JP7630559B2 - Lithium nickel-containing composite oxide, and positive electrode active material for lithium ion secondary battery using the lithium nickel-containing composite oxide as a base material and method for producing the same - Google Patents

Lithium nickel-containing composite oxide, and positive electrode active material for lithium ion secondary battery using the lithium nickel-containing composite oxide as a base material and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質として用いられるWおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物、より具体的には、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル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の母材となる、リチウムニッケル含有複合酸化物に関する。 The present invention relates to a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li to be used as a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, more specifically, to a lithium nickel-containing composite oxide that serves as a base material for a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, the base material being a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li, such as lithium tungstate, are present on the surfaces of the primary particles.

また、本発明は、該リチウムニッケル含有複合酸化物を母材として用いたリチウムイオン二次電池用正極活物質とその製造方法に関する。 The present invention also relates to a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries that uses the lithium nickel-containing composite oxide as a base material, and a method for producing the same.

近年、スマートフォンやタブレットPCなどの小型情報端末の利用拡大に伴い、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、ハイブリット自動車や電気自動車用の電池として、高出力の大型二次電池の開発が強く望まれている。 In recent years, with the expanding use of small information terminals such as smartphones and tablet PCs, there is a strong demand for the development of small, lightweight secondary batteries with high energy density. There is also a strong demand for the development of large, high-output secondary batteries for use in hybrid and 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。リチウムイオン二次電池は、負極、正極、セパレータ、および非水電解質などで構成され、その負極および正極を構成する活物質としては、充放電時にリチウムを脱離および挿入することの可能な材料が用いられている。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や、不燃性でイオン電導性を有する固体電解質などが用いられている。 Lithium-ion secondary batteries are a type of secondary battery that meets these requirements. Lithium-ion secondary batteries are composed of a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and the active materials that make up the negative and positive electrodes are materials that can extract and insert lithium during charging and discharging. The non-aqueous electrolyte may be a non-aqueous electrolyte solution made by dissolving a lithium salt, which serves as a supporting salt, in an organic solvent, or a solid electrolyte that is non-flammable and ionically conductive.

リチウムイオン二次電池の研究開発は現在も盛んに行われているが、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活物質として用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する二次電池として実用化が進められている。 Research and development of lithium-ion secondary batteries is still being actively conducted, and lithium-ion secondary batteries that use lithium transition metal-containing composite oxides with layered rock salt or spinel structures as the positive electrode active material can achieve high voltages of around 4 V, and are therefore being put to practical use as secondary batteries with high energy density.

これまで主に提案されているリチウム遷移金属含有複合酸化物としては、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)や、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)、およびこれらに要求される特性に応じて添加元素を添加したリチウム遷移金属含有複合酸化物などを挙げることができる。 Examples of the lithium transition metal-containing composite oxides that have been proposed so far include lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), which uses nickel, which is cheaper than cobalt, lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ), which uses manganese, and lithium transition metal-containing composite oxides to which additive elements have been added depending on the characteristics required of these.

これらのうち、リチウムニッケル複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物と比べて、重量当たりの充放電容量が大きく、また、主原料であるニッケルがコバルトと比べて安価で、かつ、安定して入手可能であるといった利点を有していることから、次世代の正極活物質として期待され、その研究開発が活発に続けられている。 Of these, lithium nickel composite oxide has a larger charge/discharge capacity per weight than lithium cobalt composite oxide, and the main raw material, nickel, is cheaper than cobalt and has a stable supply. As a result, it is expected to be the next generation of positive electrode active material, and research and development into it is continuing vigorously.

リチウムニッケル複合酸化物は、通常、リチウム化合物とニッケル化合物とを混合および焼成して製造されており、一次粒子が単分散した粉末または一次粒子の凝集体である二次粒子の粉末により構成されるが、いずれも充電状態での熱安定性がリチウムコバルト複合酸化物に劣るという欠点がある。 Lithium nickel composite oxide is usually manufactured by mixing and sintering a lithium compound and a nickel compound, and is composed of a powder of monodispersed primary particles or a powder of secondary particles that are aggregates of primary particles. However, both have the disadvantage that their thermal stability in a charged state is inferior to that of lithium cobalt composite oxide.

これに対して、充電過程でリチウムが抜けた状態における結晶構造の安定化を図り、正極活物質として熱安定性および充放電サイクル特性が良好なリチウムニッケル複合酸化物を得るために、リチウムニッケル複合酸化物におけるニッケルの一部を他の物質と置換することが一般的に行われている。 In response to this, it is common to replace part of the nickel in the lithium-nickel composite oxide with other substances in order to stabilize the crystal structure when lithium is removed during the charging process and to obtain a lithium-nickel composite oxide that has good thermal stability and charge-discharge cycle characteristics as a positive electrode active material.

しかしながら、リチウムニッケル複合酸化物のニッケルの一部を他の物質と置換してニッケル比率を低くしたリチウムニッケル含有複合酸化物では、熱安定性は高くなるものの、電池容量の低下が生じる。一方、電池容量の低下を防ぐために、リチウムニッケル含有複合酸化物におけるニッケル比率を高くすると、熱安定性が十分に改善されない。しかも、リチウムニッケル含有複合酸化物におけるニッケル比率が高くなれば、焼成時にカチオンミキシングを生じやすく合成が困難となるという問題点もある。 However, in lithium-nickel-containing composite oxides in which part of the nickel in the lithium-nickel composite oxide is replaced with other substances to reduce the nickel ratio, the thermal stability is high but the battery capacity decreases. On the other hand, if the nickel ratio in the lithium-nickel-containing composite oxide is increased in order to prevent the reduction in battery capacity, the thermal stability is not sufficiently improved. Furthermore, if the nickel ratio in the lithium-nickel-containing composite oxide is high, there is also the problem that cation mixing is likely to occur during firing, making synthesis difficult.

一方、リチウムイオン二次電池に対しては、特に、ハイブリット自動車や電気自動車用の電池用途において、高出力化(低抵抗化)が強く要求されている。このような要求から、正極活物質の出力特性の改善を図るために、リチウムニッケル含有複合酸化物にタングステン化合物を添加する方法が検討されている。 On the other hand, there is a strong demand for higher output (lower resistance) for lithium-ion secondary batteries, especially for battery applications in hybrid and electric vehicles. In response to this demand, a method of adding a tungsten compound to a lithium-nickel-containing composite oxide is being investigated to improve the output characteristics of the positive electrode active material.

たとえば、特開2012-079464号公報には、一般式LiNi1-x-yCo(ただし、0.10≦x≦0.35、0≦y≦0.35、0.97≦z≦1.20、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)で表される一次粒子および一次粒子が凝集して構成された二次粒子の母材からなり、一次粒子の表面にWおよびLiを含む化合物の微粒子、特に、タングステン酸リチウムからなる微粒子を有する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質が提案されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-079464 proposes a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries, which comprises primary particles represented by the general formula LizNi1-x-yCoxMyO2 ( where 0.10 ≦x≦0.35, 0≦ y ≦0.35, 0.97≦z≦1.20, and M is at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti, and Al) and a base material of secondary particles formed by agglomeration of the primary particles, and which has fine particles of a compound containing W and Li, in particular fine particles made of lithium tungstate, on the surfaces of the primary particles, and which comprises a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li.

母材となるリチウムニッケル含有複合酸化物を構成する一次粒子の表面に、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を存在させることにより、これらの微粒子あるいは被膜が、リチウムニッケル含有複合酸化物と電解液の接触を防止し、リン酸塩などの堆積物の形成を抑制する保護膜として機能するとともに、これらの微粒子あるいは被膜が、Li拡散パスを有する結晶構造を有しているため、界面抵抗の低減が図られると考えられている。 By having fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li, such as lithium tungstate, present on the surface of the primary particles that make up the lithium-nickel-containing composite oxide base material, these fine particles or coatings prevent contact between the lithium-nickel-containing composite oxide and the electrolyte and function as a protective film that suppresses the formation of deposits such as phosphates, and because these fine particles or coatings have a crystal structure that has Li diffusion paths, it is believed that interface resistance can be reduced.

しかしながら、この正極活物質では、出力特性は改善されているものの、ニッケル比率が低いため、高容量化の面で不十分であり、そのニッケル比率を高めた場合には、熱的安定性の検討も必要とされる。このため、正極活物質として高容量および高出力を両立させ、かつ、熱的安定性にも優れた、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物についての研究がなされている。 However, although this positive electrode active material has improved output characteristics, it is insufficient in terms of increasing capacity due to the low nickel ratio, and if the nickel ratio is increased, thermal stability must also be considered. For this reason, research is being conducted on lithium nickel-containing composite oxides coated with compounds containing W and Li, in which fine particles and/or coatings of compounds containing W and Li, such as lithium tungstate, are present on the surfaces of the primary particles, which achieve both high capacity and high output as a positive electrode active material and also have excellent thermal stability.

たとえば、特開2015-216105号公報では、ニッケル化合物とリチウム化合物を混合したリチウム混合物は、酸化性雰囲気中において700℃~780℃の温度範囲で1時間~6時間焼成し、一般式:LiNi1―x―yCo(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0.95≦b≦1.03、0<x≦0.15、0<y≦0.07、x+y≦0.16)で表され、一次粒子および一次粒子が凝集した二次粒子からなるリチウムニッケル含有複合酸化物を母材として得て、該母材の水洗処理中もしくは水洗処理後にタングステン化合物を添加して、母材の一次粒子の表面にWを分散させて、酸素雰囲気あるいは真空雰囲気中で100℃~600℃の温度で熱処理することにより得られ、母材の一次粒子表面にWおよびLiを含む化合物の微粒子を有し、さらに母材のリチウムニッケル含有複合酸化物が、X線回折のリートベルト解析から得られるc軸方向への格子定数の長さが14.183Å以上である、非水系電解質二次電池用正極活物質が提案されている。 For example, in JP 2015-216105 A, a lithium mixture obtained by mixing a nickel compound and a lithium compound is fired in an oxidizing atmosphere at a temperature range of 700° C. to 780° C. for 1 hour to 6 hours to obtain a lithium oxide having a general formula: Li b Ni 1-x-y Co x M y O 2 (wherein M represents at least one element selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, and Mo, and 0.95≦b≦1.03, 0<x≦0.15, 0<y≦0.07, and x+y≦0.16), a lithium-nickel-containing composite oxide composed of primary particles and secondary particles formed by agglomeration of the primary particles is obtained as a base material, a tungsten compound is added during or after a water-washing treatment of the base material, W is dispersed on the surfaces of the primary particles of the base material, and the resulting material is heat-treated at a temperature of 100° C. to 600° C. in an oxygen atmosphere or a vacuum atmosphere, the lithium-nickel-containing composite oxide having fine particles of a compound containing W and Li on the surfaces of the primary particles of the base material, and the lithium-nickel-containing composite oxide as the base material has a lattice constant length in the c-axis direction of 14.183 Å or more, as obtained by Rietveld analysis of X-ray diffraction.

また、特開2017-084513号公報には、特開2015-216105号公報と同様にして得た母材の水洗処理中もしくは水洗処理後にタングステン化合物を添加して、母材の水分率を6.5質量%~11.5質量%に制御した状態で、母材の一次粒子の表面にWを分散させて、酸素雰囲気あるいは真空雰囲気中で100℃~600℃の温度で熱処理することにより得られ、母材の一次粒子表面にWおよびLiを含む1nm~200nmの厚さの被膜を有し、さらに母材のリチウムニッケル含有複合酸化物が、X線回折のリートベルト解析から得られるc軸方向への格子定数の長さが14.183Å~14.205Åである、非水系電解質二次電池用正極活物質が提案されている。 JP 2017-084513 A proposes a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries, which is obtained by adding a tungsten compound during or after the water washing treatment of a base material obtained in the same manner as in JP 2015-216105 A to control the moisture content of the base material to 6.5% by mass to 11.5% by mass, dispersing W on the surfaces of the primary particles of the base material, and heat treating the base material at a temperature of 100°C to 600°C in an oxygen atmosphere or a vacuum atmosphere, and which has a coating containing W and Li with a thickness of 1 nm to 200 nm on the surfaces of the primary particles of the base material, and further has a lattice constant length in the c-axis direction of 14.183 Å to 14.205 Å obtained by Rietveld analysis of X-ray diffraction.

なお、これらの文献において、リチウム化合物中の結晶水などを取り除き、かつ、母材となるリチウムニッケル含有複合酸化物の結晶成長が進む温度領域でリチウム化合物とニッケル化合物を均一に反応させるため、400℃~600℃の温度で1時間~5時間、続いて700℃~780℃の温度で3時間以上の2段階で焼成することが好ましい旨が記載されている。 These documents also state that it is preferable to perform firing in two stages, first at 400°C to 600°C for 1 to 5 hours, and then at 700°C to 780°C for 3 hours or more, in order to remove water of crystallization and the like in the lithium compound and to react the lithium compound and nickel compound uniformly in a temperature range in which crystal growth of the base material, the lithium-nickel-containing composite oxide, progresses.

特開2012-079464号公報JP 2012-079464 A 特開2015-216105号公報JP 2015-216105 A 特開2017-084513号公報JP 2017-084513 A

特開2015-216105号公報および特開2017-084513号公報に開示された技術では、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在するWおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物を構成する、リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶構造を工夫するとともに、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を存在させることにより、リチウムの挿抜性を向上させて、反応抵抗を低減させて、高容量および高出力を実現するとともに、結晶性を高めて、ニッケル比率が高くても高い熱的安定性を達成している。 In the technology disclosed in JP 2015-216105 A and JP 2017-084513 A, a W- and Li-containing compound-coated lithium nickel-containing composite oxide is formed in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li, such as lithium tungstate, are present on the surface of the primary particles. By devising a crystal structure of the lithium nickel-containing composite oxide and by having fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li present on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide, the insertion and extraction of lithium is improved, reaction resistance is reduced, and high capacity and high output are achieved. In addition, by increasing the crystallinity, high thermal stability is achieved even with a high nickel ratio.

しかしながら、ハイブリット自動車や電気自動車用の電池用途においては、リチウムイオン二次電池に対する高容量化および高出力化のさらに高いレベルでの実現が要求されている。 However, for battery applications in hybrid and electric vehicles, there is a demand for even higher levels of capacity and power output for lithium-ion secondary batteries.

本発明は、かかる課題に鑑みて、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物について、リチウムイオン二次電池の電池特性、特に放電容量および充放電特性を向上させることを目的とする。 In view of these problems, the present invention aims to improve the battery characteristics, particularly the discharge capacity and charge/discharge characteristics, of lithium ion secondary batteries using a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, the surface of which is provided with fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li, such as lithium tungstate.

本発明者らは、上記課題を解決するために、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の母材である、リチウムニッケル含有複合酸化物自体に着目し、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を一次粒子の表面に存在させるのに適した、リチウムニッケル含有複合酸化物の性状、並びに、そのような性状を備えたリチウムニッケル含有複合酸化物を得るための製造条件について、検討を鋭意行った。 In order to solve the above problems, the present inventors focused on the lithium nickel-containing composite oxide itself, which is the base material of the lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li, such as lithium tungstate, are present on the surfaces of the primary particles, and they have conducted extensive research into the properties of the lithium nickel-containing composite oxide suitable for causing fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li to be present on the surfaces of the primary particles, as well as the manufacturing conditions for obtaining a lithium nickel-containing composite oxide having such properties.

その結果、リチウムニッケル含有複合酸化物を作製するための焼成段階において、特定の温度範囲において物温保持時間を適切に制御することにより、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に存在し、余剰Liに相当するリチウム化合物量を適切に制御することが可能であるとの知見を得ることができた。このように、一次粒子の表面に存在する余剰Li量を所定範囲に制御することにより、一次粒子の表面において、結晶中のLiを引き抜くことなく、リチウム化合物とタングステン化合物を反応させて、電池特性に優れたタングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、リチウムニッケル含有複合酸化物が得られるとの知見を得た。 As a result, it was discovered that by appropriately controlling the temperature retention time within a specific temperature range during the firing step for producing the lithium nickel-containing composite oxide, it is possible to appropriately control the amount of lithium compound that exists on the surface of the primary particles of the obtained lithium nickel-containing composite oxide and corresponds to excess Li. In this way, it was discovered that by controlling the amount of excess Li existing on the surface of the primary particles within a predetermined range, it is possible to obtain a lithium nickel-containing composite oxide in which fine particles and/or coatings of compounds containing W and Li, such as lithium tungstate, which has excellent battery properties, exist on the surface of the primary particles by reacting the lithium compound with the tungsten compound without extracting Li from the crystals.

本発明は、これらの知見に基づいて完成したものである。 The present invention was completed based on these findings.

本発明の第1の態様は、一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、前記一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル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の母材である、リチウムニッケル含有複合酸化物に関する。 The first aspect of the present invention relates to a lithium-nickel-containing composite oxide, which is a base material for a positive electrode active material for a lithium-ion secondary battery, and is made of a lithium-nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, and which is made of primary particles and/or secondary particles formed by agglomeration of the primary particles, and in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are present on the surfaces of the primary particles.

本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物は、該リチウムニッケル含有複合酸化物1.25kgを1Lの純水に投入し、攪拌し、ろ過することにより得られた、ろ液の電導度が42.5mS/cm~62.5mS/cmの範囲にあることを特徴とする The lithium nickel-containing composite oxide of the present invention is characterized in that the filtrate obtained by adding 1.25 kg of the lithium nickel-containing composite oxide to 1 L of pure water, stirring, and filtering has an electrical conductivity in the range of 42.5 mS/cm to 62.5 mS/cm .

リチウムニッケル含有複合酸化物は、
一般式:LiNi1-x―yCo・・・(1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Zr、MoおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.98≦a≦1.11、0<x≦0.15、0<y≦0.07、および、x+y≦0.16である。)
からなる組成を有することが好ましい。
The lithium nickel-containing composite oxide is
General formula: Li a Ni 1-x-y Co x M y O 2 ... (1)
(In the formula, M is at least one element selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, Mo, and W, and 0.98≦a≦1.11, 0<x≦0.15, 0<y≦0.07, and x+y≦0.16.)
It is preferable that the composition of the composition is:

X線回折のリートベルト解析から得られる前記リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶におけるc軸方向への格子定数の長さは、14.183Å~14.205Åの範囲にあることが好ましい。 The length of the lattice constant in the c-axis direction of the crystal of the lithium nickel-containing composite oxide obtained by Rietveld analysis of X-ray diffraction is preferably in the range of 14.183 Å to 14.205 Å.

該リチウムニッケル含有複合酸化物の体積基準の平均粒径MVは、5μm~30μmの範囲にあることが好ましい。 The volume-based average particle size MV of the lithium nickel-containing composite oxide is preferably in the range of 5 μm to 30 μm.

本発明の第2の態様は、リチウムイオン二次電池用正極活物質、すなわち、一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、前記一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法に関する。 The second aspect of the present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, i.e., a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, which is made up of primary particles and/or secondary particles formed by agglomeration of the primary particles, and in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are present on the surfaces of the primary particles.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、
本発明の第1の態様のリチウムニッケル含有複合酸化物を、ニッケル化合物とリチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を得た後、該リチウム混合物を、酸化性雰囲気下において、室温から700℃以上の焼成温度まで昇温することにより調製する工程において、前記リチウム混合物の物温が600℃~650℃である温度領域における通過時間および/または保持時間を、20分以上45分以下とし、
前記リチウムニッケル含有複合酸化物を母材として用いて、該リチウムニッケル含有複合酸化物の量が、水1Lに対して700g~2000gとなるようにスラリーを形成し、該リチウムニッケル含有複合酸化物を水洗処理し、
前記水洗処理中または前記水洗処理後に、前記リチウムニッケル含有複合酸化物に、タングステン化合物を添加し、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面にWを分散させ、および、
前記一次粒子の表面にWが分散したリチウムニッケル含有複合酸化物を、熱処理して、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に形成する、
ことを特徴とする。
The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention comprises the steps of:
In the step of preparing the lithium nickel-containing composite oxide of the first aspect of the present invention , a nickel compound and a lithium compound are mixed to obtain a lithium mixture, and then the lithium mixture is heated from room temperature to a firing temperature of 700° C. or higher in an oxidizing atmosphere, the lithium mixture is passed through and/or held in a temperature range of 600° C. to 650° C. for 20 minutes or more and 45 minutes or less;
Using the lithium nickel-containing composite oxide as a base material , a slurry is formed such that the amount of the lithium nickel-containing composite oxide is 700 g to 2000 g per 1 L of water, and the lithium nickel-containing composite oxide is washed with water;
During or after the water washing treatment, a tungsten compound is added to the lithium nickel-containing composite oxide to disperse W on the surfaces of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide; and
The lithium nickel-containing composite oxide having W dispersed on the surfaces of the primary particles is heat-treated to form fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li on the surfaces of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide.
It is characterized by:

前記リチウムイオン二次電池用正極活物質は、
一般式:Li Ni 1―x―y Co 2+α ・・・(2)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Zr、MoおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素である。0.95≦a≦1.10、0<x≦0.15、0<y≦0.07、x+y≦0.16、0.001≦z≦0.03、0≦α≦0.2である。)
からなる組成を有する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物により構成されていることが好ましい。
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is
General formula: Li a Ni 1-x-y Co x M y W z O 2+α ...(2)
(In the formula, M is at least one element selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, Mo, and W; 0.95≦a≦1.10, 0<x≦0.15, 0<y≦0.07, x+y≦0.16, 0.001≦z≦0.03, and 0≦α≦0.2.)
It is preferable that the lithium-nickel-containing composite oxide is coated with a compound containing W and Li, and has a composition consisting of the above.

