JP7313112B2 - Positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary battery, positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体、非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries, a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries, a method for producing a positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries, and a method for producing a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries.

近年、携帯電話やノート型パソコン等の携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な非水系電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、モーター駆動用電源等の大型の電池として、高出力の二次電池の開発も強く望まれている。 In recent years, with the spread of mobile electronic devices such as mobile phones and laptop computers, there is a strong demand for the development of small, lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries with high energy density. There is also a strong demand for the development of high-output secondary batteries as large-sized batteries for motor drive power sources and the like.

これらの要求を満たす二次電池として、リチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、負極、正極、電解液等で構成され、負極活物質及び正極活物質として、リチウムを脱離及び挿入することが可能な材料が用いられている。 As a secondary battery that meets these requirements, there is a lithium ion secondary battery. A lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, and the like, and a material capable of desorbing and intercalating lithium is used as a negative electrode active material and a positive electrode active material.

リチウムイオン二次電池については、現在、研究開発が盛んに行われているところである。中でも、層状又はスピネル型のリチウム金属複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。 Lithium ion secondary batteries are currently being vigorously researched and developed. Among them, a lithium-ion secondary battery using a layered or spinel-type lithium metal composite oxide as a positive electrode material can obtain a high voltage of 4V class, and is being put to practical use as a battery having a high energy density.

係るリチウムイオン二次電池の正極材料として、現在、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)や、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5)、リチウム過剰ニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiMnO-LiNiMnCo)等のリチウム複合酸化物が提案されている。 Lithium-cobalt composite oxide (LiCoO2) and lithium-nickel composite oxide (LiNiO2), lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi1/3Co1/3Mn1/3O.2), lithium-manganese composite oxide using manganese (LiMn2O.4), lithium nickel manganese composite oxide (LiNi0.5Mn0.5O.2), lithium-excess nickel-cobalt-manganese composite oxide (Li2MnO3-LiNixMnyCozO.2) and other lithium composite oxides have been proposed.

これらの正極活物質の中でも、近年、高容量で熱安定性に優れたリチウム過剰ニッケルコバルトマンガン複合酸化物が注目されている。この複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化物等と同じく層状化合物である(例えば、非特許文献1参照。)。 Among these positive electrode active materials, lithium-excess nickel-cobalt-manganese composite oxides, which have high capacity and excellent thermal stability, have been attracting attention in recent years. This composite oxide is a layered compound like lithium-cobalt composite oxide, lithium-nickel composite oxide, and the like (see, for example, Non-Patent Document 1).

そして、係るリチウム過剰ニッケルコバルトマンガン複合酸化物を得るための前駆体の製造方法が、例えば特許文献1や、特許文献2に開示されている。 A method for producing a precursor for obtaining such a lithium-excess nickel-cobalt-manganese composite oxide is disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example.

特開2011-028999号公報JP 2011-028999 A 特開2011-146392号公報JP 2011-146392 A

「リチウムイオン電池の高性能化:固溶体正極材料について」、FBテクニカルニュース、No.66、2011年1月、3~10頁"High Performance Lithium Ion Batteries: On Solid Solution Cathode Materials," FB Technical News, No. 66, January 2011, pp. 3-10

ところで、リチウムイオン二次電池の高出力化を目指すためには、リチウムイオンの正極負極間移動距離を短くすることが有効で、本発明の発明者の検討によれば、粒子内部に均一な細孔を有した多孔質な粒子を含む正極材料を用いることが有用である。ただし、単位容積当りの電池特性を向上するためには、細孔をできる限り少なくすることが好ましい。 By the way, in order to increase the output of a lithium ion secondary battery, it is effective to shorten the movement distance between the positive electrode and the negative electrode of lithium ions. However, in order to improve battery characteristics per unit volume, it is preferable to reduce pores as much as possible.

しかしながら、特許文献1、2においては、前駆体の製造方法や、該前駆体を用いて製造される正極活物質の組成等については開示されているものの、正極活物質の粒子の構造については言及しておらず、特に、二次粒子の内部構造についての検討はなされていない。 However, although Patent Documents 1 and 2 disclose the method for producing the precursor and the composition of the positive electrode active material produced using the precursor, they do not refer to the structure of the particles of the positive electrode active material, and in particular, the internal structure of the secondary particles is not examined.

そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、多孔質な粒子を含有する非水系電解質二次電池用正極活物質を形成できる、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described problems of the prior art, one aspect of the present invention aims to provide a positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries that can form a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries containing porous particles.

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
一般式NiCoMnCO(但し、式中において、x+y+z+t=1、0.05≦x≦0.3、0.1≦y≦0.4、0.55≦z≦0.8、0≦t≦0.1を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の添加元素である。)で表されるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、
水素を含有する官能基と、を含んでおり、
含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meが1.60以上1.65以下であり、比表面積が30m/g以上60m/g以下である非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を提供する。
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention,
General formula Ni x Co y Mnz M t CO 3 (where x + y + z + t = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.3, 0.1 ≤ y ≤ 0.4, 0.55 ≤ z ≤ 0.8, 0 ≤ t ≤ 0.1 are satisfied, and M is one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, W. ) and a nickel-cobalt-manganese carbonate composite represented by
a functional group containing hydrogen;
Provided is a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein H/Me, which is the substance amount ratio of contained hydrogen H and contained metal component Me, is 1.60 or more and 1.65 or less, and the specific surface area is 30 m 2 /g or more and 60 m 2 /g or less.

本発明の一態様によれば、多孔質な粒子を含有する非水系電解質二次電池用正極活物質を形成できる、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries that can form a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries containing porous particles.

本発明の実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法のフロー図。1 is a flow diagram of a method for manufacturing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明に係る実施例1において得られた非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体のSEM観察画像。1 is an SEM observation image of a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained in Example 1 according to the present invention. 本発明に係る実施例1において得られた非水系電解質二次電池用正極活物質のSEM観察画像。1 is an SEM observation image of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained in Example 1 according to the present invention. 本発明に係る実施例1において作製したコイン型電池の断面構成の説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram of a cross-sectional structure of a coin-type battery manufactured in Example 1 according to the present invention; 比較例2において得られた非水系電解質二次電池用正極活物質のSEM観察画像。4 is an SEM observation image of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained in Comparative Example 2. FIG.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
[非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体]
本実施形態ではまず、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の一構成例について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications and replacements can be made to the following embodiments without departing from the scope of the present invention.
[Positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary battery]
In the present embodiment, first, one structural example of the positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries will be described.

本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体は、一般式NiCoMnCO(但し、式中において、x+y+z+t=1、0.05≦x≦0.3、0.1≦y≦0.4、0.55≦z≦0.8、0≦t≦0.1を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の添加元素である。)で表されるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基と、を含むことができる。 The positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries of the present embodiment has the general formula NixCoyMnzMtCO3 (wherein x + y+z+t=1, 0.05≦x≦0.3, 0.1≦y≦0.4, 0.55≦z≦0.8, 0≦t≦0.1, and M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, one or more additional elements selected from Nb , Mo, and W. ) and a functional group containing hydrogen.

そして、含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meを1.60以上1.65以下とすることができる。また、比表面積を30m/g以上60m/g以下とすることができる。 Further, H/Me, which is the substance amount ratio of the contained hydrogen H and the contained metal component Me, can be set to 1.60 or more and 1.65 or less. Moreover, the specific surface area can be 30 m 2 /g or more and 60 m 2 /g or less.

本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体(以下、単に「前駆体」とも記載する)は、上述のように、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基とを含むことができる。なお、前駆体は、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基とから構成することもできる。 The positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries of the present embodiment (hereinafter also simply referred to as "precursor") can contain a nickel-cobalt-manganese carbonate composite and a hydrogen-containing functional group, as described above. The precursor can also be composed of a nickel-cobalt-manganese carbonate compound and a functional group containing hydrogen.

本実施形態の前駆体は、微細な複数の一次粒子が凝集して形成された略球状の二次粒子を含むことができ、該二次粒子から構成することもできる。 The precursor of the present embodiment can contain substantially spherical secondary particles formed by aggregation of a plurality of fine primary particles, and can also be composed of the secondary particles.

ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基と、を含む本実施形態の前駆体は、粒径の均一性が高く、かつ微細な結晶であり、非水系電解質二次電池用正極活物質の原料、すなわち前駆体として用いることができる。 The precursor of the present embodiment containing a nickel-cobalt-manganese carbonate composite and a hydrogen-containing functional group is highly uniform in particle size and fine crystals, and can be used as a raw material for a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries, that is, as a precursor.

以下に、本実施形態の前駆体について具体的に説明する。
(組成)
ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物は、上述のように、一般式:NiCoMnCOで表される塩基性炭酸塩形態のニッケルコバルトマンガン複合物である。
The precursor of this embodiment will be specifically described below.
(composition)
The nickel-cobalt - manganese carbonate composite is, as described above , a nickel-cobalt-manganese composite in the basic carbonate form represented by the general formula: NixCoyMnzMtCO3 .

但し、上記一般式中において、x+y+z+t=1、0.05≦x≦0.3、0.1≦y≦0.4、0.55≦z≦0.8、0≦t≦0.1を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の添加元素である。 However, in the above general formula, x + y + z + t = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.3, 0.1 ≤ y ≤ 0.4, 0.55 ≤ z ≤ 0.8, 0 ≤ t ≤ 0.1 are satisfied, and M is one or more additional elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, and W.

なお、本実施形態の前駆体は、一般式1:xMn(CO・yMn(OH)、一般式2:xCo(CO・yCo(OH)・zHOおよび、一般式3:NiCO(OH)(HO)などで表される炭酸塩や水酸化物の混合した組成不定の化合物を含むことができ、係る状態をまとめて既述の一般式で表したものである。 Note that the precursor of the present embodiment can include a compound having an indefinite composition, which is a mixture of carbonates and hydroxides represented by general formula 1: xMn2 ( CO3 ) 3.yMn (OH) 3 , general formula 2: xCo( CO3 ) 2.yCo (OH) 2.zH2O , and general formula 3: Ni4CO3(OH)6 ( H2O ) 4. is represented by the general formula of

本実施形態の前駆体を、非水系電解質二次電池の正極活物質の前駆体として用いた場合に、サイクル特性や出力特性等の電池特性をさらに向上させるために、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物には、上述のように1種類以上の添加元素を添加することもできる。 When the precursor of the present embodiment is used as a precursor of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, one or more additional elements may be added to the nickel-cobalt-manganese carbonate composite as described above in order to further improve battery characteristics such as cycle characteristics and output characteristics.

Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の添加元素は、所定の原子数比tの範囲内で、二次粒子の内部に均一に分布、および/または二次粒子の表面を均一に被覆していることが好ましい。 One or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, and W are preferably distributed uniformly inside the secondary particles and/or uniformly covering the surfaces of the secondary particles within a predetermined atomicity ratio t.

ただし、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物では、添加元素の原子数比tが0.1を超えると、酸化還元反応(Redox反応)に貢献する金属元素が減少し、電池容量が低下する恐れがある。 However, in the nickel-cobalt-manganese carbonate composite, if the atomic ratio t of the additive element exceeds 0.1, the metal elements that contribute to the oxidation-reduction reaction (Redox reaction) may decrease, resulting in a decrease in battery capacity.

また、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物が添加元素を含有していない場合でも、本実施形態の前駆体を用いて作製した正極活物質は、サイクル特性や、出力特性等の電池特性について、十分な特性を有している。このため、添加元素を含有しなくてもよい。 Further, even when the nickel-cobalt-manganese carbonate composite does not contain an additive element, the positive electrode active material produced using the precursor of the present embodiment has sufficient battery characteristics such as cycle characteristics and output characteristics. Therefore, it is not necessary to contain additional elements.

このため、添加元素は、原子数比tで0≦t≦0.1の範囲内となるように調整することが好ましい。 Therefore, it is preferable to adjust the additive element so that the atomic ratio t is within the range of 0≦t≦0.1.

上記添加元素としては、上述のようにMg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上を用いることができるが、特に、添加元素はモリブデンを含むことが好ましい。すなわち、既述の一般式:NiCoMnCO中の添加元素MはMo(モリブデン)を含有することが好ましい。これは、本発明の発明者らの検討によれば、添加元素がモリブデンを含有する場合、該前駆体を用いて調製した正極活物質を用いた非水系電解質二次電池において、初期放電容量を特に増加させることができるからである。 As the additive element, one or more selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, and W can be used as described above. In particular, the additive element preferably contains molybdenum. That is, it is preferable that the additive element M in the above general formula: Ni x Co y Mnz M t CO 3 contains Mo (molybdenum). This is because, according to studies by the inventors of the present invention, when the additive element contains molybdenum, the initial discharge capacity can be particularly increased in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material prepared using the precursor.

さらに、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物は、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物中の金属成分、すなわちNi、Co、Mn、及び添加元素Mのうち、モリブデンの含有割合が0.5at%以上5at%以下であることがより好ましい。これは、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物の金属成分中のモリブデンの含有量を0.5at%以上とすることで、上述の初期放電容量が増加する効果を特に発現できるからである。また、モリブデンは焼成時に焼結を促進する効果を有するが、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物の金属成分中のモリブデンの含有量を5at%以下とすることで、過度に大きな結晶体が生成することを防止し、該前駆体を用いて作製した電池における抵抗の上昇や、放電容量の低下を確実に防止できるため好ましいからである。 Further, the nickel-cobalt-manganese carbonate composite preferably contains molybdenum in a proportion of 0.5 at % or more and 5 at % or less among the metal components in the nickel-cobalt-manganese carbonate composite, that is, Ni, Co, Mn, and the additional element M. This is because when the content of molybdenum in the metal component of the nickel-cobalt-manganese carbonate composite is 0.5 at % or more, the above-described effect of increasing the initial discharge capacity can be particularly exhibited. In addition, molybdenum has the effect of promoting sintering during firing, but by setting the molybdenum content in the metal component of the nickel-cobalt-manganese carbonate composite to 5 at% or less, the formation of excessively large crystals can be prevented, and it is possible to reliably prevent an increase in resistance and a decrease in discharge capacity in a battery produced using the precursor, which is preferable.

また、本発明の発明者らの検討によれば、添加元素がモリブデンを含有することにより、該前駆体を用いて作製した正極活物質の比表面積を低減できる効果が確認された。これは、モリブデン添加により、正極活物質内の微細な空孔が大きな空孔へ構造的に変化しているためである。さらに、本発明の発明者らの検討によれば、正極活物質の比表面積を1.5m/g以上15.0m/g以下の範囲に制御することで、正極合材ペーストの製造を容易にすることができる。そこで、比表面積を上記範囲に制御する観点からも、添加元素がモリブデンを含有することが好ましい。 Further, according to the studies by the inventors of the present invention, it has been confirmed that the addition element containing molybdenum has the effect of reducing the specific surface area of the positive electrode active material produced using the precursor. This is because the addition of molybdenum structurally changes fine pores in the positive electrode active material into large pores. Furthermore, according to the study by the inventors of the present invention, it is possible to easily manufacture the positive electrode mixture paste by controlling the specific surface area of the positive electrode active material in the range of 1.5 m 2 /g or more and 15.0 m 2 /g or less. Therefore, from the viewpoint of controlling the specific surface area within the above range, the additive element preferably contains molybdenum.

添加元素は、前駆体が含有する二次粒子(以下、単に「前駆体粒子」とも記載する)の内部に均一に分布および/または二次粒子の表面を均一に被覆されていることが好ましい。 The additive element is preferably distributed uniformly inside the secondary particles contained in the precursor (hereinafter also simply referred to as "precursor particles") and/or uniformly coated on the surfaces of the secondary particles.

ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物において、添加元素の状態は特に限定されるものではない。ただし、添加元素は、上述のようにニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物内部に均一に分布および/または表面を均一に被覆していることが好ましい。これは、添加元素が、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物内部、および/または表面に分布(被覆)することで、本実施形態の前駆体を正極活物質の前駆体として用いた場合に電池特性
を特に向上させることができるためである。
In the nickel-cobalt-manganese carbonate composite, the state of the additive element is not particularly limited. However, it is preferable that the additive element is uniformly distributed inside the nickel-cobalt-manganese carbonate composite and/or uniformly coated on the surface as described above. This is because the additive element is distributed (coated) inside and/or on the surface of the nickel-cobalt-manganese carbonate composite, so that the battery characteristics can be particularly improved when the precursor of the present embodiment is used as the precursor of the positive electrode active material.

なお、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物において、1種類以上の添加元素の添加量が特に少ない場合でも、電池特性を向上させる効果を十分に高めるために、該炭酸塩複合物の、内部よりも表面における1種類以上の添加元素の濃度を高めることが好ましい。 In the nickel-cobalt-manganese carbonate composite, even if the amount of one or more additive elements added is particularly small, it is preferable to increase the concentration of the one or more additive elements on the surface of the carbonate complex rather than on the inside in order to sufficiently enhance the effect of improving battery characteristics.

以上のように、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物では、1種類以上の添加元素の添加量が少量であっても、電池特性を向上させる効果が得られると共に、電池容量の低下を抑制することができる。 As described above, in the nickel-cobalt-manganese carbonate composite, even if the amount of one or more additive elements added is small, the effect of improving the battery characteristics can be obtained and the decrease in battery capacity can be suppressed.

また、本実施形態の前駆体は、既述の水素を含有する官能基を含むことができる。水素を含有する官能基としては、例えば水素基や、ヒドロキシル基等が挙げられる。水素を含有する官能基は、製造工程で混入するものであり、本実施形態の前駆体が含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meを1.60以上とすることで、正極活物質とした場合に多孔質な粒子とすることができ、好ましい。また、H/Meを1.65以下とすることで、本実施形態の前駆体を正極活物質とし、二次電池に適用した場合に、単位容積当りの電池特性を向上させることができるため好ましい。 In addition, the precursor of this embodiment can contain the functional group containing hydrogen as described above. Functional groups containing hydrogen include, for example, hydrogen groups and hydroxyl groups. The functional group containing hydrogen is mixed in the manufacturing process, and it is preferable that the H/Me, which is the substance amount ratio between the hydrogen H contained in the precursor of the present embodiment and the metal component Me contained, is 1.60 or more, so that the positive electrode active material can be made into porous particles. Further, by setting H/Me to 1.65 or less, the precursor of the present embodiment can be used as a positive electrode active material, and when applied to a secondary battery, the battery characteristics per unit volume can be improved, which is preferable.

なお、ここでいう前駆体が含有する金属成分Meとは、上記一般式で挙げたNi、Co、Mn、及び添加元素であるMが挙げられる。 Here, the metal component Me contained in the precursor includes Ni, Co, and Mn mentioned in the above general formula, and M as an additional element.

また、本実施形態の前駆体は、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物、及び水素を含有する官能基以外の成分、を含有することもできるが、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物、及び水素を含有する官能基から構成することもできる。なお、本実施形態の前駆体が、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物、及び水素を含有する基から構成される場合であっても、製造工程等での不可避成分を含有することを排除するものではない。 In addition, the precursor of the present embodiment can contain components other than the nickel-cobalt-manganese carbonate composite and the hydrogen-containing functional group, but it can also be composed of the nickel-cobalt-manganese carbonate composite and the hydrogen-containing functional group. Even when the precursor of the present embodiment is composed of a nickel-cobalt-manganese carbonate composite and a hydrogen-containing group, it does not exclude the inclusion of inevitable components in the manufacturing process or the like.

さらに、本実施形態の前駆体の比表面積は、30m/g以上60m/g以下であることが好ましい。これは前駆体の比表面積を30m/g以上とすることで、係る前駆体を用いて正極活物質とした場合に、粒子内部に均一な細孔を有する多孔質な粒子を含む正極活物質とすることができるからである。また、前駆体の比表面積を60m/g以下とすることで、係る前駆体を用いて正極活物質とした場合に、正極活物質が含有する粒子内の細孔が過剰に多くなることを防ぎ、エネルギー密度を高めることができるためである。
[非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法(以下、単に「前駆体の製造方法」とも記載する)の一構成例について説明する。
Furthermore, the specific surface area of the precursor of the present embodiment is preferably 30 m 2 /g or more and 60 m 2 /g or less. This is because by setting the specific surface area of the precursor to 30 m 2 /g or more, it is possible to obtain a positive electrode active material containing porous particles having uniform pores inside the particles when such a precursor is used as a positive electrode active material. In addition, by setting the specific surface area of the precursor to 60 m 2 /g or less, when such a precursor is used as a positive electrode active material, it is possible to prevent the pores in the particles contained in the positive electrode active material from becoming excessively large, and to increase the energy density.
[Method for producing positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, one structural example of the method for producing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment (hereinafter also simply referred to as "precursor production method") will be described.

