TWI580100B - Nickel lithium metal composite oxide, and a nickel-lithium metal composite oxide obtained by the production method and a positive electrode active material composed of a nickel-lithium metal composite oxide - Google Patents

Nickel lithium metal composite oxide, and a nickel-lithium metal composite oxide obtained by the production method and a positive electrode active material composed of a nickel-lithium metal composite oxide Download PDF

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Description

鎳鋰金屬複合氧化物的製造方法、以及藉由該製造方法而得到之鎳鋰金屬複合氧化物和由鎳鋰金屬複合氧化物構成之正極活性物質
本發明係有關一種鎳鋰金屬複合氧化物的製造方法、藉由該製造方法而得到之鎳鋰金屬複合氧化物、由鎳鋰金屬複合氧化物構成之正極活性物質、使用該正極活性物質的鋰離子電池正極及鋰離子電池。
個人計算機、移動電話等能夠在戶外攜帶使用之情報終端設備的普及，大多係因為小型、輕質且高容量電池的導入。藉由混合動力汽車的普及，對高性能、安全性和耐久性高的車輛搭載用電池的需求亦在增加。並且，最近，以前受到質疑之電動汽車（EV汽車）的實用化藉由所搭載之電池的小型化和高容量化而得以實現。已經有多數企業及研究機關參與情報終端設備、搭載於車輛的電池、尤其鋰離子電池的技術開發，並展開了激烈的競爭。伴隨著情報終端設備、混合動力汽車、EV汽車的市場競爭的加劇，目前，強烈要求更低成本的鋰離子電池，質量和成本的平衡成為了課題。
作為用於降低最終工業製品的製造成本的方法，首先，可以舉出構成製品的構件、材料的低成本化。對於鋰離子電池，亦正在研究作為其必要構成構件的正極、負極、電解質、隔板各自的低成本化。其中，正極係將被稱作正極活性物質的含鋰金屬氧化物配置於電極上的構件。正極活性物質的低成本化對正極的低成本化、進而對電池的低成本化係必不可少的。
目前，作為鋰離子電池的正極活性物質而可期待高容量的鎳系活性物質備受矚目。典型的鎳系活性物質之一係除了鋰和鎳以外亦含有鈷和鋁之複合金屬氧化物（LNCAO）。作為以LNCAO為首的鎳系活性物質的鋰源，可以使用氫氧化鋰。
本發明者已經藉由日本專利申請2014-174149號、日本專利申請2014-174150號、日本專利申請2014-174151號提出將氫氧化鋰作為原料的LNCAO系鋰離子電池正極活性物質及其製造方法（專利文獻1、2、3）。上述製造方法的燒成步驟中，主原料的氫氧化鎳和氫氧化鋰在由下式表示之反應中生成鋰和鎳的複合氧化物（LNO）。
（將氫氧化鎳和氫氧化鋰作為原料的LNO的製造） 4Ni（OH）2 +4LiOH+O2 →4LiNiO2 +6H2 O
然而，以LNCAO為代表的鎳系活性物質將氫氧化鋰作為鋰源而被製造（非專利文獻1）。作為氫氧化鋰，專門使用由下式表示之反應中將碳酸鋰作為原料的工業合成者（非專利文獻2）。當然，氫氧化鋰的價格比作為其原料的碳酸鋰的價格高。
（將碳酸鋰作為原料的氫氧化鋰的製造） Li2 CO3 （水溶液）+Ca（OH）2 （水溶液）→2LiOH（水溶液）+CaCO3 （固體）
