JP2020050562A - Metal composite hydroxide and method for producing the same, positive electrode active material for lithium ion secondary battery, method for producing the same, and lithium ion secondary battery using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】高出力な二次電池を構成し、高いタップ密度の正極活物質と前駆体である複合水酸化物の提供。【解決手段】ニッケル、マンガン、タングステンと、任意にコバルト、元素Mを含む金属複合水酸化物10の製造方法であり、反応槽に金属元素を含む第1の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を供給し、反応液のpHを調整して第1の金属複合水酸化物粒子を得る第1の晶析工程と、第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応液に、金属元素と、第1の原料水溶液よりタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を供給し、反応液のpHを調整して第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層3を形成して、第2の金属複合水酸化物粒子を得る第2の晶析工程を備え、得られる金属複合水酸化物は、タップ密度が1.7g/cm3以上2.3g/cm3以下、複数の一次粒子が凝集した中実構造の二次粒子を含む。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode active material having a high tap density and a composite hydroxide which is a precursor, which constitutes a high output secondary battery. A method for producing a metal composite hydroxide 10 containing nickel, manganese, tungsten, optionally cobalt, and an element M, wherein a reaction vessel is provided with a first raw material aqueous solution containing a metal element and an ammonium ion supplier. The first crystallization step of supplying and adjusting the pH of the reaction solution to obtain the first metal composite hydroxide particles, the reaction solution containing the first metal composite hydroxide particles, A second raw material aqueous solution containing more tungsten than the first raw material aqueous solution and an ammonium ion supplier are supplied to adjust the pH of the reaction solution to form a tungsten concentrated layer 3 on the surface of the first metal composite hydroxide particles. Then, a second crystallization step of obtaining second metal composite hydroxide particles is provided, and the obtained metal composite hydroxide has a tap density of 1.7 g / cm 3 or more and 2.3 g / cm 3 or less, Solid structure with primary particles agglomerated Including the secondary particles. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、金属複合水酸化物とその製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質とその製造方法、及び、それを用いたリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a metal composite hydroxide and a method for producing the same, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery and a method for producing the same, and a lithium ion secondary battery using the same.
近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量なリチウムイオン二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電池式電気自動車などの車両駆動用電源として、高出力の二次電池の開発が強く望まれている。 2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, development of small and lightweight lithium ion secondary batteries having high energy density has been strongly desired. Further, there is a strong demand for the development of a high-output secondary battery as a power source for driving vehicles such as hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and battery-powered electric vehicles.
このような要求を満たす二次電池として、リチウムイオン二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、負極、正極、電解質などで構成され、その負極および正極の材料として用いられる活物質には、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が使用される。 As a secondary battery satisfying such a demand, there is a lithium ion secondary battery which is a kind of lithium ion secondary battery. A lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolyte, and the like, and a material capable of removing and inserting lithium is used as an active material used as a material of the negative electrode and the positive electrode.
リチウムイオン二次電池のうち、層状またはスピネル型のリチウム金属複合酸化物を正極活物質に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の電圧が得られるため、高エネルギー密度を有する電池として、現在、研究開発が盛んに行われており、一部では実用化も進んでいる。 Among the lithium ion secondary batteries, lithium ion secondary batteries using a layered or spinel-type lithium metal composite oxide as a positive electrode active material can achieve a voltage of 4V class, and are currently regarded as batteries having a high energy density. Research and development are being actively conducted, and some of them are being put to practical use.
このようなリチウムイオン二次電池の正極活物質として、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)や、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5O2)などのリチウム金属複合酸化物が提案されている。 As a positive electrode active material of such a lithium ion secondary battery, a lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) which is relatively easy to synthesize, a lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel which is cheaper than cobalt, Lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), lithium manganese composite oxide using manganese (LiMn 2 O 4 ), lithium nickel manganese composite oxide (LiNi 0. 5 Mn 0.5 O 2 ) has been proposed.
ところで、リチウムイオン二次電池の出力特性をより向上させるため、正極活物質の比表面積を大きくする方法が一般的に知られている。正極活物質の比表面積を大きくした場合、正極活物質を二次電池に組み込んだ際に電解液との反応面積を十分に確保することができる。そこで、正極活物質の粒子構造を制御することにより、出力特性を向上させる技術がいくつか提案されている。 By the way, in order to further improve the output characteristics of the lithium ion secondary battery, a method of increasing the specific surface area of the positive electrode active material is generally known. When the specific surface area of the positive electrode active material is increased, a sufficient reaction area with the electrolytic solution can be secured when the positive electrode active material is incorporated in a secondary battery. Therefore, several techniques have been proposed for improving the output characteristics by controlling the particle structure of the positive electrode active material.
例えば、特許文献1〜3では、二段階に分けて行う晶析工程により得られた複合水酸化物を前駆体として、正極活物質を製造する方法が提案されている。これらの特許文献に記載される正極活物質は、小粒径で粒度分布が狭く、粒子内部に中空構造又は空間部を有することにより、高い比表面積を有し、出力特性に優れるとされている。しかしながら、例えば、ハイブリット自動車などの車両駆動用電源としては、より高い出力特性を有する正極活物質が要求されている。 For example, Patent Documents 1 to 3 propose a method for producing a positive electrode active material using a composite hydroxide obtained by a crystallization step performed in two stages as a precursor. The positive electrode active materials described in these patent documents have a small particle size, a narrow particle size distribution, a hollow structure or a space inside the particles, thereby having a high specific surface area and excellent output characteristics. . However, for example, a positive electrode active material having higher output characteristics is required as a power source for driving a vehicle such as a hybrid vehicle.
一方、より反応抵抗を低減して、より高い出力特性を有する正極活物質を実現する手段として、正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物への異種元素の添加が検討されている。このような異種元素として、例えば、Mo、Nb、W、Taなどの高価数を取ることのできる遷移金属が提案されている。 On the other hand, as a means for realizing a positive electrode active material having higher output characteristics by further reducing the reaction resistance, the addition of a different element to a lithium metal composite oxide constituting the positive electrode active material is being studied. As such dissimilar elements, for example, transition metals such as Mo, Nb, W, and Ta which can take expensive numbers have been proposed.
例えば、特許文献4では、リチウムイオンの挿入・脱離が可能な機能を有するリチウム遷移金属系化合物を主成分とし、該主成分原料に、焼成時の粒成長や焼結を抑制する添加剤の少なくとも1種以上を、主成分原料中の遷移金属元素の合計モル量に対して0.01モル%以上、2モル%未満の割合で添加した後、焼成されて得られるリチウム遷移金属系化合物粉体が記載されている。また、上記添加剤が、Mo、W、Nb、Ta、及びReから選ばれる少なくとも一種以上の元素を含有する酸化物であり、一次粒子の表面部分のLi及び前記添加元素以外の金属元素の合計に対する該添加元素の合計の原子比が、粒子全体の該原子比の5倍以上であることが記載されている。 For example, in Patent Literature 4, a lithium transition metal-based compound having a function capable of inserting and removing lithium ions is used as a main component, and an additive that suppresses grain growth and sintering during firing is added to the main component material. Lithium transition metal compound powder obtained by adding at least one or more at a ratio of 0.01 mol% or more and less than 2 mol% with respect to the total molar amount of transition metal elements in the main component raw material, and then firing. The body has been described. Further, the additive is an oxide containing at least one element selected from Mo, W, Nb, Ta, and Re, and the total of Li and metal elements other than the additive element on the surface portion of the primary particles. It is described that the total atomic ratio of the additional element to the total particle is at least 5 times the atomic ratio of the whole particles.
また、特許文献5では、リチウム金属複合酸化物粉末に、特定割合のタングステン化合物を溶解させたアルカリ水溶液を添加して混合することにより、この粉末の一次粒子の表面にWを分散させる工程と、混合したタングステン化合物を溶解させたアルカリ水溶液とリチウム金属複合酸化物粉末を100〜700℃の範囲で熱処理することによりLi2WO4、Li4WO5、Li6W2O9のいずれかで表せられるタングステン酸リチウムを含む微粒子を、前記リチウム金属複合酸化物粉末の表面もしくは該粉末の一次粒子の表面に形成する製造方法が提案されている。 In Patent Document 5, a step of dispersing W on the surfaces of primary particles of a lithium metal composite oxide powder by adding and mixing an alkaline aqueous solution in which a specific proportion of a tungsten compound is dissolved, By heat-treating the mixed aqueous alkali solution and the lithium metal composite oxide powder in which the tungsten compound is dissolved in the range of 100 to 700 ° C., it can be represented by any of Li 2 WO 4 , Li 4 WO 5 , and Li 6 W 2 O 9. A production method has been proposed in which fine particles containing lithium tungstate are formed on the surface of the lithium metal composite oxide powder or the surface of primary particles of the powder.
また、特許文献6では、リチウム金属複合酸化物からなる正極活物質であって、一次粒子及び一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、電解液が浸透可能な空隙を二次粒子の表面近傍及び内部に有するとともに、リチウム金属複合酸化物の表面又は粒界にタングステンが濃縮されたリチウムを含む層厚が20nm以下の化合物層を有する正極活物質が提案されている。そして、該粉末を得るための好ましい方法としては複合水酸化物あるいは複合酸化物とリチウム化合物を混合する際にタングステン化合物を合わせて混合し、焼成することでリチウム金属複合酸化物を得ることができるが、当該方法ではタングステン化合物の粒径がマンガン複合水酸化物、あるいはマンガン複合水酸化物の平均粒径に対して1/5倍以下にすることが好ましいとされている。 Patent Literature 6 discloses a positive electrode active material including a lithium metal composite oxide, which includes primary particles and secondary particles formed by agglomeration of primary particles, and forms secondary particles through which a liquid electrolyte can penetrate. A positive electrode active material having a compound layer having a thickness of 20 nm or less containing lithium in which tungsten is concentrated is provided on the surface or at the grain boundary of the lithium metal composite oxide in the vicinity or inside of the surface of the lithium metal composite oxide. As a preferable method for obtaining the powder, a lithium metal composite oxide can be obtained by mixing and mixing the tungsten compound when mixing the composite hydroxide or the composite oxide and the lithium compound, and firing the mixture. However, in this method, it is said that the particle diameter of the tungsten compound is preferably 1/5 or less of the manganese composite hydroxide or the average particle diameter of the manganese composite hydroxide.
また、特許文献7では、晶析反応において、pH制御により核生成工程と粒子成長段階を分離して、複合水酸化物粒子を製造する工程と、得られた複合水酸化物粒子の表面にタングステンを含む被覆物を形成する被覆工程とを備えた遷移金属複合水酸化物の製造方法、及び、その水酸化物を前駆体として用いた正極活物質が提案されている。 Further, in Patent Document 7, in a crystallization reaction, a nucleation step and a particle growth step are separated by pH control to produce composite hydroxide particles, and tungsten is added to the surface of the obtained composite hydroxide particles. And a method for producing a transition metal composite hydroxide having a coating step of forming a coating containing: and a positive electrode active material using the hydroxide as a precursor.
また、特許文献8には、集電体の表面にLix1Nia1Mnb1Coc1O2で表される第一の正極活物質の層が付設され、前記第一の正極活物質の表面にLix2Nia2Mnb2Coc2MdO2(MはMo、W、及びNb)で表される第二の正極活物質の層が付設されたリチウム二次電池用正極が提案されている。 In Patent Document 8, a layer of a first positive electrode active material represented by Li x1 Ni a1 Mnb1 Co c1 O 2 is provided on the surface of the current collector, and the surface of the first positive electrode active material is provided on the surface of the first positive electrode active material. li x2 Ni a2 Mn b2 Co c2 M d O 2 (M is Mo, W, and Nb) second cathode active layer positive electrode attached to the lithium secondary battery of the substance represented by have been proposed.
また、特許文献9には、ニッケルコバルト複合水酸化物の製造方法であって、ニッケル、コバルト及びマンガンを含む溶液と、錯イオン形成剤と塩基性溶液と、を別々に且つ同時に一つの反応容器に供給することにより、ニッケルコバルト複合水酸化物粒子を得る第一晶析工程と、前記第一晶析工程後さらに、ニッケル、コバルト及びマンガンを含む溶液と、錯イオン形成剤と、塩基性溶液と、元素Mを含む溶液と、を別々に且つ同時に供給することにより、前記ニッケルコバルト複合水酸化物粒子にニッケル、コバルト、マンガン及び元素M(Al、Mg、Ca、Ti、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Cu、Si、Sn、Bi、Ga、Y、Sm、Er、Ce、Nd、La、Cd、Luからなる群より選択される少なくとも一種以上元素)を含む複合水酸化物粒子を晶析する第二晶析工程を含み、前記第一晶析工程において供給するニッケル、コバルト及びマンガンの合計のモルをMOL(1)、前記第二晶析工程において供給するニッケル、コバルト及びマンガンの合計のモルをMOL(2)としたとき、0.30≦MOL(1)/{MOL(1)+MOL(2)}<0.95である製造方法が提案されている。 Patent Document 9 discloses a method for producing a nickel-cobalt composite hydroxide, in which a solution containing nickel, cobalt and manganese, a complex ion-forming agent and a basic solution are separately and simultaneously placed in one reaction vessel. By supplying to the first crystallization step to obtain nickel-cobalt composite hydroxide particles, after the first crystallization step, further, a solution containing nickel, cobalt and manganese, a complex ion forming agent, a basic solution And a solution containing the element M are separately and simultaneously supplied, so that nickel, cobalt, manganese and the element M (Al, Mg, Ca, Ti, Zr, Nb, Ta) are added to the nickel-cobalt composite hydroxide particles. , Cr, Mo, W, Fe, Cu, Si, Sn, Bi, Ga, Y, Sm, Er, Ce, Nd, La, Cd, Lu, at least one selected from the group consisting of A second crystallization step of crystallizing the composite hydroxide particles containing the upper element), wherein the total mol of nickel, cobalt and manganese supplied in the first crystallization step is represented by MOL (1), the second crystal Where the total mole of nickel, cobalt and manganese supplied in the precipitation step is MOL (2), 0.30 ≦ MOL (1) / {MOL (1) + MOL (2)} <0.95 Has been proposed.
しかし、特許文献4に記載される方法では、Mo、Ta、Wなどの添加元素の一部が、結晶中において、層状に配置されているNiと置換してしまい、電池容量やサイクル特性などの電池特性が悪化してしまう問題があった。 However, in the method described in Patent Literature 4, some of the added elements such as Mo, Ta, and W substitute for Ni arranged in a layer in the crystal, and the battery capacity, cycle characteristics, and the like are reduced. There was a problem that the battery characteristics deteriorated.
また、特許文献5に記載の製造方法で作製されたリチウム金属複合酸化物は、出力特性が向上されるものの、粒子表面に形成されるタングステン微粒子の厚みが均一でない場合、サイクル特性が十分でないことがあった。 In addition, although the lithium metal composite oxide produced by the production method described in Patent Document 5 has improved output characteristics, when the thickness of the tungsten fine particles formed on the particle surface is not uniform, the cycle characteristics are not sufficient. was there.
また、特許文献6に記載の方法は、ナノオーダーのタングステン化合物を得るためにはタングステン化合物を一度粉砕する必要があるため工業的には適してはおらず、また、扱いが容易ではない。また、得られる微粒子の粒径に不均一が生じることで化合物層の厚さにはバラつきができるため、反応抵抗の低減が不十分であり出力特性の向上の効果は限定的である。また、該粉末を得るためにタングステンをマンガン複合水酸化物に添加元素として含有させることも記載されているが、当該方法ではタングステンが濃縮した化合物層をナノオーダーで形成させることは難しい。 Further, the method described in Patent Document 6 is not industrially suitable because it is necessary to grind the tungsten compound once in order to obtain a nano-order tungsten compound, and is not easy to handle. In addition, since the thickness of the compound layer can be varied due to the non-uniformity of the particle size of the obtained fine particles, the reduction of the reaction resistance is insufficient and the effect of improving the output characteristics is limited. It is also described that tungsten is contained as an additional element in a manganese composite hydroxide in order to obtain the powder, but it is difficult to form a tungsten-enriched compound layer on a nano-order by this method.
また、特許文献7に記載の方法は、タングステンを被覆させる工程が追加されるため、ステップ数が増加し、工業的には好ましくない。また、当該被覆工程においてpHを制御することでタングステンを析出させているが、制御するpHの変動により被覆層の厚さは均一ではないため、均一に被覆するのは困難である。また、不均一にタングステンが被覆された金属複合水酸化物とリチウムとを混合して得られたリチウム金属複合酸化物を用いた場合においては、被覆層が抵抗となり、かえって出力は低下する問題があった。 In addition, the method described in Patent Document 7 is not industrially preferable because the number of steps is increased because a step of coating tungsten is added. In addition, tungsten is deposited by controlling the pH in the coating step, but it is difficult to coat uniformly because the thickness of the coating layer is not uniform due to fluctuations in the pH to be controlled. In addition, in the case of using a lithium metal composite oxide obtained by mixing lithium and a metal composite hydroxide that is unevenly coated with tungsten, the coating layer becomes a resistance and the output is rather reduced. there were.
