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JP7183814B2 - Nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide and manufacturing method thereof, positive electrode active material for lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide and manufacturing method thereof, positive electrode active material for lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof, and lithium ion secondary battery Download PDF

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JP7183814B2 JP2019010690A JP2019010690A JP7183814B2 JP 7183814 B2 JP7183814 B2 JP 7183814B2 JP 2019010690 A JP2019010690 A JP 2019010690A JP 2019010690 A JP2019010690 A JP 2019010690A JP 7183814 B2 JP7183814 B2 JP 7183814B2
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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体であるニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物およびその製造方法、該ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を前駆体として得られるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法、並びに、該リチウムイオン二次電池用正極活物質を正極材料として用いたリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide that is a precursor of a positive electrode active material for a lithium-ion secondary battery, a method for producing the same, and lithium-nickel-manganese-cobalt obtained by using the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide as a precursor. The present invention relates to a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries comprising a composite oxide, a method for producing the same, and a lithium ion secondary battery using the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries as a positive electrode material.

近年、スマートフォン、タブレット端末、デジタルカメラ、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二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電池式電気自動車などの電気自動車用の電源として高出力の二次電池の開発が強く望まれている。 In recent years, with the spread of mobile electronic devices such as smart phones, tablet terminals, digital cameras, and laptop computers, there is a strong demand for the development of small, lightweight secondary batteries with high energy density. Also, there is a strong demand for the development of high-output secondary batteries as power sources for electric vehicles such as hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and battery-powered electric vehicles.

このような要求を満たす二次電池として、リチウムイオン二次電池がある。このリチウムイオン二次電池は、負極、正極、非水電解質あるいは固体電解質などで構成され、その負極および正極の材料として用いられる活物質には、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。なお、非水電解質としては、支持塩であるリチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液があり、固体電解質としては、不燃性でリチウムイオン伝導性を有する無機あるいは有機の固体電解質がある。 As a secondary battery that satisfies such requirements, there is a lithium ion secondary battery. The lithium-ion secondary battery consists of a negative electrode, a positive electrode, a non-aqueous electrolyte or a solid electrolyte, etc. The active material used for the negative electrode and positive electrode is a material capable of desorbing and intercalating lithium. used. As the non-aqueous electrolyte , there is a non-aqueous electrolytic solution obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent. be.

このリチウムイオン二次電池のうち、層状岩塩型またはスピネル型の構造を有するリチウム遷移金属含有複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として、研究開発および実用化が進められている。 Among these lithium ion secondary batteries, a lithium ion secondary battery using a lithium transition metal-containing composite oxide having a layered rock salt or spinel structure as a positive electrode material can obtain a voltage of 4V class, so it has high energy. Research and development and practical application are proceeding as a battery having a high density.

このようなリチウムイオン二次電池の正極材料として、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)、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)、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/3)、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)などのリチウム遷移金属含有複合酸化物からなる正極活物資が提案されている。 As a positive electrode material for such a lithium ion secondary battery, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) which is relatively easy to synthesize, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel which is cheaper than cobalt, lithium nickel manganese cobalt composite oxide (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ), lithium manganese composite oxide using manganese (LiMn 2 O 4 ), lithium nickel manganese composite oxide (LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 ) and other lithium-transition metal-containing composite oxides have been proposed.

近年、これらのリチウム遷移金属含有複合酸化物の中でも、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/3)を含む、遷移金属として、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物(NMC)からなる三元系の正極活物質は、熱安定性に優れ、高容量で、電池容量のサイクル特性も良好で、かつ、低抵抗で高出力が得られる材料として注目されている。リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化物などと同じく、層状結晶構造を有する化合物である。 In recent years, among these lithium-transition metal - containing composite oxides, at least nickel, manganese , and A ternary positive electrode active material composed of a cobalt-containing lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide (NMC) has excellent thermal stability, high capacity, good battery capacity cycle characteristics, and low resistance. It is attracting attention as a material that can obtain high output in Lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide is a compound having a layered crystal structure, like lithium-cobalt composite oxide and lithium-nickel composite oxide.

リチウム遷移金属含有複合酸化物に関しては、その内部抵抗の低減による高出力化にその開発の重点が置かれており、リチウムニッケル複合酸化物の特性を改善した、リチウムニッケルコバルトアルミニウム含有複合酸化物(NCA)も着目されているが、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物は、このリチウムニッケルコバルトアルミニウム含有複合酸化物との比較においても、耐候性により優れ、かつ、より取り扱いやすい材料であることから、リチウム遷移金属含有複合酸化物の開発において、最重要視されている。 Regarding lithium-transition metal-containing composite oxides, emphasis is placed on the development of higher output by reducing internal resistance, and lithium-nickel-cobalt-aluminum-containing composite oxides ( NCA) is also drawing attention, but the lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide is superior in weather resistance and easier to handle than the lithium-nickel-cobalt-aluminum-containing composite oxide. It is considered the most important in the development of lithium transition metal-containing composite oxides.

リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる三元系の正極活物質に対しては、特に、電気自動車用の電源用途において、さらなる内部抵抗の低減による高出力化が高いレベルで要求されている。 A ternary positive electrode active material composed of a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide is highly demanded to have a higher output due to a further reduction in internal resistance, particularly in power supply applications for electric vehicles.

リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の出力特性やサイクル特性を改善するためには、まず、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物が、3μm~10μm程度の小粒径で、粒度分布が狭い粒子によって構成されていることが必要である。粒径が小さい粒子とすることにより、その比表面積が大きく、正極活物質として用いた場合に電解質との反応面積を十分に確保することができ、さらに、正極を薄く構成し、リチウムイオンの正極-負極間の移動距離を短くすることができるため、正極抵抗の低減を図ることが可能となる。また、粒度分布が狭い粒子とすることにより、電極内で粒子に印加される電圧を均一化できるため、微粒子の選択的な劣化による電池容量の低下を抑制することが可能となる。 In order to improve the output characteristics and cycle characteristics of the lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide, first, the lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide is composed of particles having a small particle size of about 3 μm to 10 μm and a narrow particle size distribution. It is necessary that By using particles with a small particle size, the specific surface area is large, and when used as a positive electrode active material, a sufficient reaction area with the electrolyte can be secured. - Since the moving distance between the negative electrodes can be shortened, it is possible to reduce the positive electrode resistance. In addition, by using particles with a narrow particle size distribution, the voltage applied to the particles in the electrode can be made uniform, so it is possible to suppress a decrease in battery capacity due to selective deterioration of the fine particles.

また、出力特性のさらなる改善を図るために、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の粒子構造の改善についても研究開発が進められている。たとえば、出力特性の改善には、正極活物質の内部に、電解質が侵入可能な空間部を形成することが有効であると考えられる。このような構造を採用することにより、粒径が同程度である中実構造の正極活物質と比べて、電解質との反応面積を大きくすることができるため、正極抵抗を大幅に低減することが可能となる。なお、正極活物質は、その前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物の粒子性状を引き継ぐことが知られている。すなわち、上述した正極活物質を得るためには、その前駆体である遷移金属含有複合水酸化物の二次粒子の粒径、粒度分布、および粒子構造などを適切に制御することが必要となる。 In addition, in order to further improve the output characteristics, research and development are also proceeding on improving the particle structure of lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxides. For example, in order to improve the output characteristics, it is considered effective to form a space into which the electrolyte can enter inside the positive electrode active material. By adopting such a structure, the positive electrode resistance can be significantly reduced because the reaction area with the electrolyte can be increased compared to a positive electrode active material with a solid structure having approximately the same particle size. It becomes possible. It is known that the positive electrode active material inherits the particle properties of the transition metal-containing composite hydroxide as its precursor. That is, in order to obtain the positive electrode active material described above, it is necessary to appropriately control the particle size, particle size distribution, particle structure, etc. of the secondary particles of the transition metal-containing composite hydroxide, which is the precursor thereof. .

たとえば、WO2014/181891号公報や特開2018-104275号公報には、少なくとも遷移金属を含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体とを含む核生成用水溶液のpH値を12.0~14.0となるように制御して、核生成を行う核生成工程と、生成した核を含有する粒子成長用水溶液のpH値を、核生成工程のpH値よりも低く、かつ、10.5~12.0となるように制御して成長させる粒子成長工程を備え、核生成工程および粒子成長工程の初期を非酸化性雰囲気とするとともに、粒子成長工程における所定のタイミングで、酸化性雰囲気に切り替えた後、再度、非酸化性雰囲気に切替える雰囲気制御を2回行うことを特徴とする遷移金属含有複合水酸化物の製造方法が開示されている。この方法によれば、小粒径で粒度分布が狭く、かつ、板状または針状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、中心部の外側に微細一次粒子が凝集して形成された低密度層と、板状一次粒子が凝集して形成された高密度層が交互に積層した積層構造を2つ備える二次粒子からなる遷移金属含有複合水酸化物を得ることができる。このような構造の遷移金属含有複合水酸化物を前駆体とする正極活物質は、小粒径で粒度分布が狭く、空間部を有する多孔質構造を備えたものとなる。このような多孔質構造の正極活物質を用いた二次電池では、容量特性、サイクル特性とともに、出力特性を改善することが可能である。 For example, in WO2014/181891 and JP-A-2018-104275, an aqueous solution for nucleation containing at least a metal compound containing a transition metal and an ammonium ion donor has a pH value of 12.0 to 14.0. The pH value of the nucleation step for generating nuclei and the aqueous solution for particle growth containing the generated nuclei is lower than the pH value of the nucleation step and is 10.5 to 12.0. A non-oxidizing atmosphere is provided at the beginning of the nucleation step and the grain growth step, and at a predetermined timing in the grain growth step, the atmosphere is switched to an oxidizing atmosphere, Again, a method for producing a transition metal-containing composite hydroxide is disclosed, characterized in that the atmosphere is controlled twice to switch to a non-oxidizing atmosphere. According to this method, it has a small particle size and a narrow particle size distribution, and has a central portion formed by agglomeration of plate-like or needle-like primary particles, and is formed by agglomeration of fine primary particles outside the central portion. It is possible to obtain a transition metal-containing composite hydroxide composed of secondary particles having two laminated structures in which low-density layers formed by agglomeration of plate-like primary particles are alternately laminated. A positive electrode active material whose precursor is a transition metal-containing composite hydroxide having such a structure has a small particle size, a narrow particle size distribution, and a porous structure having spaces. In a secondary battery using such a positive electrode active material having a porous structure, it is possible to improve capacity characteristics, cycle characteristics, and output characteristics.

WO2014/181891号公報WO2014/181891 特開2018-104275号公報JP 2018-104275 A

しかしながら、本発明者らの検討によれば、多孔質構造の二次粒子からなるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる正極活物質において、エネルギー密度をさらに高めるために、そのニッケル比率を高めることを企図したところ、ニッケルとマンガンとコバルトの比が1:1:1であるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物との比較では、電解質との接触により粒子構造の劣化がより早く進行することにより、正極活物質の耐久性が損なわれて、そのために内部抵抗(正極界面抵抗)が増加し、出力特性が低下するという問題が生ずるとの知見が得られた。 However, according to the study of the present inventors, in order to further increase the energy density in the positive electrode active material composed of a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide composed of secondary particles having a porous structure, the nickel ratio can be increased. When compared with a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide in which the ratio of nickel, manganese, and cobalt is 1:1:1, contact with the electrolyte accelerates the deterioration of the grain structure, resulting in It has been found that the durability of the positive electrode active material is impaired, resulting in an increase in internal resistance (interfacial resistance of the positive electrode) and a decrease in output characteristics.

このような問題に鑑みて、本発明は、ニッケル比率を高めたリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる正極活物質においても、その耐久性を向上させて、出力特性の改善の効果が十分に確保される粒子構造を実現すること、および、そのような正極活物質の構造を実現するための、前駆体としてのニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の粒子構造を実現すること、および、そのような構造の正極活物質およびその前駆体を工業的に効率よく製造するための手段を提供することを目的とする。 In view of such problems, the present invention improves the durability of a positive electrode active material made of a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide with an increased nickel ratio, and the effect of improving the output characteristics is sufficiently improved. realizing a guaranteed grain structure and a grain structure of a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide as a precursor for realizing such a positive electrode active material structure, and such An object of the present invention is to provide means for industrially efficiently producing a positive electrode active material having a similar structure and a precursor thereof.

本発明は、遷移金属として、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物(NMC)からなる三元系のリチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体としてのニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物とその製造方法、および、該ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を前駆体として得られる三元系の正極活物質とその製造方法、並びに、該正極活物質を正極材料として用いたリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention provides a positive electrode active material precursor for a ternary lithium ion secondary battery comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide (NMC) containing at least nickel, manganese, and cobalt as transition metals. A nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide and its production method, a ternary positive electrode active material obtained by using the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide as a precursor, a production method thereof, and a positive electrode using the positive electrode active material It relates to a lithium ion secondary battery used as a material.

本発明の第1の態様に係るニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物は、リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体であって、複数の板状一次粒子および該板状一次粒子よりも小さな微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなる。 The nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide according to the first aspect of the present invention is a precursor of a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising a plurality of plate-like primary particles and particles smaller than the plate-like primary particles. It consists of secondary particles formed by aggregation of fine primary particles.

本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を構成する前記二次粒子は、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された中心部と、該中心部の外側に、主として前記微細一次粒子が凝集して形成された第1の低密度層と、第1の低密度層の外側に、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された高密度層と、該高密度層の外側に、主として前記微細一次粒子が凝集して形成された第2の低密度層と、第2の低密度層の外側に、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された外殻層と、該外殻層の外側に、主として前記微細一次粒子が凝集して形成された第3の低密度層とを備える。 The secondary particles constituting the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide of the present invention include a central portion formed mainly by agglomeration of the plate-like primary particles, and mainly the fine primary particles outside the central portion. A first low-density layer formed by aggregation, a high-density layer formed mainly by aggregation of the plate-shaped primary particles outside the first low-density layer, and outside the high-density layer, a second low-density layer formed mainly by agglomeration of the fine primary particles; an outer shell layer formed mainly by agglomeration of the plate-like primary particles outside the second low-density layer; Outside the shell layer, a third low-density layer formed mainly by aggregation of the fine primary particles is provided.

特に、本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物では、前記中心部、前記高密度層、および、前記外殻層は、ニッケル、マンガン、およびコバルトの合計に対するニッケルの原子比であるニッケル比率が0.4を超える高ニッケル比率の組成を有し、第1の低密度層、第2の低密度層、および、第3の低密度層は、前記ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下である低ニッケル比率の組成を有する。 In particular, in the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide of the present invention, the core, the high-density layer, and the outer shell layer have a nickel ratio, which is the atomic ratio of nickel to the total of nickel, manganese, and cobalt. A first low density layer, a second low density layer, and a third low density layer having a composition with a high nickel ratio greater than 0.4, wherein the nickel ratio is greater than 0.1 and 0.4. It has a low nickel ratio composition of 4 or less.

前記二次粒子の平均粒径MVは、4μm~11μmの範囲にあり、かつ、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は、0.65以下であることが好ましい。 The average particle diameter MV of the secondary particles is in the range of 4 μm to 11 μm, and [(d90−d10)/average particle diameter MV], which is an index showing the spread of the particle size distribution of the secondary particles, is 0. 0.65 or less is preferred.

前記中心部の半径は、前記二次粒子の粒径の20%~40%の範囲にあり、第1の低密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の3%~15%の範囲にあり、前記高密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にあり、第2の低密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にあり、前記外殻層の厚さは、前記二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にあり、第3の低密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にあることが好ましい。 The radius of the central portion is in the range of 20% to 40% of the particle size of the secondary particles, and the thickness of the first low density layer is 3% to 15% of the particle size of the secondary particles. range, the thickness of the high-density layer is in the range of 2% to 10% of the particle size of the secondary particles, and the thickness of the second low-density layer is in the range of the particle size of the secondary particles. In the range of 2% to 10%, the thickness of the outer shell layer is in the range of 2% to 10% of the particle size of the secondary particles, and the thickness of the third low-density layer is in the range of the second It is preferably in the range of 2% to 10% of the particle size of the secondary particles.

前記板状一次粒子の粒径は、0.3μm~3μmの範囲にあり、前記微細一次粒子の粒径は、0.01μm~0.3μmの範囲にあることが好ましい。 It is preferable that the plate-like primary particles have a particle size in the range of 0.3 μm to 3 μm, and the fine primary particles have a particle size in the range of 0.01 μm to 0.3 μm.

前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物は、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.4≦x≦0.70、0.15≦y≦0.4、0.15≦z≦0.3、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成を有することが好ましい。 The nickel -manganese- cobalt -containing composite hydroxide has the general formula (A): NixMnyCozMt ( OH ) 2+a (x+y+z+t=1, 0.4≤x≤0.70, 0.15≤y≤ 0.4, 0.15≦z≦0.3, 0≦t≦0.1, 0≦a≦0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo , Hf, Ta, and W).

本発明の第2の態様に係るニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法は、反応槽内に、少なくとも遷移金属を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、晶析反応によって、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を得る工程を備える。前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を得る工程において、前記反応水溶液のアンモニウムイオンの濃度は3g/L~25g/Lの範囲となるように制御される。 In the method for producing a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide according to the second aspect of the present invention, an aqueous raw material solution containing at least a transition metal and an aqueous solution containing an ammonium ion donor are supplied into a reaction vessel to react. A step of forming an aqueous solution and obtaining a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide by a crystallization reaction is provided. In the step of obtaining the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide, the concentration of ammonium ions in the reaction aqueous solution is controlled within the range of 3 g/L to 25 g/L.

本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法は、前記反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を12.0~14.0の範囲となるように制御することにより、核生成を行う核生成工程と、該核生成工程で得られた核を含む反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を、前記核生成工程のpH値よりも低く、かつ、10.5~12.0の範囲となるように制御することにより、前記核を成長させる、粒子成長工程とを備える。 In the method for producing a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide of the present invention, nucleation is suppressed by controlling the pH value of the reaction aqueous solution at a liquid temperature of 25° C. in the range of 12.0 to 14.0. The nucleation step to be performed, and the pH value of the reaction aqueous solution containing nuclei obtained in the nucleation step, at a liquid temperature of 25 ° C., is lower than the pH value of the nucleation step and is 10.5 to 12.0. and a grain growth step of growing the nuclei by controlling the range of

本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法では、(1)前記核生成工程および前記粒子成長工程の第1段階(初期段階)における反応雰囲気を酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に調整し、(2)前記粒子成長工程の第1段階の後に、前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から酸素の濃度が5容量%を超える酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第2段階とし、(3)次に、前記反応雰囲気を、前記酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第3段階とし、(4)次に、前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から前記酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第4段階とし、(5)さらに、前記反応雰囲気を、前記酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第5段階とし、(6)最後に、前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から前記酸化性雰囲気に切り換えて、前記粒子成長工程の第6段階とする。 In the method for producing a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide of the present invention, (1) the reaction atmosphere in the first stage (initial stage) of the nucleation step and the grain growth step is a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less. (2) after the first stage of the grain growth step, the reaction atmosphere is switched from the non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of more than 5% by volume, and the grain growth is (3) switching the reaction atmosphere from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere as a third step of the grain growth process; (4) then reacting (5) further switching the reaction atmosphere from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere; (6) Finally, the reaction atmosphere is switched from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere, which is the sixth stage of the grain growing process .

特に、本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法では、前記核生成工程および前記粒子成長工程の第1段階、第3段階、および第5段階において供給される前記原料水溶液は、ニッケル、マンガン、およびコバルトの合計に対するニッケルの原子比であるニッケル比率が0.4を超える高ニッケル比率の組成を有し、前記粒子成長工程の第2段階、第4段階、および第6段階で供給される前記原料水溶液は、前記ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下である低ニッケル比率の組成を有する。 In particular, in the method for producing a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide of the present invention, the raw material aqueous solution supplied in the first, third, and fifth stages of the nucleation step and the particle growth step contains nickel having a high nickel ratio composition in which the atomic ratio of nickel to the sum of , manganese and cobalt is greater than 0.4 and supplied in the second, fourth and sixth stages of the grain growth process The raw material aqueous solution to be used has a low nickel ratio composition in which the nickel ratio is more than 0.1 and not more than 0.4.

また、前記反応雰囲気の切り替えを、前記粒子成長工程において添加される全金属量に対しそれぞれの段階で添加される金属量の割合で定義される、前記粒子成長工程全体に対するそれぞれの段階における晶析反応の割合について、第1段階を8%~20%とし、第2段階を2%~20%とし、第3段階を12%~40%とし、第4段階を3%~40%とし、第5段階を10%~40%とし、第6段階を2%~20%とすることが好ましい。 Further, the switching of the reaction atmosphere is defined by the ratio of the amount of metal added at each stage to the total amount of metal added in the grain growth process, and the crystallization at each stage for the entire grain growth process. Regarding the reaction rate, the first stage is 8% to 20%, the second stage is 2% to 20%, the third stage is 12% to 40%, the fourth stage is 3% to 40%, and the fourth stage is 3% to 40%. It is preferable to set the 5th stage to 10% to 40% and the 6th stage to 2% to 20%.

前記反応雰囲気の切り替えに際して、酸化性ガスおよび非酸化性ガスの導入を、散気管を用いて行うことが好ましい。 When switching the reaction atmosphere, it is preferable to introduce the oxidizing gas and the non-oxidizing gas using an air diffuser.

前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物は、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.4≦x≦0.70、0.15≦y≦0.3、0.15≦z≦0.4、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成を有することが好ましい。 The nickel -manganese- cobalt -containing composite hydroxide has the general formula (A): NixMnyCozMt ( OH ) 2+a (x+y+z+t=1, 0.4≤x≤0.70, 0.15≤y≤ 0.3, 0.15≦z≦0.4, 0≦t≦0.1, 0≦a≦0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo , Hf, Ta, and W).

本発明の第3の態様に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる三元系の正極活物質であって、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。 A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to a third aspect of the present invention is a ternary positive electrode active material comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide, and is formed by aggregation of a plurality of primary particles. composed of secondary particles.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質において、前記二次粒子は、多孔質構造を備え、具体的には、該二次粒子は、前記凝集した一次粒子により形成された外殻部と、該外殻部の内側に存在し、前記凝集した一次粒子により形成され、かつ、前記外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、該凝集部の中に分散して存在する空間部とを備える。 In the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, the secondary particles have a porous structure. an aggregated portion existing inside the outer shell portion and formed of the aggregated primary particles and electrically connected to the outer shell portion; and a space dispersedly present in the aggregated portion. and a part.

特に、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質では、前記外殻部および前記凝集部を構成する前記一次粒子は、いずれもニッケル、マンガン、およびコバルトの合計に対するニッケルの原子比であるニッケル比率が0.4を超える高ニッケル比率の組成を有し、かつ、該組成が、前記ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下である低ニッケル比率の組成に傾斜化した表層部を備える。 In particular, in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, the primary particles constituting the outer shell portion and the aggregation portion are all nickel, which is the atomic ratio of nickel to the total of nickel, manganese, and cobalt. A surface layer portion having a composition with a high nickel ratio in which the ratio exceeds 0.4, and the composition is graded to a composition with a low nickel ratio in which the nickel ratio exceeds 0.1 and is 0.4 or less Prepare.

前記二次粒子の外殻部の厚さは、0.1μm~1.0μmの範囲にあることが好ましい。 The thickness of the outer shell portion of the secondary particles is preferably in the range of 0.1 μm to 1.0 μm.

前記二次粒子の平均粒径MVは、3μm~10μmの範囲にあり、かつ、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は、0.7以下であることが好ましい。 The average particle diameter MV of the secondary particles is in the range of 3 μm to 10 μm, and [(d90−d10)/average particle diameter MV], which is an index showing the spread of the particle size distribution of the secondary particles, is 0. .7 or less is preferred.

前記正極活物質のタップ密度は、1.1g/cm~1.8g/cmの範囲にあることが好ましい。 The tap density of the positive electrode active material is preferably in the range of 1.1 g/cm 3 to 1.8 g/cm 3 .

前記正極活物質のBET比表面積は、2.0m/g~5.0m/gの範囲にあることが好ましい。 The BET specific surface area of the positive electrode active material is preferably in the range of 2.0 m 2 /g to 5.0 m 2 /g.

前記正極活物質の吸油量は、35ml/100g~60ml/100gの範囲にあることが好ましい。 The positive electrode active material preferably has an oil absorption in the range of 35 ml/100 g to 60 ml/100 g.

前記正極活物質の(003)面のX線回折による(003)面のピークの半価幅からシェラー式を用いて求めた一次粒子の結晶子径は、300Å~1500Åの範囲にあることが好ましい。 The crystallite diameter of the primary particles obtained by using the Scherrer formula from the half-value width of the peak of the (003) plane in X-ray diffraction of the (003) plane of the positive electrode active material is preferably in the range of 300 Å to 1500 Å. .

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.4≦x≦0.70、0.15≦y≦0.4、0.15≦z≦0.3、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表され、層状構造を有する六方晶系の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなることが好ましい。 The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention has the general formula (B): Li 1+u Ni x Mny Co z MtO 2 (−0.05≦u≦0.50, x+y+z+t=1, 0. 4≤x≤0.70, 0.15≤y≤0.4, 0.15≤z≤0.3, 0≤t≤0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr , Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W) and has a hexagonal crystal structure with a layered structure, and is composed of a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide. is preferred.

本発明の第4の態様に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物とリチウム化合物を混合して、リチウム混合物を形成する混合工程と、前記混合工程で形成された前記リチウム混合物を、酸素濃度が18容量%~100容量%である酸化性雰囲気中、650℃~920℃の範囲にある温度で焼成する焼成工程を備えることを特徴とする。 A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to a fourth aspect of the present invention includes a mixing step of mixing the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide and a lithium compound to form a lithium mixture; A firing step of firing the lithium mixture formed in the mixing step at a temperature in the range of 650° C. to 920° C. in an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 18% to 100% by volume. .

前記混合工程において、前記リチウム混合物を、該リチウム混合物に含まれるリチウム以外の金属の原子数の和と、リチウムの原子数との比が、1:0.95~1.5となるように調整することが好ましい。 In the mixing step, the lithium mixture is adjusted so that the ratio of the sum of the number of metal atoms other than lithium contained in the lithium mixture to the number of lithium atoms is 1:0.95 to 1.5. preferably.

前記混合工程の前に、前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を105℃~750℃の範囲にある温度で熱処理する、熱処理工程をさらに備えることが好ましい。 It is preferable to further include a heat treatment step of heat-treating the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide at a temperature in the range of 105°C to 750°C before the mixing step.

前記リチウムイオン二次電池用正極活物質は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.4≦x≦0.70、0.15≦y≦0.4、0.15≦z≦0.3、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表され、層状構造を有する六方晶系の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなることが好ましい。 The cathode active material for a lithium ion secondary battery has a general formula (B): Li 1+u Ni x Mny Co z MtO 2 (−0.05≦u≦0.50, x+y+z+t=1, 0.4≦ x≦0.70, 0.15≦y≦0.4, 0.15≦z≦0.3, 0≦t≦0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr , Nb, Mo, Hf, Ta, and W) and has a hexagonal crystal structure with a layered structure . .

本発明の第5の態様に係るリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータ、および非水電解質を備え(非水電解質二次電池)、あるいは、正極、負極、および固体電解質を備え(固体電解質二次電池)、前記正極に用いられる正極活物質として、本発明の第3の態様に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質が用いられていることを特徴とする。 A lithium ion secondary battery according to a fifth aspect of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte secondary battery), or a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte (solid electrolyte secondary battery), characterized in that the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the third aspect of the present invention is used as a positive electrode active material used in the positive electrode.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質では、二次粒子の多孔質構造を構成する外殻部と凝集部を構成する一次粒子の粒子構造を、高ニッケル比率の組成とするものの、同時に、その表層部を低ニッケル比率の組成に傾斜化させることにより、外殻部と凝集部を構成する一次粒子自体を、電解質との接触による劣化が阻止される構造としている。このため、全体としてニッケル比率の高いリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物でありながら、優れた出力特性という多孔質構造の正極活物質の特徴を損なうことなく、ニッケル比率を高めてエネルギー密度の向上を図った場合でも、その耐久性を確保することが可能となっている。これにより、従来の均一な組成の多孔質構造の正極活物質との比較において、リチウムイオン二次電池の電池性能を向上させることが可能となる。 In the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, the particle structure of the primary particles constituting the outer shell portion and the aggregation portion constituting the porous structure of the secondary particles has a composition with a high nickel ratio, but at the same time By grading the surface layer portion to a composition with a low nickel ratio, the primary particles themselves constituting the outer shell portion and the agglomerate portion are structured to prevent deterioration due to contact with the electrolyte. For this reason, although the lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide has a high nickel ratio as a whole, it is possible to improve the energy density by increasing the nickel ratio without impairing the characteristics of the positive electrode active material with a porous structure, which is excellent output characteristics. Even if it is intended, it is possible to ensure its durability. This makes it possible to improve the battery performance of the lithium-ion secondary battery in comparison with a conventional positive electrode active material having a porous structure with a uniform composition.