なお、本実施形態の前駆体の製造方法により、既述の前駆体を製造することができるため、既に説明した内容については、一部説明を省略する。 In addition, since the precursor described above can be manufactured by the method for manufacturing a precursor according to the present embodiment, the description of the already described contents is partially omitted.

本実施形態の前駆体の製造方法は、晶析反応によって前駆体を得ることができ、必要に応じて得られた前駆体を洗浄及び乾燥することができる。 In the method for producing a precursor of the present embodiment, a precursor can be obtained by a crystallization reaction, and the obtained precursor can be washed and dried as necessary.

具体的には、本実施形態の前駆体の製造方法は、一般式NiCoMnCO(但し、式中において、x+y+z+t=1、0.05≦x≦0.3、0.1≦y≦0.4、0.55≦z≦0.8、0≦t≦0.1を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の添加元素である。)で表されるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基と、を含む非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法に関し、以下の工程を有することができる。 Specifically , the method for producing the precursor of the present embodiment uses the general formula NixCoyMnzMtCO3 (where x + y + z + t = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.3, 0.1 ≤ y ≤ 0.4, 0.55 ≤ z ≤ 0.8, 0 ≤ t ≤ 0.1, and M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo and one or more additional elements selected from W.) and a hydrogen-containing functional group.

炭酸イオンの存在下、アルカリ性物質および/またはアンモニウムイオン供給体を含有する初期水溶液と、金属成分としてニッケルを含有する水溶液と、金属成分としてコバルトを含有する水溶液と、金属成分としてマンガンを含有する水溶液とを、混合した混合水溶液において核を生成する核生成工程。
核生成工程で形成した核を成長させる粒子成長工程。
そして、核生成工程は、混合水溶液のpH値を、反応温度40℃基準において7.5以下に制御することができる。
A nucleation step of generating nuclei in a mixed aqueous solution in which an initial aqueous solution containing an alkaline substance and/or an ammonium ion donor, an aqueous solution containing nickel as a metal component, an aqueous solution containing cobalt as a metal component, and an aqueous solution containing manganese as a metal component are mixed in the presence of carbonate ions.
A grain growth step for growing the nuclei formed in the nucleation step.
In the nucleation step, the pH value of the mixed aqueous solution can be controlled to 7.5 or less at a reaction temperature of 40°C.

また、粒子成長工程は、工程の途中で、酸素含有量が0.1体積%未満である無酸素雰囲気から、酸素含有量が2体積%以上である酸素含有雰囲気に切り替えることができる。 In addition, in the grain growth process, an oxygen-free atmosphere with an oxygen content of less than 0.1% by volume can be switched to an oxygen-containing atmosphere with an oxygen content of 2% by volume or more in the middle of the process.

図1に示した、本実施形態の前駆体の製造方法のフローの一構成例について、以下に説明する。図1に示すように、本実施形態の前駆体の製造方法は、(A)核生成工程と、核生成工程を行った後、前駆体の粒子を共沈法により生成させる(B)粒子成長工程とを有している。 One structural example of the flow of the method for producing a precursor according to the present embodiment shown in FIG. 1 will be described below. As shown in FIG. 1, the method for producing a precursor of the present embodiment includes (A) a nucleation step and (B) a particle growth step of forming precursor particles by a coprecipitation method after performing the nucleation step.

従来の連続晶析法では、核生成反応と粒子成長反応とが同じ反応槽内において同時に進行するため、得られる化合物粒子の粒度分布が広範囲となっていた。 In the conventional continuous crystallization method, since the nucleation reaction and the particle growth reaction proceed simultaneously in the same reaction tank, the resulting compound particles have a wide particle size distribution.

これに対して、本実施形態の前駆体の製造方法は、主として核生成反応が生じる時間(核生成工程)と、主として粒子成長反応が生じる時間(粒子成長工程)とを明確に分離している。これにより、両工程を同じ反応槽内で行ったとしても、狭い粒度分布を持つ前駆体の粒子を得ることができる。なお、両工程の間には原料の添加を停止し、撹拌のみを行う核解砕工程を含むことができる。 In contrast, in the method for producing a precursor according to the present embodiment, the time during which the nucleation reaction mainly occurs (nucleation step) and the time during which the particle growth reaction mainly occurs (particle growth step) are clearly separated. As a result, even if both steps are performed in the same reactor, precursor particles having a narrow particle size distribution can be obtained. A nuclear disintegration step in which addition of raw materials is stopped and only stirring is performed can be included between the two steps.

以下、本実施形態の前駆体の製造方法の各工程について、具体的に説明する。
(1)核生成工程
核生成工程について、図1を参照して説明する。
Each step of the method for producing a precursor according to the present embodiment will be specifically described below.
(1) Nucleation Step The nucleation step will be described with reference to FIG.

図1に示すように、核生成工程ではまず、反応槽においてイオン交換水(水)と、アルカリ性物質および/またはアンモニウムイオン供給体とを混合し、初期水溶液を調製できる。 As shown in FIG. 1, in the nucleation step, first, ion-exchanged water (water) is mixed with an alkaline substance and/or an ammonium ion donor in a reaction tank to prepare an initial aqueous solution.

アンモニウムイオン供給体は、特に限定されるものではないが、炭酸アンモニウム水溶液、アンモニア水、塩化アンモニウム水溶液、硫酸アンモニウム水溶液から選択された1種類以上であることが好ましい。 Although the ammonium ion donor is not particularly limited, it is preferably one or more selected from an aqueous ammonium carbonate solution, an aqueous ammonia solution, an aqueous ammonium chloride solution, and an aqueous ammonium sulfate solution.

また、アルカリ性物質についても特に限定されるものではないが、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムから選択された1種類以上であることが好ましい。 The alkaline substance is also not particularly limited, but is preferably one or more selected from sodium carbonate, sodium hydrogencarbonate, potassium carbonate, sodium hydroxide, and potassium hydroxide.

核生成工程では、初期水溶液に、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等の金属成分を含有する水溶液を添加した混合水溶液について、後述する粒子成長工程よりも低いpH値に維持することが好ましい。これは、混合水溶液のpH値を低く維持することで、混合水溶液内の核を小さく、かつ数を増やすことができ、得られる前駆体に含まれる二次粒子の粒子径を小さくすることが可能になるからである。 In the nucleation step, the mixed aqueous solution obtained by adding an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing nickel as a metal component to the initial aqueous solution is preferably maintained at a pH value lower than that in the particle growth step described later. This is because by keeping the pH value of the mixed aqueous solution low, the nuclei in the mixed aqueous solution can be made smaller and the number can be increased, and the particle size of the secondary particles contained in the resulting precursor can be made smaller.

そこで、初期水溶液には必要に応じて酸性の物質を添加してpH値(40℃基準)を5.4以上7.5以下に調整することが好ましく、6.4以上7.4以下に調整することがより好ましい。特にpH値は6.4以上7.0以下に調整することがさらに好ましい。 Therefore, it is preferable to add an acidic substance to the initial aqueous solution to adjust the pH value (based on 40° C.) to 5.4 or more and 7.5 or less, more preferably 6.4 or more and 7.4 or less. In particular, it is more preferable to adjust the pH value to 6.4 or more and 7.0 or less.

核生成工程の間、混合水溶液もpH値が上記範囲にあることが好ましい。 During the nucleation step, it is preferred that the mixed aqueous solution also has a pH value in the above range.

なお、核生成工程の間には混合水溶液のpH値が微変動することから、核生成工程の間の混合水溶液のpH値の最大値を核生成工程の混合水溶液のpH値とすることができ、該混合水溶液のpH値が上記範囲にあることが好ましい。 Since the pH value of the mixed aqueous solution slightly fluctuates during the nucleation step, the maximum value of the pH value of the mixed aqueous solution during the nucleation step can be set as the pH value of the mixed aqueous solution in the nucleation step, and the pH value of the mixed aqueous solution is preferably within the above range.

酸性の物質としては、特に限定されるものではなく、例えば硫酸等を好ましく用いることができる。なお、酸性の物質としては、初期水溶液に添加する金属成分を含有する水溶液を調製する際に用いる金属塩と同じ種類の酸を用いることが好ましい。 The acidic substance is not particularly limited, and sulfuric acid, for example, can be preferably used. As the acidic substance, it is preferable to use the same kind of acid as the metal salt used when preparing the aqueous solution containing the metal component to be added to the initial aqueous solution.

なお、核生成工程の間、混合水溶液のpH値は中心値(設定pH値)の上下0.2以内に制御されていることが好ましい。 During the nucleation step, the pH value of the mixed aqueous solution is preferably controlled within 0.2 above and below the central value (set pH value).

核生成工程ではまず、初期水溶液を調製した反応槽内に酸素含有量が0.1体積%未満である無酸素気体、例えば窒素ガス等を吹き込むことにより酸素の混入を抑制した雰囲気制御を行うことが好ましい。そしてその後、後述する金属成分としてニッケルを含有する水溶液等の金属成分を含有する水溶液を例えば一定流量で供給し、混合水溶液のpH値を所定の範囲に入るように制御できる。 In the nucleation step, it is preferable to first blow an oxygen-free gas having an oxygen content of less than 0.1% by volume, such as nitrogen gas, into the reaction tank in which the initial aqueous solution is prepared to control the atmosphere so as to suppress the contamination of oxygen. After that, an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing nickel as the metal component, which will be described later, is supplied at a constant flow rate, for example, so that the pH value of the mixed aqueous solution can be controlled to fall within a predetermined range.

このように反応槽内に、窒素ガス等の無酸素気体を吹き込み、酸素の混入を抑制、遮断した環境下で核生成工程を実施することで、酸素と晶析物との反応を抑制し炭酸塩の単一結晶に近い微細な粒子が生成される。 In this way, by blowing an oxygen-free gas such as nitrogen gas into the reaction vessel to suppress the contamination of oxygen and performing the nucleation step in an environment in which oxygen is blocked, the reaction between oxygen and the crystallized product is suppressed, and fine particles close to single crystals of carbonate are produced.

なお、核生成工程では、初期水溶液に金属成分としてニッケルを含有する水溶液等の金属成分を含有する水溶液を添加している間も継続して反応槽内に窒素ガス等の無酸素気体を供給することもできる。無酸素気体としては、既述の初期水溶液を調製した反応槽内に吹き込んだ気体と同様の気体を用いることができる。 In the nucleation step, while an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing nickel as a metal component is being added to the initial aqueous solution, an oxygen-free gas such as nitrogen gas can be continuously supplied into the reaction vessel. As the oxygen-free gas, the same gas as that blown into the reaction vessel in which the initial aqueous solution was prepared can be used.

反応槽内に無酸素気体を供給する場合、該無酸素気体の供給量は、混合水溶液中の溶存酸素濃度を測定することで確認できる。核生成工程中に混合水溶液中の溶存酸素が消費されるため混合水溶液中の溶存酸素量が飽和量の5%以下であれば酸素の混入を十分に抑制できていることになる。 When an oxygen-free gas is supplied into the reaction tank, the amount of the oxygen-free gas supplied can be confirmed by measuring the dissolved oxygen concentration in the mixed aqueous solution. Since the dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is consumed during the nucleation step, if the dissolved oxygen amount in the mixed aqueous solution is 5% or less of the saturated amount, the mixing of oxygen can be sufficiently suppressed.

無酸素気体としては、例えば窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスや、二酸化炭素ガス等を用いることができる。 As the oxygen-free gas, for example, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, carbon dioxide gas, or the like can be used.

核生成工程では、反応槽内で初期水溶液に、金属成分としてニッケルを含有する水溶液と、金属成分としてコバルトを含有する水溶液と、金属成分としてマンガンを含有する水溶液とを添加、混合することで混合水溶液を形成することができる。 In the nucleation step, an aqueous solution containing nickel as a metal component, an aqueous solution containing cobalt as a metal component, and an aqueous solution containing manganese as a metal component are added and mixed to the initial aqueous solution in a reaction vessel to form a mixed aqueous solution.

なお、初期水溶液に金属成分としてニッケルを含有する水溶液等を添加する際、得られる混合水溶液のpH値は、反応温度40℃基準において、7.5以下に制御されていることが好ましく、7.4以下に制御されていることがより好ましく、7.0以下に制御されていることがさらに好ましい。このため、ニッケルを含有する水溶液等の金属成分を含有する水溶液は一度に添加するのではなく、初期水溶液に徐々に滴下することが好ましい。 When an aqueous solution or the like containing nickel as a metal component is added to the initial aqueous solution, the pH value of the resulting mixed aqueous solution is preferably controlled to 7.5 or less, more preferably 7.4 or less, and even more preferably 7.0 or less at a reaction temperature of 40°C. Therefore, the aqueous solution containing the metal component, such as the aqueous solution containing nickel, is preferably added dropwise to the initial aqueous solution rather than added all at once.

また、混合水溶液のpHを制御するため、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等の金属成分を含有する水溶液を滴下するのに合わせて、pH調整水溶液もあわせて滴下することができる。この際のpH調整水溶液としては、特に限定されないが、例えばアルカリ性物質および/またはアンモニウムイオン供給体を含有する水溶液を用いることができる。なお、アルカリ性物質、アンモニウムイオン供給体としては特に限定されないが、初期水溶液において説明したものと同様の物質を用いることができる。pH調整水溶液を反応槽内に供給する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、得られた混合水溶液を十分に撹拌しながら、定量ポンプ等の流量制御が可能なポンプで、混合水溶液のpH値が所定の範囲に保持されるように、添加すればよい。 In addition, in order to control the pH of the mixed aqueous solution, a pH-adjusting aqueous solution can also be dropped together with dropping an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing nickel as a metal component. The pH-adjusting aqueous solution in this case is not particularly limited, but for example, an aqueous solution containing an alkaline substance and/or an ammonium ion donor can be used. Although the alkaline substance and the ammonium ion donor are not particularly limited, the same substances as those described for the initial aqueous solution can be used. The method of supplying the pH-adjusted aqueous solution into the reaction vessel is not particularly limited. For example, while sufficiently stirring the obtained mixed aqueous solution, the mixed aqueous solution may be added so that the pH value of the mixed aqueous solution is maintained within a predetermined range using a pump capable of controlling the flow rate, such as a metering pump.

そして、上述のように初期水溶液に、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等の金属成分を含有する水溶液を添加することで得られた、混合水溶液の中で前駆体の核となる粒子を生成できる。混合水溶液中に所定量の核が生成したか否かは、混合水溶液に含まれる金属塩の量によって判断することができる。 Then, as described above, by adding an aqueous solution containing a metal component, such as an aqueous solution containing nickel as a metal component, to the initial aqueous solution, particles that serve as cores of the precursor can be generated in the mixed aqueous solution. Whether or not a predetermined amount of nuclei has been generated in the mixed aqueous solution can be determined from the amount of metal salt contained in the mixed aqueous solution.

ここで、核生成工程で初期水溶液に添加する、金属成分としてニッケルを含有する水溶液と、金属成分としてコバルトを含有する水溶液と、金属成分としてマンガンを含有する水溶液とについて説明する。 Here, the aqueous solution containing nickel as a metal component, the aqueous solution containing cobalt as a metal component, and the aqueous solution containing manganese as a metal component, which are added to the initial aqueous solution in the nucleation step, will be described.

金属成分としてニッケルを含有する水溶液と、金属成分としてコバルトを含有する水溶液と、金属成分としてマンガンを含有する水溶液と、においては、各金属成分を含有する金属化合物を含有することができる。すなわち、例えば金属成分としてコバルトを含有する水溶液であれば、コバルトを含有する金属化合物を含むことができる。 The aqueous solution containing nickel as a metal component, the aqueous solution containing cobalt as a metal component, and the aqueous solution containing manganese as a metal component can contain metal compounds containing each metal component. That is, for example, an aqueous solution containing cobalt as a metal component can contain a metal compound containing cobalt.

そして、金属化合物としては、水溶性の金属化合物を用いることが好ましく、水溶性金属化合物としては、硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩等が挙げられる。具体的には例えば、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン等を好適に用いることができる。 As the metal compound, it is preferable to use a water-soluble metal compound, and examples of the water-soluble metal compound include nitrates, sulfates, hydrochlorides, and the like. Specifically, for example, nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, and the like can be suitably used.

これらの、金属成分としてニッケルを含有する水溶液と、金属成分としてコバルトを含有する水溶液と、金属成分としてマンガンを含有する水溶液とは、予め、一部、または全部を混合し、金属成分含有混合水溶液として、初期水溶液に添加できる。 The aqueous solution containing nickel as a metal component, the aqueous solution containing cobalt as a metal component, and the aqueous solution containing manganese as a metal component are partially or entirely mixed in advance, and a metal component-containing mixed aqueous solution can be added to the initial aqueous solution.

得られる前駆体中の各金属の組成比は、金属成分含有混合水溶液中の各金属の組成比とほぼ同様となる。このため、核生成工程で初期水溶液に添加する、金属成分含有混合水溶液中に含まれる、各金属の組成比は、生成する前駆体における各金属の組成比と等しくなるように、例えば溶解する金属化合物の割合を調整して金属成分含有混合水溶液を調製することが好ましい。 The composition ratio of each metal in the resulting precursor is substantially the same as the composition ratio of each metal in the mixed aqueous solution containing metal components. For this reason, it is preferable to prepare the mixed aqueous solution containing the metal component by adjusting the proportion of the dissolved metal compound, for example, so that the composition ratio of each metal contained in the mixed aqueous solution containing the metal component added to the initial aqueous solution in the nucleation step is equal to the composition ratio of each metal in the precursor to be generated.

なお、複数の金属化合物を混合することで、特定の金属化合物同士が反応して不要な化合物が生成される場合等には、それぞれの金属成分を含有する水溶液を所定の割合で同時に初期水溶液に添加してもよい。 In addition, when mixing a plurality of metal compounds causes specific metal compounds to react with each other to produce unnecessary compounds, an aqueous solution containing each metal component may be added to the initial aqueous solution at a predetermined ratio at the same time.

各金属成分を含有する水溶液を混合せず、個別に初期水溶液に添加する場合、添加する金属成分を含有する水溶液全体で、含まれる各金属の組成比が、生成する前駆体における各金属の組成比と等しくなるように、各金属成分を含有する水溶液を調製することが好ましい。 When the aqueous solutions containing each metal component are not mixed but individually added to the initial aqueous solution, it is preferable to prepare an aqueous solution containing each metal component so that the composition ratio of each metal contained in the entire aqueous solution containing the metal component to be added is equal to the composition ratio of each metal in the precursor to be generated.

既述の様に、本実施形態の前駆体の製造方法により製造する前駆体は、一般式NiCoMnCO(但し、式中において、x+y+z+t=1、0.05≦x≦0.3、0.1≦y≦0.4、0.55≦z≦0.8、0≦t≦0.1を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の添加元素である。)で表されるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基と、を含むことができる。 As described above, the precursor produced by the precursor production method of the present embodiment has the general formula NixCoyMnzMtCO3 (where x+y+z+t=1, 0.05≤x≤0.3, 0.1≤y≤0.4, 0.55≤z≤0.8, 0≤t≤0.1, and M is Mg , Ca , Al, Ti, V, Cr, one or more additional elements selected from Zr, Nb, Mo, and W.) and a functional group containing hydrogen.

すなわち、ニッケル、コバルト、マンガン以外に、添加元素をさらに含有することもできる。 In other words, in addition to nickel, cobalt, and manganese, additional elements can also be contained.

このため、核生成工程では必要に応じて、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の添加元素(以下、単に「添加元素」とも記載する)を含む水溶液(以下、単に「添加元素を含む水溶液」とも記載する)も初期水溶液に添加することができる。既述のように添加元素はMo(モリブデン)を含有することが好ましいことから、添加元素を含む水溶液として、少なくとも金属成分としてモリブデンを含有する水溶液を用いることが好ましい。 Therefore, in the nucleation step, an aqueous solution containing one or more additional elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, and W (hereinafter simply referred to as "additional element") (hereinafter simply referred to as "additional element-containing aqueous solution") can also be added to the initial aqueous solution, if necessary. Since the additive element preferably contains Mo (molybdenum) as described above, it is preferable to use an aqueous solution containing at least molybdenum as a metal component as the aqueous solution containing the additive element.

