JP7464102B2 - Metal composite hydroxide and its manufacturing method, positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and its manufacturing method, and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same - Google Patents

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Description

本発明は、金属複合水酸化物とその製造方法、非水電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、及び、それを用いた非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a metal composite hydroxide and a method for producing the same, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for producing the same, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.

近年、スマートフォンやタブレット端末、ノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な非水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車両駆動用電源として、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 widespread use of portable electronic devices such as smartphones, tablet devices, and notebook computers, there is a strong demand for the development of small, lightweight nonaqueous electrolyte secondary batteries with high energy density. There is also a strong demand for the development of high-output secondary batteries as power sources for 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、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、負極、正極、電解液などで構成され、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、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。 One type of secondary battery that meets these requirements is the lithium-ion secondary battery, which is a type of non-aqueous electrolyte secondary battery. Lithium-ion secondary batteries are composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolyte, and other components, and the active materials used for the negative and positive electrodes are materials that can extract and insert lithium.

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金属複合酸化物を正極活物質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 lithium-ion secondary batteries, those that use layered or spinel-type lithium metal composite oxides as the positive electrode active material can achieve a voltage of about 4 V, and are currently the subject of vigorous research and development as batteries with high energy density, with some of these already being put to practical use.

このようなリチウムイオン二次電池の正極活物質として、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)や、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5)などのリチウム金属複合酸化物が提案されている。 As the positive electrode active material for such lithium ion secondary batteries, lithium metal composite oxides such as lithium cobalt composite oxide ( LiCoO2 ), which is relatively easy to synthesize , lithium nickel composite oxide ( LiNiO2 ), which uses nickel, which is cheaper than cobalt, lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 /3O2 ) , lithium manganese composite oxide ( LiMn2O4 ), and lithium nickel manganese composite oxide ( LiNi0.5Mn0.5O2 ), which uses manganese , have been proposed.

ところで、リチウムイオン二次電池の出力特性をより向上させるため、正極活物質の比表面積を大きくする方法が一般的に知られている。正極活物質の比表面積を大きくした場合、正極活物質を二次電池に組み込んだ際に電解液との反応面積を十分に確保することができる。そこで、正極活物質の粒子構造を制御することにより、出力特性を向上させる技術がいくつか提案されている。 In order to further improve the output characteristics of lithium-ion secondary batteries, a method of increasing the specific surface area of the positive electrode active material is generally known. If the specific surface area of the positive electrode active material is increased, a sufficient reaction area with the electrolyte can be secured when the positive electrode active material is incorporated into a secondary battery. Therefore, several technologies have been proposed to improve the output characteristics by controlling the particle structure of the positive electrode active material.

例えば、特許文献1~3では、二段階に分けて行う晶析工程により得られた複合水酸化物を前駆体として、正極活物質を製造する方法が提案されている。これらの特許文献に記載される正極活物質は、小粒径で粒度分布が狭く、粒子内部に中空構造又は空間部を有することにより、高い比表面積を有し、出力特性に優れるとされている。しかしながら、例えば、ハイブリット自動車などの車両駆動用電源としては、より高い出力特性を有する正極活物質が要求されている。 For example, Patent Documents 1 to 3 propose a method for producing a positive electrode active material using a composite hydroxide obtained by a two-stage crystallization process as a precursor. The positive electrode active materials described in these patent documents are said to have a small particle size, a narrow particle size distribution, and a hollow structure or space inside the particles, resulting in a high specific surface area and excellent output characteristics. However, for example, as a power source for driving vehicles such as hybrid automobiles, a positive electrode active material with higher output characteristics is required.

一方、より反応抵抗を低減して、より高い出力特性を有する正極活物質を実現する手段として、正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物への異種元素の添加が検討されている。このような異種元素として、例えば、Mo、Nb、W、Taなどの高価数を取ることのできる遷移金属が提案されている。 On the other hand, as a means of further reducing the reaction resistance and realizing a positive electrode active material with higher output characteristics, the addition of a different element to the lithium metal composite oxide that constitutes the positive electrode active material is being considered. As such a different element, for example, transition metals that can assume high valence, such as Mo, Nb, W, and Ta, have been proposed.

例えば、特許文献4では、リチウムイオンの挿入・脱離が可能な機能を有するリチウム遷移金属系化合物を主成分とし、該主成分原料に、焼成時の粒成長や焼結を抑制する添加剤の少なくとも1種以上を、主成分原料中の遷移金属元素の合計モル量に対して0.01モル%以上、2モル%未満の割合で添加した後、焼成されて得られるリチウム遷移金属系化合物粉体が記載されている。また、上記添加剤が、Mo、W、Nb、Ta、及びReから選ばれる少なくとも一種以上の元素を含有する酸化物であり、一次粒子の表面部分のLi及び前記添加元素以外の金属元素の合計に対する該添加元素の合計の原子比が、粒子全体の該原子比の5倍以上であることが記載されている。 For example, Patent Document 4 describes a lithium transition metal compound powder obtained by adding at least one additive that inhibits grain growth and sintering during firing to the main component raw material in a ratio of 0.01 mol % or more and less than 2 mol % based on the total molar amount of the transition metal elements in the main component raw material, and then firing the main component raw material. It also describes that the additive is an oxide containing at least one element selected from Mo, W, Nb, Ta, and Re, and that the atomic ratio of the total of the additive elements to the total of Li and metal elements other than the additive elements in the surface portion of the primary particles is 5 times or more the atomic ratio of the total of the additive elements to the total of the metal elements other than the additive elements in the surface portion of the primary particles.

また、特許文献5では、リチウム金属複合酸化物粉末に、特定割合のタングステン化合物を溶解させたアルカリ水溶液を添加して混合することにより、この粉末の一次粒子の表面にWを分散させる工程と、混合したタングステン化合物を溶解させたアルカリ水溶液とリチウム金属複合酸化物粉末を100~700℃未満の範囲で熱処理することによりLiWO、LiWO、Liのいずれかで表せられるタングステン酸リチウムを含む微粒子を、前記リチウム金属複合酸化物粉末の表面もしくは該粉末の一次粒子の表面に形成する製造方法が提案されている。 Patent Document 5 also proposes a production method that includes a step of adding an alkaline aqueous solution in which a specific proportion of a tungsten compound is dissolved to a lithium metal composite oxide powder and mixing the powder to disperse W on the surfaces of the primary particles of the powder, and a step of heat-treating the mixed alkaline aqueous solution in which the tungsten compound is dissolved and the lithium metal composite oxide powder at a temperature in the range of 100 to less than 700°C to form fine particles containing lithium tungstate represented by any one of Li 2 WO 4 , Li 4 WO 5 , and Li 6 W 2 O 9 on the surfaces of the lithium metal composite oxide powder or on the surfaces of the primary particles of the powder.

また、特許文献6では、リチウム金属複合酸化物からなる正極活物質であって、一次粒子及び一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、電解液が浸透可能な空隙を二次粒子の表面近傍及び内部に有するとともに、リチウム金属複合酸化物の表面又は粒界にタングステンが濃縮されたリチウムを含む層厚が20nm以下の化合物層を有する正極活物質が提案されている。そして、該粉末を得るための好ましい方法としては複合水酸化物あるいは複合酸化物とリチウム化合物を混合する際にタングステン化合物を合わせて混合し、焼成することでリチウム金属複合酸化物を得ることができるが、当該方法ではタングステン化合物の粒径がマンガン複合水酸化物、あるいはマンガン複合水酸化物の平均粒径に対して1/5倍以下にすることが好ましいとされている。 Patent Document 6 also proposes a positive electrode active material made of lithium metal composite oxide, which is made of primary particles and secondary particles formed by agglomeration of the primary particles, has voids near the surface and inside the secondary particles through which the electrolyte can penetrate, and has a compound layer containing lithium with tungsten enriched on the surface or grain boundaries of the lithium metal composite oxide and having a layer thickness of 20 nm or less. A preferred method for obtaining the powder is to mix the composite hydroxide or composite oxide with a lithium compound, add a tungsten compound, mix, and sinter to obtain a lithium metal composite oxide, and in this method, it is preferable that the particle size of the tungsten compound is 1/5 or less of the average particle size of the manganese composite hydroxide or manganese composite hydroxide.

また、特許文献7では、晶析反応において、pH制御により核生成工程と粒子成長段階を分離して、複合水酸化物粒子を製造する工程と、得られた複合水酸化物粒子の表面にタングステンを含む被覆物を形成する被覆工程とを備えた遷移金属複合水酸化物の製造方法、及び、その水酸化物を前駆体として用いた正極活物質が提案されている。 Patent Document 7 also proposes a method for producing a transition metal composite hydroxide, which includes a process for producing composite hydroxide particles by separating the nucleation process and the particle growth stage by pH control in a crystallization reaction, and a coating process for forming a tungsten-containing coating on the surface of the obtained composite hydroxide particles, and a positive electrode active material using the hydroxide as a precursor.

また、特許文献8には、集電体の表面にLix1Nia1Mnb1Coc1で表される第一の正極活物質の層が付設され、前記第一の正極活物質の表面にLix2Nia2Mnb2Coc2(MはMo、W、及びNb)で表される第二の正極活物質の層が付設されたリチウム二次電池用正極が提案されている。 Patent Document 8 proposes a positive electrode for a lithium secondary battery in which a layer of a first positive electrode active material represented by Li x1 Ni a1 Mn b1 Co c1 O 2 is applied to the surface of a current collector, and a layer of a second positive electrode active material represented by Li x2 Ni a2 Mn b2 Co c2 M d O 2 (M is Mo, W, or Nb) is applied to the surface of the first positive electrode active material.

また、特許文献9には、ニッケルコバルト複合水酸化物の製造方法であって、ニッケル、コバルト及びマンガンを含む溶液と、錯イオン形成剤と塩基性溶液と、を別々に且つ同時に一つの反応容器に供給することにより、ニッケルコバルト複合水酸化物粒子を得る第一晶析工程と、前記第一晶析工程後さらに、ニッケル、コバルト及びマンガンを含む溶液と、錯イオン形成剤と、塩基性溶液と、元素Mを含む溶液と、を別々に且つ同時に供給することにより、前記ニッケルコバルト複合水酸化物粒子にニッケル、コバルト、マンガン及び元素M(Al、Mg、Ca、Ti、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe,Cu、Si、Sn、Bi、Ga、Y、Sm、Er、Ce、Nd、La、Cd、Luからなる群より選択される少なくとも一種以上元素)を含む複合水酸化物粒子を晶析する第二晶析工程を含み、前記第一晶析工程において供給するニッケル、コバルト及びマンガンの合計のモルをMOL(1)、前記第二晶析工程において供給するニッケル、コバルト及びマンガンの合計のモルをMOL(2)としたとき、0.30≦MOL(1)/{MOL(1)+MOL(2)}<0.95である製造方法が提案されている。 Patent Document 9 also describes a method for producing a nickel-cobalt composite hydroxide, which includes a first crystallization step in which a solution containing nickel, cobalt, and manganese, a complex ion-forming agent, and a basic solution are separately and simultaneously supplied to one reaction vessel to obtain nickel-cobalt composite hydroxide particles, and after the first crystallization step, a solution containing nickel, cobalt, and manganese, a complex ion-forming agent, a basic solution, and a solution containing element M are separately and simultaneously supplied to the nickel-cobalt composite hydroxide particles to obtain nickel, cobalt, manganese, and element M (Al, Mg, Ca, The proposed manufacturing method includes a second crystallization step of crystallizing composite hydroxide particles containing at least one element selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Cu, Si, Sn, Bi, Ga, Y, Sm, Er, Ce, Nd, La, Cd, and Lu, in which the total moles of nickel, cobalt, and manganese supplied in the first crystallization step are MOL(1), and the total moles of nickel, cobalt, and manganese supplied in the second crystallization step are MOL(2), and 0.30≦MOL(1)/{MOL(1)+MOL(2)}<0.95.

特開2012-246199号公報JP 2012-246199 A 特開2013-147416号公報JP 2013-147416 A 特開2016-094307号公報JP 2016-094307 A 特開2008-305777号公報JP 2008-305777 A 特開2013-125732号公報JP 2013-125732 A 特開2014-197556号公報JP 2014-197556 A 特開2012-252844号公報JP 2012-252844 A 特開2012-079608号公報JP 2012-079608 A 特開2016-210674号公報JP 2016-210674 A

しかし、特許文献4に記載される方法では、Mo,Ta,Wなどの添加元素の一部が、結晶中において、層状に配置されているNiと置換してしまい、電池容量やサイクル特性などの電池特性が悪化してしまう問題があった。 However, the method described in Patent Document 4 has the problem that some of the added elements such as Mo, Ta, and W are substituted for Ni arranged in layers in the crystal, deteriorating battery characteristics such as battery capacity and cycle characteristics.

また、特許文献5に記載の製造方法で作製されたリチウム金属複合酸化物は、出力特性が向上されるものの、粒子表面に形成されるタングステン微粒子の厚みが均一でない場合、サイクル特性が十分でないことがあった。 In addition, although the lithium metal composite oxide produced by the manufacturing method described in Patent Document 5 has improved output characteristics, if the thickness of the tungsten microparticles formed on the particle surface is not uniform, the cycle characteristics may be insufficient.

また、特許文献6に記載の方法は、ナノオーダーのタングステン化合物を得るためにはタングステン化合物を一度粉砕する必要があるため工業的には適してはおらず、また、扱いが容易ではない。また、得られる微粒子の粒径に不均一が生じることで化合物層の厚さにはバラつきが出来るため、反応抵抗の低減が不十分であり出力特性の向上の効果は限定的である。また、該粉末を得るためにタングステンをマンガン複合水酸化物に添加元素として含有させることも記載されているが、当該方法ではタングステンが濃縮した化合物層をナノオーダーで形成させることは難しい。 In addition, the method described in Patent Document 6 is not suitable for industrial use because it is necessary to crush the tungsten compound once to obtain a nano-order tungsten compound, and is also not easy to handle. In addition, the particle size of the obtained fine particles is non-uniform, which causes variation in the thickness of the compound layer, so that the reduction in reaction resistance is insufficient and the effect of improving output characteristics is limited. It is also described that tungsten is added as an additive element to manganese composite hydroxide to obtain the powder, but this method makes it difficult to form a compound layer in which tungsten is concentrated on the nano-order.

また、特許文献7に記載の方法は、タングステンを被覆させる工程が追加されるため、ステップ数が増加し、工業的には好ましくない。また、当該被覆工程においてpHを制御することでタングステンを析出させているが、制御するpHの変動により被覆層の厚さは均一ではないため、均一に被覆するのは困難である。また、不均一にタングステンが被覆された複合水酸化物とリチウムとを混合して得られた複合酸化物を用いた場合においては抵抗となるため、かえって出力は低下する問題があった。 In addition, the method described in Patent Document 7 adds a step of coating tungsten, which increases the number of steps and is not industrially preferable. In addition, tungsten is precipitated by controlling the pH in the coating step, but since the thickness of the coating layer is not uniform due to fluctuations in the controlled pH, it is difficult to coat uniformly. In addition, when a composite oxide obtained by mixing a composite hydroxide non-uniformly coated with tungsten with lithium is used, there is a problem that the output is reduced because it becomes a resistor.

また、特許文献8に記載の方法で構成された正極活物質は、第一の正極活物質と第二の正極活物質とが異相であることから、二次電池に用いられた際、充放電反応時の構造変化に乖離があり、充放電を繰り返すうちにクラックが発生し、サイクル特性が悪化するという問題があった。 In addition, the positive electrode active material prepared by the method described in Patent Document 8 has a problem that, since the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are different phases, when used in a secondary battery, there is a discrepancy in the structural changes that occur during the charge/discharge reaction, and cracks occur during repeated charge/discharge, deteriorating the cycle characteristics.

また、特許文献9に記載の方法で得られた複合水酸化物及び正極活物質は、半径方向への深さの割合が5%以上50%未満に存在する第二層に、SEM―EDXのスペクトルによる元素Mのピークを有することが記載されており、正極活物質中、タングステンを含む元素Mが二次粒子の表層より内部に含まれるため、結晶性が低下して、二次電池に用いられた際、電池特性が低下する可能性がある。 It is also described that the composite hydroxide and positive electrode active material obtained by the method described in Patent Document 9 have a peak for element M in the SEM-EDX spectrum in the second layer that exists at a depth ratio in the radial direction of 5% or more and less than 50%. Since element M, which contains tungsten, is contained inside the secondary particles from the surface layer in the positive electrode active material, the crystallinity is reduced, and there is a possibility that the battery characteristics will be deteriorated when the material is used in a secondary battery.

本発明は係る問題点に鑑み、二次電池の正極に用いた場合、反応抵抗が低減され、より高出力であり、且つ、結晶性の高い正極活物質、及び、その前駆体である金属複合水酸化物を提供することを目的とする。 In view of these problems, the present invention aims to provide a positive electrode active material that, when used in the positive electrode of a secondary battery, reduces reaction resistance, provides higher output, and has high crystallinity, as well as a metal composite hydroxide that is its precursor.

本発明の第1の実施形態では、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示される金属複合水酸化物の製造方法であって、反応槽に金属元素を含む第1の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、反応槽内の反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、第1の金属複合水酸化物粒子を得る、第1の晶析工程と、第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、金属元素を含み、かつ、第1の原料水溶液よりもタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を形成して、第2の金属複合水酸化物粒子を得る、第2の晶析工程と、を備え、第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程の粒子成長において、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気、及び、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気のいずれか一方の雰囲気へ、反応雰囲気を切り替えることを複数回行うことを含み、前記第1の原料水溶液中の前記金属元素を、前記第1の晶析工程及び前記第2の晶析工程において添加される全金属量に対して、50質量%以上95質量%以下の範囲で前記反応槽へ供給した後、前記第2の晶析工程における第2の原料水溶液の供給を行い、前記金属複合水酸化物は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、二次粒子は、粒子の中心から表面に向かって、一次粒子が密に配置された中心部と、一次粒子が中心部よりも疎に配置された空隙部と、一次粒子が密に配置された中実部とを含む、多層構造を有し、金属複合水酸化物のタップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下である、金属複合水酸化物の製造方法が提供される。 In a first embodiment of the present invention, a metal composite hydroxide is provided which contains nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and an element M, and in which the atomic ratio of the respective metal elements is represented by Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b (x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<a≦0.1, 0≦b≦0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta). The present invention relates to a method for producing a metal composite hydroxide particle, the method comprising: a first crystallization step of supplying a first raw material aqueous solution containing a metal element and an ammonium ion donor to a reaction tank, adjusting the pH of the reaction aqueous solution in the reaction tank, and carrying out a crystallization reaction to obtain first metal composite hydroxide particles; and a second raw material aqueous solution containing a metal element and containing more tungsten than the first raw material aqueous solution and an ammonium ion donor to the reaction aqueous solution containing the first metal composite hydroxide particles, and adjusting the pH of the reaction aqueous solution to carry out the crystallization reaction. and a second crystallization step of forming a tungsten-enriched layer on the surface of the first metal composite hydroxide particles to obtain second metal composite hydroxide particles, wherein in particle growth in the first crystallization step and the second crystallization step, the reaction atmosphere is switched multiple times to either a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1 volume % or less or an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of more than 1 volume %, and the metal element in the first raw material aqueous solution is supplied to the reaction tank in a range of 50 mass % to 95 mass % with respect to the total amount of metal added in the first crystallization step and the second crystallization step, and then the second raw material aqueous solution is supplied in the second crystallization step, the metal composite hydroxide includes secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, and the secondary particles have a multilayer structure including, from the center of the particle toward the surface, a central portion where the primary particles are densely arranged, a void portion where the primary particles are sparsely arranged compared to the central portion, and a solid portion where the primary particles are densely arranged, and the tap density of the metal composite hydroxide is 0.75 g/cm The present invention provides a method for producing a metal composite hydroxide having a specific surface area of 3 or more and 1.35 g/cm3 or less .

また、第1の晶析工程は、核生成を行う核生成工程と、粒子成長を行う粒子成長工程と、を備え、第2の晶析工程は、粒子成長工程に引き続き、粒子成長を行うことを含み、第1の晶析工程における核生成は、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気で行い、第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程における粒子成長は、反応水溶液のpHを、核生成工程における反応水溶液のpH値より低くなるように調整し、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気、及び、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気のいずれか一方の雰囲気へ、反応雰囲気へ切り替えることを4回行うことを含むことが好ましい。 The first crystallization step preferably includes a nucleation step for performing nucleation and a particle growth step for performing particle growth, and the second crystallization step preferably includes performing particle growth following the particle growth step, and the nucleation in the first crystallization step is performed in a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 1% by volume or less, and the particle growth in the first crystallization step and the second crystallization step preferably include adjusting the pH of the reaction aqueous solution to be lower than the pH value of the reaction aqueous solution in the nucleation step, and switching the reaction atmosphere to either a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 1% by volume or less or an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of more than 1% by volume four times.

また、第2の晶析工程は、タングステン濃縮層を、第2の金属複合水酸化物の表面から中心部に向かう方向において、厚さを100nm以下となるように形成することを含むことが好ましい。また、第2の晶析工程における第2の原料水溶液の添加は、第1及び第2の晶析工程において、粒子成長が行われる時間全体に対して、50%以上95%以下経過した時点で行うことが好ましい。また、第2の原料水溶液の供給は、第1の原料水溶液と、タングステンを含む水溶液とを別々に反応水溶液に供給して行うことが好ましい。また、タングステンを含む水溶液中のタングステン濃度は、タングステンを含む水溶液の全体に対して、18質量%以上であることが好ましい。 The second crystallization step preferably includes forming a tungsten-enriched layer having a thickness of 100 nm or less in a direction from the surface to the center of the second metal composite hydroxide. The second raw material aqueous solution is preferably added in the second crystallization step when 50% to 95% of the total time during which particles grow in the first and second crystallization steps has elapsed. The second raw material aqueous solution is preferably supplied by separately supplying the first raw material aqueous solution and the tungsten-containing aqueous solution to the reaction aqueous solution. The tungsten concentration in the tungsten-containing aqueous solution is preferably 18% by mass or more relative to the total tungsten-containing aqueous solution.

本発明の第2の実施形態では、ニッケル、マンガン、及び、タングステン、並びに、任意にコバルト、及び、元素Mを含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示される金属複合水酸化物であって、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、二次粒子は、二次粒子の中心から表面に向かって、一次粒子が密に配置された中心部と、一次粒子が中心部よりも疎に配置された空隙部と、一次粒子が密に配置された中実部とを少なくとも含む、多層構造を有し、二次粒子内の表層にタングステン濃縮層を有し、タップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下である、金属複合水酸化物が提供される。 In a second embodiment of the present invention, a metal composite hydroxide is provided, which contains nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and an element M, and in which the atomic ratio of each metal element is represented by Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b (x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<a≦0.1, 0≦b≦0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta). The metal composite hydroxide includes secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, and the secondary particles have a multilayer structure including at least a central portion in which the primary particles are densely arranged, a void portion in which the primary particles are more sparsely arranged than the central portion, and a solid portion in which the primary particles are densely arranged, from the center of the secondary particles to the surface, and has a tungsten-concentrated layer in the surface layer within the secondary particles, and has a tap density of 0.75 g/cm In accordance with the present invention, there is provided a metal composite hydroxide having a specific surface area of 3 or more and 1.35 g/cm3 or less .

また、タングステン濃縮層の厚みが100nm以下であることが好ましい。また、金属複合水酸化物の平均粒径が4.0μm以上9.0μm以下であり、かつ、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以下であることが好ましい。 It is also preferable that the thickness of the tungsten-enriched layer is 100 nm or less. It is also preferable that the average particle size of the metal composite hydroxide is 4.0 μm or more and 9.0 μm or less, and that the index showing the spread of the particle size distribution, [(d90-d10)/average particle size], is 0.65 or less.