かかる構造の正極活物質は、中心部と、第1の低密度層と、高密度層と、第2の低密度層と、外殻層と、第3の低密度層とからなる層構造の二次粒子からなり、中心部、高密度層、および外殻層を高ニッケル比率の組成とし、第1~第3の低密度層を低ニッケル比率の組成とした構造のニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物を前駆体することにより工業的に製造することが可能である。 The positive electrode active material having such a structure has a layer structure consisting of a central portion, a first low-density layer, a high-density layer, a second low-density layer, an outer shell layer, and a third low-density layer. Nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide having a structure consisting of secondary particles and having a composition with a high nickel ratio in the central part, the high density layer, and the outer shell layer, and a composition with a low nickel ratio in the first to third low density layers. It is possible to manufacture industrially by using the substance as a precursor.

よって、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質を、電気自動車の電源用とのリチウムイオン二次電池の正極材料に適用することにより、従来との比較において、より耐久性に優れ、かつ、高い出力特性を提供することが可能となるため、その工業的な意義は大きいということができる。 Therefore, by applying the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention to the positive electrode material of lithium ion secondary batteries for power sources of electric vehicles, compared with the conventional, more excellent durability and , it is possible to provide high output characteristics, so it can be said that its industrial significance is great.

図1は、本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を構成する二次粒子の構造を概略的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of secondary particles constituting the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide of the present invention. 図2は、本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を製造する工程を示すチャート図である。FIG. 2 is a chart showing steps for producing the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide of the present invention. 図3は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質であるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物を構成する二次粒子の構造を概略的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of secondary particles constituting the lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide, which is the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention. 図4は、図3の二次粒子を構成する一次粒子の構造を概略的に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of primary particles that constitute the secondary particles of FIG. 図5は、電池評価に使用した2032型コイン電池の概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a 2032-type coin battery used for battery evaluation. 図6は、インピーダンス評価の測定例と解析に使用した等価回路の概略説明図である。FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of an example of impedance evaluation measurement and an equivalent circuit used for analysis.

本発明者らは、多孔質構造の二次粒子からなるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる正極活物質において、エネルギー密度をさらに高めるために、そのニッケル比率を高めることを企図したところ、ニッケルとマンガンとコバルトの比が1:1:1であるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物との比較では、電解質との接触により粒子構造の劣化がより早く進行することにより、正極活物質の耐久性が損なわれて、そのために内部抵抗(正極界面抵抗)が増加し、出力特性が低下するという問題が生ずるとの知見が得られた。 The present inventors have attempted to increase the nickel ratio in a positive electrode active material comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide comprising secondary particles of a porous structure, in order to further increase the energy density. and a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide in which the ratio of manganese to cobalt is 1:1:1, the deterioration of the particle structure progresses more quickly due to contact with the electrolyte, and the durability of the positive electrode active material is improved. is damaged, resulting in an increase in the internal resistance (interfacial resistance of the positive electrode) and a problem of deterioration in output characteristics.

本発明者らは、多孔質構造の正極活物質が有する上記課題について鋭意検討したところ、正極活物質を構成する多孔質構造の二次粒子を構成する一次粒子を均一組成とするのではなく、一次粒子自体を高ニッケル比率の組成とする一方で、該一次粒子に、高ニッケル比率の組成から低ニッケル比率の組成に傾斜化した表層部を備えさせることにより、電解質に対して一次粒子を表層部により保護して、二次粒子の構造が破壊されることを防止することができるとの知見を得た。 The present inventors have made intensive studies on the above problems of the positive electrode active material having a porous structure. While the primary particles themselves have a composition with a high nickel ratio, the primary particles are provided with a surface layer portion that is graded from a composition with a high nickel ratio to a composition with a low nickel ratio. It has been found that the structure of the secondary particles can be prevented from being destroyed by protecting the secondary particles with the moieties.

また、このような構造の正極活物質を得るためには、その前駆体であるニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を製造する工程において、正極活物質の内部構造を構成する層構造のうち、中心部、高密度層、および外殻層を形成する工程において、高ニッケル比率の組成を有する原料水溶液を用い、内部構造を構成する層構造のうち、粒子密度が疎となる第1~第3の低密度層を形成する工程において、低ニッケル比率の組成を有する原料水溶液を用いることにより可能となるとの知見を得た。 In addition, in order to obtain a positive electrode active material having such a structure, in the step of producing a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide, which is a precursor thereof, of the layer structure constituting the internal structure of the positive electrode active material, In the step of forming the part, the high-density layer, and the outer shell layer, a raw material aqueous solution having a composition with a high nickel ratio is used, and among the layer structures constituting the internal structure, the first to third layers with sparse particle densities It has been found that the process of forming the low-density layer can be achieved by using a raw material aqueous solution having a composition with a low nickel ratio.

本発明は、このような知見に基づき完成されたものである。以下、本発明について、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物、その製造方法、正極活物質、その製造方法、並びに、リチウムイオン二次電池の順に説明する。 The present invention has been completed based on such findings. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in the order of a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide, a method for producing the same, a positive electrode active material, a method for producing the same, and a lithium ion secondary battery.

1.ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物
(1)ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の粒子構造
本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物(以下、「複合水酸化物」という)は、リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体であって、複数の板状一次粒子、および、板状一次粒子よりも小さな微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子により構成される。二次粒子は、略球状および楕円球状などを含む、丸みを帯びた塊形状を有する。
1. Nickel manganese cobalt containing composite hydroxide (1) Particle structure of nickel manganese cobalt containing composite hydroxide It is a precursor of a positive electrode active material for a battery, and is composed of a plurality of plate-like primary particles and secondary particles formed by agglomeration of fine primary particles smaller than the plate-like primary particles. The secondary particles have rounded mass shapes, including substantially spherical and ellipsoidal shapes.

本発明の複合水酸化物を構成する二次粒子は、図1の概念図に示すように、主として板状一次粒子が凝集して形成された中心部1と、中心部1の外側に、主として微細一次粒子が凝集して形成された第1の低密度層2と、第1の低密度層2の外側に、主として板状一次粒子が凝集して形成された高密度層3と、高密度層3の外側に、主として微細一次粒子が凝集して形成された第2の低密度層4と、第2の低密度層4の外側に、主として板状一次粒子が凝集して形成された外殻層5と、外殻層5の外側に、主として微細一次粒子が凝集して形成された第3の低密度層6とを備える。 Secondary particles constituting the composite hydroxide of the present invention, as shown in the conceptual diagram of FIG. A first low-density layer 2 formed by agglomeration of fine primary particles, a high-density layer 3 formed mainly by agglomeration of plate-like primary particles outside the first low-density layer 2, and a high-density Outside the layer 3, a second low-density layer 4 formed mainly by agglomeration of fine primary particles, and on the outside of the second low-density layer 4, a layer formed mainly by agglomeration of plate-like primary particles It comprises a shell layer 5 and a third low-density layer 6 formed outside the outer shell layer 5 mainly by agglomeration of fine primary particles.

中心部1と、高密度層3と、外殻層5は、基本的には、板状一次粒子により構成されるが、その中に微細一次粒子が含まれることは妨げられない。一方、第1の低密度層2、第2の低密度層4、および第3の低密度層6は、基本的には、微細一次粒子により構成されるが、その中に板状一次粒子が含まれることは妨げられない。特に、第1の低密度層2および第2の低密度層4においては、微細一次粒子が凝集して形成された低密度部の中に、板状一次粒子が凝集して形成された高密度部が存在することができる。より具体的には、第1の低密度層2は、中心部1を構成する板状一次粒子の凝集体の表面と高密度層3を構成する板状一次粒子の凝集体の表面との間に微細一次粒子の凝集体が堆積することにより形成され、第2の低密度層4は、高密度層3を構成する板状一次粒子の凝集体の表面と外殻層5を構成する板状一次粒子の凝集体の表面との間に微細一次粒子の凝集体が堆積することにより形成される。板状一次粒子の凝集体の表面は凹凸があるため、第1の低密度層2および第2の低密度層4は、実質的に、板状一次粒子と微細一次粒子の両方が凝集して形成された構造となる場合がある。 The central portion 1, the high-density layer 3, and the outer shell layer 5 are basically composed of plate-like primary particles, but fine primary particles may be contained therein. On the other hand, the first low-density layer 2, the second low-density layer 4, and the third low-density layer 6 are basically composed of fine primary particles. Inclusion is not prohibited. In particular, in the first low-density layer 2 and the second low-density layer 4, a high-density portion formed by aggregation of plate-like primary particles in a low-density portion formed by aggregation of fine primary particles part can be present. More specifically, the first low-density layer 2 is located between the surface of aggregates of plate-shaped primary particles that constitute central portion 1 and the surface of aggregates of plate-shaped primary particles that constitute high-density layer 3. The second low-density layer 4 is formed by depositing aggregates of fine primary particles on the surface of the plate-like primary particles forming the high-density layer 3 and the plate-like surface forming the outer shell layer 5. It is formed by depositing aggregates of fine primary particles between the surfaces of aggregates of primary particles. Since the surface of the plate-like primary particle aggregates is uneven, the first low-density layer 2 and the second low-density layer 4 are substantially both plate-like primary particles and fine primary particles. It may result in a formed structure.

この場合、第1の低密度層2および第2の低密度層4内において、中心部1の板状一次粒子の凝集体の一部と高密度層3の板状一次粒子の凝集体の一部とが、あるいは、高密度層3の板状一次粒子の凝集体の一部と外殻層5の板状一次粒子の凝集体の一部とが、接触する状態であってもよい。なお、第3の低密度層6は、外殻層5の凹凸のある表面を全体的に被覆する構造を備えてれいればよい。 In this case, in the first low-density layer 2 and the second low-density layer 4, part of the plate-like primary particle aggregates of the central portion 1 and part of the plate-like primary particle aggregates of the high-density layer 3 Alternatively, part of the plate-like primary particle aggregates of the high-density layer 3 and part of the plate-like primary particle aggregates of the outer shell layer 5 may be in contact with each other. The third low-density layer 6 only needs to have a structure that covers the entire uneven surface of the outer shell layer 5 .

複合水酸化物を構成する、このような構造の二次粒子を焼成した場合に、中心部、高密度部、および外殻部を構成する、高ニッケル比率の組成を有する板状一次粒子の凝集体が焼結により一次粒子を構成し、一次粒子同士の連結を維持したまま、第1~第3の低密度層が収縮して、第1~第3の低密度層を構成する、低ニッケル比率の組成を有する微細一次粒子は、前記一次粒子の表面を覆うように、前記一次粒子に吸収される。このため、得られる正極活物質において、後述するように、周方向にわたって一次粒子が凝集した外殻部と、外殻部の内側に存在する一次粒子の凝集部と、該凝集部の間に存在する適切な大きさ気孔からなる空間部とにより構成される。外殻部と、外殻部の内側に存在する一次粒子の凝集部との間、および、内部の一次粒子の凝集部相互間は、それぞれ電気的に導通し、かつ、その経路の断面積が十分に確保される。正極活物質が、全体としては高ニッケル比率の組成を有し、かつ、このような多孔質構造により構成される結果、正極活物質の内部抵抗(正極界面抵抗)を低減しながら、高いエネルギー密度を維持することが可能となる。 When the secondary particles having such a structure that constitute the composite hydroxide are fired, the plate-like primary particles having a high nickel ratio composition that constitute the core, the high-density portion, and the outer shell are aggregated. The aggregate constitutes primary particles by sintering, and the first to third low-density layers shrink while maintaining the connection between the primary particles to constitute the first to third low-density layers, low nickel Fine primary particles having a ratio composition are absorbed into the primary particles so as to cover the surfaces of the primary particles. Therefore, in the obtained positive electrode active material, as described later, the outer shell portion in which the primary particles are aggregated in the circumferential direction, the primary particle aggregate portion existing inside the outer shell portion, and the aggregate portion existing between the aggregate portions and a space composed of pores of appropriate size. Between the outer shell portion and the aggregated portion of the primary particles existing inside the outer shell portion, and between the aggregated portions of the primary particles inside each other, there is electrical continuity, and the cross-sectional area of the path is sufficiently secured. As a result of the positive electrode active material having a composition with a high nickel ratio as a whole and being composed of such a porous structure, the internal resistance (positive electrode interfacial resistance) of the positive electrode active material is reduced, and the energy density is high. can be maintained.

特に、本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物は、このような粒子構造を有しつつ、前記中心部、高密度層、および外殻層は、ニッケル、マンガン、およびコバルトの合計に対するニッケルの原子比であるニッケル比率が0.4を超える高ニッケル比率の組成を有し、第1~第3の低密度層は、前記ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下である低ニッケル比率の組成を有する点に特徴を有する。 In particular, the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide of the present invention has such a particle structure, while the core, high-density layer, and outer shell layer have a ratio of nickel to the total of nickel, manganese, and cobalt. It has a high nickel ratio composition in which the nickel ratio, which is an atomic ratio, exceeds 0.4, and the first to third low density layers are low nickel in which the nickel ratio exceeds 0.1 and is 0.4 or less It is characterized by having a ratio composition.

このような構成とすることにより、このような構造の二次粒子からなる複合水酸化物を焼成した場合、得られた正極活物質において、全体としては、二次粒子(外殻部および凝集部)を構成する一次粒子は、中心部、高密度層、および外殻層を構成する、高ニッケル比率の組成を有する板状一次粒子の焼結により形成される。ただし、焼結の際に、第1の低密度層~第3の低密度層を構成する、低ニッケル比率の組成を有する微細一次粒子が焼成時に一次粒子に吸収される際にその表層部を形成する。よって、一次粒子は、高ニッケル比率の組成から低ニッケル比率の組成に傾斜化した表層部を備え、かかる表層部によって一次粒子自体が保護される。これにより、一次粒子が電解質と接触しても、表層部に保護により、その劣化の進行は進むことがない。よって、効果的に二次粒子の構造を保護および維持することが可能となる。 With such a structure, when a composite hydroxide composed of secondary particles having such a structure is fired, the resulting positive electrode active material has as a whole the secondary particles (the outer shell portion and the aggregation portion ) is formed by sintering plate-like primary particles having a composition with a high nickel proportion, which constitute the core, the dense layer, and the outer shell layer. However, during sintering, when the fine primary particles having a composition with a low nickel ratio that constitute the first low-density layer to the third low-density layer are absorbed by the primary particles during firing, the surface layer part Form. Therefore, the primary particles are provided with a surface layer portion that is graded from a composition with a high nickel ratio to a composition with a low nickel ratio, and the primary particles themselves are protected by the surface layer portion. As a result, even if the primary particles come into contact with the electrolyte, their deterioration does not progress due to the protection of the surface layer. Therefore, it becomes possible to effectively protect and maintain the structure of the secondary particles.

高ニッケル比率の組成では、前記ニッケル比率が0.4を超えて1以下の範囲にある。前記ニッケル比率が0.4を超えて0.8以下の範囲にあることが好ましく、前記ニッケル比率が0.45~0.7の範囲にあることがより好ましい。焼成後に正極活物質の一次粒子を構成する前記層の組成が0.4以下となると、最終的に得られる正極活物質を全体として高ニッケル比率の組成とすることができない。 In a high nickel ratio composition, the nickel ratio is in the range of greater than 0.4 to 1 or less. The nickel ratio is preferably in the range of more than 0.4 to 0.8 or less, and more preferably in the range of 0.45 to 0.7. If the composition of the layer constituting the primary particles of the positive electrode active material after firing is 0.4 or less, the finally obtained positive electrode active material as a whole cannot have a composition with a high nickel ratio.

一方、低ニッケル比率の組成では、前記ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下の範囲にある。前記ニッケル比率は、0.1を超えて0.38以下の範囲にあることが好ましく、前記ニッケル比率は0.2~0.36の範囲にあることがより好ましい。通常は、前記ニッケル比率を0.33、すなわち、ニッケルとマンガンとコバルトの比が1:1:1である組成の水酸化物により構成されればよい。このニッケル比率が0.4を超えると、表層部の形成による一次粒子の保護効果が不十分となる。一方、前記ニッケル比率が0.1以下となると、最終的に得られる正極活物質を全体として高ニッケル比率の組成とすることができなくなる可能性がある。 On the other hand, in the low nickel ratio composition, the nickel ratio is in the range of more than 0.1 to 0.4 or less. The nickel ratio is preferably in the range of more than 0.1 to 0.38 or less, and more preferably in the range of 0.2 to 0.36. Normally, the nickel ratio is 0.33, that is, the hydroxide is composed of nickel, manganese, and cobalt in a ratio of 1:1:1. If the nickel ratio exceeds 0.4, the protective effect of the primary particles due to the formation of the surface layer portion becomes insufficient. On the other hand, if the nickel ratio is 0.1 or less, there is a possibility that the finally obtained positive electrode active material cannot have a composition with a high nickel ratio as a whole.

なお、本発明において、高ニッケル比率の組成におけるニッケル比率と、低ニッケル比率におけるニッケル比率との差は、0.10以上であることが好ましく、0.15以上であることがより好ましい。このニッケル比率の差が、0.10未満であると、得られる正極活物質の全体において、高ニッケル比率の組成が得られないか、あるいは、二次粒子の劣化を抑制する効果が十分に得られない可能性がある。 In the present invention, the difference between the nickel ratio in the high nickel ratio composition and the nickel ratio in the low nickel ratio composition is preferably 0.10 or more, more preferably 0.15 or more. If the difference in the nickel ratio is less than 0.10, a composition with a high nickel ratio cannot be obtained in the entire positive electrode active material to be obtained, or the effect of suppressing the deterioration of secondary particles is sufficiently obtained. may not be

(2)平均粒径MV
本発明の複合水酸化物では、二次粒子の平均粒径MVが、3μm~12μmの範囲、好ましくは4μm~11μmの範囲、より好ましくは5μm~10μmの範囲に調整される。二次粒子の平均粒径MVは、この複合水酸化物を前駆体とする正極活物質の平均粒径MVと相関する。このため、複合水酸化物を構成する二次粒子の平均粒径MVをこのような範囲に制御することで、この複合水酸化物を前駆体とする正極活物質の平均粒径MVを所定の範囲に制御することが可能となる。
(2) Average particle size MV
In the composite hydroxide of the present invention, the average particle size MV of the secondary particles is adjusted to the range of 3 μm to 12 μm, preferably 4 μm to 11 μm, more preferably 5 μm to 10 μm. The average particle size MV of the secondary particles correlates with the average particle size MV of the positive electrode active material using this composite hydroxide as a precursor. Therefore, by controlling the average particle size MV of the secondary particles that make up the composite hydroxide within such a range, the average particle size MV of the positive electrode active material having the composite hydroxide as a precursor can be increased to a predetermined value. It is possible to control within a range.

なお、本発明において、二次粒子の平均粒径MVとは、体積基準平均粒径(MeanVolume Diameter)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。 In the present invention, the average particle diameter MV of the secondary particles means the volume-based average particle diameter (MeanVolume Diameter), and for example, it can be obtained from the volume integrated value measured with a laser light diffraction scattering particle size analyzer. can.

(3)粒度分布
本発明の複合水酸化物の二次粒子は、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕が、0.65以下、好ましくは0.55以下、より好ましくは0.50以下となるように調整される。
(3) Particle size distribution In the secondary particles of the composite hydroxide of the present invention, [(d90-d10)/average particle size MV], which is an index showing the spread of the particle size distribution, is 0.65 or less, preferably 0.65. It is adjusted to be 55 or less, more preferably 0.50 or less.

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

なお、d10は、それぞれの粒子の体積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(全体体積を100%にして粒度分布の累積曲線を求めるとき、この累積曲線が10%となる点の粒径)を、d90は、同様に、それぞれの粒子の体積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90%となる粒径(全体体積を100%にして粒度分布の累積曲線を求めるとき、この累積曲線が90%となる点の粒径)を意味する。d10およびd90は、平均粒径MV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 is the particle size where the volume of each particle is accumulated from the smaller particle size side, and the cumulative volume is 10% of the total volume of all particles (the cumulative curve of the particle size distribution is calculated by taking the total volume as 100%) Similarly, d90 accumulates the volume of each particle from the smaller particle size side, and the cumulative volume is 90% of the total volume of all particles. % (when the cumulative curve of the particle size distribution is obtained with the total volume being 100%, the particle size at the point where this cumulative curve is 90%). d10 and d90 can be obtained from volume integrated values measured with a laser beam diffraction scattering particle size analyzer in the same manner as the average particle size MV.

(4)中心部の大きさ、並びに、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、外殻層、および、第3の低密度層の厚さ
本発明の複合水酸化物において、その二次粒子の大きさに対する、中心部の大きさ、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、外殻層、および第3の低密度層のそれぞれの厚さを適切に制御することにより、凝集した一次粒子により形成された外殻部と、外殻部の内側に存在し、凝集した一次粒子により形成され、かつ、外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、凝集部の中に分散して存在する空間部とにより構成された二次粒子からなる正極活物質が得られる。
(4) The size of the central portion, and the thicknesses of the first low-density layer, high-density layer, second low-density layer, outer shell layer, and third low-density layer Composite hydroxide of the present invention In the object, each of the size of the center, the first low-density layer, the high-density layer, the second low-density layer, the outer shell layer, and the third low-density layer relative to the size of the secondary particles By appropriately controlling the thickness, the outer shell portion formed by the aggregated primary particles and the outer shell portion present inside the outer shell portion, formed by the aggregated primary particles, and electrically conducting with the outer shell portion Thus, a positive electrode active material is obtained which is composed of secondary particles composed of aggregated portions and space portions dispersedly present in the aggregated portions.

このような構造を得るために、まず、本発明の構造の複合水酸化物では、二次粒子の粒径に対する中心部の半径の平均比率は、20%~40%の範囲にあることが好ましく、25%~35%の範囲にあることがより好ましい。二次粒子に対する中心部の大きさを上記の範囲に制御することにより、その外側に形成される、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、外殻層、および、第3の低密度層を適切な厚さとすることができ、もって得られる正極活物質において、内部が凝集部と空間部とにより構成される所望の多孔質構造を得ることが可能となる。中心部の大きさが前記範囲を超えると、複合水酸化物において、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、外殻層、および、第3の低密度層の厚さを所定の範囲に制御できなくなるため、得られる正極活物質において所望の多孔質構造が得られない可能性がある。 In order to obtain such a structure, first, in the composite hydroxide having the structure of the present invention, the average ratio of the radius of the central portion to the particle size of the secondary particles is preferably in the range of 20% to 40%. , more preferably in the range of 25% to 35%. A first low-density layer, a high-density layer, a second low-density layer, an outer shell layer, and, The thickness of the third low-density layer can be set to an appropriate thickness, and the positive electrode active material thus obtained can have a desired porous structure in which the interior is composed of coherent portions and space portions. When the size of the central portion exceeds the above range, the thickness of the first low-density layer, the high-density layer, the second low-density layer, the outer shell layer, and the third low-density layer in the composite hydroxide Since the thickness cannot be controlled within a predetermined range, the desired porous structure may not be obtained in the obtained positive electrode active material.

また、第1の低密度層の厚さは、二次粒子の粒径の3%~15%の範囲にあることが好ましく、5%~10%の範囲にあることがより好ましい。また、高密度層の厚さは、二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にあることが好ましく、4%~8%の範囲にあることがより好ましい。第2の低密度層の厚さは、二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にあることが好ましく、4%~8%の範囲にあることがより好ましい。外殻層の厚さは、二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にあることが好ましく、4%~8%の範囲にあることがより好ましい。さらに、第3の低密度層の厚さは、二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にあることが好ましく、4%~8%の範囲にあることがより好ましい。 Also, the thickness of the first low-density layer is preferably in the range of 3% to 15%, more preferably in the range of 5% to 10%, of the particle size of the secondary particles. The thickness of the high-density layer is preferably in the range of 2% to 10%, more preferably in the range of 4% to 8% of the particle size of the secondary particles. The thickness of the second low-density layer is preferably in the range of 2% to 10%, more preferably in the range of 4% to 8%, of the particle size of the secondary particles. The thickness of the outer shell layer is preferably in the range of 2% to 10%, more preferably in the range of 4% to 8%, of the particle size of the secondary particles. Furthermore, the thickness of the third low-density layer is preferably in the range of 2% to 10%, more preferably in the range of 4% to 8% of the particle size of the secondary particles.

第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、外殻層、および第3の低密度層の厚さを上記の範囲に設定することにより、このような構造の複合水酸化物を前駆体として用いて得られる正極活物質において、二次粒子の骨格を形成する適切な厚さの外殻部、および、その内部に形成される凝集部を備え、かつ、二次粒子の内部に分散して存在する適切な大きさの空間部(気孔)を有する構造が得られる。第1の低密度層および第2の低密度層がそれぞれの範囲より小さすぎると、得られる正極活物質において十分な大きさの空間部が、複合水酸化物の焼成時に生じず、実質的に中実構造と同様の構造となる可能性がある。逆に、第1の低密度層および第2の低密度層の厚さが大きすぎると、複合水酸化物の焼成時に、低密度層が気孔構造となるように収縮せずに、得られる正極活物質において、たとえば、中心部と高密度層と外殻部との間に大きな空隙が存在する構造となって、外殻部と内部の凝集部が十分に接続ないしは一体化せず、所望の構造を得られなくなる可能性がある。この場合、外殻部と内部の凝集部と間に十分な断面積を有する電気的導通経路が形成されず、正極抵抗の低減の効果が得られない。 By setting the thicknesses of the first low-density layer, the high-density layer, the second low-density layer, the outer shell layer, and the third low-density layer within the above ranges, the composite hydroxylation of such a structure is obtained. In the positive electrode active material obtained by using a substance as a precursor, an outer shell portion having an appropriate thickness that forms the skeleton of the secondary particles, and an aggregate portion formed inside the outer shell portion, and the secondary particles A structure having appropriately sized spaces (pores) distributed inside is obtained. If the first low-density layer and the second low-density layer are too smaller than the respective ranges, the resulting positive electrode active material does not have a sufficiently large space during firing of the composite hydroxide, and substantially It can be a structure similar to a solid structure. Conversely, if the thicknesses of the first low-density layer and the second low-density layer are too large, the low-density layer does not shrink into a pore structure during firing of the composite hydroxide, and the obtained positive electrode In the active material, for example, there is a structure in which a large gap exists between the central portion, the high-density layer, and the outer shell portion, so that the outer shell portion and the internal aggregated portion are not sufficiently connected or integrated, and the desired Structure may not be obtained. In this case, an electrical conduction path having a sufficient cross-sectional area is not formed between the outer shell portion and the internal agglomerate portion, and the effect of reducing the positive electrode resistance cannot be obtained.

一方、高密度層および外殻層の厚さが小さすぎると、正極活物質の製造段階あるいは充填段階で二次粒子の所定構造が維持されず、破壊されてしまったり、二次粒子の内部に十分な大きさの空間部が形成されなかったりする可能性がある。一方、高密度層および外殻層の厚さが大きすぎると、複合水酸化物の焼成時に、二次粒子の内部に十分な大きさの空間部が形成されず、二次粒子の内部に十分な電解質と導電助剤を侵入させることが不十分となる可能性がある。 On the other hand, if the thicknesses of the high-density layer and the outer shell layer are too small, the predetermined structure of the secondary particles cannot be maintained during the manufacturing stage or the filling stage of the positive electrode active material, and the particles may be destroyed or inside the secondary particles. There is a possibility that a space of sufficient size may not be formed. On the other hand, if the thicknesses of the high-density layer and the outer shell layer are too large, a space of a sufficient size will not be formed inside the secondary particles during firing of the composite hydroxide, resulting in a sufficient amount of space inside the secondary particles. Infiltration of the proper electrolyte and conductive aid may be insufficient.

第3の低密度層については、その厚さが小さすぎると、正極活物質において外殻部を構成する一次粒子に表層部が適切に形成されない可能性がある。 If the thickness of the third low-density layer is too small, there is a possibility that the surface layer portion may not be properly formed on the primary particles that constitute the outer shell portion of the positive electrode active material.

本発明の複合水酸化物では、中心部の外側に、低密度層、高密度層、低密度層、高密度層、低密度層が積層した構造となっている。この積層構造をさらに増加させると、それぞれの低密度層が十分な厚さに形成されず、比表面積を向上させる効果が十分に得られない可能性がある。一方、低密度層、高密度層、低密度層からなる積層構造の場合、得られる正極活物質において、空間部の存在割合が不十分となり、十分な比表面積や低い内部抵抗という所望の特性が得られない可能性がある。 The composite hydroxide of the present invention has a structure in which a low-density layer, a high-density layer, a low-density layer, a high-density layer, and a low-density layer are laminated on the outside of the central portion. If this laminated structure is further increased, each low-density layer may not be formed with a sufficient thickness, and the effect of improving the specific surface area may not be obtained sufficiently. On the other hand, in the case of a laminated structure consisting of a low-density layer, a high-density layer, and a low-density layer, in the positive electrode active material obtained, the existence ratio of the space is insufficient, and the desired characteristics such as a sufficient specific surface area and low internal resistance are not achieved. may not be obtained.

