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JP2015118892A - Positive electrode active material for lithium secondary batteries, precursor of positive electrode active material for lithium secondary batteries, lithium secondary battery electrode, lithium secondary battery, and battery module - Google Patents

Positive electrode active material for lithium secondary batteries, precursor of positive electrode active material for lithium secondary batteries, lithium secondary battery electrode, lithium secondary battery, and battery module Download PDF

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JP2015118892A
JP2015118892A JP2013263419A JP2013263419A JP2015118892A JP 2015118892 A JP2015118892 A JP 2015118892A JP 2013263419 A JP2013263419 A JP 2013263419A JP 2013263419 A JP2013263419 A JP 2013263419A JP 2015118892 A JP2015118892 A JP 2015118892A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a positive electrode active material for lithium secondary batteries large in discharge capacity, and superior in input and output characteristics; and a lithium secondary battery arranged by such a positive electrode active material.SOLUTION: A positive electrode active material for lithium secondary batteries comprises: a lithium transition metal complex oxide having α-NaFeOstructure. In the lithium transition metal complex oxide, the transition metal(Me) includes Co, Ni and Mn; and the mole ratio Li/Me of lithium (Li) to the transition metal is larger than one. The lithium transition metal complex oxide includes Na and K; the content of Na and K is 1000-20000 ppm in total.

Description

本発明は、リチウム二次電池用正極活物質、その正極活物質の前駆体、その正極活物質を含有するリチウム二次電池用電極、その電極を備えたリチウム二次電池及びバッテリーモジュールに関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a precursor of the positive electrode active material, an electrode for a lithium secondary battery containing the positive electrode active material, a lithium secondary battery including the electrode, and a battery module.

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池、特にリチウム二次電池は、ノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器の電源として用いられてきたが、近年、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)などの自動車用電源としても用いられている。   Nonaqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries, in particular lithium secondary batteries, have been used as power sources for mobile devices such as notebook computers and mobile phones, but in recent years, electric vehicles (EV) and hybrids have been used. It is also used as a power source for automobiles such as automobiles (HEV) and plug-in hybrid automobiles (PHEV).

従来の非水電解質二次電池には、正極活物質として主にLiCoOが用いられていた。しかし、LiCoOの放電容量は120〜130mAh/g程度である。リチウム二次電池用正極活物質材料として、LiCoOと他の化合物との固溶体が知られている。α−NaFeO型結晶構造を有し、LiCoO、LiNiO及びLiMnOの3つの成分の固溶体であるLi[Co1−2xNiMn]O(0<x≦1/2)」が、2001年に発表された。前記固溶体の一例である、LiNi1/2Mn1/2やLiCo1/3Ni1/3Mn1/3は、150〜180mAh/gの放電容量を有しており、充放電サイクル性能の点でも優れる。 In conventional nonaqueous electrolyte secondary batteries, LiCoO 2 has been mainly used as a positive electrode active material. However, the discharge capacity of LiCoO 2 is about 120 to 130 mAh / g. As a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a solid solution of LiCoO 2 and another compound is known. Li [Co 1-2x Ni x Mn x ] O 2 (0 <x ≦ 1/2) having a α-NaFeO 2 type crystal structure and being a solid solution of three components of LiCoO 2 , LiNiO 2 and LiMnO 2 Was announced in 2001. LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 and LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , which are examples of the solid solution, have a discharge capacity of 150 to 180 mAh / g, and are charged and discharged. Excellent cycle performance.

上記のようないわゆる「LiMeO型」活物質に対し、遷移金属(Me)の比率に対するリチウム(Li)の組成比率Li/Meが1より大きく、例えばLi/Meが1.25〜1.6であるいわゆる「リチウム過剰型」活物質が知られている(たとえば、特許文献1及び2参照)。このような材料は、Li1+αMe1−α(α>0)と表記することができる。ここで、遷移金属(Me)の比率に対するリチウム(Li)の組成比率Li/Meをβとすると、β=(1+α)/(1−α)であるから、例えば、Li/Meが1.5のとき、α=0.2である。 For the so-called “LiMeO 2 type” active material as described above, the composition ratio Li / Me of lithium (Li) with respect to the ratio of transition metal (Me) is larger than 1, for example, Li / Me is 1.25 to 1.6. There are known so-called “lithium-rich” active materials (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Such a material can be expressed as Li 1 + α Me 1-α O 2 (α> 0). Here, when the composition ratio Li / Me of lithium (Li) with respect to the ratio of the transition metal (Me) is β, β = (1 + α) / (1-α), and thus, for example, Li / Me is 1.5. In this case, α = 0.2.

特許文献1及び2には、上記のような活物質が記載されている。また、これらの特許文献には、前記活物質を用いた電池の製造方法として、4.3V(vs.Li/Li)を超え4.8V以下(vs.Li/Li)の正極電位範囲に出現する、電位変化が比較的平坦な領域に少なくとも至る充電を行う製造工程を設けることにより、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.3V(vs.Li/Li)以下又は4.4V(vs.Li/Li)未満である充電方法が採用された場合であっても、200mAh/g以上の放電容量が得られる電池を製造できることが記載されている。 Patent Documents 1 and 2 describe active materials as described above. Further, in these patent documents, a positive electrode potential range of 4.3 V (vs. Li / Li + ) and 4.8 V or less (vs. Li / Li + ) is described as a battery manufacturing method using the active material. In this case, the maximum potential of the positive electrode during charging is 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less. Or even if it is a case where the charge method which is less than 4.4V (vs.Li/Li <+> ) is employ | adopted, it describes that the battery which can obtain the discharge capacity of 200 mAh / g or more can be manufactured.

このように、いわゆる「LiMeO型」正極活物質の場合とは異なり、いわゆる「リチウム過剰型」正極活物質では、少なくとも最初の充電において4.3Vを超える比較的高い電位、特に4.4V以上の電位に至って行うことにより、高い放電容量が得られるという特徴がある。 Thus, unlike the so-called “LiMeO 2 type” positive electrode active material, the so-called “lithium-excess type” positive electrode active material has a relatively high potential exceeding 4.3 V, particularly 4.4 V or more, at least in the first charge. A characteristic is that a high discharge capacity can be obtained by carrying out the process to a potential of.

一方、Li及び遷移金属元素(Co、Ni、Mnなど)で構成されたリチウム遷移金属複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極活物質が、アルカリ成分を含有することも公知である(特許文献3〜6参照)。   On the other hand, it is also known that a positive electrode active material for a lithium secondary battery including a lithium transition metal composite oxide composed of Li and a transition metal element (Co, Ni, Mn, etc.) contains an alkali component (Patent Document) 3-6).

特許文献3には、「下記一般式(1):
Li(x)Ni(1−a−b)Co(a)Mn(b) (1)
(式中、xは0.98≦x≦1.20、aは0<a≦0.5、bは0<b≦0.5である。)
で表わされるリチウム複合酸化物であり、一次粒子の表層部に存在している残存アルカリ量が4000ppm以下であり、一次粒子の表層部に存在している硫酸根の量が500〜11000ppmであることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。」(請求項1)、
「リチウム化合物と、ニッケル化合物と、コバルト化合物と、マンガン化合物と、を含有する焼成原料混合物を、950℃以下で焼成し、下記一般式(1):
Li(x)Ni(1−a−b)Co(a)Mn(b) (1)
(式中、xは0.98≦x≦1.20、aは0<a≦0.5、bは0<b≦0.5である。)
で表わされるリチウム複合酸化物を得る第一焼成工程と、
該第一焼成工程で得られる前記一般式(1)で表わされるリチウム複合酸化物の洗浄及び硫酸塩の水溶液との接触を行い、硫酸塩水溶液処理物を得る硫酸塩水溶液処理工程と、
該硫酸塩水溶液処理物を、400〜800℃で焼成して、リチウム二次電池用正極活物質を得る第二焼成工程と、
を行い得られることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。」(請求項4)の発明が記載されている。この発明は、「一次粒子の表層部に存在している残存アルカリ量が少なく、且つ、サイクル特性に優れるリチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物を提供すること」(段落[0011])を目的とするものである。
In Patent Document 3, “the following general formula (1):
Li (x) Ni (1-ab) Co (a) Mn (b) O 2 (1)
(Wherein x is 0.98 ≦ x ≦ 1.20, a is 0 <a ≦ 0.5, and b is 0 <b ≦ 0.5.)
The residual alkali amount present in the surface layer portion of the primary particles is 4000 ppm or less, and the amount of sulfate radicals present in the surface layer portion of the primary particles is 500 to 11000 ppm. A positive electrode active material for a lithium secondary battery. (Claim 1),
“A firing raw material mixture containing a lithium compound, a nickel compound, a cobalt compound, and a manganese compound is fired at 950 ° C. or less, and the following general formula (1):
Li (x) Ni (1-ab) Co (a) Mn (b) O 2 (1)
(Wherein x is 0.98 ≦ x ≦ 1.20, a is 0 <a ≦ 0.5, and b is 0 <b ≦ 0.5.)
A first firing step for obtaining a lithium composite oxide represented by:
A sulfate aqueous solution treatment step of washing the lithium composite oxide represented by the general formula (1) obtained in the first firing step and contacting with a sulfate aqueous solution to obtain a sulfate aqueous solution treated product;
A second firing step of firing the sulfate aqueous solution treated product at 400 to 800 ° C. to obtain a positive electrode active material for a lithium secondary battery;
A positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that (Claim 4) is described. An object of the present invention is to provide a lithium nickel cobalt manganese based composite oxide having a small amount of residual alkali present in the surface layer portion of primary particles and having excellent cycle characteristics (paragraph [0011]). Is.

また、特許文献3には、「正極活物質の一次粒子の表層部に存在している残存アルカリ量については、試料5g、超純水100gをビーカーに計り採りマグネチックスターラーを用いて25℃で5分間分散させた。次いで、この分散液をろ過し、そのろ液30mlを自動滴定装置(型式COMTITE−2500)にて0.1N−HClで滴定し、試料中に存在している残存アルカリ量(リチウム量を測定して炭酸リチウムに換算した値)を算出した。」(段落[0103])と記載されている。   Patent Document 3 states that “the remaining alkali amount present in the surface layer portion of the primary particles of the positive electrode active material is 5 g of a sample and 100 g of ultrapure water is measured in a beaker at 25 ° C. using a magnetic stirrer. The dispersion was then filtered, and 30 ml of the filtrate was titrated with 0.1N HCl with an automatic titrator (model COMMITITE-2500), and the remaining alkali amount present in the sample (A value obtained by converting the amount of lithium into lithium carbonate) was calculated. "(Paragraph [0103]).

特許文献4には、「非水電解質二次電池に用いられる正極活物質において、
前記正極活物質は、リチウム−ニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物であって、
前記リチウム−ニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物は、タングステンとニオブとを含有することを特徴とする正極活物質。」(請求項1)、「前記リチウム−ニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物に含まれる水溶性アルカリ分は、0.2wt%以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の正極活物質。」(請求項4)の発明が記載されている。この発明は、「優れた出力特性を有し、ガス発生の少ない正極活物質およびそれを用いた電池を提供することを目的とする」(段落[0009])ものである。
In Patent Document 4, “in a positive electrode active material used for a non-aqueous electrolyte secondary battery,
The positive electrode active material is a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide,
The lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide contains tungsten and niobium. (Claim 1), "The water-soluble alkali component contained in the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide is 0.2 wt% or less. The positive electrode active material according to claim 4 "(claim 4) is described. The present invention is intended to provide a positive electrode active material having excellent output characteristics and low gas generation and a battery using the same (paragraph [0009]).

また、特許文献4には、「正極活物質10gに純水50mlを添加し1時間攪拌後、濾過する。ろ液を適当な濃度に希釈後、指示薬としてフェノールフタレインを添加し、HSO溶液で滴定を行う。HSO溶液で中和されたアルカリ分は、全て水酸化リチウムであると仮定し、滴定結果から、正極活物質に対する水酸化リチウムの重量比を求める。この値を水溶性アルカリ分とする。」(段落[0056])と記載されている。 Patent Document 4 states that “50 ml of pure water is added to 10 g of the positive electrode active material, stirred for 1 hour, and then filtered. After the filtrate is diluted to an appropriate concentration, phenolphthalein is added as an indicator, and H 2 SO 4 solution performs titrated with .H 2 SO 4 solution alkali content neutralized with assumes that all lithium hydroxide, from the titration results, obtains the weight ratio of the lithium hydroxide for the positive electrode active material. this value Is water-soluble alkali ”(paragraph [0056]).

特許文献5には、「α−NaFeO型結晶構造を有するナトリウム含有リチウム遷移金属複合酸化物の固溶体を含むリチウム二次電池用活物質であって、前記固溶体の化学組成式が、Li1+x−yNaCoNiMn2+d(0<y≦0.1、0.4≦c≦0.7、x+a+b+c=1、0.1≦x≦0.25、−0.2≦d≦0.2)を満たし、かつ、六方晶(空間群P312)に帰属可能なX線回折パターンを有し、ミラー指数hklにおける(003)面の回折ピークの半値幅が0.30°以下であり、かつ、(114)面の回折ピークの半値幅が0.50°以下であることを特徴とするリチウム二次電池用活物質。」(請求項1)の発明が記載され、この発明によれば、「初期効率が高く、放電容量が大きい、なかでも低温における放電容量が大きいリチウム二次電池用活物質を提供できる」(段落[0038])ことが示されている。また、実施例として、共沈水酸化物前駆体を用いる方法により、Naの含有量(上記yの値)を、0.01〜0.1モルとすることが示されている(表1参照)。 Patent Document 5 discloses “an active material for a lithium secondary battery including a solid solution of a sodium-containing lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 type crystal structure, wherein the chemical composition formula of the solid solution is Li 1 + x−. y Na y Co a Ni b Mn c O 2 + d (0 <y ≦ 0.1, 0.4 ≦ c ≦ 0.7, x + a + b + c = 1, 0.1 ≦ x ≦ 0.25, −0.2 ≦ d ≦ 0.2) and an X-ray diffraction pattern that can be assigned to a hexagonal crystal (space group P3 1 12), and the half width of the diffraction peak on the (003) plane at the Miller index hkl is 0.30 °. And a half-width of the diffraction peak of the (114) plane is 0.50 ° or less. ”(Invention 1) According to the invention, “the initial efficiency is high and the discharge capacity is large. Among them we can provide a lithium secondary battery active material the discharge capacity is larger at low temperature "(paragraph [0038]) that has been shown. Moreover, as an Example, it is shown by the method using a coprecipitation hydroxide precursor that content (value of said y) of Na shall be 0.01-0.1 mol (refer Table 1). .

特許文献6には、「リチウム化合物と、Ni金属またはその化合物と、Mn、Co、Ti、Cr及びFeからなる群から選ばれる1種以上の遷移金属元素からなる金属またはその化合物とを混合し、得られた原料混合物を二酸化炭素濃度1体積%以上15体積%以下の雰囲気下、630℃以上で焼成することを特徴とするリチウム複合金属酸化物の製造方法。」(請求項1)、「前記原料混合物が、Na、K、Rb、Cs、Ca、Mg、Sr及びBaからなる群から選ばれる1種以上の元素の炭酸塩、硫酸塩及び塩化物からなる群から選ばれる1種以上の化合物からなる反応促進剤を含有することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のリチウム複合金属酸化物の製造方法。」(請求項7)の発明が記載されている。   Patent Document 6 states that “a lithium compound, a Ni metal or a compound thereof, and a metal or a compound thereof composed of one or more transition metal elements selected from the group consisting of Mn, Co, Ti, Cr and Fe are mixed. A method for producing a lithium composite metal oxide, characterized in that the obtained raw material mixture is fired at 630 ° C. or higher in an atmosphere having a carbon dioxide concentration of 1% by volume to 15% by volume. ”(Claim 1) The raw material mixture is one or more selected from the group consisting of carbonates, sulfates and chlorides of one or more elements selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr and Ba. 7. A method for producing a lithium composite metal oxide according to any one of claims 1 to 6, further comprising a reaction accelerator composed of a compound.