また、特許文献8に記載の方法で構成された正極活物質は、第一の正極活物質と第二の正極活物質とが異相であることから、二次電池に用いられた際、充放電反応時の構造変化に乖離があり、充放電を繰り返すうちにクラックが発生し、サイクル特性が悪化するという問題があった。 In addition, the positive electrode active material formed by the method described in Patent Literature 8 is charged and discharged when used in a secondary battery because the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are in different phases. There is a problem in that there is a deviation in the structural change during the reaction, and cracks occur during repeated charge / discharge, thus deteriorating the cycle characteristics.
また、特許文献9に記載の方法で得られた複合水酸化物及び正極活物質は、半径方向への深さの割合が5%以上50%未満に存在する第二層に、SEM―EDXのスペクトルによる元素Mのピークを有することが記載されており、正極活物質中、タングステンを含む元素Mが二次粒子の表層より内部に含まれるため、結晶性が低下して、二次電池に用いられた際、電池特性が低下する可能性がある。 In addition, the composite hydroxide and the positive electrode active material obtained by the method described in Patent Document 9 have SEM-EDX of SEM-EDX in the second layer in which the ratio of the depth in the radial direction is 5% or more and less than 50%. It is described that the element has a peak of the element M in the spectrum, and in the positive electrode active material, the element M containing tungsten is contained inside the surface layer of the secondary particles, so that the crystallinity is reduced and the element is used in a secondary battery. When this is done, the battery characteristics may be degraded.
本発明は係る問題点に鑑み、二次電池の正極に用いた場合、結晶性が高く、かつ、タップ密度が高い正極活物質であって、二次電池の正極に用いられた場合、正極抵抗(反応抵抗)が低減され、高い出力を得ることができる正極活物質、及び、その前駆体である金属複合水酸化物を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention is a positive electrode active material having a high crystallinity, and a high tap density when used for a positive electrode of a secondary battery, and has a positive electrode resistance when used for a positive electrode of a secondary battery. It is an object of the present invention to provide a positive electrode active material that can reduce (reaction resistance) and obtain a high output, and a metal composite hydroxide that is a precursor thereof.
本発明の第1の実施形態では、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示される金属複合水酸化物の製造方法であって、反応槽に金属元素を含む第1の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、反応槽内の反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、第1の金属複合水酸化物粒子を得る、第1の晶析工程と、第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、金属元素を含み、かつ、第1の原料水溶液よりもタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を形成して、第2の金属複合水酸化物粒子を得る、第2の晶析工程と、を備え、第2の晶析工程後に得られる金属複合水酸化物は、タップ密度が1.7g/cm3以上2.3g/cm3以下であり、かつ、複数の一次粒子が凝集してなる中実構造を有する二次粒子を含む、金属複合水酸化物の製造方法が提供される。 In the first embodiment of the present invention, nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and the element M are included, and the atomic ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: W: M = x: y: z: a: b (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is at least one element selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta) A method of producing a metal composite hydroxide, comprising: supplying a first raw material aqueous solution containing a metal element and an ammonium ion supplier to a reaction vessel, adjusting the pH of the reaction aqueous solution in the reaction vessel, A first crystallization step of obtaining first metal composite hydroxide particles by performing a crystallization reaction, and a first metal composite hydroxide A second aqueous solution containing a metal element and containing more tungsten than the first aqueous solution and an ammonium ion donor are supplied to the reaction aqueous solution containing the product particles, and the pH of the reaction aqueous solution is adjusted. Performing a crystallization reaction to form a tungsten-enriched layer on the surfaces of the first metal composite hydroxide particles, thereby obtaining second metal composite hydroxide particles. The metal composite hydroxide obtained after the second crystallization step has a tap density of 1.7 g / cm 3 or more and 2.3 g / cm 3 or less and a plurality of primary particles aggregated. A method for producing a metal composite hydroxide, including secondary particles having an actual structure, is provided.
また、第1の晶析工程は、核生成を行う核生成工程と、粒子成長を行う粒子成長工程と、を備え、第2の晶析工程は、粒子成長工程に引き続き、粒子成長を行うことを含み、第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程は、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気で行い、第1の晶析工程、及び、第2の晶析工程における粒子成長は、反応水溶液のpHを、核生成工程における反応水溶液のpH値より低くなるように調整することが好ましい。 Further, the first crystallization step includes a nucleation step of performing nucleation and a particle growth step of performing particle growth, and the second crystallization step includes performing the particle growth following the particle growth step. The first crystallization step and the second crystallization step are performed in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less, and the first crystallization step and the second crystallization step It is preferable to adjust the pH of the reaction aqueous solution to be lower than the pH value of the reaction aqueous solution in the nucleation step.
また、第1の原料水溶液中の金属元素を、第1の晶析工程及び第2の晶析工程において添加される全金属量に対して、50質量%以上95質量%以下の範囲で反応槽へ供給した後、第2の晶析工程における第2の原料水溶液の供給を行うことが好ましい。また、第2の晶析工程は、タングステン濃縮層を、第2の金属複合水酸化物の表面から中心部に向かう方向において、厚さを100nm以下となるように形成することを含むことが好ましい。また、第2の晶析工程における第2の原料水溶液の添加は、第1及び第2の晶析工程において、粒子成長が行われる時間全体に対して、50%以上95%以下経過した時点で行うことが好ましい。また、第2の原料水溶液の供給は、第1の原料水溶液と、タングステンを含む水溶液とを別々に反応水溶液に供給して行うことが好ましい。また、タングステンを含む水溶液中のタングステン濃度は、タングステンを含む水溶液の全体に対して、18質量%以上であることが好ましい。 Further, the metal element in the first raw material aqueous solution is added to the reaction tank in a range of 50% by mass or more and 95% by mass or less based on the total amount of metal added in the first crystallization step and the second crystallization step. After the supply, the second raw material aqueous solution in the second crystallization step is preferably supplied. Preferably, the second crystallization step includes forming the tungsten-enriched layer to have a thickness of 100 nm or less in a direction from the surface of the second metal composite hydroxide toward the center. . Further, the addition of the second raw material aqueous solution in the second crystallization step is performed at a time point when 50% or more and 95% or less with respect to the entire time during which the particle growth is performed in the first and second crystallization steps. It is preferred to do so. Further, it is preferable that the supply of the second raw material aqueous solution is performed by separately supplying the first raw material aqueous solution and the aqueous solution containing tungsten to the reaction aqueous solution. The concentration of tungsten in the aqueous solution containing tungsten is preferably 18% by mass or more based on the whole aqueous solution containing tungsten.
本発明の第2の実施形態では、ニッケル、マンガン、及び、タングステン、並びに、任意にコバルト、及び、元素Mを含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示される金属複合水酸化物であって、表層にタングステン濃縮層を有し、かつ、タップ密度が1.7g/cm3以下2.3g/cm3以上であり、かつ、複数の一次粒子が凝集してなる中実構造を有する二次粒子を含む、金属複合水酸化物が提供される。 In the second embodiment of the present invention, nickel, manganese, and tungsten, and optionally, cobalt and the element M are contained, and the atomic ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: W. : M = x: y: z: a: b (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0 .1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta) A metal composite hydroxide having a tungsten concentration layer on a surface layer, a tap density of 1.7 g / cm 3 or less and 2.3 g / cm 3 or more, and a plurality of primary particles aggregated. The present invention provides a metal composite hydroxide containing secondary particles having a solid structure.
また、タングステン濃縮層の平均厚みが100nm以下であることが好ましい。また、複合水酸化物の平均粒径が4.0μm以上9.0μm以下であり、かつ、粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/MV]が0.65以下であることが好ましい。 The average thickness of the tungsten concentration layer is preferably 100 nm or less. Further, the average particle size of the composite hydroxide is 4.0 μm or more and 9.0 μm or less, and [(d90−d10) / MV], which is an index indicating the spread of the particle size distribution, is 0.65 or less. Is preferred.
本発明の第3の実施形態では、上記の製造方法により得られる金属複合水酸化物、及び、金属複合水酸化物を熱処理して得られる金属複合酸化物の少なくとも一方と、リチウム化合物とを混合してリチウム混合物を得る工程と、リチウム混合物を焼成して、リチウム金属複合酸化物を得る工程と、を備える、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法が提供される。 In the third embodiment of the present invention, a lithium compound is mixed with at least one of a metal composite hydroxide obtained by the above manufacturing method and a metal composite oxide obtained by heat-treating the metal composite hydroxide. A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising the steps of: obtaining a lithium mixture by firing the mixture; and firing the lithium mixture to obtain a lithium metal composite oxide.
また、リチウム金属複合酸化物の粒子同士の凝集の程度を示す指標である(正極活物質のd50/金属複合水酸化物のd50)の値が、0.95以上1.05以下となるように調整することが好ましい。 Also, the value of (d50 of the positive electrode active material / d50 of the metal composite hydroxide), which is an index indicating the degree of aggregation of the particles of the lithium metal composite oxide, is 0.95 or more and 1.05 or less. Adjustment is preferred.
本発明の第4の実施形態では、リチウム、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、それぞれの金属元素の原子数比が、Li:Ni:Co:Mn:W:M=1+u:x:y:z:a:b(x+y+z=1、−0.05≦u≦0.50、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で表されるリチウム金属複合酸化物を含有し、リチウム金属複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集してなる中実構造を有する二次粒子を含み、二次粒子の表面又は内部に存在する一次粒子の表層、及び、一次粒子間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物が濃縮されて存在し、タップ密度が1.8g/cm3以下2.4g/cm3以上であり、かつ、BET比表面積が0.6m2/g以上1.2m2/g以下である、リチウムイオン二次電池用正極活物質が提供される。 In the fourth embodiment of the present invention, lithium, nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and the element M are included, and the atomic ratio of each metal element is Li: Ni: Co: Mn: W: M = 1 + u: x: y: z: a: b (x + y + z = 1, −0.05 ≦ u ≦ 0.50, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0 .55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, And at least one element selected from Ta), wherein the lithium metal composite oxide is a secondary particle having a solid structure in which a plurality of primary particles are aggregated. Containing, the surface layer of the primary particles present on the surface or inside of the secondary particles, and at the grain boundaries between the primary particles, tungsten Exist compounds containing finely lithium is concentrated, and the tap density of 1.8 g / cm 3 or less 2.4 g / cm 3 or more and, BET specific surface area of 0.6 m 2 / g or more 1.2 m 2 / g or less of the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.
また、粉末X線回折測定によって得られた(003)面の結晶子径が120nm以上であることが好ましい。 Further, it is preferable that the crystallite diameter of the (003) plane obtained by powder X-ray diffraction measurement is 120 nm or more.
本発明の第5の実施形態では、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備え、正極の正極材料として、上記のリチウムイオン二次電池用正極活物質が用いられる、リチウムイオン二次電池が提供される。 In a fifth embodiment of the present invention, a lithium ion secondary battery comprising the above-mentioned positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, A secondary battery is provided.
本発明によれば、結晶性が高く、かつ、タップ密度が高い正極活物質であって、二次電池の正極に用いられた場合、正極抵抗(反応抵抗)が低減され、高い出力を得ることができる正極活物質、及び、その前駆体である金属複合水酸化物を提供することができる。また、本発明によれば、このような正極活物質を含む二次電池を提供することができる。さらに、本発明によれば、このような正極活物質および金属複合水酸化物を、工業規模で、容易に製造可能な方法を提供することができる。このため、本発明の工業的意義はきわめて大きい。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, when a positive electrode active material having high crystallinity and a high tap density is used for a positive electrode of a secondary battery, the positive electrode resistance (reaction resistance) is reduced and a high output is obtained. And a metal composite hydroxide that is a precursor thereof. Further, according to the present invention, a secondary battery including such a positive electrode active material can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method capable of easily producing such a positive electrode active material and a metal composite hydroxide on an industrial scale. Therefore, the industrial significance of the present invention is extremely large.
以下、図面を参照して、実施形態に係る金属複合水酸化物とその製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質とその製造方法、及び、リチウムイオン二次電池について説明する。なお、本発明は以下説明する実施形態に限定されるものではない。また、図面においては、各構成をわかりやすくするために、一部を強調して、あるいは一部を簡略化して表しており、実際の構造または形状、縮尺等が異なっている場合がある。 Hereinafter, a metal composite hydroxide and a method for manufacturing the same, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery and a method for manufacturing the same, and a lithium ion secondary battery according to the embodiment will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below. In the drawings, some components are emphasized or some components are simplified for easy understanding, and actual structures, shapes, scales, and the like may be different.
1.金属複合水酸化物
図1(A)及び図1(B)は、本実施形態に係る金属複合水酸化物の一例を示す模式図であり、図1(C)は、中実構造を有する金属複合水酸化物を示す断面SEM画像の一例である。図1(A)に示すように、金属複合水酸化物10は、複数の一次粒子1が凝集して形成された二次粒子2を含む。二次粒子2を構成する一次粒子1の形状は、特に限定されないが、例えば、板状、針状などの形状であってもよく、これらよりも小さな微細一次粒子であってもよい。また、二次粒子2の粒子構造は、特に限定されず、二次粒子2の内部に空隙が殆ど見られない中実構造、二次粒子2の中央部に中空部を有する中空構造、二次粒子2の内部に複数の空隙を有する空隙構造、二次粒子2の内部に層状の空隙を有する多層構造などを有することができるが、これらの中でも、得られる正極活物質が、より高い粒子強度と、高いタップ密度とを有するという観点から、中実構造であることが好ましい。
1. Metal composite hydroxide FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams showing an example of a metal composite hydroxide according to the present embodiment, and FIG. 1C shows a metal having a solid structure. It is an example of a cross-sectional SEM image showing a composite hydroxide. As shown in FIG. 1A, the metal composite hydroxide 10 includes secondary particles 2 formed by aggregating a plurality of primary particles 1. The shape of the primary particles 1 constituting the secondary particles 2 is not particularly limited, but may be, for example, a plate-like or needle-like shape, or may be fine primary particles smaller than these. Further, the particle structure of the secondary particles 2 is not particularly limited, and includes a solid structure in which almost no voids are found inside the secondary particles 2, a hollow structure having a hollow portion in the center of the secondary particles 2, and a secondary structure. The particles 2 may have a void structure having a plurality of voids inside the particles 2, a multilayer structure having a layered void inside the secondary particles 2, and among them, the obtained positive electrode active material has a higher particle strength. And a high tap density, a solid structure is preferable.
本明細書において、二次粒子2が中実構造を有するとは、複数の一次粒子1が二次粒子2の内部全体に比較的に均一かつ密に分布し、二次粒子2の内部に、明確な一又は複数の中空部(例、二次粒子2の断面積の10%以上を占める)が存在しない構造を有することをいう(図1(C)参照)。また、金属複合水酸化物10が中実構造を有する場合、金属複合水酸化物10の空隙率(二次粒子2の断面積に対する二次粒子2の内部の空隙面積)は、例えば20%以下であり、好ましくは10%以下である。 In the present specification, the phrase “the secondary particles 2 have a solid structure” means that the plurality of primary particles 1 are relatively uniformly and densely distributed throughout the inside of the secondary particles 2, It means having a structure in which one or a plurality of clear hollow portions (eg, occupying 10% or more of the cross-sectional area of the secondary particles 2) does not exist (see FIG. 1C). When the metal composite hydroxide 10 has a solid structure, the porosity of the metal composite hydroxide 10 (the void area inside the secondary particles 2 with respect to the cross-sectional area of the secondary particles 2) is, for example, 20% or less. And preferably 10% or less.
なお、金属複合水酸化物10は、二次粒子2のみから構成されてもよく、二次粒子2と単独の一次粒子1とから構成されてもよい。 The metal composite hydroxide 10 may be composed of only the secondary particles 2 or may be composed of the secondary particles 2 and the single primary particles 1.
(タングステン濃縮層)
金属複合水酸化物10(二次粒子2)は、図1(B)に示すように、その表層にタングステンが濃縮したタングステン濃縮層3を有する。タングステン濃縮層3は、金属複合水酸化物10の表面に形成され、二次粒子2の内部よりもタングステンが濃縮されて存在する層状の領域をいう。タングステン濃縮層3が形成された金属複合水酸化物10を前駆体として用いた正極活物質は、結晶性が高く、かつ、正極抵抗(反応抵抗)が低減され、この正極活物質を用いた二次電池は、高い出力を得ることができる。タングステン濃縮層3は、例えば、図8に示すように、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いた面分析で、W分布を検出することにより確認できる。なお、図1(B)では、一次粒子1は、図示していない。
(Tungsten concentrated layer)
As shown in FIG. 1B, the metal composite hydroxide 10 (secondary particles 2) has a tungsten-enriched layer 3 in which tungsten is concentrated on its surface. The tungsten concentration layer 3 is a layered region formed on the surface of the metal composite hydroxide 10 and in which tungsten is more concentrated than the inside of the secondary particles 2 and exists. The positive electrode active material using the metal composite hydroxide 10 on which the tungsten enriched layer 3 is formed as a precursor has high crystallinity and reduced positive electrode resistance (reaction resistance). The secondary battery can obtain high output. For example, as shown in FIG. 8, the tungsten concentration layer 3 can be confirmed by detecting the W distribution by surface analysis using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX). In FIG. 1B, the primary particles 1 are not shown.