如上所述，對鋰離子電池的高性能化和低成本化的要求逐漸提高，且需要鋰離子電池的各構件、構成各構件之材料的高性能化和低成本化。關於包含LNO的正極活性物質亦同樣地，要求高質量化和低成本化。
若從價格更低廉的碳酸鋰（Li2 CO3 ）出發而合成LNO，則可以預測能夠降低包含LNO的正極活性物質的製造成本。理論上係可以始終進行碳酸鋰向氧化鋰及/或氫氧化鋰的分解反應、和氧化鋰及/或氫氧化鋰與鎳化合物的反應。只要在可進行碳酸鋰向氧化鋰及/或氫氧化鋰的分解反應的更高的溫度下進行一系列的反應即可。
在非鎳系正極活性物質的鈷系正極活性物質的製造中，碳酸鋰作為鋰源而被使用（非專利文獻1）。作為鈷系正極活性物質的典型的鈷酸鋰（LCO），能夠藉由將作為原料的碳酸鋰和氧化鈷及/或氫氧化鈷進行混合，並以1000℃左右的燒成溫度進行合成而製造。該合成過程中可以認為產生碳酸鋰向氧化鋰及/或氫氧化鋰的分解反應。
例如，在鎳-鈷-錳三元系活性物質（NCM）的製造中，碳酸鋰作為鋰源而被使用（非專利文獻1）。由於需要將燒成溫度升溫至碳酸鋰的分解溫度附近，因此藉由900℃以上的高溫燒成而製造NCM。
然而，如LNO鎳系活性物質的製造中，作為鋰源而使用碳酸鋰的例子極少。其原因在於鎳系活性物質的熱穩定性與鈷系活性物質相比非常低。由於鈷系正極活性物質的層狀結構與LNO型複合氧化物的層狀結構相比更穩定，因此如專利文獻4所記載，作為鈷系正極活性物質的鋰源而能夠使用碳酸鋰。
在高溫下的反應中，由於反應系統的熱力學能量增大，因此可以認為所生成之各種複合氧化物的晶體結構紊亂。具體而言，將引起如下狀態：LNO的層狀結構的3a位（鋰離子層）和3c位（鎳離子層）因高溫下的熱振動而離子交換，鎳進入鋰層，且鋰進入鎳層，即所謂的陽離子混合。因此預測所得到之正極活性物質的性能下降，總體上只能得到實用性較低的正極活性物質。由於這種預測對本領域技術人員來講具有說服力，因此，到目前為止，幾乎未進行研究過將鋰離子電池正極活性物質用LNO型複合氧化物的碳酸鋰作為原料的製造方法。
（先前技術文獻） （專利文獻） 專利文獻1：日本專利申請2014-174149號說明書 專利文獻2：日本專利申請2014-174150號說明書 專利文獻3：日本專利申請2014-174151號說明書 專利文獻4：國際公開2009/060603號公報
（非專利文獻） 非專利文獻1：行政法人 石油天然氣及金屬礦物資源機構 2012年報告書 148-154頁 非專利文獻2：“月刊精細化工”2009年11月號 81-82頁、CMC出版
（本發明所欲解決之課題）
本發明者以鋰離子電池正極活性物質的高性能化和低成本化為目標，對已經提出之將氫氧化鋰作為原料的鎳系正極材料活性物質及其製造方法進行了改進。 （用以解決課題之手段）
其結果，與以往的常識相違背，發現了在作為鋰源而使用碳酸鋰的情況下亦能夠維持正極活性物質的性能的製造方法。藉由選擇採用本發明的製造方法之在特殊條件下的燒成操作，出人意料的是能夠避免和修復以往認為無法避免之基於陽離子混合的層結構的紊亂。
即，本發明為如下者。 （發明1）一種鎳鋰金屬複合氧化物的製造方法，其包括以下步驟1～7，作為鋰原料而使用碳酸鋰，並由下式（1）表示。
[化學式2]Lix Ni1-y-z Coy Mz O1.7-2.2 ……（ 1 ） （其中，在式（1）中，0.90＜x＜1.10、0.01＜y＜0.15、0.005＜z＜0.10，M為選自Al、Mn、W、Nb、Mg、Zr、Zn之1種以上的金屬。） （步驟1）溶解步驟，將硫酸鎳和硫酸鈷溶解於水而製備硫酸鎳水溶液和硫酸鈷水溶液。 （步驟2）沉澱步驟，將步驟1中所得到之硫酸鎳水溶液和硫酸鈷水溶液進行混合，並添加鹼性水溶液，製造氫氧化鎳和氫氧化鈷的共沉澱物。 （步驟3）過濾步驟，由步驟2中所得到之共沉澱物得到由氫氧化鎳和氫氧化鈷構成之前體濾餅。 （步驟4）乾燥步驟，將步驟3中所得到之前體濾餅進行乾燥而得到前體粉末。 （步驟5）混合步驟，在步驟4中所得到之前體粉末中混合氫氧化鋁和碳酸鋰。 （步驟6）高溫燒成步驟，以高於790℃的溫度對步驟5中所得到之混合物進行燒成。 （步驟7）低溫燒成步驟，以低於790℃的溫度對經步驟6得到之燒成物進行燒成。