本発明においては、中心部、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、外殻層、および第3の低密度層のそれぞれが所定の厚さを有している限り、このような構造の複合水酸化物を焼成する際に、中心部と高密度層と外殻層とが焼結収縮により実質的に一体化し、かつ、内部に分散して生じた空間部が存在する構造が得られる。内部に存在する空間部は、凝集体を形成する一次粒子間の粒界ないしは空隙を介して、外部と連通することが可能である。したがって、このような構造では、得られる正極活物質全体の構造の崩れにくさを維持しつつ、二次粒子を構成する一次粒子間の電気的導通経路が十分に確保され、かつ、空間部と外部との連通が十分に確保される結果、正極抵抗のさらなる低減を図ることが可能となる。 In the present invention, as long as each of the central portion, the first low-density layer, the high-density layer, the second low-density layer, the outer shell layer, and the third low-density layer has a predetermined thickness When the composite hydroxide having such a structure is fired, the central portion, the high-density layer, and the outer shell layer are substantially integrated due to sintering shrinkage, and the space portions generated dispersedly inside are An existing structure is obtained. The space existing inside can communicate with the outside through grain boundaries or voids between primary particles forming aggregates. Therefore, in such a structure, the electrical conduction path between the primary particles constituting the secondary particles is sufficiently secured while maintaining the difficulty of collapsing of the overall structure of the positive electrode active material obtained, and the space and As a result of sufficiently ensuring communication with the outside, it is possible to further reduce the positive electrode resistance.

なお、中心部の大きさ、並びに、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、外殻層、および第3の低密度層の厚さは、複合水酸化物を構成する二次粒子の断面を、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)などの走査電子顕微鏡(SEM)で観察することにより求めることは可能である。ただし、複合水酸化物を構成する二次粒子は、全体形状がいびつであり、かつ、それぞれの層の形状も複雑であるため、それぞれの厚さをSEM観察によって特定することは容易ではない。このため、本明細書における中心部の大きさ、並びに、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、外殻層、および第3の低密度層の厚さは、複合水酸化物の製造工程のうちの、粒子成長工程の全体において添加される全金属量に対する、中心部およびそれぞれの層を形成するための、非酸化性雰囲気あるいは酸化性雰囲気において添加された、それぞれの金属量の割合から、理論的に求められる。 The size of the central portion, and the thicknesses of the first low-density layer, the high-density layer, the second low-density layer, the outer shell layer, and the third low-density layer constitute the composite hydroxide. It is possible to determine the cross section of the secondary particles by observing them with a scanning electron microscope (SEM) such as a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). However, the secondary particles that make up the composite hydroxide have an irregular overall shape, and the shape of each layer is also complicated, so it is not easy to specify the thickness of each layer by SEM observation. Therefore, the size of the core and the thicknesses of the first low-density layer, the high-density layer, the second low-density layer, the outer shell layer, and the third low-density layer herein refer to the composite of the hydroxide manufacturing process, added in a non-oxidizing atmosphere or an oxidizing atmosphere to form the core and each layer, relative to the total amount of metal added during the grain growth process, respectively can be obtained theoretically from the ratio of the metal content of

(5)一次粒子
本発明の複合水酸化物において、中心部、高密度層、および、外殻層を構成する板状一次粒子の大きさと、第1~第3の低密度層を構成する微細一次粒子の大きさは、複合水酸化物の二次粒子を樹脂などに埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工などにより、その断面観察が可能な状態とした後、その断面について、FE-SEMなどのSEMを用いて観察した場合に、撮像の上で明確に構造の相違が把握できる程度に異なる。
(5) Primary particles In the composite hydroxide of the present invention, the size of the plate-like primary particles constituting the central portion, the high-density layer, and the outer shell layer, and the fine particles constituting the first to third low-density layers The size of the primary particles is determined by embedding the secondary particles of the composite hydroxide in a resin or the like, making the cross section observable by processing such as a cross section polisher, and then using an SEM such as FE-SEM for the cross section. When they are observed by using them, they differ to such an extent that the difference in structure can be clearly grasped on imaging.

本発明の複合水酸化物において、板状一次粒子は、平均粒径が0.3μm~3μmの範囲となる大きさで形成される。好ましくは、板状一次粒子の大きさは、平均粒径で0.4μm~1.5μmの範囲である。板状一次粒子の平均粒径が0.3μm未満であると、正極活物質を作製するための焼成工程において、板状一次粒子の体積収縮も低温域においても生じてしまうため、第1~第3の低密度層と、中心部、高密度層および外殻層との体積収縮量の差が小さくなるため、正極活物質の内部において十分な数の空間部が得られない可能性がある。一方、板状一次粒子の平均粒径が3μmより大きいときは、正極活物質を作製する際の焼成工程において、正極活物質の結晶性を高めるために、より高温での焼成が必要となり、複合水酸化物を構成する二次粒子間の焼結が進行し、正極活物質の平均粒径MVや粒度分布を所定の範囲に設定することが困難となる。 In the composite hydroxide of the present invention, the plate-like primary particles are formed with a size that provides an average particle size in the range of 0.3 μm to 3 μm. Preferably, the plate-like primary particles have an average particle diameter in the range of 0.4 μm to 1.5 μm. When the average particle size of the plate- like primary particles is less than 0.3 μm, volumetric shrinkage of the plate-like primary particles also occurs in a low temperature range in the firing process for producing the positive electrode active material. Since the difference in volume shrinkage between the low-density layer 3, the central portion, the high-density layer and the outer shell layer is small, there is a possibility that a sufficient number of spaces cannot be obtained inside the positive electrode active material. On the other hand, when the average particle size of the plate-like primary particles is larger than 3 μm, in the firing process for producing the positive electrode active material, firing at a higher temperature is required in order to increase the crystallinity of the positive electrode active material. Sintering between the secondary particles constituting the hydroxide progresses, making it difficult to set the average particle size MV and particle size distribution of the positive electrode active material within a predetermined range.

一方、微細一次粒子は、SEM観察などにより、板状一次粒子と十分に区別できる大きさに形成される。SEM観察の撮像では、その大きさを十分に把握しがたい場合もあるが、微細一次粒子は、板状一次粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径を有し、すなわち、平均粒径が、0.01μm~0.3μmの範囲であって、板状一次粒子の平均粒径との差が0.1μm以上ある。通常は、微細一次粒子の平均粒径は、板状一次粒子の平均粒径との差を0.3μm以上有する。微細一次粒子の平均粒径が、0.01μm未満であると、低密度層の厚みを満足に得ることができない。一方、微細一次粒子の平均粒径が、0.3μmよりも大きくなると、正極活物質を作製するための焼成工程において、低温域における焼成時に、加熱による体積収縮が十分に進行せず、低密度層と中心部および高密度層との体積収縮量の差が小さくなるため、正極活物質の二次粒子の内部に十分な大きさの空間部が形成されない可能性がある。 On the other hand, the fine primary particles are formed in a size that can be sufficiently distinguished from the plate-like primary particles by SEM observation or the like. Although it may be difficult to fully grasp the size of the SEM image, the fine primary particles have an average particle size smaller than that of the plate-like primary particles, that is, the average particle size is , 0.01 μm to 0.3 μm, and the difference from the average particle diameter of the plate-like primary particles is 0.1 μm or more. Usually, the average particle size of the fine primary particles has a difference of 0.3 μm or more from the average particle size of the plate-like primary particles. If the average particle size of the fine primary particles is less than 0.01 μm, the thickness of the low-density layer cannot be obtained satisfactorily. On the other hand, when the average particle diameter of the fine primary particles is larger than 0.3 μm, volumetric shrinkage due to heating does not proceed sufficiently during firing in a low temperature range in the firing process for producing the positive electrode active material, resulting in a low density. Since the difference in the amount of volume contraction between the layer and the central portion and the high-density layer becomes small, there is a possibility that a sufficiently large space portion will not be formed inside the secondary particles of the positive electrode active material.

このような微細一次粒子の形状は、SEM観察でも十分に把握できずに特定できない場合もあり、基本的には任意の形状を採り得るが、針状であることが好ましい。針状一次粒子は、一次元的な方向性を有する形状であり、粒子が凝集したときに、隙間の多い構造、すなわち、密度の低い構造を形成することができるためである。 The shape of such fine primary particles cannot be sufficiently grasped even by SEM observation and cannot be specified in some cases. This is because the acicular primary particles have a one-dimensional directionality and can form a structure with many gaps, that is, a structure with low density when the particles are aggregated.

上述の通り、微細一次粒子と板状一次粒子の大きさは、SEM観察でその凝集により形成された層ないしは部分の相違を理解できる程度に異なっていれば十分であり、具体的に計測する必要はない。特に、微細一次粒子については、粒径が小さすぎてその形状が十分に把握できない場合がある。微細一次粒子と板状一次粒子の形状および大きさがいずれも、SEM観察を行うことが可能な場合、次のように求めることが可能である。すなわち、二次粒子の断面に存在する10個以上の微細一次粒子または板状一次粒子の最大外径(長軸径)を測定し、その平均値を求め、この値を、この二次粒子における微細一次粒子または板状一次粒子の粒径とする。次に、10個以上の二次粒子について、同様に微細一次粒子および板状一次粒子の粒径を求める。最後に、これらの二次粒子について得られた粒径の平均を求めることにより、これらの複合水酸化物全体における微細一次粒子または板状一次粒子の平均粒径を決定する。 As described above, it is sufficient that the sizes of the fine primary particles and the plate-like primary particles are different enough that the difference between the layers or portions formed by the aggregation can be understood by SEM observation, and it is necessary to specifically measure them. no. In particular, fine primary particles may be so small that their shape cannot be fully grasped. Both the shape and size of the fine primary particles and plate-like primary particles can be determined as follows when SEM observation is possible. That is, the maximum outer diameter (major axis diameter) of 10 or more fine primary particles or plate-shaped primary particles present in the cross section of the secondary particles is measured, the average value is obtained, and this value is It is defined as the particle size of fine primary particles or plate-like primary particles. Next, for 10 or more secondary particles, the particle sizes of fine primary particles and tabular primary particles are determined in the same manner. Finally, by averaging the particle sizes obtained for these secondary particles, the average particle size of fine primary particles or plate-like primary particles in the entire composite hydroxide is determined.

(4)組成
本発明の複合水酸化物は、遷移金属として、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物(NMC)からなる三元系の正極活物質の前駆体である。上述した粒子構造、平均粒径、および粒度分布を有する限り、その組成が制限されることはない。ただし、本発明は、特に、高ニッケル比率の組成を有する正極活物質に好適に適用されるため、複合水酸化物全体として、ニッケル、マンガン、およびコバルトの合計に対するニッケルの原子比であるニッケル比率が0.4を超えていることが好ましい。
(4) Composition The composite hydroxide of the present invention is a precursor of a ternary positive electrode active material composed of a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide (NMC) containing at least nickel, manganese, and cobalt as transition metals. is the body. The composition is not limited as long as it has the above-described particle structure, average particle size, and particle size distribution. However, since the present invention is particularly preferably applied to a positive electrode active material having a composition with a high nickel ratio, the composite hydroxide as a whole has a nickel ratio, which is the atomic ratio of nickel to the total of nickel, manganese, and cobalt. is greater than 0.4.

特に、本発明の複合水酸化物は、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.4≦x≦0.70、0.15≦y≦0.4、0.15≦z≦0.3、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成を有することが好ましい。このような組成を有する複合水酸化物を前駆体とすることで、後述する一般式(B)で表される正極活物質を容易に得ることができ、より高い電池性能を実現することができる。 In particular, the composite hydroxide of the present invention has the general formula (A): NixMnyCozMt ( OH ) 2 + a (x+y+z+t=1, 0.4≤x≤0.70, 0.15≤y≤ 0.4, 0.15≦z≦0.3, 0≦t≦0.1, 0≦a≦0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo , Hf, Ta, and W). By using a composite hydroxide having such a composition as a precursor, it is possible to easily obtain the positive electrode active material represented by the general formula (B) described later, and it is possible to achieve higher battery performance. .

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

2.ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法
(1)晶析反応
本発明の複合水酸化物の製造方法は、反応槽内に、少なくとも遷移金属を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、晶析反応によって、正極活物質の前駆体となる複合水酸化物を製造する方法である。
2. Method for Producing Nickel-Manganese-Cobalt-Containing Composite Hydroxide (1) Crystallization Reaction The method for producing a composite hydroxide of the present invention includes a raw material aqueous solution containing at least a transition metal and an ammonium ion donor in a reaction vessel. In this method, a reaction aqueous solution is formed by supplying an aqueous solution, and a composite hydroxide that serves as a precursor of a positive electrode active material is produced by a crystallization reaction.

本発明の複合水酸化物の製造方法では、晶析反応を、主として核生成を行う核生成工程と、主として粒子成長を行う粒子成長工程の2段階に明確に分離するとともに、それぞれの工程における晶析条件を調整することにより、特に、粒子成長工程において、原料水溶液の供給を継続しながら、反応雰囲気を切り替え、かつ、原料水溶液の組成を切り替えることにより、上述した粒子構造、平均粒径MV、および、粒度分布を備える複合水酸化物を効率よく得ることを可能としている。 In the method for producing a composite hydroxide of the present invention, the crystallization reaction is clearly separated into two stages, a nucleation step in which nucleation is mainly performed and a grain growth step in which grains are mainly grown. By adjusting the precipitation conditions, particularly in the particle growth step, while continuing to supply the raw material aqueous solution, by switching the reaction atmosphere and switching the composition of the raw material aqueous solution, the above-described grain structure, average particle diameter MV, And, it makes it possible to efficiently obtain a composite hydroxide having a particle size distribution.

本発明の複合水酸化物の製造方法は、晶析反応を、反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を12.0~14.0の範囲に調整し、核生成を行う核生成工程と、核生成工程で得られた核を含む反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を、核生成工程のpH値よりも低く、かつ、10.5~12.0となるように制御して、核を成長させる、粒子成長工程の2段階に明確に区別している。 The method for producing a composite hydroxide of the present invention includes a nucleation step in which the crystallization reaction is adjusted to a pH value in the range of 12.0 to 14.0 at a liquid temperature of 25° C. of the reaction aqueous solution to generate nuclei. , The pH value of the reaction aqueous solution containing nuclei obtained in the nucleation step at a liquid temperature of 25 ° C. is controlled to be lower than the pH value of the nucleation step and 10.5 to 12.0. A clear distinction is made between two stages of the grain growth process, ie, growing nuclei.

また、核生成工程の開始前または核生成工程の開始時において、反応槽内に不活性ガスを流通させることにより、核生成工程および粒子成長工程の初期における反応雰囲気を酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に調整するとともに、粒子成長工程において、原料水溶液の供給を継続しながら、雰囲気ガスを導入することにより、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸素の濃度が5容量%を超える酸化性雰囲気に切り替えた後、非酸化性ガスを再度導入することにより、反応雰囲気を、酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替える、雰囲気制御を2回行い、その後、さらに非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に切り換えることを特徴とする。 In addition, before starting the nucleation process or at the time of starting the nucleation process, by circulating an inert gas in the reaction tank, the reaction atmosphere at the beginning of the nucleation process and the particle growth process has an oxygen concentration of 5% by volume or less. While adjusting the atmosphere to a non-oxidizing atmosphere, in the particle growth step, the reaction atmosphere is changed from the non-oxidizing atmosphere to an oxygen concentration exceeding 5% by volume by introducing the atmosphere gas while continuing to supply the raw material aqueous solution. After switching to the oxidizing atmosphere, by introducing the non-oxidizing gas again, the reaction atmosphere is switched from the oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less. and switching from a non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere.

より具体的には、本発明の複合水酸化物の製造方法は、図2に示すように、(1)核生成工程および粒子成長工程の第1段階(初期段階)における反応雰囲気を酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に調整し、(2)粒子成長工程の第1段階の後に、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸素の濃度が5容量%を超える酸化性雰囲気に切り替えて、粒子成長工程の第2段階とし、(3)反応雰囲気を、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替えて、粒子成長工程の第3段階とし、(4)次に、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に切り替えて、粒子成長工程の第4段階とし、(5)さらに、反応雰囲気を、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替えて、粒子成長工程の第5段階とし、(6)次に、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に切り替えて、粒子成長工程の第6段階とする、工程により構成される。 More specifically, as shown in FIG. 2, in the method for producing a composite hydroxide of the present invention, (1) in the first stage (initial stage) of the nucleation step and the particle growth step, the reaction atmosphere has an oxygen concentration of (2) after the first stage of the grain growth process, the reaction atmosphere is switched from a non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of more than 5% by volume; (3) switching the reaction atmosphere from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere to form a third stage of the particle growth process; (4) changing the reaction atmosphere to a non-oxidizing atmosphere. (5) Further, the reaction atmosphere is switched from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere to perform the fifth stage of the particle growth process, ( 6) Next, the reaction atmosphere is switched from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere, which is the sixth stage of the grain growth process.

その際、反応雰囲気の切り替えを、粒子成長工程において添加される全金属量に対しそれぞれの段階で添加される金属量の割合で定義される、粒子成長工程全体に対するそれぞれの段階における晶析反応の割合について、以下の通りとすることが好ましい。すなわち、第1段階を8%~20%の範囲とし、第2段階を2%~20%の範囲とし、第3段階を12%~40%の範囲とし、第4段階を3%~40%とし、第5段階を10%~40%とし、第6段階を2%~20%とすることが好ましい。 At that time, the switching of the reaction atmosphere is defined as the ratio of the amount of metal added in each stage to the total amount of metal added in the grain growth process, and the amount of crystallization reaction in each stage for the entire grain growth process. It is preferable to set the ratio as follows. That is, the first stage is in the range of 8% to 20%, the second stage is in the range of 2% to 20%, the third stage is in the range of 12% to 40%, and the fourth stage is in the range of 3% to 40%. It is preferable that the fifth stage be 10% to 40% and the sixth stage be 2% to 20%.

基本的には、上記のように反応雰囲気を切り替えることにより、所望の多層構造の複合水酸化物の二次粒子が得られる。 Basically, by switching the reaction atmosphere as described above, secondary particles of the desired multilayered composite hydroxide can be obtained.

また、本発明の複合水酸化物の製造方法では、晶析反応の途中で、原料水溶液の組成を切り替える。具体的には、核生成工程および粒子成長工程の第1段階、第3段階、および第5段階において供給される原料水溶液として、ニッケル、マンガン、およびコバルトの合計に対するニッケルの原子比であるニッケル比率が0.4を超える高ニッケル比率の組成を有する原料水溶液を用いる。一方、粒子成長工程の第2段階、第4段階、および第6段階で供給される原料水溶液として、ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下である低ニッケル比率の組成を有する原料水溶液を用いる。このような原料水溶液の切り替えにより、中心部、高密度層、および外殻層を構成する板状一次粒子の組成を、ニッケル比率が0.4を超える高ニッケル比率の組成とすることができ、第1~第3の低密度層を構成する微細一次粒子の組成を、ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下である低ニッケル比率の組成とすることができる。 Further, in the method for producing a composite hydroxide of the present invention, the composition of the raw material aqueous solution is switched during the crystallization reaction. Specifically, the nickel ratio, which is the atomic ratio of nickel to the total of nickel, manganese, and cobalt, as the raw material aqueous solution supplied in the first, third, and fifth stages of the nucleation process and the grain growth process A raw aqueous solution having a composition with a high nickel ratio is used, in which σ is greater than 0.4. On the other hand, as the raw material aqueous solution supplied in the second, fourth, and sixth stages of the grain growth process, the raw material aqueous solution has a low nickel ratio composition in which the nickel ratio exceeds 0.1 and is 0.4 or less. Use By switching the raw material aqueous solution in this way, the composition of the plate-shaped primary particles constituting the central portion, the high-density layer, and the outer shell layer can be made a composition with a high nickel ratio exceeding 0.4, The composition of fine primary particles constituting the first to third low-density layers can be a low nickel ratio composition in which the nickel ratio exceeds 0.1 and is 0.4 or less.

なお、本発明の複合水酸化物の製造方法は、上述した構造、平均粒径MV、および粒度分布を実現できる限り、その組成によって制限されることはないが、一般式(A)で表される複合水酸化物に対して、好適に適用することができる。 The method for producing the composite hydroxide of the present invention is not limited by its composition as long as the structure, average particle size MV, and particle size distribution described above can be realized, but it is represented by the general formula (A) It can be suitably applied to composite hydroxides.

以下、晶析工程について、より具体的に説明する。 The crystallization step will be described in more detail below.

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

次に、この反応前水溶液を撹拌しながら、原料水溶液を供給する。これにより、反応槽内には、核生成工程における反応水溶液である核生用成水溶液が形成される。この核生成用水溶液のpH値は上述した範囲にあるので、核生成工程では、核はほとんど成長することなく、核生成が優先的に起こる。なお、核生成工程では、核生成に伴い、核生成用水溶液のpH値およびアンモニウムイオンの濃度は変化するので、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、反応槽内液のpH値が液温25℃基準でpH12.0~14.0の範囲に、アンモニウムイオンの濃度が3g/L~25g/Lの範囲に維持するように制御することが必要となる。 Next, while stirring the pre-reaction aqueous solution, the raw material aqueous solution is supplied. As a result, an aqueous solution for nucleation, which is a reaction aqueous solution in the nucleation step, is formed in the reaction tank. Since the pH value of the aqueous solution for nucleation is within the range described above, nucleation takes place preferentially with little growth of nuclei in the nucleation step. In the nucleation step, the pH value and the concentration of ammonium ions in the aqueous solution for nucleation change with nucleation. It is necessary to control the pH in the range of 12.0 to 14.0 and the ammonium ion concentration in the range of 3 g/L to 25 g/L on a °C basis.

なお、核生成工程においては、反応槽内に不活性ガスを流通させ、反応雰囲気を酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に調整することが必要となる。反応雰囲気の調整は、通常、原料水溶液の供給を開始する前に行うことが好ましい。これにより、この複合水酸化物を前駆体とする正極活物質の内部に凝集部が十分に形成され、空間部を形成することによる粒子密度の低下を抑制することが可能となる。 In the nucleation step, it is necessary to circulate an inert gas in the reaction vessel to adjust the reaction atmosphere to a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 5% by volume or less. It is usually preferable to adjust the reaction atmosphere before starting the supply of the raw material aqueous solution. As a result, the aggregation portion is sufficiently formed inside the positive electrode active material having the composite hydroxide as a precursor, and it is possible to suppress the decrease in particle density due to the formation of the space portion.

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

この際、核の生成量は、核生成用水溶液に供給した原料水溶液に含まれる金属化合物の量から判断することができる。核生成工程における核の生成量は、特に制限されるものではないが、粒度分布の狭い複合水酸化物の二次粒子を得るためには、核生成工程および粒子成長工程を通じて供給する原料水溶液に含まれる金属化合物中の金属元素に対して、0.1原子%~2原子%とすることが好ましく、0.1原子%~1.5原子%とすることがより好ましい。なお、核生成工程における反応時間は、通常0.2分~5分程度である。 At this time, the amount of nuclei generated can be determined from the amount of the metal compound contained in the raw material aqueous solution supplied to the nucleation aqueous solution. The amount of nuclei generated in the nucleation step is not particularly limited, but in order to obtain secondary particles of composite hydroxide with a narrow particle size distribution, it is necessary to add It is preferably 0.1 atomic % to 2 atomic %, more preferably 0.1 atomic % to 1.5 atomic %, relative to the metal element in the contained metal compound. The reaction time in the nucleation step is usually about 0.2 to 5 minutes.

[粒子成長工程]
核生成工程終了後、反応槽内の核生成用水溶液のpH値を、液温25℃基準で10.5~12.0に調整し、粒子成長工程における反応水溶液である粒子成長用水溶液を形成する。pH値は、アルカリ水溶液の供給を停止することでも調整可能であるが、粒度分布の狭い複合水酸化物の二次粒子を得るためには、一旦、すべての水溶液の供給を停止してpH値を調整することが好ましい。具体的には、すべての水溶液の供給を停止した後、核生成用水溶液に、原料となる金属化合物を構成する酸と同種の無機酸を供給することにより、pH値を調整することが好ましい。
[Particle growth step]
After completion of the nucleation step, the pH value of the aqueous solution for nucleation in the reaction tank is adjusted to 10.5 to 12.0 based on the liquid temperature of 25° C. to form the aqueous solution for particle growth, which is the reaction aqueous solution in the particle growth step. do. The pH value can also be adjusted by stopping the supply of the alkaline aqueous solution. is preferably adjusted. Specifically, after stopping the supply of all the aqueous solution, it is preferable to adjust the pH value by supplying the same inorganic acid as the acid that constitutes the metal compound as a raw material to the aqueous solution for nucleation.

次に、この粒子成長用水溶液を撹拌しながら、原料水溶液の供給を再開する。この際、粒子成長用水溶液のpH値は上述した範囲にあるため、新たな核はほとんど生成せず、核(粒子)成長が進行し、所定の粒径を有する複合水酸化物の二次粒子が形成される。なお、粒子成長工程においても、粒子成長に伴い、粒子成長用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度は変化するので、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、pH値およびアンモニウムイオン濃度を上記範囲に維持することが必要となる。 Next, supply of the raw material aqueous solution is resumed while stirring the particle growth aqueous solution. At this time, since the pH value of the aqueous solution for particle growth is within the range described above, almost no new nuclei are generated, the nuclei (particles) grow, and the secondary particles of the composite hydroxide having a predetermined particle size is formed. Also in the particle growth process, the pH value and ammonium ion concentration of the aqueous solution for particle growth change as the particles grow. Therefore, the alkaline aqueous solution and the ammonia aqueous solution are supplied at appropriate times to maintain the pH value and the ammonium ion concentration within the above ranges. It is necessary to

特に、本発明の複合水酸化物の製造方法においては、粒子成長工程の途中で、2種類の原料水溶液の供給を交互に切り替えつつ、その供給を継続しながら、2種類の雰囲気ガスを導入することにより、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸素の濃度が5容量%を超える酸化性雰囲気に切り替えたり、この非酸化性雰囲気から酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に切り替えたりする操作を行う。 In particular, in the method for producing a composite hydroxide of the present invention, in the middle of the particle growth step, the supply of two types of raw material aqueous solutions is alternately switched, and two types of atmosphere gases are introduced while continuing the supply. Thus, the reaction atmosphere is switched from a non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of more than 5% by volume, or from this non-oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 5% by volume or less. perform an operation.

なお、粒子成長工程においては、散気管を用いて、反応槽内の反応水溶液に不活性ガスおよび/または酸化性ガスを流通させて、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気への切り替え、あるいは、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替えを速やかに行うことが好ましい。不活性ガスおよび/または酸化性ガスの反応槽内の反応水溶液への供給方法は、反応水溶液と接する反応槽内の空間への供給も可能であるが、散気管を用いて、不活性ガスおよび/または酸化性ガスを反応水溶液中に直接供給する方法を採ることが好ましい。これにより、雰囲気の切り替え時間を短縮することができ、中心部の大きさ、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、外殻層、および第3の低密度層の厚さを適切に設定することが可能となる。 In the particle growth step, an inert gas and/or an oxidizing gas is passed through the reaction aqueous solution in the reaction vessel using an air diffuser to switch from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere, or It is preferable to quickly switch from the oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere. As for the method of supplying the inert gas and/or oxidizing gas to the reaction aqueous solution in the reaction vessel, it is possible to supply the space in the reaction vessel that is in contact with the reaction aqueous solution. / Alternatively, it is preferable to adopt a method of directly supplying the oxidizing gas into the reaction aqueous solution. This can reduce the atmosphere switching time, and the size of the center, the first low density layer, the high density layer, the second low density layer, the outer shell layer, and the third low density layer. It becomes possible to set the thickness appropriately.

また、粒子成長工程において、最初の非酸化性雰囲気から最初の酸化性雰囲気への切り替えと同時に(第1段階から第2段階への移行時)に、原料水溶液を高ニッケル比率の組成を有する原料水溶液から低ニッケル比率の組成を有する原料水溶液に切り替える。また、最初の酸化性雰囲気から第2回目の非酸化性雰囲気への切り替えと同時に(第2段階から第3段階への移行時)に、原料水溶液を低ニッケル比率の組成を有する原料水溶液から高ニッケル比率の組成を有する原料水溶液に切り替える。次に、第2回目の非酸化性雰囲気から第2回目の酸化性雰囲気への切り替えと同時に(第3段階から第4段階への移行時)に、再度、原料水溶液を高ニッケル比率の組成を有する原料水溶液から低ニッケル比率の組成を有する原料水溶液に切り替える。第2回目の酸化性雰囲気から第3回目の非酸化性雰囲気への切り替えと同時に(第4段階から第5段階への移行時)に、原料水溶液を低ニッケル比率の組成を有する原料水溶液から高ニッケル比率の組成を有する原料水溶液に切り替える。最後に、第3回目の非酸化性雰囲気から第3回目の酸化性雰囲気への切り替えと同時に(第5段階から第6段階への移行時)に、再度、原料水溶液を高ニッケル比率の組成を有する原料水溶液から低ニッケル比率の組成を有する原料水溶液に切り替える。 In addition, in the grain growth step, at the same time as the first non-oxidizing atmosphere is switched to the first oxidizing atmosphere (at the time of transition from the first stage to the second stage), the raw material aqueous solution is changed to a raw material having a composition with a high nickel ratio. The aqueous solution is switched to a raw aqueous solution having a composition with a low nickel percentage. In addition, at the same time as the first oxidizing atmosphere is switched to the second non-oxidizing atmosphere (at the time of transition from the second stage to the third stage), the raw material aqueous solution having a composition with a low nickel ratio is changed to a high nickel ratio. Switch to a raw aqueous solution having a composition of the nickel ratio. Next, at the same time as the second non-oxidizing atmosphere is switched to the second oxidizing atmosphere (at the time of transition from the third stage to the fourth stage), the raw material aqueous solution is again changed to a composition with a high nickel ratio. switch from an aqueous raw material solution having a low nickel ratio composition to an aqueous raw material solution having a low nickel ratio composition. At the same time as the second oxidizing atmosphere is switched to the third non-oxidizing atmosphere (during the transition from the fourth stage to the fifth stage), the raw material aqueous solution is changed from the raw material aqueous solution having a low nickel ratio composition to a high nickel ratio composition. Switch to a raw aqueous solution having a composition of the nickel ratio. Finally, at the same time as the third non-oxidizing atmosphere is switched to the third oxidizing atmosphere (at the time of transition from the fifth stage to the sixth stage), the raw material aqueous solution is again changed to a composition with a high nickel ratio. switch from an aqueous raw material solution having a low nickel ratio composition to an aqueous raw material solution having a low nickel ratio composition.