前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に分散させるW量を、前記リチウムニッケル含有複合酸化物に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.1原子%~3.0原子%の範囲にすることが好ましい。 It is preferable that the amount of W dispersed on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide is in the range of 0.1 atomic % to 3.0 atomic % relative to the total number of Ni, Co, and M atoms contained in the lithium nickel-containing composite oxide.

前記熱処理を、酸素雰囲気または真空雰囲気中において、100℃~600℃の範囲の温度で行うことが好ましい。 The heat treatment is preferably carried out in an oxygen atmosphere or a vacuum atmosphere at a temperature in the range of 100°C to 600°C.

本発明の第3の態様は、リチウムイオン二次電池用正極活物質、すなわち、一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、前記一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物に関する。 The third aspect of the present invention relates to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, i.e., a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, which is composed of primary particles and/or secondary particles formed by agglomeration of the primary particles, and in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are present on the surfaces of the primary particles.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、本発明の第1の態様のリチウムニッケル含有複合酸化物、すなわち、該リチウムニッケル含有複合酸化物1.25kgを1Lの純水に投入し、攪拌し、ろ過することにより得られた、ろ液の電導度が42.5mS/cm~62.5mS/cmの範囲となる、リチウムニッケル含有複合酸化物を母材として、その一次粒子の表面にWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在することを特徴とする。 The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention is characterized in that the lithium nickel-containing composite oxide according to the first aspect of the present invention, that is, the lithium nickel-containing composite oxide obtained by adding 1.25 kg of the lithium nickel-containing composite oxide to 1 L of pure water, stirring, and filtering the resulting filtrate has an electrical conductivity in the range of 42.5 mS/cm to 62.5 mS/cm, is used as a base material, and fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are present on the surface of the primary particles.

前記リチウムイオン二次電池用正極活物質は、
一般式:LiNi1―x―yCo2+α・・・(2)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Zr、MoおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素である。0.95≦a≦1.10、0<x≦0.15、0<y≦0.07、x+y≦0.16、0.001≦z≦0.03、0≦α≦0.2である。)
からなる組成を有する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物により構成されていることが好ましい。
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is
General formula: Li a Ni 1-x-y Co x M y W z O 2+α ...(2)
(In the formula, M is at least one element selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, Mo, and W; 0.95≦a≦1.10, 0<x≦0.15, 0<y≦0.07, x+y≦0.16, 0.001≦z≦0.03, and 0≦α≦0.2.)
It is preferable that the lithium-nickel-containing composite oxide is coated with a compound containing W and Li, and has a composition consisting of the above.

X線回折のリートベルト解析から得られる前記WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶におけるc軸方向への格子定数の長さは、14.183Å~14.205Åの範囲にあることが好ましい。 The length of the lattice constant in the c-axis direction in the crystal of the lithium nickel-containing composite oxide coated with the compound containing W and Li, obtained from the Rietveld analysis of X-ray diffraction, is preferably in the range of 14.183 Å to 14.205 Å.

該WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の体積基準の平均粒径MVは、5μm~30μmの範囲にあることが好ましい。 The volume-based average particle size MV of the lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li is preferably in the range of 5 μm to 30 μm.

本発明により、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の母材である、リチウムニッケル含有複合酸化物において、その一次粒子の表面に存在する未反応のリチウム化合物、すなわち余剰リチウム化合物の量を適切に規制することができる。このため、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を形成する際に、結晶中からのLiの引き抜きが生じることが防止される。このため、結晶性を損なうことなく、電池特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極活物質を提供することが可能となる。 The present invention makes it possible to appropriately regulate the amount of unreacted lithium compounds, i.e., excess lithium compounds, present on the surface of primary particles in a lithium nickel-containing composite oxide, which is a base material for a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li, such as lithium tungstate, are present on the surface of the primary particles. This prevents extraction of Li from the crystals when fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are formed on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide. This makes it possible to provide a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries with excellent battery characteristics without impairing crystallinity.

図1は、電池評価に用いた2032型コイン電池を示す斜視図および断面図である。FIG. 1 is a perspective view and a cross-sectional view showing a 2032 type coin battery used in the battery evaluation. 図2は、電池評価におけるインピーダンス測定と解析に使用した等価回路の概略説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of an equivalent circuit used for impedance measurement and analysis in battery evaluation.

上述の通り、本発明者らは、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル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の母材である、リチウムニッケル含有複合酸化物自体に着目し、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を一次粒子の表面に存在させるのに適した、リチウムニッケル含有複合酸化物の性状、並びに、そのような性状を備えたリチウムニッケル含有複合酸化物を得るための製造条件について、検討を鋭意行った。その結果、リチウムニッケル含有複合酸化物を作製するための焼成段階において、特定の温度範囲において物温保持時間を適切に制御することにより、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に存在し、余剰Liに相当するリチウム化合物量を適切に制御することができ、これにより、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を形成する際に、結晶中からのLiの引き抜きが生じることを防止して、電池特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極活物質を得ることができる、および、母材となるリチウムニッケル含有複合酸化物の余剰Li量が適切であるか否かの判定を、該リチウムニッケル含有複合酸化物1.25kgを1Lの純水に投入し、攪拌し、ろ過することにより得られた、ろ液の電導度が42.5mS/cm~62.5mS/cmの範囲にあるかにより簡易に確認できる、との知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。 As described above, the inventors have focused on the lithium nickel-containing composite oxide itself, which is the base material of a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery consisting of a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li, such as lithium tungstate, are present on the surfaces of the primary particles, and have conducted extensive research into the properties of the lithium nickel-containing composite oxide suitable for causing fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li to be present on the surfaces of the primary particles, as well as the production conditions for obtaining a lithium nickel-containing composite oxide having such properties. As a result, it was found that by appropriately controlling the temperature retention time within a specific temperature range in the firing step for producing the lithium nickel-containing composite oxide, it is possible to appropriately control the amount of lithium compound present on the surface of the primary particles of the obtained lithium nickel-containing composite oxide and corresponding to excess Li, thereby preventing the extraction of Li from the crystals when forming fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide, and it is possible to obtain a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery having excellent battery characteristics, and that whether or not the amount of excess Li in the lithium nickel-containing composite oxide used as the base material is appropriate can be easily confirmed by adding 1.25 kg of the lithium nickel-containing composite oxide to 1 L of pure water, stirring, and filtering the resulting filtrate, and checking whether the electrical conductivity of the filtrate is in the range of 42.5 mS/cm to 62.5 mS/cm. The present invention was completed based on such findings.

以下、本発明についてその態様ごとに詳細に説明する。 Each aspect of the present invention will be described in detail below.

1.リチウムニッケル含有複合酸化物
本発明の第1の態様は、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の母材である、リチウムニッケル含有複合酸化物に関する。
1. Lithium nickel-containing composite oxide A first aspect of the present invention relates to a lithium nickel-containing composite oxide, which is a base material of a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li, such as lithium tungstate, are present on the surfaces of primary particles.

本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物は、一次粒子および該一次粒子が凝して構成された二次粒子からなり、該リチウムニッケル含有複合酸化物1.25kgを1Lの純水に投入し、攪拌し、ろ過することにより得られた、ろ液の電導度が42.5mS/cm~62.5mS/cmの範囲にあることを特徴とする。 The lithium nickel-containing composite oxide of the present invention is composed of primary particles and secondary particles formed by aggregation of the primary particles, and is characterized in that the filtrate obtained by adding 1.25 kg of the lithium nickel-containing composite oxide to 1 L of pure water, stirring, and filtering has an electrical conductivity in the range of 42.5 mS/cm to 62.5 mS/cm.

[ろ液の電導度]
通常、最終的に得られるリチウムイオン二次電池用正極活物質において、余剰Li量、すなわち、水に溶出するLi量については、たとえばリチウムニッケル含有複合酸化物全体に対して0.2質量%以下とするなど、その低減化が図られている。しかしながら、上述のように、発明者らは、リチウムイオン二次電池用正極活物質の母材としてのリチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を形成する際の、リチウムニッケル含有複合酸化物のLiとタングステン化合物のWとの反応に着目し、母材となるリチウムニッケル含有複合酸化物における余剰Li量を適切に制御することにより、リチウムニッケル含有複合酸化物のLiとタングステン化合物のWとの反応において、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の内部に存在するLiが引き抜かれることなく、適切なWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を形成することが可能となるとの知見を得た。
[Conductivity of filtrate]
Usually, in the finally obtained positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, the amount of excess Li, i.e., the amount of Li dissolved in water, is reduced, for example, to 0.2 mass% or less with respect to the entire lithium nickel-containing composite oxide. However, as described above, the inventors have focused on the reaction between Li of the lithium nickel-containing composite oxide and W of the tungsten compound when forming fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide as the base material of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, and have found that by appropriately controlling the amount of excess Li in the lithium nickel-containing composite oxide as the base material, it is possible to form fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li without extracting Li present inside the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide in the reaction between Li of the lithium nickel-containing composite oxide and W of the tungsten compound.

本発明においては、リチウムイオン二次電池用正極活物質の母材となるリチウムニッケル含有複合酸化物における余剰Li量について、リチウムニッケル含有複合酸化物1.25kgを1Lの純水に投入し、攪拌し、ろ過することにより得られた、ろ液の電導度として計測することを可能としている。 In the present invention, the amount of excess Li in the lithium-nickel-containing composite oxide that is the base material for the positive electrode active material for lithium-ion secondary batteries can be measured as the electrical conductivity of the filtrate obtained by adding 1.25 kg of the lithium-nickel-containing composite oxide to 1 L of pure water, stirring, and filtering.

ろ液の電導度が42.5mS/cm未満であると、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に存在する余剰Liが不足するため、リチウムニッケル含有複合酸化物のLiとタングステン化合物のWとの反応に際して、結晶中からLiが引き抜かれることになる。 If the electrical conductivity of the filtrate is less than 42.5 mS/cm, there will be a shortage of excess Li on the surface of the primary particles of the lithium-nickel-containing composite oxide, and Li will be extracted from the crystals during the reaction between Li in the lithium-nickel-containing composite oxide and W in the tungsten compound.

ろ液の電導度が42.5mS/cm以上であると、最終的に得られるリチウムイオン二次電池用正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池で、十分な放電容量と充放電効率が達成される。 If the conductivity of the filtrate is 42.5 mS/cm or more, the final lithium-ion secondary battery using the positive electrode active material for lithium-ion secondary batteries will achieve sufficient discharge capacity and charge/discharge efficiency.

一方、ろ液の電導度が62.5mS/cmを超えると、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に存在する余剰Li量が過剰となり、最終的に得られるリチウムイオン二次電池用正極活物質において、Li席占有率が低下して、その結晶性が悪くなって、電池特性が悪化することとなる。 On the other hand, if the conductivity of the filtrate exceeds 62.5 mS/cm, the amount of excess Li present on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide will be excessive, and the Li site occupancy rate will decrease in the final positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, resulting in poor crystallinity and poor battery characteristics.

ろ液の電導度は、45mS/cm~60mS/cmの範囲であることが好ましく、50mS/cm~60mS/cmであることがより好ましい。 The conductivity of the filtrate is preferably in the range of 45 mS/cm to 60 mS/cm, and more preferably 50 mS/cm to 60 mS/cm.

ろ液の電導度は、リチウムニッケル含有複合酸化物1.25kgを1Lの純水に投入し、すなわち、純水100質量部に対してリチウムニッケル含有複合酸化物125質量部を添加し、攪拌し、ろ過することにより得られたろ液について、導電率測定器を使用して測定する。 The electrical conductivity of the filtrate is measured using a conductivity meter by adding 1.25 kg of lithium nickel-containing composite oxide to 1 L of pure water (i.e., adding 125 parts by mass of lithium nickel-containing composite oxide to 100 parts by mass of pure water, stirring, and filtering the filtrate.

攪拌は、スターラ、その他の攪拌機を用いることができる。また、ろ過は、自然ろ過、減圧ろ過、加圧ろ過、遠心ろ過など任意の手段を用いることができる。 A stirrer or other agitator can be used for stirring. Any method can be used for filtration, including natural filtration, reduced pressure filtration, pressure filtration, and centrifugal filtration.

本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物は、リチウムイオン二次電池用正極活物質の母材、すなわち、その一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子、あるいは、WおよびLiを含む化合物からなる被膜を形成するための母材であり、一次粒子および/または一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなる、かかる粒子性状は、本発明の第1の態様に記載された製造方法により得ることができる。 The lithium nickel-containing composite oxide of the present invention is a base material for a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, i.e., a base material for forming fine particles of a compound containing W and Li, or a coating consisting of a compound containing W and Li, on the surface of the primary particles, and the particle properties consisting of primary particles and/or secondary particles formed by agglomeration of primary particles can be obtained by the manufacturing method described in the first aspect of the present invention.

[組成]
本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物は、
一般式:LiNi1-x―yCo・・・(1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Zr、MoおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.98≦a≦1.11、0<x≦0.15、0<y≦0.07、および、x+y≦0.16である。)
からなる組成を有することが好ましい。
[composition]
The lithium nickel-containing composite oxide of the present invention is
General formula: Li a Ni 1-x-y Co x M y O 2 ... (1)
(In the formula, M is at least one element selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, Mo, and W, and 0.98≦a≦1.11, 0<x≦0.15, 0<y≦0.07, and x+y≦0.16.)
It is preferable that the composition of the composition is:

本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物は、六方晶系の層状化合物であり、上記一般式において、Ni含有量を示す(1-x-y)が、0.84以上、1未満である。 The lithium nickel-containing composite oxide of the present invention is a hexagonal layered compound, and in the above general formula, (1-x-y), which indicates the Ni content, is 0.84 or more and less than 1.

本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物において、Ni含有量が多いほど、最終的に得られる正極活物質を使用した際の高容量化が可能となるが、Ni含有量が多くなり過ぎると、熱安定性が十分得られなくなり、焼成時にカチオンミキシングが発生しやすくなる。一方、Ni含有量が少なくなると、容量が低下し、正極の充填性を高めても電池容積当たりの容量が十分に得られないなどの問題も生じる。 In the lithium nickel-containing composite oxide of the present invention, the higher the Ni content, the higher the capacity can be when the final positive electrode active material is used. However, if the Ni content is too high, the thermal stability is not sufficient and cation mixing is likely to occur during firing. On the other hand, if the Ni content is too low, the capacity decreases, and problems such as insufficient capacity per battery volume can occur even if the filling property of the positive electrode is improved.

したがって、リチウムニッケル含有複合酸化物のNi含有量は、0.84以上0.98以下とすることが好ましく、0.845以上0.950以下がより好ましく、0.85以上0.95以下がさらに好ましい。 Therefore, the Ni content of the lithium nickel-containing composite oxide is preferably 0.84 to 0.98, more preferably 0.845 to 0.950, and even more preferably 0.85 to 0.95.

Co含有量を示すxは、0<x≦0.15であり、好ましくは0.02≦x≦0.15、より好ましくは0.03≦x≦0.13である。 The Co content x is 0<x≦0.15, preferably 0.02≦x≦0.15, and more preferably 0.03≦x≦0.13.

Co含有量が上記範囲にあることにより、最終的に得られる正極活物質において、優れたサイクル特性、熱安定性が得られる。Co含有量が増えることによって、正極活物質のサイクル特性を改善することができるが、Co含有量が0.15を超えると、正極活物質の高容量化が困難となる。 By keeping the Co content within the above range, the final positive electrode active material has excellent cycle characteristics and thermal stability. By increasing the Co content, the cycle characteristics of the positive electrode active material can be improved, but if the Co content exceeds 0.15, it becomes difficult to increase the capacity of the positive electrode active material.

Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Zr、MoおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素Mの含有量を示すyは、0<y≦0.07であり、好ましくは、0.01≦y≦0.05である。Mの含有量が上記範囲であることにより、優れたサイクル特性、熱安定性が得られる。 The content of at least one element M selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, Mo, and W, y, is 0<y≦0.07, and preferably 0.01≦y≦0.05. By having the content of M in the above range, excellent cycle characteristics and thermal stability are obtained.

yが0.07を超えると、正極活物質の高容量化が困難となる。添加元素Mが添加されない場合、電池特性の改善する効果を得ることができないので、電池特性の改善効果を十分に得るためには、yを0.01以上とすることが好ましい。 If y exceeds 0.07, it becomes difficult to increase the capacity of the positive electrode active material. If the additive element M is not added, the effect of improving the battery characteristics cannot be obtained, so in order to obtain a sufficient effect of improving the battery characteristics, it is preferable to set y to 0.01 or more.

なお、Mとしては、少なくともAlが含まれ、最終的に得られるリチウムニッケル含有複合酸化物において、Alの含有量を示すyが0.03~0.07であることが好ましい。 M preferably contains at least Al, and in the final lithium-nickel-containing composite oxide, y, which indicates the Al content, is preferably 0.03 to 0.07.

Li含有量を示すaは、0.95≦a≦1.03である。aが0.95未満になると、層状化合物におけるLi層にNiなどの金属元素が混入してLiの挿抜性が低下するため、Li席占有率の低下に伴って電池容量が低下するとともに、出力特性が悪化する。一方、aが1.03を超えると、層状化合物におけるメタル層にLiが混入するため、電池容量が低下する。 The Li content, a, is 0.95≦a≦1.03. If a is less than 0.95, metal elements such as Ni are mixed into the Li layer in the layered compound, reducing the insertion and extraction of Li, resulting in a decrease in the Li site occupancy rate and a decrease in battery capacity, as well as a deterioration in output characteristics. On the other hand, if a exceeds 1.03, Li is mixed into the metal layer in the layered compound, reducing battery capacity.

したがって、リチウムニッケル含有複合酸化物におけるLi含有量は、電池容量および出力特性を良好なものとするためには、0.95≦a≦1.03であり、0.95≦a≦1.01であることがより好ましい。 Therefore, in order to obtain good battery capacity and output characteristics, the Li content in the lithium nickel-containing composite oxide is 0.95≦a≦1.03, and more preferably 0.95≦a≦1.01.

[c軸方向への格子定数の長さ]
ここで、本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物におけるNi含有量は、0.84以上、好ましくは0.98以下であり、非常に高いNi含有量を有している。Ni含有量が高くなると、熱安定性の低下などの問題が生じるため、通常、Ni含有量は0.84よりも低く、一般的には0.80~0.83程度になるように調整される。
[Length of lattice constant in the c-axis direction]
Here, the Ni content in the lithium nickel-containing composite oxide of the present invention is 0.84 or more, preferably 0.98 or less, and has a very high Ni content. Since a high Ni content causes problems such as a decrease in thermal stability, the Ni content is usually adjusted to be lower than 0.84, generally about 0.80 to 0.83.

しかしながら、本発明では、リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶を、X線回折のリートベルト解析を行うことによって得られるc軸方向への格子定数の長さ(以下、「c軸の長さ」という)を適切に制御することによって、高いニッケルの含有量を可能としている。 However, in the present invention, a high nickel content is made possible by appropriately controlling the length of the lattice constant in the c-axis direction (hereinafter referred to as the "c-axis length") obtained by performing Rietveld analysis of X-ray diffraction on the crystals of the lithium-nickel-containing composite oxide.

