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JP2019009046A - Method for manufacturing positive electrode active material for lithium ion secondary battery, and positive electrode active material for lithium ion secondary battery - Google Patents

Method for manufacturing positive electrode active material for lithium ion secondary battery, and positive electrode active material for lithium ion secondary battery Download PDF

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JP2019009046A
JP2019009046A JP2017125403A JP2017125403A JP2019009046A JP 2019009046 A JP2019009046 A JP 2019009046A JP 2017125403 A JP2017125403 A JP 2017125403A JP 2017125403 A JP2017125403 A JP 2017125403A JP 2019009046 A JP2019009046 A JP 2019009046A
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Japan
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nickel
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electrode active
lithium
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JP2017125403A
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小西 宏明
Hiroaki Konishi
宏明 小西
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Abstract

To provide: a method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, which enables the manufacturing of a high-capacity, nickel-containing positive electrode active material for a lithium ion secondary battery by use of an inexpensive raw material; and a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.SOLUTION: A method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention is one for manufacturing a positive electrode active material to be used for a positive electrode of a lithium ion secondary battery. The method comprises: a mixing step S21 of mixing a lithium-containing compound and a nickel-containing composition; and a sintering step S22 of sintering a mixture obtained by the mixing step S21 under an oxidizing atmosphere to obtain a lithium composite compound. The nickel-containing composition is a composition obtained by going through a roasting step S11 of roasting a neutralized precipitate recovered by a neutralization treatment from a waste solution of an electroless nickel plating solution at a temperature of 900°C or higher and 1000°C or lower; and a water-rinse step S12 of rinsing, with water, a roasted product obtained by the roasting step.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の正極に用いられる正極活物質の製造方法及びこれによって製造された正極活物質に関する。   The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material used for a positive electrode of a lithium ion secondary battery, and a positive electrode active material produced thereby.

高いエネルギ密度を有し、小型で軽量な二次電池として、リチウムイオン二次電池が広く普及している。リチウムイオン二次電池は、鉛蓄電池、ニッケル(Ni)・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の他の二次電池と比較して、高いエネルギ密度を有するといった特徴を有している。そのため、携帯電子機器、家庭用電気機器等の小型電源から、電力貯蔵装置、無停電電源装置、電力平準化装置等の定置用電源や、船舶、鉄道車両、ハイブリッド鉄道車両、ハイブリッド自動車、電気自動車等の駆動電源等の中型・大型電源に至るまでその用途が拡大している。   Lithium ion secondary batteries are widely used as small and lightweight secondary batteries having high energy density. The lithium ion secondary battery has a feature that it has a high energy density as compared with other secondary batteries such as a lead storage battery, a nickel (Ni) / hydrogen storage battery, and a nickel / cadmium storage battery. Therefore, from small power sources such as portable electronic devices and household electric appliances, stationary power sources such as power storage devices, uninterruptible power supply devices, power leveling devices, ships, rail vehicles, hybrid rail vehicles, hybrid vehicles, electric vehicles Applications are expanding to medium and large power supplies such as drive power supplies.

リチウムイオン二次電池用の正極活物質の一種に、空間群R−3mに帰属される層状岩塩型の結晶構造(以下、層状構造ということがある。)を有するリチウム(Li)複合化合物がある。層状構造を有するリチウム複合化合物としては、LiCoOが代表的であるが、多元化することにより安定性を改善したLiNi1/3Co1/3Mn1/3等も知られている。さらに、近年では、LiNi0.8Co0.1Mn0.1や、LiNi0.8Co0.2に代表されるようなニッケル含有率が高いリチウム複合化合物が、高い充放電容量を示す次世代の正極活物質として期待されている。 One type of positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is a lithium (Li) composite compound having a layered rock salt crystal structure (hereinafter sometimes referred to as a layered structure) belonging to the space group R-3m. . A typical lithium composite compound having a layered structure is LiCoO 2, but LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 whose stability has been improved by diversification is also known. Furthermore, in recent years, lithium composite compounds having a high nickel content, such as LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 , are highly charged and discharged. It is expected as a next-generation positive electrode active material showing capacity.

一般的に、正極活物質の原料として用いられるニッケル源は、マンガン(Mn)源等と比較して高価である。そのため、正極活物質に含まれるニッケル含有率が高くなるほど、正極活物質の製造原価も高くなる傾向がある。それ故、正極活物質の原料として利用可能な安価なニッケル源の開拓は、正極活物質の製造コストや生産性を高める上で極めて重要な要素技術となっている。従来、埋立て廃棄されることが多い無電解ニッケルめっき廃液は、このような要求に適うニッケル源として有力視されている。無電解ニッケルめっき廃液などからニッケルを精製・回収する手法が、例えば、特許文献1及び特許文献2に記載されている。   Generally, a nickel source used as a raw material for a positive electrode active material is more expensive than a manganese (Mn) source or the like. For this reason, the higher the nickel content contained in the positive electrode active material, the higher the production cost of the positive electrode active material. Therefore, the development of an inexpensive nickel source that can be used as a raw material for the positive electrode active material is an extremely important elemental technology for increasing the manufacturing cost and productivity of the positive electrode active material. Conventionally, electroless nickel plating waste liquid that is often disposed of in landfills is regarded as a promising nickel source that meets such requirements. Techniques for purifying and recovering nickel from electroless nickel plating waste liquid and the like are described in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2.

特許文献1には、電気ニッケルめっき廃液や無電解ニッケルめっき廃液を中和処理して得たニッケル塩から精製ニッケル溶液を調製し、高純度なニッケル地金や炭酸ニッケルを製造する方法が開示されている。具体的には、特許文献1では、無電解ニッケルめっき廃液を炭酸ナトリウム等のアルカリで中和してニッケル中和沈殿物を得た後、硫酸等の無機酸に溶解させて硫酸ニッケル溶液とし、不純物であるリン、銅、鉄、亜鉛及びコバルトを沈殿物として分離して精製ニッケル溶液を得ている。   Patent Document 1 discloses a method for preparing a purified nickel solution from a nickel salt obtained by neutralizing an electric nickel plating waste liquid or an electroless nickel plating waste liquid to produce high-purity nickel metal or nickel carbonate. ing. Specifically, in Patent Document 1, the electroless nickel plating waste liquid is neutralized with an alkali such as sodium carbonate to obtain a nickel neutralized precipitate, and then dissolved in an inorganic acid such as sulfuric acid to obtain a nickel sulfate solution. Impurities such as phosphorus, copper, iron, zinc and cobalt are separated as precipitates to obtain a purified nickel solution.

また、特許文献2には、無電解ニッケルめっき廃液から溶媒抽出法でニッケルイオンを抽出し、これに希硫酸等の剥離剤を投入してニッケルを単離させて回収している。   In Patent Document 2, nickel ions are extracted from the electroless nickel plating waste solution by a solvent extraction method, and a release agent such as dilute sulfuric acid is added thereto to isolate and recover nickel.

また、従来から、ニッケルは、ステンレス鋼をはじめとする合金鋼の原料等として広く用いられている。現在では、ニッケルと共に、鉄、コバルト等を含んでいる鉱石やスクラップ等からニッケルを回収し、高純度に精錬して再利用するリサイクルシステムも構築されている。   Conventionally, nickel has been widely used as a raw material for alloy steel including stainless steel. At present, a recycling system for collecting nickel from ores and scraps containing iron, cobalt, etc. together with nickel, refining it to high purity and reusing it has been established.

例えば、特許文献3には、ニッケル硫化物、又はニッケル硫化物及びコバルト硫化物を含む混合硫化物からフェロニッケル原料を形成するフェロニッケル原料の製造方法が開示されている。特許文献3には、水酸化工程で得られた水酸化ニッケルを230℃以上、870℃以下の温度範囲で焙焼して酸化ニッケルを形成し、水温50℃以上の水を用いて水洗浄した後、50℃以上の温度で假焼する旨記載されている。   For example, Patent Document 3 discloses a method for producing a ferronickel raw material that forms a ferronickel raw material from nickel sulfide or a mixed sulfide containing nickel sulfide and cobalt sulfide. In Patent Document 3, nickel hydroxide obtained in the hydroxylation step is roasted in a temperature range of 230 ° C. or more and 870 ° C. or less to form nickel oxide, and washed with water having a water temperature of 50 ° C. or more. After that, it is described that the baking is performed at a temperature of 50 ° C. or higher.

特開2012−140668号公報JP 2012-140668 A 特開2011−052250号公報JP 2011-052250 A 特開2012−031446号公報JP 2012-031446 A

無電解ニッケルめっき廃液に含まれている硫酸ニッケル等を中和処理して得られるニッケル中和沈殿物は、ニッケルを主成分として含み、安価であり、調達性も優れている。そのため、リチウムイオン二次電池用の正極活物質の原料として、無電解ニッケルめっき廃液から回収されるニッケルを利用することができれば、正極活物質の製造原価が低廉になり、ニッケルの資源供給量の影響も受け難くなるので、正極活物質の製造コストや生産性を改善することができる。   A nickel neutralized precipitate obtained by neutralizing nickel sulfate or the like contained in an electroless nickel plating waste liquid contains nickel as a main component, is inexpensive, and has excellent procurement properties. Therefore, if nickel recovered from electroless nickel plating waste liquid can be used as a raw material for a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, the manufacturing cost of the positive electrode active material can be reduced, and the amount of nickel resources supplied can be reduced. Since it becomes difficult to receive influence, the manufacturing cost and productivity of a positive electrode active material can be improved.

しかしながら、ニッケル源として有用なニッケル中和沈殿物は、不純物を多量に含んだ組成物の状態で無電解ニッケルめっき廃液から回収されることが少なくない。特許文献1、2に開示されている技術によれば、ニッケルの金属としての純度は向上するものの、中和処理等で添加された硫酸に由来する硫黄分等が残留する虞がある。リチウム複合化合物を焼成するとき、このような不純物を含む原料をそのまま使用すると、硫酸リチウム(LiSO4)や、硫酸リチウムナトリウム(LiNaSO4)等の異相を生じ、充放電容量をはじめとする電極性能が大きく損なわれてしまうという問題がある。 However, nickel-neutralized precipitates useful as a nickel source are often recovered from electroless nickel plating waste liquid in a composition containing a large amount of impurities. According to the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, although the purity of nickel as a metal is improved, there is a possibility that a sulfur content or the like derived from sulfuric acid added by neutralization or the like may remain. When a raw material containing such impurities is used as it is when firing a lithium composite compound, a heterogeneous phase such as lithium sulfate (Li 2 SO 4) or lithium sodium sulfate (LiNaSO 4 ) is generated, and charge and discharge capacities are begun. There is a problem that the electrode performance is greatly impaired.

また、特許文献3に開示されるように、水酸化工程で得られた水酸化ニッケルを、不活性又は10-8atm以下の酸素分圧で焙焼して酸化ニッケルとする方法を用いると、雰囲気条件を前記のようにするための設備が必要となる。さらに、特許文献3に開示されている技術では230℃以上、870℃以下の温度範囲で焙焼しているが、この温度範囲で焙焼したものからはリンを効率よく除去することはできない。つまり、このような処理の方法では、ニッケル中和沈殿物を原料として用いて、安価で高い充放電容量を示すリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造することが困難である。 Further, as disclosed in Patent Document 3, when using a method in which nickel hydroxide obtained in the hydroxylation step is roasted into an inert or oxygen partial pressure of 10 −8 atm or less to obtain nickel oxide, Equipment for making the atmospheric conditions as described above is required. Furthermore, in the technique disclosed in Patent Document 3, roasting is performed at a temperature range of 230 ° C. or higher and 870 ° C. or lower. However, phosphorus cannot be efficiently removed from those roasted within this temperature range. That is, with such a treatment method, it is difficult to produce a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery that is inexpensive and has a high charge / discharge capacity using a nickel neutralized precipitate as a raw material.

本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、安価な原料を用いてニッケルを含む高容量のリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造することのできるリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法及びこれによって製造されたリチウムイオン二次電池用正極活物質を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can produce a high-capacity positive electrode active material for lithium ion secondary batteries containing nickel using inexpensive raw materials. And a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery manufactured thereby.

本発明者は、無電解Niめっき液の廃液から回収されたニッケル中和沈殿物(以下、中和沈殿物ということがある。)に不純物として含まれている硫黄分、リン分及びナトリウム分を低減し、めっき廃液を起源とするニッケル中和沈殿物を正極活物質の原料として適用することを鋭意検討した。そして、ニッケル中和沈殿物に残留している硫黄分およびリン分が難水溶性の化合物を形成しており、水洗のみでは除去し難いとの知見を得て、硫黄分、リン分を易水溶性の化合物に予め変換してから水洗除去する手法が有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventor has obtained a sulfur content, a phosphorus content and a sodium content contained as impurities in a nickel neutralized precipitate recovered from the waste liquid of the electroless Ni plating solution (hereinafter sometimes referred to as a neutralized precipitate). We have intensively studied to apply nickel neutralized precipitates originating from plating waste liquid as a raw material for the positive electrode active material. In addition, the sulfur and phosphorus remaining in the nickel neutralized precipitate form a slightly water-soluble compound, and the knowledge that it is difficult to remove by water washing alone makes the sulfur and phosphorus content easily water-soluble. The present invention has been completed by finding that a method of pre-conversion to a water-soluble compound and removal by washing with water is effective.

前記課題を解決した本発明に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、リチウムを含む化合物と、ニッケルを含む組成物と、を混合する混合工程と、前記混合工程で得られた混合物を酸化性雰囲気下で焼成してリチウム複合化合物を得る焼成工程と、を有し、前記ニッケルを含む組成物は、無電解ニッケルめっき液の廃液から中和処理により回収された中和沈殿物を900℃以上1000℃以下で焙焼する焙焼工程と、前記焙焼工程で得られた焙焼物を水洗する水洗工程と、を経て得た組成物であることとした。   The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention that has solved the above problems is obtained by a mixing step of mixing a compound containing lithium and a composition containing nickel, and the mixing step. A firing step of firing the mixture in an oxidizing atmosphere to obtain a lithium composite compound, and the nickel-containing composition is a neutralized precipitate recovered from a waste solution of an electroless nickel plating solution by a neutralization treatment The composition was obtained through a roasting step of roasting at a temperature of 900 ° C. to 1000 ° C. and a water washing step of washing the roasted product obtained in the roasting step.