この場合、2つの原料水溶液の反応槽内への供給ルートを設けて、反応槽内に供給される原料水溶液を速やかに切り替えることにより、それぞれの層を構成する一次粒子の組成を適切に制御することが可能となる。 In this case, the composition of the primary particles constituting each layer is appropriately controlled by providing a supply route for two raw material aqueous solutions into the reaction vessel and rapidly switching the raw material aqueous solution supplied into the reaction vessel. becomes possible.

なお、このような複合水酸化物の製造方法では、核生成工程および粒子成長工程において、金属イオンは、核または一次粒子となって析出する。このため、核生成用水溶液および粒子成長用水溶液中の金属成分に対する液体成分の割合が増加する。この結果、見かけ上、原料水溶液の濃度が低下し、特に、粒子成長工程においては、複合水酸化物の二次粒子の成長が停滞する可能性がある。したがって、液体成分の増加を抑制するため、核生成工程終了後から粒子成長工程の途中で、粒子成長用水溶液の液体成分の一部を反応槽外に排出することが好ましい。具体的には、原料水溶液、アルカリ水溶液およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の供給および攪拌を一旦停止し、粒子成長用水溶液中の核や複合水酸化物を沈降させて、粒子成長用水溶液の上澄み液を排出することが好ましい。このような操作により、粒子成長用水溶液における混合水溶液の相対的な濃度を高めることができるため、粒子成長の停滞を防止し、得られる複合水酸物の二次粒子の粒度分布を好適な範囲に制御することができるばかりでなく、二次粒子全体としての密度も向上させることができる。 In such a method for producing a composite hydroxide, metal ions precipitate as nuclei or primary particles in the nucleation step and the particle growth step. Therefore, the ratio of the liquid component to the metal component in the nucleation aqueous solution and the particle growth aqueous solution is increased. As a result, the concentration of the raw material aqueous solution is apparently lowered, and particularly in the particle growth step, the growth of the secondary particles of the composite hydroxide may be stagnated. Therefore, in order to suppress an increase in the liquid component, it is preferable to discharge a part of the liquid component of the aqueous solution for particle growth to the outside of the reaction tank during the particle growth process after the end of the nucleation process. Specifically, the supply and agitation of the raw material aqueous solution, the alkaline aqueous solution, and the aqueous solution containing the ammonium ion donor are temporarily stopped, and the nuclei and composite hydroxides in the particle growth aqueous solution are allowed to settle, and the supernatant of the particle growth aqueous solution is It is preferred to drain the liquid. By such an operation, the relative concentration of the mixed aqueous solution in the aqueous solution for particle growth can be increased, so that the stagnation of particle growth can be prevented, and the particle size distribution of the secondary particles of the obtained composite hydroxide can be adjusted to a suitable range. In addition, the density of the secondary particles as a whole can be improved.

[複合水酸化物の二次粒子の粒径制御]
上述のようにして得られる複合水酸化物の二次粒子の粒径は、粒子成長工程や核生成工程の時間、核生成用水溶液や粒子成長用水溶液のpH値や、原料水溶液の供給量により制御することができる。たとえば、核生成工程を高いpH値で行うことにより、または、粒子生成工程の時間を長くすることにより、供給する原料水溶液に含まれる金属化合物の量を増やし、核の生成量を増加させ、得られる複合水酸化物の二次粒子の粒径を小さくすることができる。反対に、核生成工程における核の生成量を抑制することで、得られる複合水酸化物の二次粒子の粒径を大きくすることができる。
[Particle size control of secondary particles of composite hydroxide]
The particle size of the secondary particles of the composite hydroxide obtained as described above depends on the time of the particle growth process and the nucleation process, the pH value of the nuclear generation aqueous solution and the particle growth aqueous solution, and the supply amount of the raw material aqueous solution. can be controlled. For example, by performing the nucleation step at a high pH value or by lengthening the time of the particle generation step, the amount of the metal compound contained in the supplied raw material aqueous solution is increased, the amount of nuclei generated is increased, and the The particle size of the secondary particles of the composite hydroxide can be reduced. Conversely, by suppressing the amount of nuclei generated in the nucleation step, the secondary particles of the resulting composite hydroxide can have a larger particle size.

[晶析反応の別実施態様]
本発明の複合水酸化物の製造方法では、核生成用水溶液とは別に、粒子成長工程に適したpH値およびアンモニウムイオン濃度に調整された成分調整用水溶液を用意し、この成分調整用水溶液に、核生成工程後の核生成用水溶液、好ましくは核生成工程後の核生成用水溶液から液体成分の一部を除去したものを添加および混合して、これを粒子成長用水溶液として、粒子成長工程を行ってもよい。
[Another Embodiment of Crystallization Reaction]
In the method for producing a composite hydroxide of the present invention, an aqueous solution for component adjustment adjusted to a pH value and an ammonium ion concentration suitable for the particle growth step is prepared separately from the aqueous solution for nucleation. , an aqueous solution for nucleation after the nucleation step, preferably an aqueous solution for nucleation after the nucleation step from which part of the liquid component has been removed is added and mixed, and this is used as an aqueous solution for particle growth, and the particle growth step may be performed.

この場合、核生成工程と粒子成長工程の分離をより確実に行うことができるため、それぞれの工程における反応水溶液を、最適な状態に制御することができる。特に、粒子成長工程の開始時から粒子成長用水溶液のpH値を最適な範囲に制御することができるため、得られる複合水酸化物の二次粒子の粒度分布をより狭いものとすることができる。 In this case, since the nucleation step and the particle growth step can be separated more reliably, the reaction aqueous solution in each step can be controlled to an optimum state. In particular, since the pH value of the aqueous solution for particle growth can be controlled within the optimum range from the start of the particle growth step, the particle size distribution of the resulting secondary particles of the composite hydroxide can be made narrower. .

(2)供給水溶液
本発明の複合水酸化物の製造方法では、反応槽内に、少なくともニッケルとマンガンとコバルトを含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、pH調整剤によって該反応水溶液のpH値を所定範囲に調整しつつ、晶析反応によって、複合水酸化物を得る。
(2) Aqueous solution to be supplied In the method for producing a composite hydroxide of the present invention, a raw material aqueous solution containing at least nickel, manganese and cobalt and an aqueous solution containing an ammonium ion donor are supplied to the reaction vessel to produce a reaction aqueous solution. A complex hydroxide is obtained by a crystallization reaction while adjusting the pH value of the reaction aqueous solution to a predetermined range with a pH adjuster.

a)原料水溶液
本発明においては、2つの原料水溶液中に含まれる金属元素の比率が、概ね、得られる複合水酸化物の組成比となる。このため、2つの原料水溶液は、ニッケル比率の変更とともに、目的とする複合水酸化物の組成に応じて、それぞれの原料水溶液の金属元素の含有量を適宜調整することが必要となる。
a) Raw material aqueous solution In the present invention, the ratio of the metal elements contained in the two raw material aqueous solutions is generally the composition ratio of the resulting composite hydroxide. Therefore, it is necessary to appropriately adjust the content of the metal element in each of the two raw material aqueous solutions according to the desired composition of the composite hydroxide, in addition to changing the nickel ratio.

たとえば、上述した一般式(A)で表される複合水酸化物を得ようとする場合には、2つの原料水溶液中に含まれる金属元素の比率を、Ni:Mn:Co:M=x:y:z;t(ただし、x+y+z+t=1、0.4≦x≦0.70、0.15≦y≦0.4、0.15≦z≦0.3、0≦t≦0.1)となるように調整するとともに、一方の原料水溶液中に含まれるニッケル比率を、0.4を超える高ニッケル比率の組成に調整し、かつ、他方の原料水溶液中に含まれるニッケル比率を0.1を超えて0.4以下である低ニッケル比率の組成に調整することが必要となる。 For example, when trying to obtain the composite hydroxide represented by the general formula (A) described above, the ratio of the metal elements contained in the two raw material aqueous solutions is changed to Ni:Mn:Co:M=x: y: z; t (however, x + y + z + t = 1, 0.4 ≤ x ≤ 0.70, 0.15 ≤ y ≤ 0.4, 0.15 ≤ z ≤ 0.3, 0 ≤ t ≤ 0.1) while adjusting the nickel ratio contained in one raw material aqueous solution to a composition with a high nickel ratio exceeding 0.4, and the nickel ratio contained in the other raw material aqueous solution to 0.1 It is necessary to adjust the composition to a low nickel ratio of 0.4 or less.

より具体的には、第1段階、第3段階、および第5段階において供給される原料水溶液のニッケル比率を、0.4を超えて1以下である範囲とし、好ましくは0.4を超えて0.8以下の範囲とし、より好ましくは、0.45~0.7の範囲とする。一方、第2段階、第4段階、および第6段階において供給される原料水溶液のニッケル比率を、0.1を超えて0.4以下の範囲とし、好ましくは、0.1を超えて0.38以下の範囲とし、より好ましくは、0.2~0.36の範囲とする。たとえば、第1段階、第3段階、および第5段階において供給される原料水溶液における、ニッケルとマンガンとコバルトの比を、5:3:2~6:3:1とした場合、第2段階、第4段階、および第6段階において供給される原料水溶液における、ニッケルとマンガンとコバルトの比を、3.5~4:3~3.5:3~3.5とすることができる。 More specifically, the nickel ratio of the raw material aqueous solutions supplied in the first stage, the third stage, and the fifth stage is set to a range exceeding 0.4 and 1 or less, preferably exceeding 0.4 It should be in the range of 0.8 or less, more preferably in the range of 0.45 to 0.7. On the other hand, the nickel ratio of the raw material aqueous solutions supplied in the second, fourth, and sixth stages is in the range of more than 0.1 to 0.4, preferably more than 0.1 to 0.4. It should be in the range of 38 or less, more preferably in the range of 0.2 to 0.36. For example, when the ratio of nickel, manganese, and cobalt in the raw material aqueous solutions supplied in the first, third, and fifth stages is 5:3:2 to 6:3:1, the second stage, The ratio of nickel:manganese:cobalt in the raw material aqueous solutions supplied in the fourth stage and the sixth stage can be 3.5-4:3-3.5:3-3.5.

なお、添加元素Mを別工程で導入する場合には、原料水溶液に添加元素Mが含まれないようにする。また、核生成工程と粒子成長工程とにおいて、添加元素Mの添加の有無、あるいは、遷移金属や添加元素Mの含有比率を変更することも可能である。 When the additive element M is introduced in a separate process, the additive element M should not be contained in the raw material aqueous solution. Further, in the nucleation step and the grain growth step, it is possible to change the presence or absence of addition of the additive element M, or the content ratio of the transition metal and the additive element M.

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

また、複合水酸化物中に添加元素M(Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)を含有させる場合には、添加元素Mを供給するための化合物としては、同様に水溶性の化合物が好ましく、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。 Further, the additive element M (M is one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W) is added to the composite hydroxide. When it is contained, the compound for supplying the additional element M is preferably a water-soluble compound, such as magnesium sulfate, calcium sulfate, aluminum sulfate, titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, and potassium titanium oxalate. , vanadium sulfate, ammonium vanadate, chromium sulfate, potassium chromate, zirconium sulfate, niobium oxalate, ammonium molybdate, hafnium sulfate, sodium tantalate, sodium tungstate, ammonium tungstate and the like can be preferably used.

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~2.6mol/L、より好ましくは1.5mol/L~2.2mol/Lとする。原料水溶液の濃度が1mol/L未満では、反応槽あ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、それぞれの金属化合物の結晶が再析出して、配管などを詰まらせるおそれがある。 The concentration of the raw material aqueous solution is preferably 1 mol/L to 2.6 mol/L, more preferably 1.5 mol/L to 2.2 mol/L, in terms of the total concentration of metal compounds. If the concentration of the raw material aqueous solution is less than 1 mol/L, the amount of crystallized material per reaction tank is small, resulting in low productivity. On the other hand, when the concentration of the mixed aqueous solution exceeds 2.6 mol/L, it exceeds the saturated concentration at normal temperature, and crystals of each metal compound may re-precipitate and clog pipes and the like.

上述した金属化合物は、必ずしも原料水溶液として反応槽に供給しなくてもよい。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には、全金属化合物水溶液の合計の濃度が上記範囲となるように、個別に金属化合物水溶液を調製して、個々の金属化合物の水溶液として、所定の割合で反応槽内に供給してもよい。 The metal compound described above does not necessarily have to be supplied to the reaction tank as an aqueous raw material solution. For example, when performing a crystallization reaction using a metal compound that reacts to produce a compound other than the desired compound when mixed, separate Alternatively, an aqueous metal compound solution may be prepared in the above step and supplied to the reaction vessel at a predetermined ratio as an aqueous solution of individual metal compounds.

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

b)アルカリ水溶液
反応水溶液中のpH値を調整するアルカリ水溶液は、特に制限されることはなく、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの一般的なアルカリ金属水酸化物水溶液を用いることができる。なお、アルカリ金属水酸化物を、直接、反応水溶液に添加することもできるが、pH制御の容易さから、水溶液として添加することが好ましい。この場合、アルカリ金属水酸化物水溶液の濃度を、好ましくは20質量%~50質量%、より好ましくは20質量%~30質量%とする。アルカリ金属水溶液の濃度をこのような範囲に規制することにより、反応系に供給する溶媒量(水量)を抑制しつつ、添加位置で局所的にpH値が高くなることを防止することができるため、粒度分布の狭い複合水酸化物の二次粒子を効率的に得ることが可能となる。
b) Alkaline aqueous solution The alkaline aqueous solution for adjusting the pH value in the reaction aqueous solution is not particularly limited, and a general alkali metal hydroxide aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide can be used. Although the alkali metal hydroxide can be added directly to the reaction aqueous solution, it is preferable to add it as an aqueous solution for ease of pH control. In this case, the concentration of the aqueous alkali metal hydroxide solution is preferably 20% to 50% by mass, more preferably 20% to 30% by mass. By regulating the concentration of the alkali metal aqueous solution within such a range, it is possible to suppress the amount of solvent (water amount) supplied to the reaction system and prevent the pH value from locally increasing at the addition position. , it is possible to efficiently obtain secondary particles of composite hydroxide 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 aqueous solution does not become locally high and is maintained within a predetermined range. For example, while sufficiently stirring the reaction aqueous solution, it may be supplied by a pump capable of controlling the flow rate such as a metering pump.

c)アンモニウム供給体を含む水溶液
アンモニウムイオン供給体を含む水溶液も、特に制限されることはなく、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。
c) Aqueous solution containing ammonium donor The aqueous solution containing ammonium ion donor is also not particularly limited, and for example, ammonia water or an aqueous solution of ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate or ammonium fluoride can be used. can be done.

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

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 also be supplied by a pump whose flow rate can be controlled in the same manner as the alkaline aqueous solution.

[pH値]
本発明の複合水酸化物の製造方法においては、反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を、核生成工程においては12.0~14.0の範囲に、粒子成長工程においては10.5~12.0の範囲に制御することが必要となる。なお、いずれの工程においても、晶析反応中のpH値の変動幅は、±0.2以内に制御することが好ましい。pH値の変動幅が大きい場合には、核生成量と粒子成長の割合が一定とならず、粒度分布の狭い複合水酸化物の二次粒子を得ることが困難となる。なお、反応水溶液のpH値はpH計により測定することができる。
[pH value]
In the method for producing a composite hydroxide of the present invention, the pH value of the reaction aqueous solution at a liquid temperature of 25° C. is in the range of 12.0 to 14.0 in the nucleation step, and 10.5 in the particle growth step. It is necessary to control in the range of ~12.0. In any step, it is preferable to control the fluctuation range of the pH value during the crystallization reaction within ±0.2. If the fluctuation range of the pH value is large, the ratio of the amount of nucleation and particle growth will not be constant, making it difficult to obtain secondary particles of composite hydroxide with a narrow particle size distribution. The pH value of the reaction aqueous solution can be measured with a pH meter.

a)核生成工程
核生成工程においては、反応水溶液(核生成用水溶液)のpH値を、液温25℃基準で、12.0~14.0、好ましくは12.3~13.5、より好ましくは12.5~13.3の範囲に制御することが必要となる。これにより、核の成長を抑制し、核生成を優先させることが可能となり、この工程で生成する核を均質かつ粒度分布の狭いものとすることができる。一方、pH値が12.0未満では、核生成とともに核(粒子)の成長が進行するため、得られる複合水酸化物の二次粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。また、pH値が14.0を超えると、生成する核が微細になりすぎるため、核生成用水溶液がゲル化する問題が生じる。
a) Nucleation step In the nucleation step, the pH value of the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution) is 12.0 to 14.0, preferably 12.3 to 13.5, based on the liquid temperature of 25 ° C. Preferably, it is necessary to control in the range of 12.5-13.3. As a result, it is possible to suppress the growth of nuclei and give priority to nucleation, so that the nuclei generated in this step can be homogeneous and have a narrow particle size distribution. On the other hand, if the pH value is less than 12.0, the growth of nuclei (particles) proceeds along with the nucleation, so that the secondary particles of the resulting composite hydroxide become non-uniform in particle size and the particle size distribution deteriorates. On the other hand, when the pH value exceeds 14.0, the generated nuclei become too fine, which causes a problem of gelation of the aqueous solution for nucleation.

b)粒子成長工程
粒子成長工程においては、反応水溶液(粒子成長水溶液)のpH値を、液温25℃基準で、10.5~12.0、好ましくは11.0~12.0、より好ましくは11.5~12.0の範囲に制御することが必要となる。これにより、新たな核の生成が抑制され、粒子成長を優先させることが可能となり、得られる複合水酸化物の二次粒子を均質かつ粒度分布が狭いものとすることができる。一方、pH値が10.5未満では、アンモニウムイオン濃度が上昇し、金属イオンの溶解度が高くなるため、晶析反応の速度が遅くなるばかりでなく、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、生産性が悪化する。また、pH値が12.0を超えると、粒子成長工程中の核生成量が増加し、得られる複合水酸化物の二次粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。
b) Particle Growth Step In the particle growth step, the pH value of the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) is 10.5 to 12.0, preferably 11.0 to 12.0, more preferably 11.0 to 12.0, based on a liquid temperature of 25°C. must be controlled within the range of 11.5 to 12.0. As a result, the generation of new nuclei is suppressed, it becomes possible to give priority to particle growth, and the secondary particles of the obtained composite hydroxide can be made uniform and have a narrow particle size distribution. On the other hand, if the pH value is less than 10.5, the concentration of ammonium ions increases and the solubility of metal ions increases, which not only slows down the crystallization reaction but also increases the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution. and productivity suffers. On the other hand, if the pH value exceeds 12.0, the amount of nuclei generated during the particle growth step increases, the secondary particles of the composite hydroxide obtained have non-uniform particle sizes, and the particle size distribution deteriorates.

なお、pH値が12.0の場合は、核生成と核成長の境界条件であるため、反応水溶液中に存在する核の有無により、核生成工程または粒子成長工程のいずれかの条件とすることができる。すなわち、核生成工程のpH値を12.0より高くして多量に核生成させた後、粒子成長工程のpH値を12.0とすると、反応水溶液中に多量の核が存在するため、粒子成長が優先して起こり、粒径分布が狭い複合水酸化物の二次粒子を得ることができる。一方、核生成工程のpH値を12.0とすると、反応水溶液中に成長する核が存在しないため、核生成が優先して起こり、粒子成長工程のpH値を12.0より小さくすることで、生成した核が成長して良好な複合水酸化物の二次粒子を得ることができる。いずれの場合においても、粒子成長工程のpH値を核生成工程のpH値より低い値で制御すればよく、核生成と粒子成長を明確に分離するためには、粒子成長工程のpH値を核生成工程のpH値より0.5以上低くすることが好ましく、1.0以上低くすることがより好ましい。 When the pH value is 12.0, it is a boundary condition between nucleation and nucleus growth, so depending on the presence or absence of nuclei in the reaction aqueous solution, the condition may be either the nucleation step or the particle growth step. can be done. That is, when the pH value of the nucleation step is set higher than 12.0 to generate a large amount of nuclei, and then the pH value of the particle growth step is set to 12.0, a large amount of nuclei are present in the reaction aqueous solution, resulting in particles Growth occurs preferentially, and secondary particles of composite hydroxide having a narrow particle size distribution can be obtained. On the other hand, when the pH value of the nucleation step is set to 12.0, since there are no growing nuclei in the reaction aqueous solution, nucleation occurs preferentially. , the generated nucleus grows and good secondary particles of composite hydroxide can be obtained. In any case, the pH value in the grain growth step should be controlled at a value lower than the pH value in the nucleation step. It is preferably 0.5 or more lower than the pH value of the production step, more preferably 1.0 or more lower.

[反応雰囲気]
本発明の複合水酸化物の二次粒子の構造は、核生成工程および粒子成長工程における反応水溶液のpH値を上述のように制御するとともに、これらの工程における反応雰囲気を制御することにより形成される。したがって、本発明の複合水酸化物の製造方法においては、それぞれの工程におけるpH値の制御とともに、反応雰囲気の制御が重要な意義を有する。
[Reaction atmosphere]
The secondary particle structure of the composite hydroxide of the present invention is formed by controlling the pH value of the reaction aqueous solution in the nucleation step and the particle growth step as described above, and by controlling the reaction atmosphere in these steps. be. Therefore, in the method for producing a composite hydroxide of the present invention, control of the reaction atmosphere as well as control of the pH value in each step is of great significance.

このような反応雰囲気の制御では、第1~第3の低密度層を構成する微細一次粒子は、通常、板状および/または針状となるが、複合水酸化物の組成によっては、直方体状、楕円状、稜面体状などの形状も採り得る。この点については、中心部、高密度層および外殻層を構成する板状一次粒子についても同様である。したがって、本発明の複合水酸化物の製造方法においては、目的とする複合水酸化物の組成に応じて、それぞれの段階における反応雰囲気を適切に制御することが必要となる。 In such control of the reaction atmosphere, the fine primary particles constituting the first to third low-density layers are usually plate-like and/or needle-like, but depending on the composition of the composite hydroxide, they may be rectangular parallelepiped-like. , an elliptical shape, and a pyramidal shape. In this respect, the same applies to the plate-like primary particles that constitute the central portion, the high-density layer, and the outer shell layer. Therefore, in the method for producing a composite hydroxide of the present invention, it is necessary to appropriately control the reaction atmosphere in each stage according to the desired composition of the composite hydroxide.

a)非酸化性雰囲気
本発明の製造方法においては、複合水酸化物の二次粒子の中心部、高密度層、および外殻層を形成する段階における反応雰囲気は、非酸化性雰囲気である。具体的には、不活性ガスなどの非酸化性ガスを導入することにより、反応雰囲気中における酸素濃度が、5容量%以下、好ましくは2容量%以下、より好ましくは1容量%以下である非酸化性雰囲気となるように、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。これにより、不要な酸化を抑制しつつ、核生成工程で生成した核を一定の範囲まで成長させることができるため、複合水酸化物の二次粒子の中心部、高密度層、および外殻層を板状一次粒子が凝集した構造とすることができる。
a) Non-Oxidizing Atmosphere In the production method of the present invention, the reaction atmosphere in the step of forming the core of the secondary particles of the composite hydroxide, the high-density layer, and the outer shell layer is a non-oxidizing atmosphere. Specifically, by introducing a non-oxidizing gas such as an inert gas, the oxygen concentration in the reaction atmosphere is 5% by volume or less, preferably 2% by volume or less, more preferably 1% by volume or less. It is necessary to control the mixed atmosphere of oxygen and inert gas so as to create an oxidizing atmosphere. As a result, while suppressing unnecessary oxidation, the nuclei generated in the nucleation process can be grown to a certain range, so that the core, high-density layer, and outer shell layer of the secondary particles of the composite hydroxide can have a structure in which plate-like primary particles are aggregated.

b)酸化性雰囲気
一方、複合水酸化物の二次粒子の第1~第3の低密度層を形成する段階では、反応雰囲気を、酸化性雰囲気に制御する。具体的には、反応雰囲気中における酸素濃度が、5容量%を超えるように、好ましくは10容量%以上、より好ましくは大気雰囲気(酸素濃度:21容量%)となるように制御する。反応雰囲気中の酸素濃度をこのような範囲に制御することにより、粒子成長が抑制され、一次粒子の平均粒径が0.01μm~0.3μmの範囲となるため、中心部、高密度層、および外殻層と十分な密度差を有する第1~第3の低密度層を形成することができる。
b) Oxidizing Atmosphere On the other hand, in the step of forming the first to third low-density layers of secondary particles of composite hydroxide, the reaction atmosphere is controlled to be an oxidizing atmosphere. Specifically, the oxygen concentration in the reaction atmosphere is controlled so as to exceed 5% by volume, preferably 10% by volume or more, more preferably an atmospheric atmosphere (oxygen concentration: 21% by volume). By controlling the oxygen concentration in the reaction atmosphere to such a range, particle growth is suppressed and the average particle size of the primary particles is in the range of 0.01 μm to 0.3 μm. and the first to third low-density layers having a sufficient difference in density from the outer shell layer.

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

c)反応雰囲気の切り替え
粒子成長工程において、目的とする粒子構造を有する複合水酸化物が形成されるように、上述した雰囲気制御を行うことが必要となる。
c) Switching Reaction Atmosphere In the particle growth step, it is necessary to control the atmosphere as described above so that the composite hydroxide having the desired particle structure is formed.

本発明の複合水酸化物の製造方法では、散気管を用いて、反応水溶液中に雰囲気ガスを直接供給する場合には、反応雰囲気、すなわち反応場である反応水溶液中の酸素溶存量は、反応槽内の酸素濃度の変化に対して遅れることなく変化する。したがって、雰囲気の切り替え時間は、反応槽内の酸素濃度を測定することにより確認することができる。一方、反応槽内の反応水溶液に接する空間へと、雰囲気ガスを供給する場合には、反応水溶液の酸素溶存量の変化と反応槽内の酸素濃度の変化とにタイムラグが生じるため、反応槽内の酸素濃度の変化が安定するまでは、反応水溶液の酸素溶存量を、即時的に正しい値として確認することはできないが、同様に、反応槽内の酸素濃度が安定した後の測定値により確認することが可能である。このように、いずれの場合も、反応槽内の酸素濃度を基準として得られた雰囲気の切り替え時間を、反応場である反応水溶液中の酸素溶存量の切り替え時間とすることができ、よって、反応槽内の酸素濃度を基準として、反応雰囲気の時間的な制御を適切に行うことができる。 In the method for producing a composite hydroxide of the present invention, when the atmosphere gas is directly supplied into the reaction aqueous solution using an air diffuser, the reaction atmosphere, that is, the dissolved oxygen content in the reaction aqueous solution that is the reaction field, is Changes without delay in response to changes in oxygen concentration in the tank. Therefore, the atmosphere switching time can be confirmed by measuring the oxygen concentration in the reaction vessel. On the other hand, when the atmosphere gas is supplied to the space in contact with the reaction aqueous solution in the reaction vessel, a time lag occurs between the change in the dissolved oxygen amount in the reaction aqueous solution and the change in the oxygen concentration in the reaction vessel. Until the change in oxygen concentration stabilizes, the dissolved oxygen amount in the reaction aqueous solution cannot be immediately confirmed as a correct value. It is possible to Thus, in any case, the atmosphere switching time obtained based on the oxygen concentration in the reaction vessel can be used as the switching time for the amount of oxygen dissolved in the reaction aqueous solution, which is the reaction field. Based on the oxygen concentration in the tank, the reaction atmosphere can be appropriately controlled over time.

なお、本発明において、雰囲気の切り替えに要する時間は、粒子成長工程の全体に対して1%~2%程度である。この時間は、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気、または酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替えるときも共通である。したがって、雰囲気の切り替え時間を、単独で厳密に管理することも可能であるが、通常は、雰囲気切り替え後の非酸化性雰囲気あるいは酸化性雰囲気の時間に含めて管理すれば十分である。 In the present invention, the time required for switching the atmosphere is about 1% to 2% of the entire grain growth process. This time is also common when switching from a non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere or from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere. Therefore, although it is possible to strictly control the atmosphere switching time independently, it is usually sufficient to include it in the non-oxidizing atmosphere or oxidizing atmosphere time after the atmosphere switching.

より具体的には、粒子成長段階の第1段階(初期段階)における非酸化雰囲気による晶析反応は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは10%~20%の範囲、より好ましくは10%~18%の範囲とする。 More specifically, the crystallization reaction in a non-oxidizing atmosphere in the first stage (initial stage) of the grain growth stage preferably accounts for 10% to 20% of the total grain growth process time, more preferably The range is from 10% to 18%.