すなわち、リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶のc軸の長さを、14.183Å以上、好ましくは14.185Å以上とすることによって、高いニッケル比率を可能としている。 In other words, a high nickel ratio is made possible by making the length of the c-axis of the crystal of the lithium nickel-containing composite oxide 14.183 Å or more, preferably 14.185 Å or more.

また、本発明の六方晶系のリチウムニッケル含有複合酸化物の場合、c軸の長さは、結晶からのLiの挿抜性に影響を与える。一般的には、c軸の長さが長くなることにより、リチウム層の層間距離が増加するため、結晶からのLiの挿抜性が向上し、そのようなリチウムニッケル含有複合酸化物を母材とすることにより、高容量かつ高出力の正極活物質が得られる。 In the case of the hexagonal lithium-nickel-containing composite oxide of the present invention, the length of the c-axis affects the insertion and extraction of Li from the crystal. In general, as the length of the c-axis increases, the interlayer distance of the lithium layers increases, improving the insertion and extraction of Li from the crystal. By using such a lithium-nickel-containing composite oxide as a base material, a positive electrode active material with high capacity and high output can be obtained.

一方、c軸の長さが14.183Å未満となるまで短くなると、結晶からのLiの挿抜性が低下するため、最終的に得られる正極活物質において、容量が低下し、出力も低くなる。また、カチオンミキシングによる結晶性の低下が生じるので、サイクル特性や熱安定性も劣化する。 On the other hand, when the length of the c-axis becomes shorter than 14.183 Å, the insertion and extraction of Li from the crystal decreases, so the capacity and output of the final positive electrode active material decrease. In addition, the crystallinity decreases due to cation mixing, so the cycle characteristics and thermal stability also deteriorate.

c軸の長さの上限は特に限定されないが、その上限は14.205Å程度であり、本発明では、c軸の長さが14.183Å~14.205Åの範囲にあることが好ましい。 The upper limit of the length of the c-axis is not particularly limited, but the upper limit is about 14.205 Å, and in the present invention, it is preferable that the length of the c-axis is in the range of 14.183 Å to 14.205 Å.

[平均粒径]
本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物を構成する粒子(一次粒子および/または二次粒子)の体積基準の平均粒径MVは5μm~30μmの範囲にあることが好ましく、5μm~25μmの範囲にあることがより好ましく、8μm~20μmの範囲にあることがより好ましく、8μm~17μmの範囲にあることがさらに好ましい。
[Average particle size]
The volume-based average particle size MV of the particles (primary particles and/or secondary particles) constituting the lithium nickel-containing composite oxide of the present invention is preferably in the range of 5 μm to 30 μm, more preferably in the range of 5 μm to 25 μm, even more preferably in the range of 8 μm to 20 μm, and even more preferably in the range of 8 μm to 17 μm.

体積基準の平均粒径MVが5μm未満になると、電池の正極活物質として用いた際の正極における充填性が低下して、体積当たりの電池容量が低下することがある。一方、体積基準の平均粒径MVが30μmを超えると、正極活物質と電池の電解液との接触面積が減少して、電池容量や出力特性の低下が生じることがある。 If the volume-based average particle size MV is less than 5 μm, the filling property in the positive electrode when used as a positive electrode active material in a battery may decrease, resulting in a decrease in battery capacity per volume. On the other hand, if the volume-based average particle size MV exceeds 30 μm, the contact area between the positive electrode active material and the battery electrolyte may decrease, resulting in a decrease in battery capacity and output characteristics.

したがって、体積基準の平均粒径MVを上述の範囲に制御することにより、最終的に得られる正極活物質において、電池容量や出力特性を維持しつつ、正極における充填性をさらに高めることができる。また、最終的に得られる正極活物質は、一次粒子および/または二次粒子により構成され、このような粒子構造により、電解液との接触は、二次粒子の外面のみでなく、二次粒子の表面近傍および内部の空隙、さらには不完全な粒界でも生じることとなる。このような電解液との接触を十分に生じさせる観点からも、体積基準の平均粒径MVを上記範囲とすることが好ましい。 Therefore, by controlling the volume-based average particle diameter MV within the above-mentioned range, the battery capacity and output characteristics of the finally obtained positive electrode active material can be maintained while further improving the filling property of the positive electrode. Furthermore, the finally obtained positive electrode active material is composed of primary particles and/or secondary particles, and due to such a particle structure, contact with the electrolyte occurs not only on the outer surfaces of the secondary particles, but also near the surfaces of the secondary particles, in internal voids, and even incomplete grain boundaries. From the viewpoint of sufficient contact with the electrolyte, it is preferable to set the volume-based average particle diameter MV to the above-mentioned range.

なお、本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物のBET法測定による比表面積は、0.20m/g~0.50m/gの範囲であることが好ましく、0.25m/g~0.45m/gの範囲であることがより好ましい。 The specific surface area of the lithium nickel-containing composite oxide of the present invention, as measured by the BET method, is preferably in the range of 0.20 m 2 / g to 0.50 m 2 /g, and more preferably in the range of 0.25 m 2 /g to 0.45 m 2 /g.

このような比表面積を有することにより、電解液との接触が適正な範囲となり、電池容量や出力特性をより高いものとすることができる。BET比表面積が0.20m/g未満であると、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に存在する余剰Liが不足するため、リチウムニッケル含有複合酸化物のLiとタングステン化合物のWとの反応に際して、結晶中からLiが引き抜かれることになる。一方、BET比表面積が0.50m/gを超えると、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に存在する余剰Li量が過剰となり、すなわち、リチウムニッケル含有複合酸化物の合成において、ニッケル化合物とリチウム化合物の反応が十分に進行しなかったことになる。このため、最終的に得られるリチウムイオン二次電池用正極活物質において、Li席占有率が低下して、その結晶性が悪くなって、電池特性が悪化することとなる。 By having such a specific surface area, the contact with the electrolyte is in an appropriate range, and the battery capacity and output characteristics can be made higher. If the BET specific surface area is less than 0.20 m 2 /g, the excess Li present on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide is insufficient, so that Li is extracted from the crystals during the reaction between Li of the lithium nickel-containing composite oxide and W of the tungsten compound. On the other hand, if the BET specific surface area exceeds 0.50 m 2 /g, the amount of excess Li present on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide becomes excessive, that is, the reaction between the nickel compound and the lithium compound does not proceed sufficiently in the synthesis of the lithium nickel-containing composite oxide. Therefore, in the finally obtained positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, the Li site occupancy rate decreases, the crystallinity deteriorates, and the battery characteristics deteriorate.

[リチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法]
本発明の第1の態様のリチウムニッケル含有複合酸化物は、次のような製造方法により得ることができる。具体的には、ニッケル化合物とリチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を得た後、該リチウム混合物を、酸化性雰囲気下において、室温から700℃以上の焼成温度まで昇温して、一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなるリチウムニッケル含有複合酸化物を調製する工程において、前記リチウム混合物の物温が600℃~650℃である温度領域における通過時間および/または保持時間を、20分以上45分以下、好ましくは20分~40分の範囲とすることを特徴とする。
[Method of producing lithium nickel-containing composite oxide]
The lithium nickel-containing composite oxide of the first aspect of the present invention can be obtained by the following production method. Specifically, in the step of mixing a nickel compound and a lithium compound to obtain a lithium mixture, and then heating the lithium mixture in an oxidizing atmosphere from room temperature to a firing temperature of 700°C or higher to prepare a lithium nickel-containing composite oxide composed of primary particles and/or secondary particles formed by aggregation of the primary particles, the lithium mixture is passed through and/or held in a temperature range where the physical temperature is 600°C to 650°C for 20 minutes or more and 45 minutes or less, preferably 20 minutes to 40 minutes.

(ニッケル化合物)
焼成工程に用いられるニッケル化合物は、NiおよびCoを含有し、かつ、添加元素MとしてMg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Zr、MoおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物である。
(Nickel compounds)
The nickel compound used in the firing step is a compound containing Ni and Co, and also containing at least one element selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, Mo and W as an additional element M.

ニッケル化合物として、たとえば、ニッケル複合水酸化物、該ニッケル複合水酸化物を酸化剤により酸化して得られるニッケルオキシ複合水酸化物、前記ニッケル複合水酸化物および/または前記ニッケルオキシ複合水酸化物を500℃~750℃の範囲の温度で酸化焙焼して得られるニッケル複合酸化物のいずれかを用いることが可能である。 As the nickel compound, for example, any of nickel composite hydroxides, nickel oxycomposite hydroxides obtained by oxidizing the nickel composite hydroxide with an oxidizing agent, and nickel composite oxides obtained by oxidizing and roasting the nickel composite hydroxide and/or the nickel oxycomposite hydroxide at a temperature in the range of 500°C to 750°C can be used.

ニッケル複合水酸化物としては、これらに限定されないが、共沈法、均一沈殿法などの晶析法で得られたニッケル複合水酸化物を用いることができる。 Nickel composite hydroxides that can be used include, but are not limited to, nickel composite hydroxides obtained by crystallization methods such as coprecipitation and homogeneous precipitation.

晶析法では、種々の条件でニッケル複合水酸化物が得られ、その晶析条件についても特に限定されないが、以下の条件で得られたものが好ましい。 In the crystallization method, nickel composite hydroxide can be obtained under various conditions, and the crystallization conditions are not particularly limited, but the following conditions are preferred.

具体的には、40℃~60℃の範囲の温度まで加温した反応槽中に、NiおよびCoを含有し、かつ、添加元素MとしてMg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Zr、MoおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を含む金属化合物の水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液とを滴下することにより得られた、ニッケル複合水酸化物が好ましい。 Specifically, a nickel composite hydroxide is preferred, which is obtained by dropping an aqueous solution of a metal compound containing Ni and Co and containing at least one element selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, Mo, and W as an added element M, and an aqueous solution containing an ammonium ion donor into a reaction vessel heated to a temperature in the range of 40°C to 60°C.

なお、晶析時に、反応溶液をアルカリ性、好ましくは液温25℃基準のpH値で10~14の範囲に保持できるように、アルカリ金属水酸化物の水溶液を必要に応じて滴下することが好ましい。 During crystallization, it is preferable to add an aqueous solution of an alkali metal hydroxide dropwise as necessary so that the reaction solution is kept alkaline, preferably in the range of pH 10 to 14 at a liquid temperature of 25°C.

また、添加元素MをNiおよびCoとともに共沈殿させることにより、あるいは、晶析によってニッケル複合水酸化物を得た後、添加元素Mを含む金属化合物によりニッケル複合水酸化物を被覆するか、あるいは、添加元素Mの金属化合物を含む水溶液にニッケル複合水酸化物を含浸することによって、NiおよびCoを含有し、かつ、添加元素Mを含むニッケル複合水酸化物を得ることもできる。 It is also possible to obtain a nickel composite hydroxide that contains Ni and Co and also contains the additive element M by coprecipitating the additive element M with Ni and Co, or by obtaining a nickel composite hydroxide by crystallization, and then coating the nickel composite hydroxide with a metal compound containing the additive element M, or by impregnating the nickel composite hydroxide with an aqueous solution containing a metal compound of the additive element M.

このような晶析法により得られたニッケル複合水酸化物は、高嵩密度の粉末により構成される。このような高嵩密度の複合水酸化物は、焼成工程後の水洗処理後において、比表面積の小さい、一次粒子および/または一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなるリチウムニッケル含有複合酸化物を得やすくなるため、リチウムイオン二次電池用正極活物質の原料として好適なニッケル複合水酸化物となる。 The nickel composite hydroxide obtained by such a crystallization method is composed of a powder with a high bulk density. Such a composite hydroxide with a high bulk density is easy to obtain a lithium-nickel-containing composite oxide consisting of primary particles and/or secondary particles formed by agglomeration of primary particles with a small specific surface area after washing with water after the firing process, and is therefore a nickel composite hydroxide suitable as a raw material for the positive electrode active material for lithium-ion secondary batteries.

反応溶液の温度が60℃を超える、あるいは、pHが14を超える状態で、ニッケル水酸化物を晶析すると、液中で核生成の優先度が高まり結晶成長が進まずに微細な粒子しか得られないことがある。一方、反応溶液の温度が40℃未満、あるいは、pHが10未満の状態で、ニッケル複合水酸化物を晶析すると、液中で核の発生が少なく、粒子の結晶成長が優先的となり、得られるニッケル複合水酸化物に、粗大粒子が混入することがある。また、反応液中の金属イオンの残存量が多くなり、組成ずれを生じることもある。このような粗大粒子の混入や組成ずれを生じたニッケル複合水酸化物を原料として用いると、得られた正極活物質の電池特性が低下する。 When nickel hydroxide is crystallized at a temperature of over 60°C or a pH of over 14, nucleation takes precedence in the solution, and crystal growth does not proceed, resulting in only fine particles. On the other hand, when nickel composite hydroxide is crystallized at a temperature of less than 40°C or a pH of less than 10, nucleation is low in the solution, and crystal growth of particles takes precedence, resulting in the nickel composite hydroxide being contaminated with coarse particles. In addition, the amount of metal ions remaining in the reaction solution increases, and composition deviations may occur. If nickel composite hydroxide with such coarse particle contamination or composition deviations is used as a raw material, the battery characteristics of the resulting positive electrode active material are reduced.

したがって、ニッケル化合物として、晶析法により得られたニッケル複合水酸化物を用いる場合には、反応溶液が40℃~60℃の範囲の温度に維持し、かつ、反応溶液を液温25℃基準のpH値で10~14に維持した状態で、ニッケル複合水酸化物の晶析を行うことが好ましい。 Therefore, when using nickel composite hydroxide obtained by a crystallization method as the nickel compound, it is preferable to perform crystallization of the nickel composite hydroxide while maintaining the reaction solution at a temperature in the range of 40°C to 60°C and maintaining the pH value of the reaction solution at 10 to 14 based on a liquid temperature of 25°C.

ニッケル化合物として、ニッケルオキシ複合水酸化物を用いる場合に、その作製方法は、特に限定されることはない。ただし、ニッケル複合水酸化物を、次亜塩素酸ソーダ、過酸化水素水などの酸化剤により酸化して調製すると、高嵩密度の粒子が得られるため、この方法により得られたニッケルオキシ複合水酸化物を用いることが好ましい。 When using nickel oxycomposite hydroxide as the nickel compound, the method of preparation is not particularly limited. However, when nickel composite hydroxide is prepared by oxidizing it with an oxidizing agent such as sodium hypochlorite or hydrogen peroxide, particles with high bulk density are obtained, so it is preferable to use nickel oxycomposite hydroxide obtained by this method.

ニッケル化合物として、ニッケル複合酸化物を用いる場合に、その作製方法は、特に限定されることはない。ただし、ニッケル複合水酸化物および/またはニッケルオキシ複合水酸化物を、酸化性雰囲気において、500℃~750℃の範囲の温度で酸化焙焼して得ることが好ましく、この酸化焙焼温度は、550℃~700℃の範囲の温度とすることがより好ましい。 When a nickel composite oxide is used as the nickel compound, the method of preparation is not particularly limited. However, it is preferable to obtain the nickel composite hydroxide and/or nickel oxycomposite hydroxide by oxidative roasting at a temperature in the range of 500°C to 750°C in an oxidative atmosphere, and it is more preferable to set the oxidative roasting temperature in the range of 550°C to 700°C.

このようにして得られたニッケル複合酸化物を用いると、リチウム化合物と混合して得られたリチウム混合物を焼成することにより、リチウムニッケル含有複合酸化物を得た際に、リチウムニッケル含有複合酸化物中のLiとLi以外の金属との組成比を安定させることが可能となる。これにより、リチウムニッケル含有複合酸化物を母材とする正極活物質をリチウムイオン二次電池に使用した場合に、高容量化および高出力化が可能となるという利点が得られる。 When the nickel composite oxide obtained in this manner is used, it is possible to stabilize the composition ratio of Li to metals other than Li in the lithium nickel-containing composite oxide when the lithium mixture obtained by mixing it with a lithium compound and calcining it is obtained. This provides the advantage that when a positive electrode active material using the lithium nickel-containing composite oxide as a base material is used in a lithium ion secondary battery, it is possible to achieve high capacity and high output.

なお、ニッケル複合水酸化物および/またはニッケルオキシ複合水酸化物を酸化焙焼する際に、酸化焙焼温度が500℃未満では、酸化物への転換が不完全となることがある。このような酸化物への転換が不完全なニッケル複合酸化物を使用すると、得られるリチウムニッケル含有複合酸化物において、その組成を安定させることが困難となり、焼成時に組成の不均一化が起こりやすい。また、酸化焙焼後のニッケル複合酸化物中にニッケル複合水酸化物および/またはニッケルオキシ複合水酸化物が残留して、焼成時に水蒸気が発生して、リチウム化合物とニッケル複合酸化物の反応が阻害され、結晶性が低下するという問題が生じることがある。 When nickel composite hydroxide and/or nickel oxycomposite hydroxide are oxidatively roasted, if the oxidative roasting temperature is less than 500°C, the conversion to oxide may be incomplete. If such a nickel composite oxide incompletely converted to oxide is used, it becomes difficult to stabilize the composition of the resulting lithium-nickel-containing composite oxide, and the composition is likely to become non-uniform during firing. In addition, nickel composite hydroxide and/or nickel oxycomposite hydroxide may remain in the nickel composite oxide after oxidative roasting, which may generate water vapor during firing, inhibiting the reaction between the lithium compound and the nickel composite oxide and reducing the crystallinity.

一方、酸化焙焼温度が750℃を超えると、得られるニッケル複合酸化物の結晶性が高くなり、後工程の焼成におけるリチウム化合物とニッケル複合酸化物の反応性が低下するため、最終的に得られるリチウムニッケル含有複合酸化物の結晶性が低下することがある。あるいは、ニッケル複合酸化物が急激に粒成長を起こし、粗大粒子からなるニッケル複合酸化物が形成されて、最終的に得られるリチウムニッケル含有複合酸化物の平均粒径が大きくなり過ぎる可能性がある。 On the other hand, if the oxidation roasting temperature exceeds 750°C, the crystallinity of the resulting nickel composite oxide will be high, and the reactivity of the lithium compound and the nickel composite oxide in the subsequent firing process will decrease, which may result in a decrease in the crystallinity of the final lithium-nickel-containing composite oxide. Alternatively, the nickel composite oxide may undergo rapid grain growth, forming a nickel composite oxide made of coarse particles, which may result in the average particle size of the final lithium-nickel-containing composite oxide becoming too large.

酸化焙焼温度での保持時間は、1時間~10時間の範囲で設定することが好ましく、2時間~6時間の範囲で設定することがより好ましい。1時間未満では酸化物への転換が不完全となることがあり、10時間を超えるとニッケル複合酸化物の結晶性が高くなり過ぎることがある。 The holding time at the oxidizing roasting temperature is preferably set in the range of 1 to 10 hours, and more preferably in the range of 2 to 6 hours. If it is less than 1 hour, the conversion to the oxide may be incomplete, and if it exceeds 10 hours, the crystallinity of the nickel composite oxide may become too high.

酸化焙焼の雰囲気は、酸化性雰囲気であればよいが、取扱い性やコストを考慮すると、大気雰囲気とすることが好ましい。 The atmosphere for the oxidizing roasting may be any oxidizing atmosphere, but considering ease of handling and cost, it is preferable to use an air atmosphere.

ニッケル化合物として用いられるニッケル複合水酸化物は、その硫酸根(SO)の含有量が0.1質量%~0.4質量%の範囲にあることが好ましく、0.1質量%~0.3質量%の範囲にあることがより好ましい。これにより、後工程の焼成において、リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶性の制御が容易になる。 The nickel composite hydroxide used as the nickel compound preferably has a sulfate (SO 4 ) content in the range of 0.1 mass % to 0.4 mass %, more preferably 0.1 mass % to 0.3 mass %, which makes it easier to control the crystallinity of the lithium-nickel-containing composite oxide in the subsequent firing step.

晶析法によりニッケル複合水酸化物を得る場合であって、原料として硫酸ニッケルなどの硫酸塩を用いた場合には、液温25°基準でpHを11~13に調整したアルカリ水溶液を用いて十分に洗浄を行うことで、その硫酸根の含有量を0.1質量%~0.4質量%の範囲に規制することが可能となる。 When obtaining nickel composite hydroxide by crystallization and using a sulfate such as nickel sulfate as the raw material, it is possible to regulate the sulfate content to a range of 0.1% to 0.4% by mass by thoroughly washing with an alkaline aqueous solution adjusted to a pH of 11 to 13 at a liquid temperature of 25°.

