WO2021054466A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery made of a lithium transition metal-containing composite oxide, and a lithium ion secondary battery using the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery as a positive electrode material.
  • This lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, a non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte, and the like, and the active material used as the material for the negative electrode and the positive electrode includes a material capable of desorbing and inserting lithium.
  • the non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving the supporting salt lithium salt in an organic solvent
  • the solid electrolyte includes an inorganic or organic solid electrolyte that is nonflammable and has lithium ion conductivity. is there.
  • the lithium ion secondary battery using a lithium transition metal-containing composite oxide having a layered rock salt type or spinel type crystal structure as a positive electrode material has a high energy because a 4V class voltage can be obtained.
  • Research and development and practical application are being promoted as a battery having a density.
  • Lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel, which is cheaper than cobalt, and lithium nickel manganese cobalt, are used as positive electrode materials for lithium ion secondary batteries.
  • Composite oxide LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2
  • lithium manganese composite oxide using manganese LiMn 2 O 4
  • lithium nickel manganese composite oxide LiNi 0.5 Mn 0.
  • a positive electrode active material composed of a lithium transition metal-containing composite oxide such as 5 O 2 has been proposed.
  • lithium transition metal-containing composite oxides at least nickel, manganese, and as transition metals containing lithium nickel manganese cobalt composite oxide (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2), and
  • the ternary positive electrode active material made of lithium nickel manganese cobalt-containing composite oxide (NMC) containing cobalt has excellent thermal stability, high capacity, good cycle characteristics of battery capacity, and low resistance. It is attracting attention as a material that can obtain high output.
  • the lithium nickel manganese cobalt composite oxide is a compound having a layered rock salt type crystal structure like the lithium cobalt composite oxide and the lithium nickel composite oxide.
  • the emphasis is on increasing the output by reducing the internal resistance.
  • high output is required at a high level by further reducing internal resistance.
  • the particle size is small and the particle size distribution is narrow. It is important that it is composed of particles. Particles with a small particle size have a large specific surface area, can sufficiently secure a reaction area with an electrolyte when used as a positive electrode active material, have a thin positive electrode, and are between the positive electrode and the negative electrode of lithium ions. The moving distance of the can be shortened. Therefore, it is possible to reduce the positive electrode resistance by using particles having a small particle size. Further, by using particles having a narrow particle size distribution, the voltage applied to the particles can be made uniform in the electrode, so that it is possible to suppress a decrease in battery capacity due to selective deterioration of the particles.
  • the particle structure of the lithium transition metal-containing composite oxide In order to further improve the output characteristics, research and development are also underway to improve the particle structure of the lithium transition metal-containing composite oxide. For example, in order to improve the output characteristics, it is considered effective to form a space in which the electrolyte can penetrate inside the positive electrode active material. By adopting such a structure, the reaction area with the electrolyte can be increased as compared with the positive electrode active material having a solid structure having the same particle size, so that the positive electrode resistance can be significantly reduced. It will be possible. It is known that the positive electrode active material inherits the particle properties of the transition metal-containing composite hydroxide that is the precursor thereof. That is, in order to obtain a positive electrode active material having a space, it is necessary to appropriately control the particle size, particle size distribution, particle structure, etc. of the secondary particles of the transition metal-containing composite hydroxide which is the precursor thereof. You will need it.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-246199 and WO2012 / 131818 are described by a crystallization reaction clearly separated into two stages, a nuclear formation step mainly for nuclear formation and a particle growth step mainly for particle growth.
  • a method for producing transition metal-containing composite hydroxide particles as a precursor of a positive electrode active material is disclosed. In these methods, the pH value and the reaction atmosphere in the nucleation step and the particle growth step are appropriately adjusted, so that the particle size distribution is narrow with a small particle size, and the central part having a low density composed of fine primary particles and the plate shape.
  • transition metal-containing composite hydroxide particles composed of a high-density outer shell composed of needle-shaped primary particles are obtained, and the positive electrode active material obtained from such composite hydroxide particles has a hollow structure. It has a large contact area with the electrolytic solution, which makes it possible to improve the output characteristics.
  • the pH value of an aqueous solution for nucleation containing at least a metal compound containing a transition metal and an ammonium ion feeder is 12.0 or more and 14.0 or less.
  • the pH value of the nucleation step of controlling and nucleating and the aqueous solution for particle growth containing the generated nuclei is lower than the pH value of the nucleation step and is 10.5 or more and 12.0 or less. It is equipped with a particle growth step that controls and grows so that the nucleation step and the initial stage of the particle growth step are set to a non-oxidizing atmosphere, and after switching to an oxidizing atmosphere at a predetermined timing in the particle growing step, the atmosphere is changed again.
  • a method for producing a transition metal-containing composite hydroxide particle which comprises performing an atmosphere control for switching to a non-oxidizing atmosphere at least once. According to this method, it has a small particle size, a narrow particle size distribution, and a central portion formed by agglomeration of plate-like or needle-like primary particles, and is formed by agglomeration of fine primary particles on the outside of the central portion. It is said that it is possible to obtain transition metal-containing composite hydroxide particles having two laminated structures in which the formed low-density layer and the high-density layer formed by aggregating plate-shaped primary particles are alternately laminated.
  • the positive electrode active material using these transition metal-containing composite hydroxide particles as precursors has a small particle size, a narrow particle size distribution, and a hollow structure or a multilayer structure having a space portion. Therefore, in a secondary battery using these positive electrode active materials, it is possible to improve the battery capacity, output characteristics, and cycle characteristics at the same time.
  • an object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery capable of exhibiting excellent output characteristics when used in a lithium ion secondary battery. ..
  • the lithium transition metal-containing composite oxide particles are composed of secondary particles in which primary particles are aggregated.
  • the secondary particles are 50% cumulative diameter d50 obtained from particle size distribution measurement values of 3.0 ⁇ m or more and 7.0 ⁇ m or less, BET specific surface area of 1.8 m 2 / g or more and 5.5 m 2 / g or less, Pore peak diameter of 0.01 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less in the pore portion obtained by the mercury intrusion method, and Log differential pore volume [dV / d (logD)] of 0.2 ml / g or more and 0.6 ml / g or less in the range of the pore peak diameter of 0.01 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less.
  • the concentration of the additive element M is measured at a plurality of locations by cross-sectional STEM or TEM-EDX analysis for each of the plurality of primary particles having a primary particle diameter in the range of 0.1 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less. Then, when the coefficient of variation of the concentration of the additive element M, which is the value obtained by dividing the standard deviation of the concentration of the additive element M by the average concentration of the additive element M, is calculated, the coefficient of variation is 1.5 or less. ..
  • the 50% cumulative diameter d50 of the secondary particles is preferably 4.0 ⁇ m or more and 6.0 ⁇ m or less.
  • the value of d90 / d10 of the secondary particles is preferably 1.0 or more and 2.0 or less.
  • the secondary particles have an agglomerate portion, one or more communication holes communicating with the outer peripheral portion of the agglomeration portion, and two or more space portions existing inside the agglomeration portion and communicating with the communication hole. Is preferable.
  • the number of the communication holes is preferably two or more. It is preferable that the two or more space portions communicate with the communication hole or another space portion.
  • the additive element M is preferably one or more selected from Mg, Al, Si, Ti, Zr, Nb, Mo, and W.
  • the additive element M is preferably W.
  • the lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte secondary battery), or includes a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte (solid electrolyte secondary).
  • non-aqueous electrolyte secondary battery or includes a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte (solid electrolyte secondary).
  • solid electrolyte secondary solid electrolyte secondary
  • the lithium ion secondary battery to which the positive electrode active material for the lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present invention is applied can provide high output characteristics, and thus its industrial significance is very high. large.
  • FIG. 1 is an SEM photograph of a cross section of secondary particles constituting the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an SEM photograph of a cross section of secondary particles constituting the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 1.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a 2032 type coin-shaped battery used for battery evaluation.
  • FIG. 4 is a graph showing a measurement example of impedance evaluation.
  • FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of the equivalent circuit used in the analysis.
  • positive electrode active material for lithium ion secondary battery
  • positive electrode active material is a lithium transition metal-containing composite oxide particle (hereinafter referred to as “positive electrode active material”). It is characterized by being composed of (referred to as "composite oxide particles") and satisfying the following requirements (1) to (7).
  • the value of u indicating an excess amount of lithium (Li) is in the range of ⁇ 0.05 or more and 0.5 or less. It is preferably in the range of 0 or more and 0.50 or less, and more preferably in the range of 0 or more and 0.35 or less.
  • the value of u is less than ⁇ 0.05, the positive electrode resistance of the secondary battery becomes large, so that it may not be possible to improve the output characteristics. If it exceeds 0.5, not only the initial discharge capacity decreases, but also the positive electrode resistance may increase.
  • Nickel (Ni) is an element that contributes to high potential and high capacity of secondary batteries, and the value of x indicating its content is in the range of 0.3 or more and 0.9 or less. It is preferably in the range of 0.4 or more and 0.7 or less, and more preferably in the range of 0.4 or more and 0.6 or less. If the value of x is less than 0.3, it may not be possible to sufficiently improve the energy density of the secondary battery using this positive electrode active material. If the value of x exceeds 0.9, the content of other elements that improve the output characteristics and durability characteristics decreases, and there is a possibility that the characteristics as a positive electrode active material cannot be sufficiently obtained.
  • Manganese (Mn) is an element that contributes to the improvement of thermal stability, and the value of y indicating its content is in the range of 0 or more and 0.5 or less. It is preferably in the range of 0.1 or more and 0.4 or less. If the value of y exceeds 0.5, Mn may elute from the positive electrode active material during high temperature operation, and the charge / discharge cycle characteristics may deteriorate.
  • Co Co is an element that contributes to the improvement of charge / discharge cycle characteristics and output characteristics, and the value of z indicating its content is in the range of 0 or more and 0.5 or less. It is preferably in the range of 0.1 or more and 0.4 or less. If the value of z exceeds 0.5, the initial discharge capacity of the secondary battery using this positive electrode active material may decrease.
  • the positive electrode active material of the present invention can contain the following additive element M.
  • the additive element M include magnesium (Mg), aluminum (Al), silicon (Si), calcium (Ca), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr), and niobium (Nb). , Molybdenum (Mo), Hafnium (Hf), Titanium (Ta), and Titanium (W).
  • the additive element M is preferably at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Si, Ti, Zr, Nb, Mo, and W, and more preferably W.
  • the value of t indicating the content of the additive element M is in the range of more than 0 and 0.05 or less. It is preferably in the range of 0.001 or more and 0.03 or less. When the value of t exceeds 0.05, the metal elements that contribute to the Redox reaction decrease, so that the battery capacity of the secondary battery decreases.
  • the additive element M may be dispersed inside the composite oxide particles, or may cover the surface of the composite oxide particles. In any case, it is preferable to control the content of the additive element M so as to be within the above range.
  • the composite oxide particles of the present invention are preferably composed of a lithium nickel manganese cobalt-containing composite oxide (NMC) containing Ni, Mn, and Co as a main transition metal.
  • NMC lithium nickel manganese cobalt-containing composite oxide
  • M is Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Zr, It is preferable to have a composition of one or more additive elements selected from Nb, Mo, Hf, Ta, and W).
  • composition of the positive electrode active material can be confirmed by inductively coupled plasma emission spectrometry, Rietveld analysis of the parameters obtained by powder X-ray diffraction, and the like.
  • the positive electrode active material of the present invention has the composition of the above general formula (A) or general formula (B), it is a layered rock salt type and has a hexagonal crystal structure.
  • the composite oxide particles are composed of secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles.
  • the secondary particles have an agglomerate portion, one or more communication holes communicating with the outer peripheral portion of the agglomeration portion, and two or more space portions existing inside the agglomeration portion and communicating with the communication hole. Is preferable.
  • the two or more space portions communicate with the communication hole or another space portion.
  • the number of the communication holes is also preferably two or more.
  • the composite oxide particles have such a secondary particle structure, it is possible to easily realize the particle properties of the positive electrode active material of the present invention, which will be described later.
  • each of the two or more internal space portions can directly communicate with the communication holes on the outer peripheral portion. Alternatively, it can communicate with the communication hole on the outer peripheral portion through another communication hole.
  • the electrolyte sufficiently penetrates into the space inside the particle through the communication hole on the outer periphery, so that lithium can be desorbed and inserted not only on the surface of the particle but also inside the particle. Therefore, a sufficient reaction field is secured, and the internal resistance of the battery can be significantly reduced.
  • a lithium ion secondary battery is constructed by using a positive electrode active material having such a structure as a positive electrode material, it is possible to further improve the output characteristics.
  • the secondary particles have a 50% cumulative diameter d50 determined from a particle size distribution measurement value of 3.0 ⁇ m or more and 7.0 ⁇ m or less.
  • the 50% cumulative diameter d50 of the secondary particles is preferably 4.0 ⁇ m or more and 6.5 ⁇ m or less, and more preferably 4.0 ⁇ m or more and 6.0 ⁇ m or less.
  • the 50% cumulative diameter d50 is a particle size (total volume is 100) in which the cumulative volume obtained from the volume integrated value measured by the laser light diffraction scattering type particle size analyzer is 50% of the total volume of all particles.
  • the cumulative curve of the particle size distribution is obtained in%, the particle size at the point where this cumulative curve is 50%).
  • the d50 of the particles constituting the positive electrode active material is within the above range, not only the battery capacity per unit volume of the secondary battery using this positive electrode active material can be increased, but also the safety and output characteristics are improved. can do.
  • the 50% cumulative diameter d50 is less than 3.0 ⁇ m, the filling property of the positive electrode active material may decrease and the battery capacity per unit volume may not be increased. If the 50% cumulative diameter d50 exceeds 7.0 ⁇ m, the reaction area of the positive electrode active material is reduced and the interface with the electrolyte is reduced, which may make it difficult to improve the output characteristics.