本発明の第3の実施形態では、上記製造方法により得られる金属複合水酸化物及び金属複合水酸化物を熱処理して得られる金属複合酸化物の少なくとも一方と、リチウム化合物とを混合してリチウム混合物を得る工程と、リチウム混合物を焼成して、リチウム金属複合酸化物を得る工程と、を備える、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法が提供される。 In a third embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising the steps of: mixing at least one of the metal composite hydroxide obtained by the above-mentioned production method and the metal composite oxide obtained by heat-treating the metal composite hydroxide with a lithium compound to obtain a lithium mixture; and calcining the lithium mixture to obtain a lithium metal composite oxide.

また、上記正極活物質の製造方法は、リチウム金属複合酸化物の粒子同士の凝集の程度を示す指標である(正極活物質のd50/金属複合水酸化物のd50)の値が、0.95以上1.05以下となるように調整することが好ましい。 In addition, in the manufacturing method of the positive electrode active material, it is preferable to adjust the value of (d50 of positive electrode active material/d50 of metal composite hydroxide), which is an index showing the degree of aggregation between particles of lithium metal composite oxide, to 0.95 or more and 1.05 or less.

本発明の第4の実施形態では、リチウム、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、それぞれの金属元素の原子数比が、Li:Ni:Co:Mn:W:M=1+u:x:y:z:a:b(x+y+z=1、-0.05≦u≦0.50、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Taから選択される1種以上の元素)で表されるリチウム金属複合酸化物を含有し、リチウム金属複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、二次粒子は、二次粒子の中心から表面に向かって、一次粒子が密に配置された中心部と、一次粒子が中心部よりも疎に配置された空隙部と、一次粒子が密に配置された中実部とを少なくとも含む、多層構造を有し、二次粒子の表面又は内部に存在する一次粒子の表層、及び、前記一次粒子間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物が濃縮されて存在し、タップ密度が1.00g/cm以上2.00g/cm以下であり、かつ、BET比表面積が1.45m/g以上5.40m/g以下である、非水電解質二次電池用正極活物質が提供される。 In a fourth embodiment of the present invention, a composition containing lithium, nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and an element M, and an atomic ratio of each metal element is represented by Li:Ni:Co:Mn:W:M=1+u:x:y:z:a:b (x+y+z=1, -0.05≦u≦0.50, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<a≦0.1, 0≦b≦0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta). The lithium metal composite oxide includes secondary particles formed by agglomeration of a plurality of primary particles, the secondary particles having a multilayer structure including, from the center of the secondary particles toward the surface, at least a central portion where the primary particles are densely arranged, a void portion where the primary particles are more sparsely arranged than the central portion, and a solid portion where the primary particles are densely arranged, and a compound containing tungsten and lithium is present in a concentrated state in surface layers of the primary particles present on the surface or inside of the secondary particles and in grain boundaries between the primary particles, the positive electrode active material having a tap density of 1.00 g/cm3 or more and 2.00 g/ cm3 or less and a BET specific surface area of 1.45 m2 /g or more and 5.40 m2 /g or less.

また、上記正極活物質は、粉末X線回折測定によって得られた(003)面の結晶子径が120nm以上であることが好ましい。 The positive electrode active material preferably has a crystallite diameter of 120 nm or more in the (003) plane obtained by powder X-ray diffraction measurement.

本発明の第4の実施形態では、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備え、正極は、上記非水電解質二次電池用正極活物質を含む、非水電解質二次電池が提供される。 In a fourth embodiment of the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery is provided that includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode contains the positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries.

本発明によれば、二次電池の正極に用いられた場合、反応抵抗が低減され、高出力であり、且つ、結晶性の高い正極活物質、及び、その前駆体である金属複合水酸化物を提供することができる。また、本発明によれば、このような正極活物質を含む二次電池を提供することができる。さらに、本発明によれば、このような正極活物質および金属複合水酸化物を、工業規模で、容易に製造可能な方法を提供することができる。このため、本発明の工業的意義はきわめて大きい。 According to the present invention, it is possible to provide a positive electrode active material that has reduced reaction resistance, high output, and high crystallinity when used in the positive electrode of a secondary battery, and a metal composite hydroxide that is its precursor. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a secondary battery that includes such a positive electrode active material. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method that can easily produce such a positive electrode active material and metal composite hydroxide on an industrial scale. For this reason, the industrial significance of the present invention is extremely great.

図1(A)~図1(B)は、金属複合水酸化物の一例を示す模式図であり、図1(C)は、金属複合水酸化物の断面SEM画像の一例である。1(A) and 1(B) are schematic diagrams showing an example of a metal composite hydroxide, and FIG. 1(C) is an example of a cross-sectional SEM image of the metal composite hydroxide. 図2は、金属複合水酸化物の製造方法の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a method for producing a metal composite hydroxide. 図3は、金属複合水酸化物の製造方法の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a method for producing a metal composite hydroxide. 図4は、タングステンを含む水溶液の添加の開示時点を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the start point of addition of the tungsten-containing aqueous solution. 図5(A)~図5(D)は、リチウム金属複合酸化物の一例を示す模式図である。5(A) to 5(D) are schematic diagrams showing an example of a lithium metal composite oxide. 図6は、リチウム金属複合酸化物の製造方法の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a method for producing a lithium metal composite oxide. 図7は、実施例で用いた評価用コイン型電池を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a coin-type battery for evaluation used in the examples. 図8は、タングステン濃縮層を有する金属複合水酸化物のEDXを用いた面分析によるWの分布の一例を示す図面代用写真(上図)と、図面代用写真中のタングステン濃縮層を説明する説明図(下図)である。FIG. 8 is a drawing-substitute photograph (upper figure) showing an example of the distribution of W by area analysis using EDX of a metal composite hydroxide having a tungsten-enriched layer, and an explanatory diagram (lower figure) explaining the tungsten-enriched layer in the drawing-substitute photograph.

以下、図面を参照して、実施形態に係る金属複合水酸化物とその製造方法、非水電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、及び、非水電解質二次電池について説明する。なお、本発明は以下説明する実施形態に限定されるものではない。また、図面においては、各構成をわかりやすくするために、一部を強調して、あるいは一部を簡略化して表しており、実際の構造または形状、縮尺等が異なっている場合がある。 Below, a description will be given of a metal composite hydroxide and its manufacturing method, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and its manufacturing method, and a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment, with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, in the drawings, in order to make each component easier to understand, some parts are emphasized or simplified, and the actual structure, shape, scale, etc. may differ.

(タングステン濃縮層)
図1(A)は、本実施形態に係る金属複合水酸化物の一例を示す模式図である。金属複合水酸化物10(二次粒子2)は、図1(A)に示すように、その表層にタングステンが濃縮したタングステン濃縮層3を有する。タングステン濃縮層3は、金属複合水酸化物10の表面に形成され、粒子内部よりもタングステンが濃縮された層状の領域をいう。タングステン濃縮層3が形成された金属複合水酸化物10を前駆体として用いた場合、結晶性が高く、かつ、反応抵抗が低減されて、高出力である正極活物質を得ることができる。タングステン濃縮層3は、例えば、図8に示すように、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いた面分析で、W分布を検出することにより確認できる。なお、図1(A)では、一次粒子1は、図示していない。
(Tungsten concentrated layer)
FIG. 1(A) is a schematic diagram showing an example of a metal composite hydroxide according to this embodiment. As shown in FIG. 1(A), the metal composite hydroxide 10 (secondary particle 2) has a tungsten-enriched layer 3 in which tungsten is concentrated on its surface. The tungsten-enriched layer 3 is a layered region formed on the surface of the metal composite hydroxide 10, in which tungsten is more concentrated than inside the particle. When the metal composite hydroxide 10 with the tungsten-enriched layer 3 formed thereon is used as a precursor, a positive electrode active material having high crystallinity, reduced reaction resistance, and high output can be obtained. The tungsten-enriched layer 3 can be confirmed by detecting the W distribution by area analysis using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX), for example, as shown in FIG. 8. Note that the primary particles 1 are not shown in FIG. 1(A).

タングステン濃縮層3は、後述するように、リチウム金属複合酸化物20(図5参照)において、タングステン及びリチウムを含む化合物23(例えば、タングステン酸リチウムなど)を形成する。タングステン及びリチウムを含む化合物23は、金属複合水酸化物10(前駆体)とリチウム化合物とを混合し、焼成してリチウム金属複合酸化物20(図5参照)を得る工程で形成される。 As described below, the tungsten-enriched layer 3 forms a compound 23 (e.g., lithium tungstate) containing tungsten and lithium in the lithium metal composite oxide 20 (see FIG. 5). The compound 23 containing tungsten and lithium is formed in a process of mixing the metal composite hydroxide 10 (precursor) with a lithium compound and baking it to obtain the lithium metal composite oxide 20 (see FIG. 5).

リチウム金属複合酸化物20(正極活物質)において、タングステン及びリチウムを含む化合物23は、一次粒子21の表層、又は、一次粒子21間の粒界に形成される。タングステン及びリチウムを含む化合物23は、イオン伝導度が高いため、リチウム金属複合酸化物20(正極活物質)が二次電池の正極に用いられた場合、電解液と接触する一次粒子21の表層、又は、一次粒子21間の粒界にタングステン及びリチウムを含む化合物23が存在することにより、正極活物質の反応抵抗を低減させて、出力向上に大きく寄与することができる。 In the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material), the compound 23 containing tungsten and lithium is formed on the surface layer of the primary particles 21 or on the grain boundaries between the primary particles 21. The compound 23 containing tungsten and lithium has high ionic conductivity, so when the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) is used in the positive electrode of a secondary battery, the presence of the compound 23 containing tungsten and lithium on the surface layer of the primary particles 21 that comes into contact with the electrolyte or on the grain boundaries between the primary particles 21 reduces the reaction resistance of the positive electrode active material, which can greatly contribute to improving the output.

なお、従来の金属複合水酸化物の製造方法を用いた場合、金属複合水酸化物(前駆体)に含有されるタングステンが、焼成時に、焼結を抑制することがある。そのため、従来のタングステンを含む前駆体は、得られる正極活物質中のタングステンが反応抵抗の低減に寄与する一方で、正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物の結晶性が低下するといった背反する問題があり、出力特性に優れ、且つ、結晶性の高いリチウム金属複合酸化物の実現は困難であった。しかし、本実施形態に係る金属複合水酸化物10は、表層にタングステン濃縮層3を形成するため、焼成の際、タングステンの焼結を抑制する影響は殆ど発生することなく、反応抵抗を低減させ、かつ、得られるリチウム金属複合酸化物20の結晶性を高めることができる。 When a conventional method for producing a metal composite hydroxide is used, the tungsten contained in the metal composite hydroxide (precursor) may inhibit sintering during firing. Therefore, the conventional precursor containing tungsten has a contradictory problem that the tungsten in the obtained positive electrode active material contributes to reducing the reaction resistance, while the crystallinity of the lithium metal composite oxide constituting the positive electrode active material decreases, making it difficult to realize a lithium metal composite oxide with excellent output characteristics and high crystallinity. However, the metal composite hydroxide 10 according to this embodiment forms a tungsten-concentrated layer 3 on the surface layer, so that there is almost no effect of inhibiting the sintering of tungsten during firing, and the reaction resistance can be reduced and the crystallinity of the resulting lithium metal composite oxide 20 can be increased.

タンスグテン濃縮層3の厚さは、金属複合水酸化物10の表面から中心部Cに向かう方向において、例えば、200nmとすることができ、好ましくは100nm以下であり、より好ましくは10nm以上100nm以下であり、さらに好ましくは20μm以上50μm以下である。タングステン濃縮層3の厚さが100nm以下である場合、リチウム金属複合酸化物20の結晶性をより高くすることができ、かつ、リチウム金属複合酸化物20を二次電池の正極に用いた場合、より反応抵抗を低減し、出力特性を向上させることができる。 The thickness of the tungsten enriched layer 3 in the direction from the surface of the metal composite hydroxide 10 toward the center C can be, for example, 200 nm, preferably 100 nm or less, more preferably 10 nm or more and 100 nm or less, and even more preferably 20 μm or more and 50 μm or less. When the thickness of the tungsten enriched layer 3 is 100 nm or less, the crystallinity of the lithium metal composite oxide 20 can be made higher, and when the lithium metal composite oxide 20 is used in the positive electrode of a secondary battery, the reaction resistance can be further reduced and the output characteristics can be improved.

なお、タングステン濃縮層3の厚さは、複合水酸化物10を樹脂などに埋め込んだものを切断して、二次粒子2断面の試料を作製し、EDXを用いたWの分布の面分析を行って測定する。具体的には、二次粒子2断面の試料において、レーザ光回折散乱式粒度分析計を用いて測定された体積平均粒径(MV)の80%以上となる二次粒子2断面を無作為に20個選択して、選択したそれぞれの二次粒子2において、金属複合水酸化物10の表面から中心部Cに向かう方向において、Wが濃く検出される部位(タングステン濃縮層3)の厚さ(幅)を5箇所以上で測定して、それぞれの二次粒子2における、タングステン濃縮層3の厚さの平均を求める。そして、選択した20個の二次粒子2のそれぞれの厚さの平均値を算出することにより、タングステン濃縮層3の厚さを得ることができる。 The thickness of the tungsten-enriched layer 3 is measured by cutting the composite hydroxide 10 embedded in resin or the like to prepare a sample of the cross section of the secondary particle 2, and performing surface analysis of the distribution of W using EDX. Specifically, from the sample of the cross section of the secondary particle 2, 20 cross sections of the secondary particle 2 that are 80% or more of the volume average particle diameter (MV) measured using a laser light diffraction scattering type particle size analyzer are randomly selected, and in each selected secondary particle 2, the thickness (width) of the part (tungsten-enriched layer 3) where W is detected thickly in the direction from the surface of the metal composite hydroxide 10 toward the center C is measured at five or more points, and the average thickness of the tungsten-enriched layer 3 in each secondary particle 2 is obtained. Then, the average thickness of each of the selected 20 secondary particles 2 can be calculated to obtain the thickness of the tungsten-enriched layer 3.

タングステン濃縮層3の厚さが100nmを超える場合、焼成の際に、タングステンによる焼結抑制の効果が大きくなり、一次粒子の成長が阻害されることがある。よって、得られるリチウム金属複合酸化物は、結晶子径の小さい一次粒子が多数形成され、結晶粒界が多く発生するため、正極における反応抵抗が増加することがある。また、一次粒子の成長が抑制されることに伴い、リチウム金属複合酸化物20の結晶性が低下することがある。
一方、タングステン濃縮層3の厚さが10nm未満である場合、比表面積が高くなり、焼成時に金属複合水酸化物10同士が容易に凝集するため、得られる正極活物質の充填密度が低下して、容積当りの電池容量が低下することがある。また、リチウム金属複合酸化物20中にタングステン及びリチウム含んだ化合物23が十分に形成されずリチウムイオン伝導性が十分ではないことがある。
If the thickness of the tungsten-enriched layer 3 exceeds 100 nm, the effect of suppressing sintering by tungsten becomes large during firing, and the growth of the primary particles may be inhibited. Therefore, the resulting lithium metal composite oxide may have a large number of primary particles with small crystallite diameters and many grain boundaries, which may increase the reaction resistance at the positive electrode. In addition, the crystallinity of the lithium metal composite oxide 20 may decrease due to the suppression of the growth of the primary particles.
On the other hand, if the thickness of the tungsten-enriched layer 3 is less than 10 nm, the specific surface area becomes large and the metal composite hydroxides 10 easily aggregate during firing, so that the packing density of the obtained positive electrode active material decreases, and the battery capacity per volume may decrease. Also, the compound 23 containing tungsten and lithium may not be sufficiently formed in the lithium metal composite oxide 20, and the lithium ion conductivity may be insufficient.

また、タングステン濃縮層3の厚さは、金属複合水酸化物10の平均粒径に対して、二次粒子2表面から二次粒子2の中心部Cに向かう方向において、例えば、3%以下とすることができる。タングステン濃縮層3の厚さは、リチウム金属複合酸化物20の結晶性をより向上させ、かつ、より反応抵抗を低減させるという観点から、好ましくは2%以下であり、より好ましくは0.1%以上2%以下であり、より好ましくは0.1%以上1%以下あり、さらに好ましくは0.1%以上0.5%以下である。なお、金属複合水酸化物10の平均粒径は、体積平均粒径(MV)をいう。 The thickness of the tungsten-enriched layer 3 can be, for example, 3% or less of the average particle size of the metal composite hydroxide 10 in the direction from the surface of the secondary particle 2 toward the center C of the secondary particle 2. From the viewpoint of further improving the crystallinity of the lithium metal composite oxide 20 and further reducing the reaction resistance, the thickness of the tungsten-enriched layer 3 is preferably 2% or less, more preferably 0.1% to 2%, more preferably 0.1% to 1%, and even more preferably 0.1% to 0.5%. The average particle size of the metal composite hydroxide 10 refers to the volume average particle size (MV).

(粒子構造)
図1(B)は、本実施形態に係る金属複合水酸化物の一例を示す模式図であり、図1(C)は、本実施形態に係る金属複合水酸化物の断面SEM画像の一例である。金属複合水酸化物10は、図1(C)に示すように、複数の一次粒子1が凝集して形成された二次粒子2を含む。二次粒子2を構成する一次粒子1の形状は、特に限定されないが、例えば、板状、針状などの形状であってもよく、これらよりも小さな微細一次粒子であってもよい。なお、金属複合水酸化物10は、二次粒子2以外に、単独の一次粒子1を含んでもよい。二次粒子2の粒子構造は、特に限定されず、粒子に空隙が殆ど見られない中実構造をはじめ、粒子の中央部に中空部を有する中空構造のほか、複数の空隙を有する空隙構造など従来公知の粒子構造を有してともよいが、図1(B)及び図1(C)に示すように、層状の空隙部5及び、層状の中実部6を有する多層構造を有することが好ましい。以下、図(B)及び図1(C)を参照して、粒子構造の好ましい例について説明する。
(Particle Structure)
FIG. 1(B) is a schematic diagram showing an example of the metal composite hydroxide according to this embodiment, and FIG. 1(C) is an example of a cross-sectional SEM image of the metal composite hydroxide according to this embodiment. As shown in FIG. 1(C), the metal composite hydroxide 10 includes secondary particles 2 formed by agglomeration of a plurality of primary particles 1. The shape of the primary particles 1 constituting the secondary particles 2 is not particularly limited, but may be, for example, a plate-like or needle-like shape, or may be a fine primary particle smaller than these. In addition to the secondary particles 2, the metal composite hydroxide 10 may include a single primary particle 1. The particle structure of the secondary particles 2 is not particularly limited, and may have a conventionally known particle structure such as a solid structure in which almost no voids are observed in the particles, a hollow structure having a hollow part in the center of the particle, and a void structure having a plurality of voids, but as shown in FIG. 1(B) and FIG. 1(C), it is preferable to have a multilayer structure having a layered void part 5 and a layered solid part 6. Hereinafter, a preferred example of the particle structure will be described with reference to FIG. 1(B) and FIG. 1(C).

本実施形態に係る二次粒子2は、図1(B)に示すように、二次粒子2の中心Cから表面に向かって、一次粒子1が密に配置された中心部4と、一次粒子1が中心部4よりも疎に配置された空隙部5と、一次粒子が密に配置された中実部6とを少なくとも含む、多層構造を有することが好ましい。なお、一次粒子が密に配置された構造は、中実構造ともいう。 As shown in FIG. 1(B), the secondary particle 2 according to this embodiment preferably has a multilayer structure including, from the center C of the secondary particle 2 toward the surface, at least a central portion 4 in which the primary particles 1 are densely arranged, a void portion 5 in which the primary particles 1 are more sparsely arranged than the central portion 4, and a solid portion 6 in which the primary particles are densely arranged. The structure in which the primary particles are densely arranged is also called a solid structure.

また、二次粒子2は、二次粒子2の中心Cから表面に向かって、空隙部5と中実部6とを、少なくとも一層を有すればよく、図1(B)、及び図1(C)に示すように、交互に2層有してもよい。二次粒子2が多層構造を有する場合、得られるリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)の比表面積を大きくして、出力特性を向上させることができる。 The secondary particle 2 may have at least one layer of voids 5 and solid portions 6 from the center C of the secondary particle 2 toward the surface, or may have two alternating layers as shown in Figures 1(B) and 1(C). When the secondary particle 2 has a multi-layer structure, the specific surface area of the resulting lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) can be increased, improving the output characteristics.

また、タングステン濃縮層3は、二次粒子2の表面に形成されるだけでなく、その内部に存在する空隙部5や、中実部6にも形成されてもよいが、二次粒子2の最表面に配置される中実部6の表面部分に形成されることが好ましい。 The tungsten-enriched layer 3 may be formed not only on the surface of the secondary particles 2, but also in the voids 5 and solid portions 6 present therein, but is preferably formed on the surface portion of the solid portion 6 located on the outermost surface of the secondary particles 2.

なお、二次粒子2の粒子構造は、例えば、後述するように、晶析反応において、粒子成長工程における反応雰囲気を複数回、切り替えることにより、多層構造とすることができる。 The particle structure of the secondary particles 2 can be made multilayered, for example, by switching the reaction atmosphere multiple times in the particle growth process during the crystallization reaction, as described below.

(タップ密度)
金属複合水酸化物10のタップ密度は、特に限定されないが、例えば、二次粒子2が多層構造を有する場合、好ましくは0.75g/cm以上1.35g/cm以下であり、より好ましくは1g/cm以上1.35g/cm以下である。金属複合水酸化物10のタップ密度は、この複合水酸化物10を前駆体としてリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)のタップ密度と相関し、金属複合水酸化物10が、多層構造を有する場合、得られるリチウム金属複合酸化物20のタップ密度は、金属複合水酸化物10のタップ密度より上昇する傾向がある。このため、金属複合水酸化物10のタップ密度を、上記範囲に制御することで、この複合水酸化物10を前駆体とするリチウム金属複合酸化物20(図5参照)のタップ密度を後述する範囲に制御することが可能となる。このリチウム金属複合酸化物20を正極に用いた場合、高い電池容量を有する二次電池を得ることができる。一方、金属複合水酸化物10のタップ密度が0.75g/cm未満である場合、例えば、正極活物質を製造する際の焼成工程(ステップS40、図6参照)において、匣鉢に盛る際に盛り高さが高くなり、十分に焼成されずに結晶性を低下することがある。
(Tap Density)
The tap density of the metal composite hydroxide 10 is not particularly limited, but is preferably 0.75 g/cm 3 or more and 1.35 g/cm 3 or less, and more preferably 1 g/cm 3 or more and 1.35 g/cm 3 or less, when the secondary particles 2 have a multilayer structure. The tap density of the metal composite hydroxide 10 correlates with the tap density of the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) using this composite hydroxide 10 as a precursor, and when the metal composite hydroxide 10 has a multilayer structure, the tap density of the obtained lithium metal composite oxide 20 tends to be higher than the tap density of the metal composite hydroxide 10. Therefore, by controlling the tap density of the metal composite hydroxide 10 to the above range, it is possible to control the tap density of the lithium metal composite oxide 20 (see FIG. 5) using this composite hydroxide 10 as a precursor to a range described later. When this lithium metal composite oxide 20 is used for the positive electrode, a secondary battery having a high battery capacity can be obtained. On the other hand, when the tap density of the metal composite hydroxide 10 is less than 0.75 g/ cm3 , for example, in the firing step (step S40, see FIG. 6 ) in producing the positive electrode active material, the pile height becomes too high when piled into a sagger, and the material may not be sufficiently fired, resulting in reduced crystallinity.

(平均粒径)
金属複合水酸化物10の平均粒径は、特に限定されないが、好ましくは4.0μm以上であり、より好ましくは4μm以上9.0μm以下であり、好ましくは4.0μm以上7μm以下である。金属複合水酸化物10の平均粒径は、この複合水酸化物10を前駆体とするリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)の平均粒径と相関する。このため、金属複合水酸化物10の平均粒径を、上記範囲に制御することで、この複合水酸化物10を前駆体とするリチウム金属複合酸化物20(図5参照)の平均粒径も上記範囲に制御することが可能となる。
(Average particle size)
The average particle size of the metal composite hydroxide 10 is not particularly limited, but is preferably 4.0 μm or more, more preferably 4 μm or more and 9.0 μm or less, and preferably 4.0 μm or more and 7 μm or less. The average particle size of the metal composite hydroxide 10 correlates with the average particle size of the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) having the composite hydroxide 10 as a precursor. Therefore, by controlling the average particle size of the metal composite hydroxide 10 to the above range, it becomes possible to control the average particle size of the lithium metal composite oxide 20 (see FIG. 5) having the composite hydroxide 10 as a precursor to the above range.