なお、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等を混合して、金属成分含有混合水溶液としてから初期水溶液に添加する場合は、該金属成分含有混合水溶液に、添加元素を含む水溶液を添加、混合しておいても良い。 When an aqueous solution or the like containing nickel as a metal component is mixed to form a mixed aqueous solution containing a metal component and then added to the initial aqueous solution, an aqueous solution containing additional elements may be added to and mixed with the mixed aqueous solution containing the metal component.

また、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等を混合せずに個別に初期水溶液に添加する場合は、これに併せて、添加元素を含む水溶液を個別に初期水溶液に添加できる。 When an aqueous solution or the like containing nickel as a metal component is added individually to the initial aqueous solution without being mixed, an aqueous solution containing additional elements can also be added separately to the initial aqueous solution.

ここで、添加元素を含む水溶液は、例えば添加元素を含有する化合物を用いて調製できる。そして、添加元素を含有する化合物としては、例えば硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸アンモニウム等が挙げられ、添加する元素にあわせて化合物を選択することができる。 Here, the aqueous solution containing the additive element can be prepared using, for example, a compound containing the additive element. Examples of compounds containing additive elements include titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, potassium titanium oxalate, vanadium sulfate, ammonium vanadate, chromium sulfate, potassium chromate, zirconium sulfate, zirconium nitrate, niobium oxalate, ammonium molybdate, sodium tungstate, and ammonium tungstate, and the compound can be selected according to the element to be added.

既述のように、添加元素は、前駆体が含有する核粒子の内部に均一に分布および/または核粒子の表面を均一に被覆されていることが好ましい。 As described above, the additive element is preferably uniformly distributed inside the core particles contained in the precursor and/or uniformly coated on the surface of the core particles.

そして、混合水溶液に、上述した添加元素を含む水溶液を添加することで、添加元素を、前駆体が含有する核粒子の内部に均一に分散させることができる。 By adding an aqueous solution containing the additive element described above to the mixed aqueous solution, the additive element can be uniformly dispersed inside the core particles contained in the precursor.

また、前駆体の二次粒子の表面を、添加元素で均一に被覆するためには、例えば後述する粒子成長工程終了後、添加元素で被覆する被覆工程を実施することができる。被覆工程については粒子成長工程において後述する。 Further, in order to uniformly coat the surfaces of the secondary particles of the precursor with the additive element, for example, after the particle growth process, which will be described later, is finished, a coating step of coating the secondary particles with the additive element can be carried out. The coating process will be described later in the grain growth process.

また、核生成工程では、炭酸イオンの存在下、初期水溶液に、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等を添加、混合して、混合水溶液とし、該混合水溶液において、核を生成することができる。この際、炭酸イオンの供給方法は特に限定されるものではなく、例えば反応槽内に無酸素気体と共に、もしくは無酸素気体として、二酸化炭素ガス(炭酸ガス)を供給することで混合水溶液に炭酸イオンを供給することができる。また、初期水溶液や、pH調整水溶液を調製する際に炭酸塩を用いて、炭酸イオンを供給することもできる。 In the nucleation step, an aqueous solution containing nickel as a metal component is added to the initial aqueous solution in the presence of carbonate ions and mixed to form a mixed aqueous solution, and nuclei can be generated in the mixed aqueous solution. At this time, the method of supplying carbonate ions is not particularly limited. For example, carbonate ions can be supplied to the mixed aqueous solution by supplying carbon dioxide gas (carbon dioxide gas) together with or as oxygen-free gas into the reaction tank. Carbonate ions can also be supplied by using a carbonate when preparing the initial aqueous solution or the pH-adjusted aqueous solution.

ここまで説明したように、核生成工程では、炭酸イオンの存在下、初期水溶液に、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等を添加、混合して、混合水溶液とし、該混合水溶液において、核を生成できる。 As described above, in the nucleation step, in the presence of carbonate ions, an aqueous solution or the like containing nickel as a metal component is added to the initial aqueous solution and mixed to form a mixed aqueous solution, and nuclei can be generated in the mixed aqueous solution.

この際、混合水溶液中の金属化合物の濃度は、1mol/L以上2.6mol/L以下であることが好ましく、1.5mol/L以上2.2mol/L以下であることがより好ましい。 At this time, the concentration of the metal compound in the mixed aqueous solution is preferably 1 mol/L or more and 2.6 mol/L or less, more preferably 1.5 mol/L or more and 2.2 mol/L or less.

これは、混合水溶液中の金属化合物の濃度が1mol/L未満では、反応槽当たりの晶析物量が少なくなるため、生産性が低下して好ましくないからである。一方、混合水溶液中の金属化合物の濃度が2.6mol/Lを超えると、常温での飽和濃度を超える恐れがあり、結晶が再析出して設備の配管を詰まらせる等する場合があるからである。 This is because if the concentration of the metal compound in the mixed aqueous solution is less than 1 mol/L, the amount of crystallized product per reaction tank is small, which is not preferable because the productivity is lowered. On the other hand, if the concentration of the metal compound in the mixed aqueous solution exceeds 2.6 mol/L, it may exceed the saturated concentration at room temperature, and crystals may re-precipitate to clog the pipes of the equipment.

なお、金属化合物の濃度とは、混合水溶液に添加した、金属成分としてニッケルを含有する水溶液、金属成分としてコバルトを含有する水溶液、金属成分としてマンガンを含有する水溶液、及び場合によってはさらに添加した添加元素を含む水溶液、に由来する金属化合物の濃度を意味する。 The concentration of the metal compound means the concentration of the metal compound derived from the aqueous solution containing nickel as the metal component, the aqueous solution containing cobalt as the metal component, the aqueous solution containing manganese as the metal component, and, in some cases, the aqueous solution containing the added additive element added to the mixed aqueous solution.

核生成工程において、混合水溶液の温度は、20℃以上に維持することが好ましく、30℃以上に維持することがより好ましい。なお、核生成工程における混合水溶液の温度の上限は特に限定されないが、例えば70℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましい。 In the nucleation step, the temperature of the mixed aqueous solution is preferably maintained at 20°C or higher, more preferably at 30°C or higher. Although the upper limit of the temperature of the mixed aqueous solution in the nucleation step is not particularly limited, it is preferably 70° C. or lower, more preferably 50° C. or lower.

これは、核生成工程において、混合水溶液の温度が20℃未満の場合には、溶解度が低いため、核発生が起こりやすく制御が難しくなる場合があるからである。 This is because, in the nucleation step, when the temperature of the mixed aqueous solution is lower than 20° C., nucleation tends to occur due to the low solubility, which may make control difficult.

一方、核生成工程において、混合水溶液の温度が70℃を超えると、一次結晶に歪が生じタップ密度が低くなる恐れがあるからである。 On the other hand, in the nucleation step, if the temperature of the mixed aqueous solution exceeds 70° C., the primary crystal may be distorted and the tap density may be lowered.

核生成工程において、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は特に限定されないが、例えば0g/L以上20g/L以下であることが好ましく、特に一定値に保たれていることが好ましい。 In the nucleation step, the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution is not particularly limited.

混合水溶液中のpH値や、その他アンモニウムイオン濃度、溶存酸素量等については、それぞれ一般的なpH計、イオンメータ、溶存酸素計によって測定することが可能である。 The pH value in the mixed aqueous solution, the concentration of ammonium ions, the amount of dissolved oxygen, and the like can be measured with a general pH meter, ion meter, and dissolved oxygen meter, respectively.

核生成工程終了後、すなわち、金属成分含有混合水溶液等の、初期水溶液への添加が終了した後、混合水溶液への撹拌を継続し、生成した核の解砕を行うことが好ましい(核解砕工程)。核解砕工程を実施する場合、その時間は1分以上行うことが好ましく、3分以上がさらに好ましい。核解砕工程を実施することで、生成した核が凝集したり、粒径の粗大化と粒子内部の密度低下をより確実に抑制することができる。
(2)粒子成長工程
次に、粒子成長工程について、図1を用いて説明する。
After the nucleation step is finished, that is, after the metal component-containing mixed aqueous solution has been added to the initial aqueous solution, it is preferable to continue stirring the mixed aqueous solution and crush the generated nuclei (nuclear disintegration step). When the nuclear disintegration step is performed, the time is preferably 1 minute or longer, more preferably 3 minutes or longer. By performing the nucleus disintegration step, it is possible to more reliably suppress the aggregation of the generated nuclei, the coarsening of the particle size, and the decrease in the density inside the particle.
(2) Particle Growth Step Next, the particle growth step will be described with reference to FIG.

粒子成長工程では、核生成工程で生成した核を成長させることができる。 In the grain growth step, the nuclei generated in the nucleation step can be grown.

具体的には例えば、図1に示すように、粒子成長工程では、まず核生成工程で得られた混合水溶液のpH値を調整することができる。 Specifically, for example, as shown in FIG. 1, in the particle growth step, the pH value of the mixed aqueous solution obtained in the nucleation step can be adjusted.

この際、混合水溶液のpH値は例えば反応温度40℃基準において6.0以上9.0以下となるように調整することができる。この際、混合水溶液のpH値は、6.4以上8.0以下となるように調整することがより好ましく、7.1以上8.0以下となるように調整することがさらに好ましい。この際のpHは、例えば後述するpH調整液を添加することで調整することができる。 At this time, the pH value of the mixed aqueous solution can be adjusted to, for example, 6.0 or more and 9.0 or less at a reaction temperature of 40°C. At this time, the pH value of the mixed aqueous solution is more preferably adjusted to 6.4 or more and 8.0 or less, more preferably 7.1 or more and 8.0 or less. The pH at this time can be adjusted, for example, by adding a pH adjusting liquid to be described later.

これは、混合水溶液のpH値を6.0以上9.0以下とすることで、不純物カチオンが残留することを抑制できるからである。 This is because the remaining impurity cations can be suppressed by setting the pH value of the mixed aqueous solution to 6.0 or more and 9.0 or less.

そして、粒子成長工程は、核生成工程後の混合水溶液に、炭酸イオンの存在下、金属成分としてニッケルを含有する水溶液と、金属成分としてコバルトを含有する水溶液と、金属成分としてマンガンを含有する水溶液とを添加、混合する工程とすることができる。 The particle growth step can be a step of adding and mixing an aqueous solution containing nickel as a metal component, an aqueous solution containing cobalt as a metal component, and an aqueous solution containing manganese as a metal component in the presence of carbonate ions to the mixed aqueous solution after the nucleation step.

なお、ここでの核生成工程後の混合水溶液とは、上述のように核生成工程後、pHを調整した混合水溶液であることが好ましい。 In addition, it is preferable that the mixed aqueous solution after the nucleation process here is the mixed aqueous solution which adjusted pH after the nucleation process as mentioned above.

また、金属成分としてニッケルを含有する水溶液と、金属成分としてコバルトを含有する水溶液と、金属成分としてマンガンを含有する水溶液とは、核生成工程の場合と同様に、一部、または全部を混合し、金属成分含有混合水溶液として、混合水溶液に添加してもよい。また、複数の金属化合物を混合することで、特定の金属化合物同士が反応して不要な化合物が生成される場合等には、それぞれの金属成分を含有する水溶液を個別に混合水溶液に添加してもよい。 Further, the aqueous solution containing nickel as a metal component, the aqueous solution containing cobalt as a metal component, and the aqueous solution containing manganese as a metal component may be partially or wholly mixed in the same manner as in the nucleation step, and added to the mixed aqueous solution as a mixed aqueous solution containing the metal component. In addition, when a plurality of metal compounds are mixed to generate an unnecessary compound due to a reaction between specific metal compounds, an aqueous solution containing each metal component may be individually added to the mixed aqueous solution.

さらに、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等を、混合水溶液に添加する際、核生成工程の場合と同様に、併せて添加元素を含む水溶液を添加することもできる。上述のように、金属成分含有混合水溶液に添加元素を含む水溶液を混合し、添加することもできる。また、各金属成分を含有する水溶液を個別に混合水溶液に添加する場合には、併せて添加元素を含む水溶液も個別に混合水溶液に添加することができる。 Furthermore, when adding an aqueous solution or the like containing nickel as a metal component to the mixed aqueous solution, an aqueous solution containing additional elements can also be added, as in the case of the nucleation step. As described above, an aqueous solution containing additional elements can be mixed with the mixed aqueous solution containing the metal component and added. Moreover, when the aqueous solution containing each metal component is individually added to the mixed aqueous solution, the aqueous solution containing the additive element can also be individually added to the mixed aqueous solution.

金属成分としてニッケルを含有する水溶液と、金属成分としてコバルトを含有する水溶液と、金属成分としてマンガンを含有する水溶液とは、核生成工程の場合と同様の水溶液を用いることができる。また、別途、濃度等を調整しても構わない。 As the aqueous solution containing nickel as a metal component, the aqueous solution containing cobalt as a metal component, and the aqueous solution containing manganese as a metal component, the same aqueous solutions as in the nucleation step can be used. Also, the density and the like may be adjusted separately.

混合水溶液に金属成分としてニッケルを含有する水溶液等を添加する際、得られる混合水溶液のpH値は、後述の様に所定の範囲に制御されていることが好ましい。このため、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等は一度に添加するのではなく、混合水溶液に徐々に滴下することができる。従って、これらの金属成分を含有する溶液、またはその金属成分含有混合水溶液等は、例えば反応槽に一定流量となるように供給することができる。 When adding an aqueous solution or the like containing nickel as a metal component to the mixed aqueous solution, the pH value of the obtained mixed aqueous solution is preferably controlled within a predetermined range as described later. Therefore, the aqueous solution or the like containing nickel as a metal component can be gradually added dropwise to the mixed aqueous solution instead of being added all at once. Therefore, a solution containing these metal components or a mixed aqueous solution containing the metal components can be supplied to the reaction vessel, for example, at a constant flow rate.

粒子成長工程では、上述のようにpH値調整後の混合水溶液に対して、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等の金属成分を含有する水溶液を添加することができる。この際も粒子成長工程開始前にpH値を調整したのと同様の理由から、混合水溶液のpH値は、pH値調整後の混合水溶液の場合と同様の範囲、つまり反応温度40℃基準で6.0以上9.0以下に維持されていることが好ましく、6.4以上8.0以下に維持されていることがより好ましく、7.1以上8.0以下に維持されていることがさらに好ましい。 In the particle growth step, an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing nickel as a metal component can be added to the mixed aqueous solution after adjusting the pH value as described above. In this case as well, for the same reason as when the pH value was adjusted before the start of the particle growth step, the pH value of the mixed aqueous solution is maintained in the same range as in the case of the mixed aqueous solution after pH value adjustment, that is, at a reaction temperature of 40° C., preferably 6.0 or more and 9.0 or less, more preferably 6.4 or more and 8.0 or less, and even more preferably 7.1 or more and 8.0 or less.

粒子成長工程では、上述の範囲に混合水溶液のpH値を制御することで、不純物残量の少ない前駆体を得ることができる。 In the particle growth step, by controlling the pH value of the mixed aqueous solution within the range described above, a precursor with a small residual amount of impurities can be obtained.

なお、粒子成長工程の間には混合水溶液のpH値が微変動することから、粒子成長工程の間の混合水溶液のpH値の最大値を粒子成長工程の混合水溶液のpH値とすることができ、該混合水溶液のpH値が上記範囲にあることが好ましい。 Since the pH value of the mixed aqueous solution slightly fluctuates during the particle growth process, the maximum value of the pH value of the mixed aqueous solution during the particle growth process can be set as the pH value of the mixed aqueous solution in the particle growth process, and the pH value of the mixed aqueous solution is preferably within the above range.

特に、粒子成長工程の間、混合水溶液のpH値の変動幅は中心値(設定pH値)の上下0.2以内になるように制御することが好ましい。これは、混合水溶液のpH値の変動幅が大きい場合には、前駆体が含有する粒子の成長が一定とならず、粒度分布の範囲の狭い均一な粒子が得られない場合があるからである。 In particular, it is preferable to control the variation range of the pH value of the mixed aqueous solution to be within 0.2 above and below the central value (set pH value) during the grain growth process. This is because if the pH value of the mixed aqueous solution fluctuates widely, the growth of the particles contained in the precursor may not be constant, and uniform particles with a narrow particle size distribution may not be obtained.

上述のように金属成分を含有する水溶液、または混合した金属成分含有混合水溶液を供給する場合、混合水溶液のpHが所定の範囲内に維持できるよう、併せてpH調整水溶液を添加することが好ましい。pH調整水溶液としては、核生成工程と同様のpH調整水溶液を用いることができ、この際のpH調整水溶液としては、特に限定されないが、例えばアルカリ性物質および/またはアンモニウムイオン供給体を含有する水溶液を用いることができる。なお、アルカリ性物質、アンモニウムイオン供給体としては特に限定されないが、初期水溶液において説明したものと同様の物質を用いることができる。pH調整水溶液を反応槽内に供給する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、得られた混合水溶液を十分に撹拌しながら、定量ポンプ等の流量制御が可能なポンプで、混合水溶液のpH値が所定の範囲に保持されるように、添加すればよい。 When supplying an aqueous solution containing metal components or a mixed aqueous solution containing metal components as described above, it is preferable to add a pH-adjusting aqueous solution so that the pH of the mixed aqueous solution can be maintained within a predetermined range. As the pH-adjusted aqueous solution, the same pH-adjusted aqueous solution as in the nucleation step can be used, and the pH-adjusted aqueous solution in this case is not particularly limited, but for example, an aqueous solution containing an alkaline substance and/or an ammonium ion donor can be used. Although the alkaline substance and the ammonium ion donor are not particularly limited, the same substances as those described for the initial aqueous solution can be used. The method of supplying the pH-adjusted aqueous solution into the reaction vessel is not particularly limited. For example, while sufficiently stirring the obtained mixed aqueous solution, the mixed aqueous solution may be added so that the pH value of the mixed aqueous solution is maintained within a predetermined range using a pump capable of controlling the flow rate, such as a metering pump.

粒子成長工程において、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、0g/L以上20g/L以下であることが好ましく、特に一定値に保たれていることが好ましい。 In the particle growth step, the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution is preferably 0 g/L or more and 20 g/L or less, and particularly preferably kept at a constant value.

これは、アンモニウムイオンの濃度を20g/L以下とすることで、均質に前駆体の粒子の核を成長することができるからである。また、粒子成長工程において、アンモニウムイオン濃度が一定値に保持されていることで、金属イオンの溶解度を安定させることができ、均一な前駆体の粒子の粒子成長を促進できるからである。 This is because the nuclei of the precursor particles can be uniformly grown by setting the ammonium ion concentration to 20 g/L or less. Further, in the particle growth step, the ammonium ion concentration is kept constant, so that the solubility of the metal ions can be stabilized, and uniform particle growth of the precursor particles can be promoted.

なお、アンモニウムイオン濃度の下限値は、必要に応じて適宜調整することができ、特に限定されない。従って、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、例えば初期水溶液や、pH調整水溶液に、アンモニウムイオン供給体を用い、その供給量を調整することにより、0g/L以上20g/L以下となるように調節することが好ましい。 In addition, the lower limit of the ammonium ion concentration is not particularly limited, and can be appropriately adjusted as necessary. Therefore, the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution is preferably adjusted to 0 g/L or more and 20 g/L or less by using an ammonium ion donor in, for example, the initial aqueous solution or the pH-adjusted aqueous solution and adjusting the supply amount.

また、粒子成長工程では、炭酸イオンの存在下、混合水溶液に、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等の金属成分を含有する水溶液を添加、混合することができる。この際、炭酸イオンの供給方法は特に限定されるものではなく、例えば反応槽内に後述する無酸素気体や、酸素含有気体と共に二酸化炭素ガスを供給することで混合水溶液に炭酸イオンを供給することができる。また、上述の初期水溶液や、pH調整水溶液を調製する際に、炭酸塩を用いて、炭酸イオンを供給することもできる。 In the particle growth step, an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing nickel as a metal component can be added to and mixed with the mixed aqueous solution in the presence of carbonate ions. At this time, the method of supplying carbonate ions is not particularly limited. For example, carbonate ions can be supplied to the mixed aqueous solution by supplying carbon dioxide gas together with an oxygen-free gas or an oxygen-containing gas, which will be described later, into the reaction tank. Carbonate ions can also be supplied by using a carbonate when preparing the initial aqueous solution or the pH-adjusted aqueous solution.