タングステン濃縮層3は、後述するように、金属複合水酸化物10(前駆体)とリチウム化合物とを混合し、焼成する工程(図6参照)により、タングステン及びリチウムを含む化合物23(例えば、タングステン酸リチウムなど)を形成する(図5参照)。 As will be described later, the tungsten-enriched layer 3 is formed by mixing the metal composite hydroxide 10 (precursor) and a lithium compound and firing the mixture (see FIG. 6) to form a compound 23 containing tungsten and lithium (for example, tungsten). (Eg, lithium oxide) (see FIG. 5).
例えば、図5(A)及び図5(B)に示すように、リチウム金属複合酸化物20(正極活物質)において、タングステン及びリチウムを含む化合物23は、一次粒子21の表層、又は、一次粒子21間の粒界に形成される。タングステン及びリチウムを含む化合物23は、イオン伝導度が高いため、リチウム金属複合酸化物20(正極活物質)が二次電池の正極に用いられた場合、電解液と接触する一次粒子21の表層、又は、一次粒子21間の粒界にタングステン及びリチウムを含む化合物23が存在することにより、正極活物質の正極抵抗を低減させて、二次電池における出力特性の向上に大きく寄与することができる。 For example, as shown in FIGS. 5A and 5B, in the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material), the compound 23 containing tungsten and lithium is formed on the surface of the primary particles 21 or the primary particles. 21 are formed at the grain boundaries. Since the compound 23 containing tungsten and lithium has high ionic conductivity, when the lithium metal composite oxide 20 (the positive electrode active material) is used for the positive electrode of the secondary battery, the surface layer of the primary particles 21 that comes into contact with the electrolyte, Alternatively, the presence of the compound 23 containing tungsten and lithium at the grain boundaries between the primary particles 21 can reduce the positive electrode resistance of the positive electrode active material and greatly contribute to improving the output characteristics of the secondary battery.
なお、従来の金属複合水酸化物の製造方法を用いた場合、金属複合水酸化物10(前駆体)に含有されるタングステンが、焼成時に、二次粒子2内部の焼結を抑制することがあった。そのため、従来のタングステンを含む前駆体は、得られる正極活物質中のタングステンが正極抵抗の低減に寄与する一方で、正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物の結晶性が低下するといった背反する問題を有していた。よって、従来の製造方法を用いて得られたタングステンを含む正極活物質において、二次電池における高い出力特性と、高い結晶性とを実現することは困難であった。しかし、本実施形態に係る金属複合水酸化物10は、表層にタングステン濃縮層3を形成するため、焼成の際、二次粒子2の内部においてタングステンの焼結を抑制する影響は殆ど発生することなく、正極抵抗を低減させ、かつ、得られるリチウム金属複合酸化物20の結晶性を高めることができる。 In addition, when the conventional method for producing a metal composite hydroxide is used, tungsten contained in the metal composite hydroxide 10 (precursor) can suppress sintering inside the secondary particles 2 during firing. there were. Therefore, the conventional tungsten-containing precursor contradicts that while the tungsten in the obtained positive electrode active material contributes to the reduction of the positive electrode resistance, the crystallinity of the lithium metal composite oxide constituting the positive electrode active material decreases. Had a problem. Therefore, it has been difficult to achieve high output characteristics and high crystallinity in a secondary battery in a positive electrode active material containing tungsten obtained by using a conventional manufacturing method. However, since the metal composite hydroxide 10 according to the present embodiment forms the tungsten enriched layer 3 on the surface layer, almost no influence occurs on the sintering of the tungsten inside the secondary particles 2 during firing. In addition, the positive electrode resistance can be reduced, and the crystallinity of the obtained lithium metal composite oxide 20 can be increased.
タングステン濃縮層3の平均厚さは、金属複合水酸化物10の表面から中心部に向かう方向において、例えば、200nm以下とすることができ、好ましくは100nm以下であり、より好ましくは10nm以上100nm以下であり、さらに好ましくは20nm以上50nm以下である。タングステン濃縮層3の厚さが100nm以下である場合、リチウム金属複合酸化物20の結晶性をより高くすることができ、かつ、リチウム金属複合酸化物20を二次電池の正極に用いた場合、より正極抵抗を低減し、出力特性を向上させることができる。 The average thickness of the tungsten concentrated layer 3 can be, for example, 200 nm or less, preferably 100 nm or less, more preferably 10 nm or more and 100 nm or less in the direction from the surface of the metal composite hydroxide 10 toward the center. And more preferably 20 nm or more and 50 nm or less. When the thickness of the tungsten concentration layer 3 is 100 nm or less, the crystallinity of the lithium metal composite oxide 20 can be made higher, and when the lithium metal composite oxide 20 is used for a positive electrode of a secondary battery, Positive electrode resistance can be further reduced, and output characteristics can be improved.
なお、タングステン濃縮層3の平均厚さは、金属複合水酸化物10を樹脂などに埋め込んだものを切断して、二次粒子2断面の試料を作製し、EDXを用いたWの分布の面分析を行って測定する。具体的には、二次粒子2断面の試料において、レーザ光回折散乱式粒度分析計を用いて測定された体積平均粒径(MV)の80%以上となる二次粒子2断面を無作為に20個選択して、選択したそれぞれの二次粒子2において、金属複合水酸化物10の表面から中心部Cに向かう方向において、Wが濃く検出される部位(タングステン濃縮層3)の厚さ(幅)を5箇所以上で測定して、それぞれの二次粒子2における、タングステン濃縮層3の厚さの平均を求める。そして、選択した20個の二次粒子2のそれぞれの厚さの平均値を算出することにより、タングステン濃縮層3の平均厚さを得ることができる。 The average thickness of the tungsten enriched layer 3 is determined by cutting a sample in which the metal composite hydroxide 10 is embedded in a resin or the like to prepare a sample of the cross section of the secondary particles 2, and measuring the distribution of W using EDX. Perform analysis and measure. Specifically, in the sample of the secondary particle 2 cross section, the secondary particle 2 cross section that is 80% or more of the volume average particle diameter (MV) measured using a laser beam diffraction scattering particle size analyzer is randomly generated. In each of the selected 20 secondary particles 2, the thickness of the portion (tungsten-enriched layer 3) where W is detected to be dense in the direction from the surface of the metal composite hydroxide 10 toward the center C is selected. Width) is measured at five or more locations, and the average of the thickness of the tungsten concentrated layer 3 in each of the secondary particles 2 is determined. Then, by calculating the average value of the thickness of each of the selected 20 secondary particles 2, the average thickness of the tungsten-enriched layer 3 can be obtained.
タングステン濃縮層3の平均厚さが100nmを超える場合、焼成の際に、タングステンによる焼結抑制の効果が大きくなり、一次粒子21の成長が阻害されることがある。よって、得られるリチウム金属複合酸化物20は、結晶子径の小さい一次粒子が多数形成され、結晶粒界が多く発生するため、正極における反応抵抗が増加することがある。また、一次粒子21の成長が抑制されることに伴い、リチウム金属複合酸化物20の結晶性が低下することがある。 If the average thickness of the tungsten-concentrated layer 3 exceeds 100 nm, the effect of suppressing sintering by tungsten during firing is increased, and the growth of the primary particles 21 may be hindered. Therefore, in the obtained lithium metal composite oxide 20, a large number of primary particles having a small crystallite diameter are formed, and many crystal grain boundaries are generated, so that the reaction resistance in the positive electrode may increase. Further, as the growth of the primary particles 21 is suppressed, the crystallinity of the lithium metal composite oxide 20 may decrease.
一方、タングステン濃縮層3の平均厚さが10nm未満である場合、比表面積が高くなり、焼成時に金属複合水酸化物10同士が容易に凝集するため、得られる正極活物質の充填密度が低下して、容積(体積)当りの電池容量が低下することがある。また、リチウム金属複合酸化物20中にタングステン及びリチウム含んだ化合物23が十分に形成されずリチウムイオン伝導性が十分ではないことがある。 On the other hand, when the average thickness of the tungsten concentration layer 3 is less than 10 nm, the specific surface area increases, and the metal composite hydroxides 10 easily aggregate during firing, so that the packing density of the obtained positive electrode active material decreases. As a result, the battery capacity per volume may decrease. Further, the compound 23 containing tungsten and lithium may not be sufficiently formed in the lithium metal composite oxide 20, and the lithium ion conductivity may not be sufficient.
また、タングステン濃縮層3の平均厚さは、金属複合水酸化物10の体積平均粒径(MV)に対して、二次粒子2表面から二次粒子2の中心部Cに向かう方向において、例えば、3%以下とすることができる。タングステン濃縮層3の平均厚さは、リチウム金属複合酸化物20の結晶性をより向上させ、かつ、より反応抵抗を低減させるという観点から、好ましくは2%以下であり、より好ましくは0.1%以上2%以下であり、より好ましくは0.1%以上1%以下あり、さらに好ましくは0.1%以上0.5%以下である。 The average thickness of the tungsten concentrated layer 3 is, for example, in the direction from the surface of the secondary particles 2 to the center C of the secondary particles 2 with respect to the volume average particle diameter (MV) of the metal composite hydroxide 10. , 3% or less. The average thickness of the tungsten concentration layer 3 is preferably 2% or less, more preferably 0.1% or less, from the viewpoint of further improving the crystallinity of the lithium metal composite oxide 20 and further reducing the reaction resistance. % To 2%, more preferably 0.1% to 1%, and still more preferably 0.1% to 0.5%.
(体積平均粒径)
金属複合水酸化物10の体積平均粒径(MV)は、特に限定されないが、好ましくは4.0μm以上であり、より好ましくは4μm以上9.0μm以下であり、好ましくは4.0μm以上7μm以下である。金属複合水酸化物10の体積平均粒径(MV)は、金属複合水酸化物10を前駆体とするリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)の体積平均粒径(MV)と相関する。このため、金属複合水酸化物10の体積平均粒径(MV)を、上記範囲に制御することで、金属複合水酸化物10を前駆体とするリチウム金属複合酸化物20(図5参照)の体積平均粒径(MV)も上記範囲に制御することが可能となる。
(Volume average particle size)
The volume average particle size (MV) of the metal composite hydroxide 10 is not particularly limited, but is preferably 4.0 μm or more, more preferably 4 μm or more and 9.0 μm or less, and preferably 4.0 μm or more and 7 μm or less. It is. The volume average particle diameter (MV) of the metal composite hydroxide 10 correlates with the volume average particle diameter (MV) of the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) using the metal composite hydroxide 10 as a precursor. For this reason, by controlling the volume average particle size (MV) of the metal composite hydroxide 10 to the above range, the lithium metal composite oxide 20 (see FIG. 5) having the metal composite hydroxide 10 as a precursor can be obtained. The volume average particle size (MV) can also be controlled within the above range.
金属複合水酸化物10の体積平均粒径(MV)が4μm未満である場合、比表面積が高くなり、正極活物質を製造する際の焼成工程(ステップS40、図6参照)において、金属複合水酸化物10の粒子同士が容易に凝集し、得られる正極活物質の充填密度が低下して、容積(体積)当りの電池容量が低下することがある。なお、体積平均粒径(MV)は、例えば、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。 When the volume average particle size (MV) of the metal composite hydroxide 10 is less than 4 μm, the specific surface area increases, and the metal composite hydroxide 10 is used in the firing step (step S40, see FIG. 6) when producing the positive electrode active material. The particles of the oxide 10 are easily aggregated, the packing density of the obtained positive electrode active material is reduced, and the battery capacity per volume (volume) may be reduced. The volume average particle size (MV) can be determined, for example, from a volume integrated value measured by a laser light diffraction / scattering particle size analyzer.
(粒度分布の広がり)
金属複合水酸化物10は、粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/MV]が0.65以下である。リチウム金属複合酸化物20(正極活物質)の粒度分布は、その前駆体である金属複合水酸化物10の影響を強く受ける。このため、微細粒子や粗大粒子を多く含む金属複合水酸化物10を前駆体とした場合、リチウム金属複合酸化物20にも微細粒子や粗大粒子が多く含まれる。このようなリチウム金属複合酸化物20を正極活物質として用いた二次電池では、熱安定性、サイクル特性、出力特性などの電池特性が低下することがある。そこで、金属複合水酸化物10の[(d90−d10)/MV]を上記範囲に調整した場合、これを前駆体として得られるリチウム金属複合酸化物20の粒度分布を狭くして、微細粒子や粗大粒子の混入を抑制することができる。
(Expansion of particle size distribution)
[(D90-d10) / MV] of the metal composite hydroxide 10, which is an index indicating the spread of the particle size distribution, is 0.65 or less. The particle size distribution of the lithium metal composite oxide 20 (positive electrode active material) is strongly affected by the metal composite hydroxide 10 as its precursor. For this reason, when the metal composite hydroxide 10 containing many fine particles and coarse particles is used as a precursor, the lithium metal composite oxide 20 also contains many fine particles and coarse particles. In a secondary battery using such a lithium metal composite oxide 20 as a positive electrode active material, battery characteristics such as thermal stability, cycle characteristics, and output characteristics may be reduced. Therefore, when [(d90-d10) / MV] of the metal composite hydroxide 10 is adjusted to the above range, the particle size distribution of the lithium metal composite oxide 20 obtained by using this as a precursor is narrowed to obtain fine particles or Mixing of coarse particles can be suppressed.
また、金属複合水酸化物10の[(d90−d10)/MV]の下限値は、特に限定されないが、コストや生産性の観点から、0.25以上程度とすることが好ましい。工業規模の生産を前提とした場合、[(d90−d10)/MV]が過度に小さい金属複合水酸化物10を使用することは現実的ではない。 The lower limit of [(d90−d10) / MV] of the metal composite hydroxide 10 is not particularly limited, but is preferably about 0.25 or more from the viewpoint of cost and productivity. Assuming production on an industrial scale, it is not realistic to use the metal composite hydroxide 10 with [(d90-d10) / MV] being too small.
なお、d10は、各粒径における粒子を粒径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の10%となる粒径を意味し、d90は、同様に粒子を累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の90%となる粒径を意味する。また、d10およびd90は、体積平均粒径(MV)と同様に、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。 Note that d10 is the particle size at which the particles of each particle size are accumulated from the smaller particle size side, and the accumulated volume is 10% of the total volume of all the particles, and d90 is the same. It means the particle size whose cumulative volume is 90% of the total volume of all particles. In addition, d10 and d90 can be determined from the integrated value of the volume measured by the laser light diffraction / scattering particle size analyzer, similarly to the volume average particle size (MV).
(タップ密度)
金属複合水酸化物10のタップ密度は、好ましくは1.7g/cm3以上2.3g/cm3以下であり、より好ましくは1.8g/cm3以上2.2g/cm3以下であり、さらに好ましくは1.9g/cm3以上2.1g/cm3以下である。
(Tap density)
The tap density of the metal composite hydroxide 10 is preferably 1.7 g / cm 3 or more and 2.3 g / cm 3 or less, more preferably 1.8 g / cm 3 or more and 2.2 g / cm 3 or less. More preferably, it is 1.9 g / cm 3 or more and 2.1 g / cm 3 or less.
金属複合水酸化物10のタップ密度は、金属複合水酸化物10を前駆体としてリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)のタップ密度と相関し、金属複合水酸化物10が、中実構造を有する場合、得られるリチウム金属複合酸化物20のタップ密度は、金属複合水酸化物10のタップ密度よりやや上昇する傾向がある。このため、金属複合水酸化物10のタップ密度を、上記範囲に制御することで、この金属複合水酸化物10を前駆体とするリチウム金属複合酸化物20(図5参照)のタップ密度を、後述する範囲に制御することが可能となる。金属複合水酸化物10のタップ密度が上記範囲である場合、得られるリチウム金属複合酸化物20も高いタップ密度を有する。よって、リチウム金属複合酸化物20を正極に用いた場合、高い体積エネルギー密度を有する二次電池を得ることができる。 The tap density of the metal composite hydroxide 10 is correlated with the tap density of the lithium metal composite oxide 20 (positive active material) using the metal composite hydroxide 10 as a precursor, and the metal composite hydroxide 10 has a solid structure. , The tap density of the obtained lithium metal composite oxide 20 tends to be slightly higher than the tap density of the metal composite hydroxide 10. Therefore, by controlling the tap density of the metal composite hydroxide 10 within the above range, the tap density of the lithium metal composite oxide 20 (see FIG. 5) using the metal composite hydroxide 10 as a precursor can be increased. It is possible to control the range to be described later. When the tap density of the metal composite hydroxide 10 is in the above range, the obtained lithium metal composite oxide 20 also has a high tap density. Therefore, when the lithium metal composite oxide 20 is used for the positive electrode, a secondary battery having a high volume energy density can be obtained.
