JP7275094B2 - Materials for preparing positive electrode active materials and their uses - Google Patents

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Description

本発明は、正極活物質調製用材料と、該正極活物質調製用材料を用いた正極活物質製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a positive electrode active material preparation material and a method for producing a positive electrode active material using the positive electrode active material preparation material.

近年、リチウムイオン二次電池等の二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両駆動用電源などに好適に用いられている。 In recent years, secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries have been used in portable power sources such as personal computers and mobile terminals, and power sources for driving vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and plug-in hybrid vehicles (PHV). is preferably used for

リチウムイオン二次電池の正極には、一般的にリチウムイオンを吸蔵および放出可能な正極活物質が備えられている。例えば、特許文献1には、サイクル特性や出力特性に優れたリチウムイオン二次電池を得るために、正極活物質として、粒度分布が狭く、中空構造を有するリチウム遷移金属含有複合酸化物粒子が開示されている。粒度分布が狭いことにより、粒子にかかる電圧の差が小さくなるため、粒子の選択的劣化を防ぎ、優れたサイクル特性を実現することができる。また、電解液が侵入可能な中空構造を有することにより、電解液との反応面積が大きくなるため、優れた出力特性を実現することができる。 A positive electrode of a lithium ion secondary battery is generally provided with a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions. For example, Patent Document 1 discloses lithium transition metal-containing composite oxide particles having a narrow particle size distribution and a hollow structure as a positive electrode active material in order to obtain a lithium ion secondary battery having excellent cycle characteristics and output characteristics. It is A narrow particle size distribution reduces the difference in voltage applied to the particles, thereby preventing selective deterioration of the particles and realizing excellent cycle characteristics. In addition, by having a hollow structure into which the electrolytic solution can penetrate, the reaction area with the electrolytic solution is increased, so excellent output characteristics can be realized.

特開2018-104276号公報JP 2018-104276 A

ところで、リチウムイオン二次電池用の正極活物質を製造するために、正極活物質前駆体粉体(正極活物質調製用材料)とリチウム化合物とを混合して焼成すると、焼結により粒子同士の接合が生じ得るため、正極活物質粒子の大きさにばらつきが生じる虞がある。これにより、充放電の繰り返しに伴う正極活物質粒子の劣化が生じやすくなるため、サイクル特性が低下する課題がある。 By the way, in order to produce a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, when a positive electrode active material precursor powder (material for preparing a positive electrode active material) and a lithium compound are mixed and fired, the particles are separated by sintering. Since bonding may occur, there is a risk of variation in the size of the positive electrode active material particles. As a result, deterioration of the positive electrode active material particles is likely to occur due to repeated charging and discharging, resulting in a problem of deterioration in cycle characteristics.

そこで、本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、優れたサイクル特性を実現し得る正極活物質を調製するための正極活物質調製用材料を提供することを主な目的とする。また別の側面から、かかる正極活物質調製用材料を用いた正極活物質製造方法を提供することを他の目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a positive electrode active material preparation material for preparing a positive electrode active material capable of realizing excellent cycle characteristics. From another aspect, it is another object of the present invention to provide a method for producing a positive electrode active material using such a material for preparing a positive electrode active material.

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を行ったところ、表面に小粒子を備えた正極活物質調製用材料を焼成することにより、焼結による粒子間の接合を抑制でき得ることを見出した。そして、かかる材料を用いて製造された正極活物質では、サイクル特性が良好になることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、ここで開示される正極活物質調製用材料は、コア部と、該コア部の表面の少なくとも一部に存在する被覆部とを備える原料粒子を含み、該被覆部は、前記原料粒子のSEM像において、該原料粒子の粒子径の10分の1以下の平均粒子径を有する小粒子で構成されている。さらに、上記コア部および上記小粒子は、Ni、Mn、Coからなる群から選択される少なくとも一種の金属元素を備えた遷移金属水酸化物を含む。
かかる構成によれば、リチウムイオン二次電池に優れたサイクル特性を付与する正極活物質を製造するための正極活物質調製用材料が提供される。
The present inventors conducted extensive studies to solve the above problems, and found that by firing a material for preparing a positive electrode active material having small particles on the surface, bonding between particles due to sintering can be suppressed. Found it. Then, the inventors have found that the positive electrode active material manufactured using such a material has good cycle characteristics, and completed the present invention.
That is, the material for preparing a positive electrode active material disclosed herein includes a raw material particle having a core portion and a coating portion present on at least a part of the surface of the core portion, and the coating portion is formed on the raw material particle. In the SEM image, it is composed of small particles having an average particle diameter of 1/10 or less of the particle diameter of the raw material particles. Furthermore, the core portion and the small particles contain a transition metal hydroxide containing at least one metal element selected from the group consisting of Ni, Mn and Co.
According to such a configuration, a positive electrode active material preparation material for producing a positive electrode active material that imparts excellent cycle characteristics to a lithium ion secondary battery is provided.

また、ここに開示される正極活物質調製用材料の好ましい一態様では、上記小粒子のSEM像に基づく平均アスペクト比は1.7以下である。
かかる構成によれば、比表面積が増加し、優れた電気抵抗低減効果が発揮され得る。
In a preferred embodiment of the positive electrode active material-preparing material disclosed herein, the average aspect ratio of the small particles based on an SEM image is 1.7 or less.
According to such a configuration, the specific surface area is increased, and an excellent electric resistance reduction effect can be exhibited.

また、ここに開示される正極活物質調製用材料の好ましい一態様では、上記原料粒子のSEM像において、上記被覆部が上記コア部の表面を10%以上占有した上記原料粒子を含む。
かかる構成によれば、より優れたサイクル特性および電気抵抗低減効果が実現され得る。
In a preferred embodiment of the material for preparing a positive electrode active material disclosed herein, the SEM image of the raw material particles includes the raw material particles in which the coating portion occupies 10% or more of the surface of the core portion.
With such a configuration, better cycle characteristics and an effect of reducing electrical resistance can be achieved.

また、ここに開示される正極活物質調製用材料の好ましい一態様では、上記原料粒子のレーザー回折・光散乱法に基づく平均粒子径は4μm以上6μm以下である。
かかる構成によれば、サイクル特性および電気抵抗低減効果をより高いレベルで実現し得る。
In a preferred embodiment of the positive electrode active material-preparing material disclosed herein, the raw material particles have an average particle size of 4 μm or more and 6 μm or less based on a laser diffraction/light scattering method.
According to such a configuration, cycle characteristics and electric resistance reduction effect can be realized at a higher level.

また、ここに開示される正極活物質調製用材料の好ましい一態様では、上記原料粒子の断面SEM像において、上記コア部よりも上記被覆部に含まれる上記小粒子の緻密性が高い。
かかる構成によれば、さらに高いレベルでサイクル特性および電気抵抗低減効果を実現し得る。
Further, in a preferred embodiment of the material for preparing a positive electrode active material disclosed herein, in a cross-sectional SEM image of the raw material particles, the small particles contained in the coating portion are denser than the core portion.
According to such a configuration, even higher levels of cycle characteristics and electrical resistance reduction effect can be achieved.

また、上記課題を解決するべく、ここで開示される正極活物質調製用材料を用いた正極活物質の製造方法が提供される。即ち、ここで開示される正極活物質製造方法は、ここで開示される正極活物質調製用材料と、リチウム化合物とを混合すること、および、かかる混合による混合物を焼成すること、を包含する。
かかる構成によれば、リチウムイオン二次電池に優れたサイクル特性を付与し得る正極活物質が提供される。
Moreover, in order to solve the above problems, a method for producing a positive electrode active material using the material for preparing a positive electrode active material disclosed herein is provided. That is, the positive electrode active material manufacturing method disclosed herein includes mixing the positive electrode active material preparation material disclosed here with a lithium compound, and firing the mixture obtained by such mixing.
Such a configuration provides a positive electrode active material capable of imparting excellent cycle characteristics to a lithium ion secondary battery.

