JP7408912B2 - Method for producing positive electrode active material for lithium ion secondary batteries - Google Patents

Method for producing positive electrode active material for lithium ion secondary batteries Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン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 method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.

近年、スマートフォンやタブレットPC等の携帯情報端末の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な非水電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電池式電気自動車などの電気自動車用の電源として高出力の二次電池の開発が強く望まれている。 In recent years, with the spread of mobile information terminals such as smartphones and tablet PCs, there has been a strong desire to develop small and lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries with high energy density. Furthermore, there is a strong desire to develop high-output secondary batteries as power sources for electric vehicles such as hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and battery-powered electric vehicles.

このような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。このリチウムイオン二次電池は、負極、正極、電解質などで構成され、その負極および正極の材料として用いられる活物質には、充放電によりリチウムを脱離および挿入することが可能な材料が使用される。 A lithium ion secondary battery is a secondary battery that meets such requirements. This lithium-ion secondary battery consists of a negative electrode, a positive electrode, an electrolyte, etc. The active material used for the negative and positive electrodes is a material that can desorb and insert lithium during charging and discharging. Ru.

このリチウムイオン二次電池のうち、層状またはスピネル型のリチウム遷移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級の電圧が得られるため、高エネルギー密度を有する電池として、現在、研究開発が盛んに行われており、一部では実用化も進んでいる。 Among these lithium ion secondary batteries, lithium ion secondary batteries that use a layered or spinel type lithium transition metal composite oxide as the positive electrode material can obtain a voltage of 4V class, so they can be used as batteries with high energy density. Currently, research and development is being actively carried out, and some are even in the process of being put into practical use.

このようなリチウムイオン二次電池の正極材料として、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)粒子、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)粒子、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)粒子、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)粒子、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5)粒子などのリチウム遷移金属複合酸化物粒子が提案されている。 As positive electrode materials for such lithium ion secondary batteries, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) particles that are relatively easy to synthesize, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) particles using nickel, which is cheaper than cobalt, Lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) particles, lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) particles using manganese, lithium nickel manganese composite oxide (LiNi Lithium transition metal composite oxide particles such as 0.5 Mn 0.5 O 2 ) particles have been proposed.

ところで、サイクル特性や出力特性に優れたリチウムイオン二次電池を得るためには、正極活物質が、小粒径で粒度分布が狭い粒子によって構成されていることが必要となる。これは、粒径が小さい粒子は、比表面積が大きく、正極活物質として用いた場合に電解液との反応面積を十分に確保することができるばかりでなく、正極を薄く構成し、リチウムイオンの正極-負極間の移動距離を短くすることができるため、正極抵抗の低減が可能だからである。また、粒度分布が狭い粒子は、電極内で粒子に印加される電圧を均一化できるため、微粒子が選択的に劣化することによる電池容量の低下を抑制することが可能だからである。 By the way, in order to obtain a lithium ion secondary battery with excellent cycle characteristics and output characteristics, it is necessary that the positive electrode active material is composed of particles having a small particle size and a narrow particle size distribution. This is because particles with a small particle size have a large specific surface area, and when used as a positive electrode active material, they not only can secure a sufficient reaction area with the electrolyte, but also allow the positive electrode to be made thinner, allowing lithium ion This is because the moving distance between the positive electrode and the negative electrode can be shortened, so that the positive electrode resistance can be reduced. In addition, particles with a narrow particle size distribution can equalize the voltage applied to the particles within the electrode, making it possible to suppress a decrease in battery capacity due to selective deterioration of fine particles.

例えば、特開2011-116580号公報、特開2012-246199号公報、特開2013-147416号公報およびWO2012/131881号公報には、主として核生成を行う核生成工程と、主として粒子成長を行う粒子成長工程の2段階に明確に分離した晶析反応により、正極活物質の前駆体となる遷移金属複合水酸化物粒子を製造する方法が開示されている。 For example, JP2011-116580A, JP2012-246199A, JP2013-147416A, and WO2012/131881A describe a nucleation process that mainly performs nucleation and a particle growth process that mainly performs particle growth. A method is disclosed for producing transition metal composite hydroxide particles, which serve as a precursor of a positive electrode active material, through clearly separated crystallization reactions in two stages of the growth process.

これらの方法では、核生成工程および粒子成長工程におけるpH値や反応雰囲気を適宜調整することで、小粒径で粒度分布が狭い前駆体が得られているが、このような前駆体を用いて粒度分布が狭い正極活物質を得ている。更に、主として核生成を行う核生成工程と、主として粒子成長を行う粒子成長工程の雰囲気を制御することにより、微細一次粒子からなる低密度の中心部と、板状または針状一次粒子からなる高密度の外周部とから構成される遷移金属複合水酸化物粒子が得られ、このような前駆体を用いて中空構造を有する正極活物質を得ている。 In these methods, precursors with small particle size and narrow particle size distribution are obtained by appropriately adjusting the pH value and reaction atmosphere in the nucleation step and particle growth step. A positive electrode active material with a narrow particle size distribution has been obtained. Furthermore, by controlling the atmosphere in the nucleation step, which mainly involves nucleation, and the particle growth step, which mainly involves particle growth, we can create a low-density center consisting of fine primary particles and a high-density center consisting of plate-shaped or acicular primary particles. Transition metal composite hydroxide particles consisting of a dense outer peripheral portion are obtained, and such a precursor is used to obtain a positive electrode active material having a hollow structure.

特開2011-116580号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-116580 特開2012-246199号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-246199 特開2013-147416号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-147416 WO2012/131881号公報WO2012/131881 publication

しかしながら、これらの文献に記載の製造方法では、粒子構造が改善されることによって出力特性を改善できるが、今後求められる電池容量やサイクル特性をさらに向上することができない。 However, although the manufacturing methods described in these documents can improve the output characteristics by improving the particle structure, they cannot further improve the battery capacity and cycle characteristics that will be required in the future.

そこで本発明は、上述の問題に鑑みて、二次電池を構成した場合に、電池容量とサイクル特性をさらに向上することが可能な正極活物質を提供することを目的とする SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a positive electrode active material that can further improve battery capacity and cycle characteristics when used in a secondary battery .

本発明の一態様に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.8、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Nb、Mo、Ta、Zr、Wから選択される1種以上の添加元素)で表され、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/MV〕が0.65以下である遷移金属複合水酸化物粒子とリチウム化合物を混合して、リチウム混合物を形成する混合工程と、前記混合工程で形成された前記リチウム混合物を、酸化性雰囲気中で仮焼し、(003)面半価幅が0.45°以上の仮焼粉を得る仮焼工程と、前記仮焼工程で得た前記仮焼粉を、酸化性雰囲気中で焼成する焼成工程と、を有することを特徴とする。 A method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention is a method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, in which general formula (A): Ni x Mny Co z M t (OH) 2+a (x+y+z+t=1, 0.3≦x≦0.8, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0≦t≦0.1, 0≦a≦ 0.5, M is one or more additive elements selected from Nb, Mo, Ta, Zr, and W), and [(d90-d10)/MV] is an index indicating the spread of particle size distribution. A mixing step of mixing transition metal composite hydroxide particles having a particle size of 0.65 or less and a lithium compound to form a lithium mixture, and calcining the lithium mixture formed in the mixing step in an oxidizing atmosphere. , a calcination step for obtaining a calcined powder with a (003) plane half width of 0.45° or more, and a calcination step for firing the calcined powder obtained in the calcination step in an oxidizing atmosphere. It is characterized by having.

このようにすれば、上記リチウムイオン二次電池用正極活物質を二次電池に構成した場合に、電池容量とサイクル特性をさらに向上することが可能な正極活物質を提供することができる。 In this way, when the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is used in a secondary battery, it is possible to provide a positive electrode active material that can further improve battery capacity and cycle characteristics.

このとき、前記仮焼工程において、仮焼工程後の前記仮焼粉の炭素含有量が1.0質量%以下となるように制御してもよい。 At this time, in the calcination step, the carbon content of the calcined powder after the calcination step may be controlled to be 1.0% by mass or less.

このようにすれば、残留するリチウム化合物をさら減少させ、焼成工程におけるリチウム遷移金属複合酸化物の二次粒子の焼結凝集をさらに抑制することができるとともに、十分に結晶性を高めることができる。 In this way, it is possible to further reduce the residual lithium compound, further suppress sintering agglomeration of secondary particles of the lithium transition metal composite oxide in the firing process, and to sufficiently improve crystallinity. .

このとき、本発明の一態様では、前記仮焼工程は、酸化性雰囲気中、550℃~800℃で1~10時間保持して焼成してもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, the calcination step may be performed by holding and firing at 550° C. to 800° C. for 1 to 10 hours in an oxidizing atmosphere.

このようにすれば、複合水酸化物粒子または熱処理粒子中に、リチウムを十分に拡散させて反応させ、二次粒子の焼結凝集を抑制することができる。 In this way, lithium can be sufficiently diffused and reacted in the composite hydroxide particles or heat-treated particles, and sintering and agglomeration of the secondary particles can be suppressed.

このとき、本発明の一態様では、前記焼成工程は、酸化性雰囲気中、760℃~980℃で2~24時間保持して焼成してもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, the firing step may be performed by holding the film at 760° C. to 980° C. for 2 to 24 hours in an oxidizing atmosphere.

このようにすれば、複合水酸化物粒子または熱処理粒子中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウムや未反応の複合水酸化物粒子または熱処理粒子が残存することを防止し、得られるリチウム複合酸化物粒子の結晶性を十分なものとすることができる。 In this way, lithium is prevented from sufficiently diffusing into the composite hydroxide particles or heat-treated particles, and excess lithium or unreacted composite hydroxide particles or heat-treated particles remain. The composite oxide particles can have sufficient crystallinity.

このとき、本発明の一態様では、前記焼成工程は、酸化性雰囲気中、リチウム化合物の融点±50℃の温度範囲で1時間~5時間保持し、その後昇温して、760℃~980℃で2~24時間保持して焼成してもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, the firing step is performed by holding the temperature within the melting point of the lithium compound ±50°C for 1 to 5 hours in an oxidizing atmosphere, and then increasing the temperature to 760°C to 980°C. It may be held for 2 to 24 hours and fired.

このようにすれば、リチウム化合物を融解させて余剰のリチウムや未反応の複合水酸化物粒子または熱処理粒子が残存することを防止し、得られるリチウム複合酸化物粒子の結晶性を十分なものとすることができる。 In this way, the lithium compound is melted to prevent excess lithium, unreacted composite hydroxide particles, or heat-treated particles from remaining, and the resulting lithium composite oxide particles have sufficient crystallinity. can do.

このとき、本発明の一態様では、前記焼成工程前に、前記仮焼工程で仮焼した前記仮焼粉を解砕する焼成前解砕工程を有することとしてもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, the method may include a pre-firing crushing process of crushing the calcined powder calcined in the calcining process before the firing process.

このようにすれば、焼結工程後の正極活物質を構成する二次粒子の焼結凝集を抑制できる。 In this way, sintering agglomeration of secondary particles constituting the positive electrode active material after the sintering process can be suppressed.

このとき、本発明の一態様では、前記混合工程において、前記リチウム混合物を、該リチウム混合物に含まれるリチウム以外の金属の原子数の和と、リチウムの原子数との比が、1:0.95~1:1.5となるように調整してもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, in the mixing step, the lithium mixture is mixed at a ratio of the sum of the number of atoms of metals other than lithium contained in the lithium mixture to the number of lithium atoms of 1:0. The ratio may be adjusted to 95 to 1:1.5.

このようにすれば、目的とするリチウムの含有量となる。 In this way, the desired lithium content will be achieved.

このとき、本発明の一態様では、前記混合工程前に、前記遷移金属複合水酸化物粒子を105℃~750℃で熱処理する、熱処理工程をさらに有することとしてもよい。 In this case, one aspect of the present invention may further include a heat treatment step of heat treating the transition metal composite hydroxide particles at 105° C. to 750° C. before the mixing step.

このようにすれば、焼成工程後まで残留する水分を一定量まで減少させることができ、得られる正極活物質の組成のばらつきを抑制することができる。 In this way, it is possible to reduce the remaining moisture to a certain amount until after the firing process, and it is possible to suppress variations in the composition of the obtained positive electrode active material.

本発明によれば、電池容量とサイクル特性をさらに向上することが可能な正極活物質を提供することができる

According to the present invention, it is possible to provide a positive electrode active material that can further improve battery capacity and cycle characteristics .

図1は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の概略を示す工程図である。FIG. 1 is a process diagram schematically showing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の実施例の電池評価に使用したコイン型電池の概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a coin-shaped battery used for battery evaluation of an example of a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図3(A)は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の実施例のインピーダンス評価の測定結果を示すナイキストプロットであり、図3(B)は、当該インピーダンス評価の解析に使用した等価回路の概略説明図である。FIG. 3(A) is a Nyquist plot showing the measurement results of the impedance evaluation of an example of the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of an equivalent circuit used in the analysis.

本発明者らは、2013-147416号公報などの従来技術に基づいてリチウムイオン二次電池用正極活物質(以下、「正極活物質」という)の電池容量とサイクル特性をさらに改善するために鋭意研究を重ねた。この結果、前駆体とリチウム化合物の混合物を焼成する工程において、特定の温度で仮焼して仮焼物の半価幅を適切な範囲に調製した後、焼成することで、正極活物質を構成する二次粒子の焼結凝集を抑制することができ、電池に用いた際の特性を向上させることが可能であるとの知見を得た。本発明は、これらの知見に基づき完成されたものである。以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。 The present inventors have worked diligently to further improve the battery capacity and cycle characteristics of a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries (hereinafter referred to as "positive electrode active material") based on the conventional technology such as 2013-147416. I did a lot of research. As a result, in the step of firing a mixture of a precursor and a lithium compound, the positive electrode active material is formed by calcination at a specific temperature to adjust the half-width of the calcination to an appropriate range, and then calcination. It was found that the sintering agglomeration of secondary particles can be suppressed, and the characteristics when used in batteries can be improved. The present invention has been completed based on these findings. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質、リチウムイオン二次電池について、下記の順に説明する。
1.遷移金属複合水酸化物粒子
1-1.遷移金属複合水酸化物粒子
1-2.遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法
2.リチウムイオン二次電池用正極活物質
2-1.リチウムイオン二次電池用正極活物質
2-2.リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
3.リチウムイオン二次電池
Note that the present embodiment described below does not unduly limit the content of the present invention described in the claims, and changes can be made without departing from the gist of the present invention. Furthermore, not all of the configurations described in this embodiment are essential as a solution to the present invention. A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in the following order.
1. Transition metal composite hydroxide particles 1-1. Transition metal composite hydroxide particles 1-2. Method for producing transition metal composite hydroxide particles 2. Positive electrode active material for lithium ion secondary batteries 2-1. Positive electrode active material for lithium ion secondary batteries 2-2. Method for producing positive electrode active material for lithium ion secondary battery 3. Lithium ion secondary battery

<1.遷移金属複合水酸化物粒子>
<1-1.遷移金属複合水酸化物粒子>
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造する過程においては、遷移金属複合水酸化物粒子(以下、「複合水酸化物粒子」という)をリチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体として用いる。
<1. Transition metal composite hydroxide particles>
<1-1. Transition metal composite hydroxide particles>
In the process of manufacturing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries according to an embodiment of the present invention, transition metal composite hydroxide particles (hereinafter referred to as "composite hydroxide particles") are used for lithium ion secondary batteries. Used as a precursor for positive electrode active material.

複合水酸化物粒子は、複数の板状一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成されることが好ましい。さらに、二次粒子は、前記微細一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、該中心部の外側に、該板状一次粒子が凝集して形成された外周部を備えることが好ましく、前記中心部は外周部より高濃度の添加元素を含むことがより好ましい。このような中心部を有する複合水酸化物粒子を用いることで、より高い出力特性を有する中空構造の正極活物質を得ることが可能となる。また、二次粒子の平均粒径が3μm~15μmであることが好ましい。 It is preferable that the composite hydroxide particles are composed of secondary particles formed by agglomeration of a plurality of plate-shaped primary particles. Furthermore, it is preferable that the secondary particles have a center portion formed by agglomeration of the fine primary particles, and an outer peripheral portion formed by aggregation of the plate-shaped primary particles outside the center portion. More preferably, the center portion contains a higher concentration of the additive element than the outer peripheral portion. By using composite hydroxide particles having such a central portion, it is possible to obtain a positive electrode active material with a hollow structure having higher output characteristics. Further, it is preferable that the average particle size of the secondary particles is 3 μm to 15 μm.

(1)粒子構造
二次粒子の構造
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質に用いる好適な複合水酸化物粒子は、複数の板状一次粒子が凝集して形成された略球状の二次粒子となっている。さらに、粒子内部は微細一次粒子からなる中心部を有し、中心部の外側に該微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子からなる外周部を有する構造を備えていることが好ましい。このような複数の板状一次粒子が凝集した構造により、本発明の正極活物質であるリチウムニッケルマンガン複合酸化物を形成する焼結工程において、粒子内へのリチウムの拡散が十分に行われるため、リチウムの分布が均一で良好な正極活物質が得られる。このような複合水酸化物粒子やその製造方法は、例えば、特開2011-116580号公報、特開2012-246199号公報に詳細に開示されている。
(1) Particle Structure Secondary Particle Structure The composite hydroxide particles suitable for use in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention are formed by agglomeration of a plurality of plate-shaped primary particles. They are approximately spherical secondary particles. Further, it is preferable that the particle has a structure in which the inside of the particle has a center part made of fine primary particles, and an outer peripheral part made of plate-shaped primary particles larger than the fine primary particles outside the center part. Due to this structure in which a plurality of plate-shaped primary particles are aggregated, lithium is sufficiently diffused into the particles during the sintering process to form the lithium nickel manganese composite oxide, which is the positive electrode active material of the present invention. , a good positive electrode active material with uniform lithium distribution can be obtained. Such composite hydroxide particles and methods for producing the same are disclosed in detail in, for example, JP-A-2011-116580 and JP-A-2012-246199.

ここで、上記中心部が、微細な一次粒子が連なった隙間の多い構造である場合、より大きく厚みのある板状一次粒子からなる外周部と比べると、上記焼成工程S5において焼結による収縮が低温から発生する。このため、焼成時に低温から焼結が進行して、粒子の中心から焼結の進行が遅い外周部側に収縮して、中心部に空間が生じる。また、中心部は低密度と考えられ、収縮率も大きいことから、中心部は十分な大きさを有する空間となる。これにより、焼成後に得られる正極活物質が中空構造となる。 Here, if the center part has a structure with many gaps in which fine primary particles are connected, the shrinkage due to sintering in the firing step S5 will be smaller than the outer peripheral part made of larger and thicker plate-shaped primary particles. Occurs from low temperatures. Therefore, during firing, sintering progresses from a low temperature, and the particle shrinks from the center toward the outer periphery where sintering progresses slowly, creating a space in the center. Furthermore, since the center is considered to have a low density and has a high shrinkage rate, the center has a sufficiently large space. As a result, the positive electrode active material obtained after firing has a hollow structure.

さらに、板状一次粒子がランダムな方向に凝集して二次粒子を形成したものであれば、より好ましい。板状一次粒子がランダムな方向に凝集することで、一次粒子間にほぼ均一に空隙が生じて、リチウム化合物と混合して焼成するとき、溶融したリチウム化合物が二次粒子内へ行きわたり、リチウムの拡散が十分に行われる。 Furthermore, it is more preferable that the plate-like primary particles aggregate in random directions to form secondary particles. As the plate-shaped primary particles aggregate in random directions, voids are created almost uniformly between the primary particles, and when mixed with a lithium compound and fired, the molten lithium compound spreads into the secondary particles, causing lithium is sufficiently diffused.

また、ランダムな方向に凝集していることで、上記中心部を有する複合水酸化物粒子は、上記焼成工程S5における中心部の収縮も均等に生じることから、正極活物質内部に十分な大きさを有する空間を形成することができ、好ましい。 In addition, since the composite hydroxide particles having the center part are aggregated in random directions, the center part shrinks evenly in the firing step S5, so that the composite hydroxide particles have a sufficient size inside the positive electrode active material. It is possible to form a space having , which is preferable.