（發明2）依據發明1的製造方法，在步驟6中，將碳酸鋰分解為氧化鋰及/或氫氧化鋰，在步驟7中使鎳鋰金屬複合氧化物再結晶。
（發明3）依據發明1或2的製造方法，步驟6的燒成溫度為高於790℃且900℃以下。
（發明4）依據發明1～3中任一項的製造方法，步驟7的燒成溫度為700℃以上且小於790℃。
（發明5）依據發明1～4中任一項的製造方法，在步驟7之後具有破碎步驟（步驟8），該破碎步驟將步驟7中所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的凝聚粒子進行分解。
（發明6）一種鎳鋰金屬複合氧化物，其藉由發明1～5中的任一項的製造方法而得到。
（發明7）依據發明6的鎳鋰金屬複合氧化物，使2g分散於100g水時的上清液的氫離子濃度以pH計為11.65以下。
（發明8）依據發明6或7的鎳鋰金屬複合氧化物，0.1C放電容量為175mAh/g以上。
（發明9）依據發明6～8中任一項的鎳鋰金屬複合氧化物，首次的充放電效率為83%以上。
（發明10）一種正極活性物質，其包含發明6～9中的任一項的鎳鋰金屬複合氧化物。
（發明11）一種鋰離子電池用正極合劑，其包含發明10的正極活性物質。
（發明12）一種鋰離子電池用正極，其使用發明11的鋰離子電池用正極合劑而被製造。
（發明13）一種鋰離子電池，其具備發明12的鋰離子電池用正極。 （發明之效果）
在本發明的製造方法中，作為正極活性物質的鋰源而使用比以往專門使用之氫氧化鋰價格低廉的碳酸鋰。其結果，能夠大幅降低正極活性物質的製造成本。而且，藉由本發明的製造方法而得到之正極活性物質的性能，出人意料的係，與藉由現有方法而得到之正極活性物質的性能相同或更優異。如此，本發明係將碳酸鋰作為鋰源的高性能且低成本的鎳系正極活性物質的製造方法。
藉由本發明的製造方法而可以得到由下式（1）表示之鎳鋰金屬複合氧化物。式（1）中的M為Al或者包含選自Mn、W、Nb、Mg、Zr、Zn之1種以上的微量金屬的Al。選自任意的構成元素即上述Mn、W、Nb、Mg、Zr、Zn之1種以上的金屬的量，只要在不破壞作為由式（1）表示之鎳鋰金屬複合氧化物的鎳系正極活性物質的功能的範圍，則可以係任意一種。選自上述Mn、W、Nb、Mg、Zr、Zn之1種以上的金屬被供給到上述鎳鋰金屬複合氧化物的時刻，可以係本發明的製造方法的任意的步驟。例如可以作為包含於原料中的雜質而被供給，亦可以作為副成分而被供給到必要的步驟即步驟1～步驟7中，或者亦可以在任意的步驟中被供給。
[化學式3]Lix Ni1-y-z Coy Mz O1.7-2. ……（ 1 ）
（其中，在式（1）中，0.90＜x＜1.10、0.01＜y＜0.15、0.005＜z＜0.10，M為選自Al、Mn、W、Nb、Mg、Zr、Zn之1種以上的金屬。）
對本發明的製造方法的步驟1～8進行說明。後述的步驟1～7係本發明的製造方法中必要的步驟。後述的步驟8為依據需要而設在步驟1～7之後的步驟。為了簡單地說明各步驟的操作和各步驟中產生的化學反應，對目標式（1）中的M為Al的情況進行記載。
（步驟1）為溶解步驟，將硫酸鎳和硫酸鈷溶解於水而製備硫酸鎳水溶液和硫酸鈷水溶液。在步驟1中，將硫酸鎳和硫酸鈷在不同的容器內溶解於水，製造硫酸鎳水溶液和硫酸鈷水溶液。
（步驟2）為沉澱步驟，將步驟1中所得到之硫酸鎳水溶液和硫酸鈷水溶液進行混合，製造氫氧化鎳和氫氧化鈷的共沉澱物。分別計量在步驟1中所得到之硫酸鎳水溶液和硫酸鈷水溶液，並與適量的沉澱劑一起導入到1個容器中，將它們進行混合。通常在帶攪拌機的沉澱槽內進行混合。作為沉澱劑而使用鹼性水溶液。普通的沉澱劑係氫氧化鈉和氨水的混合物。藉由充分地進行混合而生成氫氧化鎳和氫氧化鈷的共沉澱物。