  • the secondary particles have a BET specific surface area of 1.8 m 2 / g or more and 5.5 m 2 / g or less.
  • the BET specific surface area is preferably 2.0 m 2 / g or more and 5.0 m 2 / g or less, and more preferably 2.5 m 2 / g or more and 4.5 m 2 / g or less.
  • the BET specific surface area of the secondary particles is an index showing the particle properties (contact area with the electrolyte) of the positive electrode active material.
  • the secondary particles have an agglomerate portion, one or more communication holes communicating with the outer peripheral portion of the agglomeration portion, and two or more space portions existing inside the agglomeration portion and communicating with the communication hole.
  • the BET specific surface area represents the surface area including the communication holes (openings) existing in the outer peripheral portion of the secondary particles and the fine cavities (spaces) inside the secondary particles.
  • the BET specific surface area is measured by the BET method by adsorbing nitrogen gas.
  • the BET specific surface area of the secondary particles is less than 1.8 m 2 / g, a sufficient reaction area with the electrolyte cannot be secured when a secondary battery is constructed using this positive electrode active material, and the output It may not improve the properties sufficiently. If the BET specific surface area of the secondary particles exceeds 5.5 m 2 / g, the reaction area between the positive electrode active material and the electrolyte becomes too large, and the durability of the secondary battery may decrease.
  • the secondary particles have a pore peak diameter of 0.01 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less in the pore portion obtained by the mercury intrusion method.
  • the pore peak diameter is preferably 0.02 ⁇ m or more and 0.28 ⁇ m or less, and more preferably 0.05 ⁇ m or more and 0.25 ⁇ m or less.
  • the pore peak diameter is defined as the diameter in which the pore peak exists in the pore distribution plot obtained by obtaining the pore distribution plot of the secondary particles by the mercury intrusion method.
  • the pore peak diameter of the secondary particles is an index showing the particle properties (average pore diameter) of the positive electrode active material. More specifically, when the pore peak diameter of the secondary particles constituting the positive electrode active material is in the above range, it means that the particles are the positive electrode active material having pores.
  • the pore peak diameter of the secondary particles is less than 0.01 ⁇ m, the particle strength cannot be maintained because the pore diameter is small, and the particles may be crushed and the battery performance may be impaired. If the pore peak diameter of the secondary particles exceeds 0.30 ⁇ m, when a secondary battery is constructed using this positive electrode active material, a sufficient reaction area with the electrolyte cannot be sufficiently secured, and the output characteristics are sufficiently exhibited. It may not be.
  • the secondary particles are 0.2 ml / g or more and 0.6 ml / in the range of the pore peak diameter of 0.01 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less. It has a log differential pore volume [dV / d (logD)] of g or less.
  • the log differential pore volume is preferably 0.2 ml / g or more and 0.6 ml / g or less, and more preferably 0.25 ml / g or more and 0.5 ml / g or less.
  • the log differential pore volume [dV / d (logD)] at the pore peak diameter is an index showing the particle properties (volume of all cavities) of the positive electrode active material. More specifically, the log differential pore volume [dV / d (logD)] at the pore peak diameter is the respective pore diameter based on the pore distribution plot of the secondary particles obtained by the mercury intrusion method. It is a value in the pore peak diameter in the log differential pore volume distribution obtained by dividing the difference pore volume dV obtained in the above by the difference value d (logD) treated as a logarithm of the pore diameter.
  • the log differential pore volume [dV / d (logD)] is in the above range in the secondary particles constituting the positive electrode active material, an appropriate amount of space is formed inside the particles, which is sufficient. It means that the reaction area can be obtained.
  • the coefficient of variation (CV) indicating the variation of the concentration of the additive element M in the primary particles constituting the secondary particles is 1.5. It is as follows.
  • the coefficient of variation (CV) is preferably 1.3 or less, and more preferably 1.2 or less.
  • the coefficient of variation of the concentration of the additive element M is an index showing the variation in the concentration of the additive element M in the grain in the primary particle and in the entire primary particle including the grain boundary.
  • the coefficient of variation of the concentration of the additive element M is obtained as follows. First, the positive electrode active material is sliced with a focused ion beam device (FIB), an ion milling device, or the like to expose the cross section of the secondary particles. Using a scanning transmission electron microscope (STEM) or a transmission electron microscope (TEM), two connected primary particles having a primary particle size in the range of 0.1 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less in the cross section of the secondary particle. By irradiating each of the two primary particles with electron beams at a plurality of locations and performing energy dispersive X-ray analyzer (EDX) analysis on the characteristic X-ray energy of the generated additive element M, respectively. The concentration of the additive element M at the above location is determined.
  • FIB focused ion beam device
  • TEM transmission electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the average concentration of the additive element M ( ⁇ ) and the standard deviation ( ⁇ ) of the concentration of the additive element M are obtained.
  • CV coefficient of variation
  • the coefficient of variation (CV) of the concentration of the additive element M exceeds 1.5, the distribution of the additive element M in the primary particles and / or the secondary particles is biased, and the positive electrode active material is used. In the next battery, battery performance such as battery capacity and output characteristics may be impaired.
  • [(d90-d10) / d50] which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the secondary particles, is preferably 1.0 or less. It is more preferably 0.7 or less, still more preferably 0.6 or less. Since the positive electrode active material composed of secondary particles having such a narrow particle size distribution has a small proportion of fine particles and coarse particles, a secondary battery using this has all of safety, cycle characteristics, and output characteristics. It will be excellent.
  • the lower limit of [(d90-d10) / d50] is preferably about 0.3.
  • d10 and d90 in the index [(d90-d10) / d50] indicating the spread of the particle size distribution are the same as in the case of d50 described above, and d90 sets the volume of each particle as the particle size.
  • the particle size is cumulative from the smaller side of the particle size, and the cumulative volume is 90% of the total volume of all particles.
  • D10 is the cumulative volume of each particle from the smaller particle size side, and the cumulative volume is the total volume of all particles. It means a particle size that is 10% of the volume.
  • the ratio of the value of d90 to the value of d10 obtained from the measured value of the particle size distribution for the secondary particles (d90 / d10) is 1.0 or more and 2.0. It is preferably 1.2 or more and 1.8 or less, more preferably 1.2 or more.
  • the value of d90 / d10 of the secondary particles constituting the positive electrode active material is in this range, not only the battery capacity per unit volume of the secondary battery using this positive electrode active material can be increased, but also the battery capacity is safe. The properties and output characteristics can also be improved. If the value of d90 / d10 of the secondary particles exceeds 2.0, the reaction area of the positive electrode active material is reduced and the interface with the electrolyte is reduced, which may make it difficult to improve the output characteristics. ..
  • the crystallite diameter obtained from the X-ray diffraction pattern of the (003) plane is arbitrary, but for the composite oxide particles constituting the positive electrode active material of the present invention, half of the peak of the (003) plane by X-ray diffraction.
  • the crystallite diameter of the primary particle is determined from the value range using the Scheller formula, the crystallite diameter is preferably in the range of 300 ⁇ to 1500 ⁇ , more preferably in the range of 400 ⁇ to 1300 ⁇ , and further preferably in the range of 700 ⁇ to 1250 ⁇ . In range.
  • a positive electrode active material having a crystallite diameter in such a range has extremely high crystallinity, can reduce the positive electrode resistance of a secondary battery, and can improve its output characteristics.
  • the crystallite diameter of the (003) plane is less than 300 ⁇ , the primary particles are fine, and the pores existing between the primary particles in the positive electrode active material are too fine, and the electrolyte invades into the positive electrode active material. As a result, the reaction area with the electrolyte is reduced, and the output characteristics of the secondary battery are lowered.
  • the crystallite diameter of the (003) plane exceeds 1500 ⁇ , the primary particles become too coarse, the proportion of pores in the secondary particles is extremely reduced, and the invasion path of the electrolyte is reduced. The reaction area of the secondary battery is reduced, and the output characteristics of the secondary battery are lowered.
  • the positive electrode active material of the present invention is not limited by the production method as long as it has the above-mentioned composition, crystal structure, particle structure, and particle properties. ..
  • the positive electrode active material of the present invention by producing the positive electrode active material of the present invention by the production method described below, it is possible to easily produce the positive electrode active material having the above-mentioned composition, crystal structure, particle structure, and particle properties. ..
  • the positive electrode active material of the present invention switches between an oxidizing atmosphere and a non-oxidizing atmosphere during the crystallization step to prepare a transition metal-containing composite hydroxide such as a nickel manganese cobalt-containing composite hydroxide. Then, it is obtained by mixing the composite hydroxide or heat-treated particles obtained by heat-treating the composite hydroxide with a lithium compound, and firing the obtained lithium mixture.
  • a transition metal-containing composite hydroxide such as a nickel manganese cobalt-containing composite hydroxide.
  • the composite oxide particles are lithium nickel manganese cobalt-containing composite oxide particles as an example.
  • Crystallization step An appropriate amount of water, sodium hydroxide aqueous solution and ammonia water is supplied into the reaction vessel, the pH value is 11 or more and 13 or less based on the liquid temperature of 25 ° C., and the ammonium ion concentration is 9 g / L or more and 15 g / L or less.
  • a pre-reaction aqueous solution adjusted to be.
  • a compound of nickel sulfate, manganese sulfate, cobalt sulfate, and additive element M has a molar ratio of each metal element (Ni, Co, Mn, M) according to the above formula (A).
  • Nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate should be used to suppress the fluctuation coefficient of the additive element M that dissolves inside the particles and to eliminate the local co-precipitation of the additive element M around the transition metal element.
  • Dissolve in water so that the molar ratio of each metal element (Ni, Co, Mn) satisfies the above formula (A) adjust and add a raw material aqueous solution of 1.0 mol / L or more and 3.0 mol / L or less. It is more preferable to separately prepare an aqueous solution containing the compound of the element M and add it to the raw material aqueous solution so that the amount of the added element M added satisfies the above formula (A).
  • nucleation is performed by supplying the raw material aqueous solution to the pre-reaction aqueous solution while blowing a gas having an oxygen concentration of 2% by volume or less, such as argon gas or nitrogen, in a non-oxidizing atmosphere.
  • a gas having an oxygen concentration of 2% by volume or less such as argon gas or nitrogen
  • an acid such as sulfuric acid is added to adjust the pH value so that the pH value is 10 or more and 12 or less based on the liquid temperature of 25 ° C. and is smaller than the pH value in the nucleation step.
  • Form an aqueous solution for particle growth After confirming that the pH value has reached a predetermined value, the above-mentioned raw material aqueous solution is supplied to grow nuclei (particles) generated in the nucleation step.
  • the aqueous solution containing the compound of the additive element M is separately prepared, the aqueous solution containing the compound of the additive element M is added only in the particle growth step or only in a specific stage of the particle growth step. You can also do it.
  • crystallization in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 2% by volume or less is continued from the start of the particle growth step while stirring with a stirrer for a certain period of time.
  • a micro-nano bubble generator is used to circulate bubbles of gas having an oxidizing atmosphere consisting of ultrafine air or oxygen in the reaction vessel, and the reaction atmosphere is adjusted to the oxygen concentration. Is adjusted to an oxidizing atmosphere of 21% by volume or more, and the switching operation 1 is performed. After the start of the switching operation 1, crystallization is performed while maintaining an oxidizing atmosphere and stirring with a stirrer for a certain period of time.
  • a micro-nano bubble generator is used to circulate ultrafine gas bubbles having a non-oxidizing atmosphere in the reaction vessel, and the reaction atmosphere has an oxygen concentration of 2% by volume or less.
  • a gas bubble having an extremely fine oxidizing atmosphere is circulated in the reaction vessel using a micro-nano bubble generator, and the reaction atmosphere has an oxygen concentration of 21% by volume or more.
  • a micro-nano bubble generator is used to circulate ultrafine gas bubbles having a non-oxidizing atmosphere in the reaction vessel, and the reaction atmosphere has an oxygen concentration of 2% by volume or less.
  • a micro-nano bubble generator is used as a device for switching and maintaining the reaction atmosphere of the aqueous solution for particle growth.
  • the diameter of the bubbles (micro-nano bubbles) produced by the micro-nano bubble generator is 0.01 mm or less, and since the buoyancy is small, the bubbles stay in the water for a long time, so that the reaction atmosphere is switched between the non-oxidizing atmosphere gas and the oxidizing atmosphere gas. Can be done quickly and its oxygen concentration can be lower or higher.
  • the time of each stage in the particle growth step is 2nd stage ⁇ 4th stage ⁇ 1st stage ⁇ 3rd stage ⁇ 5th stage.
  • the crystallization time of the entire particle growth step is preferably 8 hours or less.
  • switching operations 5 and 6 can be performed to provide a sixth step in an oxidizing atmosphere and a seventh step in a non-oxidizing atmosphere.
  • switching operations 7 and 8 can be performed to provide an eighth step in an oxidizing atmosphere and a ninth step in a non-oxidizing atmosphere.
  • switching operations 9 and 10 may be performed to provide a tenth step in an oxidizing atmosphere and an eleventh step in a non-oxidizing atmosphere.
  • the time of each stage in the particle growth step is: 2nd stage ⁇ 4th stage ⁇ 6th stage ⁇ 8th stage ⁇ 10th stage ⁇ 1st stage ⁇ 3rd stage ⁇ 5th stage ⁇ 7th stage Step ⁇ 9th stage ⁇ 11th stage.
  • a micro-nano bubble generator is used as a device for switching and maintaining the reaction atmosphere of the aqueous solution for particle growth.
  • the obtained product is washed with water, filtered and dried to obtain predetermined nickel-cobalt-manganese-containing composite hydroxide particles.
  • the particle growth step it is desirable to appropriately supply an aqueous solution of sodium hydroxide and an aqueous solution of ammonia through this step to maintain the pH value and the ammonium ion concentration of the aqueous solution for particle growth within the above-mentioned ranges.