粒子成長工程では、粒子成長工程開始時には反応槽内に酸素含有量が0.1体積%未満である無酸素ガスを吹き込むことにより、酸素の混入を抑制するように雰囲気制御を行いながら、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等の金属成分を含有する水溶液を例えば一定流量で供給できる。また、無酸素気体の供給を開始後、一定時間が経過した時に、無酸素気体から、酸素含有量が2体積%以上である酸素含有気体に切り替え、酸素含有気体を吹き込みながら、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等の金属成分を含有する水溶液を例えば一定流量で供給できる。 In the particle growth process, an oxygen-free gas having an oxygen content of less than 0.1% by volume is blown into the reaction vessel at the start of the particle growth process, thereby controlling the atmosphere so as to suppress the contamination of oxygen. In addition, after a certain period of time has elapsed after the start of supply of the oxygen-free gas, the oxygen-free gas is switched to an oxygen-containing gas having an oxygen content of 2% by volume or more, and an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing nickel as a metal component can be supplied, for example, at a constant flow rate while blowing the oxygen-containing gas.

すなわち、粒子成長工程では、工程の途中で酸素含有量(酸素濃度)が0.1体積%未満である無酸素雰囲気から、酸素含有量(酸素濃度)が2体積%以上である酸素含有雰囲気に切り替えることができる。 That is, in the grain growth step, an oxygen-free atmosphere with an oxygen content (oxygen concentration) of less than 0.1% by volume can be switched to an oxygen-containing atmosphere with an oxygen content (oxygen concentration) of 2% by volume or more during the process.

粒子成長工程開始後の一定期間、無酸素気体を供給することで、成長している前駆体粒子について、酸素による酸化を抑制することが可能となる。また、微細な結晶がさらに凝集していき大きな二次粒子を生成することができる。 By supplying an oxygen-free gas for a certain period after the start of the particle growth process, it is possible to suppress oxidation of the growing precursor particles by oxygen. In addition, fine crystals can be further aggregated to form large secondary particles.

そして、粒子成長工程開始後の一定期間経過時に、無酸素気体に替えて酸素含有気体を供給することで、成長している前駆体粒子の表面が反応槽に供給した酸素含有気体に含まれる酸素などと反応することができる。そして、炭酸塩の単一結晶ではない不定形の微細な粒子がさらに凝集していき、さらに大きな二次粒子を生成することができる。 By supplying an oxygen-containing gas instead of the oxygen-free gas after a certain period of time has elapsed after the start of the particle growth process, the surfaces of the growing precursor particles can react with oxygen contained in the oxygen-containing gas supplied to the reaction vessel. Then, amorphous fine particles that are not single crystals of carbonate are further aggregated, and larger secondary particles can be generated.

以上のように粒子成長工程の途中で無酸素気体から酸素含有気体にを切り替えることで、粒子内部に均一な細孔を有しつつ、エネルギー密度が高くなるように細孔をできる限り少なくした正極活物質が得られる正極活物質前駆体を得ることが可能になる。 As described above, by switching from an oxygen-free gas to an oxygen-containing gas in the middle of the particle growth process, it is possible to obtain a positive electrode active material precursor that has uniform pores inside the particles and has as few pores as possible so as to increase the energy density.

また、粒子成長工程の途中から酸素含有気体を吹き込むことにより、不活性ガス雰囲気の場合と比較して前駆体に対して水素を含有する官能基を混入しやすくすることができ、得られる前駆体が含有する水素と、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meを1.60以上1.65以下とすることができる。 In addition, by blowing the oxygen-containing gas in the middle of the particle growth process, it is possible to make it easier to mix the functional group containing hydrogen into the precursor compared to the case of an inert gas atmosphere, and the H / Me, which is the substance amount ratio between the hydrogen contained in the obtained precursor and the contained metal component Me, can be 1.60 or more and 1.65 or less.

無酸素気体から、酸素含有気体に切り替えるタイミングは特に限定されるものではなく、正極活物質に要求されるエネルギー密度等に応じて任意に選択することができる。例えば粒子成長工程の時間をTとした場合に、時間Tのうち、無酸素雰囲気とする時間が1/5T以上1/2T以下であることが好ましい。これは、無酸素雰囲気とする時間を1/5T以上とすることで、得られた前駆体から製造した正極活物質についてエネルギー密度を十分に高くすることができるからである。また、無酸素雰囲気の時間を1/2T以下とすることで粒子内部に均一な細孔を形成することができるからである。 The timing of switching from the oxygen-free gas to the oxygen-containing gas is not particularly limited, and can be arbitrarily selected according to the energy density and the like required for the positive electrode active material. For example, when the time of the grain growth step is T, it is preferable that the oxygen-free atmosphere time is 1/5T or more and 1/2T or less. This is because the energy density of the positive electrode active material produced from the obtained precursor can be sufficiently increased by setting the oxygen-free atmosphere time to 1/5 T or longer. Also, by setting the time of the oxygen-free atmosphere to 1/2 T or less, uniform pores can be formed inside the particles.

なお、粒子成長工程の時間Tとは、金属成分としてニッケルを含有する水溶液等を混合水溶液に滴下している時間を指す。 The time T of the particle growth step refers to the time during which an aqueous solution or the like containing nickel as a metal component is dripped into the mixed aqueous solution.

粒子成長工程で、反応槽内に無酸素気体や、酸素含有気体を供給する場合、該無酸素気体や、酸素含有気体の供給量は、混合水溶液中の溶存酸素濃度を測定することで確認できる。例えば無酸素気体を供給している場合には、混合水溶液中の溶存酸素量が飽和量の5%以下であれば酸素の混入を十分に抑制できていることになる。 When an oxygen-free gas or an oxygen-containing gas is supplied into the reaction tank in the particle growth step, the amount of the oxygen-free gas or oxygen-containing gas supplied can be confirmed by measuring the dissolved oxygen concentration in the mixed aqueous solution. For example, when an oxygen-free gas is supplied, if the amount of dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is 5% or less of the saturated amount, the mixing of oxygen can be sufficiently suppressed.

また、酸素含有気体を供給している場合には、混合水溶液中の溶存酸素量が飽和量の半分以上であれば反応に十分な溶存酸素/酸素が供給できていることになる。 Further, when oxygen-containing gas is supplied, if the amount of dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is half or more of the saturated amount, sufficient dissolved oxygen/oxygen for the reaction can be supplied.

無酸素気体としては、例えば窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスや、二酸化炭素ガス等を用いることができる。 As the oxygen-free gas, for example, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, carbon dioxide gas, or the like can be used.

酸素含有気体としては、例えば空気等を用いることができる。 For example, air or the like can be used as the oxygen-containing gas.

前駆体の含有する二次粒子の粒径は、粒子成長工程の反応の時間により制御することができる。 The particle size of the secondary particles contained in the precursor can be controlled by adjusting the reaction time in the particle growth step.

すなわち、粒子成長工程では、所望の粒径に成長するまで反応を継続すれば、所望の粒径の二次粒子を有する前駆体を得ることができる。 That is, in the particle growth step, if the reaction is continued until the particles grow to the desired particle size, a precursor having secondary particles of the desired particle size can be obtained.

そして、粒子成長工程で前駆体を得た後、既述のように得られた前駆体の粒子の表面を、添加元素で被覆する被覆工程をさらに有することもできる。すなわち、本実施形態の前駆体の製造方法は、粒子成長工程で得られた前駆体の粒子(二次粒子)を添加元素で被覆する、被覆工程をさらに有することもできる。 After the precursor is obtained in the particle growth step, the surface of the precursor particles obtained as described above may be further coated with an additive element. That is, the method for producing a precursor of the present embodiment can further include a coating step of coating the precursor particles (secondary particles) obtained in the particle growth step with an additive element.

被覆工程は、例えば以下のいずれかの工程とすることができる。 The coating step can be, for example, one of the following steps.

例えば、まず前駆体粒子が懸濁したスラリーに、添加元素を含む水溶液を添加して、晶析反応により、前駆体粒子の表面に添加元素を析出させる工程とすることができる。 For example, first, an aqueous solution containing the additional element is added to the slurry in which the precursor particles are suspended, and the additional element is precipitated on the surfaces of the precursor particles by a crystallization reaction.

なお、前駆体粒子が懸濁したスラリーは、添加元素を含む水溶液を用いて、前駆体粒子をスラリー化することが好ましい。また、前駆体粒子が懸濁したスラリーに、添加元素を含む水溶液を添加する際、該スラリーと添加元素を含む水溶液との混合水溶液のpHは、6.0以上9.0以下となるように制御することが好ましい。これは、スラリーと添加元素を含む水溶液との混合水溶液のpHを上記範囲に制御することで、前駆体粒子の表面を特に均一に添加元素で被覆することができるためである。 The slurry in which the precursor particles are suspended is preferably prepared by slurrying the precursor particles using an aqueous solution containing an additive element. Further, when adding the aqueous solution containing the additive element to the slurry in which the precursor particles are suspended, the pH of the mixed aqueous solution of the slurry and the aqueous solution containing the additive element is preferably controlled to 6.0 or more and 9.0 or less. This is because the surface of the precursor particles can be particularly uniformly coated with the additive element by controlling the pH of the mixed aqueous solution of the slurry and the aqueous solution containing the additive element within the above range.

また、被覆工程は、前駆体粒子に対して、添加元素を含む水溶液、またはスラリーを吹き付けて乾燥させる工程とすることもできる。 The coating step can also be a step of spraying an aqueous solution or slurry containing the additive element onto the precursor particles and drying the precursor particles.

被覆工程は、その他に、前駆体粒子と、添加元素を含む化合物とが懸濁したスラリーを噴霧乾燥させる工程とすることもできる。 Alternatively, the coating step can be a step of spray-drying a slurry in which the precursor particles and the compound containing the additive element are suspended.

また、前駆体粒子と、添加元素を含む化合物とを固相法で混合する工程とすることもできる。 Alternatively, the step of mixing the precursor particles and the compound containing the additive element by a solid phase method may be employed.

なお、ここで説明した添加元素を含む水溶液については、核生成工程で説明したものと同様の水溶液を用いることができる。また、被覆工程では、添加元素を含む水溶液に替えて、添加元素を含むアルコキシド溶液を用いてもよい。 As for the aqueous solution containing the additive element described here, the same aqueous solution as that described in the nucleation step can be used. Also, in the coating step, an alkoxide solution containing the additive element may be used instead of the aqueous solution containing the additive element.

既述のように核生成工程で混合水溶液に、添加元素を含む水溶液を添加し、かつ粒子成長工程で前駆体粒子の表面を添加元素で被覆する場合、核生成工程で混合水溶液中に添加する添加元素イオンの量を、被覆する量だけ少なくしておくことが好ましい。これは、混合水溶液に添加する添加元素を含む水溶液の添加量を被覆する量だけ少なくしておくことで、得られる前駆体に含まれる添加元素と、他の金属成分との原子数比を所望の値とすることができるからである。 As described above, when an aqueous solution containing an additional element is added to the mixed aqueous solution in the nucleation step, and the surfaces of the precursor particles are coated with the additional element in the particle growth step, it is preferable to reduce the amount of additive element ions added to the mixed aqueous solution in the nucleation step by the amount to be coated. This is because, by reducing the amount of the aqueous solution containing the additive element added to the mixed aqueous solution by the coating amount, the atom number ratio between the additive element contained in the obtained precursor and other metal components can be set to a desired value.

前駆体の粒子の表面を、上述のように、添加元素で被覆する被覆工程は、粒子成長工程終了後、加熱した後の前駆体の粒子に対して行ってもよい。 The coating step of coating the surfaces of the precursor particles with the additive element as described above may be performed on the precursor particles after the heating after the particle growth step.

本実施形態の前駆体の製造方法では、核生成工程から粒子成長工程における反応が完了するまで生成物である前駆体を回収しない方式の装置を用いることが好ましい。そのような装置としては、例えば、撹拌機が設置された通常に用いられるバッチ反応槽等が挙げられる。係る装置を採用することで、一般的なオーバーフローによって生成物を回収する連続晶析装置のように、成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されるという問題が生じないため、粒度分布が狭く、粒径の揃った粒子を得ることができ、好ましい。 In the method for producing a precursor according to the present embodiment, it is preferable to use an apparatus that does not recover the precursor, which is the product, until the reaction from the nucleation step to the particle growth step is completed. Such an apparatus includes, for example, a commonly used batch reactor equipped with a stirrer. By adopting such an apparatus, unlike a continuous crystallizer in which a product is recovered by general overflow, the problem of growing particles being recovered simultaneously with the overflow liquid does not occur, so particles with a narrow particle size distribution and uniform particle size can be obtained, which is preferable.

また、反応槽の雰囲気を制御するため、密閉式の装置等の雰囲気を制御することが可能な装置を用いることが好ましい。 Moreover, in order to control the atmosphere of the reaction tank, it is preferable to use an apparatus capable of controlling the atmosphere, such as a closed type apparatus.

反応槽の雰囲気制御が可能な装置を用いることで、前駆体の含有する粒子を、上述した通りの構造のものとすることができると共に、共沈反応をほぼ均一に進めることができるので、粒度分布の優れた粒子、すなわち、粒度分布の範囲の狭い粒子を得ることができる。 By using a device capable of controlling the atmosphere of the reaction vessel, the particles containing the precursor can have the structure as described above, and the coprecipitation reaction can proceed almost uniformly, so particles with excellent particle size distribution, that is, particles with a narrow range of particle size distribution can be obtained.

粒子成長工程では、核生成工程で得られた混合水溶液のpH値が所定の範囲となるように調整し、混合水溶液にさらに金属成分としてニッケルを含有する水溶液等の金属成分を含有する水溶液を添加することにより、均一な前駆体の粒子を得ることができる。 In the particle growth step, the pH value of the mixed aqueous solution obtained in the nucleation step is adjusted so as to fall within a predetermined range, and an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing nickel as a metal component is added to the mixed aqueous solution, whereby uniform precursor particles can be obtained.

以上の粒子成長工程を実施することで、前駆体の粒子を含むスラリーである、前駆体粒子水溶液が得られる。そして、粒子成長工程を終えた後、洗浄工程、乾燥工程を実施することができる。
(3)洗浄工程
洗浄工程では、上述した粒子成長工程で得られた前駆体の粒子を含むスラリーを洗浄することができる。
By carrying out the above particle growth step, a precursor particle aqueous solution, which is a slurry containing precursor particles, is obtained. After finishing the particle growth process, a washing process and a drying process can be carried out.
(3) Washing step In the washing step, the slurry containing the precursor particles obtained in the particle growth step can be washed.

洗浄工程では、まず、前駆体の粒子を含むスラリーを濾過した後、水洗し、再度濾過することができる。 In the washing step, first, the slurry containing the precursor particles can be filtered, washed with water, and filtered again.

濾過は、通常用いられる方法で行えばよく、例えば、遠心機、吸引濾過機が用いられる。 Filtration may be carried out by a commonly used method, for example, using a centrifuge or a suction filter.

また、水洗は、通常行われる方法で行えばよく、前駆体の粒子に含まれる余剰の原料等を除去できればよい。 Moreover, the washing with water may be carried out by a commonly used method as long as the surplus raw materials and the like contained in the precursor particles can be removed.

水洗で用いる水は、不純物の混入を防止するため、可能な限り不純物の含有量が少ない水を用いることが好ましく、純水を用いることがより好ましい。
(4)乾燥工程
乾燥工程では、洗浄工程で洗浄した前駆体の粒子を乾燥することができる。
まず、乾燥工程では、例えば、乾燥温度を80℃以上230℃以下として、洗浄済みの前駆体の粒子を乾燥することができる。
In order to prevent contamination of impurities, the water used for washing is preferably water containing as few impurities as possible, and more preferably pure water.
(4) Drying Step In the drying step, the particles of the precursor washed in the washing step can be dried.
First, in the drying step, for example, the washed precursor particles can be dried at a drying temperature of 80° C. or higher and 230° C. or lower.

乾燥工程後、前駆体を得ることができる。 After the drying step, a precursor can be obtained.

本実施形態の前駆体の製造方法によれば、多孔質な粒子を含有し、エネルギー密度の高い非水系電解質二次電池用正極活物質を形成できる、前駆体を得ることができる。 According to the method for producing a precursor of the present embodiment, a precursor containing porous particles and capable of forming a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery with high energy density can be obtained.

また、本実施形態の前駆体の製造方法によれば、主として核生成反応が生じる時間(核生成工程)と、主として粒子成長反応が生じる時間(粒子成長工程)とを明確に分離することにより、両工程を同じ反応槽内で行ったとしても、狭い粒度分布をもつ前駆体の粒子(二次粒子)が得られる。 Further, according to the method for producing a precursor of the present embodiment, by clearly separating the time during which the nucleation reaction mainly occurs (nucleation step) and the time during which the particle growth reaction mainly occurs (particle growth step), precursor particles (secondary particles) having a narrow particle size distribution can be obtained even if both steps are performed in the same reaction vessel.

加えて、本実施形態の前駆体の製造方法では、晶析反応時により得られる前駆体の粒子の結晶サイズを制御することができる。 In addition, in the method for producing the precursor of the present embodiment, the crystal size of the precursor particles obtained during the crystallization reaction can be controlled.

従って、本実施形態の前駆体の製造方法によれば、一次粒子が小粒径であって、二次粒子の粒径均一性が高く、且つ高密度(タップ密度)の前駆体を得ることができる。 Therefore, according to the method for producing a precursor of the present embodiment, it is possible to obtain a precursor having primary particles with a small particle size, secondary particles with high particle size uniformity, and high density (tap density).

また、本実施形態の前駆体の製造方法では、主に反応溶液のpHの調整をするだけで、1つの反応槽内において核生成工程と粒子成長工程を分離して行うことができる。従って、本実施形態の前駆体の製造方法は、容易でかつ大規模生産に適したものであることから、その工業的価値はきわめて大きいといえる。
[非水系電解質二次電池用正極活物質]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」とも記載する)の一構成例について説明する。
In addition, in the method for producing a precursor according to the present embodiment, the nucleation step and the particle growth step can be performed separately in one reaction tank only by mainly adjusting the pH of the reaction solution. Therefore, the method for producing the precursor according to the present embodiment is easy and suitable for large-scale production, and is therefore of great industrial value.
[Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, one configuration example of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also simply referred to as "positive electrode active material") of the present embodiment will be described.

本実施形態の正極活物質は、リチウム金属複合酸化物を含む非水系電解質二次電池用正極活物質に関する。
そして、リチウム金属複合酸化物は、一般式Li1+αNiCoMn(0.25≦α≦0.55、x+y+z+t=1、0.05≦x≦0.3、0.1≦y≦0.4、0.55≦z≦0.8、0≦t≦0.1、Mは添加元素であり、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の元素)で表すことができる。
The positive electrode active material of the present embodiment relates to a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries containing a lithium metal composite oxide.
The lithium metal composite oxide has the general formula Li1 +αNixCoyMnzMtO2 ( 0.25≦α≦0.55, x+ y +z+t= 1 , 0.05≦x≦0.3, 0.1≦y≦0.4, 0.55≦z≦0.8, 0≦t≦0.1, M is an additive element, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Z one or more elements selected from r , Nb, Mo, and W).

本実施形態の正極活物質は、複数の一次粒子が凝集した、多孔質の二次粒子を含むことができる。そして、該多孔質の二次粒子のうち、二次粒子の内部の空隙率が10%以上20%以下である二次粒子の個数割合を80%以上とすることができる。さらに、本実施形態の正極活物質は、タップ密度と、初期放電容量との積であるエネルギー密度が580mAh/cc以上とすることができる。 The positive electrode active material of the present embodiment can contain porous secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated. Then, among the porous secondary particles, the number ratio of secondary particles having a porosity inside the secondary particles of 10% or more and 20% or less can be 80% or more. Furthermore, the positive electrode active material of the present embodiment can have an energy density of 580 mAh/cc or more, which is the product of the tap density and the initial discharge capacity.

本実施形態の正極活物質は、LiM1OとLiM2Oとで表される2種類の層状化合物が固溶したリチウム金属複合酸化物、より具体的にはリチウム過剰ニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含むことができる。なお、本実施形態の正極活物質は、上記リチウム金属複合酸化物から構成することもできる。 The positive electrode active material of the present embodiment can contain a lithium metal composite oxide in which two types of layered compounds represented by Li 2 M1O 3 and LiM2O 2 are solid-dissolved, more specifically a lithium-excess nickel-cobalt-manganese composite oxide. The positive electrode active material of this embodiment can also be composed of the lithium metal composite oxide.