第2段階における酸化性雰囲気による晶析反応(非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替え時間を含む)は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは2%~20%の範囲、より好ましくは3%~15%の範囲とする。ただし、第2段階と第4段階と第6段階の酸化性雰囲気での晶析反応全体の割合が好ましくは5%~50%の範囲、より好ましくは6%~40%の範囲から外れないようにする。 The crystallization reaction in the oxidizing atmosphere in the second stage (including the time for switching from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere) is preferably in the range of 2% to 20%, more than It is preferably in the range of 3% to 15%. However, the ratio of the entire crystallization reaction in the oxidizing atmosphere in the second stage, the fourth stage, and the sixth stage is preferably within the range of 5% to 50%, more preferably within the range of 6% to 40%. to

第3段階における非酸化性雰囲気による晶析反応(酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気への切り替え時間を含む)は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは12%~40%の範囲、より好ましくは14%~34%の範囲として、2回目の前記酸化性雰囲気への切り替えを、前記粒子成長工程の開始から該粒子成長工程の全体に対して3%~40%の範囲、好ましくは4%~25%の範囲で行う。 The crystallization reaction in the non-oxidizing atmosphere in the third stage (including the switching time from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere) is preferably in the range of 12% to 40% of the total grain growth process time. More preferably in the range of 14% to 34%, the second switching to the oxidizing atmosphere is in the range of 3% to 40% of the entire grain growth process from the start of the grain growth process, preferably It is carried out in the range of 4% to 25%.

第4段階における酸化性雰囲気による晶析反応(非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替え時間を含む)は、粒子成長工程時間の全体に対して、第2段階の晶析反応の割合の好ましくは1.2倍~2.5倍、より好ましくは1.5倍~2.0倍であって、好ましくは3%~40%の範囲、より好ましくは4%~25%の範囲とする。 The crystallization reaction in the oxidizing atmosphere in the fourth stage (including the time for switching from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere) preferably accounts for the ratio of the crystallization reaction in the second stage to the entire grain growth process time. is 1.2 times to 2.5 times, more preferably 1.5 times to 2.0 times, preferably in the range of 3% to 40%, more preferably in the range of 4% to 25%.

第5段階における非酸化性雰囲気による晶析反応(酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気への切り替え時間を含む)は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは10%~40%の範囲、より好ましくは25%~35%の範囲として、十分な外殻部の骨格を形成することが好ましい。 The crystallization reaction in the non-oxidizing atmosphere in the fifth stage (including the switching time from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere) is preferably in the range of 10% to 40% of the total grain growth process time, More preferably, it is in the range of 25% to 35% to form a sufficient skeleton of the outer shell.

第6段階における酸化性雰囲気による晶析反応(非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替え時間を含む)は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは2%~20%の範囲、より好ましくは3%~15%の範囲とする。所定時間の経過後、最終的に晶析反応を終了させる。 The crystallization reaction in the oxidizing atmosphere in the sixth stage (including the switching time from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere) is preferably in the range of 2% to 20%, more than It is preferably in the range of 3% to 15%. After a predetermined time has elapsed, the crystallization reaction is finally terminated.

なお、それぞれの段階における晶析反応の割合というのは、粒子成長工程において添加される全金属量に対する、それぞれの段階で添加される金属量の割合で定義される。実際の操業においては、これらは、原料水溶液を一定に供給して、添加される金属量を一定にすることで、粒子成長工程全体の時間に対して、それぞれの晶析反応時間が所定の割合となるように制御することができる。 The ratio of the crystallization reaction in each stage is defined by the ratio of the amount of metal added in each stage to the total amount of metal added in the grain growth process. In actual operation, by supplying the raw material aqueous solution constantly and making the amount of added metal constant, each crystallization reaction time is set at a predetermined ratio with respect to the entire grain growth process time. can be controlled to be

d)切替方法
晶析工程中における反応雰囲気の切り替えは、反応槽内に雰囲気ガスを流通させるか、反応水溶液に、内径が1mm~50mm程度の導管を挿入し、雰囲気ガスによってバブリングすることで行うことが一般的である。この場合、反応雰囲気の切り替えに長時間を要するため、切替中に、原料水溶液の供給を停止することが必要とされる。原料水溶液の供給を停止しないと、複合水酸化物の粒子内部に緩やかな密度勾配が形成される可能性がある。この場合、特に、第1の低密度層および第2の低密度層の形成が不十分となる場合がある。
d) Switching method Switching of the reaction atmosphere during the crystallization step is performed by circulating the atmosphere gas in the reaction tank or by inserting a conduit having an inner diameter of about 1 mm to 50 mm into the reaction aqueous solution and bubbling the atmosphere gas. is common. In this case, since it takes a long time to switch the reaction atmosphere, it is necessary to stop the supply of the raw material aqueous solution during the switching. Unless the supply of the raw material aqueous solution is stopped, a gentle density gradient may be formed inside the composite hydroxide particles. In this case, especially the formation of the first low density layer and the second low density layer may be insufficient.

一方、反応雰囲気の切り替えを散気管によって行うと、散気管が、表面に微細な孔を多数有する導管によって構成され、液体中に微細なガス(気泡)を多数放出することができるため、短時間で反応雰囲気の切り替えを行うことが可能である。このため、反応雰囲気の切替時に、原料水溶液の供給を停止する必要はなく、生産効率の改善を図ることができる。この場合、酸化性雰囲気での晶析反応の割合が短くなる場合であっても、低密度層を十分に形成することが可能となる。 On the other hand, when the reaction atmosphere is switched by an air diffuser, the air diffuser is composed of a conduit having many fine holes on its surface, and can release many fine gases (bubbles) into the liquid, so that the reaction time can be reduced in a short time. It is possible to switch the reaction atmosphere with . Therefore, it is not necessary to stop the supply of the raw material aqueous solution when switching the reaction atmosphere, and the production efficiency can be improved. In this case, even if the rate of crystallization reaction in the oxidizing atmosphere becomes short, it is possible to sufficiently form the low-density layer.

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

(4)アンモニウムイオン濃度
反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは3g/L~25g/L、より好ましくは5g/L~20g/Lの範囲内で一定値に保持する。反応水溶液中においてアンモニウムイオンは錯化剤として機能するため、アンモニウムイオン濃度が3g/L未満では、金属イオンの溶解度を一定に保持することができず、また、反応水溶液がゲル化しやすくなり、形状や粒径の整った複合水酸化物の二次粒子を得ることが困難となる。一方、アンモニウムイオン濃度が25g/Lを超えると、金属イオンの溶解度が大きくなりすぎるため、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、組成ずれなどの原因となる。なお、反応水溶液の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。
(4) Ammonium Ion Concentration The ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution is preferably maintained at a constant value within the range of 3 g/L to 25 g/L, more preferably 5 g/L to 20 g/L. Since ammonium ions function as a complexing agent in the reaction aqueous solution, if the ammonium ion concentration is less than 3 g/L, the solubility of metal ions cannot be maintained constant, and the reaction aqueous solution tends to gel, resulting in a It becomes difficult to obtain secondary particles of composite hydroxide with a uniform particle size. On the other hand, when the ammonium ion concentration exceeds 25 g/L, the solubility of the metal ions becomes too high, so that the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases, causing compositional deviation and the like. The ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution can be measured with an ion meter.

なお、晶析反応中にアンモニウムイオン濃度が変動すると、金属イオンの溶解度が変動し、均一な複合水酸化物の二次粒子が形成されなくなる。このため、核生成工程と粒子成長工程を通じて、アンモニウムイオン濃度の変動幅を一定の範囲に制御することが好ましく、具体的には、±5g/Lの変動幅に制御することが好ましい。 Note that if the ammonium ion concentration fluctuates during the crystallization reaction, the solubility of the metal ions fluctuates, and uniform secondary particles of the composite hydroxide are no longer formed. For this reason, it is preferable to control the fluctuation width of the ammonium ion concentration within a certain range through the nucleation step and the grain growth step, and specifically, it is preferable to control the fluctuation width within ±5 g/L.

(5)反応温度
反応水溶液の温度(反応温度)は、核生成工程と粒子成長工程を通じて、好ましくは20℃以上、より好ましくは20℃~60℃の範囲に制御することが必要となる。反応温度が20℃未満では、反応水溶液の溶解度が低くなることに起因して、核生成が起こりやすくなり、得られる複合水酸化物の二次粒子の平均粒径MVや粒度分布の制御が困難となる。なお、反応温度の上限は、特に制限されることはないが、60℃を超えると、アンモニアの揮発が促進され、反応水溶液中のアンモニウムイオンを一定範囲に制御するために供給するアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の量が増加し、生産コストが増加してしまう。
(5) Reaction temperature The temperature of the reaction aqueous solution (reaction temperature) must be controlled in the range of preferably 20°C or higher, more preferably 20°C to 60°C throughout the nucleation step and the particle growth step. If the reaction temperature is less than 20°C, nucleation is likely to occur due to the low solubility of the reaction aqueous solution, and it is difficult to control the average particle size MV and particle size distribution of the resulting composite hydroxide secondary particles. becomes. The upper limit of the reaction temperature is not particularly limited, but if it exceeds 60° C., volatilization of ammonia is accelerated, and an ammonium ion supplier is supplied to control the ammonium ions in the reaction aqueous solution within a certain range. The amount of the aqueous solution containing is increased, and the production cost is increased.

(6)被覆工程
本発明の複合水酸化物の製造方法では、原料水溶液中に添加元素Mを含有する化合物を添加することで、粒子内部に添加元素Mが分散した複合水酸化物の二次粒子を得ることができる。しかしながら、より少ない添加量で、添加元素Mの添加による効果を得ようとする場合には、粒子成長工程後に、複合水酸化物の二次粒子の表面を、添加元素Mを含む化合物で被覆する被覆工程を行うことが好ましい。
(6) Coating step In the method for producing a composite hydroxide of the present invention, by adding a compound containing the additive element M to the raw material aqueous solution, the secondary compound hydroxide in which the additive element M is dispersed inside the particles particles can be obtained. However, when trying to obtain the effect of adding the additive element M with a smaller additive amount, the surface of the secondary particles of the composite hydroxide is coated with a compound containing the additive element M after the particle growth step. A coating step is preferably carried out.

被覆方法は、複合水酸化物の二次粒子を、添加元素Mを含む化合物によって被覆することができる限り、特に制限されることはない。たとえば、複合水酸化物をスラリー化し、そのpH値を所定の範囲に制御した後、添加元素Mを含む化合物を溶解した水溶液(被覆用水溶液)を添加し、複合水酸化物の二次粒子の表面に添加元素Mを含む化合物を析出させることで、添加元素Mを含む化合物によって被覆された複合水酸化物の二次粒子を得ることができる。この場合、被覆用水溶液に代えて、添加元素Mのアルコキシド溶液をスラリー化した複合水酸化物に添加してもよい。また、複合水酸化物をスラリー化せずに、添加元素Mを含む化合物を溶解した水溶液またはスラリーを吹き付けて乾燥させることにより被覆してもよい。さらに、複合水酸化物と添加元素Mを含む化合物が懸濁したスラリーを噴霧乾燥させる方法により、または、複合水酸化物と添加元素Mを含む化合物を固相法で混合するなどの方法により被覆することもできる。 The coating method is not particularly limited as long as the secondary particles of the composite hydroxide can be coated with the compound containing the additive element M. For example, after slurrying the composite hydroxide and controlling its pH value within a predetermined range, an aqueous solution (aqueous solution for coating) in which a compound containing the additional element M is dissolved is added to form secondary particles of the composite hydroxide. By precipitating the compound containing the additive element M on the surface, the secondary particles of the composite hydroxide coated with the compound containing the additive element M can be obtained. In this case, instead of the coating aqueous solution, an alkoxide solution of the additive element M may be added to the slurried composite hydroxide. Alternatively, instead of slurrying the composite hydroxide, the composite hydroxide may be coated by spraying an aqueous solution or slurry in which a compound containing the additive element M is dissolved and drying. Furthermore, coating by a method such as spray drying a slurry in which the composite hydroxide and the compound containing the additive element M are suspended, or by mixing the composite hydroxide and the compound containing the additive element M by a solid phase method. You can also

なお、複合水酸化物の二次粒子の表面を添加元素Mで被覆する場合には、被覆後の複合水酸化物の組成が、目的とする複合水酸化物の組成と一致するように、原料水溶液および被覆用水溶液の組成を適宜調整することが必要となる。また、被覆工程は、複合水酸化物を熱処理した後の熱処理粒子に対して行ってもよい。 In addition, when the surface of the secondary particles of the composite hydroxide is coated with the additive element M, the raw material is It is necessary to appropriately adjust the composition of the aqueous solution and the coating aqueous solution. Moreover, the coating step may be performed on the heat-treated particles after heat-treating the composite hydroxide.

(7)製造装置
本発明の複合水酸化物を製造するための晶析装置(反応槽)としては、反応雰囲気の切り替えおよび原料水溶液の切り替えを行うことができるものである限り、特に制限されることはない。しかしながら、晶析反応が終了するまで、析出した生成物を回収しないバッチ式晶析装置を用いることが好ましい。このような晶析装置であれば、オーバーフロー方式によって生成物を回収する連続晶析装置とは異なり、成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されることがないため、粒度分布の狭い複合水酸化物の二次粒子を容易に得ることができる。また、本発明の複合水酸化物の製造方法では、晶析反応中の反応雰囲気を適切に制御することが必要となるため、密閉式の晶析装置を用いることが好ましい。
(7) Production Apparatus The crystallization apparatus (reaction tank) for producing the composite hydroxide of the present invention is particularly limited as long as it can switch the reaction atmosphere and the raw material aqueous solution. never. However, it is preferred to use a batch crystallizer in which the precipitated product is not collected until the crystallization reaction is complete. With such a crystallizer, unlike a continuous crystallizer that recovers the product by an overflow method, the growing particles are not recovered at the same time as the overflow liquid. Secondary particles can be easily obtained. In addition, in the method for producing a composite hydroxide of the present invention, it is necessary to appropriately control the reaction atmosphere during the crystallization reaction, so it is preferable to use a closed crystallizer.

3.リチウムイオン二次電池用正極活物質
(1)粒子構造
本発明の正極活物質は、遷移金属として、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる、三元系のリチウムイオン二次電池用正極活物質であって、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。本発明の正極活物質では、図3に示すように、二次粒子は、凝集した一次粒子からなる外殻部7と、外殻部7の内側に存在し、外殻部7と同様に凝集した一次粒子からなり、かつ、外殻部7と電気的に導通する凝集部8、および、外殻部7の内側で凝集部8の間に分散して存在する空間部9とを備えた多孔質構造を有している。
3. Positive electrode active material for lithium ion secondary battery (1) Particle structure The positive electrode active material of the present invention is a ternary lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide containing at least nickel, manganese, and cobalt as transition metals. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, comprising secondary particles formed by agglomeration of a plurality of primary particles. In the positive electrode active material of the present invention, as shown in FIG. agglomerated portions 8 made of primary particles and electrically connected to the outer shell portion 7; and space portions 9 distributed between the aggregated portions 8 inside the outer shell portion have a qualitative structure.

特に、本発明の正極活物質は、かかる多孔質構造の二次粒子において、図3に符号Aで示す、外殻部7および凝集部8を構成する個々の一次粒子は、図4に示すように、いずれもニッケル、マンガン、およびコバルトの合計に対するニッケルの原子比であるニッケル比率が0.4を超える高ニッケル比率の組成を有する粒子構造10aからなり、かつ、該組成が、前記ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下である低ニッケル比率の組成に傾斜化した表層部10bを備える。 In particular, in the positive electrode active material of the present invention, in the secondary particles having such a porous structure, the individual primary particles constituting the outer shell portion 7 and the aggregation portion 8 indicated by symbol A in FIG. and comprising a grain structure 10a having a high nickel ratio composition in which the nickel ratio, which is the atomic ratio of nickel to the sum of nickel, manganese and cobalt, is greater than 0.4, and wherein the composition comprises The surface layer portion 10b is graded to have a low nickel ratio of more than 0.1 to 0.4 or less.

ここで、「電気的に導通する」とは、一次粒子の凝集部同士が、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。また、「外殻部」は、前駆体である複合水酸化物の二次粒子の最も外側に形成された外殻層および第3の低密度層が焼結収縮した部分に相当する。また、「凝集部」は、前駆体である複合水酸化物の二次粒子の中心部、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層が焼結収縮した部分に相当する。さらに、「空間部」は、前駆体である複合水酸化物の二次粒子の第1の低密度部および第2の低密度部を構成する微細一次粒子が周囲の板状一次粒子に吸収されることにより形成された気孔構造である。これらの空間部は、凝集部の存在により相互に離間して存在するが、一次粒子間の粒界や空隙を介して、外部および相互に連通し、空間部内への電解質と導電助剤の侵入が可能である。 Here, "electrically conductive" means that the aggregated portions of the primary particles are structurally connected to each other and are electrically conductive. Further, the "outer shell portion" corresponds to a portion where the outermost shell layer and the third low-density layer formed on the outermost side of the secondary particles of the composite hydroxide, which is the precursor, are sintered and shrunk. In addition, the "aggregated part" corresponds to the part where the central part of the secondary particles of the composite hydroxide that is the precursor, the first low-density layer, the high-density layer, and the second low-density layer undergo sintering shrinkage. . Furthermore, in the "space", the fine primary particles that constitute the first low-density portion and the second low-density portion of the secondary particles of the composite hydroxide that is the precursor are absorbed by the surrounding plate-like primary particles. It is a pore structure formed by These spaces exist apart from each other due to the existence of the aggregated parts, but communicate with each other and the outside through the grain boundaries and voids between the primary particles, allowing the electrolyte and the conductive aid to penetrate into the spaces. is possible.

本発明の正極活物質は、このような粒子構造により、従来の中空構造を有する正極活物質と比較して、より大きい比表面積とより高いタップ密度を両立させている。本発明の粒子構造を有する正極活物質では、一次粒子間の粒界や空隙または空間部を介して、二次粒子の内部に電解質が浸入するため、二次粒子の表面ばかりでなく、二次粒子の内部においても、リチウムの脱離および挿入が可能となる。しかも、この正極活物質は、外殻部と凝集部とが電気的に導通し、かつ、その経路の断面積が十分に大きいため、粒子内部の抵抗(内部抵抗)を大幅に低減することができる。 Due to such a particle structure, the positive electrode active material of the present invention achieves both a larger specific surface area and a higher tap density than conventional positive electrode active materials having a hollow structure. In the positive electrode active material having the particle structure of the present invention, the electrolyte penetrates into the interior of the secondary particles through the grain boundaries, voids, or spaces between the primary particles. Lithium can be desorbed and intercalated inside the particles as well. Moreover, in this positive electrode active material, the outer shell portion and the aggregation portion are electrically connected, and the cross-sectional area of the path is sufficiently large, so that the resistance inside the particles (internal resistance) can be greatly reduced. can.

本発明の正極活物質では、二次粒子の骨格を形成する外殻部と凝集部を構成する一次粒子を、その表層部を除いて、ニッケル比率が0.4を超える高ニッケル比率の組成として、三元系の正極活物質の全体組成におけるニッケル比率を向上させることにより、エネルギー密度を向上させるとともに、一次粒子自体を、低ニッケル比率の組成に傾斜化した表層部によって保護することにより、電解質との接触によって、二次粒子の構造が劣化することを抑制している。 In the positive electrode active material of the present invention, the outer shell portion forming the skeleton of the secondary particles and the primary particles forming the aggregation portion, except for the surface layer portion, have a high nickel ratio composition of more than 0.4. , By improving the nickel ratio in the overall composition of the ternary positive electrode active material, the energy density is improved, and the primary particles themselves are protected by the surface layer portion having a composition graded to a low nickel ratio, so that the electrolyte It suppresses the deterioration of the structure of the secondary particles due to the contact with.

高ニッケル比率の組成では、ニッケル比率が0.4を超えて1以下の範囲にある。ニッケル比率が0.4を超えて0.8以下の範囲にあることが好ましく、ニッケル比率が0.45~0.7の範囲にあることがより好ましい。ニッケル比率が、0.4以下となると、正極活物質の全体組成におけるニッケル比率を従来の0.33(ニッケルとマンガンとコバルトの比が1:1:1)よりも十分に高くすることができない。 The high nickel ratio composition has a nickel ratio in the range of greater than 0.4 to 1 or less. The nickel ratio is preferably in the range of more than 0.4 and 0.8 or less, more preferably in the range of 0.45 to 0.7. If the nickel ratio is 0.4 or less, the nickel ratio in the overall composition of the positive electrode active material cannot be made sufficiently higher than the conventional 0.33 (the ratio of nickel, manganese, and cobalt is 1:1:1). .

一方、一次粒子の表層部における低ニッケル比率の組成では、ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下の範囲にある。ニッケル比率は、0.1を超えて0.38以下の範囲にあることが好ましく、ニッケル比率は0.2~0.36の範囲にあることがより好ましい。通常は、ニッケル比率を0.33(ニッケルとマンガンとコバルトの比が1:1:1)とすることができる。表層部のニッケル比率が0.4を超えると、表層部による凝集部の一次粒子の保護が不十分となって、二次粒子の劣化の抑制効果が不十分となる。 On the other hand, in the composition with a low nickel ratio in the surface layer portion of the primary particles, the nickel ratio is in the range of more than 0.1 to 0.4 or less. The nickel ratio is preferably in the range of more than 0.1 and 0.38 or less, more preferably in the range of 0.2 to 0.36. Typically, the nickel ratio can be 0.33 (1:1:1 nickel:manganese:cobalt ratio). If the nickel ratio of the surface layer portion exceeds 0.4, the protection of the primary particles of the aggregation portion by the surface layer portion becomes insufficient, and the effect of suppressing the deterioration of the secondary particles becomes insufficient.

このような構造を有する正極活物質を正極材料に用いてリチウムイオン二次電池を構成した場合、正極活物質の耐久性が向上し、その劣化による正極界面抵抗の抵抗に伴う、出力特性の悪化が防止され、電池容量やサイクル特性を損なうことなく、出力特性をさらに改善することが可能となる。 When a lithium ion secondary battery is constructed by using a positive electrode active material having such a structure as a positive electrode material, the durability of the positive electrode active material is improved, and the output characteristics deteriorate due to the resistance of the positive electrode interface resistance due to its deterioration. is prevented, and the output characteristics can be further improved without impairing the battery capacity and cycle characteristics.

(2)平均粒径MV
本発明の正極活物質は、平均粒径MVが、3μm~10μm、好ましくは4μm~9μm、より好ましくは4μm~8μmとなるように調整される。正極活物質の平均粒径がこのような範囲にあれば、この正極活物質を用いた二次電池の単位体積あたりの電池容量を増加させることができるばかりでなく、安全性や出力特性も改善することができる。これに対して、平均粒径MVが3μm未満では、正極活物質の充填性が低下し、単位体積あたりの電池容量を増加させることができない。一方、平均粒径MVが10μmを超えると、正極活物質の反応面積が低下し、電解質との界面が減少するため、出力特性を改善することが困難となる。
(2) Average particle size MV
The positive electrode active material of the present invention is adjusted to have an average particle size MV of 3 μm to 10 μm, preferably 4 μm to 9 μm, more preferably 4 μm to 8 μm. If the average particle size of the positive electrode active material is in such a range, not only can the battery capacity per unit volume of the secondary battery using this positive electrode active material be increased, but also safety and output characteristics can be improved. can do. On the other hand, if the average particle size MV is less than 3 μm, the filling property of the positive electrode active material is lowered, and the battery capacity per unit volume cannot be increased. On the other hand, if the average particle size MV exceeds 10 μm, the reaction area of the positive electrode active material is reduced, and the interface with the electrolyte is reduced, making it difficult to improve the output characteristics.

なお、正極活物質の平均粒径MVとは、上述した複合水酸化物と同様に、体積基準平均粒径(Mean Volume Diameter)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 MV of the positive electrode active material means the volume-based average particle size (Mean Volume Diameter), as in the case of the composite hydroxide described above, and was measured, for example, with a laser light diffraction/scattering particle size analyzer. It can be obtained from the integrated volume value.

(3)粒度分布
本発明の正極活物質は、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕が、0.70以下、好ましくは0.60以下、より好ましくは0.55以下であり、きわめて粒度分布が狭い二次粒子により構成される。このような正極活物質は、微細粒子や粗大粒子の割合が少なく、これを用いた二次電池は、安全性、サイクル特性および出力特性が優れたものとなる。
(3) Particle size distribution In the positive electrode active material of the present invention, [(d90-d10)/average particle size MV], which is an index showing the spread of the particle size distribution, is 0.70 or less, preferably 0.60 or less, more preferably 0.60 or less. is 0.55 or less, and is composed of secondary particles with an extremely 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 has excellent safety, cycle characteristics, and output characteristics.

これに対して、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕が0.70を超えると、正極活物質中の微細粒子や粗大粒子の割合が増加する。たとえば、微細粒子の割合が多いと、微細粒子の局所的な反応に起因して、二次電池が発熱しやすくなり、安全性が低下するばかりでなく、微細粒子の選択的な劣化により、サイクル特性が劣ったものとなる。また、粗大粒子の割合が多いと、電解質と正極活物質の反応面積を十分に確保することができず、出力特性が劣ったものとなる。 On the other hand, when [(d90-d10)/average particle size MV] exceeds 0.70, the ratio of fine particles and coarse particles in the positive electrode active material increases. For example, if the proportion of fine particles is high, the secondary battery is likely to generate heat due to the local reaction of the fine particles, which not only lowers safety, but also selectively degrades the fine particles, thereby reducing the cycle time. characteristics are inferior. Further, when the proportion of coarse particles is large, a sufficient reaction area between the electrolyte and the positive electrode active material cannot be ensured, resulting in inferior output characteristics.

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

なお、粒度分布の広がりを示す指標〔(d90-d10)/平均粒径MV〕におけるd10およびd90の意味、ならびに、これらの求め方は、上述した複合水酸化物の場合と同様である。 The meanings of d10 and d90 in the index [(d90-d10)/average particle size MV] indicating the spread of the particle size distribution and the method of obtaining them are the same as in the case of the composite hydroxide described above.

(4)一次粒子
本発明の正極活物質において、外殻部および凝集部を構成する一次粒子は、平均粒径が0.01μm~0.3μmの範囲にある大きさで形成される。一次粒子の大きさは、複合水酸化物の場合と同様に、二次粒子を樹脂などに埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工などにより、その断面観察が可能な状態とした後、その断面について、FE-SEMなどのSEMを用いて観察し、二次粒子の断面に存在する10個以上の一次粒子の最大外径(長軸径)を測定し、その平均値を求めることにより得られる。正極活物質は、前駆体である複合水酸化物を適切な焼成条件で焼成することにより、前駆体を構成する板状一次粒子が、微細一次粒子を吸収しつつ、焼結収縮することにより、上記の大きさの一次粒子が形成される。一次粒子の平均粒径が0.01μmを下回ると、脆弱になり十分な電池性能が得られないという問題が生ずる可能性がある。一方、一次粒子の平均粒径が0.3μmを上回ると、粒子内の固体内拡散距離が長くなり、十分な電池性能が得られないという問題が生ずる可能性がある。
(4) Primary Particles In the positive electrode active material of the present invention, the primary particles forming the outer shell portion and the aggregation portion are formed with an average particle size in the range of 0.01 μm to 0.3 μm. As in the case of composite hydroxide, the size of the primary particles is determined by embedding the secondary particles in a resin or the like, processing the cross section with a polisher or the like, and then making the cross section observable. It is obtained by observing using a SEM such as SEM, measuring the maximum outer diameter (major axis diameter) of 10 or more primary particles present in the cross section of the secondary particles, and calculating the average value. The positive electrode active material is produced by firing the composite hydroxide, which is a precursor, under appropriate firing conditions, so that the plate-like primary particles that make up the precursor absorb the fine primary particles and shrink during sintering. Primary particles having the above size are formed. If the average particle diameter of the primary particles is less than 0.01 μm, there is a possibility that a problem will arise that the batteries will become fragile and sufficient battery performance will not be obtained. On the other hand, if the average particle size of the primary particles exceeds 0.3 μm, the solid diffusion distance in the particles becomes long, which may cause a problem that sufficient battery performance cannot be obtained.

本発明の正極活物質では、外殻部および凝集部を構成する一次粒子のそれぞれは、構造内部において、その組成は概ね均一である。ただし、図4に示すように、符号Aで示される一次粒子のそれぞれは、基本的には高ニッケル比率の組成を有する粒子構造10aを有するが、表層部10bは、低ニッケル比率の組成に傾斜化している。表層部10bの存在およびその組成は、走査型透過電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光法(STEM-EDSまたはSTEM-EDX)によって測定することが可能である。 In the positive electrode active material of the present invention, the composition of each of the primary particles forming the outer shell portion and the aggregation portion is generally uniform inside the structure. However, as shown in FIG. 4, each of the primary particles denoted by symbol A basically has a grain structure 10a having a high nickel ratio composition, while the surface layer portion 10b is graded to a low nickel ratio composition. is becoming The presence and composition of the surface layer 10b can be measured by scanning transmission electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (STEM-EDS or STEM-EDX).