また、特許文献6には、「前記焼成の際に、原料混合物は、反応促進剤を含有していてもよい。反応促進剤として、具体的には、NaCl、KCl、RbCl、CsCl、CaCl2、MgCl2、SrCl2、BaCl2及びNH4Clなどの塩化物、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、Cs2CO3、CaCO3、MgCO3、SrCO3及びBaCO3などの炭酸塩、K2SO4、Na2SO4などの硫酸塩、NaF、KF、NH4Fなどのフッ化物、が挙げられる。この中でも、好ましくはNa、K、Rb、Cs、Ca、Mg、Sr及びBaからなる群から選ばれる1種以上の元素の塩化物、炭酸塩または硫酸塩を挙げることができ、炭酸塩または硫酸塩であることがより好ましい。また、上記原料混合物に含まれるその他の遷移金属化合物の遷移金属元素が、MnおよびFeである場合には、特に反応促進剤が炭酸塩であることが好ましい。反応促進剤の好適例としては、NaCl、KCl、Na2CO3、K2CO3、Na2SO4、K2SO4が挙げられ、Na2CO3、K2CO3、Na2SO4、K2SO4がより好ましく、K2CO3が特に好ましい。また、反応促進剤を2種以上併用することもできる。原料混合物が反応促進剤を含有することで、原料混合物の焼成時の反応性を向上させ、得られるリチウム複合金属酸化物のBET比表面積を調整することが可能な場合がある。反応促進剤の原料混合物への添加の方法は、特に制限はないが、原料混合物を製造する際に上述のように液相混合により複合遷移金属化合物を合成する場合には、乾燥物とリチウム化合物との混合時に、添加して混合すればよい。なお、液相混合時に生成した副生塩(例えば、KCl、K2SO4)が複合遷移金属化合物中に残留する場合、これらの副生塩を反応促進剤として使用してもよく、この場合には、乾燥物とリチウム化合物との混合時に、反応促進剤の不足分を添加すればよい。また、反応促進剤は、リチウム複合金属酸化物に残留していてもよいし、洗浄、蒸発等により除去されていてもよい。なお、原料混合物と反応促進剤との混合割合は、原料混合物100重量部に対して0.1重量部以上100重量部以下が好ましく、1.0重量部以上40重量部以下がより好ましい。」(段落[0038])と記載されている。 Patent Document 6 states that “in the firing, the raw material mixture may contain a reaction accelerator. Specific examples of the reaction accelerator include NaCl, KCl, RbCl, CsCl, and CaCl 2. , MgCl 2 , SrCl 2 , BaCl 2, NH 4 Cl and other chlorides, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Rb 2 CO 3 , Cs 2 CO 3 , CaCO 3 , MgCO 3 , SrCO 3 and BaCO 3 Carbonates, sulfates such as K 2 SO 4 and Na 2 SO 4 and fluorides such as NaF, KF and NH 4 F. Among these, Na, K, Rb, Cs, Ca, Mg are preferable. The chloride, carbonate or sulfate of at least one element selected from the group consisting of Sr and Ba can be mentioned, and is more preferably carbonate or sulfate, and is also included in the raw material mixture. Other Transition metal element moves metal compound, in the case of Mn and Fe, as particularly preferable examples of the reaction accelerator can be preferred. Accelerant carbonates, NaCl, KCl, Na 2 CO 3, K 2 CO 3 , Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 are more preferable, and K 2 CO 3 is particularly preferable. Two or more kinds of reaction accelerators can be used in combination.The raw material mixture contains a reaction accelerator, thereby improving the reactivity during firing of the raw material mixture and adjusting the BET specific surface area of the resulting lithium composite metal oxide. The method of adding the reaction accelerator to the raw material mixture is not particularly limited, but when producing the raw material mixture, the composite transition metal compound is synthesized by liquid phase mixing as described above. In case, dry matter and Richi In addition, when by-product salts (for example, KCl, K 2 SO 4 ) generated during liquid phase mixing remain in the composite transition metal compound, these by-products are mixed. A raw salt may be used as a reaction accelerator, and in this case, a deficiency of the reaction accelerator may be added at the time of mixing the dried product and the lithium compound. It may remain in the oxide, or may be removed by washing, evaporation, etc. The mixing ratio of the raw material mixture and the reaction accelerator is 0.1 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the raw material mixture. The amount is preferably 100 parts by weight or less and more preferably 1.0 part by weight or more and 40 parts by weight or less. (Paragraph [0038]).

WO2012/091015WO2012 / 091015 WO2013/084923WO2013 / 084923 特開2011−124086号公報JP 2011-1224086 A 特開2009−140787号公報JP 2009-140787 A 国際公開WO2012/039413International Publication WO2012 / 039413 特開2012−126631号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-126631

上記したいわゆる「リチウム過剰型」活物質の放電容量は、概して、いわゆる「LiMeO型」活物質よりも大きい。しかしながら、近年、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車といった自動車分野に使用されるリチウム二次電池には、放電容量が大きく、且つ入出力特性が優れる活物質が求められている。出力特性が優れることは自動車の加速性能が優れること、入力特性が優れることは自動車の減速時の回生電力を受け入れる能力が優れることに繋がる。上記の特許文献1〜6には、放電容量が大きく、且つ入出力特性が優れる活物質は示されていない。本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、放電容量が大きく、且つ入出力特性が優れるリチウム二次電池用正極活物質、及びその正極活物質を用いたリチウム二次電池を提供することを課題とする。 The discharge capacity of the so-called “lithium-rich” active material described above is generally greater than the so-called “LiMeO 2 type” active material. However, in recent years, lithium secondary batteries used in the automobile field such as electric vehicles, hybrid vehicles, and plug-in hybrid vehicles have been required to have active materials having a large discharge capacity and excellent input / output characteristics. An excellent output characteristic leads to an excellent acceleration performance of the automobile, and an excellent input characteristic leads to an excellent ability to accept regenerative electric power during deceleration of the automobile. Patent Documents 1 to 6 do not disclose an active material having a large discharge capacity and excellent input / output characteristics. The present invention has been made in view of the above problems, and provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery having a large discharge capacity and excellent input / output characteristics, and a lithium secondary battery using the positive electrode active material. This is the issue.

本発明の構成及び作用効果について、技術思想を交えて説明する。但し、作用機構については推定を含んでおり、その正否は、本発明を制限するものではない。なお、本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、後述の実施の形態若しくは実験例は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。   The configuration and operational effects of the present invention will be described with the technical idea. However, the action mechanism includes estimation, and the correctness does not limit the present invention. It should be noted that the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. For this reason, the following embodiments or experimental examples are merely examples in all respects and should not be interpreted in a limited manner. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
(1)α−NaFeO構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物を含有するリチウム二次電池用正極活物質であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、遷移金属(Me)がCo、Ni及びMnを含み、前記遷移金属に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1より大きく、Na及びKが含まれることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
(2)前記遷移金属に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1.2より大きく且つ1.6より小さいことを特徴とする前記(1)のリチウム二次電池用正極活物質。
(3)Na及びKの含有量が合計で1000ppm以上20000ppm以下であることを特徴とする前記(1)又は(2)のリチウム二次電池用正極活物質。
(4)MeCO(MeはCo、Ni及びMnを含む遷移金属)で表され、Na及びKが含まれることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質の炭酸塩前駆体。
(5)前記(1)〜(3)のいずれかのリチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用電極。
(6)前記(5)のリチウム二次電池用電極を備えたリチウム二次電池。
(7)前記(6)のリチウム二次電池を複数個集合して構成したバッテリーモジュール。
In the present invention, in order to solve the above problems, the following means are adopted.
(1) A positive electrode active material for a lithium secondary battery containing a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 structure, wherein the lithium transition metal composite oxide has Co, Ni and transition metals (Me) A positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising Mn, wherein the molar ratio Li / Me of lithium (Li) to the transition metal is greater than 1, and Na and K are contained.
(2) The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to (1), wherein a molar ratio Li / Me of lithium (Li) to the transition metal is larger than 1.2 and smaller than 1.6.
(3) The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to (1) or (2), wherein the contents of Na and K are 1000 ppm or more and 20000 ppm or less in total.
(4) A carbonate precursor of a positive electrode active material for a lithium secondary battery, represented by MeCO 3 (Me is a transition metal containing Co, Ni, and Mn) and containing Na and K.
(5) The electrode for lithium secondary batteries containing the positive electrode active material for lithium secondary batteries in any one of said (1)-(3).
(6) A lithium secondary battery comprising the lithium secondary battery electrode of (5).
(7) A battery module configured by assembling a plurality of the lithium secondary batteries of (6).

本発明によれば、新規なリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質を備えた放電容量が大きく、且つ入出力特性が優れるリチウム二次電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a lithium secondary battery having a large discharge capacity and an excellent input / output characteristic including a positive electrode active material containing a novel lithium transition metal composite oxide.

本発明のリチウム二次電池を複数個集合して構成したバッテリーモジュールを示す概略図Schematic showing a battery module constructed by assembling a plurality of lithium secondary batteries of the present invention バッテリーモジュールを搭載した自動車を示す概略図Schematic showing a car equipped with a battery module

本発明に係るリチウム二次電池用活物質が含有するリチウム遷移金属複合酸化物の組成は、高い放電容量が得られる点から、遷移金属(Me)がCo、Ni及びMnを含み、前記遷移金属に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1より大きい、典型例として、Li1+αMe1−α(α>0)と表記することができる、いわゆる「リチウム過剰型」のものである。 The composition of the lithium transition metal composite oxide contained in the active material for a lithium secondary battery according to the present invention is that the transition metal (Me) contains Co, Ni and Mn from the viewpoint that a high discharge capacity can be obtained. The lithium / Li molar ratio Li / Me is greater than 1, typically as Li 1 + α Me 1-α O 2 (α> 0), so-called “lithium-rich” type .

本発明においては、放電容量が大きいリチウム二次電池を得るために、遷移金属元素Meに対するLiのモル比Li/Meは、1.2より大きく且つ1.6より小さくとすること、すなわち、組成式Li1+αMe1−αにおいて1.2<(1+α)/(1−α)<1.6とすることが好ましい。なかでも、放電容量が特に大きく、初期効率及び高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得ることができるという観点から、前記Li/Meが1.25〜1.45のものを選択することがより好ましい。 In the present invention, in order to obtain a lithium secondary battery having a large discharge capacity, the molar ratio Li / Me of Li to the transition metal element Me is set to be larger than 1.2 and smaller than 1.6. In the formula Li 1 + α Me 1-α O 2 , it is preferable to satisfy 1.2 <(1 + α) / (1-α) <1.6. Among these, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery having a particularly large discharge capacity and excellent initial efficiency and high-rate discharge performance, the one having the Li / Me of 1.25 to 1.45 should be selected. Is more preferable.

また、放電容量が大きく、初期充放電効率が優れたリチウム二次電池を得ることができるという点で、遷移金属元素Meに対するCoのモル比Co/Meは、0.05〜0.40が好ましく、0.10〜0.30がより好ましい。   Further, the molar ratio Co / Me of Co to the transition metal element Me is preferably 0.05 to 0.40 in that a lithium secondary battery having a large discharge capacity and excellent initial charge / discharge efficiency can be obtained. 0.10 to 0.30 is more preferable.

また、リチウム二次電池の初期効率及び高率放電性能を向上させるために、遷移金属元素Meに対するMnのモル比Mn/Meは0.5以上とすることが好ましい。いわゆる「LiMeO型」活物質では、モル比Mn/Meを0.5以上にした場合、充電をするとスピネル型へと構造変化が起こり、α−NaFeO構造に帰属される構造を有さないものとなり、リチウム二次電池用活物質として問題があったのに対し、「リチウム過剰型」活物質では、モル比Mn/Meを0.5以上にして充電をした場合でも、α−NaFeO構造を維持できるものであるから、モル比Mn/Meが0.5以上という構成は、いわゆる「リチウム過剰型」活物質を特徴付けるものである。モル比Mn/Meは0.5〜0.75とすることがより好ましい。 In order to improve the initial efficiency and high rate discharge performance of the lithium secondary battery, the molar ratio Mn / Mn of the transition metal element Me is preferably 0.5 or more. In a so-called “LiMeO 2 type” active material, when the molar ratio Mn / Me is 0.5 or more, the structure changes to a spinel type when charged and does not have a structure attributed to the α-NaFeO 2 structure. In contrast, there was a problem as an active material for a lithium secondary battery, whereas the “lithium-excess type” active material had α-NaFeO 2 even when charged with a molar ratio Mn / Me of 0.5 or more. Since the structure can be maintained, the structure having a molar ratio Mn / Me of 0.5 or more characterizes a so-called “lithium-rich” active material. The molar ratio Mn / Me is more preferably 0.5 to 0.75.

本発明においては、遷移金属(Me)がCo、Ni及びMnを含み、前記遷移金属に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1より大きいリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、上記の組成式Li1+αMe1−α(MeはCo、Ni及びMnを含む遷移金属、α>0)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物に、Na及びKが含まれることを特徴とする。NaとKを併用することにより、充電深度が浅い(30%)状態での直流内部抵抗(SOC30%DCR)が顕著に低減されることを、本発明者は知見した。この性能値が小さいほど、入出力特性が優れることを意味する。これは、電気自動車用電池に求められる重要な特性である。Naのみ、Kのみが含まれる場合、後述する比較例のように、放電容量は向上するが、入出力特性の改善は小さい。 In the present invention, the transition metal (Me) contains Co, Ni and Mn, and the lithium (Li) molar ratio Li / Me to the transition metal is greater than 1, that is, the lithium transition metal composite oxide, that is, the above composition formula A lithium transition metal composite oxide represented by Li 1 + α Me 1-α O 2 (Me is a transition metal containing Co, Ni and Mn, α> 0) includes Na and K. The present inventor has found that the direct current internal resistance (SOC 30% DCR) in a state where the charging depth is shallow (30%) is significantly reduced by using Na and K together. A smaller performance value means better input / output characteristics. This is an important characteristic required for batteries for electric vehicles. When only Na and only K are included, the discharge capacity is improved as in the comparative example described later, but the improvement of the input / output characteristics is small.

上記リチウム遷移金属複合酸化物中のNa及びKの含有量は、合計で1000ppm以上20000ppm以下とすることが好ましく、2000ppm以上17000ppm以下とすることがより好ましい。Na及びKの含有量が1000ppmより少ない場合には、放電容量の増加、入出力特性の改善が十分ではなく、初期効率も低下する。20000ppmより多くなると、放電容量の増加、入出力特性の改善が飽和する。   The total content of Na and K in the lithium transition metal composite oxide is preferably 1000 ppm or more and 20000 ppm or less, and more preferably 2000 ppm or more and 17000 ppm or less. When the contents of Na and K are less than 1000 ppm, the discharge capacity is not increased and the input / output characteristics are not sufficiently improved, and the initial efficiency is also lowered. When it exceeds 20000 ppm, the increase in discharge capacity and the improvement of input / output characteristics are saturated.

上記リチウム遷移金属複合酸化物にNa及びKを含有させるために、後述する炭酸塩前駆体を作製する工程において、炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物及び/又は炭酸カリウム等のカリウム化合物を中和剤として使用し、洗浄工程でNa及び/又はKを残存させるか、及び、その後の焼成工程において炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物及び/又は炭酸カリウム等のカリウム化合物を添加する方法を採用することができる。   In order to contain Na and K in the lithium transition metal composite oxide, a sodium compound such as sodium carbonate and / or a potassium compound such as potassium carbonate is used as a neutralizing agent in the step of preparing a carbonate precursor described later. Then, it is possible to adopt a method in which Na and / or K is left in the washing step, and a sodium compound such as sodium carbonate and / or a potassium compound such as potassium carbonate is added in the subsequent baking step.

本発明においては、リチウム二次電池用正極活物質の炭酸塩前駆体が、MeCO(MeはCo、Ni及びMnを含む遷移金属)で表され、Na及びKが含まれるものを用いることができる。
前駆体作製時の中和・洗浄工程における残存Na及びKが、いわゆる「リチウム過剰型」のリチウム遷移金属複合酸化物の焼成工程において、1次粒子の成長抑制剤として作用することが推定され、このリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として含有するリチウム二次電池の電極特性が向上すると考えられる。
In the present invention, the carbonate precursor of the positive electrode active material for a lithium secondary battery is represented by MeCO 3 (Me is a transition metal containing Co, Ni, and Mn), and contains Na and K. it can.
It is presumed that residual Na and K in the neutralization / washing process during the preparation of the precursor act as a primary particle growth inhibitor in the so-called “lithium-excess type” lithium transition metal composite oxide firing process, It is considered that the electrode characteristics of a lithium secondary battery containing this lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material are improved.