上記焼成時の空間形成のためには、上記微細一次粒子は、その平均粒径が0.01~0.3μmであることが好ましく、0.1~0.3μmであることがさらに好ましい。また、板状一次粒子は、その平均粒径が0.3~3μmであることが好ましく、0.4~1.5μmであることがさらに好ましく、0.4~1.0μmであることが特に好ましい。 In order to form spaces during the firing, the fine primary particles preferably have an average particle diameter of 0.01 to 0.3 μm, more preferably 0.1 to 0.3 μm. Further, the average particle diameter of the plate-shaped primary particles is preferably 0.3 to 3 μm, more preferably 0.4 to 1.5 μm, and particularly 0.4 to 1.0 μm. preferable.

(2)平均粒径
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質に用いる複合水酸化物粒子は、二次粒子の平均粒径が、好ましくは3μm~12μm、より好ましくは3μm~10μmに調整される。二次粒子の平均粒径は、この複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質の平均粒径と相関する。このため、二次粒子の平均粒径をこのような範囲に制御することで、この複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質の平均粒径を所定の範囲に制御することが可能となる。
(2) Average particle size In the composite hydroxide particles used in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, the average particle size of the secondary particles is preferably 3 μm to 12 μm, more preferably It is adjusted to 3 μm to 10 μm. The average particle size of the secondary particles correlates with the average particle size of the positive electrode active material using the composite hydroxide particles as a precursor. Therefore, by controlling the average particle size of the secondary particles within this range, it is possible to control the average particle size of the positive electrode active material using the composite hydroxide particles as a precursor within a predetermined range. Become.

なお、上記二次粒子の平均粒径とは、体積基準平均粒径(MV)を意味し、例えば、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。 Note that the average particle size of the secondary particles means a volume-based average particle size (MV), and can be determined from, for example, a volume integrated value measured with a laser beam diffraction scattering particle size analyzer.

(3)粒度分布
本発明に用いる複合水酸化物粒子は、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径〕が、0.65以下、好ましくは0.55以下、より好ましくは0.50以下となるように調整される。
(3) Particle size distribution The composite hydroxide particles used in the present invention have an index indicating the spread of particle size distribution [(d90-d10)/average particle size] of 0.65 or less, preferably 0.55 or less, More preferably, it is adjusted to 0.50 or less.

正極活物質の粒度分布は、その前駆体である複合水酸化物粒子の影響を強く受ける。このため、微細粒子や粗大粒子を多く含む複合水酸化物粒子を前駆体とした場合には、正極活物質にも微細粒子や粗大粒子が多く含まれることとなり、これを用いた二次電池の安全性、サイクル特性および出力特性を十分に改善することができなくなる。これに対して、複合水酸化物粒子の段階で、〔(d90-d10)/平均粒径〕が0.65以下となるように調整しておけば、これを前駆体とする正極活物質の粒度分布を狭くすることができ、上述した問題を回避することが可能となる。ただし、工業規模の生産を前提とした場合には、複合水酸化物粒子として、〔(d90-d10)/平均粒径〕が過度に小さいものを使用することは現実的ではない。したがって、コストや生産性を考慮すると、〔(d90-d10)/平均粒径〕の下限値は、0.25程度とすることが好ましい。 The particle size distribution of the positive electrode active material is strongly influenced by the composite hydroxide particles that are its precursor. Therefore, when composite hydroxide particles containing many fine particles and coarse particles are used as a precursor, the positive electrode active material also contains many fine particles and coarse particles, and a secondary battery using this Safety, cycle characteristics and output characteristics cannot be sufficiently improved. On the other hand, if [(d90-d10)/average particle size] is adjusted to 0.65 or less at the stage of composite hydroxide particles, the positive electrode active material using this as a precursor can be The particle size distribution can be narrowed, and the above-mentioned problems can be avoided. However, assuming industrial scale production, it is not practical to use composite hydroxide particles having an excessively small [(d90-d10)/average particle size]. Therefore, in consideration of cost and productivity, the lower limit of [(d90-d10)/average particle size] is preferably about 0.25.

なお、d10は、各粒径における粒子数を粒径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の10%となる粒径を、d90は、同様に粒子数を累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の90%となる粒径を意味する。d10およびd90は、平均粒径と同様に、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。 In addition, d10 is the particle size at which the number of particles at each particle size is accumulated from the smaller particle size side, and the cumulative volume is 10% of the total volume of all particles, and d90 is the particle size where the number of particles is accumulated in the same way, It means a particle size whose cumulative volume is 90% of the total volume of all particles. Like the average particle diameter, d10 and d90 can be determined from the volume integrated value measured with a laser beam diffraction scattering particle size analyzer.

(4)組成
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質に用いる複合水酸化物粒子は、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.8、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Nb、Mo、Ta、Zr、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される。このような複合水酸化物粒子を前駆体とすることで、後述する一般式(B)で表される正極活物質を容易に得ることができ、より高い電池性能を実現することができる。
(4) Composition The composite hydroxide particles used in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention have a general formula (A): Ni x Mny Co z M t (OH) 2+a (x+y+z+t =1, 0.3≦x≦0.8, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0≦t≦0.1, 0≦a≦0.5, M is one or more additive elements selected from Nb, Mo, Ta, Zr, and W). By using such composite hydroxide particles as a precursor, a positive electrode active material represented by the general formula (B) described below can be easily obtained, and higher battery performance can be achieved.

なお、一般式(A)で表される複合水酸化物粒子において、これを構成するニッケル、マンガン、コバルトおよび添加元素Mの組成範囲およびその臨界的意義は、後述の一般式(B)で表される正極活物質と同様となる。このため、これらの事項について、ここでの説明は省略する。 In addition, in the composite hydroxide particles represented by the general formula (A), the composition range of nickel, manganese, cobalt, and the additive element M constituting the particles and their critical significance are shown in the general formula (B) below. It is similar to the positive electrode active material used. Therefore, description of these matters will be omitted here.

<1-2.遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法>
次に上述した遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法について説明する。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質に用いる複合水酸化物粒子は、例えば、反応槽内に、少なくとも遷移金属を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、晶析反応によって、リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体となる遷移金属複合水酸化物粒子を製造する方法で得られる。
<1-2. Method for producing transition metal composite hydroxide particles>
Next, a method for producing the above-mentioned transition metal composite hydroxide particles will be explained. The composite hydroxide particles used in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention are prepared by, for example, containing a raw material aqueous solution containing at least a transition metal and an aqueous solution containing an ammonium ion donor in a reaction tank. A reaction aqueous solution is formed by supplying the transition metal composite hydroxide particles, which are then subjected to a crystallization reaction to produce transition metal composite hydroxide particles that serve as a precursor of a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.

特に、晶析反応を、反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を12.0~14.0の範囲に調整し、核生成を行う核生成工程と、核生成工程で得られた核を含む反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を、核生成工程のpH値よりも低く、かつ、10.5~12.0となるように制御して、核を成長させる、粒子成長工程の2段階に明確に区別にすることが好ましい。また、核生成工程および粒子成長工程の初期における反応雰囲気を酸素濃度が5容量%を超える酸化性雰囲気に調整するとともに、粒子成長工程において、反応雰囲気を、前記酸化性雰囲気から5容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替えることが好ましい。 In particular, in the crystallization reaction, the pH value of the reaction aqueous solution is adjusted to a range of 12.0 to 14.0 based on the liquid temperature of 25°C, and the nucleation step is performed to generate nuclei, and the nuclei obtained in the nucleation step are A particle growth step in which nuclei are grown by controlling the pH value of the reaction aqueous solution based on a liquid temperature of 25° C. to be lower than the pH value in the nucleation step and between 10.5 and 12.0. It is preferable to clearly distinguish between two stages. In addition, the reaction atmosphere at the beginning of the nucleation step and the particle growth step is adjusted to an oxidizing atmosphere in which the oxygen concentration exceeds 5% by volume, and in the particle growth step, the reaction atmosphere is adjusted from the oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 5% by volume or less. It is preferable to switch to a non-oxidizing atmosphere.

なお、複合水酸化物粒子の製造方法は、上述した構造、平均粒径および粒度分布を実現できる限り、その組成によって制限されることはないが、一般式(A)で表される複合水酸化物粒子に対して、好適に適用することができる。 The method for producing composite hydroxide particles is not limited by the composition as long as the structure, average particle size, and particle size distribution described above can be achieved. It can be suitably applied to physical particles.

(1)晶析反応
上記複合水酸化物粒子の製造方法では、晶析反応を、主として核生成を行う核生成工程と、主として粒子成長を行う粒子成長工程の2段階に明確に分離するとともに、各工程における晶析条件を調整することにより、特に、粒子成長工程において、反応雰囲気を切り換えることにより、上述した粒子構造、平均粒径および粒度分布を備える複合水酸化物粒子を効率よく得ることを可能としている。
(1) Crystallization reaction In the above method for producing composite hydroxide particles, the crystallization reaction is clearly separated into two stages: a nucleation step in which nucleation is mainly performed, and a particle growth step in which grains are mainly grown. By adjusting the crystallization conditions in each step, especially by switching the reaction atmosphere in the particle growth step, it is possible to efficiently obtain composite hydroxide particles having the above-mentioned particle structure, average particle size, and particle size distribution. It is possible.

[核生成工程]
核生成工程では、はじめに、この工程における原料となる遷移金属の化合物を水に溶解し、原料水溶液を調製する。同時に、反応槽内に、アルカリ水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給および混合して、液温25℃基準で測定するpH値が12.0~14.0、アンモニウムイオン濃度が3g/L~25g/Lである反応前水溶液を調製する。なお、反応前水溶液のpH値はpH計により、アンモニウムイオン濃度はイオンメータにより測定することができる。
[Nucleation process]
In the nucleation step, first, a transition metal compound serving as a raw material in this step is dissolved in water to prepare a raw material aqueous solution. At the same time, an alkaline aqueous solution and an aqueous solution containing an ammonium ion donor are supplied and mixed into the reaction tank, and the pH value measured based on the liquid temperature of 25°C is 12.0 to 14.0, and the ammonium ion concentration is 3 g/ Prepare a pre-reaction aqueous solution having a concentration of L to 25 g/L. Note that the pH value of the pre-reaction aqueous solution can be measured with a pH meter, and the ammonium ion concentration can be measured with an ion meter.

次に、この反応前水溶液を撹拌しながら、原料水溶液を供給する。これにより、反応槽内には、核生成工程における反応水溶液である核生用成水溶液が形成される。この核生成用水溶液のpH値は上述した範囲にあるので、核生成工程では、核はほとんど成長することなく、核生成が優先的に起こる。なお、核生成工程では、核生成に伴い、核生成用水溶液のpH値およびアンモニウムイオンの濃度は変化するので、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、反応槽内液のpH値が液温25℃基準でpH12.0~14.0の範囲に、アンモニウムイオンの濃度が3g/L~25g/Lの範囲に維持するように制御することが必要となる。 Next, a raw material aqueous solution is supplied while stirring this pre-reaction aqueous solution. As a result, a nucleation aqueous solution, which is a reaction aqueous solution in the nucleation step, is formed in the reaction tank. Since the pH value of this aqueous solution for nucleation is within the above-mentioned range, in the nucleation step, nucleation occurs preferentially, with almost no nuclei growing. In addition, in the nucleation process, the pH value and ammonium ion concentration of the nucleation aqueous solution change as the nucleation occurs, so the alkaline aqueous solution and the ammonia aqueous solution are supplied in a timely manner so that the pH value of the solution in the reaction tank reaches 25% of the liquid temperature. It is necessary to control the pH to a range of 12.0 to 14.0 and the ammonium ion concentration to a range of 3 g/L to 25 g/L on a temperature basis.

なお、核生成工程においては、反応雰囲気を酸素濃度が5容量%を超える酸化性雰囲気に調整する。これにより、複合水酸化物粒子の内部に微細一次粒子が凝集して形成された中心部を形成することができ、この複合水酸化物粒子を前駆体として用いることによって中空構造を有する正極活物質を得ることができるため、電解液との反応面積を一層大きくすることができる。 In addition, in the nucleation step, the reaction atmosphere is adjusted to an oxidizing atmosphere in which the oxygen concentration exceeds 5% by volume. As a result, a core formed by agglomeration of fine primary particles can be formed inside the composite hydroxide particles, and by using these composite hydroxide particles as a precursor, a positive electrode active material having a hollow structure can be formed. Therefore, the reaction area with the electrolyte can be further increased.

核生成工程では、核生成用水溶液に、原料水溶液、アルカリ水溶液およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することにより、連続して新しい核の生成が継続される。そして、核生成用水溶液中に、所定量の核が生成した時点で、核生成工程を終了する。 In the nucleation step, new nuclei are continuously generated by supplying an aqueous solution containing a raw material aqueous solution, an alkaline aqueous solution, and an ammonium ion donor to the nucleation aqueous solution. Then, when a predetermined amount of nuclei are generated in the aqueous solution for nucleation, the nucleation step is ended.

この際、核の生成量は、核生成用水溶液に供給した原料水溶液に含まれる金属化合物の量から判断することができる。核生成工程における核の生成量は、特に制限されるものではないが、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を得るためには、核生成工程および粒子成長工程を通じて供給する原料水溶液に含まれる金属化合物中の金属元素に対して、0.1原子%~2原子%とすることが好ましく、0.1原子%~1.5原子%とすることがより好ましい。 At this time, the amount of nuclei generated can be determined from the amount of metal compound contained in the raw material aqueous solution supplied to the aqueous solution for nucleation. The amount of nuclei generated in the nucleation process is not particularly limited, but in order to obtain composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution, it is necessary to It is preferably 0.1 atomic % to 2 atomic %, more preferably 0.1 atomic % to 1.5 atomic %, based on the metal element in the compound.

[粒子成長工程]
核生成工程終了後、反応槽内の核生成用水溶液のpH値を、液温25℃基準で10.5~12.0に調整し、粒子成長工程における反応水溶液である粒子成長用水溶液を形成する。pH値は、アルカリ水溶液の供給を停止することでも調整可能であるが、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を得るためには、一旦、すべての水溶液の供給を停止してpH値を調整することが好ましい。具体的には、すべての水溶液の供給を停止した後、核生成用水溶液に、原料となる金属化合物を構成する酸と同種の無機酸を供給することにより、pH値を調整することが好ましい。
[Particle growth process]
After the nucleation process is completed, the pH value of the nucleation aqueous solution in the reaction tank is adjusted to 10.5 to 12.0 based on the liquid temperature of 25°C to form a particle growth aqueous solution that is a reaction aqueous solution in the particle growth process. do. The pH value can also be adjusted by stopping the supply of the alkaline aqueous solution, but in order to obtain composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution, it is necessary to temporarily stop the supply of all aqueous solutions and adjust the pH value. It is preferable. Specifically, after stopping the supply of all aqueous solutions, it is preferable to adjust the pH value by supplying the same type of inorganic acid as the acid constituting the metal compound serving as the raw material to the aqueous nucleation solution.

次に、この粒子成長用水溶液を撹拌しながら、原料水溶液の供給を再開する。この際、粒子成長用水溶液のpH値は上述した範囲にあるため、新たな核はほとんど生成せず、核(粒子)成長が進行し、所定の粒径を有する複合水酸化物粒子が形成される。なお、粒子成長工程においても、粒子成長に伴い、粒子成長用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度は変化するので、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、pH値およびアンモニウムイオン濃度を上記範囲に維持することが必要となる。 Next, while stirring this particle growth aqueous solution, supply of the raw material aqueous solution is restarted. At this time, since the pH value of the aqueous solution for particle growth is within the above-mentioned range, new nuclei are hardly generated, nuclei (particles) grow, and composite hydroxide particles having a predetermined particle size are formed. Ru. In addition, in the particle growth process, the pH value and ammonium ion concentration of the particle growth aqueous solution change as the particles grow, so the alkaline aqueous solution and ammonia aqueous solution are supplied in a timely manner to maintain the pH value and ammonium ion concentration within the above range. It is necessary to do so.

特に、本発明の複合水酸化物粒子の製造方法においては、粒子成長工程の途中で、反応雰囲気を酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替える。これによって、上述した粒子構造を有する複合水酸化物粒子を得ることが可能となる。 In particular, in the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, the reaction atmosphere is switched from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 5% by volume or less during the particle growth step. This makes it possible to obtain composite hydroxide particles having the above-mentioned particle structure.

なお、このような複合水酸化物粒子の製造方法では、核生成工程および粒子成長工程において、金属イオンは、核または複合水酸化物粒子を形成する一次粒子となって析出する。このため、核生成用水溶液および粒子成長用水溶液中の金属成分に対する液体成分の割合が増加する。この結果、見かけ上、原料水溶液の濃度が低下し、特に、粒子成長工程においては、複合水酸化物粒子の成長が停滞する可能性がある。したがって、液体成分の増加を抑制するため、核生成工程終了後から粒子成長工程の途中で、粒子成長用水溶液の液体成分の一部を反応槽外に排出することが好ましい。具体的には、原料水溶液、アルカリ水溶液およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の供給および攪拌を一旦停止し、粒子成長用水溶液中の核や複合水酸化物粒子を沈降させて、粒子成長用水溶液の上澄み液を排出することが好ましい。このような操作により、粒子成長用水溶液における混合水溶液の相対的な濃度を高めることができるため、粒子成長の停滞を防止し、得られる複合水酸物粒子の粒度分布を好適な範囲に制御することができるばかりでなく、二次粒子全体としての密度も向上させることができる。 In addition, in such a method for producing composite hydroxide particles, in the nucleation step and the particle growth step, metal ions precipitate as primary particles forming the core or composite hydroxide particles. Therefore, the ratio of the liquid component to the metal component in the aqueous solution for nucleation and the aqueous solution for particle growth increases. As a result, the concentration of the raw material aqueous solution appears to decrease, and the growth of the composite hydroxide particles may stagnate, especially in the particle growth step. Therefore, in order to suppress the increase in the liquid component, it is preferable to discharge a part of the liquid component of the aqueous solution for particle growth to the outside of the reaction tank after the completion of the nucleation step and during the particle growth step. Specifically, the supply and stirring of the raw material aqueous solution, aqueous alkaline solution, and aqueous solution containing the ammonium ion donor are temporarily stopped, and the nuclei and composite hydroxide particles in the aqueous solution for particle growth are allowed to settle. Preferably, the supernatant liquid is drained. Such operations can increase the relative concentration of the mixed aqueous solution in the particle growth aqueous solution, thereby preventing stagnation of particle growth and controlling the particle size distribution of the resulting composite hydroxide particles within a suitable range. Not only that, but also the density of the secondary particles as a whole can be improved.

[添加元素の添加]
原料水溶液中における添加元素以外の元素に対する添加元素の濃度は、酸化性雰囲気における濃度を、非酸化性雰囲気における濃度より高くする。酸化性雰囲気における濃度は、非酸化性雰囲気における濃度の好ましくは2倍以上、より好ましくは5倍以上とする。特に好ましくは、酸化性雰囲気においては添加元素を含む水溶液を添加し、非酸化性雰囲気においては前記添加元素を含む水溶液の添加を停止する。酸化性雰囲気で形成した微細一次粒子が凝集した中心部は、正極活物質を製造した際に、非酸化性雰囲気において形成された板状一次粒子が凝集して形成された外周部の内側に収縮して中空部を形成する。よって酸化性雰囲気で添加した添加元素は、外周部に拡散し、正極活物質の外殻部を形成する一次粒子の表面に多く存在するのに対し、非酸化性雰囲気で添加した添加元素は、前記一次粒子の内部に多く存在することになり、前記一次粒子の表面に添加元素の濃化層が形成される。電解液と接触する一次粒子表面に前記濃化層を形成することによって、出力特性を向上する添加元素を有効に機能させることが可能となる。酸化性雰囲気で添加した添加元素の濃度を、非酸化性雰囲気において添加する濃度より、高くすることによって、前記濃化層中の添加元素の量を増加させることができ、さらに有効に機能させることができる。
[Addition of additive elements]
The concentration of the additive element in the raw material aqueous solution with respect to elements other than the additive element in an oxidizing atmosphere is higher than that in a non-oxidizing atmosphere. The concentration in the oxidizing atmosphere is preferably at least twice the concentration in the non-oxidizing atmosphere, more preferably at least 5 times the concentration in the non-oxidizing atmosphere. Particularly preferably, an aqueous solution containing the additive element is added in an oxidizing atmosphere, and addition of the aqueous solution containing the additive element is stopped in a non-oxidizing atmosphere. When producing the positive electrode active material, the central part where fine primary particles formed in an oxidizing atmosphere agglomerate shrinks inside the outer periphery, which is formed by agglomerating plate-like primary particles formed in a non-oxidizing atmosphere. to form a hollow part. Therefore, additive elements added in an oxidizing atmosphere diffuse to the outer periphery and are present in large quantities on the surface of the primary particles forming the outer shell of the positive electrode active material, whereas additive elements added in a non-oxidizing atmosphere A large amount of the additive element exists inside the primary particles, and a concentrated layer of the additive element is formed on the surface of the primary particles. By forming the concentrated layer on the surface of the primary particles that come into contact with the electrolytic solution, it becomes possible to effectively make the additive element that improves the output characteristics function. By making the concentration of the additive element added in an oxidizing atmosphere higher than the concentration added in a non-oxidizing atmosphere, the amount of the additive element in the concentrated layer can be increased and it can function more effectively. I can do it.