また、本発明に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、下記式(1)で表されるリチウム複合酸化物と、リンを含む化合物と、を含み、正極活物質中のニッケルに対するリンの濃度が0.01質量%以上、且つ、1.0質量%以下であることとした。
Li1+aNiMnCo2+α ・・・(1)
[但し、式(1)中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Mo及びNbからなる群より選択される一種以上の元素であり、a、b、c、d、e及びαは、−0.1≦a≦0.2、0.7<b≦1.0、0≦c<0.3、0≦d<0.3、0≦e≦0.3、b+c+d+e=1、−0.2≦α≦0.2を満たす数である。]
Moreover, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes a lithium composite oxide represented by the following formula (1) and a compound containing phosphorus, and contains phosphorus with respect to nickel in the positive electrode active material. The concentration was 0.01% by mass or more and 1.0% by mass or less.
Li 1 + a Ni b Mn c Co d M e O 2 + α ··· (1)
[In the formula (1), M is one or more elements selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Zr, Mo and Nb, and a, b, c, d, e and α are: −0.1 ≦ a ≦ 0.2, 0.7 <b ≦ 1.0, 0 ≦ c <0.3, 0 ≦ d <0.3, 0 ≦ e ≦ 0.3, b + c + d + e = 1, − It is a number that satisfies 0.2 ≦ α ≦ 0.2. ]

本発明によれば、安価な原料を用いてニッケルを含む高容量のリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造することのできるリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法及びこれによって製造されたリチウムイオン二次電池用正極活物質を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which can manufacture the high capacity | capacitance positive electrode active material for lithium ion secondary batteries containing nickel using an inexpensive raw material, and this are manufactured. In addition, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery can be provided.

無電解ニッケルめっき廃液の処理方法を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the processing method of the electroless nickel plating waste liquid. ニッケル中和沈殿物の処理方法を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the processing method of nickel neutralization deposit. 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention. リチウムイオン二次電池の一例を模式的に示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing typically an example of a lithium ion secondary battery.

以下、適宜図面を参照して、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質(以下、単に正極活物質ということがある。)と、その製造方法について詳細に説明する。なお、以下の説明は、本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更が可能である。   Hereinafter, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as a positive electrode active material) and a method for producing the same will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In addition, the following description shows the specific example of the content of this invention, and this invention is not limited to these. The present invention can be variously modified by those skilled in the art within the scope of the technical idea disclosed in the present specification.

[正極活物質]
本実施形態に係る正極活物質には、リチウム(Li)と、遷移金属等の金属元素と、によって組成されるリチウム遷移金属複合酸化物(本明細書において、リチウム複合化合物という。)と、リンを含む化合物と、が含まれている。また、本実施形態に係る正極活物質には、硫黄を含む化合物が含まれていてもよい。本実施形態に係る正極活物質は、電圧の印加によってリチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出することを可能としており、リチウムイオン二次電池の正極材料として好適に用いられる。
[Positive electrode active material]
The positive electrode active material according to the present embodiment includes a lithium transition metal composite oxide (referred to herein as a lithium composite compound) composed of lithium (Li) and a metal element such as a transition metal, phosphorus, and the like. And a compound containing. Further, the positive electrode active material according to the present embodiment may include a compound containing sulfur. The positive electrode active material according to the present embodiment is capable of reversibly inserting and extracting lithium ions by applying a voltage, and is preferably used as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery.

前記したリチウム複合化合物は、リチウム(Li)以外の金属元素として、少なくともニッケル(Ni)を含む組成を有している。前記したリチウム複合化合物はニッケルを含むため、当該リチウム複合化合物を正極活物質中に含ませることにより、高いエネルギ密度や、高い充放電容量を呈する。なお、このように、本実施形態では、正極活物質に含まれるリチウム複合化合物がニッケルを含んでいるが故に、原料のニッケル源のコストを低減することは重要である。原料のニッケル源としては、後記するとおり、無電解ニッケルめっき液の廃液から回収されたニッケル中和沈殿物が利用される。   The aforementioned lithium composite compound has a composition containing at least nickel (Ni) as a metal element other than lithium (Li). Since the above lithium composite compound contains nickel, high energy density and high charge / discharge capacity are exhibited by including the lithium composite compound in the positive electrode active material. In this way, in this embodiment, since the lithium composite compound contained in the positive electrode active material contains nickel, it is important to reduce the cost of the raw nickel source. As a raw material nickel source, as described later, a nickel neutralized precipitate recovered from a waste liquid of an electroless nickel plating solution is used.

前記したリチウム複合化合物は、遷移金属として、ニッケル(Ni)のみを含む組成であってもよいし、ニッケル(Ni)に加えて、マンガン(Mn)及びコバルト(Co)のうちの少なくとも一方を含む組成であってもよい。このようなリチウム複合化合物の具体例としては、LiNiOや、このNiの一部がMnやCoで置換された層状岩塩型のリチウム複合化合物、LiNiMn2−z(式中、0<z<0.5)で表されるスピネル型のリチウム複合化合物等が挙げられる。また、オリビン型、ポリアニオン型、逆スピネル型等のNiがドープされるその他のリチウム複合化合物であってもよい。 The above-described lithium composite compound may be a composition containing only nickel (Ni) as a transition metal, or contains at least one of manganese (Mn) and cobalt (Co) in addition to nickel (Ni). It may be a composition. Specific examples of such a lithium composite compound include LiNiO 2 , a layered rock salt type lithium composite compound in which a part of Ni is substituted with Mn and Co, LiNi z Mn 2−z O 4 (wherein 0 Spinel type lithium composite compounds represented by <z <0.5). Further, other lithium composite compounds doped with Ni, such as olivine type, polyanion type, and reverse spinel type, may be used.

前記したリチウム複合化合物は、一般式;LiNiMnCo1−x−y(式中、0<x<1、0≦y<1)で表される組成と、空間群R−3mに帰属される層状岩塩型の結晶構造とを有する。本実施形態におけるリチウム複合化合物は、主に、Li、Ni、Co、Mn、Oから構成されていることが好ましく、下記式(1)で表される構成であることが特に好ましい。
Li1+aNiMnCo2+α ・・・(1)
[但し、式(1)中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Mo及びNbからなる群より選択される一種以上の元素であり、a、b、c、d、e及びαは、−0.1≦a≦0.2、0.7<b≦1.0、0≦c<0.3、0≦d<0.3、0≦e≦0.3、b+c+d+e=1、−0.2≦α≦0.2を満たす数である。]
なお、前記したようにc、d、eは0でもよいことから、これらのうちの該当するものが0である場合、式(1)は、Li1+aNiCo2+α、Li1+aNiMn2+α、Li1+aNiMnCo2+α、Li1+aNiMn2+α、Li1+aNiCo2+α、Li1+aNi2+αやLi1+aNi2+αなどと表すことができる。
The above-mentioned lithium composite compound has a general formula; LiNi x Mn y Co 1-xy O 2 (where 0 <x <1, 0 ≦ y <1) and a space group R-3m It has a layered rock salt type crystal structure belonging to It is preferable that the lithium composite compound in this embodiment is mainly comprised from Li, Ni, Co, Mn, and O, and it is especially preferable that it is the structure represented by following formula (1).
Li 1 + a Ni b Mn c Co d M e O 2 + α ··· (1)
[In the formula (1), M is one or more elements selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Zr, Mo and Nb, and a, b, c, d, e and α are: −0.1 ≦ a ≦ 0.2, 0.7 <b ≦ 1.0, 0 ≦ c <0.3, 0 ≦ d <0.3, 0 ≦ e ≦ 0.3, b + c + d + e = 1, − It is a number that satisfies 0.2 ≦ α ≦ 0.2. ]
In addition, since c, d, and e may be 0 as described above, when the corresponding one is 0, the formula (1) is expressed as Li 1 + a Ni b Co d Me O 2 + α , Li 1 + a Ni b Mn c M e O 2 + α, Li 1 + a Ni b Mn c Co d O 2 + α, Li 1 + a Ni b Mn c O 2 + α, Li 1 + a Ni b Co d O 2 + α, Li 1 + a Ni b M e O 2 + α and Li 1 + a Ni b O 2 + α can be expressed as such.

式(1)で表されるリチウム複合化合物は、リチウム(Li)以外の金属元素(Ni、Mn、Co及びM)当たりにおけるニッケル(Ni)の割合が70原子%を超える組成を有している。このようにすると、より多くリチウムを引きぬけるニッケルを高い割合で含む組成としているので、エネルギ密度や充放電容量をより向上させることができる。   The lithium composite compound represented by the formula (1) has a composition in which the proportion of nickel (Ni) per metal element (Ni, Mn, Co and M) other than lithium (Li) exceeds 70 atomic%. . If it does in this way, since it is set as the composition which contains nickel which can extract more lithium in a high ratio, an energy density and a charge / discharge capacity can be improved more.

ここで、式(1)におけるa、b、c、d、e及びαの数値範囲の意義について説明する。   Here, the significance of numerical ranges of a, b, c, d, e, and α in Equation (1) will be described.

式(1)におけるaは、−0.1以上、且つ、0.2以下とする。aは、一般式;LiM´Oで表されるリチウム複合化合物の量論比、すなわち、Li:M´:O=1:1:2からのリチウムの過不足量を表している。ここで、M´は、式(1)におけるリチウム(Li)以外の金属元素(Ni、Mn、Co及びM)を表す。リチウム(Li)が不足していると、充電前の遷移金属の価数が高くなって、リチウムが脱離したときの遷移金属の価数変化の割合が低減され、正極活物質の充放電サイクル特性が向上する。一方、リチウム(Li)が過剰であると、正極活物質の充放電容量は低下する。よって、aを前記の数値範囲に規定することで、高い充放電容量と、良好な充放電サイクル特性とを両立させることができる。 A in the formula (1) is set to −0.1 or more and 0.2 or less. a represents the stoichiometric ratio of the lithium composite compound represented by the general formula; LiM′O 2 , that is, the excess or deficiency of lithium from Li: M ′: O = 1: 1: 2. Here, M ′ represents a metal element (Ni, Mn, Co, and M) other than lithium (Li) in the formula (1). When lithium (Li) is insufficient, the valence of the transition metal before charging becomes high, the rate of change in valence of the transition metal when lithium is desorbed is reduced, and the charge / discharge cycle of the positive electrode active material Improved characteristics. On the other hand, when lithium (Li) is excessive, the charge / discharge capacity of the positive electrode active material decreases. Therefore, by defining a within the above numerical range, it is possible to achieve both high charge / discharge capacity and good charge / discharge cycle characteristics.

aは、−0.05以上、且つ、0.10以下としてもよい。aが−0.05以上であれば、充放電に寄与するのに十分なリチウム量が確保されるため、正極活物質の高容量化を図ることができる。また、aが0.10以下であれば、遷移金属の価数変化による電荷補償が十分になされるので、高い充放電容量と、良好な充放電サイクル特性とを両立させることができる。   a may be −0.05 or more and 0.10 or less. If “a” is −0.05 or more, a sufficient amount of lithium to contribute to charging and discharging is secured, so that the capacity of the positive electrode active material can be increased. In addition, when a is 0.10 or less, charge compensation due to a change in the valence of the transition metal is sufficiently performed, so that both high charge / discharge capacity and good charge / discharge cycle characteristics can be achieved.

前記式(1)におけるbは、0.7を超え、且つ、1.0以下とする。リチウム以外の金属元素(Ni、Mn、Co及びM)当たりにおいてニッケル(Ni)の割合が高いほど、より多くリチウムを引きぬけるニッケルによって効果的に電荷補償がなされるので、高容量化に有利である。よって、bを前記の数値範囲に規定することで、正極活物質の高容量化を効果的に図ることができる。   B in the formula (1) exceeds 0.7 and is 1.0 or less. The higher the proportion of nickel (Ni) per metal element other than lithium (Ni, Mn, Co and M), the more effective charge compensation is achieved by nickel that pulls more lithium, which is advantageous for higher capacity. is there. Therefore, by defining b in the above numerical range, it is possible to effectively increase the capacity of the positive electrode active material.

bは、0.75以上、且つ、0.90以下としてもよい。bが0.75以上であれば、正極活物質がより高容量化する。また、bが0.90以下であれば、正極活物質の結晶構造が比較的安定に保たれるので、正極活物質の充放電サイクル特性や、熱的安定性等が損なわれ難くなる。   b may be 0.75 or more and 0.90 or less. If b is 0.75 or more, the positive electrode active material has a higher capacity. Further, if b is 0.90 or less, the crystal structure of the positive electrode active material is kept relatively stable, so that the charge / discharge cycle characteristics, thermal stability, and the like of the positive electrode active material are not easily impaired.

前記式(1)におけるcは、0以上、且つ、0.3未満とする。マンガン(Mn)が添加されていると、充電によってリチウムが脱離しても層状構造が安定に維持されるようになる。一方、マンガン(Mn)が過剰であると、ニッケル等の他の遷移金属の割合が低くなり、正極活物質の充放電容量が低下する。よって、cを前記の数値範囲に規定することで、充放電によってリチウムの挿入と脱離とが繰り返されたとしても、正極活物質の結晶構造を安定に保持することが可能になり、高い充放電容量と共に、良好な充放電サイクル特性や、熱的安定性等を得ることができる。   C in the formula (1) is 0 or more and less than 0.3. When manganese (Mn) is added, the layered structure is stably maintained even when lithium is desorbed by charging. On the other hand, when manganese (Mn) is excessive, the ratio of other transition metals such as nickel is decreased, and the charge / discharge capacity of the positive electrode active material is decreased. Therefore, by defining c within the above numerical range, it is possible to stably maintain the crystal structure of the positive electrode active material even when lithium insertion and desorption are repeated by charging and discharging, and high charge and discharge are possible. Good charge / discharge cycle characteristics, thermal stability, and the like can be obtained together with the discharge capacity.

cは、0.05以上、且つ、0.25以下としてもよい。cが0.05以上であれば、正極活物質の結晶構造がより安定化する。また、cが0.25以下であれば、ニッケル等の他の遷移金属の割合が高くなるので、正極活物質の充放電容量が損なわれ難くなる。   c may be 0.05 or more and 0.25 or less. If c is 0.05 or more, the crystal structure of the positive electrode active material is further stabilized. Moreover, since the ratio of other transition metals, such as nickel, will become high if c is 0.25 or less, it becomes difficult to impair the charging / discharging capacity | capacitance of a positive electrode active material.