Na及びKの含有量を3000ppm以上に調製するためには、炭酸塩前駆体に、上記のようにNa及びKを残存させると共に、その後の焼成工程において炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物及び/又は炭酸カリウム等のカリウム化合物を添加する方法を採用することが好ましい。炭酸塩前駆体に、Na及びKを残存させないで、その後の焼成工程において炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物及び炭酸カリウム等のカリウム化合物を添加する方法を採用することもできる。   In order to adjust the Na and K contents to 3000 ppm or more, Na and K are left in the carbonate precursor as described above, and sodium compounds such as sodium carbonate and / or potassium carbonate are used in the subsequent firing step. It is preferable to employ a method of adding a potassium compound such as. A method of adding a sodium compound such as sodium carbonate and a potassium compound such as potassium carbonate in the subsequent firing step without leaving Na and K in the carbonate precursor can also be employed.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、上記のような一般式で表され、本質的に、Li、Co、Ni及びMnからなる複合酸化物であり、少量のNa及びKを含有するものであるが、本発明の効果を損なわない範囲で、Na及びK以外のアルカリ金属、Mg,Ca等のアルカリ土類金属、Fe,Zn等の3d遷移金属に代表される遷移金属など少量の他の金属を含有することを排除するものではない。   The lithium transition metal composite oxide according to the present invention is represented by the above general formula, and is essentially a composite oxide composed of Li, Co, Ni and Mn, and contains a small amount of Na and K. However, as long as the effects of the present invention are not impaired, alkali metals other than Na and K, alkaline earth metals such as Mg and Ca, transition metals typified by 3d transition metals such as Fe and Zn, etc. It is not excluded to contain other metals.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、α−NaFeO構造を有している。合成後(充放電を行う前)の上記リチウム遷移金属複合酸化物は、空間群P312あるいはR3−mに帰属される。このうち、空間群P312に帰属されるものには、CuKα管球を用いたエックス線回折図上、2θ=21°付近に超格子ピーク(Li[Li1/3Mn2/3]O型の単斜晶に見られるピーク)が確認される。ところが、一度でも充電を行い、結晶中のLiが脱離すると結晶の対称性が変化することにより、上記超格子ピークが消滅して、上記リチウム遷移金属複合酸化物は空間群R3−mに帰属されるようになる。ここで、P312は、R3−mにおける3a、3b、6cサイトの原子位置を細分化した結晶構造モデルであり、R3−mにおける原子配置に秩序性が認められるときに該P312モデルが採用される。なお、「R3−m」は本来「R3m」の「3」の上にバー「−」を施して表記すべきものである。 The lithium transition metal composite oxide according to the present invention has an α-NaFeO 2 structure. The lithium transition metal composite oxide after synthesis (before charging and discharging) is attributed to the space group P3 1 12 or R3-m. Among these, those belonging to the space group P3 1 12 are superlattice peaks (Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 near 2θ = 21 ° on the X-ray diffraction diagram using the CuKα tube. The peak observed in the monoclinic type) is confirmed. However, when charging is performed once and Li in the crystal is desorbed, the symmetry of the crystal changes, whereby the superlattice peak disappears and the lithium transition metal composite oxide belongs to the space group R3-m. Will come to be. Here, P3 1 12 is a crystal structure model in which the atomic positions of the 3a, 3b, and 6c sites in R3-m are subdivided, and when ordering is recognized in the atomic arrangement in R3-m, the P3 1 12 model Is adopted. Note that “R3-m” should be represented by adding a bar “-” on “3” of “R3m”.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、六方晶の空間群P312あるいはR3−mのいずれかに帰属され、CuKα管球を用いたエックス線回折図上、2θ=18.6°±1°の回折ピークの半値幅が0.20°〜0.27°又は/及び、2θ=44.1°±1°の回折ピークの半値幅が0.26°〜0.39°であることが好ましい。こうすることにより、正極活物質の放電容量を大きくすることが可能となる。なお、2θ=18.6°±1°の回折ピークは、空間群P312及びR3−mではミラー指数hklにおける(003)面に、2θ=44.1°±1°の回折ピークは、空間群P312では(114)面、空間群R3−mでは(104)面にそれぞれ指数付けされる。 The lithium transition metal composite oxide according to the present invention is assigned to either the hexagonal space group P3 1 12 or R3-m, and 2θ = 18.6 ° ± 1 on an X-ray diffraction diagram using a CuKα tube. The half-value width of the diffraction peak at 0 ° is 0.20 ° to 0.27 ° or / and the half-value width of the diffraction peak at 2θ = 44.1 ° ± 1 ° is 0.26 ° to 0.39 °. preferable. By doing so, it becomes possible to increase the discharge capacity of the positive electrode active material. The diffraction peak of 2θ = 18.6 ° ± 1 ° is a (003) plane in space group P3 1 12 and R3-m in Miller indices hkl, the diffraction peak of 2θ = 44.1 ° ± 1 °, the The space group P3 1 12 is indexed on the (114) plane, and the space group R3-m is indexed on the (104) plane.

また、リチウム遷移金属複合酸化物は、過充電中に構造変化しないことが好ましい。これは、電位5.0V(vs.Li/Li)まで電気化学的に酸化したとき、エックス線回折図上空間群R3−mに帰属される単一相として観察されることにより確認できる。これにより、充放電サイクル性能が優れたリチウム二次電池を得ることができる。 Moreover, it is preferable that a lithium transition metal complex oxide does not change a structure during overcharge. This can be confirmed by being observed as a single phase belonging to the space group R3-m on the X-ray diffraction diagram when electrochemically oxidized to a potential of 5.0 V (vs. Li / Li + ). Thereby, the lithium secondary battery excellent in charge / discharge cycle performance can be obtained.

さらに、リチウム遷移金属複合酸化物は、エックス線回折パターンを基にリートベルト法による結晶構造解析から求められる酸素位置パラメータが、2V(vs.Li/Li)の放電末において0.262以下、過充電化成後の4.3V(vs.Li/Li)の充電末において0.267以上であることが好ましい。これにより、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得ることができる。なお、酸素位置パラメータとは、空間群R3−mに帰属されるリチウム遷移金属複合酸化物のα―NaFeO型結晶構造について、Me(遷移金属)の空間座標を(0,0,0)、Li(リチウム)の空間座標を(0,0,1/2)、O(酸素)の空間座標を(0,0,z)と定義したときの、zの値をいう。即ち、酸素位置パラメータは、O(酸素)位置がMe(遷移金属)位置からどれだけ離れているかを示す相対的な指標となる(特許文献1及び2参照)。 Further, the lithium transition metal composite oxide has an oxygen positional parameter obtained from a crystal structure analysis by the Rietveld method based on the X-ray diffraction pattern, which is 0.262 or less at the end of the discharge of 2 V (vs. Li / Li + ). It is preferable that it is 0.267 or more at the end of charge of 4.3 V (vs. Li / Li + ) after the charge conversion. Thereby, a lithium secondary battery excellent in high rate discharge performance can be obtained. Note that the oxygen positional parameter is Me (transition metal) spatial coordinates (0, 0, 0) for the α-NaFeO 2 type crystal structure of the lithium transition metal composite oxide belonging to the space group R3-m, This is the value of z when the spatial coordinates of Li (lithium) are defined as (0, 0, 1/2) and the spatial coordinates of O (oxygen) are defined as (0, 0, z). In other words, the oxygen position parameter is a relative index indicating how far the O (oxygen) position is from the Me (transition metal) position (see Patent Documents 1 and 2).

本発明において、リチウム二次電池用正極活物質及びその炭酸塩前駆体は、粒度分布測定における50%粒子径(D50)が8〜10μmであることが好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物を水酸化物前駆体から作製する場合はもっと小粒径に制御しないと優れた性能が得られないが、炭酸塩前駆体から作製することにより、粒度分布測定における50%粒子径(D50)が8〜10μmであっても、放電容量(0.1C capa)が200mAh/g以上である活物質が得られる。   In the present invention, the positive electrode active material for a lithium secondary battery and the carbonate precursor thereof preferably have a 50% particle size (D50) of 8 to 10 μm in the particle size distribution measurement. When producing a lithium transition metal composite oxide from a hydroxide precursor, excellent performance cannot be obtained unless the particle size is controlled to be smaller, but by producing from a carbonate precursor, 50% in the particle size distribution measurement. Even if the particle diameter (D50) is 8 to 10 μm, an active material having a discharge capacity (0.1 C capa) of 200 mAh / g or more can be obtained.

本発明に係る正極活物質のBET比表面積は、初期効率、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得るために、1m/g以上が好ましく、2〜7m/gがより好ましい。
また、タップ密度は、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得るために、1.25g/cc以上が好ましく、1.7g/cc以上がより好ましい。
BET specific surface area of the positive electrode active material according to the present invention, the initial efficiency, in order to obtain a lithium secondary battery having excellent high rate discharge performance, preferably at least 1m 2 / g, 2~7m 2 / g is more preferable.
Further, the tap density is preferably 1.25 g / cc or more, more preferably 1.7 g / cc or more, in order to obtain a lithium secondary battery excellent in high rate discharge performance.

また、炭酸塩前駆体を経由した活物質は、30〜50nmの細孔領域において0.85mm/(g・nm)以上のピーク微分細孔容積を有するのに対して、水酸化物前駆体を経由した活物質は、30〜50nmの細孔領域において0.50mm/(g・nm)程度のピーク微分細孔容積にとどまり、微分ピークは60nm程度の細孔領域となる。 In addition, the active material via the carbonate precursor has a peak differential pore volume of 0.85 mm 3 / (g · nm) or more in the pore region of 30 to 50 nm, whereas the hydroxide precursor The active material that has passed through has a peak differential pore volume of about 0.50 mm 3 / (g · nm) in the pore region of 30 to 50 nm, and the differential peak becomes a pore region of about 60 nm.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた微分細孔容積が最大値を示す細孔径が30〜40nmの範囲であり、ピーク微分細孔容積が0.85mm/(g・nm)以上である。ピーク微分細孔容積が0.85mm/(g・nm)以上であることにより、初期効率が優れたリチウム二次電池を得ることができる。また、ピーク微分細孔容積を1.76mm/(g・nm)以下とすることにより、初期効率に加え、放電容量が特に優れたリチウム二次電池を得ることができるから、ピーク微分細孔容積は0.85〜1.76mm/(g・nm)であることが好ましい。 The lithium transition metal composite oxide according to the present invention has a pore diameter in the range of 30 to 40 nm where the differential pore volume obtained by the BJH method from the adsorption isotherm using the nitrogen gas adsorption method shows a maximum value. The pore volume is 0.85 mm 3 / (g · nm) or more. When the peak differential pore volume is 0.85 mm 3 / (g · nm) or more, a lithium secondary battery having excellent initial efficiency can be obtained. Further, by setting the peak differential pore volume to 1.76 mm 3 / (g · nm) or less, it is possible to obtain a lithium secondary battery having particularly excellent discharge capacity in addition to the initial efficiency. The volume is preferably 0.85 to 1.76 mm 3 / (g · nm).

次に、本発明のリチウム二次電池用活物質を製造する方法について説明する。
本発明のリチウム二次電池用活物質は、基本的に、活物質を構成する金属元素(Li,Mn,Co,Ni)を目的とする活物質(酸化物)の組成通りに含有する原料を調整し、これを焼成することによって得ることができる。但し、Li原料の量については、焼成中にLi原料の一部が消失することを見込んで、1〜5%程度過剰に仕込むことが好ましい。
目的とする組成の酸化物を作製するにあたり、Li,Co,Ni,Mnのそれぞれの塩を混合・焼成するいわゆる「固相法」や、あらかじめCo,Ni,Mnを一粒子中に存在させた共沈前駆体を作製しておき、これにLi塩を混合・焼成する「共沈法」が知られている。「固相法」による合成過程では、特にMnはCo,Niに対して均一に固溶しにくいため、各元素が一粒子中に均一に分布した試料を得ることは困難である。これまで文献などにおいては固相法によってNiやCoの一部にMnを固溶(LiNi1−xMnなど)しようという試みが多数なされているが、「共沈法」を選択する方が原子レベルで均一相を得ることが容易である。そこで、後述する実施例においては、「共沈法」を採用した。
Next, a method for producing the active material for a lithium secondary battery of the present invention will be described.
The active material for a lithium secondary battery of the present invention basically includes a raw material containing a metal element (Li, Mn, Co, Ni) constituting the active material according to the composition of the active material (oxide). It can be obtained by adjusting and baking this. However, with respect to the amount of the Li raw material, it is preferable to add an excess of about 1 to 5% in view of the disappearance of a part of the Li raw material during firing.
In producing an oxide having a desired composition, a so-called “solid phase method” in which salts of Li, Co, Ni, and Mn are mixed and fired, or Co, Ni, and Mn were previously present in one particle. A “coprecipitation method” is known in which a coprecipitation precursor is prepared, and a Li salt is mixed and fired therein. In the synthesis process by the “solid phase method”, especially Mn is difficult to uniformly dissolve in Co and Ni, so it is difficult to obtain a sample in which each element is uniformly distributed in one particle. In literatures and the like, many attempts have been made to dissolve Mn in a part of Ni or Co (LiNi 1-x Mn x O 2 etc.) by solid phase method, but the “coprecipitation method” is selected. It is easier to obtain a homogeneous phase at the atomic level. Therefore, the “coprecipitation method” is employed in the examples described later.

共沈前駆体を作製するにあたって、Co,Ni,MnのうちMnは酸化されやすく、Co,Ni,Mnが2価の状態で均一に分布した共沈前駆体を作製することが容易ではないため、Co,Ni,Mnの原子レベルでの均一な混合は不十分なものとなりやすい。特に本発明の組成範囲においては、Mn比率がCo,Ni比率に比べて高いので、水溶液中の溶存酸素を除去することが特に重要である。溶存酸素を除去する方法としては、酸素を含まないガスをバブリングする方法が挙げられる。酸素を含まないガスとしては、限定されるものではないが、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素(CO)等を用いることができる。なかでも、後述する実施例のように、共沈炭酸塩前駆体を作製する場合には、酸素を含まないガスとして二酸化炭素を採用すると、炭酸塩がより生成しやすい環境が与えられるため、好ましい。 When preparing a coprecipitation precursor, Mn is easily oxidized among Co, Ni and Mn, and it is not easy to prepare a coprecipitation precursor in which Co, Ni and Mn are uniformly distributed in a divalent state. Uniform mixing at the atomic level of Co, Ni and Mn tends to be insufficient. In particular, in the composition range of the present invention, since the Mn ratio is higher than the Co and Ni ratios, it is particularly important to remove dissolved oxygen in the aqueous solution. Examples of the method for removing dissolved oxygen include a method of bubbling a gas not containing oxygen. The gas not containing oxygen is not limited, but nitrogen gas, argon gas, carbon dioxide (CO 2 ), or the like can be used. Among these, when preparing a coprecipitated carbonate precursor as in the examples described later, it is preferable to employ carbon dioxide as a gas not containing oxygen because an environment in which carbonate is more easily generated is provided. .

溶液中でCo、Ni及びMnを含有する化合物を共沈させて前駆体を製造する工程におけるpHは限定されるものではないが、前記共沈前駆体を共沈炭酸塩前駆体として作製しようとする場合には、7.5〜11とすることができる。タップ密度を大きくするためには、pHを制御することが好ましい。pHを9.4以下とすることにより、タップ密度を1.25g/cm以上とすることができ、高率放電性能を向上させることができる。さらに、pHを8.0以下とすることにより、粒子成長速度を促進できるので、原料水溶液滴下終了後の撹拌継続時間を短縮できる。 Although the pH in the step of producing a precursor by co-precipitation of a compound containing Co, Ni and Mn in a solution is not limited, an attempt is made to prepare the co-precipitation precursor as a co-precipitation carbonate precursor. When it does, it can be set to 7.5-11. In order to increase the tap density, it is preferable to control the pH. By setting the pH to 9.4 or less, the tap density can be set to 1.25 g / cm 3 or more, and high-rate discharge performance can be improved. Furthermore, since the particle growth rate can be accelerated by setting the pH to 8.0 or less, the stirring continuation time after completion of dropping of the raw material aqueous solution can be shortened.

前記共沈前駆体は、MnとNiとCoとが均一に混合された化合物であることが好ましい。本発明においては、放電容量が大きいリチウム二次電池用活物質を得るために、共沈前駆体を炭酸塩とすることが好ましい。また、錯化剤を用いた晶析反応等を用いることによって、より嵩密度の大きな前駆体を作製することもできる。その際、Li源と混合・焼成することでより高密度の活物質を得ることができるので電極面積あたりのエネルギー密度を向上させることができる。   The coprecipitation precursor is preferably a compound in which Mn, Ni, and Co are uniformly mixed. In the present invention, in order to obtain an active material for a lithium secondary battery having a large discharge capacity, the coprecipitation precursor is preferably a carbonate. In addition, a precursor having a larger bulk density can be produced by using a crystallization reaction using a complexing agent. At that time, a higher density active material can be obtained by mixing and firing with a Li source, so that the energy density per electrode area can be improved.

前記共沈前駆体の原料は、Mn化合物としては酸化マンガン、炭酸マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン等を、Ni化合物としては、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、酢酸ニッケル等を、Co化合物としては、硫酸コバルト、硝酸コバルト、酢酸コバルト等を一例として挙げることができる。   The raw materials for the coprecipitation precursor include manganese oxide, manganese carbonate, manganese sulfate, manganese nitrate, manganese acetate, etc. as the Mn compound, and nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel sulfate, nickel nitrate, nickel acetate as the Ni compound. As examples of the Co compound, cobalt sulfate, cobalt nitrate, cobalt acetate, and the like can be given as examples.