一実施形態に係る正極活物質調製用材料から製造された正極活物質を備えるリチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a lithium ion secondary battery including a positive electrode active material manufactured from a positive electrode active material preparation material according to one embodiment; 一実施形態に係る正極活物質調製用材料から製造された正極活物質を備える捲回電極体の構成を示す模式分解図である。1 is a schematic exploded view showing the configuration of a wound electrode body including a positive electrode active material manufactured from a material for preparing a positive electrode active material according to one embodiment; FIG. 一実施形態に係る正極活物質の製造工程を説明するための大まかなフローチャートである。1 is a rough flow chart for explaining a manufacturing process of a positive electrode active material according to one embodiment; 例2の正極活物質調製用材料を5000倍の倍率で観察したSEM像である。2 is an SEM image of the positive electrode active material preparation material of Example 2 observed at a magnification of 5000 times. 例2の正極活物質調製用材料を15000倍の倍率で観察したSEM像である。1 is an SEM image of the positive electrode active material preparation material of Example 2 observed at a magnification of 15000 times. 例2の正極活物質調製用材料を15000倍の倍率で観察した断面SEM像である。2 is a cross-sectional SEM image of the positive electrode active material preparation material of Example 2 observed at a magnification of 15,000. 例5の正極活物質調製用材料を15000倍の倍率で観察したSEM像である。1 is an SEM image of the positive electrode active material preparation material of Example 5 observed at a magnification of 15000 times.

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。ここで開示される正極活物質調製用材料を用いて製造される正極活物質は、リチウムイオン二次電池の正極活物質として好適に用いることができるため、まず、リチウムイオン二次電池100の構成例について説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。
また、本明細書において数値範囲をA~B(ここでA,Bは任意の数値)と記載している場合は、一般的な解釈と同様であり、A以上B以下を意味するものである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Since the positive electrode active material produced using the positive electrode active material preparation material disclosed herein can be suitably used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, first, the configuration of the lithium ion secondary battery 100 An example will be described. Matters other than those specifically referred to in this specification that are necessary for implementation can be grasped as design matters by those skilled in the art based on the prior art in the relevant field. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in this specification and common general technical knowledge in the field. Further, in the drawings below, members and portions having the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted or simplified. Also, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relationships.
In addition, when the numerical range is described as A to B (where A and B are arbitrary numerical values) in this specification, it is the same as the general interpretation and means from A to B. .

本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な電池一般をいい、リチウムイオン二次電池等のいわゆる蓄電池(すなわち化学電池)の他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(すなわち物理電池)を包含する。また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」は、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正極と負極との間をリチウムイオンに伴う電荷の移動によって充放電を行う二次電池である。また、本明細書において「活物質」とは、電荷担体を可逆的に吸蔵・放出する材料をいう。 In this specification, the term "secondary battery" refers to a battery that can be repeatedly charged and discharged, and in addition to so-called storage batteries such as lithium ion secondary batteries (i.e. chemical batteries), capacitors such as electric double layer capacitors (i.e. physical batteries ). In the present specification, the term "lithium ion secondary battery" refers to a secondary battery that uses lithium ions as charge carriers and charges and discharges by the transfer of charge associated with the lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. In addition, the term “active material” as used herein refers to a material that reversibly absorbs and releases charge carriers.

図1に示すリチウムイオン二次電池100は、電池ケース30の内部に、扁平形状の捲回電極体20と、非水電解質(図示せず)とが収容されることで構築される角型の密閉型電池である。電池ケース30には、外部接続用の正極端子42および負極端子44が備えられている。また、電池ケース30の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁36が設けられている。さらに、電池ケース30には、非水電解質を注液するための注液口(図示せず)が設けられている。電池ケース30の材質は、高強度であり軽量で熱伝導性が良い金属製材料が好ましく、このような金属材料として、例えば、アルミニウムやスチール等が挙げられる。 The lithium-ion secondary battery 100 shown in FIG. 1 is a rectangular battery constructed by housing a flat-shaped wound electrode body 20 and a non-aqueous electrolyte (not shown) inside a battery case 30 . It is a sealed battery. The battery case 30 is provided with a positive terminal 42 and a negative terminal 44 for external connection. Further, a thin safety valve 36 is provided so as to release the internal pressure of the battery case 30 when the internal pressure rises above a predetermined level. Further, the battery case 30 is provided with an injection port (not shown) for injecting a non-aqueous electrolyte. The material of the battery case 30 is preferably a metallic material that has high strength, light weight, and good thermal conductivity. Examples of such metallic materials include aluminum and steel.

捲回電極体20は、図1および図2に示されるように、長尺シート状の正極50と、長尺シート状の負極60とが、2枚の長尺シート状のセパレータ70を介して積層され、捲回軸を中心として捲回された電極体である。正極50は、正極集電体52と、該正極集電体52の片面または両面の長手側方向に形成された正極活物質層54とを備えている。正極集電体52の捲回軸方向(即ち、上記長手側方向に直交するシート幅方向)の片側の縁部には、該縁部に沿って帯状に正極活物質層54が形成されずに正極集電体52が露出した部分(即ち、正極集電体露出部52a)が設けられている。また、負極60は、負極集電体62と、該負極集電体62の片面または両面の長手側方向に形成された負極活物質層64とを備えている。負極集電体62の上記捲回軸方向の片側の反対側の縁部には、該縁部に沿って帯状に負極活物質層64が形成されずに負極集電体62が露出した部分(即ち、負極集電体露出部62a)が設けられている。正極集電体露出部52aと負極集電体露出部62aには、それぞれ正極集電板42aおよび負極集電板44aが接合されている。正極集電板42aは、外部接続用の正極端子42と電気的に接続されており、電池ケース30の内部と外部との導通を実現している。同様に、負極集電板44aは、外部接続用の負極端子44と電気的に接続されており、電池ケース30の内部と外部との導通を実現している。 As shown in FIGS. 1 and 2 , the wound electrode assembly 20 includes a long sheet-shaped positive electrode 50 and a long sheet-shaped negative electrode 60 interposed between two long sheet-shaped separators 70 . It is an electrode assembly that is laminated and wound around a winding axis. The positive electrode 50 includes a positive electrode current collector 52 and a positive electrode active material layer 54 formed on one side or both sides of the positive electrode current collector 52 in the longitudinal direction. At one edge of the positive electrode current collector 52 in the winding axial direction (that is, in the sheet width direction orthogonal to the longitudinal direction), the positive electrode active material layer 54 is not formed in a belt shape along the edge. A portion where the positive electrode current collector 52 is exposed (that is, a positive electrode current collector exposed portion 52a) is provided. The negative electrode 60 also includes a negative electrode current collector 62 and a negative electrode active material layer 64 formed on one or both surfaces of the negative electrode current collector 62 in the longitudinal direction. At the edge of the negative electrode current collector 62 on the side opposite to one side in the winding axial direction, there is a portion where the negative electrode current collector 62 is exposed without the negative electrode active material layer 64 being formed in a belt shape along the edge ( That is, a negative electrode current collector exposed portion 62a) is provided. A positive electrode current collector plate 42a and a negative electrode current collector plate 44a are joined to the positive electrode current collector exposed portion 52a and the negative electrode current collector exposed portion 62a, respectively. The positive current collecting plate 42a is electrically connected to the positive terminal 42 for external connection, and realizes conduction between the inside and the outside of the battery case 30. As shown in FIG. Similarly, the negative current collecting plate 44a is electrically connected to the negative terminal 44 for external connection, thereby realizing conduction between the inside and the outside of the battery case 30. As shown in FIG.

正極50を構成する正極集電体52としては、例えば、アルミニウム箔が挙げられる。正極活物質層54は、ここで開示される正極活物質を備える。また、正極活物質層54は、導電材、バインダ等を含んでいてもよい。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を使用し得る。
正極活物質層54は、正極活物質と必要に応じて用いられる材料(導電材、バインダ等)とを適当な溶媒(例えばN-メチル-2-ピロリドン:NMP)に分散させ、ペースト状(またはスラリー状)の組成物を調製し、該組成物の適当量を正極集電体52の表面に塗工し、乾燥することによって形成することができる。
Examples of the positive electrode current collector 52 that constitutes the positive electrode 50 include aluminum foil. The cathode active material layer 54 comprises the cathode active material disclosed herein. Moreover, the positive electrode active material layer 54 may contain a conductive material, a binder, and the like. As the conductive material, for example, carbon black such as acetylene black (AB) and other carbon materials (such as graphite) can be suitably used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) or the like can be used.
The positive electrode active material layer 54 is formed by dispersing a positive electrode active material and optionally used materials (conductive materials, binders, etc.) in an appropriate solvent (eg, N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) to form a paste (or It can be formed by preparing a slurry composition), applying an appropriate amount of the composition to the surface of the positive electrode current collector 52, and drying the composition.