金属複合水酸化物10を前駆体として得られる正極活物質は、タングステン濃縮層3を有し、かつ、上記の[(d90−d10)/MV]の好ましい範囲とすることにより、二次電池において、熱安定性、サイクル特性、出力特性をより向上させることができ、さらに、上記のタップ密度の範囲とすることにより、より高いエネルギー密度を有することができる。また、金属複合水酸化物10が中実構造を有する場合、得られる正極活物質は、高い粒子強度を有するため、体積あたりのエネルギー密度をより大きくすることができ、かつ、充放電サイクル時における正極活物質の割れなどの発生を抑制して、サイクル特性を向上させることができる。 The positive electrode active material obtained by using the metal composite hydroxide 10 as a precursor has the tungsten concentrated layer 3 and has a preferable range of the above-mentioned [(d90−d10) / MV]. , Thermal stability, cycle characteristics, and output characteristics can be further improved, and a higher energy density can be achieved by setting the tap density within the above range. In addition, when the metal composite hydroxide 10 has a solid structure, the obtained positive electrode active material has high particle strength, so that the energy density per volume can be increased, and at the time of a charge / discharge cycle. Generation of cracks and the like in the positive electrode active material can be suppressed, and cycle characteristics can be improved.
(組成)
金属複合水酸化物10の組成は、特に限定されないが、例えば、金属複合水酸化物10が、Ni、Co及びW、並びに、任意にMn、及びMを含み、それぞれの金属元素の原子数の比(A)が、Ni:Co:Mn:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の金属元素)であることが好ましい。
(composition)
Although the composition of the metal composite hydroxide 10 is not particularly limited, for example, the metal composite hydroxide 10 contains Ni, Co and W, and optionally Mn and M, and has the number of atoms of each metal element. When the ratio (A) is Ni: Co: Mn: W: M = x: y: z: a: b (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta At least one metal element selected from the group consisting of
なお、金属複合水酸化物10中のそれぞれの金属元素の原子数の比(A)は、リチウム金属複合酸化物20中でも維持されるため、上記金属元素の比(A)で表される金属複合水酸化物10において、これを構成するニッケル、マンガン、コバルト、タングステンおよび元素Mの組成範囲およびその臨界的意義は、後述する、比(B)で表される正極活物質と同様である。このため、これらの事項について、ここでの説明は省略する。 Since the ratio (A) of the number of atoms of each metal element in the metal composite hydroxide 10 is maintained even in the lithium metal composite oxide 20, the metal composite represented by the above-mentioned metal element ratio (A) is maintained. In the hydroxide 10, the composition ranges of nickel, manganese, cobalt, tungsten and the element M constituting the hydroxide 10 and the critical significance thereof are the same as those of the positive electrode active material represented by the ratio (B) described later. Therefore, a description of these matters is omitted here.
また、金属複合水酸化物10は、一般式(A1):NixMnyCozWaMb(OH)2+α(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、0≦α≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の金属元素)で表されてもよい。 The metal complex hydroxide 10 is represented by the general formula (A1): Ni x Mn y Co z W a M b (OH) 2 + α (x + y + z = 1,0.3 ≦ x ≦ 0.95,0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, (Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and one or more metal elements selected from Ta).
上記一般式(A1)中、得られる正極活物質を用いた二次電池の容量特性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(A2):NixMnyCozWaMb(OH)2+α(x+y+z=1、0.7<x≦0.95、0.05≦y≦0.1、0≦z≦0.2、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、0≦α≦0.5、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、及び、Moから選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。さらに、熱安定性と電池容量との両立を図るという観点から、上記一般式(A2)中、xの値を、0.7<x≦0.9とすることがより好ましく、0.7<x≦0.85とすることがさらに好ましい。 In the general formula (A1), from the viewpoint of achieving further improvements in capacity characteristics of the secondary battery using the positive electrode active material obtained, its composition formula (A2): Ni x Mn y Co z W a M b (OH) 2 + α (x + y + z = 1, 0.7 <x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.1, 0 ≦ z ≦ 0.2, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, and M is preferably one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, and Mo). Further, from the viewpoint of achieving both thermal stability and battery capacity, the value of x in the above general formula (A2) is more preferably 0.7 <x ≦ 0.9, and 0.7 <x ≦ 0.9. More preferably, x ≦ 0.85.
上記一般式(A1)中、得られる正極活物質を用いた二次電池の熱安定性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(A3):NixMnyCozWaMb(OH)2+α(x+y+z=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、0≦α≦0.5、Mは、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。 In the general formula (A1), from the viewpoint of achieving further improvement of the thermal stability of the secondary battery using the resulting positive electrode active material, its composition, the general formula (A3): Ni x Mn y Co z W a M b (OH) 2 + α (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, and M is preferably one or more elements selected from Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta). .
2.金属複合水酸化物の製造方法
図2〜図3は、本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法の一例を示す図である。本実施形態に係る製造方法は、晶析反応によって、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、かつ、それぞれの金属元素の原子数比が、Ni:Mn:Co:W:M=x:y:z:a:b(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Taから選択される1種以上の元素)で示される金属複合水酸化物を製造する方法である。本実施形態に係る製造方法により、上記特性を有する金属複合水酸化物10を工業的規模で容易に製造することができる。
2. 2 to 3 are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a metal composite hydroxide according to the present embodiment. The manufacturing method according to the present embodiment includes nickel, manganese, and tungsten, optionally cobalt, and the element M by a crystallization reaction, and the atomic ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: W: M = x: y: z: a: b (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta) Is a method for producing a metal composite hydroxide represented by the formula: By the manufacturing method according to the present embodiment, the metal composite hydroxide 10 having the above characteristics can be easily manufactured on an industrial scale.
[晶析反応]
図2に示すように、金属複合水酸化物10の製造方法では、反応槽内に、ニッケル(Ni)、及び、マンガン(Mn)と、任意に、コバルト(Co)、及び/又は、金属元素(M)とを含む第1の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給して、晶析反応を行い、第1の金属複合水酸化物粒子を得る第1の晶析工程(ステップS10)と、上記第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、第1の原料水溶液よりもタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給して、晶析反応を行い、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を形成して、第2の金属複合水酸化物粒子を得る第2の晶析工程(ステップS20)と、を備える。
[Crystallization reaction]
As shown in FIG. 2, in the method for producing the metal composite hydroxide 10, nickel (Ni) and manganese (Mn) and optionally cobalt (Co) and / or a metal element A first crystallization step of supplying a first raw material aqueous solution containing (M) and an ammonium ion supplier and performing a crystallization reaction to obtain first metal composite hydroxide particles (step S10); And supplying a second raw material aqueous solution containing more tungsten than the first raw material aqueous solution and an ammonium ion supplier to the reaction aqueous solution containing the first metal composite hydroxide particles to carry out a crystallization reaction. Performing a second crystallization step (Step S20) of forming a tungsten-enriched layer on the surface of the first metal composite hydroxide particles to obtain second metal composite hydroxide particles.
本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法は、第2の晶析工程(ステップS20)において、第1の晶析工程(ステップS10)により得られる第1の複合水酸化物粒子の表面に、タングステン濃縮層3を形成することにより、第2の金属複合水酸化物粒子を得ることができる。第2の金属複合水酸化物粒子の内部は、タングステンを含まない、又は、タングステンの含有量が低い第1の金属複合水酸化物粒子で構成されるため、これを前駆体として得られるリチウム金属複合酸化物20(正極活物質)は、粒子内部の結晶性が高く、かつ、タングステン濃縮層3に由来するタングステン及びリチウムを含む化合物23が、一次粒子21の表面又は一次粒子21間の粒界に存在することで、二次電池において出力特性に優れる。 In the method for producing a metal composite hydroxide according to this embodiment, in the second crystallization step (Step S20), the surface of the first composite hydroxide particles obtained in the first crystallization step (Step S10) Then, by forming the tungsten concentration layer 3, the second metal composite hydroxide particles can be obtained. Since the inside of the second metal composite hydroxide particles does not contain tungsten or is composed of the first metal composite hydroxide particles having a low tungsten content, the lithium metal obtained by using this as a precursor The composite oxide 20 (positive electrode active material) has a high crystallinity inside the particles, and the compound 23 containing tungsten and lithium derived from the tungsten enriched layer 3 forms the surface of the primary particles 21 or a grain boundary between the primary particles 21. , The secondary battery has excellent output characteristics.
図3に示すように、第1の晶析工程(ステップS10)は、さらに、主として核生成を行う核生成工程(ステップS11)と、主として粒子成長を行う粒子成長工程(ステップS12)とを含むことが好ましい。核生成工程(ステップS11)と粒子成長工程(ステップS12)とは、例えば、反応水溶液のpHを制御することにより、明確に分離することができ、粒度分布が狭く均一な粒子径を有する金属複合水酸化物10を得ることができる。なお、第2の晶析工程(ステップS20)は、粒子成長工程(ステップS12)に引き続き、主として粒子成長を行う工程である。 As shown in FIG. 3, the first crystallization step (Step S10) further includes a nucleation step (Step S11) for mainly performing nucleation and a particle growth step (Step S12) for mainly performing particle growth. Is preferred. The nucleation step (step S11) and the particle growth step (step S12) can be separated clearly, for example, by controlling the pH of the reaction aqueous solution, and have a narrow particle size distribution and a uniform metal particle size. The hydroxide 10 can be obtained. The second crystallization step (Step S20) is a step of mainly performing grain growth following the grain growth step (Step S12).
なお、このような2段階の晶析工程を含むニッケル複合水酸化物の製造方法については、例えば、特許文献2、特許文献3などに開示されており、詳細な条件についてはこれらの文献を参照して条件を適宜、調整することができる。また、本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法は、後述するように、公知の晶析方法の条件を用いて、所望の膜厚を有するタングステン濃縮層3を形成することができるため、工業規模の生産に容易に適用することができる。 A method for producing a nickel composite hydroxide including such a two-stage crystallization process is disclosed in, for example, Patent Documents 2 and 3, and refer to these documents for detailed conditions. Then, the conditions can be appropriately adjusted. In addition, the method for producing a metal composite hydroxide according to the present embodiment can form the tungsten-enriched layer 3 having a desired film thickness using the conditions of a known crystallization method, as described later. , Can be easily applied to industrial scale production.
以下、図3を参照して、核生成工程(ステップS11)と粒子成長工程(ステップS12)とを含む製造方法の各工程について、説明する。なお、以下の説明は、金属複合水酸化物10の製造方法の一例であって、この方法に限定するものではない。 Hereinafter, each step of the manufacturing method including the nucleation step (step S11) and the particle growth step (step S12) will be described with reference to FIG. Note that the following description is an example of a method for producing the metal composite hydroxide 10, and is not limited to this method.
(1)第1の晶析工程(ステップS10)
(核生成工程)
まず、第1の原料水溶液とアンモニウムイオン供給体とを供給して、反応槽内の反応水溶液(核生成用水溶液)のpHを所定の範囲に制御して、核生成を行う(ステップS11)。第1の原料水溶液は、例えば、原料となる遷移金属を含む化合物を、水に溶解して調整される。なお、以下に説明する金属複合水酸化物の製造方法では、各工程で晶析により形成される金属複合水酸化物の組成比は、原料水溶液中の各金属の組成比と同様であるため、原料水溶液中の各金属の組成比は、目的とする金属複合水酸化物の遷移金属の組成比とすることができる。また、第1の原料水溶液は、少量のタングステンを含んでもよいし、タングステンを含まなくてもよい。
(1) First crystallization step (Step S10)
(Nucleation process)
First, the first raw material aqueous solution and the ammonium ion supplier are supplied, and the pH of the reaction aqueous solution (nucleation aqueous solution) in the reaction tank is controlled within a predetermined range to perform nucleation (step S11). The first raw material aqueous solution is prepared, for example, by dissolving a compound containing a transition metal as a raw material in water. In the method for producing a metal composite hydroxide described below, the composition ratio of the metal composite hydroxide formed by crystallization in each step is the same as the composition ratio of each metal in the raw material aqueous solution, The composition ratio of each metal in the raw material aqueous solution can be the composition ratio of the transition metal of the target metal composite hydroxide. The first raw material aqueous solution may contain a small amount of tungsten or may not contain tungsten.
まず、反応槽内に、アルカリ水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを含む水溶液を供給および混合して、液温25℃基準で測定するpH値が12.0以上14.0以下、アンモニウムイオン濃度が3g/L以上25g/L以下である反応前水溶液を調製する。 First, an alkaline aqueous solution and an aqueous solution containing an ammonium ion supplier are supplied and mixed into a reaction tank, and the pH value measured at a liquid temperature of 25 ° C. is 12.0 to 14.0, and the ammonium ion concentration is A pre-reaction aqueous solution of 3 g / L or more and 25 g / L or less is prepared.
タップ密度が1.7g/cm3以上2.3g/cm3以下である中実構造を有する金属複合水酸化物の粒子を主として得る場合、反応槽内の反応雰囲気については、例えば、酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気にすることが好ましく、酸素濃度が1容量%以下の雰囲気とすることがより好ましい。雰囲気の制御は、例えば、窒素ガスを導入して調整する。なお、反応前水溶液のpH値はpH計により、アンモニウムイオン濃度はイオンメータにより測定することができる。 In the case of mainly obtaining particles of a metal composite hydroxide having a solid structure having a tap density of 1.7 g / cm 3 or more and 2.3 g / cm 3 or less, for example, the oxygen concentration in the reaction atmosphere in the reaction vessel is The atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere of 5% by volume or less, more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less. The atmosphere is controlled by, for example, introducing nitrogen gas. The pH value of the aqueous solution before the reaction can be measured with a pH meter, and the ammonium ion concentration can be measured with an ion meter.
次いで、反応槽内の反応前水溶液を撹拌しながら、第1の原料水溶液を反応槽内に供給して、反応水溶液(核生用成水溶液)が形成される。なお、核生成工程(ステップS11)では、反応水溶液中の核生成に伴い、核生成用水溶液のpH値およびアンモニウムイオンの濃度が変化するので、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、反応槽内液のpH値が液温25℃基準でpH12.0以上14.0以下の範囲に、アンモニウムイオンの濃度が3g/L以上25g/L以下の範囲に維持されるように制御することが好ましい。反応水溶液(核生成用水溶液)のpH値が上記範囲にある場合、核はほとんど成長することなく、核生成が優先的に起こる。 Next, the first raw material aqueous solution is supplied into the reaction tank while stirring the pre-reaction aqueous solution in the reaction tank to form a reaction aqueous solution (nucleus forming aqueous solution). In the nucleation step (step S11), the pH value of the aqueous solution for nucleation and the concentration of ammonium ions change with the nucleation in the reaction aqueous solution. It is preferable to control so that the pH value of the solution is maintained in the range of pH 12.0 to 14.0 based on the solution temperature of 25 ° C., and the concentration of ammonium ion is maintained in the range of 3 g / L to 25 g / L. When the pH value of the reaction aqueous solution (the aqueous solution for nucleation) is in the above range, nuclei hardly grow and nucleation occurs preferentially.
反応水溶液(核生成用水溶液)の液温25℃基準で測定されるpH値は、好ましくは12.0以上14.0以下、より好ましくは12.3以上13.5以下、さらに好ましくは12.5以上13.3以下の範囲である。pHが上記範囲である場合、核の成長を抑制し、核生成を優先させることができ、核生成工程で生成する核を均質かつ粒度分布の狭いものとすることができる。一方、pH値が12.0未満である場合、核生成とともに核(粒子)の成長が進行するため、得られる金属複合水酸化物粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。また、pH値が14.0を超える場合、生成する核が微細になりすぎて、反応水溶液(核生成用水溶液)がゲル化することがある。 The pH value of the reaction aqueous solution (aqueous solution for nucleation) measured at a liquid temperature of 25 ° C. is preferably 12.0 or more and 14.0 or less, more preferably 12.3 or more and 13.5 or less, and further preferably 12. The range is 5 or more and 13.3 or less. When the pH is in the above range, nucleus growth can be suppressed, nucleation can be prioritized, and nuclei generated in the nucleation step can be uniform and have a narrow particle size distribution. On the other hand, when the pH value is less than 12.0, the growth of nuclei (particles) proceeds along with the nucleation, so that the particle diameter of the obtained metal composite hydroxide particles becomes non-uniform, and the particle size distribution deteriorates. When the pH value exceeds 14.0, the nuclei generated are too fine, and the reaction aqueous solution (nucleus generation aqueous solution) may gel.
なお、反応水溶液(核生成用水溶液)中のpH値の変動幅は、±0.2以内とすることが好ましい。pH値の変動幅が大きい場合、核生成量と粒子成長の割合が一定とならず、粒度分布の狭い金属複合水酸化物粒子を得ることが困難となる。 In addition, it is preferable that the fluctuation range of the pH value in the reaction aqueous solution (the aqueous solution for nucleation) be within ± 0.2. When the fluctuation range of the pH value is large, the nucleation amount and the ratio of the particle growth are not constant, and it is difficult to obtain metal composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution.