前記式(1)におけるdは、0以上、且つ、0.3未満とする。コバルト(Co)が添加されていると、充放電容量が大きく損なわれることなく、充放電サイクル特性が向上する。一方、コバルト(Co)が過剰であると、原料の調達性が悪くなり、原料費も高価となるので、正極活物質の工業的な生産において不利になる虞がある。よって、dを前記の数値範囲に規定することで、良好な生産性をもって、高い充放電容量と、良好な充放電サイクル特性とを両立させることができる。   In the formula (1), d is 0 or more and less than 0.3. When cobalt (Co) is added, the charge / discharge cycle characteristics are improved without significantly impairing the charge / discharge capacity. On the other hand, when cobalt (Co) is excessive, the procurement of raw materials is deteriorated and the raw material costs are also expensive, which may be disadvantageous in industrial production of the positive electrode active material. Therefore, by defining d within the above numerical range, it is possible to achieve both high charge / discharge capacity and good charge / discharge cycle characteristics with good productivity.

dは、0.10以上、且つ、0.25以下としてもよい。dが0.10以上であれば、充放電容量や充放電サイクル特性がより向上する。また、dが0.25以下であれば、原料の調達性がより改善し、原料費もより低廉となるので、正極活物質の生産性が一層向上する。   d may be 0.10 or more and 0.25 or less. When d is 0.10 or more, the charge / discharge capacity and the charge / discharge cycle characteristics are further improved. Moreover, if d is 0.25 or less, the procurement of the raw material is further improved and the raw material cost is further reduced, so that the productivity of the positive electrode active material is further improved.

前記式(1)におけるeは、0以上、且つ、0.3以下とする。マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)及びニオブ(Nb)からなる群より選択される一種以上の元素(M)が添加されていると、正極活物質の電気化学的活性を維持しながらも、充放電サイクル特性をはじめとする電極性能を向上させることができる。一方、Mが過剰であると、ニッケル等の他の遷移金属の割合が低くなり、正極活物質の充放電容量が低下する。よって、eを前記の数値範囲に規定することで、高い充放電容量と、良好な電気化学的特性とを両立させることができる。   E in the formula (1) is 0 or more and 0.3 or less. When one or more elements (M) selected from the group consisting of magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), zirconium (Zr), molybdenum (Mo) and niobium (Nb) are added, While maintaining the electrochemical activity of the positive electrode active material, electrode performance including charge / discharge cycle characteristics can be improved. On the other hand, when M is excessive, the ratio of other transition metals such as nickel is decreased, and the charge / discharge capacity of the positive electrode active material is decreased. Therefore, by defining e in the above numerical range, both high charge / discharge capacity and good electrochemical characteristics can be achieved.

前記式(1)では、b+c+d+e=1とする。このようにすると、組成が適切であるので、正極活物質の高容量化を効果的に図ることができる。一方、b+c+d+e≠1であると、組成が適切でないので、正極活物質の充放電容量が低下する。   In the formula (1), b + c + d + e = 1. In this case, since the composition is appropriate, it is possible to effectively increase the capacity of the positive electrode active material. On the other hand, when b + c + d + e ≠ 1, since the composition is not appropriate, the charge / discharge capacity of the positive electrode active material is reduced.

前記式(1)におけるαは、−0.2以上、且つ、0.2以下とする。αは、化学式LiM´Oで表される正極活物質の量論比からの酸素(O)の過不足量を表している。酸素(O)の係数が前記の数値範囲であれば、正極活物質の結晶構造の欠陥は少なくなり、良好な電気化学的特性が得られる。αは、−0.1以上、且つ、0.1以下であることがより好ましい。 Α in the formula (1) is set to −0.2 or more and 0.2 or less. α represents the excess or deficiency of oxygen (O) from the stoichiometric ratio of the positive electrode active material represented by the chemical formula LiM′O 2 . If the coefficient of oxygen (O) is within the above numerical range, defects in the crystal structure of the positive electrode active material are reduced, and good electrochemical characteristics can be obtained. α is more preferably −0.1 or more and 0.1 or less.

また、本実施形態に係る正極活物質は、前記したようにリンを含む化合物を含んでいる。本実施形態においては、正極活物質中のニッケルに対するリンの濃度を0.01質量%以上、且つ、1.0質量%以下としている。リンを含む化合物としては、例えば、硫酸リチウム(LiSO4)、リン酸リチウム(LiPO)、硫酸リチウムナトリウム(LiNaSO)等が挙げられる。正極活物質中のニッケルに対するリンの濃度が0.01質量%以上であると、放電容量の低下を起こすことなく、正極と電解液との副反応を抑制する効果が期待できる。また、正極活物質中のニッケルに対するリンの濃度が1.0質量%以下であると、前記したリンを含む化合物の含有量が過度に高くないので、高い放電容量が得られる。 Moreover, the positive electrode active material according to the present embodiment includes a compound containing phosphorus as described above. In the present embodiment, the concentration of phosphorus with respect to nickel in the positive electrode active material is 0.01 mass% or more and 1.0 mass% or less. Examples of the compound containing phosphorus include lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), and lithium sodium sulfate (LiNaSO 4 ). When the concentration of phosphorus with respect to nickel in the positive electrode active material is 0.01% by mass or more, an effect of suppressing side reaction between the positive electrode and the electrolytic solution can be expected without causing a reduction in discharge capacity. Moreover, since content of the compound containing above phosphorus is not too high as the density | concentration of the phosphorus with respect to nickel in a positive electrode active material is 1.0 mass% or less, high discharge capacity is obtained.

さらに、本実施形態に係る正極活物質は、硫黄を含む化合物を含んでいてもよい。この場合、正極活物質中のニッケルに対する硫黄の濃度は0.01質量%以上、且つ、0.2質量%以下とすることができる。正極活物質中のニッケルに対する硫黄の濃度が0.01質量%以上であると、放電容量の低下を起こすことなく、正極と電解液との副反応を抑制する効果が期待できる。また、正極活物質組成中のニッケルに対する硫黄の濃度が0.2質量%以下であると、前記した硫黄を含む化合物の含有量が過度に高くないので、高い放電容量が得られる。   Furthermore, the positive electrode active material according to the present embodiment may include a compound containing sulfur. In this case, the concentration of sulfur with respect to nickel in the positive electrode active material can be 0.01% by mass or more and 0.2% by mass or less. When the sulfur concentration with respect to nickel in the positive electrode active material is 0.01% by mass or more, an effect of suppressing a side reaction between the positive electrode and the electrolytic solution can be expected without causing a decrease in discharge capacity. Moreover, since content of the compound containing above sulfur is not too high as the density | concentration of sulfur with respect to nickel in a positive electrode active material composition is 0.2 mass% or less, high discharge capacity is obtained.

正極活物質の一次粒子の平均粒径は、0.1μm以上、且つ、2μm以下であることが好ましい。平均粒径がこの範囲であると、正極における正極活物質の充填性が良くなるため、エネルギ密度が高い正極を製造することができる。また、粉末状の正極活物質の飛散や凝集等が低減されるので、取扱い性も良くなる。正極活物質は、二次粒子を形成していてもよい。正極活物質の二次粒子の平均粒径は、正極の仕様等にもよるが、例えば、3μm以上、且つ、50μm以下とすることができる。   The average particle diameter of primary particles of the positive electrode active material is preferably 0.1 μm or more and 2 μm or less. When the average particle size is within this range, the positive electrode active material filling property of the positive electrode is improved, so that a positive electrode having a high energy density can be manufactured. Moreover, since the scattering and aggregation of the powdered positive electrode active material are reduced, the handleability is improved. The positive electrode active material may form secondary particles. The average particle diameter of the secondary particles of the positive electrode active material can be, for example, 3 μm or more and 50 μm or less, depending on the specifications of the positive electrode.

正極活物質のBET比表面積は、0.2m/g以上、且つ、2.0m/g以下であることが好ましい。一次粒子や二次粒子の集合からなる粉末状の正極活物質のBET比表面積がこの範囲であると、エネルギ密度がより高い正極を製造することが可能になる。 The BET specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.2 m 2 / g or more and 2.0 m 2 / g or less. When the BET specific surface area of the powdered positive electrode active material composed of a collection of primary particles and secondary particles is within this range, a positive electrode having a higher energy density can be produced.

正極活物質の粒子破壊強度は、30MPa以上、且つ、100MPa以下であることが好ましい。粒子破壊強度がこの範囲であると、電極を作製する過程で正極活物質の粒子が破壊され難くなり、正極集電体に正極活物質を含む正極合剤スラリーを塗工して正極合剤層を形成するとき、剥がれ等の塗工不良が発生し難くなる。正極活物質の粒子破壊強度は、例えば、微小圧縮試験機を用いて測定することができる。   The particle breaking strength of the positive electrode active material is preferably 30 MPa or more and 100 MPa or less. When the particle breaking strength is within this range, the positive electrode active material particles are not easily broken in the process of producing the electrode, and the positive electrode mixture layer is coated with a positive electrode mixture slurry containing the positive electrode active material on the positive electrode current collector. When forming the film, coating defects such as peeling are less likely to occur. The particle breaking strength of the positive electrode active material can be measured using, for example, a micro compression tester.

正極活物質の結晶構造は、例えば、X線回折法(X-ray diffraction;XRD)等によって確認することができる。
また、正極活物質の組成は、高周波誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma;ICP)発光分光分析、原子吸光分析(Atomic Absorption Spectrometry;AAS)等によって確認することができる。
The crystal structure of the positive electrode active material can be confirmed by, for example, X-ray diffraction (XRD).
The composition of the positive electrode active material can be confirmed by high frequency inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy, atomic absorption spectrometry (AAS), or the like.

[無電解ニッケルめっき廃液の処理方法]
図1は、無電解ニッケルめっき廃液の処理方法を説明するフロー図である。
図1に示すように、無電解ニッケルめっき廃液の処理方法は、分離工程S1、中和処理工程S2、第1固液分離工程S3を有している。
[Method of treating electroless nickel plating waste liquid]
FIG. 1 is a flow diagram illustrating a method for treating electroless nickel plating waste liquid.
As shown in FIG. 1, the electroless nickel plating waste liquid treatment method includes a separation step S1, a neutralization treatment step S2, and a first solid-liquid separation step S3.

ここで、無電解ニッケルめっきの後に生じる廃液(無電解ニッケルめっき廃液)は、有価金属であるニッケルを回収するための回収処理に供されている。
無電解ニッケルめっきは、エンジンピストン、プリンタシャフト、配管、ポンプをはじめとして、各種の金属部材、精密機器部品、電子機器部品等の表面処理に用いられている。めっき浴として用いられる無電解ニッケルめっき液は、一般に、硫酸ニッケル、還元剤としての次亜リン酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等のpH調整剤、錯化剤、界面活性剤等を含有するものである。無電解ニッケルめっき廃液は、有価金属であるニッケル(Ni)と、リン(P)とを多量に含んでいるので、これらが互いに分離されて、それぞれ回収されている。
Here, the waste liquid (electroless nickel plating waste liquid) generated after electroless nickel plating is subjected to a recovery process for recovering nickel which is a valuable metal.
Electroless nickel plating is used for surface treatment of various metal members, precision equipment parts, electronic equipment parts, etc. including engine pistons, printer shafts, piping, and pumps. An electroless nickel plating solution used as a plating bath generally contains nickel sulfate, a pH adjusting agent such as sodium hypophosphite and sodium hydroxide as a reducing agent, a complexing agent, a surfactant, and the like. . Since the electroless nickel plating waste liquid contains a large amount of valuable metals, nickel (Ni) and phosphorus (P), these are separated from each other and recovered.

分離工程S1では、無電解ニッケルめっき廃液中に含まれているニッケルイオンが分離濃縮される。例えば、キレート樹脂を充填した精製カラムに無電解ニッケルめっき廃液を通して、キレート樹脂にニッケルイオンを吸着させる。その後、精製カラムに希硫酸等の酸性溶液を通して、キレート樹脂からニッケルイオンを溶出させる。これらの操作によって、例えば、硫酸ニッケルなどの形態で前記ニッケルイオンを濃縮したニッケル溶液が回収される。   In the separation step S1, nickel ions contained in the electroless nickel plating waste liquid are separated and concentrated. For example, the electroless nickel plating waste liquid is passed through a purification column packed with a chelate resin to adsorb nickel ions to the chelate resin. Thereafter, nickel ions are eluted from the chelate resin through an acidic solution such as dilute sulfuric acid through a purification column. By these operations, for example, a nickel solution in which the nickel ions are concentrated in the form of nickel sulfate or the like is recovered.

中和処理工程S2では、分離工程S1で回収されたニッケル溶液が中和処理される。具体的には、ニッケル溶液に水酸化ナトリウムを添加し、水酸化ニッケル等のニッケル化合物の沈殿を生じさせる。例えば、硫酸ニッケルを含むニッケル溶液に水酸化ナトリウムを添加して行う中和処理は、次の反応式(I)で表される。
NiSO+2NaOH → Ni(OH)+NaSO ・・・(I)
In the neutralization treatment step S2, the nickel solution recovered in the separation step S1 is neutralized. Specifically, sodium hydroxide is added to the nickel solution to cause precipitation of nickel compounds such as nickel hydroxide. For example, the neutralization treatment performed by adding sodium hydroxide to a nickel solution containing nickel sulfate is represented by the following reaction formula (I).
NiSO 4 + 2NaOH → Ni (OH) 2 + Na 2 SO 4 (I)

そして、第1固液分離工程S3では、中和処理工程S2で沈殿したニッケル化合物が濾過処理によって固液分離される。この工程により、例えば、NaSOを除去することができる。以上の工程を経て、無電解ニッケルめっき廃液から、ニッケル化合物を主成分として含むニッケル中和沈殿物が回収される。 In the first solid-liquid separation step S3, the nickel compound precipitated in the neutralization treatment step S2 is solid-liquid separated by filtration. By this step, for example, Na 2 SO 4 can be removed. Through the above steps, a nickel neutralized precipitate containing a nickel compound as a main component is recovered from the electroless nickel plating waste liquid.