金属複合水酸化物10の平均粒径が4μm未満である場合、比表面積が高くなり、正極活物質を製造する際の焼成工程(ステップS40、図6参照)において、金属複合水酸化物10の粒子同士が容易に凝集し、得られる正極活物質の充填密度が低下して、容積当りの電池容量が低下することがある。なお、本明細書において、二次粒子2の平均粒径とは、体積平均粒径(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。 If the average particle size of the metal composite hydroxide 10 is less than 4 μm, the specific surface area is increased, and in the firing process (step S40, see FIG. 6) when manufacturing the positive electrode active material, the particles of the metal composite hydroxide 10 may easily aggregate with each other, reducing the packing density of the resulting positive electrode active material and reducing the battery capacity per volume. In this specification, the average particle size of the secondary particles 2 means the volume average particle size (MV), which can be determined, for example, from the volume integrated value measured by a laser light diffraction/scattering particle size analyzer.

金属複合水酸化物10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以下である。リチウム金属複合酸化物20(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10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10を前駆体とした場合、リチウム金属複合酸化物20にも微細粒子や粗大粒子が多く含まれる。このようなリチウム金属複合酸化物20を正極活物質として用いた二次電池では、熱安定性、サイクル特性、出力特性などの電池特性が低下することがある。そこで、金属複合水酸化物10の〔(d90-d10)/平均粒径〕を上記範囲に調整した場合、これを前駆体として得られるリチウム金属複合酸化物20の粒度分布を狭くして、微細粒子や粗大粒子の混入を抑制することができる。
また、複合水酸化物10の〔(d90-d10)/平均粒径〕の下限値は、特に限定されないが、コストや生産性の観点から、0.25以上程度とすることが好ましい。工業規模の生産を前提とした場合、〔(d90-d10)/平均粒径〕が過度に小さい複合水酸化物10を使用することは現実的ではない。
The metal composite hydroxide 10 has an index of the spread of the particle size distribution, [(d90-d10)/average particle size] of 0.65 or less. The particle size distribution of the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) is strongly influenced by the composite hydroxide 10, which is its precursor. For this reason, when the composite hydroxide 10 containing many fine particles and coarse particles is used as a precursor, the lithium metal composite oxide 20 also contains many fine particles and coarse particles. In a secondary battery using such a lithium metal composite oxide 20 as a positive electrode active material, the battery characteristics such as thermal stability, cycle characteristics, and output characteristics may be deteriorated. Therefore, when the [(d90-d10)/average particle size] of the metal composite hydroxide 10 is adjusted to the above range, the particle size distribution of the lithium metal composite oxide 20 obtained by using it as a precursor can be narrowed, and the inclusion of fine particles and coarse particles can be suppressed.
In addition, the lower limit of the [(d90-d10)/average particle size] of the composite hydroxide 10 is not particularly limited, but is preferably about 0.25 or more from the viewpoint of cost and productivity. In the case of industrial-scale production, it is not realistic to use a composite hydroxide 10 having an excessively small [(d90-d10)/average particle size].

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%となる粒径を意味し、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。また、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。 Note that d10 refers to the particle size at which the number of particles at each particle size is accumulated from the smallest particle size to the particle size at which the cumulative volume is 10% of the total volume of all particles, and d90 refers to the particle size at which the number of particles is accumulated in the same way to a particle size at which the cumulative volume is 90% of the total volume of all particles. Also, d10 and d90 can be calculated from the volume integrated value measured with a laser light diffraction scattering particle size analyzer, just like the average particle size.

(組成)
金属複合水酸化物10の組成は、特に限定されないが、例えば、金属複合水酸化物10が、Ni、Co及びW、並びに、任意にMn、及びMを含み、それぞれの金属元素の原子数の比(A)が、Ni:Co:Mn:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の金属元素)であることが好ましい。
(composition)
The composition of the metal composite hydroxide 10 is not particularly limited, but for example, it is preferable that the metal composite hydroxide 10 contains Ni, Co, and W, and optionally Mn and M, and the ratio (A) of the atomic numbers of the respective metal elements is Ni:Co:Mn:W:M=x:y:z:a:b (x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<a≦0.1, 0≦b≦0.1, M is one or more metal elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta).

なお、金属複合水酸化物10中のそれぞれの金属元素の原子数の比(A)は、リチウム金属複合酸化物20中でも維持されるため、上記金属元素の比(A)で表される複合水酸化物10において、これを構成するニッケル、マンガン、コバルト、タングステンおよび元素Mの組成範囲およびその臨界的意義は、後述する、比(B)で表される正極活物質と同様である。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。
また、金属複合水酸化物10は、一般式(A1):NiMnCo(OH)2+α(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、0≦α≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の金属元素)で表されてもよい。
The atomic ratio (A) of the respective metal elements in the metal composite hydroxide 10 is maintained in the lithium metal composite oxide 20, and therefore, in the composite hydroxide 10 represented by the ratio (A) of the metal elements, the composition ranges of nickel, manganese, cobalt, tungsten, and element M constituting the composite hydroxide 10 and their critical meanings are the same as those of the positive electrode active material represented by the ratio (B) described below. Therefore, a description of these matters will be omitted here.
The metal composite hydroxide 10 may be represented by the general formula (A1): Ni x Mn y Co z W a M b (OH) 2 + α (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 < a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, M is one or more metal elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta).

上記一般式(A1)中、得られる正極活物質を用いた二次電池の容量特性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(A2):NixMnyCozWaMb(OH)2+α(x+y+z=1、0.7<x≦0.95、0.05≦y≦0.1、0≦z≦0.2、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、0≦α≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、及び、Moから選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。さらに、熱安定性と電池容量との両立を図るという観点から、上記一般式(A2)中、xの値を、0.7<x≦0.9とすることがより好ましく、0.7<x≦0.85とすることがさらに好ましい。 In the above general formula (A1), from the viewpoint of further improving the capacity characteristics of a secondary battery using the obtained positive electrode active material, it is preferable that the composition is the general formula (A2): NixMnyCozWaMb(OH)2+α (x+y+z=1, 0.7<x≦0.95, 0.05≦y≦0.1, 0≦z≦0.2, 0<a≦0.1, 0≦b≦0.1, 0≦α≦0.5, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, and Mo). Furthermore, from the viewpoint of achieving both thermal stability and battery capacity, it is more preferable that the value of x in the above general formula (A2) is 0.7<x≦0.9, and even more preferable that it is 0.7<x≦0.85.

上記一般式(A1)中、得られる正極活物質を用いた二次電池の熱安定性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(A3):NiMnCo(OH)2+α(x+y+z=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、0≦α≦0.5、Mは、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。 In the above general formula (A1), from the viewpoint of further improving the thermal stability of a secondary battery using the obtained positive electrode active material, it is preferable that the composition be represented by general formula (A3): Ni x Mn y Co z W a M b (OH) 2 + α (x + y + z = 1, 0.3 ≤ x ≤ 0.7, 0.1 ≤ y ≤ 0.55, 0 ≤ z ≤ 0.4, 0 < a ≤ 0.1, 0 ≤ b ≤ 0.1, 0 ≤ α ≤ 0.5, M is one or more elements selected from Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta).

2.金属複合水酸化物の製造方法
図2~図3は、本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法の一例を示す図である。本実施形態に係る製造方法は、晶析反応によって、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Taから選択される1種以上の元素)で示される金属複合水酸化物を製造する方法である。本実施形態に係る製造方法により、上記特性を有する金属複合水酸化物10を工業的規模で容易に製造することができる。
2. Manufacturing method of metal composite hydroxide Figures 2 to 3 are diagrams showing an example of a manufacturing method of a metal composite hydroxide according to this embodiment. The manufacturing method according to this embodiment is a method for manufacturing a metal composite hydroxide containing nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and element M, and in which the atomic ratio of each metal element is represented by Ni:Mn:Co:W:M = x:y:z:a:b (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 < a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta) by a crystallization reaction. By the manufacturing method according to this embodiment, the metal composite hydroxide 10 having the above characteristics can be easily manufactured on an industrial scale.

[晶析反応]
図2に示すように、金属複合水酸化物10の製造方法では、反応槽内に、ニッケル(Ni)、及び、マンガン(Mn)と、任意に、コバルト(Co)、及び/又は、金属元素(M)とを含む第1の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給して、晶析反応を行い、第1の金属複合水酸化物粒子を得る第1の晶析工程(ステップS10)と、上記第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、第1の原料水溶液よりもタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給して、晶析反応を行い、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を形成して、第2の金属複合水酸化物粒子を得る第2の晶析工程(ステップS20)と、を備える。
[Crystallization reaction]
As shown in FIG. 2 , the method for producing the metal composite hydroxide 10 includes a first crystallization step (step S10) in which a first raw material aqueous solution containing nickel (Ni) and manganese (Mn), and optionally cobalt (Co) and/or a metal element (M), and an ammonium ion donor are supplied into a reaction tank to carry out a crystallization reaction to obtain first metal composite hydroxide particles, and a second crystallization step (step S20) in which a second raw material aqueous solution containing more tungsten than the first raw material aqueous solution and an ammonium ion donor are supplied to the reaction aqueous solution containing the first metal composite hydroxide particles to carry out a crystallization reaction to form a tungsten-concentrated layer on the surface of the first metal composite hydroxide particles, thereby obtaining second metal composite hydroxide particles.

本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法は、第2の晶析工程(ステップS20)において、第1の晶析工程(ステップS10)により得られる第1の複合水酸化物粒子の表面に、タングステン濃縮層3を形成することにより、第2の金属複合水酸化物粒子を得ることができる。第2の金属複合水酸化物粒子の内部は、タングステンを含まない、又は、タングステンの含有量が低い第1の金属複合水酸化物粒子で構成されるため、これを前駆体として得られるリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)は、粒子内部の結晶性が高く、かつ、タングステン濃縮層3に由来するタングステン及びリチウムを含む化合物23が、一次粒子の表面又は一次粒子間の粒界に存在することで出力特性に優れる。 In the method for producing a metal composite hydroxide according to this embodiment, in the second crystallization step (step S20), a tungsten-enriched layer 3 is formed on the surface of the first composite hydroxide particle obtained by the first crystallization step (step S10), thereby obtaining a second metal composite hydroxide particle. The inside of the second metal composite hydroxide particle is composed of the first metal composite hydroxide particle that does not contain tungsten or has a low tungsten content, so that the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) obtained using this as a precursor has high crystallinity inside the particle, and the compound 23 containing tungsten and lithium derived from the tungsten-enriched layer 3 is present on the surface of the primary particles or on the grain boundaries between the primary particles, resulting in excellent output characteristics.

図3に示すように、第1の晶析工程(ステップS10)は、さらに、主として核生成を行う核生成工程(ステップS11)と、主として粒子成長を行う粒子成長工程(ステップS12)とを含むことが好ましい。核生成工程(ステップS11)と粒子成長工程(ステップS12)とは、例えば、反応水溶液のpHを制御することにより、明確に分離することができ、粒度分布が狭く均一な粒子径を有する金属複合水酸化物10を得ることができる。なお、第2の晶析工程(ステップS20)は、粒子成長工程(ステップS12)に引き続き、主として粒子成長を行う工程である。 As shown in FIG. 3, the first crystallization step (step S10) preferably further includes a nucleation step (step S11) in which nucleation is mainly performed, and a particle growth step (step S12) in which particle growth is mainly performed. The nucleation step (step S11) and the particle growth step (step S12) can be clearly separated, for example, by controlling the pH of the reaction aqueous solution, and a metal composite hydroxide 10 having a narrow particle size distribution and a uniform particle size can be obtained. The second crystallization step (step S20) is a step following the particle growth step (step S12) in which particle growth is mainly performed.

なお、このような2段階の晶析工程を含むニッケル複合水酸化物の製造方法については、例えば、特許文献2、特許文献3などに開示されており、詳細な条件についてはこれらの文献を参照して条件を適宜、調整することができる。また、本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法は、後述するように、公知の晶析方法の条件を用いて、所望の膜厚を有するタングステン濃縮層3を形成することができるため、工業規模の生産に容易に適用することができる。 The method for producing nickel composite hydroxide including such a two-stage crystallization process is disclosed in, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3, and the detailed conditions can be adjusted appropriately by referring to these documents. In addition, the method for producing metal composite hydroxide according to this embodiment can form a tungsten-enriched layer 3 having a desired film thickness using the conditions of a known crystallization method, as described later, and therefore can be easily applied to industrial-scale production.

以下、図3を参照して、核生成工程(ステップS11)と粒子成長工程(ステップS12)とを含む製造方法の各工程について、説明する。なお、以下の説明は、金属複合水酸化物10の製造方法の一例であって、この方法に限定するものではない。 Hereinafter, with reference to FIG. 3, each step of the manufacturing method, including the nucleation step (step S11) and the particle growth step (step S12), will be described. Note that the following description is an example of a method for manufacturing metal composite hydroxide 10, and is not limited to this method.

(1)第1の晶析工程(ステップS10)
(核生成工程)
まず、第1の原料水溶液とアンモニウムイオン供給体とを供給して、反応槽内の反応水溶液(核生成用水溶液)のpHを所定の範囲に制御して、核生成を行う(ステップS11)。第1の原料水溶液は、例えば、原料となる遷移金属を含む化合物を、水に溶解して調整される。なお、以下に説明する金属複合水酸化物の製造方法では、各工程で晶析により形成される金属複合水酸化物の組成比は、原料水溶液中の各金属の組成比と同様であるため、原料水溶液中の各金属の組成比は、目的とする金属複合水酸化物の遷移金属の組成比とすることができる。また、第1の原料水溶液は、少量のタングステンを含んでもよいし、タングステンを含まなくてもよい。
(1) First crystallization step (step S10)
(Nucleation process)
First, the first raw aqueous solution and an ammonium ion donor are supplied, and the pH of the reaction aqueous solution (aqueous solution for nucleation) in the reaction tank is controlled to a predetermined range to perform nucleation (step S11). The first raw aqueous solution is adjusted, for example, by dissolving a compound containing a transition metal as a raw material in water. In the method for producing a metal composite hydroxide described below, the composition ratio of the metal composite hydroxide formed by crystallization in each step is the same as the composition ratio of each metal in the raw aqueous solution, so that the composition ratio of each metal in the raw aqueous solution can be the composition ratio of the transition metal of the target metal composite hydroxide. In addition, the first raw aqueous solution may contain a small amount of tungsten or may not contain tungsten.

まず、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と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以上14.0以下、アンモニウムイオン濃度が3g/L以上25g/L以下である反応前水溶液を調製する。反応槽内の反応雰囲気については、粒子中心部を中実構造とする場合(一次粒子1を密に配置する場合)、非酸化性雰囲気とすることが好ましい。雰囲気の制御は、例えば、窒素ガスを導入して調整する。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。 First, an aqueous solution containing an alkaline aqueous solution and an ammonium ion donor is supplied to and mixed with a reaction tank to prepare a pre-reaction aqueous solution having a pH value of 12.0 to 14.0 measured at a liquid temperature of 25°C and an ammonium ion concentration of 3 g/L to 25 g/L. When the particle center has a solid structure (when the primary particles 1 are densely arranged), the reaction atmosphere in the reaction tank is preferably a non-oxidizing atmosphere. The atmosphere is controlled by, for example, introducing nitrogen gas. 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.

次いで、反応槽内の反応前水溶液を撹拌しながら、第1の原料水溶液を反応槽内に供給して、反応水溶液(核生用成水溶液)が形成される。なお、核生成工程(ステップS11)では、反応水溶液中の核生成に伴い、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が変化するので、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以上14.0以下の範囲に、アンモニウムイオンの濃度が3g/L以上25g/L以下の範囲に維持されるように制御することが好ましい。反応水溶液(核生成用水溶液)のpH値が上記範囲にある場合、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。 Next, while stirring the pre-reaction aqueous solution in the reaction tank, the first raw material aqueous solution is supplied into the reaction tank to form a reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution). In the nucleation step (step S11), the pH value and ammonium ion concentration of the nucleation aqueous solution change with the nucleation in the reaction aqueous solution, so it is preferable to timely supply an alkaline aqueous solution and an ammonia aqueous solution to control the pH value of the liquid in the reaction tank to be maintained in the range of pH 12.0 to 14.0 at a liquid temperature of 25°C, and the ammonium ion concentration to be maintained in the range of 3 g/L to 25 g/L. When the pH value of the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution) is within the above range, nuclei hardly grow and nucleation occurs preferentially.

反応水溶液(核生成用水溶液)の液温25℃基準で測定されるpH値は、好ましくは12.0以上14.0以下、より好ましくは12.3以上13.5以下、さらに好ましくは12.5以上13.3以下の範囲である。pHが上記範囲である場合、核の成長を抑制し、核生成を優先させることができ、核生成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未満である場合、核生成とともに核(粒子)の成長が進行するため、得られる金属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を超える場合、生成する核が微細になりすぎて、反応水溶液(核生成用水溶液)がゲル化することがある。 The pH value of the reaction aqueous solution (aqueous solution for nucleation) measured at a liquid temperature of 25°C is preferably in the range of 12.0 to 14.0, more preferably 12.3 to 13.5, and even more preferably 12.5 to 13.3. When the pH is in the above range, the growth of the nuclei can be suppressed and nucleation can be prioritized, and the nuclei generated in the nucleation process can be made homogeneous and have a narrow particle size distribution. On the other hand, when the pH value is less than 12.0, the growth of the nuclei (particles) proceeds along with the nucleation, so that the particle size of the obtained metal composite hydroxide particles becomes non-uniform and the particle size distribution deteriorates. In addition, when the pH value exceeds 14.0, the nuclei generated become too fine, and the reaction aqueous solution (aqueous solution for nucleation) may gel.

なお、反応水溶液(核生成用水溶液)中のpH値の変動幅は、±0.2以内とすることが好ましい。pH値の変動幅が大きい場合、核生成量と粒子成長の割合が一定とならず、粒度分布の狭い金属複合水酸化物粒子を得ることが困難となる。 It is preferable that the pH value of the reaction aqueous solution (aqueous solution for nucleation) fluctuate within ±0.2. If the pH value fluctuates widely, the ratio of the amount of nucleation and the particle growth will not be constant, making it difficult to obtain metal composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution.

反応水溶液(核生成用水溶液)のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは3g/L以上25g/L以下、より好ましくは5g/L以上20g/L以下の範囲内に調整される。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未満である場合、金属イオンの溶解度を一定に保持することができなかったり、反応水溶液がゲル化しやすくなったりして、形状や粒径の整った金属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を超える場合、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ことがある。 The ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution (aqueous solution for nucleation) is preferably adjusted to a 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 the metal ions cannot be maintained constant or the reaction aqueous solution is prone to gelling, making it difficult to obtain metal composite hydroxide particles with a uniform shape and particle size. On the other hand, if the ammonium ion concentration exceeds 25 g/L, the solubility of the metal ions becomes too high, so the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases, which may cause composition deviations, etc.

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、均一な金属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(ステップS11)と粒子成長工程(ステップS12)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。 If the ammonium ion concentration fluctuates during the crystallization reaction, the solubility of the metal ions will fluctuate, and uniform metal composite hydroxide particles will not be formed. For this reason, it is preferable to control the fluctuation range of the ammonium ion concentration to a certain range throughout the nucleation process (step S11) and the particle growth process (step S12), and more specifically, it is preferable to control the fluctuation range to ±5 g/L.

核生成工程(ステップS11)では、反応水溶液(核生成用水溶液)に、第1の原料水溶液、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。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(ステップS11)における核の生成量は、特に限定されないが、粒度分布の狭い金属複合水酸化物粒子を得るという観点から、晶析工程(第1の晶析工程及び第2の晶析工程を含む)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%以上2原子%以下とすることが好ましく、0.1原子%以上1.5原子%以下とすることがより好ましい。
In the nucleation step (step S11), the first raw material aqueous solution, the alkali aqueous solution, and the aqueous solution containing the ammonium ion donor are supplied to the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution), so that new nuclei are continuously generated. Then, the nucleation step is terminated when a predetermined amount of nuclei is generated in the nucleation aqueous solution. 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 nucleation aqueous solution.
The amount of nuclei generated in the nucleation step (step S11) is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining metal composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution, it is preferably 0.1 atomic % or more and 2 atomic % or less, and more preferably 0.1 atomic % or more and 1.5 atomic % or less, relative to the metal elements in the metal compounds contained in the raw material aqueous solution supplied through the crystallization steps (including the first crystallization step and the second crystallization step).

また、核生成工程において、反応水溶液(核生用成水溶液)の温度の上限は特に限定されないが、例えば60℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましい。反応水溶液(核生用成水溶液)の温度が60℃を超えると、一次結晶に歪が生じタップ密度が低くなり始める恐れがあるからである。 In the nucleation step, the upper limit of the temperature of the reaction aqueous solution (nuclear generation aqueous solution) is not particularly limited, but is preferably 60°C or less, and more preferably 50°C or less. If the temperature of the reaction aqueous solution (nuclear generation aqueous solution) exceeds 60°C, distortion may occur in the primary crystals, causing the tap density to start to decrease.

(粒子成長工程)
次いで、pHを特定の範囲に調整した反応水溶液(粒子成長用水溶液)中で粒子成長を行う(ステップS12)。反応水溶液(粒子成長用水溶液)は、生成された核を含む反応水溶液に、第1の原料水溶液と、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とを供給して形成される。反応水溶液(粒子成長用水溶液)は、液温25℃基準で測定するpH値が10.5以上12.0以下、アンモニウムイオン濃度が3g/L以上25g/L以下に調整されることが好ましい。これにより、反応水溶液(粒子成長用水溶液)中で、核生成よりも、粒子成長が優位に行われる。
(Particle growth process)
Next, particle growth is performed in a reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) whose pH has been adjusted to a specific range (step S12). The reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) is formed by supplying a first raw material aqueous solution, an alkaline aqueous solution, and an aqueous solution containing an ammonium ion donor to the reaction aqueous solution containing the generated nuclei. The reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) is preferably adjusted to have a pH value of 10.5 to 12.0 and an ammonium ion concentration of 3 g/L to 25 g/L, measured at a liquid temperature of 25° C. as a reference. This allows particle growth to be performed preferentially over nucleation in the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution).

反応槽内の反応雰囲気については、金属複合水酸化物のタップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下である多層構造を有する二次粒子を主として形成する場合、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気と、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気とを、適宜切り替えながら行うことが好ましい。雰囲気の制御は、例えば、窒素ガスを導入して調整する。 Regarding the reaction atmosphere in the reaction tank, when forming secondary particles having a multilayer structure in which the tap density of the metal composite hydroxide is 0.75 g/cm3 or more and 1.35 g/ cm3 or less, it is preferable to appropriately switch between a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 1 volume % or less and an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of more than 1 volume %. The atmosphere is controlled by, for example, introducing nitrogen gas.

具体的には、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以上12.0以下に調整し、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値の調整は、アルカリ水溶液のみ供給を停止することにより行うことができるが、粒径の均一性を高めるという観点から、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。また、pH値の調整は、反応水溶液(核生成用水溶液)に、原料となる遷移金属を含む化合物を構成する酸と同種の無機酸、例えば、原料として遷移金属の硫酸塩を使用する場合には、硫酸を供給することで行ってもよい。 Specifically, after the nucleation step is completed, the pH value of the aqueous solution for nucleation in the reaction tank is adjusted to 10.5 or more and 12.0 or less at a liquid temperature of 25°C to form an aqueous solution for particle growth, which is a reaction aqueous solution in the particle growth step. The pH value can be adjusted by stopping the supply of only the alkaline aqueous solution, but from the viewpoint of increasing the uniformity of the particle size, it is preferable to stop the supply of all aqueous solutions once and adjust the pH value. The pH value may also be adjusted by supplying the same type of inorganic acid as the acid constituting the compound containing the raw material transition metal, for example, sulfuric acid when a sulfate of a transition metal is used as the raw material, to the aqueous solution for nucleation.