反応水溶液(核生成用水溶液)のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは3g/L以上25g/L以下、より好ましくは5g/L以上20g/L以下の範囲内に調整される。反応水溶液中においてアンモニウムイオンは錯化剤として機能するため、アンモニウムイオン濃度が3g/L未満である場合、金属イオンの溶解度を一定に保持することができなかったり、反応水溶液がゲル化しやすくなったりして、形状や粒径の整った金属複合水酸化物粒子を得ることが困難となる。一方、アンモニウムイオン濃度が25g/Lを超える場合、金属イオンの溶解度が大きくなりすぎるため、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、組成ずれなどの原因となることがある。 The ammonium ion concentration of the aqueous reaction solution (the aqueous solution for nucleation) is preferably adjusted to 3 g / L or more and 25 g / L or less, more preferably 5 g / L or more and 20 g / L or less. Since ammonium ions function as a complexing agent in the reaction aqueous solution, if the ammonium ion concentration is less than 3 g / L, the solubility of metal ions cannot be kept constant, or the reaction aqueous solution tends to gel. As a result, it is difficult to obtain metal composite hydroxide particles having a uniform shape and particle size. On the other hand, when the ammonium ion concentration exceeds 25 g / L, the solubility of metal ions becomes too large, so that the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases, which may cause a composition deviation or the like.
なお、晶析反応中にアンモニウムイオン濃度が変動すると、金属イオンの溶解度が変動し、均一な金属複合水酸化物粒子が形成されなくなる。このため、核生成工程(ステップS11)と粒子成長工程(ステップS12)を通じて、アンモニウムイオン濃度の変動幅を一定の範囲に制御することが好ましく、具体的には、±5g/Lの変動幅に制御することが好ましい。 If the concentration of ammonium ions fluctuates during the crystallization reaction, the solubility of metal ions fluctuates, and uniform metal composite hydroxide particles cannot be formed. For this reason, it is preferable to control the fluctuation range of the ammonium ion concentration to a certain range through the nucleation step (step S11) and the particle growth step (step S12), and specifically, to the fluctuation range of ± 5 g / L. It is preferable to control.
核生成工程(ステップS11)では、反応水溶液(核生成用水溶液)に、第1の原料水溶液、アルカリ水溶液およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することにより、連続して新しい核の生成が継続される。そして、核生成用水溶液中に、所定量の核が生成した時点で、核生成工程を終了する。この際、核の生成量は、核生成用水溶液に供給した原料水溶液に含まれる金属化合物の量から判断することができる。 In the nucleation step (step S11), the generation of new nuclei is continuously continued by supplying the aqueous solution containing the first raw material aqueous solution, the aqueous alkali solution and the ammonium ion donor to the aqueous reaction solution (the aqueous solution for generating nuclei). Is done. Then, when a predetermined amount of nuclei are generated in the aqueous solution for nucleation, the nucleation step is ended. At this time, the amount of nuclei generated can be determined from the amount of the metal compound contained in the raw material aqueous solution supplied to the nucleation aqueous solution.
核生成工程(ステップS11)における核の生成量は、特に限定されないが、粒度分布の狭い金属複合水酸化物粒子を得るという観点から、晶析工程(第1の晶析工程及び第2の晶析工程を含む)を通じて供給する原料水溶液に含まれる金属化合物中の金属元素に対して、0.1原子%以上2原子%以下とすることが好ましく、0.1原子%以上1.5原子%以下とすることがより好ましい。 The amount of nuclei generated in the nucleation step (step S11) is not particularly limited. However, from the viewpoint of obtaining metal composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution, the crystallization step (the first crystallization step and the second crystallization step) is performed. (Including a precipitation step), preferably 0.1 atomic% or more and 2 atomic% or less, and more preferably 0.1 atomic% or more and 1.5 atomic% with respect to the metal element in the metal compound contained in the raw material aqueous solution supplied through It is more preferable to set the following.
また、核生成工程において、反応水溶液(核生用成水溶液)の温度の上限は特に限定されないが、例えば60℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましい。反応水溶液(核生用成水溶液)の温度が60℃を超えると、一次結晶に歪が生じタップ密度が低くなり始める恐れがあるからである。なお、反応水溶液(核生用成水溶液)の温度の下限は、例えば、20℃以上である。 In the nucleation step, the upper limit of the temperature of the reaction aqueous solution (nucleation forming aqueous solution) is not particularly limited, but is preferably, for example, 60 ° C or lower, and more preferably 50 ° C or lower. If the temperature of the reaction aqueous solution (nucleus forming aqueous solution) exceeds 60 ° C., primary crystals may be distorted and the tap density may start to decrease. Note that the lower limit of the temperature of the reaction aqueous solution (nucleus forming aqueous solution) is, for example, 20 ° C. or higher.
(粒子成長工程)
次いで、pHを特定の範囲に調整した反応水溶液(粒子成長用水溶液)中で粒子成長を行う(ステップS12)。反応水溶液(粒子成長用水溶液)は、生成された核を含む反応水溶液に、第1の原料水溶液と、アルカリ水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液とを供給して形成される。反応水溶液(粒子成長用水溶液)は、液温25℃基準で測定するpH値が10.5以上12.0以下、アンモニウムイオン濃度が3g/L以上25g/L以下に調整されることが好ましい。これにより、反応水溶液(粒子成長用水溶液)中で、核生成よりも、粒子成長が優位に行われる。
(Grain growth process)
Next, particles are grown in a reaction aqueous solution (aqueous solution for particle growth) whose pH has been adjusted to a specific range (step S12). A reaction aqueous solution (aqueous solution for particle growth) is formed by supplying a first raw material aqueous solution, an alkaline aqueous solution, and an aqueous solution containing an ammonium ion donor to a generated reaction aqueous solution containing nuclei. The reaction aqueous solution (aqueous solution for particle growth) is preferably adjusted to have a pH value of 10.5 or more and 12.0 or less and a ammonium ion concentration of 3 g / L or more and 25 g / L or less measured at a liquid temperature of 25 ° C. Thereby, in the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution), the particle growth is performed more predominantly than the nucleation.
タップ密度が1.7g/cm3以上2.3g/cm3以下である中実構造を有する金属複合水酸化物の粒子を主として得る場合、反応槽内の反応雰囲気については、例えば、酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気にすることが好ましく、酸素濃度が1容量%以下の雰囲気とすることがより好ましい。反応槽内の反応雰囲気の酸素濃度が1容量%以下である場合、一次粒子1が密に配置した中実構造を有する二次粒子2を容易に得ることができ、また、得られる正極活物質の結晶性をより向上させることができる。雰囲気の制御は、例えば、窒素ガスを導入して調整する。 In the case of mainly obtaining particles of a metal composite hydroxide having a solid structure having a tap density of 1.7 g / cm 3 or more and 2.3 g / cm 3 or less, for example, the oxygen concentration in the reaction atmosphere in the reaction vessel is The atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere of 5% by volume or less, more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less. When the oxygen concentration of the reaction atmosphere in the reaction tank is 1% by volume or less, the secondary particles 2 having a solid structure in which the primary particles 1 are densely arranged can be easily obtained. Can be further improved in crystallinity. The atmosphere is controlled by, for example, introducing nitrogen gas.
具体的には、核生成工程終了後、反応槽内の核生成用水溶液のpH値を、液温25℃基準で10.5以上12.0以下に調整し、粒子成長工程における反応水溶液である粒子成長用水溶液を形成する。pH値の調整は、アルカリ水溶液のみ供給を停止することにより行うことができるが、粒径の均一性を高めるという観点から、一旦、すべての水溶液の供給を停止してpH値を調整することが好ましい。また、pH値の調整は、反応水溶液(核生成用水溶液)に、原料となる遷移金属を含む化合物を構成する酸と同種の無機酸、例えば、原料として遷移金属の硫酸塩を使用する場合には、硫酸を供給することで行ってもよい。 Specifically, after the nucleation step is completed, the pH value of the aqueous solution for nucleation in the reaction tank is adjusted to 10.5 or more and 12.0 or less based on a liquid temperature of 25 ° C., and the reaction aqueous solution is used in the particle growth step. An aqueous solution for particle growth is formed. Adjustment of the pH value can be performed by stopping the supply of only the alkaline aqueous solution. From the viewpoint of improving the uniformity of the particle diameter, it is possible to temporarily stop the supply of all the aqueous solutions and adjust the pH value. preferable. In addition, the pH value is adjusted when the reaction aqueous solution (aqueous solution for nucleation) uses the same kind of inorganic acid as the acid constituting the compound containing a transition metal as a raw material, for example, when a transition metal sulfate is used as a raw material. May be performed by supplying sulfuric acid.
次に、反応水溶液(粒子成長用水溶液)を撹拌しながら、第1の原料水溶液の供給を再開する。この際、粒子成長用水溶液のpH値は上述した範囲にあるため、新たな核はほとんど生成せず、核(粒子)成長が進行し、所定の粒径を有する第1の金属複合水酸化物粒子を形成することができる。なお、粒子成長工程(ステップS12)においても、粒子成長に伴い、粒子成長用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度が変化するので、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、pH値およびアンモニウムイオン濃度を上記範囲に維持することが必要となる。 Next, the supply of the first raw material aqueous solution is restarted while stirring the reaction aqueous solution (aqueous solution for particle growth). At this time, since the pH value of the aqueous solution for particle growth is in the above-described range, new nuclei are hardly generated, nucleus (particle) growth proceeds, and the first metal composite hydroxide having a predetermined particle size is obtained. Particles can be formed. Also in the particle growth step (step S12), the pH value and the ammonium ion concentration of the aqueous solution for particle growth change with the particle growth, so that an alkaline aqueous solution and an aqueous ammonia solution are supplied at appropriate times to adjust the pH value and the ammonium ion concentration. It is necessary to maintain the above range.
反応水溶液(粒子成長水溶液)のpH値は、液温25℃基準で、10.5以上12.0以下、好ましくは11.0以上12.0以下、より好ましくは11.5以上11.9以下の範囲に制御する。pHが上記範囲である場合、新たな核の生成が抑制され、粒子成長を優先させることができ、得られる金属複合水酸化物を均質かつ粒度分布が狭いものとすることができる。一方、pH値が10.5未満である場合、アンモニウムイオン濃度が上昇し、金属イオンの溶解度が高くなるため、晶析反応の速度が遅くなるばかりでなく、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、生産性が悪化することがある。また、pH値が12.0を超える場合、粒子成長工程中の核生成量が増加し、得られる金属複合水酸化物粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化することがある。 The pH value of the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) is 10.5 to 12.0, preferably 11.0 to 12.0, more preferably 11.5 to 11.9, based on a liquid temperature of 25 ° C. Control within the range. When the pH is within the above range, the generation of new nuclei is suppressed, the particle growth can be prioritized, and the obtained metal composite hydroxide can be uniform and have a narrow particle size distribution. On the other hand, when the pH value is less than 10.5, the ammonium ion concentration increases, and the solubility of the metal ions increases, so that not only the crystallization reaction speed decreases, but also the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution. May increase and productivity may deteriorate. When the pH value exceeds 12.0, the amount of nuclei generated during the particle growth step increases, and the particle size of the obtained metal composite hydroxide particles becomes non-uniform, which may deteriorate the particle size distribution.
なお、反応水溶液(粒子成長水溶液)中のpH値の変動幅は、±0.2以内とすることが好ましい。pH値の変動幅が大きい場合、核生成量と粒子成長の割合が一定とならず、粒度分布の狭い金属複合水酸化物を得ることが困難となる。 It is preferable that the fluctuation range of the pH value in the reaction aqueous solution (particle growth aqueous solution) be within ± 0.2. When the fluctuation range of the pH value is large, the nucleation amount and the ratio of the particle growth are not constant, and it is difficult to obtain a metal composite hydroxide having a narrow particle size distribution.
また、粒子成長工程(ステップS12)のpH値は、核生成工程(ステップS11)のpH値より低い値に調整することが好ましく、核生成と粒子成長を明確に分離するためには、粒子成長工程(ステップS12)のpH値を、核生成工程(ステップS11)のpH値より0.5以上低くすることが好ましく、0.8以上低くすることがより好ましい。 Further, it is preferable that the pH value in the particle growth step (step S12) is adjusted to a value lower than the pH value in the nucleation step (step S11). The pH value of the step (Step S12) is preferably lower than the pH value of the nucleation step (Step S11) by 0.5 or more, more preferably 0.8 or more.
例えば、反応水溶液(核生成工程及び/又は粒子成長工程)のpH値が12.0である場合、核生成と核成長の境界条件であるため、反応水溶液中に存在する核の有無により、核生成工程または粒子成長工程のいずれかの条件とすることができる。すなわち、核生成工程のpH値を12.0より高くして多量に核生成させた後、粒子成長工程のpH値を12.0とした場合、反応水溶液中に多量の核が存在するため、粒子成長が優先して起こり、粒径分布が狭い金属複合水酸化物粒子を得ることができる。一方、核生成工程のpH値を12.0とした場合、反応水溶液中に成長する核が存在しないため、核生成が優先して起こり、粒子成長工程のpH値を12.0より小さくすることで、生成した核が成長して良好な金属複合水酸化物粒子を得ることができる。 For example, when the pH value of the reaction aqueous solution (nucleus generation step and / or particle growth step) is 12.0, it is a boundary condition between nucleation and nucleus growth. Any of the conditions of the generation step or the particle growth step can be set. That is, when the pH value in the nucleation step is higher than 12.0 and a large amount of nuclei are generated, and when the pH value in the particle growth step is 12.0, a large amount of nuclei are present in the reaction aqueous solution, Particle growth occurs preferentially, and metal composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution can be obtained. On the other hand, when the pH value in the nucleation step is 12.0, since there is no nucleus to grow in the reaction aqueous solution, nucleation occurs preferentially, and the pH value in the particle growth step should be lower than 12.0. Then, the generated nuclei grow and good metal composite hydroxide particles can be obtained.
反応水溶液(粒子成長用水溶液)のアンモニウムイオン濃度は、上記反応水溶液(核生成用水溶液)中のアンモニウムイオン濃度の好ましい範囲と同様とすることができる。また、アンモニウムイオン濃度の変動幅も上記反応水溶液(核生成用水溶液)中の好ましい範囲と同様とすることができる。 The ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution (aqueous solution for particle growth) can be the same as the preferable range of the ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution (the aqueous solution for nucleation). Further, the fluctuation range of the ammonium ion concentration can be the same as the preferable range in the reaction aqueous solution (aqueous solution for nucleation).
(2)第2の晶析工程(ステップS20)
次いで、第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、金属元素を含み、かつ、第1の原料水溶液よりタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給して、晶析反応を行う(ステップS20)。これにより、第1の金属複合水酸化物粒子の表面に、タングステン濃縮層を形成した、第2の金属複合水酸化物粒子を得る。
(2) Second crystallization step (Step S20)
Next, a second raw material aqueous solution containing a metal element and containing more tungsten than the first raw material aqueous solution and an ammonium ion supplier are supplied to the reaction aqueous solution containing the first metal composite hydroxide particles. A crystallization reaction is performed (step S20). Thereby, the second metal composite hydroxide particles having the tungsten concentrated layer formed on the surfaces of the first metal composite hydroxide particles are obtained.
粒子成長は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を核にして成長していくため、第2の晶析工程においては、粒子成長工程(ステップS12)から連続して、第1の原料水溶液よりタングステンを多く含むタングステンを多く含む第2の原料水溶液、及び、アンモニウムイオン供給体を第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に供給して、第2の晶析工程(ステップS20)を行うことができる。これにより、第一の複合酸化物粒子を構成する二次粒子の外周部分にタングステン濃縮層が形成される。 In the second crystallization step, the first raw material aqueous solution is continuously formed in the second crystallization step because the particle growth is performed with secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated as nuclei. A second crystallization step (Step S20) in which the second raw material aqueous solution containing more tungsten and the ammonium ion donor are supplied to the reaction aqueous solution containing the first metal composite hydroxide particles. It can be performed. Thereby, a tungsten-enriched layer is formed on the outer peripheral portion of the secondary particles constituting the first composite oxide particles.
本実施形態の金属複合水酸化物の製造方法は、例えば、第2の原料水溶液を添加し始めるタイミング(すなわち、第2の晶析工程を開示するタイミング)を調整することで、第1の金属複合水酸化物粒子の外周に形成されるタングステン濃縮層の厚みを、容易に制御することができる。 In the method for producing a metal composite hydroxide according to the present embodiment, for example, the timing of starting the addition of the second raw material aqueous solution (that is, the timing of disclosing the second crystallization step) is adjusted. The thickness of the tungsten concentration layer formed on the outer periphery of the composite hydroxide particles can be easily controlled.