（步驟3）為過濾步驟，由步驟2中所得到之共沉澱物得到由氫氧化鎳和氫氧化鈷構成之前體濾餅。在步驟3中，首先，在步驟2中使容器的內裝物通過過濾器，將固體狀的氫氧化鎳和氫氧化鈷的混合物濾餅進行分離。接著，用純水將分離的混合物濾餅進行清洗而去除溶解之鹽類成分。藉此可以得到包含作為鎳鋰金屬複合氧化物的前體的金屬氫氧化物的前體濾餅。在步驟3中所得到之前體濾餅含有水分。
（步驟4）為乾燥步驟，將步驟3中所得到之前體濾餅進行乾燥而得到前體粉末。在包含於前體中的水分成為1重量%以下的時刻結束乾燥。乾燥方法可以係大氣壓下的熱風乾燥、紅外線乾燥、真空乾燥等的任一種。真空乾燥能夠在短時間內進行乾燥。在步驟3中所得到之含有水分的前體濾餅經步驟4而成為粉體狀。
（步驟5）為混合步驟，在步驟4中所得到之前體粉末中混合氫氧化鋁和碳酸鋰。由上式（1）表示之以往的鎳鋰金屬複合氧化物的現有的製造方法中，由氫氧化鎳和氫氧化鈷構成之前體粉末中混合有氫氧化鋰。與其不同，在本發明中，將碳酸鋰混合於由氫氧化鎳和氫氧化鈷構成之前體粉末中，該碳酸鋰為氫氧化鋰的原料，每單位重量的價格比氫氧化鋰低，每單位重量的鋰含量比氫氧化鋰一水合物高。使用各種混合機並施加剪切力而進行混合。
（步驟6）為高溫燒成步驟，以高於790℃的溫度，較佳為高於790℃且900℃以下的溫度，進一步較佳為800～850℃的溫度為，對步驟5中所得到之混合物進行燒成。步驟6的燒成在存在氧的情況下進行。步驟6的燒成時間通常為3～18小時，4～12小時為較佳。在高於790℃的溫度下，可以認為碳酸鋰分解為氧化鋰及/或氫氧化鋰。作為分解反應，可以推測以下2種反應同時進行。
[化學式4]（分解反應） Li2 CO3 （加熱）→ Li2 O （氧化鋰） +CO2
[化學式5]（分解反應） Li2 CO3 +H2 O （加熱）→ 2LiOH （氫氧化鋰） +CO2
並且，可以認為藉由上述分解反應而生成之氧化鋰和氫氧化鋰，與包含於前體中的氫氧化鎳進行如下反應而生成鋰鎳複合氧化物。
[化學式6]2Ni （ OH ） 2 +Li2 O+1/2 O2 → 2LiNiO2 +H2 O
[化學式7]4Ni （ OH ） 2 +4LiOH+O2 → 4LiNiO2 +6H2 O
在步驟6中生成之LNO內部，鋰離子和鎳離子在高於800℃的溫度下因較大的熱振動而鋰原子和鎳原子在晶體層之間移動，可以推測為處於各晶體層的均勻性下降之狀態（所謂的陽離子混合狀態）。
並且，藉由上述分解反應而生成之氧化鋰和氫氧化鋰，與包含於前體中的氫氧化鈷進行如下反應。
[化學式8]2Co （ OH ） 2 +Li2 O+1/2 O2 → 2LiCoO2 +H2 O
[化學式9]4Co （ OH ） 2 +4LiOH+O2 → 4LiCoO2 +6H2 O
並且，藉由上述分解反應而生成之氧化鋰和氫氧化鋰，與包含於前體中的氫氧化鋁進行如下反應。
[化學式10]2Al （ OH ） 3 +Li2 O → 2LiAlO2 +3H2 O
[化學式11]Al （ OH ） 3 +LiOH → LiAlO2 +2H2 O
藉此，前體變為由下式（1）表示之鎳鋰金屬複合氧化物。
[化學式12]Lix Ni1-y-z Coy Mz O1.7-2.2 ……（ 1 ）
（其中，在式（1）中，0.90＜x＜1.10、0.01＜y＜0.15、0.005＜z＜0.10，M為選自Al、Mn、W、Nb、Mg、Zr、Zn之1種以上的金屬。）