無電解ニッケルめっき廃液から回収されたニッケル中和沈殿物は、このような工程を経るため、リチウム複合化合物の原料となり得るニッケルと共に、硫黄、リン、ナトリウム等を不純物として含んでいることが多い。なお、前記の無電解ニッケルめっき廃液の処理工程では、水酸化ニッケルを主成分とするニッケル中和沈殿物が回収されるが、アルカリとして炭酸塩が添加されることにより、炭酸ニッケルとして回収されることもある。ニッケル中和沈殿物に含まれている硫黄は、めっき液に含まれていた硫酸ニッケルや、中和処理反応の副生成物である硫酸塩や、溶出等に用いたpH調整剤等に由来している。また、ナトリウムは、中和剤や、中和処理で生成したナトリウム塩に由来している。   Since the nickel neutralized precipitate recovered from the electroless nickel plating waste liquid undergoes such a process, it often contains sulfur, phosphorus, sodium, and the like as impurities together with nickel that can be a raw material for the lithium composite compound. In the electroless nickel plating waste liquid treatment step, nickel neutralized precipitates containing nickel hydroxide as a main component are recovered, but are recovered as nickel carbonate by adding carbonate as an alkali. Sometimes. Sulfur contained in the nickel neutralization precipitate is derived from nickel sulfate contained in the plating solution, sulfate as a by-product of the neutralization treatment reaction, pH adjuster used for elution, etc. ing. Sodium is derived from a neutralizing agent or a sodium salt produced by neutralization.

ニッケル中和沈殿物に含まれている硫黄、リン、ナトリウム等の不純物は、主に水溶性の硫酸ナトリウムとして存在する。しかし、これらの不純物の一部は、めっき廃液に添加された錯化剤、界面活性剤や、めっき廃液の処理過程で混入した有機物等と共に凝集体を形成し、難水溶性の硫黄含有有機物、リン酸系ニッケル化合物、リン含有有機物等としてニッケル中和沈殿物中に存在する。ニッケル中和沈殿物中に存在するこれらの化合物は、中和処理で回収したスラッジを水洗しても溶解し難いため、ニッケル中和沈殿物には一定以上の濃度で硫黄、リン、ナトリウム等の不純物が残存する。通常、ニッケル中和沈殿物におけるニッケルに対し、硫黄とナトリウムは数十質量%、リンは数質量%存在している。   Impurities such as sulfur, phosphorus and sodium contained in the nickel neutralized precipitate are mainly present as water-soluble sodium sulfate. However, some of these impurities form aggregates with complexing agents, surfactants added to the plating waste liquid, organic substances mixed in the processing process of the plating waste liquid, etc., and poorly water-soluble sulfur-containing organic substances, It exists in the nickel-neutralized precipitate as a phosphate-based nickel compound, a phosphorus-containing organic substance, or the like. Since these compounds present in the nickel neutralized precipitate are difficult to dissolve even if the sludge collected by the neutralization treatment is washed with water, the nickel neutralized precipitate contains sulfur, phosphorus, sodium, etc. at a certain concentration or more. Impurities remain. Usually, several tens of mass% of sulfur and sodium and several mass% of phosphorus are present with respect to nickel in the nickel neutralized precipitate.

ニッケル中和沈殿物が、このような多量の不純物を含有していると、リチウム複合化合物を焼成するとき、硫酸リチウム(LiSO4)、リン酸リチウム(LiPO)、硫酸リチウムナトリウム(LiNaSO)等の異相が容易に形成されるため、リチウムイオン二次電池の充放電容量が低下してしまう。
そこで、本実施形態では、ニッケル中和沈殿物から硫黄、リン、ナトリウムなどの不純物を除去する所定の処理工程(図2参照)に供して得られるニッケル組成物(ニッケルを含む組成物)を、リチウム複合化合物の原料として用いる。
When the nickel neutralized precipitate contains such a large amount of impurities, when the lithium composite compound is fired, lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium sodium sulfate Since a heterogeneous phase such as (LiNaSO 4 ) is easily formed, the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery is reduced.
Therefore, in the present embodiment, a nickel composition (composition containing nickel) obtained by subjecting to a predetermined treatment step (see FIG. 2) for removing impurities such as sulfur, phosphorus, and sodium from the nickel neutralized precipitate, Used as a raw material for lithium composite compounds.

[ニッケル中和沈殿物の処理方法]
図2は、ニッケル中和沈殿物の処理方法、つまり、ニッケル中和沈殿物から硫黄、リン、ナトリウムなどの不純物を除去する方法を説明するフロー図である。
図2に示すように、ニッケル中和沈殿物の処理方法は、焙焼工程S11、水洗工程S12、第2固液分離工程S13、乾燥工程S14を有している。
[Method of treating nickel neutralized precipitate]
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for treating a nickel neutralized precipitate, that is, a method for removing impurities such as sulfur, phosphorus, and sodium from the nickel neutralized precipitate.
As shown in FIG. 2, the nickel neutralized precipitate treatment method includes a roasting step S11, a water washing step S12, a second solid-liquid separation step S13, and a drying step S14.

焙焼工程S11では、ニッケル中和物沈殿物を焙焼する。焙焼工程S11における焙焼温度は、900℃以上、且つ、1000℃以下である。900℃以上の焙焼温度で焙焼することによって、後記する水洗工程S12で硫黄及びリンを除去することが可能となる。焙焼温度が900℃未満であると、後記する水洗工程S12で硫黄及びリンを除去することができず、1000℃を超えると、高コストとなってしまう。   In the roasting step S11, the nickel neutralized precipitate is roasted. The roasting temperature in the roasting step S11 is 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. By roasting at a roasting temperature of 900 ° C. or higher, it becomes possible to remove sulfur and phosphorus in the water washing step S12 described later. If the roasting temperature is less than 900 ° C., sulfur and phosphorus cannot be removed in the water washing step S12 described later, and if it exceeds 1000 ° C., the cost becomes high.

焙焼工程S11における焙焼時間は特に限定されるものではないが、例えば、10時間あれば、水溶性の化合物が形成される反応が十分に進行する。焙焼工程S11の雰囲気は特に限定されず、酸素雰囲気、大気雰囲気などの酸化性雰囲気で行うこともできるし、不活性雰囲気、真空雰囲気などの非酸化性雰囲気で行うこともできる。なお、酸化性雰囲気で焙焼すると、特殊な設備等が不要であるので、低コスト化を図ることができる。不活性雰囲気で焙焼すると、正極活物質に含まれるリンの含有量を低減し得る。   Although the roasting time in the roasting step S11 is not particularly limited, for example, if it is 10 hours, the reaction for forming a water-soluble compound proceeds sufficiently. The atmosphere of the roasting step S11 is not particularly limited, and can be performed in an oxidizing atmosphere such as an oxygen atmosphere or an air atmosphere, or can be performed in a non-oxidizing atmosphere such as an inert atmosphere or a vacuum atmosphere. Note that when roasting is performed in an oxidizing atmosphere, special equipment or the like is not required, and thus cost reduction can be achieved. When roasted in an inert atmosphere, the content of phosphorus contained in the positive electrode active material can be reduced.

水洗工程S12では、焙焼工程S11で得られた焙焼物を水洗する。焙焼物が水洗されることにより、不純物として含まれていた硫黄、リン、ナトリウムを含んで形成される水溶性の化合物を洗い流すことができる。そのため、処理後に回収されるニッケル組成物の硫黄、リン、ナトリウム濃度が低減され、高容量のリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造することが可能になる。   In the water washing step S12, the roasted product obtained in the roasting step S11 is washed with water. By washing the roasted product with water, it is possible to wash away the water-soluble compound formed containing sulfur, phosphorus and sodium contained as impurities. Therefore, the sulfur, phosphorus and sodium concentrations of the nickel composition recovered after the treatment are reduced, and it becomes possible to produce a high capacity positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.

水洗工程S12は、焙焼物の洗浄を静水下で行ってもよいし、水流下で行ってもよい。焙焼物を攪拌する攪拌機としては、例えば、一軸攪拌機、多軸攪拌機、ボールミル、ビーズミル、プラネタリミキサ等の各種の装置を用いることができる。水洗に用いる水としては、イオン交換水、精製水、純水等が好ましい。   In the water washing step S12, the roasted product may be washed under still water or under a water flow. As a stirrer for stirring the roasted product, for example, various apparatuses such as a single-shaft stirrer, a multi-shaft stirrer, a ball mill, a bead mill, and a planetary mixer can be used. As water used for washing, ion exchange water, purified water, pure water, and the like are preferable.

水洗に用いる水の温度は、特に限定されるものではないが、40℃以上の水で水洗することが好ましく、70℃以上、且つ、100℃未満の水で水洗することがより好ましい。水温が40℃以上であれば、水溶性の不純物等の溶解度が高くなるため、回収されるニッケル組成物の硫黄濃度やナトリウム濃度を十分に低減させることができる。また、水温が70℃以上であれば、さらに不純物の溶解度が上がるため、不純物の除去効果が向上する。   Although the temperature of the water used for water washing is not specifically limited, it is preferable to wash with water at 40 ° C. or higher, and more preferably with water at 70 ° C. or higher and less than 100 ° C. If water temperature is 40 degreeC or more, since solubility of a water-soluble impurity etc. will become high, the sulfur concentration and sodium concentration of the nickel composition collect | recovered can fully be reduced. Further, when the water temperature is 70 ° C. or higher, the solubility of impurities is further increased, and the effect of removing impurities is improved.

以上に説明した焙焼工程S11を行うことによって、中和沈殿物に不純物として含まれていた硫黄、リン、ナトリウムは、例えば、NiSO、NaPO、NaSO等となる。これらの化合物は水溶性であるので、水洗工程S12を行うことで中和沈殿物から除去でき、ニッケル組成物の不純物量として、十分に低減される。なお、中和沈殿物からのこれらの化合物の除去率は、例えば、80%以上である。 By performing the roasting step S11 described above, sulfur, phosphorus, and sodium contained as impurities in the neutralized precipitate become, for example, NiSO 4 , Na 3 PO 4 , Na 2 SO 4, and the like. Since these compounds are water-soluble, they can be removed from the neutralized precipitate by performing the washing step S12, and the amount of impurities in the nickel composition is sufficiently reduced. The removal rate of these compounds from the neutralized precipitate is, for example, 80% or more.

以下に説明する、第2固液分離工程S13及び乾燥工程S14については、必要に応じて行ってもよい。   About 2nd solid-liquid separation process S13 and drying process S14 which are demonstrated below, you may perform as needed.

第2固液分離工程S13では、水洗工程S12で水洗された焙焼物を固液分離する。例えば、水洗された焙焼物が懸濁された状態の水を濾過処理に供し、酸化ニッケルや、アルカリ金属ニッケル複合酸化物等によって組成される固形分を濾別して回収する。濾過装置としては、吸引濾過装置、フィルタープレス、遠心分離装置等を用いることができる。   In the second solid-liquid separation step S13, the roasted product washed in the water washing step S12 is subjected to solid-liquid separation. For example, water in a state where the washed roasted product is suspended is subjected to a filtration treatment, and a solid component composed of nickel oxide, an alkali metal nickel composite oxide, or the like is separated by filtration and collected. As the filtration device, a suction filtration device, a filter press, a centrifugal separator, or the like can be used.

乾燥工程S14では、第2固液分離工程S13で濾別された固形分を微小な含水率となるまで乾燥させる。乾燥は、加熱乾燥によって行ってもよいし、各種ガスによる風乾によって行ってもよい。乾燥温度は、例えば、50℃以上、且つ、200℃以下程度とすればよく、乾燥時間等のその他の乾燥条件は特に限定されない。第2固液分離工程S13で濾別された固形分を乾燥させることによって、リチウムイオン二次電池用正極活物質の原料に適した、不純物の量が少ないニッケル組成物が得られる。   In the drying step S14, the solid content filtered out in the second solid-liquid separation step S13 is dried until a fine moisture content is obtained. Drying may be performed by heat drying or by air drying with various gases. The drying temperature may be, for example, about 50 ° C. or more and about 200 ° C. or less, and other drying conditions such as drying time are not particularly limited. By drying the solid content separated in the second solid-liquid separation step S13, a nickel composition with a small amount of impurities suitable for a raw material for a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is obtained.

[正極活物質の製造方法]
次に、図3を参照して、前記したようにして得たニッケル組成物を用いて、前述したリチウム複合化合物を含む正極活物質を製造する過程を説明する。
図3は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法(以下、正極活物質の製造方法ということがある。)を説明するフロー図である。
図3に示すように、正極活物質の製造方法は、混合工程S21と、焼成工程S22とを有する。
[Method for producing positive electrode active material]
Next, with reference to FIG. 3, a process for producing a positive electrode active material containing the above-described lithium composite compound using the nickel composition obtained as described above will be described.
FIG. 3 is a flowchart for explaining a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as a method for producing a positive electrode active material).
As shown in FIG. 3, the manufacturing method of a positive electrode active material has mixing process S21 and baking process S22.

なお、正極活物質の製造において、混合工程S21では、リチウム源としてのリチウム化合物(リチウムを含む化合物)と、ニッケル組成物(ニッケルを含む組成物)とを混合して混合物を得る。このニッケル組成物は、前記したように、分離工程S1から第1固液分離工程S3と、焙焼工程S11及び水洗工程S12とを行い、また、必要に応じて水洗工程S12に続けて第2固液分離工程S13及び乾燥工程S14を行ったものであり、不純物の濃度が低減されている。   In the production of the positive electrode active material, in the mixing step S21, a lithium compound (compound containing lithium) as a lithium source and a nickel composition (composition containing nickel) are mixed to obtain a mixture. As described above, the nickel composition is subjected to the first solid-liquid separation step S3, the roasting step S11, and the water washing step S12 from the separation step S1, and the second water washing step S12 as necessary. The solid-liquid separation step S13 and the drying step S14 are performed, and the concentration of impurities is reduced.

リチウム化合物としては、例えば、炭酸リチウム、酢酸リチウム、硝酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム等を用いることができる。リチウム化合物としては、これらの中でも、特に、炭酸リチウムが好ましい。炭酸リチウムは、他のリチウム化合物と比較して、調達性が良く、安価である。また、融点が高いので、熱処理装置等へのダメージを少なくすることができる。   As the lithium compound, for example, lithium carbonate, lithium acetate, lithium nitrate, lithium hydroxide, lithium chloride, lithium sulfate and the like can be used. Of these, lithium carbonate is particularly preferable as the lithium compound. Lithium carbonate is more procurable and less expensive than other lithium compounds. Further, since the melting point is high, damage to the heat treatment apparatus and the like can be reduced.