さらに、前記粒子成長工程において、前記酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気への切り替え後から、該粒子成長工程終了までの時間に対して35%~75%の範囲で、前記添加元素の濃度を前記35%~75%の範囲の濃度より高くすることで、外周部の厚さの50%~80%より表面側における添加元素の濃度を、外周部の内部側より高くすることができる。このような内部側より高濃度の添加元素を含む層を外周部の表面側に形成することで、正極活物質における濃化層の形成をさらに均一して電池特性を向上させることが可能となる。 Furthermore, in the particle growth step, the concentration of the additive element is adjusted within a range of 35% to 75% with respect to the time from switching from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere until the end of the particle growth step. By making the concentration higher than the above range of 35% to 75%, the concentration of the additive element on the surface side of 50% to 80% of the thickness of the outer peripheral part can be made higher than that on the inner side of the outer peripheral part. By forming such a layer containing a higher concentration of additive elements on the surface side of the outer periphery than on the inside side, it becomes possible to form a concentrated layer in the positive electrode active material more uniformly and improve battery characteristics. .

[複合水酸化物粒子の粒径制御]
上述のようにして得られる複合水酸化物粒子の粒径は、粒子成長工程や核生成工程の時間、核生成用水溶液や粒子成長用水溶液のpH値や、原料水溶液の供給量により制御することができる。例えば、核生成工程を高pH値で行うことにより、または、粒子成長工程の時間を長くすることにより、供給する原料水溶液に含まれる金属化合物の量を増やし、核の生成量を増加させ、得られる複合水酸化物粒子の粒径を小さくすることができる。反対に、核生成工程における核の生成量を抑制することで、得られる複合水酸化物粒子の粒径を大きくすることができる。
[Particle size control of composite hydroxide particles]
The particle size of the composite hydroxide particles obtained as described above can be controlled by the time of the particle growth step and nucleation step, the pH value of the nucleation aqueous solution and the particle growth aqueous solution, and the supply amount of the raw material aqueous solution. I can do it. For example, by performing the nucleation step at a high pH value or by lengthening the time of the particle growth step, the amount of metal compounds contained in the supplied raw material aqueous solution can be increased, the amount of nuclei generated can be increased, and the amount of nuclei produced can be increased. The particle size of the composite hydroxide particles can be reduced. On the other hand, by suppressing the amount of nuclei generated in the nucleation step, the particle size of the resulting composite hydroxide particles can be increased.

[晶析反応の別実施態様]
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質に用いる複合水酸化物粒子の製造方法では、核生成用水溶液とは別に、粒子成長工程に適したpH値およびアンモニウムイオン濃度に調整された成分調整水溶液を用意し、この成分調整用水溶液に、核生成工程後の核生成用水溶液、好ましくは核生成工程後の核生成用水溶液から液体成分の一部を除去したものを添加および混合して、これを粒子成長用水溶液として、粒子成長工程を行ってもよい。
[Another embodiment of crystallization reaction]
In the method for producing composite hydroxide particles used in a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, apart from the nucleation aqueous solution, a pH value and an ammonium ion concentration suitable for the particle growth step are prepared. Prepare the adjusted component adjustment aqueous solution, and add to this component adjustment aqueous solution the nucleation aqueous solution after the nucleation step, preferably the nucleation aqueous solution from which a part of the liquid component has been removed after the nucleation step. The particles may be mixed and used as an aqueous solution for particle growth to perform a particle growth step.

この場合、核生成工程と粒子成長工程の分離をより確実に行うことができるため、各工程における反応水溶液を、最適な状態に制御することができる。特に、粒子成長工程の開始時から粒子成長用水溶液のpH値を最適な範囲に制御することができるため、得られる複合水酸化物粒子の粒度分布をより狭いものとすることができる。 In this case, since the nucleation step and the particle growth step can be separated more reliably, the reaction aqueous solution in each step can be controlled to an optimal state. In particular, since the pH value of the aqueous solution for particle growth can be controlled within the optimal range from the start of the particle growth process, the particle size distribution of the resulting composite hydroxide particles can be made narrower.

(2)供給水溶液
a)原料水溶液
原料水溶液中の金属元素の比率が、概ね、得られる複合水酸化物粒子の組成比となる。このため、原料水溶液は、目的とする複合水酸化物粒子の組成に応じて、各金属元素の含有量を適宜調整することが必要となる。例えば、上述した一般式(A)で表される複合水酸化物粒子を得ようとする場合には、原料水溶液中の金属元素の比率を、Ni:Mn:Co:M=x:y:z;t(ただし、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.80、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1)となるように調整することが必要となる。
(2) Supply aqueous solution a) Raw material aqueous solution The ratio of metal elements in the raw material aqueous solution is approximately the composition ratio of the composite hydroxide particles obtained. Therefore, it is necessary to appropriately adjust the content of each metal element in the raw material aqueous solution depending on the composition of the target composite hydroxide particles. For example, when trying to obtain composite hydroxide particles represented by the above-mentioned general formula (A), the ratio of metal elements in the raw material aqueous solution is changed to Ni:Mn:Co:M=x:y:z ;t (however, adjust so that x+y+z+t=1, 0.3≦x≦0.80, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0≦t≦0.1) It is necessary to do so.

原料水溶液を調製するための、遷移金属の化合物は、特に制限されることはないが、取扱いの容易性から、水溶性の硫酸塩、硝酸塩および塩酸塩などを用いることが好ましく、コストやハロゲンの混入を防止する観点から、硫酸塩を好適に用いることが特に好ましい。 The transition metal compound for preparing the raw material aqueous solution is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of handling, it is preferable to use water-soluble sulfates, nitrates, hydrochlorides, etc.; From the viewpoint of preventing contamination, it is particularly preferable to use sulfates.

また、複合水酸化物粒子中に添加元素M(Mは、Nb、Mo、Ta、Zr、Wから選択される1種以上の添加元素)を含有させる場合には、添加元素Mを供給するための化合物としては、同様に水溶性の化合物が好ましく、例えば、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、タンタル酸ナトリウム、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などを好適に用いることができる。 In addition, when the additive element M (M is one or more kinds of additive elements selected from Nb, Mo, Ta, Zr, and W) is contained in the composite hydroxide particles, in order to supply the additive element M, Similarly, water-soluble compounds are preferably used as the compound, and for example, niobium oxalate, ammonium molybdate, sodium tantalate, sodium tungstate, ammonium tungstate, etc. can be suitably used.

原料水溶液の濃度は、金属化合物の合計で、好ましくは1.0mol/L~2.6mol/L、より好ましくは1.5mol/L~2.2mol/Lとする。原料水溶液の濃度が1.0mol/L未満では、反応槽当たりの晶析物量が少なくなるため、生産性が低下する。一方、混合水溶液の濃度が2.6mol/Lを超えると、常温での飽和濃度を超えるため、各金属化合物の結晶が再析出して、配管などを詰まらせるおそれがある。 The concentration of the raw material aqueous solution is preferably 1.0 mol/L to 2.6 mol/L, more preferably 1.5 mol/L to 2.2 mol/L in total of the metal compounds. If the concentration of the raw material aqueous solution is less than 1.0 mol/L, the amount of crystallized material per reaction tank will decrease, resulting in a decrease in productivity. On the other hand, if the concentration of the mixed aqueous solution exceeds 2.6 mol/L, the saturated concentration at room temperature will be exceeded, so that crystals of each metal compound may re-precipitate and clog pipes and the like.

上述した金属化合物は、必ずしも原料水溶液として反応槽に供給しなくてもよい。例えば、混合すると反応して目的とする化合物以外の化合物が生成されてしまう金属化合物を用いて晶析反応を行う場合には、全金属化合物水溶液の合計の濃度が上記範囲となるように、個別に金属化合物水溶液を調製して、個々の金属化合物の水溶液として、所定の割合で反応槽内に供給してもよい。 The above-mentioned metal compound does not necessarily need to be supplied to the reaction tank as a raw material aqueous solution. For example, when performing a crystallization reaction using metal compounds that react when mixed to produce compounds other than the desired compound, individually Alternatively, an aqueous solution of the metal compound may be prepared and supplied into the reaction tank at a predetermined ratio as an aqueous solution of each metal compound.

また、原料水溶液の供給量は、粒子成長工程の終了時点において、粒子成長用水溶液中の生成物の濃度が、好ましくは30g/L~200g/L、より好ましくは80g/L~150g/Lとなるようにする。生成物の濃度が30g/L未満では、一次粒子の凝集が不十分になる場合がある。一方、200g/Lを超えると、反応槽内に、核生成用金属塩水溶液または粒子成長用金属塩水溶液が十分に拡散せず、粒子成長に偏りが生じる場合がある。 In addition, the supply amount of the raw material aqueous solution is such that the concentration of the product in the particle growth aqueous solution is preferably 30 g/L to 200 g/L, more preferably 80 g/L to 150 g/L at the end of the particle growth step. I will make it happen. If the concentration of the product is less than 30 g/L, the aggregation of primary particles may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 200 g/L, the metal salt aqueous solution for nucleation or the metal salt aqueous solution for particle growth will not be sufficiently diffused in the reaction tank, which may cause uneven particle growth.

b)アルカリ水溶液
反応水溶液中のpH値を調整するアルカリ水溶液は、特に制限されることはなく、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの一般的なアルカリ金属水酸化物水溶液を用いることができる。なお、アルカリ金属水酸化物を、直接、反応水溶液に添加することもできるが、pH制御の容易さから、水溶液として添加することが好ましい。この場合、アルカリ金属水酸化物水溶液の濃度を、好ましくは20質量%~50質量%、より好ましくは20質量%~30質量%とする。アルカリ金属水溶液の濃度をこのような範囲に規制することにより、反応系に供給する溶媒量(水量)を抑制しつつ、添加位置で局所的にpH値が高くなることを防止することができるため、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を効率的に得ることが可能となる。
b) Alkaline aqueous solution The alkaline aqueous solution for adjusting the pH value in the reaction aqueous solution is not particularly limited, and common alkali metal hydroxide aqueous solutions such as sodium hydroxide and potassium hydroxide can be used. Although the alkali metal hydroxide can be added directly to the reaction aqueous solution, it is preferably added as an aqueous solution for ease of pH control. In this case, the concentration of the aqueous alkali metal hydroxide solution is preferably 20% by mass to 50% by mass, more preferably 20% by mass to 30% by mass. By regulating the concentration of the alkali metal aqueous solution within this range, it is possible to suppress the amount of solvent (water amount) supplied to the reaction system and prevent the pH value from becoming locally high at the addition location. , it becomes possible to efficiently obtain composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution.

なお、アルカリ水溶液の供給方法は、反応水溶液のpH値が局所的に高くならず、かつ、所定の範囲に維持される限り、特に制限されることはない。例えば、反応水溶液を十分に撹拌しながら、定量ポンプなどの流量制御が可能なポンプにより供給すればよい。 Note that the method of supplying the alkaline aqueous solution is not particularly limited as long as the pH value of the reaction aqueous solution does not locally increase and is maintained within a predetermined range. For example, the aqueous reaction solution may be sufficiently stirred and supplied using a pump such as a metering pump that can control the flow rate.

c)アンモニウム供給体を含む水溶液
アンモニウムイオン供給体を含む水溶液も、特に制限されることはなく、例えば、アンモニア水、または、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウムもしくはフッ化アンモニウムなどの水溶液を使用することができる。
c) Aqueous solution containing ammonium donor The aqueous solution containing ammonium ion donor is not particularly limited, and for example, aqueous ammonia, or an aqueous solution of ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, or ammonium fluoride may be used. I can do it.

アンモニウムイオン供給体として、アンモニア水を使用する場合には、その濃度は、好ましくは20質量%~30質量%、より好ましくは22質量%~28質量%とする。アンモニア水の濃度をこのような範囲に規制することにより、揮発などによるアンモニアの損失を最小限に抑制することができるため、生産効率の向上を図ることが可能となる。 When aqueous ammonia is used as the ammonium ion donor, its concentration is preferably 20% by mass to 30% by mass, more preferably 22% by mass to 28% by mass. By regulating the concentration of ammonia water within such a range, loss of ammonia due to volatilization etc. can be suppressed to a minimum, thereby making it possible to improve production efficiency.

なお、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液の供給方法も、アルカリ水溶液と同様に、流量制御が可能なポンプにより供給することができる。 Note that the aqueous solution containing the ammonium ion donor can also be supplied using a pump that can control the flow rate, similarly to the alkaline aqueous solution.

(3)pH値
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質に用いられる複合水酸化物粒子の製造方法においては、液温25℃基準におけるpH値を、核生成工程においては12.0~14.0の範囲に、粒子成長工程においては10.5~12.0の範囲に制御することが必要となる。なお、いずれの工程においても、晶析反応中のpH値の変動幅は、±0.2以内に制御することが好ましい。pH値の変動幅が大きい場合には、核生成量と粒子成長の割合が一定とならず、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を得ることが困難となる。
(3) pH value In the method for producing composite hydroxide particles used in a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, the pH value at a liquid temperature of 25°C is set in the nucleation step. must be controlled within the range of 12.0 to 14.0, and within the range of 10.5 to 12.0 in the particle growth process. In addition, in any step, it is preferable to control the fluctuation range of the pH value during the crystallization reaction to within ±0.2. When the range of pH value fluctuation is large, the ratio of the amount of nucleation to the particle growth is not constant, making it difficult to obtain composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution.

a)核生成工程
核生成工程においては、反応水溶液(核生成用水溶液)のpH値を、液温25℃基準で、12.0~14.0、好ましくは12.3~13.5、より好ましくは12.5~13.3の範囲に制御することが必要となる。これにより、核の成長を抑制し、核生成を優先させることが可能となり、この工程で生成する核を均質かつ粒度分布の狭いものとすることができる。一方、pH値が12.0未満では、核生成とともに核(粒子)の成長が進行するため、得られる複合水酸化物粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。また、pH値が14.0を超えると、生成する核が微細になりすぎるため、核生成用水溶液がゲル化する問題が生じる。
a) Nucleation step In the nucleation step, the pH value of the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution) is set to 12.0 to 14.0, preferably 12.3 to 13.5, based on the liquid temperature of 25°C. It is necessary to control it preferably within the range of 12.5 to 13.3. This makes it possible to suppress the growth of nuclei and give priority to nucleation, making it possible to make the nuclei produced in this step homogeneous and with a narrow particle size distribution. On the other hand, if the pH value is less than 12.0, the growth of the nuclei (particles) progresses as well as the nucleation, so that the particle size of the obtained composite hydroxide particles becomes non-uniform and the particle size distribution deteriorates. Moreover, when the pH value exceeds 14.0, the generated nuclei become too fine, resulting in the problem that the aqueous nucleation solution gels.

b)粒子成長工程
粒子成長工程においては、反応水溶液(粒子成長用水溶液)のpH値を、液温25℃基準で、10.5~12.0、好ましくは11.0~12.0、より好ましくは11.5~12.0の範囲に制御することが必要となる。これにより、新たな核の生成が抑制され、粒子成長を優先させることが可能となり、得られる複合水酸化物粒子を均質かつ粒度分布が狭いものとすることができる。一方、pH値が10.5未満では、アンモニウムイオン濃度が上昇し、金属イオンの溶解度が高くなるため、晶析反応の速度が遅くなるばかりでなく、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、生産性が悪化する。また、pH値が12.0を超えると、粒子成長工程中の核生成量が増加し、得られる複合水酸化物粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。
b) Particle growth step In the particle growth step, the pH value of the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) is set to 10.5 to 12.0, preferably 11.0 to 12.0, based on the liquid temperature of 25°C. It is necessary to control it preferably within the range of 11.5 to 12.0. This suppresses the generation of new nuclei, allows priority to be given to particle growth, and allows the resulting composite hydroxide particles to be homogeneous and have a narrow particle size distribution. On the other hand, if the pH value is less than 10.5, the ammonium ion concentration increases and the solubility of metal ions increases, which not only slows down the crystallization reaction rate but also increases the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution. and productivity deteriorates. Moreover, when the pH value exceeds 12.0, the amount of nucleation during the particle growth process increases, the particle size of the obtained composite hydroxide particles becomes non-uniform, and the particle size distribution deteriorates.

なお、pH値が12.0の場合は、核生成と核成長の境界条件であるため、反応水溶液中に存在する核の有無により、核生成工程または粒子成長工程のいずれかの条件とすることができる。すなわち、核生成工程のpH値を12.0より高くして多量に核生成させた後、粒子成長工程のpH値を12.0とすると、反応水溶液中に多量の核が存在するため、粒子成長が優先して起こり、粒度分布が狭い複合水酸化物粒子を得ることができる。一方、核生成工程のpH値を12.0とすると、反応水溶液中に成長する核が存在しないため、核生成が優先して起こり、粒子成長工程のpH値を12.0より小さくすることで、生成した核が成長して良好な複合水酸化物粒子を得ることができる。いずれの場合においても、粒子成長工程のpH値を核生成工程のpH値より低い値で制御すればよく、核生成と粒子成長を明確に分離するためには、粒子成長工程のpH値を核生成工程のpH値より0.5以上低くすることが好ましく、1.0以上低くすることがより好ましい。 In addition, when the pH value is 12.0, it is a boundary condition between nucleation and nucleus growth, so depending on the presence or absence of nuclei in the reaction aqueous solution, it can be used as a condition for either the nucleation process or the particle growth process. I can do it. That is, if the pH value in the nucleation step is made higher than 12.0 to generate a large amount of nucleation, and then the pH value in the particle growth step is set to 12.0, a large amount of nuclei will be present in the reaction aqueous solution, and the particles will be Growth occurs preferentially, and composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution can be obtained. On the other hand, when the pH value of the nucleation step is set to 12.0, there are no nuclei to grow in the reaction aqueous solution, so nucleation occurs preferentially. , the generated nuclei grow, and good composite hydroxide particles can be obtained. In either case, the pH value in the particle growth process should be controlled to a value lower than the pH value in the nucleation process, and in order to clearly separate nucleation and particle growth, It is preferable to lower the pH value by 0.5 or more, more preferably by 1.0 or more than the pH value in the production step.

(4)反応雰囲気
上述のような複合水酸化物粒子が中心部を有する好ましい構造は、核生成工程および粒子成長工程における反応水溶液のpH値を上述のように制御するとともに、これらの工程における反応雰囲気を制御することにより形成される。したがって、このような複合水酸化物粒子の製造方法においては、各工程におけるpH値の制御とともに、反応雰囲気を制御する。すなわち、各工程におけるpH値を上述のように制御した上で、核生成工程と粒子成長工程の初期の反応雰囲気を酸化性雰囲気に調整することで、微細一次粒子が凝集した中心部が形成される。また、粒子成長工程の途中で、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替えることにより、中心部の外側に、板状一次粒子が凝集した外周部が形成される。
(4) Reaction atmosphere A preferable structure in which the composite hydroxide particles have a central part as described above is such that the pH value of the reaction aqueous solution in the nucleation step and the particle growth step is controlled as described above, and the reaction in these steps is controlled. It is formed by controlling the atmosphere. Therefore, in such a method for producing composite hydroxide particles, the reaction atmosphere is controlled as well as the pH value in each step. In other words, by controlling the pH value in each step as described above and adjusting the initial reaction atmosphere of the nucleation step and particle growth step to an oxidizing atmosphere, a core where fine primary particles aggregate is formed. Ru. In addition, by switching from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere during the particle growth process, an outer peripheral area where the plate-shaped primary particles aggregate is formed outside the center area.