（步驟7）低溫燒成步驟，以低於790℃的溫度，700℃以上且小於790℃的溫度為較佳，720℃以上且小於790℃的溫度為進一步較佳，對經步驟6得到之燒成物進行燒成。步驟7的燒成在存在氧的情況下進行。步驟7的燒成時間通常為3～12小時，4～10小時為較佳。步驟7能夠在步驟6之後連續進行。即，在步驟6的燒成結束之時刻，將燒成溫度降低至低溫燒成溫度並轉移到步驟7的燒成。作為經步驟7得到之鎳鋰金屬複合氧化物的正極活性物質的性能，例如低鹼性、充放電特性與以往的將氫氧化鋰作為原料而製造的鎳鋰金屬複合氧化物相比得到改進，其可在後述的實施例和比較例中得以確認。這係與將碳酸鋰作為原料的製造方法中因不可缺少的高溫燒成而生成之LNO晶體雜亂化無法挽回且無法修復之這種以往常識相違背且出人意料的成果。在步驟7中，可以推測在步驟6中生成之LNO內部鋰原子和鎳原子重新排列，構成LNO的晶體層的均勻性得到恢復（所謂的再結晶）。
經步驟7而可以得到在本發明中作為目的的鎳鋰金屬複合氧化物。所得到之鎳鋰金屬複合氧化物被冷卻，並依據需要藉由以下步驟8對粒度進行調節、捆包、裝載。
（步驟8）破碎步驟，將在步驟7中所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的凝聚粒子溶解。步驟8依據需要在步驟7之後進行。在步驟8中使用噴磨機等破碎機來破壞燒成後的低鹼性鎳鋰金屬複合氧化物粉體凝聚之粒子。若使用適當地被細粒化之鎳鋰金屬複合氧化物，則可以得到均勻且塗佈性優異的正極劑漿料。藉由這種正極劑漿料而能夠提高正極電極的生產率。而且，正極活性物質的離子釋放性亦得到穩定化，電池性能亦有所提高。
經步驟1～7或者經步驟1～8，可以得到微細粒狀的鎳鋰金屬複合氧化物。該粒子的中粒徑為20μm以下，通常在5～10μm的範圍內。
由本發明的製造方法而得到之鎳鋰金屬複合氧化物，將其2g分散於100g水中時的上清液的氫離子濃度以pH計為11.65以下，可稱作低鹼性的鋰離子電池正極活性物質。顯示低鹼性的本發明的鎳鋰金屬複合氧化物與作為黏合劑而包含於鋰離子電池正極劑漿料中的PVDF的反應性較低。因此，將本發明的鎳鋰金屬複合氧化物作為正極活性物質而使用之情況下，不易引起正極製造時的正極劑漿料的凝膠化，且不會破壞正極劑漿料與電極的密合性。
由本發明的製造方法得到之鎳鋰金屬複合氧化物的充放電特性亦優異。其0.1C放電容量為175mAh/g以上，首次充放電效率為83%以上。
依據本發明，作為鋰離子電池正極活性物質的性能得到提高，而且，可以提供低成本的鎳鋰金屬複合氧化物。
本發明的鎳鋰金屬複合氧化物作為鋰離子電池的正極活性物質較佳。可以僅藉由本發明的鎳鋰金屬複合氧化物粉體而構成鋰離子電池的正極活性物質，亦可以在本發明的鎳鋰金屬複合氧化物粉體混合其它鎳鋰金屬複合氧化物。例如能夠將本發明的低鹼性鎳鋰金屬複合氧化物粉體50重量份和除了本發明以外的鋰離子電池二次電池用正極活性物質50重量份進行混合的物質用作正極活性物質。在製造鋰離子電池的正極的情況下，添加包含上述本發明的鎳鋰金屬複合氧化物粉體的正極活性物質、導電助劑、黏合劑及分散用有機溶劑而製備正極用合劑漿料，並塗佈於電極，製造鋰離子電池正極。     【實施例】
（實施例1）為本發明的製造方法的具體例。按以下的順序製造出由氫氧化鎳和氫氧化鈷構成之前體粉末。
（步驟1）在溶解槽中將硫酸鎳溶解於水而製備20重量%的硫酸鎳水溶液。在另外的溶解槽中將硫酸鈷溶解於水而製備20重量%的硫酸鈷水溶液。
（步驟2）將20重量%的硫酸鎳水溶液以701g/h的供給比例，將20重量%的硫酸鈷水溶液以133g/h的供給比例連續投入到帶攪拌葉片的沉澱槽中。再將48重量%的氫氧化鈉水溶液以199g/h的供給比例、將3.8重量%的氨水以334g/h的供給比例連續投入到帶攪拌葉片的沉澱槽中，製造出氫氧化鎳和氫氧化鈷的共沈物。
（步驟3）將沉澱槽的內裝物進行過濾器過濾，在分取包含氫氧化鎳-氫氧化鈷共沈物的混合物濾餅之後，用純水進行了清洗。從而得到包含氫氧化鎳和氫氧化鈷的前體濾餅。