上記式中、M1は平均で4価となるよう調整された少なくともMnを含有した金属元素であり、M2は平均で3価となるよう調整された少なくともNi、Co、Mnを含有した金属元素である。 In the above formula, M1 is a metal element containing at least Mn adjusted to have a valence of 4 on average, and M2 is a metal element containing at least Ni, Co, and Mn adjusted to have a valence of 3 on average.

そして、既述の前駆体に示すNi、Co、Mnの組成比がM1+M2で成立するものとする。また、LiM1OとLiM2Oの存在比率はリチウム過剰であることからLiM1Oが0%では無いこととする。 It is assumed that the composition ratio of Ni, Co, and Mn shown in the precursor described above is M1+M2. Also, since the abundance ratio of Li 2 M1O 3 and LiM2O 2 is lithium excess, it is assumed that Li 2 M1O 3 is not 0%.

前駆体においても既述のように、非水系電解質二次電池の正極活物質のサイクル特性や出力特性等の電池特性をさらに向上させるために、リチウム金属複合酸化物は、上述のようにMg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の添加元素を含有することができる。添加元素の含有量については、前駆体において既述の理由から、原子数比tで0≦t≦0.1の範囲内となるように調整することが好ましい。 As described above, the lithium metal composite oxide can contain one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, and W, as described above, in order to further improve the battery characteristics such as the cycle characteristics and output characteristics of the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery. For the reason described above in the precursor, it is preferable to adjust the content of the additive element so that the atomic ratio t is within the range of 0≦t≦0.1.

上記添加元素は、上述のようにMg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上を用いることができるが、特に、添加元素はモリブデンを含むことが好ましい。すなわち、既述の一般式:Li1+αNiCoMn中の添加元素MはMo(モリブデン)を含有することが好ましい。これは、本発明の発明者らの検討によれば、正極活物質が、添加元素としてモリブデンを含有する場合、該正極活物質を用いた電池において、初期放電容量を特に増加させることができるからである。 As described above, the additive element may be one or more selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, and W. In particular, the additive element preferably contains molybdenum. That is, it is preferable that the additive element M in the above general formula: Li1 + αNixCoyMnzMtO2 contains Mo (molybdenum). This is because, according to studies by the inventors of the present invention, when the positive electrode active material contains molybdenum as an additive element, the initial discharge capacity can be particularly increased in a battery using the positive electrode active material.

さらに、リチウム金属複合酸化物は、リチウム金属複合酸化物中のLiを除く金属成分、すなわちNi、Co、Mn、及び添加元素Mのうち、モリブデンの含有割合が0.5at%以上5at%以下であることがより好ましい。これは、リチウム金属複合酸化物中のLiを除く金属成分中のモリブデンの含有量を0.5at%以上とすることで、上述の初期放電容量が増加する効果を特に発現できるからである。また、モリブデンは焼成時に焼結を促進する効果を有するが、リチウム金属複合酸化物中のLiを除く金属成分中のモリブデンの含有量を5at%以下とすることで、大きな結晶体が生成することを防止し、該リチウム金属複合酸化物を用いて作製した電池における抵抗の上昇や、放電容量の低下を確実に防止できるため好ましいからである。 Furthermore, it is more preferable that the content of molybdenum in the lithium metal composite oxide is 0.5 at % or more and 5 at % or less among the metal components other than Li, that is, Ni, Co, Mn, and the additive element M in the lithium metal composite oxide. This is because when the content of molybdenum in the metal components other than Li in the lithium metal composite oxide is 0.5 at % or more, the above-described effect of increasing the initial discharge capacity can be particularly exhibited. In addition, molybdenum has the effect of promoting sintering during firing, but by setting the content of molybdenum in the metal components other than Li in the lithium metal composite oxide to 5 at% or less, it is preferable because it is possible to prevent the formation of large crystals and reliably prevent an increase in resistance and a decrease in discharge capacity in a battery produced using the lithium metal composite oxide.

また、本発明の発明者らの検討によれば、添加元素がモリブデンを含有することにより、正極活物質の比表面積を低減できる効果が確認された。これは、モリブデン添加により、正極活物質内の微細な空孔が大きな空孔へ構造的に変化しているためである。さらに、本発明の発明者らの検討によれば、正極活物質の比表面積を1.5m/g以上15.0m/g以下の範囲に制御することで、正極合材ペーストの製造を容易にすることができ、かつ出力特性を高くすることができる。そこで、比表面積を上記範囲に制御する観点からも、添加元素がモリブデンを含有することが好ましい。 Further, according to the studies by the inventors of the present invention, it was confirmed that the addition of molybdenum has the effect of reducing the specific surface area of the positive electrode active material. This is because the addition of molybdenum structurally changes fine pores in the positive electrode active material into large pores. Furthermore, according to the studies of the inventors of the present invention, by controlling the specific surface area of the positive electrode active material in the range of 1.5 m 2 /g or more and 15.0 m 2 /g or less, the production of the positive electrode mixture paste can be facilitated and the output characteristics can be increased. Therefore, from the viewpoint of controlling the specific surface area within the above range, the additive element preferably contains molybdenum.

本実施形態の正極活物質は、二次粒子の中心部まで均一な細孔を有する構造を備えた多孔質の二次粒子を有することができ、このような多孔質構造とすることにより、反応表面積を大きくすることができる。また、外殻部の一次粒子間の粒界あるいは細孔から電解液が浸入して、粒子内部の反応界面でもリチウムの挿脱入が行われるため、Liイオン、電子の移動が妨げられず、出力特性を高くすることができる。 The positive electrode active material of the present embodiment can have porous secondary particles having a structure with uniform pores up to the center of the secondary particles, and by having such a porous structure, the reaction surface area can be increased. In addition, since the electrolytic solution penetrates through the grain boundaries or pores between the primary particles of the outer shell, and lithium is inserted and detached even at the reaction interface inside the particles, the movement of Li ions and electrons is not hindered, and the output characteristics can be increased.

本実施形態の正極活物質は、上述のように多孔質の二次粒子を含有することができ、該多孔質の二次粒子は、二次粒子の内部の空隙率が10%以上20%以下である多孔質の二次粒子を含むことが好ましい。また、本実施形態の正極活物質は、含有する多孔質の二次粒子のうち、二次粒子の内部の空隙率が10%以上20%以下である二次粒子を、個数の割合で80%以上含有することが好ましい。正極活物質に含まれる二次粒子の空隙率は、例えば正極活物質の断面構造をSEMで観察し、画像処理等により算出できる。なお、例えば算出した空隙率が3%を超える粒子を多孔質の二次粒子、すなわち多孔質粒子とすることができる。そして、正極活物質が含有する多孔質の二次粒子の割合は特に限定されないが、例えば個数割合で85%以上100%以下とすることができる。 The positive electrode active material of the present embodiment can contain porous secondary particles as described above, and the porous secondary particles preferably contain porous secondary particles having an internal porosity of 10% or more and 20% or less. Further, the positive electrode active material of the present embodiment preferably contains 80% or more of secondary particles having a porosity of 10% or more and 20% or less inside the secondary particles among the porous secondary particles contained. The porosity of the secondary particles contained in the positive electrode active material can be calculated, for example, by observing the cross-sectional structure of the positive electrode active material with an SEM and performing image processing or the like. In addition, for example, particles having a calculated porosity exceeding 3% can be treated as porous secondary particles, that is, porous particles. The ratio of the porous secondary particles contained in the positive electrode active material is not particularly limited, but can be, for example, 85% or more and 100% or less in number ratio.

また、多孔質の二次粒子の個数割合や、多孔質の二次粒子のうち、二次粒子の内部の空隙率が10%以上20%以下である二次粒子の個数割合は、例えばSEMにより複数個、例えば100個以上の正極活物質の二次粒子の断面構造を観察し、そのうち空隙率が所定の範囲にある二次粒子の割合をカウントすることで求めることができる。 In addition, the number ratio of porous secondary particles and the number ratio of secondary particles having a porosity of 10% or more and 20% or less inside the secondary particles among the porous secondary particles can be obtained, for example, by observing the cross-sectional structure of a plurality of, for example, 100 or more secondary particles of the positive electrode active material, and counting the ratio of the secondary particles having a porosity within a predetermined range.

本実施形態の正極活物質は、多孔質構造の二次粒子を有することで、その比表面積を大きくすることができる。本実施形態の正極活物質の比表面積は正極活物質に要求される特性等により任意に選択することができ、特に限定されるものではないが、例えば1.5m/g以上であることが好ましい。これは、本実施形態の正極活物質の比表面積を1.5m/g以上とすることで、正極合材ペーストの製造を容易にすることができ、かつ出力特性を高くすることができるからである。 The specific surface area of the positive electrode active material of the present embodiment can be increased by having secondary particles with a porous structure. The specific surface area of the positive electrode active material of the present embodiment can be arbitrarily selected according to the properties required for the positive electrode active material, and is not particularly limited, but is preferably 1.5 m 2 /g or more, for example. This is because by setting the specific surface area of the positive electrode active material of the present embodiment to 1.5 m 2 /g or more, the production of the positive electrode mixture paste can be facilitated, and the output characteristics can be enhanced.

本実施形態の正極活物質の比表面積の上限値は特に限定されないが、例えば15.0m/g以下とすることが好ましく、13.0m/g以下とすることがより好ましい。 Although the upper limit of the specific surface area of the positive electrode active material of the present embodiment is not particularly limited, it is preferably 15.0 m 2 /g or less, more preferably 13.0 m 2 /g or less.

ただし、特に反応表面積を大きくし、出力特性を特に高くすることが求められる場合、本実施形態の正極活物質の比表面積は、5.0m/g以上15.0m/g以下であることが好ましい。また、特に正極合材ペーストの製造を特に容易にすることが求められる場合には、本実施形態の正極活物質の比表面積は、1.5m/g以上5.0m/g以下であることが好ましい。 However, when particularly increasing the reaction surface area and particularly increasing the output characteristics are required, the specific surface area of the positive electrode active material of the present embodiment is preferably 5.0 m 2 /g or more and 15.0 m 2 /g or less. Moreover, when particularly easy production of the positive electrode mixture paste is desired, the specific surface area of the positive electrode active material of the present embodiment is preferably 1.5 m 2 /g or more and 5.0 m 2 /g or less.

また、本実施形態の正極活物質によれば、多孔質の二次粒子を含有し、多孔質の二次粒子のうち二次粒子の内部の空隙率が10%以上20%以下である多孔質の二次粒子を一定割合以上有することで、電池とした場合の出力特性を高めることができると共に、タップ密度も高くすることができる。 In addition, according to the positive electrode active material of the present embodiment, the secondary particles contain porous secondary particles, and the porosity inside the secondary particles is 10% or more and 20% or less.

本実施形態の正極活物質のタップ密度は、特に限定されるものではないが、1.7g/cc以上であることが好ましく、2.0g/cc以上であることがより好ましい。 The tap density of the positive electrode active material of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 1.7 g/cc or more, more preferably 2.0 g/cc or more.

本実施形態の正極活物質は、例えば、2032型コイン型電池の正極に用いた場合、250mAh/g以上の高い初期放電容量を有することが好ましい。また、高放電レート条件(2C)での放電容量が、195mAh/g以上であることが好ましい。 The positive electrode active material of the present embodiment preferably has a high initial discharge capacity of 250 mAh/g or more when used for the positive electrode of a 2032 type coin battery, for example. Also, the discharge capacity under high discharge rate conditions (2C) is preferably 195 mAh/g or more.

なお、上記高放電レート条件(2C)での放電容量は、2Cで複数回、例えば3回測定を行い、その複数回の測定の平均値とすることができる。 In addition, the discharge capacity under the high discharge rate condition (2C) can be measured at 2C a plurality of times, for example, three times, and the average value of the plurality of measurements can be obtained.

また、本実施形態の正極活物質は、例えば2032型コイン型電池の正極に用いた場合、エネルギー密度が高いことが好ましい。具体的には例えば550mAh/cc以上が好ましく、600mAh/cc以上であることがより好ましい。エネルギー密度は高い方が好ましいため、上限値は特に限定されるものではない。 Further, when the positive electrode active material of the present embodiment is used for the positive electrode of a 2032 type coin battery, for example, it is preferable that the energy density is high. Specifically, for example, 550 mAh/cc or more is preferable, and 600 mAh/cc or more is more preferable. Since a higher energy density is preferable, the upper limit is not particularly limited.

エネルギー密度は、タップ密度と、初期放電容量とを掛けることにより算出できる。 The energy density can be calculated by multiplying the tap density and the initial discharge capacity.

初期放電容量は、本実施形態の正極活物質を正極に用いて、2032型コイン型電池を構成し、正極に対する電流密度を0.05C(270mA/gを1Cとする)として、カットオフ電圧4.65Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧2.35Vまで放電した場合の容量とすることができる。
[非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法(以下、単に「正極活物質の製造方法」とも記載する)の一構成例について説明する。
The initial discharge capacity is the capacity obtained by constructing a 2032-type coin-type battery using the positive electrode active material of the present embodiment for the positive electrode, setting the current density to the positive electrode to 0.05 C (270 mA / g is 1 C), charging to a cutoff voltage of 4.65 V, and discharging to a cutoff voltage of 2.35 V after resting for 1 hour.
[Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, one configuration example of the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment (hereinafter also simply referred to as the "production method for a positive electrode active material") will be described.

本実施形態の正極活物質の製造方法は、既述の正極活物質の粒子構造となるように正極活物質を製造できるのであれば、特に限定されないが、以下の方法を採用すれば、該正極活物質をより確実に製造できるので、好ましい。 The method for producing the positive electrode active material of the present embodiment is not particularly limited as long as the positive electrode active material can be produced so as to have the particle structure of the positive electrode active material described above, but the following method is preferable because the positive electrode active material can be produced more reliably.

本実施形態の正極活物質の製造方法は、以下の工程を有することができる。 The manufacturing method of the positive electrode active material of this embodiment can have the following steps.

既述の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法により得られた非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を、80℃以上600℃以下の温度で熱処理する熱処理工程。
熱処理工程により得られた粒子に対してリチウム化合物を添加、混合してリチウム混合物を形成する混合工程。
リチウム混合物を、酸化性雰囲気中、600℃以上1000℃以下の温度で焼成する焼成工程。
A heat treatment step of heat-treating the positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries obtained by the above-described method for producing a positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries at a temperature of 80° C. or higher and 600° C. or lower.
A mixing step of adding a lithium compound to the particles obtained by the heat treatment step and mixing them to form a lithium mixture.
A firing step of firing the lithium mixture at a temperature of 600° C. or higher and 1000° C. or lower in an oxidizing atmosphere.

以下、各工程について説明する。
(1)熱処理工程
熱処理工程では、既述の前駆体を80℃以上600℃以下の温度で熱処理することができる。熱処理を行うことで、前駆体に含有されている水分を除去し、最終的に得られる正極活物質中の金属の原子数やリチウムの原子数の割合がばらつくことを防ぐことができる。
Each step will be described below.
(1) Heat Treatment Step In the heat treatment step, the precursor described above can be heat treated at a temperature of 80° C. or higher and 600° C. or lower. By performing the heat treatment, it is possible to remove the moisture contained in the precursor and prevent the ratio of the number of metal atoms and the number of lithium atoms from varying in the finally obtained positive electrode active material.

なお、正極活物質中の金属の原子数やリチウムの原子数の割合にばらつきが生じない程度に水分が除去できればよいので、全ての前駆体をニッケルコバルトマンガン複合酸化物に転換する必要はない。しかしながら、上記ばらつきをより少なくするためには、加熱温度を500℃以上として前駆体の粒子を複合酸化物粒子に全て転換することが好ましい。 Note that it is not necessary to convert all the precursors to the nickel-cobalt-manganese composite oxide, as long as the moisture can be removed to the extent that the ratio of the number of metal atoms and the number of lithium atoms in the positive electrode active material does not vary. However, in order to further reduce the variation, it is preferable to set the heating temperature to 500° C. or higher to convert all the precursor particles into composite oxide particles.

熱処理工程において、熱処理温度を80℃以上としているのは、熱処理温度が80℃未満の場合、前駆体の粒子中の余剰水分が除去できず、上記ばらつきを抑制することができない恐れがあるからである。 The reason why the heat treatment temperature is set to 80° C. or higher in the heat treatment step is that if the heat treatment temperature is lower than 80° C., excess moisture in the precursor particles cannot be removed, and the above variation may not be suppressed.

一方、熱処理温度を600℃以下としているのは、熱処理温度が600℃を超えると、焙焼により粒子が焼結して均一な粒径の複合酸化物粒子が得られない恐れがあるからである。 On the other hand, the reason why the heat treatment temperature is set to 600° C. or less is that if the heat treatment temperature exceeds 600° C., the particles may be sintered by roasting and composite oxide particles having a uniform particle size may not be obtained.

なお、所定の熱処理条件で熱処理を行った際に得られる前駆体の粒子中に含有される金属成分を分析しておき、熱処理条件と、それにより得られる前駆体粒子中の金属成分との対応関係を求めておくこともできる。そして、所定の熱処理条件により得られる前駆体の粒子と、リチウム化合物との比を決めておくことで、上記ばらつきを抑制することもできる。 It is also possible to analyze the metal components contained in the precursor particles obtained when heat treatment is performed under predetermined heat treatment conditions, and to determine the correspondence between the heat treatment conditions and the metal components in the precursor particles obtained thereby. By determining the ratio between the precursor particles obtained under predetermined heat treatment conditions and the lithium compound, the variation can be suppressed.

熱処理雰囲気は特に制限されるものではなく、非還元性雰囲気であればよいが、簡易的に行える空気気流中において行うことが好ましい。 The heat treatment atmosphere is not particularly limited, and may be a non-reducing atmosphere, but it is preferable to perform the heat treatment in an air stream, which can be easily performed.

また、熱処理時間は、特に制限されないが、1時間未満では前駆体の粒子の余剰水分の除去が十分に行われない場合があるので、少なくとも1時間以上が好ましく、2時間以上15時間以下がより好ましい。 In addition, the heat treatment time is not particularly limited, but if it is less than 1 hour, excess water in the precursor particles may not be sufficiently removed, so it is preferably at least 1 hour or more, and more preferably 2 hours or more and 15 hours or less.

そして、熱処理に用いられる設備は、特に限定されるものではなく、前駆体の粒子を非還元性雰囲気中、好ましくは空気気流中で加熱できるものであればよく、ガス発生がない電気炉などが好適に用いられる。
(2)混合工程
混合工程は、上記熱処理工程において加熱されて得られた熱処理済み粒子に、リチウム化合物を添加、混合して、リチウム混合物を形成する工程である。
The equipment used for the heat treatment is not particularly limited as long as it can heat the precursor particles in a non-reducing atmosphere, preferably in an air stream, and an electric furnace that does not generate gas is preferably used.
(2) Mixing Step The mixing step is a step of adding and mixing a lithium compound to the heat-treated particles obtained by heating in the heat treatment step to form a lithium mixture.

なお、熱処理工程において熱処理して得られた熱処理済み粒子は、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物粒子および/またはニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子を含んでいる。 The heat-treated particles obtained by heat treatment in the heat treatment step contain nickel-cobalt-manganese carbonate composite particles and/or nickel-cobalt-manganese composite oxide particles.

熱処理済み粒子とリチウム化合物とは、リチウム混合物中のリチウム以外の金属の原子数、すなわち、ニッケル、コバルト、マンガンおよび添加元素の原子数の和(Me)と、リチウムの原子数(Li)との比(Li/Me)が、1.1以上1.8以下となるように混合することが好ましい。この際、Li/Meが1.3以上1.5以下となるように混合することがより好ましい。 The heat-treated particles and the lithium compound are preferably mixed so that the ratio (Li/Me) of the number of metal atoms other than lithium in the lithium mixture, that is, the sum of the number of atoms of nickel, cobalt, manganese and additional elements (Me), and the number of lithium atoms (Li) is 1.1 or more and 1.8 or less. At this time, it is more preferable to mix so that Li/Me is 1.3 or more and 1.5 or less.

すなわち、焼成工程前後でLi/Meはほとんど変化しないので、この混合工程で混合するLi/Meが正極活物質におけるLi/Meとなるため、リチウム混合物におけるLi/Meが、得ようとする正極活物質におけるLi/Meと同じになるように混合される。 That is, since Li/Me hardly changes before and after the firing process, Li/Me mixed in this mixing process becomes Li/Me in the positive electrode active material, so Li/Me in the lithium mixture is mixed so as to be the same as Li/Me in the positive electrode active material to be obtained.