なお、前記ニッケル化合物として、Ni、Co、並びに、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Zr、MoおよびWから選ばれる少なくとも1種からなる添加元素を含有するニッケル化合物を用いることにより、第1の態様のリチウムニッケル含有複合酸化物、すなわち、
一般式:LiNi1-x―yCo・・・(1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Zr、MoおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.98≦a≦1.11、0<x≦0.15、0<y≦0.07、および、x+y≦0.16である。)
からなる組成を有するリチウムニッケル含有複合酸化物を得ることが好ましい。
In addition, by using a nickel compound containing Ni, Co, and at least one additive element selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, Mo and W as the nickel compound, the lithium nickel-containing composite oxide of the first embodiment, that is,
General formula: Li a Ni 1-x-y Co x M y O 2 ... (1)
(In the formula, M is at least one element selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, Mo, and W, and 0.98≦a≦1.11, 0<x≦0.15, 0<y≦0.07, and x+y≦0.16.)
It is preferable to obtain a lithium nickel-containing composite oxide having a composition consisting of:

(リチウム化合物との混合)
ニッケル化合物と混合されるリチウム化合物は、特に限定されないが、リチウムの水酸化物、オキシ水酸化物、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、およびハロゲン化物からなる群から選ばれる少なくとも1種を使用することが好ましい。これらを用いることにより、焼成後に不純物が残留しないという利点が得られる。これらのうち、ニッケル化合物との反応性が良好なリチウム水酸化物を用いることが、より好ましい。
(Mixing with lithium compounds)
The lithium compound to be mixed with the nickel compound is not particularly limited, but it is preferable to use at least one selected from the group consisting of hydroxides, oxyhydroxides, oxides, carbonates, nitrates, and halides of lithium. By using these, it is possible to obtain an advantage that no impurities remain after firing. Among these, it is more preferable to use lithium hydroxide, which has good reactivity with the nickel compound.

ニッケル化合物とリチウム化合物の混合比は、特に限定されないが、焼成後のリチウムニッケル含有複合酸化物におけるLiとLi以外の金属元素の組成は、ニッケル化合物とリチウム化合物とを混合して得られた混合物中の組成にほぼ維持される。したがって、ニッケル化合物中のNiとCoとその他の添加元素Mの合計量に対して、リチウム化合物中のLi量がモル比で0.98~1.11になるように調整することが好ましい。このモル比が0.98未満では、得られる焼成粉末の結晶性が非常に悪くなることがある。また、得られる焼成粉末中のリチウム含有量が0.98未満となることがある。一方、このモル比が1.11を超えると、焼成が進みやすくなって過焼成となりやすく、得られる焼成粉末のLi含有量も1.11を超える可能性がある。 The mixing ratio of the nickel compound and the lithium compound is not particularly limited, but the composition of Li and metal elements other than Li in the lithium nickel-containing composite oxide after firing is almost maintained as the composition in the mixture obtained by mixing the nickel compound and the lithium compound. Therefore, it is preferable to adjust the amount of Li in the lithium compound to a molar ratio of 0.98 to 1.11 relative to the total amount of Ni, Co, and other additive elements M in the nickel compound. If this molar ratio is less than 0.98, the crystallinity of the resulting fired powder may be very poor. In addition, the lithium content in the resulting fired powder may be less than 0.98. On the other hand, if this molar ratio exceeds 1.11, firing is likely to proceed and over-firing is likely to occur, and the Li content of the resulting fired powder may also exceed 1.11.

ニッケル化合物とリチウム化合物を混合する装置や方法は、両者を均一に混合することができるものであればよく、特に限定されない。たとえば、Vブレンダなどの乾式混合機や混合造粒装置などを使用することができる。 The device and method for mixing the nickel compound and the lithium compound are not particularly limited as long as they can mix the two uniformly. For example, a dry mixer such as a V blender or a mixing granulator can be used.

(焼成)
ニッケル化合物とリチウム化合物を混合することにより得られたリチウム混合物は、酸化性雰囲気中において700℃以上の焼成温度で焼成されることになる。
(Firing)
The lithium mixture obtained by mixing the nickel compound and the lithium compound is fired at a firing temperature of 700° C. or higher in an oxidizing atmosphere.

500℃を超える温度で焼成すれば、リチウムニッケル含有複合酸化物が生成されるが、700℃未満ではその結晶が未発達で構造的に不安定となる。このようなリチウムニッケル含有複合酸化物を正極活物質の母材として使用すると、充放電による相転移などにより正極活物質の結晶構造が破壊される、あるいは、一次粒子の成長が不十分となる場合がある。 When fired at a temperature above 500°C, a lithium-nickel-containing composite oxide is produced, but below 700°C, the crystals are underdeveloped and structurally unstable. If such a lithium-nickel-containing composite oxide is used as the base material for the positive electrode active material, the crystal structure of the positive electrode active material may be destroyed due to phase transitions caused by charging and discharging, or the primary particles may not grow sufficiently.

なお、本発明において、焼成温度は780℃以下に設定することが好ましい。焼成温度が780℃を超えると、カチオンミキシングが生じやすくなり、リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶内の層状構造が崩れ、リチウムイオンの挿入および脱離が困難となる可能性がある。また、後述するように、X線回折のリートベルト解析から得られるリチウムニッケル含有複合酸化物の結晶におけるc軸方向への格子定数の長さを14.183Å~14.205Åの範囲とすることが好ましいが、焼成温度が780℃を超えると、c軸方向への格子定数の長さが14.183Å以上とならなくなる。さらに、リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶が分解してしまい、酸化ニッケルなどが生成されてしまう可能性がある。加えて、リチウムニッケル含有複合酸化物を構成する粒子同士が焼結を起こして、粗大粒子が形成されてしまい、リチウムニッケル含有複合酸化物の平均粒径が大きくなり過ぎる場合もある。 In the present invention, the firing temperature is preferably set to 780°C or less. If the firing temperature exceeds 780°C, cation mixing is likely to occur, the layered structure in the crystal of the lithium nickel-containing composite oxide is destroyed, and the insertion and desorption of lithium ions may become difficult. In addition, as described below, it is preferable that the length of the lattice constant in the c-axis direction of the crystal of the lithium nickel-containing composite oxide obtained from the Rietveld analysis of X-ray diffraction is in the range of 14.183 Å to 14.205 Å. However, if the firing temperature exceeds 780°C, the length of the lattice constant in the c-axis direction will not be 14.183 Å or more. Furthermore, the crystal of the lithium nickel-containing composite oxide may decompose, and nickel oxide or the like may be generated. In addition, the particles constituting the lithium nickel-containing composite oxide may sinter together to form coarse particles, and the average particle size of the lithium nickel-containing composite oxide may become too large.

焼成温度は、上記観点から、730℃~760℃の範囲に設定することが好ましい。 From the above perspective, it is preferable to set the firing temperature in the range of 730°C to 760°C.

このような焼成温度における保持時間は、1時間~6時間の範囲に設定することが好ましく、2時間~4時間の範囲に設定することがより好ましい。保持時間が1時間未満では、結晶化が不十分になる場合があり、6時間を超えると焼成が進みすぎて、カチオンミキシングが生じる場合がある。 The holding time at such a firing temperature is preferably set in the range of 1 to 6 hours, and more preferably in the range of 2 to 4 hours. If the holding time is less than 1 hour, crystallization may be insufficient, and if it exceeds 6 hours, firing may proceed too far, resulting in cationic mixing.

また、リチウム化合物中の結晶水などを取り除き、さらに、リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶成長が進む温度領域において、リチウム化合物とニッケル化合物とを均一に反応させるため、400℃~600℃の温度領域における通過時間および/または保持時間を1時間~5時間とし、続いて700℃~780℃の温度での保持時間を3時間以上とする2段階焼成を行うことが好ましい。 In addition, in order to remove water of crystallization and the like in the lithium compound and to react the lithium compound and nickel compound uniformly in the temperature range in which the crystal growth of the lithium-nickel-containing composite oxide progresses, it is preferable to perform a two-stage firing process in which the passage and/or holding time in the temperature range of 400°C to 600°C is set to 1 to 5 hours, followed by a holding time at a temperature of 700°C to 780°C for 3 hours or more.

本発明では、これらの条件のほか、リチウム混合物を、酸化性雰囲気下において、室温から700℃以上の焼成温度まで昇温する過程において、リチウム混合物の物温が600℃~650℃である温度領域における通過時間および/または保持時間を、20分以上45分以下、好ましくは20分~40分の範囲とすることを特徴とする。 In addition to these conditions, the present invention is characterized in that, in the process of increasing the temperature of the lithium mixture from room temperature to a firing temperature of 700° C. or higher in an oxidizing atmosphere, the passage time and/or retention time in a temperature region where the material temperature of the lithium mixture is 600° C. to 650° C. is set to a range of 20 minutes to 45 minutes, preferably 20 minutes to 40 minutes.

上述のように、これまでリチウム混合物を焼成してリチウムニッケル含有複合酸化物を得る焼成工程において、リチウム混合物の焼成温度、すなわち、リチウム混合物が保持される最高温度およびその保持時間についての検討はなされている。また、リチウム化合物とニッケル化合物との均一な反応を生じさせる観点から、400℃~600℃の温度領域における通過時間および/または保持時間についても検討はなされている。 As mentioned above, in the calcination process in which a lithium mixture is calcined to obtain a lithium-nickel-containing composite oxide, the calcination temperature of the lithium mixture, i.e., the maximum temperature at which the lithium mixture is held and the holding time thereof, have been investigated. In addition, from the viewpoint of causing a uniform reaction between the lithium compound and the nickel compound, the passage time and/or holding time in the temperature range of 400°C to 600°C have also been investigated.

これに対して、本発明者らは、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を形成する際の、リチウムニッケル含有複合酸化物のLiとタングステン化合物のWとの反応に着目した。このような観点から、母材となるリチウムニッケル含有複合酸化物における余剰Li量と、このリチウムニッケル含有複合酸化物の焼成条件について鋭意検討を行った。その結果、本発明者らは、リチウム混合物を室温から700℃以上の焼成温度まで昇温する過程において、リチウムニッケル含有複合酸化物の生成が進む600℃~650℃の温度領域において、その通過時間および/または保持時間と、最終的に得られるリチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に存在する余剰Liの量に相関関係が見られること、かつ、余剰Li量を適切に制御することにより、リチウムニッケル含有複合酸化物のLiとタングステン化合物のWとの反応において、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の内部に存在するLiが引き抜かれることなく、適切なWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を形成することが可能となるとの知見を得た。 In response to this, the present inventors focused on the reaction between Li of the lithium nickel-containing composite oxide and W of the tungsten compound when forming fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide. From this perspective, the inventors conducted extensive research into the amount of excess Li in the lithium nickel-containing composite oxide that serves as the base material and the firing conditions of this lithium nickel-containing composite oxide. As a result, the present inventors discovered that in the process of raising the temperature of the lithium mixture from room temperature to a firing temperature of 700°C or higher, in the temperature range of 600°C to 650°C where the formation of the lithium nickel-containing composite oxide progresses, there is a correlation between the passing time and/or holding time and the amount of excess Li present on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide finally obtained, and that by appropriately controlling the amount of excess Li, it is possible to form fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li without extracting Li present inside the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide in the reaction between Li of the lithium nickel-containing composite oxide and W of the tungsten compound.

従前、この温度領域では、得られるリチウムニッケル含有複合酸化物の結晶性を向上させる観点から、昇温速度は約1℃/分以下に設定されており、リチウム混合物の600℃~650℃の温度領域における通過時間は、45分を超える、たとえば50分以上となっていた。しかしながら、600℃~650℃の温度領域における通過時間が45分を超えると、リチウムニッケル含有複合酸化物が生成する過程で、Liが一次粒子の結晶内部に十分に入り込み、結晶性は向上するものの、一次粒子の表面に存在する余剰Li量が不足することになる。このため、リチウムニッケル含有複合酸化物のLiとタングステン化合物のWとが反応する際に、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の内部に存在するLiが引き抜かれて、得られる正極活物質の一次粒子の内部におけるLi量が十分でなくなり、その電池特性が劣化する可能性がある。 Previously, in this temperature range, the heating rate was set to about 1°C/min or less from the viewpoint of improving the crystallinity of the resulting lithium nickel-containing composite oxide, and the time for passing the lithium mixture in the temperature range of 600°C to 650°C was more than 45 minutes, for example, 50 minutes or more. However, if the time for passing through the temperature range of 600°C to 650°C exceeds 45 minutes, Li will sufficiently penetrate into the crystals of the primary particles in the process of generating the lithium nickel-containing composite oxide, improving the crystallinity, but the amount of excess Li present on the surface of the primary particles will be insufficient. For this reason, when Li of the lithium nickel-containing composite oxide reacts with W of the tungsten compound, Li present inside the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide is extracted, and the amount of Li inside the primary particles of the resulting positive electrode active material will be insufficient, which may deteriorate the battery characteristics.

600℃~650℃の温度領域におけるリチウム混合物の通過時間が短いほど、リチウムニッケル含有複合酸化物における、Wと反応可能な余剰Li量は増加する傾向にある。このため、600℃~650℃の温度領域における通過時間を40分以下とすることが好ましく、35分以下とすることがより好ましい。ただし、この温度領域についてリチウム化合物を通過させる時間をより短くすることにより、余剰Li量が過剰になること、および、この時間をより短い時間で通過させるために必要とされるエネルギーおよび設備コストの上昇の観点から、600℃~650℃の温度領域における通過時間を20分以上とすることが好ましい。 The shorter the passage time of the lithium mixture in the temperature range of 600°C to 650°C, the more the amount of excess Li in the lithium nickel-containing composite oxide that can react with W tends to increase. For this reason, the passage time in the temperature range of 600°C to 650°C is preferably 40 minutes or less, and more preferably 35 minutes or less. However, from the viewpoint of the fact that the amount of excess Li becomes excessive by shortening the time for passing the lithium compound in this temperature range and the increase in the energy and equipment costs required for passing the lithium compound in a shorter time, the passage time in the temperature range of 600°C to 650°C is preferably 20 minutes or more.

なお、本発明において、当該温度領域について、焼成炉の温度などで規制せずに、物温で規制するのは、当該温度がリチウムニッケル含有複合酸化物の生成が進む重要な温度領域であり、かつ、温度領域に範囲および通過時間が短いことから、リチウム混合物自体の温度で規制することが好ましいからである。物温の測定には、焼成炉内においてリチウム混合物自体の温度を測定可能な機器であれば、任意に採用可能であるが、熱電対や放射温度計のような非接触式温度計を用いることが可能である。 In the present invention, the temperature range is not regulated by the temperature of the calcination furnace, but by the material temperature, because this temperature is an important temperature range in which the production of lithium-nickel-containing composite oxide progresses, and the range and transit time of the temperature range are short, so it is preferable to regulate it by the temperature of the lithium mixture itself. Any device capable of measuring the temperature of the lithium mixture itself in the calcination furnace can be used to measure the material temperature, but it is also possible to use a non-contact thermometer such as a thermocouple or a radiation thermometer.

また、通常は、当該温度領域は、昇温過程にあるため、昇温速度を1.11℃/分以上の速度で昇温させることにより、600℃~650℃の温度領域における通過時間を45分以下とすることができる。ただし、この温度領域における保持時間が45分以下であれば、一次粒子の表面に存在する余剰Li量を適切に規制することができる。このため、一定の昇温速度で当該温度領域を通過させる場合だけでなく、段階的に温度を上昇させたり、当該温度領域の内の任意の温度で一定時間保持したりすることも、本発明の範囲内である。 In addition, since this temperature region is usually in the process of heating, the passage time in the temperature region of 600°C to 650°C can be reduced to 45 minutes or less by raising the temperature at a rate of 1.11°C/min or more. However, if the retention time in this temperature region is 45 minutes or less, the amount of excess Li present on the surface of the primary particles can be appropriately regulated. For this reason, it is within the scope of the present invention not only to pass through the temperature region at a constant heating rate, but also to raise the temperature stepwise or to hold at any temperature within the temperature region for a certain period of time.

2.リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
本発明の第2の態様は、リチウムイオン二次電池用正極活物質、すなわち、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法に関する。
2. Method for Producing Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Battery A second aspect of the present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, i.e., a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are present on the surfaces of primary particles.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、
本発明の第1の態様のリチウムニッケル含有複合酸化物を用いて、該リチウムニッケル含有複合酸化物の量が、水1Lに対して700g~2000gとなるようにスラリーを形成し、該リチウムニッケル含有複合酸化物を水洗処理し、
前記水洗処理中または前記水洗処理後に、前記リチウムニッケル含有複合酸化物に、タングステン化合物を添加し、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面にWを分散させ、および、
前記一次粒子の表面にWが分散したリチウムニッケル含有複合酸化物を、熱処理して、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に形成する、
ことを特徴とする。
The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention comprises the steps of:
A slurry is formed using the lithium nickel-containing composite oxide according to the first aspect of the present invention such that the amount of the lithium nickel-containing composite oxide is 700 g to 2000 g per 1 L of water, and the lithium nickel-containing composite oxide is washed with water;
During or after the water washing treatment, a tungsten compound is added to the lithium nickel-containing composite oxide to disperse W on the surfaces of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide; and
The lithium nickel-containing composite oxide having W dispersed on the surfaces of the primary particles is heat-treated to form fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li on the surfaces of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide.
It is characterized by:

[水洗工程]
水洗工程は、焼成工程で得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の焼成粉末を水洗処理する工程である。具体的には、水1Lに対して焼成粉末が700g~2000gとなるようにスラリーを形成して、水洗処理した後、濾過、乾燥してリチウムニッケル含有複合酸化物粉末(水洗粉末)を得る。
[Water washing process]
The water-washing step is a step of washing the calcined powder of the lithium-nickel-containing composite oxide obtained in the calcination step with water. Specifically, a slurry is formed so that the calcined powder is 700 g to 2000 g per 1 L of water, and the slurry is washed with water, filtered, and dried to obtain a lithium-nickel-containing composite oxide powder (water-washed powder).

水洗工程では、水洗処理中の水洗温度が、好ましくは10℃~40℃の範囲に、より好ましくは10℃~30℃の範囲にあるように調整される。これにより、リチウムニッケル含有複合酸化物の焼成粉末の表面に存在する不純物が除去される。水洗処理により、不純物とともに、表面に存在する炭酸リチウムや水酸化リチウムなどの余剰Liも除去されるが、上記水洗処理条件で水洗を行うことにより、水洗後においても、余剰Li量は、リチウムニッケル含有複合酸化物全体に対して、0.10質量%を超えて、好ましくは0.15質量%以上、より好ましくは0.20質量%以上となる。 In the water washing step, the water washing temperature during the water washing process is adjusted to preferably be in the range of 10°C to 40°C, more preferably in the range of 10°C to 30°C. This removes impurities present on the surface of the calcined powder of lithium nickel-containing composite oxide. The water washing process removes excess Li such as lithium carbonate and lithium hydroxide present on the surface along with the impurities. By performing the water washing under the above water washing conditions, even after water washing, the amount of excess Li exceeds 0.10 mass%, preferably 0.15 mass% or more, more preferably 0.20 mass% or more, based on the entire lithium nickel-containing composite oxide.

これにより、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を形成するに際に、タングステン化合物のWとの反応に十分なLiが一次粒子の表面に存在することとなり、Wとの反応でLiが内部から引き抜かれることがない。一方、余剰Li量の適切な規制により、最終的に得られる正極活物質の表面に余剰Liが存在することはないため、この正極活物質をリチウムイオン二次電池の正極に用いた場合に、高温保持時のガス発生を抑制することができ、高容量および高出力と高い安全性も両立させることができる。 As a result, when forming fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide, sufficient Li is present on the surface of the primary particles to react with the W of the tungsten compound, and Li is not extracted from the inside by reaction with W. On the other hand, by appropriately regulating the amount of excess Li, no excess Li is present on the surface of the finally obtained positive electrode active material. Therefore, when this positive electrode active material is used in the positive electrode of a lithium ion secondary battery, gas generation during high temperature storage can be suppressed, and high capacity and high output can be achieved at the same time as high safety.