したがって、高ニッケル比率の組成から低ニッケル比率の組成に傾斜化した表層部10bは、図4に示すように明確にその他の部分から区別されて認識できるものではなく、高ニッケル比率の組成を有する凝集部の一次粒子において、走査型透過電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光法で、その一次粒子の表面に、低ニッケル比率の組成が存在することが確認された場合に存在すると判断されるものである。 Therefore, the surface layer portion 10b whose composition is graded from the high nickel ratio composition to the low nickel ratio composition cannot be clearly distinguished and recognized from the other portions as shown in FIG. 4, and has the high nickel ratio composition. In the primary particles of the agglomerated part, it is judged to exist when it is confirmed that a composition with a low nickel ratio exists on the surface of the primary particles by scanning transmission electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy. is.

(5)外殻部
二次粒子を構成する外殻部は、低ニッケル比率の組成を有する一次粒子の凝集体によって構成される。外殻部の厚さは、0.1μm~1.0μmの範囲にあることが好ましい。外殻部の厚さが0.1μm未満では、正極活物質の二次粒子の強度が十分に担保されない。一方、外殻部の厚さが1.0μmを超えると、低ニッケル比率の組成の一次粒子が多くなりすぎて、正極活物質全体を高ニッケル比率の組成とすることが困難となる。外殻部の厚さは、好ましくは0.1μm~0.5μmの範囲であり、より好ましくは0.12μm~0.3μmの範囲である。
(5) Outer Shell Portion The outer shell portion constituting the secondary particles is composed of aggregates of primary particles having a composition with a low nickel ratio. The thickness of the outer shell is preferably in the range of 0.1 μm to 1.0 μm. If the thickness of the outer shell is less than 0.1 μm, the strength of the secondary particles of the positive electrode active material is not sufficiently ensured. On the other hand, if the thickness of the outer shell portion exceeds 1.0 μm, the number of primary particles having a composition with a low nickel ratio becomes too large, making it difficult to make the entire positive electrode active material have a composition with a high nickel ratio. The thickness of the outer shell is preferably in the range of 0.1 μm to 0.5 μm, more preferably in the range of 0.12 μm to 0.3 μm.

(6)(003)面のX線回折図形から求めた結晶子径
本発明の正極活物質は、X線回折による(003)面のピークの半価幅からシェラー式を用いて一次粒子の結晶子径を求めた場合に、その結晶子径が、300Å~1500Åの範囲、好ましくは400Å~1300Åの範囲、より好ましくは700Å~1250Åの範囲にある。このような範囲の結晶子径を有する正極活物質は、結晶性がきわめて高く、二次電池の正極抵抗を低減させ、かつ、その出力特性を向上させることができる。
(6) The crystallite diameter obtained from the X-ray diffraction pattern of the (003) plane The positive electrode active material of the present invention is obtained by using the Scherrer formula from the half-value width of the peak of the (003) plane by X-ray diffraction. The crystallite diameter is in the range of 300 Å to 1500 Å, preferably in the range of 400 Å to 1300 Å, more preferably in the range of 700 Å to 1250 Å. A positive electrode active material having a crystallite diameter within such a range has extremely high crystallinity, and can reduce the positive electrode resistance of a secondary battery and improve its output characteristics.

これに対して、(003)面の結晶子径が300Å未満であると、一次粒子が微細で、正極活物質内の一次粒子間に存在する細孔が微細となりすぎて、正極活物質内に電解質が浸入しがたくなるため、電解質との反応面積が減少し、二次電池の出力特性が低下する。一方、(003)面の結晶子径が1500Åを超えると、一次粒子が粗大になりすぎて、二次粒子中に占める細孔の割合が極端に減少し、電解質の浸入経路が減少するため、電解質との反応面積が減少して、二次電池の出力特性が低下する。 On the other hand, when the crystallite diameter of the (003) plane is less than 300 Å, the primary particles are fine, and the pores existing between the primary particles in the positive electrode active material are too fine, resulting in Since it becomes difficult for the electrolyte to penetrate, the reaction area with the electrolyte decreases, and the output characteristics of the secondary battery deteriorate. On the other hand, when the crystallite diameter of the (003) plane exceeds 1500 Å, the primary particles become too coarse, the ratio of pores in the secondary particles is extremely reduced, and the electrolyte infiltration route is reduced. The reaction area with the electrolyte decreases, and the output characteristics of the secondary battery deteriorate.

(7)タップ密度
携帯電子機器の使用時間や電気自動車の走行距離を伸ばすために、二次電池の高容量化は重要な課題となっている。一方、二次電池の電極の厚さは、電池全体のパッキングや電子伝導性の問題から数μm程度とすることが要求される。このため、正極活物質として高容量のものを使用するばかりでなく、正極活物質の充填性を高め、二次電池全体としての高容量化を図ることが必要となる。
(7) Tap density Increasing the capacity of secondary batteries is an important issue in order to extend the usage time of portable electronic devices and the driving distance of electric vehicles. On the other hand, the electrode thickness of the secondary battery is required to be about several μm from the viewpoint of the packing and electronic conductivity of the battery as a whole. For this reason, it is necessary not only to use a high-capacity positive electrode active material, but also to improve the filling property of the positive electrode active material to increase the capacity of the secondary battery as a whole.

このような観点から、本発明の正極活物質では、充填性(正極活物質を構成する二次粒子の球形性)の指標であるタップ密度を、1.1g/cm~1.8g/cmの範囲に維持することが好ましい。タップ密度が1.1g/cm未満のときは、BET比表面積を大きくしても、充填性が低く、二次電池全体の電池容量を十分に向上させることができない場合がある。一方、タップ密度の上限値は、特に制限されるものではないが、本発明の粒子構造の場合、通常の製造条件での上限は、1.8g/cm程度となる。タップ密度は、1.2g/cm以上であることが好ましく、1.4g/cm以上であることがより好ましい。 From this point of view, the positive electrode active material of the present invention has a tap density of 1.1 g/cm 3 to 1.8 g/cm It is preferred to keep it in the range of 3 . When the tap density is less than 1.1 g/cm 3 , even if the BET specific surface area is increased, the fillability is low, and the overall battery capacity of the secondary battery may not be sufficiently improved. On the other hand, the upper limit of the tap density is not particularly limited, but in the case of the grain structure of the present invention, the upper limit under normal manufacturing conditions is about 1.8 g/cm 3 . The tap density is preferably 1.2 g/cm 3 or more, more preferably 1.4 g/cm 3 or more.

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

(8)BET比表面積
本発明の正極活物質は、二次粒子の内部に形成された空間部の存在により比表面積を向上させている点に特徴がある。本発明における正極活物質の比表面積としては、たとえば窒素ガス吸着によるBET法により測定したBET比表面積が用いられる。本発明の正極活物質において、上述の二次粒子の構造が維持される限り、BET比表面積は可能な限り大きくあることが好ましい。BET比表面積が大きくなるほど電解質との接触面積が大きく、これを用いた二次電池の出力特性を大幅に改善することができるためである。具体的には、本発明の正極活物質のBET比表面積は、2.0m/g~5.0m/gの範囲にあることが好ましい。本発明において、正極活物質の比表面積が2.0m/g未満では、二次電池を構成した場合に、電解質との反応面積を十分に確保することができず、出力特性を十分に向上させることが困難となる。BET比表面積は、2.5m/g~5.0m/gであることがより好ましく、3.0m/g~6.0m/gであることがさらに好ましい。
(8) BET Specific Surface Area The positive electrode active material of the present invention is characterized in that the specific surface area is improved due to the existence of the space formed inside the secondary particles. As the specific surface area of the positive electrode active material in the present invention, for example, the BET specific surface area measured by the BET method using nitrogen gas adsorption is used. In the positive electrode active material of the present invention, the BET specific surface area is preferably as large as possible as long as the structure of the secondary particles described above is maintained. This is because the larger the BET specific surface area, the larger the contact area with the electrolyte, and the output characteristics of the secondary battery using this can be greatly improved. Specifically, the BET specific surface area of the positive electrode active material of the present invention is preferably in the range of 2.0 m 2 /g to 5.0 m 2 /g. In the present invention, when the specific surface area of the positive electrode active material is less than 2.0 m 2 /g, a sufficient reaction area with the electrolyte cannot be secured when a secondary battery is constructed, and the output characteristics are sufficiently improved. It becomes difficult to let The BET specific surface area is more preferably 2.5 m 2 /g to 5.0 m 2 /g, even more preferably 3.0 m 2 / g to 6.0 m 2 /g.

(9)吸油量
本発明の正極活物質は、二次粒子の内部に形成された空間部を有する多孔質構造を備えることにより、出力特性を向上させている点に特徴がある。本発明では、二次粒子に存在する空間部の存在比率(以下、「空間部率」という)を示す指標として吸油量を用いることが可能である。
(9) Oil Absorption The positive electrode active material of the present invention is characterized in that the output characteristics are improved by having a porous structure having a space formed inside the secondary particles. In the present invention, it is possible to use the oil absorption as an index indicating the existence ratio of the voids present in the secondary particles (hereinafter referred to as "voids ratio").

吸油量は、「JIS K 6217-4(ゴム用カーボンブラック-基本特性-第4部:オイル吸収量の求め方(圧縮試料を含む))」に記載の手順に従い操作することにより求められる。ただし、その操作工程が煩雑であるため、一般的には、上記のJISに準拠して上市された吸油量(吸収量)測定装置を用いて、吸油量は測定される。なお、通常、測定用オイル(油)には、フタル酸ジ-n-ブチル(ジ-n-ブチルフタレート、DBP)が用いられるほか、その測定結果は、試料100g当たりの吸油量で算出されるため、単位は「ml/100g」で表される。 The oil absorption is determined by operating according to the procedure described in "JIS K 6217-4 (Carbon black for rubber - Basic properties - Part 4: Determination of oil absorption (including compressed samples))". However, since the operation process is complicated, the oil absorption is generally measured using an oil absorption (absorption) measuring device that is commercially available in accordance with the above JIS. In addition, usually, di-n-butyl phthalate (di-n-butyl phthalate, DBP) is used as the oil (oil) for measurement, and the measurement result is calculated as the oil absorption per 100 g of the sample. Therefore, the unit is expressed as "ml/100g".

本発明の正極活物質の吸油量は、35ml/100g~60ml/100gの範囲にあることが好ましく、40ml/100g~55ml/100gの範囲にあることがより好ましい。吸油量が大きくなるほど、正極活物質を構成するそれぞれの二次粒子に占める空間部の占有率、すなわち、空間部率は大きくなり、比表面積を増大させる傾向となる。したがって、吸油量が35ml/100gを下回ると、十分な空間部が形成されず、比表面積を増大させる効果が得られないと評価できる。一方、吸油量が60ml/100gを超えると、二次粒子内部に構造的に空隙部が多く存在し、凝集部の割合が低くなりすぎて、所望の特性を得られない。 The oil absorption of the positive electrode active material of the present invention is preferably in the range of 35 ml/100 g to 60 ml/100 g, more preferably in the range of 40 ml/100 g to 55 ml/100 g. As the oil absorption increases, the proportion of the space occupied by the secondary particles constituting the positive electrode active material, that is, the proportion of the space, increases, tending to increase the specific surface area. Therefore, if the oil absorption is less than 35 ml/100 g, it can be evaluated that a sufficient space is not formed and the effect of increasing the specific surface area cannot be obtained. On the other hand, if the oil absorption exceeds 60 ml/100 g, a large number of structural voids are present inside the secondary particles, and the proportion of aggregated parts becomes too low, making it impossible to obtain desired properties.

(10)組成
本発明の三元系の正極活物質は、上述した構造を有する限り、その組成が制限されることはないが、本発明は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.4≦x≦0.70、0.15≦y≦0.4、0.15≦z≦0.3、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表され、層状構造を有する六方晶系の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる正極活物質に対して好適に適用することができる。
(10) Composition The composition of the ternary positive electrode active material of the present invention is not limited as long as it has the structure described above . Co z M t O 2 (−0.05≦u≦0.50, x+y+z+t=1, 0.4≦x≦0.70, 0.15≦y≦0.4, 0.15≦z≦0. 3, 0 ≤ t ≤ 0.1, M is one or more additional elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W) , a positive electrode active material comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide having a hexagonal crystal structure with a layered structure.

この正極活物質において、リチウム(Li)の過剰量を示すuの値は、好ましくは-0.05~0.50の範囲、より好ましくは0~0.50の範囲、さらに好ましくは0~0.35の範囲にあるようにする。uの値を上記範囲に規制することにより、この正極活物質を正極材料として用いた二次電池の出力特性および電池容量を向上させることができる。これに対して、uの値が-0.05未満では、二次電池の正極抵抗が大きくなるため、出力特性を向上させることができない。一方、0.50を超えると、初期放電容量が低下するばかりでなく、正極抵抗も大きくなってしまう。 In this positive electrode active material, the value of u, which indicates the excess amount of lithium (Li), is preferably in the range of −0.05 to 0.50, more preferably in the range of 0 to 0.50, still more preferably 0 to 0. be in the .35 range. By limiting the value of u to the above range, the output characteristics and battery capacity 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 it exceeds 0.50, not only the initial discharge capacity decreases, but also the positive electrode resistance increases.

ニッケル(Ni)は、二次電池の高電位化および高容量化に寄与する元素であり、高ニッケル比率の三元系の正極活物質とする観点から、その含有量を示すxの値は、好ましくは0.4~0.7の範囲、より好ましくは0.43~0.65の範囲、さらに好ましくは、0.5~0.6の範囲にあるようにする。xの値が0.4未満では、この正極活物質を用いた二次電池のエネルギー密度を十分に向上させることができない。一方、xの値が0.7を超えると、他の元素の含有量が減少し、三元系の正極活物質としての効果を得ることができない。 Nickel (Ni) is an element that contributes to increasing the potential and capacity of secondary batteries. It is preferably in the range of 0.4 to 0.7, more preferably in the range of 0.43 to 0.65, still more preferably in the range of 0.5 to 0.6. If the value of x is less than 0.4, the energy density of the secondary battery using this positive electrode active material cannot be sufficiently improved. On the other hand, when the value of x exceeds 0.7, the content of other elements decreases, and the effect as a ternary positive electrode active material cannot be obtained.

マンガン(Mn)は、熱安定性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すyの値は、好ましくは0.15~0.4の範囲、より好ましくは0.2~0.35の範囲にあるようにする。yの値が0.15未満では、この正極活物質を用いた二次電池の熱安定性を向上させることができない。一方、yの値が0.4を超えると、高温作動時に正極活物質からMnが溶出し、充放電サイクル特性が劣化してしまう。 Manganese (Mn) is an element that contributes to improving thermal stability, and the value of y indicating its content is preferably in the range of 0.15 to 0.4, more preferably 0.2 to 0.35. be in the range of If the value of y is less than 0.15, the thermal stability of the secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, when the value of y exceeds 0.4, Mn is eluted from the positive electrode active material during high-temperature operation, resulting in deterioration of charge-discharge cycle characteristics.

コバルト(Co)は、充放電サイクル特性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すzの値は、好ましくは0.15~0.3の範囲、より好ましくは0.2~0.25の範囲にあるようにする。zの値が0.3を超えると、この正極活物質を用いた二次電池の初期放電容量が大幅に低下してしまう。 Cobalt (Co) is an element that contributes to the improvement of charge-discharge cycle characteristics, and the value of z indicating its content is preferably in the range of 0.15 to 0.3, more preferably 0.2 to 0.2. Keep it in the range of 25. When the value of z exceeds 0.3, the initial discharge capacity of the secondary battery using this positive electrode active material is significantly reduced.

本発明の正極活物質では、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、添加元素Mを含有してもよい。このような添加元素Mとしては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)から選択される1種以上を用いることができる。 In order to further improve the durability and output characteristics of the secondary battery, the positive electrode active material of the present invention may contain an additive element M in addition to the metal elements described above. Such additive elements M include magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum At least one selected from (Mo), hafnium (Hf), tantalum (Ta), and tungsten (W) can be used.

添加元素Mの含有量を示すtの値は好ましくは0~0.1の範囲、より好ましくは0.001~0.05の範囲にあるようにする。tの値が0.1を超えると、Redox反応に寄与する金属元素が減少するため、電池容量が低下する。 The value of t, which indicates the content of additive element M, is preferably in the range of 0 to 0.1, more preferably in the range of 0.001 to 0.05. When the value of t exceeds 0.1, the metal elements contributing to the Redox reaction decrease, resulting in a decrease in battery capacity.

このような添加元素Mは、正極活物質の粒子内部に分散させてもよく、正極活物質の粒子表面を被覆させてもよい。さらには、粒子内部に分散させた上で、その表面を被覆させてもよい。いずれにしても、添加元素Mの含有量が上記範囲となるように制御することが必要となる。 Such additive element M may be dispersed inside the particles of the positive electrode active material, or may coat the particle surfaces of the positive electrode active material. Furthermore, the surface may be coated after being dispersed inside the particles. In any case, it is necessary to control the content of the additive element M to be within the above range.

4.リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
本発明の正極活物質の製造方法は、上述した複合水酸化物を前駆体として用い、所定の粒子構造、平均粒径MVおよび粒度分布を備える正極活物質を合成することができる限り、特に制限されることはない。しかしながら、工業規模の生産を前提とした場合には、上述した複合水酸化物をリチウム化合物と混合し、リチウム混合物を得る混合工程と、得られたリチウム混合物を、酸化性雰囲気中、650℃~920℃で焼成する焼成工程とを備える製造方法によって正極活物質を合成することが好ましい。なお、必要に応じて、上述した工程に、熱処理工程や仮焼工程などの工程を追加してもよい。このような製造方法によれば、上述した正極活物質、特に、一般式(B)で表される正極活物質を容易に得ることができる。
4. Method for Producing Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Batteries The method for producing a positive electrode active material of the present invention uses the composite hydroxide described above as a precursor, and a positive electrode having a predetermined particle structure, average particle size MV and particle size distribution. There are no particular restrictions as long as the active material can be synthesized. However, assuming industrial-scale production, the above-described composite hydroxide is mixed with a lithium compound to obtain a lithium mixture. It is preferable to synthesize the positive electrode active material by a manufacturing method including a sintering step of sintering at 920°C. In addition, if necessary, steps such as a heat treatment step and a calcining step may be added to the above-described steps. According to such a manufacturing method, it is possible to easily obtain the positive electrode active material described above, particularly the positive electrode active material represented by the general formula (B).

(1)熱処理工程
本発明の正極活物質の製造方法においては、任意的に、混合工程の前に熱処理工程を設けて、複合水酸化物を熱処理粒子としてからリチウム化合物と混合してもよい。ここで、熱処理粒子には、熱処理工程において余剰水分を除去された複合水酸化物のみならず、熱処理工程により、酸化物に転換されたニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物(以下、「複合酸化物」という)、または、これらの混合物も含まれる。
(1) Heat Treatment Step In the method for producing a positive electrode active material of the present invention, a heat treatment step may optionally be provided before the mixing step so that the composite hydroxide is made into heat treated particles and then mixed with the lithium compound. Here, the heat-treated particles include not only composite hydroxides from which excess moisture has been removed in the heat treatment step, but also nickel-manganese-cobalt-containing composite oxides (hereinafter referred to as “composite oxides”) converted to oxides in the heat treatment step. ), or mixtures thereof.

熱処理工程は、複合水酸化物を105℃~750℃に加熱して熱処理することにより、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 step is a step of removing excess moisture contained in the composite hydroxide by heating the composite hydroxide to 105° C. to 750° C. for heat treatment. As a result, it is possible to reduce the amount of water remaining until after the baking process to a certain amount, and to suppress variation in the composition of the obtained positive electrode active material.

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

なお、熱処理工程では、正極活物質中のそれぞれの金属成分の原子数や、Liの原子数の割合にばらつきが生じない程度に水分が除去できればよいので、必ずしもすべての複合水酸化物を複合酸化物に転換する必要はない。しかしながら、それぞれの金属成分の原子数やLiの原子数の割合のばらつきをより少ないものとするためには、400℃以上に加熱して、すべての複合水酸化物を、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 step, the number of atoms of each metal component in the positive electrode active material and the number of atoms of Li may be removed to the extent that there is no variation in the number of atoms. It doesn't have to be converted into something. However, in order to reduce the variation in the number of atoms of each metal component and the ratio of the number of Li atoms, all the composite hydroxides are converted to composite oxides by heating to 400° C. or higher. is preferred. In addition, by determining the metal components contained in the composite hydroxide according to the heat treatment conditions in advance by analysis and determining the mixing ratio with the lithium compound, the above-described variation can be further suppressed.

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。 The atmosphere in which the heat treatment is performed is not particularly limited as long as it is a non-reducing atmosphere.

また、熱処理時間は、特に制限されないが、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時間とすることが好ましく、5時間~15時間とすることがより好ましい。 In addition, the heat treatment time is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently removing excess moisture in the composite hydroxide, it is preferably at least 1 hour, more preferably 5 to 15 hours.

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

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

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

複合水酸化物または熱処理粒子とリチウム化合物は、微粉が生じない程度に十分に混合することが好ましい。混合が不十分であると、個々の粒子間でLi/Meにばらつきが生じ、十分な電池特性を得ることができない場合がある。なお、混合には、一般的な混合機を使用することができる。たとえば、シェーカーミキサ、レーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Vブレンダなどを用いることができる。 It is preferable that the composite hydroxide or the heat-treated particles and the lithium compound are sufficiently mixed to the extent that fine powder is not generated. Insufficient mixing may cause variations in Li/Me among individual particles, making it impossible to obtain sufficient battery characteristics. In addition, a general mixer can be used for mixing. For example, shaker mixers, Loedige mixers, Julia mixers, V-blenders, etc. can be used.

(3)仮焼工程
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、混合工程後、焼成工程の前に、リチウム混合物を、後述する焼成温度よりも低温、かつ、350℃~800℃、好ましくは450℃~780℃で仮焼する仮焼工程を行ってもよい。これにより、複合水酸化物または熱処理粒子中に、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を得ることができる。
(3) Calcination step When lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, after the mixing step and before the firing step, the lithium mixture is heated to a temperature lower than the firing temperature described later and at a temperature of 350 ° C. or higher. A calcination step of calcining at 800°C, preferably 450°C to 780°C, may be performed. Thereby, lithium can be sufficiently diffused in the composite hydroxide or the heat-treated particles, and a more uniform lithium composite oxide can be obtained.

なお、上記温度での保持時間は、1時間~10時間とすることが好ましく、3時間~6時間とすることがより好ましい。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%~100容量%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, more preferably 3 hours to 6 hours. The atmosphere in the calcining step is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere with an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume, as in the firing step described later.

(4)焼成工程
焼成工程は、混合工程で得られたリチウム混合物を所定条件の下で焼成し、複合水酸化物または熱処理粒子中にリチウムを拡散させて、リチウム複合酸化物を得る工程である。
(4) Firing step The firing step is a step of firing the lithium mixture obtained in the mixing step under predetermined conditions to diffuse lithium into the composite hydroxide or heat-treated particles to obtain a lithium composite oxide. .

この焼成工程において、複合水酸化物および熱処理粒子の中心部、高密度層、および高密度部を構成する板状一次粒子は、微細一次粒子を吸収しつつ、焼結収縮し、焼結後の一次粒子が、正極活物質における外殻部および凝集部を形成する。なお微細一次粒子は、板状一次粒子よりも低温域から焼結し始め、かつ、板状一次粒子よりも収縮量が大きいため、第1の低密度層および第2の低密度層は、焼結の進行が遅い中心部、高密度層、および外殻層に吸収され、適度な大きさの空間部が気孔として形成される。この際、板状一次粒子同士は隣接する板状一次粒子との連結を維持したまま、焼結収縮するため、得られる正極活物質においては、外殻部と凝集部との間で電気的に導通し、かつ、その経路の断面積を十分に確保することができる。この結果、正極活物質の内部抵抗が大幅に減少し、二次電池を構成した場合に、電池容量やサイクル特性を損ねることなく、出力特性を改善することが可能となる。 In this sintering step, the plate-like primary particles that make up the central portion, high-density layer, and high-density portion of the composite hydroxide and the heat-treated particles absorb the fine primary particles while sintering, shrinking, and after sintering The primary particles form the outer shell portion and aggregate portion of the positive electrode active material. The fine primary particles start to sinter from a lower temperature range than the plate-like primary particles, and shrink more than the plate-like primary particles. It is absorbed by the central portion, the high-density layer, and the outer shell layer, where the progress of knotting is slow, and a moderately sized space is formed as a pore. At this time, the plate-like primary particles contract while maintaining their connection with the adjacent plate-like primary particles, so in the resulting positive electrode active material, the electrical connection between the outer shell portion and the aggregation portion is Conduction can be achieved and a sufficient cross-sectional area of the path can be ensured. As a result, the internal resistance of the positive electrode active material is greatly reduced, and when a secondary battery is constructed, it becomes possible to improve the output characteristics without impairing the battery capacity and cycle characteristics.

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

なお、焼成工程に用いられる炉は、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 is not particularly limited as long as it can heat the lithium mixture in the atmosphere or in an oxygen stream. However, from the viewpoint of maintaining a uniform atmosphere in the furnace, an electric furnace that does not generate gas is preferable, and either a batch type or a continuous type electric furnace can be suitably used. This also applies to furnaces used in the heat treatment process and the calcining process.

a)焼成温度
リチウム混合物の焼成温度は、650℃~920℃とすることが必要となる。焼成温度が650℃未満では、複合水酸化物または熱処理粒子中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウムや未反応の複合水酸化物または熱処理粒子が残存したり、得られる正極活物質の結晶性が不十分なものとなったりする。一方、焼成温度が920℃を超えると、正極活物質の二次粒子中の気孔が潰れてしまう可能性があり、また、正極活物質の二次粒子間が激しく焼結し、異常粒成長が引き起こされ、不定形な粗大粒子の割合が増加することとなる。二次粒子を構成する凝集部および空間部をそれぞれ適切な大きさの範囲内に制御する観点からは、リチウム混合物の焼成温度を700℃~920℃とすることが好ましく、800℃~900℃とすることがより好ましい。
a) Firing temperature The firing temperature of the lithium mixture must be 650°C to 920°C. If the firing temperature is less than 650° C., lithium does not sufficiently diffuse into the composite hydroxide or the heat-treated particles, and excess lithium or unreacted composite hydroxide or heat-treated particles remain, or the obtained positive electrode active material is deteriorated. Crystallinity may be insufficient. On the other hand, if the firing temperature exceeds 920° C., the pores in the secondary particles of the positive electrode active material may be crushed, and the secondary particles of the positive electrode active material are violently sintered, resulting in abnormal grain growth. This results in an increase in the proportion of irregularly shaped coarse particles. From the viewpoint of controlling the size of the agglomeration part and the space part that constitute the secondary particles within a range of appropriate sizes, the firing temperature of the lithium mixture is preferably 700 ° C. to 920 ° C., and 800 ° C. to 900 ° C. is more preferable.

また、焼成工程における昇温速度は、2℃/分~10℃/分とすることが好ましく、5℃/分~10℃/分とすることがより好ましい。さらに、焼成工程中、リチウム化合物の融点付近の温度で、好ましくは1時間~5時間、より好ましくは2時間~5時間保持することが好ましい。これにより、複合水酸化物または熱処理粒子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。 In addition, the heating rate in the firing step is preferably 2° C./min to 10° C./min, more preferably 5° C./min to 10° C./min. Furthermore, during the firing step, it is preferable to hold the temperature near the melting point of the lithium compound for preferably 1 to 5 hours, more preferably 2 to 5 hours. Thereby, the composite hydroxide or the heat-treated particles and the lithium compound can be reacted more uniformly.

b)焼成時間
焼成時間のうち、上述した焼成温度での保持時間は、少なくとも2時間とすることが好ましく、4時間~24時間とすることがより好ましい。焼成温度における保持時間が2時間未満では、複合水酸化物または熱処理粒子中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウムや未反応の複合水酸化物または熱処理粒子が残存したり、得られる正極活物質の結晶性が不十分なものとなったりするおそれがある。
b) Firing Time Of the firing time, the retention time at the firing temperature described above is preferably at least 2 hours, more preferably 4 to 24 hours. If the holding time at the firing temperature is less than 2 hours, lithium does not sufficiently diffuse into the composite hydroxide or the heat-treated particles, and excess lithium or unreacted composite hydroxide or heat-treated particles remain, or the obtained positive electrode The crystallinity of the active material may become 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~10℃/分とすることが好ましく、℃/分~℃/分とすることがより好ましい。冷却速度をこのような範囲に制御することにより、生産性を確保しつつ、匣鉢などの設備が、急冷により破損することを防止することができる。 The cooling rate from the firing temperature to at least 200° C. after the holding time is preferably 2° C./min to 10° C./min, more preferably 3 ° C./min to 7 ° C./min. By controlling the cooling rate within such a range, it is possible to secure productivity and prevent equipment such as a sagger from being damaged by rapid cooling.

c)焼成雰囲気
焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容量%~100容量%の雰囲気とすることがより好ましく、上記酸素濃度の酸素と不活性ガスの混合雰囲気とすることが特に好ましい。すなわち、焼成は、大気ないしは酸素気流中で行うことが好ましい。酸素濃度が18容量%未満では、正極活物質の結晶性が不十分なものとなるおそれがある。
c) Firing atmosphere The atmosphere during firing is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere with an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume, and a mixed atmosphere of oxygen and an inert gas having the above oxygen concentration. is particularly preferred. That is, it is preferable to carry out the calcination in the atmosphere or in an oxygen stream. If the oxygen concentration is less than 18% by volume, the crystallinity of the positive electrode active material may be insufficient.

