an Al segregation part,
The particles X have voids,
The lithium metal composite oxide has a layered structure and contains at least Li, Ni and Al,
50% cumulative volume particle size of the positive electrode active material is 5-20 μm,
The composition formula of the positive electrode active material is represented by formula (A),
A positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein a cross-sectional image of the particles X obtained by a scanning electron microscope satisfies conditions (1) to (3) .
(1) In an image obtained by binarizing the cross-sectional image so that the lithium metal composite oxide is bright and the voids and the Al segregation part are dark, the area of the region surrounded by the outer periphery of the bright-colored portion The ratio of the sum of the areas of the dark-colored portions existing in the region surrounded by the outer periphery of the light-colored portion to the total sum is more than 0.05% and not more than 0.4%.
(2) In the binarized image, the ratio of the number of particles Y whose circularity represented by formula (i) to the total number of particles X is 0.33 or less is greater than 0% and 5.0. % or less.
(3) In the binarized image, the ratio of the number of particles Z having a circularity of 0.45 or more to the total number of particles X is 70% or more.
Circularity = 4πS/L 2 (i)
In formula (i), S is the area of the region surrounded by the perimeter of the light-colored portion, and L is the perimeter length of the light-colored portion.
Li[Li m (Ni (1-xy) Al x M y ) 1-m ]O 2 (A)
(In formula A, M is selected from the group consisting of Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, V, B, Si, S and P It is one or more elements and satisfies −0.1≦m≦0.2, 0<x≦0.5 and 0≦y<0.5.)
前記正極活物質の10%累積体積粒度に対する90%累積体積粒度の比が3以下である、請求項1に記載のリチウム二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 1 , wherein the ratio of 90% cumulative volume particle size to 10% cumulative volume particle size of said positive electrode active material is 3 or less. 前記正極活物質のCuKα線を使用した粉末X線回折測定(XRD)において、2θ=44.1±1°の範囲内の回折ピーク強度高さ(H2)に対する2θ=18.5±1°の範囲内の回折ピーク強度高さ(H1)の比(H1/H2)が、1.5以上1.6以下である請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用正極活物質。 In powder X-ray diffraction measurement (XRD) using CuKα rays of the positive electrode active material, 2θ = 18.5 ± 1 ° for the diffraction peak intensity height (H2) within the range of 2θ = 44.1 ± 1 ° 3. The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the ratio (H1/H2) of the diffraction peak intensity heights (H1) within the range is 1.5 or more and 1.6 or less. 請求項1~の何れか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用正極。 A positive electrode for a lithium secondary battery containing the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3 . 請求項に記載のリチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池。 A lithium secondary battery comprising the positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 4 .
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