  • the composite hydroxide particles obtained by such a crystallization step have a particle structure in which a low-density layer and a high-density layer are mutually laminated around a high-density central portion.
  • the composite hydroxide particles having such a particle structure as a precursor, the agglomerated portion, one or more communication holes communicating with the outer peripheral portion of the agglomerated portion, and the inside of the agglomerated portion are present and the communication is performed.
  • Composite oxide particles having a particle structure having two or more spaces communicating with the pores can be easily obtained.
  • the mixing step is a step of mixing a lithium compound with the above-mentioned composite hydroxide particles or heat-treated particles obtained by heat-treating the composite hydroxide particles to obtain a lithium mixture.
  • (Li / Me) is 0.95 or more and 1.5 or less, preferably 1.0 or more and 1.5 or less, more preferably 1.0 or more and 1.35 or less, and further preferably 1.0 or more and 1.2 or less.
  • the composite hydroxide particles and the lithium compound are mixed so as to be. That is, since Li / Me does not change before and after the firing step, the composite hydroxide and the lithium compound are mixed so that Li / Me in the mixing step becomes Li / Me of the target positive electrode active material. Is required.
  • the lithium compound used in the mixing step is not particularly limited, but it is preferable to use lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate, or a mixture thereof from the viewpoint of easy availability. In particular, considering ease of handling and stability of quality, it is preferable to use lithium hydroxide or lithium carbonate.
  • a general mixer can be used for mixing.
  • a shaker mixer a radige mixer, a Julia mixer, a V blender and the like can be used.
  • Temporary firing step When lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, the lithium mixture is placed at a temperature lower than the firing temperature described later and at 350 ° C. or higher after the mixing step and before the firing step. It is also possible to carry out a calcining step of calcining at a temperature of 800 ° C. or lower, preferably 450 ° C. or lower and 750 ° C. or lower. As a result, Li can be sufficiently diffused in the composite hydroxide particles, and more uniform composite oxide particles can be obtained.
  • the holding time at the above temperature is preferably 1 hour or more and 10 hours or less, and more preferably 3 hours or more and 6 hours or less.
  • the atmosphere in the calcining step is preferably an oxidizing atmosphere as in the firing step described later, and more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume or more and 100% by volume or less.
  • the calcination step is a step of firing the lithium mixture obtained in the mixing step under predetermined conditions, diffusing Li into the composite hydroxide and reacting the mixture to obtain composite oxide particles.
  • the furnace used in the firing step is not particularly limited as long as it can heat the lithium mixture in the atmosphere or an oxygen stream.
  • an electric furnace that does not generate gas is preferable, and either a batch type or a continuous type electric furnace can be preferably used. The same applies to the furnaces used in the heat treatment step and the calcining step.
  • the calcination temperature of the lithium mixture is set to 720 ° C. or higher and 980 ° C. or lower. If the firing temperature is less than 720 ° C., the composite hydroxide particles and Li do not sufficiently react with each other, excess Li and unreacted composite hydroxide remain, and the obtained positive electrode active material has insufficient crystallinity. It becomes a thing. On the other hand, when the firing temperature exceeds 980 ° C., the communication holes and spaces in the composite oxide particles are crushed, the BET specific surface area of the finally obtained positive electrode active material (secondary particles) is lowered, and the pores are reduced. It may lead to a decrease in the peak diameter and the log differential pore volume at the pore peak diameter. In addition, the particles of the positive electrode active material are violently sintered, causing abnormal grain growth, and the proportion of amorphous coarse particles increases.
  • the firing temperature of the mixture is preferably set to 730 ° C. or higher and 970 ° C. or lower, and more preferably 750 ° C. or higher and 970 ° C. or lower.
  • the rate of temperature rise in the firing step is preferably set to 1 ° C./min or more and 10 ° C./min or less, and more preferably 3 ° C./min or more and 8 ° C./min or less. Further, during the firing step, it is more preferable that the temperature near the melting point of the lithium compound is set to 0.3 ° C./min or more and 6 ° C./min or less by lowering the heating rate. Thereby, the composite hydroxide particles and the lithium compound can be reacted more uniformly.
  • the holding time at the above-mentioned firing temperature is preferably at least 2 hours, and more preferably 3 hours or more and 20 hours or less. If the holding time at the calcination temperature is less than 2 hours, Li does not sufficiently diffuse in the composite oxide particles, excess Li and unreacted composite oxide particles remain, and the obtained positive electrode active material becomes crystalline. It may be inadequate.
  • the atmosphere at the time of firing is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume or more and 100% by volume or less, and an oxygen concentration of 50% by volume or more and 100% by volume or less. It is more preferable to have the atmosphere of. It is particularly preferable to create a mixed atmosphere of oxygen having the above oxygen concentration and an inert gas. That is, firing is preferably performed in the atmosphere or an oxygen stream. If the oxygen concentration is less than 18% by volume, the crystallinity of the positive electrode active material may be insufficient.
  • the secondary particles constituting the positive electrode active material obtained by the firing step may be aggregated or slightly sintered. In such a case, it is preferable to crush the agglomerate or the sintered body. Thereby, the average particle size and the particle size distribution of the obtained positive electrode active material can be adjusted in a suitable range.
  • crushing mechanical energy is applied to an agglomerate composed of a plurality of secondary particles generated by sintering necking between particles during firing to separate the secondary particles themselves with almost no destruction. It means an operation to loosen agglomerates.
  • a known means can be used, for example, a pin mill or a hammer mill can be used. At this time, it is preferable to control the crushing force within an appropriate range so as not to destroy the secondary particles themselves.
  • the BET specific surface area of the positive electrode active material (secondary particles), the pore peak diameter, the log differential pore volume at the pore peak diameter, and the particle size distribution measurement value. It becomes possible to control the 50% cumulative diameter d50 obtained from the above, and finally, the positive electrode active material of the present invention having predetermined particle properties can be easily obtained.
  • the lithium-ion secondary battery of the present invention can have the same configuration as a general non-aqueous electrolyte secondary battery, which includes components such as a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte. ..
  • the lithium ion secondary battery of the present invention can have the same configuration as a general solid electrolyte secondary battery including components such as a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte. That is, the present invention can be widely applied from a non-aqueous electrolyte secondary battery to an all-solid-state lithium ion secondary battery as long as it is a secondary battery that charges and discharges by removing and inserting lithium ions.
  • the embodiments described below are merely examples, and the present invention is applied to a lithium ion secondary battery in which various modifications and improvements have been made based on the embodiments described in the present specification. It is possible.
  • a positive electrode of a lithium ion secondary battery is produced as follows.
  • a conductive material and a binder are mixed with the positive electrode active material of the present invention, and if necessary, a solvent such as activated carbon and viscosity adjustment is added, and these are kneaded to prepare a positive electrode mixture paste.
  • the mixing ratio of each of the positive electrode mixture pastes is also an important factor in determining the performance of the lithium ion secondary battery.
  • the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass
  • the content of the positive electrode active material is 60 parts by mass or more and 95 parts by mass or less, as in the case of the positive electrode of a general lithium ion secondary battery.
  • the content of the conductive material can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less
  • the content of the binder can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less.
  • the obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of aluminum foil, for example, and dried to disperse the solvent. If necessary, pressurization may be performed by a roll press or the like in order to increase the electrode density. In this way, a sheet-shaped positive electrode can be produced.
  • the sheet-shaped positive electrode can be cut into an appropriate size according to the target battery and used for manufacturing the battery.
  • the method for producing the positive electrode is not limited to the above-exemplified method, and other methods may be used.
  • the conductive material for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.) or a carbon black material such as acetylene black or Ketjen black can be used.
  • the binder serves to hold the active material particles together, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose resin, or poly.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • fluororubber ethylene propylene diene rubber
  • styrene butadiene styrene butadiene
  • cellulose resin or poly.
  • Acrylic acid can be used.
  • a solvent that disperses the positive electrode active material, the conductive material, and activated carbon and dissolves the binder can be added to the positive electrode mixture.
  • the solvent specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.
  • activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.
  • Negative electrode A metallic lithium, a lithium alloy, or the like can be used for the negative electrode. Further, a negative electrode mixture prepared by mixing a binder with a negative electrode active material capable of occluding and desorbing lithium ions and adding an appropriate solvent to form a paste is applied to the surface of a metal leaf current collector such as copper. , Dried, and if necessary, compressed to increase the electrode density can be used.
  • the negative electrode active material examples include lithium-containing substances such as metallic lithium and lithium alloys, organic compound calcined substances such as natural graphite, artificial graphite, and phenolic resin that can occlude and desorb lithium ions, and carbon substances such as coke.
  • the powdery substance of the above can be used.
  • a fluororesin such as PVDF can be used as in the positive electrode
  • the solvent for dispersing these negative electrode active materials and the binder N-methyl-2-pyrrolidone or the like can be used.
  • An organic solvent can be used.
  • a separator is arranged so as to be sandwiched between a positive electrode and a negative electrode in a lithium ion secondary battery, and has a function of separating the positive electrode and the negative electrode and holding an electrolyte.
  • a separator for example, a thin film such as polyethylene or polypropylene, which has a large number of fine pores, can be used, but is not particularly limited as long as it has the above-mentioned function. It is also possible to use a solid electrolyte.
  • Non-aqueous electrolyte As the non-aqueous electrolyte used in the secondary battery, a non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent is used.
  • organic solvent used in the non-aqueous electrolyte solution examples include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and trifluoropropylene carbonate; chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and dipropyl carbonate; tetrahydrofuran. , 2-Methyltetrahydrofuran, ether compounds such as dimethoxyethane; sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butanesulton; phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, etc., alone or in admixture of two or more. Can be used.
  • LiPF 6 LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and a composite salt thereof can be used.
  • the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.
  • Solid electrolytes such as all-solid-state lithium-ion secondary batteries
  • Solid electrolytes used in secondary batteries have the property of being able to withstand high voltages.
  • Solid electrolytes include inorganic solid electrolytes and organic solid electrolytes.
  • an oxide containing oxygen (O) and having lithium ion conductivity and electron insulating property for example, Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 3 PO 4 , Li 3 PO 4 N X , LiBO 2 N X , LiNbO 3 , LiTaO 3 , Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4- Li 3 PO 4 , Li 4 SiO 4- Li 3 VO 4 , Li 2 O-B 2 O 3- P 2 O 5 , Li 2 O-SiO 2 , Li 2 O-B 2 O 3- ZnO, Li 1 + X Al X Ti 2-X (PO 4 ) 3 (0 ⁇ X ⁇ 1) ), Li 1 + X Al X Ge 2-X (PO 4 ) 3 (0 ⁇ X ⁇ 1), LiTi 2 (PO 4 ) 3 , Li 3X La 2 / 3-X TiO 3 (0 ⁇ X ⁇ 2/3) , Li 5 La 3 Ta2O 12 , Li
  • Examples of the sulfide solid electrolyte include sulfides containing sulfur (S) and having lithium ion conductivity and electron insulating properties, for example, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 SP 2 S 5 , LiI. -Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 2 SB 2 S 3 , Li 3 PO 4- Li 2 S-Si 2 S, Li 3 PO 4- Li 2 S-SiS 2 , LiPO 4 -Li 2 S-SiS, LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4- P 2 S 5 and the like can be used.
  • S sulfur
  • Li 2 SP 2 S 5 LiI. -Li 2 S-SiS 2
  • LiI-Li 2 SP 2 S 5 LiI-Li 2 SB 2 S 3
  • Li 3 N, LiI, etc. Li 3 N-LiI-LiOH.
  • organic solid electrolyte a polymer compound exhibiting ionic conductivity can be used.
  • polyethylene oxide, polypropylene oxide, copolymers thereof and the like can be used.
  • the organic solid electrolyte may contain a supporting salt (lithium salt).
  • the solid electrolyte can be mixed in the positive electrode material in order to ensure contact between the electrolyte and the positive electrode active material.
  • the configuration of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and the configuration of the non-aqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte, and the like, and a solid electrolyte secondary.
  • the next battery may have a configuration including a positive electrode, a negative electrode, a solid electrolyte, and the like.
  • the shape of the secondary battery is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape can be adopted.
  • a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte to form a positive electrode body that communicates with a positive electrode current collector and the outside.
  • a lithium ion secondary battery is completed by connecting the terminals and the negative electrode current collector and the negative electrode terminals communicating with the outside using a current collecting lead or the like and sealing the battery case.
  • the lithium ion secondary battery of the present invention uses the positive electrode active material of the present invention as the positive electrode material, and therefore has excellent output characteristics and durability characteristics.
  • the lithium ion secondary battery of the present invention has excellent output characteristics and durability characteristics, and power tools and environmental vehicles that require these characteristics at a high level are required. It can be suitably used as a power source for the above.
  • the pH value of the reaction aqueous solution is measured by a pH controller, and the pH value of the reaction aqueous solution in each step is adjusted by adjusting the supply amount of the sodium hydroxide aqueous solution based on the measured value.
  • the fluctuation range of was controlled within the range of ⁇ 0.2.
  • Example 1 Production of composite hydroxide [Nucleation step] First, 17 L of water was placed in the reaction vessel and the temperature in the vessel was set to 40 ° C. while stirring. At this time, a micro-nano bubble generator made of a ceramic porous body (Noritake Co., Ltd. Limited, micro-nano bubble high-efficiency gas-liquid reactor) was used to circulate ultrafine nitrogen gas bubbles in the reaction vessel for 1 hour. The reaction atmosphere was a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 2% by volume or less.
  • W was used as the additive element M.
  • Sodium tungstate dihydrate was dissolved in water to prepare an aqueous sodium tungstate solution.
  • the raw material aqueous solution was supplied to the pre-reaction aqueous solution at 115 ml / min to form an aqueous solution for the nucleation step, and nucleation was performed for 1 minute.