これに対して、水洗温度が10℃未満の場合、洗浄が不十分となり、焼成粉末の表面に付着している不純物が除去されずに残留することがある。かかる残留不純物の存在により、正極活物質の表面の抵抗が上がるため、二次電池の正極の抵抗値が上昇する。また、正極活物質の比表面積が小さくなり過ぎ、電解液との反応性が低下するため、二次電池の高容量化や高出力化が達成困難となる。 On the other hand, if the water washing temperature is less than 10°C, the washing may be insufficient, and impurities adhering to the surface of the fired powder may not be removed and may remain. The presence of such remaining impurities increases the resistance of the surface of the positive electrode active material, and the resistance value of the positive electrode of the secondary battery increases. In addition, the specific surface area of the positive electrode active material becomes too small, and the reactivity with the electrolyte decreases, making it difficult to achieve high capacity and high output of the secondary battery.

一方、水洗温度が40℃を超えると、焼成粉末からのLiの溶出量が多くなり、リチウムニッケル含有複合酸化物の表面層にLiが抜けた酸化ニッケル(NiO)やLiとHが置換されたオキシ水酸化ニッケル(NiOOH)が生成されるおそれがある。酸化ニッケルやオキシ水酸化ニッケルは、いずれも電気抵抗が高く、正極活物質の表面の抵抗を上昇させるとともに、正極活物質におけるLiが減少して、二次電池の容量を低下させる。 On the other hand, if the water washing temperature exceeds 40°C, the amount of Li eluted from the fired powder increases, and nickel oxide (NiO) from which Li has been removed or nickel oxyhydroxide (NiOOH) from which Li has been replaced with H may be produced in the surface layer of the lithium-nickel-containing composite oxide. Both nickel oxide and nickel oxyhydroxide have high electrical resistance, which increases the resistance of the surface of the positive electrode active material and reduces Li in the positive electrode active material, reducing the capacity of the secondary battery.

スラリー中に含まれる水1Lに対する焼成粉末の量は、700g~2000g、好ましくは700g~1500gとなるように調整される。 The amount of calcined powder per 1 L of water in the slurry is adjusted to 700 g to 2000 g, preferably 700 g to 1500 g.

すなわち、スラリー濃度が2000g/Lを超えると、スラリーの粘度が高くなるため攪拌が困難となる。さらに、スラリー中の液体のアルカリ濃度が高くなるので、平衡の関係から、焼成粉末に付着している付着物の溶解速度が遅くなる、および、粉末からの付着物の剥離が起きても再付着することがあるという理由により、不純物を除去することが難しくなる。 That is, if the slurry concentration exceeds 2000 g/L, the viscosity of the slurry becomes high, making it difficult to stir. Furthermore, the alkali concentration of the liquid in the slurry becomes high, so that due to equilibrium, the dissolution rate of the deposits adhering to the fired powder slows down, and even if the deposits peel off from the powder, they may reattach, making it difficult to remove impurities.

一方、スラリー濃度が700g/L未満では、希薄過ぎるため、個々の粒子表面からスラリー中に溶出するLi量が多くなる。特に、ニッケル比率が高くなるほど、Li溶出量が多く、表面のLi量は少なくなりすぎる。このため、リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶格子中からのLiの脱離も起きて、結晶が崩れやすくなる。このため、二次電池の容量を低下させてしまう。 On the other hand, if the slurry concentration is less than 700 g/L, it is too dilute, and a large amount of Li will dissolve from the surface of each particle into the slurry. In particular, the higher the nickel ratio, the greater the amount of Li that dissolves, and the amount of Li on the surface becomes too small. This causes Li to be removed from the crystal lattice of the lithium-nickel-containing composite oxide, making the crystals more likely to collapse. This reduces the capacity of the secondary battery.

焼成粉末を水洗する時間は特に限定されないが、5分~60分間程度とすることが好ましい。水洗時間が短いと、粉末表面の不純物が十分に除去されず、残留することがある。一方、水洗時間を長くしても洗浄効果の改善はなく、生産性が低下する。 The time for rinsing the sintered powder with water is not particularly limited, but it is preferably about 5 to 60 minutes. If the rinsing time is too short, impurities on the powder surface may not be sufficiently removed and may remain. On the other hand, extending the rinsing time will not improve the cleaning effect and will reduce productivity.

スラリーを形成するために使用する水は、特に限定されないが、正極活物質への不純物の付着による電池性能の低下を防ぐ上では、電気伝導率測定で10μS/cm未満の水が好ましく、1μS/cm以下の水がより好ましい。 The water used to form the slurry is not particularly limited, but in order to prevent a decrease in battery performance due to the adhesion of impurities to the positive electrode active material, water with an electrical conductivity measurement of less than 10 μS/cm is preferred, and water with an electrical conductivity of 1 μS/cm or less is more preferred.

[乾燥工程]
水洗後のリチウムニッケル含有複合酸化物を乾燥する温度や方法については、特に限定されないが、乾燥温度は、80℃~500℃の範囲に設定することが好ましく、120℃~250℃の範囲に設定することがより好ましい。80℃以上とすることにより、水洗後の粉末を短時間で乾燥し、粒子の表面と内部との間でリチウム濃度の勾配が起こることを抑制して、正極活物質の特性をより向上させることができる。
[Drying process]
The temperature and method for drying the lithium-nickel-containing composite oxide after washing are not particularly limited, but the drying temperature is preferably set in the range of 80° C. to 500° C., and more preferably in the range of 120° C. to 250° C. By setting the drying temperature at 80° C. or higher, the powder after washing can be dried in a short time, and the occurrence of a gradient in lithium concentration between the surface and the interior of the particles can be suppressed, thereby further improving the characteristics of the positive electrode active material.

一方、水洗後の焼成粉末の表面付近では、化学量論比にきわめて近いか、もしくは、Liが若干脱離して充電状態に近い状態になっていることが予想される。このため、500℃を超える温度では、充電状態に近い粉末の結晶構造が崩れる契機になり、電気特性の低下を招くおそれがある。 On the other hand, it is expected that near the surface of the sintered powder after washing with water, the ratio is very close to the stoichiometric ratio, or that some Li has been removed, resulting in a state close to the charged state. For this reason, temperatures above 500°C may cause the crystal structure of the powder close to the charged state to collapse, leading to a deterioration in electrical properties.

これらの観点から、乾燥温度は、80℃~500℃の範囲にあることが好ましく、生産性および熱エネルギーコストも考慮すると、120℃~250℃の範囲にあることがより好ましい。 From these perspectives, the drying temperature is preferably in the range of 80°C to 500°C, and taking into account productivity and thermal energy costs, it is even more preferable for the temperature to be in the range of 120°C to 250°C.

乾燥方法に関しては、ろ過後の粉末を、炭素および硫黄を含む化合物成分を含有しないガス雰囲気下または真空雰囲気下に制御できる乾燥機を用いて、所定の温度で行なうことが好ましい。 As for the drying method, it is preferable to dry the filtered powder at a specified temperature using a dryer that can control the atmosphere to a gas or vacuum that does not contain compounds containing carbon and sulfur.

[タングステン添加工程]
タングステン添加工程は、水洗処理中、もしくは水洗処理後の粉末に、タングステン化合物を添加し、一次粒子の表面にWを分散させる工程である。
[Tungsten addition process]
The tungsten addition step is a step in which a tungsten compound is added to the powder during or after the water washing treatment, thereby dispersing W on the surfaces of the primary particles.

すなわち、Wの添加は、水洗処理中のスラリーへの添加、水洗処理後の乾燥前の粉末への添加、水洗処理後に乾燥させた粉末への添加のいずれでも可能である。いずれの場合も、脱水後の粉末の水分率を制御することにより、Wの分散の均一性を高めるとともに、Liの溶出を抑制して、正極活物質の一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を形成させることができる。 That is, W can be added to the slurry during the water washing process, to the powder before drying after the water washing process, or to the powder dried after the water washing process. In any case, by controlling the moisture content of the powder after dehydration, it is possible to increase the uniformity of the dispersion of W and suppress the elution of Li, and form fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li on the surface of the primary particles of the positive electrode active material.

焼成粉末の一次粒子の表面に分散させるW量は、その焼成粉末に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.1原子%~3.0原子%の範囲とすることが好ましく、0.1原子%~1.0原子%の範囲とすることがより好ましい。これにより、正極活物質の一次粒子の表面にWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を、より均一に形成させ、二次電池の正極に用いられた際に、電解液との界面でLiの伝導パスを形成して、正極活物質の反応抵抗を低減して、出力特性をさらに向上させることが可能となる。 The amount of W dispersed on the surface of the primary particles of the sintered powder is preferably in the range of 0.1 atomic % to 3.0 atomic %, and more preferably in the range of 0.1 atomic % to 1.0 atomic %, relative to the total number of Ni, Co, and M atoms contained in the sintered powder. This allows fine particles and/or coatings of compounds containing W and Li to be more uniformly formed on the surface of the primary particles of the positive electrode active material, and when used in the positive electrode of a secondary battery, a conductive path for Li is formed at the interface with the electrolyte, reducing the reaction resistance of the positive electrode active material and further improving the output characteristics.

なお、一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子、WおよびLiを含む化合物の被膜とのいずれが形成されるか、あるいは、その両者が形成されるかについては、脱水後の粉末の水分率により決定される。水洗処理後の乾燥前の粉末への添加の場合、脱水後の粉末の水分率を、3.0質量%~11.5質量%の範囲となるように制御する。粉末の水分率が、3.0質量%以上6.5質量%未満の場合には、WおよびLiを含む化合物の微粒子が、一次粒子の表面に形成される。粉末の水分率を6.5質量%以上とすることにより、一次粒子の表面にWおよびLIを含む化合物の被膜が形成される傾向となり、被膜と微粒子が混在する。粉末の水分率を9.0質量%以上とすることにより、一次粒子の表面にWおよびLiを含む化合物の被膜のみを形成することができる。前記脱水後の水分率は、脱水後の含水粉末の質量と、それを180℃で3時間乾燥させた後の粉末の質量から式:「水分率=(乾燥前の含水粉末の質量-乾燥後の粉末の質量)/(乾燥前の含水粉末の質量)」により求められる。 Whether fine particles of a compound containing W and Li, a coating of a compound containing W and Li, or both are formed on the surface of the primary particles is determined by the moisture content of the powder after dehydration. When added to powder before drying after water washing, the moisture content of the powder after dehydration is controlled to be in the range of 3.0% to 11.5% by mass. When the moisture content of the powder is 3.0% by mass or more and less than 6.5% by mass, fine particles of a compound containing W and Li are formed on the surface of the primary particles. By making the moisture content of the powder 6.5% by mass or more, a coating of a compound containing W and Li tends to be formed on the surface of the primary particles, and the coating and fine particles are mixed. By making the moisture content of the powder 9.0% by mass or more, only a coating of a compound containing W and Li can be formed on the surface of the primary particles. The moisture content after dehydration is calculated from the mass of the hydrated powder after dehydration and the mass of the powder after drying it at 180°C for 3 hours using the formula: "moisture content = (mass of hydrated powder before drying - mass of powder after drying) / (mass of hydrated powder before drying)".

Wの添加は、水洗処理中のスラリーへの添加、水洗処理後の乾燥前の焼成粉末への添加、あるいは、水洗処理および乾燥後の焼成粉末への添加のいずれでもよい。 W can be added to the slurry during the water washing process, to the calcined powder after the water washing process and before drying, or to the calcined powder after the water washing process and drying.

Wは、タングステン化合物を溶解させたアルカリ溶液(以下、「アルカリ溶液(W)」という。)の形態、あるいはタングステン化合物の形態のいずれで添加してもよい。 W may be added either in the form of an alkaline solution in which a tungsten compound is dissolved (hereinafter referred to as "alkaline solution (W)") or in the form of a tungsten compound.

アルカリ溶液(W)として添加する場合、タングステン化合物は、アルカリ溶液に溶解可能なものであればよく、酸化タングステン、タングステン酸リチウム、タングステン酸アンモニウムなど、アルカリに対して易溶性のタングステン化合物を用いることが好ましい。 When added as an alkaline solution (W), the tungsten compound may be one that is soluble in an alkaline solution, and it is preferable to use a tungsten compound that is easily soluble in alkali, such as tungsten oxide, lithium tungstate, or ammonium tungstate.

アルカリ溶液(W)に用いるアルカリとしては、高い充放電容量を得るため、正極活物質にとって有害な不純物を含まない一般的なアルカリ溶液、たとえば、アンモニア、水酸化リチウムを用いることができる。WおよびLiを含む化合物を形成させるのに十分な量のLiを、余剰Liとアルカリ溶液(W)から供給することを可能にさせるため、および、Liのインターカレーションを阻害しない観点から、水酸化リチウムを用いることが好ましい。 As the alkali used in the alkaline solution (W), in order to obtain a high charge/discharge capacity, a general alkaline solution that does not contain impurities that are harmful to the positive electrode active material, such as ammonia or lithium hydroxide, can be used. It is preferable to use lithium hydroxide in order to make it possible to supply a sufficient amount of Li from the surplus Li and the alkaline solution (W) to form a compound containing W and Li, and from the viewpoint of not inhibiting the intercalation of Li.

一方、タングステン化合物の形態で添加する場合、タングステン化合物として、アルカリに対して可溶性のタングステン化合物を用いることが好ましく、リチウムを含むタングステン化合物を用いることがより好ましく、タングステン酸リチウムを用いることがさらに好ましい。タングステン酸リチウムとしては、LiWO、LiWO、Liから選ばれる少なくとも1種を用いることができる。 On the other hand, when it is added in the form of a tungsten compound, it is preferable to use a tungsten compound that is soluble in alkali as the tungsten compound, it is more preferable to use a tungsten compound containing lithium, and it is even more preferable to use lithium tungstate. As the lithium tungstate , at least one selected from Li2WO4 , Li4WO5 , and Li6W2O9 can be used.

いずれの場合でも、Wの添加は、固液分離や熱処理後の解砕によって、リチウムニッケル含有複合酸化物を構成する粒子の表面上に形成された、タングステン酸リチウムなどのWおよびLIを含む化合物の微粒子および/または被膜におけるW量が、本発明の範囲内となるように、その処理条件および添加手段を選択する必要がある。なお、これらの処理条件および添加手段については公知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。 In either case, the W addition process conditions and the means of addition must be selected so that the amount of W in the fine particles and/or coating of the compound containing W and Li, such as lithium tungstate, formed on the surface of the particles constituting the lithium nickel-containing composite oxide by solid-liquid separation or crushing after heat treatment, falls within the range of the present invention. Note that these process conditions and means of addition are publicly known, so a detailed description thereof will be omitted here.

[熱処理工程]
熱処理工程は、一次粒子の表面にWを分散させたリチウムニッケル含有複合酸化物を熱処理することにより、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に形成する工程である。これにより、タングステン添加工程において供給されたWとLiから、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を形成し、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を有する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル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が得られる。なお、水洗処理中のスラリーあるいは水洗処理後の乾燥前の焼成粉末に対してWを添加した場合には、乾燥工程を熱処理工程により代替することができる。
[Heat treatment process]
The heat treatment step is a step of forming fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide by heat treating the lithium nickel-containing composite oxide having W dispersed on the surface of the primary particles. As a result, fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are formed from the W and Li supplied in the tungsten addition step, and a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is obtained, which is made of a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, which has fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide. Note that when W is added to the slurry during the water washing process or the calcined powder before drying after the water washing process, the drying process can be replaced by a heat treatment process.

熱処理方法は、特に限定されないが、リチウムイオン二次電池用正極活物質として用いたときの電気特性の劣化を防止するため、酸素雰囲気あるいは真空雰囲気中、かつ、100℃~600℃の範囲にある温度で、熱処理することが好ましい。 The heat treatment method is not particularly limited, but in order to prevent deterioration of the electrical characteristics when used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, it is preferable to perform the heat treatment in an oxygen atmosphere or a vacuum atmosphere at a temperature in the range of 100°C to 600°C.

熱処理温度が100℃未満では、水分の蒸発が十分ではなく、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が十分に形成されない場合がある。一方、熱処理温度が600℃を超えると、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子が焼結を起こすとともに、一部のWがリチウムニッケル含有複合酸化物の層状構造に固溶してしまうため、電池の充放電容量が低下することがある。このような観点から、熱処理温度を550℃以下とすることがより好ましく、500℃以下とすることがさらに好ましい。 If the heat treatment temperature is less than 100°C, evaporation of water is insufficient, and fine particles and/or a coating of the compound containing W and Li may not be formed sufficiently. On the other hand, if the heat treatment temperature exceeds 600°C, the primary particles of the lithium-nickel-containing composite oxide may be sintered, and some W may be dissolved in the layered structure of the lithium-nickel-containing composite oxide, resulting in a decrease in the charge/discharge capacity of the battery. From this perspective, it is more preferable to set the heat treatment temperature to 550°C or less, and even more preferable to set it to 500°C or less.

熱処理時の雰囲気は、雰囲気中の水分や炭酸との反応を避けるため、酸素雰囲気などのような酸化性雰囲気あるいは真空雰囲気とすることが好ましい。 The heat treatment is preferably performed in an oxidizing atmosphere such as an oxygen atmosphere or a vacuum atmosphere to avoid reactions with moisture and carbon dioxide in the atmosphere.

熱処理時間は、特に限定されないが、複合酸化物粒子中の水分を十分に蒸発させて被膜を形成するために5時間~15時間の範囲とすることが好ましい。 The heat treatment time is not particularly limited, but it is preferable to set it to a range of 5 to 15 hours in order to sufficiently evaporate the water in the composite oxide particles and form a coating.

乾燥後の複合酸化物粒子の水分率については、特に限定されないが、0.2質量%以下が好ましく、0.1質量%以下がより好ましい。粉末の水分率が0.2質量%を超えると、大気中の炭素および硫黄を含むガス成分を吸収して、表面にリチウム化合物を生成することがある。 The moisture content of the composite oxide particles after drying is not particularly limited, but is preferably 0.2% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or less. If the moisture content of the powder exceeds 0.2% by mass, it may absorb gas components containing carbon and sulfur in the air and form lithium compounds on the surface.

熱処理後に粒子に凝集が生じた際には、二次粒子の形骸が破壊されない程度に解砕して、体積基準の平均粒径MVが5μm~30μmの範囲にある粒子からなる正極活物質を作製する。 If the particles aggregate after the heat treatment, they are crushed to a degree that does not destroy the secondary particle structure, and a positive electrode active material is produced consisting of particles with a volume-based average particle size MV in the range of 5 μm to 30 μm.

3.リチウムイオン二次電池用正極活物質
本発明の第3の態様は、リチウムイオン二次電池用正極活物質、すなわち、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物に関する。
3. Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Battery A third aspect of the present invention relates to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, that is, a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, the compound having fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li, such as lithium tungstate, present on its surface.

より具体的には、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、母材となるリチウムニッケル含有複合酸化物を構成する、一次粒子の表面、および/または、一次粒子が凝集して形成された二次粒子を構成する一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子あるいはWおよびLiを含む化合物の被膜が形成されている。特に、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、前記リチウムニッケル含有複合酸化物が、本発明の第1の態様のリチウムニッケル含有複合酸化物、すなわち、該リチウムニッケル含有複合酸化物1.25kgを1Lの純水に投入し、攪拌し、ろ過することにより得られた、ろ液の電導度が42.5mS/cm~62.5mS/cmの範囲にある、リチウムニッケル含有複合酸化物からなることを特徴とする。 More specifically, the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention has fine particles of a compound containing W and Li or a coating of a compound containing W and Li formed on the surfaces of the primary particles constituting the lithium nickel-containing composite oxide as the base material and/or on the surfaces of the primary particles constituting the secondary particles formed by agglomeration of the primary particles. In particular, the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention is characterized in that the lithium nickel-containing composite oxide is the lithium nickel-containing composite oxide of the first aspect of the present invention, that is, a lithium nickel-containing composite oxide obtained by adding 1.25 kg of the lithium nickel-containing composite oxide to 1 L of pure water, stirring, and filtering the resulting filtrate, the electrical conductivity of which is in the range of 42.5 mS/cm to 62.5 mS/cm.

母材の特性については、述であるため、重複する説明を省略し、以下、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜について説明する。 The characteristics of the base material have already been described, so a duplicated description will be omitted, and the following describes the fine particles and/or coating of the compound containing W and Li.

[WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜]
一般的に、正極活物質の表面が異種化合物により完全に被覆されてしまうと、リチウムイオンの移動(インターカレーション)が大きく制限されるため、結果的にリチウムニッケル含有複合酸化物の有する高容量という長所が消されてしまう。
[Fine particles and/or coating of compound containing W and Li]
Generally, when the surface of the positive electrode active material is completely covered with a different compound, the movement (intercalation) of lithium ions is greatly restricted, and as a result, the advantage of the lithium nickel-containing composite oxide, that is, high capacity, is eliminated.

これに対して、本発明ではリチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面にWおよびLiを含む化合物の微粒子を形成させる、あるいは、一次粒子の表面にWおよびLiを含む化合物からなり、厚さが1nm~200nmの範囲、好ましくは1nm~150nmの範囲、より好ましくは2nm~100nmの範囲にある被膜を形成させている。 In contrast, in the present invention, fine particles of a compound containing W and Li are formed on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide, or a coating consisting of a compound containing W and Li is formed on the surface of the primary particles, with a thickness in the range of 1 nm to 200 nm, preferably in the range of 1 nm to 150 nm, and more preferably in the range of 2 nm to 100 nm.

WおよびLiを含む化合物の微粒子は、リチウムイオン伝導性が高く、リチウムイオンの移動を促す効果がある。このため、一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子を形成することにより、電解液との界面でLiの伝導パスが形成されるため、正極活物質の反応抵抗(「正極抵抗」ともいう)を低減して、その出力特性を向上させることが可能となる。WおよびLiを含む化合物の被膜についても、その厚さを1nm~200nmの範囲に規制することにより、WおよびLiを含む化合物の微粒子と同様の効果を奏する。 Fine particles of a compound containing W and Li have high lithium ion conductivity and have the effect of promoting the movement of lithium ions. Therefore, by forming fine particles of a compound containing W and Li on the surface of the primary particles, a conductive path for Li is formed at the interface with the electrolyte, making it possible to reduce the reaction resistance of the positive electrode active material (also called "positive electrode resistance") and improve its output characteristics. By restricting the thickness of the coating of the compound containing W and Li to the range of 1 nm to 200 nm, the same effect as the fine particles of a compound containing W and Li can be achieved.

すなわち、正極抵抗が低減されることで、二次電池内で損失される電圧が減少し、実際に負荷側に印加される電圧が相対的に高くなるため、高出力が得られる。また、負荷側への印加電圧が高くなることで、正極でのリチウムの挿抜が十分に行われるため、電池容量も向上する。さらに、正極抵抗の低減により、充放電時における正極活物質の負荷も低減することから、サイクル特性も向上させることができる。 In other words, by reducing the positive electrode resistance, the voltage loss in the secondary battery is reduced, and the voltage actually applied to the load side is relatively high, resulting in high output. In addition, by increasing the voltage applied to the load side, lithium is sufficiently inserted and removed from the positive electrode, improving the battery capacity. Furthermore, by reducing the positive electrode resistance, the load on the positive electrode active material during charging and discharging is also reduced, improving the cycle characteristics.

ここで、正極活物質を構成する一次粒子の表面を、WおよびLiを含む化合物で過度に厚く被覆した場合には、比表面積の低下が起こるため、WおよびLiを含む化合物が高いリチウムイオン伝導性を有していたとしても、電解液との接触面積が小さくなり、これに伴って充放電容量の低下および反応抵抗の上昇を招きやすい。また、WおよびLiを含む化合物が存在することで、反応抵抗は低下するが、WおよびLiを含む化合物自体は、電子伝導性が低いため、電極の電子伝導性を低下させて、二次電池の出力特性の低下につながる。 Here, if the surface of the primary particles constituting the positive electrode active material is coated too thickly with a compound containing W and Li, the specific surface area decreases, and therefore even if the compound containing W and Li has high lithium ion conductivity, the contact area with the electrolyte becomes small, which is likely to lead to a decrease in charge/discharge capacity and an increase in reaction resistance. In addition, although the presence of a compound containing W and Li reduces reaction resistance, the compound containing W and Li itself has low electronic conductivity, and therefore reduces the electronic conductivity of the electrode, leading to a decrease in the output characteristics of the secondary battery.

本発明では、WおよびLiを含む化合物からなり、所定の粒子径を有する微粒子、あるいは、WおよびLiを含む化合物からなり、所定範囲の膜厚を有する被膜を、一次粒子の表面に存在させることで、電極表面を過度に小さくしたり、電極のバルク抵抗を顕著に上昇させたりすることなく、リチウムイオン伝導を効果的に向上させて、充放電容量の低下を抑制するとともに、反応抵抗を低減させることを可能としている。 In the present invention, by having fine particles made of a compound containing W and Li and having a predetermined particle size, or a coating made of a compound containing W and Li and having a thickness in a predetermined range, present on the surface of the primary particles, it is possible to effectively improve lithium ion conduction, suppress the decrease in charge/discharge capacity, and reduce reaction resistance without excessively reducing the electrode surface or significantly increasing the bulk resistance of the electrode.

WおよびLiを含む化合物の微粒子は、その粒子径が1nm~100nmの範囲にあることが好ましい。粒子径が1nm未満では、微粒子が十分なリチウムイオン伝導性を有しない場合がある。また、粒子径が100nmを超えると、微粒子による被覆の形成が不均一になり、反応抵抗の低減効果が十分に得られない場合がある。なお、微粒子のすべてが、1nm~100nmの範囲にある粒子径を有する必要はなく、好ましくは一次粒子の表面に形成された微粒子の全個数の50%以上が、1nm~100nmの範囲にある粒子径を有していれば、電池特性改善のより高い効果が得られる。この場合の、微粒子の最大粒子径は200nm程度である。 The particle diameter of the fine particles of the compound containing W and Li is preferably in the range of 1 nm to 100 nm. If the particle diameter is less than 1 nm, the fine particles may not have sufficient lithium ion conductivity. If the particle diameter exceeds 100 nm, the coating formed by the fine particles may become non-uniform, and the effect of reducing reaction resistance may not be sufficiently obtained. It is not necessary for all the fine particles to have a particle diameter in the range of 1 nm to 100 nm, and it is preferable that 50% or more of the total number of fine particles formed on the surface of the primary particle have a particle diameter in the range of 1 nm to 100 nm, in order to obtain a higher effect of improving the battery characteristics. In this case, the maximum particle diameter of the fine particles is about 200 nm.

WおよびLiを含む化合物の被膜は、その厚さが1nm~200nmの範囲にあることが好ましい。厚さが1nm未満では、被膜が十分なリチウムイオン伝導性を有しない場合がある。また、厚さが200nmを超えると、反応面積の低下や電極のバルク抵抗の上昇が起こり、反応抵抗の低減効果が十分に得られない場合がある。 The coating of the compound containing W and Li preferably has a thickness in the range of 1 nm to 200 nm. If the thickness is less than 1 nm, the coating may not have sufficient lithium ion conductivity. If the thickness exceeds 200 nm, the reaction area may decrease and the bulk resistance of the electrode may increase, and the effect of reducing the reaction resistance may not be sufficient.

電解液との接触は、一次粒子の表面で起こるため、一次粒子の表面にWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が形成されていることが重要である。ここで、本発明における一次粒子の表面とは、リチウムニッケル含有複合酸化物が一次粒子により構成されている場合には、その一次粒子の表面である。リチウムニッケル含有複合酸化物が二次粒子により構成されている場合には、二次粒子の外面で露出している一次粒子表面と、二次粒子外部と通じて電解液が浸透可能な二次粒子の表面近傍および内部の空隙に露出している一次粒子表面とのいずれもが、一次粒子の表面に含まれる。さらに、一次粒子間の粒界であっても、一次粒子の結合が不完全で電解液が浸透可能な状態となっていれば、そのような箇所も一次粒子の表面に含まれる。 Since contact with the electrolyte occurs on the surface of the primary particles, it is important that fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are formed on the surface of the primary particles. Here, the surface of the primary particles in the present invention refers to the surface of the primary particles when the lithium nickel-containing composite oxide is composed of primary particles. When the lithium nickel-containing composite oxide is composed of secondary particles, the surface of the primary particles includes both the surface of the primary particles exposed on the outer surface of the secondary particles and the surface vicinity and internal voids of the secondary particles through which the electrolyte can penetrate via the outside of the secondary particles. Furthermore, even if the grain boundary between primary particles is incompletely bonded and the electrolyte can penetrate, such a place is also included in the surface of the primary particles.

したがって、一次粒子の表面全体に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を形成させることで、リチウムイオンの移動をさらに促し、正極活物質を構成する粒子の反応抵抗をより一層低減させることが可能となる。 Therefore, by forming fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li over the entire surface of the primary particles, it is possible to further promote the movement of lithium ions and further reduce the reaction resistance of the particles that make up the positive electrode active material.

なお、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜は、電解液と接触可能な一次粒子の全表面において形成されている必要はない。WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜は、点在している状態でもよく、点在している状態においても、正極活物質を構成する一次粒子、もしくは、正極活物質を構成する二次粒子の外面および内部の空隙に露出している一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が形成されていれば、反応抵抗の低減効果が得られる。ただし、一次粒子の表面における、これらの存在割合が高いほど、より反応抵抗の低減効果が得られやすい。 The fine particles and/or coating of the compound containing W and Li do not need to be formed on the entire surface of the primary particles that can come into contact with the electrolyte. The fine particles and/or coating of the compound containing W and Li may be in a scattered state. Even in a scattered state, the effect of reducing reaction resistance can be obtained as long as the fine particles and/or coating of the compound containing W and Li are formed on the surfaces of the primary particles that constitute the positive electrode active material, or the primary particles that are exposed to the outer surfaces and internal voids of the secondary particles that constitute the positive electrode active material. However, the higher the proportion of these on the surface of the primary particles, the easier it is to obtain the effect of reducing reaction resistance.

一方、リチウムニッケル含有複合酸化物を構成する粒子間で、不均一に微粒子が形成されていると、粒子間でのリチウムイオンの移動が不均一となるため、特定の粒子に負荷がかかり、サイクル特性の悪化や反応抵抗の上昇を招きやすい。したがって、リチウムニッケル含有複合酸化を構成する粒子間においても、均一に微粒子が形成されていることが好ましい。 On the other hand, if fine particles are formed unevenly between the particles that make up the lithium nickel-containing composite oxide, the movement of lithium ions between the particles will be uneven, placing a load on certain particles and easily leading to deterioration of cycle characteristics and an increase in reaction resistance. Therefore, it is preferable that fine particles are formed uniformly even between the particles that make up the lithium nickel-containing composite oxide.

また、WおよびLiを含む化合物の微粒子と被膜とが混在して、一次粒子の表面に形成されている場合にも、電池特性に対する高い効果は得られる。この場合、電池特性改善のより高い効果を得るため、WおよびLiを含む化合物の微粒子は、1nm~200nmの範囲の粒子径を有することが好ましい。なお、微粒子のすべてが、1nm~200nmの範囲にある粒子径を有する必要はなく、好ましくは一次粒子の表面に形成された微粒子の全個数の50%以上が、1nm~200nmの範囲にある粒子径を有していれば、被膜との相互作用により、電池特性改善のより高い効果が得られる。 A high effect on battery characteristics can also be obtained when fine particles of a compound containing W and Li are mixed with a coating and formed on the surface of a primary particle. In this case, in order to obtain a higher effect in improving battery characteristics, it is preferable that the fine particles of the compound containing W and Li have a particle diameter in the range of 1 nm to 200 nm. It is not necessary for all of the fine particles to have a particle diameter in the range of 1 nm to 200 nm, and preferably, if 50% or more of the total number of fine particles formed on the surface of the primary particle have a particle diameter in the range of 1 nm to 200 nm, a higher effect in improving battery characteristics can be obtained through interaction with the coating.

このような形態を採ることにより、電解液との接触面積を十分なものとして、リチウムイオン伝導を効果的に向上できるため、充放電容量を向上させるとともに、反応抵抗をより効果的に低減させることができる。 By adopting this type of configuration, the contact area with the electrolyte can be made sufficient, effectively improving lithium ion conduction, thereby improving charge/discharge capacity and more effectively reducing reaction resistance.

このような一次粒子の表面の性状は、たとえば、電界放射型走査電子顕微鏡の断面観察、走査透過型電子顕微鏡(STEM)のEDX分析による断面元素マッピング、透過型電離顕微鏡による断面観察などで判断できる。これらの手段により、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質については、リチウムニッケル含有複合酸化物を構成する一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が形成されていることを確認することが可能である。 The surface properties of such primary particles can be determined, for example, by cross-sectional observation with a field emission scanning electron microscope, cross-sectional element mapping by EDX analysis with a scanning transmission electron microscope (STEM), cross-sectional observation with a transmission ionization microscope, etc. By these means, it is possible to confirm that fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are formed on the surfaces of the primary particles constituting the lithium nickel-containing composite oxide of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention.

本発明における、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を構成するWおよびLiを含む化合物は、タングステン酸リチウムであることが好ましい。タングステン酸リチウムは、LiWO、LiWO、LiWO、Li13、Li、Li、Li、Li16、Li1955、Li1030、Li1815、および、これらの水和物から選択される少なくとも1種の形態であることが好ましい。このようなタングステン酸リチウムが形成されることで、リチウムイオン伝導性がさらに高まり、反応抵抗の低減効果がより大きなものとなる。 In the present invention, the compound containing W and Li constituting the fine particles and / or coating of the compound containing W and Li is preferably lithium tungstate.The lithium tungstate is preferably in the form of at least one selected from Li2WO4, Li4WO5 , Li6WO6 , Li2W4O13 , Li2W2O7 , Li6W2O9 , Li2W2O7 , Li2W5O16, Li9W19O55 , Li3W10O30 , Li18W5O15 , and hydrates thereof.By forming such lithium tungstate , the lithium ion conductivity is further increased , and the effect of reducing the reaction resistance is greater.

WおよびLiを含む化合物に含まれるWの原子数は、正極活物質を構成する粒子に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.1原子%~3.0原子%となる範囲にあることが好ましく、0.1原子%~1.0原子%となる範囲にあることがより好ましく、0.1原子%~0.6原子%となる範囲にあることがさらに好ましい。これにより、高い充放電容量と出力特性を両立することができる。 The number of W atoms contained in the compound containing W and Li is preferably in the range of 0.1 atomic % to 3.0 atomic %, more preferably in the range of 0.1 atomic % to 1.0 atomic %, and even more preferably in the range of 0.1 atomic % to 0.6 atomic %, relative to the total number of Ni, Co, and M atoms contained in the particles that make up the positive electrode active material. This makes it possible to achieve both high charge/discharge capacity and output characteristics.

W量が0.1原子%未満では、出力特性の改善効果が十分に得られない場合がある。W量が3.0原子%を超えると、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜による一次粒子の表面の被覆が厚くなりすぎて、比表面積が低下し、電極のバルク抵抗が上がるため、十分な反応抵抗低減効果が得られないことがある。 If the W content is less than 0.1 atomic %, the effect of improving the output characteristics may not be sufficient. If the W content exceeds 3.0 atomic %, the surface of the primary particles is covered too thickly with fine particles and/or coatings of compounds containing W and Li, reducing the specific surface area and increasing the bulk resistance of the electrode, so that a sufficient effect of reducing reaction resistance may not be obtained.

また、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜に含まれるLi量は、特に限定されることはなく、Liが含まれていればリチウムイオン伝導度の向上効果が得られる。ただし、このLi量は、タングステン酸リチウムを形成させるのに十分な量であることが好ましい。 The amount of Li contained in the fine particles and/or coating of the compound containing W and Li is not particularly limited, and as long as Li is contained, the effect of improving lithium ion conductivity can be obtained. However, it is preferable that this amount of Li is sufficient to form lithium tungstate.

W量を0.1原子%~3.0原子%の範囲とした場合、正極活物質は、
一般式:LiNi1―x―yCo2+α・・・(2)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Zr、MoおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素である。0.95≦a≦1.10、0<x≦0.15、0<y≦0.07、x+y≦0.16、0.001≦z≦0.03、0≦α≦0.2である。)
からなる組成を有するリチウムニッケル含有複合酸化物により構成されていることが好ましい。なお、Wは、添加元素Mとしてリチウムニッケル含有複合酸化物の内部に含有されることができるが、この場合、前記W量(組成式におけるz)には、添加元素Mとして含まれるWの量は含まれない。
When the amount of W is in the range of 0.1 atomic % to 3.0 atomic %, the positive electrode active material is
General formula: Li a Ni 1-x-y Co x M y W z O 2+α ...(2)
(In the formula, M is at least one element selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, Mo, and W; 0.95≦a≦1.10, 0<x≦0.15, 0<y≦0.07, x+y≦0.16, 0.001≦z≦0.03, and 0≦α≦0.2.)
It is preferable that the lithium nickel-containing composite oxide has a composition consisting of the following: Note that W can be contained inside the lithium nickel-containing composite oxide as an additive element M, but in this case, the amount of W (z in the composition formula) does not include the amount of W contained as the additive element M.

Li含有量を示すaは、0.95≦a≦1.10である。aが1.10を超えると、リチウムニッケル含有複合酸化物中のLi含有量が多くなり過ぎて、層状化合物におけるメタル層にLiが混入することがある。一方、aが0.95以下になると、リチウム層にNiなどの金属元素が混入することがある。このため、電池容量および出力特性を向上させるためには、0.95<a≦1.08であることがより好ましい。Wの含有量を示すzは、0.001≦z≦0.01であることが好ましい。 The value of a, which indicates the Li content, is 0.95≦a≦1.10. If a exceeds 1.10, the Li content in the lithium nickel-containing composite oxide becomes too high, and Li may be mixed into the metal layer in the layered compound. On the other hand, if a is 0.95 or less, metal elements such as Ni may be mixed into the lithium layer. For this reason, in order to improve the battery capacity and output characteristics, it is more preferable that 0.95<a≦1.08. The value of z, which indicates the W content, is preferably 0.001≦z≦0.01.

4.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用正極活物質を用いて得られるリチウムイオン二次電池は、一般のリチウムイオン電池と同様に、正極、負極、セパレータ、および非水電解質などから構成される。たとえば、図1に示す2032型コイン電池1(以下、「コイン型電池」という)は、ケース2と、このケース2内に収容された電極3とから構成されている。
A lithium ion secondary battery obtained by using the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte, etc., like a general lithium ion battery. For example, a 2032 type coin battery 1 (hereinafter referred to as a "coin battery") shown in FIG. 1 is composed of a case 2 and an electrode 3 housed in this case 2.

ケース2は、中空かつ一端が開口された正極缶2aと、この正極缶2aの開口部に配置される負極缶2bとを有しており、負極缶2bを正極缶2aの開口部に配置すると、負極缶2bと正極缶2aとの間に電極3を収容する空間が形成されるように構成されている。 The case 2 has a hollow positive electrode can 2a with one open end, and a negative electrode can 2b that is placed in the opening of the positive electrode can 2a. When the negative electrode can 2b is placed in the opening of the positive electrode can 2a, a space is formed between the negative electrode can 2b and the positive electrode can 2a to accommodate the electrode 3.

電極3は、正極3a、セパレータ3cおよび負極3bとからなり、この順で並ぶように積層されている。正極3aは、正極缶2aの内面に接触し、負極3bは、負極缶2bの内面に接触するように、それぞれケース2に収容されている。 The electrode 3 is composed of a positive electrode 3a, a separator 3c, and a negative electrode 3b, which are stacked in this order. The positive electrode 3a is in contact with the inner surface of the positive electrode can 2a, and the negative electrode 3b is in contact with the inner surface of the negative electrode can 2b, and each is housed in the case 2.

なお、ケース2は、ガスケット2cを備えており、このガスケット2cによって、正極缶2aと負極缶2bとの間が非接触の状態を維持するように、これらの相対的な移動が阻止される。また、ガスケット2cは、正極缶2aと負極缶2bとの隙間を密封してケース2内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。 The case 2 is equipped with a gasket 2c, which prevents the positive electrode can 2a and the negative electrode can 2b from moving relative to each other so that they are kept out of contact. The gasket 2c also seals the gap between the positive electrode can 2a and the negative electrode can 2b, providing an airtight and liquid-tight barrier between the inside of the case 2 and the outside.

なお、以下で説明する形態は例示に過ぎず、本発明のリチウムイオン二次電池は、本明細書に記載されている実施形態を基に、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、その用途を特に限定されることはない。 Note that the embodiments described below are merely examples, and the lithium ion secondary battery of the present invention can be implemented in various forms with modifications and improvements based on the embodiments described in this specification and the knowledge of those skilled in the art. Furthermore, the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited in its use.