負極60を構成する負極集電体62としては、例えば、銅箔等が挙げられる。負極活物質層64は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を使用し得る。また、負極活物質層64は、バインダ、増粘剤等をさらに含んでいてもよい。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンラバー(SBR)等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等を使用し得る。
負極活物質層64は、負極活物質と必要に応じて用いられる材料(バインダ等)とを適当な溶媒(例えばイオン交換水)に分散させ、ペースト状(またはスラリー状)の組成物を調製し、該組成物の適当量を負極集電体62の表面に塗工し、乾燥することによって形成することができる。
Examples of the negative electrode current collector 62 that constitutes the negative electrode 60 include copper foil. The negative electrode active material layer 64 contains a negative electrode active material. Carbon materials such as graphite, hard carbon, and soft carbon can be used as the negative electrode active material. Moreover, the negative electrode active material layer 64 may further contain a binder, a thickener, and the like. As the binder, for example, styrene-butadiene rubber (SBR) or the like can be used. As a thickening agent, for example, carboxymethyl cellulose (CMC) or the like can be used.
The negative electrode active material layer 64 is prepared by dispersing a negative electrode active material and optionally used materials (binder etc.) in an appropriate solvent (eg ion-exchanged water) to prepare a paste (or slurry) composition. can be formed by applying an appropriate amount of the composition to the surface of the negative electrode current collector 62 and drying it.

セパレータ70としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様の各種微多孔質シートを用いることができ、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等の樹脂から成る微多孔質樹脂シートが挙げられる。かかる微多孔質樹脂シートは、単層構造であってもよく、二層以上の複層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。また、セパレータ70の表面には、耐熱層(HRL)を備えていてもよい。 As the separator 70, various microporous sheets similar to those conventionally used in lithium ion secondary batteries can be used. sheet. Such a microporous resin sheet may have a single-layer structure or a multi-layer structure of two or more layers (for example, a three-layer structure in which PP layers are laminated on both sides of a PE layer). Moreover, the surface of the separator 70 may be provided with a heat-resistant layer (HRL).

非水電解質は従来のリチウムイオン二次電池と同様のものを使用可能であり、典型的には有機溶媒(非水溶媒)中に、支持塩を含有させたものを用いることができる。非水溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類等の非プロトン性溶媒を用いることができる。なかでも、カーボネート類、例えば、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等を好適に採用し得る。あるいは、モノフルオロエチレンカーボネート(MFEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、モノフルオロメチルジフルオロメチルカーボネート(F-DMC)、トリフルオロジメチルカーボネート(TFDMC)のようなフッ素化カーボネート等のフッ素系溶媒を好ましく用いることができる。このような非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO等のリチウム塩を好適に用いることができる。支持塩の濃度は、特に限定されるものではないが、0.7mol/L以上1.3mol/L以下程度が好ましい。
なお、上記非水電解質は、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上述した非水溶媒、支持塩以外の成分を含んでいてもよく、例えば、ガス発生剤、被膜形成剤、分散剤、増粘剤等の各種添加剤を含み得る。
The same non-aqueous electrolyte as used in conventional lithium ion secondary batteries can be used, and typically an organic solvent (non-aqueous solvent) containing a supporting electrolyte can be used. Aprotic solvents such as carbonates, esters and ethers can be used as the non-aqueous solvent. Among them, carbonates such as ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC) and the like can be preferably used. Alternatively, fluorine-based solvents such as fluorinated carbonates such as monofluoroethylene carbonate (MFEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), monofluoromethyldifluoromethyl carbonate (F-DMC), and trifluorodimethyl carbonate (TFDMC) are preferably used. be able to. Such non-aqueous solvents can be used singly or in combination of two or more. Lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 and LiClO 4 can be suitably used as supporting salts. The concentration of the supporting salt is not particularly limited, but is preferably about 0.7 mol/L or more and 1.3 mol/L or less.
The non-aqueous electrolyte may contain components other than the above-described non-aqueous solvent and supporting salt as long as they do not significantly impair the effects of the present invention. Various additives such as thickeners may be included.

ここで開示される正極活物質調製用材料は、コア部と、該コア部の表面の少なくとも一部に存在する被覆部とを備える原料粒子を含む。
図4は、後述する実施例における例2の正極活物質調製用材料を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて5000倍の倍率で観察したSEM像であり、ここで開示される正極活物質調製用材料の代表的な一例を示す。図5は、例2の正極活物質調製用材料を15000倍の倍率で観察したSEM像であり、正極活物質調製用材料に含まれる原料粒子を拡大して示している。また、図6は、例2の正極活物質調製用材料を15000倍の倍率で観察した断面SEM像である。図4~6のSEM像からわかるように、原料粒子のコア部の表面に存在する被覆部は小粒子で構成されている。
なお、特に限定するものではないが、ここで開示される正極活物質調製用材料は、ここで開示される特徴を有する原料粒子を例えば30個数%以上、好ましくは50個数%以上、より好ましくは70個数%以上、さらに好ましくは80個数%以上、より一層好ましくは90個数%以上含むことが好ましい。かかる割合は、例えば図4のように、複数個の原料粒子が観察視野内にあるSEM像(例えば倍率5000倍以下)を無作為に複数(例えば10以上)取得し、かかる複数のSEM像それぞれにおいて、ここで開示される特徴を有する原料粒子の該SEM像全体の粒子に対しての存在割合(個数%)を算出し、かかる複数のSEM像での平均値を算出することで求めることができる。
The material for positive electrode active material preparation disclosed herein includes a raw material particle having a core portion and a coating portion present on at least part of the surface of the core portion.
FIG. 4 is an SEM image of the positive electrode active material preparation material of Example 2 in Examples described later, observed at a magnification of 5000 using a scanning electron microscope (SEM). A typical example of materials for FIG. 5 is an SEM image of the positive electrode active material preparation material of Example 2 observed at a magnification of 15000 times, showing an enlarged view of raw material particles contained in the positive electrode active material preparation material. FIG. 6 is a cross-sectional SEM image of the positive electrode active material preparation material of Example 2 observed at a magnification of 15000 times. As can be seen from the SEM images of FIGS. 4 to 6, the coating portion present on the surface of the core portion of the raw material particles is composed of small particles.
Although not particularly limited, the material for preparing a positive electrode active material disclosed herein contains, for example, 30% by number or more, preferably 50% by number or more, more preferably 30% by number or more of raw material particles having the characteristics disclosed herein. It preferably contains 70% by number or more, more preferably 80% by number or more, and even more preferably 90% by number or more. For example, as shown in FIG. 4, a plurality of SEM images (for example, a magnification of 5000 times or less) in which a plurality of raw material particles are within the observation field are randomly obtained (for example, 10 or more), and each of the plurality of SEM images is obtained. , the ratio (% by number) of the raw material particles having the characteristics disclosed herein is calculated with respect to the particles in the entire SEM image, and the average value of the plurality of SEM images is calculated. can.

ここで開示される正極活物質調製用材料は、典型的には粉末状の粉末材料であるが、かかる粉末材料が適当な溶媒(例えば、水や有機溶媒)に分散したスラリーまたはペースト状であってもよい。 The positive electrode active material preparation material disclosed herein is typically a powdery powder material, and the powdery material may be in the form of a slurry or a paste dispersed in an appropriate solvent (for example, water or an organic solvent). may

上記原料粒子の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、例えば、0.1μm以上20μm以下であって、典型的には1μm以上10μm以下である。また、好ましくは4μm以上9μm以下であって、より好ましくは4μm以上6μm以下であって、さらに好ましくは4.1μm以上5.8μm以下である。かかる範囲によると、焼結により原料粒子同士が接合されることがより抑制されるため、製造される正極活物質のサイクル特性を向上させることができ得る。
なお、本明細書において、「原料粒子の平均粒子径」は、レーザー回折・光散乱法に基づく体積基準の粒度分布において、粒子径の小さい側からの累積頻度50体積%に相当する粒子径D50(「メジアン径」ともいう。)のことをいう。
The average particle size of the raw material particles is not particularly limited, but is, for example, 0.1 μm or more and 20 μm or less, and typically 1 μm or more and 10 μm or less. Also, it is preferably 4 μm or more and 9 μm or less, more preferably 4 μm or more and 6 μm or less, and still more preferably 4.1 μm or more and 5.8 μm or less. According to this range, it is possible to further suppress the raw material particles from being joined to each other by sintering, so that the cycle characteristics of the produced positive electrode active material can be improved.
In the present specification, the "average particle size of raw material particles" refers to a particle size D50 corresponding to a cumulative frequency of 50% by volume from the smaller particle size side in a volume-based particle size distribution based on a laser diffraction/light scattering method. (also referred to as “median diameter”).