次に、反応水溶液(粒子成長用水溶液)を撹拌しながら、第1の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第1の金属複合水酸化物粒子を形成することができる。なお、粒子成長工程(ステップS12)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が変化するので、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 the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution), the supply of the first raw material aqueous solution is resumed. At this time, since the pH value of the particle growth aqueous solution is within the above-mentioned range, almost no new nuclei are generated, and nuclei (particles) grow, forming first metal composite hydroxide particles having a predetermined particle size. Note that, in the particle growth process (step S12), the pH value and ammonium ion concentration of the particle growth aqueous solution change with particle growth, so it is necessary to supply an alkaline aqueous solution and an ammonia aqueous solution at appropriate times to maintain the pH value and ammonium ion concentration within the above-mentioned range.

反応水溶液(粒子成長水溶液)のpH値は、液温25℃基準で、10.5以上12.0以下、好ましくは11.0以上12.0以下、より好ましくは11.5以上11.9以下の範囲に制御する。pHが上記範囲である場合、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でき、得られる金属複合水酸化物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未満である場合、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、生産性が悪化することがある。また、pH値が12.0を超える場合、粒子成長工程中の核生成量が増加し、得られる金属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ことがある。 The pH value of the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) is controlled to a range of 10.5 to 12.0, preferably 11.0 to 12.0, more preferably 11.5 to 11.9, based on a liquid temperature of 25°C. When the pH is in the above range, the generation of new nuclei is suppressed, particle growth is prioritized, and the resulting metal composite hydroxide can be made homogeneous and have a narrow particle size distribution. On the other hand, when the pH value is less than 10.5, the ammonium ion concentration increases and the solubility of the metal ions increases, so not only does the crystallization reaction slow down, but the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases, and productivity may deteriorate. In addition, when the pH value exceeds 12.0, the amount of nuclei generated during the particle growth process increases, and the particle size of the resulting metal composite hydroxide particles becomes non-uniform, and the particle size distribution may deteriorate.

なお、反応水溶液(粒子成長水溶液)中のpH値の変動幅は、±0.2以内とすることが好ましい。pH値の変動幅が大きい場合、核生成量と粒子成長の割合が一定とならず、粒度分布の狭い金属複合水酸化物を得ることが困難となる。 It is preferable that the pH value in the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) fluctuate within ±0.2. If the pH value fluctuates widely, the ratio of the amount of nucleation and particle growth will not be constant, making it difficult to obtain a metal composite hydroxide with a narrow particle size distribution.

また、粒子成長工程(ステップS12)のpH値は、核生成工程(ステップS11)のpH値より低い値に調整することが好ましく、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(ステップS12)のpH値を、核生成工程(ステップS11)のpH値より0.5以上低くすることが好ましく、0.8以上低くすることがより好ましい。 The pH value of the particle growth process (step S12) is preferably adjusted to a value lower than the pH value of the nucleation process (step S11). In order to clearly separate nucleation and particle growth, the pH value of the particle growth process (step S12) is preferably 0.5 or more lower than the pH value of the nucleation process (step S11), and more preferably 0.8 or more lower.

例えば、反応水溶液(核生成工程及び/又は粒子成長工程)のpH値が12.0である場合、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とした場合、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、粒径分布が狭い金属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とした場合、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金属複合水酸化物粒子を得ることができる。 For example, when the pH value of the reaction aqueous solution (nucleation step and/or particle growth step) is 12.0, this is the boundary condition between nucleation and nucleation growth, so the condition can be either the nucleation step or the particle growth step depending on the presence or absence of nuclei in the reaction aqueous solution. That is, if the pH value of the nucleation step is made higher than 12.0 to generate a large amount of nuclei, and then the pH value of the particle growth step is made 12.0, a large amount of nuclei are present in the reaction aqueous solution, so particle growth occurs preferentially, and metal 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 made 12.0, there are no nuclei to grow in the reaction aqueous solution, so nucleation occurs preferentially, and by making the pH value of the particle growth step smaller than 12.0, the generated nuclei grow, and good metal composite hydroxide particles can be obtained.

反応水溶液(粒子成長用水溶液)のアンモニウムイオン濃度は、上記反応水溶液(核生成用水溶液)中のアンモニウムイオン濃度の好ましい範囲と同様とすることができる。また、アンモニウムイオン濃度の変動幅も上記反応水溶液(核生成用水溶液)中の好ましい範囲と同様とすることができる。 The ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) can be set to the same range as the preferred range of the ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution). The fluctuation range of the ammonium ion concentration can also be set to the same range as the preferred range in the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution).

粒子成長工程(ステップS12)の反応雰囲気は、酸素濃度を調整することにより、切り替えてもよく、例えば、二次粒子の中心部を中実構造とする場合、核生成工程(ステップS11)に引き続き、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気で粒子成長を行った後、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気に切り替えて(切り替え1回目)、粒子成長を行い、さらに、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替えて(切り替え2回目)、粒子成長を行ってもよい。反応雰囲気を切り替えることにより、上述した多層構造を有する二次粒子を得ることができる。 The reaction atmosphere in the particle growth process (step S12) may be switched by adjusting the oxygen concentration. For example, if the center of the secondary particles is to have a solid structure, following the nucleation process (step S11), particle growth may be performed in a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 1% by volume or less, then switched to an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of more than 1% by volume (first switch), particle growth may be performed, and then further switched to a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 1% by volume or less (second switch), particle growth may be performed. By switching the reaction atmosphere, secondary particles having the above-mentioned multilayer structure can be obtained.

また、多層構造を有する二次粒子を製造する場合、反応雰囲気の切り替えは、第1の晶析工程及び第2の晶析工程における粒子成長工程(全体)において、複数回切替えればよく、粒子成長工程(ステップS12)における反応雰囲気の切り替えを行わずに、第2の晶析工程において反応雰囲気の切り替えを複数回行ってもよく、粒子成長工程(ステップS12)において反応雰囲気の切り替えを複数回行ってもよい。また、粒子成長工程(ステップS12)において反応雰囲気の切り替えは、2回以上行ってもよく、4回以上行ってもよい。 When producing secondary particles having a multilayer structure, the reaction atmosphere may be switched multiple times in the particle growth process (overall) in the first crystallization process and the second crystallization process. The reaction atmosphere may be switched multiple times in the second crystallization process without switching the reaction atmosphere in the particle growth process (step S12), or the reaction atmosphere may be switched multiple times in the particle growth process (step S12). The reaction atmosphere may be switched two or more times, or four or more times in the particle growth process (step S12).

(2)第2の晶析工程
次いで、第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、金属元素を含み、かつ、第1の原料水溶液よりタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給して、晶析反応を行う(ステップS20)。これにより、第1の金属複合水酸化物粒子の表面に、タングステン濃縮層を形成した、第2の金属複合水酸化物粒子を得る。
粒子成長は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を核にして成長していくため、第2の晶析工程においては、粒子成長工程(ステップS12)から連続して、第1の原料水溶液よりタングステンを多く含むタングステンを多く含む第2の原料水溶液、及び、アンモニウムイオン供給体を第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に供給して、第2の晶析工程(ステップS20)を行うことができる。これにより、第一の複合酸化物粒子を構成する二次粒子の外周部分にタングステン濃縮層が形成される。
(2) Second Crystallization Step Next, a second raw material aqueous solution containing metal elements and containing more tungsten than the first raw material aqueous solution, and an ammonium ion donor are supplied to the reaction aqueous solution containing the first composite metal hydroxide particles to carry out a crystallization reaction (step S20). This produces second composite metal hydroxide particles having a tungsten-enriched layer formed on the surface of the first composite metal hydroxide particles.
Since the particles grow from secondary particles formed by agglomeration of a plurality of primary particles, the second crystallization step (step S20) can be carried out by supplying a second raw material aqueous solution containing more tungsten than the first raw material aqueous solution and an ammonium ion donor to the reaction aqueous solution containing the first metal composite hydroxide particles, consecutively to the particle growth step (step S12). As a result, a tungsten-enriched layer is formed on the outer periphery of the secondary particles constituting the first composite oxide particles.

本実施形態の金属複合水酸化物の製造方法は、例えば、第2の原料水溶液を添加し始めるタイミング(すなわち、第2の晶析工程を開示するタイミング)を調整することで、第1の金属複合水酸化物粒子の外周に形成されるタングステン濃縮層の厚みを、容易に制御することができる。 The method for producing a metal composite hydroxide of this embodiment can easily control the thickness of the tungsten-enriched layer formed on the outer periphery of the first metal composite hydroxide particle by, for example, adjusting the timing at which the second raw material aqueous solution starts to be added (i.e., the timing at which the second crystallization process starts).

第2の晶析反応(ステップS20)は、第1の原料水溶液中の金属元素を、第1の晶析工程及び第2の晶析工程において添加される全金属量に対して、例えば、10質量%以上の反応槽へ供給した時点で、第2の原料水溶液の供給を行うことにより、開始することができる。これにより、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を容易に形成することができる。 The second crystallization reaction (step S20) can be started by supplying the second raw material aqueous solution when the metal elements in the first raw material aqueous solution are supplied to the reaction tank in an amount of, for example, 10 mass% or more of the total amount of metal added in the first crystallization step and the second crystallization step. This makes it possible to easily form a tungsten-enriched layer on the surface of the first metal composite hydroxide particles.

また、より結晶性が高く、二次電池の正極に用いられた場合、反応抵抗をより低減する正極活物質を得るという観点から、第1の原料水溶液中の金属元素を、第1の晶析工程及び第2の晶析工程において添加される全金属量に対して、好ましくは50質量%以上95質量%以下の範囲、より好ましくは75質量%以上90質量%以下の範囲で反応槽へ供給した時点で、第2の原料水溶液の供給を行い、第2の晶析工程(ステップS20)を開始することができる。 In addition, from the viewpoint of obtaining a positive electrode active material with higher crystallinity and further reduced reaction resistance when used in the positive electrode of a secondary battery, the second raw material aqueous solution can be supplied and the second crystallization step (step S20) can be started at the point when the metal elements in the first raw material aqueous solution are supplied to the reaction tank in a range of preferably 50% by mass to 95% by mass, more preferably 75% by mass to 90% by mass, based on the total amount of metal added in the first crystallization step and the second crystallization step.

第2の晶析工程(ステップS20)は、粒子成長工程(ステップS12)と同様に、粒子成長が行われる工程であるため、反応水溶液のpH、温度、アンモニウムイオン濃度や、反応槽内の雰囲気などは、粒子成長工程(ステップS12)と同様の条件とすることができる。粒子成長工程(ステップS12)と同様の条件で、連続して第2の晶析工程(ステップS20)を行うことにより、簡便に生産性高く、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層の形成を行うことができる。 The second crystallization step (step S20), like the particle growth step (step S12), is a step in which particle growth occurs, so the pH, temperature, and ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution, as well as the atmosphere in the reaction tank, can be the same as those in the particle growth step (step S12). By continuously performing the second crystallization step (step S20) under the same conditions as those in the particle growth step (step S12), a tungsten-enriched layer can be formed on the surface of the first metal composite hydroxide particles in a simple and highly productive manner.

また、第2の原料水溶液の供給は、タングステン以外の金属元素を含む原料水溶液と、タングステンを含む水溶液とを別々に準備して、それぞれを反応槽に供給して行ってもよい。タングステンを含む水溶液を別に供給することにより、より簡便に、かつ、均一にタングステン濃縮層を形成することができる。また、図2に示すように、第2の原料水溶液は、第1の原料水溶液と、タングステン(W)とを含む水溶液とを含み、それぞれの水溶液を別々に反応水溶液に供給してもよい。これにより、タングステンを含む水溶液の濃度や、タングステンを含む水溶液を反応槽へ供給する際の流速を変更することで、タングステンの濃縮層を均一に形成することができ、且つ、容易にタングステンの濃縮層の厚さを調節することが可能となる。 The second raw material aqueous solution may be supplied by separately preparing a raw material aqueous solution containing a metal element other than tungsten and an aqueous solution containing tungsten, and supplying each of them to the reaction tank. By separately supplying the aqueous solution containing tungsten, the tungsten-enriched layer can be formed more simply and uniformly. As shown in FIG. 2, the second raw material aqueous solution may contain the first raw material aqueous solution and an aqueous solution containing tungsten (W), and each aqueous solution may be supplied separately to the reaction aqueous solution. In this way, by changing the concentration of the aqueous solution containing tungsten and the flow rate when the aqueous solution containing tungsten is supplied to the reaction tank, the tungsten-enriched layer can be formed uniformly, and the thickness of the tungsten-enriched layer can be easily adjusted.

タングステンを含む水溶液は、例えば、タングステン化合物を水に溶かして調整することができる。用いられるタングステン化合物は、特に限定されず、リチウムを含まずに、タングステンを含む化合物を用いることができるが、好ましくはタングステン酸ナトリウムを用いることができる。 The tungsten-containing aqueous solution can be prepared, for example, by dissolving a tungsten compound in water. The tungsten compound used is not particularly limited, and any compound containing tungsten without containing lithium can be used, but sodium tungstate is preferably used.

タングステンを含む水溶液のタングステン(W)濃度は、特に限定されないが、例えば、0.1mol/l以上0.5mol/l以下、好ましくは0.2mol/l以上0.4mol/l以下である。また、タングステンを含む水溶液の添加流量は、特に限定されないが、例えば、5L/min以上20L/min以下、好ましくは10L/min以上15L/Min以下である。 The tungsten (W) concentration of the tungsten-containing aqueous solution is not particularly limited, but is, for example, 0.1 mol/l to 0.5 mol/l, and preferably 0.2 mol/l to 0.4 mol/l. The addition flow rate of the tungsten-containing aqueous solution is not particularly limited, but is, for example, 5 L/min to 20 L/min, and preferably 10 L/min to 15 L/min.

タングステン濃縮層の厚みは、タングステンを含む水溶液の濃度を調整したり、前記水溶液の添加流量を調整したりすることによっても、制御することができる。例えば、タングステンを含む水溶液の濃度及び添加流量を一定とした場合、タングステンを含む水溶液の添加開始の時点を調整することにより、形成されるタングステン濃縮層の厚みや濃度をより正確かつ容易に調整することができる。 The thickness of the tungsten-enriched layer can also be controlled by adjusting the concentration of the tungsten-containing aqueous solution or the flow rate of the aqueous solution added. For example, if the concentration and flow rate of the tungsten-containing aqueous solution are constant, the thickness and concentration of the tungsten-enriched layer formed can be more accurately and easily adjusted by adjusting the time when the addition of the tungsten-containing aqueous solution begins.

図4は、本実施形態の製造方法の好適な一例を示す図である。図4では、第1の晶析工程(ステップS10)が、核生成工程(ステップS11)と、粒子成長工程(ステップS12)とを、分離して備え、かつ、上記粒子成長工程(ステップS12)と連続して、第1の原料水溶液とともにタングステンを含む水溶液を供給して第2の晶析工程(ステップS20)を行う場合における、タングステンを含む水溶液の添加の開示時点(第2の晶析工程の開示時点)を説明する図である。 Figure 4 is a diagram showing a preferred example of the manufacturing method of this embodiment. Figure 4 is a diagram explaining the start time of addition of the aqueous solution containing tungsten (the start time of the second crystallization step) in a case where the first crystallization step (step S10) comprises a nucleation step (step S11) and a particle growth step (step S12) separately, and the second crystallization step (step S20) is performed by supplying an aqueous solution containing tungsten together with the first aqueous raw material solution, consecutive to the particle growth step (step S12).

図4(A)は、粒子成長の開始時点から、粒子成長の終了時点(晶析工程の終了時点)までの粒子成長が行われる時間全体に対して、75%経過した時点から、タングステン化合物の水溶液を添加した場合の一例を示す図である。この場合、図4(A)の下方に示すように、二次粒子(第1の金属複合水酸化物粒子)の表層(外周)にタングステン濃縮層3を形成することができる。なお、粒子成長の開始時点から終了時点までの全体の工程で、タングステン化合物の水溶液を添加した場合は、タングステン濃縮層3は形成されない。 Figure 4 (A) is a diagram showing an example of the case where an aqueous solution of a tungsten compound is added 75% of the time required for particle growth from the start of particle growth to the end of particle growth (the end of the crystallization process). In this case, as shown in the lower part of Figure 4 (A), a tungsten-enriched layer 3 can be formed on the surface (outer periphery) of the secondary particles (first metal composite hydroxide particles). Note that if an aqueous solution of a tungsten compound is added throughout the entire process from the start to the end of particle growth, a tungsten-enriched layer 3 will not be formed.

図4(B)は、粒子成長の開始時点から、粒子成長の終了時点(晶析工程の終了)までの粒子成長が行われる時間全体に対して、87.5%経過した時点から、タングステン化合物の水溶液を添加した場合の一例を示す図である。この場合、図4(B)の下方に示すように、二次粒子(第1の金属複合水酸化物粒子)の表層(外周)に、上記75%経過した時点から添加を始めた場合と比較して、より濃縮されたタングステン濃縮層を形成させることができる。 Figure 4 (B) shows an example of the case where an aqueous solution of a tungsten compound is added 87.5% of the total time for particle growth from the start of particle growth to the end of particle growth (end of the crystallization process). In this case, as shown in the lower part of Figure 4 (B), a more concentrated tungsten layer can be formed on the surface (outer periphery) of the secondary particles (first metal composite hydroxide particles) compared to the case where the addition is started 75% of the time.

上述のように第1の原料水溶液とともにタングステンを含む水溶液を供給して第2の晶析工程(ステップS20)を行う場合、タングステンを含む水溶液(第2の原料水溶液)の供給は、第1及び第2の晶析工程における前記粒子成長の開始から終了までの時間全体に対して、例えば、10%以上経過した時点、好ましくは50%以上95%以下経過した時点、より好ましくは75%以上90%以下経過した時点で行うことができる。供給を開示する時間が上記範囲である場合、タングステン濃縮層を容易に、生産性よく得ることができる。また、上記範囲内において、タングステンを含む水溶液の添加を開示する時点がより遅い場合、得られる正極活物質の結晶子径を大きくすることができる傾向がある。なお、タングステンを含む水溶液の添加は、晶析反応が終了する時点まで継続する。
以下、上記晶析工程に好ましく用いられる各原料、条件について、説明する。
When the second crystallization step (step S20) is performed by supplying a tungsten-containing aqueous solution together with the first raw aqueous solution as described above, the supply of the tungsten-containing aqueous solution (second raw aqueous solution) can be performed, for example, at a time when 10% or more has elapsed, preferably at a time when 50% or more and 95% or less has elapsed, more preferably at a time when 75% or more and 90% or less has elapsed, relative to the entire time from the start to the end of the particle growth in the first and second crystallization steps. When the time to start the supply is within the above range, a tungsten-concentrated layer can be easily and productively obtained. In addition, when the time to start the addition of the tungsten-containing aqueous solution is later within the above range, the crystallite size of the obtained positive electrode active material tends to be larger. The addition of the tungsten-containing aqueous solution continues until the crystallization reaction is completed.
The raw materials and conditions preferably used in the crystallization step will be described below.

(第1及び第2の原料水溶液)
第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液は、ニッケル、及び、マンガンと、任意にコバルト、元素M、及び、タングステンを含む。また、第1の原料水溶液は、タングステンを含まなくてもよい。第2の晶析工程において、第2の原料水溶液として、第1の原料水溶液とタングステンを含む水溶液とを用いる場合、第1の原料水溶液中の金属元素の比率が、最終的に得られる金属複合水酸化物の組成比(タングステンを除く)となる。このため、第1の原料水溶液は、目的とする金属複合水酸化物の組成に応じて、各金属元素の含有量を適宜調整することができる。たとえば、上述した比(A)で表される金属複合水酸化物粒子を得ようとする場合、原料水溶液中の金属元素の比率を、Ni:Mn:Co:M=x:y:z:b(ただし、x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦b≦0.1)となるように調整することができる。なお、第1の晶析工程及び第2の晶析工程で用いられる第1の原料水溶液及び第2の原料水溶液の組成は、異なってもよい。この場合、それぞれの晶析工程で用いられる原料水溶液中の各金属元素の含有量の合計が、得られる金属複合水酸化物の組成比とすることができる。
(First and second raw material aqueous solutions)
The first and second aqueous raw material solutions contain nickel and manganese, and optionally cobalt, element M, and tungsten. The first aqueous raw material solution may not contain tungsten. In the second crystallization step, when the first aqueous raw material solution and an aqueous solution containing tungsten are used as the second aqueous raw material solution, the ratio of metal elements in the first aqueous raw material solution is the composition ratio (excluding tungsten) of the metal composite hydroxide finally obtained. Therefore, the content of each metal element in the first aqueous raw material solution can be appropriately adjusted according to the composition of the target metal composite hydroxide. For example, when trying to obtain metal composite hydroxide particles represented by the above-mentioned ratio (A), the ratio of metal elements in the aqueous raw material solution can be adjusted to Ni:Mn:Co:M=x:y:z:b (where x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0≦b≦0.1). The first and second aqueous raw material solutions used in the first and second crystallization steps may have different compositions. In this case, the total content of each metal element in each aqueous raw material solution used in each crystallization step can be the composition ratio of the resulting metal composite hydroxide.

第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液の調整に用いられる金属元素(遷移金属)の化合物は、特に限定されないが、取扱いの容易性から、水溶性の硝酸塩、硫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 compounds of metal elements (transition metals) used to prepare the first and second raw aqueous solutions are not particularly limited, but from the viewpoint of ease of handling, it is preferable to use water-soluble nitrates, sulfates, and hydrochlorides, and from the viewpoint of cost and prevention of halogen contamination, it is particularly preferable to use sulfates.

また、金属複合水酸化物中に元素M(Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、及び、Wから選択される1種以上の元素)を含有させる場合、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、たとえば、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、硫酸ハフニウム、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。 When the metal composite hydroxide contains element M (wherein M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W), the compound for supplying element M is preferably a water-soluble compound, such as magnesium sulfate, calcium sulfate, aluminum sulfate, titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, potassium titanium oxalate, vanadium sulfate, ammonium vanadate, chromium sulfate, potassium chromate, zirconium sulfate, niobium oxalate, ammonium molybdate, hafnium sulfate, sodium tantalate, sodium tungstate, and ammonium tungstate.

第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液の濃度は、金属化合物の合計で、好ましくは1mol/L以上2.6mol/L以下、より好ましくは1.5mol/L以上2.2mol/L以下とする。原料水溶液の濃度が1mol/L未満では、反応槽当たりの晶析物量が少なくなるため、生産性が低下する。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 first raw aqueous solution and the second raw aqueous solution is preferably 1 mol/L to 2.6 mol/L, more preferably 1.5 mol/L to 2.2 mol/L, in terms of the total metal compounds. If the concentration of the raw aqueous solutions is less than 1 mol/L, the amount of crystallized material per reaction tank will be small, resulting in reduced productivity. On the other hand, if the concentration of the mixed aqueous solution exceeds 2.6 mol/L, the concentration will exceed the saturation concentration at room temperature, and crystals of each metal compound may reprecipitate, potentially clogging piping, etc.