第2の晶析反応(ステップS20)は、第1の原料水溶液中の金属元素を、第1の晶析工程及び第2の晶析工程において添加される全金属量に対して、例えば、10質量%以上の反応槽へ供給した時点で、第2の原料水溶液の供給を行うことにより、開始することができる。これにより、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を容易に形成することができる。 In the second crystallization reaction (step S20), the metal element in the first raw material aqueous solution is added to the total amount of metal added in the first crystallization step and the second crystallization step by, for example, 10%. The supply can be started by supplying the second raw material aqueous solution at the time of supply to the reaction tank of not less than mass%. Thereby, a tungsten concentration layer can be easily formed on the surface of the first metal composite hydroxide particles.
また、より結晶性が高く、二次電池の正極に用いられた場合、反応抵抗をより低減する正極活物質を得るという観点から、第1の原料水溶液中の金属元素を、第1の晶析工程及び第2の晶析工程において添加される全金属量に対して、好ましくは50質量%以上95質量%以下の範囲、より好ましくは75質量%以上90質量%以下の範囲で反応槽へ供給した時点で、第2の原料水溶液の供給を行い、第2の晶析工程(ステップS20)を開始することができる。 Further, from the viewpoint of obtaining a positive electrode active material having higher crystallinity and being used for a positive electrode of a secondary battery and further reducing the reaction resistance, the metal element in the first raw material aqueous solution is subjected to the first crystallization. Supply to the reaction tank preferably in the range of 50% by mass to 95% by mass, more preferably in the range of 75% by mass to 90% by mass, based on the total amount of metal added in the step and the second crystallization step. At this point, the second raw material aqueous solution is supplied, and the second crystallization step (Step S20) can be started.
第2の晶析工程(ステップS20)は、粒子成長工程(ステップS12)と同様に、粒子成長が行われる工程であるため、反応水溶液のpH、温度、アンモニウムイオン濃度や、反応槽内の雰囲気などは、粒子成長工程(ステップS12)と同様の条件とすることができる。粒子成長工程(ステップS12)と同様の条件で、連続して第2の晶析工程(ステップS20)を行うことにより、簡便に生産性高く、第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層の形成を行うことができる。 Since the second crystallization step (step S20) is a step in which the particles are grown, similarly to the particle growth step (step S12), the pH, the temperature, the ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution, the atmosphere in the reaction tank, and the like are set. And the like can be the same conditions as in the particle growth step (step S12). By continuously performing the second crystallization step (Step S20) under the same conditions as the particle growth step (Step S12), the productivity is easily increased, and the surface of the first metal composite hydroxide particles is coated with tungsten. The formation of a concentrated layer can be performed.
また、第2の原料水溶液の供給は、タングステン以外の金属元素を含む原料水溶液と、タングステンを含む水溶液とを別々に準備して、それぞれを反応槽に供給して行ってもよい。タングステンを含む水溶液を別に供給することにより、より簡便に、かつ、均一にタングステン濃縮層を形成することができる。また、図2に示すように、第2の原料水溶液は、第1の原料水溶液と、タングステン(W)とを含む水溶液とを含み、それぞれの水溶液を別々に反応水溶液に供給してもよい。これにより、タングステンを含む水溶液の濃度や、タングステンを含む水溶液を反応槽へ供給する際の流速を変更することで、タングステンの濃縮層を均一に形成することができ、且つ、容易にタングステンの濃縮層の厚さを調節することが可能となる。 In addition, the supply of the second raw material aqueous solution may be performed by separately preparing a raw material aqueous solution containing a metal element other than tungsten and an aqueous solution containing tungsten and supplying each of them to the reaction tank. By separately supplying an aqueous solution containing tungsten, a tungsten-concentrated layer can be formed more easily and uniformly. Further, as shown in FIG. 2, the second raw material aqueous solution may include the first raw material aqueous solution and an aqueous solution containing tungsten (W), and each aqueous solution may be separately supplied to the reaction aqueous solution. Thus, by changing the concentration of the aqueous solution containing tungsten and the flow rate when supplying the aqueous solution containing tungsten to the reaction tank, a concentrated layer of tungsten can be formed uniformly, and the tungsten can be easily concentrated. It is possible to adjust the thickness of the layer.
タングステンを含む水溶液は、例えば、タングステン化合物を水に溶かして調整することができる。用いられるタングステン化合物は、特に限定されず、リチウムを含まずに、タングステンを含む化合物を用いることができるが、好ましくはタングステン酸ナトリウムを用いることができる。 The aqueous solution containing tungsten can be adjusted, for example, by dissolving a tungsten compound in water. The tungsten compound to be used is not particularly limited, and a compound containing tungsten without using lithium can be used. Preferably, sodium tungstate can be used.
タングステンを含む水溶液のタングステン(W)濃度は、特に限定されないが、例えば、0.1mol/l以上0.5mol/l以下、好ましくは0.2mol/l以上0.4mol/l以下である。また、タングステンを含む水溶液の添加流量は、特に限定されないが、例えば、5L/min以上20L/min以下、好ましくは10L/min以上15L/min以下である。 The tungsten (W) concentration of the aqueous solution containing tungsten is not particularly limited, but is, for example, 0.1 mol / l or more and 0.5 mol / l or less, preferably 0.2 mol / l or more and 0.4 mol / l or less. The flow rate of the aqueous solution containing tungsten is not particularly limited, but is, for example, 5 L / min or more and 20 L / min or less, and preferably 10 L / min or more and 15 L / min or less.
タングステン濃縮層の厚みは、タングステンを含む水溶液の濃度を調整したり、前記水溶液の添加流量を調整したりすることによっても、制御することができる。例えば、タングステンを含む水溶液の濃度及び添加流量を一定とした場合、タングステンを含む水溶液の添加開始の時点を調整することにより、形成されるタングステン濃縮層の厚みや濃度をより正確かつ容易に調整することができる。 The thickness of the tungsten concentration layer can also be controlled by adjusting the concentration of an aqueous solution containing tungsten or adjusting the flow rate of the aqueous solution. For example, when the concentration of the aqueous solution containing tungsten and the addition flow rate are fixed, the thickness and concentration of the formed tungsten concentrated layer can be adjusted more accurately and easily by adjusting the start time of the addition of the aqueous solution containing tungsten. be able to.
図4は、本実施形態の製造方法の好適な一例を示す図である。図4では、第1の晶析工程(ステップS10)が、核生成工程(ステップS11)と、粒子成長工程(ステップS12)とを、分離して備え、かつ、上記粒子成長工程(ステップS12)と連続して、第1の原料水溶液とともにタングステンを含む水溶液を供給して第2の晶析工程(ステップS20)を行う場合における、タングステンを含む水溶液の添加の開示時点(第2の晶析工程の開示時点)を説明する図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a preferred example of the manufacturing method according to the present embodiment. In FIG. 4, the first crystallization step (step S10) includes a nucleation step (step S11) and a particle growth step (step S12) separately, and the particle growth step (step S12) When the second crystallization step (step S20) is performed by supplying the aqueous solution containing tungsten together with the first raw material aqueous solution, the addition of the aqueous solution containing tungsten is disclosed (the second crystallization step). (At the time of disclosure).
図4(A)は、粒子成長の開始時点から、粒子成長の終了時点(晶析工程の終了時点)までの粒子成長が行われる時間全体に対して、75%経過した時点から、タングステン化合物の水溶液を添加した場合の一例を示す図である。この場合、図4(A)の下方に示すように、二次粒子(第1の金属複合水酸化物粒子)の表層(外周)にタングステン濃縮層3を形成することができる。なお、粒子成長の開始時点から終了時点までの全体の工程で、タングステン化合物の水溶液を添加した場合は、タングステン濃縮層は形成されない。 FIG. 4 (A) shows that the tungsten compound is changed from 75% of the total time during which the grain growth is performed from the start of the grain growth to the end of the grain growth (the end of the crystallization step). It is a figure showing an example at the time of adding an aqueous solution. In this case, as shown in the lower part of FIG. 4A, the tungsten concentration layer 3 can be formed on the surface layer (outer periphery) of the secondary particles (first metal composite hydroxide particles). In addition, when an aqueous solution of a tungsten compound is added in the entire process from the start point to the end point of the particle growth, a tungsten concentrated layer is not formed.
図4(B)は、粒子成長の開始時点から、粒子成長の終了時点(晶析工程の終了)までの粒子成長が行われる時間全体に対して、87.5%経過した時点から、タングステン化合物の水溶液を添加した場合の一例を示す図である。この場合、図4(B)の下方に示すように、二次粒子(第1の金属複合水酸化物粒子)の表層(外周)に、上記75%経過した時点から添加を始めた場合と比較して、より濃縮されたタングステン濃縮層を形成させることができる。 FIG. 4B shows the tungsten compound starting from the point when 87.5% has elapsed with respect to the entire time during which the grain growth is performed from the start of the grain growth to the end of the grain growth (end of the crystallization step). FIG. 4 is a diagram showing an example of a case where an aqueous solution of the above is added. In this case, as shown in the lower part of FIG. 4B, compared to the case where the addition was started to the surface layer (outer periphery) of the secondary particles (first metal composite hydroxide particles) from the time when the above 75% elapsed. Thus, a more concentrated tungsten concentration layer can be formed.
上述のように第1の原料水溶液とともにタングステンを含む水溶液を供給して第2の晶析工程(ステップS20)を行う場合、タングステンを含む水溶液(第2の原料水溶液)の供給は、第1及び第2の晶析工程における前記粒子成長の開始から終了までの時間全体に対して、例えば、10%以上経過した時点、好ましくは50%以上95%以下経過した時点、より好ましくは75%以上90%以下経過した時点で行うことができる。供給を開示する時間が上記範囲である場合、タングステン濃縮層を容易に、生産性よく得ることができる。また、上記範囲内において、タングステンを含む水溶液の添加を開示する時点がより遅い場合、得られる正極活物質の結晶子径を大きくすることができる傾向がある。なお、タングステンを含む水溶液の添加は、晶析反応が終了する時点まで継続する。
以下、上記晶析工程に好ましく用いられる各原料、条件について、説明する。
As described above, when the second crystallization step (Step S20) is performed by supplying the aqueous solution containing tungsten together with the first raw material aqueous solution, the supply of the aqueous solution containing tungsten (second raw material aqueous solution) is performed in the first and second steps. For example, at the time when 10% or more elapses, preferably at the time when 50% or more and 95% or less elapse, more preferably at 75% or more 90% with respect to the entire time from the start to the end of the particle growth in the second crystallization step % Or less. When the time for which the supply is disclosed is within the above range, a tungsten-enriched layer can be obtained easily and with good productivity. Further, when the time point at which the addition of the aqueous solution containing tungsten is disclosed is later within the above range, the crystallite size of the obtained positive electrode active material tends to be able to be increased. The addition of the aqueous solution containing tungsten is continued until the crystallization reaction ends.
Hereinafter, each raw material and conditions preferably used in the crystallization step will be described.
(第1及び第2の原料水溶液)
第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液は、ニッケル、及び、マンガンと、任意にコバルト、元素M、及び、タングステンを含む。また、第1の原料水溶液は、タングステンを含まなくてもよい。第2の晶析工程において、第2の原料水溶液として、第1の原料水溶液とタングステンを含む水溶液とを用いる場合、第1の原料水溶液中の金属元素の比率が、最終的に得られる金属複合水酸化物の組成比(タングステンを除く)となる。このため、第1の原料水溶液は、目的とする金属複合水酸化物の組成に応じて、各金属元素の含有量を適宜調整することができる。例えば、上述した比(A)で表される金属複合水酸化物粒子を得ようとする場合、原料水溶液中の金属元素の比率を、Ni:Mn:Co:M=x:y:z:b(ただし、x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0≦b≦0.1)となるように調整することができる。なお、第1の晶析工程及び第2の晶析工程で用いられる第1の原料水溶液及び第2の原料水溶液の組成は、異なってもよい。この場合、それぞれの晶析工程で用いられる原料水溶液中の各金属元素の含有量の合計が、得られる金属複合水酸化物の組成比とすることができる。
(First and second raw material aqueous solutions)
The first raw material aqueous solution and the second raw material aqueous solution contain nickel and manganese, and optionally cobalt, the element M, and tungsten. Further, the first raw material aqueous solution may not contain tungsten. In the second crystallization step, when the first raw material aqueous solution and the aqueous solution containing tungsten are used as the second raw material aqueous solution, the ratio of the metal element in the first raw material aqueous solution is determined by the metal complex finally obtained. It becomes the composition ratio of hydroxide (excluding tungsten). For this reason, in the first raw material aqueous solution, the content of each metal element can be appropriately adjusted according to the target composition of the metal composite hydroxide. For example, when trying to obtain the metal composite hydroxide particles represented by the above ratio (A), the ratio of the metal element in the raw material aqueous solution is set to Ni: Mn: Co: M = x: y: z: b. (However, adjust so that x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ b ≦ 0.1) Can be. In addition, the composition of the first raw material aqueous solution and the second raw material aqueous solution used in the first crystallization step and the second crystallization step may be different. In this case, the total content of each metal element in the raw material aqueous solution used in each crystallization step can be the composition ratio of the obtained metal composite hydroxide.
第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液の調整に用いられる金属元素(遷移金属)の化合物は、特に限定されないが、取扱いの容易性から、水溶性の硝酸塩、硫酸塩および塩酸塩などを用いることが好ましく、コストやハロゲンの混入を防止する観点から、硫酸塩を好適に用いることが特に好ましい。 The compound of the metal element (transition metal) used for preparing the first raw material aqueous solution and the second raw material aqueous solution is not particularly limited, but water-soluble nitrates, sulfates, hydrochlorides, and the like are used for ease of handling. It is preferable to use sulfate, and it is particularly preferable to use a sulfate from the viewpoint of preventing cost and halogen contamination.
また、金属複合水酸化物中に元素M(Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、及び、Wから選択される1種以上の元素)を含有させる場合、元素Mを供給するための化合物としては、同様に水溶性の化合物が好ましく、例えば、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、硫酸ハフニウム、タンタル酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸アンモニウムなどを好適に用いることができる。 Further, an element M (M is at least one element selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W) in the metal composite hydroxide. In the case of containing, the compound for supplying the element M is also preferably a water-soluble compound, for example, magnesium sulfate, calcium sulfate, aluminum sulfate, titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, potassium titanium oxalate, sulfuric acid Vanadium, ammonium vanadate, chromium sulfate, potassium chromate, zirconium sulfate, niobium oxalate, ammonium molybdate, hafnium sulfate, sodium tantalate, sodium tungstate, ammonium tungstate, and the like can be preferably used.
第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液の濃度は、金属化合物の合計で、好ましくは1mol/L以上2.6mol/L以下、より好ましくは1.5mol/L以上2.2mol/L以下とする。原料水溶液の濃度が1mol/L未満では、反応槽当たりの晶析物量が少なくなるため、生産性が低下する。一方、混合水溶液の濃度が2.6mol/Lを超えると、常温での飽和濃度を超えるため、各金属化合物の結晶が再析出して、配管などを詰まらせるおそれがある。 The concentration of the first raw material aqueous solution and the second raw material aqueous solution is preferably 1 mol / L or more and 2.6 mol / L or less, more preferably 1.5 mol / L or more and 2.2 mol / L in total of the metal compounds. The following is assumed. If the concentration of the raw material aqueous solution is less than 1 mol / L, the amount of crystallized substances per reaction vessel is reduced, so that the productivity is reduced. On the other hand, if the concentration of the mixed aqueous solution exceeds 2.6 mol / L, the concentration of the metal compound exceeds the saturation concentration at room temperature, so that the crystals of the respective metal compounds may re-precipitate and clog pipes and the like.
なお、上述した金属化合物は、必ずしも1種類の原料水溶液として反応槽に供給しなくてもよい。例えば、混合すると反応して目的とする化合物以外の化合物が生成されてしまう金属化合物を用いて晶析反応を行う場合、全金属化合物の水溶液の合計の濃度が上記範囲となるように、個別に金属化合物の水溶液を調製して、個々の金属化合物の水溶液として、所定の割合で反応槽内に供給してもよい。 In addition, the metal compound described above does not necessarily need to be supplied to the reaction tank as one type of raw material aqueous solution. For example, when a crystallization reaction is performed using a metal compound that produces a compound other than the target compound by reacting when mixed, the crystallization reaction is performed individually so that the total concentration of the aqueous solutions of all the metal compounds is in the above range. An aqueous solution of a metal compound may be prepared and supplied as an aqueous solution of an individual metal compound into the reaction vessel at a predetermined ratio.
また、第1の原料水溶液、及び、第2の原料水溶液の供給量は、晶析工程の終了時点において、反応溶液(粒子成長水溶液)中の生成物(第2の金属複合水酸化物粒子)の濃度が、好ましくは30g/L以上200g/L以下、より好ましくは80g/L以上150g/L以下となるようにする。生成物の濃度が30g/L未満である場合、一次粒子の凝集が不十分になる場合がある。一方、生成物の濃度が200g/Lを超える場合、反応槽内に、核生成用水溶液または粒子成長用水溶液が十分に拡散せず、粒子成長に偏りが生じる場合がある。 Further, the supply amounts of the first raw material aqueous solution and the second raw material aqueous solution are determined based on the product (second metal composite hydroxide particles) in the reaction solution (particle growth aqueous solution) at the end of the crystallization step. Is preferably 30 g / L or more and 200 g / L or less, more preferably 80 g / L or more and 150 g / L or less. When the concentration of the product is less than 30 g / L, the aggregation of the primary particles may be insufficient. On the other hand, if the concentration of the product exceeds 200 g / L, the aqueous solution for nucleation or the aqueous solution for particle growth may not be sufficiently diffused in the reaction tank, and the particle growth may be biased.