ここで開示される正極活物質調製用材料は、コア部の表面の少なくとも一部に被覆部を備える原料粒子を含むが、好ましくは被覆部がコア部表面の10%以上を占有しており、より好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上を占有する原料粒子を含む。かかる占有率(被覆率)により、焼結による原料粒子の接合を抑制し、さらに、製造される正極活物質の比表面積を向上させることができるため、焼結による粒度分布のばらつきが抑制され、かつ、電解質との接触面積が増加した正極活物質を製造することができる。これにより、サイクル特性が向上し、電気抵抗が低減したリチウムイオン二次電池を実現するための正極活物質を製造することができる。
なお、上記占有率は、SEM像に基づいて測定することができる。SEMを用いて原料粒子のSEM像を取得し、例えば、オープンソースであり、パブリックドメインの画像処理ソフトウェアとして著名な画像解析ソフト「ImageJ」を用いて、被覆部(小粒子)を白色、被覆部が存在しないコア部の表面(原料粒子中の小粒子が存在しない部分)を黒色とする二値化処理を行う。そして、原料粒子における被覆部が存在する部分(白色部分)の面積をNW、被覆部が存在せず表面が露出したコア部(黒色部分)の面積をNBとして、「NW/(NW+NB)×100」を算出することで被覆部の占有率(被覆率)を求めることができる。
The material for preparing a positive electrode active material disclosed herein contains raw material particles having a coating on at least a part of the surface of the core, preferably the coating occupies 10% or more of the surface of the core, More preferably 30% or more, more preferably 50% or more of raw material particles are included. Such a occupancy (coverage) suppresses the bonding of the raw material particles by sintering, and furthermore, it is possible to improve the specific surface area of the produced positive electrode active material, so that the variation in particle size distribution due to sintering is suppressed, In addition, it is possible to manufacture a positive electrode active material having an increased contact area with the electrolyte. As a result, it is possible to manufacture a positive electrode active material for realizing a lithium ion secondary battery with improved cycle characteristics and reduced electrical resistance.
In addition, the above occupation rate can be measured based on an SEM image. An SEM image of the raw material particles is obtained using an SEM, for example, using image analysis software "ImageJ", which is an open source and well-known image processing software in the public domain, the coating portion (small particles) is white, and the coating portion is A binarization process is performed to make the surface of the core portion where there is no (the portion where the small particles in the raw material particles do not exist) black. Then, where NW is the area of the portion (white portion) where the coating portion is present in the raw material particles, and NB is the area of the core portion (black portion) where the coating portion is not present and the surface is exposed, "NW / (NW + NB) × 100 , the occupancy rate (coverage rate) of the covered portion can be obtained.

上述した好適な被覆率(例えば10%以上)を有する原料粒子は、SEM視野内(例えば、倍率5000倍の視野)において、好ましくは30個数%以上存在しており、より好ましくは40個数%以上、さらに好ましくは50個数%以上存在する。かかる割合で存在していることにより、焼結による原料粒子同士の接合がより抑制され、さらに高いレベルで優れたサイクル特性を実現することができ得る。 The raw material particles having the above-mentioned suitable coverage (for example, 10% or more) are present in an SEM field of view (for example, a field of view with a magnification of 5000 times), preferably at 30% by number or more, more preferably at least 40% by number. , more preferably 50% by number or more. By existing in such a ratio, bonding between raw material particles due to sintering is further suppressed, and excellent cycle characteristics can be realized at a higher level.

上記原料粒子の被覆部は、小粒子で構成されている。かかる小粒子は、該原料粒子の粒子径よりも小さな平均粒子径を有している。小粒子の平均粒子径は、特に制限されるものではないが、典型的には、原料粒子の粒子径の10分の1以下であり、例えば12分の1以下または15分の1以下であり得る。かかる粒子径の比較は、SEM像に基づいて行うことができ、例えば、図5に示すような、小粒子が目視できる倍率のSEM像(例えば15000倍)を取得することで、原料粒子一粒の粒子径と、該原料粒子が有する複数個の小粒子の平均粒子径との比較を行うことができる。
なお、原料粒子および小粒子の粒子径は、以下のようにして測定することができる。まず、SEM像において、各粒子の最大径を決定し、これを長径と規定する。次に、該長径に直交する径の中で最長となるものを決定し、これを短径と規定する。そして、かかる長径と短径とからなる楕円を仮定して、該楕円の面積から円相当径に換算することで、各粒子の粒子径とすることができる。小粒子については、原料粒子一粒に対し、複数個備えられ得るため、SEM像で目視できる複数の小粒子それぞれの粒子径を算出し、平均値を求める。
The coating portion of the raw material particles is composed of small particles. Such small particles have an average particle size smaller than that of the raw material particles. The average particle size of the small particles is not particularly limited, but is typically 1/10 or less, for example, 1/12 or less or 1/15 or less of the particle size of the raw material particles. obtain. Such a comparison of particle diameters can be performed based on SEM images. For example, by obtaining a SEM image at a magnification (for example, 15000 times) at which small particles can be visually observed, as shown in FIG. can be compared with the average particle size of a plurality of small particles of the raw material particles.
The particle sizes of raw material particles and small particles can be measured as follows. First, in the SEM image, the maximum diameter of each particle is determined and defined as the major diameter. Next, the longest diameter among the diameters perpendicular to the major diameter is determined and defined as the minor diameter. Then, by assuming an ellipse having such a major axis and a minor axis, and converting the area of the ellipse into a circle-equivalent diameter, the particle diameter of each particle can be obtained. Since a plurality of small particles can be provided for one raw material particle, the particle diameter of each of the plurality of small particles visible in the SEM image is calculated, and the average value is obtained.

上記被覆部を構成する小粒子のSEM像に基づく平均アスペクト比(長径/短径)は、特に限定されるものではないが、1.7以下であることが好ましい。かかるアスペクト比であれば、小粒子の比表面積が増加するため、製造される正極活物質の比表面積を増加させ得る。これにより、電解質との接触面積が増加し、電気抵抗を低減し得る。 The average aspect ratio (major axis/minor axis) based on the SEM image of the small particles constituting the coating portion is not particularly limited, but is preferably 1.7 or less. With such an aspect ratio, the specific surface area of the small particles increases, so the specific surface area of the produced positive electrode active material can be increased. This can increase the contact area with the electrolyte and reduce the electrical resistance.

上記原料粒子の断面SEM像において、上記コア部よりも上記被覆部に含まれる前記小粒子の緻密性が高いことが好ましい。換言すれば、小粒子の内部空隙がコア部の内部空隙よりも少ないことが好ましく、さらに、小粒子の内部に空隙がないことがより好ましい。小粒子の緻密性が高いことにより、ここで開示される正極活物質調製用材料の焼成時に、焼結が小粒子単体で進み易くなるため、焼結による原料粒子同士の接合が抑制され得る。これにより、製造される正極活物質粒子の粒度分布のばらつきが抑制され得る。また、正極活物質粒子の表面積を大きくすることができるため、優れた電池抵抗低減効果と優れたサイクル特性を実現し得る。
なお、断面SEM像は公知方法に従い取得することができる。コア部と小粒子の緻密性は、断面SEM像を測定することができ、目視あるいは断面SEM像における濃淡の差を画像解析ソフト(例、ImageJ)で解析することによって、コア部と小粒子の緻密性を比較することができる。
In the cross-sectional SEM image of the raw material particles, it is preferable that the small particles contained in the coating portion are denser than the core portion. In other words, it is preferable that the internal voids of the small particles are smaller than the internal voids of the core portion, and it is more preferable that the small particles have no internal voids. The high density of the small particles facilitates sintering of the small particles alone during sintering of the material for preparing a positive electrode active material disclosed herein. This can suppress variation in the particle size distribution of the produced positive electrode active material particles. Moreover, since the surface area of the positive electrode active material particles can be increased, an excellent battery resistance reduction effect and excellent cycle characteristics can be achieved.
A cross-sectional SEM image can be obtained according to a known method. The density of the core portion and the small particles can be measured by measuring the cross-sectional SEM image, and by analyzing the difference in density in the cross-sectional SEM image visually or with image analysis software (eg, ImageJ), the density of the core portion and the small particles can be determined. Compactness can be compared.

ここで開示される正極活物質調製用材料に含まれる原料粒子は、Ni、Mn、Coからなる群から選択される少なくとも一種の金属元素を備えた遷移金属水酸化物を含むことが好ましい。即ち、原料粒子が備えるコア部および被覆部(小粒子)は、かかる遷移金属水酸化物を含むことが好ましい。具体例としては、ニッケル系複合水酸化物、コバルト系複合水酸化物、マンガン系複合水酸化物、ニッケルマンガン系複合水酸化物、ニッケルコバルトマンガン系複合水酸化物、鉄ニッケルマンガン系複合水酸化物等が挙げられる。 The raw material particles contained in the positive electrode active material-preparing material disclosed herein preferably contain a transition metal hydroxide containing at least one metal element selected from the group consisting of Ni, Mn, and Co. That is, the core portion and the covering portion (small particles) of the raw material particles preferably contain such a transition metal hydroxide. Specific examples include nickel-based composite hydroxides, cobalt-based composite hydroxides, manganese-based composite hydroxides, nickel-manganese-based composite hydroxides, nickel-cobalt-manganese-based composite hydroxides, and iron-nickel-manganese-based composite hydroxides. things, etc.