なお、上述した金属化合物は、必ずしも1種類の原料水溶液として反応槽に供給しなくてもよい。たとえば、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、全金属化合物の水溶液の合計の濃度が上記範囲となるように、個別に金属化合物の水溶液を調製して、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。
また、第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液の供給量は、晶析工程の終了時点において、反応溶液(粒子成長水溶液)中の生成物(第2の金属複合水酸化物粒子)の濃度が、好ましくは30g/L以上200g/L以下、より好ましくは80g/L以上150g/L以下となるようにする。生成物の濃度が30g/L未満である場合、一次粒子の凝集が不十分になる場合がある。一方、生成物の濃度が200g/Lを超える場合、反応槽内に、核生成用水溶液または粒子成長用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。
The above-mentioned metal compounds do not necessarily have to be supplied to the reaction tank as one type of raw material aqueous solution. For example, when a crystallization reaction is carried out using metal compounds that will react with each other to produce compounds other than the target compound when mixed, aqueous solutions of the metal compounds may be prepared individually and supplied to the reaction tank in a predetermined ratio as aqueous solutions of the individual metal compounds so that the total concentration of the aqueous solutions of all the metal compounds falls within the above range.
The supply amounts of the first and second raw aqueous solutions are set so that the concentration of the product (second metal composite hydroxide particles) in the reaction solution (particle growth aqueous solution) at the end of the crystallization step is preferably 30 g/L to 200 g/L, more preferably 80 g/L to 150 g/L. If the product concentration is less than 30 g/L, the primary particles may not be sufficiently aggregated. On the other hand, if the product concentration exceeds 200 g/L, the aqueous solution for nucleation or the aqueous solution for particle growth may not be sufficiently diffused in the reaction tank, resulting in uneven particle growth.

(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、20質量%以上50質量%以下とすることが好ましく、20質量%以上30質量%以下とすることがより好ましい。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、粒度分布の狭い金属複合水酸化物粒子を効率的に得ることができる。
(Alkaline aqueous solution)
The alkaline aqueous solution for adjusting the pH value in the reaction aqueous solution is not particularly limited, and a general aqueous solution of an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide or potassium hydroxide can be used. The alkali metal hydroxide can be added directly to the reaction aqueous solution, but it is preferable to add it as an aqueous solution because of the ease of pH control. In this case, the concentration of the aqueous solution of the alkali metal hydroxide is preferably 20% by mass or more and 50% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 30% by mass or less. By restricting the concentration of the aqueous solution of the alkali metal to such a range, it is possible to prevent the pH value from becoming locally high at the addition position while suppressing the amount of solvent (amount of water) supplied to the reaction system, and therefore it is possible to efficiently obtain metal 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。たとえば、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。 The method of supplying the alkaline aqueous solution is not particularly limited as long as the pH value of the reaction solution does not become locally high and is maintained within a specified range. For example, the reaction solution may be supplied using a pump capable of flow control, such as a metering pump, while thoroughly stirring the reaction solution.

(アンモニウムイオン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、たとえば、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。
(Aqueous solution containing ammonium ion donor)
The aqueous solution containing the ammonium ion donor is not particularly limited, and for example, an aqueous solution of ammonia water, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride, or the like can be used.

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、その濃度は、好ましくは20質量%以上30質量%以下、より好ましくは22質量%以上28質量%以下とする。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できる。 When using ammonia water as the ammonium ion donor, its concentration is preferably 20% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 22% by mass or more and 28% by mass or less. By restricting the concentration of ammonia water to this range, it is possible to minimize the loss of ammonia due to evaporation, etc., thereby improving 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。 The aqueous solution containing the ammonium ion donor can be supplied using a pump capable of controlling the flow rate, similar to the alkaline aqueous solution.

(反応雰囲気)
本実施形態の製造方法における反応雰囲気は、核生成工程では、粒子の中心部を一次粒子が密に配置された中実構造とする場合、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気下に制御することが好ましい。また、金属複合水酸化物のタップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下であり、かつ、多層構造を有する二次粒子を主として形成するために、第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程における、粒子成長(ステップS12、ステップS20)では、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気と、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気とを、適宜切り替えながら行うことが好ましい。非酸化性雰囲気では、具体的には、反応雰囲気中における酸素濃度が、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とが必要となる。また、酸化性雰囲気は、反応雰囲気中における酸素濃度が1容量%を超える雰囲気であればよく、例えば、酸素濃度が5容量%を超えてもよく、大気雰囲気であってもよい。
(Reaction atmosphere)
In the manufacturing method of this embodiment, in the nucleation step, when the center of the particle is to have a solid structure in which primary particles are densely arranged, it is preferable to control the reaction atmosphere to a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 1% by volume or less. In addition, in order to mainly form secondary particles having a multilayer structure and a tap density of 0.75 g/cm 3 or more and 1.35 g/cm 3 or less of the metal composite hydroxide, it is preferable to appropriately switch between a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 1% by volume or less and an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of more than 1% by volume in the particle growth (step S12, step S20) in the first crystallization step and the second crystallization step. Specifically, the non-oxidizing atmosphere needs to be controlled to a mixed atmosphere of oxygen and inert gas so that the oxygen concentration in the reaction atmosphere is preferably 1% by volume or less. In addition, the oxidizing atmosphere may be an atmosphere in which the oxygen concentration in the reaction atmosphere exceeds 1% by volume, for example, the oxygen concentration may exceed 5% by volume, or may be an air atmosphere.

上述の様に、反応槽内の雰囲気を、酸化性雰囲気、若しくは非酸化性雰囲気に制御すること、及び、反応雰囲気の切り替え回数を制御することで、金属複合水酸化物の粒子構造、比表面積、及びタップ密度が制御される。第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程における、粒子成長全体(ステップS12、及び、ステップS20)における、反応雰囲気の切り替えの回数は、例えば、2回以上であってもよく、4回以上であってもよい。大きなBET比表面積を有する正極活物質を得るという観点から、反応雰囲気の切り替えは、4回以上であることが好ましく、生産性の観点から、4回であることが好ましい。また、反応雰囲気の切り替えのタイミングは、多層構造における各層の所望する厚さに応じて、適宜、調整することができる。 As described above, the particle structure, specific surface area, and tap density of the metal composite hydroxide are controlled by controlling the atmosphere in the reaction tank to be an oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere and by controlling the number of times the reaction atmosphere is switched. The number of times the reaction atmosphere is switched during the entire particle growth (step S12 and step S20) in the first crystallization step and the second crystallization step may be, for example, two or more times, or may be four or more times. From the viewpoint of obtaining a positive electrode active material having a large BET specific surface area, it is preferable that the reaction atmosphere is switched four or more times, and from the viewpoint of productivity, it is preferable that the reaction atmosphere is switched four times. In addition, the timing of switching the reaction atmosphere can be appropriately adjusted according to the desired thickness of each layer in the multilayer structure.

(反応温度)
反応水溶液の温度(反応温度)は、晶析工程(核生成工程と粒子成長工程、第2の晶析工程)全体を通じて、好ましくは20℃以上、より好ましくは20℃以上60℃以下の範囲に制御する。反応温度が20℃未満の場合、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、得られる金属複合水酸化物の平均粒径や粒度分布の制御が困難となることがある。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、生産コストが増加する。更に、60℃を超えると、先述した通り、核生成工程において、一次結晶に歪が生じタップ密度が低くなり始める恐れがある。
(Reaction temperature)
The temperature of the reaction aqueous solution (reaction temperature) is preferably controlled to 20° C. or higher, more preferably 20° C. or higher and 60° C. or lower throughout the crystallization process (nucleation process, particle growth process, second crystallization process). If the reaction temperature is less than 20° C., the solubility of the reaction aqueous solution is reduced, which makes it easier for nucleation to occur, and it may be difficult to control the average particle size and particle size distribution of the resulting metal composite hydroxide. The upper limit of the reaction temperature is not particularly limited, but if it exceeds 60° C., the volatilization of ammonia is promoted, and the amount of the aqueous solution containing the ammonium ion donor supplied to control the ammonium ion in the reaction aqueous solution to a certain range increases, resulting in an increase in production costs. Furthermore, if the temperature exceeds 60° C., as described above, there is a risk that the primary crystals will be distorted in the nucleation process and the tap density will begin to decrease.

(製造装置)
本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法では、反応が完了するまで生成物を回収しない方式の装置、たとえば、バッチ反応槽を用いることが好ましい。このような装置であれば、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のように、成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されることがないため、粒度分布が狭い金属複合水酸化物粒子を容易に得ることができる。
(Manufacturing equipment)
In the method for producing a metal composite hydroxide according to this embodiment, it is preferable to use an apparatus that does not recover the product until the reaction is completed, for example, a batch reaction tank. With such an apparatus, unlike a continuous crystallizer that recovers the product by an overflow method, the growing particles are not recovered together with the overflow liquid, and therefore metal composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution can be easily obtained.

また、本実施形態の金属複合水酸化物の製造方法では、晶析反応中の反応雰囲気を制御することが好ましいため、密閉式の装置などの雰囲気制御可能な装置を使用することが好ましい。このような装置であれば、核生成工程や粒子成長工程における反応雰囲気を適切に制御することができるため、上述した粒子構造を有し、かつ、粒度分布が狭い金属複合水酸化物粒子を容易に得ることができる。 In addition, in the method for producing a metal composite hydroxide of this embodiment, it is preferable to control the reaction atmosphere during the crystallization reaction, so it is preferable to use an apparatus capable of controlling the atmosphere, such as a sealed apparatus. With such an apparatus, the reaction atmosphere in the nucleation process and particle growth process can be appropriately controlled, so that metal composite hydroxide particles having the above-mentioned particle structure and a narrow particle size distribution can be easily obtained.

なお、本実施形態の製造方法で得られる金属複合水酸化物10の組成は、上述した粒子構造、平均粒径および粒度分布を実現できる限り、特に限定されないが、例えば、例えば、組成比(A)で表される金属複合水酸化物に対して、好適に適用することができる。 The composition of the metal composite hydroxide 10 obtained by the manufacturing method of this embodiment is not particularly limited as long as it can realize the above-mentioned particle structure, average particle size, and particle size distribution, but it can be suitably applied to, for example, a metal composite hydroxide represented by the composition ratio (A).

3.非水電解質二次電池用正極活物質
本実施形態に係る正極活物質は、リチウム、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、それぞれの金属元素の原子数比が、Li:Ni:Mn:Co:W:M=(1+u):x:y:z:a:b(x+y+z=1、-0.05≦u≦0.50、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Taから選択される1種以上の元素)で表されるリチウム金属複合酸化物(以下、「リチウム金属複合酸化物」という。)を含有する。また、リチウム金属複合酸化物は、六方晶系の層状結晶構造を有する。
3. Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery The positive electrode active material according to this embodiment contains lithium, nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and element M, and contains a lithium metal composite oxide (hereinafter referred to as "lithium metal composite oxide") represented by the atomic ratio of each metal element being Li:Ni:Mn:Co:W:M=(1+u):x:y:z:a:b (x+y+z=1, -0.05≦u≦0.50, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<a≦0.1, 0≦b≦0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta). In addition, the lithium metal composite oxide has a hexagonal layered crystal structure.

図5(A)は、本実施形態に係るリチウム金属複合酸化物の一例を示す模式図である。リチウム金属複合酸化物20は、図5(A)に示すように、複数の一次粒子21が凝集して形成された二次粒子22を含む。なお、リチウム金属複合酸化物20は、単独の一次粒子21を少量含んでもよい。以下、リチウム金属複合酸化物20の詳細について、図5(A)及び図5(B)を参照して、説明する。 Figure 5 (A) is a schematic diagram showing an example of a lithium metal composite oxide according to this embodiment. As shown in Figure 5 (A), the lithium metal composite oxide 20 contains secondary particles 22 formed by agglomeration of multiple primary particles 21. The lithium metal composite oxide 20 may contain a small amount of individual primary particles 21. Details of the lithium metal composite oxide 20 will be described below with reference to Figures 5 (A) and 5 (B).

(タングステン及びリチウムを含む化合物)
リチウム金属複合酸化物20は、図5(B)に示すように、二次粒子22の表面又は内部に存在する一次粒子21の表層、及び、一次粒子21間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物23が濃縮されて存在する。タングステン及びリチウムを含む化合物23の存在部位は、例えば、図9に示すように、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いた面分析でW分布を検出することにより確認できる。また、タングステン及びリチウム含む化合物23は、二次粒子22の内部よりも表面(表層)により多く存在することが好ましい。
(Compounds containing tungsten and lithium)
As shown in Fig. 5(B) , in the lithium metal composite oxide 20, compounds 23 containing tungsten and lithium are present in a concentrated form in the surface layers of the primary particles 21 present on the surfaces or inside the secondary particles 22, and in the grain boundaries between the primary particles 21. The locations of the compounds 23 containing tungsten and lithium can be confirmed by detecting the W distribution in area analysis using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX), as shown in Fig. 9 . It is also preferable that the compounds 23 containing tungsten and lithium are present in greater amounts on the surfaces (surface layers) of the secondary particles 22 than inside them.

正極活物質の表層を異種化合物が被覆する場合、リチウムイオンの移動(インターカレーション)が大きく制限されるため、結果的にリチウム金属複合酸化物の持つ高容量という長所が十分に発揮できないことがある。これに対して、タングステン及びリチウムを含む化合物23(例えば、タングステン酸リチウムなど)は、リチウムイオンの伝導性が高いためリチウムイオンの移動を促す効果があるため、本実施形態に係るリチウム金属複合酸化物20は、その表面付近の一次粒子21の表層、及び、一次粒子21間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物23を形成させることで、電解液との界面でLiの伝導パスを形成することにより、正極活物質の反応抵抗を低減して出力特性を向上させることができる。タングステン及びリチウムを含む化合物23は、例えば、リチウム金属複合酸化物20の表面付近に微粒子の形態で存在することができる。 When the surface layer of the positive electrode active material is coated with a different compound, the movement (intercalation) of lithium ions is greatly restricted, and as a result, the advantage of the lithium metal composite oxide, that is, high capacity, may not be fully exhibited. In contrast, the compound 23 containing tungsten and lithium (e.g., lithium tungstate, etc.) has a high lithium ion conductivity and therefore has the effect of promoting the movement of lithium ions. Therefore, the lithium metal composite oxide 20 according to this embodiment forms the compound 23 containing tungsten and lithium on the surface layer of the primary particles 21 near the surface and on the grain boundaries between the primary particles 21, thereby forming a conductive path of Li at the interface with the electrolyte, thereby reducing the reaction resistance of the positive electrode active material and improving the output characteristics. The compound 23 containing tungsten and lithium can be present, for example, in the form of fine particles near the surface of the lithium metal composite oxide 20.

タングステン及びリチウム含む化合物23としては、特に限定されず、例えば、LiWO、LiWO、Liなどのタングステン酸リチウムが挙げられる。これらのタングステン酸リチウムが、二次粒子22の表面又は内部に存在する一次粒子21の表層、及び、一次粒子21間の粒界に濃縮して形成されることにより、リチウム金属複合酸化物20のリチウムイオン伝導度がさらに高まり、二次電池の正極に用いられた場合、反応抵抗の低減がより大きなものとなる。 The compound 23 containing tungsten and lithium is not particularly limited, and examples thereof include lithium tungstates such as Li 2 WO 4 , Li 4 WO 5 , and Li 2 W 2 O 7. These lithium tungstates are concentrated and formed on the surface layers of the primary particles 21 present on the surfaces or inside the secondary particles 22 and on the grain boundaries between the primary particles 21, thereby further increasing the lithium ion conductivity of the lithium metal composite oxide 20, and when used in the positive electrode of a secondary battery, the reaction resistance is further reduced.

(粒子構造)
本実施形態におけるリチウム金属複合酸化物は、金属複合水酸化物の特徴である多層構造を引き継いでおり、十分な粒子強度を維持しつつ、電解液との接触面積を増加させており出力特性にも優れている。
(Particle Structure)
The lithium metal composite oxide in this embodiment has a multilayer structure that is characteristic of metal composite hydroxides, and while maintaining sufficient particle strength, it has an increased contact area with the electrolyte and has excellent output characteristics.

リチウム金属複合酸化物20の二次粒子22の構造は、特に限定されず、例えば、一次粒子が比較的に隙間なく凝集して形成された中実構造であってもよく、二次粒子22内部に複数の空隙を有する空隙構造や、中空部を有する中空構造であってもよいが、図5(A)に示すように、二次粒子22が、中実構造である中心部24を有し、中心部24の外側に、一次粒子21が中心部24よりも疎に配置された空隙部26と、中心部と電気的に導通可能で、かつ、一次粒子21が密に配置された実質部21とを有する多層構造を有することが好ましい。二次粒子22中に空隙部26を有する二次粒子からなるリチウム金属複合酸化物20は、二次電池の正極として用いられた場合、二次粒子内部に電解液が浸透して、二次粒子22内部の一次粒子21と電解液との接触面積が増加するため、二次粒子22内部の抵抗を低減し、出力特性を向上させることができる。なお、実質部21は、複数存在してもよく、例えば、特許文献3に記載されるように、外殻部、又は、外殻部と内殻部とから構成されてもよい。また、中心部24は、中空構造を有してもよい。 The structure of the secondary particles 22 of the lithium metal composite oxide 20 is not particularly limited, and may be, for example, a solid structure formed by agglomeration of primary particles with relatively little gaps, a void structure having multiple voids inside the secondary particles 22, or a hollow structure having a hollow portion. However, as shown in FIG. 5 (A), it is preferable that the secondary particles 22 have a central portion 24 having a solid structure, and outside the central portion 24, a void portion 26 in which the primary particles 21 are arranged more sparsely than the central portion 24, and a multilayer structure having a substantial portion 21 in which the primary particles 21 are arranged densely, which is electrically conductive with the central portion. When the lithium metal composite oxide 20 made of secondary particles having a void portion 26 in the secondary particles 22 is used as the positive electrode of a secondary battery, the electrolyte penetrates into the secondary particles, and the contact area between the primary particles 21 inside the secondary particles 22 and the electrolyte increases, so that the resistance inside the secondary particles 22 can be reduced and the output characteristics can be improved. There may be multiple solid portions 21, and for example, as described in Patent Document 3, the solid portion 21 may be composed of an outer shell portion, or an outer shell portion and an inner shell portion. The central portion 24 may also have a hollow structure.

また、リチウム複合酸化物において、中心部24と実質部21との間や、複数の実質部21の間に全体的に層状に形成されてもよく、部分的に形成されてもよい。また、中心部は、板状一次粒子が凝集して形成された凝集部が複数連結した状態であってもよい。なお、本明細書において、「電気的に導通する」とは、リチウム金属複合酸化物の高密度部同士が、直接的に、構造的に接続され、電気的に導通可能な状態であることを意味する。 In addition, in the lithium composite oxide, layers may be formed entirely or partially between the central portion 24 and the substantial portion 21, or between multiple substantial portions 21. The central portion may be in a state in which multiple aggregate portions formed by aggregation of plate-like primary particles are connected together. In this specification, "electrically conductive" means that the high-density portions of the lithium metal composite oxide are directly structurally connected to each other and can be electrically conductive.

上述のような多層構造を有する二次粒子22を含むリチウム金属複合酸化物20は、正極として用いられた場合、一次粒子21間の粒界または空隙部26を介して、二次粒子22の内部に電解液が浸入するため、二次粒子22の表面ばかりでなく、二次粒子22の内部においても、リチウムの脱離および挿入が可能となる。しかも、上記リチウム金属複合酸化物20は、二次粒子22の内部に電気的に導通可能な経路を多数有するため、粒子内部の抵抗を十分に小さなものとすることができる。したがって、このリチウム金属複合酸化物20を用いて二次電池の正極を構成した場合、容量特性やサイクル特性を損なうことなく、出力特性を大幅に向上させることが可能となる。 When the lithium metal composite oxide 20 containing the secondary particles 22 having the above-mentioned multilayer structure is used as a positive electrode, the electrolyte penetrates into the secondary particles 22 through the grain boundaries or voids 26 between the primary particles 21, making it possible to remove and insert lithium not only on the surface of the secondary particles 22 but also inside the secondary particles 22. Moreover, since the lithium metal composite oxide 20 has many electrically conductive paths inside the secondary particles 22, the resistance inside the particles can be made sufficiently small. Therefore, when this lithium metal composite oxide 20 is used to form a positive electrode for a secondary battery, it is possible to significantly improve the output characteristics without impairing the capacity characteristics or cycle characteristics.

なお、上記中空部25や空間部26を含む多層構造を有する二次粒子は、上述した核生成工程(ステップS11)、粒子成長工程(ステップS12)における各条件を適宜調整することにより形成することができ、例えば、特許文献2、3などに記載の条件を用いてもよい。 The secondary particles having a multilayer structure including the hollow portion 25 and the space portion 26 can be formed by appropriately adjusting the conditions in the nucleation process (step S11) and the particle growth process (step S12) described above. For example, the conditions described in Patent Documents 2 and 3 may be used.

本実施形態に係る正極活物質は、多層構造を有する二次粒子22(金属複合水酸化物)の製造の際、従来公知の粒子成長工程に連続して、上述したような、タングステンを含む水溶液を添加する第2の晶析工程を追加することにより、タングステン濃縮層3を表層(表面)に形成した金属複合水酸化物10、及び、これを前駆体として用いたリチウム金属複合酸化物20を得ることができる。そして、リチウム金属複合酸化物20は、一次粒子21の表層及び一次粒子21間の粒界にリチウム及びタングステンを含む化合物23が存在することにより、多層構造を有する二次粒子22を含む正極活物質の結晶性を維持したまま、出力特性のさらなる向上を実現することができる。 In the positive electrode active material according to this embodiment, a second crystallization process of adding an aqueous solution containing tungsten, as described above, is added consecutively to a conventionally known particle growth process during the production of secondary particles 22 (metal composite hydroxide) having a multilayer structure, thereby obtaining a metal composite hydroxide 10 having a tungsten-enriched layer 3 formed on the surface (surface), and a lithium metal composite oxide 20 using this as a precursor. Furthermore, the lithium metal composite oxide 20 can achieve further improvement in output characteristics while maintaining the crystallinity of the positive electrode active material containing secondary particles 22 having a multilayer structure, due to the presence of a compound 23 containing lithium and tungsten on the surface of the primary particles 21 and in the grain boundaries between the primary particles 21.

(BET比表面積)
正極活物質のBET比表面積は、特に限定されないが、例えば、1.45m/g以上5.40m/g以下であることが好ましく、2m/g以上5.40m/g以下であることがより好ましく、2.5m/g以上5.40m/g以下であることがさらに好ましい。BET比表面積が上記範囲である場合、二次電池の正極用いた際に電解液との接触面積を増加させることができ、正極抵抗を低減させ、出力特性も向上することができる。
(BET specific surface area)
The BET specific surface area of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1.45 m2 /g or more and 5.40 m2 /g or less, more preferably 2 m2/g or more and 5.40 m2 /g or less, and even more preferably 2.5 m2/g or more and 5.40 m2 /g or less. When the BET specific surface area is in the above range, the contact area with the electrolyte can be increased when used in the positive electrode of a secondary battery, the positive electrode resistance can be reduced, and the output characteristics can be improved.

(タップ密度)
正極活物質のタップ密度は、特に限定されないが、例えば、二次粒子2が多層構造を有する場合、好ましくは1.00g/cm以上2.00g/cm以下であり、より好ましくは1.2g/cm以上2.00g/cm以下である。正極活物質のタップ密度が上記範囲である場合、単位容積あたりの電池容量を向上させつつ、電解液との接触面積が増えることによって出力特性が向上される。一方で、タップ密度が2.00g/cmを超える場合は、粒子構造において空隙を有する部分が少なく、また、平均粒径が大きくなる傾向があり、反応面積の低下にともない出力特性が低下する。また、粒度分布の広がりが大きい場合、タップ密度が大きくなる傾向があるが、この場合、微細粒子が選択的に劣化してサイクル特性が低下することがある。一方で、タップ密度が1.00g/cm未満である場合、粒子構造において空隙を有する部分が多くなり粒子強度が低下するためサイクル特性は低下することがある。また、正極活物質の充填性が低下し、単位容積あたりの電池容量を増加することが難しい。
(Tap Density)
The tap density of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1.00 g/cm 3 or more and 2.00 g/cm 3 or less, and more preferably 1.2 g/cm 3 or more and 2.00 g/cm 3 or less, when the secondary particles 2 have a multilayer structure. When the tap density of the positive electrode active material is in the above range, the output characteristics are improved by increasing the contact area with the electrolyte while improving the battery capacity per unit volume. On the other hand, when the tap density exceeds 2.00 g/cm 3 , there are few voids in the particle structure, and the average particle size tends to be large, and the output characteristics decrease with the decrease in the reaction area. In addition, when the particle size distribution is large, the tap density tends to increase, but in this case, fine particles may be selectively deteriorated and the cycle characteristics may decrease. On the other hand, when the tap density is less than 1.00 g/cm 3 , there are many voids in the particle structure, and the particle strength decreases, so the cycle characteristics may decrease. In addition, the filling property of the positive electrode active material decreases, making it difficult to increase the battery capacity per unit volume.