このような反応雰囲気の制御では、中心部を構成する微細一次粒子は、通常、板状および/または針状となるが、複合水酸化物粒子の組成によっては、直方体状、楕円状、稜面体状などの形状も採り得る。この点については、外周部を構成する板状一次粒子についても同様である。したがって、目的とする複合水酸化物粒子の組成に応じて、各段階における反応雰囲気を適切に制御する。 In such a reaction atmosphere control, the fine primary particles constituting the center usually have a plate shape and/or a needle shape, but depending on the composition of the composite hydroxide particles, they can have a rectangular parallelepiped shape, an ellipsoid shape, or a rhombohedral shape. It can also take other shapes. Regarding this point, the same applies to the plate-shaped primary particles constituting the outer peripheral portion. Therefore, the reaction atmosphere at each stage is appropriately controlled depending on the composition of the target composite hydroxide particles.

a)酸化性雰囲気
複合水酸化物粒子の中心部を形成する段階では、反応雰囲気を、酸化性雰囲気に制御する。具体的には、反応雰囲気中における酸素濃度が、5容量%を超えるように、好ましくは10容量%以上、より好ましくは大気雰囲気(酸素濃度:21容量%)となるように制御する。反応雰囲気中の酸素濃度をこのような範囲に制御することにより、一次粒子の平均粒径が0.01μm~0.3μmの範囲となるため、微細一次粒子で形成された中心部を形成することができる。
a) Oxidizing atmosphere At the stage of forming the center of the composite hydroxide particles, the reaction atmosphere is controlled to be an oxidizing atmosphere. Specifically, the oxygen concentration in the reaction atmosphere is controlled so as to exceed 5% by volume, preferably 10% by volume or more, and more preferably an atmospheric atmosphere (oxygen concentration: 21% by volume). By controlling the oxygen concentration in the reaction atmosphere within this range, the average particle size of the primary particles will be in the range of 0.01 μm to 0.3 μm, so that a center portion made of fine primary particles can be formed. I can do it.

なお、この段階における反応雰囲気中の酸素濃度の上限は特に制限されることはないが、酸素濃度が過度に高いと、一次粒子の平均粒径が0.01μm未満となり、低密度層が十分な大きさとならない場合がある。このため、酸素濃度は30容量%以下とすることが好ましい。 Note that the upper limit of the oxygen concentration in the reaction atmosphere at this stage is not particularly limited, but if the oxygen concentration is excessively high, the average particle size of the primary particles will be less than 0.01 μm, and the low density layer will not be sufficient. It may not be the same size. For this reason, the oxygen concentration is preferably 30% by volume or less.

b)非酸化性雰囲気
一方、複合水酸化物粒子の外周部を形成する段階における反応雰囲気は、弱酸化性雰囲気ないしは非酸化性雰囲気に制御する。具体的には、反応雰囲気中における酸素濃度が、5容量%以下、好ましくは2容量%以下、より好ましくは1容量%以下となるように、酸素と不活性ガスの混合雰囲気に制御する。これにより、不要な酸化を抑制しつつ、核生成工程で生成した核を一定の範囲まで成長させることができるため、複合水酸化物粒子の外周部を、平均粒径が0.3μm~3μmの範囲にあり、板状一次粒子が凝集した構造とすることができ、上述した中心部と十分な一次粒子径の差を有する外周部を形成することができる。
b) Non-oxidizing atmosphere On the other hand, the reaction atmosphere at the stage of forming the outer periphery of the composite hydroxide particles is controlled to be a weakly oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere. Specifically, the mixed atmosphere of oxygen and inert gas is controlled so that the oxygen concentration in the reaction atmosphere is 5% by volume or less, preferably 2% by volume or less, more preferably 1% by volume or less. This allows the nuclei generated in the nucleation process to grow to a certain range while suppressing unnecessary oxidation. It is possible to form a structure in which the plate-shaped primary particles are aggregated, and to form an outer peripheral portion having a sufficient difference in primary particle diameter from the above-mentioned central portion.

c)雰囲気制御のタイミング
粒子成長工程において、上述した雰囲気制御は、目的とする粒子構造を有する複合水酸化物粒子が形成されるように、適切なタイミングで行うことが必要となる。
c) Timing of Atmosphere Control In the particle growth process, the above-mentioned atmosphere control needs to be performed at an appropriate timing so that composite hydroxide particles having the desired particle structure are formed.

上記粒子成長工程における雰囲気の切り替えは、最終的に得られる正極活物質において、微粒子が発生してサイクル特性が悪化しない程度の中空部が得られるように、複合水酸化物粒子の中心部の大きさを考慮して、そのタイミングが決定される。例えば、粒子成長工程時間の全体に対して、粒子成長工程の開始時から0~40%、好ましくは0~30%、さら好ましくは0~25%の時間の範囲で行う。粒子成長工程時間の全体に対して40%を超える時点で上記切り替えを行うと、形成される中心部が大きくなり、上記二次粒子の粒径に対する外周部の厚さが薄くなり過ぎる。一方、粒子成長工程の開始前、すなわち、核生成工程中に上記切り替えを行うと、中心部が小さくなりすぎるか、上記構造を有する二次粒子が形成されない。 The atmosphere in the above particle growth process is changed so that the size of the center of the composite hydroxide particles is so large that the final positive electrode active material has a hollow area that does not cause fine particles to occur and deteriorate the cycle characteristics. The timing will be determined taking into account the For example, it is carried out within a range of 0 to 40%, preferably 0 to 30%, more preferably 0 to 25% of the total particle growth process time from the start of the particle growth process. If the above-mentioned switching is performed at a point exceeding 40% of the total particle growth process time, the formed central part becomes large and the thickness of the outer peripheral part becomes too thin relative to the particle size of the secondary particles. On the other hand, if the above switching is performed before the start of the particle growth process, that is, during the nucleation process, the center portion will become too small or secondary particles having the above structure will not be formed.

d)切替方法
従来、晶析工程中における反応雰囲気の切り替えは、反応槽内に雰囲気ガスを流通させるか、反応水溶液に、内径が1mm~50mm程度の導管を挿入し、雰囲気ガスによってバブリングすることで行う。しかしながら、このような従来技術では、反応雰囲気の切り替えに長時間を要するため、切替中に、原料水溶液の供給を停止することが必要とされる。したがって、原料水溶液を供給しながら反応雰囲気の切り替えを行う場合は、散気管を用いることが好ましい。散気管は、表面に微細な孔を多数有する導管によって構成され、液体中に微細なガス(気泡)を多数放出することができるため、短時間で反応雰囲気の切り替えを行うことが可能である。このため、反応雰囲気の切替時に、原料水溶液の供給を停止する必要はなく、生産効率の改善を図ることができる。
d) Switching method Conventionally, the reaction atmosphere during the crystallization process was switched by circulating atmospheric gas in the reaction tank or by inserting a conduit with an inner diameter of about 1 mm to 50 mm into the reaction aqueous solution and bubbling the atmospheric gas. Do it with However, in such conventional techniques, it takes a long time to switch the reaction atmosphere, so it is necessary to stop the supply of the raw material aqueous solution during the switching. Therefore, when switching the reaction atmosphere while supplying the raw material aqueous solution, it is preferable to use a diffuser tube. The diffuser tube is constituted by a conduit having a large number of fine holes on its surface, and can release a large number of fine gases (bubbles) into the liquid, so that it is possible to switch the reaction atmosphere in a short time. Therefore, there is no need to stop the supply of the raw material aqueous solution when switching the reaction atmosphere, and production efficiency can be improved.

このような散気管としては、高pH環境下における耐性に優れるセラミック製のものを用いることが好ましい。また、散気管は、その孔径が小さいほど、微細な気泡を放出することができるため、高い効率で反応雰囲気を切り替えることが可能となる。本発明においては、孔径が100μm以下の散気管を用いることが好ましく、50μm以下の散気管を用いることがより好ましい。 As such a diffuser tube, it is preferable to use one made of ceramic, which has excellent resistance in a high pH environment. Furthermore, the smaller the pore diameter of the air diffuser tube, the more fine air bubbles can be emitted, so that the reaction atmosphere can be switched with higher efficiency. In the present invention, it is preferable to use an aeration tube with a pore diameter of 100 μm or less, more preferably an aeration tube with a pore diameter of 50 μm or less.

(5)アンモニウムイオン濃度
反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは3g/L~25g/L、より好ましくは5g/L~20g/Lの範囲内で一定値に保持する。反応水溶液中においてアンモニウムイオンは錯化剤として機能するため、アンモニウムイオン濃度が3g/L未満では、金属イオンの溶解度を一定に保持することができず、また、反応水溶液がゲル化しやすくなり、形状や粒径の整った複合水酸化物粒子を得ることが困難となる。一方、アンモニウムイオン濃度が25g/Lを超えると、金属イオンの溶解度が大きくなりすぎるため、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、組成ずれなどの原因となる。
(5) Ammonium ion concentration The ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution is preferably maintained at a constant value within the range of 3 g/L to 25 g/L, more preferably 5 g/L to 20 g/L. Since ammonium ions function as a complexing agent in the reaction aqueous solution, if the ammonium ion concentration is less than 3 g/L, the solubility of metal ions cannot be maintained constant, and the reaction aqueous solution tends to gel, causing the shape to change. It becomes difficult to obtain composite hydroxide particles with a uniform particle size. On the other hand, if the ammonium ion concentration exceeds 25 g/L, the solubility of metal ions becomes too high, and the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases, causing compositional deviation.

なお、晶析反応中にアンモニウムイオン濃度が変動すると、金属イオンの溶解度が変動し、均一な複合水酸化物粒子が形成されなくなる。このため、核生成工程と粒子成長工程を通じて、アンモニウムイオン濃度の変動幅を一定の範囲に制御することが好ましく、具体的には、±5g/Lの変動幅に制御することが好ましい。 Note that if the ammonium ion concentration fluctuates during the crystallization reaction, the solubility of metal ions will fluctuate, making it impossible to form uniform composite hydroxide particles. Therefore, it is preferable to control the fluctuation range of ammonium ion concentration within a certain range through the nucleation step and the particle growth step, and specifically, it is preferable to control the fluctuation range to ±5 g/L.

(6)反応温度
反応水溶液の温度(反応温度)は、核生成工程と粒子成長工程を通じて、好ましくは20℃以上、より好ましくは20℃~60℃の範囲に制御することが必要となる。反応温度が20℃未満では、反応水溶液の溶解度が低くなることに起因して、核生成が起こりやすくなり、得られる複合水酸化物粒子の平均粒径や粒度分布の制御が困難となる。なお、反応温度の上限は、特に制限されることはないが、60℃を超えると、アンモニアの揮発が促進され、反応水溶液中のアンモニウムイオンを一定範囲に制御するために供給するアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の量が増加し、生産コストが増加してしまう。
(6) Reaction Temperature The temperature of the aqueous reaction solution (reaction temperature) needs to be controlled preferably at 20°C or higher, more preferably in the range of 20°C to 60°C, throughout the nucleation step and particle growth step. If the reaction temperature is less than 20° C., nucleation tends to occur due to the low solubility of the reaction aqueous solution, making it difficult to control the average particle size and particle size distribution of the resulting composite hydroxide particles. The upper limit of the reaction temperature is not particularly limited, but if it exceeds 60°C, the volatilization of ammonia will be accelerated, and the ammonium ion donor supplied to control the ammonium ions in the reaction aqueous solution within a certain range. The amount of aqueous solution containing will increase, and the production cost will increase.

(7)被覆工程
正極活物質に添加元素を加えるため、被覆工程を備えてもよい。被覆方法は、複合水酸化物粒子を、添加元素Mを含む化合物によって均一に被覆することができる限り、特に制限されることはない。例えば、複合水酸化物粒子をスラリー化し、そのpH値を所定の範囲に制御した後、添加元素Mを含む化合物を溶解した水溶液(被覆用水溶液)を添加し、複合水酸化物粒子の表面に添加元素Mを含む化合物を析出させることで、添加元素を含む化合物によって均一に被覆された複合水酸化物粒子を得ることができる。この場合、被覆用水溶液に代えて、添加元素のアルコキシド溶液をスラリー化した複合水酸化物粒子に添加してもよい。また、複合水酸化物粒子をスラリー化せずに、添加元素を含む化合物を溶解した水溶液またはスラリーを吹き付けて乾燥させることにより被覆してもよい。さらに、複合水酸化物粒子と添加元素を含む化合物が懸濁したスラリーを噴霧乾燥させる方法により、または、複合水酸化物粒子と添加元素を含む化合物を固相法で混合するなどの方法により被覆することもできる。
(7) Coating process A coating process may be provided to add additional elements to the positive electrode active material. The coating method is not particularly limited as long as the composite hydroxide particles can be uniformly coated with the compound containing the additive element M. For example, after slurrying composite hydroxide particles and controlling the pH value within a predetermined range, an aqueous solution (aqueous coating solution) in which a compound containing the additive element M is dissolved is added to the surface of the composite hydroxide particles. By precipitating the compound containing the additive element M, composite hydroxide particles uniformly coated with the compound containing the additive element can be obtained. In this case, instead of the aqueous coating solution, an alkoxide solution of the additive element may be added to the slurry of the composite hydroxide particles. Alternatively, the composite hydroxide particles may be coated by spraying and drying an aqueous solution or slurry in which a compound containing an additive element is dissolved, without forming the composite hydroxide particles into a slurry. Furthermore, coating is performed by spray-drying a slurry in which composite hydroxide particles and a compound containing an additive element are suspended, or by mixing the composite hydroxide particles and a compound containing an additive element using a solid phase method. You can also.

なお、複合水酸化物粒子の表面を添加元素で被覆する場合には、被覆後の複合水酸化物粒子の組成が、目的とする複合水酸化物粒子の組成と一致するように、原料水溶液および被覆用水溶液の組成を適宜調整することが必要となる。また、被覆工程は、複合水酸化物粒子を熱処理した後の熱処理粒子に対して行ってもよい。 In addition, when coating the surface of the composite hydroxide particles with an additive element, the raw material aqueous solution and It is necessary to adjust the composition of the aqueous coating solution as appropriate. Further, the coating step may be performed on heat-treated particles after heat-treating the composite hydroxide particles.

(8)製造装置
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質に用いられる複合水酸化物粒子を製造するための晶析装置(反応槽)としては、上述した散気管によって反応雰囲気の切り替えを行うことができるものである限り、特に制限されることはない。しかしながら、晶析反応が終了するまで、析出した生成物を回収しないバッチ式晶析装置を用いることが好ましい。このような晶析装置であれば、オーバーフロー方式によって生成物を回収する連続晶析装置とは異なり、成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されることがないため、粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を容易に得ることができる。また、本発明の複合水酸化物粒子の製造方法では、晶析反応中の反応雰囲気を適切に制御することが必要となるため、密閉式の晶析装置を用いることが好ましい。
(8) Manufacturing device The crystallizer (reaction tank) for manufacturing the composite hydroxide particles used in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention uses the above-mentioned aeration pipe. There are no particular limitations as long as the reaction atmosphere can be switched. However, it is preferable to use a batch type crystallizer in which the precipitated product is not recovered until the crystallization reaction is completed. With this type of crystallizer, unlike continuous crystallizers that collect products using an overflow method, growing particles are not collected at the same time as the overflow liquid. particles can be easily obtained. Furthermore, in the method for producing composite hydroxide particles of the present invention, it is necessary to appropriately control the reaction atmosphere during the crystallization reaction, and therefore it is preferable to use a closed type crystallizer.

<2.リチウムイオン二次電池用正極活物質>
<2-1.リチウムイオン二次電池用正極活物質>
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.80、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Nb、Mo、Ta、Zr、Wから選択される1種以上の添加元素)で表され、層状構造を有する六方晶系の結晶構造を有し、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなる正極活物質であり、前記正極活物質を走査型電子顕微鏡を用いて観察した際に、観察視野内の二次粒子の数に対する、5個以上の二次粒子が凝集した凝集粒子の数の割合が0.7%以下であり、正極活物質に含まれる余剰リチウム量が0.08質量%以下であることを特徴とする。
<2. Cathode active material for lithium ion secondary batteries>
<2-1. Cathode active material for lithium ion secondary batteries>
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention has a general formula (B): Li 1+u Ni x Mny Co z M t O 2 (-0.05≦u≦0.50, x+y+z+t =1, 0.3≦x≦0.80, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0≦t≦0.1, M is Nb, Mo, Ta, Zr, A positive electrode active material that is represented by one or more additive elements selected from W), has a hexagonal crystal structure with a layered structure, and is composed of secondary particles formed by agglomeration of multiple primary particles. Yes, when the positive electrode active material is observed using a scanning electron microscope, the ratio of the number of aggregated particles in which five or more secondary particles aggregate to the number of secondary particles within the observation field is 0.7. % or less, and the amount of surplus lithium contained in the positive electrode active material is 0.08% by mass or less.

(1)粒子構造
a)二次粒子の構造
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。より高い出力特性を有するためには、二次粒子は、外殻部と、外殻部の内側に一次粒子が存在しない中空部とを備えていることが好ましい。
(1) Particle Structure a) Structure of Secondary Particles A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention is composed of secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles. In order to have higher output characteristics, it is preferable that the secondary particles include an outer shell and a hollow section in which no primary particles are present inside the outer shell.

中空構造を有する正極活物質では、一次粒子間の粒界または空隙から電解液が浸入して、粒子内部の中空側の一次粒子表面における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。 In a positive electrode active material that has a hollow structure, the electrolyte infiltrates through the grain boundaries or voids between the primary particles, and lithium is inserted and extracted at the reaction interface on the primary particle surface on the hollow side inside the particles, so Li ions , the movement of electrons is not hindered, and output characteristics can be improved.

b)外殻部
中空構造を有する正極活物質では、外殻部の厚さは、上記二次粒子の粒径に対する比率において5~45%であることが好ましく、8~38%であることがより好ましい。また、絶対値においては0.5~2.5μmの範囲にあることがより好ましく、0.4~2.0μmの範囲にあることが特に好ましい。外殻部の厚さの比率が5%未満であると、該二次粒子の強度が低下するため、粉体取扱時および電池の正極とするときに粒子が破壊され微粒子が発生し、特性を悪化させる。一方、外殻部の厚さの比率が45%を超えると、粒子内部の中空部へ電解液が侵入可能な上記粒界あるいは空隙から電解液が少なくなり、電池反応に寄与する表面積が小さくなるため、正極抵抗が上がり、出力特性が低下してしまう。なお、二次粒子径に対する外殻部の厚さの比率は、上記複合水酸化物粒子と同様にして求めることができる。
b) Outer shell In a positive electrode active material having a hollow structure, the thickness of the outer shell is preferably 5 to 45%, and preferably 8 to 38%, relative to the particle size of the secondary particles. More preferred. In terms of absolute value, it is more preferably in the range of 0.5 to 2.5 μm, particularly preferably in the range of 0.4 to 2.0 μm. If the ratio of the thickness of the outer shell is less than 5%, the strength of the secondary particles will decrease, so when handling the powder or using it as a battery positive electrode, the particles will be broken and fine particles will be generated, which will deteriorate the characteristics. make worse. On the other hand, when the ratio of the thickness of the outer shell exceeds 45%, the amount of electrolyte decreases from the grain boundaries or voids where the electrolyte can enter the hollow parts inside the particles, and the surface area that contributes to battery reactions becomes smaller. Therefore, the positive electrode resistance increases and the output characteristics deteriorate. Note that the ratio of the thickness of the outer shell to the secondary particle diameter can be determined in the same manner as for the composite hydroxide particles described above.