ニッケル組成物は、前記したようにして得たニッケル組成物とは起源が異なる高純度のニッケル組成物と併用されてもよい。リチウム複合化合物の組成を、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、他の金属元素(M)等を含む組成にする場合は、マンガン化合物や、コバルト化合物や、他の金属元素(M)を含む化合物を、炭酸リチウム、ニッケル組成物等と共に混合すればよい。混合工程S21では、これらリチウム化合物、ニッケル組成物等をそれぞれ秤量し、粉砕、混和させることによって粉末状の混合物が得られる。   The nickel composition may be used in combination with a high-purity nickel composition having a different origin from the nickel composition obtained as described above. When the composition of the lithium composite compound is made to contain manganese (Mn), cobalt (Co), other metal elements (M), etc., the manganese compound, cobalt compound, and other metal elements (M) are included. What is necessary is just to mix a compound with lithium carbonate, a nickel composition, etc. In the mixing step S21, the lithium compound, the nickel composition, and the like are weighed, pulverized, and mixed to obtain a powdery mixture.

なお、ニッケル組成物は、ニッケルに対する硫黄の濃度が0.2質量%以下であることが好ましい。また、ニッケル組成物は、ニッケルに対するリンの濃度が1.0質量%以下であることが好ましい。これらのようにすると、リチウム複合化合物をリチウムイオン二次電池の正極活物質に含ませた場合に、硫酸リチウム(LiSO)やリン酸リチウム(LiPO)等の異相が生じ難くなり、高い放電容量が得られる。ここで、ニッケル組成物は、ニッケルに対する硫黄の濃度が0.01質量%以上であったり、ニッケルに対するリンの濃度が0.01質量%以上であったりすると、放電容量の低下を起こすことなく、正極と電解液との副反応を抑制する効果が期待できる。 The nickel composition preferably has a sulfur concentration relative to nickel of 0.2% by mass or less. Moreover, it is preferable that the density | concentration of the phosphorus with respect to nickel is 1.0 mass% or less. In such a case, when the lithium composite compound is included in the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery, different phases such as lithium sulfate (Li 2 SO 4 ) and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) are hardly generated. Thus, a high discharge capacity can be obtained. Here, when the concentration of sulfur with respect to nickel is 0.01% by mass or more, or the concentration of phosphorus with respect to nickel is 0.01% by mass or more, the nickel composition does not cause a decrease in discharge capacity, The effect of suppressing the side reaction between the positive electrode and the electrolytic solution can be expected.

マンガン化合物や、コバルト化合物や、ニッケル化合物としては、例えば、酸化物、水酸化物、炭酸塩、酢酸塩等を用いることができる。これらの中でも、特に、酸化物、水酸化物、又は、炭酸塩を用いることが好ましい。また、他の金属元素(M)を含む化合物としては、例えば、酸化物、水酸化物、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩等を用いることができる。これらの中でも、特に、酸化物、水酸化物、又は、炭酸塩を用いることが好ましい。なお、これらの化合物は、共沈法によって共析出させてニッケル組成物等と混合してもよいし、各別に秤量してニッケル組成物等と混合してもよい。   Examples of manganese compounds, cobalt compounds, and nickel compounds that can be used include oxides, hydroxides, carbonates, and acetates. Among these, it is particularly preferable to use an oxide, a hydroxide, or a carbonate. Moreover, as a compound containing another metal element (M), an oxide, a hydroxide, carbonate, acetate, nitrate etc. can be used, for example. Among these, it is particularly preferable to use an oxide, a hydroxide, or a carbonate. These compounds may be coprecipitated by a coprecipitation method and mixed with the nickel composition or the like, or may be weighed separately and mixed with the nickel composition or the like.

混合工程S21における原料の粉砕と混合は、粉砕機を用いて行うことができる。このような粉砕機としては、例えば、ボールミル、ジェットミル、サンドミル等の一般的な精密粉砕機を用いることができる。原料の粉砕は、湿式粉砕とすることが好ましく、工業的な観点からは、水を分散媒とすることが好ましい。湿式粉砕して得た原料スラリーは、例えば、乾燥機によって乾燥させることができる。乾燥機としては、例えば、噴霧乾燥機(スプレードライヤ)、流動床乾燥機、エバポレータ等を使用することができる。   The pulverization and mixing of the raw materials in the mixing step S21 can be performed using a pulverizer. As such a pulverizer, for example, a general precision pulverizer such as a ball mill, a jet mill, or a sand mill can be used. The raw material is preferably pulverized by wet pulverization. From an industrial viewpoint, it is preferable to use water as a dispersion medium. The raw material slurry obtained by wet pulverization can be dried by, for example, a dryer. As the dryer, for example, a spray dryer (spray dryer), a fluidized bed dryer, an evaporator or the like can be used.

混合工程S21において、原料を湿式粉砕するとき、粉砕により出発原料が微粒化して原料スラリーの粘度が高くなる。原料を均一に混合する観点からは、原料の微粒化や増粘を一定以上に進めることが好ましい。具体的には、原料スラリーの室温(25℃)におけるスラリー粘度(mPa・s)と、粒度分布における最大径d100(μm)との比(粘度/d100)を500以上にすることが好ましい。粘度/d100が500以上であると、原料の混合が十分になされて粒度が微細になるため、焼成されるリチウム複合化合物の組成の均一性を高くすることができる。なお、粘度/d100は、原料スラリーの固形分比を20質量%以下の範囲としたとき、例えば、固形分比を20質量%としたときに、500以上になればよい。   In the mixing step S21, when the raw material is wet pulverized, the starting raw material is atomized by the pulverization and the viscosity of the raw material slurry is increased. From the viewpoint of uniformly mixing the raw materials, it is preferable to advance the atomization and thickening of the raw materials to a certain level or more. Specifically, the ratio (viscosity / d100) of the slurry viscosity (mPa · s) at room temperature (25 ° C.) of the raw material slurry to the maximum diameter d100 (μm) in the particle size distribution is preferably 500 or more. When the viscosity / d100 is 500 or more, since the raw materials are sufficiently mixed and the particle size becomes fine, the uniformity of the composition of the lithium composite compound to be fired can be increased. Viscosity / d100 may be 500 or more when the solid content ratio of the raw material slurry is in the range of 20% by mass or less, for example, when the solid content ratio is 20% by mass.

焼成工程S22では、混合工程S21で得られた混合物を酸化性雰囲気下で焼成して適切に結晶化したリチウム複合化合物を得る。焼成工程S22は、図3に示すように、第1前駆体を形成する第1熱処理工程S23と、第2前駆体を形成する第2熱処理工程S24と、仕上げの熱処理である第3熱処理工程S25と、を有することが好ましい。   In the firing step S22, the mixture obtained in the mixing step S21 is fired in an oxidizing atmosphere to obtain a lithium composite compound that is appropriately crystallized. As shown in FIG. 3, the firing step S22 includes a first heat treatment step S23 for forming a first precursor, a second heat treatment step S24 for forming a second precursor, and a third heat treatment step S25 which is a finishing heat treatment. It is preferable to have.

第1熱処理工程S23では、混合工程S21で得られた混合物を200℃以上、且つ、400℃以下の熱処理温度で、0.5時間以上、且つ、5時間以下にわたって熱処理して第1前駆体を得る。第1熱処理工程S23は、混合工程S21で得られた混合物から、リチウム複合化合物の合成反応を妨げる水分等を除去することを主な目的として行われる。第1熱処理工程S23において、熱処理温度が200℃以上であると、不純物の燃焼反応や出発原料の熱分解反応が不十分とはなり難い。また、熱処理温度が400℃以下であれば、この工程でリチウム複合化合物の結晶化まで進むことは少なく、水分、不純物等を含むガスの存在下で欠陥が多い結晶構造が形成されるのを防ぐことができる。   In the first heat treatment step S23, the mixture obtained in the mixing step S21 is heat-treated at a heat treatment temperature of 200 ° C. or more and 400 ° C. or less for 0.5 hours or more and 5 hours or less to obtain the first precursor. obtain. The first heat treatment step S23 is performed mainly for the purpose of removing moisture and the like that hinder the synthesis reaction of the lithium composite compound from the mixture obtained in the mixing step S21. In the first heat treatment step S23, if the heat treatment temperature is 200 ° C. or higher, the combustion reaction of impurities and the thermal decomposition reaction of the starting material are unlikely to be insufficient. Further, if the heat treatment temperature is 400 ° C. or lower, it is unlikely to proceed to crystallization of the lithium composite compound in this step, and the formation of a crystal structure with many defects in the presence of a gas containing moisture, impurities, etc. is prevented. be able to.

第1熱処理工程S23における熱処理温度は、250℃以上、且つ、400℃以下であることが好ましく、250℃以上、且つ、380℃以下であることがより好ましい。熱処理温度がこの範囲内であれば、水分、不純物等を効率的に除去しつつ、この工程における結晶化の進行については抑制することができる。なお、第1熱処理工程S23における熱処理時間は、例えば、熱処理温度や、混合物に含まれている水分、不純物等の量や、水分、不純物等の除去目標等に応じて、適宜の時間とすることができる。   The heat treatment temperature in the first heat treatment step S23 is preferably 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, and more preferably 250 ° C. or higher and 380 ° C. or lower. If the heat treatment temperature is within this range, the progress of crystallization in this step can be suppressed while efficiently removing moisture, impurities and the like. The heat treatment time in the first heat treatment step S23 is set to an appropriate time according to, for example, the heat treatment temperature, the amount of moisture and impurities contained in the mixture, the removal target of moisture and impurities, and the like. Can do.

第1熱処理工程S23は、酸化性雰囲気下で行ってもよいし、非酸化性雰囲気下で行ってもよいし、減圧雰囲気下で行ってもよい。酸化性雰囲気としては、酸素ガス雰囲気及び大気雰囲気のいずれであってもよい。非酸化性雰囲気としては、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気であってもよい。また、減圧雰囲気としては、例えば、大気圧以下等のような適宜の真空度の減圧条件であってよい。   The first heat treatment step S23 may be performed in an oxidizing atmosphere, may be performed in a non-oxidizing atmosphere, or may be performed in a reduced pressure atmosphere. The oxidizing atmosphere may be either an oxygen gas atmosphere or an air atmosphere. The non-oxidizing atmosphere may be an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas. Further, the reduced-pressure atmosphere may be a reduced-pressure condition with an appropriate degree of vacuum such as an atmospheric pressure or lower.

第1熱処理工程S23は、雰囲気ガスの気流下、又は、ポンプによる排気下で行うことが好ましい。このような雰囲気下で熱処理を行うことにより、混合物から脱離するガスを効率的に排除することができる。雰囲気ガスの気流やポンプによる排気の流量は、混合物から脱離するガスの体積よりも多くすることが好ましい。   The first heat treatment step S23 is preferably performed under an atmosphere gas flow or exhausted by a pump. By performing the heat treatment in such an atmosphere, the gas desorbed from the mixture can be efficiently eliminated. It is preferable that the flow rate of the atmospheric gas flow or the pump exhaust is larger than the volume of the gas desorbed from the mixture.

第2熱処理工程S24では、第1熱処理工程S23で得た第1前駆体を450℃以上、且つ、900℃以下の熱処理温度で、0.1時間以上、且つ、50時間以下にわたって熱処理して第2前駆体を得る。第2熱処理工程S24は、第1前駆体中のニッケルを2価から3価へと酸化し、層状構造を有するリチウム複合化合物を結晶化させることを主な目的として行われる。第1前駆体中のニッケルは、正極活物質の充放電容量を高くする観点からは、価数を2価から3価へ遺漏なく酸化させておくことが好ましい。2価のニッケルは、層状構造中において容易にリチウムサイトを占有してしまい、正極活物質の充放電容量を低下させる一因となる。そこで、第2熱処理工程S24では、第1前駆体を酸化性ガス雰囲気下で熱処理し、ニッケルの価数を2価から3価へ遺漏なく酸化させる。第2熱処理工程S24において、熱処理温度が450℃以上であると、リチウム複合化合物の結晶化が良好な速度で進行し、炭酸リチウムが過剰に残留することがなくなる。また、熱処理温度が900℃以下であれば、粒成長が過剰に進行することがないので、正極活物質の充放電容量を高くすることができる。   In the second heat treatment step S24, the first precursor obtained in the first heat treatment step S23 is heat treated at a heat treatment temperature of 450 ° C. or higher and 900 ° C. or lower for 0.1 hour or more and 50 hours or less. Two precursors are obtained. The second heat treatment step S24 is performed mainly for oxidizing nickel in the first precursor from divalent to trivalent to crystallize a lithium composite compound having a layered structure. From the viewpoint of increasing the charge / discharge capacity of the positive electrode active material, the nickel in the first precursor is preferably oxidized from divalent to trivalent without omission. The divalent nickel easily occupies lithium sites in the layered structure, and contributes to a decrease in charge / discharge capacity of the positive electrode active material. Therefore, in the second heat treatment step S24, the first precursor is heat-treated in an oxidizing gas atmosphere to oxidize the nickel valence from divalent to trivalent without omission. In the second heat treatment step S24, when the heat treatment temperature is 450 ° C. or higher, crystallization of the lithium composite compound proceeds at a favorable rate, and lithium carbonate does not remain excessively. In addition, if the heat treatment temperature is 900 ° C. or lower, the grain growth does not proceed excessively, so that the charge / discharge capacity of the positive electrode active material can be increased.

第2熱処理工程S24における熱処理温度は、600℃以上とすることがより好ましい。600℃以上であれば、炭酸リチウムの反応効率がより向上する。また、第2熱処理工程S24における熱処理温度は、700℃以下とすることがより好ましい。700以下であれば、結晶粒がより粗大化し難くなるので、正極活物質の充放電容量を高くするのに好適である。   The heat treatment temperature in the second heat treatment step S24 is more preferably 600 ° C. or higher. If it is 600 degreeC or more, the reaction efficiency of lithium carbonate will improve more. The heat treatment temperature in the second heat treatment step S24 is more preferably 700 ° C. or lower. If it is 700 or less, the crystal grains are less likely to be coarsened, which is suitable for increasing the charge / discharge capacity of the positive electrode active material.

第2熱処理工程S24における熱処理時間は、0.1時間以上、且つ、15時間以下とすることがより好ましい。熱処理時間が0.1時間以上であれば、第1前駆体を酸素と十分に反応させることができる。熱処理時間が15時間以下であれば、ニッケルの価数を2価から3価へ遺漏なく酸化させることができると共に、生産性を向上させることができる。   The heat treatment time in the second heat treatment step S24 is more preferably 0.1 hour or longer and 15 hours or shorter. If the heat treatment time is 0.1 hour or longer, the first precursor can be sufficiently reacted with oxygen. If the heat treatment time is 15 hours or less, the valence of nickel can be oxidized from divalent to trivalent without any omission and productivity can be improved.