  • a 25% by mass aqueous sodium hydroxide solution and a 25% by mass aqueous ammonia solution were supplied in a timely manner to maintain the pH value and ammonium ion concentration of the nucleation aqueous solution within the above ranges.
  • a micro-nano bubble generator is used to circulate ultrafine nitrogen gas bubbles, and the oxygen concentration is 2% by volume or less from the start of the particle growth process. Crystallization in a sexual atmosphere was continued for 35 minutes.
  • ultrafine air bubbles are circulated in the reaction vessel using a micro-nano bubble generator to change the reaction atmosphere to an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 21% by volume. Adjusted (switching operation 1). After the start of the switching operation 1, 20-minute crystallization was performed while maintaining an oxidizing atmosphere and stirring with a stirrer.
  • ultrafine nitrogen bubbles are circulated in the reaction vessel using a micro-nano bubble generator to create a reaction atmosphere.
  • the oxygen concentration was adjusted to a non-oxidizing atmosphere of 2% by volume or less (switching operation 2). After the start of the switching operation 2, 65-minute crystallization was performed while maintaining a non-oxidizing atmosphere and stirring with a stirrer.
  • ultrafine air bubbles are circulated in the reaction vessel using a micro-nano bubble generator, and an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 21% by volume is used. Adjusted to (switching operation 3). After the start of the switching operation 3, 40-minute crystallization was performed while maintaining an oxidizing atmosphere and stirring with a stirrer.
  • the fifth step while stopping the supply of the sodium tungstate aqueous solution, while continuing the supply of the raw material aqueous solution, ultrafine nitrogen bubbles are circulated in the reaction vessel using a micro-nano bubble generator to create a reaction atmosphere.
  • the oxygen concentration was adjusted to a non-oxidizing atmosphere of 2% by volume or less (switching operation 4). After the start of the switching operation 4, 110-minute crystallization was performed while maintaining a non-oxidizing atmosphere and stirring with a stirrer.
  • the particle growth process was completed by stopping the supply of all the aqueous solutions including the raw material aqueous solution.
  • the obtained product was washed with water, filtered and dried to obtain composite hydroxide particles.
  • the particle growth step 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass ammonia water were appropriately supplied through this step, and the pH value and ammonium ion concentration of the particle growth aqueous solution were maintained within the above ranges.
  • This lithium mixture is heated to 965 ° C. in an oxygen (oxygen concentration: 100% by volume) atmosphere at a heating rate of 1.3 ° C./min and held at this temperature for 3 hours to be calcined and cooled to room temperature. (Baking process).
  • This positive electrode active material was crushed in order to eliminate agglutination or slight sintering of the obtained lithium transition metal-containing composite oxide particles (crushing step).
  • composition Evaluation of positive electrode active material [Composition] The composition of this positive electrode active material was analyzed by analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer (ICPE-9000, manufactured by Shimadzu Corporation).
  • BET specific surface area The BET specific surface area of the positive electrode active material (secondary particles) was determined using an independent 4-station type specific surface area / pore distribution measuring device (QUADRASORB SI manufactured by Cantachrome Instruments).
  • the positive electrode active material of the present invention is formed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, has about 6 communication holes on the outer peripheral portion of the secondary particles, and is secondary particles. It was confirmed that there are about eight spaces inside the space, and that the communication holes on the outer periphery and the voids inside are connected.
  • a cross section of the positive electrode active material (secondary particles) was processed into flakes using an ion milling apparatus (JEOL Ltd., cryoion slicer, IB-09060CIS).
  • a TEM JEM-ARM200F manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd.
  • a total of 10 locations arbitrarily selected from the entire primary particle including the inside of the particle and the grain boundary are irradiated with an electron beam, and the energy of the generated W characteristic X-ray is converted to EDX (Thermofisher Scientific Co., Ltd., NSS).
  • Table 1 shows a graph of the measurement results of the W concentration by TEM-EDX analysis on the obtained primary particles.
  • the average concentration ( ⁇ ) of W was 1.0
  • the standard deviation ( ⁇ ) of the concentration of W was 1.1
  • the coefficient of variation (CV) of the concentration of W was 1.1.
  • a 2032 type coin-shaped battery was produced in a glove box having an Ar atmosphere with a dew point controlled at ⁇ 60 ° C.
  • a lithium metal having a diameter of 14 mm and a thickness of 1 mm is used for the negative electrode 2 of the 2032 type coin-shaped battery, and ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1 M LiClO 4 as a supporting electrolyte are used as the non-aqueous electrolyte solution.
  • EC ethylene carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • 1 M LiClO 4 1 M LiClO 4
  • separator 3 a polyethylene porous membrane having a film thickness of 25 ⁇ m was used. In this way, a 2032 type coin-shaped battery 10 having a gasket 4 and a wave washer 5 and a positive electrode can 6 and a negative electrode can 7 was assembled.
  • the positive electrode resistance is measured by the impedance measurement method, charging a 2032 type coin-shaped battery at 3.8 V, and measuring by the AC impedance method using a frequency response analyzer and a potentiogalvanostat (manufactured by Solartron, 1255B).
  • the impedance spectrum shown in No. 4 was obtained. In the obtained impedance spectrum, two semicircles are observed in the high frequency region and the intermediate frequency region, and a straight line is observed in the low frequency region. Therefore, the equivalent circuit shown in FIG. 5 is constructed to analyze the positive interface resistance. did.
  • Rs is a bulk resistance
  • R 1 is a positive electrode coating resistance
  • R ct is an electrolytic solution / positive electrode interface resistance
  • W is a Warburg component
  • CPE1 and CPE2 are constant phase elements.
  • the positive electrode interfacial resistance the positive electrode active material of Comparative Example 1 described later is used as a reference, and the resistance reduction rate with respect to this is shown.
  • Table 2 shows the overall composition and characteristics of the obtained positive electrode active material and the characteristics of the obtained lithium ion secondary battery. Table 1 also shows Examples 2 to 5, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 with respect to these.
  • Example 2 A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium mixture was heated to 915 ° C. and held at this temperature for 3 hours for firing.
  • Example 4 A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium mixture was calcined at 985 ° C.
  • Example 5 A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium mixture was calcined at 885 ° C.
  • FIG. 2 shows the particle structure of the obtained positive electrode active material. It is formed from secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, has one communication hole in the outer peripheral portion of the secondary particle, has one space inside the secondary particle, and has a communication hole in the outer peripheral portion. It was confirmed that it had a hollow structure in which the internal voids were connected.
  • Example 2 A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium mixture was calcined at 815 ° C.