[正極]
本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物を、正極を構成する正極活物質として用い、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ことができる。
[Positive electrode]
The lithium nickel-containing composite oxide of the present invention can be used as a positive electrode active material constituting a positive electrode, and a positive electrode of a lithium ion secondary battery can be produced, for example, as follows.

まず、粉末状の正極活物質、導電剤、結着剤を混合し、さらにスラリー溶媒、必要に応じて、活性炭、粘度調整用添加剤などを添加し、これらを混練して、正極合剤ペーストを作製する。 First, the powdered positive electrode active material, conductive agent, and binder are mixed, and then a slurry solvent and, if necessary, activated carbon and viscosity adjusting additives are added, and the mixture is kneaded to produce a positive electrode mixture paste.

正極合剤ペースト中のそれぞれの部材の混合比も、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。溶剤を除いた正極合剤の固形分の全質量を100質量部とした場合、一般のリチウムイオン二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を60質量部~95質量部とし、導電剤の含有量を1質量部~20質量部とし、結着剤の含有量を1質量部~20質量部とすることが好ましい。 The mixing ratio of each component in the positive electrode mixture paste is also an important factor in determining the performance of a lithium-ion secondary battery. If the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, it is preferable that the content of the positive electrode active material is 60 parts by mass to 95 parts by mass, the content of the conductive agent is 1 part by mass to 20 parts by mass, and the content of the binder is 1 part by mass to 20 parts by mass, similar to the positive electrodes of general lithium-ion secondary batteries.

得られた正極合剤ペーストを、たとえば、集電体の表面に塗布し、乾燥して、スラリー溶媒を飛散させる。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できる。このようにして、シート状の正極が作製される。 The obtained positive electrode mixture paste is applied, for example, to the surface of a current collector and dried to evaporate the slurry solvent. If necessary, pressure can be applied using a roll press or the like to increase the electrode density. In this way, a sheet-shaped positive electrode is produced.

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が施され、電池の作製に供される。ただし、正極の作製方法は、例示のものに限られることなく、他の手段も採りうる。 The sheet-like positive electrode is cut to an appropriate size depending on the desired battery, and used to make the battery. However, the method of making the positive electrode is not limited to the example, and other methods can also be used.

導電剤としては、電池内で化学的に安定な電子伝導性材料であればよく、とくに限定されない。たとえば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などの黒鉛類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類、アルミニウムなどの金属粉末類、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料、フッ化カーボンなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 The conductive agent is not particularly limited as long as it is an electronically conductive material that is chemically stable in the battery. For example, graphites such as natural graphite (e.g., flake graphite) and artificial graphite, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black, conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber, metal powders such as aluminum, conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate, conductive metal oxides such as titanium oxide, organic conductive materials such as polyphenylene derivatives, and carbon fluoride can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

なお、正極合剤に導電剤を添加する量は、特に限定されないが、正極合剤に含まれる正極活物質に対して、0.5質量%~50質量%の範囲であることが好ましく、0.5質量%~30質量%の範囲であることがより好ましく、0.5質量%~15質量%の範囲であることがさらに好ましい。 The amount of conductive agent added to the positive electrode mixture is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.5% to 50% by mass, more preferably in the range of 0.5% to 30% by mass, and even more preferably in the range of 0.5% to 15% by mass, relative to the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture.

結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たす。結着剤としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン-クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン-ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン-アクリル酸共重合体、エチレン-メタクリル酸共重合体、エチレン-アクリル酸メチル共重合体、エチレン-メタクリル酸メチル共重合体などが挙げられる。 The binder serves to hold the active material particles together. Examples of binders include polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene-methyl methacrylate copolymer, and the like.

上記樹脂は、単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらは、Naイオンなどによる架橋体であってもよい。 The above resins may be used alone or in combination of two or more kinds. These may be crosslinked with Na + ions or the like.

ペースト溶媒としては、具体的には、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。また、正極合剤には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することもできる。 Specific examples of the paste solvent include organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone. Activated carbon can also be added to the positive electrode mixture to increase the electric double layer capacity.

集電体としては、電池内で化学的に安定な電子伝導体であればよく、特に限定されない。たとえば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂などからなる箔またはシートを用いることができ、この中でアルミニウム箔、アルミニウム合金箔などがより好ましい。箔またはシートの表面には、カーボンまたチタンの層を付与したり、酸化物層を形成したりすることもできる。また、箔またはシートの表面に凹凸を付与することもでき、ネット、パンチングシート、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群成形体などを用いることもできる。集電体の厚さも、特に限定されないが、1μm~500μmの範囲にあることが好ましい。 The current collector is not particularly limited as long as it is an electronic conductor that is chemically stable inside the battery. For example, a foil or sheet made of aluminum, stainless steel, nickel, titanium, carbon, conductive resin, etc. can be used, and among these, aluminum foil, aluminum alloy foil, etc. are more preferable. A carbon or titanium layer can be applied to the surface of the foil or sheet, or an oxide layer can be formed. In addition, the surface of the foil or sheet can be made uneven, and a net, punched sheet, lath body, porous body, foam body, fiber group molded body, etc. can be used. The thickness of the current collector is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 μm to 500 μm.

(2)負極
負極には、金属リチウムやリチウム合金などを用いることが可能である。たとえば、負極としては、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合剤を、銅などの金属箔集電体の表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて、電極密度を高めるべく圧縮して形成したシート状電極が使用される。
(2) Negative electrode For the negative electrode, metallic lithium, lithium alloys, etc. can be used. For example, the negative electrode is a sheet-shaped electrode that is formed by mixing a binder with a negative electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions, adding an appropriate solvent to make a paste-like negative electrode mixture, applying the mixture to the surface of a metal foil collector such as copper, drying it, and compressing it to increase the electrode density as necessary.

負極活物質としては、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂などの有機化合物焼成体、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、正極と同様に、PVDFなどの含フッ素樹脂などを用いることができ、これらの活物質および結着剤を分散させる溶剤としては、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, natural graphite, artificial graphite, baked organic compounds such as phenolic resin, and powdered carbon materials such as coke can be used. In this case, as with the positive electrode, fluorine-containing resins such as PVDF can be used as the negative electrode binder, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent for dispersing these active materials and binders.

(3)セパレータ
正極と負極との間には、セパレータが挟み込んで配置される。セパレータは、正極と負極とを電気的に分離しつつ、電解質を保持し、正極と負極間のリチウムイオンの移動経路となる。一般的なセパレータとしてはポリエチレン、ポリプロピレンなどの薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。また、固体電解質を用いることも可能である。
(3) Separator A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. The separator electrically separates the positive electrode and the negative electrode, holds the electrolyte, and serves as a path for lithium ions to move between the positive electrode and the negative electrode. A typical separator is a thin membrane made of polyethylene, polypropylene, or the like, and has many minute pores. A solid electrolyte can also be used.

セパレータを微多孔性薄膜により構成することもできる。この場合、セパレータに形成されている孔の孔径は特に限定されないが、たとえば、0.01μm~1μmの範囲にあることが好ましい。セパレータの空孔率も特に限定されないが、一般的には30%~80%程度である。また、セパレータの厚さも特に限定されないが、一般的には10μm~300μm程度である。 The separator can also be made of a microporous thin film. In this case, the pore size of the pores formed in the separator is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01 μm to 1 μm, for example. The porosity of the separator is also not particularly limited, but is generally about 30% to 80%. The thickness of the separator is also not particularly limited, but is generally about 10 μm to 300 μm.

さらに、セパレータは、正極および負極と別体のものを使用してもよいが、非水系電解液およびこれを保持するポリマー材料からなるポリマー電解質を正極または負極と一体化させてセパレータとして使用することもできる。このポリマー材料としては、非水系電解液を保持することができるものであればよく、特に限定されないが、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体であることが好ましい。 The separator may be separate from the positive and negative electrodes, but a polymer electrolyte consisting of a non-aqueous electrolyte and a polymer material that holds it can also be integrated with the positive or negative electrode and used as a separator. This polymer material can be anything that can hold a non-aqueous electrolyte, and is not particularly limited, but is preferably a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene.

(4)非水電解質
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のほか、不燃性でイオン電導性を有する固体電解質などが用いられる。
リチウムイオン二次電池の非水電解質として広く用いられている非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。使用す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、ビニレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート;
ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート;
ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル類、
γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトンなどのラクトン類;
1,2-ジメトキシエタン(DME)、1,2-ジエトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)などの鎖状エーテル類;
テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタンなどのエーテル化合物;
エチルメチルスルホン、ブタンスルトンなどの硫黄化合物;
リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのリン化合物;並びに、
ジメチルスルホキシド、1,3-ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、3-メチル-2-オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、1,3-プロパンサルトン、アニソール、ジメチルスルホキシド、N-メチル-2-ピロリドンなど;
を挙げることができる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
(4) Nonaqueous Electrolyte As the nonaqueous electrolyte, in addition to a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving a lithium salt, which is a supporting salt, in an organic solvent, a nonflammable solid electrolyte having ion conductivity, or the like, can be used.
A non-aqueous electrolyte solution that is widely used as a non-aqueous electrolyte for lithium ion secondary batteries is prepared by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent. The organic solvent used is, for example,
Cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate;
Chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate;
Aliphatic carboxylates such as methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, and ethyl propionate;
Lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone;
Chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,2-diethoxyethane (DEE), and ethoxymethoxyethane (EME);
Ether compounds such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and dimethoxyethane;
Sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and butane sultone;
Phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate; and
Dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, acetamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, propylnitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethyl ether, 1,3-propane sultone, anisole, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, and the like;
These may be used alone or in combination of two or more.

支持塩としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiN(CFSO、LiAlCl、LiSbF、LiSCN、LiCl、LiCFSO、LiCFCO、Li(CFSO、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム、リチウムイミド塩などを挙げることができる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、少なくともLiPFを用いることが好ましい。 Examples of the supporting salt include LiPF6 , LiBF4 , LiClO4, LiAsF6 , LiN ( CF3SO2 ) 2 , LiAlCl4 , LiSbF6 , LiSCN, LiCl, LiCF3SO3 , LiCF3CO2 , Li( CF3SO2 ) 2 , LiB10Cl10 , lower aliphatic lithium carboxylate, LiCl, LiBr, LiI, lithium chloroborane , lithium tetraphenylborate, and lithium imide salt. These may be used alone or in combination of two or more. It is preferable to use at least LiPF6 .

非水溶媒中のリチウム塩濃度は特に限定されないが、0.2mol/L~2mol/Lの範囲にあることが好ましく、0.5mol/L~1.5mol/Lの範囲にあることがより好ましい。 The lithium salt concentration in the non-aqueous solvent is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.2 mol/L to 2 mol/L, and more preferably in the range of 0.5 mol/L to 1.5 mol/L.

さらに、非水系電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤、および難燃剤などを含んでいてもよい。 Furthermore, the non-aqueous electrolyte may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, etc.

一方、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。 On the other hand, as the solid electrolyte, Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 2 S—SiS 2 , or the like can be used.

[リチウムイオン二次電池の形状および構成]
以上、説明した正極、負極、セパレータ、および非水系電解質で構成される、本発明のリチウムイオン二次電池の形状は、円筒型、積層型など種々の形状を有することができる。
[Shape and configuration of lithium-ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery of the present invention, which is composed of the positive electrode, negative electrode, separator, and non-aqueous electrolyte described above, can have various shapes such as a cylindrical type or a laminated type.

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

[リチウムイオン二次電池の特性]
本発明のWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池は、高容量で高出力となる。
[Characteristics of lithium-ion secondary batteries]
A lithium ion secondary battery using the W- and Li-containing compound-coated lithium nickel-containing composite oxide of the present invention, in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are present on the surfaces of the primary particles, as a positive electrode active material has high capacity and high output.

特に、より好ましい形態で得られた本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池は、たとえば、図1に示すコイン型電池の正極に用いた場合、初期放電容量が200mAh/g以上、好ましくは205mAh/g以上と高く、また、初期充放電効率が88%以上と高く、高容量で高出力である。 In particular, a lithium ion secondary battery using the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention obtained in a more preferred form has a high initial discharge capacity of 200 mAh/g or more, preferably 205 mAh/g or more, and a high initial charge/discharge efficiency of 88% or more, resulting in high capacity and high output, when used, for example, in the positive electrode of a coin-type battery as shown in FIG. 1.

以下、本発明の実施例を用いて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、本実施例では、前駆体であるニッケル化合物、コバルト化合物、添加元素Mの化合物、リチウム化合物、並びに、リチウムニッケル含有複合酸化物およびリチウムイオン二次電池の製造のそれぞれに用いられる材料には、和光純薬工業株式会社製の試薬特級の試料を使用した。 The present invention will be specifically explained below using examples, but the present invention is not limited to these examples. In the examples, special-grade reagent samples manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. were used for the precursor nickel compound, cobalt compound, compound of added element M, lithium compound, and materials used in the manufacture of the lithium-nickel-containing composite oxide and lithium-ion secondary battery.

(実施例1)
[リチウムニッケル含有複合酸化物の製造および評価]
反応槽内の温度を49.5℃に設定し、20質量%水酸化ナトリウム溶液により反応槽内の反応溶液を液温25℃基準でpH13.0に保持しながら、反応溶液に硫酸ニッケルと硫酸コバルトの混合水溶液、アルミン酸ナトリウム水溶液、25質量%アンモニア水を添加し、オーバーフローにより回収した。さらに液温25℃基準のpHが12.5の45g/L水酸化ナトリウム水溶液で洗浄した後、水洗し、乾燥させてニッケル複合水酸化物を得た(中和晶析法)。
Example 1
[Production and evaluation of lithium nickel-containing composite oxide]
The temperature in the reaction tank was set to 49.5° C., and while the reaction solution in the reaction tank was maintained at pH 13.0 at a liquid temperature of 25° C. using a 20% by mass sodium hydroxide solution, a mixed aqueous solution of nickel sulfate and cobalt sulfate, an aqueous sodium aluminate solution, and 25% by mass aqueous ammonia were added to the reaction solution and recovered by overflow. The solution was further washed with a 45 g/L aqueous sodium hydroxide solution having a pH of 12.5 at a liquid temperature of 25° C., then washed with water and dried to obtain a nickel composite hydroxide (neutralization crystallization method).

このニッケル複合水酸化物は、1μm以下の一次粒子が複数集合して球状となった二次粒子からなり、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ICP発光分析法による分析で、Ni:Co:Alのモル比が90.5:4.8:4.7のニッケル複合水酸化物であることを確認した。 This nickel composite hydroxide is composed of secondary particles formed by the aggregation of multiple primary particles of 1 μm or less into a spherical shape, and analysis by ICP emission spectrometry using an ICP emission spectrometer (Shimadzu Corporation, ICPE-9000) confirmed that it is a nickel composite hydroxide with a Ni:Co:Al molar ratio of 90.5:4.8:4.7.

レーザ光回折散乱式粒度分析計(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)を用いて測定した、このニッケル複合水酸化物の体積基準の平均粒径MVは12μmであった。 The volume-based average particle size MV of this nickel composite hydroxide was measured using a laser light diffraction scattering particle size analyzer (Microtrack HRA, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) and was found to be 12 μm.

また、ICP発光分析法により硫黄を定量分析し、硫黄はすべて酸化して硫酸根(SO)になるものとして係数を乗じることによって求めたところ、硫酸根含有量は0.28質量%であった。 In addition, sulfur was quantitatively analyzed by ICP atomic emission spectrometry, and the sulfate ion content was calculated by multiplying the content by a coefficient assuming that all sulfur is oxidized to sulfate ion (SO 4 ), and was found to be 0.28 mass %.

次に、このニッケル複合水酸化物を、大気雰囲気下で、600℃の温度で酸化焙焼してニッケル複合酸化物とした後、モル比でNi:Co:Al:Li=90.5:4.8:4.7:1.02となるように、ニッケル複合酸化物と水酸化リチウム一水和物を秤量し、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)を用いて混合して、リチウム混合物を得た。 Next, this nickel composite hydroxide was oxidized and roasted at 600°C in an air atmosphere to obtain a nickel composite oxide, after which the nickel composite oxide and lithium hydroxide monohydrate were weighed out so that the molar ratio was Ni:Co:Al:Li = 90.5:4.8:4.7:1.02, and mixed using a shaker mixer (TURBULA Type T2C manufactured by WAB) to obtain a lithium mixture.

得られたリチウム混合物は、電気炉を用いて酸素雰囲気下において、500℃の温度で3時間仮焼した後、600℃~650℃の温度領域における通過時間が20分となるように、2.5℃/分の昇温速度で、500℃から745℃まで昇温し、さらに745℃で3時間保持し、昇温開始から保持終了までを20時間として焼成した。その後、室温まで炉内で冷却し、解砕処理を行い、焼成粉末(以下、「母材」という)を得た。なお、焼成工程においては、リチウム混合物に熱電対を挿入して混合物自体の物温を実測した。 The obtained lithium mixture was calcined in an oxygen atmosphere in an electric furnace at 500°C for 3 hours, then heated from 500°C to 745°C at a heating rate of 2.5°C/min so that the time it took to pass through the temperature range of 600°C to 650°C was 20 minutes, and then held at 745°C for 3 hours, for a total time of 20 hours from the start of heating to the end of holding. It was then cooled to room temperature in the furnace and crushed to obtain a sintered powder (hereinafter referred to as the "base material"). During the sintering process, a thermocouple was inserted into the lithium mixture to measure the temperature of the mixture itself.

得られた母材をICP法による分析を行ったところ、Ni:Co:Al:Liのモル比が90.5:4.8:4.7:1.02であることを確認した。また、母材を1.25g分取して、25℃に保持された純水1L中に投入し、マグネチックスターラと攪拌子を用いて攪拌し、3分間攪拌した後、真空ろ過した。得られたろ液について、導電率測定器(堀場製作所製、ES-71)を用いて、その電導度を測定した。その結果、この母材のろ液の電導度は、45mS/cmであった。 The obtained base material was analyzed by ICP method, and it was confirmed that the molar ratio of Ni:Co:Al:Li was 90.5:4.8:4.7:1.02. In addition, 1.25 g of the base material was taken and placed in 1 L of pure water maintained at 25°C, and stirred with a magnetic stirrer and a stirrer for 3 minutes, and then vacuum filtered. The conductivity of the obtained filtrate was measured using a conductivity meter (ES-71, manufactured by Horiba, Ltd.). As a result, the conductivity of the filtrate of this base material was 45 mS/cm.

次に、得られた母材に20℃の純水を加えて、水1Lに対して母材が750g含まれるスラリーとし、このスラリーを20分間攪拌後、フィルタプレスに通液し、脱水を行い、母材ケーキを作製した。 Next, 20°C pure water was added to the obtained base material to make a slurry containing 750 g of base material per 1 L of water. After stirring this slurry for 20 minutes, it was passed through a filter press and dehydrated to produce a base material cake.

この母材へのWの添加は、フィルタプレス中の脱水後の母材ケーキにタングステン化合物を含有したアルカリ溶液(W)を通液し、再度、脱水し、母材の一次粒子の表面にWを分散させる方法で行った。 W was added to this base material by passing an alkaline solution (W) containing a tungsten compound through the base material cake after dehydration in a filter press, dehydrating it again, and dispersing W on the surface of the primary particles of the base material.

ここで、タングステン化合物の添加量は、通液するアルカリ溶液(W)のタングステン濃度と脱水後の母材ケーキの水分率で決定される。すなわち、脱水後の水分中に含まれるタングステン量が添加量となる。 Here, the amount of tungsten compound to be added is determined by the tungsten concentration in the alkaline solution (W) being passed through and the moisture content of the base cake after dehydration. In other words, the amount of tungsten contained in the moisture after dehydration is the amount to be added.

本実施例では、純水1Lに50.6gの水酸化リチウム(LiOH・HO)を溶解した水溶液に131.8gの酸化タングステン(WO)を添加したタングステン濃度0.58mol/Lのアルカリ溶液(W)を用いた。脱水後の母材ケーキ水分率は6.1%であった。 In this embodiment, an alkaline solution (W) with a tungsten concentration of 0.58 mol/L was used, which was prepared by adding 131.8 g of tungsten oxide (WO 3 ) to an aqueous solution in which 50.6 g of lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) was dissolved in 1 L of pure water. The moisture content of the base cake after dehydration was 6.1%.