リチウム混合物を形成するために使用されるリチウム化合物は、特に限定されるものではないが、入手が容易であるため、例えば、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウムから選択された1種類以上を好ましく用いることができる。 The lithium compound used to form the lithium mixture is not particularly limited, but since it is easily available, for example, one or more selected from lithium hydroxide, lithium nitrate, and lithium carbonate can be preferably used.

特に、取り扱いの容易さ、品質の安定性を考慮すると、リチウム混合物を形成する際に用いるリチウム化合物としては、水酸化リチウム、炭酸リチウムから選択された1種類以上を用いることがより好ましい。 In particular, considering ease of handling and stability of quality, it is more preferable to use one or more selected from lithium hydroxide and lithium carbonate as the lithium compound used when forming the lithium mixture.

混合には、一般的な混合機を使用することができ、たとえば、シェーカーミキサ、レーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Vブレンダなどを用いればよい。
(3)焼成工程
焼成工程は、上記混合工程で得られたリチウム混合物を焼成して、正極活物質とする工程である。焼成工程において混合粉を焼成すると、熱処理済み粒子に、リチウム化合物中のリチウムが拡散するので、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が形成される。
For mixing, a general mixer can be used, for example, a shaker mixer, Loedige mixer, Julia mixer, V-blender, or the like.
(3) Firing Step The firing step is a step of firing the lithium mixture obtained in the mixing step to obtain a positive electrode active material. When the mixed powder is fired in the firing step, lithium in the lithium compound diffuses into the heat-treated particles, forming a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide.

この際のリチウム混合物の焼成温度は特に限定されないが、例えば600℃以上1000℃以下であることが好ましい。 Although the firing temperature of the lithium mixture at this time is not particularly limited, it is preferably 600° C. or higher and 1000° C. or lower, for example.

これは、焼成温度を600℃以上とすることで、熱処理済み粒子中へのリチウムの拡散を十分に促進し、余剰のリチウムや未反応の粒子の残留を抑制し、電池に用いられた場合に十分な電池特性が得られるからである。 This is because by setting the firing temperature to 600° C. or higher, the diffusion of lithium into the heat-treated particles is sufficiently promoted, the residual of excess lithium and unreacted particles is suppressed, and sufficient battery characteristics are obtained when used in batteries.

ただし、焼成温度が1000℃を超えると、複合酸化物粒子間で激しく焼結が生じるとともに、異常粒成長を生じる可能性があり、焼成後の粒子が粗大となって粒子内部に微細な細孔ができなくなる可能性があるからである。このような正極活物質は、比表面積が低下するため、電池に用いた場合、正極の抵抗が上昇して電池容量が低下するという問題が生じる。 However, if the firing temperature exceeds 1000° C., intense sintering may occur between the composite oxide particles, and abnormal grain growth may occur, and the particles after firing may become coarse and fine pores may not be formed inside the particles. Since such a positive electrode active material has a reduced specific surface area, when it is used in a battery, the problem arises that the resistance of the positive electrode increases and the battery capacity decreases.

リチウム混合物の焼成温度は、得られる正極活物質の比表面積にも影響を与えることから、正極活物質に要求される比表面積に応じて、既述の温度範囲の中から選択することもできる。例えば正極活物質の比表面積を特に抑制することが求められる場合には、焼成温度を高めの温度、例えば900℃以上950℃以下とすることが好ましい。本発明の発明者の検討によれば、係る温度範囲で焼成することで、得られる正極活物質の比表面積を1.5m/g以上5.0m/g以下とすることができ、正極合材ペーストの製造を特に容易にすることができる。また、該正極活物質を用いて非水系電解質二次電池とした場合に、電池容量を高く保つことができ、好ましい。 Since the firing temperature of the lithium mixture also affects the specific surface area of the obtained positive electrode active material, it can be selected from the temperature range described above according to the specific surface area required for the positive electrode active material. For example, when it is required to particularly suppress the specific surface area of the positive electrode active material, it is preferable to set the firing temperature to a higher temperature, for example, 900° C. or higher and 950° C. or lower. According to the study of the inventor of the present invention, the specific surface area of the obtained positive electrode active material can be made 1.5 m 2 /g or more and 5.0 m 2 /g or less by firing in such a temperature range, and the production of the positive electrode mixture paste can be particularly facilitated. Moreover, when the positive electrode active material is used to form a non-aqueous electrolyte secondary battery, the battery capacity can be kept high, which is preferable.

なお、熱処理済み粒子とリチウム化合物との反応を均一に行わせる観点から、昇温速度を3℃/min以上10℃/min以下として上記温度まで昇温することが好ましい。 From the viewpoint of uniform reaction between the heat-treated particles and the lithium compound, it is preferable to raise the temperature to the above temperature at a rate of 3° C./min or more and 10° C./min or less.

さらには、リチウム化合物の融点付近の温度にて1時間以上5時間以下程度保持することで、より反応を均一に行わせることができる。リチウム化合物の融点付近で温度を保持した場合は、その後、所定の焼成温度まで昇温することができる。 Further, the reaction can be made more uniform by maintaining the temperature near the melting point of the lithium compound for about 1 hour or more and 5 hours or less. When the temperature is maintained near the melting point of the lithium compound, the temperature can then be raised to a predetermined firing temperature.

焼成時間のうち、焼成温度での保持時間は、1時間以上とすることが好ましく、2時間以上24時間以下であることがより好ましい。 Of the firing time, the holding time at the firing temperature is preferably 1 hour or more, more preferably 2 hours or more and 24 hours or less.

これは2時間以上焼成温度で保持することで、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の生成を十分に促進できるからである。 This is because the formation of the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide can be sufficiently promoted by maintaining the firing temperature for two hours or more.

焼成温度での保持時間終了後、特に限定されるものではないが、リチウム混合物を匣鉢に積載して焼成する場合には匣鉢の劣化を抑止するため、降下速度を2℃/min以上10℃/min以下として、200℃以下になるまで雰囲気を冷却することが好ましい。 After the end of the holding time at the firing temperature, although not particularly limited, when the lithium mixture is loaded in a sagger and fired, the descent rate is set to 2 ° C./min or more and 10 ° C./min or less in order to suppress deterioration of the sagger. It is preferable to cool the atmosphere to 200 ° C. or less.

焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容積%以上100容量%以下の雰囲気とすることがより好ましく、該酸素濃度の酸素と不活性ガスの混合雰囲気とすることが特に好ましい。すなわち、焼成は、大気ないしは酸素含有ガス中で行うことが好ましい。 The atmosphere during firing is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere with an oxygen concentration of 18% by volume or more and 100% by volume or less, and a mixed atmosphere of oxygen and an inert gas having the oxygen concentration. That is, it is preferable to carry out the calcination in the atmosphere or in an oxygen-containing gas.

上述のように、酸素濃度が18容積%以上の雰囲気とするのが好ましいのは、酸素濃度を18容量%以上とすることで、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の結晶性を十分に高めることができるからである。 As described above, an atmosphere with an oxygen concentration of 18% by volume or more is preferable because the crystallinity of the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide can be sufficiently improved by setting the oxygen concentration to 18% by volume or more.

特に電池特性を考慮すると、酸素気流中で行うことが好ましい。 In particular, considering battery characteristics, it is preferable to carry out in an oxygen stream.

なお、焼成に用いられる炉は、特に限定されるものではなく、大気ないしは酸素含有ガス中でリチウム混合物を加熱できるものであればよいが、炉内の雰囲気を均一に保つ観点から、ガス発生がない電気炉が好ましい。また、バッチ式あるいは連続式の炉をいずれも用いることができる。 The furnace used for firing is not particularly limited as long as it can heat the lithium mixture in the atmosphere or in an oxygen-containing gas, but from the viewpoint of maintaining a uniform atmosphere in the furnace, an electric furnace that does not generate gas is preferable. Also, either batch or continuous furnaces can be used.

また、リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用した場合には、混合工程終了後、焼成工程を実施する前に、仮焼することが好ましい。仮焼温度は、焼成温度より低く、かつ、350℃以上800℃以下であることが好ましく、450℃以上780℃以下であることがより好ましい。 Further, when lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, it is preferable to calcine after the mixing step and before performing the firing step. The calcining temperature is lower than the firing temperature, preferably 350° C. or higher and 800° C. or lower, more preferably 450° C. or higher and 780° C. or lower.

仮焼時間は、1時間以上10時間以下程度であることが好ましく、3時間以上6時間以下であることがより好ましい。 The calcining time is preferably about 1 hour or more and 10 hours or less, more preferably 3 hours or more and 6 hours or less.

なお、仮焼は、仮焼温度で保持して仮焼することが好ましい。特に、水酸化リチウムや炭酸リチウムと、熱処理済み粒子との反応温度において仮焼することが好ましい。 In addition, it is preferable to calcine while maintaining the calcination temperature. In particular, it is preferable to calcine at the reaction temperature of lithium hydroxide or lithium carbonate and the heat-treated particles.

仮焼を行った場合、熱処理済み粒子へのリチウムの拡散が十分に行われ、均一なリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を得ることができ、好ましい。 When calcination is performed, diffusion of lithium into the heat-treated particles is sufficiently performed, and a uniform lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide can be obtained, which is preferable.

焼成工程によって得られたリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の粒子は、凝集もしくは軽度の焼結が生じている場合がある。 Particles of the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide obtained by the firing step may be aggregated or slightly sintered.

この場合には、解砕してもよい。これにより、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含む本実施形態の正極活物質を得ることができる。 In this case, it may be pulverized. Thereby, the positive electrode active material of the present embodiment containing the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide can be obtained.

なお、解砕とは、焼成時に二次粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギーを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく二次粒子を分離させて、凝集体をほぐす操作のことである。
[非水系電解質二次電池]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池の一構成例について説明する。本実施形態の非水系電解質二次電池は、既述の正極活物質を用いた正極を有することができる。
Note that crushing is an operation in which mechanical energy is applied to an agglomerate composed of a plurality of secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing to separate the secondary particles without almost destroying the secondary particles themselves, thereby loosening the agglomerates.
[Non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, one structural example of the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment will be described. The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can have a positive electrode using the positive electrode active material described above.

まず、本実施形態の非水系電解質二次電池の構造を説明する。 First, the structure of the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment will be described.

本実施形態の非水系電解質二次電池(以下、単に「二次電池」とも記載する)は、正極材料に既述の正極活物質を用いたこと以外は、一般的な非水系電解質二次電池と実質的に同様の構造を有することができる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also simply referred to as "secondary battery") of the present embodiment can have substantially the same structure as a general non-aqueous electrolyte secondary battery, except that the positive electrode active material described above is used as the positive electrode material.

本実施形態の二次電池は例えば、ケースと、このケース内に収容された正極、負極、非水系電解質およびセパレータを備えた構造を有することができる。 The secondary battery of this embodiment can have, for example, a structure including a case and a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator housed in the case.

より具体的には、本実施形態の二次電池は、セパレータを介して正極と負極とを積層させた電極体を有することができる。そして、電極体に非水系電解質を含浸させ、正極の正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および負極の負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、それぞれ集電用リードなどを用いて接続し、ケースに密閉した構造とすることができる。 More specifically, the secondary battery of this embodiment can have an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween. Then, the electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte, and between the positive electrode current collector of the positive electrode and the positive electrode terminal that communicates with the outside, and between the negative electrode current collector of the negative electrode and the negative electrode terminal that communicates with the outside, respectively.

なお、本実施形態の二次電池の構造は、上記例に限定されないのはいうまでもなく、また、その外形も筒形や積層形など、種々の形状を採用することができる。 Needless to say, the structure of the secondary battery of this embodiment is not limited to the above example, and various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape can be adopted for the outer shape.

(正極)
まず、本実施形態の二次電池の特徴である正極について説明する。正極は、シート状の部材であり、既述の正極活物質を含有する正極合材ペーストを、たとえば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布乾燥して形成されている。
(positive electrode)
First, the positive electrode, which is a feature of the secondary battery of this embodiment, will be described. The positive electrode is a sheet-like member, and is formed by coating and drying the positive electrode mixture paste containing the positive electrode active material described above on the surface of a current collector made of aluminum foil, for example.

なお、正極は、使用する電池にあわせて適宜処理される。たとえば、目的とする電池に応じて適当な大きさに形成する裁断処理や、電極密度を高めるためにロールプレスなどによる加圧圧縮処理等が行われる。 In addition, the positive electrode is appropriately processed according to the battery to be used. For example, a cutting process to form the material into a suitable size according to the intended battery, and a pressure compression process such as a roll press to increase the electrode density are performed.

前記正極合材ペーストは、正極合材に、溶剤を添加、混練して形成することができる。正極合材は、粉末状になっている既述の正極活物質と、導電材および結着剤とを混合して形成することができる。 The positive electrode mixture paste can be formed by adding a solvent to the positive electrode mixture and kneading the mixture. The positive electrode mixture can be formed by mixing the powdery positive electrode active material described above with a conductive material and a binder.

導電材は、電極に適当な導電性を与えるために添加されるものである。この導電材は、特に限定されないが、たとえば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛および膨張黒鉛など)や、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料を用いることができる。 The conductive material is added in order to give suitable conductivity to the electrode. Although the conductive material is not particularly limited, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.) and carbon black-based materials such as acetylene black and ketjen black can be used.

結着剤は、正極活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすものである。この正極合材に使用される結着剤は、特に限定されないが、たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などを用いることができる。 The binder plays a role of binding the positive electrode active material particles. The binder used in this positive electrode mixture is not particularly limited, but for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose resin, polyacrylic acid, etc. can be used.

なお、正極合材には、活性炭などを添加してもよく、活性炭などを添加することによって、正極の電気二重層容量を増加させることができる。 Activated carbon or the like may be added to the positive electrode mixture, and by adding activated carbon or the like, the electric double layer capacity of the positive electrode can be increased.

溶剤は、結着剤を溶解して、正極活物質、導電材および活性炭などを結着剤中に分散させるものである。この溶剤は特に限定されないが、例えば、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。 The solvent dissolves the binder and disperses the positive electrode active material, conductive material, activated carbon, and the like in the binder. Although this solvent is not particularly limited, for example, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

また、正極合材ペースト中における各物質の混合比は、特に限定されない。たとえば、溶剤を除いた正極合材の固形分を100質量部とした場合、一般の非水系電解質二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を60質量部以上95質量部以下、導電材の含有量を1質量部以上20質量部以下、結着剤の含有量を1質量部以上20質量部以下とすることができる。 Moreover, the mixing ratio of each substance in the positive electrode mixture paste is not particularly limited. For example, when the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material can be 60 parts by mass or more and 95 parts by mass or less, the content of the conductive material can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less, and the binder content can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less, like the positive electrode of a general nonaqueous electrolyte secondary battery.

(負極)
負極は、銅などの金属箔集電体の表面に、負極合材ペーストを塗布し、乾燥して形成されたシート状の部材である。この負極は、負極合材ペーストを構成する成分やその配合、集電体の素材などは異なるものの、実質的に前記正極と同様の方法によって形成され、正極と同様に、必要に応じて各種処理が行われる。
(negative electrode)
The negative electrode is a sheet-like member formed by applying a negative electrode mixture paste to the surface of a metal foil current collector such as copper and drying it. This negative electrode is formed by substantially the same method as the positive electrode, although the components constituting the negative electrode mixture paste, the composition thereof, the material of the current collector, etc. are different, and various treatments are performed as necessary in the same manner as the positive electrode.

負極合材ペーストは、負極活物質と結着剤とを混合した負極合材に、適当な溶剤を加えてペースト状にしたものである。 The negative electrode mixture paste is obtained by adding an appropriate solvent to a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and a binder to form a paste.

負極活物質は、たとえば、金属リチウムやリチウム合金などのリチウムを含有する物質や、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる吸蔵物質を採用することができる。 As the negative electrode active material, for example, a lithium-containing material such as metallic lithium or a lithium alloy, or an occluding material capable of intercalating and deintercalating lithium ions can be employed.

吸蔵物質は、特に限定されないが、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂などの有機化合物焼成体、およびコークスなどの炭素物質の粉状体を用いることができる。係る吸蔵物質を負極活物質に採用した場合には、正極同様に、結着剤として、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、負極活物質を結着剤中に分散させる溶剤としては、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。 The occluding substance is not particularly limited, but for example, natural graphite, artificial graphite, sintered organic compounds such as phenol resin, and powdery carbon substances such as coke can be used. When such an occluding substance is employed as the negative electrode active material, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the binder in the same manner as the positive electrode, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent for dispersing the negative electrode active material in the binder.

(セパレータ)
セパレータは、正極と負極との間に挟み込んで配置されるものであり、正極と負極とを分離し、電解質を保持する機能を有している。係るセパレータは、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微細な孔を多数有する膜を用いることができるが、上記機能を有するものであれば、特に限定されない。
(separator)
The separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and has the function of separating the positive electrode and the negative electrode and retaining the electrolyte. The separator may be, for example, a thin film of polyethylene, polypropylene, or the like, having a large number of fine pores, but is not particularly limited as long as it has the above functions.

(非水系電解質)
非水系電解質は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent.

有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート;また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート;さらに、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタンなどのエーテル化合物;エチルメチルスルホンやブタンスルトンなどの硫黄化合物;リン酸トリエチルやリン酸トリオクチルなどのリン化合物などから選ばれる1種類を、単独で、あるいは2種類以上を混合して、用いることができる。 Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and trifluoropropylene carbonate; chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and dipropyl carbonate; ether compounds such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane; sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butanesultone; One type can be used alone, or two or more types can be mixed and used.

支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO22、およびそれらの複合塩などを用いることができる。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 and their composite salts can be used.

なお、非水系電解質は、電池特性改善のため、ラジカル捕捉剤、界面活性剤、難燃剤などを含んでいてもよい。 In addition, the non-aqueous electrolyte may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like in order to improve battery characteristics.

(本実施形態の非水系電解質二次電池の特性)
本実施形態の非水系電解質二次電池は、例えば上記構成を有することができ、既述の正極活物質を用いた正極を有しているので、エネルギー密度が高く、高い初期放電容量、低い正極抵抗が得られ、高容量で高出力となる。
(Characteristics of non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment)
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can have, for example, the above configuration and has a positive electrode using the positive electrode active material described above, so it has a high energy density, a high initial discharge capacity, and a low positive electrode resistance. High capacity and high output can be obtained.

(本実施形態の二次電池の用途)
本実施形態の二次電池は、上記性質を有するので、常に高容量を要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末など)の電源に好適である。
(Use of secondary battery of the present embodiment)
Since the secondary battery of the present embodiment has the properties described above, it is suitable as a power source for small portable electronic devices (notebook personal computers, mobile phone terminals, etc.) that always require high capacity.

また、本実施形態の二次電池は、高出力が要求されるモーター駆動用電源としての電池にも好適である。電池は、大型化すると安全性の確保が困難になり、高価な保護回路が必要不可欠であるが、本実施形態の二次電池は、優れた安全性を有しているため、安全性の確保が容易になるばかりでなく、高価な保護回路を簡略化し、より低コストにできる。そして、小型化、高出力化が可能であることから、搭載スペースに制約を受ける輸送機器用の電源として好適である。 In addition, the secondary battery of the present embodiment is also suitable as a battery for driving a motor that requires high output. As the size of the battery increases, it becomes difficult to ensure safety, and an expensive protection circuit is essential. However, since the secondary battery of this embodiment has excellent safety, it not only facilitates safety assurance, but also simplifies the expensive protection circuit and lowers the cost. Further, since it is possible to reduce the size and increase the output, it is suitable as a power supply for transportation equipment, which is limited in mounting space.

以下、実施例を参照しながら本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

以下に各実施例、比較例での試料の作製条件、及び評価結果について説明する。
[実施例1]
1.前駆体の製造、評価
まず、前駆体を、以下の手順により作製した。
The preparation conditions and evaluation results of samples in Examples and Comparative Examples are described below.
[Example 1]
1. Production and Evaluation of Precursor First, a precursor was produced by the following procedure.