  • Negative electrode can 10 Coin-type battery

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Abstract

【課題】リチウムイオン二次電池に用いられた際に、より正極抵抗を低減させ、より優れた出力特性を発現できる正極活物質を提供する。 【解決手段】層状岩塩型の結晶構造のリチウム遷移金属含有複合酸化物粒子からなり、一次粒子が凝集した二次粒子により構成される。二次粒子は、３．０μｍ以上７．０μｍ以下のｄ５０、１．８ｍ２／ｇ以上５．５ｍ２／ｇ以下のＢＥＴ比表面積、０．０１μｍ以上０．３０μｍ以下の細孔ピーク径、前記細孔ピーク径の範囲における０．２ｍｌ／ｇ以上０．６ｍｌ／ｇ以下のｌｏｇ微分細孔容積〔ｄＶ／ｄ（ｌｏｇＤ）〕を有する。０．１μｍ以上１．０μｍ以下の範囲にある一次粒子径を有する複数の一次粒子のそれぞれにおける添加元素Ｍの濃度の変動係数が１．５以下である。

Description

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
　本発明は、リチウム遷移金属含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質、および該リチウムイオン二次電池用正極活物質を正極材料として用いたリチウムイオン二次電池に関する。
　近年、スマートフォン、タブレット端末、デジタルカメラ、ノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電池式電気自動車などの電気自動車用の電源として高容量で高出力の二次電池の開発が強く望まれている。
　このような要求を満たす二次電池として、リチウムイオン二次電池がある。このリチウムイオン二次電池は、負極、正極、非水電解質あるいは固体電解質などで構成され、その負極および正極の材料として用いられる活物質には、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が使用される。なお、非水電解質としては、支持塩であるリチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液があり、固体電解質としては、不燃性でリチウムイオン伝導性を有する無機あるいは有機の固体電解質がある。
　リチウムイオン二次電池のうち、層状岩塩型またはスピネル型の結晶構造を有するリチウム遷移金属含有複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、４Ｖ級の電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として、研究開発および実用化が進められている。
　リチウムイオン二次電池の正極材料としては、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、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（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物（ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２）、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウムニッケルマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２）などのリチウム遷移金属含有複合酸化物からなる正極活物質が提案されている。
　近年、これらのリチウム遷移金属含有複合酸化物の中でも、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物（ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２）を含む、遷移金属として、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物（ＮＭＣ）からなる三元系の正極活物質は、熱安定性に優れ、高容量で、電池容量のサイクル特性も良好で、かつ、低抵抗で高出力が得られる材料として注目されている。リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化物などと同じく、層状岩塩型の結晶構造を有する化合物である。
　リチウム遷移金属含有複合酸化物に関しては、その内部抵抗の低減による高出力化にその開発の重点が置かれている。特に、電気自動車用の電源用途において、さらなる内部抵抗の低減による高出力化が高いレベルで要求されている。
　リチウムニッケル含有複合酸化物やリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物などのリチウム遷移金属含有複合酸化物からなる正極活物質の出力特性やサイクル特性を改善するためには、小粒径かつ粒度分布が狭い粒子によって構成することが重要である。粒径の小さい粒子は、その比表面積が大きく、正極活物質として用いた場合に電解質との反応面積を十分に確保することができ、さらに、正極を薄く構成し、リチウムイオンの正極－負極間の移動距離を短くすることができる。このため、粒径の小さい粒子とすることで、正極抵抗の低減を図ることが可能となる。また、粒度分布が狭い粒子を用いることにより、電極内で粒子に印加される電圧を均一化できるため、微粒子の選択的な劣化による電池容量の低下を抑制することが可能となる。
　出力特性のさらなる改善を図るために、リチウム遷移金属含有複合酸化物の粒子構造の改善についても研究開発が進められている。たとえば、出力特性の改善には、正極活物質の内部に、電解質が侵入可能な空間部を形成することが有効であると考えられる。このような構造を採用することにより、粒径が同程度である中実構造の正極活物質と比べて、電解質との反応面積を大きくすることができるため、正極抵抗を大幅に低減することが可能となる。なお、正極活物質は、その前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物の粒子性状を引き継ぐことが知られている。すなわち、空間部を備えた正極活物質を得るためには、その前駆体である遷移金属含有複合水酸化物の二次粒子の粒径、粒度分布、および粒子構造などを適切に制御することが必要となる。
　たとえば、特開２０１２－２４６１９９号公報、および、ＷＯ２０１２／１３１８８１号公報には、主として核生成を行う核生成工程と、主として粒子成長を行う粒子成長工程の２段階に明確に分離した晶析反応により、正極活物質の前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物粒子を製造する方法が開示されている。これらの方法では、核生成工程および粒子成長工程におけるｐＨ値や反応雰囲気を適宜調整することで、小粒径で粒度分布が狭く、かつ、微細一次粒子からなる低密度の中心部と、板状または針状一次粒子からなる高密度の外殻部とから構成される遷移金属含有複合水酸化物粒子を得ており、このような複合水酸化物粒子から得られる正極活物質は、中空構造を有しており、電解液との接触面積が大きくなり、出力特性の改善が可能としている。
　ＷＯ２０１４／１８１８９１号公報、特開２０１８－１０４２７６号公報には、少なくとも遷移金属を含有する金属化合物とアンモニウムイオン供給体とを含む核生成用水溶液のｐＨ値を１２．０以上１４．０以下となるように制御し、核生成を行う核生成工程と、生成した核を含有する粒子成長用水溶液のｐＨ値を、核生成工程のｐＨ値よりも低く、かつ、１０．５以上１２．０以下となるように制御して成長させる粒子成長工程を備え、核生成工程および粒子成長工程の初期を非酸化性雰囲気とするとともに、粒子成長工程における所定のタイミングで、酸化性雰囲気に切り替えた後、再度、非酸化性雰囲気に切替える雰囲気制御を少なくとも１回行うことを特徴とする遷移金属含有複合水酸化物粒子の製造方法が開示されている。この方法によれば、小粒径で粒度分布が狭く、かつ、板状または針状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、中心部の外側に微細一次粒子が凝集して形成された低密度層と、板状一次粒子が凝集して形成された高密度層が交互に積層した積層構造を２つ備える遷移金属含有複合水酸化物粒子を得ることができるとしている。
　これらの遷移金属含有複合水酸化物粒子を前駆体とする正極活物質は、小粒径で粒度分布が狭く、中空構造または空間部を有する多層構造を備えたものとなる。したがって、これらの正極活物質を用いた二次電池では、電池容量、出力特性、およびサイクル特性を同時に改善することが可能とされている。
特開２０１２－２４６１９９号公報 ＷＯ２０１２／１３１８８１号公報 ＷＯ２０１４／１８１８９１号公報 特開２０１８－１０４２７６号公報
　しかしながら、これらの文献に記載の正極活物質に対しては、その出力特性について改善の余地があることから、さらなる出力特性の改善が求められている。
　本発明は、上記課題に鑑みて、リチウムイオン二次電池に用いられた際に、優れた出力特性を発現することが可能なリチウムイオン二次電池用正極活物質を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、
　複合酸化物粒子は、一般式（Ａ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔＯ２（ただし、－０．０５≦ｕ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．５、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷから選択される１種以上の添加元素）で表される組成、および、層状岩塩型構造の結晶構造を有するリチウム遷移金属含有複合酸化物粒子からなり、
　該リチウム遷移金属含有複合酸化物粒子は、一次粒子が凝集した二次粒子により構成され、
　前記二次粒子は、
　３．０μｍ以上７．０μｍ以下の粒度分布測定値から求めた５０％累積径ｄ５０、
　１．８ｍ２／ｇ以上５．５ｍ２／ｇ以下のＢＥＴ比表面積、
　水銀圧入法により得られた細孔部分における、０．０１μｍ以上０．３０μｍ以下の細孔ピーク径、および、
　前記０．０１μｍ以上０．３０μｍ以下の細孔ピーク径の範囲における、０．２ｍｌ／ｇ以上０．６ｍｌ／ｇ以下のｌｏｇ微分細孔容積〔ｄＶ／ｄ（ｌｏｇＤ）〕、
を有し、および、
　前記一次粒子のうち、０．１μｍ以上１．０μｍ以下の範囲にある一次粒子径を有する複数の一次粒子のそれぞれについて、断面ＳＴＥＭあるいはＴＥＭ－ＥＤＸ分析によって複数箇所について前記添加元素Ｍの濃度を測定し、該添加元素Ｍの濃度の標準偏差を該添加元素Ｍの平均濃度で除した値である該添加元素Ｍの濃度の変動係数を算出した場合に、該変動係数が１．５以下である。
　前記二次粒子の前記５０％累積径ｄ５０は、４．０μｍ以上６．０μｍ以下であることが好ましい。
　前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔（ｄ９０－ｄ１０）／ｄ５０〕（ただし、ｄ１０は粒度分布測定値から求めた１０％累積径であり、ｄ９０は粒度分布測定値から求めた９０％累積径である）が１．０以下であることが好ましい。
　前記二次粒子のｄ９０／ｄ１０の値が、１．０以上２．０以下であることが好ましい。
　前記二次粒子は、凝集部と、該凝集部の外周部を連通する１個以上の連通孔と、該凝集部の内側に存在し、前記連通孔と連通する２個以上の空間部を有することが好ましい。前記連通孔の数は２個以上であることが好ましい。前記２個以上の空間部は、前記連通孔または他の空間部と連通することが好ましい。
　前記添加元素Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＷから選択される１種以上であることが好ましい。前記添加元素Ｍは、Ｗであることが好ましい。
　本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレーター、および非水電解質を備え（非水電解質二次電池）、あるいは、正極、負極、および固体電解質を備え（固体電解質二次電池）、前記正極に用いられる正極活物質として、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質が用いられていることを特徴とする。
　本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質では、非水電解質あるいは固体電解質との接触面積が十分に大きいため、粒子界面でのリチウムイオンの挿入および脱離が促進され、その出力特性を改善することが可能である。したがって、本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質用を適用したリチウムイオン二次電池は、高い出力特性を提供することが可能となるため、その工業的な意義は非常に大きい。
図１は、本発明の実施例１のリチウムイオン二次電池用正極活物質を構成する二次粒子の断面のＳＥＭ写真である。 図２は、比較例１のリチウムイオン二次電池用正極活物質を構成する二次粒子の断面のＳＥＭ写真である。 図３は、電池評価に使用した２０３２型コイン形電池の概略断面図である。 図４は、インピーダンス評価の測定例を示すグラフである。 図５は、解析に使用した等価回路の概略説明図である。
　１．リチウムイオン二次電池用正極活物質
　本発明の実施形態の一例に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質（以下、「正極活物質」という）は、リチウム遷移金属含有複合酸化物粒子（以下、「複合酸化物粒子」という）からなり、下記の要件（１）～（７）を具備することを特徴とする。
　（１）組成
　複合酸化物粒子は、一般式（Ａ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔＯ２（ただし、－０．０５≦ｕ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．５、０＜ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷから選択される１種以上の添加元素）で表される組成を有する。
　本発明の正極活物質において、リチウム（Ｌｉ）の過剰量を示すｕの値は、－０．０５以上０．５以下の範囲にある。好ましくは０以上０．５０以下の範囲、より好ましくは０以上０．３５以下の範囲にある。ｕの値を上記範囲に規制することにより、この正極活物質を正極材料として用いたリチウムイオン二次電池の出力特性および電池容量を向上させることができる。これに対して、ｕの値が－０．０５未満では、二次電池の正極抵抗が大きくなるため、出力特性を向上させることができない可能性がある。０．５を超えると、初期放電容量が低下するばかりでなく、正極抵抗も大きくなってしまう可能性がある。
　ニッケル（Ｎｉ）は、二次電池の高電位化および高容量化に寄与する元素であり、その含有量を示すｘの値は、０．３以上０．９以下の範囲にある。好ましくは０．４以上０．７以下の範囲、より好ましくは０．４以上０．６以下の範囲にある。ｘの値が０．３未満では、この正極活物質を用いた二次電池のエネルギー密度を十分に向上させることができない可能性がある。ｘの値が０．９を超えると、出力特性や耐久特性を向上させる他の元素の含有量が減少し、正極活物質としての特性が十分に得られない可能性がある。
　マンガン（Ｍｎ）は、熱安定性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すｙの値は、０以上０．５以下の範囲にある。好ましくは０．１以上０．４以下の範囲にある。ｙの値が０．５を超えると、高温作動時に正極活物質からＭｎが溶出し、充放電サイクル特性が劣化することがある。
　コバルト（Ｃｏ）は、充放電サイクル特性および出力特性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すｚの値は、０以上０．５以下の範囲にある。好ましくは０．１以上０．４以下の範囲にある。ｚの値が０．５を超えると、この正極活物質を用いた二次電池の初期放電容量が低下することがある。
　本発明の正極活物質では、以下の添加元素Ｍを含有することができる。添加元素Ｍとしては、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、カルシウム（Ｃａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、およびタングステン（Ｗ）から選択される１種以上を用いることができる。
　添加元素Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、Ｗであることがより好ましい。
　添加元素Ｍの含有量を示すｔの値は、０を超えて０．０５以下の範囲にある。好ましくは０．００１以上０．０３以下の範囲にある。ｔの値が０．０５を超えると、Ｒｅｄｏｘ反応に寄与する金属元素が減少するため、二次電池の電池容量が低下する。
　添加元素Ｍは、複合酸化物粒子内部に分散させてもよく、複合酸化物粒子の表面を被覆させてもよい。いずれの場合でも、添加元素Ｍの含有量が上記範囲となるように制御することが好ましい。
　本発明の複合酸化物粒子は、主たる遷移金属として、Ｎｉ、Ｍｎ、およびＣｏを含む、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物（ＮＭＣ）により構成されていることが好ましい。この場合、複合酸化物粒子は、一般式（Ｂ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔＯ２（－０．０５≦ｕ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０＜ｔ≦０．０５、Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷから選択される１種以上の添加元素）の組成を有することが好ましい。
　正極活物質の組成の確認は、誘導結合プラズマ発光分析、粉末Ｘ線回折により得られたパラメータをリートベルト解析することなどにより、行うことができる。