(アルカリ水溶液)
反応水溶液中のpH値を調整するアルカリ水溶液は、特に制限されることはなく、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの一般的なアルカリ金属水酸化物水溶液を用いることができる。なお、アルカリ金属水酸化物を、直接、反応水溶液に添加することもできるが、pH制御の容易さから、水溶液として添加することが好ましい。この場合、アルカリ金属水酸化物水溶液の濃度を、20質量%〜50質量%とすることが好ましく、20質量%〜30質量%とすることがより好ましい。アルカリ金属水溶液の濃度をこのような範囲に規制することにより、反応系に供給する溶媒量(水量)を抑制しつつ、添加位置で局所的にpH値が高くなることを防止することができるため、粒度分布の狭い金属複合水酸化物粒子を効率的に得ることができる。
(Alkaline aqueous solution)
The alkaline aqueous solution for adjusting the pH value in the reaction aqueous solution is not particularly limited, and a general alkaline metal hydroxide aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide can be used. The alkali metal hydroxide can be directly added to the reaction aqueous solution, but is preferably added as an aqueous solution because of easy pH control. In this case, the concentration of the alkali metal hydroxide aqueous solution is preferably 20% by mass to 50% by mass, and more preferably 20% by mass to 30% by mass. By regulating the concentration of the aqueous alkali metal solution to such a range, it is possible to prevent the pH value from locally increasing at the addition position while suppressing the amount of the solvent (the amount of water) supplied to the reaction system. And metal composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution can be efficiently obtained.
なお、アルカリ水溶液の供給方法は、反応水溶液のpH値が局所的に高くならず、かつ、所定の範囲に維持される限り、特に制限されることはない。例えば、反応水溶液を十分に撹拌しながら、定量ポンプなどの流量制御が可能なポンプにより供給すればよい。 The method of supplying the aqueous alkali solution is not particularly limited as long as the pH value of the aqueous reaction solution does not locally increase and is maintained within a predetermined range. For example, the reaction aqueous solution may be supplied by a pump capable of controlling the flow rate such as a constant-rate pump while sufficiently stirring.
(アンモニウムイオン供給体を含む水溶液)
アンモニウムイオン供給体を含む水溶液も、特に制限されることはなく、例えば、アンモニア水、または、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウムもしくはフッ化アンモニウムなどの水溶液を使用することができる。
(Aqueous solution containing ammonium ion donor)
The aqueous solution containing the ammonium ion donor is not particularly limited, either. For example, aqueous ammonia or an aqueous solution of ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate or ammonium fluoride can be used.
アンモニウムイオン供給体として、アンモニア水を使用する場合、その濃度は、好ましくは20質量%〜30質量%、より好ましくは22質量%〜28質量%とする。アンモニア水の濃度をこのような範囲に規制することにより、揮発などによるアンモニアの損失を最小限に抑制することができるため、生産効率の向上を図ることができる。
なお、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液の供給方法も、アルカリ水溶液と同様に、流量制御が可能なポンプにより供給することができる。
When ammonia water is used as the ammonium ion supplier, the concentration is preferably 20% by mass to 30% by mass, more preferably 22% by mass to 28% by mass. By regulating the concentration of the ammonia water in such a range, the loss of ammonia due to volatilization or the like can be suppressed to a minimum, so that the production efficiency can be improved.
In addition, the supply method of the aqueous solution containing the ammonium ion supply body can also be supplied by a pump whose flow rate can be controlled, similarly to the alkaline aqueous solution.
(反応雰囲気)
反応槽内の雰囲気を、酸化性雰囲気、又は、非酸化性雰囲気に制御することで、金属複合水酸化物の粒子構造及びタップ密度が制御される。タップ密度が1.7g/cm3以上2.3g/cm3以下である中実構造を有する金属複合水酸化物の粒子を主として得る場合、核生成工程(ステップS11)、及び、粒子成長工程(ステップS12、S20)では、例えば 、酸素濃度が5容量%以下の非酸化性雰囲気にすることが好ましく、酸素濃度が1容量%以下の雰囲気とすることがより好ましい。例えば、反応雰囲気中における酸素濃度を1容量%以下とする場合、酸素と不活性ガスの混合雰囲気に制御することが好ましい。
(Reaction atmosphere)
By controlling the atmosphere in the reaction tank to an oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere, the particle structure and the tap density of the metal composite hydroxide are controlled. When mainly obtaining particles of a metal composite hydroxide having a solid structure with a tap density of 1.7 g / cm 3 or more and 2.3 g / cm 3 or less, a nucleation step (step S11) and a particle growth step ( In steps S12 and S20), for example, it is preferable to set a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less, and more preferable to set an atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less. For example, when the oxygen concentration in the reaction atmosphere is set to 1% by volume or less, it is preferable to control the mixed atmosphere of oxygen and an inert gas.
(反応温度)
反応水溶液の温度(反応温度)は、晶析工程(核生成工程と粒子成長工程、第2の晶析工程)全体を通じて、好ましくは20℃以上、より好ましくは20℃以上60℃以下の範囲に制御する。反応温度が20℃未満の場合、反応水溶液の溶解度が低くなることに起因して、核生成が起こりやすくなり、得られる金属複合水酸化物の平均粒径や粒度分布の制御が困難となることがある。なお、反応温度の上限は、特に制限されることはないが、60℃を超えると、アンモニアの揮発が促進され、反応水溶液中のアンモニウムイオンを一定範囲に制御するために供給するアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の量が増加し、生産コストが増加する。なお、反応温度が60℃を超える場合、核生成工程(ステップS11)において、一次結晶に歪が生じ、タップ密度が低くなる恐れがある。
(Reaction temperature)
The temperature (reaction temperature) of the reaction aqueous solution is preferably 20 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher and 60 ° C. or lower throughout the crystallization step (nucleation step, particle growth step, and second crystallization step). Control. When the reaction temperature is lower than 20 ° C., nucleation is likely to occur due to the low solubility of the reaction aqueous solution, and it becomes difficult to control the average particle size and particle size distribution of the obtained metal composite hydroxide. There is. The upper limit of the reaction temperature is not particularly limited. However, when the temperature exceeds 60 ° C., the volatilization of ammonia is promoted, and an ammonium ion supplier supplied to control the ammonium ion in the reaction aqueous solution within a certain range. And the production cost increases. If the reaction temperature exceeds 60 ° C., in the nucleation step (step S11), the primary crystal may be distorted and the tap density may be reduced.
(製造装置)
本実施形態に係る金属複合水酸化物の製造方法では、反応が完了するまで生成物を回収しない方式の装置、例えば、バッチ反応槽を用いることが好ましい。このような装置であれば、オーバーフロー方式によって生成物を回収する連続晶析装置のように、成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されることがないため、粒度分布が狭い金属複合水酸化物粒子を容易に得ることができる。
(Manufacturing equipment)
In the method for producing a metal composite hydroxide according to the present embodiment, it is preferable to use an apparatus that does not collect products until the reaction is completed, for example, a batch reaction tank. With such an apparatus, unlike the continuous crystallization apparatus that recovers the product by the overflow method, the growing particles are not collected at the same time as the overflow liquid, so the metal composite hydroxide having a narrow particle size distribution. Particles can be easily obtained.
また、本実施形態の金属複合水酸化物の製造方法では、晶析反応中の反応雰囲気を制御することが好ましいため、密閉式の装置などの雰囲気制御可能な装置を使用することが好ましい。このような装置であれば、核生成工程や粒子成長工程における反応雰囲気を適切に制御することができるため、上述した粒子構造を有し、かつ、粒度分布が狭い金属複合水酸化物粒子を容易に得ることができる。 In the method for producing a metal composite hydroxide according to the present embodiment, it is preferable to control the reaction atmosphere during the crystallization reaction. Therefore, it is preferable to use a device capable of controlling the atmosphere, such as a closed device. With such an apparatus, since the reaction atmosphere in the nucleation step and the particle growth step can be appropriately controlled, the metal composite hydroxide particles having the above-described particle structure and having a narrow particle size distribution can be easily obtained. Can be obtained.
なお、本実施形態の製造方法で得られる金属複合水酸化物10の組成は、上述した粒子構造、平均粒径および粒度分布を実現できる限り、特に限定されないが、例えば、例えば、組成比(A)で表される金属複合水酸化物に対して、好適に適用することができる。 The composition of the metal composite hydroxide 10 obtained by the production method of the present embodiment is not particularly limited as long as the above-described particle structure, average particle size, and particle size distribution can be realized. ) Can be suitably applied to the metal composite hydroxide represented by the formula (1).
3.リチウムイオン二次電池用正極活物質
本実施形態に係る正極活物質は、リチウム、ニッケル、マンガン、及び、タングステンと、任意にコバルト、及び、元素Mと、を含み、それぞれの金属元素の原子数比が、Li:Ni:Mn:Co:W:M=(1+u):x:y:z:a:b(x+y+z=1、−0.05≦u≦0.50、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Taから選択される1種以上の元素)で表されるリチウム金属複合酸化物(以下、「リチウム金属複合酸化物」という。)を含有する。また、リチウム金属複合酸化物は、六方晶系の層状結晶構造を有する。
3. Positive electrode active material for lithium ion secondary battery The positive electrode active material according to the present embodiment includes lithium, nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and the element M, and the number of atoms of each metal element. The ratio is Li: Ni: Mn: Co: W: M = (1 + u): x: y: z: a: b (x + y + z = 1, -0.05 ≦ u ≦ 0.50, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is Mg, Ca, Al, Ti, V , Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta) (hereinafter, referred to as “lithium metal composite oxide”). The lithium metal composite oxide has a hexagonal layered crystal structure.
図5(A)〜図5(B)は、本実施形態に係るリチウム金属複合酸化物の一例を示す模式図である。リチウム金属複合酸化物20は、図5(A)に示すように、複数の一次粒子21が凝集して形成された二次粒子22を含む。なお、リチウム金属複合酸化物20は、二次粒子22のみから構成されてもよく、二次粒子22と単独の一次粒子21とから構成されてもよい。以下、リチウム金属複合酸化物20の詳細について、図5(A)及び図5(B)を参照して、説明する。 5A and 5B are schematic diagrams illustrating an example of the lithium metal composite oxide according to the present embodiment. As shown in FIG. 5A, the lithium metal composite oxide 20 includes secondary particles 22 formed by aggregating a plurality of primary particles 21. Note that the lithium metal composite oxide 20 may be composed of only the secondary particles 22 or may be composed of the secondary particles 22 and the single primary particles 21. Hereinafter, the details of the lithium metal composite oxide 20 will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.
(タングステン及びリチウムを含む化合物)
リチウム金属複合酸化物20は、図5(A)に示すように、二次粒子22の表面又は内部に存在する一次粒子21の表層、及び、一次粒子21間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物23が濃縮されて存在する。タングステン及びリチウムを含む化合物23の存在部位は、例えば、図9に示すように、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いた面分析でW分布を検出することにより確認できる。また、タングステン及びリチウム含む化合物23は、二次粒子22の内部よりも表面(表層)により多く存在することが好ましい。
(Compound containing tungsten and lithium)
As shown in FIG. 5A, the lithium metal composite oxide 20 contains tungsten and lithium on the surface layer of the primary particles 21 existing on the surface or inside the secondary particles 22 and on the grain boundaries between the primary particles 21. Compound 23 is present in a concentrated form. The existence site of the compound 23 containing tungsten and lithium can be confirmed, for example, by detecting a W distribution by surface analysis using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) as shown in FIG. Further, it is preferable that the compound 23 containing tungsten and lithium is present more on the surface (surface layer) than inside the secondary particles 22.
正極活物質の表層を異種化合物が被覆する場合、リチウムイオンの移動(インターカレーション)が大きく制限されるため、結果的にリチウム金属複合酸化物の持つ高容量という長所が十分に発揮できないことがある。これに対して、タングステン及びリチウムを含む化合物23(例えば、タングステン酸リチウムなど)は、リチウムイオンの伝導性が高いためリチウムイオンの移動を促す効果があるため、本実施形態に係るリチウム金属複合酸化物20は、その表面付近の一次粒子21の表層、及び、一次粒子21間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物23を形成させることで、電解液との界面でLiの伝導パスを形成することにより、正極活物質の反応抵抗を低減して出力特性を向上させることができる。タングステン及びリチウムを含む化合物23は、例えば、リチウム金属複合酸化物20の表面付近に微粒子の形態で存在することができる。 In the case where the surface layer of the positive electrode active material is coated with a heterogeneous compound, the movement (intercalation) of lithium ions is greatly restricted, and as a result, the advantage of the high capacity of the lithium metal composite oxide cannot be sufficiently exhibited. is there. On the other hand, the compound 23 containing tungsten and lithium (for example, lithium tungstate) has a high lithium ion conductivity and thus has an effect of promoting the movement of lithium ions. The compound 20 forms a conductive path of Li at the interface with the electrolytic solution by forming a compound 23 containing tungsten and lithium on the surface layer of the primary particles 21 near the surface and on the grain boundary between the primary particles 21. By doing so, it is possible to reduce the reaction resistance of the positive electrode active material and improve the output characteristics. The compound 23 containing tungsten and lithium can be present in the form of fine particles near the surface of the lithium metal composite oxide 20, for example.
タングステン及びリチウム含む化合物23としては、特に限定されず、例えば、Li2WO4、Li4WO5、Li2W2O7などのタングステン酸リチウムが挙げられる。これらのタングステン酸リチウムが、二次粒子22の表面又は内部に存在する一次粒子21の表層、及び、一次粒子21間の粒界に濃縮して形成されることにより、リチウム金属複合酸化物20のリチウムイオン伝導度がさらに高まり、二次電池の正極に用いられた場合、反応抵抗の低減がより大きなものとなる。 The compound 23 containing tungsten and lithium is not particularly limited, and examples thereof include lithium tungstate such as Li 2 WO 4 , Li 4 WO 5 , and Li 2 W 2 O 7 . These lithium tungstates are concentrated and formed on the surface layer of the primary particles 21 existing on the surface or inside of the secondary particles 22, and on the grain boundaries between the primary particles 21, thereby forming the lithium metal composite oxide 20. When the lithium ion conductivity is further increased and used for a positive electrode of a secondary battery, the reduction in reaction resistance becomes greater.
(粒子構造)
リチウム金属複合酸化物20の二次粒子22の構造は、特に限定されず、例えば、一次粒子が比較的に隙間なく凝集して形成された中実構造であってもよく、二次粒子22内部に複数の空隙24を有する空隙構造や、中空部25を有する中空構造であってもよい。リチウム金属複合酸化物20の二次粒子22の構造は、より高い粒子強度と、高いタップ密度とを有するという観点から、中実構造であることが好ましい。
(Particle structure)
The structure of the secondary particles 22 of the lithium metal composite oxide 20 is not particularly limited, and may be, for example, a solid structure in which primary particles are formed by relatively agglomeration without gaps. Alternatively, a hollow structure having a plurality of voids 24 or a hollow structure having a hollow portion 25 may be used. The structure of the secondary particles 22 of the lithium metal composite oxide 20 is preferably a solid structure from the viewpoint of higher particle strength and higher tap density.
本明細書において、二次粒子22が中実構造を有するとは、複数の一次粒子1が二次粒子2の内部全体に均一かつ密に分布し、二次粒子2の内部に、明確な一又は複数の中空部(例、二次粒子2の断面積の10%以上を占める)が存在しない構造を有することをいう。また、金属複合水酸化物10が中実構造を有する場合、金属複合水酸化物10の空隙率(二次粒子22の断面積に対する二次粒子2の内部の空隙面積)は、例えば20%以下であり、好ましくは10%以下である。 In the present specification, the phrase “the secondary particles 22 have a solid structure” means that the plurality of primary particles 1 are uniformly and densely distributed throughout the inside of the secondary particles 2, and that the primary particles 1 Or, it has a structure in which a plurality of hollow portions (eg, occupying 10% or more of the cross-sectional area of the secondary particles 2) does not exist. When the metal composite hydroxide 10 has a solid structure, the porosity of the metal composite hydroxide 10 (the void area inside the secondary particles 2 with respect to the cross-sectional area of the secondary particles 22) is, for example, 20% or less. And preferably 10% or less.