(2)平均粒径
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、平均粒径が、好ましくは3μm~12μm、より好ましくは3μm~10μmとなるように調整される。正極活物質の平均粒径がこのような範囲にあれば、この正極活物質を用いた二次電池の単位体積あたりの電池容量を増加させることができるばかりでなく、安全性や出力特性も改善することができる。これに対して、平均粒径が3μm未満では、正極活物質の充填性が低下し、単位体積あたりの電池容量を充分に増加させることができないことがある。一方、平均粒径が15μmを超えると、正極活物質の反応面積が低下し、電解液との界面が減少するため、出力特性を充分に改善することができないことがある。
(2) Average particle size The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention is adjusted to have an average particle size of preferably 3 μm to 12 μm, more preferably 3 μm to 10 μm. If the average particle size of the positive electrode active material is within this range, it is possible not only to increase the battery capacity per unit volume of a secondary battery using this positive electrode active material, but also to improve safety and output characteristics. can do. On the other hand, if the average particle diameter is less than 3 μm, the filling properties of the positive electrode active material may be reduced, and the battery capacity per unit volume may not be sufficiently increased. On the other hand, if the average particle size exceeds 15 μm, the reaction area of the positive electrode active material decreases and the interface with the electrolyte decreases, so that the output characteristics may not be sufficiently improved.

なお、正極活物質の平均粒径とは、上述した複合水酸化物粒子と同様に、体積基準平均粒径(MV)を意味し、例えば、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。 Note that the average particle size of the positive electrode active material means the volume-based average particle size (MV), similar to the above-mentioned composite hydroxide particles. It can be determined from the value.

(3)粒度分布
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、走査型電子顕微鏡を用いて倍率1000倍で観察した際に、5個以上の二次粒子が凝集した凝集粒子の割合は、視野中の二次粒子数に占める割合が0.7%以下、より好ましくは0.4%以下である。凝集粒子を低減することで、正極中の正極活物質粒子の分布が均一になり、Liの挿抜と電流の流れを均一にすることができ、電池容量とサイクル特性を向上させることができる。凝集粒子が増加すると、正極中の正極活物質粒子の分布が不均一になり、上記電池特性を改善することが困難である。
(3) Particle size distribution When the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention was observed at a magnification of 1000 times using a scanning electron microscope, five or more secondary particles aggregated. The proportion of aggregated particles in the number of secondary particles in the visual field is 0.7% or less, more preferably 0.4% or less. By reducing the aggregated particles, the distribution of the positive electrode active material particles in the positive electrode becomes uniform, so that the insertion and removal of Li and the flow of current can be made uniform, and the battery capacity and cycle characteristics can be improved. When the number of aggregated particles increases, the distribution of positive electrode active material particles in the positive electrode becomes uneven, making it difficult to improve the battery characteristics.

さらに粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径〕が、好ましくは0.55以下、より好ましくは0.50以下であり、きわめて粒度分布が狭い粒子により構成される。このような正極活物質は、微細粒子や粗大粒子の割合が少なく、これを用いた二次電池は、安全性、サイクル特性および出力特性がより優れたものとなる。 Further, [(d90-d10)/average particle size], which is an index indicating the spread of particle size distribution, is preferably 0.55 or less, more preferably 0.50 or less, and is composed of particles with an extremely narrow particle size distribution. . Such a positive electrode active material has a small proportion of fine particles and coarse particles, and a secondary battery using this material has better safety, cycle characteristics, and output characteristics.

これに対して、〔(d90-d10)/平均粒径〕が0.55を超えると、正極活物質中の微細粒子や粗大粒子の割合が増加する。例えば、微細粒子の割合が多い正極活物質を用いた二次電池では、微細粒子の局所的な反応に起因して、二次電池が発熱しやすくなり、安全性が低下するばかりでなく、微細粒子の選択的な劣化により、サイクル特性が劣ったものとなることがある。また、粗大粒子の割合が多い正極活物質を用いた二次電池では、電解液と正極活物質の反応面積を十分に確保することができず、出力特性が劣ったものとなることがある。 On the other hand, when [(d90-d10)/average particle size] exceeds 0.55, the proportion of fine particles and coarse particles in the positive electrode active material increases. For example, in a secondary battery that uses a positive electrode active material with a high proportion of fine particles, the secondary battery tends to generate heat due to local reactions of the fine particles, which not only reduces safety but also Selective deterioration of particles may result in poor cycle characteristics. In addition, in a secondary battery using a positive electrode active material with a high proportion of coarse particles, a sufficient reaction area between the electrolyte and the positive electrode active material may not be secured, resulting in poor output characteristics.

一方、工業規模の生産を前提とした場合には、正極活物質として、〔(d90-d10)/平均粒径〕が過度に小さいものを用いることは現実的でではない。したがって、コストや生産性を考慮すると、〔(d90-d10)/平均粒径〕の下限値は、0.25程度とすることが好ましい。 On the other hand, assuming industrial scale production, it is not practical to use a cathode active material that has an extremely small [(d90-d10)/average particle size]. Therefore, in consideration of cost and productivity, the lower limit of [(d90-d10)/average particle size] is preferably about 0.25.

なお、粒度分布の広がりを示す指標〔(d90-d10)/平均粒径〕におけるd10およびd90の意味、ならびに、これらの求め方は、上述した複合水酸化物粒子と同様であるため、ここでの説明は省略する。 Note that the meanings of d10 and d90 in the index showing the spread of particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] and how to obtain them are the same as for the composite hydroxide particles described above, so they will be explained here. The explanation of is omitted.

(4)結晶子径
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、結晶子径が100nm~160nmであることが好ましく、110nm~150nmであることがより好ましい。結晶子径を上記範囲に制御することにより、サイクル特性と出力をさらに良好なものとすることができる。
(4) Crystallite diameter The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention preferably has a crystallite diameter of 100 nm to 160 nm, more preferably 110 nm to 150 nm. By controlling the crystallite diameter within the above range, cycle characteristics and output can be further improved.

(5)組成
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.80、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、Mは、Nb、Mo、Ta、Zr、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される正極活物質に対して好適に適用することができる。
(5) Composition The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention has the general formula (B): Li 1+u Ni x Mny Co z M t O 2 (-0.05≦u≦0 .50, x+y+z+t=1, 0.3≦x≦0.80, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0≦t≦0.1, M is Nb, Mo, It can be suitably applied to a positive electrode active material represented by one or more additive elements selected from Ta, Zr, and W.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質において、リチウム(Li)の過剰量を示すuの値は、好ましくは-0.05以上0.50以下、より好ましく0以上0.50以下、さらに好ましくは0以上0.35以下とする。uの値を上記範囲に規制することにより、この正極活物質を正極材料として用いた二次電池の出力特性および電池容量を向上させることができる。これに対して、uの値が-0.05未満では、二次電池の正極抵抗が大きくなるため、出力特性を向上させることができない。一方、0.50を超えると、初期放電容量が低下するばかりでなく、正極抵抗も大きくなってしまう。 In the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, the value of u indicating the excess amount of lithium (Li) is preferably -0.05 or more and 0.50 or less, more preferably 0 or more and 0 or less. .50 or less, more preferably 0 or more and 0.35 or less. By regulating the value of u within the above range, it is possible to improve the output characteristics and battery capacity of a secondary battery using this positive electrode active material as a positive electrode material. On the other hand, if the value of u is less than -0.05, the positive electrode resistance of the secondary battery increases, making it impossible to improve the output characteristics. On the other hand, when it exceeds 0.50, not only the initial discharge capacity decreases but also the positive electrode resistance increases.

ニッケル(Ni)は、二次電池の高電位化および高容量化に寄与する元素であり、その含有量を示すxの値は、0.3以上0.80以下、より好ましくは0.3以上0.60以下とする。xの値が0.3未満では、この正極活物質を用いた二次電池の電池容量を向上させることができない。一方、xの値が0.80を超えると、他の元素の含有量が減少し、その効果を得ることができない。 Nickel (Ni) is an element that contributes to high potential and high capacity of secondary batteries, and the value of x indicating its content is 0.3 or more and 0.80 or less, more preferably 0.3 or more. It shall be 0.60 or less. If the value of x is less than 0.3, the battery capacity of a secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, when the value of x exceeds 0.80, the content of other elements decreases, making it impossible to obtain the effects thereof.

マンガン(Mn)は、熱安定性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すyの値は、好ましくは0.05以上0.55以下、より好ましくは0.10以上0.40以下とする。yの値が0.05未満では、この正極活物質を用いた二次電池の熱安定性を向上させることができない。一方、yの値が0.55を超えると、高温作動時に正極活物質からMnが溶出し、充放電サイクル特性が低下してしまう。 Manganese (Mn) is an element that contributes to improving thermal stability, and the value of y indicating its content is preferably 0.05 or more and 0.55 or less, more preferably 0.10 or more and 0.40 or less. shall be. If the value of y is less than 0.05, the thermal stability of a secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, if the value of y exceeds 0.55, Mn will be eluted from the positive electrode active material during high-temperature operation, and the charge-discharge cycle characteristics will deteriorate.

コバルト(Co)は、充放電サイクル特性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すzの値は、好ましくは0以上0.4以下、より好ましくは0.10以上0.35以下とする。zの値が0.4を超えると、この正極活物質を用いた二次電池の初期放電容量が大幅に低下してしまう。 Cobalt (Co) is an element that contributes to improving charge-discharge cycle characteristics, and the value of z indicating its content is preferably 0 or more and 0.4 or less, more preferably 0.10 or more and 0.35 or less. do. If the value of z exceeds 0.4, the initial discharge capacity of a secondary battery using this positive electrode active material will be significantly reduced.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質では、二次電池の耐久性や出力特性をさらに改善するため、上述した金属元素に加えて、添加元素Mを含有してもよい。このような添加元素Mとしては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、ランタン(La)、タングステン(W)から選択される1種以上を用いることができる。 The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention may contain an additive element M in addition to the above-mentioned metal elements in order to further improve the durability and output characteristics of the secondary battery. good. Such additive elements M include magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr), niobium (Nb), and molybdenum. (Mo), hafnium (Hf), tantalum (Ta), lanthanum (La), and tungsten (W).

添加元素Mの含有量を示すtの値は、好ましくは0以上0.1以下、より好ましくは0.001以上0.05以下とする。tの値が0.1を超えると、Redox反応に寄与する金属元素が減少するため、電池容量が低下する。 The value of t indicating the content of the additive element M is preferably 0 or more and 0.1 or less, more preferably 0.001 or more and 0.05 or less. When the value of t exceeds 0.1, the metal elements contributing to the Redox reaction decrease, resulting in a decrease in battery capacity.

(6)余剰リチウム
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、余剰リチウム(Li)量が0.8質量%以下である。余剰Li量は、正極活物質から溶出してくるLiを滴定することにより評価できる。得られた正極活物質1gに純水10mlを加えて1分間攪拌後、ろ過したろ液のpHを測定しながら1mol/リットルの塩酸を加えていくことにより出現する中和点から溶出するリチウムの化合物状態を分析して余剰Li量を評価するが、滴定曲線の高アルカリ側からの1段目の中和点(ショルダー)から算出したLi量を余剰Li量とする。通常は滴定曲線において2段の中和点が認められ、1段目の中和点がLiOH量を示し、2段目の中和点がLiCO量を示す。
(6) Surplus Lithium In the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention, the amount of surplus lithium (Li) is 0.8% by mass or less. The amount of excess Li can be evaluated by titrating Li eluted from the positive electrode active material. Add 10 ml of pure water to 1 g of the obtained positive electrode active material, stir for 1 minute, and add 1 mol/liter of hydrochloric acid while measuring the pH of the filtered filtrate. The amount of surplus Li is evaluated by analyzing the state of the compound, and the amount of Li calculated from the neutralization point (shoulder) of the first stage from the high alkaline side of the titration curve is defined as the amount of surplus Li. Usually, two stages of neutralization points are observed in the titration curve, with the first stage neutralization point indicating the amount of LiOH, and the second stage neutralization point indicating the amount of Li 2 CO 3 .

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質では、余剰Li量を0.80質量%以下、好ましくは0.75質量%以下とすることで、電池製造に用いるペースト製造時における正極活物質からのLiの溶出を抑制し、ペーストのゲル化を抑制することができる。これにより、均一な正極の製造が可能となり、電池容量やサイクル特性が向上する。また、結晶性が高いためにLiの溶出が抑制されることで、正極活物質の結晶中から過剰にリチウムが引き抜かれることが防止され、高い結晶性が維持されて電池容量やサイクル特性が向上する。 In the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, by setting the amount of excess Li to 0.80% by mass or less, preferably 0.75% by mass or less, it is possible to It is possible to suppress elution of Li from the positive electrode active material and suppress gelation of the paste. This makes it possible to manufacture a uniform positive electrode, improving battery capacity and cycle characteristics. In addition, the high crystallinity suppresses the elution of Li, preventing excessive extraction of lithium from the crystals of the positive electrode active material, maintaining high crystallinity and improving battery capacity and cycle characteristics. do.

(6)比表面積
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、比表面積が、0.3m2/g~5.0m2/gであることが好ましく、0.3m2/g~4.0m2/gであることがより好ましく、0.5m2/g~3.0m2/gであることがさらに好ましい。比表面積がこのような範囲にある正極活物質は、電解液との接触面積が大きく、これを用いた二次電池の出力特性を大幅に改善することができる。これに対して、正極活物質の比表面積が0.3m2/g未満では、二次電池を構成した場合に、電解液との反応面積を確保することができず、出力特性を十分に向上させることが困難となる。一方、正極活物質の比表面積が4.0m2/gを超えると、電解液との反応性が高くなりすぎるため、熱安定性が低下する場合がある。
(6) Specific surface area The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention preferably has a specific surface area of 0.3 m 2 /g to 5.0 m 2 /g, and 0.3 m 2 /g. 2 /g to 4.0 m 2 /g is more preferable, and even more preferably 0.5 m 2 /g to 3.0 m 2 /g. A positive electrode active material having a specific surface area within this range has a large contact area with an electrolytic solution, and can significantly improve the output characteristics of a secondary battery using the positive electrode active material. On the other hand, if the specific surface area of the positive electrode active material is less than 0.3 m 2 /g, it will not be possible to secure enough reaction area with the electrolyte when forming a secondary battery, and the output characteristics will not be sufficiently improved. It becomes difficult to do so. On the other hand, when the specific surface area of the positive electrode active material exceeds 4.0 m 2 /g, the reactivity with the electrolytic solution becomes too high, so that thermal stability may decrease.

なお、正極活物質の比表面積は、例えば、窒素ガス吸着によるBET法により測定することができる。 Note that the specific surface area of the positive electrode active material can be measured, for example, by the BET method using nitrogen gas adsorption.

(7)タップ密度
携帯電子機器の使用時間や電気自動車の走行距離を伸ばすために、二次電池の高容量化は重要な課題となっている。一方、二次電池の電極の厚さは、電池全体のパッキングや電子伝導性の問題から数ミクロン程度とすることが要求される。このため、正極活物質として高容量のものを使用するばかりでなく、正極活物質の充填性を高め、二次電池全体としての高容量化を図ることが必要となる。このような観点から、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質では、充填性の指標であるタップ密度を、1.0g/cm3以上とすることが好ましく、1.2g/cm3以上とすることがより好ましい。タップ密度が1.0g/cm3未満では、充填性が低く、二次電池全体の電池容量を十分に改善することができない場合がある。一方、タップ密度の上限値は、特に制限されるものではないが、通常の製造条件での上限は、3.0g/cm3程度となる。
(7) Tap density Increasing the capacity of secondary batteries has become an important issue in order to extend the usage time of portable electronic devices and the driving distance of electric vehicles. On the other hand, the thickness of the electrode of a secondary battery is required to be approximately several microns due to the packing of the entire battery and problems with electronic conductivity. Therefore, it is necessary not only to use a high-capacity cathode active material, but also to improve the filling properties of the cathode active material to increase the capacity of the secondary battery as a whole. From this point of view, in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the tap density, which is an index of filling property, is 1.0 g/cm 3 or more. More preferably, it is 2 g/cm 3 or more. If the tap density is less than 1.0 g/cm 3 , the filling property is low and the battery capacity of the entire secondary battery may not be sufficiently improved. On the other hand, the upper limit of the tap density is not particularly limited, but the upper limit under normal manufacturing conditions is about 3.0 g/cm 3 .

なお、タップ密度とは、JIS Z-2504に基づき、容器に採取した試料粉末を、100回タッピングした後のかさ密度を表し、振とう比重測定器を用いて測定することができる。 Note that the tapped density refers to the bulk density after a sample powder collected in a container is tapped 100 times based on JIS Z-2504, and can be measured using a shaking specific gravity meter.

<2-2.リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法>
次に本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法について図を用いながら説明する。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、図1に示すように、少なくとも、上述した複合水酸化物粒子をリチウム化合物と混合し、リチウム混合物を得る混合工程S2と、得られたリチウム混合物を、酸化性雰囲気中、750℃~900℃で仮焼する仮焼工程S3と、上記仮焼工程S3で仮焼したリチウム混合物を形成された上記リチウム混合物を、酸化性雰囲気中、850℃~980℃で焼成する焼成工程S5とを備える製造方法によって正極活物質を合成する。なお、必要に応じて、上述した工程に、熱処理工程S1や解砕工程などの工程を追加してもよい。このような製造方法によれば、上述した正極活物質、特に、一般式(B)で表される正極活物質を容易に得ることができる。以下工程ごとに詳細に説明する。
<2-2. Manufacturing method of positive electrode active material for lithium ion secondary battery>
Next, a method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention includes mixing at least the above-described composite hydroxide particles with a lithium compound to obtain a lithium mixture. Step S2, a calcination step S3 of calcining the obtained lithium mixture at 750° C. to 900° C. in an oxidizing atmosphere, and a calcination step S3 of calcining the lithium mixture calcined in the calcination step S3. A positive electrode active material is synthesized by a manufacturing method comprising a firing step S5 of firing at 850° C. to 980° C. in an oxidizing atmosphere. Note that, if necessary, steps such as a heat treatment step S1 and a crushing step may be added to the above-mentioned steps. According to such a manufacturing method, the above-mentioned positive electrode active material, particularly the positive electrode active material represented by general formula (B), can be easily obtained. Each step will be explained in detail below.

(1)熱処理工程S1
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法においては、任意的に、混合工程S2の前に熱処理工程S1を設けて、複合水酸化物粒子を熱処理粒子としてからリチウム化合物と混合してもよい。ここで、熱処理粒子には、熱処理工程S1において余剰水分を除去された複合水酸化物粒子のみならず、熱処理工程S1により、酸化物に転換された遷移金属複合酸化物粒子(以下、「複合酸化物粒子」という)、または、これらの混合物も含まれる。
(1) Heat treatment step S1
In the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, a heat treatment step S1 is optionally provided before the mixing step S2, and after the composite hydroxide particles are heat treated particles. May be mixed with lithium compounds. Here, the heat-treated particles include not only composite hydroxide particles from which excess moisture has been removed in the heat treatment step S1, but also transition metal composite oxide particles (hereinafter referred to as "composite oxide particles") converted into oxides in the heat treatment step S1. Also included are particles (referred to as "particles") or mixtures thereof.

熱処理工程S1は、複合水酸化物粒子を105℃~750℃に加熱して熱処理することにより、複合水酸化物粒子に含有される余剰水分を除去する工程である。これにより、焼成工程S5後まで残留する水分を一定量まで減少させることができ、得られる正極活物質の組成のばらつきを抑制することができる。 The heat treatment step S1 is a step in which excess water contained in the composite hydroxide particles is removed by heating the composite hydroxide particles to 105° C. to 750° C. and heat-treating them. Thereby, it is possible to reduce the remaining moisture to a certain amount until after the firing step S5, and it is possible to suppress variations in the composition of the obtained positive electrode active material.

熱処理工程S1における加熱温度は105℃~750℃とする。加熱温度が105℃未満では、複合水酸化物粒子中の余剰水分が除去できず、ばらつきを十分に抑制することができない場合がある。一方、加熱温度が700℃を超えても、それ以上の効果は期待できないばかりか、生産コストが増加してしまう。 The heating temperature in the heat treatment step S1 is 105°C to 750°C. If the heating temperature is less than 105° C., excess water in the composite hydroxide particles cannot be removed, and variations may not be sufficiently suppressed. On the other hand, even if the heating temperature exceeds 700° C., not only no further effect can be expected, but also production costs increase.