(平均粒径)
正極活物質の平均粒径(MV)は、特に限定されないが、例えば、3μm以上9μm以下となるように調整することができる。平均粒径が上記範囲である場合、この正極活物質を用いた二次電池の単位容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、熱安定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4μm未満である場合、正極活物質の充填性が低下し、単位容積あたりの電池容量を増加することが難しい。一方、平均粒径が9μmを超える場合、正極活物質の反応面積が低下し始めるので、出力特性が十分とならないことがある。
(Average particle size)
The average particle size (MV) of the positive electrode active material is not particularly limited, but can be adjusted to, for example, 3 μm or more and 9 μm or less. When the average particle size is in the above range, not only can the battery capacity per unit volume of the secondary battery using this positive electrode active material be increased, but the thermal stability and output characteristics can also be improved. On the other hand, when the average particle size is less than 4 μm, the filling property of the positive electrode active material decreases, making it difficult to increase the battery capacity per unit volume. On the other hand, when the average particle size exceeds 9 μm, the reaction area of the positive electrode active material begins to decrease, so that the output characteristics may not be sufficient.

なお、正極活物質の平均粒径とは、上述した金属複合水酸化物と同様に、体積基準平均粒径(MV)を意味し、たとえば、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。 The average particle size of the positive electrode active material means the volume-based average particle size (MV), as with the metal composite hydroxide described above, and can be calculated, for example, from the integrated volume value measured with a laser light diffraction/scattering particle size analyzer.

(粒度分布)
本実施形態の正極活物質は、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以下であることが好ましい。〔(d90-d10)/平均粒径〕が上記範囲である場合、粒度分布が非常に狭いリチウム金属複合酸化物20により構成されることができる。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、これを正極に用いた二次電池は、熱安定性、サイクル特性および出力特性が優れたものとなる。
(Particle size distribution)
The positive electrode active material of this embodiment preferably has an index of particle size distribution ((d90-d10)/average particle size) of 0.65 or less. When ((d90-d10)/average particle size) is in the above range, the positive electrode active material can be made of a lithium metal composite oxide 20 having a very narrow particle size distribution. Such a positive electrode active material has a low ratio of fine particles and coarse particles, and a secondary battery using this positive electrode has excellent thermal stability, cycle characteristics, and output characteristics.

一方、〔(d90-d10)/平均粒径〕が0.65を超える場合、正極活物質中の微細粒子や粗大粒子の割合が増加する。粒度分布の広がりの大きい正極活物質を用いた二次電池は、例えば、微細粒子の局所的な反応に起因して、発熱し、熱安定性が低下するとともに、微細粒子が選択的に劣化し、サイクル特性が低下することがある。また、粒度分布の広がりの大きい正極活物質を用いた二次電池は、粗大粒子の割合が多いため、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、出力特性が低下することがある。 On the other hand, when [(d90-d10)/average particle size] exceeds 0.65, the proportion of fine particles and coarse particles in the positive electrode active material increases. A secondary battery using a positive electrode active material with a wide particle size distribution may, for example, generate heat due to local reactions of fine particles, reduce thermal stability, and cause selective deterioration of fine particles, resulting in reduced cycle characteristics. In addition, a secondary battery using a positive electrode active material with a wide particle size distribution may have a high proportion of coarse particles, making it difficult to ensure a sufficient reaction area between the electrolyte and the positive electrode active material, resulting in reduced output characteristics.

なお、工業規模の生産を前提とした場合、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。また、〔(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、上述した金属複合水酸化物と同様である。 In addition, assuming industrial-scale production, it is not realistic to use a positive electrode active material with an excessively small [(d90-d10)/average particle size]. Therefore, considering cost and productivity, it is preferable to set the lower limit of [(d90-d10)/average particle size] to about 0.25. The meanings of d10 and d90 in [(d90-d10)/average particle size] and the method of determining them are the same as those for the metal composite hydroxides described above.

(焼結凝集)
本実施形態の正極活物質は、焼結凝集を示す指標である〔リチウム金属複合酸化物d50/金属複合水酸化物d50(以下、「d50比」という)〕が、0.95以上1.05以下の範囲であることが好ましい。d50比が上記範囲である場合、正極活物質は、焼結凝集に伴う、二次粒子同士の凝集が殆どない、リチウム金属複合酸化物20から構成されることができる。このような正極活物質を用いた二次電池は充填性が高く、高容量であり、また、特性のバラつきが少なく均一性に優れたものとなる。
(Sintering and agglomeration)
The positive electrode active material of this embodiment preferably has an index of sintering aggregation [lithium metal composite oxide d50/metal composite hydroxide d50 (hereinafter referred to as "d50 ratio") in the range of 0.95 to 1.05. When the d50 ratio is in the above range, the positive electrode active material can be composed of lithium metal composite oxide 20 with almost no aggregation of secondary particles associated with sintering aggregation. A secondary battery using such a positive electrode active material has high filling properties, high capacity, and excellent uniformity with little variation in characteristics.

一方、d50比が1.05以上の場合、焼結の凝集に伴い、比表面積が低下し、また、充填性が低下することがある。このような正極活物質を用いた二次電池は反応性が低下することにより出力特性が低下し、また、容量も低下することがある。また、このような正極活物質を用いた二次電池は、繰り返し充放電を行った場合、正極において、二次粒子同士が凝集している強度の弱い部分から選択的に崩壊するためにサイクル特性を大きく損なう要因となることがある。 On the other hand, when the d50 ratio is 1.05 or more, the specific surface area decreases due to sintering aggregation, and the packing property may also decrease. A secondary battery using such a positive electrode active material may have a decrease in output characteristics and a decrease in capacity due to a decrease in reactivity. Furthermore, when a secondary battery using such a positive electrode active material is repeatedly charged and discharged, the weak parts of the positive electrode where the secondary particles are aggregated may selectively collapse, which may cause a significant impairment of the cycle characteristics.

また、d50比が1.0未満である場合、リチウム金属複合酸化物20を解砕することで、二次粒子22中から、一次粒子21の一部が欠落して、粒径が減少したことを意味するが、特に、d50比が0.95未満である場合、欠落した一次粒子21が多いため微粉が多く発生し、粒度分布が広くなることがある。
なお、金属複合水酸化物d50は、リチウム金属複合酸化物20を製造する際に前駆体として用いた金属複合水酸化物10のd50を意味する。また、それぞれの粒子のd50は、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定することができ、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50%となる粒径を意味する。
Furthermore, when the d50 ratio is less than 1.0, it means that by crushing the lithium metal composite oxide 20, some of the primary particles 21 are missing from the secondary particles 22, resulting in a decrease in particle size. In particular, when the d50 ratio is less than 0.95, a large amount of the missing primary particles 21 is present, resulting in a large amount of fine powder being generated and the particle size distribution may become broad.
The d50 of the metal composite hydroxide means the d50 of the metal composite hydroxide 10 used as a precursor in producing the lithium metal composite oxide 20. The d50 of each particle can be measured by a laser light diffraction scattering type particle size analyzer, and means the particle size at which the number of particles at each particle size is accumulated from the smallest particle size side and the accumulated volume is 50% of the total volume of all particles.

(結晶子径)
本実施形態に係る正極活物質は、従来の製造方法のように、晶析工程全体でタングステンを均一に添加して得られる金属複合水酸化物を前駆体とした正極活物質と比較して、粉末X線回折測定により得られる(003)面の結晶子径をより大きくすることができる。正極活物質の(003)面の結晶子径は、例えば、110nm以上とすることができ、好ましくは、120nm以上に調整される。正極活物質の(003)面の結晶子径が120nm以上である場合、結晶性が高く、かつ、この正極活物質を正極として用いた二次電池は、反応抵抗が少なくなるために出力特性が向上し、また、熱安定性も合わせて向上する。一方、(003)面の結晶子径が120nm未満である場合、二次電池の熱安定性が低下することがある。なお、(003)面の結晶子径の上限は、特に限定されないが、例えば、200nm以下とすることができ、120nm以上150nm以下であることが好ましい。本実施形態の正極活物質では、上述のようにタングステン濃縮層3を表面に有する金属複合水酸化物10を前駆体として用いることにより、高い結晶性を維持できるため、(003)面の結晶子径を上記範囲とすることができる。
(Crystallite size)
The positive electrode active material according to this embodiment can have a larger crystallite diameter of the (003) plane obtained by powder X-ray diffraction measurement than the positive electrode active material using a metal composite hydroxide obtained by uniformly adding tungsten throughout the crystallization process as a precursor, as in the conventional manufacturing method. The crystallite diameter of the (003) plane of the positive electrode active material can be, for example, 110 nm or more, and is preferably adjusted to 120 nm or more. When the crystallite diameter of the (003) plane of the positive electrode active material is 120 nm or more, the crystallinity is high, and the secondary battery using this positive electrode active material as a positive electrode has improved output characteristics due to reduced reaction resistance, and also improves thermal stability. On the other hand, when the crystallite diameter of the (003) plane is less than 120 nm, the thermal stability of the secondary battery may decrease. The upper limit of the crystallite diameter of the (003) plane is not particularly limited, but can be, for example, 200 nm or less, and is preferably 120 nm or more and 150 nm or less. In the positive electrode active material of the present embodiment, by using the metal composite hydroxide 10 having the tungsten concentrated layer 3 on its surface as a precursor as described above, high crystallinity can be maintained, and the crystallite size of the (003) plane can be set within the above range.

(組成)
本実施形態の正極活物質は、上述した特性を有する限り、その組成は、特に限定されないが、例えば、一般式(B):Li1+uNixMnyCozWaMbO2(-0.05≦u≦0.50、x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示される。
上記一般式(B)中、リチウム(Li)の量を示す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以下である。uの値が上記範囲である場合、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容量特性を向上させることができる。これに対して、uの値が-0.05未満である場合、二次電池の正極抵抗が大きくなり、出力特性を向上させることができない。一方、uの値が0.50を超える場合、初期放電容量が低下したり、正極抵抗が大きくなったりすることがある。
(composition)
The composition of the positive electrode active material of the present embodiment is not particularly limited as long as it has the above-mentioned characteristics, and is, for example, represented by general formula (B): Li1+uNixMnyCozWaMbO2 (-0.05≦u≦0.50, x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<a≦0.1, 0≦b≦0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta).
In the above general formula (B), the value of u indicating the amount of lithium (Li) is preferably -0.05 or more and 0.50 or less, more preferably 0 or more and 0.50 or less, and even more preferably 0 or more and 0.35 or less. When the value of u is within the above range, the output characteristics and capacity characteristics of a secondary battery using this positive electrode active material as a positive electrode material can be improved. On the other hand, when the value of u is less than -0.05, the positive electrode resistance of the secondary battery becomes large and the output characteristics cannot be improved. On the other hand, when the value of u exceeds 0.50, the initial discharge capacity may decrease or the positive electrode resistance may become large.

上記一般式(B)中、ニッケル(Ni)の含有量を示すxの値は、好ましくは0.3以上0.95以下、より好ましくは0.3以上0.9以下である。ニッケルは、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る。xの値が0.3未満である場合、この正極活物質を用いた二次電の容量特性を向上させることができない。一方、xの値が0.95を超える場合、他の元素の含有量が減少し、他の元素の効果を得ることができない。 In the above general formula (B), the value of x, which indicates the content of nickel (Ni), is preferably 0.3 to 0.95, more preferably 0.3 to 0.9. Nickel is an element that contributes to increasing the potential and capacity of a secondary battery. If the value of x is less than 0.3, the capacity characteristics of a secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, if the value of x exceeds 0.95, the content of other elements decreases, and the effects of the other elements cannot be obtained.

上記一般式(B)中、マンガン(Mn)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以下である。マンガンは、熱安定性の向上に寄与する元素である。yの値が0.05未満である場合、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を超える場合、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劣化することがある。 In the above general formula (B), the value of y, which indicates the manganese (Mn) content, is preferably 0.05 or more and 0.55 or less, more preferably 0.10 or more and 0.40 or less. Manganese is an element that contributes to improving thermal stability. 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 may dissolve from the positive electrode active material during high-temperature operation, resulting in deterioration of the charge-discharge cycle characteristics.

上記一般式(B)中、コバルト(Co)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以下である。コバルトは、充放電サイクル特性の向上に寄与する元素である。zの値が0.4を超える場合、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することがある。 In the above general formula (B), the value of z, which indicates the content of cobalt (Co), is preferably 0 to 0.4, more preferably 0.10 to 0.35. Cobalt is an element that contributes to improving the charge-discharge cycle characteristics. If the value of z exceeds 0.4, the initial discharge capacity of a secondary battery using this positive electrode active material may be significantly reduced.

上記一般式(B)中、タングステン(W)の含有量を示すaの値は、Ni、Co及びMnのモル数の合計を1とした場合、0を超え0.1以下であり、好ましくは0.001以上0.01以下、より好ましくは、0.0045以上0.006以下である。aの値が上記範囲である場合、正極活物質は、結晶性を高く維持したまま、より出力特性、サイクル特性に優れる。また、Wは、上述したように、正極活物質中、主に二次粒子22の表面付近の一次粒子21の表層、又は一次粒子21間の粒界に含まれる。 In the above general formula (B), the value of a, which indicates the content of tungsten (W), is more than 0 and 0.1 or less, preferably 0.001 or more and 0.01 or less, and more preferably 0.0045 or more and 0.006 or less, when the total number of moles of Ni, Co, and Mn is 1. When the value of a is within the above range, the positive electrode active material has excellent output characteristics and cycle characteristics while maintaining high crystallinity. In addition, as described above, W is contained in the positive electrode active material mainly in the surface layer of the primary particles 21 near the surface of the secondary particles 22, or in the grain boundaries between the primary particles 21.

本実施形態の正極活物質では、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、元素Mを含有してもよい。このような元素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)、及び、タンタル(Ta)から選択される1種以上を用いることができる。 In the positive electrode active material of this embodiment, in order to further improve the durability and output characteristics of the secondary battery, in addition to the above-mentioned metal elements, element M may be contained. As such element M, one or more elements selected from magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), hafnium (Hf), and tantalum (Ta) can be used.

上記一般式(B)中、元素Mの含有量を示すbの値は、Ni、Co及びMnのモル数の合計を1とした場合、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以下である。bの値が0.1を超える場合、Redox反応に貢献する金属元素が減少するため、電池容量が低下することがある。 In the above general formula (B), the value of b, which indicates the content of element M, is preferably 0 to 0.1, more preferably 0.001 to 0.05, when the sum of the moles of Ni, Co, and Mn is 1. If the value of b exceeds 0.1, the amount of metal elements that contribute to the Redox reaction decreases, which may result in a decrease in battery capacity.

上記一般式(B)で表される正極活物質において、二次電池の容量特性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(B1):Li1+uNiMnCoMbO(-0.05≦u≦0.20、x+y+z=1、0.7<x≦0.95、0.05≦y≦0.1、0≦z≦0.2、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taら選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。中でも、熱安定性と電池容量との両立を図るという観点から、上記一般式(B1)におけるxの値を、0.7<x≦0.9とすることがより好ましく、0.7<x≦0.85とすることがさらに好ましい。 In the positive electrode active material represented by the general formula (B), from the viewpoint of further improving the capacity characteristics of the secondary battery, the composition is preferably the general formula (B1): Li 1 + u Ni x Mn y Co z W a MbO 2 (-0.05≦u≦0.20, x + y + z = 1, 0.7 < x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.1, 0 ≦ z ≦ 0.2, 0 < a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta). Among them, from the viewpoint of achieving both thermal stability and battery capacity, the value of x in the general formula (B1) is more preferably 0.7 < x ≦ 0.9, and even more preferably 0.7 < x ≦ 0.85.

また、熱安定性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(B2):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。 From the viewpoint of further improving the thermal stability, the composition is preferably Li1 + uNixMnyCozWaMbO2 (-0.05 u≦0.50, x+y + z= 1 , 0.3≦x≦0.7, 0.1≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<a≦0.1 , 0≦b≦0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta).

4.非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法
図6は、本実施形態に係る正極活物質の製造方法の一例を示す図である。本実施形態の製造方法は、上述したリチウム金属複合酸化物20を含む正極活物質を工業的規模で、容易に製造することができる。なお、リチウム金属複合酸化物20を含む正極活物質は、上記の特定の構造、平均粒径および粒度分布を備える限り、特に限定されず、公知の製造方法を用いて得ることができる。
4. Manufacturing method of positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery Fig. 6 is a diagram showing an example of a manufacturing method of a positive electrode active material according to the present embodiment. The manufacturing method according to the present embodiment can easily manufacture the positive electrode active material including the lithium metal composite oxide 20 described above on an industrial scale. The positive electrode active material including the lithium metal composite oxide 20 is not particularly limited as long as it has the above-mentioned specific structure, average particle size and particle size distribution, and can be obtained using a known manufacturing method.

図6に示すように、本実施形態に係る正極活物質の製造方法は、上述の製造方法により得られた金属複合水酸化物と、リチウム化合物とを混合してリチウム混合物を得る工程(ステップS30)と、リチウム混合物を焼成して、リチウム金属複合酸化物を得る工程(ステップS40)と、を備える。なお、必要に応じて、上述した工程以外に、熱処理工程や仮焼工程などの工程を追加してもよい。 As shown in FIG. 6, the method for producing a positive electrode active material according to this embodiment includes a step (step S30) of mixing the metal composite hydroxide obtained by the above-mentioned production method with a lithium compound to obtain a lithium mixture, and a step (step S40) of calcining the lithium mixture to obtain a lithium metal composite oxide. In addition to the above-mentioned steps, steps such as a heat treatment step and a calcination step may be added as necessary.

金属複合水酸化物の表層に形成されたタングステン濃縮層中のタングステンは、リチウム化合物との混合工程(ステップS30)及び焼成工程(ステップS40)において、リチウム化合物と反応して、リチウム金属複合酸化物中の一次粒子の表層、及び、一次粒子間の粒界にタングステンとリチウムとを含む化合物23を形成する。以下、図6を参照して、本実施形態に係る正極活物質の製造方法について説明する。 The tungsten in the tungsten-enriched layer formed on the surface layer of the metal composite hydroxide reacts with the lithium compound in the mixing step with the lithium compound (step S30) and the firing step (step S40) to form compounds 23 containing tungsten and lithium on the surface layer of the primary particles in the lithium metal composite oxide and in the grain boundaries between the primary particles. Below, the method for producing the positive electrode active material according to this embodiment will be described with reference to FIG. 6.

(混合工程)
まず、金属複合水酸化物、及び、金属複合水酸化物を熱処理して得られる金属複合酸化物の少なくとも一方(以下、これらをまとめて「前駆体」ともいう。)と、リチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を得る(ステップS30)。
(Mixing process)
First, at least one of a metal composite hydroxide and a metal composite oxide obtained by heat-treating the metal composite hydroxide (hereinafter, these are also collectively referred to as "precursors") is mixed with a lithium compound to obtain a lithium mixture (step S30).

混合工程(ステップS30)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、0.95以上1.5以下、好ましくは1.0以上1.5以下、より好ましくは1.0以上1.35以下、さらに好ましくは1.0以上1.2以下となるように、前駆体とリチウム化合物を混合する。すなわち、焼成工程の前後ではLi/Meは変化しないので、混合工程におけるLi/Meが、目的とする正極活物質のLi/Meとなるように、前駆体とリチウム化合物を混合する。 In the mixing step (step S30), the precursor and the lithium compound are mixed so that the ratio (Li/Me) of the sum of the atomic numbers of metal atoms other than lithium in the lithium mixture, specifically nickel, cobalt, manganese, and element M (Me) to the atomic number of lithium (Li) is 0.95 to 1.5, preferably 1.0 to 1.5, more preferably 1.0 to 1.35, and even more preferably 1.0 to 1.2. In other words, since the Li/Me ratio does not change before and after the firing step, the precursor and the lithium compound are mixed so that the Li/Me ratio in the mixing step is the Li/Me ratio of the desired positive electrode active material.

混合工程で使用するリチウム化合物は、特に限定されないが、入手の容易性の観点から、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い。 The lithium compound used in the mixing step is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of availability, it is preferable to use lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate, or a mixture of these. In particular, it is preferable to use lithium hydroxide or lithium carbonate, taking into consideration ease of handling and stability of quality.

前駆体とリチウム化合物とは、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 to mix the precursor and the lithium compound thoroughly enough to avoid the formation of fine powder. If the mixing is insufficient, the Li/Me ratio will vary between individual particles, and sufficient battery characteristics may not be obtained. A general mixer can be used for mixing. For example, a shaker mixer, a Lödige mixer, a Julia mixer, or a V blender can be used.

(熱処理工程)
なお、本実施形態の正極活物質の製造方法においては、任意に、混合工程(ステップS30)の前に熱処理工程を設けて、金属複合水酸化物を熱処理してからリチウム化合物と混合してもよい(不図示)。ここで、熱処理後に得られる粒子には、熱処理工程において余剰水分を除去された金属複合水酸化物の粒子のみならず、熱処理工程により、酸化物に転換された遷移金属複合酸化物(以下、「金属複合酸化物」という)の粒子、又は、これらの混合物も含まれる。
(Heat treatment process)
In the method for producing a positive electrode active material of this embodiment, a heat treatment step may be optionally provided before the mixing step (step S30) to heat-treat the metal composite hydroxide before mixing with the lithium compound (not shown). Here, the particles obtained after the heat treatment include not only particles of the metal composite hydroxide from which excess moisture has been removed in the heat treatment step, but also particles of a transition metal composite oxide (hereinafter referred to as "metal composite oxide") converted into an oxide by the heat treatment step, or a mixture thereof.

熱処理工程は、金属複合水酸化物を105℃以上750℃以下に加熱して熱処理することにより、金属複合水酸化物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 process is a process for removing excess moisture contained in the metal composite hydroxide by heating the metal composite hydroxide to 105°C or higher and 750°C or lower. This makes it possible to reduce the amount of moisture remaining after the firing process to a certain level, thereby suppressing variation in the composition of the resulting positive electrode active material.

熱処理工程における加熱温度は105℃以上750℃以下とする。加熱温度が105℃未満では、金属複合水酸化物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 process is 105°C or higher and 750°C or lower. If the heating temperature is less than 105°C, the excess moisture in the metal composite hydroxide cannot be removed, and the variation may not be sufficiently suppressed. On the other hand, if the heating temperature exceeds 700°C, not only will no further effect be expected, but the production cost will also increase.

なお、熱処理工程では、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、必ずしもすべての金属複合水酸化物を複合酸化物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、すべての金属複合水酸化物を、複合酸化物に転換することが好ましい。なお、熱処理条件による金属複合水酸化物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 the heat treatment process, it is not necessary to convert all of the metal composite hydroxides to composite oxides, since it is sufficient to remove moisture to the extent that there is no variation in the atomic number of each metal component in the positive electrode active material or in the ratio of the number of Li atoms. However, in order to reduce the variation in the atomic number of each metal component and the ratio of the number of Li atoms, it is preferable to heat to 400°C or higher and convert all of the metal composite hydroxides to composite oxides. The above-mentioned variation can be further suppressed by determining in advance by analysis the metal components contained in the metal composite hydroxides under the heat treatment conditions 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。 There are no particular limitations on the atmosphere in which the heat treatment is carried out, as long as it is a non-reducing atmosphere, but it is preferable to carry out the heat treatment in an air stream, which is easy to carry out.