本発明においては、アルカリ性を保った反応槽に前記共沈前駆体の原料水溶液を滴下供給して共沈炭酸塩前駆体を得る反応晶析法を採用する。ここで、Naを含む共沈炭酸塩前駆体を製造するためには、中和剤として、炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を使用するが、炭酸ナトリウム、又は炭酸ナトリウムと炭酸リチウムの混合物を使用することが好ましい。また、Kを含む共沈炭酸塩前駆体を製造するためには、中和剤として、炭酸カリウム等のカリウム化合物を使用する。Na及びKを含む共沈炭酸塩前駆体を製造するためには、中和剤として、炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムの混合物、又は炭酸ナトリウム、炭酸カリウム及び炭酸リチウムの混合物を使用することが好ましい。Na及びKを含まない共沈炭酸塩前駆体を製造するためには、中和剤として、炭酸リチウムを使用することができる。   In the present invention, a reaction crystallization method is employed in which a raw material aqueous solution of the coprecipitation precursor is supplied dropwise to a reaction tank maintaining alkalinity to obtain a coprecipitation carbonate precursor. Here, in order to produce a coprecipitated carbonate precursor containing Na, a sodium compound such as sodium carbonate is used as a neutralizing agent, but sodium carbonate or a mixture of sodium carbonate and lithium carbonate is used. Is preferred. Further, in order to produce a coprecipitated carbonate precursor containing K, a potassium compound such as potassium carbonate is used as a neutralizing agent. In order to produce a coprecipitated carbonate precursor containing Na and K, it is preferable to use a mixture of sodium carbonate and potassium carbonate or a mixture of sodium carbonate, potassium carbonate and lithium carbonate as a neutralizing agent. To produce a coprecipitated carbonate precursor that does not contain Na and K, lithium carbonate can be used as a neutralizing agent.

前記原料水溶液の滴下速度は、生成する共沈前駆体の1粒子内における元素分布の均一性に大きく影響を与える。特にMnは、CoやNiと均一な元素分布を形成しにくいので注意が必要である。好ましい滴下速度については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、30ml/min以下が好ましい。放電容量を向上させるためには、滴下速度は10ml/min以下がより好ましく、5ml/min以下が最も好ましい。   The dropping speed of the raw material aqueous solution greatly affects the uniformity of element distribution in one particle of the coprecipitation precursor to be generated. In particular, Mn is difficult to form a uniform element distribution with Co and Ni, so care must be taken. The preferred dropping rate is influenced by the reaction vessel size, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., but is preferably 30 ml / min or less. In order to improve the discharge capacity, the dropping rate is more preferably 10 ml / min or less, and most preferably 5 ml / min or less.

また、反応槽内に錯化剤が存在し、かつ一定の対流条件を適用した場合、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続けることにより、粒子の自転および攪拌槽内における公転が促進され、この過程で、粒子同士が衝突しつつ、粒子が段階的に同心円球状に成長する。即ち、共沈前駆体は、反応槽内に原料水溶液が滴下された際の金属錯体形成反応、及び、前記金属錯体が反応槽内の滞留中に生じる沈殿形成反応という2段階での反応を経て形成される。従って、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続ける時間を適切に選択することにより、目的とする粒子径を備えた共沈前駆体を得ることができる。   In addition, when a complexing agent is present in the reaction tank and a certain convection condition is applied, the particle rotation and revolution in the stirring tank are promoted by continuing the stirring after the dropwise addition of the raw material aqueous solution. In this process, the particles grow concentrically in stages while colliding with each other. That is, the coprecipitation precursor undergoes a reaction in two stages: a metal complex formation reaction when the raw material aqueous solution is dropped into the reaction tank, and a precipitation formation reaction that occurs while the metal complex is retained in the reaction tank. It is formed. Therefore, a coprecipitation precursor having a target particle size can be obtained by appropriately selecting a time for continuing stirring after the dropping of the raw material aqueous solution.

原料水溶液滴下終了後の好ましい攪拌継続時間については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、粒子を均一な球状粒子として成長させるために0.5h以上が好ましく、1h以上がより好ましい。また、粒子径が大きくなりすぎることで電池の低SOC領域における出力性能が充分でないものとなる虞を低減させるため、15h以下が好ましく、10h以下がより好ましく、5h以下が最も好ましい。   The preferable stirring duration after completion of dropping of the raw material aqueous solution is influenced by the size of the reaction vessel, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., but 0.5 h or more is required to grow the particles as uniform spherical particles. Preferably, 1 h or more is more preferable. Further, in order to reduce the possibility that the output performance in the low SOC region of the battery is not sufficient due to the particle size becoming too large, it is preferably 15 h or less, more preferably 10 h or less, and most preferably 5 h or less.

また、炭酸塩前駆体及びリチウム遷移金属複合酸化物の2次粒子の粒度分布における累積体積が50%となる粒子径であるD50を8〜10μmとするための好ましい攪拌継続時間は、制御するpHによって異なる。例えば、pHを8.3〜8.9に制御した場合には、撹拌継続時間は5〜7hが好ましく、pHを7.5〜8.0に制御した場合には、撹拌継続時間は3〜5hが好ましい。   Moreover, the preferable stirring duration time for setting D50, which is a particle diameter at which the cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particles of the carbonate precursor and the lithium transition metal composite oxide is 50%, to 8 to 10 μm is controlled by the pH. It depends on. For example, when the pH is controlled to 8.3 to 8.9, the stirring duration is preferably 5 to 7 h, and when the pH is controlled to 7.5 to 8.0, the stirring duration is 3 to 3 hours. 5h is preferred.

炭酸塩前駆体の粒子を、中和剤として炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物及び/又は
炭酸カリウム等のカリウム化合物を使用して作製した場合、その後の洗浄工程において粒子に付着しているナトリウムイオン及び/又はカリウムイオンを洗浄除去するが、本発明においては、Naが1000ppm以上及び/又はKが1000ppm以上残存するような条件で洗浄除去することが好ましい。例えば、作製した炭酸塩前駆体を吸引ろ過して取り出す際に、イオン交換水200mlによる洗浄回数を5回とするような条件を採用することができる。
When the carbonate precursor particles are prepared using a sodium compound such as sodium carbonate and / or a potassium compound such as potassium carbonate as a neutralizing agent, sodium ions attached to the particles in the subsequent washing step and / or Alternatively, potassium ions are removed by washing, but in the present invention, it is preferable to remove by washing under conditions such that Na remains at 1000 ppm or more and / or K remains at 1000 ppm or more. For example, when the produced carbonate precursor is removed by suction filtration, a condition that the number of washings with 200 ml of ion-exchanged water is 5 times can be employed.

炭酸塩前駆体は、80℃〜100℃未満で、空気雰囲気中、常圧下で乾燥させることが好ましい。100℃以上にて乾燥を行うことで短時間でより多くの水分を除去できるが、80℃にて長時間かけて乾燥させることで、より優れた電極特性を示す活物質とすることができる。その理由は必ずしも明らかではないが、炭酸塩前駆体は比表面積が50〜100m/gの多孔体であるため、水分を吸着しやすい構造となっている。そこで、低い温度で乾燥させることによって、前駆体の状態において細孔にある程度の吸着水が残っている状態とした方が、Li塩と混合して焼成する焼成工程において、細孔から除去される吸着水と入れ替わるように、その細孔に溶融したLiが入り込むことができ、これによって、100℃で乾燥を行った場合と比べて、より均一な組成の活物質が得られるためではないかと発明者は推察している。なお、100℃にて乾燥を行って得られた炭酸塩前駆体は黒茶色を呈するが、80℃にて乾燥を行って得られた炭酸塩前駆体は後品は肌色を呈するので、前駆体の色によって区別ができる。 The carbonate precursor is preferably dried at 80 ° C. to less than 100 ° C. in an air atmosphere under normal pressure. By drying at 100 ° C. or higher, more water can be removed in a short time, but by drying at 80 ° C. for a long time, an active material having more excellent electrode characteristics can be obtained. Although the reason is not necessarily clear, since the carbonate precursor is a porous body having a specific surface area of 50 to 100 m 2 / g, it has a structure that easily adsorbs moisture. Therefore, by drying at a low temperature, a state in which a certain amount of adsorbed water remains in the pores in the state of the precursor is removed from the pores in the firing step of mixing with the Li salt and firing. The invention may be because molten Li can enter the pores so as to replace the adsorbed water, and thereby, an active material having a more uniform composition can be obtained compared with the case of drying at 100 ° C. Have guessed. In addition, although the carbonate precursor obtained by drying at 100 ° C. exhibits a black brown color, the carbonate precursor obtained by drying at 80 ° C. has a skin color, so the precursor Can be distinguished by the color.

そこで、上記知見された前駆体の差異を定量的に評価するため、それぞれの前駆体の色相を測定し、JIS Z 8721に準拠した日本塗料工業会が発行する塗料用標準色(JPMA Standard Paint Colors)2011年度F版と比較した。色相の測定には、コニカミノルタ社製カラーリーダーCR10を用いた。この測定方法によれば、明度を表すdL*の値は、白い方が大きくなり、黒い方が小さくなる。また、色相を表すda*の値は、赤色が強い方が大きくなり、緑色が強い方(赤色が弱い方)が小さくなる。また、色相を表すdb*の値は、黄色が強い方が大きくなり、青色が強い方(黄色が弱い方)が大きくなる。
100℃乾燥品(比較例)の色相は、標準色F05−20Bと比べて、赤色方向に標準色F05−40Dに至る範囲内にあり、また、標準色FN−10と比べて、白色方向に標準色FN−25に至る範囲内にあることがわかった。中でも、標準色F05−20Bが呈する色相との色差が最も小さいものと認められた。
一方、80℃乾燥品(実施例)の色相は、標準色F19−50Fと比べて、白色方向に標準色F19−70Fに至る範囲内にあり、また、標準色F09−80Dと比べて、黒色方向に標準色F09−60Hに至る範囲内にあることがわかった。中でも、標準色F19−50Fが呈する色相との色差が最も小さいものと認められた。
以上の知見から、炭酸塩前駆体の色相は、標準色F05−20Bに比べて、dL,da及びdbの全てにおいて+方向であるものが好ましく、dLが+5以上、daが+2以上、dbが+5以上であることがより好ましいといえる。
Therefore, in order to quantitatively evaluate the difference in the precursors found above, the hues of the respective precursors are measured, and standard colors for paints (JPMA Standard Paint Colors) issued by the Japan Paint Manufacturers Association in accordance with JIS Z 8721. ) Compared with the 2011 F version. For measuring the hue, a color reader CR10 manufactured by Konica Minolta Co., Ltd. was used. According to this measuring method, the value of dL * representing lightness is larger in white and smaller in black. Further, the value of da * representing the hue is larger when red is stronger and smaller when green is stronger (red is weaker). In addition, the value of db * representing the hue becomes larger when yellow is stronger and larger when blue is stronger (yellow is weaker).
The hue of the 100 ° C. dried product (Comparative Example) is in the range reaching the standard color F05-40D in the red direction compared to the standard color F05-20B, and in the white direction compared to the standard color FN-10. It was found to be within the range leading to the standard color FN-25. Among these, it was recognized that the color difference from the hue exhibited by the standard color F05-20B was the smallest.
On the other hand, the hue of the 80 ° C. dried product (Example) is in the range reaching the standard color F19-70F in the white direction as compared with the standard color F19-50F, and is black compared with the standard color F09-80D. It was found that it was in the range reaching the standard color F09-60H in the direction. Especially, it was recognized that the color difference with the hue which standard color F19-50F exhibits is the smallest.
From the above knowledge, the hue of the carbonate precursor is preferably positive in all of dL, da and db as compared with the standard color F05-20B, dL is +5 or more, da is +2 or more, and db is It can be said that +5 or more is more preferable.

本発明のリチウム二次電池用活物質は、前記炭酸塩前駆体とLi化合物とを混合した後、熱処理することで好適に作製することができる。Li化合物としては、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム等を用いることで好適に製造することができる。但し、Li化合物の量については、焼成中にLi化合物の一部が消失することを見込んで、1〜5%程度過剰に仕込むことが好ましい。   The active material for a lithium secondary battery of the present invention can be suitably prepared by mixing the carbonate precursor and the Li compound and then heat-treating them. As a Li compound, it can manufacture suitably by using lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, etc. However, with respect to the amount of the Li compound, it is preferable to add an excess of about 1 to 5% in view of the disappearance of a part of the Li compound during firing.

本発明においては、リチウム遷移金属複合酸化物中にNa及びKを含有させるために、焼成工程においてLi化合物と共にNa化合物及び/又はK化合物を、前記炭酸塩前駆体と混合することが好ましい。Na化合物としては炭酸ナトリウムが好ましい。K化合物としては炭酸カリウムが好ましい。前記炭酸塩前駆体中のNa及びKの含有量は3000ppm以下であるが、Na化合物及び/又はK化合物を混合することにより、Na及びKの含有量を3000ppm以上とすることができる。   In the present invention, in order to contain Na and K in the lithium transition metal composite oxide, it is preferable that the Na compound and / or K compound is mixed with the carbonate precursor together with the Li compound in the firing step. As the Na compound, sodium carbonate is preferable. As the K compound, potassium carbonate is preferred. The content of Na and K in the carbonate precursor is 3000 ppm or less, but the content of Na and K can be 3000 ppm or more by mixing Na compound and / or K compound.

焼成温度は、活物質の可逆容量に影響を与える。
焼成温度が高すぎると、得られた活物質が酸素放出反応を伴って崩壊すると共に、主相の六方晶に加えて単斜晶のLi[Li1/3Mn2/3]O型に規定される相が、固溶相としてではなく、分相して観察される傾向がある。このような分相が多く含まれすぎると、活物質の可逆容量の減少を導くので好ましくない。このような材料では、X線回折図上35°付近及び45°付近に不純物ピークが観察される。従って、焼成温度は、活物質の酸素放出反応の影響する温度未満とすることが好ましい。活物質の酸素放出温度は、本発明に係る組成範囲においては、概ね1000℃以上であるが、活物質の組成によって酸素放出温度に若干の差があるので、あらかじめ活物質の酸素放出温度を確認しておくことが好ましい。特に試料に含まれるCo量が多いほど前駆体の酸素放出温度は低温側にシフトすることが確認されているので注意が必要である。活物質の酸素放出温度を確認する方法としては、焼成反応過程をシミュレートするために、共沈前駆体とリチウム化合物を混合したものを熱重量分析(DTA−TG測定)に供してもよいが、この方法では測定機器の試料室に用いている白金が揮発したLi成分により腐食されて機器を痛めるおそれがあるので、あらかじめ500℃程度の焼成温度を採用してある程度結晶化を進行させた組成物を熱重量分析に供するのが良い。
The firing temperature affects the reversible capacity of the active material.
When the firing temperature is too high, the obtained active material collapses with an oxygen releasing reaction, and in addition to the hexagonal crystal of the main phase, the monoclinic Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 type is obtained. The defined phase tends to be observed as a phase separation rather than as a solid solution phase. If too many such phase separations are contained, it is not preferable because it leads to a reduction in the reversible capacity of the active material. In such materials, impurity peaks are observed around 35 ° and 45 ° on the X-ray diffraction pattern. Therefore, the firing temperature is preferably less than the temperature at which the oxygen release reaction of the active material affects. The oxygen release temperature of the active material is approximately 1000 ° C. or higher in the composition range according to the present invention. However, there is a slight difference in the oxygen release temperature depending on the composition of the active material. It is preferable to keep it. In particular, it is confirmed that the oxygen release temperature of the precursor shifts to the lower temperature side as the amount of Co contained in the sample increases. As a method for confirming the oxygen release temperature of the active material, a mixture of a coprecipitation precursor and a lithium compound may be subjected to thermogravimetric analysis (DTA-TG measurement) in order to simulate the firing reaction process. In this method, the platinum used in the sample chamber of the measuring instrument may be corroded by the Li component volatilized, and the instrument may be damaged. Therefore, a composition in which crystallization is advanced to some extent by adopting a firing temperature of about 500 ° C. in advance. Goods should be subjected to thermogravimetric analysis.