なお、本明細書において「ニッケルコバルトマンガン系複合水酸化物」とは、Ni、Co、Mn、O、Hを構成元素とする水酸化物の他に、それら以外の1種または2種以上の添加的な元素を含んだ水酸化物をも包含する用語である。かかる添加的な元素の例としては、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Na、Fe、Zn、Sn等の遷移金属元素や典型金属元素等が挙げられる。このことは、上記したニッケル系複合水酸化物、コバルト系複合水酸化物、マンガン系複合水酸化物、ニッケルマンガン系複合水酸化物等についても同様である。 In this specification, the term "nickel-cobalt-manganese-based composite hydroxide" refers to hydroxides containing Ni, Co, Mn, O, and H as constituent elements, as well as one or more of them. The term also includes hydroxides containing additional elements. Examples of such additive elements include transition metal elements such as Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Na, Fe, Zn and Sn, and typical A metal element etc. are mentioned. This also applies to the above-described nickel-based composite hydroxide, cobalt-based composite hydroxide, manganese-based composite hydroxide, nickel-manganese-based composite hydroxide, and the like.

ニッケルコバルトマンガン系複合水酸化物としては、下式(I)で表される組成を有するものが好ましい。
NiCoMn(1-x-y-z)(OH) (I)
(式(I)中、x、y、zは、0.1<x<0.9、0.1<y<0.4、0.1<z<0.9、1≧x+y+zを具備しており、MはMg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Na、Fe、ZnおよびSnからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である。製造される正極活物質のエネルギー密度および熱安定性の観点から、x、yおよびzはそれぞれ、0.3≦x≦0.5、0.2≦y<0.4、0.2≦z<0.4を具備することが好ましい。)
As the nickel-cobalt-manganese composite hydroxide, one having a composition represented by the following formula (I) is preferable.
Ni x Co y Mn z M (1-xyz) (OH) 2 (I)
(In formula (I), x, y, and z are 0.1<x<0.9, 0.1<y<0.4, 0.1<z<0.9, 1≧x+y+z and M is at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Na, Fe, Zn and Sn From the viewpoint of the energy density and thermal stability of the positive electrode active material to be produced, x, y and z are 0.3≦x≦0.5, 0.2≦y<0.4 and 0.2≦ It is preferred to have z<0.4.)

次に、ここで開示される正極活物質調製用材料の好適な製造方法について説明する。なお、ここで開示される正極活物質調製用材料の製造方法は下記に限られない。 Next, a suitable method for producing the positive electrode active material-preparing material disclosed herein will be described. In addition, the manufacturing method of the material for positive electrode active material preparation disclosed here is not restricted to the following.

ここで開示される正極活物質調製用材料の好適な製造方法は、遷移金属水酸化物粒子を析出させる工程(以下、「析出工程」ともいう)と、上記水溶液をpH9~11の範囲に調整する工程(以下、「弱アルカリ処理工程」ともいう)と、上記遷移金属水酸化物粒子を成長させること(以下、「粒子成長工程」ともいう)、を包含する。 A preferred method for producing the positive electrode active material preparation material disclosed herein includes a step of depositing transition metal hydroxide particles (hereinafter also referred to as a “precipitation step”), and adjusting the aqueous solution to a pH range of 9 to 11. and growing the transition metal hydroxide particles (hereinafter also referred to as "particle growth step").

まず、析出工程について説明する。析出工程は、通常の正極活物質の製造における遷移金属水酸化物粒子を晶析させる公知方法と同様であってよい。 First, the deposition step will be explained. The deposition step may be the same as a known method for crystallizing transition metal hydroxide particles in the production of a normal positive electrode active material.

例えば、まず、遷移金属化合物の水溶液を準備する。遷移金属化合物としては、例えば、遷移金属の硫酸塩、遷移金属の硝酸塩、遷移金属のハロゲン化物等の水溶性化合物を用いることができる。かかる遷移金属の元素としては、Ni、Mn、Coからなる群から選択される少なくとも一種を用いることが好ましい。また、アルカリ化合物の水溶液を用意する。アルカリ化合物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を用いることができ、好ましくは、水酸化ナトリウムである。また、アンモニア水を用意する。 For example, first, an aqueous solution of a transition metal compound is prepared. Examples of transition metal compounds that can be used include water-soluble compounds such as transition metal sulfates, transition metal nitrates, and transition metal halides. At least one element selected from the group consisting of Ni, Mn, and Co is preferably used as the transition metal element. Also, an aqueous solution of an alkaline compound is prepared. Examples of alkaline compounds that can be used include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and the like, preferably sodium hydroxide. Also, prepare ammonia water.

一方で、反応容器中に水(典型的にはイオン交換水)を加え、反応容器中を撹拌しながら雰囲気を不活性ガス(例えば、Nガス、Arガス等)で置換する。次に、上記反応容器に上記アルカリ化合物の水溶液を加え、pHを調整する(例えば、pH11~13)。 On the other hand, water (typically ion-exchanged water) is added to the reaction vessel, and the atmosphere in the reaction vessel is replaced with an inert gas (eg, N2 gas, Ar gas, etc.) while stirring. Next, the aqueous solution of the alkali compound is added to the reaction vessel to adjust the pH (for example, pH 11 to 13).

上記反応容器中を撹拌しながら、上記遷移金属化合物の水溶液と、上記アンモニア水とを該反応容器に滴下する。このとき、上記反応容器内のpHが低下するため、上記アルカリ化合物の水溶液を適宜加えることにより、上記反応容器内のpHを11~13の範囲内に調整する。 While stirring the inside of the reaction vessel, the aqueous solution of the transition metal compound and the aqueous ammonia are dropped into the reaction vessel. At this time, since the pH in the reaction vessel is lowered, the pH in the reaction vessel is adjusted within the range of 11 to 13 by appropriately adding the aqueous solution of the alkaline compound.

上記遷移金属化合物の水溶液とアンモニア水とを滴下しながら、上記反応容器を所定時間(例えば、0.5時間~1.5時間)撹拌する。これにより、遷移金属水酸化物粒子を適度に成長させることができる。 While dropping the aqueous solution of the transition metal compound and the aqueous ammonia, the reaction vessel is stirred for a predetermined time (for example, 0.5 to 1.5 hours). This allows the transition metal hydroxide particles to grow moderately.

次に、弱アルカリ処理工程について説明する。上記反応容器に酸性の水溶液を加える、もしくは、アルカリ化合物の水溶液の供給を停止することにより、pHを9~11の範囲内に調整する。かかる酸性の水溶液は、特に限定されるものではないが、上記遷移金属化合物において、遷移金属と結合している陰イオンを含む水溶液を用いることが好ましい(例えば、遷移金属の硫酸塩の水溶液を用いた場合、硫酸を用いる等)。
そして、かかるpHの範囲としたまま、例えば1時間以下(典型的には10分以下)の間撹拌を維持する。かかる時間処理することにより、上記遷移金属水酸化物粒子の表面に新たに粒子の核が生成される。
Next, the weak alkali treatment step will be described. The pH is adjusted within the range of 9 to 11 by adding an acidic aqueous solution to the reaction vessel or by stopping the supply of the alkaline compound aqueous solution. Such an acidic aqueous solution is not particularly limited, but it is preferable to use an aqueous solution containing an anion that is bound to the transition metal in the transition metal compound (for example, an aqueous solution of transition metal sulfate is used). sulfuric acid, etc.).
Then, the stirring is maintained for, for example, 1 hour or less (typically 10 minutes or less) while maintaining this pH range. By performing the treatment for such a time, new particle nuclei are generated on the surfaces of the transition metal hydroxide particles.