また、熱処理時間は、特に制限されないが、金属複合水酸化物中の余剰水分を十分に除去する観点から、少なくとも1時間以上とすることが好ましく、5時間以上15時間以下とすることがより好ましい。 The heat treatment time is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently removing excess moisture in the metal composite hydroxide, it is preferable to set it to at least 1 hour, and more preferably to 5 hours or more and 15 hours or less.

(焼成工程)
次いで、混合工程(ステップS30)で得られたリチウム混合物を、焼成して、リチウム金属複合酸化物を得る(ステップS40)。本工程では、所定条件の下で焼成し、前駆体中にリチウムを拡散させて、リチウム金属複合酸化物を得る工程である。得られたリチウム金属複合酸化物は、そのまま正極活物質として用いてもよく、後述するように、解砕工程により、粒度分布を調整した後、正極活物質として用いてもよい。
(Firing process)
Next, the lithium mixture obtained in the mixing step (step S30) is calcined to obtain a lithium metal composite oxide (step S40). In this step, calcination is performed under predetermined conditions to diffuse lithium into the precursor to obtain a lithium metal composite oxide. The obtained lithium metal composite oxide may be used as it is as a positive electrode active material, or may be used as a positive electrode active material after adjusting the particle size distribution by a crushing step as described below.

[焼成温度]
リチウム混合物の焼成温度は、650℃以上980℃以下とすることが好ましい。焼成温度が650℃未満である場合、前駆体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金属複合水酸化物または金属複合酸化物が残存したり、得られるリチウム金属複合酸化物の結晶性が不十分になったりする。一方、焼成温度が980℃を超える場合、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がある。
[Firing temperature]
The calcination temperature of the lithium mixture is preferably 650° C. or more and 980° C. or less. If the calcination temperature is less than 650° C., lithium does not sufficiently diffuse in the precursor, and excess lithium or unreacted metal composite hydroxide or metal composite oxide remains, or the crystallinity of the resulting lithium metal composite oxide becomes insufficient. On the other hand, if the calcination temperature exceeds 980° C., the lithium composite oxide particles are severely sintered, causing abnormal grain growth, and the proportion of amorphous coarse particles may increase.

なお、上述した一般式(B1)で表される正極活物質を得ようとする場合には、焼成温度を650℃以上900℃以下とすることが好ましい。一方、一般式(B2)で表される正極活物質を得ようとする場合には、焼成温度を800℃以上980℃以下とすることが好ましい。 When attempting to obtain a positive electrode active material represented by the above-mentioned general formula (B1), it is preferable to set the sintering temperature to 650°C or higher and 900°C or lower. On the other hand, when attempting to obtain a positive electrode active material represented by the general formula (B2), it is preferable to set the sintering temperature to 800°C or higher and 980°C or lower.

また、焼成工程における昇温速度は、2℃/分以上10℃/分以下とすることが好ましく、5℃/分以上10℃/分以下とすることがより好ましい。さらに、焼成工程(ステップS40)中、用いたリチウム化合物の融点付近の温度で、好ましくは1時間以上5時間以下、より好ましくは2時間以上5時間以下保持することが好ましい。これにより、前駆体とリチウム化合物とを、より均一に反応させることができる。 The rate of temperature rise in the calcination step is preferably 2°C/min to 10°C/min, more preferably 5°C/min to 10°C/min. Furthermore, during the calcination step (step S40), it is preferable to maintain the temperature near the melting point of the lithium compound used for preferably 1 hour to 5 hours, more preferably 2 hours to 5 hours. This allows the precursor and the lithium compound to react more uniformly.

[焼成時間]
上記焼成温度での保持時間(焼成時間)は、少なくとも2時間以上とすることが好ましく、4時間以上24時間以下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、前駆体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金属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ったりするおそれがある。
[Baking time]
The retention time (calcination time) at the calcination temperature is preferably at least 2 hours, and more preferably 4 hours to 24 hours. If the retention time at the calcination temperature is less than 2 hours, lithium will not be sufficiently diffused in the precursor, and excess lithium or unreacted metal composite hydroxide particles or heat-treated particles may remain, or the crystallinity of the resulting lithium composite oxide particles may be insufficient.

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℃/分以上10℃/分以下とすることが好ましく、33℃/分以上77℃/分以下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を防止することができる。 After the holding time is over, the cooling rate from the firing temperature to at least 200°C is preferably 2°C/min to 10°C/min, and more preferably 33°C/min to 77°C/min. By controlling the cooling rate within this range, it is possible to ensure productivity while preventing damage to equipment such as saggers due to rapid cooling.

[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%以上100容量%以下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。
[Firing atmosphere]
The atmosphere during the calcination is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere with an oxygen concentration of 18% by volume or more and 100% by volume or less, and particularly preferably a mixed atmosphere of oxygen and an inert gas with the above oxygen concentration. That is, the calcination is preferably carried out in air or an oxygen stream. If the oxygen concentration is less than 18% by volume, the crystallinity of the lithium composite oxide particles may be insufficient.

なお、焼成工程(ステップS40)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、熱処理工程および仮焼工程に用いる炉についても同様である。 The furnace used in the firing step (step S40) is not particularly limited as long as it can heat the lithium mixture in air or oxygen flow. 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. This also applies to the furnaces used in the heat treatment step and the calcination step.

(仮焼工程)
なお、リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用する場合には、混合工程(ステップS30)後、焼成工程(ステップS40)の前に、仮焼工程を行ってもよい。仮焼工程は、リチウム混合物を、後述する焼成温度よりも低温、かつ、350℃以上800℃以下、好ましくは450℃以上780℃以下で仮焼する工程である。これにより、前駆体中に、リチウムを十分に拡散させることができ、より均一なリチウム複合酸化物粒子を得ることができる。
(Pre-firing process)
When lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, a calcination step may be performed after the mixing step (step S30) and before the calcination step (step S40). The calcination step is a step of calcining the lithium mixture at a temperature lower than the calcination temperature described below and at 350° C. to 800° C., preferably 450° C. to 780° C. This allows lithium to be sufficiently diffused in the precursor, and more uniform lithium composite oxide particles can be obtained.

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

(解砕工程)
焼成工程(ステップS40)によって得られたリチウム金属複合酸化物は、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、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。
(Crushing process)
The lithium metal composite oxide obtained by the firing step (step S40) may be aggregated or lightly sintered. In such a case, it is preferable to crush the aggregate or sinter of the lithium composite oxide particles. This makes it possible to adjust the average particle size and particle size distribution of the obtained positive electrode active material to a suitable range. Note that crushing refers to an operation of applying mechanical energy to an aggregate consisting of a plurality of secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing, separating the secondary particles themselves almost without destroying them, and loosening the aggregate.

解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、たとえば、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 method of crushing, known means can be used, such as a pin mill or a hammer mill. In this case, it is preferable to adjust the crushing force to an appropriate range so as not to destroy the secondary particles.

5.非水電解質二次電池
本実施形態の非水電解質二次電池は、正極、負極、セパレータ、非水電解液などの、一般の非水電解質二次電池と同様の構成要素を備える。なお、以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明の非水電解質二次電池は、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。
5. Non-aqueous electrolyte secondary battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment includes the same components as a general non-aqueous electrolyte secondary battery, such as a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte solution, etc. Note that the embodiments described below are merely examples, and the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be applied to various forms that are modified and improved based on the embodiments described in this specification.

(1)構成部材
(正極)
本実施形態により得られた非水電解質二次電池用正極活物質を用いて、たとえば、以下のようにして非水電解質二次電池の正極を作製する。
(1) Component (positive electrode)
The positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery obtained according to this embodiment is used to fabricate a positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, for example, as follows.

まず、得られた粉末状の正極活物質に、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材ペーストを作製する。その際、正極合材ペースト中のそれぞれの混合比も、非水電解質二次電池の性能を決定する重要な要素となる。たとえば、溶剤を除いた正極合材の固形分を100質量部とした場合、一般の非水電解質二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を60質量部以上95質量部以下とし、導電材の含有量を1質量部以上20質量部以下とし、結着剤の含有量を1質量部以上20質量部以下とすることができる。 First, the conductive material and binder are mixed with the obtained powdered positive electrode active material, and activated carbon and a solvent for viscosity adjustment, etc. are added as necessary, and these are kneaded to prepare a positive electrode composite paste. At this time, the mixing ratio of each in the positive electrode composite paste is also an important factor that determines the performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery. For example, if the solid content of the positive electrode composite excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material can be 60 parts by mass or more and 95 parts by mass or less, the content of the conductive material can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less, and the content of the binder can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less, as in the case of the positive electrode of a general non-aqueous electrolyte secondary battery.

得られた正極合材ペーストを、たとえば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して、溶剤を飛散させる。必要に応じ、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。ただし、正極の作製方法は、前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 composite paste is applied to the surface of a current collector made of, for example, aluminum foil, and dried to evaporate the solvent. If necessary, pressure may be applied using a roll press or the like to increase the electrode density. In this manner, a sheet-shaped positive electrode can be produced. The sheet-shaped positive electrode can be cut to an appropriate size depending on the desired battery and used to produce the battery. However, the method of producing the positive electrode is not limited to the above-mentioned example, and other methods may also be used.

導電材としては、たとえば、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。 Examples of conductive materials that can be used include graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.) and carbon black-based materials such as acetylene black and ketjen black.

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、たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂およびポリアクリル酸を用いることができる。 The binder serves to bind the active material particles together, and examples of the binder that can be used include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose-based resin, and polyacrylic acid.

また、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材に添加することができる。溶剤としては、具体的には、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。また、正極合材には、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。 If necessary, a solvent that disperses the positive electrode active material, conductive material, and activated carbon and dissolves the binder can be added to the positive electrode mixture. Specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent. Activated carbon can also be added to the positive electrode mixture to increase the electric double layer capacity.

(負極)
負極には、金属リチウムやリチウム合金など、あるいは、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材を、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。
(Negative electrode)
For the negative electrode, a negative electrode mixture is used which is prepared by mixing metallic lithium, a lithium alloy, or a negative electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions with a binder, adding an appropriate solvent to make a paste, and applying the paste to the surface of a metal foil current collector such as copper, drying, and compressing it to increase the electrode density as necessary.

負極活物質としては、たとえば、金属リチウムやリチウム合金などのリチウムを含有する物質、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。 As the negative electrode active material, for example, a material containing lithium such as metallic lithium or a lithium alloy, a fired organic compound such as natural graphite, artificial graphite, or phenolic resin capable of absorbing and desorbing lithium ions, or a powder of a carbon material such as coke can be used. In this case, as with the positive electrode, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the negative electrode binder, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent for dispersing these active materials and binders.

(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、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微細な孔を多数有する膜を用いることができるが、上記機能を有するものであれば、特に限定されることはない。
(Separator)
The separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and has the function of separating the positive electrode and the negative electrode and retaining the electrolyte. As such a separator, for example, a thin membrane such as polyethylene or polypropylene having many fine pores can be used, but there is no particular limitation as long as it has the above function.

(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である。
有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートおよびトリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート、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。
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。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving a lithium salt as a supporting electrolyte in an organic solvent.
The organic solvent may be one selected from the group consisting of cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate; chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate; ether compounds such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and dimethoxyethane; sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and butane sultone; and phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, and may be used alone or in combination of two or more.
As the supporting salt, LiPF6 , LiBF4 , LiClO4 , LiAsF6 , LiN( CF3SO2 ) 2 , and composite salts thereof can be used.

さらに、非水電解液は、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。 The non-aqueous electrolyte may further contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, etc.

(2)非水電解質二次電池
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非水電解質二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。
(2) Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, which is composed of the above-mentioned positive electrode, negative electrode, separator and nonaqueous electrolyte solution, can be formed into various shapes such as a cylindrical shape or a laminated 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ずる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉して、非水電解質二次電池を完成させる。 Regardless of the shape, the positive and negative electrodes are stacked with a separator between them to form an electrode body, the resulting electrode body is impregnated with a nonaqueous electrolyte, the positive electrode current collector and the positive electrode terminal connected to the outside, and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal connected to the outside are connected using current collecting leads or the like, and the nonaqueous electrolyte secondary battery is completed by sealing it in a battery case.

(3)非水電解質二次電池の特性
本発明の非水電解質二次電池は、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、容量特性、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、熱安定性において優れているといえる。
(3) Characteristics of the Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery As described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses the positive electrode active material of the present invention as a positive electrode material, and therefore has excellent capacity characteristics, output characteristics, and cycle characteristics. Moreover, it can be said that the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has excellent thermal stability in comparison with a secondary battery using a positive electrode active material made of conventional lithium nickel-based oxide particles.

(4)用途
本発明の非水電解質二次電池は、上述のように、容量特性、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県電話端末など)の電源に好適に利用することができる。また、本発明の非水電解質二次電池は、熱安定性にも優れており、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 described above, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has excellent capacity characteristics, output characteristics, and cycle characteristics, and can be suitably used as a power source for small portable electronic devices (such as notebook personal computers and local telephone terminals) that require a high level of these characteristics. In addition, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has excellent thermal stability, and can be made compact and have high output. In addition, expensive protection circuits can be simplified, so that the battery can be suitably used as a power source for transportation equipment that is limited by its mounting space.

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、金属複合水酸化物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。 The present invention will be described in detail below using examples and comparative examples. In the following examples and comparative examples, unless otherwise specified, special-grade reagent samples manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. were used to prepare the metal composite hydroxides and the positive electrode active material. In addition, throughout the nucleation process and particle growth process, the pH value of the reaction aqueous solution was measured using a pH controller (Nisshin Rika, NPH-690D), and the supply amount of the sodium hydroxide aqueous solution was adjusted based on this measurement value to control the fluctuation range of the pH value of the reaction aqueous solution in each process to within the range of ±0.2.

(実施例1)
(a)金属複合水酸化物の製造
[核生成工程]
はじめに、反応槽内に、水を1.2L入れて790rpmで撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。この際、反応槽内に、窒素ガスを導入し、30分間流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気とした。続いて、反応槽内に、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供給し、pH値が、液温25℃基準で12.5、アンモニウムイオン濃度が10g/Lとなるように調整することで反応前水溶液を形成した。
Example 1
(a) Production of metal composite hydroxide [Nucleation step]
First, 1.2 L of water was put into the reaction tank and stirred at 790 rpm while setting the temperature inside the tank to 40 ° C. At this time, nitrogen gas was introduced into the reaction tank and circulated for 30 minutes, and the reaction atmosphere was made a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 1 volume % or less. Next, an appropriate amount of 25 mass% sodium hydroxide aqueous solution and 25 mass% ammonia water were supplied into the reaction tank, and the pH value was adjusted to 12.5 at a liquid temperature of 25 ° C. and the ammonium ion concentration was adjusted to 10 g / L to form 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=38:30:32:0.2となるように水に溶解し、2mol/Lの第1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 dissolved in water so that the molar ratio of each metal element was Ni:Mn:Co:Zr = 38:30:32:0.2, to prepare a first raw material aqueous solution of 2 mol/L.

次に、第1の原料水応液を、反応前水溶液に13ml/分で供給することで、核生成工程用水溶液を形成し、2.5分間の核生成を行った。この際、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液と25質量%のアンモニア水を適時供給し、核生成用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度を上述した範囲に維持した。 Next, the first raw water reaction solution was fed to the pre-reaction aqueous solution at 13 ml/min to form an aqueous solution for the nucleation process, and nucleation was carried out for 2.5 minutes. At this time, 25% by mass of sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass of ammonia water were fed at appropriate times to maintain the pH value and ammonium ion concentration of the aqueous solution for nucleation within the above-mentioned ranges.

[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、硫酸を反応槽へ加えて、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。pH値が所定の値になったことを確認した後、第1の原料水溶液を反応槽へ供給し、核生成工程で生成した核(粒子)を、成長させた。
[Particle growth process]
After the nucleation was completed, the supply of all the aqueous solutions was temporarily stopped, and sulfuric acid was added to the reaction tank to adjust the pH value to 11.6 at a liquid temperature of 25° C., thereby forming an aqueous solution for particle growth. After it was confirmed that the pH value had reached a predetermined value, the first aqueous raw material solution was supplied to the reaction tank, and the nuclei (particles) generated in the nucleation step were allowed to grow.

[第2の晶析工程]
第2の原料水溶液として、第1の原料水溶液とタングステンを含む水溶液とを用いた。タングステンを含む水溶液として、タングステン酸ナトリウム二水和物を、得られる水酸化物の各金属元素のモル比がNi:Co:Mn:Zr:W=38:30:32:0.2:0.6となるように水に溶解し、タングステン酸ナトリウム水溶液を調製した。
[Second crystallization step]
The first raw material aqueous solution and an aqueous solution containing tungsten were used as the second raw material aqueous solution. As the aqueous solution containing tungsten, sodium tungstate dihydrate was dissolved in water so that the molar ratio of each metal element of the resulting hydroxide was Ni:Co:Mn:Zr:W=38:30:32:0.2:0.6, to prepare an aqueous sodium tungstate solution.

粒子成長を行う時間全体に対して、19/20時間(95%)経過した時点から、第1の水溶液を供給するとともに、前記タングステン酸ナトリウム水溶液の反応槽への供給を開始した(添加範囲:5%)。すべての水溶液の供給を停止することで、粒子成長工程を終了した。その後、得られた生成物を、水洗、ろ過および乾燥させることにより、粉末状の金属複合水酸化物を得た。 After 19/20 hours (95%) of the total time for particle growth had elapsed, the first aqueous solution was supplied and the supply of the aqueous sodium tungstate solution to the reaction tank was started (addition range: 5%). The supply of all aqueous solutions was stopped to terminate the particle growth process. The product obtained was then washed with water, filtered and dried to obtain a powdered metal composite hydroxide.

なお、第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程の粒子成長工程において、非酸化性雰囲気と酸化性雰囲気との切り替えを4回行った。具体的には、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気へ切り替えた後(1回目)、非酸化性雰囲気へ切り替えた(2回目)。さらに、酸化性雰囲気へ切り替えた後(3回目)、非酸化性雰囲気へ切り替えた(4回目)。非酸化雰囲気としては、窒素ガスを導入し、酸素濃度が1容量%以下の雰囲気を用い、酸化性雰囲気としては、大気雰囲気を用いた。また、反応雰囲気の切り替えのタイミングは、粒子成長が行われる時間全体に対して、20%、40%、60%、及び、80%経過した時点で行った。 In the first crystallization step and the particle growth step of the second crystallization step, the non-oxidizing atmosphere and the oxidizing atmosphere were switched four times. Specifically, after switching from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere (first time), the atmosphere was switched back to the non-oxidizing atmosphere (second time). Furthermore, after switching to the oxidizing atmosphere (third time), the atmosphere was switched back to the non-oxidizing atmosphere (fourth time). As the non-oxidizing atmosphere, nitrogen gas was introduced and an atmosphere with an oxygen concentration of 1% by volume or less was used, and as the oxidizing atmosphere, air was used. The timing of switching the reaction atmosphere was when 20%, 40%, 60%, and 80% of the total time for particle growth had elapsed.

なお、第1の晶析工程における粒子成長工程、及び、第2の晶析工程において、これらの工程を通じて、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液と25質量%のアンモニア水を適時供給し、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を上述した範囲に維持した。なお、第1の原料水溶液の供給速度は、晶析工程の全体において、一定(13ml/分)とした。 In the particle growth process in the first crystallization process and the second crystallization process, 25% by mass of sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass of ammonia water were supplied at appropriate times throughout these processes to maintain the pH value and ammonium ion concentration of the aqueous solution for particle growth within the above-mentioned ranges. The supply rate of the first raw material aqueous solution was kept constant (13 ml/min) throughout the entire crystallization process.

(b)金属複合水酸化物の評価
ICP発光分光分析装置(株式会社島津製作所島津製作所製、ICPE-9000ICPE-9000)を用いた分析により、この金属複合水酸化物は、一般式:Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.0020.005(OH)で表されることが確認された。
(b) Evaluation of Metal Composite Hydroxide By analysis using an ICP optical emission spectrometer (Shimadzu Corporation, ICPE- 9000ICPE -9000) , it was confirmed that this metal composite hydroxide was represented by the general formula: Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.002W0.005 (OH) 2 .

また、レーザ光回折散乱式粒度分析計(マイクロトラック・ベル株式会社製、マイクロトラックMT3300EX2)を用いて、金属複合水酸化物の平均粒径を測定するとともに、d10およびd90を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径〕を算出した。その結果、金属複合水酸化物の平均粒径は5.4μmであり、〔(d90-d10)/平均粒径〕は0.45であることを確認した。 In addition, a laser light diffraction/scattering particle size analyzer (Microtrac MT3300EX2, manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.) was used to measure the average particle size of the metal composite hydroxide, as well as d10 and d90, and the index showing the spread of the particle size distribution, [(d90-d10)/average particle size], was calculated. As a result, it was confirmed that the average particle size of the metal composite hydroxide was 5.4 μm, and [(d90-d10)/average particle size] was 0.45.

また、金属複合水酸化物中のタングステン濃縮層の存在の有無、及び、その厚さを確認するため、走査型透過電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ社製、HD-2300A)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、金属複合水酸化物断面の面分析を行った。その結果、金属複合水酸化物の表層においてタングステンが濃縮して存在する部位(タングステン濃縮層)の形成を確認し、その厚さは3m以上8m以下であることを確認した。 In addition, to confirm the presence or absence of a tungsten-enriched layer in the metal complex hydroxide and its thickness, a surface analysis of the cross section of the metal complex hydroxide was performed using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) mounted on a scanning transmission electron microscope (HD-2300A, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). As a result, the formation of a region where tungsten is concentrated (tungsten-enriched layer) was confirmed on the surface layer of the metal complex hydroxide, and the thickness was confirmed to be 3 m to 8 m.

また、タップ密度は、振とう比重測定器(株式会社蔵持科学器械製作所製、KRS-409)を用いて、得られた金属複合水酸化物を20mlメスシリンダーに充填後、該メスシリンダーについて、高さ2cmからの自由落下を500回繰り返す方法で密に充填させてから測定を行った。その結果、タップ密度は、0.75g/cm以上1.35g/cm以下であるであることを確認した。 The tap density was measured using a shaking specific gravity meter (KRS-409, manufactured by Kuramochi Scientific Instruments Manufacturing Co., Ltd.) by filling a 20 ml measuring cylinder with the obtained metal composite hydroxide, and then densely filling the measuring cylinder by repeatedly subjecting the cylinder to free fall from a height of 2 cm 500 times. As a result, it was confirmed that the tap density was 0.75 g/ cm3 or more and 1.35 g/ cm3 or less.

(c)正極活物質の作製
上述のようにして得られた金属複合水酸化物をLi/Meが1.14となるように、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)を用いて炭酸リチウムと十分に混合し、リチウム混合物を得た。
このリチウム混合物を、空気(酸素濃度:21容量%)気流中、昇温速度を2.52.5℃/分として900℃まで昇温し、この温度で4時間保持することにより焼成し、冷却速度を約4℃/分として室温まで冷却した。このようにして得られた正極活物質は、凝集または軽度の焼結が生じていた。このため、この正極活物質を解砕し、平均粒径および粒度分布を調整した。
(c) Preparation of Positive Electrode Active Material The metal composite hydroxide obtained as described above was thoroughly mixed with lithium carbonate using a shaker mixer (TURBULA Type T2C manufactured by WAB) so that the Li/Me ratio was 1.14, thereby obtaining a lithium mixture.
The lithium mixture was heated to 900°C at a heating rate of 2.52.5°C/min in an air stream (oxygen concentration: 21% by volume), and then calcined by holding at this temperature for 4 hours, and cooled to room temperature at a cooling rate of about 4°C/min. The positive electrode active material thus obtained had agglomerated or lightly sintered. Therefore, the positive electrode active material was crushed to adjust the average particle size and particle size distribution.