一方、焼成温度が低すぎると、結晶化が十分に進まず、電極特性が低下する傾向がある。本発明においては、焼成温度は少なくとも700℃以上とすることが好ましい。十分に結晶化させることにより、結晶粒界の抵抗を軽減し、円滑なリチウムイオン輸送を促すことができる。
また、発明者らは、本発明活物質の回折ピークの半値幅を詳細に解析することで750℃までの温度で合成した試料においては格子内にひずみが残存しており、それ以上の温度で合成することでほとんどひずみを除去することができることを確認した。また、結晶子のサイズは合成温度が上昇するに比例して大きくなるものであった。よって、本発明活物質の組成においても、系内に格子のひずみがほとんどなく、かつ結晶子サイズが十分成長した粒子を志向することで良好な放電容量を得られるものであった。具体的には、格子定数に及ぼすひずみ量が2%以下、かつ結晶子サイズが50nm以上に成長しているような合成温度(焼成温度)及びLi/Me比組成を採用することが好ましいことがわかった。これらを電極として成型して充放電をおこなうことで膨張収縮による変化も見られるが、充放電過程においても結晶子サイズは30nm以上を保っていることが得られる効果として好ましい。即ち、焼成温度を上記した活物質の酸素放出温度にできるだけ近付けるように選択することにより、はじめて、可逆容量が顕著に大きい活物質を得ることができる。
On the other hand, if the firing temperature is too low, crystallization does not proceed sufficiently and the electrode characteristics tend to deteriorate. In the present invention, the firing temperature is preferably at least 700 ° C. or higher. By sufficiently crystallizing, the resistance of the crystal grain boundary can be reduced and smooth lithium ion transport can be promoted.
In addition, the inventors have analyzed the half width of the diffraction peak of the active material of the present invention in detail, and in the sample synthesized at a temperature up to 750 ° C., strain remains in the lattice, and at a temperature higher than that, It was confirmed that almost all strains could be removed by synthesis. The crystallite size was increased in proportion to the increase in the synthesis temperature. Therefore, even in the composition of the active material of the present invention, a favorable discharge capacity can be obtained by aiming at a particle having almost no lattice distortion in the system and having a sufficiently grown crystallite size. Specifically, it is preferable to employ a synthesis temperature (firing temperature) and a Li / Me ratio composition in which the strain amount affecting the lattice constant is 2% or less and the crystallite size is grown to 50 nm or more. all right. Although changes due to expansion and contraction are observed by charging and discharging by molding these as electrodes, it is preferable as an effect that the crystallite size is maintained at 30 nm or more in the charging and discharging process. That is, an active material having a remarkably large reversible capacity can be obtained only by selecting the firing temperature as close as possible to the oxygen release temperature of the active material.

上記のように、好ましい焼成温度は、活物質の酸素放出温度により異なるから、一概に焼成温度の好ましい範囲を設定することは難しいが、モル比Li/Meが1.2〜1.6である場合に放電容量を充分なものとするために、焼成温度を700超〜950℃とすることが好ましく、特にLi/Meが1.25〜1.45においては800〜900℃付近がより好ましい。
以上のようにして、本発明に係るリチウム二次電池用正極活物質を作製する。
As described above, since the preferable firing temperature varies depending on the oxygen release temperature of the active material, it is generally difficult to set a preferable range of the firing temperature, but the molar ratio Li / Me is 1.2 to 1.6. In this case, the firing temperature is preferably more than 700 to 950 ° C., and more preferably around 800 to 900 ° C. when Li / Me is 1.25 to 1.45.
As described above, the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention is produced.

負極材料としては、限定されるものではなく、リチウムイオンを析出あるいは吸蔵することのできる形態のものであればどれを選択してもよい。例えば、Li[Li1/3Ti5/3]Oに代表されるスピネル型結晶構造を有するチタン酸リチウム等のチタン系材料、SiやSb,Sn系などの合金系材料リチウム金属、リチウム合金(リチウム−シリコン、リチウム−アルミニウム,リチウム−鉛,リチウム−スズ,リチウム−アルミニウム−スズ,リチウム−ガリウム,及びウッド合金等のリチウム金属含有合金)、リチウム複合酸化物(リチウム−チタン)、酸化珪素の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えばグラファイト、ハードカーボン、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)等が挙げられる。 The negative electrode material is not limited, and any negative electrode material that can deposit or occlude lithium ions may be selected. For example, titanium-based materials such as lithium titanate having a spinel crystal structure represented by Li [Li 1/3 Ti 5/3 ] O 4 , alloy-based materials such as Si, Sb, and Sn-based lithium metal, lithium alloys (Lithium metal-containing alloys such as lithium-silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloys), lithium composite oxide (lithium-titanium), silicon oxide In addition, an alloy capable of inserting and extracting lithium, a carbon material (for example, graphite, hard carbon, low-temperature fired carbon, amorphous carbon, etc.) can be used.

正極活物質の粉体および負極材料の粉体は、平均粒子サイズ100μm以下であることが望ましい。特に、正極活物質の粉体は、非水電解質電池の高出力特性を向上する目的で10μm以下であることが望ましい。粉体を所定の形状で得るためには粉砕機や分級機が用いられる。例えば乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェトミル、旋回気流型ジェットミルや篩等が用いられる。粉砕時には水、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、特に限定はなく、篩や風力分級機などが、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。   It is desirable that the positive electrode active material powder and the negative electrode material powder have an average particle size of 100 μm or less. In particular, the positive electrode active material powder is desirably 10 μm or less for the purpose of improving the high output characteristics of the non-aqueous electrolyte battery. In order to obtain the powder in a predetermined shape, a pulverizer or a classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, a counter jet mill, a swirling air flow type jet mill or a sieve is used. At the time of pulverization, wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as hexane may be used. There is no particular limitation on the classification method, and a sieve, an air classifier, or the like is used as needed for both dry and wet methods.

以上、正極及び負極の主要構成成分である正極活物質及び負極材料について詳述したが、前記正極及び負極には、前記主要構成成分の他に、導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等が、他の構成成分として含有されてもよい。   The positive electrode active material and the negative electrode material, which are the main components of the positive electrode and the negative electrode, have been described in detail above. In addition to the main components, the positive electrode and the negative electrode include a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler. Etc. may be contained as other constituents.

導電剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば限定されないが、通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛,鱗片状黒鉛,土状黒鉛等)、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウイスカー、炭素繊維、金属(銅,ニッケル,アルミニウム,銀,金等)粉、金属繊維、導電性セラミックス材料等の導電性材料を1種またはそれらの混合物として含ませることができる。   The conductive agent is not limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance. Usually, natural graphite (such as scaly graphite, scaly graphite, earthy graphite), artificial graphite, carbon black, acetylene black, Conductive materials such as ketjen black, carbon whisker, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) powder, metal fiber, and conductive ceramic material can be included as one kind or a mixture thereof. .

これらの中で、導電剤としては、電子伝導性及び塗工性の観点よりアセチレンブラックが望ましい。導電剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して0.1重量%〜50重量%が好ましく、特に0.5重量%〜30重量%が好ましい。特にアセチレンブラックを0.1〜0.5μmの超微粒子に粉砕して用いると必要炭素量を削減できるため望ましい。これらの混合方法は、物理的な混合であり、その理想とするところは均一混合である。そのため、V型混合機、S型混合機、擂かい機、ボールミル、遊星ボールミルといったような粉体混合機を乾式、あるいは湿式で混合することが可能である。   Among these, as the conductive agent, acetylene black is desirable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. The addition amount of the conductive agent is preferably 0.1% by weight to 50% by weight, and particularly preferably 0.5% by weight to 30% by weight with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode. In particular, it is desirable to use acetylene black by pulverizing into ultrafine particles of 0.1 to 0.5 μm because the required carbon amount can be reduced. These mixing methods are physical mixing, and the ideal is uniform mixing. Therefore, powder mixers such as V-type mixers, S-type mixers, crackers, ball mills, and planetary ball mills can be mixed dry or wet.

前記結着剤としては、通常、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),ポリフッ化ビニリデン(PVDF),ポリエチレン,ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM),スルホン化EPDM,スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーを1種または2種以上の混合物として用いることができる。結着剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%が好ましい。   The binder is usually a thermoplastic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene. Polymers having rubber elasticity such as rubber (SBR) and fluororubber can be used as one kind or a mixture of two or more kinds. The addition amount of the binder is preferably 1 to 50% by weight, particularly preferably 2 to 30% by weight, based on the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

フィラーとしては、電池性能に悪影響を及ぼさない材料であれば何でも良い。通常、ポリプロピレン,ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー、無定形シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素等が用いられる。フィラーの添加量は、正極または負極の総重量に対して添加量は30重量%以下が好ましい。   As the filler, any material that does not adversely affect the battery performance may be used. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, amorphous silica, alumina, zeolite, glass, carbon and the like are used. The addition amount of the filler is preferably 30% by weight or less with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

正極及び負極は、前記主要構成成分(正極においては正極活物質、負極においては負極材料)、およびその他の材料を混練し合剤とし、N−メチルピロリドン,トルエン等の有機溶媒又は水に混合させた後、得られた混合液をアルミニウム箔、銅箔等の集電体の上に塗布し、または圧着して50℃〜250℃程度の温度で、2時間程度加熱処理することにより好適に作製される。前記塗布方法については、例えば、アプリケーターロールなどのローラーコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレード方式、スピンコーティング、バーコータ等の手段を用いて任意の厚さ及び任意の形状に塗布することが望ましいが、これらに限定されるものではない。   The positive electrode and the negative electrode are prepared by mixing the main constituents (positive electrode active material in the positive electrode, negative electrode material in the negative electrode) and other materials into a mixture and mixing with an organic solvent such as N-methylpyrrolidone or toluene or water. After that, the obtained mixed solution is applied on a current collector such as an aluminum foil or a copper foil, or is pressed and heat-treated at a temperature of about 50 ° C. to 250 ° C. for about 2 hours. Is done. About the application method, for example, it is desirable to apply to any thickness and any shape using means such as roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, etc. It is not limited.

本発明に係るリチウム二次電池に用いる非水電解質は、限定されるものではなく、一般にリチウム電池等への使用が提案されているものが使用可能である。非水電解質に用いる非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状炭酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル類;テトラヒドロフランまたはその誘導体;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジブトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキソランまたはその誘導体;エチレンスルフィド、スルホラン、スルトンまたはその誘導体等の単独またはそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   The nonaqueous electrolyte used for the lithium secondary battery according to the present invention is not limited, and those generally proposed for use in lithium batteries and the like can be used. Nonaqueous solvents used for the nonaqueous electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate and vinylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate, Chain carbonates such as diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl butyrate; tetrahydrofuran or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxy Ethers such as ethane, 1,4-dibutoxyethane and methyldiglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or derivatives thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or derivatives thereof Examples thereof include a conductor alone or a mixture of two or more thereof, but are not limited thereto.

非水電解質に用いる電解質塩としては、例えば、LiClO4,LiBF4,LiAsF6,LiPF6,LiSCN,LiBr,LiI,Li2SO4,Li210Cl10,NaClO4,NaI,NaSCN,NaBr,KClO4,KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCF3SO3,LiN(CF3SO22,LiN(C25SO22,LiN(CF3SO2)(C49SO2),LiC(CF3SO23,LiC(C25SO23,(CH34NBF4,(CH34NBr,(C254NClO4,(C254NI,(C374NBr,(n−C494NClO4,(n−C494NI,(C254N−maleate,(C254N−benzoate,(C254N−phtalate、ステアリルスルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸リチウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機イオン塩等が挙げられ、これらのイオン性化合物を単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。 Examples of the electrolyte salt used for the nonaqueous electrolyte include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr. , KClO 4 , KSCN, and other inorganic ion salts containing one of lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K), LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , ( CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 , (n-C 4 H 9) 4 NI, ( C 2 H 5) 4 N-mal ate, (C 2 H 5) 4 N-benzoate, (C 2 H 5) 4 N-phtalate, lithium stearyl sulfonate, lithium octyl sulfonate, organic ion salts of lithium dodecyl benzene sulfonate, and the like. These These ionic compounds can be used alone or in admixture of two or more.

さらに、LiPF6又はLiBF4と、LiN(C25SO22のようなパーフルオロアルキル基を有するリチウム塩とを混合して用いることにより、さらに電解質の粘度を下げることができるので、低温特性をさらに高めることができ、また、自己放電を抑制することができ、より望ましい。 Furthermore, by mixing and using LiPF 6 or LiBF 4 and a lithium salt having a perfluoroalkyl group such as LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , the viscosity of the electrolyte can be further reduced. The low temperature characteristics can be further improved, and self-discharge can be suppressed, which is more desirable.

また、非水電解質として常温溶融塩やイオン液体を用いてもよい。   Moreover, you may use normal temperature molten salt and an ionic liquid as a nonaqueous electrolyte.

非水電解質における電解質塩の濃度としては、高い電池特性を有する非水電解質電池を確実に得るために、0.1mol/l〜5mol/lが好ましく、さらに好ましくは、0.5mol/l〜2.5mol/lである。   The concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol / l to 5 mol / l, more preferably 0.5 mol / l to 2 in order to reliably obtain a non-aqueous electrolyte battery having high battery characteristics. .5 mol / l.

セパレータとしては、優れた高率放電性能を示す多孔膜や不織布等を、単独あるいは併用することが好ましい。非水電解質電池用セパレータを構成する材料としては、例えばポリエチレン,ポリプロピレン等に代表されるポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート,ポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等を挙げることができる。   As the separator, it is preferable to use a porous film or a non-woven fabric exhibiting excellent high rate discharge performance alone or in combination. Examples of the material constituting the separator for a nonaqueous electrolyte battery include polyolefin resins typified by polyethylene and polypropylene, polyester resins typified by polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, and vinylidene fluoride-hexa. Fluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, fluorine Vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - tetrafluoroethylene - hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - ethylene - can be mentioned tetrafluoroethylene copolymer.

セパレータの空孔率は強度の観点から98体積%以下が好ましい。また、充放電特性の観点から空孔率は20体積%以上が好ましい。   The porosity of the separator is preferably 98% by volume or less from the viewpoint of strength. Further, the porosity is preferably 20% by volume or more from the viewpoint of charge / discharge characteristics.

また、セパレータは、例えばアクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタアクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン等のポリマーと電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。非水電解質を上記のようにゲル状態で用いると、漏液を防止する効果がある点で好ましい。   The separator may be a polymer gel composed of a polymer such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinyl pyrrolidone, polyvinylidene fluoride, and an electrolyte. Use of the non-aqueous electrolyte in the gel state as described above is preferable in that it has an effect of preventing leakage.

さらに、セパレータは、上述したような多孔膜や不織布等とポリマーゲルを併用して用いると、電解質の保液性が向上するため望ましい。即ち、ポリエチレン微孔膜の表面及び微孔壁面に厚さ数μm以下の親溶媒性ポリマーを被覆したフィルムを形成し、前記フィルムの微孔内に電解質を保持させることで、前記親溶媒性ポリマーがゲル化する。   Furthermore, it is desirable that the separator be used in combination with the above-described porous film, non-woven fabric, or the like and a polymer gel because the liquid retention of the electrolyte is improved. That is, by forming a film in which the surface of the polyethylene microporous membrane and the microporous wall are coated with a solvophilic polymer having a thickness of several μm or less, and holding the electrolyte in the micropores of the film, Gels.

前記親溶媒性ポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデンの他、エチレンオキシド基やエステル基等を有するアクリレートモノマー、エポキシモノマー、イソシアナート基を有するモノマー等が架橋したポリマー等が挙げられる。該モノマーは、ラジカル開始剤を併用して加熱や紫外線(UV)を用いたり、電子線(EB)等の活性光線等を用いて架橋反応を行わせることが可能である。   Examples of the solvophilic polymer include polyvinylidene fluoride, an acrylate monomer having an ethylene oxide group or an ester group, an epoxy monomer, a polymer having a monomer having an isocyanate group, and the like crosslinked. The monomer can be subjected to a crosslinking reaction using a radical initiator in combination with heating or ultraviolet rays (UV), or using an actinic ray such as an electron beam (EB).

本発明のリチウム二次電池の構成については特に限定されるものではなく、正極、負極及びロール状のセパレータを有する円筒型電池、角型電池、扁平型電池等が一例として挙げられる。本発明のリチウム二次電池を電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)などの自動車用電源として用いる場合には、複数のリチウム二次電池を有するバッテリーモジュール(組電池)として搭載することができる。   The configuration of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery having a positive electrode, a negative electrode, and a roll separator, a square battery, and a flat battery. When the lithium secondary battery of the present invention is used as a power source for an automobile such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), and a plug-in hybrid vehicle (PHEV), a battery module (set) having a plurality of lithium secondary batteries is used. Battery).