なお、熱処理工程S1では、正極活物質中の各金属成分の原子数や、Li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、必ずしもすべての複合水酸化物粒子を複合酸化物粒子に転換する必要はない。しかしながら、各金属成分の原子数やLiの原子数の割合のばらつきをより少ないものとするためには、400℃以上に加熱して、すべての複合水酸化物粒子を、複合酸化物粒子に転換することが好ましい。なお、熱処理条件による複合水酸化物粒子に含有される金属成分を分析によって予め求めておき、リチウム化合物との混合比を決めておくことで、上述したばらつきをより抑制することができる。 In addition, in the heat treatment step S1, it is sufficient to remove water to the extent that there is no variation in the number of atoms of each metal component in the positive electrode active material and the ratio of the number of Li atoms, so it is not necessary to remove all the composite hydroxide particles. There is no need for conversion to oxide particles. However, in order to reduce the variation in the number of atoms of each metal component and the ratio of the number of Li atoms, all composite hydroxide particles are converted to composite oxide particles by heating to 400°C or higher. It is preferable to do so. Note that the above-mentioned variations can be further suppressed by determining the metal components contained in the composite hydroxide particles under heat treatment conditions in advance by analysis and determining the mixing ratio with the lithium compound.

熱処理を行う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で行うことが好ましい。また、熱処理時間は、特に制限されないが、複合水酸化物粒子中の余剰水分を十分に除去する観点から、少なくとも1時間とすることが好ましく、5時間~15時間とすることがより好ましい。 The atmosphere in which the heat treatment is carried out is not particularly limited, and may be any non-reducing atmosphere, but it is preferable to carry out the heat treatment in an air stream because it can be easily carried out. Further, the heat treatment time is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently removing excess moisture in the composite hydroxide particles, it is preferably at least 1 hour, and more preferably from 5 hours to 15 hours.

(2)混合工程S2
混合工程S2は、上述した複合水酸化物粒子または熱処理粒子に、リチウム化合物を混合して、リチウム混合物を得る工程である。
(2) Mixing step S2
The mixing step S2 is a step of mixing a lithium compound with the above-described composite hydroxide particles or heat-treated particles to obtain a lithium mixture.

混合工程S2では、リチウム混合物中のリチウム以外の金属原子、具体的には、ニッケル、コバルト、マンガンおよび添加元素Mとの原子数の和(Me)と、リチウムの原子数(Li)との比(Li/Me)が、1:0.95~1:1.5、好ましくは1:1.0~1:1.5、より好ましくは1:1.0~1:1.35、さらに好ましくは1:1.0~1:1.2となるように、複合水酸化物粒子または熱処理粒子とリチウム化合物を混合することが必要となる。すなわち、焼成工程S5の前後ではLi/Meは変化しないので、混合工程S2におけるLi/Meが、目的とする正極活物質のLi/Meとなるように、複合水酸化物粒子または熱処理粒子とリチウム化合物を混合することが必要となる。 In the mixing step S2, the ratio of the sum of the numbers of metal atoms other than lithium in the lithium mixture (Me), specifically nickel, cobalt, manganese, and the additional element M, to the number of atoms of lithium (Li) is determined. (Li/Me) is 1:0.95 to 1:1.5, preferably 1:1.0 to 1:1.5, more preferably 1:1.0 to 1:1.35, even more preferably It is necessary to mix the composite hydroxide particles or heat-treated particles and the lithium compound so that the ratio is 1:1.0 to 1:1.2. That is, since Li/Me does not change before and after the firing step S5, the composite hydroxide particles or heat-treated particles and lithium are mixed so that the Li/Me in the mixing step S2 becomes the desired Li/Me of the positive electrode active material. It is necessary to mix the compounds.

混合工程S2で使用するリチウム化合物は、特に制限されることはないが、入手の容易性から、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウムまたはこれらの混合物を用いることが好ましい。特に、取り扱いの容易さや品質の安定性を考慮すると、水酸化リチウムまたは炭酸リチウムを用いることが好ましく、炭酸リチウムを用いることがより好ましい。 The lithium compound used in the mixing step S2 is not particularly limited, but from the viewpoint of availability, it is preferable to use lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate, or a mixture thereof. In particular, in consideration of ease of handling and stability of quality, it is preferable to use lithium hydroxide or lithium carbonate, and more preferably to use lithium carbonate.

複合水酸化物粒子または熱処理粒子とリチウム化合物は、微粉が生じない程度に十分に混合することが好ましい。混合が不十分であると、個々の粒子間でLi/Meにばらつきが生じ、十分な電池特性を得ることができない場合がある。なお、混合には、一般的な混合機を使用することができる。例えば、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ることができる。 It is preferable that the composite hydroxide particles or the heat-treated particles and the lithium compound are sufficiently mixed to such an extent that no fine powder is generated. If mixing is insufficient, Li/Me may vary between individual particles, and sufficient battery characteristics may not be obtained. Note that a general mixer can be used for mixing. For example, a shaker mixer, Loedige mixer, Julia mixer, V blender, etc. can be used.

(3)仮焼工程S3
上記混合工程S2で形成された上記リチウム混合物を、酸化性雰囲気中、550℃~800℃、好ましくは580℃~720℃で仮焼する。これにより、複合水酸化物粒子または熱処理粒子中に、リチウムを十分に拡散させて反応させ、次工程の焼成工程S5での二次粒子の焼結凝集を抑制することができる。すなわち、仮焼することにより、リチウム化合物が複合水酸化物粒子または熱処理粒子との反応により消費され、仮焼後に残留するリチウム化合物が大幅に減少する。次の焼成工程S5では、リチウム遷移金属複合酸化物粒子の結晶性を高めるため、高温に保持する必要があり、この保持中にリチウム化合物が溶融してリチウム遷移金属複合酸化物の二次粒子の焼結凝集が急速に進む。仮焼により残存するリチウム化合物を大幅に減少させることで、二次粒子の焼結凝集を抑制することができる。
(3) Calcining process S3
The lithium mixture formed in the mixing step S2 is calcined at 550°C to 800°C, preferably 580°C to 720°C in an oxidizing atmosphere. Thereby, lithium can be sufficiently diffused and reacted in the composite hydroxide particles or the heat-treated particles, and sintering agglomeration of the secondary particles in the next firing step S5 can be suppressed. That is, by calcination, the lithium compound is consumed by reaction with the composite hydroxide particles or the heat-treated particles, and the amount of lithium compound remaining after calcination is significantly reduced. In the next firing step S5, in order to improve the crystallinity of the lithium-transition metal composite oxide particles, it is necessary to hold them at a high temperature. During this holding, the lithium compound melts and the secondary particles of the lithium-transition metal composite oxide are formed. Sintering agglomeration progresses rapidly. By significantly reducing the remaining lithium compound through calcination, sintering agglomeration of secondary particles can be suppressed.

なお、上記温度での保持時間は、1時間~10時間とすることが好ましく、3時間~6時間とすることが好ましい。また、仮焼工程S3における雰囲気は、後述する焼成工程S5と同様に、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容量%~100容量%の雰囲気とすることがより好ましい。 Note that the holding time at the above temperature is preferably 1 hour to 10 hours, more preferably 3 hours to 6 hours. Further, the atmosphere in the calcination step S3 is preferably an oxidizing atmosphere, similar to the later-described firing step S5, and more preferably an atmosphere with an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法では、仮焼にて得られる仮焼粉の(003)面半価幅が0.45°以上、好ましくは0.50°以上である。これにより、結晶性が比較的低い仮焼粉、すなわちリチウム遷移金属複合酸化物粒子が得られ、後工程の焼成工程S5で高い結晶性のリチウム遷移金属複合酸化物粒子が得られる。仮焼粉の(003)面半価幅は、仮焼粉中に残留する炭酸リチウム量を低減する観点から、0.80°以下とすることが好ましく、0.75°以下とすることがより好ましい。半価幅の制御は、仮焼工程S3に供給する酸素量や保持する温度、時間を調整することで容易に制御できる。例えば、雰囲気ガスの流量を低減して供給する酸素量を少なくすることで、リチウム遷移金属複合酸化物の生成反応を遅らせ、半価幅の低下を抑制しながら炭酸リチウムを反応させることができる。 In the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, the half width of the (003) plane of the calcined powder obtained by calcining is 0.45° or more, preferably 0. It is 50° or more. As a result, calcined powder with relatively low crystallinity, ie, lithium transition metal composite oxide particles, is obtained, and highly crystalline lithium transition metal composite oxide particles are obtained in the subsequent firing step S5. The (003) plane half width of the calcined powder is preferably 0.80° or less, more preferably 0.75° or less, from the perspective of reducing the amount of lithium carbonate remaining in the calcined powder. preferable. The half value width can be easily controlled by adjusting the amount of oxygen supplied to the calcination step S3, the temperature and time at which it is held. For example, by reducing the amount of oxygen supplied by reducing the flow rate of the atmospheric gas, it is possible to delay the formation reaction of the lithium-transition metal composite oxide and cause the lithium carbonate to react while suppressing a decrease in the half value width.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質では、特に上述した半価幅を制御することで、上記リチウムイオン二次電池用正極活物質を二次電池に構成した場合に、電池容量とサイクル特性をさらに向上することができる。 In the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, by particularly controlling the above-mentioned half width, when the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is configured into a secondary battery, , battery capacity and cycle characteristics can be further improved.

さらに、仮焼後の粒子の炭素含有量を好ましくは1.0質量%以下、好ましくは0.8質量%以下、より好ましくは0.30質量%~0.75質量%となるように制御する。これにより、残留するリチウム化合物をさらに減少させ、焼成工程S5におけるリチウム遷移金属複合酸化物の二次粒子の焼結凝集をさらに抑制することができるとともに、十分に結晶性を高めることができる。炭素含有量の制御は、仮焼する温度と時間により容易に制御できる。 Furthermore, the carbon content of the particles after calcination is controlled to preferably be 1.0% by mass or less, preferably 0.8% by mass or less, and more preferably 0.30% by mass to 0.75% by mass. . Thereby, it is possible to further reduce the remaining lithium compound, further suppress sintering agglomeration of the secondary particles of the lithium transition metal composite oxide in the firing step S5, and to sufficiently improve crystallinity. The carbon content can be easily controlled by adjusting the temperature and time of calcination.

(4)焼成前解砕工程S4
焼成前解砕工程S4では、下記の焼成工程S5の前に、上記仮焼工程S3で仮焼したリチウム混合物を解砕する。仮焼工程S3は酸化性雰囲気中、750℃~900℃の高温下で行われるので、当該仮焼工程S3によって得られたリチウム複合酸化物粒子は、粗粒のLiOH等が十分ほぐれて無い場合等でリチウム濃度が高い部位が凝集しやすいため、凝集又は軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合には、そのまま高温での焼成を行うと、焼結が強固になってしまい、焼成工程S5の後で行われる焼成後解砕工程を経て、なお、凝集粒子が残ってしまう。このため、本実施形態では、仮焼工程S3で生じた仮焼後のリチウム複合酸化物粒子の凝集体又は焼結体を解砕することによって、得られる正極活物質の平均粒径や粒度分布を好適な範囲に調整することができる。
(4) Pre-firing crushing step S4
In the pre-firing crushing step S4, the lithium mixture calcined in the calcining step S3 is crushed before the firing step S5 described below. Since the calcination step S3 is carried out at a high temperature of 750°C to 900°C in an oxidizing atmosphere, the lithium composite oxide particles obtained by the calcination step S3 may have coarse particles of LiOH etc. that are not sufficiently loosened. Since areas with high lithium concentration tend to aggregate, agglomeration or slight sintering may occur. In such a case, if the firing is performed at a high temperature as it is, the sintering will become strong, and even after the post-firing crushing step performed after the firing step S5, aggregated particles will still remain. Therefore, in the present embodiment, the average particle size and particle size distribution of the positive electrode active material obtained by crushing the aggregates or sintered bodies of the calcined lithium composite oxide particles generated in the calcining step S3 can be adjusted to a suitable range.

このように、本実施形態では、仮焼工程S3で仮焼したリチウム混合物を解砕することによって、焼結工程後の正極活物質を構成する二次粒子の焼結凝集を抑制している。なお、ここで言及する解砕とは、仮焼時に二次粒子間の焼結ネッキング等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分離させて、凝集体をほぐす操作を意味する。また、解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、例えば、ピンミルやハンマーミル等を使用することができる。この際、二次粒子を破壊しないように解砕力を適切な範囲に調整することが好ましい。 In this manner, in this embodiment, the lithium mixture calcined in the calcining step S3 is crushed to suppress sintering agglomeration of the secondary particles constituting the positive electrode active material after the sintering step. Note that the crushing referred to here refers to the process of applying mechanical energy to an agglomerate of multiple secondary particles generated due to sinter necking between secondary particles during calcination to destroy the secondary particles themselves. It means an operation that loosens aggregates by separating them without destroying them. Moreover, as a method of crushing, a known means can be used, and for example, a pin mill, a hammer mill, etc. can be used. At this time, it is preferable to adjust the crushing force to an appropriate range so as not to destroy the secondary particles.

(5)焼成工程S5
焼成工程S5は、リチウム混合物を所定条件の下で仮焼して得られた仮焼粉の結晶性を高めて、結晶性の高いリチウム遷移金属複合酸化物粒子を得る工程である。
(5) Firing process S5
The firing step S5 is a step of increasing the crystallinity of the calcined powder obtained by calcining the lithium mixture under predetermined conditions to obtain highly crystalline lithium transition metal composite oxide particles.

複合水酸化物粒子は、微細一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、当該中心部の外側に、当該板状一次粒子が凝集して形成された外周部を備える二次粒子である場合、この焼成工程S5と前工程の仮焼工程S3において、複合水酸化物粒子および熱処理粒子の中心部および高密度層は、焼結収縮し、正極活物質における一次粒子の凝集部を形成する。一方、低密度層は、微細一次粒子によって構成されているため、この微細一次粒子よりも大きな板状一粒子によって構成される中心部や高密度層よりも低温域から焼結し始める。しかも、低密度層は、中心部や高密度層と比べて収縮量が大きなものとなる。このため、低密度層を構成する微細一次粒子は、焼結の進行が遅い中心部や高密度層側に収縮し、適度な大きさの空間部が形成されることとなる。この際、低密度層内の高密度部は、中心部や高密度層との連結を維持したまま、焼結収縮するため、得られる正極活物質においては、外殻部と凝集部とが電気的に導通し、かつ、その経路の断面積を十分に確保することができる。この結果、正極活物質の内部抵抗が大幅に減少し、二次電池を構成した場合に、電池容量やサイクル特性を損ねることなく、出力特性を改善することが可能となる。 Composite hydroxide particles are secondary particles that have a center portion formed by agglomeration of fine primary particles, and an outer peripheral portion formed by aggregation of the plate-shaped primary particles outside the center portion. In some cases, in this calcination step S5 and the previous calcination step S3, the center and high-density layer of the composite hydroxide particles and heat-treated particles undergo sintering shrinkage to form an agglomerated portion of primary particles in the positive electrode active material. do. On the other hand, since the low-density layer is composed of fine primary particles, it begins to sinter at a lower temperature than the center and high-density layer, which are composed of plate-like single particles larger than the fine primary particles. Furthermore, the amount of shrinkage in the low-density layer is greater than that in the center and the high-density layer. Therefore, the fine primary particles constituting the low-density layer shrink toward the center where sintering progresses slowly and toward the high-density layer, and a space of an appropriate size is formed. At this time, the high-density part within the low-density layer shrinks by sintering while maintaining connection with the center and the high-density layer, so in the resulting positive electrode active material, the outer shell part and the agglomerated part are electrically electrical conduction, and a sufficient cross-sectional area of the path can be ensured. As a result, the internal resistance of the positive electrode active material is significantly reduced, and when a secondary battery is constructed, it becomes possible to improve the output characteristics without impairing the battery capacity or cycle characteristics.

このような正極活物質の粒子構造は、基本的に、前駆体である複合水酸化物粒子の粒子構造に応じて定まるものであるが、その組成や焼成条件などの影響を受けることがあるため、予備試験を行った上で、所望の構造となるように、各条件を適宜調整することが好ましい。 The particle structure of such a positive electrode active material is basically determined according to the particle structure of the composite hydroxide particles that are the precursor, but it may be affected by its composition, firing conditions, etc. It is preferable to conduct a preliminary test and then adjust each condition as appropriate to obtain the desired structure.

なお、焼成工程S5に用いられる炉は、特に制限されることはなく、大気ないしは酸素気流中でリチウム混合物を加熱できるものであればよい。ただし、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く、バッチ式あるいは連続式の電気炉のいずれも好適に用いることができる。この点については、熱処理工程S1および仮焼工程S3に用いる炉についても同様である。 Note that the furnace used in the firing step S5 is not particularly limited, and may be any furnace that can heat the lithium mixture in the atmosphere or in an oxygen stream. However, from the viewpoint of maintaining a uniform atmosphere in the furnace, an electric furnace that does not generate gas is preferable, and either a batch type or a continuous type electric furnace can be suitably used. Regarding this point, the same applies to the furnace used in the heat treatment step S1 and the calcination step S3.

a)焼成温度
仮焼粉の焼成温度は、仮焼温度より高く、かつ760℃~1050℃、好ましくは790℃~1000℃とすることが必要となる。焼成温度が760℃未満では、複合水酸化物粒子または熱処理粒子中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウムや未反応の複合水酸化物粒子または熱処理粒子が残存したり、得られるリチウム複合酸化物粒子の結晶性が不十分なものとなる。一方、焼成温度が1050℃を超えると、リチウム複合酸化物粒子間が激しく焼結し、異常粒成長が引き起こされ、不定形な粗大粒子の割合が増加することとなる。
a) Firing temperature The firing temperature of the calcined powder needs to be higher than the calcining temperature and 760°C to 1050°C, preferably 790°C to 1000°C. If the firing temperature is less than 760°C, lithium will not diffuse sufficiently into the composite hydroxide particles or heat-treated particles, and excess lithium or unreacted composite hydroxide particles or heat-treated particles may remain, or the resulting lithium composite may The crystallinity of the oxide particles becomes insufficient. On the other hand, when the firing temperature exceeds 1050° C., lithium composite oxide particles are violently sintered, abnormal grain growth is caused, and the proportion of irregularly shaped coarse particles increases.

また、焼成工程S5における昇温速度は、2℃/分~10℃/分とすることが好ましく、5℃/分~10℃/分とすることがより好ましい。さらに、焼成工程S5中、リチウム化合物の融点付近の温度で、好ましくは1時間~5時間、より好ましくは2時間~5時間保持することが好ましい。これにより、仮焼粉の結晶性をより均一に高めることができる。 Further, the temperature increase rate in the firing step S5 is preferably 2° C./min to 10° C./min, more preferably 5° C./min to 10° C./min. Furthermore, during the firing step S5, it is preferable to maintain the temperature near the melting point of the lithium compound for preferably 1 to 5 hours, more preferably 2 to 5 hours. Thereby, the crystallinity of the calcined powder can be improved more uniformly.

b)焼成時間
焼成時間のうち、上述した焼成温度での保持時間は、少なくとも1時間とすることが好ましく、2時間~24時間とすることがより好ましい。焼成温度における保持時間が2時間未満では、得られるリチウム複合酸化物粒子の結晶性が不十分なものとなるおそれがある。
b) Firing time Among the firing times, the holding time at the above-mentioned firing temperature is preferably at least 1 hour, more preferably from 2 hours to 24 hours. If the holding time at the firing temperature is less than 2 hours, the resulting lithium composite oxide particles may have insufficient crystallinity.

なお、保持時間終了後、焼成温度から少なくとも200℃までの冷却速度は、2℃/分~10℃/分とすることが好ましく、3℃/分~7℃/分とすることがより好ましい。冷却速度をこのような範囲に制御することにより、生産性を確保しつつ、匣鉢などの設備が、急冷により破損することを防止することができる。 The cooling rate from the firing temperature to at least 200°C after the holding time is preferably 2°C/min to 10°C/min, more preferably 3°C/min to 7°C/min. By controlling the cooling rate within such a range, it is possible to ensure productivity and prevent equipment such as saggers from being damaged due to rapid cooling.

c)焼成雰囲気
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容量%~100容量%の雰囲気とすることがより好ましく、上記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、大気ないしは酸素気流中で行うことが好ましい。酸素濃度が18容量%未満では、リチウム複合酸化物粒子の結晶性が不十分なものとなるおそれがある。
c) Firing atmosphere The atmosphere during firing is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere with an oxygen concentration of 18% to 100% by volume, and a mixed atmosphere of oxygen and an inert gas with the above oxygen concentration. It is particularly preferable that That is, the firing is preferably performed in the atmosphere or in an oxygen stream. If the oxygen concentration is less than 18% by volume, the crystallinity of the lithium composite oxide particles may be insufficient.