　本発明の正極活物質は、上記一般式（Ａ）または一般式（Ｂ）の組成を有する場合、層状岩塩型で、六方晶系の結晶構造を有する。
　（２）粒子構造
　本発明の正極活物質では、複合酸化物粒子は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。
　前記二次粒子は、凝集部と、該凝集部の外周部を連通する１個以上の連通孔と、該凝集部の内側に存在し、前記連通孔と連通する２個以上の空間部を有することが好ましい。
　前記２個以上の空間部は、前記連通孔または他の空間部と連通することが好ましい。前記連通孔の数も２個以上であることが好ましい。
　複合酸化物粒子がこのような二次粒子の構造を有することにより、後述する本発明の正極活物質の粒子性状を容易に実現することが可能となる。
　外周部の連通孔と内部の空間部とが連通していない場合、粒子内部の空間部が孤立して、複合酸化物粒子（二次粒子）の内部に十分に電解質が侵入できず、十分な反応場が確保できないため、この正極活物質を用いた二次電池において、所望の電池性能が十分に発現しない場合がある。内部の２個以上の空間部は、それぞれが直接に外周部の連通孔と連通することができる。あるいは、他の連通孔を介して外周部の連通孔と連通することもできる。
　このような構造により、外周部の連通孔を介して、粒子内部の空間部にまで十分に電解質が侵入するため、粒子の表面だけでなく、粒子内部においても、リチウムの脱離および挿入が可能となり、十分な反応場が確保され、電池の内部抵抗を大幅に低減させることが可能となる。
　したがって、このような構造を有する正極活物質を正極材料に用いてリチウムイオン二次電池を構成した場合、出力特性をさらに改善することが可能となる。
　（３）粒子径
　本発明の正極活物質において、前記二次粒子は、３．０μｍ以上７．０μｍ以下の粒度分布測定値から求めた５０％累積径ｄ５０を有する。該二次粒子の５０％累積径ｄ５０は、４．０μｍ以上６．５μｍ以下であることが好ましく、４．０μｍ以上６．０μｍ以下であることがより好ましい。
　より具体的には、５０％累積径ｄ５０は、レーザー光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めた累積体積が全粒子の合計体積の５０％となる粒径（全体体積を１００％にして粒度分布の累積曲線を求めるとき、この累積曲線が５０％となる点の粒径）である。
　正極活物質を構成する粒子のｄ５０が上記範囲にあれば、この正極活物質を用いた二次電池の単位体積あたりの電池容量を増加させることができるばかりでなく、安全性や出力特性も改善することができる。
　これに対して、５０％累積径ｄ５０が３．０μｍ未満では、正極活物質の充填性が低下し、単位体積あたりの電池容量を増加させることができない可能性がある。５０％累積径ｄ５０が７．０μｍを超えると、正極活物質の反応面積が低下し、電解質との界面が減少するため、出力特性を改善することが困難となる可能性がある。
　（４）ＢＥＴ比表面積
　本発明の正極活物質において、前記二次粒子は、１．８ｍ２／ｇ以上５．５ｍ２／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有する。ＢＥＴ比表面積は、２．０ｍ２／ｇ以上５．０ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、２．５ｍ２／ｇ以上４．５ｍ２／ｇ以下であることがより好ましい。
　前記二次粒子のＢＥＴ比表面積は、正極活物質の粒子性状（電解質との接触面積）を表す指標となる。該二次粒子が、凝集部と、該凝集部の外周部を連通する１個以上の連通孔と、該凝集部の内側に存在し、前記連通孔と連通する２個以上の空間部を有する場合、このＢＥＴ比表面積は、二次粒子の外周部に存在する連通孔（開口部）および二次粒子の内部の微細空洞（空間部）を含む表面積を表す。
　ＢＥＴ比表面積は、窒素ガス吸着によるＢＥＴ法により測定される。
　前記二次粒子のＢＥＴ比表面積が１．８ｍ２／ｇ未満では、この正極活物質を用いて二次電池を構成した場合に、電解質との反応面積を十分に確保することができず、出力特性を十分に向上させない可能性がある。該二次粒子のＢＥＴ比表面積が５．５ｍ２／ｇを超えると、正極活物質と電解質との反応面積が多くなり過ぎ、二次電池の耐久性が低下する場合がある。
　（５）細孔ピーク径
　本発明の正極活物質において、前記二次粒子は、水銀圧入法により得られた細孔部分における、０．０１μｍ以上０．３０μｍ以下の細孔ピーク径を有する。該細孔ピーク径は、０．０２μｍ以上０．２８μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上０．２５μｍ以下であることがより好ましい。
　具体的には、細孔ピーク径は、水銀圧入法により該二次粒子の細孔分布プロットを得て、該細孔分布プロットにおける細孔ピークの存在する径として定義される。
　該二次粒子の細孔ピーク径は、正極活物質の粒子性状（平均的な細孔径）を表す指標となる。より具体的には、正極活物質を構成する二次粒子の細孔ピーク径が上述の範囲にあると、該粒子は、細孔を有する正極活物質であることを意味する。
　該二次粒子の細孔ピーク径が、０．０１μｍ未満では、細孔径が小さいため粒子強度を維持できず粒子が粉砕され、電池性能を損なう可能性がある。該二次粒子の細孔ピーク径が０．３０μｍを超えると、この正極活物質を用いて二次電池を構成した場合、電解質との反応面積を十分に確保できず、出力特性を十分に発揮でいない可能性がある。
　（６）ｌｏｇ微分細孔容積
　本発明の正極活物質において、前記二次粒子は、前記０．０１μｍ以上０．３０μｍ以下の細孔ピーク径の範囲における、０．２ｍｌ／ｇ以上０．６ｍｌ／ｇ以下のｌｏｇ微分細孔容積〔ｄＶ／ｄ（ｌｏｇＤ）〕を有する。該ｌｏｇ微分細孔容積は、０．２ｍｌ／ｇ以上０．６ｍｌ／ｇ以下であることが好ましく、０．２５ｍｌ／ｇ以上０．５ｍｌ／ｇ以下であることがより好ましい。
　該細孔ピーク径におけるｌｏｇ微分細孔容積〔ｄＶ／ｄ（ｌｏｇＤ）〕は、正極活物質の粒子性状（全空洞の容積）を表す指標となる。より具体的には、該細孔ピーク径におけるｌｏｇ微分細孔容積〔ｄＶ／ｄ（ｌｏｇＤ）〕は、水銀圧入法により得た該二次粒子の細孔分布プロットに基づいて、それぞれの細孔径について求めた差分細孔容積ｄＶを、細孔径の対数扱いの差分値ｄ（ｌｏｇＤ）で割った値を求めた、ｌｏｇ微分細孔容積分布における、前記細孔ピーク径のおける値である。正極活物質を構成する二次粒子において、ｌｏｇ微分細孔容積〔ｄＶ／ｄ（ｌｏｇＤ）〕が上述の範囲にあると、該粒子は、内部に適切な量の空間部が形成され、十分な反応面積が得られることを意味する。
　該細孔ピーク径におけるｌｏｇ微分細孔容積〔ｄＶ／ｄ（ｌｏｇＤ）〕が、０．２ｍｌ／ｇを下回ると、二次粒子の内部に十分な空間部が形成されず、十分な反応面積が得られない場合がある。該細孔ピーク径におけるｌｏｇ微分細孔容積〔ｄＶ／ｄ（ｌｏｇＤ）〕が、０．６ｍｌ／ｇを超えると、二次粒子の内部に構造的に空間部が多く存在することとなり、かさ密度が低くなって充填性が低下するため、該正極活物質を用いて二次電池を構成した場合に、単位体積あたりの電池容量が十分に得られない場合がある。
　（７）添加元素Ｍの濃度の変動係数
　本発明の正極活物質において、前記二次粒子を構成する前記一次粒子内における添加元素Ｍの濃度のばらつきを示す変動係数（ＣＶ）は、１．５以下である。該変動係数（ＣＶ）は、１．３以下であることが好ましく、１．２以下であることがさらに好ましい。
　添加元素Ｍの濃度の変動係数は、前記一次粒子内の粒内および粒界を含む一次粒子全体における添加元素Ｍの濃度のばらつきを示す指標である。
　添加元素Ｍの濃度の変動係数は、以下のようにして求められる。まず、収束イオンビーム装置（ＦＩＢ）やイオンミリング装置などで、正極活物質を薄片加工して、二次粒子断面を露出させる。走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）あるいは透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、該二次粒子の断面のうち、０．１μｍ以上１．０μｍ以内の範囲にある一次粒子径を有する連結する２つの一次粒子を狙い、該２つの一次粒子のそれぞれについて、複数箇所に電子線照射を行い、発生した添加元素Ｍの特性Ｘ線のエネルギーについてエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）分析を行うことで、それぞれの箇所における添加元素Ｍの濃度を求める。
　得られた添加元素Ｍの濃度のデータから、添加元素Ｍの平均濃度（μ）、および、添加元素Ｍの濃度の標準偏差（σ）を求める。
　添加元素Ｍの濃度の変動係数（ＣＶ）は、式：ＣＶ＝σ／μにより求められる。
　添加元素Ｍの濃度の変動係数（ＣＶ）が１．５を超えると、一次粒子内および／または二次粒子内のおける、添加元素Ｍの分布に偏りが生じ、この正極活物質を用いた二次電池において、電池容量や出力特性などの電池性能が損なわれる場合がある。
　（８）粒度分布
　任意であるが、本発明の正極活物質において、前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔（ｄ９０－ｄ１０）／ｄ５０〕は、好ましくは１．０以下、より好ましくは０．７以下、さらに好ましくは０．６以下である。このような粒度分布が狭い二次粒子からなる正極活物質は、微細粒子や粗大粒子の割合が少ないため、これを用いた二次電池は、安全性、サイクル特性、および出力特性のいずれにも優れたものとなる。
　〔（ｄ９０－ｄ１０）／ｄ５０〕が１．０を超えると、正極活物質中の微細粒子や粗大粒子の割合が増加する。たとえば、微細粒子の割合が多いと、微細粒子の局所的な反応に起因して、二次電池が発熱しやすくなり、安全性が低下するばかりでなく、微細粒子の選択的な劣化により、サイクル特性が劣ったものとなることがある。また、粗大粒子の割合が多いと、電解質と正極活物質の反応面積を十分に確保することができず、出力特性が劣ったものとなることがある。
　工業規模の生産を前提とした場合には、正極活物質として、〔（ｄ９０－ｄ１０）／ｄ５０〕が過度に小さいものを用いることは現実的ではない。したがって、コストや生産性を考慮すると、〔（ｄ９０－ｄ１０）／ｄ５０〕の下限値は、０．３程度とすることが好ましい。
　なお、粒度分布の広がりを示す指標〔（ｄ９０－ｄ１０）／ｄ５０〕におけるｄ１０およびｄ９０の意味および求め方は、上述のｄ５０の場合と同様であり、ｄ９０は、それぞれの粒子の体積を粒径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の９０％となる粒径、ｄ１０は、それぞれの粒子の体積を粒径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の１０％となる粒径を意味する。
　（９）ｄ９０／ｄ１０
　任意であるが、本発明の正極活物質において、前記二次粒子についての前記粒度分布測定値から求めたｄ１０の値に対するｄ９０の値の比（ｄ９０／ｄ１０）は、１．０以上２．０以下であることが好ましく、１．２以上１．８以下であることがより好ましい。
　正極活物質を構成する二次粒子のｄ９０／ｄ１０の値がこの範囲にあれば、この正極活物質を用いた二次電池の単位体積あたりの電池容量を増加させることができるばかりでなく、安全性や出力特性も改善することができる。二次粒子のｄ９０／ｄ１０の値が２．０を超えると、正極活物質の反応面積が低下し、電解質との界面が減少するため、出力特性を改善することが困難となる可能性がある。
　（１０）（００３）面のＸ線回折図形から求めた結晶子径
　任意であるが、本発明の正極活物質を構成する複合酸化物粒子について、Ｘ線回折による（００３）面のピークの半価幅からシェラー式を用いて一次粒子の結晶子径を求めた場合に、その結晶子径が、好ましくは３００Å～１５００Åの範囲、より好ましくは４００Å～１３００Åの範囲、さらに好ましくは７００Å～１２５０Åの範囲にある。このような範囲の結晶子径を有する正極活物質は、結晶性がきわめて高く、二次電池の正極抵抗を低減させ、かつ、その出力特性を向上させることができる。
　（００３）面の結晶子径が３００Å未満であると、一次粒子が微細で、正極活物質内の一次粒子間に存在する細孔が微細となりすぎて、正極活物質内に電解質が侵入しがたくなるため、電解質との反応面積が減少し、二次電池の出力特性が低下する。（００３）面の結晶子径が１５００Åを超えると、一次粒子が粗大になりすぎて、二次粒子中に占める細孔の割合が極端に減少し、電解質の侵入経路が減少するため、電解質との反応面積が減少して、二次電池の出力特性が低下する。
　２．リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
　本発明の正極活物質は、上述した組成、結晶構造、粒子構造、および粒子性状を具備している限り、その製造方法により限定されることはない。
　ただし、本発明の正極活物質を以下に説明する製造方法により製造することにより、上述した組成、結晶構造、粒子構造、および粒子性状を具備した正極活物質を容易に製造することが可能となる。
　具体的には、本発明の正極活物質は、晶析工程中における酸化性雰囲気と非酸化性雰囲気とを切り替えて、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物などの遷移金属含有複合水酸化物を調製し、該複合水酸化物あるいは該複合水酸化物を熱処理した熱処理粒子とリチウム化合物とを混合して、得られたリチウム混合物を焼成することにより得られる。
　以下、各工程について、前記複合酸化物粒子がリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物粒子である場合を例にして、詳細に説明する。
　（１）晶析工程
　反応槽内に水と水酸化ナトリウム水溶液とアンモニア水を適量供給し、ｐＨ値が液温２５℃基準で１１以上１３以下、アンモニウムイオン濃度が９ｇ／Ｌ以上１５ｇ／Ｌ以下となるように調整した反応前水溶液を準備する。一方、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルト、および添加元素Ｍの化合物（硫酸塩、ナトリウム塩など）を、それぞれの金属元素（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍ）のモル比が上記式（Ａ）を満たすように水に溶解し、１．０ｍｏｌ／Ｌ以上３．０ｍｏｌ／Ｌ以下の原料水溶液を調整することが望ましい。粒子内部に固溶させる添加元素Ｍの変動係数を抑えて、遷移金属元素の周辺に局所的に添加元素Ｍが共沈することを解消するためには、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、および硫酸コバルトを、それぞれの金属元素（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ）のモル比が上記式（Ａ）を満たすように水に溶解し、１．０ｍｏｌ／Ｌ以上３．０ｍｏｌ／Ｌ以下の原料水溶液を調整し、添加元素Ｍの化合物を含んだ水溶液を別に準備して、添加元素Ｍの添加量が上記式（Ａ）を満たすように、前記原料水溶液に添加することがより好ましい。
　次に、原料水溶液を、アルゴンガスや窒素など酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気のガスを吹き込みながら、反応前水溶液に供給することで、核生成を行う。この際、水酸化ナトリウム水溶液とアンモニア水を適宜供給し、核生成用水溶液のｐＨ値およびアンモニウムイオン濃度を上述した範囲に維持させることが望ましい。
　核生成終了後、硫酸などの酸を加えて、ｐＨ値が、液温２５℃基準で１０以上１２以下であって、かつ、前記核生成工程におけるｐＨ値よりも小さくなるように調整することで、粒子成長用水溶液を形成する。ｐＨ値が所定の値になったことを確認した後、上記原料水溶液を供給し核生成工程で生成した核（粒子）を成長させる。なお、添加元素Ｍの化合物を含んだ水溶液を別に準備する場合において、該添加元素Ｍの化合物を含んだ水溶液を、粒子成長工程においてのみ、あるいは、粒子成長工程の特定の段階においてのみ、添加することもできる。
　粒子成長の第１段階として、粒子成長工程の開始時から、酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気における晶析を、一定時間攪拌機を用いて攪拌させながら、継続する。
　第２段階として、原料水溶液の供給を継続したまま、マイクロナノバブル発生機を用いて、反応槽内に極微細な空気または酸素からなる酸化性雰囲気のガスの気泡を流通させ、反応雰囲気を酸素濃度が２１容量％以上の酸化性雰囲気に調整する、切替操作１を行う。切替操作１の開始後、酸化性雰囲気を維持しつつ一定時間撹拌機を用いて攪拌させながら、晶析を行う。
　第３段階として、原料水溶液の供給を継続したまま、マイクロナノバブル発生機を用いて反応槽内に極微細な非酸化性雰囲気のガスの気泡を流通させ、反応雰囲気を酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整する、切替操作２を行う。切替操作２の開始後、非酸化性雰囲気を維持しつつ一定時間撹拌機を用いて攪拌させながら、晶析を行う。
　第４段階として、原料水溶液の供給を継続したまま、マイクロナノバブル発生機を用いて反応槽内に極微細な酸化性雰囲気のガスの気泡を流通させ、反応雰囲気を酸素濃度が２１容量％以上の酸化性雰囲気に調整する、切替操作３を行う。切替操作３の開始後、酸化性雰囲気を維持しつつ一定時間撹拌機を用いて攪拌させながら、晶析を行う。
　第５段階として、原料水溶液の供給を継続したまま、マイクロナノバブル発生機を用いて反応槽内に極微細な非酸化性雰囲気のガスの気泡を流通させ、反応雰囲気を酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整する、切替操作４を行う。切替操作４の開始後、非酸化性雰囲気を維持しつつ一定時間撹拌機を用いて攪拌させながら、晶析を行う。