（步驟4）將步驟3中所得到之前體濾餅進行了真空乾燥至水分含有率為0.9重量%。得到前體粉末。
（步驟5）在混合機內，對步驟4中所得到之前體粉末，將氫氧化鋁和碳酸鋰在剪切條件下進行了混合。以鋁成為5莫耳%的方式對前體量添加了氫氧化鋁。
（步驟6）將步驟5中所得到之混合物在乾燥氧氣中以850℃燒成了5小時。
（步驟7）將經步驟6得到之燒成物持續在乾燥氧氣中以750℃燒成了5小時。從而得到本發明的鎳鋰金屬複合氧化物。
由以下方法評價了所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的鹼性程度。 （25℃下的pH） 使所得到之鎳鋰金屬複合氧化物2g分散於25℃且100g的水中，在磁力攪拌器上攪拌3分鐘之後，測定出過濾時的氫離子濃度（pH）。將測定結果在表1中示出。
然而，鎳系正極材料的充放電中的過渡金屬的氧化環原，通常藉由正極活性物質的正3價離子的狀態（放電狀態。以下，簡記為“M3+”。）和正4價離子（充電狀態。以下，簡記為“M4+”。）的可逆反應而完成。在此，若不助於充放電的鎳或鈷的更穩定的氧化狀態即正2價離子的狀態（以下，簡記為“M2+”。）大量共存於活性物質內，則會給電池的充放電性能帶來不良影響。因此，包含更多M3+的正極活性物質為較佳。
尤其，在將碳酸鋰作為鋰源而製造鎳系正極活性物質的情況下，如上所述需要用於分解碳酸鋰的高溫燒成。如上所述，藉由高溫燒成而產生陽離子混合亦給電池性能帶來不良影響，可以預測混合有陽離子的鎳以M2+狀態存在於3a位（鋰離子位）。
於是，為了評價作為所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的正極活性物質的潛在能力，按照以下A～E的順序對其M3+狀態的程度進行了測定和計算。計算結果在表1中示出。另外，將M為鐵原子時的上述正2價離子狀態、正3價離子狀態標記為“Fe2+”、“Fe3+”。
（A．0.1M硫酸鐵（II）銨的製備） 1．在1000ml玻璃瓶中添加純水300ml。 2．在添加硫酸50ml之後，冷卻至室溫。 3．添加硫酸鐵銨六水合物40g（0.1M）而使其溶解。 4．在過濾之後移到容量為1升的量瓶，並混合至1升。
（B．毛坯的準備） 將A溶液25ml用移液管放入邁耶燒瓶中，並添加水50ml作為毛坯溶液。
（C．滴定試樣的製備） 1．在100ml燒杯中量取試樣100mg。 2．用移液管取A溶液25ml添加到1中，進而添加水50ml。 3．放入攪拌子，將燒杯蓋上蓋子並用攪拌器進行攪拌而使其溶解（所需時間為60分鐘）。此時，若大氣捲入，則Fe2+藉由氧氣而被氧化為Fe3+且精確度變差，因此不使用渦流方式，而以不產生氣泡的程度進行攪拌。 4．在溶解之後，將燒杯內溶液全部移到邁耶燒瓶中（使用洗滌瓶而洗掉）。
（D．滴定） 1．用0.02M過錳酸鉀溶液滴定B毛坯溶液。反應終點進行至過錳酸鉀的紫色消失（呈淡粉色）。 2．同樣地滴定C試樣溶液。此時的反應終點確認為與毛坯的反應終點顏色相同。
（E．計算）以下式計算試樣中的M3+的比例。 （M3+含量）=（毛坯的滴定量（ml）-樣品的滴定量（ml））×過錳酸鉀水溶液因子×（鎳原子量×存在莫耳比+鈷原子量×存在莫耳比）×0.01/試樣量（g）/0.58（活性物質中的金屬比例）
另外，將對所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的0.1C放電容量和充放電效率進行測定的結果，在表1中示出。
（實施例2）為本發明的製造方法的具體例。以與實施例1相同的方式進行了步驟1～步驟5。（步驟6）將步驟5中所得到之混合物，在濕潤氧氣（40℃下的水的飽和蒸氣壓力）中以850℃燒成了5小時。（步驟7）將經步驟6得到之燒成物，在乾燥氧氣中以750℃燒成了5小時。從而得到本發明的鎳鋰金屬複合氧化物。將所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的評價結果在表1中示出。