なお、すべての実施例、比較例を通じて、前駆体、正極活物質および二次電池の作製には、特に断りのない限り、和光純薬工業株式会社製試薬特級の各試料を使用している。
(核生成工程)
(1)初期水溶液の調製
まず、反応槽(5L)内に、水を約1.2Lの量まで入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定し、以下の核生成工程、核解砕工程、及び粒子成長工程において混合水溶液が40℃となるように制御した。なお、初期水溶液、混合水溶液の温度は、反応槽の周囲に設けた反応槽用の加温水の温度を調整することにより制御した。
In all examples and comparative examples, special grade reagent samples manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. are used for the preparation of precursors, positive electrode active materials, and secondary batteries unless otherwise specified.
(Nucleation step)
(1) Preparation of Initial Aqueous Solution First, about 1.2 L of water was put into a reaction tank (5 L), and the temperature in the tank was set to 40° C. while stirring, and the mixed aqueous solution was controlled to 40° C. in the following nucleation step, nuclear disintegration step, and particle growth step. The temperatures of the initial aqueous solution and the mixed aqueous solution were controlled by adjusting the temperature of heated water for the reaction tank provided around the reaction tank.

そして、反応槽内の水に、25質量%アンモニア水を適量加えて、初期水溶液中のアンモニウムイオン濃度を5g/Lに調節した。 Then, an appropriate amount of 25% by mass aqueous ammonia was added to the water in the reaction vessel to adjust the ammonium ion concentration in the initial aqueous solution to 5 g/L.

初期水溶液にさらに64%硫酸を添加しpHを6.4に調整した。 Further 64% sulfuric acid was added to the initial aqueous solution to adjust the pH to 6.4.

そして、反応槽内には、酸素を遮断する無酸素気体として、窒素ガスボンベから、酸素濃度が9ppmである窒素ガスを4L/分で供給し、槽内をパージし、酸素濃度が0.1体積%以下である無酸素雰囲気とした。なお、粒子成長工程開始後一定時間を経過するまで上記窒素ガスの供給を継続し、反応槽内は上記窒素ガスと同じ雰囲気である窒素ガス雰囲気、すなわち酸素の混入を抑制した無酸素雰囲気に保持されている。
(2)金属成分含有混合水溶液の調製
次に、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、及び硫酸マンガンを水に溶かして金属イオンの濃度が2.0mol/Lの金属成分含有混合水溶液を調製した。この金属成分含有混合水溶液では、各金属の元素モル比が、Ni:Co:Mn=0.165:0.165:0.67となるように調整した。
(3)pH調整水溶液の調整
炭酸ナトリウムと炭酸アンモニウムとを水に溶かして、炭酸イオン濃度が2.2mol/LのpH調整水溶液を調製した。なお、pH調整水溶液における炭酸ナトリウムと、炭酸アンモニウムとは、モル比が9:2となるように添加した。
(4)初期水溶液への、金属成分含有混合水溶液の添加、混合
金属成分含有混合水溶液を、反応槽内の初期水溶液に10.3ml/min.の割合で加えて、混合水溶液とした。
Then, into the reaction tank, nitrogen gas having an oxygen concentration of 9 ppm was supplied from a nitrogen gas cylinder at 4 L/min as an oxygen-free gas that blocks oxygen, and the inside of the tank was purged to create an oxygen-free atmosphere with an oxygen concentration of 0.1% by volume or less. The nitrogen gas is continuously supplied until a certain period of time has elapsed after the start of the particle growth step, and the inside of the reaction vessel is maintained in a nitrogen gas atmosphere, which is the same atmosphere as the nitrogen gas, that is, an oxygen-free atmosphere in which contamination of oxygen is suppressed.
(2) Preparation of metal component-containing mixed aqueous solution Next, nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate were dissolved in water to prepare a metal component-containing mixed aqueous solution having a metal ion concentration of 2.0 mol/L. In this metal component-containing mixed aqueous solution, the element molar ratio of each metal was adjusted to Ni:Co:Mn=0.165:0.165:0.67.
(3) Adjustment of pH-adjusted aqueous solution Sodium carbonate and ammonium carbonate were dissolved in water to prepare a pH-adjusted aqueous solution having a carbonate ion concentration of 2.2 mol/L. In addition, sodium carbonate and ammonium carbonate in the pH-adjusted aqueous solution were added so that the molar ratio was 9:2.
(4) Addition and mixing of metal component-containing mixed aqueous solution to initial aqueous solution The metal component-containing mixed aqueous solution was added to the initial aqueous solution in the reaction vessel at a flow rate of 10.3 ml/min. was added at a ratio of , to form a mixed aqueous solution.

なお、金属成分含有混合水溶液を添加する際、同時にpH調整水溶液を加えて、反応槽中の混合水溶液のpH値を6.4(核生成pH値)を超えないように制御しながら、4分間晶析させて核生成工程を実施した。 When adding the metal component-containing mixed aqueous solution, a pH-adjusted aqueous solution was added at the same time, and the nucleation step was performed by crystallization for 4 minutes while controlling the pH value of the mixed aqueous solution in the reaction tank so as not to exceed 6.4 (nucleation pH value).

核生成工程においてpH値は、pHコントローラによりpH調整水溶液の供給流量を調整することで制御され、混合水溶液のpH値の変動幅は中心値(設定pH値)6.2の上下0.2の範囲内であった。
(5)核解砕工程
その後、撹拌を5分間継続し、核の解砕をおこなった。
(粒子成長工程)
粒子成長工程では、核生成工程と同じ金属成分含有混合水溶液、及びpH調整水溶液を用いた。以下に粒子成長工程の実験手順を説明する。
(1)混合水溶液のpHの調整
粒子成長工程では、まず反応槽内に核生成工程と同じ窒素ガスを吹き込んだまま核生成工程で得られた混合水溶液にpH調整水溶液を添加してpH値を7.4(液温40℃基準)とした。
(2)混合水溶液への金属成分含有混合水溶液の添加、混合
pH値調整後の混合水溶液に、金属成分含有混合水溶液を10.3ml/min.の割合で添加した。
In the nucleation step, the pH value was controlled by adjusting the supply flow rate of the pH-adjusted aqueous solution with a pH controller, and the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution was within the range of 0.2 above and below the central value (set pH value) of 6.2.
(5) Nucleus Disintegration Step After that, stirring was continued for 5 minutes to disintegrate the nuclei.
(Particle growth step)
In the particle growth step, the same metal component-containing mixed aqueous solution and pH-adjusted aqueous solution as in the nucleation step were used. The experimental procedure for the grain growth process is described below.
(1) Adjustment of pH of Mixed Aqueous Solution In the particle growth step, the pH value was adjusted to 7.4 (based on liquid temperature of 40°C) by adding a pH-adjusted aqueous solution to the mixed aqueous solution obtained in the nucleation step while the same nitrogen gas as in the nucleation step was blown into the reaction tank.
(2) Addition and Mixing of Metal Component-Containing Mixed Solution to Mixed Solution Add 10.3 ml/min. was added at a ratio of

この際、混合水溶液pH値が反応温度40℃基準で7.4を超えないように金属成分含有混合水溶液、およびpH調整水溶液の添加量を制御した。 At this time, the amounts of the metal component-containing mixed aqueous solution and the pH-adjusted aqueous solution added were controlled so that the pH value of the mixed aqueous solution did not exceed 7.4 at a reaction temperature of 40°C.

この状態を50分間継続した後、反応槽内に吹き込んでいた窒素ガスを、酸素含有量が21体積%である空気に換え反応を更に、143分間継続し撹拌を止めて、晶析を終了させた。 After continuing this state for 50 minutes, the nitrogen gas blown into the reactor was replaced with air having an oxygen content of 21% by volume, and the reaction was continued for another 143 minutes, stirring was stopped, and crystallization was completed.

そして、粒子成長工程により得られた生成物を、水洗、濾過、乾燥させて前駆体の粒子を得た(洗浄、乾燥工程)。 Then, the product obtained by the particle growth process was washed with water, filtered and dried to obtain particles of the precursor (washing and drying process).

なお、粒子成長工程において、pH値は、pHコントローラによりpH調整水溶液の供給流量を調整することで制御され、混合水溶液のpH値の変動幅は中心値(設定pH値)7.2の上下0.2の範囲内であった。 In the particle growth process, the pH value was controlled by adjusting the supply flow rate of the pH-adjusted aqueous solution with a pH controller, and the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution was within the range of 0.2 above and below the central value (set pH value) of 7.2.

また、核生成工程、及び粒子成長工程において、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は5g/Lに維持されていた。 Moreover, in the nucleation process and the particle growth process, the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution was maintained at 5 g/L.

(前駆体の評価)
得られた前駆体について、無機酸により溶解した後、ICP発光分光法により化学分析を行ったところ、その組成は、Ni:Co:Mn=15.8at%:16.6at%:67.6at%からなる炭酸塩であることが確認できた。さらに、元素分析装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック製 型式:FlashEA 1112)を用いて、水素(H)の元素量を測定し、金属(Ni+Co+Mn)との物質量比を算出すると1.61と多くの水素を含むことが確認できた。また、水素を含有する官能基を有することが確認できた。
(Precursor evaluation)
The obtained precursor was dissolved in an inorganic acid and then chemically analyzed by ICP emission spectroscopy. Furthermore, using an elemental analyzer (Model: FlashEA 1112, manufactured by Thermo Fisher Scientific), the element amount of hydrogen (H) was measured, and when the substance amount ratio with the metal (Ni + Co + Mn) was calculated, it was confirmed to contain a large amount of hydrogen, 1.61. In addition, it was confirmed to have a functional group containing hydrogen.

また、この前駆体の粒子について、平均粒径D50を、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)を用いて測定した結果、平均粒径は10.7μmであることが確認できた。 In addition, the average particle diameter D50 of the precursor particles was measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (Microtrac HRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), and the average particle diameter was confirmed to be 10.7 μm.

次に、得られた前駆体の粒子のSEM(株式会社日立ハイテクノロジース製、走査電子顕微鏡S-4700)観察(倍率:3000倍)を行ったところ、得られた前駆体の粒子は、略球状であり、粒径がほぼ均一に揃っていることが確認された。なお、係る形状の場合、表2に示している前駆体の粒子の球形性を〇と判断する。 Next, when the obtained precursor particles were observed by SEM (scanning electron microscope S-4700 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) (magnification: 3000 times), it was confirmed that the obtained precursor particles were substantially spherical and had a substantially uniform particle size. In the case of such a shape, the sphericity of the precursor particles shown in Table 2 is judged as ◯.

SEM観察結果を図2に示す。 SEM observation results are shown in FIG.

また、得られた前駆体の粒子の比表面積を、マックソープ(株式会社マウンテック製)を使用し、評価したところ、40.5m/gであった。
2.正極活物質の製造、評価
次に、得られた前駆体を用いて正極活物質の製造、評価を行った。
Further, the specific surface area of the obtained precursor particles was evaluated using Mac Soap (manufactured by Mountec Co., Ltd.) and found to be 40.5 m 2 /g.
2. Production and Evaluation of Positive Electrode Active Material Next, the obtained precursor was used to produce and evaluate a positive electrode active material.

(正極活物質の製造)
上記前駆体を、空気(酸素:21容量%)気流中にて、500℃で2時間の熱処理を行って、熱処理済み粒子である複合酸化物粒子に転換して回収した。
(Manufacturing of positive electrode active material)
The above precursor was heat-treated at 500° C. for 2 hours in an air stream (oxygen: 21% by volume), converted to heat-treated composite oxide particles, and recovered.

次に、熱処理済み粒子とリチウム化合物とを混合し、リチウム混合物を得た。 Next, the heat-treated particles and the lithium compound were mixed to obtain a lithium mixture.

具体的には、得られるリチウム混合物のLi/Me=1.5となるように炭酸リチウムを秤量し、上記熱処理済み粒子と混合してリチウム混合物を調製した。 Specifically, lithium carbonate was weighed so that Li/Me in the resulting lithium mixture would be 1.5, and mixed with the heat-treated particles to prepare a lithium mixture.

混合は、シェーカーミキサ装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製、TURBULA TypeT2C)を用いて行った。 Mixing was performed using a shaker-mixer device (TURBULA Type T2C manufactured by Willie & Bachoffen (WAB)).

得られたリチウム混合物を大気中(酸素:21容量%)にて、500℃で5時間仮焼した後、950℃で2時間焼成し、冷却した後、解砕して正極活物質を得た。 The obtained lithium mixture was calcined at 500° C. for 5 hours in the air (oxygen: 21% by volume), then calcined at 950° C. for 2 hours, cooled, and pulverized to obtain a positive electrode active material.

なお、得られた正極活物質の組成は、Li1.5Ni0.158Co0.166Mn0.676と表される。 The composition of the obtained positive electrode active material is expressed as Li1.5Ni0.158Co0.166Mn0.676O2 .

(正極活物質の評価)
前駆体の粒子の場合と同様の方法で、得られた正極活物質の粒度分布を測定したところ、平均粒径は9.8μmであることが確認できた。
(Evaluation of positive electrode active material)
When the particle size distribution of the obtained positive electrode active material was measured in the same manner as for the precursor particles, it was confirmed that the average particle size was 9.8 μm.

また、正極活物質の断面SEM観察を行った。 Moreover, the cross-sectional SEM observation of the positive electrode active material was performed.

正極活物質の断面のSEM観察を行うに当たって、複数の正極活物質粒子の二次粒子を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工により該粒子の断面観察が可能な状態としてから、SEMにより観察を行った。 In performing SEM observation of the cross section of the positive electrode active material, secondary particles of a plurality of positive electrode active material particles were embedded in a resin, and the cross section of the particles was made possible by processing with a cross-section polisher, and then observed by SEM.

図3(A)、図3(B)に正極活物質の断面SEM観察結果を示す。図3(B)は、図3(A)の一部拡大図であり、図3(A)で点線で囲った粒子の拡大図となる。 3A and 3B show cross-sectional SEM observation results of the positive electrode active material. FIG. 3(B) is a partially enlarged view of FIG. 3(A), which is an enlarged view of the particle surrounded by the dotted line in FIG. 3(A).

図3(A)、図3(B)に示したように、得られた正極活物質は、略球状であることが確認できた。この場合、表3において球形性を〇と評価する。また、二次粒子内部の中心部まで均一な細孔を有した構造となっていることが確認できた。 As shown in FIGS. 3A and 3B, it was confirmed that the positive electrode active material obtained was substantially spherical. In this case, sphericity is evaluated as ◯ in Table 3. In addition, it was confirmed that the secondary particles had a structure with uniform pores up to the central part.

また、これらの断面SEM像の粒子を100個以上観察し、画像解析ソフト(アメリカ国立衛生研究所の開発ソフト、ImageJ)を用いて二次粒子の空隙率を算出した。任意に選択した100個の多孔質粒子について上記画像解析ソフトを用いて各々の空隙率を算出したところ、多孔質粒子の割合は100%であった。なお、多孔質粒子は二次粒子の空隙率が3%を超えている粒子を意味する。多孔質ではない二次粒子の空隙率は3%以下の緻密な粒子である。 In addition, 100 or more particles in these cross-sectional SEM images were observed, and the porosity of the secondary particles was calculated using image analysis software (developed by the National Institutes of Health, ImageJ). When the porosity of each of 100 arbitrarily selected porous particles was calculated using the above image analysis software, the percentage of porous particles was 100%. The porous particles mean particles in which the porosity of the secondary particles exceeds 3%. Non-porous secondary particles are dense particles with a porosity of 3% or less.

また、多孔質粒子の平均空隙率は15%であった。さらに、多孔質粒子のうち、空隙率が10%以上20%以下の多孔質粒子の割合は100%であった。 Moreover, the average porosity of the porous particles was 15%. Furthermore, among the porous particles, the proportion of porous particles having a porosity of 10% or more and 20% or less was 100%.

表3には、多孔質粒子の空隙率として、上述の任意に選択した粒子のうち、多孔質粒子の平均空隙率を示している。また、多孔質粒子の個数割合として、観察した粒子に占める多孔質粒子の割合を示している。さらに、多孔質粒子のうち、空隙率が10%以上20%以下である多孔質粒子の個数割合も示している。 Table 3 shows the average porosity of the porous particles among the above arbitrarily selected particles as the porosity of the porous particles. In addition, the ratio of the porous particles to the observed particles is shown as the number ratio of the porous particles. Furthermore, the number ratio of porous particles having a porosity of 10% or more and 20% or less among the porous particles is also shown.

以下の比較例1、2に関しても同様である。 The same applies to Comparative Examples 1 and 2 below.

さらに、タップ密度の測定を行ったところ、2.1g/ccであることが確認できた。 Furthermore, when the tap density was measured, it was confirmed to be 2.1 g/cc.

タップ密度は、得られた正極活物質を20mlメスシリンダーに充填後、該メスシリンダーについて、高さ2cmからの自由落下を500回繰り返す方法で密に充填させてから測定を行った。 The tap density was measured after filling a 20 ml graduated cylinder with the obtained positive electrode active material, and then densely filling the graduated cylinder by a method in which free fall from a height of 2 cm was repeated 500 times.

また、得られた正極活物質について、流動方式ガス吸着法比表面積測定装置(ユアサアイオニクス社製、マルチソーブ)により比表面積を求めたところ、2.5m/gであることが確認できた。 Further, when the specific surface area of the obtained positive electrode active material was determined by a flow type gas adsorption method specific surface area measuring device (manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd., Multisorb), it was confirmed to be 2.5 m 2 /g.

[二次電池の製造]
得られた正極活物質を用いて、2032型コイン型電池を作製し、評価した。
[Manufacturing of secondary battery]
Using the obtained positive electrode active material, a 2032 type coin battery was produced and evaluated.

図4を用いて、作製したコイン型電池の構成について説明する。図4はコイン型電池の断面構成図を模式的に示している。 The configuration of the manufactured coin-type battery will be described with reference to FIG. FIG. 4 schematically shows a cross-sectional configuration diagram of a coin-type battery.

図4に示す様に、このコイン型電池10は、ケース11と、このケース11内に収容された電極12とから構成されている。 As shown in FIG. 4, the coin-type battery 10 is composed of a case 11 and an electrode 12 housed in the case 11. As shown in FIG.

ケース11は、中空かつ一端が開口された正極缶111と、この正極缶111の開口部に配置される負極缶112とを有しており、負極缶112を正極缶111の開口部に配置すると、負極缶112と正極缶111との間に電極12を収容する空間が形成されるように構成されている。 The case 11 has a hollow positive electrode can 111 with one end open, and a negative electrode can 112 arranged in the opening of the positive electrode can 111. When the negative electrode can 112 is arranged in the opening of the positive electrode can 111, a space for accommodating the electrode 12 is formed between the negative electrode can 112 and the positive electrode can 111.

電極12は、正極121、セパレータ122および負極123からなり、この順で並ぶように積層されており、正極121が正極缶111の内面に接触し、負極123が負極缶112の内面に接触するようにケース11に収容されている。 The electrode 12 is composed of a positive electrode 121, a separator 122 and a negative electrode 123, which are stacked in this order and housed in the case 11 so that the positive electrode 121 is in contact with the inner surface of the positive electrode can 111 and the negative electrode 123 is in contact with the inner surface of the negative electrode can 112.

なお、ケース11は、ガスケット113を備えており、このガスケット113によって、正極缶111と負極缶112との間が電気的に絶縁状態を維持するように固定されている。また、ガスケット113は、正極缶111と負極缶112との隙間を密封して、ケース11内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。 The case 11 is provided with a gasket 113, and the positive electrode can 111 and the negative electrode can 112 are fixed by the gasket 113 so as to maintain an electrically insulated state. The gasket 113 also has the function of sealing the gap between the positive electrode can 111 and the negative electrode can 112 to airtightly and liquidtightly isolate the inside of the case 11 from the outside.

このコイン型電池10を、以下のようにして作製した。まず、得られた正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、およびポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)7.5mgを溶剤(N-メチル-2-ピロリドン)と共に混合し、100MPaの圧力で直径11mm、厚さ100μmにプレス成形して、正極121を作製した。作製した正極121を、真空乾燥機中、120℃で12時間乾燥した。この正極121、負極123、セパレータ122および電解液とを用いて、コイン型電池10を、露点が-80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。 This coin-type battery 10 was produced as follows. First, 52.5 mg of the obtained positive electrode active material, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) were mixed with a solvent (N-methyl-2-pyrrolidone), and press-molded at a pressure of 100 MPa to have a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm to prepare the positive electrode 121. The produced positive electrode 121 was dried at 120° C. for 12 hours in a vacuum dryer. Using the positive electrode 121, the negative electrode 123, the separator 122, and the electrolytic solution, a coin-type battery 10 was produced in an Ar atmosphere glove box with a controlled dew point of -80°C.