第2熱処理工程S24は、酸化性雰囲気で行うことが好ましい。雰囲気の酸素濃度は、80%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、95%以上がさらに好ましく、99%以上が特に好ましく、100%が最も好ましい。酸素濃度が高い酸化性ガスの気流下で熱処理を行うことにより、ニッケルを確実に酸化させることができる。また、炭酸リチウムの熱分解によって生じる炭酸ガスを第2前駆体から確実に除くことができる。   The second heat treatment step S24 is preferably performed in an oxidizing atmosphere. The oxygen concentration in the atmosphere is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, further preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more, and most preferably 100%. By performing the heat treatment under an oxidizing gas stream having a high oxygen concentration, nickel can be reliably oxidized. In addition, carbon dioxide gas generated by thermal decomposition of lithium carbonate can be reliably removed from the second precursor.

第3熱処理工程S25では、第2熱処理工程S24で得た第2前駆体を700℃以上、且つ、900℃以下の熱処理温度で熱処理して層状構造を有するリチウム複合化合物を得る。第3熱処理工程S25は、第2前駆体中のニッケルを2価から3価へと十分に酸化させると共に、層状構造を有するリチウム複合化合物の結晶粒を成長させることを主な目的として行われる。なお、第3処理工程S25の熱処理温度は、700℃未満であると第2前駆体の結晶化の進行が困難になる場合があり、900℃を超えると第2前駆体の層状構造の分解を抑制できずに2価のニッケルが生成され、得られるリチウム複合化合物の容量が低下してしまう。したがって、本実施形態では、熱処理温度を700℃以上、且つ、900℃以下にすることで、第2前駆体の粒成長を促進させ、且つ、層状構造の分解を抑制して、得られるリチウム複合化合物の容量を向上させている。   In the third heat treatment step S25, the second precursor obtained in the second heat treatment step S24 is heat-treated at a heat treatment temperature of 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower to obtain a lithium composite compound having a layered structure. The third heat treatment step S25 is performed mainly for the purpose of sufficiently oxidizing nickel in the second precursor from divalent to trivalent and growing crystal grains of a lithium composite compound having a layered structure. If the heat treatment temperature in the third treatment step S25 is less than 700 ° C., the crystallization of the second precursor may be difficult to proceed, and if it exceeds 900 ° C., the layered structure of the second precursor is decomposed. Divalent nickel is produced without being suppressed, and the capacity of the resulting lithium composite compound is reduced. Therefore, in this embodiment, the heat treatment temperature is set to 700 ° C. or more and 900 ° C. or less to promote the grain growth of the second precursor and to suppress the decomposition of the layered structure, thereby obtaining the lithium composite The capacity of the compound is improved.

第3熱処理工程S25は、熱処理時間が、0.1時間以上、且つ、50時間以下であることが好ましく、0.5時間以上、且つ、15時間以下であることがより好ましい。第3熱処理工程S25において、酸素分圧が低いと、ニッケルの酸化反応を促進させるために熱が必要となる。したがって、第3熱処理工程S25において第2前駆体への酸素供給が不十分である場合、熱処理温度を上昇させる必要がある。熱処理温度を上昇させると、得られるリチウム複合化合物において層状構造の分解が不可避となり、正極活物質の良好な電極特性を得ることができなくなる。しかしながら、熱処理時間が0.1時間以上であれば、第2前駆体を酸素と十分に反応させることができる。   In the third heat treatment step S25, the heat treatment time is preferably 0.1 hours or more and 50 hours or less, and more preferably 0.5 hours or more and 15 hours or less. In the third heat treatment step S25, if the oxygen partial pressure is low, heat is required to promote the oxidation reaction of nickel. Therefore, when the oxygen supply to the second precursor is insufficient in the third heat treatment step S25, it is necessary to increase the heat treatment temperature. When the heat treatment temperature is raised, decomposition of the layered structure is inevitable in the obtained lithium composite compound, and good electrode characteristics of the positive electrode active material cannot be obtained. However, if the heat treatment time is 0.1 hour or longer, the second precursor can be sufficiently reacted with oxygen.

第3熱処理工程S25は、酸化性雰囲気で行う。雰囲気の酸素濃度は、80%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、95%以上がさらに好ましく、99%以上が特に好ましく、100%が最も好ましい。酸素濃度が高い雰囲気下で熱処理を行うことにより、ニッケルを確実に酸化させることができる。   The third heat treatment step S25 is performed in an oxidizing atmosphere. The oxygen concentration in the atmosphere is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, further preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more, and most preferably 100%. By performing the heat treatment in an atmosphere having a high oxygen concentration, nickel can be reliably oxidized.

第3熱処理工程S25で得られたリチウム複合化合物は、必要に応じて篩で分級することができる。篩は、例えば、目開き53μmであるものを用いることができる。
以上のようにして、前述したリチウム複合化合物とリンを含む化合物とを含む、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造することができる。
The lithium composite compound obtained in the third heat treatment step S25 can be classified with a sieve as necessary. For example, a sieve having an aperture of 53 μm can be used.
As described above, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to this embodiment, which includes the above-described lithium composite compound and the compound containing phosphorus, can be manufactured.

[リチウムイオン二次電池]
次に、前記の実施形態に係る正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池について説明する。
図4は、リチウムイオン二次電池の一例を模式的に示す部分断面図である。
図4に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、非水電解液を収容する有底円筒状の電池缶101と、電池缶101の内部に収容された、ロール状の捲回電極群110と、電池缶101の上部の開口を封止する円板状の電池蓋102と、を備えている。
[Lithium ion secondary battery]
Next, a lithium ion secondary battery using the positive electrode active material according to the embodiment will be described.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view schematically showing an example of a lithium ion secondary battery.
As shown in FIG. 4, a lithium ion secondary battery 100 according to this embodiment includes a bottomed cylindrical battery can 101 that contains a non-aqueous electrolyte, and a roll-like battery that is housed inside the battery can 101. A wound electrode group 110 and a disk-shaped battery lid 102 that seals the opening at the top of the battery can 101 are provided.

電池缶101及び電池蓋102は、例えば、ステンレス、アルミニウム等の金属材料によって形成される。電池缶101は、絶縁性を有する樹脂材料からなるシール材106を介して電池蓋102がかしめ等によって固定されることにより封止されている。   The battery can 101 and the battery lid 102 are made of a metal material such as stainless steel or aluminum. The battery can 101 is sealed by fixing the battery lid 102 by caulking or the like through a sealing material 106 made of an insulating resin material.

捲回電極群110は、帯状の正極111と負極112とをセパレータ113を挟んで捲回することによって形成されている。正極111は、正極集電体111aと、正極集電体111aの表面に形成された正極合剤層111bと、を備えている。また、負極112は、負極集電体112aと、負極集電体112aの表面に形成された負極合剤層112bと、を備えている。セパレータ113は、例えば、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィンで形成されている。   The wound electrode group 110 is formed by winding a belt-like positive electrode 111 and a negative electrode 112 with a separator 113 interposed therebetween. The positive electrode 111 includes a positive electrode current collector 111a and a positive electrode mixture layer 111b formed on the surface of the positive electrode current collector 111a. The negative electrode 112 includes a negative electrode current collector 112a and a negative electrode mixture layer 112b formed on the surface of the negative electrode current collector 112a. The separator 113 is made of, for example, a polyolefin such as polypropylene or polyethylene.

正極集電体111aは、正極リード片103を介して電池蓋102と電気的に接続されている。一方、負極集電体112aは、負極リード片104を介して電池缶101の底部と電気的に接続されている。捲回電極群110と電池蓋102との間、及び、捲回電極群110と電池缶101の底部との間には、短絡を防止する絶縁板105が配置されている。正極リード片103及び負極リード片104は、それぞれ正極集電体111aや負極集電体112aと同様の材料によって形成されており、正極集電体111a及び負極集電体112aのそれぞれにスポット溶接、超音波圧接等によって接合されている。   The positive electrode current collector 111 a is electrically connected to the battery lid 102 via the positive electrode lead piece 103. On the other hand, the negative electrode current collector 112 a is electrically connected to the bottom of the battery can 101 via the negative electrode lead piece 104. An insulating plate 105 that prevents a short circuit is disposed between the wound electrode group 110 and the battery lid 102 and between the wound electrode group 110 and the bottom of the battery can 101. The positive electrode lead piece 103 and the negative electrode lead piece 104 are respectively formed of the same material as the positive electrode current collector 111a and the negative electrode current collector 112a, and spot welding is performed on each of the positive electrode current collector 111a and the negative electrode current collector 112a. Joined by ultrasonic pressure welding or the like.

正極集電体111aは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル等によって形成される。金属箔は、例えば、15μm以上、且つ、25μm以下程度の厚さにすることができる。正極合剤層111bは、前記した本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を含んでなる。正極合剤層111bは、前記した正極活物質と、例えば、導電材、結着剤等とを混練してなる正極合剤によって形成されている。   The positive electrode current collector 111a is formed of, for example, a metal foil such as aluminum or an aluminum alloy, an expanded metal, a punching metal, or the like. The metal foil can have a thickness of about 15 μm or more and about 25 μm or less, for example. The positive electrode mixture layer 111b includes the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment described above. The positive electrode mixture layer 111b is formed of a positive electrode mixture formed by kneading the above-described positive electrode active material and, for example, a conductive material, a binder, and the like.

負極集電体112aは、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金等の金属箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル等によって形成される。金属箔は、例えば、7μm以上、且つ、10μm以下程度の厚さにすることができる。負極合剤層112bは、一般的なリチウムイオン二次電池用負極活物質を含んでなる。負極合剤層112bは、負極活物質と、例えば、導電材、結着剤等とを混練してなる負極合剤によって形成されている。   The negative electrode current collector 112a is formed of a metal foil such as copper, a copper alloy, nickel, or a nickel alloy, an expanded metal, a punching metal, or the like. The metal foil can have a thickness of about 7 μm or more and about 10 μm or less, for example. The negative electrode mixture layer 112b includes a general negative electrode active material for a lithium ion secondary battery. The negative electrode mixture layer 112b is formed of a negative electrode mixture formed by kneading a negative electrode active material and, for example, a conductive material, a binder, and the like.

負極活物質としては、一般的なリチウム二次電池において用いられる適宜の種類を用いることができる。負極活物質の具体例としては、天然黒鉛、石油コークス、ピッチコークス等から得られる易黒鉛化材料を2500℃以上の高温で処理したもの、メソフェーズカーボン、非晶質炭素、黒鉛の表面に非晶質炭素を被覆したもの、天然黒鉛又は人造黒鉛の表面を機械的処理することにより表面の結晶性を低下させた炭素材、高分子等の有機物を炭素表面に被覆・吸着させた材料、炭素繊維、リチウム金属、リチウムとアルミニウム、スズ、ケイ素、インジウム、ガリウム、マグネシウム等との合金、シリコン粒子又は炭素粒子の表面に金属を担持した材料、スズ、ケイ素、鉄、チタン等の金属の酸化物等が挙げられる。担持させる金属としては、例えば、リチウム、アルミニウム、スズ、ケイ素、インジウム、ガリウム、マグネシウム、これらの中のいずれか一種を主成分とする合金等が挙げられる。なお、合金における主成分とは、合金の中で最も含有量が多い成分をいう。   As a negative electrode active material, the appropriate | suitable kind used in a general lithium secondary battery can be used. Specific examples of the negative electrode active material include graphitized materials obtained from natural graphite, petroleum coke, pitch coke, etc., treated at a high temperature of 2500 ° C. or higher, mesophase carbon, amorphous carbon, and amorphous on the surface of graphite. Carbon material coated with carbonaceous material, carbon material whose surface crystallinity has been reduced by mechanically treating the surface of natural graphite or artificial graphite, material with organic matter such as polymer coated and adsorbed on the carbon surface, carbon fiber Lithium metal, alloys of lithium and aluminum, tin, silicon, indium, gallium, magnesium, etc., materials carrying metal on the surface of silicon particles or carbon particles, oxides of metals such as tin, silicon, iron, titanium, etc. Is mentioned. Examples of the metal to be supported include lithium, aluminum, tin, silicon, indium, gallium, magnesium, and alloys containing any one of these as a main component. In addition, the main component in an alloy means a component with most content in an alloy.

正極合剤層111b及び負極合剤層112bに用いられる導電材としては、例えば、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、チャンネルブラック等の炭素粒子や、炭素繊維等を用いることができる。これらの導電材は、一種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。導電材の量は、正極活物質や負極活物質に対してそれぞれ0.5質量%以上20質量%以下とすることが好ましい。導電材がこのような範囲であると、良好な導電性が得られると共に、高い充放電容量も確保することができる。   As the conductive material used for the positive electrode mixture layer 111b and the negative electrode mixture layer 112b, for example, carbon particles such as graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, and channel black, carbon fibers, and the like can be used. One of these conductive materials may be used alone, or a plurality of these conductive materials may be used in combination. The amount of the conductive material is preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the positive electrode active material and the negative electrode active material, respectively. When the conductive material is in such a range, good conductivity can be obtained and high charge / discharge capacity can be secured.

正極合剤層111b及び負極合剤層112bに用いられる結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル系ポリマ、イミドやアミド基を有するポリマ、これらの共重合体等の適宜の材料を用いることができる。これらの結着剤は、一種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。また、カルボキシメチルセルロース等の増粘性の結着剤を併用してもよい。   Examples of the binder used for the positive electrode mixture layer 111b and the negative electrode mixture layer 112b include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, polypropylene, polyethylene, acrylic polymer, imide, and the like. An appropriate material such as a polymer having an amide group or a copolymer thereof can be used. These binders may be used individually by 1 type, and may use multiple types together. Further, a thickening binder such as carboxymethylcellulose may be used in combination.

以上の構成を有するリチウムイオン二次電池100は、電池蓋102を正極外部端子、電池缶101の底部を負極外部端子として、外部から供給された電力を捲回電極群110に蓄電することができる。また、捲回電極群110に蓄電されている電力を外部の装置等に供給することができる。なお、このリチウムイオン二次電池100は、円筒形の形態とされているが、リチウム二次電池の形状は特に限定されない。リチウム二次電池の形状は例えば、角形、ボタン形、ラミネートシート形等とすることができる。   The lithium ion secondary battery 100 having the above configuration can store electric power supplied from the outside in the wound electrode group 110 using the battery lid 102 as a positive external terminal and the bottom of the battery can 101 as a negative external terminal. . Further, the electric power stored in the wound electrode group 110 can be supplied to an external device or the like. In addition, although this lithium ion secondary battery 100 is made into the cylindrical form, the shape of a lithium secondary battery is not specifically limited. The shape of the lithium secondary battery can be, for example, a square shape, a button shape, or a laminate sheet shape.