（實施例3）為本發明的製造方法的具體例。以與實施例1相同的方式進行了步驟1～步驟5。（步驟6）將步驟5中所得到之混合物，在乾燥氧氣中以850℃燒成了10小時。（步驟7）將經步驟6得到之燒成物，在乾燥氧氣中以780℃燒成了5小時。從而得到本發明的鎳鋰金屬複合氧化物。將所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的評價結果在表1中示出。
（實施例4）為本發明的製造方法的具體例。以與實施例1相同的方式進行了步驟1～步驟4。（步驟5）在混合機內，對步驟4中所得到之前體粉末，將氫氧化鋁和碳酸鋰在剪切條件下進行了混合。以鋁相對於前體總量成為2重量%的方式添加了氫氧化鋁。（步驟6）將步驟5中所得到之混合物，在乾燥氧氣中以850℃燒成了10小時。（步驟7）將經步驟6得到之燒成物，在乾燥氧氣中以780℃燒成了5小時。從而得到本發明的鎳鋰金屬複合氧化物。將所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的評價結果在表1中示出。
（實施例5）為本發明的製造方法的具體例。以與實施例1相同的方式進行了步驟1～步驟5。（步驟6）將步驟5中所得到之混合物，在乾燥氧氣中以810℃燒成了10小時。（步驟7）將經步驟6得到之燒成物，在乾燥氧氣中以780℃燒成了5小時。從而得到本發明的鎳鋰金屬複合氧化物。將所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的評價結果在表1中示出。
（實施例6）為本發明的製造方法的具體例。以與實施例1相同的方式進行了步驟1～步驟5。（步驟6）將步驟5中所得到之混合物，在乾燥氧氣中以830℃燒成了10小時。（步驟7）將經步驟6得到之燒成物，在乾燥氧氣中以780℃燒成了5小時。從而得到本發明的鎳鋰金屬複合氧化物。將所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的評價結果在表1中示出。
（比較例1）為將氫氧化鋰作為原料的現有方法的例子。以與實施例1相同的方式進行了步驟1～步驟5。將步驟5中所得到之混合物，在濕潤氧氣（40℃下的水的飽和蒸氣壓力）中以790℃燒成了5小時。在燒成結束時，將氣氛切換為乾燥氧氣而進行了自然冷卻。將所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的評價結果在表1中示出。
[表1]
由表1的pH值可知實施例1～4中所得到之鎳鋰金屬複合氧化物與比較例1中所得到之鎳鋰金屬複合氧化物相比更為低鹼性。另外，從表1中，關於M3+含量在實施例1～4與鋰原料中使用氫氧化鋰的比較例之間並未發現顯著差異。如此在本發明的鎳鋰金屬複合氧化物中，不視為作為藉由原料變更而產生之正極活性物質的潛在能力的下降。
而且，在充放電特性方面，在實施例1～4中所得到之鎳鋰金屬複合氧化物與比較例1中所得到之鎳鋰金屬複合氧化物相比更優異。藉此，若綜合評價低鹼性、活性金屬種類含量、充放電特性，則可以說在本發明的鋰原料中使用氫氧化鋰的製造方法中，可以得到以現有方法無法得到之優異的鎳鋰金屬複合氧化物。 【產業上的可利用性】
本發明作為供給低成本且高性能的鋰離子電池的手段係有利的。本發明中所得到之鎳鋰金屬複合氧化物和利用該鎳鋰金屬複合氧化物的鋰離子電池，對移動情報終端、電池搭載車輛的進一步低成本化有貢獻。
1‧‧‧步驟1（溶解步驟）
2‧‧‧步驟2（沉澱步驟）
3‧‧‧步驟3（過濾步驟）
4‧‧‧步驟4（乾燥步驟）
5‧‧‧步驟5（混合步驟）
6‧‧‧步驟6（高溫燒成步驟）
7‧‧‧步驟7（低溫燒成步驟）