図1に示すように、バッテリーモジュール10は、複数(同図では4つ)の矩形状の蓄電ユニット200を備えている。バッテリーモジュール10は、充放電制御装置100をさらに備えてもよい。なお、同図は、蓄電ユニット200の収容ケース220を透視して、収容ケース220の内方を示している。また、バッテリーモジュール10は、放電制御装置100及び複数の蓄電ユニット200を収容するケースなども備えているが、同図では省略して図示している。複数の蓄電ユニット200は、互いの長側面が対向するように並行して並べられており、それぞれの蓄電ユニット200は並列に接続されている。なお、ここでは、蓄電ユニット200は4つ備えられているが、蓄電ユニット200はいくつ備えられていてもかまわない。また、蓄電ユニット200の形状も特に限定されない。   As shown in FIG. 1, the battery module 10 includes a plurality (four in the figure) of rectangular power storage units 200. The battery module 10 may further include a charge / discharge control device 100. The figure shows the inside of the housing case 220 through the housing case 220 of the power storage unit 200. The battery module 10 also includes a case for housing the discharge control device 100 and the plurality of power storage units 200, but is omitted from the drawing. The plurality of power storage units 200 are arranged in parallel so that their long side faces each other, and the respective power storage units 200 are connected in parallel. Here, four power storage units 200 are provided, but any number of power storage units 200 may be provided. Further, the shape of the power storage unit 200 is not particularly limited.

また、それぞれの蓄電ユニット200は、複数(同図では6個)の矩形状のリチウム二次電池210と、当該複数のリチウム二次電池210を収容する収容ケース220とを備えている。複数のリチウム二次電池210は、互いの長側面が対向するように並行して並べられており、それぞれのリチウム二次電池210は直列に接続されている。なお、リチウム二次電池210の個数は6個に限定されず、他の複数個数または1個であってもよい。また、リチウム二次電池210の形状も特に限定されない。   Each power storage unit 200 includes a plurality (six in the figure) of rectangular lithium secondary batteries 210 and a housing case 220 that houses the plurality of lithium secondary batteries 210. The plurality of lithium secondary batteries 210 are arranged in parallel so that their long sides face each other, and each lithium secondary battery 210 is connected in series. Note that the number of lithium secondary batteries 210 is not limited to six, and may be other plural numbers or one. Further, the shape of the lithium secondary battery 210 is not particularly limited.

図2は、前記バッテリーモジュール10を搭載した自動車1000の概念図である。ここで、自動車1000は、バッテリーモジュール10と、バッテリーモジュール10を収容した車体本体20とを備えている。つまり、自動車1000は、バッテリーモジュール10を電源として走行する電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)などの自動車であり、車体本体20の底部中央部分にバッテリーモジュール10を備えている。   FIG. 2 is a conceptual diagram of an automobile 1000 on which the battery module 10 is mounted. Here, the automobile 1000 includes a battery module 10 and a vehicle body 20 that houses the battery module 10. That is, the automobile 1000 is an automobile such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), or a plug-in hybrid vehicle (PHEV) that runs using the battery module 10 as a power source. It has.

従来の正極活物質も、本発明の活物質も、正極電位が4.5V(vs.Li/Li)付近に至って充放電が可能である。しかしながら、使用する非水電解質の種類によっては、充電時の正極電位が高すぎると、非水電解質が酸化分解され電池性能の低下を引き起こす虞がある。したがって、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.3V(vs.Li/Li)以下となるような充電方法を採用しても、充分な放電容量が得られるリチウム二次電池が求められる場合がある。本発明の活物質を用いると、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.5V(vs.Li/Li)より低くなるような、例えば、4.4V(vs.Li/Li)以下や4.3V(vs.Li/Li)以下となるような充電方法を採用しても、約200mAh/g以上という従来の正極活物質の容量を超える放電電気量を取り出すことが可能である。 Both the conventional positive electrode active material and the active material of the present invention can be charged / discharged when the positive electrode potential reaches around 4.5 V (vs. Li / Li + ). However, depending on the type of nonaqueous electrolyte used, if the positive electrode potential during charging is too high, the nonaqueous electrolyte may be oxidized and decomposed, resulting in a decrease in battery performance. Therefore, in use, a lithium secondary battery capable of obtaining a sufficient discharge capacity even when a charging method is adopted in which the maximum potential of the positive electrode during charging is 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less. May be required. When the active material of the present invention is used, for example, 4.4 V (vs. Li / Li) such that the maximum potential of the positive electrode during charging is lower than 4.5 V (vs. Li / Li + ) during use. + ) Or less and 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less, even if a charging method is adopted, it is possible to take out a discharge electric quantity exceeding the capacity of the conventional positive electrode active material of about 200 mAh / g or more. Is possible.

本発明に係る正極活物質が、高い放電容量を備えたものとするためには、リチウム遷移金属複合酸化物を構成する遷移金属元素が層状岩塩型結晶構造の遷移金属サイト以外の部分に存在する割合が小さいものであることが好ましい。これは、焼成工程に供する前駆体において、前駆体コア粒子のCo,Ni,Mnといった遷移金属元素が十分に均一に分布していること、及び、活物質試料の結晶化を促すための適切な焼成工程の条件を選択することによって達成できる。焼成工程に供する前駆体コア粒子中の遷移金属の分布が均一でない場合、十分な放電容量が得られないものとなる。この理由については必ずしも明らかではないが、焼成工程に供する前駆体コア粒子中の遷移金属の分布が均一でない場合、得られるリチウム遷移金属複合酸化物は、層状岩塩型結晶構造の遷移金属サイト以外の部分、即ちリチウムサイトに遷移金属元素の一部が存在するものとなる、いわゆるカチオンミキシングが起こることに由来するものと本発明者らは推察している。同様の推察は焼成工程における結晶化過程においても適用でき、活物質試料の結晶化が不十分であると層状岩塩型結晶構造におけるカチオンミキシングが起こりやすくなる。前記遷移金属元素の分布の均一性が高いものは、X線回折測定結果を空間群R3−mに帰属した場合の(003)面と(104)面の回折ピークの強度比が大きいものとなる傾向がある。本発明において、X線回折測定による前記(003)面と(104)面の回折ピークの強度比は、I(003)/I(104)≧1.0であることが好ましい。また、充放電を経た放電末の状態においてI(003)/I(104)>1であることが好ましい。前駆体の合成条件や合成手順が不適切である場合、前記ピーク強度比はより小さい値となり、しばしば1未満の値となる。 In order for the positive electrode active material according to the present invention to have a high discharge capacity, the transition metal element constituting the lithium transition metal composite oxide is present in a portion other than the transition metal site of the layered rock salt type crystal structure. It is preferable that the ratio is small. This is because, in the precursor to be subjected to the firing step, the transition metal elements such as Co, Ni, and Mn in the precursor core particles are sufficiently uniformly distributed, and appropriate for promoting the crystallization of the active material sample. This can be achieved by selecting the conditions for the firing process. If the distribution of the transition metal in the precursor core particles subjected to the firing step is not uniform, a sufficient discharge capacity cannot be obtained. Although the reason for this is not necessarily clear, when the distribution of the transition metal in the precursor core particles to be subjected to the firing step is not uniform, the resulting lithium transition metal composite oxide has a layered rock salt type crystal structure other than the transition metal site. The present inventors speculate that this is due to the occurrence of so-called cation mixing, in which a part of the transition metal element is present at the lithium site. The same inference can be applied to the crystallization process in the firing step. If the crystallization of the active material sample is insufficient, cation mixing in the layered rock salt type crystal structure is likely to occur. When the distribution uniformity of the transition metal element is high, the intensity ratio of the diffraction peaks of the (003) plane and the (104) plane when the X-ray diffraction measurement result belongs to the space group R3-m is large. Tend. In the present invention, the intensity ratio of the diffraction peaks of the (003) plane and the (104) plane by X-ray diffraction measurement is preferably I (003) / I (104) ≧ 1.0. Further, it is preferable that I (003) / I (104) > 1 in the state after the discharge after charging and discharging. If the precursor synthesis conditions and procedure are inadequate, the peak intensity ratio will be smaller and often less than 1.

本願明細書に記載した合成条件及び合成手順を採用することにより、上記のような高性能の正極活物質を得ることができる。とりわけ、充電上限電位を4.5V(vs.Li/Li)より低く設定した場合、例えば4.4V(vs.Li/Li)や4.3V(vs.Li/Li)より低く設定した場合でも高い放電容量を得ることができるリチウム二次電池用正極活物質とすることができる。 By adopting the synthesis conditions and synthesis procedures described in the present specification, a high-performance positive electrode active material as described above can be obtained. In particular, when the charging upper limit potential is set lower than 4.5 V (vs. Li / Li + ), for example, it is set lower than 4.4 V (vs. Li / Li + ) or 4.3 V (vs. Li / Li + ). In this case, a positive electrode active material for a lithium secondary battery capable of obtaining a high discharge capacity can be obtained.

(実施例1)
硫酸コバルト7水和物14.08g、硫酸ニッケル6水和物21.00g及び硫酸マンガン5水和物65.27gを秤量し、これらの全量をイオン交換水200mlに溶解させ、Co:Ni:Mnのモル比が12.50:19.94:67.56となる2.0Mの硫酸塩水溶液を作製した。一方、2Lの反応槽に750mlのイオン交換水を注ぎ、COガスを30minバブリングさせることにより、イオン交換水中にCOを溶解させた。反応槽の温度を50℃(±2℃)に設定し、攪拌モーターを備えたパドル翼を用いて反応槽内を700rpmの回転速度で攪拌しながら、前記硫酸塩水溶液を3ml/minの速度で滴下した。ここで、滴下の開始から終了までの間、1.0Mの炭酸ナトリウム、1.0Mの炭酸カリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液を適宜滴下することにより、反応槽中のpHが常に7.9(±0.05)を保つように制御した。滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに3h継続した。攪拌の停止後、12h以上静置した。
次に、吸引ろ過装置を用いて、反応槽内に生成した共沈炭酸塩の粒子を分離し、さらにイオン交換水を用いて200mlによる洗浄を1回としたときに、5回の洗浄を行う条件で粒子に付着しているナトリウムイオン及びカリウムイオンを洗浄除去し、電気炉を用いて、空気雰囲気中、常圧下、80℃にて20h乾燥させた。その後、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、共沈炭酸塩前駆体を作製した。
Example 1
Cobalt sulfate heptahydrate (14.08 g), nickel sulfate hexahydrate (21.00 g) and manganese sulfate pentahydrate (65.27 g) were weighed, and all of these were dissolved in 200 ml of ion-exchanged water, and Co: Ni: Mn A 2.0 M aqueous sulfate solution having a molar ratio of 12.50: 19.94: 67.56 was prepared. On the other hand, 750 ml of ion exchange water was poured into a 2 L reaction tank, and CO 2 gas was bubbled for 30 minutes to dissolve CO 2 in the ion exchange water. The temperature of the reaction vessel was set to 50 ° C. (± 2 ° C.), and the aqueous sulfate solution was stirred at a rate of 3 ml / min while stirring the inside of the reaction vessel at a rotational speed of 700 rpm using a paddle blade equipped with a stirring motor. It was dripped. Here, during the period from the start to the end of the dropping, an aqueous solution containing 1.0 M sodium carbonate, 1.0 M potassium carbonate and 0.4 M ammonia is appropriately dropped, so that the pH in the reaction tank is always 7. .9 (± 0.05). After completion of the dropping, stirring in the reaction vessel was continued for 3 hours. After the stirring was stopped, the mixture was allowed to stand for 12 hours or more.
Next, using a suction filtration device, the coprecipitated carbonate particles generated in the reaction vessel are separated, and further, washing is performed 5 times when 200 ml is washed once with ion-exchanged water. Sodium ions and potassium ions adhering to the particles were washed and removed under the conditions, and were dried in an air atmosphere at 80 ° C. for 20 hours in an air atmosphere using an electric furnace. Then, in order to arrange | equalize a particle size, it grind | pulverized for several minutes with the smoked automatic mortar. In this way, a coprecipitated carbonate precursor was produced.

続いて、共沈炭酸塩前駆体の焼成の工程を行った。前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gを加え、瑪瑙製自動乳鉢を用いてよく混合し、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が130:100である合粉体を調製した。ペレット成型機を用いて、6MPaの圧力で成型し、直径25mmのペレットとした。ペレット成型に供した混合粉体の量は、想定する最終生成物の質量が2gとなるように換算して決定した。前記ペレット1個を全長約100mmのアルミナ製ボートに載置し、箱型電気炉(型番:AMF20)に設置し、空気雰囲気中、常圧下、常温から900℃まで10時間かけて昇温し、900℃で4h焼成した。前記箱型電気炉の内部寸法は、縦10cm、幅20cm、奥行き30cmであり、幅方向20cm間隔に電熱線が入っている。焼成後、ヒーターのスイッチを切り、アルミナ製ボートを炉内に置いたまま自然放冷した。この結果、炉の温度は5時間後には約200℃程度にまで低下するが、その後の降温速度はやや緩やかである。一昼夜経過後、炉の温度が100℃以下となっていることを確認してから、ペレットを取り出し、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、実施例1に係るNa及びKを含むリチウム遷移金属複合酸化物Li1.13Co0.11Ni0.17Mn0.59を作製した。このリチウム遷移金属複合酸化物がα−NaFeO構造を有することをエックス線回折測定により確認した。 Then, the process of baking the coprecipitated carbonate precursor was performed. Add 0.970 g of lithium carbonate to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor, mix well using a smoked automatic mortar, and the molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) is 130: 100. A powder was prepared. Using a pellet molding machine, molding was performed at a pressure of 6 MPa to obtain pellets having a diameter of 25 mm. The amount of the mixed powder subjected to pellet molding was determined by conversion so that the mass of the assumed final product was 2 g. One pellet was placed on an alumina boat having a total length of about 100 mm, placed in a box-type electric furnace (model number: AMF20), heated in air at atmospheric pressure and normal temperature to 900 ° C. over 10 hours, Firing was performed at 900 ° C. for 4 hours. The box-type electric furnace has internal dimensions of 10 cm in length, 20 cm in width, and 30 cm in depth, and heating wires are inserted at intervals of 20 cm in the width direction. After firing, the heater was turned off and allowed to cool naturally with the alumina boat placed in the furnace. As a result, the temperature of the furnace decreases to about 200 ° C. after 5 hours, but the subsequent temperature decrease rate is somewhat moderate. After the passage of day and night, it was confirmed that the furnace temperature was 100 ° C. or lower, and then the pellets were taken out and pulverized for several minutes in a smoked automatic mortar in order to make the particle diameter uniform. Thus, lithium transition metal complex oxide Li 1.13 Co 0.11 Ni 0.17 Mn 0.59 O 2 containing Na and K according to Example 1 was produced. It was confirmed by X-ray diffraction measurement that this lithium transition metal composite oxide had an α-NaFeO 2 structure.

(実施例2)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸ナトリウム0.005gおよび炭酸カリウム0.007gを加えることで実施例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 2)
In the firing step of Example 1, lithium lithium according to Example 2 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.005 g of sodium carbonate and 0.007 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. A transition metal composite oxide was produced.

(実施例3)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸ナトリウム0.009gおよび炭酸カリウム0.014gを加えることで実施例3に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 3)
In the firing step of Example 1, the lithium according to Example 3 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.009 g of sodium carbonate and 0.014 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. A transition metal composite oxide was produced.

(実施例4)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに加える炭酸リチウム1.021gに変更して、瑪瑙製自動乳鉢を用いてよく混合し、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が140:100である合粉体を調製した。これによって実施例4に係るリチウム遷移金属複合酸化物Li1.17Co0.10Ni0.17Mn0.56を作製した。
Example 4
In the firing step of Example 1, the lithium carbonate is changed to 1.021 g to be added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor, and mixed well using a smoked automatic mortar, and Li: (Co, Ni, Mn ) Was prepared in a molar ratio of 140: 100. Thus, a lithium transition metal composite oxide Li 1.17 Co 0.10 Ni 0.17 Mn 0.56 O 2 according to Example 4 was produced.

(実施例5)
実施例4の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.005gおよび炭酸カリウム0.007gを加えることで実施例5に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 5)
In the calcination step of Example 4, lithium carbonate according to Example 5 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.005 g of sodium carbonate and 0.007 g of potassium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. A transition metal composite oxide was produced.

(実施例6)
実施例4の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.009gおよび炭酸カリウム0.014gを加えることで実施例6に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 6)
In the calcination step of Example 4, the lithium according to Example 6 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.009 g of sodium carbonate and 0.014 g of potassium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. A transition metal composite oxide was produced.