リチウムイオン二次電池100は、例えば、携帯電子機器や家庭用電気機器等の小型電源、電力貯蔵装置、無停電電源装置、電力平準化装置等の定置用電源、船舶、鉄道車両、ハイブリッド鉄道車両、ハイブリッド自動車、電気自動車等の駆動電源として使用することができる。リチウムイオン二次電池100は、正極合剤層111bに前記した本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質が含まれる構成であるため、製造コストが安く、ニッケル中和沈殿物を起源とするニッケル組成物を原料としていながら、従来よりも高い充放電容量を有する二次電池となる。   The lithium ion secondary battery 100 is, for example, a small power source such as a portable electronic device or a household electric device, a stationary power source such as a power storage device, an uninterruptible power supply device, or a power leveling device, a ship, a rail vehicle, or a hybrid rail vehicle. It can be used as a drive power source for hybrid vehicles, electric vehicles and the like. Since the lithium ion secondary battery 100 has a configuration in which the positive electrode mixture layer 111b includes the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the manufacturing cost is low, and the nickel neutralized precipitate originates. While using the nickel composition as a raw material, the secondary battery has a higher charge / discharge capacity than before.

以上、図面を用いて本発明に係る実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment according to the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like within a scope not departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated concretely, the technical scope of this invention is not limited to this.

(実施例1)
無電解ニッケルめっき液の廃液から中和処理により回収されたニッケル中和沈殿物を1000℃で10時間焙焼した(焙焼工程S11)。ニッケル中和沈殿物の焙焼は、酸素濃度99%以上の酸化性雰囲気で行った。
次に、焙焼して得られた焙焼物を、70℃のイオン交換水で水洗した(水洗工程S12)。なお、イオン交換水は、焙焼物に対して10倍量を使用した。また、焙焼物の水洗は、焙焼物をイオン交換水中に浸漬し、1時間にわたって攪拌することにより行った。
Example 1
The nickel neutralized precipitate recovered from the waste liquid of the electroless nickel plating solution by neutralization was roasted at 1000 ° C. for 10 hours (roasting step S11). The nickel neutralized precipitate was roasted in an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 99% or more.
Next, the roasted product obtained by roasting was washed with ion exchange water at 70 ° C. (water washing step S12). In addition, 10 times the amount of ion-exchanged water was used for the roasted product. The roasted product was washed with water by immersing the roasted product in ion-exchanged water and stirring for 1 hour.

続いて、焙焼物を浸漬しているイオン交換水を吸引濾過して焙焼物を固液分離した(第2固液分離工程S13)。そして、濾別された焙焼物を、120℃で2時間にわたって保持することにより乾燥させてニッケル組成物を得た(乾燥工程S14)。   Subsequently, the ion-exchanged water in which the roasted product was immersed was subjected to suction filtration to separate the roasted product from solid to liquid (second solid-liquid separation step S13). And the roasted material separated by filtration was dried by holding at 120 ° C. for 2 hours to obtain a nickel composition (drying step S14).

次に、ニッケル中和沈殿物から得られたニッケル組成物について、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(パーキンエルマー社製OPTIMA8300)でニッケル、ナトリウム、リンの量を分析し、高周波燃焼赤外線吸収分析装置(LECO社製CSLS−600)で硫黄の量を分析した。   Next, the nickel composition obtained from the nickel neutralized precipitate is analyzed for the amounts of nickel, sodium, and phosphorus using a high frequency inductively coupled plasma emission spectrometer (OPTIMA 8300 manufactured by Perkin Elmer), and a high frequency combustion infrared absorption analyzer. The amount of sulfur was analyzed by (CSLS-600 manufactured by LECO).

次に、炭酸リチウムと、ニッケル中和沈殿物から得られたニッケル組成物と、炭酸コバルトと、炭酸マンガンとを、Li:Ni:Co:Mnの質量比が1.04:0.80:0.15:0.05となるように秤量し、固形分が20質量%となるようにイオン交換水を加え、ビーズミルで湿式粉砕しつつ混合した(混合工程S21)。   Next, a lithium composition, a nickel composition obtained from a nickel neutralized precipitate, cobalt carbonate, and manganese carbonate are mixed at a mass ratio of Li: Ni: Co: Mn of 1.04: 0.80: 0. 15: 0.05, ion-exchanged water was added so that the solid content was 20% by mass, and the mixture was mixed while wet-pulverizing with a bead mill (mixing step S21).

続いて、このようにして得られたスラリー状の混合物をスプレードライヤによって乾燥させて原料が混和された混合物を得た。そして、得られた粉末状の混合物を酸化性雰囲気下で焼成して空間群R−3mに帰属される層状構造を有するリチウム複合化合物を得た(焼成工程S22)。具体的には、原料が混和された混合物を、第1熱処理工程S23、第2熱処理工程S24及び第3熱処理工程S25の順に供して焼成した。   Subsequently, the slurry-like mixture thus obtained was dried by a spray dryer to obtain a mixture in which raw materials were mixed. The obtained powdery mixture was fired in an oxidizing atmosphere to obtain a lithium composite compound having a layered structure belonging to the space group R-3m (firing step S22). Specifically, the mixture in which the raw materials were mixed was fired in the order of the first heat treatment step S23, the second heat treatment step S24, and the third heat treatment step S25.

第1熱処理工程S23では、1kgの混合物を、縦300mm、横300mm、高さ100mmのアルミナ容器に充填し、大気雰囲気とした連続搬送炉において、350℃の熱処理温度で1時間にわたって熱処理し、第1前駆体の粉末を得た。第1熱処理工程S23では、主として、水酸化ニッケルに由来する水分、炭酸コバルトや炭酸マンガンに由来する二酸化炭素を脱離させた。   In the first heat treatment step S23, 1 kg of the mixture is filled into an alumina container having a length of 300 mm, a width of 300 mm, and a height of 100 mm, and heat-treated at a heat treatment temperature of 350 ° C. for 1 hour in a continuous transfer furnace in an air atmosphere. 1 precursor powder was obtained. In the first heat treatment step S23, moisture derived from nickel hydroxide and carbon dioxide derived from cobalt carbonate and manganese carbonate were mainly desorbed.

第2熱処理工程S24では、第1熱処理工程S23で得られた第1前駆体を、酸素濃度90%以上の酸化性雰囲気に置換した連続搬送炉において、酸素気流中として600℃の熱処理温度で10時間にわたって熱処理し、第2前駆体の粉末を得た。第2熱処理工程S24では、主として、炭酸リチウムに由来する二酸化炭素と、未分解の炭酸コバルトや炭酸マンガンに由来する二酸化炭素とを脱離させた。   In the second heat treatment step S24, in the continuous transfer furnace in which the first precursor obtained in the first heat treatment step S23 is replaced with an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 90% or more, the heat treatment temperature is 600 ° C. in an oxygen stream. Heat treatment was performed over time to obtain a second precursor powder. In the second heat treatment step S24, mainly carbon dioxide derived from lithium carbonate and carbon dioxide derived from undecomposed cobalt carbonate and manganese carbonate were desorbed.

第3熱処理工程S25では、第2熱処理工程S24で得られた第2前駆体を、酸素濃度90%以上の酸化性雰囲気に置換した連続搬送炉によって、酸素気流中として755℃の熱処理温度で10時間にわたって熱処理し、リチウム複合化合物の粉末を得た。得られたリチウム複合化合物の粉末は、目開き53μm以下の篩で分級してリチウム二次電池用の正極活物質とした。   In the third heat treatment step S25, a continuous transfer furnace in which the second precursor obtained in the second heat treatment step S24 is replaced with an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 90% or higher is set to 10 at a heat treatment temperature of 755 ° C. in an oxygen stream. Heat treatment was performed for a time to obtain a lithium composite compound powder. The obtained lithium composite compound powder was classified with a sieve having an opening of 53 μm or less to obtain a positive electrode active material for a lithium secondary battery.

(実施例2)
焙焼工程S11において、焙焼温度を1000℃から900℃に変更した点を除いて、実施例1と同様の手順で実施例2に係る正極活物質を得た。
(Example 2)
In the roasting step S11, a positive electrode active material according to Example 2 was obtained in the same procedure as in Example 1 except that the roasting temperature was changed from 1000 ° C to 900 ° C.

(実施例3)
水洗工程S12において、水の温度を70℃から40℃に変更した点を除いて、実施例1と同様の手順で実施例3に係る正極活物質を得た。
Example 3
A positive electrode active material according to Example 3 was obtained in the same procedure as in Example 1 except that the temperature of water was changed from 70 ° C. to 40 ° C. in the washing step S12.

(実施例4)
焙焼工程S11において、焙焼雰囲気を酸素中から大気中に変更した点を除いて、実施例1と同様の手順で実施例4に係る正極活物質を得た。
(Example 4)
In the roasting step S11, the positive electrode active material according to Example 4 was obtained in the same procedure as in Example 1 except that the roasting atmosphere was changed from oxygen to air.

(比較例1)
図2に示すニッケル中和沈殿物の処理フローを全て実施せず、ニッケル中和沈殿物をそのまま、混合工程S21に供した点を除いて、実施例1と同様の手順で比較例1に係る正極活物質を得た。
(Comparative Example 1)
The processing flow of the nickel neutralized precipitate shown in FIG. 2 is not carried out, and the nickel neutralized precipitate is used as it is for the mixing step S21, except that the nickel neutralized precipitate is used in the mixing step S21. A positive electrode active material was obtained.

(比較例2)
焙焼工程S11を実施しないまま、水洗工程S12に供した点を除いて、実施例1と同様の手順で比較例2に係る正極活物質を得た。
(Comparative Example 2)
A positive electrode active material according to Comparative Example 2 was obtained in the same procedure as Example 1 except that the roasting step S11 was not performed and the water washing step S12 was used.

(比較例3)
水洗工程S12を実施しないまま、混合工程S21に供した点を除いて、実施例1と同様の手順で比較例3に係る正極活物質を得た。
(Comparative Example 3)
A positive electrode active material according to Comparative Example 3 was obtained in the same procedure as in Example 1 except that the water washing step S12 was not performed and the mixture was subjected to the mixing step S21.

(比較例4)
焙焼工程S11において、焙焼温度を1000℃から870℃に変更した点を除いて、実施例1と同様の手順で比較例4に係る正極活物質を得た。
(Comparative Example 4)
A positive electrode active material according to Comparative Example 4 was obtained in the same procedure as in Example 1 except that the roasting temperature was changed from 1000 ° C. to 870 ° C. in the roasting step S11.

(比較例5)
焙焼工程S11において、焙焼温度を1000℃から870℃に変更し、焙焼工程S11を酸素雰囲気からアルゴン雰囲気に変更した点を除いて、実施例1と同様の手順で比較例5に係る正極活物質を得た。
(Comparative Example 5)
In the roasting step S11, the roasting temperature is changed from 1000 ° C. to 870 ° C., and the roasting step S11 is changed from an oxygen atmosphere to an argon atmosphere according to the same procedure as in Example 1 according to Comparative Example 5. A positive electrode active material was obtained.

(比較例6)
焙焼工程S11において、焙焼温度を1000℃から800℃に変更した点を除いて、実施例1と同様の手順で比較例6に係る正極活物質を得た。
(Comparative Example 6)
A positive electrode active material according to Comparative Example 6 was obtained in the same procedure as in Example 1 except that the roasting temperature was changed from 1000 ° C. to 800 ° C. in the roasting step S11.

(比較例7)
焙焼工程S11において、焙焼温度を1000℃から600℃に変更した点を除いて、実施例1と同様の手順で比較例7に係る正極活物質を得た。
(Comparative Example 7)
A positive electrode active material according to Comparative Example 7 was obtained in the same procedure as in Example 1 except that the roasting temperature was changed from 1000 ° C. to 600 ° C. in the roasting step S11.

(比較例8)
焙焼工程S11において、焙焼温度を1000℃から400℃に変更した点を除いて、実施例1と同様の手順で比較例8に係る正極活物質を得た。
(Comparative Example 8)
A positive electrode active material according to Comparative Example 8 was obtained in the same procedure as in Example 1 except that the roasting temperature was changed from 1000 ° C. to 400 ° C. in the roasting step S11.

(比較例9)
焙焼工程S11において、焙焼温度を1000℃から600℃に変更し、焙焼工程S11を酸素雰囲気から大気雰囲気に変更した点を除いて、実施例1と同様の手順で比較例9に係る正極活物質を得た。
(Comparative Example 9)
In the roasting step S11, the roasting temperature is changed from 1000 ° C. to 600 ° C., and the roasting step S11 is changed from an oxygen atmosphere to an air atmosphere according to the same procedure as that of the first embodiment according to the comparative example 9. A positive electrode active material was obtained.

次に、得られた正極活物質を用いて、以下の手順でリチウムイオン二次電池用正極を作製した。はじめに、正極活物質と、炭素系導電材とを、質量比が90:6となるように秤量し、乳鉢を用いて混合した。そして、得られた混合物と、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解した結着剤とを、質量比が96:4となるように混合してスラリーとした。そして、このスラリーを厚さ15μmのアルミ箔に塗布して120℃で乾燥させた後、電極密度が2.7g/cmとなるようにプレスで圧縮成形し、直径15mmの円盤状に打ち抜いてリチウムイオン二次電池用正極とした。 Next, using the obtained positive electrode active material, a positive electrode for a lithium ion secondary battery was produced by the following procedure. First, the positive electrode active material and the carbon-based conductive material were weighed so that the mass ratio was 90: 6 and mixed using a mortar. And the obtained mixture and the binder melt | dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) were mixed so that mass ratio might be set to 96: 4, and it was set as the slurry. The slurry was applied to an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried at 120 ° C., and then compression-molded with a press so that the electrode density was 2.7 g / cm 3, and punched into a disk shape having a diameter of 15 mm. A positive electrode for a lithium ion secondary battery was obtained.