なお、負極123には、直径14mmの円盤状に打ち抜かれた平均粒径20μm程度の黒鉛粉末と、ポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極シートを用いた。また、セパレータ122には、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。電解液には、1MのLiClO4を支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。 For the negative electrode 123, a negative electrode sheet in which graphite powder having an average particle size of about 20 μm and polyvinylidene fluoride coated on a copper foil was used, which was punched into a disk shape of 14 mm in diameter. A polyethylene porous film having a film thickness of 25 μm was used for the separator 122 . As the electrolytic solution, an equal mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) with 1M LiClO 4 as the supporting electrolyte (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used.

[電池評価]
得られたコイン型電池10の性能を評価する、初期放電容量は、以下のように定義した。
[Battery evaluation]
The initial discharge capacity for evaluating the performance of the obtained coin-type battery 10 was defined as follows.

初期放電容量は、コイン型電池10を作製してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.05C(270mA/gを1Cとする)としてカットオフ電圧4.65Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧2.35Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。 For the initial discharge capacity, the coin-type battery 10 was left for about 24 hours after it was produced, and after the open circuit voltage OCV (open circuit voltage) was stabilized, the current density to the positive electrode was set to 0.05 C (270 mA / g is set to 1 C), charged to the cutoff voltage of 4.65 V, and after resting for 1 hour, the capacity when discharged to the cutoff voltage of 2.35 V was taken as the initial discharge capacity.

上記正極活物質を用いて形成された正極を有するコイン型電池について、電池評価を行ったところ、初期放電容量は290mAh/gであった。また、高放電レート特性を評価するため0.01Cで充放電容量を測定、その後、0.2C,0.5C,1.0Cで各3回充放電容量を測定した後、2.0Cで3回測定した平均値を高放電レートの放電容量とした。その値は、205mAh/gであった。 A coin battery having a positive electrode formed using the above positive electrode active material was evaluated, and the initial discharge capacity was 290 mAh/g. In addition, in order to evaluate the high discharge rate characteristics, the charge/discharge capacity was measured at 0.01 C, then the charge/discharge capacity was measured three times each at 0.2 C, 0.5 C, and 1.0 C, and the average value of the three measurements at 2.0 C was taken as the high discharge rate discharge capacity. Its value was 205 mAh/g.

そして、初期放電容量と、タップ密度との積であるエネルギー密度は609mAh/ccであった。 The energy density, which is the product of the initial discharge capacity and the tap density, was 609 mAh/cc.

本実施例の製造条件をまとめたものを表1に、本実施例により得られた前駆体の特性を表2に、正極活物質の特性およびこの正極活物質を用いて製造したコイン型電池の各評価を表3に、それぞれ示す。また、以下の比較例1および比較例2についても、同様の内容について同表に示す。
[比較例1]
前駆体の製造時、反応槽内に吹込むガスを全て、酸素濃度が21体積%である空気ガスとした点、および粒子成長工程の時間を196分間に変更した点以外は、実施例1と同様にして、前駆体、正極活物質、二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1~表3に示す。
Table 1 summarizes the production conditions of this example, Table 2 shows the properties of the precursor obtained in this example, and Table 3 shows the properties of the positive electrode active material and the evaluation of the coin-type battery produced using this positive electrode active material. In addition, the same contents are shown in the same table for the following comparative examples 1 and 2 as well.
[Comparative Example 1]
A precursor, a positive electrode active material, and a secondary battery were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that air gas having an oxygen concentration of 21% by volume was used as the gas blown into the reaction vessel during the production of the precursor, and that the time for the particle growth process was changed to 196 minutes. The results are shown in Tables 1-3.

なお、得られた正極活物質について、実施例1と同様にして断面SEM像観察を行い、画像解析ソフトにより二次粒子の空隙率を算出した。任意に選択した100個の二次粒子のうち、多孔質粒子の個数割合は100%であった。さらに、多孔質粒子の平均空隙率は23%であった。 A cross-sectional SEM image of the obtained positive electrode active material was observed in the same manner as in Example 1, and the porosity of the secondary particles was calculated using image analysis software. Among 100 arbitrarily selected secondary particles, the number ratio of porous particles was 100%. Furthermore, the average porosity of the porous particles was 23%.

そして、観察を行った正極活物質の二次粒子はいずれも多孔質粒子であったものの、多孔質粒子の多くは空隙率が20%を超えており、多孔質粒子のうち、空隙率が10%以上20%以下である多孔質粒子の割合は30%であった。
[比較例2]
前駆体の製造時の反応槽内への吹込みガスを全て、酸素濃度が9ppmである窒素ガスとした点、粒子成長工程の時間を196分間に変更した点、および焼成温度を850℃とした点以外は、実施例1と同様にして、前駆体、正極活物質、二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1~表3に示す。
All of the observed secondary particles of the positive electrode active material were porous particles, but most of the porous particles had a porosity of more than 20%.
[Comparative Example 2]
A precursor, a positive electrode active material, and a secondary battery were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the nitrogen gas having an oxygen concentration of 9 ppm was used as the gas blown into the reaction vessel during the production of the precursor, the time for the particle growth process was changed to 196 minutes, and the firing temperature was set to 850°C. The results are shown in Tables 1-3.

得られた正極活物質について、実施例1と同様にして断面SEM観察を行った。 Cross-sectional SEM observation was performed in the same manner as in Example 1 for the obtained positive electrode active material.

図5(A)、図5(B)に代表的な粒子の断面像を示す。なお、図5(A)は全体図を示しており、図5(B)は図5(A)で点線で囲った粒子を拡大して示したものである。 5A and 5B show cross-sectional images of representative particles. In addition, FIG. 5(A) shows an overall view, and FIG. 5(B) shows an enlarged view of the particle surrounded by the dotted line in FIG. 5(A).

また、得られた正極活物質について、実施例1と同様にして断面SEM像から画像解析ソフトを用いて二次粒子の空隙率を算出した。任意に選択した100個の二次粒子のうち、多孔質粒子の個数割合は30%であった。さらに多孔質粒子の平均空隙率は18%であった。 Further, for the obtained positive electrode active material, the porosity of the secondary particles was calculated from the cross-sectional SEM image in the same manner as in Example 1 using image analysis software. Among 100 arbitrarily selected secondary particles, the number ratio of porous particles was 30%. Furthermore, the average porosity of the porous particles was 18%.

さらに、多孔質粒子のうち、空隙率が10%以上20%以下である多孔質粒子の割合は30%であった。 Furthermore, among the porous particles, the percentage of porous particles having a porosity of 10% or more and 20% or less was 30%.

Figure 0007313112000001
Figure 0007313112000001

Figure 0007313112000002
Figure 0007313112000002

Figure 0007313112000003
実施例1の前駆体は、表2の結果から目的組成になっていることを確認できた。さらに、該前駆体から得られた正極活物質は多孔質粒子を含み、多孔質粒子のうち、空隙率が10%以上20%以下の多孔質粒子の個数割合も100%となることが確認された。
Figure 0007313112000003
It was confirmed from the results in Table 2 that the precursor of Example 1 had the target composition. Furthermore, it was confirmed that the positive electrode active material obtained from the precursor contained porous particles, and the number ratio of porous particles having a porosity of 10% or more and 20% or less among the porous particles was 100%.

係る正極活物質を用いた電池とすることで、初期放電容量、及び高放電レート条件での放電容量が十分に高くできることが確認できた。また、エネルギー密度も609mAh/ccと高くなることが確認できた。 It was confirmed that a battery using such a positive electrode active material can sufficiently increase the initial discharge capacity and the discharge capacity under high discharge rate conditions. In addition, it was confirmed that the energy density also increased to 609 mAh/cc.

これに対して、比較例1においては、前駆体について、H/Meが1.65を超えており、目的組成の前駆体が得られていないことが確認できた。また、係る前駆体を用いて得られた正極活物質は、多孔質粒子を含むことが確認されたが、多くの多孔質粒子はその空隙率が20%を上回っており、多孔質粒子のうち、空隙率が10%以上20%以下である多孔質粒子の個数割合は30%と低くなることが確認された。このため、正極活物質のタップ密度が低くエネルギー密度が小さいことが確認できた。 On the other hand, in Comparative Example 1, the H/Me ratio of the precursor exceeded 1.65, and it was confirmed that the precursor having the target composition was not obtained. In addition, it was confirmed that the positive electrode active material obtained using such a precursor contained porous particles, but many of the porous particles had a porosity of more than 20%. Therefore, it was confirmed that the positive electrode active material had a low tap density and a low energy density.

また、比較例2においては、前駆体について、H/Meが1.6未満となっており、目的組成の前駆体が得られていないことが確認できた。また、係る前駆体を用いて得られた正極活物質は、多孔質粒子を含むものの、多孔質粒子のうち、空隙率が10%以上20%以下である多孔質粒子の個数割合が30%と低くなることが確認された。すなわち、該前駆体を用いて正極活物質を製造した場合に、空隙率が10%以上20%以下の多孔質粒子はほとんど得られないことが確認できた。 In addition, in Comparative Example 2, the H/Me ratio of the precursor was less than 1.6, confirming that the precursor having the intended composition was not obtained. In addition, although the positive electrode active material obtained using such a precursor contains porous particles, the number ratio of porous particles having a porosity of 10% or more and 20% or less among the porous particles was as low as 30%. That is, it was confirmed that porous particles with a porosity of 10% or more and 20% or less were hardly obtained when a positive electrode active material was produced using the precursor.

そして、係る正極活物質を用いて製造した二次電池においては、初期放電容量、及び高放電レート条件での放電容量、エネルギー密度が、共に実施例1の場合と比較して劣ることを確認できた。 It was also confirmed that the secondary battery manufactured using such a positive electrode active material was inferior to that of Example 1 in terms of initial discharge capacity, discharge capacity under high discharge rate conditions, and energy density.

Claims (15)

一般式NiCoMnCO(但し、式中において、x+y+z+t=1、0.05≦x≦0.3、0.1≦y≦0.4、0.55≦z≦0.8、0≦t≦0.1を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の添加元素である。)で表されるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、
水素を含有する官能基と、を含んでおり、
含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meが1.60以上1.65以下であり、
比表面積が30m/g以上60m/g以下である非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体。
General formula Ni x Co y Mnz M t CO 3 (where x + y + z + t = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.3, 0.1 ≤ y ≤ 0.4, 0.55 ≤ z ≤ 0.8, 0 ≤ t ≤ 0.1 are satisfied, and M is one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, W. ) and a nickel-cobalt-manganese carbonate composite represented by
a functional group containing hydrogen;
H/Me, which is the substance amount ratio of the contained hydrogen H and the contained metal component Me, is 1.60 or more and 1.65 or less,
A positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery, having a specific surface area of 30 m 2 /g or more and 60 m 2 /g or less.
前記ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物の前記一般式中の添加元素MはMoを含有し、
前記ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物中の金属成分のうち、Moの含有割合が0.5at%以上5at%以下である請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体。
The additive element M in the general formula of the nickel-cobalt-manganese carbonate composite contains Mo,
2. The positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the content of Mo among the metal components in said nickel-cobalt-manganese carbonate composite is 0.5 at % or more and 5 at % or less.
リチウム金属複合酸化物を含む非水系電解質二次電池用正極活物質であって、
前記リチウム金属複合酸化物は、一般式Li1+αNiCoMn(0.25≦α≦0.55、x+y+z+t=1、0.05≦x≦0.3、0.1≦y≦0.4、0.55≦z≦0.8、0≦t≦0.1、Mは添加元素であり、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の元素)で表され、
複数の一次粒子が凝集した、多孔質の二次粒子を含み、
前記多孔質の二次粒子のうち、二次粒子の内部の空隙率が10%以上20%以下である二次粒子の個数割合が80%以上あり、
タップ密度と、初期放電容量との積であるエネルギー密度が580mAh/cc以上であり、
前記初期放電容量は、前記非水系電解質二次電池用正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)7.5mgをN-メチル-2-ピロリドンと共に混合し、100MPaの圧力で直径11mm、厚さ100μmにプレス成形し、さらに真空乾燥機中、120℃で12時間乾燥して得られた正極と、
直径14mmの円盤状に打ち抜かれた、黒鉛粉末と、ポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極と、
膜厚25μmのポリエチレン多孔膜であるセパレータと、
1MのLiClO4を支持電解質とするエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの等量混合液である電解液とを用いた電池を用い、
正極に対する電流密度を0.05Cとしてカットオフ電圧4.65Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧2.35Vまで放電したときの容量である非水系電解質二次電池用正極活物質。
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium metal composite oxide,
The lithium metal composite oxide has the general formula Li1 +αNixCoyMnzMtO2 ( 0.25≦α≦0.55, x+ y +z+t= 1 , 0.05≦x≦0.3, 0.1≦y≦0.4, 0.55≦z≦0.8, 0≦t≦0.1, M is an additive element, Mg , Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr , Nb, Mo, and one or more elements selected from W),
Including porous secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated,
Among the porous secondary particles, the number ratio of secondary particles having a porosity inside the secondary particles of 10% or more and 20% or less is 80% or more,
The energy density, which is the product of the tap density and the initial discharge capacity, is 580 mAh/cc or more,
The initial discharge capacity is obtained by mixing 52.5 mg of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) with N-methyl-2-pyrrolidone, pressing the mixture into a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm at a pressure of 100 MPa, and further drying in a vacuum dryer at 120° C. for 12 hours.
A negative electrode in which graphite powder and polyvinylidene fluoride are applied to a copper foil, which are punched into a disk shape with a diameter of 14 mm,
A separator that is a polyethylene porous membrane with a thickness of 25 μm;
Using a battery using an electrolytic solution that is an equal mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate with 1 M LiClO 4 as the supporting electrolyte,
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is the capacity when the positive electrode is charged to a cut-off voltage of 4.65 V at a current density of 0.05 C, rested for 1 hour, and then discharged to a cut-off voltage of 2.35 V.
前記リチウム金属複合酸化物の前記一般式中の添加元素MはMoを含有し、
前記リチウム金属複合酸化物中のNi、Co、Mn、及び添加元素Mのうち、モリブデンの含有割合が0.5at%以上5at%以下である請求項3に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
The additional element M in the general formula of the lithium metal composite oxide contains Mo,
4. The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein the content of molybdenum among Ni, Co, Mn, and additive element M in said lithium metal composite oxide is 0.5 at % or more and 5 at % or less.
比表面積が、1.5m/g以上である請求項3または4に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to claim 3 or 4, having a specific surface area of 1.5 m 2 /g or more. タップ密度が2.0g/cc以上である、請求項3乃至5のいずれか一項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 3 to 5, having a tap density of 2.0 g/cc or more. 高放電レート条件(2C)での放電容量が、195mAh/g以上である請求項3乃至6のいずれか一項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 3 to 6, wherein the discharge capacity under high discharge rate conditions (2C) is 195 mAh/g or more. 一般式NiCoMnCO(但し、式中において、x+y+z+t=1、0.05≦x≦0.3、0.1≦y≦0.4、0.55≦z≦0.8、0≦t≦0.1を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Wから選択される1種類以上の添加元素である。)で表されるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基と、を含む非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法であって、
炭酸イオンの存在下、アルカリ性物質および/またはアンモニウムイオン供給体を含有する初期水溶液と、金属成分としてニッケルを含有する水溶液と、金属成分としてコバルトを含有する水溶液と、金属成分としてマンガンを含有する水溶液とを、混合した混合水溶液において核を生成する核生成工程と、
核生成工程で形成した前記核を成長させる粒子成長工程と、を有し、
前記核生成工程は、前記混合水溶液のpH値を、反応温度40℃基準において7.5以下で、かつ前記粒子成長工程における前記混合水溶液のpH値よりも低くなるように制御し、
前記粒子成長工程は、前記核生成工程で得られた前記混合水溶液のpH値を、反応温度40℃基準において6.0以上9.0以下となるように調整し、工程の途中で、酸素含有量が0.1体積%未満である無酸素雰囲気から、酸素含有量が2体積%以上である酸素含有雰囲気に切り替える非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法。
General formula Ni x Co y Mnz M t CO 3 (where x + y + z + t = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.3, 0.1 ≤ y ≤ 0.4, 0.55 ≤ z ≤ 0.8, 0 ≤ t ≤ 0.1 are satisfied, and M is one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, W. ) and a functional group containing hydrogen, a method for producing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery,
a nucleation step of generating nuclei in a mixed aqueous solution in which an initial aqueous solution containing an alkaline substance and/or an ammonium ion donor, an aqueous solution containing nickel as a metal component, an aqueous solution containing cobalt as a metal component, and an aqueous solution containing manganese as a metal component are mixed in the presence of carbonate ions;
a particle growth step of growing the nuclei formed in the nucleation step;
In the nucleation step, the pH value of the mixed aqueous solution is controlled to be 7.5 or less at a reaction temperature of 40° C. and lower than the pH value of the mixed aqueous solution in the particle growth step ,
In the particle growth step, the pH value of the mixed aqueous solution obtained in the nucleation step is adjusted to 6.0 or more and 9.0 or less at a reaction temperature of 40 ° C., and the oxygen content is 0.1% by volume or less in the middle of the step.
前記アンモニウムイオン供給体は、炭酸アンモニウム水溶液、アンモニア水、塩化アンモニウム水溶液、硫酸アンモニウム水溶液から選択された1種類以上であり、
前記アルカリ性物質は、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムから選択された1種類以上である請求項8に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法。
The ammonium ion donor is one or more selected from an aqueous ammonium carbonate solution, an aqueous ammonia solution, an aqueous ammonium chloride solution, and an aqueous ammonium sulfate solution,
The method for producing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 8, wherein the alkaline substance is one or more selected from sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate, sodium hydroxide, and potassium hydroxide.
前記粒子成長工程は、前記核生成工程後の前記混合水溶液に、炭酸イオンの存在下、金属成分としてニッケルを含有する水溶液と、金属成分としてコバルトを含有する水溶液と、金属成分としてマンガンを含有する水溶液とを添加、混合する工程であって、
前記粒子成長工程の間、前記混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度が、0g/L以上20g/L以下である請求項8または9に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法。
The particle growth step is a step of adding and mixing an aqueous solution containing nickel as a metal component, an aqueous solution containing cobalt as a metal component, and an aqueous solution containing manganese as a metal component in the presence of carbonate ions to the mixed aqueous solution after the nucleation step,
The method for producing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 8 or 9, wherein the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution is 0 g/L or more and 20 g/L or less during the particle growth step.
前記粒子成長工程の時間Tのうち、無酸素雰囲気とする時間が1/5T以上1/2T以下である請求項8乃至10のいずれか一項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 8 to 10, wherein the oxygen-free atmosphere is 1/5T or more and 1/2T or less in the time T of the particle growth step. 前記核生成工程では、前記混合水溶液の温度を、30℃以上に維持する請求項8乃至11のいずれか一項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 8 to 11, wherein in the nucleation step, the temperature of the mixed aqueous solution is maintained at 30°C or higher. 前記粒子成長工程で得られた非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を、前記添加元素で被覆する被覆工程をさらに有する請求項8乃至12のいずれか一項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 8 to 12, further comprising a coating step of coating the positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries obtained in the particle growth step with the additive element. 前記被覆工程は、
前記非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体が懸濁したスラリーに、前記添加元素を含む水溶液を添加して、前記非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の表面に前記添加元素を析出させる工程、
前記非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体と、前記添加元素を含む化合物とが懸濁したスラリーを噴霧乾燥させる工程、および
前記非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体と、前記添加元素を含む化合物とを固相法で混合する工程、から選択されたいずれかである請求項13に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法。
The coating step includes
A step of adding an aqueous solution containing the additive element to the slurry in which the positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries is suspended to deposit the additive element on the surface of the positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries;
The method for producing a positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to claim 13, wherein the positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries and the step of spray drying a slurry in which the compound containing the additive element is suspended, and the positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries and the step of mixing the compound containing the additive element by a solid phase method.
請求項8乃至14のいずれか一項に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法により得られた非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を、80℃以上600℃以下の温度で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程により得られた粒子に対してリチウム化合物を添加、混合してリチウム混合物を形成する混合工程と、
前記リチウム混合物を、酸化性雰囲気中、600℃以上1000℃以下の温度で焼成する焼成工程と、を有する、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
A heat treatment step of heat-treating the positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries obtained by the method for producing a positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 8 to 14 at a temperature of 80 ° C. or higher and 600 ° C. or lower;
a mixing step of adding a lithium compound to the particles obtained by the heat treatment step and mixing them to form a lithium mixture;
and a baking step of baking the lithium mixture at a temperature of 600° C. or higher and 1000° C. or lower in an oxidizing atmosphere.
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