(5)解砕工程
焼成工程によって得られた正極活物質を構成する二次粒子は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合には、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。
(5) Pulverization step The secondary particles forming the positive electrode active material obtained by the firing step may be aggregated or slightly sintered. In such a case, it is preferable to pulverize the aggregates or sintered bodies. Thereby, the average particle size and particle size distribution of the obtained positive electrode active material can be adjusted to a suitable range. In addition, crushing refers to applying mechanical energy to aggregates composed of multiple secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing, and almost without destroying the secondary particles themselves. It means the operation of separating and loosening aggregates.

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

5.リチウムイオン二次電池
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータ、および非水電解質などの構成部材を備える、一般的な非水電解質二次電池と同様の構成を採ることができる。あるいは、本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、および固体電解質などの構成部材を備える、一般的な固体電解質二次電池と同様の構成を採ることができる。すなわち、本発明は、リチウムイオンの脱離および挿入により、充放電を行う二次電池であれば、非水系電解液二次電池から全固体リチウム二次電池まで広く適用可能である。なお、以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明は、本明細書に記載されている実施形態に基づいて、種々の変更、改良を施した形態のリチウムイオン二次電池に適用することが可能である。
5. Lithium Ion Secondary Battery The lithium ion secondary battery of the present invention can have the same configuration as a general nonaqueous electrolyte secondary battery, which includes components such as a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte. . Alternatively, the lithium-ion secondary battery of the present invention can have a configuration similar to that of a general solid electrolyte secondary battery, including constituent members such as a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte. That is, the present invention is widely applicable from non-aqueous electrolyte secondary batteries to all-solid lithium secondary batteries, as long as the secondary batteries charge and discharge by desorption and insertion of lithium ions. The embodiments described below are merely examples, and the present invention is applied to lithium ion secondary batteries in which various modifications and improvements are made based on the embodiments described herein. It is possible.

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

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

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。必要に応じて、電極密度を高めるべく、ロールプレスなどにより加圧することもある。このようにして、シート状の正極を作製することができる。シート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断などをして、電池の作製に供することができる。なお、正極の作製方法は、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 mixture paste is applied, for example, to the surface of a current collector made of aluminum foil and dried to scatter the solvent. If necessary, pressure may be applied by a roll press or the like in order to increase the electrode density. Thus, a sheet-like positive electrode can be produced. The sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size depending on the intended battery, and used for manufacturing the battery. The method for producing the positive electrode is not limited to the above examples, and other methods may 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。 As the conductive material, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.) and carbon black-based materials such as acetylene black and ketjen black can be used.

結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、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、セルロース系樹脂またはポリアクリル酸を用いることができる。 The binder plays a role of binding the active material particles, and is, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose resin or polyacryl. Acids can be used.

このほか、必要に応じて、正極活物質、導電材および活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加することができる。溶剤としては、具体的に、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には、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。 In addition, if necessary, a solvent for dispersing the positive electrode active material, the conductive material and the activated carbon and dissolving the binder can be added to the positive electrode mixture. As the solvent, specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used. Activated carbon can also be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

b)負極
負極には、金属リチウムやリチウム合金などを使用することができる。また、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に、結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、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ことができる。
b) Negative Electrode Metallic lithium, lithium alloys, or the like can be used for the negative electrode. In addition, a binder is mixed with a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and an appropriate solvent is added to form a paste. , dried and optionally formed by compression to increase electrode density.

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。 Examples of negative electrode active materials include materials containing lithium such as metallic lithium and lithium alloys, natural graphite capable of intercalating and deintercalating lithium ions, artificial graphite, sintered organic compounds such as phenolic resins, and carbon materials such as coke. A powder can be used. In this case, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the binder for the negative electrode in the same manner as the binder for the positive electrode. Solvents can be used.

c)セパレータ
セパレータは、非水電解質二次電池において、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、非水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。
c) Separator The separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode in the non-aqueous electrolyte secondary battery, and has the function of separating the positive electrode and the negative electrode and retaining the non-aqueous electrolyte. As such a separator, for example, a thin film of polyethylene, polypropylene, or the like and having many fine pores can be used, but there is no particular limitation as long as it has the above function.

d)電解質
非水電解質二次電池に用いられる非水電解質には、支持塩であるリチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液などが用いられる。
d) Electrolyte As the non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolytic solution obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent is used.

非水電解液に用いられ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。 Organic solvents used in the non-aqueous electrolyte include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and trifluoropropylene carbonate; chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and dipropyl carbonate; , ether compounds such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butane sultone, phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, and the like, or two or more of them. can be mixed and used.

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。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , composite salts thereof, and the like can be used.

なお、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。 In addition, the non-aqueous electrolyte may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.

一方、全固体リチウム二次電池などの固体電解質二次電池に用いられる固体電解質としては、Li1.3Al0.3Ti1.7(POやLiS-SiSなどを用いることができる。固体電解質は、高電圧に耐えうる性質を有する。固体電解質には、無機固体電解質および有機固体電解質がある。 On the other hand, Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 and Li 2 S—SiS 2 are used as solid electrolytes for solid electrolyte secondary batteries such as all-solid lithium secondary batteries. be able to. Solid electrolytes have the property of withstanding high voltages. Solid electrolytes include inorganic solid electrolytes and organic solid electrolytes.

無機固体電解質には、酸化物固体電解質、硫化物固体電解質などがある。 Inorganic solid electrolytes include oxide solid electrolytes, sulfide solid electrolytes, and the like.

酸化物固体電解質としては、酸素(O)を含有し、かつ、リチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有する酸化物を用いることができる。たとえば、リン酸リチウム(LiPO)、LiPO、LiBO、LiNbO、LiTaO、LiSiO、LiSiO-LiPO、LiSiO-LiVO、LiO-B-P、LiO-SiO、LiO-B-ZnO、Li1+XAlTi2-X(PO(0≦X≦1)、Li1+XAlGe2-X(PO(0≦X≦1)、LiTi(PO、Li3XLa2/3-XTiO(0≦X≦2/3)、LiLaTa12、LiLaZr12、LiBaLaTa12、Li3.6Si0.60.4などを用いることができる。 As the oxide solid electrolyte, an oxide containing oxygen (O) and having lithium ion conductivity and electronic insulation can be used. For example, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), Li 3 PO 4 N x , LiBO 2 N x , LiNbO 3 , LiTaO 3 , Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 -Li 3 PO 4 , Li 4 SiO 4 - Li 3 VO 4 , Li 2 O—B 2 O 3 —P 2 O 5 , Li 2 O—SiO 2 , Li 2 O—B 2 O 3 —ZnO, Li 1+X Al X Ti 2-X (PO 4 ) 3 (0≦X≦1), Li 1+X Al X Ge 2-X (PO 4 ) 3 (0≦X≦1), LiTi 2 (PO 4 ) 3 , Li 3X La 2/3-X TiO 3 (0≦ X 2 / 3 ) , Li5La3Ta2O12 , Li7La3Zr2O12 , Li6BaLa2Ta2O12 , Li3.6Si0.6P0.4O4 , etc. can be used.

硫化物固体電解質としては、硫黄(S)を含有し、かつ、リチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有する硫化物を用いることができる。たとえば、LiS-P、LiS-SiS、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiS-B、LiPO-LiS-SiS、LiPO-LiS-SiS、LiPO-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-Pなどを用いることができる。 As the sulfide solid electrolyte, a sulfide containing sulfur (S) and having lithium ion conductivity and electronic insulation can be used. For example, Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 SP 2 S 5 , LiI—Li 2 S—B 2 S 3 , Li 3PO4 - Li2S - Si2S , Li3PO4 - Li2S - SiS2 , LiPO4 - Li2S -SiS, LiI- Li2SP2O5 , LiI - Li3PO4 -P 2 S 5 and the like can be used.

酸化物固体電解質および硫化物固体電解質以外の無機固体電解質としては、たとえば、LiN、LiI、LiN-LiI-LiOHなどを用いることができる。 Examples of inorganic solid electrolytes other than oxide solid electrolytes and sulfide solid electrolytes include Li 3 N, LiI, and Li 3 N--LiI--LiOH.

有機固体電解質としては、イオン伝導性を示す高分子化合物を用いることができる。たとえば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの共重合体などを用いることができる。また、有機固体電解質は、支持塩(リチウム塩)を含むことができる。 A polymer compound exhibiting ion conductivity can be used as the organic solid electrolyte. For example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, copolymers thereof, and the like can be used. In addition, the organic solid electrolyte can contain a supporting salt (lithium salt).

なお、固体電解質を用いる場合には、電解質と正極活物質の接触を確保するため、正極材中にも固体電解質を混合させることができる。 When a solid electrolyte is used, the solid electrolyte can be mixed in the positive electrode material to ensure contact between the electrolyte and the positive electrode active material.

(2)リチウムイオン二次電池の構成
リチウムイオン二次電池の構成は、特に限定されず、非水電解質二次電池における、正極、負極、セパレータ、非水系電解質などからなる構成や、固体電解質二次電池における、正極、負極、固体電解質などからなる構成を採りうる。また、二次電池の形状は、特に限定されず、円筒形や積層形など、種々の形状に採ることができる。
(2) Configuration of lithium ion secondary battery The configuration of the lithium ion secondary battery is not particularly limited. A configuration consisting of a positive electrode, a negative electrode, a solid electrolyte, and the like in the next battery can be adopted. Moreover, the shape of the secondary battery is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape can be adopted.

非水電解質二次電池の場合、たとえば、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、非水電解質を含浸させ、正極集電体と外部に通じる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉して、リチウムイオン二次電池を完成させる。 In the case of a non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, the positive electrode and the negative electrode are laminated with a separator interposed to form an electrode body, the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode current collector and the positive electrode leading to the outside are used. A terminal and a negative electrode current collector and a negative electrode terminal connected to the outside are connected using a current collecting lead or the like, and sealed in a battery case to complete a lithium ion secondary battery.

(3)リチウムイオン二次電池の特性
本発明のリチウムイオン二次電池は、上述したように、本発明の高ニッケル比率の組成を有する多孔質構造で三元系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、本発明の正極活物質は、外殻部および凝集部を構成する一次粒子は、全体としては、高ニッケル比率の組成を有するが、組成が低ニッケル比率に傾斜化した表層部が、高ニッケル比率の組成を有する一次粒子自体を保護する構造を有するため、従来の均一な高ニッケル比率の組成を有する多孔質構造の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池との比較において、同様の高いエネルギー密度を維持しつつ、正極界面抵抗を低減させることができ、かつ、放電容量維持率をさらに向上させることができる。
(3) Characteristics of lithium ion secondary battery As described above, the lithium ion secondary battery of the present invention has a porous structure having a composition with a high nickel ratio of the present invention and uses a ternary positive electrode active material as a positive electrode material. Excellent capacity, output and cycle characteristics. Moreover, in the positive electrode active material of the present invention, the primary particles constituting the outer shell portion and the aggregation portion as a whole have a composition with a high nickel ratio, but the surface layer portion whose composition is graded to a low nickel ratio has a high nickel ratio. Since it has a structure that protects the primary particles themselves having a composition with a nickel ratio, in comparison with a conventional lithium ion secondary battery using a positive electrode active material with a porous structure having a uniform composition with a high nickel ratio, the same While maintaining a high energy density, the positive electrode interfacial resistance can be reduced, and the discharge capacity retention rate can be further improved.

(4)リチウムイオン二次電池の用途
本発明のリチウムイオン二次電池は、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、スマートフォン、タブレット端末、デジタルカメラなど)の電源に好適に利用することができる。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、小型化および高出力化が可能であるばかりでなく、安全性および耐久性にも優れており、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電気自動車などの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) Use of lithium ion secondary battery The lithium ion secondary battery of the present invention, as described above, has excellent capacity characteristics, output characteristics, and cycle characteristics, and these characteristics are required at a high level. It can be suitably used as a power source for portable electronic devices (laptop personal computers, smart phones, tablet terminals, digital cameras, etc.). In addition, the lithium ion secondary battery of the present invention not only enables miniaturization and high output, but also has excellent safety and durability, and can simplify expensive protection circuits. It can also be suitably used as a power source for transportation equipment such as electric vehicles that are limited in 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、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(株式会社日伸理化製、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、それぞれの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, reagent special grade samples manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. were used to prepare composite hydroxides and positive electrode active materials unless otherwise specified. In addition, throughout the nucleation step and particle growth step, the pH value of the reaction aqueous solution was measured by a pH controller (Nisshin Rika Co., Ltd., NPH-690D), and based on this measured value, the supply amount of the sodium hydroxide aqueous solution was adjusted. By adjusting, the fluctuation width of the pH value of the reaction aqueous solution in each step was controlled within the range of ±0.2.

(実施例1)
a)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14L入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。この際、反応槽内に窒素ガスを30分間流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が2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12.6、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 composite hydroxide [Nucleation step]
First, 14 L of water was put into the reaction vessel and the temperature inside the vessel was set to 40° C. while stirring. At this time, nitrogen gas was passed through the reaction tank for 30 minutes to make the reaction atmosphere a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 2% by volume or less. Subsequently, appropriate amounts of 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass ammonia water are supplied into the reaction tank so that the pH value is 12.6 at a liquid temperature of 25° C. and the ammonium ion concentration is 10 g/L. to form a pre-reaction aqueous solution.

同時に、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、および硫酸コバルトを、それぞれの金属元素のモル比がNi:Mn:Co=5:3:2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。また、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、および硫酸コバルトを、それぞれの金属元素のモル比がNi:Mn:Co=1:1:1となるように水に溶解し、2mol/Lの第2の原料水溶液を調製した。 At the same time, nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate were dissolved in water so that the molar ratio of the respective metal elements was Ni:Mn:Co=5:3:2, and a 2 mol/L first raw material aqueous solution was prepared. was prepared. Further, nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate were dissolved in water so that the molar ratio of the respective metal elements was Ni:Mn:Co=1:1:1, and a 2 mol/L second raw material aqueous solution was prepared. was prepared.

次に、第1の原料水溶液を、反応前水溶液に115ml/分で供給することで、核生成工程用水溶液を形成し、1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 material aqueous solution was supplied to the pre-reaction aqueous solution at 115 ml/min to form an aqueous solution for the nucleation step, and nucleation was performed for 1 minute. At this time, a 25% by mass aqueous sodium hydroxide solution and a 25% by mass aqueous ammonia solution were supplied at appropriate times to maintain the pH value and the ammonium ion concentration of the aqueous solution for nucleation within the ranges described above.

[粒子成長工程]
核生成終了後、すべての水溶液の供給を一旦停止するとともに、硫酸を加えて、pH値が、液温25℃基準で11.2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、核生成工程と同様の115ml/分と一定の割合で、第1の原料水溶液を供給し、核生成工程で生成した核(粒子)を成長させた。
[Particle growth step]
After the nucleation was completed, the supply of all the aqueous solution was temporarily stopped, and sulfuric acid was added to adjust the pH value to 11.2 based on the liquid temperature of 25° C., thereby forming an aqueous solution for particle growth. . After confirming that the pH value has reached a predetermined value, the first raw material aqueous solution is supplied at a constant rate of 115 ml/min, which is the same as in the nucleation step, to remove the nuclei (particles) generated in the nucleation step. grown up.

第1段階として、粒子成長工程の開始時から非酸化性雰囲気での晶析を35分(粒子成長工程全体に対して13.0%)継続させた後、第1の原料水溶液の供給を停止して、第2の原料水溶液の供給を開始すると同時に、孔径が20μm~30μmであるセラミック製の散気管(木下理化工業株式会社製)を用いて反応槽内に空気を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が21容量%の酸化性雰囲気に調整した(切替操作1)。 As a first step, after the crystallization in the non-oxidizing atmosphere is continued for 35 minutes (13.0% of the entire grain growth process) from the start of the grain growth process, the supply of the first raw material aqueous solution is stopped. Then, at the same time as starting to supply the second raw material aqueous solution, air is circulated in the reaction vessel using a ceramic air diffuser (manufactured by Kinoshita Rika Kogyo Co., Ltd.) having a pore size of 20 μm to 30 μm to create a reaction atmosphere. , the oxygen concentration was adjusted to an oxidizing atmosphere of 21% by volume (switching operation 1).

第2段階として、切替操作1から第2の原料水溶液を用いた酸化性雰囲気での晶析を20分(粒子成長工程全体に対して7.4%)継続させた後、第2の原料水溶液の供給を停止して、第1の原料水溶液の供給を再開すると同時に、散気管を用いて反応槽内に窒素を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が2容量%以下の非酸化性雰囲気に調整した(切替操作2)。 As a second step, after continuing crystallization in an oxidizing atmosphere using the second raw material aqueous solution from the switching operation 1 for 20 minutes (7.4% with respect to the entire grain growth process), the second raw material aqueous solution and restarting the supply of the first raw material aqueous solution, and at the same time, nitrogen is circulated in the reaction vessel using an air diffuser, and the reaction atmosphere is changed to a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 2% by volume or less. adjusted (switching operation 2).

第3段階として、切替操作2から第1の原料水溶液を用いた非酸化性雰囲気での晶析を65分(粒子成長工程全体に対して24.1%)継続させた後、第1の原料水溶液の供給を停止して、第2の原料水溶液の供給を再開すると同時に、散気管を用いて反応槽内に空気を流通させ、酸素濃度が21容量%の酸化性雰囲気に調整した(切替操作3)。 As a third step, after continuing crystallization in a non-oxidizing atmosphere using the first raw material aqueous solution from switching operation 2 for 65 minutes (24.1% of the entire grain growth process), the first raw material The supply of the aqueous solution was stopped, and the supply of the second raw material aqueous solution was restarted. 3).

第4段階として、切替操作3から第2の原料水溶液を用いた酸化性雰囲気での晶析反応を40分(粒子成長工程全体に対して14.8%)継続させた後、第2の原料水溶液の供給を停止して、第1の原料水溶液の供給を再開すると同時に、散気管を用いて反応槽内に窒素を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が2容量%以下の非酸化性雰囲気に調整した(切替操作4)。 As a fourth stage, after the crystallization reaction in the oxidizing atmosphere using the second raw material aqueous solution from the switching operation 3 is continued for 40 minutes (14.8% with respect to the entire grain growth process), the second raw material The supply of the aqueous solution is stopped and the supply of the first raw material aqueous solution is restarted, and at the same time, nitrogen is circulated in the reaction vessel using an air diffuser, and the reaction atmosphere is a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 2% by volume or less. (switching operation 4).

第5段階として、切替操作4から第1の原料水溶液を用いた非酸化性雰囲気での晶析を70分(粒子成長工程全体に対して25.9%)継続させた後、第1の原料水溶液の供給を停止して、第2の原料水溶液の供給を再開すると同時に、散気管を用いて反応槽内に空気を流通させ、酸素濃度が21容量%の酸化性雰囲気に調整した(切替操作5)。 As a fifth step, after continuing crystallization in a non-oxidizing atmosphere using the first raw material aqueous solution from switching operation 4 for 70 minutes (25.9% of the entire grain growth process), the first raw material The supply of the aqueous solution was stopped, and the supply of the second raw material aqueous solution was restarted. 5).

第6段階として、切替操作5から第2の原料水溶液を用いた酸化性雰囲気での晶析反応を40分(粒子成長工程全体に対して14.8%)継続させた後、第2の原料水溶液を含む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、粉末状の複合水酸化物を得た。酸化性雰囲気全体の晶析反応の割合は、37.0%であった。 As the sixth step, after the crystallization reaction in the oxidizing atmosphere using the second raw material aqueous solution from the switching operation 5 is continued for 40 minutes (14.8% with respect to the entire grain growth process), the second raw material The particle growth process was terminated by stopping the supply of all aqueous solutions containing the aqueous solutions. After that, the obtained product was washed with water, filtered and dried to obtain a powdery composite hydroxide. The percentage of crystallization reaction in the entire oxidizing atmosphere was 37.0%.

なお、粒子成長工程においては、この工程を通じて、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。 In the grain growth process, a 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and a 25% by mass aqueous ammonia solution were supplied at appropriate times throughout the process to maintain the pH value and the ammonium ion concentration of the aqueous solution for particle growth within the ranges described above. .

b)複合水酸化物の評価
[組成]
ICP発光分光分析装置(株式会社島津製作所製、ICPE-9000)を用いた分析により、この複合水酸化物の組成は、一般式:Ni0.43Mn0.32Co0.25(OH)で表されるものであることが確認された。
b) Evaluation of composite hydroxide [Composition]
According to analysis using an ICP emission spectrometer (manufactured by Shimadzu Corporation, ICPE-9000), the composition of this composite hydroxide has the general formula: Ni 0.43 Mn 0.32 Co 0.25 (OH) 2 It was confirmed that it is represented by

[粒子構造]
複合水酸化物の一部を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリシャ(日本電子株式会社製、IB-19530CP)加工によって断面観察可能な状態とした上で、10個以上の複合水酸化物の二次粒子を電界放射型走査電子顕微鏡(FE-SEM:日本電子株式会社製、JSM-6360LA)により観察した。この結果、この複合水酸化物は、板状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、中心部の外側に、微細一次粒子が凝集して形成された第1の低密度層と、板状一次粒子が凝集して形成された高密度層と、微細一次粒子が凝集して形成された第2の低密度層と、板状一次粒子が凝集して形成された外殻層と、微細一次粒子が凝集して形成された第3の低密度層とからなり、また、中心部、高密度層、および外殻層を構成する板状一次粒子の一部は、相互に連結していることが確認された。
[Particle structure]
Part of the composite hydroxide is embedded in a resin, cross section polisher (manufactured by JEOL Ltd., IB-19530CP) is processed to make the cross section observable, and 10 or more secondary particles of the composite hydroxide. was observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM: JSM-6360LA manufactured by JEOL Ltd.). As a result, this composite hydroxide has a central portion formed by agglomeration of plate-like primary particles, and a first low-density layer formed by agglomeration of fine primary particles on the outside of the central portion. , a high-density layer formed by agglomeration of plate-like primary particles, a second low-density layer formed by agglomeration of fine primary particles, and an outer shell layer formed by agglomeration of plate-like primary particles , and a third low-density layer formed by agglomeration of fine primary particles, and part of the plate-shaped primary particles constituting the central part, the high-density layer, and the outer shell layer are interconnected It was confirmed that

二次粒子の粒径に対する、中心部の半径、並びに、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、外殻層、第3の低密度層の厚さの比率についても計測および算出を行ったところ、それぞれ、20%、10%、5%、5%、5%、および5%であった。 Regarding the ratio of the radius of the central part, the thickness of the first low density layer, the high density layer, the second low density layer, the outer shell layer, and the third low density layer to the particle size of the secondary particles It was measured and calculated to be 20%, 10%, 5%, 5%, 5% and 5% respectively.

[平均粒径MVおよび粒度分布]
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MT3300EXII)を用いて、複合水酸化物の二次粒子の平均粒径MV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MV〕を算出した。この結果、平均粒径MVは、5.5μmであり、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は0.50であることが確認された。
[Average particle size MV and particle size distribution]
Using a laser light diffraction scattering particle size analyzer (Microtrac MT3300EXII manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.), the average particle diameter MV of the secondary particles of the composite hydroxide is measured, and d10 and d90 are measured, [(d90-d10)/average particle size MV], 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 MV was 5.5 μm and [(d90−d10)/average particle size MV] was 0.50.

c)正極活物質の作製
上述のようにして得られた複合水酸化物を、空気(酸素濃度:21容量%)気流中、120℃で12時間熱処理した後(熱処理工程)、Li/Meが1.10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)を用いて水酸化リチウムと十分に混合し、リチウム混合物を得た(混合工程)。
c) Preparation of positive electrode active material After heat-treating the composite hydroxide obtained as described above at 120 ° C. for 12 hours in an air stream (oxygen concentration: 21% by volume) (heat treatment step), Li / Me 1.10, it was sufficiently mixed with lithium hydroxide using a shaker mixer (TURBULA Type T2C manufactured by Willie & Bachoffen (WAB)) to obtain a lithium mixture (mixing step).

このリチウム混合物を、酸素(酸素濃度:100容量%)気流中、昇温速度を1.5℃/分として800℃まで昇温し、この温度で3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(焼成工程)。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(解砕工程)。 This lithium mixture is heated to 800° C. at a temperature elevation rate of 1.5° C./min in an oxygen (oxygen concentration: 100% by volume) stream, and sintered by holding at this temperature for 3 hours. It was cooled to room temperature at about 4°C/min (firing step). Aggregation or mild sintering occurred in the positive electrode active material thus obtained. Therefore, the positive electrode active material was pulverized to adjust the average particle size and particle size distribution (pulverization step).

d)正極活物質の評価
[組成]
ICP発光分光分析装置(株式会社島津製作所製、ICPE-9000)を用いた分析により、この正極活物質の組成は、一般式:Li1.10Ni0.43Mn0.32Co0.25で表されるものであることが確認された。
d) Evaluation of positive electrode active material [Composition]
According to analysis using an ICP emission spectrometer (manufactured by Shimadzu Corporation, ICPE-9000), the composition of this positive electrode active material has the general formula: Li 1.10 Ni 0.43 Mn 0.32 Co 0.25 O 2 was confirmed.

[粒子構造]
正極活物質の一部を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリシャ(日本電子株式会社製、IB-19530CP)加工によって断面観察可能な状態とした上で、SEM(FE-SEM:日本電子株式会社製、JSM-6360LA)により観察した。この結果、この正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成され、この二次粒子は、外殻部と、外殻部の内側に分散して存在し、外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、外殻部の内側で凝集部の間に存在する、一次粒子の存在しない気孔構造からなる空間部とを備えていることが確認された。また、上記SEM観察から得た、任意の10個以上の二次粒子を含む断面画像の観察から、二次粒子の外殻部の平均厚さは、0.3μmであった。
[Particle structure]
Part of the positive electrode active material is embedded in a resin, cross-section polisher (manufactured by JEOL Ltd., IB-19530CP) is processed so that the cross section can be observed, and then SEM (FE-SEM: manufactured by JEOL Ltd., JSM -6360LA). As a result, the positive electrode active material is composed of secondary particles formed by aggregation of a plurality of primary particles, and the secondary particles are dispersed in the outer shell and inside the outer shell, It was confirmed that it has an aggregated portion electrically connected to the outer shell portion, and a space portion having a pore structure in which primary particles do not exist and which exists between the aggregated portions inside the outer shell portion. . In addition, the average thickness of the outer shell portion of the secondary particles was 0.3 μm from the observation of the cross-sectional image containing arbitrary 10 or more secondary particles obtained from the SEM observation.

[結晶子径]
X線回折(XRD)装置(スペクトリス株式会社製、X’Pert PRO)を用いて、CuKα線による粉末X線回折で分析して、X線回折パターンの回折ピークの広がりを除き、それぞれの回折ピークからシェラーの式を用いて、(003)面の結晶子径を算出したところ、550Åであった。
[Crystallite diameter]
Using an X-ray diffraction (XRD) device (X'Pert PRO manufactured by Spectris Co., Ltd.), powder X-ray diffraction analysis using CuKα rays was performed, and each diffraction peak was analyzed except for the broadening of the diffraction peaks in the X-ray diffraction pattern. When the crystallite diameter of the (003) plane was calculated using Scherrer's formula from the above, it was 550 Å.

[外殻部および凝集部の組成]
走査型透過電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光(STEM-EDS)装置(日立ハイテクノロジーズ株式会社製、HD―2300A)を用いての結果から、二次粒子を構成する外殻部および凝集部におけるニッケルとマンガンとコバルトの比は、いずれも5:3:2であることを確認した。
[Composition of Outer Shell Part and Aggregate Part]
Scanning transmission electron microscope-Energy dispersive X-ray spectroscopy (STEM-EDS) device (HD-2300A, manufactured by Hitachi High-Technologies Co., Ltd.) was used. It was confirmed that the ratios of nickel, manganese and cobalt were all 5:3:2.

[一次粒子の表層部]
走査型透過電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光(STEM-EDS)装置(日立ハイテクノロジーズ株式会社製、HD―2300A)を用いて、凝集部の一次粒子の表層部におけるニッケル濃度を測定したところ、37原子%であった。なお、クロスセクションポリシャ(日本電子株式会社製、IB-19530CP)加工によって断面観察可能な状態とした上で、走査型透過電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光(STEM-EDS)装置(日立ハイテクノロジーズ株式会社製、HD―2300A)を用いて、表層部の厚さを測定したところ、表層部の厚さは、0.01μm未満であった。
[Surface layer of primary particles]
Using a scanning transmission electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (STEM-EDS) device (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, HD-2300A), the nickel concentration in the surface layer of the primary particles of the aggregated portion was measured. It was 37 atomic %. In addition, after making a cross-sectional observable state by cross-section polisher (manufactured by JEOL Ltd., IB-19530CP), a scanning transmission electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (STEM-EDS) device (Hitachi High Technologies) HD-2300A manufactured by Co., Ltd.) was used to measure the thickness of the surface layer, and the thickness of the surface layer was less than 0.01 μm.