続いて、リチウムイオン二次電池用正極を用いて、リチウムイオン二次電池を作製した。負極としては、金属リチウムを用いた。また、非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを、体積比が3:7となるように混合した溶媒に、LiPFを1.0mol/Lとなるように溶解させた溶液を用いた。そして、リチウムイオン二次電池用正極と負極とをセパレータの一方の面と他方の面にそれぞれ組み付け、非水電解液と共に電池缶の内部に収容し、シール材を介して電池蓋をかしめて封入し、リチウムイオン二次電池とした。 Then, the lithium ion secondary battery was produced using the positive electrode for lithium ion secondary batteries. As the negative electrode, metallic lithium was used. In addition, as the non-aqueous electrolyte, LiPF 6 is adjusted to 1.0 mol / L in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) are mixed so that the volume ratio is 3: 7. The solution dissolved in was used. Then, the positive and negative electrodes for the lithium ion secondary battery are assembled to one side and the other side of the separator, respectively, and stored together with the non-aqueous electrolyte in the battery can, and the battery lid is crimped and sealed through a sealing material And it was set as the lithium ion secondary battery.

次に、得られたリチウムイオン二次電池について、放電容量を測定した。充電は、充電電流を0.2CAとして、充電終止電圧4.3Vまで定電流、定電圧で行った。また、放電は、放電電流を0.2CAとして、放電終止電圧2.5Vまで定電流で行った。放電容量(Ah/kg)の計測結果を表1に示す。   Next, the discharge capacity of the obtained lithium ion secondary battery was measured. Charging was performed at a constant current and a constant voltage up to a charge end voltage of 4.3 V with a charging current of 0.2 CA. The discharge was performed at a constant current up to a discharge end voltage of 2.5 V with a discharge current of 0.2 CA. The measurement results of the discharge capacity (Ah / kg) are shown in Table 1.

また、下記の表1は、実施例1〜4、比較例1〜9に係る正極活物質の製造方法について、焙焼工程S11の焙焼温度(℃)と焙焼雰囲気、水洗工程S12で使用した水の温度(℃)を示している。また、表1に、ニッケル組成物中及び正極活物質中におけるニッケル(Ni)に対する硫黄(S)濃度、リン(P)濃度及び、ナトリウム(Na)の濃度(質量比)を測定した結果(質量%vs.Ni)を示している。また、表1に、リチウム複合化合物の組成式を示している。なお、正極活物質中におけるNi、S、P、Naの濃度は、ニッケル組成物について分析したのと同様にして分析した。
リチウム複合化合物に含まれている成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(パーキンエルマー社製OPTIMA8300)により分析した。
In addition, Table 1 below is used in the roasting temperature (° C.) and roasting atmosphere of the roasting step S11 and the roasting step S12 for the positive electrode active material manufacturing methods according to Examples 1-4 and Comparative Examples 1-9. Shows the temperature (° C) of the water. Table 1 shows the results of measuring the sulfur (S) concentration, phosphorus (P) concentration, and sodium (Na) concentration (mass ratio) with respect to nickel (Ni) in the nickel composition and the positive electrode active material (mass ratio). % Vs. Ni). Table 1 shows the composition formula of the lithium composite compound. The concentrations of Ni, S, P, and Na in the positive electrode active material were analyzed in the same manner as the nickel composition was analyzed.
Components contained in the lithium composite compound were analyzed with a high-frequency inductively coupled plasma optical emission spectrometer (OPTIMA 8300, manufactured by Perkin Elmer).

Figure 2019009046
Figure 2019009046

表1に示すように、実施例1〜4では、ニッケル中和沈殿物を適切な条件(焙焼温度・焙焼雰囲気)で焙焼した後、水洗したため、硫黄、リン、ナトリウムを効率よく除去することができた。また、実施例1〜4は、リチウム複合化合物の組成も本発明の要件を満たしていた。その結果、これらの材料を用いて合成した正極では高い放電容量が得られた。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 4, since the nickel neutralized precipitate was roasted under appropriate conditions (roasting temperature and roasting atmosphere) and then washed with water, sulfur, phosphorus and sodium were efficiently removed. We were able to. In Examples 1 to 4, the composition of the lithium composite compound also satisfied the requirements of the present invention. As a result, a high discharge capacity was obtained with the positive electrode synthesized using these materials.

さらに、実施例1と2を比較すると焙焼温度が高いほど、硫黄、リン、ナトリウムが少なく、放電容量が高いことが分かった。これは、焙焼温度が高くなるのに伴って水溶性の化合物が形成される反応が促進されたため、硫黄、リン、ナトリウムを効率よく除去できたことによると考えられる。ただし、焙焼温度が高すぎると製造コストが高くなるため、1000℃以下が好ましい。
また、実施例1と3を比較すると水洗温度が高いほど、硫黄、ナトリウムが少なく、放電容量が高いことが分かった。これは、水洗温度が高くなるのに伴って硫黄、ナトリウムを形成する化合物の溶解度が増加したため、硫黄、ナトリウムを効率よく除去できたことによると考えられる。
実施例1と4を比較した結果、ニッケル中和沈殿物を焙焼する焙焼雰囲気を酸素雰囲気から大気雰囲気に変更しても特に問題ないことが分かった。
以上のように実施例1〜4から、硫黄、リン、ナトリウムを低減することで高い容量を有する正極が得られることが分かった。リンや硫黄などの不純物は、微量であれば含有していても放電容量の低下を起こすことなく、逆に正極と電解液との副反応の抑制などプラスの効果も期待できる。
Furthermore, when Examples 1 and 2 were compared, it was found that the higher the roasting temperature, the less sulfur, phosphorus and sodium, and the higher the discharge capacity. This is considered to be because sulfur, phosphorus, and sodium were efficiently removed because the reaction of forming a water-soluble compound was promoted as the roasting temperature increased. However, if the roasting temperature is too high, the production cost increases, and therefore, 1000 ° C. or less is preferable.
Moreover, when Example 1 and 3 were compared, it turned out that there are few sulfur and sodium, and discharge capacity is so high that the washing temperature is high. This is considered to be because sulfur and sodium were efficiently removed because the solubility of the compounds that form sulfur and sodium increased as the washing temperature increased.
As a result of comparing Examples 1 and 4, it was found that there was no particular problem even if the roasting atmosphere for roasting the nickel neutralized precipitate was changed from an oxygen atmosphere to an air atmosphere.
As described above, from Examples 1 to 4, it was found that a positive electrode having a high capacity can be obtained by reducing sulfur, phosphorus, and sodium. Even if impurities such as phosphorus and sulfur are contained in a trace amount, a positive effect such as suppression of a side reaction between the positive electrode and the electrolyte can be expected without causing a decrease in discharge capacity.

これに対し、比較例1〜4は、リチウム複合化合物の組成は本発明の要件を満たしていたものの、ニッケル中和沈殿物を焙焼しなかったり、水洗しなかったり、焙焼を行った場合でも適切な条件としなかった。そのため、比較例1〜4は、硫黄、リン、ナトリウムのうちの少なくとも一つが多く含まれていた。そして、これが原因で放電容量が低くなった。   On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, although the composition of the lithium composite compound satisfied the requirements of the present invention, the nickel neutralized precipitate was not roasted, washed with water, or roasted However, it was not set as an appropriate condition. Therefore, Comparative Examples 1 to 4 contained a large amount of at least one of sulfur, phosphorus, and sodium. And this caused the discharge capacity to be low.

具体的には、比較例1、3は、水洗工程S12を行っていないため、ニッケル組成物中及び正極活物質中における硫黄、リン、ナトリウムの量が比較的高い値となった。
また、比較例2は、焙焼工程S11を行っていないため、ニッケル組成物中及び正極活物質中における硫黄、リンの量が比較的高い値となった。
比較例4〜9は、焙焼工程S11及び水洗工程S12を行っているものの、焙焼温度が900℃未満であったため、水溶性の化合物の形成が十分に進まず、ニッケル組成物中硫黄、リンを同時に十分低減させることができなかった。そして、比較例4〜9は、ニッケル中和沈殿物に含まれていた硫黄、リンを多量に残存したまま焼成したため、正極活物質中に硫酸リチウム(LiSO)、リン酸リチウム(LiPO)等の異相を生じ、電気化学的活性を示さない結晶領域が多くなったと考えられる。
その結果、比較例1〜9はいずれも正極の放電容量が低いという結果となったと考えられる。
Specifically, in Comparative Examples 1 and 3, since the water washing step S12 was not performed, the amounts of sulfur, phosphorus, and sodium in the nickel composition and the positive electrode active material were relatively high.
In Comparative Example 2, since the roasting step S11 was not performed, the amounts of sulfur and phosphorus in the nickel composition and the positive electrode active material were relatively high.
Although Comparative Examples 4-9 performed the baking process S11 and the water washing process S12, since the baking temperature was less than 900 degreeC, formation of a water-soluble compound did not fully advance, sulfur in nickel composition, Phosphorus could not be reduced sufficiently at the same time. Since Comparative Examples 4 to 9 were fired while a large amount of sulfur and phosphorus contained in the nickel neutralized precipitate remained, lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) and other heterogeneous phases are considered, and it is considered that the number of crystal regions not showing electrochemical activity increased.
As a result, it is considered that all of Comparative Examples 1 to 9 resulted in a low positive electrode discharge capacity.

以上のことから、ニッケル中和沈殿物に不純物として含まれている不純物を効果的に低減するためには、焙焼工程S11と水洗工程S12の両方が必須であることが分かった。   From the above, it was found that both the roasting step S11 and the water washing step S12 are essential in order to effectively reduce impurities contained as impurities in the nickel neutralized precipitate.

100 リチウムイオン二次電池
101 電池缶
102 電池蓋
103 正極リード片
104 負極リード片
105 絶縁板
106 シール材
110 捲回電極群
111 正極
111a 正極集電体
111b 正極合剤層
112 負極
112a 負極集電体
112b 負極合剤層
113 セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Lithium ion secondary battery 101 Battery can 102 Battery cover 103 Positive electrode lead piece 104 Negative electrode lead piece 105 Insulating plate 106 Sealing material 110 Winding electrode group 111 Positive electrode 111a Positive electrode collector 111b Positive electrode mixture layer 112 Negative electrode 112a Negative electrode collector 112b Negative electrode mixture layer 113 Separator

Claims (7)

リチウムを含む化合物と、ニッケルを含む組成物と、を混合する混合工程と、
前記混合工程で得られた混合物を酸化性雰囲気下で焼成してリチウム複合化合物を得る焼成工程と、を有し、
前記ニッケルを含む組成物は、無電解ニッケルめっき液の廃液から中和処理により回収された中和沈殿物を900℃以上1000℃以下で焙焼する焙焼工程と、前記焙焼工程で得られた焙焼物を水洗する水洗工程と、を経て得た組成物であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
A mixing step of mixing a compound containing lithium and a composition containing nickel;
Firing the mixture obtained in the mixing step in an oxidizing atmosphere to obtain a lithium composite compound, and
The composition containing nickel is obtained by a roasting step of roasting a neutralized precipitate recovered from a waste solution of an electroless nickel plating solution by a neutralization process at 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, and the roasting step. A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein the composition is obtained through a water washing step of washing the roasted product.
前記ニッケルを含む組成物は、ニッケルに対する硫黄の濃度が0.2質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。   2. The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the composition containing nickel has a sulfur concentration relative to nickel of 0.2 mass% or less. 前記ニッケルを含む組成物は、ニッケルに対するリンの濃度が1.0質量%以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。   3. The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the composition containing nickel has a phosphorus concentration with respect to nickel of 1.0% by mass or less. 前記リチウム複合化合物は、下記式(1)で表され、
前記混合工程は、前記リチウムを含む化合物と、前記ニッケルを含む組成物と、さらに、下記式(1)中のリチウム及びニッケル以外の金属元素を含む化合物と、を混合する工程であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
Li1+aNiMnCo2+α ・・・(1)
[但し、式(1)中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Mo及びNbからなる群より選択される一種以上の元素であり、a、b、c、d、e及びαは、−0.1≦a≦0.2、0.7<b≦1.0、0≦c<0.3、0≦d<0.3、0≦e≦0.3、b+c+d+e=1、−0.2≦α≦0.2を満たす数である。]
The lithium composite compound is represented by the following formula (1):
The mixing step is a step of mixing the compound containing lithium, the composition containing nickel, and a compound containing a metal element other than lithium and nickel in the following formula (1). The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries as described in any one of Claim 1 thru | or 3.
Li 1 + a Ni b Mn c Co d M e O 2 + α ··· (1)
[In the formula (1), M is one or more elements selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Zr, Mo and Nb, and a, b, c, d, e and α are: −0.1 ≦ a ≦ 0.2, 0.7 <b ≦ 1.0, 0 ≦ c <0.3, 0 ≦ d <0.3, 0 ≦ e ≦ 0.3, b + c + d + e = 1, − It is a number that satisfies 0.2 ≦ α ≦ 0.2. ]
前記焙焼工程における焙焼を酸化性雰囲気で行うことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the roasting in the roasting step is performed in an oxidizing atmosphere. 下記式(1)で表されるリチウム複合酸化物と、リンを含む化合物と、を含み、
正極活物質中のニッケルに対するリンの濃度が0.01質量%以上、且つ、1.0質量%以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質。
Li1+aNiMnCo2+α ・・・(1)
[但し、式(1)中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Mo及びNbからなる群より選択される一種以上の元素であり、a、b、c、d、e及びαは、−0.1≦a≦0.2、0.7<b≦1.0、0≦c<0.3、0≦d<0.3、0≦e≦0.3、b+c+d+e=1、−0.2≦α≦0.2を満たす数である。]
A lithium composite oxide represented by the following formula (1) and a compound containing phosphorus,
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein a concentration of phosphorus with respect to nickel in the positive electrode active material is 0.01% by mass or more and 1.0% by mass or less.
Li 1 + a Ni b Mn c Co d M e O 2 + α ··· (1)
[In the formula (1), M is one or more elements selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Zr, Mo and Nb, and a, b, c, d, e and α are: −0.1 ≦ a ≦ 0.2, 0.7 <b ≦ 1.0, 0 ≦ c <0.3, 0 ≦ d <0.3, 0 ≦ e ≦ 0.3, b + c + d + e = 1, − It is a number that satisfies 0.2 ≦ α ≦ 0.2. ]
硫黄を含む化合物を含み、前記正極活物質中のニッケルに対する硫黄の濃度が0.01質量%以上、且つ、0.2質量%以下であることを特徴とする請求項6に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。   The lithium ion secondary battery according to claim 6, comprising a compound containing sulfur, wherein the concentration of sulfur with respect to nickel in the positive electrode active material is 0.01 mass% or more and 0.2 mass% or less. Positive electrode active material for secondary battery.
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