焼成工程S5では、酸化性雰囲気中、リチウム化合物の融点±50℃の温度範囲で1時間~5時間保持し、その後昇温して、760℃~980℃で2~24時間保持して焼成することが特に好ましい。リチウム化合物の融点±50℃とは、リチウム化合物によって融点は異なるが、それぞれのリチウム化合物の融点の±50℃の温度範囲である。 In the firing step S5, the material is held in an oxidizing atmosphere at a temperature range of ±50°C, the melting point of the lithium compound, for 1 to 5 hours, and then raised to a temperature of 760°C to 980°C, held for 2 to 24 hours, and fired. This is particularly preferred. The melting point of a lithium compound ±50°C is a temperature range of ±50°C of the melting point of each lithium compound, although the melting point varies depending on the lithium compound.

(6)焼成後解砕工程S6
焼成工程S5によって得られたリチウム複合酸化物粒子は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合には、リチウム複合酸化物粒子の凝集体または焼結体を解砕することが好ましい。これによって、得られる正極活物質の平均粒径や粒度分布を好適な範囲に調整することができる。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分離させて、凝集体をほぐす操作を意味する。
(6) Post-firing crushing step S6
The lithium composite oxide particles obtained in the firing step S5 may be agglomerated or slightly sintered. In such a case, it is preferable to crush the aggregate or sintered body of lithium composite oxide particles. Thereby, the average particle size and particle size distribution of the obtained positive electrode active material can be adjusted to a suitable range. Note that crushing is a process in which mechanical energy is applied to an aggregate consisting of multiple secondary particles that is generated due to sinter necking between secondary particles during firing, without destroying the secondary particles themselves. It means the operation of separating and loosening aggregates.

解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、例えば、ピンミルやハンマーミルなどを使用することができる。なお、この際、二次粒子を破壊しないように解砕力を適切な範囲に調整することが好ましい。 As a crushing method, a known means can be used, and for example, a pin mill, a hammer mill, etc. can be used. In addition, at this time, it is preferable to adjust the crushing force to an appropriate range so as not to destroy the secondary particles.

<3.リチウムイオン二次電池>
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、用いる二次電池に限定されないが、例えばリチウムイオン二次電池に好適に用いることができる。リチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液などの、一般のリチウムイオン二次電池と同様の構成部材を備える。なお、以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明のリチウムイオン二次電池は、本明細書に記載されている実施形態を基づいて、種々の変更、改良を施した形態に適用することも可能である。
<3. Lithium ion secondary battery>
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention is not limited to the secondary battery used, but can be suitably used, for example, in a lithium ion secondary battery. A lithium ion secondary battery includes the same constituent members as a general lithium ion secondary battery, such as a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte. Note that the embodiments described below are merely examples, and the lithium ion secondary battery of the present invention can be applied to forms with various changes and improvements based on the embodiments described in this specification. It is also possible.

(1)構成部材
a)正極
上述したリチウムイオン二次電池用正極活物質を用いて、例えば、以下のようにしてリチウムイオン二次電池の正極を作製する。
(1) Components a) Positive electrode Using the above-described positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode for a lithium ion secondary battery is produced, for example, as follows.

まず、本発明の正極活物質に、導電材および結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整などの溶剤を添加し、これらを混練して正極合剤ペーストを作製する。その際、正極合剤ペースト中のそれぞれの混合比も、リチウムイオン二次電池の性能を決定する重要な要素となる。例えば、溶剤を除いた正極合剤の固形分を100質量部とした場合には、一般のリチウムイオン二次電池の正極と同様に、正極活物質の含有量を60質量部~95質量部、導電材の含有量を1質量部~20質量部および結着剤の含有量を1質量部~20質量部とすることができる。 First, a conductive material and a binder are mixed with the positive electrode active material of the present invention, and if necessary, activated carbon and a solvent for adjusting viscosity are added, and the mixture is kneaded to prepare a positive electrode mixture paste. At this time, the mixing ratio of each component in the positive electrode mixture paste is also an important factor that determines the performance of the lithium ion secondary battery. 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 is 60 parts by mass to 95 parts by mass, similar to the positive electrode of a general lithium ion secondary battery. The content of the conductive material can be 1 part by mass to 20 parts by mass, and the content of the binder can be 1 part by mass to 20 parts by mass.

得られた正極合剤ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して、溶剤を飛散させる。必要に応じて、電極密度を高めるべく、ロールプレスなどにより加圧することもある。このようにして、シート状の正極を作製することができる。シート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断などをして、電池の作製に供することができる。なお、正極の作製方法は、上記例示のものに限られることはなく、他の方法によってもよい。 The obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of aluminum foil, for example, and dried to scatter the solvent. If necessary, pressure may be applied using a roll press or the like to increase the electrode density. In this way, a sheet-like positive electrode can be produced. The sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size depending on the intended battery and used for battery production. Note that the method for producing the positive electrode is not limited to the one exemplified above, and other methods may be used.

導電材としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛、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。 As the conductive material, 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、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、例えば、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、セルロース系樹脂またはポリアクリル酸を用いることができる。 The binder plays a role in binding the active material particles, and includes, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose resin, or polyacrylic resin. Acids can be used.

このほか、必要に応じて、正極活物質、導電材および活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合剤に添加することができる。溶剤としては、具体的に、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。また、正極合剤には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することもできる。 In addition, a solvent for dispersing the positive electrode active material, conductive material, and activated carbon and dissolving the binder can be added to the positive electrode mixture, if necessary. Specifically, organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent. Moreover, activated carbon can also be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

b)負極
負極には、金属リチウムやリチウム合金などを使用することができる。また、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に、結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合剤を、銅などの金属箔集電体の表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを使用することができる。
b) Negative electrode Metallic lithium, lithium alloy, etc. can be used for the negative electrode. In addition, a negative electrode mixture made by mixing a binder with a negative electrode active material that can absorb and deintercalate lithium ions and adding an appropriate solvent to form a paste is applied to the surface of a metal foil current collector such as copper. , dried and compressed to increase the electrode density if necessary.

負極活物質としては、例えば、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、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる天然黒鉛、人造黒鉛およびフェノール樹脂などの有機化合物焼成体ならびに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。この場合、負極結着剤としては、正極同様、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、これらの活物質および結着剤を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。 Examples of negative electrode active materials include materials containing lithium such as metallic lithium and lithium alloys, natural graphite that can absorb and desorb lithium ions, fired organic compounds such as artificial graphite and phenol resin, and carbon materials such as coke. Powder can be used. In this case, as the negative electrode binder, a fluororesin such as PVDF can be used as in the positive electrode, and as the solvent for dispersing these active materials and the binder, an organic resin such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used. Solvents can be used.

c)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する。このようなセパレータとしては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微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、特に限定されることはない。
c) Separator The separator is placed 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. As such a separator, for example, a thin film of polyethylene or polypropylene having many fine pores can be used, but there is no particular limitation as long as it has the above-mentioned functions.

d)非水電解液
非水電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものを用いてもよい。また、非水電解液として、イオン液体にリチウム塩が溶解したものを用いてもよい。なお、イオン液体とは、リチウムイオン以外のカチオンおよびアニオンから構成され、常温でも液体状を示す塩をいう。
d) Non-aqueous electrolyte The non-aqueous electrolyte may be one in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent. Further, as the non-aqueous electrolyte, an ionic liquid in which a lithium salt is dissolved may be used. Note that the ionic liquid refers to a salt that is composed of cations and anions other than lithium ions and remains in a liquid state even at room temperature.

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

支持塩としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiN(CFSO、およびそれらの複合塩などを用いることができる。さらに、非水系電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤および難燃剤などを含んでいてもよい。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , complex salts thereof, and the like can be used. Furthermore, the nonaqueous electrolyte may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.

また、非水系電解質としては、固体電解質を用いてもよい。固体電解質は、高電圧に耐えうる性質を有する。固体電解質としては、 無機固体電解質、有機固体電解質が挙げられる。無機個体電解質として、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質等が用いられる。 Furthermore, a solid electrolyte may be used as the non-aqueous electrolyte. A solid electrolyte has the property of being able to withstand high voltage. Examples of solid electrolytes include inorganic solid electrolytes and organic solid electrolytes. As the inorganic solid electrolyte, oxide-based solid electrolytes, sulfide-based solid electrolytes, etc. are used.

酸化物系固体電解質としては、特に限定されず、酸素(O)を含有し、かつ、リチウムイオン電導性と電子絶縁性とを有するものであれば用いることができる。酸化物系個体電解質としては、例えば、リン酸リチウム(LiPO)、LiPO、LiBO、LiNbO、LiTaO、LiSiO、LiSiO-LiPO、LiSiO-LiVO、LiO-B-P、LiO-SiO、LiO-B-ZnO、Li1+XAlTi2-X(PO(0≦X≦1)、Li1+XAlGe2-X(PO(0≦X≦1)、LiTi(PO、Li3XLa2/3-XTiO(0≦X≦2/3)、LiLaTa12、LiLaZr12、LiBaLaTa12、Li3.6Si0.60.4等が挙げられる。 The oxide-based solid electrolyte is not particularly limited, and any material that contains oxygen (O) and has lithium ion conductivity and electronic insulation can be used. Examples of oxide - based solid electrolytes include lithium phosphate ( Li 3 PO 4 ) , Li 3 PO 4 N X , LiBO 2 N PO 4 , Li 4 SiO 4 -Li 3 VO 4 , Li 2 O-B 2 O 3 -P 2 O 5 , Li 2 O-SiO 2 , Li 2 O-B 2 O 3 -ZnO, Li 1+X Al X Ti 2-X (PO 4 ) 3 (0≦X≦1), Li 1+X Al X Ge 2-X (PO 4 ) 3 (0≦X≦1), LiTi 2 (PO 4 ) 3 , Li 3 3-X TiO 3 (0≦X≦2/3), Li 5 La 3 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 3.6 Si 0.6 Examples include P 0.4 O 4 and the like.

硫化物系固体電解質としては、特に限定されず、硫黄(S)を含有し、かつ、リチウムイオン電導性と電子絶縁性とを有するものであれば用いることができる。硫化物系固体電解質としては、例えば、LiS-P、LiS-SiS、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiS-B、LiPO-LiS-SiS、LiPO-LiS-SiS、LiPO-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P等が挙げられる。 The sulfide-based solid electrolyte is not particularly limited, and any material that contains sulfur (S) and has lithium ion conductivity and electronic insulation can be used. Examples of the sulfide solid electrolyte include Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI- Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 2 S-B 2 S 3 , Li 3 PO 4 -Li 2 S-Si 2 S, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , LiPO 4 -Li 2 S-SiS, LiI-Li 2 S-P 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , and the like.

なお、無機固体系電解質としては、上記以外のものを用いてよく、例えば、LiN、LiI、LiN-LiI-LiOH等を用いてもよい。 Note that as the inorganic solid electrolyte, other than those mentioned above may be used, for example, Li 3 N, LiI, Li 3 N-LiI-LiOH, etc. may be used.

有機固体電解質としては、イオン電導性を示す高分子化合物であれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの共重合体などを用いることができる。また、有機固体電解質は、支持塩(リチウム塩)を含んでいてもよい。 The organic solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a polymer compound that exhibits ionic conductivity, and for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, copolymers thereof, etc. can be used. Moreover, the organic solid electrolyte may contain a supporting salt (lithium salt).

(2)リチウムイオン二次電池
以上の正極、負極、セパレータおよび非水電解液で構成される本発明のリチウムイオン二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。
(2) Lithium ion secondary battery The lithium ion secondary battery of the present invention, which is composed of the above positive electrode, negative electrode, separator, and non-aqueous electrolyte, can be formed into various shapes such as a cylindrical shape and a stacked shape.

いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、得られた電極体に、非水電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通じる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉して、リチウムイオン二次電池を完成させる。 Regardless of the shape, the positive electrode and negative electrode are laminated with a separator in between to form an electrode body, the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode current collector is connected to the outside. Connections are made between the positive electrode terminal and between the negative electrode current collector and the negative electrode terminal communicating with the outside using current collection leads, and the battery case is sealed to complete a lithium ion secondary battery.

(3)リチウムイオン二次電池の特性
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述したように、本発明の正極活物質を正極材料として用いているため、電池容量、出力特性およびサイクル特性に優れる。しかも、従来のリチウムニッケル系複合酸化物粒子からなる正極活物質を用いた二次電池との比較においても、熱安定性や安全性において優れているといえる。
(3) Characteristics of lithium ion secondary battery As described above, the lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention uses the positive electrode active material of the present invention as a positive electrode material, and therefore has battery capacity and output characteristics. and excellent cycle characteristics. Moreover, it can be said that it is superior in terms of thermal stability and safety when compared with secondary batteries using conventional positive electrode active materials made of lithium-nickel composite oxide particles.

(4)用途
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述のように、電池容量、出力特性およびサイクル特性に優れており、これらの特性が高いレベルで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など)の電源に好適に利用することができる。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、安全性にも優れており、小型化および高出力化が可能であるばかりでなく、高価な保護回路を簡略することができるため、搭載スペースに制約を受ける輸送用機器の電源としても好適に利用することができる。
(4) Applications As mentioned above, the lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention has excellent battery capacity, output characteristics, and cycle characteristics, and is used in small portable electronic devices that require these characteristics at a high level. It can be suitably used as a power source for devices (notebook personal computers, mobile phones, etc.). In addition, the lithium ion secondary battery of the present invention has excellent safety, and not only can it be made smaller and have higher output, but also can simplify the expensive protection circuit, which limits the installation space. It can also be suitably used as a power source for transportation equipment that receives the battery.

以下、実施例および比較例を用いて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例および比較例では、特に断りがない限り、複合水酸化物粒子および正極活物質の作製には、和光純薬工業株式会社製試薬特級の各試料を使用した。また、核生成工程および粒子成長工程を通じて、反応水溶液のpH値は、pHコントローラ(日伸理化製、NPH-690D)により測定し、この測定値に基づき、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調整することで、各工程における反応水溶液のpH値の変動幅を±0.2の範囲に制御した。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail using Examples and Comparative Examples. In the Examples and Comparative Examples below, unless otherwise specified, each sample of reagent special grade manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used to prepare the composite hydroxide particles and the positive electrode active material. In addition, throughout the nucleation process and particle growth process, the pH value of the reaction aqueous solution is measured by a pH controller (manufactured by Nisshin Rika, NPH-690D), and based on this measurement value, the supply amount of the sodium hydroxide aqueous solution is adjusted. In this way, the fluctuation width of the pH value of the reaction aqueous solution in each step was controlled within the range of ±0.2.

(実施例1)
(遷移金属複合水酸化物粒子の製造)
(核生成工程)
はじめに、反応槽(34L)内に、水を半分の量まで入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。このときの反応槽内は、大気雰囲気(酸素濃度:21容量%)とした。この反応槽内の水に、25質量%水酸化ナトリウム水溶液と25質量%アンモニア水を適量加えて、液温25℃基準で、槽内の反応液のpH値が13.0となるように調整した。さらに、当該反応液中のアンモニア濃度を10g/Lに調節して反応前水溶液とした。
(Example 1)
(Production of transition metal composite hydroxide particles)
(Nucleation process)
First, a reaction tank (34 L) was filled with water up to half its volume, and the temperature inside the tank was set at 40° C. while stirring. At this time, the inside of the reaction tank was set to an atmospheric atmosphere (oxygen concentration: 21% by volume). Add appropriate amounts of 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass aqueous ammonia to the water in this reaction tank, and adjust the pH value of the reaction solution in the tank to 13.0 based on the liquid temperature of 25°C. did. Furthermore, the ammonia concentration in the reaction solution was adjusted to 10 g/L to obtain a pre-reaction aqueous solution.

同時に、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン、硫酸ジルコニウムを、各金属元素のモル比がNi:Mn:Co:Zr=33.1:33.1:33.1:0.2となるように水に溶解し、1.8mol/Lの原料水溶液を調製した。 At the same time, nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, and zirconium sulfate were added to water so that the molar ratio of each metal element was Ni:Mn:Co:Zr=33.1:33.1:33.1:0.2. to prepare a 1.8 mol/L raw material aqueous solution.

この混合水溶液を、反応槽内の反応前水溶液に88ml/minの割合で加えて、反応水溶液とした。同時に、25質量%アンモニア水および25質量%水酸化ナトリウム水溶液も、この反応水溶液に一定速度で加えていき、反応水溶液(核生成用水溶液)中のアンモニア濃度を上記値に保持した状態で、pH値を13.0(核生成pH値)に制御しながら、2分30秒間晶析させて核生成を行った。 This mixed aqueous solution was added to the pre-reaction aqueous solution in the reaction tank at a rate of 88 ml/min to form a reaction aqueous solution. At the same time, 25% by mass aqueous ammonia and 25% by mass aqueous sodium hydroxide solution were also added to this aqueous reaction solution at a constant rate, and while the ammonia concentration in the aqueous reaction solution (aqueous solution for nucleation) was maintained at the above value, the pH was adjusted. Nucleation was performed by crystallizing for 2 minutes and 30 seconds while controlling the pH value to 13.0 (nucleation pH value).

(粒子成長工程)
核生成終了後、一旦、すべての水溶液の供給を一旦停止するとともに、硫酸を加えて、pH値が、液温25℃基準で11.6となるように調整することで、粒子成長用水溶液を形成した。反応水溶液(粒子成長用水溶液)に、再度、原料水溶液と25質量%水酸化ナトリウム水溶液の供給を再開するとともに原料水溶液としてタングステン酸ナトリウム水溶液を追加供給し、25質量%アンモニア水によりアンモニア濃度を上記値に保持して、pH値を上記値に保持し、晶析を継続して粒子成長を行った。タングステン酸ナトリウム水溶液は、組成に合うように濃度と流量を調整した。30分間の粒子成長を行った後、給液を一旦停止し、反応槽内空間の酸素濃度が0.2容量%以下の非酸化性雰囲気となるまで窒素ガスを5L/minで流通させた。その後、原料水溶液とタングステン酸ナトリウム水溶液の給液を再開し、アンモニア濃度とpH値を保持して成長開始からあわせて2時間晶析を行った。
(Particle growth process)
After the nucleation is completed, the supply of all aqueous solutions is temporarily stopped, and sulfuric acid is added to adjust the pH value to 11.6 based on the liquid temperature of 25°C. Formed. To the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution), the supply of the raw material aqueous solution and the 25 mass% sodium hydroxide aqueous solution was restarted, and an additional sodium tungstate aqueous solution was supplied as the raw material aqueous solution, and the ammonia concentration was raised to the above level with 25 mass% ammonia water. The pH value was maintained at the above value, crystallization was continued, and particle growth was performed. The concentration and flow rate of the sodium tungstate aqueous solution were adjusted to match the composition. After 30 minutes of particle growth, the supply of liquid was once stopped, and nitrogen gas was allowed to flow at 5 L/min until the oxygen concentration in the reaction tank became a non-oxidizing atmosphere of 0.2% by volume or less. Thereafter, the supply of the raw material aqueous solution and the sodium tungstate aqueous solution was restarted, and crystallization was performed for a total of 2 hours from the start of growth while maintaining the ammonia concentration and pH value.

反応槽内が満液になったところで、晶析を停止するとともに、撹拌を止めて静置することで、生成物の沈殿を促した。その後、反応槽から上澄み液を半量抜き出した後、晶析を再開し、2時間晶析を行った後(計4時間)、晶析を終了させた。 When the inside of the reaction tank became full of liquid, crystallization was stopped, stirring was stopped, and the reactor was left standing to promote precipitation of the product. After that, half of the supernatant liquid was extracted from the reaction tank, and crystallization was restarted. After crystallization was performed for 2 hours (4 hours in total), crystallization was terminated.