次に、粒子成長工程について説明する。上記反応容器中を撹拌しながら、上記アルカリ化合物の水溶液を加えることにより、上記反応容器内のpHが11~13の範囲内になるように調整する。その後、上記反応容器を所定時間(例えば、0.5時間~1.5時間)撹拌したまま維持する。これにより、上記遷移金属水酸化物粒子および該遷移金属水酸化物粒子の表面に生成された粒子を成長させることができる。 Next, the particle growth process will be explained. By adding the aqueous solution of the alkaline compound while stirring the inside of the reaction vessel, the pH inside the reaction vessel is adjusted to fall within the range of 11-13. Thereafter, the reaction vessel is maintained under agitation for a predetermined period of time (eg, 0.5 to 1.5 hours). Thereby, the transition metal hydroxide particles and the particles generated on the surfaces of the transition metal hydroxide particles can be grown.

その後、吸引濾過等によって上記遷移金属水酸化物粒子を回収し、水洗後、乾燥を行う。これにより、ここで開示される正極活物質調製用材料を得ることができる。 Thereafter, the transition metal hydroxide particles are collected by suction filtration or the like, washed with water, and dried. Thereby, the material for preparing a positive electrode active material disclosed herein can be obtained.

なお、析出工程および粒子成長工程において、反応容器中をpH11~13の範囲内に調整する際、かかる範囲内で維持するpHを変化させることにより、平均粒子径の異なる正極活物質調製用材料を製造することができる。 In the precipitation step and the particle growth step, when adjusting the pH in the reaction vessel to within the range of 11 to 13, by changing the pH maintained within this range, materials for preparing positive electrode active materials with different average particle sizes can be obtained. can be manufactured.

次に、ここで開示される正極活物質調製用材料を用いた好適な正極活物質製造方法について説明する。 Next, a suitable method for producing a positive electrode active material using the material for preparing a positive electrode active material disclosed herein will be described.

ここで開示される正極活物質製造方法は、図3に示すように、ここで開示される正極活物質調製用材料と、リチウム化合物とを混合する工程(以下、「混合工程S10」ともいう)と、かかる工程により混合された混合物を焼成する工程(以下、「焼成工程S20」ともいう)と、を包含する。 As shown in FIG. 3, the positive electrode active material manufacturing method disclosed herein includes a step of mixing the positive electrode active material preparation material disclosed herein with a lithium compound (hereinafter also referred to as “mixing step S10”). and a step of firing the mixture mixed in this step (hereinafter also referred to as “firing step S20”).

まず、混合工程S10について説明する。かかる工程では、まず、ここで開示される正極活物質調製用材料と、リチウム化合物とを準備する。かかる正極活物質調製用材料は、例えば、上述した方法で準備することができる。リチウム化合物としては、例えば、炭酸リチウム、硝酸リチウム、水酸化リチウム等の焼成により酸化物に変換される化合物を用いることができる。 First, the mixing step S10 will be described. In this step, first, the positive electrode active material preparation material disclosed herein and a lithium compound are prepared. Such a positive electrode active material preparation material can be prepared, for example, by the method described above. As the lithium compound, for example, a compound that is converted to an oxide by firing, such as lithium carbonate, lithium nitrate, and lithium hydroxide, can be used.

得られた遷移金属水酸化物粒子と、リチウム化合物とを、公知の混合装置(例、シェーカミキサ、Vブレンダ、リボンミキサ、ジュリアミキサ、レーディゲミキサ等)を用いて公知方法に従って混合することにより、混合物を得ることができる。
なお、正極活物質調製用材料とリチウム化合物との混合量については、所望する正極活物質に含まれるリチウムと遷移金属との元素比に従えばよい。
The obtained transition metal hydroxide particles and the lithium compound are mixed according to a known method using a known mixing apparatus (eg, shaker mixer, V blender, ribbon mixer, Julia mixer, Loedige mixer, etc.) to give a mixture. Obtainable.
The amount of the material for preparing the positive electrode active material and the lithium compound to be mixed may be in accordance with the elemental ratio of lithium and the transition metal contained in the desired positive electrode active material.

次に、焼成工程S20について説明する。得られた混合物の焼成は、例えば、バッチ式の電気炉、連続式の電気炉等を用いて行うことができる。焼成温度は、例えば400℃以上1000℃以下とし、で焼成時間は、例えば2時間以上10時間以下で実施することができる。 Next, the firing step S20 will be described. The obtained mixture can be fired using, for example, a batch-type electric furnace, a continuous-type electric furnace, or the like. The firing temperature is, for example, 400° C. or more and 1000° C. or less, and the firing time is, for example, 2 hours or more and 10 hours or less.

リチウムイオン二次電池100は、各種用途に利用可能である。例えば、車両に搭載されるモーター用の高出力動力源(駆動用電源)として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、典型的には自動車、例えばプラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)等が挙げられる。リチウムイオン二次電池100は、複数個が電気的に接続された組電池の形態で使用することもできる。 The lithium ion secondary battery 100 can be used for various purposes. For example, it can be suitably used as a high-output power source (driving power source) for a motor mounted on a vehicle. Although the type of vehicle is not particularly limited, typical vehicles include plug-in hybrid vehicles (PHV), hybrid vehicles (HV), electric vehicles (EV), and the like. The lithium ion secondary battery 100 can also be used in the form of an assembled battery in which a plurality of batteries are electrically connected.

以上、ここで開示される正極活物質製造方法で製造される正極活物質を備えるリチウムイオン二次電池の一例として、扁平形状の捲回電極体を備えた角型の非水電解液リチウムイオン二次電池について説明した。しかしながら、これは一例に過ぎず限定されるものではない。例えば、捲回電極体の代わりに、シート状の正極とシート状の負極とがセパレータを介して交互に積層された積層電極体を備えたリチウムイオン二次電池であってもよい。また、電解質としてポリマー電解質を使用するポリマー電池であっても良い。また、角型電池ケースの代わりに、円筒型、コイン型等の形状の電池ケースを用いても良く、電池ケースの代わりにラミネートフィルムを用いたラミネート型二次電池であってもよい。 As described above, as an example of a lithium ion secondary battery provided with a positive electrode active material produced by the method for producing a positive electrode active material disclosed herein, a rectangular non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery provided with a flat wound electrode assembly was described. Next battery was explained. However, this is only an example and is not limiting. For example, instead of the wound electrode body, a lithium ion secondary battery may be provided with a laminated electrode body in which a sheet-like positive electrode and a sheet-like negative electrode are alternately laminated via a separator. Moreover, it may be a polymer battery using a polymer electrolyte as the electrolyte. Further, instead of the rectangular battery case, a cylindrical battery case, a coin-shaped battery case, or the like may be used, and a laminated secondary battery using a laminate film may be used instead of the battery case.

以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.

<正極活物質の準備>
(例1~4)
硫酸ニッケル(NiSO)、硫酸コバルト(CoSO)、硫酸マンガン(MnSO)とが1:1:1のモル比となるようにイオン交換水に溶解し、原料溶液を調製した。また、アンモニア水および水酸化ナトリウム水溶液を準備した。
反応容器内にイオン交換水を加え、撹拌しながら反応容器内の雰囲気を不活性ガスで置換し、不活性雰囲気にした。次に、かかる反応容器内にNaOH水溶液を加え、pHを11~13の範囲となるように調整した。そして、かかる反応容器に上記原料溶液とアンモニア水を一定量ずつ滴下した。このとき、pHを上記範囲内に保持するため、NaOH水溶液を適宜加えた。上記原料溶液とアンモニア水の滴下しながら、0.5時間~1.5時間撹拌した。かかる撹拌後、NaOH水溶液の供給を停止することでpHを9~11の範囲となるように調整し、0.1分~10分の間撹拌を維持した。その後、NaOH水溶液の供給を再開し、再度pHを11~13の範囲となるように調整し、0.5時間~1.5時間撹拌を維持し、沈殿物を得た。かかる沈殿物を吸引濾過により回収し、イオン交換水で洗浄した後、40℃~80℃で6時間~8時間減圧乾燥して、正極活物質調製用材料として水酸化物粒子の粉末を得た。
なお、例1~4は、上記反応容器中をpH11~13の範囲でそれぞれ異なる値のpHで保持した。
<Preparation of positive electrode active material>
(Examples 1-4)
Nickel sulfate (NiSO 4 ), cobalt sulfate (CoSO 4 ), and manganese sulfate (MnSO 4 ) were dissolved in deionized water at a molar ratio of 1:1:1 to prepare a raw material solution. In addition, ammonia water and sodium hydroxide aqueous solution were prepared.
Ion-exchanged water was added to the reactor, and the atmosphere in the reactor was replaced with an inert gas while stirring to create an inert atmosphere. Next, an aqueous NaOH solution was added to the reaction vessel to adjust the pH to a range of 11-13. Then, constant amounts of the raw material solution and ammonia water were added dropwise to the reaction vessel. At this time, an aqueous NaOH solution was appropriately added to maintain the pH within the above range. The raw material solution and ammonia water were added dropwise while stirring for 0.5 to 1.5 hours. After such stirring, the supply of the aqueous NaOH solution was stopped to adjust the pH to a range of 9 to 11, and the stirring was maintained for 0.1 to 10 minutes. After that, the supply of the NaOH aqueous solution was restarted, the pH was again adjusted to the range of 11 to 13, and stirring was maintained for 0.5 to 1.5 hours to obtain a precipitate. The precipitate was collected by suction filtration, washed with deionized water, and dried under reduced pressure at 40° C. to 80° C. for 6 to 8 hours to obtain a powder of hydroxide particles as a material for preparing a positive electrode active material. .
In Examples 1 to 4, the reaction vessel was maintained at different pH values within the pH range of 11 to 13.