得られたアルカリ溶液(W)が浸潤したリチウムニッケル含有複合酸化物に、190℃に加温した真空乾燥機を用いて10時間、静置乾燥する処理を行った。 The lithium-nickel-containing composite oxide soaked in the obtained alkaline solution (W) was left to dry for 10 hours in a vacuum dryer heated to 190°C.

最後に目開き38μmの篩にかけ解砕することにより、一次粒子表面にWおよびLiを含む化合物の微粒子および被膜を有する正極活物質を得た。 Finally, the mixture was sieved through a 38 μm mesh sieve and crushed to obtain a positive electrode active material having fine particles and a coating of a compound containing W and Li on the primary particle surface.

得られた正極活物質の組成をICP発光分析法により分析したところ、Ni:Co:Al:Liのモル比は90.5:4.8:4.7:0.98、W含有量はNi、CoおよびAlの原子数の合計に対して0.35原子%の組成であることを確認した。また、一次粒子の表面にあるWおよびLiを含む化合物の微粒子および被膜は、タングステン酸リチウム(LiWO)からなることを確認した。 The composition of the obtained positive electrode active material was analyzed by ICP emission spectrometry, and it was confirmed that the molar ratio of Ni:Co:Al:Li was 90.5:4.8:4.7:0.98, and the W content was 0.35 atomic % relative to the total number of atoms of Ni, Co, and Al. It was also confirmed that the fine particles and coating of the compound containing W and Li on the surface of the primary particles were composed of lithium tungstate (Li 2 WO 4 ).

また、得られた正極活物質のBET法による比表面積は、0.93m/gであった。 The specific surface area of the resulting positive electrode active material, as measured by the BET method, was 0.93 m 2 /g.

この正極活物質を、樹脂に埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工を行ったものについて、倍率を5000倍としたSEMによる断面観察を行ったところ、一次粒子および一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなることを確認した。この観察から求めた、二次粒子の空隙率は2.1%であった。また、この正極活物質を、走査透過型電子顕微鏡(STEM:株式会社日立ハイテクノロジース製、走査電子顕微鏡S-4700)による断面観察が可能な状態とした後、一次粒子の表面付近をSTEMにより観察したところ、一次粒子表面に粒子径が10nm~200nmの範囲にある微粒子、および厚さが2nm~115nmの範囲にある被膜が形成されていることが確認された。さらに、X線回折(XRD)装置(パナリティカル社製、X‘Pert PRO)を用いた粉末XRD分析の結果から、これらの微粒子および被膜がタングステン酸リチウムからなることが確認された。 This positive electrode active material was embedded in resin and processed with a cross-section polisher, and cross-section observation was performed with a SEM at a magnification of 5000 times, confirming that it was made up of primary particles and secondary particles formed by agglomeration of the primary particles. The porosity of the secondary particles determined from this observation was 2.1%. In addition, this positive electrode active material was made in a state where cross-section observation was possible with a scanning transmission electron microscope (STEM: S-4700, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), and the vicinity of the surface of the primary particles was observed with the STEM, confirming that fine particles with particle diameters in the range of 10 nm to 200 nm and a coating with a thickness in the range of 2 nm to 115 nm were formed on the surface of the primary particles. Furthermore, the results of powder XRD analysis using an X-ray diffraction (XRD) device (X'Pert PRO, manufactured by PANalytical) confirmed that these fine particles and coating were made of lithium tungstate.

[リチウムイオン電池の製造および評価]
図1に示すコイン型電池1は、以下のようにして製作した。まず、リチウムイオン二次電池用正極活物質90質量部、アセチレンブラック5質量部、および、ポリ沸化ビニリデン5質量部を混合し、n-メチルピロリドンを加えてペースト化した。この作製したペーストを、厚み20μmのアルミニウム箔に塗布した。なお、ペーストは、乾燥後の正極活物質の質量が0.05g/cmとなるように塗布した。その後、ペーストが塗布されたアルミニウム箔について120℃で12時間の真空乾燥を行い、その後、直径1cmの円板状に打ち抜いて正極3aとした。
[Production and evaluation of lithium-ion batteries]
The coin-type battery 1 shown in FIG. 1 was produced as follows. First, 90 parts by mass of a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, 5 parts by mass of acetylene black, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride were mixed, and n-methylpyrrolidone was added to form a paste. This paste was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm. The paste was applied so that the mass of the positive electrode active material after drying was 0.05 g/cm 2. The aluminum foil to which the paste was applied was then vacuum-dried at 120° C. for 12 hours, and then punched into a disk shape with a diameter of 1 cm to form a positive electrode 3a.

この正極3aと、負極3b、セパレータ3cおよび非水電解液とを用いて、図1に示すコイン型電池1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。 The coin-type battery 1 shown in FIG. 1 was fabricated using this positive electrode 3a, negative electrode 3b, separator 3c, and nonaqueous electrolyte in a glove box with an Ar atmosphere whose dew point was controlled at -80°C.

なお、負極3bには、直径15mmの円盤状に打ち抜かれたリチウム金属を用いた。 The negative electrode 3b was made of lithium metal punched into a disk shape with a diameter of 15 mm.

セパレータ3cには、膜厚20μmのポリエチレン多孔膜を用いた。 A polyethylene porous film with a thickness of 20 μm was used for the separator 3c.

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(宇部興産株式会社製)を用いた。 The electrolyte used was a mixture of equal amounts of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (manufactured by Ube Industries, Ltd.) with 1M LiClO4 as the supporting electrolyte.

製造したコイン型電池1の性能を示す初期放電容量、初期充放電効率、正極抵抗は、以下のように評価した。 The initial discharge capacity, initial charge/discharge efficiency, and positive electrode resistance, which indicate the performance of the manufactured coin-type battery 1, were evaluated as follows.

初期充電容量および初期放電容量は、コイン型電池1を製作してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cmとしてカットオフ電圧4.3Vまで充電したときの容量を初期充電容量とし、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。[(初期放電容量)/(初期充電容量)]×100を、初期充放電効率として計算した。 The initial charge capacity and initial discharge capacity were determined by leaving the coin battery 1 for about 24 hours after production, and after the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) was stabilized, charging the battery to a cutoff voltage of 4.3 V with a current density of 0.1 mA/ cm2 to the positive electrode, and then discharging the battery to a cutoff voltage of 3.0 V after a 1-hour pause. [(Initial discharge capacity)/(Initial charge capacity)]×100 was calculated as the initial charge/discharge efficiency.

正極抵抗は、コイン型電池1を充電電位4.1Vで充電して、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット(ソーラトロン製、1255B)を使用して交流インピーダンス法により測定すると、図2に示すようなナイキストプロットが得られる。 The positive electrode resistance is measured by the AC impedance method using a frequency response analyzer and a potentiogalvanostat (Solartron, 1255B) while charging the coin cell 1 at a charging potential of 4.1 V, and the Nyquist plot shown in Figure 2 is obtained.

このナイキストプロットは、溶液抵抗、負極抵抗とその容量、および、正極抵抗とその容量を示す特性曲線の和として表れているため、このナイキストプロットに基づき等価回路を用いてフィッティング計算を行い、正極抵抗の値を算出した。 This Nyquist plot is expressed as the sum of characteristic curves showing the solution resistance, negative electrode resistance and its capacity, and positive electrode resistance and its capacity, so a fitting calculation was performed using an equivalent circuit based on this Nyquist plot to calculate the value of the positive electrode resistance.

得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は205mAh/g、初期充放電効率は89.0%、正極抵抗は4.8Ωであった。 The coin-type battery 1 using a positive electrode made from the obtained positive electrode active material for lithium-ion secondary batteries had an initial discharge capacity of 205 mAh/g, an initial charge/discharge efficiency of 89.0%, and a positive electrode resistance of 4.8 Ω.

リチウムニッケル含有複合酸化物の焼成条件、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の特性、および、リチウムイオン二次電池の電池特性について、表1に示す。なお、以下の実施例2、および比較例1および2についての結果も、同様に表1に示す。 The calcination conditions for the lithium nickel-containing composite oxide, the properties of the obtained lithium nickel-containing composite oxide, and the battery properties of the lithium ion secondary battery are shown in Table 1. The results for Example 2 and Comparative Examples 1 and 2 below are also shown in Table 1.

(実施例2)
600℃~650℃の温度領域における通過時間が35分となるように、1.43℃/分の昇温速度で、500℃から745℃まで昇温したこと以外は、実施例1と同様にして、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を製造し、それぞれの評価を行った。なお、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の組成は、一般式:Li1.02Ni0.905Co0.048Al0.047であった。母材のろ液の電導度は60mS/cmであった。また、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、一般式:Li0.99Ni0.905Co0.048Al0.0470.0035であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は208mAh/g、初期充放電効率は90.0%、正極抵抗は4.6Ωであった。
Example 2
A lithium nickel-containing composite oxide, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery were manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the temperature was raised from 500 ° C to 745 ° C at a temperature rise rate of 1.43 ° C / min so that the passage time in the temperature range of 600 ° C to 650 ° C was 35 minutes. The composition of the obtained lithium nickel-containing composite oxide was the general formula: Li 1.02 Ni 0.905 Co 0.048 Al 0.047 O 2. The conductivity of the filtrate of the base material was 60 mS / cm. The composition of the obtained positive electrode active material for a lithium ion secondary battery was the general formula: Li 0.99 Ni 0.905 Co 0.048 Al 0.047 W 0.0035 O 2 . The coin-type battery 1 using a positive electrode produced using the obtained positive electrode active material for lithium ion secondary batteries had an initial discharge capacity of 208 mAh/g, an initial charge/discharge efficiency of 90.0%, and a positive electrode resistance of 4.6 Ω.

(比較例1)
600℃~650℃の温度領域における通過時間が55分となるように、0.91℃/分の昇温速度で、500℃から745℃まで昇温したこと以外は、実施例1と同様にして、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を製造し、それぞれの評価を行った。なお、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の組成は、一般式:Li1.02Ni0.905Co0.048Al0.047であった。母材のろ液の電導度は40mS/cmであった。また、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、一般式:Li0.99Ni0.905Co0.048Al0.0470.0035であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は198mAh/g、初期充放電効率は85.0%、正極抵抗は5.7Ωであった。
(Comparative Example 1)
A lithium nickel-containing composite oxide, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the temperature was raised from 500 ° C. to 745 ° C. at a temperature rise rate of 0.91 ° C. / min so that the passage time in the temperature range of 600 ° C. to 650 ° C. was 55 minutes, and each was evaluated. The composition of the obtained lithium nickel-containing composite oxide was the general formula: Li 1.02 Ni 0.905 Co 0.048 Al 0.047 O 2. The conductivity of the filtrate of the base material was 40 mS / cm. The composition of the obtained positive electrode active material for a lithium ion secondary battery was the general formula: Li 0.99 Ni 0.905 Co 0.048 Al 0.047 W 0.0035 O 2 . The coin-type battery 1 using a positive electrode produced using the obtained positive electrode active material for lithium ion secondary batteries had an initial discharge capacity of 198 mAh/g, an initial charge/discharge efficiency of 85.0%, and a positive electrode resistance of 5.7Ω.

(比較例2)
600℃~650℃の温度領域における通過時間が10分となるように、5.0℃/分の昇温速度で、500℃から745℃まで昇温したこと以外は、実施例1と同様にして、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を製造し、それぞれの評価を行った。なお、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の組成は、一般式:Li1.02Ni0.905Co0.048Al0.047であった。母材のろ液の電導度は65mS/cmであった。また、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、一般式:Li0.99Ni0.905Co0.048Al0.0470.0035であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は197mAh/g、初期充放電効率は84.0%、正極抵抗は6.0Ωであった。
(Comparative Example 2)
A lithium nickel-containing composite oxide, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery were manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the temperature was raised from 500 ° C. to 745 ° C. at a heating rate of 5.0 ° C. / min so that the passage time in the temperature range of 600 ° C. to 650 ° C. was 10 minutes. The composition of the obtained lithium nickel-containing composite oxide was the general formula: Li 1.02 Ni 0.905 Co 0.048 Al 0.047 O 2. The conductivity of the filtrate of the base material was 65 mS / cm. The composition of the obtained positive electrode active material for a lithium ion secondary battery was the general formula: Li 0.99 Ni 0.905 Co 0.048 Al 0.047 W 0.0035 O 2 . The coin-type battery 1 using a positive electrode made from the obtained positive electrode active material for lithium ion secondary batteries had an initial discharge capacity of 197 mAh/g, an initial charge/discharge efficiency of 84.0%, and a positive electrode resistance of 6.0Ω.

Figure 0007630559000001
Figure 0007630559000001

本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物を母材として、一次粒子の表面にWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在する、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得ることにより、結晶性を損なうことなく、高容量および高出力の正極活物質が提供される。このような高品質で電気特性に優れた正極活物質は、電気自動車やハイブリッド車などの電源用途のリチウムイオン二次電池に用いられる正極材料として好適である。 By obtaining a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries using the lithium nickel-containing composite oxide of the present invention as a base material, in which fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are present on the surfaces of the primary particles, a positive electrode active material with high capacity and high output is provided without compromising crystallinity. Such a high-quality positive electrode active material with excellent electrical properties is suitable as a positive electrode material for lithium ion secondary batteries used as power sources for electric vehicles, hybrid vehicles, etc.

1 コイン型電池
2 ケース
2a 正極缶
2b 負極缶
2c ガスケット
3 電極
3a 正極
3b 負極
3c セパレータ
REFERENCE SIGNS LIST 1 coin battery 2 case 2a positive electrode can 2b negative electrode can 2c gasket 3 electrode 3a positive electrode 3b negative electrode 3c separator

Claims (11)

一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、前記一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル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の母材である、リチウムニッケル含有複合酸化物であって、
該リチウムニッケル含有複合酸化物1.25kgを1Lの純水に投入し、攪拌し、ろ過することにより得られた、ろ液の電導度が42.5mS/cm~62.5mS/cmの範囲にあることを特徴とする、
リチウムニッケル含有複合酸化物。
A lithium-nickel-containing composite oxide which is a base material for a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery and is made of a lithium-nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, the lithium-nickel-containing composite oxide being composed of primary particles and/or secondary particles formed by agglomeration of the primary particles, and in which fine particles and/or coatings of a compound containing W and Li are present on the surfaces of the primary particles,
1.25 kg of the lithium nickel-containing composite oxide is added to 1 L of pure water, stirred, and filtered to obtain a filtrate having an electrical conductivity in the range of 42.5 mS/cm to 62.5 mS/cm.
Lithium nickel-containing composite oxide.
前記ろ液の電導度が45mS/cm~60mS/cmの範囲にある、請求項1に記載のリチウムニッケル含有複合酸化物。The lithium nickel-containing composite oxide according to claim 1, wherein the conductivity of the filtrate is in the range of 45 mS/cm to 60 mS/cm. X線回折のリートベルト解析から得られる前記リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶におけるc軸方向への格子定数の長さは、14.183Å~14.205Åの範囲にある、請求項1または2に記載のリチウムニッケル含有複合酸化物。 The length of the lattice constant in the c-axis direction in the crystal of the lithium nickel-containing composite oxide obtained by Rietveld analysis of X-ray diffraction is in the range of 14.183 Å to 14.205 Å. The lithium nickel-containing composite oxide according to claim 1 or 2 . 5μm~30μmの範囲にある体積基準の平均粒径MVを有する、請求項1~3のいずれかに記載のリチウムニッケル含有複合酸化物。The lithium nickel-containing composite oxide according to any one of claims 1 to 3, having a volume-based average particle size MV in the range of 5 µm to 30 µm. 一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、前記一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル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の製造方法であって、A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, the lithium nickel-containing composite oxide comprising primary particles and/or secondary particles formed by agglomeration of the primary particles, and fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li being present on the surfaces of the primary particles, the method comprising the steps of:
請求項1~4のいずれかに記載のリチウムニッケル含有複合酸化物を、ニッケル化合物とリチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を得た後、該リチウム混合物を、酸化性雰囲気下において、室温から700℃以上の焼成温度まで昇温することにより調製する工程において、前記リチウム混合物の物温が600℃~650℃である温度領域における通過時間および/または保持時間を、20分以上45分以下とし、The lithium nickel-containing composite oxide according to any one of claims 1 to 4 is prepared by mixing a nickel compound and a lithium compound to obtain a lithium mixture, and then heating the lithium mixture in an oxidizing atmosphere from room temperature to a firing temperature of 700°C or higher, wherein the lithium mixture is passed through and/or held in a temperature range of 600°C to 650°C for 20 minutes or more and 45 minutes or less;
前記リチウムニッケル含有複合酸化物を母材として用いて、該リチウムニッケル含有複合酸化物の量が、水1Lに対して700g~2000gとなるようにスラリーを形成し、該リチウムニッケル含有複合酸化物を水洗処理し、Using the lithium nickel-containing composite oxide as a base material, a slurry is formed such that the amount of the lithium nickel-containing composite oxide is 700 g to 2000 g per 1 L of water, and the lithium nickel-containing composite oxide is washed with water;
前記水洗処理中または前記水洗処理後に、前記リチウムニッケル含有複合酸化物に、タングステン化合物を添加し、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面にWを分散させ、および、During or after the water washing treatment, a tungsten compound is added to the lithium nickel-containing composite oxide to disperse W on the surfaces of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide; and
前記一次粒子の表面にWが分散したリチウムニッケル含有複合酸化物を、熱処理して、WおよびLiを含む化合物の微粒子、または、WおよびLiを含む化合物の被膜を、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に形成する、The lithium nickel-containing composite oxide having W dispersed on the surfaces of the primary particles is heat-treated to form fine particles of a compound containing W and Li, or a coating of a compound containing W and Li, on the surfaces of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide.
ことを特徴とする、Characterized in that
リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.
前記リチウムイオン二次電池用正極活物質は、The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is
一般式:LiGeneral formula: Li a NiNi 1-x-y1-x-y CoCo x M y W Z O 2+α2+α ・・・(2)...(2)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Zr、MoおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素である。0.95≦a≦1.10、0<x≦0.15、0<y≦0.07、x+y≦0.16、0.001≦z≦0.03、0≦α≦0.2である。)(In the formula, M is at least one element selected from Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Nb, Zr, Mo, and W; 0.95≦a≦1.10, 0<x≦0.15, 0<y≦0.07, x+y≦0.16, 0.001≦z≦0.03, and 0≦α≦0.2.)
からなる組成を有する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物により構成されている、The composition is a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li,
請求項5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 method for producing the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 5 .
前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に分散させるW量を、前記リチウムニッケル含有複合酸化物に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.1原子%~3.0原子%の範囲にする、請求項6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。7. The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 6, wherein the amount of W dispersed on the surface of the primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide is in the range of 0.1 atomic % to 3.0 atomic % relative to the total number of Ni, Co and M atoms contained in the lithium nickel-containing composite oxide. 前記熱処理を、酸素雰囲気または真空雰囲気中において、100℃~600℃の範囲の温度で行う、請求項5~7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 method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 5 to 7, wherein the heat treatment is carried out in an oxygen atmosphere or a vacuum atmosphere at a temperature in the range of 100°C to 600°C. 一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、前記一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル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、A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising a lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li, the lithium nickel-containing composite oxide comprising primary particles and/or secondary particles formed by agglomeration of the primary particles, and fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li present on the surfaces of the primary particles,
前記WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物が、請求項1~4のいずれかに記載のリチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面にWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を存在させたものであることを特徴とする、The lithium nickel-containing composite oxide coated with a compound containing W and Li is characterized in that fine particles and/or a coating of a compound containing W and Li are present on the surfaces of primary particles of the lithium nickel-containing composite oxide according to any one of claims 1 to 4.
リチウムイオン二次電池用正極活物質。Positive electrode active material for lithium-ion secondary batteries.
X線回折のリートベルト解析から得られる前記WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶におけるc軸方向への格子定数の長さは、14.183Å~14.205Åの範囲にある、請求項9に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。The length of the lattice constant in the c-axis direction in the crystal of the compound-coated lithium nickel-containing composite oxide containing W and Li obtained by Rietveld analysis of X-ray diffraction is in the range of 14.183 Å to 14.205 Å. The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries according to claim 9. 前記WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の体積基準の平均粒径MVは、5μm~30μmの範囲にある、請求項9または10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 lithium ion secondary batteries according to claim 9 or 10, wherein the volume-based average particle size MV of the lithium nickel-containing composite oxide coated with the compound containing W and Li is in the range of 5 μm to 30 μm.
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