[平均粒径MVおよび粒度分布]
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MT3300EXII)を用いて、正極活物質の平均粒径MV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MV〕を算出した。この結果、平均粒径MVは、5.4μmであり、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は0.42であることが確認された。
[Average particle size MV and particle size distribution]
Using a laser light diffraction scattering particle size analyzer (Microtrac MT3300EXII manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.), the average particle size MV of the positive electrode active material is measured, and d10 and d90 are measured to determine the spread of the particle size distribution. [(d90-d10)/average particle diameter MV], which is an index showing the particle diameter, was calculated. As a result, it was confirmed that the average particle diameter MV was 5.4 μm and [(d90−d10)/average particle diameter MV] was 0.42.

[BET比表面積およびタップ密度]
流動方式ガス吸着法比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、マックソーブ1200シリーズ)によりBET比表面積を、タッピングマシン(株式会社蔵持科学器械製作所製、KRS-406)によりタップ密度を、それぞれ測定した。この結果、BET比表面積は4.2m/gであり、タップ密度は1.38g/cmであることが確認された。
[BET specific surface area and tap density]
The BET specific surface area was measured using a flow-type gas adsorption specific surface area measuring device (manufactured by Mountec Co., Ltd., Macsorb 1200 series), and the tap density was measured using a tapping machine (manufactured by Kuramochi Scientific Instruments Manufacturing Co., Ltd., KRS-406). As a result, it was confirmed that the BET specific surface area was 4.2 m 2 /g and the tap density was 1.38 g/cm 3 .

[吸油量]
JIS K 6217-4(ゴム用カーボンブラック-基本特性-第4部:オイル吸収量の求め方(圧縮試料を含む))」に準拠した吸油量測定装置(株式会社あさひ総研製、S-500)により、測定用オイル(油)にフタル酸ジ-n-ブチル(ジ-n-ブチルフタレート、DBP)を用い、吸油量を測定した。その結果、吸油量は、51.0ml/100gであることが確認された。
[Oil absorption]
JIS K 6217-4 (Carbon black for rubber - Basic properties - Part 4: Determination of oil absorption (including compressed sample))" oil absorption measurement device (manufactured by Asahi Research Institute Co., Ltd., S-500) The oil absorption was measured using di-n-butyl phthalate (di-n-butyl phthalate, DBP) as the oil (oil) for measurement. As a result, it was confirmed that the oil absorption was 51.0 ml/100 g.

e)二次電池の作製
図5に示すような2032型コイン電池11を作成した。具体的には、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12を作製した。
e) Production of Secondary Battery A 2032-type coin battery 11 as shown in FIG. 5 was produced. Specifically, the positive electrode active material obtained as described above: 52.5 mg, acetylene black: 15 mg, and PTEE: 7.5 mg are mixed and pressed at a pressure of 100 MPa to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm. After molding, the positive electrode 12 was produced by drying at 120° C. for 12 hours in a vacuum dryer.

次に、この正極12を用いて2032型コイン電池を、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13には、直径17mm、厚さ1mmのリチウム金属を用い、非水電解液には、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14には、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。このようにして、ガスケット15を有し、正極缶16と負極缶17とを備える、2032型コイン電池11を組み立てた。 Next, using this positive electrode 12, a 2032 type coin battery was produced in an Ar atmosphere glove box with a controlled dew point of -80°C. Lithium metal with a diameter of 17 mm and a thickness of 1 mm was used for the negative electrode 13 of this 2032-type coin battery, and ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) with 1 M LiClO 4 as the supporting electrolyte were used as the non-aqueous electrolyte. (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used. A polyethylene porous film having a film thickness of 25 μm was used for the separator 14 . In this manner, a 2032-type coin battery 11 having a gasket 15 and including a positive electrode can 16 and a negative electrode can 17 was assembled.

f)電池評価
[正極界面抵抗]
正極界面抵抗の測定は、インピーダンス測定法を用い、2032型コイン型電池を充電電位4.4Vで充電し、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット(ソーラトロン製、1255B)を使用することで、図6に示すナイキストプロットを得た。図6に示すナイキストプロットは、溶液抵抗、負極抵抗とその容量、および、正極抵抗(界面抵抗)とその容量を示す特性曲線の和として表されているため、このナイキストプロットに基づき、図6に示す等価回路を用いてフィッティング計算して、正極界面抵抗の値を算出した。なお、正極界面抵抗については、後述する比較例1の正極活物質を基準とし、これに対する抵抗減少率を示す。その結果、正極界面抵抗は、比較例1に対して0.765倍まで減少していた。
f) Battery evaluation [Positive electrode interfacial resistance]
The positive electrode interface resistance was measured using an impedance measurement method, charging a 2032 type coin battery at a charging potential of 4.4 V, and using a frequency response analyzer and a potentiogalvanostat (manufactured by Solartron, 1255B). The Nyquist plot shown was obtained. The Nyquist plot shown in FIG. 6 is represented as the sum of characteristic curves showing the solution resistance, the negative electrode resistance and its capacity, and the positive electrode resistance (interfacial resistance) and its capacity. A fitting calculation was performed using the equivalent circuit shown to calculate the value of the positive electrode interfacial resistance. As for the positive electrode interfacial resistance, the positive electrode active material of Comparative Example 1 described later is used as a reference, and the resistance reduction rate with respect to this is shown. As a result, the positive electrode interfacial resistance was reduced to 0.765 times that of Comparative Example 1.

[放電容量維持率]
2032型コイン電池を作製してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cmとして、カットオフ電圧が4.3Vとなるまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧が3.0Vになるまで放電したときの放電容量を測定する充放電試験を行なって、初期放電容量を求めた。さらに、充電と放電を繰り返し100回行い、初期放電容量に対する2回目の放電容量の比率を放電容量維持率とした。その結果、放電容量維持率は、92%であった。
[Discharge capacity retention rate]
The 2032 type coin battery was left for about 24 hours after it was produced, and after the open circuit voltage (OCV) was stabilized, the current density for the positive electrode was set to 0.1 mA/cm 2 and the cutoff voltage was set to 4.3 V. , and after resting for 1 hour, a charge/discharge test was performed to measure the discharge capacity when the cutoff voltage reached 3.0 V, and the initial discharge capacity was obtained. Furthermore, charging and discharging were repeated 100 times, and the ratio of the second discharge capacity to the initial discharge capacity was defined as the discharge capacity retention rate. As a result, the discharge capacity retention rate was 92%.

得られた正極活物質の外殻部、凝集部、および全体の組成、および、特性、並びに、得られたリチウムイオン二次電池の特性について、表1に示す。なお、これらについて、実施例2および比較例1についても、同様に表1に示す。 Table 1 shows the composition and characteristics of the outer shell portion, the aggregation portion, and the whole of the obtained positive electrode active material, and the characteristics of the obtained lithium ion secondary battery. These are also shown in Table 1 for Example 2 and Comparative Example 1.

(実施例2)
硫酸ニッケル、硫酸マンガン、および硫酸コバルトを、それぞれの金属元素のモル比がNi:Mn:Co=6:3:1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こと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物、正極活物質、および、リチウムイオン二次電池を得た。
(Example 2)
Nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate are dissolved in water so that the molar ratio of the respective metal elements is Ni:Mn:Co=6:3:1 to prepare a 2 mol/L first raw material aqueous solution. A composite hydroxide, a positive electrode active material, and a lithium ion secondary battery were obtained in the same manner as in Example 1, except for the above.

複合水酸化物の組成は、一般式:Ni0.5Mn0.3Co0.2(OH)であった。また、複合水酸化物の二次粒子の粒径に対する、中心部の半径、並びに、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、外殻層、および第3の低密度層の厚さの比率は、それぞれ25%、8%、4%、4%、5%、および4%であった。さらに、平均粒径MVは、5.5μmであり、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は0.50であった。 The composition of the composite hydroxide was the general formula: Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 (OH) 2 . In addition, the radius of the central portion, the first low-density layer, the high-density layer, the second low-density layer, the outer shell layer, and the third low-density layer with respect to the particle size of the secondary particles of the composite hydroxide The layer thickness ratios were 25%, 8%, 4%, 4%, 5% and 4%, respectively. Furthermore, the average particle diameter MV was 5.5 μm, and [(d90−d10)/average particle diameter MV] was 0.50.

正極活物質の組成は、一般式:Li1.10Ni0.5Mn0.3Co0.2であった。二次粒子の外殻部の平均厚さは、0.3μmであり、(003)面の結晶子径は、560Åであった。二次粒子の外殻部および凝集部におけるニッケルとマンガンとコバルトの比は、6:3:1であった。凝集部の一次粒子の表層部におけるニッケル濃度は、37原子%であり、その厚さは0.01μm未満であった。また、平均粒径MVは、5.4μm、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は0.42であった。さらに、BET比表面積は4.2m/g、タップ密度は1.32g/cm、吸油量は、53.0ml/100gであった。 The composition of the positive electrode active material was the general formula : Li1.10Ni0.5Mn0.3Co0.2O2 . The average thickness of the outer shell portion of the secondary particles was 0.3 μm, and the crystallite diameter of the (003) plane was 560 Å. The ratio of nickel, manganese and cobalt in the outer shell portion and aggregate portion of the secondary particles was 6:3:1. The nickel concentration in the surface layer portion of the primary particles of the agglomerated portion was 37 atomic %, and the thickness thereof was less than 0.01 μm. The average particle size MV was 5.4 μm, and [(d90−d10)/average particle size MV] was 0.42. Furthermore, the BET specific surface area was 4.2 m 2 /g, the tap density was 1.32 g/cm 3 and the oil absorption was 53.0 ml/100 g.

この正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池における、正極界面抵抗は、比較例1に対して0.828倍まで減少していた。その放電容量維持率は、88%であった。 In the lithium ion secondary battery using this positive electrode active material, the positive electrode interfacial resistance was reduced to 0.828 times that of Comparative Example 1. The discharge capacity retention rate was 88%.

(比較例1)
原料水溶液について、第1の原料水溶液と第2の原料水溶液に分けずに、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、および硫酸コバルトを、それぞれの金属元素のモル比がNi:Mn:Co=5:3:2となるように水に溶解し、2mol/Lの原料水溶液のみを調製し、切替操作4において原料水溶液の切替を行わずに、第5段階の晶析反応を継続して、第6段階に切り替えずに、第5段階で晶析反応を終了させたこと以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物、正極活物質、および、リチウムイオン二次電池を得た。
(Comparative example 1)
Nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate were mixed into the first aqueous raw material solution and the second aqueous raw material solution, and the molar ratio of the respective metal elements was Ni:Mn:Co=5:3:2. to prepare only a 2 mol/L raw material aqueous solution, and without switching the raw material aqueous solution in the switching operation 4, the crystallization reaction in the fifth stage is continued, and the process is switched to the sixth stage. A composite hydroxide, a positive electrode active material, and a lithium-ion secondary battery were obtained in the same manner as in Example 1, except that the crystallization reaction was terminated in the fifth step.

複合水酸化物の組成は、一般式:Ni0.5Mn0.3Co0.2(OH)であった。また、複合水酸化物の二次粒子の粒径に対する、中心部の半径、並びに、第1の低密度層、高密度層、第2の低密度層、および外殻層の厚さの比率は、それぞれ25%、10%、5%、5%、および5%であった。さらに、平均粒径MVは、5.5μmであり、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は0.50であった。 The composition of the composite hydroxide was the general formula: Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 (OH) 2 . In addition, the ratio of the radius of the central portion, the thickness of the first low-density layer, the high-density layer, the second low-density layer, and the outer shell layer to the particle size of the secondary particles of the composite hydroxide is , 25%, 10%, 5%, 5%, and 5%, respectively. Furthermore, the average particle diameter MV was 5.5 μm, and [(d90−d10)/average particle diameter MV] was 0.50.

正極活物質の組成は、一般式:Li1.10Ni0.5Mn0.3Co0.2であった。二次粒子の外殻部の平均厚さは、0.3μmであり、(003)面の結晶子径は、530Åであった。二次粒子の外殻部および凝集部におけるニッケルとマンガンとコバルトの比は、いずれも5:3:2であった。また、平均粒径MVは、5.2μm、〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は0.42であった。さらに、BET比表面積は4.2m/g、タップ密度は1.4g/cm、吸油量は、50.0ml/100gであった。 The composition of the positive electrode active material was the general formula : Li1.10Ni0.5Mn0.3Co0.2O2 . The average thickness of the outer shell portion of the secondary particles was 0.3 μm, and the crystallite diameter of the (003) plane was 530 Å. The ratios of nickel, manganese, and cobalt in the outer shell portion and aggregate portion of the secondary particles were all 5:3:2. The average particle size MV was 5.2 μm, and [(d90−d10)/average particle size MV] was 0.42. Furthermore, the BET specific surface area was 4.2 m 2 /g, the tap density was 1.4 g/cm 3 and the oil absorption was 50.0 ml/100 g.

この正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池における、放電容量維持率は、80%であった。 The discharge capacity retention rate of the lithium ion secondary battery using this positive electrode active material was 80%.

Figure 0007183814000001
Figure 0007183814000001

本発明の範囲内にある、実施例1および実施例2の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池では、比較例1との比較において、いずれも正極界面抵抗が減少し、放電容量維持率が向上していることが確認された。 In the lithium ion secondary batteries using the positive electrode active materials of Examples 1 and 2, which are within the scope of the present invention, in comparison with Comparative Example 1, the positive electrode interfacial resistance decreased, and the discharge capacity retention rate was confirmed to be improving.

1 中心部
2 第1の低密度層
3 高密度層
4 第2の低密度層
5 外殻層
6 第3の低密度層
7 外殻部
8 凝集部
9 空間部
10a 一次粒子
10b 一次粒子の表層部
11 コイン電池
12 正極(評価用電極)
13 負極
14 セパレータ
15 ガスケット
16 正極缶
17 負極缶
REFERENCE SIGNS LIST 1 central portion 2 first low-density layer 3 high-density layer 4 second low-density layer 5 outer shell layer 6 third low-density layer 7 outer shell portion 8 aggregation portion 9 space portion 10a primary particles 10b surface layer of primary particles Part 11 Coin Battery 12 Positive Electrode (Evaluation Electrode)
13 Negative electrode 14 Separator 15 Gasket 16 Positive electrode can 17 Negative electrode can

Claims (20)

リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体であって、複数の板状一次粒子および該板状一次粒子よりも小さな微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなる、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物であって、
前記二次粒子は、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された中心部と、該中心部の外側に、主として前記微細一次粒子が凝集して形成された第1の低密度層と、第1の低密度層の外側に、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された高密度層と、該高密度層の外側に、主として前記微細一次粒子が凝集して形成された第2の低密度層と、第2の低密度層の外側に、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された外殻層と、該外殻層の外側に、主として前記微細一次粒子が凝集して形成された第3の低密度層とを備え、および、
前記中心部、前記高密度層、および、前記外殻層は、ニッケル、マンガン、およびコバルトの合計に対するニッケルの原子比であるニッケル比率が0.4を超える高ニッケル比率の組成を有し、第1の低密度層、第2の低密度層、および、第3の低密度層は、前記ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下である低ニッケル比率の組成を有する、
ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物。
A nickel-manganese-cobalt precursor of a positive electrode active material for a lithium-ion secondary battery, comprising secondary particles formed by aggregation of a plurality of plate-like primary particles and fine primary particles smaller than the plate-like primary particles. containing complex hydroxide,
The secondary particles are composed of a central portion formed mainly by agglomeration of the plate-like primary particles, a first low-density layer formed mainly by agglomeration of the fine primary particles outside the central portion, and Outside the first low-density layer, a high-density layer formed mainly by aggregating the plate-like primary particles, and outside the high-density layer, a second layer formed mainly by aggregating the fine primary particles A low-density layer, an outer shell layer formed mainly by aggregation of the plate-like primary particles outside the second low-density layer, and an outer shell layer mainly formed by aggregation of the fine primary particles a third low density layer formed by
The core, the high density layer, and the outer shell layer have a high nickel ratio composition in which the nickel ratio, which is the atomic ratio of nickel to the sum of nickel, manganese, and cobalt, is greater than 0.4; The first low-density layer, the second low-density layer, and the third low-density layer have a low nickel ratio composition in which the nickel ratio is more than 0.1 and not more than 0.4.
Composite hydroxide containing nickel manganese cobalt.
前記二次粒子の平均粒径MVは、4μm~11μmの範囲にあり、かつ、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は、0.65以下である、請求項1に記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物。 The average particle diameter MV of the secondary particles is in the range of 4 μm to 11 μm, and [(d90−d10)/average particle diameter MV], which is an index showing the spread of the particle size distribution of the secondary particles, is 0. The nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide according to claim 1, wherein the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide is .65 or less. 前記中心部の半径は、前記二次粒子の粒径の20%~40%の範囲にあり、第1の低密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の3%~15%の範囲にあり、前記高密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にあり、第2の低密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にあり、前記外殻層の厚さは、前記二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にあり、第3の低密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の2%~10%の範囲にある、請求項1または2に記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物。 The radius of the central portion is in the range of 20% to 40% of the particle size of the secondary particles, and the thickness of the first low density layer is 3% to 15% of the particle size of the secondary particles. range, the thickness of the high-density layer is in the range of 2% to 10% of the particle size of the secondary particles, and the thickness of the second low-density layer is in the range of the particle size of the secondary particles. In the range of 2% to 10%, the thickness of the outer shell layer is in the range of 2% to 10% of the particle size of the secondary particles, and the thickness of the third low-density layer is in the range of the second 3. The nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide according to claim 1, wherein the particle size of the secondary particles is in the range of 2% to 10%. 一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.4≦x≦0.70、0.15≦y≦0.4、0.15≦z≦0.3、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成を有する、請求項1~3のいずれかに記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物。 General formula (A): NixMnyCozMt ( OH ) 2 +a (x+y+z+ t =1, 0.4≤x≤0.70, 0.15≤y≤0.4, 0.15≤z≤0 .3, 0≤t≤0.1, 0≤a≤0.5, M is selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W1 4. The nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide according to any one of claims 1 to 3, having a composition represented by additional elements above seeds). 反応槽内に、少なくとも遷移金属を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、晶析反応によって、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を得る工程を備える、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法であって、
前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を得る工程において、前記反応水溶液のアンモニウムイオンの濃度は3g/L~25g/Lの範囲となるように制御され、
前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を得る工程は、前記反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を12.0~14.0の範囲となるように制御することにより、核生成を行う核生成工程と、該核生成工程で得られた核を含む反応水溶液の液温25℃基準におけるpH値を、前記核生成工程のpH値よりも低く、かつ、10.5~12.0の範囲となるように制御することにより、前記核を成長させる、粒子成長工程とを備え、
(1)前記核生成工程および前記粒子成長工程の第1段階における反応雰囲気を酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気に調整し、(2)前記粒子成長工程の第1段階の後に、前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から酸素の濃度が5容量%を超える酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第2段階とし、(3)次に、前記反応雰囲気を、前記酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第3段階とし、(4)次に、前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から前記酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第4段階とし、(5)さらに、前記反応雰囲気を、前記酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第5段階とし、(6)最後に、前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から前記酸化性雰囲気に切り換えて、前記粒子成長工程の第6段階として、前記晶析反応を継続し、および、
前記核生成工程および前記粒子成長工程の第1段階、第3段階、および第5段階において供給される前記原料水溶液は、ニッケル、マンガン、およびコバルトの合計に対するニッケルの原子比であるニッケル比率が0.4を超える高ニッケル比率の組成を有し、前記粒子成長工程の第2段階、第4段階、および第6段階で供給される前記原料水溶液は、前記ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下である低ニッケル比率の組成を有するようにする、
ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法。
A raw material aqueous solution containing at least a transition metal and an aqueous solution containing an ammonium ion donor are supplied into a reaction tank to form a reaction aqueous solution, and a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide is obtained by a crystallization reaction. A method for producing a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide, comprising
In the step of obtaining the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide, the concentration of ammonium ions in the reaction aqueous solution is controlled to be in the range of 3 g/L to 25 g/L,
In the step of obtaining the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide, the pH value of the reaction aqueous solution at a liquid temperature of 25 ° C. is controlled to be in the range of 12.0 to 14.0, thereby generating nuclei. The pH value of the reaction aqueous solution containing nuclei obtained in the nucleation step and the nucleus generation step is lower than the pH value in the nucleation step and is in the range of 10.5 to 12.0 at a liquid temperature of 25 ° C. A particle growth step for growing the nuclei by controlling to be
(1) adjusting the reaction atmosphere in the first stage of the nucleation step and the grain growth step to a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less; (2) after the first stage of the grain growth step, (3) changing the reaction atmosphere from the non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of more than 5% by volume as the second stage of the grain growth process; (4) next, the reaction atmosphere is switched from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere to perform the particle growth; (5) switching the reaction atmosphere from the oxidizing atmosphere to the non-oxidizing atmosphere as a fifth step of the grain growth process; (6) finally, the reaction atmosphere is switched from the non-oxidizing atmosphere to the oxidizing atmosphere to continue the crystallization reaction as the sixth step of the grain growth process , and
The raw material aqueous solution supplied in the first, third, and fifth stages of the nucleation step and the grain growth step has a nickel ratio of 0, which is the atomic ratio of nickel to the total of nickel, manganese, and cobalt. The aqueous feedstock solution having a composition with a high nickel ratio greater than .4 and supplied in stages 2, 4, and 6 of the grain growth process has a nickel ratio greater than 0.1 to 0. .have a composition with a low nickel fraction that is no greater than 4;
A method for producing a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide.
前記反応雰囲気の切り替えを、前記粒子成長工程において添加される全金属量に対しそれぞれの段階で添加される金属量の割合で定義される、前記粒子成長工程全体に対するそれぞれの段階における晶析反応の割合について、第1段階を8%~20%の範囲とし、第2段階を2%~20%の範囲とし、第3段階を12%~40%の範囲とし、第4段階を3%~40%とし、第5段階を10%~40%とし、第6段階を2%~20%とする、請求項5に記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法。 The switching of the reaction atmosphere is defined as the ratio of the amount of metal added in each stage to the total amount of metal added in the grain growth process, and the crystallization reaction in each stage for the entire grain growth process. Regarding the ratio, the first stage is in the range of 8% to 20%, the second stage is in the range of 2% to 20%, the third stage is in the range of 12% to 40%, and the fourth stage is in the range of 3% to 40%. %, 10% to 40% in the fifth stage, and 2% to 20% in the sixth stage, the method for producing a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide according to claim 5. 前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物は、一般式(A):NiMnCo(OH)2+a(x+y+z+t=1、0.4≦x≦0.70、0.15≦y≦0.4、0.15≦z≦0.3、0≦t≦0.1、0≦a≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表される組成を有する、請求項5または6に記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法。 The nickel -manganese- cobalt -containing composite hydroxide has the general formula (A): NixMnyCozMt ( OH ) 2+a (x+y+z+t=1, 0.4≤x≤0.70, 0.15≤y≤ 0.4, 0.15≦z≦0.3, 0≦t≦0.1, 0≦a≦0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo , Hf, Ta, and one or more additional elements selected from W). リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質であって、
該正極活物質は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成され、該二次粒子は、前記凝集した一次粒子により形成された外殻部と、該外殻部の内側に存在し、前記凝集した一次粒子により形成され、かつ、前記外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、該凝集部の中に分散して存在する空間部とを備え、および、
前記外殻部および前記凝集部を構成する前記一次粒子は、いずれもニッケル、マンガン、およびコバルトの合計に対するニッケルの原子比であるニッケル比率が0.4を超える高ニッケル比率の組成を有し、かつ、該組成が、前記ニッケル比率が0.1を超えて0.4以下である低ニッケル比率の組成に傾斜化した表層部を備える、
リチウムイオン二次電池用正極活物質。
A positive electrode active material for a lithium-ion secondary battery comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide,
The positive electrode active material is composed of secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles, and the secondary particles are composed of an outer shell formed by the agglomerated primary particles and an inner side of the outer shell. a cohesive portion that is formed by the agglomerated primary particles and is electrically connected to the outer shell portion, and a space that exists dispersedly in the cohesive portion; and
Each of the primary particles constituting the outer shell portion and the aggregation portion has a high nickel ratio composition in which the nickel ratio, which is the atomic ratio of nickel to the total of nickel, manganese, and cobalt, exceeds 0.4, And, the composition has a surface layer portion graded to a low nickel ratio composition in which the nickel ratio is more than 0.1 and 0.4 or less,
Positive electrode active material for lithium ion secondary batteries.
前記二次粒子の外殻部の厚さは、0.1μm~1.0μmの範囲にある、請求項8に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 9. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 8, wherein the thickness of the outer shell portion of said secondary particles is in the range of 0.1 μm to 1.0 μm. 前記二次粒子の平均粒径MVは、3μm~10μmの範囲にあり、かつ、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/平均粒径MV〕は、0.7以下である、請求項8または9に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The average particle diameter MV of the secondary particles is in the range of 3 μm to 10 μm, and [(d90−d10)/average particle diameter MV], which is an index showing the spread of the particle size distribution of the secondary particles, is 0. 10. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 8 or 9, which is .7 or less. 前記正極活物質のタップ密度は、1.1g/cm~1.8g/cmの範囲にある、請求項8~10のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 8 to 10, wherein said positive electrode active material has a tap density in the range of 1.1 g/cm 3 to 1.8 g/cm 3 . 前記正極活物質のBET比表面積は、2.0m/g~5.0m/gの範囲にある、請求項8~11のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 12. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 8, wherein said positive electrode active material has a BET specific surface area in the range of 2.0 m 2 /g to 5.0 m 2 /g. 前記正極活物質の吸油量は、35ml/100g~60ml/100gの範囲にある、請求項8~12のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 13. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 8, wherein said positive electrode active material has an oil absorption in the range of 35 ml/100 g to 60 ml/100 g. 前記正極活物質の(003)面のX線回折による(003)面のピークの半価幅からシェラー式を用いて求めた一次粒子の結晶子径は、300Å~1500Åの範囲にある、請求項8~13のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The crystallite diameter of the primary particles obtained by using the Scherrer formula from the half-value width of the peak of the (003) plane in X-ray diffraction of the (003) plane of the positive electrode active material is in the range of 300 Å to 1500 Å. 14. The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries according to any one of 8 to 13. 前記リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.4≦x≦0.70、0.15≦y≦0.4、0.15≦z≦0.3、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表され、層状構造を有する六方晶系の結晶構造を有する、請求項8~14のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The lithium nickel manganese cobalt containing composite oxide has a general formula (B ) : ≤0.70, 0.15≤y≤0.4, 0.15≤z≤0.3, 0≤t≤0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, one or more additive elements selected from W), having a hexagonal crystal structure having a layered structure, the lithium ion according to any one of claims 8 to 14. Positive electrode active material for secondary batteries. ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物とリチウム化合物を混合して、リチウム混合物を形成する混合工程と、該混合工程で形成された前記リチウム混合物を、酸素濃度が18容量%~100容量%である酸化性雰囲気中、650℃~920℃の範囲にある温度で焼成して、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質を得る焼成工程を備え、
前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物として、請求項1~4のいずれかに記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を用いる、
リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
A mixing step of mixing a nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide and a lithium compound to form a lithium mixture, and oxidizing the lithium mixture formed in the mixing step with an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume. a firing step of obtaining a positive electrode active material for a lithium-ion secondary battery comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-containing composite oxide by firing at a temperature in the range of 650°C to 920°C in a sexual atmosphere;
Using the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide according to any one of claims 1 to 4 as the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide,
A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.
前記混合工程において、前記リチウム混合物を、該リチウム混合物に含まれるリチウム以外の金属の原子数の和と、リチウムの原子数との比が、1:0.95~1.5となるように調整する、請求項16に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 In the mixing step, the lithium mixture is adjusted so that the ratio of the sum of the number of metal atoms other than lithium contained in the lithium mixture to the number of lithium atoms is 1:0.95 to 1.5. The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 16. 前記混合工程の前に、前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を105℃~750℃の範囲にある温度で熱処理する、熱処理工程をさらに備える、請求項16または17に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The lithium ion secondary battery according to claim 16 or 17, further comprising a heat treatment step of heat-treating the nickel-manganese-cobalt-containing composite hydroxide at a temperature in the range of 105°C to 750°C before the mixing step. A method for producing a positive electrode active material for 前記リチウムイオン二次電池用正極活物質は、一般式(B):Li1+uNiMnCo(-0.05≦u≦0.50、x+y+z+t=1、0.4≦x≦0.70、0.15≦y≦0.4、0.15≦z≦0.3、0≦t≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上の添加元素)で表され、層状構造を有する六方晶系の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる、請求項16~18のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The cathode active material for a lithium ion secondary battery has a general formula (B): Li 1+u Ni x Mny Co z MtO 2 (−0.05≦u≦0.50, x+y+z+t=1, 0.4≦ x≦0.70, 0.15≦y≦0.4, 0.15≦z≦0.3, 0≦t≦0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr , Nb, Mo, Hf, Ta, and W), and is composed of a lithium-nickel-manganese -cobalt- containing composite oxide having a hexagonal crystal structure with a layered structure . 19. A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of 16 to 18. 正極、負極、セパレータ、および非水電解質、あるいは、正極、負極、および固体電解質を備え、前記正極に用いられる正極活物質として、請求項8~15のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質が用いられている、リチウムイオン二次電池。 A positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, or a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte, and as a positive electrode active material used for the positive electrode, for the lithium ion secondary battery according to any one of claims 8 to 15. A lithium ion secondary battery using a positive electrode active material.
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