　本発明では、粒子成長用水溶液の反応雰囲気の切替および維持を行うための装置として、マイクロナノバブル発生機を用いている。マイクロナノバブル発生機による気泡（マイクロナノバブル）の直径は０．０１ｍｍ以下であり、その浮力が小さいため、気泡が水中に長く滞留するため、非酸化性雰囲気ガスおよび酸化性雰囲気ガスによる反応雰囲気の切替が速やかになされ、かつ、その酸素濃度をより低くあるいはより高くすることが可能となる。なお、核生成工程でも、同様に、マイクロナノバブル発生機を用いることが、速やかに酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に維持でき緻密な核が形成される観点から好ましい。
　粒子成長工程におけるそれぞれの段階の時間は、第２段階≦第４段階＜第１段階≦第３段階≦第５段階とする。粒子成長工程全体の晶析時間は、８時間以内にすることが望ましい。
　粒子成長工程は、同様に、切替操作５および６を行い、酸化性雰囲気における第６段階および非酸化性雰囲気における第７段階を設けることもできる。さらに、切替操作７および８を行い、酸化性雰囲気における第８段階および非酸化性雰囲気における第９段階を設けることもできる。さらに追加して、切替操作９および１０を行い、酸化性雰囲気における第１０段階および非酸化性雰囲気における第１１段階を設けることもできる。
　これらの場合も、粒子成長工程におけるそれぞれの段階の時間は、第２段階≦第４段階≦第６段階≦第８段階≦第１０段階＜第１段階≦第３段階≦第５段階≦第７段階≦第９段階≦第１１段階とする。また、いずれの段階でも、粒子成長用水溶液の反応雰囲気の切替および維持を行うための装置として、マイクロナノバブル発生機を用いる。
　晶析終了後、得られた生成物を、水洗、ろ過および乾燥させることにより、所定のニッケルコバルトマンガン含有複合水酸化物粒子を得ることができる。
　粒子成長工程においては、この工程を通じて、水酸化ナトリウム水溶液とアンモニア水を適宜供給し、粒子成長用水溶液のｐＨ値およびアンモニウムイオン濃度を上述した範囲に維持することが望ましい。
　このような晶析工程により得られた複合水酸化物粒子は、高密度の中心部の周囲に低密度層と高密度層とが相互に積層された粒子構造を有する。かかる粒子構造を有する複合水酸化物粒子を前駆体とすることで、凝集部と、該凝集部の外周部を連通する１個以上の連通孔と、該凝集部の内側に存在し、前記連通孔と連通する２個以上の空間部を有する粒子構造を備えた、複合酸化物粒子が容易に得られる。
　（２）混合工程
　混合工程は、上述した複合水酸化物粒子、あるいは、該複合水酸化物粒子に熱処理を加えた熱処理粒子に、リチウム化合物を混合して、リチウム混合物を得る工程である。
　混合工程では、リチウム混合物中のＬｉ以外の金属原子、具体的には、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、および添加元素Ｍとの原子数の和（Ｍｅ）と、Ｌｉの原子数（Ｌｉ）との比（Ｌｉ／Ｍｅ）が、０．９５以上１．５以下、好ましくは１．０以上１．５以下、より好ましくは１．０以上１．３５以下、さらに好ましくは１．０以上１．２以下となるように、複合水酸化物粒子とリチウム化合物を混合する。すなわち、焼成工程の前後では、Ｌｉ／Ｍｅは変化しないので、混合工程におけるＬｉ／Ｍｅが、目的とする正極活物質のＬｉ／Ｍｅとなるように、複合水酸化物とリチウム化合物を混合することが必要となる。
　混合工程で使用するリチウム化合物は、特に制限されることはないが、入手の容易性から、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、またはこれらの混合物を用いることが好ましい。特に、取り扱いの容易さや品質の安定性を考慮すると、水酸化リチウムまたは炭酸リチウムを用いることが好ましい。
　混合には、一般的な混合機を使用することができる。たとえば、シェーカーミキサー、レーディゲミキサー、ジュリアミキサー、Ｖブレンダーなどを用いることができる。
　（３）仮焼工程
　リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用する場合には、混合工程後、焼成工程の前に、リチウム混合物を、後述する焼成温度よりも低温、かつ、３５０℃以上８００℃以下、好ましくは４５０℃以下７５０℃以下の温度で仮焼する仮焼工程を行うこともできる。これにより、複合水酸化物粒子中に、Ｌｉを十分に拡散させることができ、より均一な複合酸化物粒子を得ることができる。
　なお、上記温度での保持時間は、１時間以上１０時間以下とすることが好ましく、３時間以上６時間以下とすることがより好ましい。また、仮焼工程における雰囲気は、後述する焼成工程と同様に、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が１８容量％以上１００容量％以下の雰囲気とすることがより好ましい。
　（４）焼成工程
　焼成工程は、混合工程で得られたリチウム混合物を所定条件の下で焼成し、複合水酸化物中にＬｉを拡散させて反応させ、複合酸化物粒子を得る工程である。
　焼成工程に用いられる炉は、特に制限されることはなく、大気ないしは酸素気流中でリチウム混合物を加熱できるものであればよい。ただし、炉内の雰囲気を均一に保つ観点から、ガス発生がない電気炉が好ましく、バッチ式あるいは連続式の電気炉のいずれも好適に用いることができる。この点については、熱処理工程および仮焼工程に用いる炉についても同様である。
　ａ）焼成温度
　リチウム混合物の焼成温度は、７２０℃以上９８０℃以下に設定される。焼成温度が７２０℃未満では、複合水酸化物粒子とＬｉが十分に反応せず、余剰のＬｉや未反応の複合水酸化物が残存したり、得られる正極活物質の結晶性が不十分なものとなったりする。一方、焼成温度が９８０℃を超えると、複合酸化物粒子内の連通孔や空間部が潰れて、最終的に得られる正極活物質（二次粒子）のＢＥＴ比表面積の低下、並びに、細孔ピーク径および該細孔ピーク径におけるｌｏｇ微分細孔容積の低下を招く可能性がある。また、正極活物質の粒子間が激しく焼結して、異常粒成長が引き起こされ、不定形な粗大粒子の割合が増加することとなる。
　焼成温度を制御することで、正極活物質（二次粒子）のＢＥＴ比表面積、細孔ピーク径および該細孔ピーク径におけるｌｏｇ微分細孔容積、さらには粒度分布測定値から求めた５０％累積径ｄ５０を制御することが可能である。正極活物質（二次粒子）のＢＥＴ比表面積、細孔ピーク径および該細孔ピーク径におけるｌｏｇ微分細孔容積、粒度分布測定値から求めた５０％累積径ｄ５０を制御する観点からは、リチウム混合物の焼成温度を７３０℃以上９７０℃以下に設定することが好ましく、７５０℃以上９７０℃以下に設定することがより好ましい。
　焼成工程における昇温速度は、１℃／分以上１０℃／分以下に設定することが好ましく、３℃／分以上８℃／分以下に設定することがより好ましい。さらに、焼成工程中、リチウム化合物の融点付近の温度においては、昇温速度を低下させて、０．３℃／分以上６℃／分以下に設定することがより好ましい。これにより、複合水酸化物粒子とリチウム化合物とを、より均一に反応させることができる。
　ｂ）焼成時間
　焼成時間のうち、上述した焼成温度での保持時間は、少なくとも２時間とすることが好ましく、３時間以上２０時間以下とすることがより好ましい。焼成温度における保持時間が２時間未満では、複合酸化物粒子中にＬｉが十分に拡散せず、余剰のＬｉや未反応の複合酸化物粒子が残存したり、得られる正極活物質の結晶性が不十分なものとなったりするおそれがある。
　ｃ）焼成雰囲気
　焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が１８容量％以上１００容量％以下の雰囲気とすることがより好ましく、酸素濃度が５０容量％以上１００容量％以下の雰囲気とすることがさらに好ましい。上記酸素濃度の酸素と不活性ガスの混合雰囲気とすることが特に好ましい。すなわち、焼成は、大気ないしは酸素気流中で行うことが好ましい。酸素濃度が１８容量％未満では、正極活物質の結晶性が不十分なものとなるおそれがある。
　（５）解砕工程
　焼成工程によって得られた正極活物質を構成する二次粒子は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合には、凝集体または焼結体を解砕することが好ましい。これによって、得られる正極活物質の平均粒径や粒度分布を好適な範囲に調整することができる。なお、解砕とは、焼成時に粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギーを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく分離させて、凝集体をほぐす操作を意味する。
　解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、たとえば、ピンミルやハンマーミルなどを使用することができる。なお、この際、二次粒子自体を破壊しないように、解砕力を適切な範囲に制御することが好ましい。
　以上述べたように、焼成条件を調整することで、正極活物質（二次粒子）のＢＥＴ比表面積、細孔ピーク径および該細孔ピーク径におけるｌｏｇ微分細孔容積、並びに、粒度分布測定値から求めた５０％累積径ｄ５０を制御することが可能となり、最終的に、所定の粒子性状を備えた、本発明の正極活物質を容易に得ることができる。
　３．リチウムイオン二次電池
　本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレーター、および非水電解質などの構成部材を備える、一般的な非水電解質二次電池と同様の構成を採ることができる。あるいは、本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、および固体電解質などの構成部材を備える、一般的な固体電解質二次電池と同様の構成を採ることができる。すなわち、本発明は、リチウムイオンの脱離および挿入により、充放電を行う二次電池であれば、非水電解液二次電池から全固体リチウムイオン二次電池まで広く適用可能である。なお、以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明は、本明細書に記載されている実施形態に基づいて、種々の変更、改良を施した形態のリチウムイオン二次電池に適用することが可能である。
　（１）構成部材
　ａ）正極
　本発明の正極活物質を用いて、たとえば、以下のようにして、リチウムイオン二次電池の正極を作製する。
　まず、本発明の正極活物質に、導電材および結着剤を混合し、さらに必要に応じて、活性炭、粘度調整などの溶剤を添加し、これらを混練して正極合材ペーストを作製する。その際、正極合材ペースト中のそれぞれの混合比も、リチウムイオン二次電池の性能を決定する重要な要素となる。たとえば、溶剤を除いた正極合材の固形分を１００質量部とした場合には、一般のリチウムイオン二次電池の正極と同様に、正極活物質の含有量を６０質量部以上９５質量部以下、導電材の含有量を１質量部以上２０質量部以下、および、結着剤の含有量を１質量部以上２０質量部以下とすることができる。
　得られた正極合材ペーストを、たとえば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して、溶剤を飛散させる。必要に応じて、電極密度を高めるべく、ロールプレスなどにより加圧することもある。このようにして、シート状の正極を作製することができる。シート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断などをして、電池の作製に供することができる。なお、正極の作製方法は、前記例示のものに限られることはなく、他の方法によってもよい。
　導電材としては、たとえば、黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など）や、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料を用いることができる。
　結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、またはポリアクリル酸を用いることができる。
　このほか、必要に応じて、正極活物質、導電材、および活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加することができる。溶剤としては、具体的に、Ｎ－メチル－２－ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することもできる。
　ｂ）負極
　負極には、金属リチウムやリチウム合金などを使用することができる。また、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に、結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅などの金属箔集電体の表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを使用することができる。
　負極活物質としては、たとえば、金属リチウムやリチウム合金などのリチウムを含有する物質、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる、天然黒鉛や人造黒鉛、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などを用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、ＰＶＤＦなどの含フッ素樹脂を用いることができ、これらの負極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。
　ｃ）セパレーター
　セパレーターは、リチウムイオン二次電池において、正極と負極との間に挟み込んで配置されるものであり、正極と負極とを分離し、電解質を保持する機能を有する。このようなセパレーターとしては、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微細な孔を多数有する膜を用いることができるが、上記機能を有するものであれば、特に限定されることはない。また、固体電解質を用いることも可能である。
　ｄ）電解質
　非水電解質二次電池に用いられる非水電解質には、支持塩であるリチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液などが用いられる。
　非水電解液に用いられる有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、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；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などから選ばれる１種を単独で、あるいは２種以上を混合して用いることができる。
　支持塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、およびこれらの複合塩などを用いることができる。
　なお、非水電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤および難燃剤などを含んでいてもよい。
　全固体リチウムイオン二次電池などの固体電解質二次電池に用いられる固体電解質は、高電圧に耐えうる性質を有する。固体電解質には、無機固体電解質および有機固体電解質がある。
　酸化物固体電解質としては、酸素（Ｏ）を含有し、かつ、リチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有する酸化物、たとえば、Ｌｉ１．３Ａｌ０．３Ｔｉ１．７（ＰＯ４）３、Ｌｉ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＰＯ４ＮＸ、ＬｉＢＯ２ＮＸ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４－Ｌｉ３ＰＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４－Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｏ－Ｂ２Ｏ３－Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ－ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ－Ｂ２Ｏ３－ＺｎＯ、Ｌｉ１＋ＸＡｌＸＴｉ２－Ｘ（ＰＯ４）３（０≦Ｘ≦１）、Ｌｉ１＋ＸＡｌＸＧｅ２－Ｘ（ＰＯ４）３（０≦Ｘ≦１）、ＬｉＴｉ２（ＰＯ４）３、Ｌｉ３ＸＬａ２／３－ＸＴｉＯ３（０≦Ｘ≦２／３）、Ｌｉ５Ｌａ３Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ６ＢａＬａ２Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ３．６Ｓｉ０．６Ｐ０．４Ｏ４などを用いることができる。
　硫化物固体電解質としては、硫黄（Ｓ）を含有し、かつ、リチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有する硫化物、たとえば、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ－Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２、ＬｉＩ－Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ－Ｌｉ２Ｓ－Ｂ２Ｓ３、Ｌｉ３ＰＯ４－Ｌｉ２Ｓ－Ｓｉ２Ｓ、Ｌｉ３ＰＯ４－Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２、ＬｉＰＯ４－Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ、ＬｉＩ－Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ－Ｌｉ３ＰＯ４－Ｐ２Ｓ５などを用いることができる。
　酸化物固体電解質および硫化物固体電解質以外の無機固体電解質としては、たとえば、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ３Ｎ－ＬｉＩ－ＬｉＯＨなどを用いることができる。
　有機固体電解質としては、イオン伝導性を示す高分子化合物を用いることができる。たとえば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの共重合体などを用いることができる。また、有機固体電解質は、支持塩（リチウム塩）を含むことができる。