得られた水酸化物粒子の粉末と、炭酸リチウム(LiCO)とを、該水酸化物粒子に含まれるニッケル、コバルトおよびマンガンの合計に対するリチウムのモル比が1:1となるように乳鉢で混合した。混合物をアルミナ製のるつぼに移し、マッフル炉内で400℃~1000℃で2時間~10時間焼成した。このようにして、例1~4の正極活物質であるリチウム複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3:NCM)粒子を得た。 The resulting powder of hydroxide particles and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) were added so that the molar ratio of lithium to the total of nickel, cobalt and manganese contained in the hydroxide particles was 1:1. Mixed in a mortar. The mixture was transferred to an alumina crucible and fired in a muffle furnace at 400° C.-1000° C. for 2-10 hours. Thus, lithium composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 :NCM) particles, which are positive electrode active materials of Examples 1 to 4, were obtained.

(例5)
上記例1の水酸化物粒子の粉末を得る工程において、pHを9~11の範囲となるように調整する工程を実施しなかったこと以外は、同様の工程を行い、例5の正極活物質を得た。
(Example 5)
In the step of obtaining a powder of hydroxide particles of Example 1, the same steps were performed except that the step of adjusting the pH to be in the range of 9 to 11 was not performed. got

<評価用リチウムイオン二次電池の作製>
評価用リチウムイオン二次電池として、上記作製した正極活物質(NCM)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、NCM:AB:PVDF=87:10:3の質量比となるようにN-メチル-2-ピロリドン中で混合し、正極活物質層形成用ペーストを調製した。このペーストをオールグッド社製のフィルムアプリケーターを用いてアルミニウム箔集電体の両面に塗布し、80℃で5分間乾燥させることにより正極シートを作製した。
<Production of lithium-ion secondary battery for evaluation>
As a lithium ion secondary battery for evaluation, the positive electrode active material (NCM) prepared above, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were combined with NCM: AB: PVDF = 87. : in N-methyl-2-pyrrolidone at a mass ratio of 10:3 to prepare a paste for forming a positive electrode active material layer. This paste was applied to both sides of an aluminum foil current collector using a film applicator manufactured by Allgood Co., Ltd., and dried at 80° C. for 5 minutes to prepare a positive electrode sheet.

負極活物質として、天然黒鉛(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンラバー(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=96:2:2の質量比となるようにイオン交換水中で混合して、負極活物質層形成用ペーストを調製した。このペーストをオールグッド社製のフィルムアプリケーターを用いて銅箔集電体の両面に塗布し、80℃で5分間乾燥させることにより負極シートを作製した。 As the negative electrode active material, natural graphite (C), styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener were mixed at a mass ratio of C: SBR: CMC = 96: 2: 2. A paste for forming a negative electrode active material layer was prepared by mixing in ion-exchanged water such that This paste was applied to both sides of a copper foil current collector using a film applicator manufactured by Allgood Co., Ltd., and dried at 80° C. for 5 minutes to prepare a negative electrode sheet.

また、セパレータシートとしてPP/PE/PPの三層構造を有する多孔性ポリオレフィンシートを用意した。 Also, a porous polyolefin sheet having a three-layer structure of PP/PE/PP was prepared as a separator sheet.

作製した正極シートと負極シートと用意したセパレータシートとを重ね合わせ、捲回して円筒型の捲回電極体を作製した。作製した捲回電極体の正極シートと負極シートにそれぞれ電極端子を溶接により取り付け、注液口を有する電池ケースに収容した。 The produced positive electrode sheet, the produced negative electrode sheet, and the prepared separator sheet were superimposed and wound to produce a cylindrical wound electrode assembly. Electrode terminals were respectively attached by welding to the positive electrode sheet and the negative electrode sheet of the wound electrode body thus produced, and housed in a battery case having a liquid inlet.

次に、電池ケースの注液口から非水電解液を封入し、当該注液口を気密に封止した。なお、非水電解液として、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを3:4:3の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPFを1.0mol/Lの濃度で溶解させたものを用いた。以上のようにして、各実施例および各比較例の評価用リチウムイオン二次電池を得た。 Next, a non-aqueous electrolyte was filled from the liquid inlet of the battery case, and the liquid inlet was airtightly sealed. As the non-aqueous electrolyte, a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 3:4:3 was mixed with LiPF 6 as a supporting salt in an amount of 1. A solution dissolved at a concentration of 0 mol/L was used. As described above, lithium ion secondary batteries for evaluation of each example and each comparative example were obtained.

<平均粒子径の測定>
上記作製した各例の正極活物質調製用材料それぞれに対してレーザー回折式粒度分布測定装置を用いてメジアン径(D50)を測定した。その結果を「原料粒子平均粒子径(μm)」として表1に示す。また、各例の正極活物質それぞれに対しても同様にメジアン径(D50)を測定した。その結果を「正極活物質平均粒子径(μm)」として表1に示す。
<Measurement of average particle size>
The median diameter (D50) was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer for each of the positive electrode active material-preparing materials prepared above. The results are shown in Table 1 as "raw material particle average particle size (μm)". Also, the median diameter (D50) was similarly measured for each positive electrode active material of each example. The results are shown in Table 1 as "positive electrode active material average particle size (μm)".

<SEM像に基づく原料粒子の解析>
上記作製した各例の正極活物質調製材料(水酸化物粒子の粉末)それぞれのSEM像(倍率5000倍、15000倍)を取得した。かかるSEM像に基づき、原料粒子の粒子径に対する、該原料粒子の被覆部を構成する小粒子の平均粒子径の比を測定した。その結果を「原料粒子径に対する小粒子径の比」として表1に示す。
また、かかるSEM像に基づいて小粒子の平均アスペクト比を測定した。結果を「小粒子アスペクト比」として表1に示す。
<Analysis of raw material particles based on SEM image>
SEM images (magnifications of 5,000 and 15,000) of the positive electrode active material-preparing material (hydroxide particle powder) of each example prepared above were obtained. Based on the SEM image, the ratio of the average particle size of the small particles forming the coating portion of the raw material particles to the particle size of the raw material particles was measured. The results are shown in Table 1 as "ratio of small particle size to raw material particle size".
Also, the average aspect ratio of the small particles was measured based on the SEM image. The results are shown in Table 1 as "small particle aspect ratio".

ここで開示される正極活物質調製用材料の代表的なSEM像として、例2の正極活物質調製材料を5000倍の倍率および15000倍の倍率で観察したSEM像をそれぞれ図4、5に示す。また、図6に例2の正極活物質調製用材料の15000倍の倍率で観察したときの断面SEM像を示す。
また、従来技術の代表例として、図7に例5の正極活物質調製用材料の15000倍の倍率で観察したSEM像を示す。
As representative SEM images of the positive electrode active material preparation material disclosed herein, SEM images of the positive electrode active material preparation material of Example 2 observed at a magnification of 5,000 and 15,000 are shown in FIGS. 4 and 5, respectively. . FIG. 6 shows a cross-sectional SEM image of the positive electrode active material preparation material of Example 2 observed at a magnification of 15000 times.
As a representative example of the prior art, FIG. 7 shows an SEM image of the positive electrode active material preparation material of Example 5 observed at a magnification of 15000 times.