そして、生成物を水洗、濾過、乾燥させて複合水酸化物粒子を得た。なお、上記大気雰囲気から窒素雰囲気への切り替えは、粒子成長工程の開始時から粒子成長工程時間の全体に対して12.5%の時点で行ったことになる。 Then, the product was washed with water, filtered, and dried to obtain composite hydroxide particles. Note that the above-mentioned switching from the atmospheric atmosphere to the nitrogen atmosphere was performed at a time point of 12.5% of the entire particle growth process time from the start of the particle growth process.

上記晶析において、pHは、pHコントローラにより水酸化ナトリウム水溶液の供給流量を調整することで制御され、変動幅は設定値の上下0.2の範囲内であった。 In the above crystallization, the pH was controlled by adjusting the supply flow rate of the sodium hydroxide aqueous solution using a pH controller, and the fluctuation range was within a range of 0.2 above and below the set value.

(複合水酸化物の分析)
得られた複合水酸化物について、その試料を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、Ni0.331Mn0.331Co0.331Zr0.0020.005(OH)2+a(0≦a≦0.5)であった。
(Analysis of composite hydroxide)
A sample of the obtained composite hydroxide was dissolved in an inorganic acid and then chemically analyzed by ICP emission spectroscopy, and the composition was found to be Ni 0.331 Mn 0.331 Co 0.331 Zr 0. 002 W 0.005 (OH) 2+a (0≦a≦0.5).

また、この複合水酸化物について、平均粒径および粒度分布を示す〔(d90-d10)/平均粒径〕値を、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)を用いて測定した体積積算値から算出して求めた。その結果、平均粒径は4.5μmであり、〔(d90-d10)/平均粒径〕値は、0.48であった。 In addition, for this composite hydroxide, the average particle size and particle size distribution [(d90-d10)/average particle size] values were measured using a laser diffraction scattering particle size distribution analyzer (Microtrack HRA, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). It was calculated from the volume integrated value measured using As a result, the average particle size was 4.5 μm, and the [(d90-d10)/average particle size] value was 0.48.

次に、得られた複合水酸化物粒子のSEM(株式会社日立ハイテクノロジース製、走査型電子顕微鏡S-4700)観察(倍率:1000倍)を行ったところ、この複合水酸化物粒子は、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。 Next, the obtained composite hydroxide particles were observed by SEM (scanning electron microscope S-4700 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) (magnification: 1000 times), and the composite hydroxide particles were found to be It was confirmed that the particles were approximately spherical in shape and the particle size was approximately uniform.

また、得られた複合水酸化物粒子の試料を、樹脂に埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工を行ったものについて、倍率を10,000倍としたSEM観察結果を行ったところ、この複合水酸化物粒子が二次粒子により構成され、当該二次粒子は、針状、薄片状の微細一次粒子(粒径およそ0.3μm)からなる中心部と、当該中心部の外側にこの微細一次粒子よりも大きい板状の一次粒子(粒径およそ0.6μm)からなる外周部とにより構成されていることが確認された。この断面のSEM観察から求めた、二次粒子径に対する外殻部の厚さは、12%であった。 In addition, when a sample of the obtained composite hydroxide particles was embedded in resin and subjected to cross-section polisher processing, SEM observation results were performed at a magnification of 10,000 times, and the composite hydroxide particles were is composed of secondary particles, and the secondary particles have a central part consisting of needle-shaped, flaky fine primary particles (particle size approximately 0.3 μm), and an outer part of the central part that is larger than the fine primary particles. It was confirmed that the outer peripheral portion was composed of plate-shaped primary particles (particle size approximately 0.6 μm). The thickness of the outer shell portion relative to the secondary particle diameter was determined from SEM observation of this cross section to be 12%.

(正極活物質の製造)
上記複合水酸化物粒子を、Li/Me=1.12となるように水酸化リチウムを秤量して混合し、リチウム混合物を調製した。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。
(Manufacture of positive electrode active material)
Lithium hydroxide was weighed and mixed with the composite hydroxide particles so that Li/Me=1.12 to prepare a lithium mixture. The mixing was performed using a shaker mixer device (TURBULA Type T2C, manufactured by Willy & Backofen (WAB)).

得られたリチウム混合物を雰囲気制御可能な炉を用いて大気中(酸素:21容量%)にて、650℃で4時間仮焼した。炉への大気雰囲気ガスの供給は、5L/分とした。得られた仮焼粉は、(003)半価幅が0.55°、炭素含有量が0.71質量%であった。仮焼粉を解砕後、5℃/分で昇温し970℃で3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 650° C. for 4 hours in the atmosphere (oxygen: 21% by volume) using a furnace capable of controlling the atmosphere. Atmospheric gas was supplied to the furnace at a rate of 5 L/min. The obtained calcined powder had a (003) half width of 0.55° and a carbon content of 0.71% by mass. After crushing the calcined powder, the temperature was increased at a rate of 5° C./min and fired at 970° C. for 3 hours, and after cooling, the powder was crushed to obtain a positive electrode active material.

(正極活物質の分析)
複合水酸化物粒子と同様の方法で、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4.9μmであり、〔(d90-d10)/平均粒径〕値は、0.50であった。
(Analysis of positive electrode active material)
When the particle size distribution of the obtained positive electrode active material was measured in the same manner as the composite hydroxide particles, the average particle size was 4.9 μm, and the [(d90-d10)/average particle size] value was 0. It was .50.

また、複合水酸化物粒子と同様の方法で、正極活物質のSEM観察および断面SEM観察を行ったところ、得られた正極活物質は、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。また、走査型電子顕微鏡を用いて倍率1000倍で観察した際に、5個以上の二次粒子が凝集した凝集粒子の数の割合が0.7%以下であった。 In addition, when the positive electrode active material was subjected to SEM observation and cross-sectional SEM observation in the same manner as the composite hydroxide particles, the obtained positive electrode active material was approximately spherical, and the particle size was almost uniform. This was confirmed. Further, when observed using a scanning electron microscope at a magnification of 1000 times, the ratio of the number of aggregated particles in which five or more secondary particles aggregated was 0.7% or less.

溶出Li量は、正極活物質1gに純水10mlを加えて1分間攪拌後、ろ過したろ液のpHを測定しながら1mol/リットルの塩酸を加えていくことにより出現する中和点から求めた。溶出Li量は、0.07質量%であった。 The amount of eluted Li was determined from the neutralization point that appeared by adding 10 ml of pure water to 1 g of the positive electrode active material, stirring for 1 minute, and then adding 1 mol/liter of hydrochloric acid while measuring the pH of the filtered filtrate. . The amount of eluted Li was 0.07% by mass.

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株式会社製、マルチソーブ)により比表面積を、タッピングマシン(株式会社蔵持科学器械製作所、KRS-406)によりタップ密度を、それぞれ測定した。この結果、比表面積は1.5m/gであり、タップ密度は1.20g/cmであることが確認された。 The specific surface area of the obtained cathode active material was measured using a flow-type gas adsorption specific surface area measuring device (Multisorb, manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd.), and the tap density was measured using a tapping machine (KRS-406, manufactured by Kuramochi Scientific Instruments Manufacturing Co., Ltd.). , were measured respectively. As a result, it was confirmed that the specific surface area was 1.5 m 2 /g and the tap density was 1.20 g/cm 3 .

また、得られた正極活物質について、X線回折装置(パナリティカル社製、X’Pert PRO)を用いて、Cu-Kα線による粉末X線回折で分析したところ、この正極活物質の結晶構造が、六方晶の層状結晶リチウムニッケルマンガン複合酸化物単相からなることを確認した。得られたX線回折図形からシェラーの式を用いた(003)面結晶子径が115nmであった。 In addition, the obtained positive electrode active material was analyzed by powder X-ray diffraction using Cu-Kα rays using an X-ray diffraction device (Panalytical, X'Pert PRO), and the crystal structure of the positive electrode active material was was confirmed to consist of a single phase of hexagonal layered crystal lithium nickel manganese composite oxide. From the obtained X-ray diffraction pattern, the (003) plane crystallite diameter using Scherrer's equation was found to be 115 nm.

さらに、ICP発光分光分析装置を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:Li1.12Ni0.331Mn0.331Co0.331Zr0.0020.005で表されるものであることが確認された。 Further, analysis using an ICP emission spectrometer revealed that this positive electrode active material was expressed by the general formula: Li 1.12 Ni 0.331 Mn 0.331 Co 0.331 Zr 0.002 W 0.005 O 2 It was confirmed that this is the case.

(コイン型電池の製造および電池特性の評価)
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、およびポリテトラフッ化エチレン樹脂(PTFE)7.5mgを混合し、100MPaの圧力で直径11mm、厚さ100μmにプレス成形して図2に示す正極1(評価用電極)を作製した。その作製した正極1を真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。そして、この正極1を用いて2032型のコイン型電池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。
(Manufacture of coin-type batteries and evaluation of battery characteristics)
52.5 mg of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) were mixed and press-molded at a pressure of 100 MPa to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm. Positive electrode 1 (evaluation electrode) shown in was produced. The produced positive electrode 1 was dried in a vacuum dryer at 120° C. for 12 hours. Then, using this positive electrode 1, a 2032 type coin-shaped battery 10 was manufactured in a glove box with an Ar atmosphere whose dew point was controlled at -80°C.

負極2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、電解液には、1MのLiPFを支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。セパレータ3には膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。また、コイン型電池10は、ガスケット4とウェーブワッシャー5を有し、正極缶6と負極缶7とでコイン状の電池に組み立てられた。製造したコイン型電池10の性能を示す初期放電容量、正極抵抗は、以下のように評価した。 For the negative electrode 2, we used a negative electrode sheet in which copper foil was coated with graphite powder with an average particle size of about 20 μm punched out into a disc shape of 14 mm in diameter and polyvinylidene fluoride, and 1M LiPF 6 was used as the electrolyte. A mixed solution of equal amounts of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used. As the separator 3, a polyethylene porous film with a film thickness of 25 μm was used. Further, the coin-shaped battery 10 had a gasket 4 and a wave washer 5, and was assembled into a coin-shaped battery with a positive electrode can 6 and a negative electrode can 7. The initial discharge capacity and positive electrode resistance, which indicate the performance of the manufactured coin-type battery 10, were evaluated as follows.

a)初期放電容量
初期放電容量は、コイン型電池10を製作してから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0.1mA/cmとしてカットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。
a) Initial discharge capacity The initial discharge capacity is determined by setting the current density to the positive electrode to 0.1 mA/cm 2 after the coin-type battery 10 is left for about 24 hours after manufacturing and the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) is stabilized. The initial discharge capacity was defined as the capacity when the battery was charged to a cutoff voltage of 4.3V and discharged to a cutoff voltage of 3.0V after a 1-hour rest.

b)正極抵抗
また、正極抵抗は、コイン型電池10を25℃で充電電位4.1Vで充電して、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット(ソーラトロン製、1255B)を使用して交流インピーダンス法により測定すると、図3に示すナイキストプロットが得られる。このナイキストプロットは、溶液抵抗、負極抵抗とその容量、および、正極抵抗とその容量を示す特性曲線の和として表しているため、このナイキストプロットに基づき等価回路を用いてフィッティング計算を行い、正極抵抗の値を算出した。
b) Positive electrode resistance In addition, the positive electrode resistance is measured by the AC impedance method using a frequency response analyzer and a potentiogalvanostat (manufactured by Solartron, 1255B) after charging the coin-type battery 10 at a charging potential of 4.1 V at 25°C. Then, the Nyquist plot shown in FIG. 3 is obtained. This Nyquist plot is expressed as the sum of characteristic curves showing the solution resistance, the negative electrode resistance and its capacity, and the positive electrode resistance and its capacity, so based on this Nyquist plot, a fitting calculation is performed using an equivalent circuit, and the positive electrode resistance is The value of was calculated.

本実施例により得られた複合水酸化物および仮焼粉の特性を表1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10の各評価を表2に、それぞれ示す。また、以下の実施例2~6および比較例1についても、同様の内容について、表1および表2に示す。 Table 1 shows the characteristics of the composite hydroxide and calcined powder obtained in this example, and Table 2 shows the characteristics of the positive electrode active material and the evaluation of the coin-type battery 10 manufactured using this positive electrode active material. show. Furthermore, Tables 1 and 2 show the same contents for Examples 2 to 6 and Comparative Example 1 below.

(実施例2)
粒子成長工程において、酸化性雰囲気における原料水溶液中の添加元素(タングステン)の濃度に対して非酸化性雰囲気におけるタングステンの濃度が20%となるようにタングステン酸ナトリウム水溶液の流量を調整したこと以外は、実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得るとともに評価を行った。得られた正極活物質の組成は、Li1.12Ni0.331Mn0.331Co0.331Zr0.0020.005で表されるものであることが確認された。
(Example 2)
In the particle growth process, the flow rate of the sodium tungstate aqueous solution was adjusted so that the concentration of tungsten in the non-oxidizing atmosphere was 20% of the concentration of the additive element (tungsten) in the raw material aqueous solution in the oxidizing atmosphere. In the same manner as in Example 1, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery was obtained and evaluated. It was confirmed that the composition of the obtained positive electrode active material was represented by Li 1.12 Ni 0.331 Mn 0.331 Co 0.331 Zr 0.002 W 0.005 O 2 .

(実施例3)
仮焼時間を8時間としたこと以外は、実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得るとともに評価した。
(Example 3)
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the calcination time was 8 hours.

(実施例4)
仮焼温度を700℃、焼成温度を990℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得るとともに評価を行った。
(Example 4)
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the calcination temperature was 700°C and the firing temperature was 990°C.

(実施例5)
仮焼温度を600℃、焼成温度を980℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得るとともに評価を行った。
(Example 5)
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the calcination temperature was 600°C and the firing temperature was 980°C.

(実施例6)
焼成工程S5で仮焼粉を焼成時、リチウム化合物の融点付近の温度で2時間保持したこと以外は、実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得るとともに評価を行った。
(Example 6)
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that during firing the calcined powder was held at a temperature near the melting point of the lithium compound for 2 hours in the firing step S5. went.

(比較例1)
仮焼工程S3において炉への大気雰囲気ガスの供給を10L/分とし、非酸化性雰囲気としたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得るとともに評価を行った。
(Comparative example 1)
A non-aqueous electrolyte secondary A battery positive electrode active material was obtained and evaluated.

Figure 0007408912000001
Figure 0007408912000001

Figure 0007408912000002
Figure 0007408912000002

(評価)
本発明の一実施形態に係る遷移金属複合水酸化物粒子および、リチウムイオン二次電池用正極活物質は、いずれの正極活物質も、凝集が少なく、余剰リチウムが低くなっていた。よって、これらのリチウムイオン二次電池用正極活物質を用いたコイン型電池は、初期放電容量が高く、正極抵抗も低いものとなっており、優れた特性を有した電池となっている。よって、電池容量とサイクル特性をさらに向上することが可能な正極活物質を提供することができた。また、本発明は、この正極活物質を用い電池容量とサイクル特性をさらに向上させた二次電池を提供することができた。
(evaluation)
In the transition metal composite hydroxide particles and the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, both the positive electrode active materials had little aggregation and had low surplus lithium. Therefore, coin-type batteries using these positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries have high initial discharge capacity and low positive electrode resistance, and are batteries with excellent characteristics. Therefore, it was possible to provide a positive electrode active material that can further improve battery capacity and cycle characteristics. Further, the present invention was able to provide a secondary battery with further improved battery capacity and cycle characteristics using this positive electrode active material.

なお、上記のように本発明の各実施形態および各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。 Although each embodiment and each example of the present invention has been described in detail as above, those skilled in the art will appreciate that many modifications can be made without substantially departing from the novelty and effects of the present invention. , it will be easy to understand. Therefore, all such modifications are included within the scope of the present invention.

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。またリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質、リチウムイオン二次電池の構成、動作も本発明の各実施形態および各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 For example, a term that appears at least once in the specification or drawings together with a different term with a broader or synonymous meaning may be replaced by that different term anywhere in the specification or drawings. In addition, the method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and the structure and operation of the lithium ion secondary battery are also limited to those described in each embodiment and each example of the present invention. However, various modifications are possible.

S1 熱処理工程、S2 混合工程、S3 仮焼工程、S4 焼成前解砕工程、S5 焼成工程、S6 焼成後解砕工程
1 正極(評価用電池)、2 負極、3 セパレータ、4 ガスケット、5 ウェーブワッシャー、6 正極缶、7 負極缶、10 コイン型電池
S1 Heat treatment process, S2 Mixing process, S3 Calcination process, S4 Pre-firing crushing process, S5 Firing process, S6 Post-baking crushing process 1 Positive electrode (evaluation battery), 2 Negative electrode, 3 Separator, 4 Gasket, 5 Wave washer , 6 positive electrode can, 7 negative electrode can, 10 coin type battery

Claims (8)

リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、
一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.8、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Nb、Mo、Ta、Zr、Wから選択される1種以上の添加元素)で表され、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/MV〕が0.65以下である遷移金属複合水酸化物粒子とリチウム化合物を混合して、リチウム混合物を形成する混合工程と、
前記混合工程で形成された前記リチウム混合物を、酸化性雰囲気中で仮焼し、(003)面半価幅が0.45°以上の仮焼粉を得る仮焼工程と、
前記仮焼工程で得た前記仮焼粉を、酸化性雰囲気中で焼成する焼成工程と、
を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, the method comprising:
General formula (A): Ni x Mny Co z M t (OH) 2+a (x+y+z+t=1, 0.3≦x≦0.8, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4 , 0≦t≦0.1, 0≦a≦0.5, M is one or more additive elements selected from Nb, Mo, Ta, Zr, and W), indicating a spread of particle size distribution A mixing step of forming a lithium mixture by mixing transition metal composite hydroxide particles whose index [(d90-d10)/MV] is 0.65 or less and a lithium compound;
a calcination step of calcining the lithium mixture formed in the mixing step in an oxidizing atmosphere to obtain a calcined powder having a (003) plane half width of 0.45° or more;
a firing step of firing the calcined powder obtained in the calcining step in an oxidizing atmosphere;
A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising:
前記仮焼工程において、仮焼工程後の前記仮焼粉の炭素含有量が1.0質量%以下となるように制御することを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein in the calcination step, the carbon content of the calcined powder after the calcination step is controlled to be 1.0% by mass or less. Method for producing active material. 前記仮焼工程は、酸化性雰囲気中、550℃~800℃で1~10時間保持して焼成することを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The production of a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the calcination step is performed by holding and firing at 550° C. to 800° C. for 1 to 10 hours in an oxidizing atmosphere. Method. 前記焼成工程は、酸化性雰囲気中、760℃~980℃で2~24時間保持して焼成することを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the firing step is performed by holding and firing at 760° C. to 980° C. for 2 to 24 hours in an oxidizing atmosphere. Method for producing active material. 前記焼成工程は、酸化性雰囲気中、リチウム化合物の融点±50℃の温度範囲で1時間~5時間保持し、その後昇温して、760℃~980℃で2~24時間保持して焼成することを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 In the firing step, the lithium compound is maintained at a temperature within the melting point of the lithium compound ±50°C for 1 to 5 hours in an oxidizing atmosphere, and then the temperature is raised to 760°C to 980°C for 2 to 24 hours and fired. The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4. 前記焼成工程前に、前記仮焼工程で仮焼した前記仮焼粉を解砕する焼成前解砕工程を有することを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The lithium ion powder according to any one of claims 1 to 5, further comprising a pre-calcination crushing process of crushing the calcined powder calcined in the calcining process, before the calcining process. A method for producing a positive electrode active material for a next battery. 前記混合工程において、前記リチウム混合物を、該リチウム混合物に含まれるリチウム以外の金属の原子数の和と、リチウムの原子数との比が、1:0.95~1:1.5となるように調整することを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 In the mixing step, the lithium mixture is mixed so that the ratio of the sum of the atoms of metals other than lithium contained in the lithium mixture to the number of lithium atoms is 1:0.95 to 1:1.5. The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is adjusted to: 前記混合工程前に、前記遷移金属複合水酸化物粒子を105℃~750℃で熱処理する、熱処理工程をさらに有することを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The lithium ion dihydride according to any one of claims 1 to 7, further comprising a heat treatment step of heat-treating the transition metal composite hydroxide particles at 105° C. to 750° C. before the mixing step. A method for producing a positive electrode active material for a next battery.
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