(実施例7)
実施例1の前駆体作製の工程において、中和剤として1.0Mの炭酸ナトリウムと1.0Mの炭酸カリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液の代わりに、1.0Mの炭酸リチウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液を用いることで共沈炭酸塩前駆体を作製した。また、焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸ナトリウム0.002gおよび炭酸カリウム0.004gを加えることで実施例7に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 7)
In the precursor preparation step of Example 1, instead of an aqueous solution containing 1.0 M sodium carbonate, 1.0 M potassium carbonate and 0.4 M ammonia as neutralizing agents, 1.0 M lithium carbonate and 0 M A coprecipitated carbonate precursor was prepared by using an aqueous solution containing 4M ammonia. In addition, in the baking step, lithium transition metal according to Example 7 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.002 g of sodium carbonate and 0.004 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. A composite oxide was produced.

(実施例8)
実施例7の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸ナトリウム0.005gおよび炭酸カリウム0.004gを加えることで実施例8に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 8)
In the firing step of Example 7, lithium lithium according to Example 8 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.005 g of sodium carbonate and 0.004 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. A transition metal composite oxide was produced.

(実施例9)
実施例7の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸ナトリウム0.002gおよび炭酸カリウム0.007gを加えることで実施例9に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
Example 9
In the baking step of Example 7, lithium lithium according to Example 9 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.002 g of sodium carbonate and 0.007 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. A transition metal composite oxide was produced.

(実施例10)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸ナトリウム0.005gを加えることで実施例10に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 10)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 10 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.005 g of sodium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例11)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸ナトリウム0.009gを加えることで実施例11に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 11)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 11 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.009 g of sodium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例12)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸ナトリウム0.014gを加えることで実施例12に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 12)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 12 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.014 g of sodium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例13)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸カリウム0.007gを加えることで実施例13に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 13)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 13 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.007 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例14)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸カリウム0.014gを加えることで実施例14に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 14)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 14 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.014 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例15)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸カリウム0.021gを加えることで実施例15に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 15)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 15 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.021 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例16)
実施例1の前駆体作製の工程において、中和剤として1.0Mの炭酸ナトリウムと1.0Mの炭酸カリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液の代わりに、1.0Mの炭酸リチウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液を用いることで共沈炭酸塩前駆体を作製した。また、焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.002gおよび炭酸カリウム0.004gを加えることで実施例16に係るリチウム遷移金属複合酸化物Li1.17Co0.10Ni0.17Mn0.56を作製した。
(Example 16)
In the precursor preparation step of Example 1, instead of an aqueous solution containing 1.0 M sodium carbonate, 1.0 M potassium carbonate and 0.4 M ammonia as neutralizing agents, 1.0 M lithium carbonate and 0 M A coprecipitated carbonate precursor was prepared by using an aqueous solution containing 4M ammonia. In addition, in the baking step, lithium transition metal according to Example 16 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.002 g of sodium carbonate and 0.004 g of potassium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. A composite oxide Li 1.17 Co 0.10 Ni 0.17 Mn 0.56 O 2 was produced.

(実施例17)
実施例16の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.005gおよび炭酸カリウム0.004gを加えることで実施例17に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 17)
In the firing step of Example 16, lithium lithium according to Example 17 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.005 g of sodium carbonate and 0.004 g of potassium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. A transition metal composite oxide was produced.

(実施例18)
実施例16の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.002gおよび炭酸カリウム0.007gを加えることで実施例18に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 18)
In the calcination step of Example 16, the lithium according to Example 18 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.002 g of sodium carbonate and 0.007 g of potassium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. A transition metal composite oxide was produced.

(実施例19)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.005gを加えることで実施例19に係るリチウム遷移金属複合酸化物Li1.17Co0.10Ni0.17Mn0.56を作製した。
(Example 19)
In the firing step of Example 1, lithium transition metal composite oxide Li according to Example 19 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.005 g of sodium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. 1.17 Co 0.10 Ni 0.17 Mn 0.56 O 2 was produced.

(実施例20)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.009gを加えることで実施例20に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 20)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 20 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.009 g of sodium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例21)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.014gを加えることで実施例21に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 21)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 21 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.014 g of sodium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例22)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸カリウム0.007gを加えることで実施例22に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 22)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 22 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.007 g of potassium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例23)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸カリウム0.014gを加えることで実施例23に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 23)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 23 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.014 g of potassium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例24)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸カリウム0.021gを加えることで実施例24に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 24)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 24 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.021 g of potassium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例25)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸ナトリウム0.032gを加えることで実施例25に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 25)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 25 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.032 g of sodium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例26)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸ナトリウム0.050gを加えることで実施例26に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 26)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 26 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.050 g of sodium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例27)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸ナトリウム0.068gを加えることで実施例27に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 27)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 27 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.068 g of sodium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例28)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸カリウム0.049gを加えることで実施例28に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 28)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 28 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.049 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例29)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸カリウム0.077gを加えることで実施例29に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 29)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 29 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.077 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例30)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸カリウム0.105gを加えることで実施例30に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 30)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 30 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.105 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例31)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.032gを加えることで実施例31に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 31)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 31 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.032 g of sodium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例32)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.050gを加えることで実施例32に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 32)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 32 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.050 g of sodium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例33)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.068gを加えることで実施例33に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 33)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 33 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.068 g of sodium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例34)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸カリウム0.049gを加えることで実施例34に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 34)
In the baking step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 34 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.049 g of potassium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例35)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸カリウム0.077gを加えることで実施例35に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 35)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 35 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.077 g of potassium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(実施例36)
実施例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸カリウム0.105gを加えることで実施例36に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 36)
In the firing step of Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Example 36 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.105 g of potassium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(比較例1)
実施例1の前駆体作製の工程において、中和剤として1.0Mの炭酸ナトリウムと1.0Mの炭酸カリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液の代わりに、2.0Mの炭酸ナトリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液を用いることで共沈炭酸塩前駆体を作製した。また、焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.018gを加えることで比較例1に係るリチウム遷移金属複合酸化物Li1.17Co0.10Ni0.17Mn0.56を作製した。
(Comparative Example 1)
In the precursor preparation step of Example 1, instead of an aqueous solution containing 1.0 M sodium carbonate, 1.0 M potassium carbonate and 0.4 M ammonia as neutralizing agents, 2.0 M sodium carbonate and 0 M A coprecipitated carbonate precursor was prepared by using an aqueous solution containing 4M ammonia. In addition, in the firing step, lithium transition metal composite oxide Li 1 according to Comparative Example 1 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.018 g of sodium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate . 17 Co 0.10 Ni 0.17 Mn 0.56 O 2 was produced.

(比較例2)
比較例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gに加えて炭酸ナトリウム0.005gを加えることで比較例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 2)
In the firing step of Comparative Example 1, the lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 2 was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.005 g of sodium carbonate in addition to 1.021 g of lithium carbonate. Produced.

(比較例3)
比較例1の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.228gに、炭酸リチウム1.021gを加えることで比較例3に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 3)
In the firing step of Comparative Example 1, 1.021 g of lithium carbonate was added to 2.228 g of the coprecipitated carbonate precursor to produce a lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 3.

(比較例4)
比較例3の前駆体作製の工程において、中和剤として2.0Mの炭酸ナトリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液の代わりに、1.0Mの炭酸ナトリウム、1.0Mの炭酸リチウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液を用いることで比較例4に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 4)
In the step of preparing the precursor of Comparative Example 3, instead of an aqueous solution containing 2.0 M sodium carbonate and 0.4 M ammonia as a neutralizing agent, 1.0 M sodium carbonate, 1.0 M lithium carbonate, and 0 A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 4 was prepared by using an aqueous solution containing 4 M ammonia.

(比較例5〜8)
比較例4の前駆体作製の工程において、中和剤の炭酸ナトリウムと炭酸リチウムの比(Na/Liのモル比)を1/1[M]とする代わりに、表1の比較例5〜8に記載されているように変更した他は、比較例4と同様にして、比較例5〜8に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Examples 5 to 8)
In the step of preparing the precursor of Comparative Example 4, instead of setting the ratio of sodium carbonate and lithium carbonate (molar ratio of Na / Li) of the neutralizing agent to 1/1 [M], Comparative Examples 5 to 8 in Table 1 A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Examples 5 to 8 was produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that the changes were made as described in.

(比較例9)
実施例1の前駆体作製の工程において、中和剤として1.0Mの炭酸ナトリウムと1.0Mの炭酸カリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液の代わりに、2.0Mの炭酸カリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液を用いることで共沈炭酸塩前駆体を作製した。また、焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸カリウム0.018gを加えることで比較例9に係るリチウム遷移金属複合酸化物Li1.13Co0.11Ni0.17Mn0.59を作製した。
(Comparative Example 9)
In the precursor preparation step of Example 1, instead of an aqueous solution containing 1.0 M sodium carbonate, 1.0 M potassium carbonate and 0.4 M ammonia as neutralizing agents, 2.0 M potassium carbonate and 0 M A coprecipitated carbonate precursor was prepared by using an aqueous solution containing 4M ammonia. In addition, in the firing step, lithium transition metal composite oxide Li 1. according to Comparative Example 9 is added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.018 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate . 13 Co 0.11 Ni 0.17 Mn 0.59 O 2 was produced.

(比較例10)
比較例9の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸カリウム0.011gを加えることで比較例10に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 10)
In the firing step of Comparative Example 9, the lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 10 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.011 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(比較例11)
比較例9の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gに加えて炭酸カリウム0.004gを加えることで比較例11に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 11)
In the firing step of Comparative Example 9, the lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 11 was added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor by adding 0.004 g of potassium carbonate in addition to 0.970 g of lithium carbonate. Produced.

(比較例12)
比較例9の焼成の工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム0.970gを加えることで比較例12に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 12)
In the firing step of Comparative Example 9, lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 12 was prepared by adding 0.970 g of lithium carbonate to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor.

(比較例13)
比較例12の前駆体作製の工程において、中和剤として2.0Mの炭酸カリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液の代わりに、1.0Mの炭酸カリウム、1.0Mの炭酸リチウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液を用いることで比較例13に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 13)
In the precursor preparation step of Comparative Example 12, instead of an aqueous solution containing 2.0 M potassium carbonate and 0.4 M ammonia as a neutralizing agent, 1.0 M potassium carbonate, 1.0 M lithium carbonate and 0 M A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 13 was prepared by using an aqueous solution containing 4 M ammonia.

(比較例14)
比較例12の前駆体作製の工程において、中和剤として2.0Mの炭酸カリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液の代わりに、0.5Mの炭酸カリウム、1.5Mの炭酸リチウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液を用いることで比較例14に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 14)
In the step of preparing the precursor of Comparative Example 12, instead of an aqueous solution containing 2.0 M potassium carbonate and 0.4 M ammonia as a neutralizing agent, 0.5 M potassium carbonate, 1.5 M lithium carbonate and 0 M A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 14 was prepared by using an aqueous solution containing 4 M ammonia.

(リチウム遷移金属複合酸化物に含まれるNa量及び/又はK量の測定)
得られたリチウム遷移金属複合酸化物に含まれるNa及び/又はKの量は以下のようにして求めた。
活物質を50mg秤取し、これを10wt%の塩酸水溶液10mlに投入した。この水溶液を、150℃のホットプレート上において加熱することにより、活物質を十分溶解させた。その後、吸引濾過装置を用いて濾過を行い、水溶液中に含まれる微粒子を除去した。濾過後の水溶液に90mlのイオン交換水を加えて攪拌し、100mlの試料溶液を作製した。また、Na及び/又はKの含有量を求める検量線を作成するために、3種類のNa及びK濃度既知の参照溶液を調製した。この参照溶液は、Na及びK標準液(ナカライテスク製、1000ppm)を、イオン交換水を用いて目的の濃度に希釈して調製した。
上記の試料溶液及び参照溶液それぞれ20〜40ml程度を用いて、ICP発光分光分析装置(SHIMADZU, ICPS-8100)により分析を行うことにより、Na及び/又はKの含有量を測定した。
また、リチウム遷移金属複合酸化物に含まれるNa及び/又はKの量は、上記したICP発光分光分析の他に、原子吸光分析法によって測定することも可能である。
(Measurement of Na amount and / or K amount contained in lithium transition metal composite oxide)
The amount of Na and / or K contained in the obtained lithium transition metal composite oxide was determined as follows.
50 mg of the active material was weighed and put into 10 ml of a 10 wt% aqueous hydrochloric acid solution. This aqueous solution was heated on a hot plate at 150 ° C. to sufficiently dissolve the active material. Then, it filtered using the suction filtration apparatus and removed the microparticles | fine-particles contained in aqueous solution. 90 ml of ion exchange water was added to the filtered aqueous solution and stirred to prepare a 100 ml sample solution. Moreover, in order to prepare a calibration curve for determining the content of Na and / or K, three types of reference solutions with known Na and K concentrations were prepared. This reference solution was prepared by diluting Na and K standard solutions (manufactured by Nacalai Tesque, 1000 ppm) with ion-exchanged water to a target concentration.
The content of Na and / or K was measured by performing analysis with an ICP emission spectroscopic analyzer (SHIMADZU, ICPS-8100) using about 20 to 40 ml of each of the sample solution and the reference solution.
Further, the amount of Na and / or K contained in the lithium transition metal composite oxide can be measured by atomic absorption spectrometry in addition to the above-described ICP emission spectral analysis.

(粒子径の測定)
実施例1〜36及び比較例1〜14に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、次の条件及び手順に沿って粒度分布測定を行った。測定装置には日機装社製Microtrac (型番:MT3000)を用いた。前記測定装置は、光学台、試料供給部及び制御ソフトを搭載したコンピューターを備えており、光学台にはレーザー光透過窓を有する湿式セルが設置される。測定原理は、測定対象試料が分散溶媒中に分散している分散液が循環している湿式セルにレーザー光を照射し、測定試料からの散乱光分布を粒度分布に変換する方式である。前記分散液は試料供給部に蓄えられ、ポンプによって湿式セルに循環供給される。前記試料供給部は、常に超音波振動が加えられている。今回の測定では、分散溶媒として水を用いた。又、測定制御ソフトにはMicrotrac DHS for Win98(MT3000)を使用した。前記測定装置に設定入力する「物質情報」については、溶媒の「屈折率」として1.33を設定し、「透明度」として「透過(TRANSPARENT)」を選択し、「球形粒子」として「非球形」を選択した。試料の測定に先立ち、「Set Zero」操作を行う。「Set zero」操作は、粒子からの散乱光以外の外乱要素(ガラス、ガラス壁面の汚れ、ガラス凹凸など)が後の測定に与える影響を差し引くための操作であり、試料供給部に分散溶媒である水のみを入れ、湿式セルに分散溶媒である水のみが循環している状態でバックグラウンド操作を行い、バックグラウンドデータをコンピューターに記憶させる。続いて「Sample LD (Sample Loading)」操作を行う。Sample LD操作は、測定時に湿式セルに循環供給される分散液中の試料濃度を最適化するための操作であり、測定制御ソフトの指示に従って試料供給部に測定対象試料を手動で最適量に達するまで投入する操作である。続いて、「測定」ボタンを押すことで測定操作が行われる。前記測定操作を2回繰り返し、その平均値として測定結果がコンピューターから出力される。測定結果は、粒度分布ヒストグラム、並びに、D10、D50及びD90の各値(D10、D50及びD90は、二次粒子の粒度分布における累積体積がそれぞれ10%、50%及び90%となる粒度)として取得される。測定されたD50の値は8μmであった。また、共沈炭酸塩前駆体を作製する工程において、滴下終了後、反応槽内の撹拌をさらに継続する時間を3hから4hに変更した場合、D50の値は10μmになった。
なお、炭酸塩前駆体の二次粒子の粒度分布における累積体積は、リチウム遷移金属複合酸化物と同程度であった。
(Measurement of particle diameter)
The lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 36 and Comparative Examples 1 to 14 were subjected to particle size distribution measurement according to the following conditions and procedures. Microtrac (model number: MT3000) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. was used as the measuring device. The measurement apparatus includes an optical bench, a sample supply unit, and a computer equipped with control software. A wet cell having a laser light transmission window is installed on the optical bench. The measurement principle is a method in which a wet cell in which a dispersion liquid in which a sample to be measured is dispersed in a dispersion solvent circulates is irradiated with laser light, and the scattered light distribution from the measurement sample is converted into a particle size distribution. The dispersion is stored in a sample supply unit and circulated and supplied to a wet cell by a pump. The sample supply unit is always subjected to ultrasonic vibration. In this measurement, water was used as a dispersion solvent. Moreover, Microtrac DHS for Win98 (MT3000) was used for the measurement control software. For the “substance information” to be set and input to the measuring apparatus, 1.33 is set as the “refractive index” of the solvent, “TRANSPARENT” is selected as the “transparency”, and “non-spherical” is selected as the “spherical particle”. Was selected. Prior to sample measurement, perform “Set Zero” operation. The “Set zero” operation is an operation to subtract the influence of disturbance elements other than the scattered light from the particles (glass, dirt on the glass wall, glass irregularities, etc.) on subsequent measurements. A background operation is performed in a state where only certain water is added and only water as a dispersion solvent is circulating in the wet cell, and the background data is stored in the computer. Next, perform the “Sample LD (Sample Loading)” operation. The Sample LD operation is an operation for optimizing the sample concentration in the dispersion that is circulated and supplied to the wet cell during measurement, and manually reaches the optimum amount of the sample to be measured in the sample supply unit according to the instructions of the measurement control software. It is an operation to throw up. Subsequently, the measurement operation is performed by pressing the “Measure” button. The measurement operation is repeated twice, and the measurement result is output from the computer as the average value. The measurement results are as a particle size distribution histogram and values of D10, D50, and D90 (D10, D50, and D90 are particle sizes at which the cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particles is 10%, 50%, and 90%, respectively) To be acquired. The measured D50 value was 8 μm. Further, in the step of preparing the coprecipitated carbonate precursor, when the time for further stirring in the reaction vessel was changed from 3h to 4h after completion of the dropping, the value of D50 was 10 μm.
The cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particles of the carbonate precursor was almost the same as that of the lithium transition metal composite oxide.