<活性化処理および初期放電容量の測定>
定電流―定電圧方式とし、上記作製した各評価用リチウムイオン二次電池を1/3Cの電流値で4.1Vまで定電流充電を行った後、電流値が1/50Cになるまで定電圧充電を行い、満充電状態にした。その後、各評価用リチウムイオン二次電池を1/3Cの電流値で3.0Vまで定電流放電した。このときの放電容量を初期放電容量とした。なお、かかる充放電の操作は25℃で行った。また、ここで「1C」とは、1時間でSOC(state of charge)を0%から100%まで充電できる電流の大きさのことをいう。
<Activation treatment and measurement of initial discharge capacity>
Using a constant current-constant voltage system, each lithium ion secondary battery for evaluation prepared above was charged at a current value of 1/3 C to 4.1 V at a constant current, and then a constant voltage until the current value became 1/50 C. The battery was charged and brought to a fully charged state. After that, each lithium ion secondary battery for evaluation was subjected to constant current discharge to 3.0 V at a current value of 1/3C. The discharge capacity at this time was defined as the initial discharge capacity. The charge/discharge operation was performed at 25°C. Also, "1 C" here means the magnitude of current that can charge the SOC (state of charge) from 0% to 100% in one hour.

<初期抵抗測定>
上記活性化した各評価用リチウムイオン二次電池を、3.70Vの開放電圧に調整した。これを、25℃の温度環境下に置いた。1Cの電流値で10秒間放電し、電圧変化量ΔVを求めた。電流値とΔVを用いて電池抵抗を算出した。例5の評価用リチウムイオン二次電池の初期抵抗を1.00とした場合の、各実施例の評価用リチウムイオン二次電池の初期抵抗の比を求めた。結果を「初期抵抗」として表1に示す。
<Initial resistance measurement>
The activated evaluation lithium ion secondary batteries were adjusted to an open circuit voltage of 3.70V. This was placed in a temperature environment of 25°C. The battery was discharged at a current value of 1 C for 10 seconds, and the amount of voltage change ΔV was determined. The battery resistance was calculated using the current value and ΔV. The ratio of the initial resistance of the lithium ion secondary battery for evaluation of each example was determined when the initial resistance of the lithium ion secondary battery for evaluation of Example 5 was set to 1.00. The results are shown in Table 1 as "initial resistance".

<サイクル容量維持率の測定>
上記活性化した各評価用リチウムイオン二次電池を60℃の環境下に置いた。各評価用リチウムイオン二次電池を2Cで4.2Vまで定電流充電を行った後、2Cで3.0Vまで定電流放電を行うことを1サイクルとして、200サイクル繰り返した。その後、200サイクル後の放電容量を上述した初期放電容量と同様の方法で測定した。そして、サイクル容量維持率(%)を以下の式1:
(200サイクル後の放電容量)/(初期放電容量)×100・・・式1
により算出した。結果を「サイクル容量維持率(%)」として表1に示す。
<Measurement of Cycle Capacity Retention Rate>
Each of the activated lithium ion secondary batteries for evaluation was placed in an environment of 60°C. Each lithium ion secondary battery for evaluation was subjected to constant current charging to 4.2 V at 2 C and then to constant current discharging to 3.0 V at 2 C, which was defined as one cycle, and was repeated 200 cycles. After that, the discharge capacity after 200 cycles was measured by the same method as the initial discharge capacity described above. Then, the cycle capacity retention rate (%) is expressed by the following formula 1:
(discharge capacity after 200 cycles) / (initial discharge capacity) × 100 Equation 1
Calculated by The results are shown in Table 1 as "cycle capacity retention rate (%)".

Figure 0007275094000001
Figure 0007275094000001

図4、5に示されるように、例2の正極活物質調製用材料に含まれる原料粒子には、コア部表面の少なくとも一部に小粒子からなる被覆部が存在していた。図示はしていないが、例1、3、4においても同様に小粒子からなる被覆部を備えた原料粒子が観察された。 As shown in FIGS. 4 and 5, the raw material particles contained in the positive electrode active material-preparing material of Example 2 had a coating portion made of small particles on at least a part of the surface of the core portion. Although not shown, in Examples 1, 3, and 4, raw material particles having a coating of small particles were also observed.

表1に示すように、原料粒子の粒子径に対する、該原料粒子の被覆部を構成する小粒子の平均粒子径の比が10分の1以下である特徴を有する正極活物質調製用材料から製造された例1~4の正極活物質は、例5の正極活物質と比較して、リチウムイオン二次電池により優れたサイクル特性(サイクル容量維持率)を実現できることがわかる。さらに、例1~4では、例5よりも初期抵抗を低減させることがわかる。
さらに、原料粒子の平均粒子径が4μm以上6μm以下である例1および2においては、特に優れたサイクル特性および初期抵抗低減効果を実現できることがわかる。
したがって、ここで開示される正極活物質調製用材料によれば、リチウムイオン二次電池の初期抵抗を低減させ、優れたサイクル特性を付与する正極活物質を製造することができることがわかる。
As shown in Table 1, the ratio of the average particle size of the small particles constituting the coating portion of the raw material particles to the particle size of the raw material particles is 1/10 or less Manufactured from a material for preparing a positive electrode active material Compared with the positive electrode active material of Example 5, the positive electrode active materials of Examples 1 to 4 can realize better cycle characteristics (cycle capacity retention rate) for lithium ion secondary batteries. Furthermore, it can be seen that Examples 1 to 4 reduce the initial resistance more than Example 5.
Furthermore, in Examples 1 and 2, in which the raw material particles have an average particle size of 4 μm or more and 6 μm or less, it can be seen that particularly excellent cycle characteristics and an initial resistance reduction effect can be achieved.
Therefore, according to the material for positive electrode active material preparation disclosed here, it turns out that the initial resistance of a lithium ion secondary battery can be reduced and the positive electrode active material which gives an excellent cycling characteristic can be manufactured.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

20 捲回電極体
30 電池ケース
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極
52 正極集電体
52a 正極集電体露出部
54 正極活物質層
60 負極
62 負極集電体
62a 負極集電体露出部
64 負極活物質層
70 セパレータ
100 リチウムイオン二次電池
20 Wound electrode body 30 Battery case 36 Safety valve 42 Positive electrode terminal 42a Positive electrode current collector 44 Negative electrode terminal 44a Negative electrode current collector 50 Positive electrode 52 Positive electrode current collector 52a Positive electrode current collector exposed portion 54 Positive electrode active material layer 60 Negative electrode 62 Negative electrode collector Current collector 62a Negative electrode current collector exposed portion 64 Negative electrode active material layer 70 Separator 100 Lithium ion secondary battery

Claims (5)

リチウムイオン二次電池用の正極活物質調製用材料であって、
コア部と、該コア部の表面の少なくとも一部に存在する被覆部とを備える原料粒子を含み、
前記被覆部は、前記原料粒子のSEM像において、該原料粒子の粒子径の10分の1以下の平均粒子径を有する小粒子で構成されており、
ここで、前記コア部および前記小粒子は、Ni、Mn、Coからなる群から選択される少なくとも一種の金属元素を備えた遷移金属水酸化物を含
前記原料粒子の断面SEM像において、前記コア部よりも前記小粒子の緻密性が高い、
正極活物質調製用材料。
A material for preparing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery,
A raw material particle comprising a core portion and a coating portion present on at least a part of the surface of the core portion,
The coating part is composed of small particles having an average particle diameter of 1/10 or less of the particle diameter of the raw material particles in the SEM image of the raw material particles,
Here, the core portion and the small particles contain a transition metal hydroxide containing at least one metal element selected from the group consisting of Ni, Mn, and Co,
In the cross-sectional SEM image of the raw material particles, the small particles are denser than the core portion,
Materials for preparing positive electrode active materials.
前記小粒子のSEM像に基づく平均アスペクト比は1.7以下である、請求項1に記載の正極活物質調製用材料。 2. The material for preparing a positive electrode active material according to claim 1, wherein the small particles have an average aspect ratio of 1.7 or less based on an SEM image. 前記原料粒子のSEM像において、前記被覆部が前記コア部の表面を10%以上占有した前記原料粒子を含む、請求項1または2に記載の正極活物質調製用材料。 3. The material for preparing a positive electrode active material according to claim 1, wherein, in an SEM image of said raw material particles, said coating portion contains said raw material particles in which 10% or more of the surface of said core portion is occupied. 前記原料粒子のレーザー回折・光散乱法に基づく平均粒子径は4μm以上6μm以下である、請求項1~3の何れか一項に記載の正極活物質調製用材料。 4. The material for preparing a positive electrode active material according to claim 1, wherein the raw material particles have an average particle size of 4 μm or more and 6 μm or less based on a laser diffraction/light scattering method. 請求項1~の何れか一項に記載の正極活物質調製用材料と、リチウム化合物とを混合すること、および、
前記混合した混合物を焼成すること、
を包含する、正極活物質製造方法。
Mixing the positive electrode active material preparation material according to any one of claims 1 to 4 with a lithium compound, and
calcining the mixed mixture;
A method for producing a positive electrode active material, comprising:
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