8‧‧‧步驟8（破碎步驟）
9‧‧‧填充、捆包步驟
10‧‧‧硫酸鎳
11‧‧‧硫酸鈷
12‧‧‧碳酸鋰
13‧‧‧氫氧化鋁
14‧‧‧鎳鋰金屬複合氧化物製品
圖1係示意地表示本發明的製造方法的流程圖。
1‧‧‧步驟1(溶解步驟)
2‧‧‧步驟2(沉澱步驟)
3‧‧‧步驟3(過濾步驟)
4‧‧‧步驟4(乾燥步驟)
5‧‧‧步驟5(混合步驟)
6‧‧‧步驟6(高溫燒成步驟)
7‧‧‧步驟7(低溫燒成步驟)
8‧‧‧步驟8(破碎步驟)
9‧‧‧填充、捆包步驟
10‧‧‧硫酸鎳
11‧‧‧硫酸鈷
12‧‧‧碳酸鋰
13‧‧‧氫氧化鋁
14‧‧‧鎳鋰金屬複合氧化物製品

Claims (13)

  1. 一種鎳鋰金屬複合氧化物的製造方法，其包括以下步驟1~7，使用碳酸鋰作為鋰原料，並由下式(1)表示，[化學式1]Li x Ni 1-y-z Co y M z O 1.7-2.2 ……(1)其中，在式(1)中，0.90<x<1.10、0.01<y<0.15、0.005<z<0.10，M為選自Al、Mn、W、Nb、Mg、Zr、Zn之1種以上的金屬，步驟1：溶解步驟，將硫酸鎳和硫酸鈷溶解於水而製備硫酸鎳水溶液和硫酸鈷水溶液；步驟2：沉澱步驟，將步驟1中所得到之硫酸鎳水溶液和硫酸鈷水溶液進行混合，並添加鹼性水溶液，製造氫氧化鎳和氫氧化鈷的共沉澱物；步驟3：過濾步驟，由步驟2中所得到之共沉澱物得到由氫氧化鎳和氫氧化鈷構成之前體濾餅；步驟4：乾燥步驟，將步驟3中所得到之前體濾餅進行乾燥而得到前體粉末；步驟5：混合步驟，在步驟4中所得到之前體粉末中混合氫氧化鋁和碳酸鋰；步驟6：高溫燒成步驟，以高於790℃的溫度，對步驟5中所得到之混合物進行燒成；步驟7：低溫燒成步驟，以低於790℃的溫度，對經步驟6得到之燒成物進行燒成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，在步驟6中，將碳酸鋰分解為氧化鋰及/或氫氧化鋰，在步驟7中，使鎳鋰金屬複合氧化物再結晶。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製造方法，其中，步驟6的燒成溫度為高於790℃且900℃以下。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製造方法，其中，步驟7的燒成溫度為700℃以上且小於790℃。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製造方法，其中，在步驟7之後具有步驟8即破碎步驟，該破碎步驟將步驟7中所得到之鎳鋰金屬複合氧化物的凝聚粒子進行分解。
  6. 一種鎳鋰金屬複合氧化物，其藉由申請專利範圍第1~5項中任一項所述之製造方法而得到。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之鎳鋰金屬複合氧化物，其中，使2g分散於100g水時的上清液的氫離子濃度以pH計為11.65以下。
  8. 如申請專利範圍第6或7項所述之鎳鋰金屬複合氧化物，其中，0.1C放電容量為175mAh/g以上。
  9. 如申請專利範圍第6項或第7項所述之鎳鋰金屬複合氧化物，其中，首次的充放電效率為83%以上。
  10. 一種正極活性物質，其包含申請專利範圍第6~9項中任一項所述之鎳鋰金屬複合氧化物。
  11. 一種鋰離子電池用正極合劑，其包含申請專利範圍第10項所述之正極活性物質。
  12. 一種鋰離子電池用正極，其使用申請專利範圍第11項所述之鋰離子電池用正極合劑而被製造。
  13. 一種鋰離子電池，其具備申請專利範圍第12項所述之鋰離子電池用正極。
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