(d)正極活物質の評価
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:Li1.14Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.0020.005で表されるものであることが確認された。また、レーザ光回折散乱式粒度分析計を用いて、リチウム金属複合酸化物の平均粒径を測定するとともに、d10およびd90を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径〕を算出した。その結果、リチウム金属複合酸化物の平均粒径は5.3μmであり、〔(d90-d10)/平均粒径〕は0.45であり、d50比は1.04であることを確認した。
(d) Evaluation of the positive electrode active material Analysis using an ICP emission spectrometer confirmed that this positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 Ni 0.38 Mn 0.30 Co 0.32 Zr 0.002 W 0.005 O 2. In addition, using a laser light diffraction scattering type particle size analyzer, the average particle size of the lithium metal composite oxide was measured, and d10 and d90 were measured, and [(d90-d10)/average particle size], which is an index showing the spread of the particle size distribution, was calculated. As a result, it was confirmed that the average particle size of the lithium metal composite oxide was 5.3 μm, [(d90-d10)/average particle size] was 0.45, and the d50 ratio was 1.04.

また、X線回折装置(スペクトリス株式会社製、X‘Pert PRO)を用いて、(003)面の結晶子径を測定行ったところ1385Å(138.5nm)であった。 The crystallite diameter of the (003) plane was measured using an X-ray diffraction device (Spectris Corporation, X'Pert PRO) and found to be 1385 Å (138.5 nm).

また、リチウム金属複合酸化物におけるタングステンの分布を確認するため、走査型透過電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、HD-2300A)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、リチウム金属複合酸化物断面の面分析を行った。その結果、リチウム金属複合酸化物においてタングステンが、二次粒子の表面付近の一次粒子の表層及び一次粒子間の粒界に多く含有していることを確認した。 In addition, to confirm the distribution of tungsten in the lithium metal composite oxide, a surface analysis of the cross section of the lithium metal composite oxide was performed using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) mounted on a scanning transmission electron microscope (HD-2300A, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). As a result, it was confirmed that tungsten is contained in large amounts in the surface layers of the primary particles near the surfaces of the secondary particles and in the grain boundaries between the primary particles in the lithium metal composite oxide.

また、タップ密度は、金属複合水酸化物と同様の条件で評価し、BET比表面積は、流動方式-窒素ガス吸着法を採用した比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、マックソーブ1200シリーズ)によって評価した。 The tap density was evaluated under the same conditions as for the metal composite hydroxides, and the BET specific surface area was evaluated using a specific surface area measuring device (Maxsorb 1200 series, manufactured by Mountec Co., Ltd.) that employs the flow method-nitrogen gas adsorption method.

(e)二次電池の作製
図7は、電池特性の評価に用いた2032型コイン電池CBAを示す図である。以下、図7を参照して、二次電池の作製方法について説明する。
(e) Fabrication of Secondary Battery Fig. 7 is a diagram showing a 2032-type coin battery CBA used in the evaluation of battery characteristics. Hereinafter, a method for fabricating the secondary battery will be described with reference to Fig. 7.

上述のようにして得られた正極活物質:52.5mgと、アセチレンブラック:15mgと、PTEE:7.5mgを混合し、100MPaの圧力で、直径11mm、厚さ100μmにプレス成形した後、真空乾燥機中、120℃で12時間乾燥することにより、正極PEを作製した。 52.5 mg of the positive electrode active material obtained as described above, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of PTFE were mixed, and the mixture was press-molded at a pressure of 100 MPa to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm. The mixture was then dried in a vacuum dryer at 120°C for 12 hours to produce a positive electrode PE.

次に、この正極PEを用いて2032型コイン電池CBAを、露点が-80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。この2032型コイン電池の負極NEには、直径17mm、厚さ1mmのリチウム金属を用い、電解液には、1MのLiClO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。また、セパレータSEには、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。なお、2032型コイン電池CBAは、ガスケットGAを有し、正極缶PCと負極缶NCとでコイン状の電池に組み立てられたものである。 Next, a 2032-type coin battery CBA was produced using this positive electrode PE in a glove box in an Ar atmosphere with a dew point controlled at -80°C. The negative electrode NE of this 2032-type coin battery was made of lithium metal with a diameter of 17 mm and a thickness of 1 mm, and the electrolyte was made of an equal mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) with 1M LiClO4 as the supporting electrolyte (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.). In addition, a polyethylene porous film with a thickness of 25 μm was used for the separator SE. The 2032-type coin battery CBA had a gasket GA and was assembled into a coin-shaped battery with a positive electrode can PC and a negative electrode can NC.

(f)電池評価
[抵抗]
上記で組み立てたコイン電池CBAを用いてSOC20%における交流インピーダンス法による抵抗値を測定し、比較例1を基準とした相対値を、Ref.に対する抵抗値として算出したところ93%であった。これらの結果を表1に示す。
(f) Battery evaluation [resistance]
The resistance value of the coin battery CBA assembled above was measured by an AC impedance method at an SOC of 20%, and the relative value based on Comparative Example 1 was calculated as the resistance value for Ref., which was 93%. These results are shown in Table 1.

(実施例2~8)
表1に示すように、粒子成長中におけるタングステンを含む水溶液の添加のタイミング(添加時間)を変更した以外は実施例1と同様の条件で、金属複合水酸化物を得た。得られた金属複合水酸化物の評価結果を表1に示す。
(Examples 2 to 8)
A metal composite hydroxide was obtained under the same conditions as in Example 1, except that the timing (addition time) of adding the aqueous solution containing tungsten during particle growth was changed as shown in Table 1. The evaluation results of the obtained metal composite hydroxide are shown in Table 1.

また、走査型透過電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、HD-2300A)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、実施例2~8で得られた金属複合水酸化物の断面の面分析を行い、得られたWの分布を解析した。その結果、実施例2~8で得られた金属複合水酸化物は、二次粒子の表層にタングステンが濃縮して存在する部位(タングステン濃縮層)が検出され、その厚さは、20nm以上160nm以下であることが確認された。 In addition, an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) mounted on a scanning transmission electron microscope (Hitachi High-Technologies Corporation, HD-2300A) was used to perform surface analysis of the cross sections of the metal composite hydroxides obtained in Examples 2 to 8, and the distribution of W obtained was analyzed. As a result, it was confirmed that the metal composite hydroxides obtained in Examples 2 to 8 had a region where tungsten was concentrated on the surface layer of the secondary particles (tungsten-concentrated layer), and that the thickness was 20 nm or more and 160 nm or less.

次に、得られた金属複合水酸化物を前駆体としたこと以外は、実施例1と同様の条件で、正極活物質および二次電池を得た。得られた金属複合水酸化物、及び、正極活物質の評価結果を表2に示す。 また、走査型透過電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、HD-2300A)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、実施例2~8で得られたリチウム金属複合酸化物の断面の面分析を行い、得られたWの分布を解析した。その結果、実施例2~8で得られたリチウム金属複合酸化物は、二次粒子の表面付近の一次粒子の表層、及び、一次粒子間の粒界にタングステンが多く存在していることが確認された。 Next, a positive electrode active material and a secondary battery were obtained under the same conditions as in Example 1, except that the obtained metal composite hydroxide was used as a precursor. The evaluation results of the obtained metal composite hydroxide and the positive electrode active material are shown in Table 2. In addition, an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) mounted on a scanning transmission electron microscope (Hitachi High-Technologies Corporation, HD-2300A) was used to perform surface analysis of the cross section of the lithium metal composite oxide obtained in Examples 2 to 8, and the distribution of W obtained was analyzed. As a result, it was confirmed that the lithium metal composite oxide obtained in Examples 2 to 8 had a large amount of tungsten present in the surface layer of the primary particles near the surface of the secondary particles, and in the grain boundaries between the primary particles.

(比較例1)
粒子成長工程開始時点からタングステン化合物を添加した(添加範囲は100%となる)以外は実施例1と同様の条件で、金属複合水酸化物を得た。得られた金属複合水酸化物の評価結果を表1に示す。次に、得られた金属複合水酸化物を前駆体としたこと以外は、実施例1と同様の条件で、正極活物質および二次電池を作製した。得られた正極活物質及び二次電池の評価結果を表1、2に示す。
(Comparative Example 1)
A metal composite hydroxide was obtained under the same conditions as in Example 1, except that the tungsten compound was added from the start of the particle growth process (the addition range was 100%). The evaluation results of the obtained metal composite hydroxide are shown in Table 1. Next, a positive electrode active material and a secondary battery were produced under the same conditions as in Example 1, except that the obtained metal composite hydroxide was used as a precursor. The evaluation results of the obtained positive electrode active material and secondary battery are shown in Tables 1 and 2.

(比較例2)
タングステンを含有しない金属複合水酸化物(Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.002(OH))を用いたこと、及び、金属複合水酸化物と炭酸リチウムと混合する際に、酸化タングステンをあわせて添加して、混合して、リチウム混合物を得たこと(外添)以下は、実施例1と同様の条件で、正極活物質(Li1.14Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.0020.005)、及び、二次電池を作製した。得られた正極活物質及び二次電池の評価結果を表1、2に示す。
(Comparative Example 2)
A tungsten -free metal composite hydroxide ( Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.002 (OH) 2 ) was used, and when the metal composite hydroxide was mixed with lithium carbonate , tungsten oxide was also added and mixed to obtain a lithium mixture (external addition). A positive electrode active material ( Li1.14Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.002W0.005O2 ) and a secondary battery were produced under the same conditions as in Example 1. The evaluation results of the obtained positive electrode active material and secondary battery are shown in Tables 1 and 2.

(比較例3)
晶析工程の際、第2の晶析工程において、タングステン酸ナトリウム水溶液を供給しない以外は、実施例1と同様の条件で、金属複合水酸化物、正極活物質及び二次電池を作製した。得られた金属複合水酸化物、正極活物質及び二次電池の評価結果を表1、2に示す。
(Comparative Example 3)
In the crystallization step, except that the sodium tungstate aqueous solution was not supplied in the second crystallization step, a metal composite hydroxide, a positive electrode active material, and a secondary battery were produced under the same conditions as in Example 1. The evaluation results of the obtained metal composite hydroxide, positive electrode active material, and secondary battery are shown in Tables 1 and 2.

Figure 0007464102000001
Figure 0007464102000001

Figure 0007464102000002
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(評価結果)
実施例で得られた金属複合水酸化物は、その表面にタングステン濃縮層を形成することが確認された。また、実施例で得られた正極活物質は、晶析工程全体でタングステンを添加した比較例1と比較して、より大きな結晶子径を有し、かつ、二次電池の正極として用いた際、低い抵抗値を示した。
(Evaluation results)
It was confirmed that the metal composite hydroxide obtained in the examples formed a tungsten-enriched layer on its surface. Furthermore, the positive electrode active material obtained in the examples had a larger crystallite size and showed a lower resistance value when used as a positive electrode of a secondary battery, compared to Comparative Example 1 in which tungsten was added throughout the crystallization process.

また、実施例1~6で得られた金属複合水酸化物は、厚さが100nm以下のタングステン濃縮層が形成され、これらの金属複合水酸化物を前駆体として得られた正極活物質は、タングステン化合物を外添した比較例2と比較しても、より大きな結晶子径を有し、かつ、二次電池の正極として用いた際、より低い抵抗値を示した。 In addition, the metal complex hydroxides obtained in Examples 1 to 6 formed a tungsten-enriched layer with a thickness of 100 nm or less, and the positive electrode active materials obtained using these metal complex hydroxides as precursors had larger crystallite diameters and showed lower resistance values when used as the positive electrode of a secondary battery, even when compared to Comparative Example 2 in which a tungsten compound was externally added.

一方、タングステンを添加しない比較例3で得られた正極活物質は、タングステンを添加した他の実施例及び比較例と比較して、結晶子径は比較的大きいものの、二次電池の正極として用いた際、抵抗値が大きく、出力特性に劣ることが示された。 On the other hand, the positive electrode active material obtained in Comparative Example 3, in which tungsten was not added, had a relatively large crystallite size compared to other Examples and Comparative Examples in which tungsten was added, but when used as a positive electrode for a secondary battery, it was shown to have a large resistance value and poor output characteristics.

10…金属複合水酸化物
1…一次粒子
2…二次粒子
3…タングステン濃縮層
4…中心部
5…空隙部
6…実質部
C…中心
20…リチウム金属複合酸化物
21…一次粒子
22…二次粒子
23…タングステン及びリチウムを含む化合物
24…中心部
25…実質部
26…空隙部
CBA……コイン電池
CA……ケース
PC……正極缶
NC……負極缶
GA……ガスケット
PE……正極
NE……負極
SE……セパレータ

10... Metal composite hydroxide 1... Primary particle 2... Secondary particle 3... Tungsten concentrated layer 4... Center 5... Void 6... Substance C... Center 20... Lithium metal composite oxide 21... Primary particle 22... Secondary particle 23... Compound containing tungsten and lithium 24... Center 25... Substance 26... Void CBA... Coin battery CA... Case PC... Positive electrode can NC... Negative electrode can GA... Gasket PE... Positive electrode NE... Negative electrode SE... Separator

Claims (14)

ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示される金属複合水酸化物の製造方法であって、
反応槽に前記金属元素を含む第1の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、前記反応槽内の反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、第1の金属複合水酸化物粒子を得る、第1の晶析工程と、
前記第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、前記金属元素を含み、かつ、前記第1の原料水溶液よりもタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、前記反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、前記第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を形成して、第2の金属複合水酸化物粒子を得る、第2の晶析工程と、を備え、
前記第1の晶析工程、及び、前記第2の晶析工程の粒子成長において、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気、及び、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気のいずれか一方の雰囲気へ、反応雰囲気を切り替えることを複数回行うことを含み、
前記第1の原料水溶液中の前記金属元素を、前記第1の晶析工程及び前記第2の晶析工程において添加される全金属量に対して、50質量%以上95質量%以下の範囲で前記反応槽へ供給した後、前記第2の晶析工程における第2の原料水溶液の供給を行い、
前記金属複合水酸化物は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、
前記二次粒子は、前記二次粒子の中心から表面に向かって、前記一次粒子が密に配置された中心部と、前記一次粒子が前記中心部よりも疎に配置された空隙部と、前記一次粒子が密に配置された中実部とを含む、多層構造を有し、
前記金属複合水酸化物のタップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下である、
金属複合水酸化物の製造方法。
A method for producing a metal composite hydroxide comprising nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and an element M, and having an atomic ratio of the respective metal elements expressed as Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b (x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<a≦0.1, 0≦b≦0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta),
a first crystallization step of supplying a first raw material aqueous solution containing the metal element and an ammonium ion donor to a reaction tank, adjusting the pH of the reaction aqueous solution in the reaction tank, and performing a crystallization reaction to obtain first metal composite hydroxide particles;
a second crystallization step of supplying a second raw material aqueous solution containing the metal element and containing more tungsten than the first raw material aqueous solution, and an ammonium ion donor to a reaction aqueous solution containing the first metal composite hydroxide particles, adjusting the pH of the reaction aqueous solution, and carrying out a crystallization reaction to form a tungsten-concentrated layer on the surface of the first metal composite hydroxide particles, thereby obtaining second metal composite hydroxide particles;
In the particle growth in the first crystallization step and the second crystallization step, the reaction atmosphere is switched multiple times to either a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less, or an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of more than 1% by volume,
supplying the metal element in the first raw material aqueous solution to the reaction tank in a range of 50 mass % or more and 95 mass % or less with respect to the total amount of metal added in the first crystallization step and the second crystallization step, and then supplying the second raw material aqueous solution in the second crystallization step;
The metal composite hydroxide contains secondary particles formed by agglomeration of a plurality of primary particles,
the secondary particles have a multilayer structure including, from the center to the surface of the secondary particles, a central portion in which the primary particles are densely arranged, a void portion in which the primary particles are more sparsely arranged than the central portion, and a solid portion in which the primary particles are densely arranged,
The tap density of the metal composite hydroxide is 0.75 g/ cm3 or more and 1.35 g/ cm3 or less.
A method for producing a metal composite hydroxide.
前記第1の晶析工程は、核生成を行う核生成工程と、粒子成長を行う粒子成長工程と、を備え、前記第2の晶析工程は、前記粒子成長工程に引き続き、粒子成長を行うことを含み、
前記第1の晶析工程における核生成は、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気で行い、
前記第1の晶析工程、及び、前記第2の晶析工程における粒子成長は、前記反応水溶液のpHを、前記核生成工程における前記反応水溶液のpH値より低くなるように調整し、かつ、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気、及び、酸素濃度が1容量%を超える酸化性雰囲気のいずれか一方の雰囲気へ、反応雰囲気を切り替えることを4回行うことを含む、請求項1に記載の金属複合水酸化物の製造方法。
The first crystallization step includes a nucleation step of performing nucleation and a particle growth step of performing particle growth, and the second crystallization step includes performing particle growth subsequent to the particle growth step,
The nucleation in the first crystallization step is carried out in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less;
2. The method for producing a metal composite hydroxide according to claim 1, wherein the particle growth in the first crystallization step and the second crystallization step includes adjusting the pH of the reaction aqueous solution to be lower than the pH value of the reaction aqueous solution in the nucleation step, and switching the reaction atmosphere to either a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1 vol % or less or an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of more than 1 vol %, four times.
前記第2の晶析工程は、前記タングステン濃縮層を、前記第2の金属複合水酸化物粒子の表面から中心部に向かう方向において、厚さを100nm以下となるように形成することを含む、請求項1又は請求項2に記載の金属複合水酸化物の製造方法。 3. The method for producing a metal composite hydroxide according to claim 1 or 2, wherein the second crystallization step includes forming the tungsten concentrated layer to a thickness of 100 nm or less in a direction from a surface toward a center of the second metal composite hydroxide particle. 前記第2の晶析工程における第2の原料水溶液の添加は、前記第1及び第2の晶析工程において、粒子成長が行われる時間全体に対して、50%以上95%以下経過した時点で行う、請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の金属複合水酸化物の製造方法。 The method for producing a metal composite hydroxide according to any one of claims 1 to 3, wherein the addition of the second raw material aqueous solution in the second crystallization step is performed when 50% to 95% of the total time during which particles grow in the first and second crystallization steps has elapsed. 前記第2の原料水溶液の供給は、前記第1の原料水溶液と、タングステンを含む水溶液とを別々に前記反応水溶液に供給して行う、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の金属複合水酸化物の製造方法。 The method for producing a metal composite hydroxide according to any one of claims 1 to 4, wherein the second raw material aqueous solution is supplied by separately supplying the first raw material aqueous solution and the aqueous solution containing tungsten to the reaction aqueous solution. 前記タングステンを含む水溶液中のタングステン濃度は、前記タングステンを含む水溶液の全体に対して、18質量%以上である、請求項5に記載の金属複合水酸化物の製造方法。 The method for producing a metal composite hydroxide according to claim 5, wherein the tungsten concentration in the tungsten-containing aqueous solution is 18 mass% or more relative to the entire tungsten-containing aqueous solution. ニッケル、マンガン、及び、タングステン、並びに、任意にコバルト、及び、元素Mを含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示され、金属複合水酸化物であって、
複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、
前記二次粒子は、前記二次粒子の中心から表面に向かって、前記一次粒子が密に配置された中心部と、前記一次粒子が前記中心部よりも疎に配置された空隙部と、前記一次粒子が密に配置された中実部とを少なくとも含む、多層構造を有し、
前記二次粒子の表面から中心部へ向かう方向に、タングステン濃縮層を有し、
タップ密度が0.75g/cm以上1.35g/cm以下である、
金属複合水酸化物。
A metal composite hydroxide comprising nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and an element M, and having an atomic ratio of the respective metal elements expressed as Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b (x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<a≦0.1, 0≦b≦0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta),
The secondary particles are formed by agglomerating a plurality of primary particles.
the secondary particles have a multilayer structure including, from the center toward the surface of the secondary particles, at least a central portion in which the primary particles are densely arranged, a void portion in which the primary particles are more sparsely arranged than the central portion, and a solid portion in which the primary particles are densely arranged,
A tungsten-enriched layer is formed in a direction from the surface of the secondary particle toward the center thereof,
The tap density is 0.75 g/cm3 or more and 1.35 g/ cm3 or less.
Metal complex hydroxides.
前記タングステン濃縮層の厚みが100nm以下である、請求項7に記載の金属複合水酸化物。 The metal complex hydroxide according to claim 7, wherein the thickness of the tungsten-enriched layer is 100 nm or less. 前記金属複合水酸化物の平均粒径が4.0μm以上9.0μm以下であり、かつ、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以下である、請求項7又は請求項8に記載の金属複合水酸化物。 The average particle size of the metal composite hydroxide is 4.0 μm or more and 9.0 μm or less, and the index indicating the spread of the particle size distribution, [(d90-d10)/average particle size], is 0.65 or less. The metal composite hydroxide according to claim 7 or 8. 請求項1~6のいずれか一項に記載の製造方法により得られる金属複合水酸化物及び前記金属複合水酸化物を熱処理して得られる金属複合酸化物の少なくとも一方と、リチウム化合物とを混合してリチウム混合物を得る工程と、
前記リチウム混合物を焼成して、リチウム金属複合酸化物を得る工程と、を備える、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
A step of mixing at least one of the metal composite hydroxide obtained by the production method according to any one of claims 1 to 6 and a metal composite oxide obtained by heat-treating the metal composite hydroxide with a lithium compound to obtain a lithium mixture;
and calcining the lithium mixture to obtain a lithium metal composite oxide.
リチウム金属複合酸化物の粒子同士の凝集の程度を示す指標である(前記正極活物質のd50/前記金属複合水酸化物のd50)の値が、0.95以上1.05以下となるように調整する、請求項10に記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 10, wherein the value of (d50 of the positive electrode active material/d50 of the metal composite hydroxide), which is an index showing the degree of aggregation between particles of the lithium metal composite oxide, is adjusted to be 0.95 or more and 1.05 or less. リチウム、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、それぞれの金属元素の原子数比が、Li:Ni:Co:Mn:W:M=1+u:x:y:z:a:b(x+y+z=1、-0.05≦u≦0.50、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Taから選択される1種以上の元素)で表されるリチウム金属複合酸化物を含有し、
前記リチウム金属複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、
前記二次粒子は、前記二次粒子の中心から表面に向かって、前記一次粒子が密に配置された中心部と、前記一次粒子が前記中心部よりも疎に配置された空隙部と、前記一次粒子が密に配置された中実部とを少なくとも含む、多層構造を有し、
前記二次粒子の表面又は内部に存在する一次粒子の表層、及び、前記一次粒子間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物が濃縮されて存在し、
タップ密度が1.00g/cm以上2.00g/cm以下であり、かつ、
BET比表面積が1.45m/g以上5.40m/g以下である、
非水電解質二次電池用正極活物質。
a lithium metal composite oxide containing lithium, nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and an element M, in which the atomic ratio of the respective metal elements is represented by Li:Ni:Co:Mn:W:M=1+u:x:y:z:a:b (x+y+z=1, -0.05≦u≦0.50, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<a≦0.1, 0≦b≦0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta);
The lithium metal composite oxide includes secondary particles formed by agglomeration of a plurality of primary particles,
the secondary particles have a multilayer structure including, from the center toward the surface of the secondary particles, at least a central portion in which the primary particles are densely arranged, a void portion in which the primary particles are more sparsely arranged than the central portion, and a solid portion in which the primary particles are densely arranged,
a compound containing tungsten and lithium is present in a concentrated state on the surface of the secondary particles or on the surface layers of the primary particles present inside the secondary particles and in grain boundaries between the primary particles;
The tap density is 1.00 g/cm 3 or more and 2.00 g/cm 3 or less, and
The BET specific surface area is 1.45 m 2 /g or more and 5.40 m 2 /g or less.
Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries.
粉末X線回折測定によって得られた(003)面の結晶子径が120nm以上である、請求項12に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 12, wherein the crystallite size of the (003) plane obtained by powder X-ray diffraction measurement is 120 nm or more. 正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備え、前記正極の正極材料として、請求項12又は請求項13に記載の非水電解質二次電池用正極活物質が用いられる、非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, the positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to claim 12 or 13 being used as a positive electrode material for the positive electrode.
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