(リチウム二次電池の作製及び評価)
実施例1〜36及び比較例1〜14に係るリチウム遷移金属複合酸化物をそれぞれリチウム二次電池用正極活物質として用いて、以下の手順でリチウム二次電池を作製し、電池特性を評価した。
(Production and evaluation of lithium secondary battery)
Using the lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 36 and Comparative Examples 1 to 14 as positive electrode active materials for lithium secondary batteries, lithium secondary batteries were prepared according to the following procedure, and battery characteristics were evaluated. .

N−メチルピロリドンを分散媒とし、活物質、アセチレンブラック(AB)及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)が質量比90:5:5の割合で混練分散されている塗布用ペーストを作製した。該塗布ペーストを厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の片方の面に塗布し、正極板を作製した。なお、全ての実施例及び比較例に係るリチウム二次電池同士で試験条件が同一になるように、一定面積当たりに塗布されている活物質の質量及び塗布厚みを統一した。   Using N-methylpyrrolidone as a dispersion medium, an active material, acetylene black (AB), and polyvinylidene fluoride (PVdF) were kneaded and dispersed at a mass ratio of 90: 5: 5. The coating paste was applied to one side of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm to produce a positive electrode plate. In addition, the mass and coating thickness of the active material applied per fixed area were standardized so that the test conditions were the same among the lithium secondary batteries according to all the examples and comparative examples.

正極の単独挙動を正確に観察する目的のため、対極、即ち負極には金属リチウムをニッケル箔集電体に密着させて用いた。ここで、リチウム二次電池の容量が負極によって制限されないよう、負極には十分な量の金属リチウムを配置した。   For the purpose of accurately observing the single behavior of the positive electrode, metallic lithium was used in close contact with the nickel foil current collector for the counter electrode, that is, the negative electrode. Here, a sufficient amount of metallic lithium was disposed on the negative electrode so that the capacity of the lithium secondary battery was not limited by the negative electrode.

電解液として、エチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)/ジメチルカーボネート(DMC)が体積比6:7:7である混合溶媒に濃度が1mol/lとなるようにLiPFを溶解させた溶液を用いた。セパレータとして、ポリアクリレートで表面改質したポリプロピレン製の微孔膜を用いた。外装体には、ポリエチレンテレフタレート(15μm)/アルミニウム箔(50μm)/金属接着性ポリプロピレンフィルム(50μm)からなる金属樹脂複合フィルムを用い、正極端子及び負極端子の開放端部が外部露出するように電極を収納し、前記金属樹脂複合フィルムの内面同士が向かい合った融着代を注液孔となる部分を除いて気密封止し、前記電解液を注液後、注液孔を封止した。 As an electrolytic solution, LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) / ethyl methyl carbonate (EMC) / dimethyl carbonate (DMC) had a volume ratio of 6: 7: 7 so that the concentration was 1 mol / l. The solution was used. As the separator, a polypropylene microporous film whose surface was modified with polyacrylate was used. A metal resin composite film made of polyethylene terephthalate (15 μm) / aluminum foil (50 μm) / metal-adhesive polypropylene film (50 μm) is used for the exterior body, and the electrodes are exposed so that the open ends of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are exposed to the outside. The metal resin composite film was hermetically sealed with the fusion allowance where the inner surfaces of the metal resin composite films faced each other except for the portion serving as the injection hole, and the injection hole was sealed after the electrolyte solution was injected.

以上の手順にて作製されたリチウム二次電池は、25℃の下、初期充放電工程に供した。充電は、電流0.1CA、電圧4.6Vの定電流定電圧充電とし、充電終止条件は電流値が1/6に減衰した時点とした。放電は、電流0.1CA、終止電圧2.0Vの定電流放電とした。この充放電を2サイクル行った。ここで、充電後及び放電後にそれぞれ30分の休止過程を設けた。前記初期充放電工程における1サイクル目の「(放電電気量)/(充電電気量)×100」で示される百分率を「初期効率(%)」として記録した。   The lithium secondary battery produced by the above procedure was subjected to an initial charge / discharge process at 25 ° C. Charging was performed at a constant current and a constant voltage with a current of 0.1 CA and a voltage of 4.6 V, and the charge termination condition was when the current value attenuated to 1/6. The discharge was a constant current discharge with a current of 0.1 CA and a final voltage of 2.0 V. This charge / discharge was performed for two cycles. Here, a pause process of 30 minutes was provided after charging and after discharging, respectively. The percentage indicated by “(discharged electric quantity) / (charged electric quantity) × 100” in the first cycle in the initial charge / discharge process was recorded as “initial efficiency (%)”.

(充放電試験)
次に、充電電圧を変更して、1サイクルの充放電試験を行った。電圧制御は全て正極電位に対して行った。この充放電試験の条件は、充電電圧を4.3Vとしたことを除いては、前記初期充放電工程の条件と同一である。このときの放電電気量を「放電容量(mAh/g)」(表においては「0.1C capa」と表記)として記録した。
(Charge / discharge test)
Next, the charge voltage was changed and the 1-cycle charging / discharging test was done. All voltage control was performed on the positive electrode potential. The conditions for this charge / discharge test are the same as the conditions for the initial charge / discharge step, except that the charge voltage is 4.3V. The amount of electricity discharged at this time was recorded as “discharge capacity (mAh / g)” (indicated as “0.1 C capa” in the table).

(直流内部抵抗の測定)
充電深度が浅い(30%)状態での直流内部抵抗(SOC30%DCR)を、以下のようにして求めた。電流0.1CmA、電圧4.3Vの定電流定電圧充電を行い、このときの充電電気量を計測した。30分の休止後、電流0.1CmAの定電流放電を行い、前記充電電気量に対して70%の電気量を通電した時点で放電を休止した。放電休止後から30分後、各率放電電流でそれぞれ1秒放電する試験を行った。具体的には、まず、電流0.1CmAにて1秒放電し、2分の休止後、電流0.1CmAにて1秒の補充電を行った。さらに2分の休止後、電流1CmAにて1秒放電し、2分の休止後、電流0.1CmAにて10秒の補充電を行った。さらに2分の休止後、電流2CmAにて1秒放電し、2分の休止後、電流0.1CmAにて20秒の補充電を行った。以上の結果を各率放電の1秒後の電圧をその電流値に対してプロットし、最小二乗法によるフィッティングを行ったグラフの傾きを算出し「SOC30%DCR(Ω)」として記録した。
(Measurement of DC internal resistance)
The direct current internal resistance (SOC 30% DCR) in a state where the charging depth is shallow (30%) was determined as follows. Constant current and constant voltage charging with a current of 0.1 CmA and a voltage of 4.3 V was performed, and the amount of electricity charged was measured. After a 30-minute pause, a constant current discharge with a current of 0.1 CmA was performed, and the discharge was paused when 70% of the amount of electricity was applied to the amount of charge. A test was performed in which discharge was performed for 1 second at each rate discharge current 30 minutes after the discharge was stopped. Specifically, first, discharging was performed at a current of 0.1 CmA for 1 second, and after a pause of 2 minutes, supplementary charging was performed at a current of 0.1 CmA for 1 second. Further, after a rest of 2 minutes, the battery was discharged for 1 second at a current of 1 CmA, and after a rest of 2 minutes, supplementary charging was performed for 10 seconds at a current of 0.1 CmA. Further, after a rest of 2 minutes, the battery was discharged at a current of 2 CmA for 1 second, and after a rest of 2 minutes, a supplementary charge was performed at a current of 0.1 CmA for 20 seconds. The voltage of 1 second after each rate discharge was plotted with respect to the current value, and the slope of the graph subjected to fitting by the least square method was calculated and recorded as “SOC 30% DCR (Ω)”.

実施例1〜36及び比較例1〜14に係るリチウム遷移金属複合酸化物をそれぞれ正極活物質として用いたリチウム二次電池の試験結果を表1に示す。   Table 1 shows the test results of lithium secondary batteries using the lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 36 and Comparative Examples 1 to 14 as positive electrode active materials.

Figure 2015118892
Figure 2015118892

表1より、リチウム遷移金属複合酸化物のLi/Meが1より大きく、Na及びKが含まれる実施例1〜36の正極活物質を用いたリチウム二次電池は、放電容量(0.1C capa)が200mAh/g以上と大きく、SOC30%DCRが5Ω以下であり入出力特性が優れ、初期効率も90%以上であり高いことがわかる。
これに対して、Naのみ、Kのみが含まれる比較例1〜14の正極活物質を用いたリチウム二次電池では、Na又はKの含有量が一定以上の場合、放電容量が向上し、初期効率も高くなるが、SOC30%DCRは大きく入出力特性の改善は十分とはいえない。
放電容量(0.1C capa)が特に大きく(210mAh/g以上)と大きく、SOC30%DCRが特に小さい(4.8Ω以下)正極活物質を得るためには、リチウム遷移金属複合酸化物中のNa及びKの含有量は、1000ppm〜20000ppmとすることが好ましい。
From Table 1, the lithium secondary battery using the positive electrode active material of Examples 1-36 in which Li / Me of the lithium transition metal composite oxide is larger than 1 and Na and K are included is shown in the discharge capacity (0.1 C capa ) Is as large as 200 mAh / g or more, the SOC 30% DCR is 5Ω or less, the input / output characteristics are excellent, and the initial efficiency is 90% or more, which is high.
On the other hand, in the lithium secondary batteries using the positive electrode active materials of Comparative Examples 1 to 14 containing only Na and only K, when the content of Na or K is a certain level or more, the discharge capacity is improved and the initial Although the efficiency is increased, the SOC 30% DCR is large, and the input / output characteristics cannot be improved sufficiently.
In order to obtain a positive electrode active material having a particularly large (0.1 C capa) discharge capacity (210 mAh / g or more) and a particularly small SOC 30% DCR (4.8 Ω or less), Na in the lithium transition metal composite oxide is used. The K content is preferably 1000 ppm to 20000 ppm.

上記の実施例では、本発明のリチウム遷移金属複合酸化物のNa及びKの含有量は、電極を作製する前のリチウム遷移金属複合酸化物(正極活物質)について測定を行った結果に基づいて記載した。しかしながら、充放電の履歴を有するリチウム二次電池については、次に述べる手順に沿って処理を行うことにより、上記のNa及びKの含有量を求めることができる。   In said Example, content of Na and K of lithium transition metal complex oxide of this invention is based on the result of having measured about lithium transition metal complex oxide (positive electrode active material) before producing an electrode. Described. However, with respect to a lithium secondary battery having a charge / discharge history, the contents of Na and K can be obtained by performing the treatment according to the following procedure.

まず、充放電の履歴を有するリチウム二次電池(本発明の場合は、実施例で「放電容量(mAh/g)」を測定したリチウム二次電池)を、0.1CmA程度の低率放電により十分に放電を行い、露点−20℃以下の雰囲気中でリチウム二次電池を解体して正極を取り出す。取り出した正極を80℃の恒温槽に入れ、付着した電解液(溶媒)が十分に揮発するまで乾燥を行う。この正極から正極活物質が含まれる合剤層から合剤を55mg採取し、実施例に記載の手順によりICP発光分光分析を行う。得られた値を正極活物質の質量当たりの濃度に換算する。   First, a lithium secondary battery having a charge / discharge history (in the case of the present invention, a lithium secondary battery whose “discharge capacity (mAh / g)” was measured in the example) was discharged at a low rate of about 0.1 CmA. The battery is sufficiently discharged, the lithium secondary battery is disassembled in an atmosphere with a dew point of −20 ° C. or lower, and the positive electrode is taken out. The taken-out positive electrode is put into an 80 degreeC thermostat, and it dries until the attached electrolyte solution (solvent) volatilizes sufficiently. 55 mg of the mixture is collected from the mixture layer containing the positive electrode active material from this positive electrode, and ICP emission spectroscopic analysis is performed according to the procedure described in the examples. The obtained value is converted into the concentration per mass of the positive electrode active material.

実施例の正極活物質を用いた正極では、充放電後においても、Na及びKの含有量に大きな変化は見られなかった。よって、上記の測定方法によれば、充放電後のリチウム二次電池であっても、正極活物質中のNa及びKの含有量を測定することが可能であるといえる。
なお、本発明の正極活物質を含有する正極を用いたリチウム二次電池では、使用条件により正極活物質中のNa及びKが正極から漏出することも考えられる。この場合、Na及びKは電解液中や負極中にも含まれているので、上記正極中のNa及びKの含有量だけではなく、電解液及び/又は負極に含まれるNa及びKの量を測定することにより、より正確に正極活物質に含有されているNa及びKの量を知ることが可能となる。
In the positive electrode using the positive electrode active material of the example, no significant change was observed in the contents of Na and K even after charge and discharge. Therefore, according to the above measurement method, it can be said that the contents of Na and K in the positive electrode active material can be measured even in a lithium secondary battery after charge and discharge.
In addition, in the lithium secondary battery using the positive electrode containing the positive electrode active material of the present invention, Na and K in the positive electrode active material may leak from the positive electrode depending on use conditions. In this case, since Na and K are also contained in the electrolytic solution and the negative electrode, not only the contents of Na and K in the positive electrode but also the amounts of Na and K contained in the electrolytic solution and / or the negative electrode. By measuring, it becomes possible to know the amount of Na and K contained in the positive electrode active material more accurately.

(符号の説明)
10 バッテリーモジュール
20 車体本体
100 充放電制御装置
200 蓄電ユニット
210 矩形状のリチウム二次電池
220 収容ケース
1000 自動車
(Explanation of symbols)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Battery module 20 Car body main body 100 Charging / discharging control apparatus 200 Power storage unit 210 Rectangular lithium secondary battery 220 Housing case 1000 Car

本発明の新規なリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質を用いることにより、放電容量が大きく、且つ入出力特性が優れるリチウム二次電池を提供することができるので、このリチウム二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車用などのリチウム二次電池として有用である。   By using a positive electrode active material containing the novel lithium transition metal composite oxide of the present invention, a lithium secondary battery having a large discharge capacity and excellent input / output characteristics can be provided. It is useful as a lithium secondary battery for electric vehicles, hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles and the like.

Claims (7)

α−NaFeO構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物を含有するリチウム二次電池用正極活物質であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、遷移金属(Me)がCo、Ni及びMnを含み、前記遷移金属に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1より大きく、Na及びKが含まれることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。 A positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 structure, wherein the lithium transition metal composite oxide contains Co, Ni and Mn as a transition metal (Me) A positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein a molar ratio Li / Me of lithium (Li) to the transition metal is greater than 1, and Na and K are contained. 前記遷移金属に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1.2より大きく且つ1.6より小さいことを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用正極活物質。   2. The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein a molar ratio Li / Me of lithium (Li) to the transition metal is larger than 1.2 and smaller than 1.6. Na及びKの含有量が合計で1000ppm以上20000ppm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用正極活物質。   3. The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the total content of Na and K is 1000 ppm or more and 20000 ppm or less. MeCO(MeはCo、Ni及びMnを含む遷移金属)で表され、Na及びKが含まれることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質の炭酸塩前駆体。 A carbonate precursor of a positive electrode active material for a lithium secondary battery, which is represented by MeCO 3 (Me is a transition metal containing Co, Ni and Mn) and contains Na and K. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用電極。   The electrode for lithium secondary batteries containing the positive electrode active material for lithium secondary batteries of any one of Claims 1-3. 請求項5に記載のリチウム二次電池用電極を備えたリチウム二次電池。   A lithium secondary battery comprising the electrode for a lithium secondary battery according to claim 5. 請求項6に記載のリチウム二次電池を複数個集合して構成したバッテリーモジュール。   A battery module configured by assembling a plurality of lithium secondary batteries according to claim 6.
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