　なお、固体電解質を用いる場合には、電解質と正極活物質の接触を確保するため、正極材中にも固体電解質を混合させることができる。
　（２）リチウムイオン二次電池の構成
　リチウムイオン二次電池の構成は、特に限定されず、非水電解質二次電池における、正極、負極、セパレーター、非水電解質などからなる構成や、固体電解質二次電池における、正極、負極、固体電解質などからなる構成を採りうる。また、二次電池の形状は、特に限定されず、円筒形や積層形など、種々の形状に採ることができる。
　非水電解質二次電池の場合、たとえば、正極および負極を、セパレーターを介して積層させて電極体とし、得られた電極体に、非水電解質を含浸させ、正極集電体と外部に通じる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉して、リチウムイオン二次電池を完成させる。
　（３）リチウムイオン二次電池の特性
　本発明のリチウムイオン二次電池は、上述したように、本発明の正極活物質を正極材料として用いているため、出力特性や耐久特性に優れる。
　（４）リチウムイオン二次電池の用途
　本発明のリチウムイオン二次電池は、上述のように、出力特性や耐久特性に優れており、これらの特性が高いレベルで要求される電動工具や環境自動車の電源に好適に利用することができる。
　以下、実施例および比較例を用いて、本発明を詳細に説明する。核生成工程および粒子成長工程を通じて、反応水溶液のｐＨ値は、ｐＨコントローラにより測定し、この測定値に基づき、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調整することで、それぞれの工程における反応水溶液のｐＨ値の変動幅を±０．２の範囲に制御した。
　（実施例１）
　ａ）複合水酸化物の製造
　［核生成工程］
　はじめに、反応槽内に、水を１７Ｌ入れて撹拌しながら、槽内温度を４０℃に設定した。この際、セラミック多孔体製のマイクロナノバブル発生機（株式会社ノリタケカンパニーリミテド製、マイクロナノバブル高効率気液反応装置）を用いて、反応槽内に極微細な窒素ガスの気泡を１時間流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気とした。続いて、反応槽内に、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液と２５質量％アンモニア水を適量供給し、ｐＨ値が、液温２５℃基準で１２．６、アンモニウムイオン濃度が１０ｇ／Ｌとなるように調整することで反応前水溶液を形成した。
　同時に、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、および硫酸コバルトを、それぞれの金属元素のモル比がＮｉ：Ｃｏ：Ｍｎ＝５：２：３となるように水に溶解し、２ｍｏｌ／Ｌの原料水溶液を調製した。
　添加元素ＭとしてＷを用いた。得られる複合水酸化物粒子における、添加元素Ｍを含むそれぞれの金属元素のモル比が、Ｎｉ：Ｍｎ：Ｃｏ：Ｗ＝５．０：２．０：３．０：０．１となるように、タングステン酸ナトリウム二水和物を水に溶解し、タングステン酸ナトリウム水溶液を調製した。
　次に、原料水溶液を、反応前水溶液に１１５ｍｌ／分で供給することで、核生成工程用水溶液を形成し、１分間の核生成を行った。この際、２５質量％の水酸化ナトリウム水溶液と２５質量％のアンモニア水を適時供給し、核生成用水溶液のｐＨ値およびアンモニウムイオン濃度を上述の範囲に維持した。
　［粒子成長工程］
　核生成終了後、すべての水溶液の供給を一旦停止するとともに、硫酸を加えて、ｐＨ値が液温２５℃基準で１１．０となるように調整することで、粒子成長用水溶液を形成した。ｐＨ値が所定の値になったことを確認した後、核生成工程と同様の１００ｍｌ／分と一定の割合で、原料水溶液を供給し、核生成工程で生成した核（粒子）を成長させた。なお、タングステン酸ナトリウム水溶液は、１０ｍｌ／分と一定の割合で、第３段階および第４段階において、原料水溶液と同時に供給した。
　第１段階として、攪拌機を用いて攪拌させながら、マイクロナノバブル発生機を用いて、極微細な窒素ガスの気泡を流通させつつ、粒子成長工程の開始時から酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気での晶析を３５分継続させた。
　第２段階として、原料水溶液の供給を継続したまま、マイクロナノバブル発生機を用いて反応槽内に極微細な空気の気泡を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が２１容量％の酸化性雰囲気に調整した（切替操作１）。切替操作１の開始後、酸化性雰囲気を維持しつつ攪拌機を用いて攪拌させながら、２０分晶析を行った。
　第３段階として、原料水溶液の供給を継続したまま、かつ、タングステン酸ナトリウム水溶液を供給しつつ、マイクロナノバブル発生機を用いて反応槽内に極微細な窒素の気泡を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整した（切替操作２）。切替操作２の開始後、非酸化性雰囲気を維持しつつ攪拌機を用いて攪拌させながら、６５分晶析を行った。
　第４段階として、原料水溶液およびタングステン酸ナトリウム水溶液の供給を継続したまま、マイクロナノバブル発生機を用いて反応槽内に極微細な空気の気泡を流通させ、酸素濃度が２１容量％の酸化性雰囲気に調整した（切替操作３）。切替操作３の開始後、酸化性雰囲気を維持しつつ攪拌機を用いて攪拌させながら、４０分晶析を行った。
　第５段階として、タングステン酸ナトリウム水溶液の供給を停止する一方、原料水溶液の供給を継続したまま、マイクロナノバブル発生機を用いて反応槽内に極微細な窒素の気泡を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整した（切替操作４）。切替操作４の開始後、非酸化性雰囲気を維持しつつ攪拌機を用いて攪拌させながら、１１０分晶析を行った。
　その後、原料水溶液を含むすべての水溶液の供給を停止することで、粒子成長工程を終了した。得られた生成物を、水洗、ろ過および乾燥させることにより、複合水酸化物粒子を得た。
　粒子成長工程においては、この工程を通じて、２５質量％の水酸化ナトリウム水溶液と２５質量％のアンモニア水を適宜供給し、粒子成長用水溶液のｐＨ値およびアンモニウムイオン濃度を、上述の範囲に維持した。
　ｂ）正極活物質の作製
　得られた複合水酸化物を、Ｌｉ／Ｍｅが１．１０となるように、シェーカーミキサー装置を用いて水酸化リチウムと十分に混合し、リチウム混合物を得た（混合工程）。
　このリチウム混合物を、酸素（酸素濃度：１００容量％）雰囲気中、昇温速度を１．３℃／分として９６５℃まで昇温し、この温度で３時間保持することにより焼成し、室温まで冷却した（焼成工程）。
　得られたリチウム遷移金属含有複合酸化物粒子の凝集または軽度の焼結を解消するために、この正極活物質を解砕した（解砕工程）。
　ｃ）正極活物質の評価
　［組成］
　ＩＣＰ発光分光分析装置（株式会社島津製作所製、ＩＣＰＥ－９０００）を用いた分析により、この正極活物質の組成を分析した。
　［粒度分布］
　レーザー光回折散乱式粒度分析計（マイクロトラック・ベル株式会社製、マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸＩＩ）を用いて、正極活物質（二次粒子）の粒度分布測定値から求めた５０％累積径ｄ５０、１０％累積径ｄ１０、９０％累積径ｄ９０を測定した。
　［ＢＥＴ比表面積］
　独立４ステーション型比表面積・細孔分布測定装置（カンタクローム・インスツルメンツ社製、ＱＵＡＤＲＡＳＯＲＢ　ＳＩ）を用いて、正極活物質（二次粒子）のＢＥＴ比表面積を求めた。
　［細孔ピーク径および該細孔ピーク径におけるｌｏｇ微分細孔容積］
　自動水銀ポリシメーター細孔分布測定装置（マイクロメリティックス社製、ＡｕｔｏＰｏｒｅ　ＩＶ９５２０）により、水銀圧入法による、正極活物質（二次粒子）の細孔ピーク径および該細孔ピーク径におけるｌｏｇ微分細孔容積を求めた。
　［粒子構造］
　正極活物質の一部を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリシャ（日本電子株式会社製、ＩＢ－１９５３０ＣＰ）加工によって断面観察可能な状態とした上で、ＳＥＭ（ＦＥ－ＳＥＭ：日本電子株式会社製、ＪＳＭ－６３６０ＬＡ）により観察した。図１に示すように、本発明の正極活物質は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子より形成され、二次粒子の外周部に連通孔を６個程度有し、かつ、二次粒子の内部に空間部を８個程度有し、かつ、外周部の連通孔と内部の空隙部とが繋がっていることを確認した。
　［変動係数］
　イオンミリング装置（日本電子株式会社製、クライオイオンスライサ、ＩＢ－０９０６０ＣＩＳ）を用いて、正極活物質（二次粒子）の断面を薄片加工した。ＴＥＭ（日本電子株式会社製、ＪＥＭ―ＡＲＭ２００Ｆ）を用いて、前記二次粒子の断面において、約０．５μｍの一次粒子（粒界を挟んだ連結する２個）を狙い、それぞれの一次粒子の粒内および粒界を含む一次粒子全体から任意に選択した計１０箇所に対して、電子線照射を行い、発生したＷの特性Ｘ線のエネルギーをＥＤＸ（サーモフィッシャー・サイエンティフィック社製、ＮＳＳ）を用いて分析して、それぞれの一次粒子全体における、Ｗの平均濃度（μ）、Ｗの濃度の標準偏差（σ）、および、Ｗの濃度の変動係数（ＣＶ）を解析した。表１に、得られた一次粒子についてのＴＥＭ－ＥＤＸ分析によるＷの濃度の測定結果のグラフを示す。
　その結果、Ｗの平均濃度（μ）は１．０、Ｗの濃度の標準偏差（σ）は１．１、Ｗの濃度の変動係数（ＣＶ）は１．１であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　ｄ）二次電池の作製
　図３に示すような２０３２型コイン形電池１０を作成した。具体的には、上述のようにして得られた正極活物質：５２．５ｍｇと、アセチレンブラック：１５ｍｇと、ＰＴＦＥ：７．５ｍｇを混合し、１００ＭＰａの圧力で、直径１１ｍｍ、厚さ１００μｍにプレス成形し、正極１を作製した。
　次に、この正極１を用いて２０３２型コイン形電池を、露点が－６０℃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。２０３２型コイン形電池の負極２には、直径１４ｍｍ、厚さ１ｍｍのリチウム金属を用い、非水電解液には、１ＭのＬｉＣｌＯ４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。また、セパレーター３には、膜厚２５μｍのポリエチレン多孔膜を用いた。このようにして、ガスケット４とウェーブワッシャー５を有し、正極缶６と負極缶７とを備える、２０３２型コイン形電池１０を組み立てた。
　ｅ）電池評価
　［正極抵抗］
　正極抵抗の測定は、インピーダンス測定法を用い、２０３２型コイン形電池を３．８Ｖで充電し、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット（ソーラトロン製、１２５５Ｂ）を使用して交流インピーダンス法により測定し、図４に示すインピーダンススペクトルを得た。得られたインピーダンススペクトルには、高周波領域と中間周波領域とに２つの半円が観測され、低周波領域に直線が観察されることから、図５に示す等価回路を組んで正極界面抵抗を解析した。ここで、Ｒｓはバルク抵抗、Ｒ１は正極被膜抵抗、Ｒｃｔは電解液／正極界面抵抗、Ｗはワーブルグ成分、ＣＰＥ１、ＣＰＥ２は定相要素を示す。なお、正極界面抵抗については、後述する比較例１の正極活物質を基準とし、これに対する抵抗減少率を示す。
　得られた正極活物質の全体の組成、特性、並びに、得られたリチウムイオン二次電池の特性について、表２に示す。なお、これらについて、実施例２～実施例５、比較例１、および比較例２についても、同様に表１に示す。
　（実施例２）
　リチウム混合物を９１５℃まで昇温し、この温度で３時間保持することにより焼成したこと以外は、実施例１と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。
　（実施例３）
　それぞれの金属元素のモル比が、Ｎｉ：Ｍｎ：Ｃｏ：Ｗ＝５．０：２．０：３．０：０．０７となるように、タングステン酸ナトリウム水溶液を調製したことと以外は、実施例２と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。
　（実施例４）
　リチウム混合物を９８５℃で焼成したこと以外は、実施例１と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。
　（実施例５）
　リチウム混合物を８８５℃で焼成したこと以外は、実施例１と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。
　（比較例１）
　晶析工程において、核生成工程および粒子成長工程の切替操作１までをすべて酸素濃度が２１容量％の酸化性雰囲気に調整して晶析し、それ以降を酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整して、複合水酸化物を得たこと以外は実施例１と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。図２に得られた正極活物質の粒子構造を示す。複数の一次粒子が凝集した二次粒子より形成され、二次粒子外周部に連通孔を１個有し、かつ、二次粒子内部に空間部を１個有し、かつ外周部の連通孔と内部の空隙部とが繋がっている中空構造からなることを確認した。
　（比較例２）
　リチウム混合物を８１５℃で焼成したこと以外は、実施例１と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　本発明の範囲内にある、実施例１～５の正極活物質は、いずれもリチウムイオン二次電池に用いた際に、比較例１および比較例２との比較において、正極抵抗が減少し、出力特性が向上していることが確認された。
　　１　正極（評価用電極）
　　２　負極
　　３　セパレーター
　　４　ガスケット
　　５　ウェーブワッシャー
　　６　正極缶
　　７　負極缶
　１０　コイン形電池


 
 

Claims (8)

  1. 　複合酸化物粒子は、一般式（Ａ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔＯ２（ただし、－０．０５≦ｕ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．５、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷから選択される１種以上の添加元素）で表される組成、および、層状岩塩型構造の結晶構造を有するリチウム遷移金属含有複合酸化物粒子からなり、
    　該リチウム遷移金属含有複合酸化物粒子は、一次粒子が凝集した二次粒子により構成され、
    　前記二次粒子は、
    　３．０μｍ以上７．０μｍ以下の粒度分布測定値から求めた５０％累積径ｄ５０、
    　１．８ｍ２／ｇ以上５．５ｍ２／ｇ以下のＢＥＴ比表面積、
    　水銀圧入法により得られた細孔部分における、０．０１μｍ以上０．３０μｍ以下の細孔ピーク径、および、
    　前記０．０１μｍ以上０．３０μｍ以下の細孔ピーク径の範囲における、０．２ｍｌ／ｇ以上０．６ｍｌ／ｇ以下のｌｏｇ微分細孔容積〔ｄＶ／ｄ（ｌｏｇＤ）〕、
    を有し、および、
    　前記一次粒子のうち、０．１μｍ以上１．０μｍ以下の範囲にある一次粒子径を有する複数の一次粒子のそれぞれについて、断面ＳＴＥＭあるいはＴＥＭ－ＥＤＸ分析によって複数箇所について前記添加元素Ｍの濃度を測定し、該添加元素Ｍの濃度の標準偏差を該添加元素Ｍの平均濃度で除した値である該添加元素Ｍの濃度の変動係数を算出した場合に、該変動係数が１．５以下である、
    リチウムイオン二次電池用正極活物質。
  2. 　前記二次粒子の前記５０％累積径ｄ５０は、４．０μｍ以上６．０μｍ以下である、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
  3. 　前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔（ｄ９０－ｄ１０）／ｄ５０〕（ただし、ｄ１０は粒度分布測定値から求めた１０％累積径であり、ｄ９０は粒度分布測定値から求めた９０％累積径である）が１．０以下である、請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
  4. 　前記二次粒子のｄ９０／ｄ１０の値（ただし、ｄ１０は粒度分布測定値から求めた１０％累積径であり、ｄ９０は粒度分布測定値から求めた９０％累積径である）が、１．０以上２．０以下である、請求項１～３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。
  5. 　前記二次粒子は、凝集部と、該凝集部の外周部を連通する１個以上の連通孔と、該凝集部の内側に存在し、前記連通孔と連通する２個以上の空間部を有する、請求項１～４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。
  6. 　前記添加元素Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１～５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。
  7. 　前記添加元素Ｍは、Ｗからなる、請求項１～５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。
  8. 　正極、負極、セパレーター、および非水電解質、あるいは、正極、負極、および固体電解質を備え、前記正極に用いられる正極活物質として、請求項１～７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が用いられている、リチウムイオン二次電池。
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