リチウム金属複合酸化物20が、上述した金属複合水酸化物の特徴である中実構造を引き継いで、中実構造を有する場合、二次粒子22の内部の空隙が少ないため、他の構造と比較して、最も粒子強度に優れる。また、リチウム金属複合酸化物20が高い粒子強度を有する場合、体積あたりのエネルギー密度をより大きくすることができ、かつ、充放電サイクル時における正極活物質の割れなどの発生を抑制して、サイクル特性を向上させることができる。 When the lithium metal composite oxide 20 has a solid structure by inheriting the solid structure characteristic of the above-described metal composite hydroxide, the voids inside the secondary particles 22 are small, so that the lithium metal composite oxide 20 is compared with other structures. And the most excellent particle strength. In addition, when the lithium metal composite oxide 20 has a high particle strength, the energy density per volume can be further increased, and the occurrence of cracks or the like in the positive electrode active material during a charge / discharge cycle is suppressed, and the cycle is reduced. The characteristics can be improved.
本実施形態に係る正極活物質は、中空部25や空間部26を含む多層構造を有する二次粒子22(金属複合水酸化物)の製造の際、従来公知の粒子成長工程に連続して、上述したような、タングステンを含む水溶液を添加する第2の晶析工程を追加することにより、タングステン濃縮層3を表層に形成した金属複合水酸化物10、及び、これを前駆体として用いたリチウム金属複合酸化物20を得ることができる。そして、リチウム金属複合酸化物20は、一次粒子21の表層及び一次粒子21間の粒界にリチウム及びタングステンを含む化合物23が存在することにより、中空部25や空間部26を含む多層構造を有する二次粒子22を含む正極活物質の結晶性を維持したまま、出力特性のさらなる向上を実現することができる。 The positive electrode active material according to the present embodiment, in the production of the secondary particles 22 (metal composite hydroxide) having a multilayer structure including the hollow portion 25 and the space portion 26, is continuously connected to a conventionally known particle growth step, By adding the second crystallization step of adding the aqueous solution containing tungsten as described above, the metal composite hydroxide 10 having the tungsten-enriched layer 3 formed on the surface layer, and the lithium using this as a precursor The metal composite oxide 20 can be obtained. The lithium metal composite oxide 20 has a multilayer structure including the hollow portion 25 and the space portion 26 due to the presence of the compound 23 containing lithium and tungsten at the surface layer of the primary particles 21 and the grain boundary between the primary particles 21. The output characteristics can be further improved while maintaining the crystallinity of the positive electrode active material including the secondary particles 22.
(体積平均粒径)
正極活物質の体積平均粒径(MV)は、特に限定されないが、例えば、3μm以上9μm以下とすることができる。体積平均粒径(MV)が上記範囲である場合、正極活物質を用いた二次電池の単位体積あたりの電池容量を増加させることができ、かつ、熱安定性や出力特性も改善することができる。一方、正極活物質の体積平均粒径(MV)が4μm未満である場合、正極活物質の充填性が低下し、単位容積(体積)あたりの電池容量を増加することが難しい。また、正極活物質の体積平均粒径(MV)が9μmを超える場合、正極活物質の反応面積が低下し始めるので、出力特性が十分とならないことがある。
(Volume average particle size)
The volume average particle size (MV) of the positive electrode active material is not particularly limited, but can be, for example, 3 μm or more and 9 μm or less. When the volume average particle size (MV) is in the above range, the battery capacity per unit volume of the secondary battery using the positive electrode active material can be increased, and the thermal stability and output characteristics can be improved. it can. On the other hand, when the volume average particle diameter (MV) of the positive electrode active material is less than 4 μm, the filling property of the positive electrode active material decreases, and it is difficult to increase the battery capacity per unit volume (volume). When the volume average particle size (MV) of the positive electrode active material exceeds 9 μm, the reaction area of the positive electrode active material starts to decrease, so that the output characteristics may not be sufficient.
なお、正極活物質の体積平均粒径(MV)は、上述した金属複合水酸化物10と同様に、例えば、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。 In addition, the volume average particle size (MV) of the positive electrode active material can be determined from, for example, a volume integrated value measured by a laser light diffraction / scattering particle size analyzer, as in the case of the metal composite hydroxide 10 described above.
(粒度分布)
正極活物質は、粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/MV]が、好ましくは0.65以下である。[(d90−d10)/MV]が上記範囲である場合、正極活物質は、粒度分布が非常に狭いリチウム金属複合酸化物20から構成される。このような正極活物質は、微細粒子や粗大粒子の割合が少なく、この正極活物質を正極に用いた二次電池は、熱安定性、サイクル特性および出力特性に優れる。
(Particle size distribution)
The positive electrode active material has an index [(d90−d10) / MV] indicating the spread of the particle size distribution, and is preferably 0.65 or less. When [(d90−d10) / MV] is within the above range, the positive electrode active material is composed of the lithium metal composite oxide 20 having a very narrow particle size distribution. Such a positive electrode active material has a small proportion of fine particles and coarse particles, and a secondary battery using this positive electrode active material for a positive electrode is excellent in thermal stability, cycle characteristics, and output characteristics.
一方、[(d90−d10)/MV]が0.65を超える場合、正極活物質中の微細粒子や粗大粒子の割合が増加する。粒度分布の広がりの大きい正極活物質を用いた二次電池は、例えば、微細粒子の局所的な反応に起因して、発熱し、熱安定性が低下するとともに、微細粒子が選択的に劣化し、サイクル特性が低下することがある。また、粒度分布の広がりの大きい正極活物質を用いた二次電池は、粗大粒子の割合が多いため、電解液と正極活物質の反応面積を十分に確保することができず、出力特性が低下することがある。 On the other hand, when [(d90-d10) / MV] exceeds 0.65, the ratio of fine particles and coarse particles in the positive electrode active material increases. A secondary battery using a positive electrode active material having a large particle size distribution, for example, generates heat due to a local reaction of fine particles, reduces heat stability, and selectively deteriorates fine particles. Cycle characteristics may be degraded. In addition, a secondary battery using a positive electrode active material having a wide particle size distribution has a large proportion of coarse particles, so that a sufficient reaction area between the electrolytic solution and the positive electrode active material cannot be secured, and output characteristics deteriorate. May be.
なお、工業規模の生産を前提とした場合、正極活物質として、[(d90−d10)/MV]が過度に小さいものを用いることは現実的でではない。したがって、コストや生産性を考慮すると、正極活物質における[(d90−d10)/MV]の下限値は、0.25以上であることが好ましい。なお、[(d90−d10)/MV]におけるd10およびd90の意味、及び、これらの測定方法は、上述した金属複合水酸化物と同様である。 In addition, on the premise of production on an industrial scale, it is not realistic to use a material whose [(d90−d10) / MV] is excessively small as the positive electrode active material. Therefore, in consideration of cost and productivity, the lower limit of [(d90−d10) / MV] in the positive electrode active material is preferably 0.25 or more. The meaning of d10 and d90 in [(d90-d10) / MV] and the method of measuring these are the same as those of the metal composite hydroxide described above.
(焼結凝集)
正極活物質は、焼結凝集を示す指標である[リチウム金属複合酸化物d50/金属複合水酸化物d50](以下、「d50比」という)が、0.95以上1.05以下の範囲であることが好ましい。d50比が上記範囲である場合、正極活物質は、焼結凝集に伴う二次粒子同士の凝集が抑制された、リチウム金属複合酸化物20から構成されることができる。このような正極活物質は、二次電池の正極における充填性が高く、二次電池の正極に用いた場合、高容量であり、特性のバラつきが少なく、かつ、均一性に優れた二次電池を得ることができる。
(Sinter aggregation)
The positive electrode active material has an index of sintering aggregation [lithium metal composite oxide d50 / metal composite hydroxide d50] (hereinafter referred to as “d50 ratio”) of 0.95 or more and 1.05 or less. Preferably, there is. When the d50 ratio is within the above range, the positive electrode active material can be composed of the lithium metal composite oxide 20 in which aggregation of the secondary particles due to sintering aggregation is suppressed. Such a positive electrode active material has a high filling property in the positive electrode of a secondary battery, and when used in a positive electrode of a secondary battery, has a high capacity, a small variation in characteristics, and excellent uniformity. Can be obtained.
一方、d50比が1.05を超える場合、焼結の凝集に伴い、比表面積が低下したり、充填性が低下したりすることがある。このような正極活物質を用いた二次電池は反応性が低下することにより出力特性が低下し、また、電池容量も低下することがある。また、このような正極活物質を用いた二次電池は、繰り返し充放電を行った場合、正極において、二次粒子同士が凝集している強度の弱い部分から選択的に崩壊するため、サイクル特性を大きく損なう要因となる場合がある。 On the other hand, when the d50 ratio exceeds 1.05, the specific surface area may decrease or the filling property may decrease due to aggregation of sintering. A secondary battery using such a positive electrode active material may have reduced reactivity due to reduced reactivity, and may also have a reduced battery capacity. In addition, in a secondary battery using such a positive electrode active material, when repeatedly charged and discharged, the secondary particles in the positive electrode selectively collapse from a weak portion where the secondary particles are aggregated, so that the cycle characteristics May be a factor that greatly impairs the performance.
また、d50比が1.0未満である場合、リチウム金属複合酸化物20を解砕することで、二次粒子22中から、一次粒子21の一部が欠落して、粒径が減少したことを意味するが、特に、d50比が0.95未満である場合、欠落した一次粒子21が多いため微粉が多く発生し、粒度分布が広くなることがある。 Further, when the d50 ratio is less than 1.0, by crushing the lithium metal composite oxide 20, a part of the primary particles 21 was missing from the secondary particles 22 and the particle diameter was reduced. In particular, when the d50 ratio is less than 0.95, a large number of fine particles are generated due to the large number of the missing primary particles 21 and the particle size distribution may be widened.
なお、金属複合水酸化物d50は、リチウム金属複合酸化物20を製造する際に前駆体として用いた金属複合水酸化物10のd50を意味する。また、それぞれの粒子のd50は、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定することができ、各粒径における粒子を粒径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の50%となる粒径を意味する。 The metal composite hydroxide d50 means d50 of the metal composite hydroxide 10 used as a precursor when producing the lithium metal composite oxide 20. The d50 of each particle can be measured by a laser diffraction / scattering particle size analyzer, and the particles at each particle size are accumulated from the smaller particle size side, and the accumulated volume is 50% of the total volume of all the particles. % Means the particle size.
(結晶子径)
本実施形態に係る正極活物質は、従来の製造方法のように、晶析工程全体でタングステンを均一に添加して得られる金属複合水酸化物を前駆体として用いた正極活物質と比較して、粉末X線回折測定により得られる(003)面の結晶子径をより大きくすることができる。正極活物質の(003)面の結晶子径は、例えば、110nm以上とすることができ、115nm以上であってもよく、好ましくは120nm以上である。正極活物質の(003)面の結晶子径が120nm以上である場合、結晶性が高く、かつ、この正極活物質を正極に用いた二次電池は、正極抵抗が低減されるため、出力特性が向上し、かつ、熱安定性も向上する。一方、正極活物質の(003)面の結晶子径が120nm未満である場合、結晶性が十分でない場合や、二次電池の熱安定性が低下する場合がある。
(Crystallite diameter)
The positive electrode active material according to the present embodiment is, as in a conventional manufacturing method, compared with a positive electrode active material using a metal composite hydroxide obtained by uniformly adding tungsten throughout the crystallization step as a precursor. The crystallite diameter of the (003) plane obtained by powder X-ray diffraction measurement can be further increased. The crystallite diameter of the (003) plane of the positive electrode active material can be, for example, 110 nm or more, may be 115 nm or more, and is preferably 120 nm or more. When the crystallite diameter of the (003) plane of the positive electrode active material is 120 nm or more, the secondary battery using the positive electrode active material for the positive electrode has high crystallinity, and the positive electrode resistance is reduced. And thermal stability also improves. On the other hand, when the crystallite diameter of the (003) plane of the positive electrode active material is less than 120 nm, the crystallinity may not be sufficient, or the thermal stability of the secondary battery may decrease.
なお、正極活物質の(003)面の結晶子径の上限は、特に限定されないが、例えば、200nm以下とすることができ、120nm以上150nm以下であることが好ましい。本実施形態の正極活物質では、上述のようにタングステン濃縮層3を表面に有する金属複合水酸化物10を前駆体として用いることにより、高い結晶性を維持できるため、(003)面の結晶子径を上記範囲とすることができる。 The upper limit of the crystallite diameter of the (003) plane of the positive electrode active material is not particularly limited, but can be, for example, 200 nm or less, and preferably 120 nm or more and 150 nm or less. In the positive electrode active material of the present embodiment, since the high crystallinity can be maintained by using the metal composite hydroxide 10 having the tungsten concentrated layer 3 on the surface as a precursor as described above, the crystallite of the (003) plane can be maintained. The diameter can be in the above range.
(タップ密度)
正極活物質のタップ密度は、好ましくは1.8g/cm3以上2.4g/cm3以下であり、より好ましくは2.0g/cm3以上2.2g/cm3以下である。正極活物質のタップ密度が上記範囲である場合、より高い体積エネルギー密度を有する二次電池を得ることができる。一方、タップ密度が1.8g/cm3未満である場合、粒子構造において空隙を有する部分が多くなり粒子強度が低下するためサイクル特性は低下することがある。また、正極活物質の充填性が低下し、単位体積あたりの電池容量を増加することが難しい。
(Tap density)
The tap density of the positive electrode active material is preferably 1.8 g / cm 3 or more and 2.4 g / cm 3 or less, and more preferably 2.0 g / cm 3 or more and 2.2 g / cm 3 or less. When the tap density of the positive electrode active material is in the above range, a secondary battery having a higher volume energy density can be obtained. On the other hand, when the tap density is less than 1.8 g / cm 3 , there are many voids in the particle structure and the particle strength is reduced, so that the cycle characteristics may be reduced. In addition, the filling property of the positive electrode active material is reduced, and it is difficult to increase the battery capacity per unit volume.
なお、正極活物質の粒度分布の広がりが大きい場合、タップ密度が大きくなる傾向があるが、この場合、微細粒子が選択的に劣化してサイクル特性が低下することがある。よって、正極活物質の粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/MV]が上記範囲内であり(例、0.65以下)、かつ、タップ密度が上記範囲内(例、1.8g/cm3以上2.4g/cm3以下)である場合、高い体積エネルギー密度を有するとともに、サイクル特性に優れることができる。 When the particle size distribution of the positive electrode active material is large, the tap density tends to increase. In this case, fine particles may be selectively deteriorated and cycle characteristics may be deteriorated. Therefore, [(d90−d10) / MV] which is an index indicating the spread of the particle size distribution of the positive electrode active material is within the above range (eg, 0.65 or less), and the tap density is within the above range (eg, (1.8 g / cm 3 or more and 2.4 g / cm 3 or less), it has high volume energy density and excellent cycle characteristics.
(比表面積)
正極活物質のBET比表面積は、好ましくは0.6m2/g以上1.2m2/g以下であり、より好ましくは0.7m2/g以上1.1m2/g以下で、さらに好ましくは0.8m2/g以上1.0m2/g以下である。BET比表面積が上記範囲である場合、二次電池の正極用いた際に電解液との接触面積を十分なものとすることができるため、正極抵抗を低減させ、十分な出力特性を得ることができる。
(Specific surface area)
The BET specific surface area of the positive electrode active material is preferably from 0.6 m 2 / g to 1.2 m 2 / g, more preferably from 0.7 m 2 / g to 1.1 m 2 / g, further preferably 0.8 m 2 / g or more and 1.0 m 2 / g or less. When the BET specific surface area is in the above range, the contact area with the electrolyte can be made sufficient when the positive electrode of the secondary battery is used, so that the positive electrode resistance can be reduced and sufficient output characteristics can be obtained. it can.
(組成)
本実施形態の正極活物質は、上述した特性を有する限り、その組成は、特に限定されないが、例えば、一般式(B):Li1+uNixMnyCozWaMbO2(−0.05≦u≦0.50、x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)で示される。
(composition)
Positive electrode active material of the present embodiment, as long as it has characteristics as described above, the composition is not particularly limited, for example, the general formula (B): Li 1 + u Ni x Mn y Co z W a M b O 2 (-0 0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta).
上記一般式(B)中、リチウム(Li)の量を示すuの値は、好ましくは−0.05以上0.50以下、より好ましく0以上0.50以下、さらに好ましくは0以上0.35以下である。uの値が上記範囲である場合、この正極活物質を正極材料として用いた二次電池の出力特性および容量特性を向上させることができる。これに対して、uの値が−0.05未満である場合、二次電池の正極抵抗が大きくなり、出力特性を向上させることができない。一方、uの値が0.50を超える場合、初期放電容量が低下したり、正極抵抗が大きくなったりすることがある。 In the general formula (B), the value of u indicating the amount of lithium (Li) is preferably -0.05 to 0.50, more preferably 0 to 0.50, and further preferably 0 to 0.35. It is as follows. When the value of u is in the above range, the output characteristics and capacity characteristics of a secondary battery using this positive electrode active material as a positive electrode material can be improved. On the other hand, when the value of u is less than -0.05, the positive electrode resistance of the secondary battery increases, and the output characteristics cannot be improved. On the other hand, when the value of u exceeds 0.50, the initial discharge capacity may decrease or the positive electrode resistance may increase.
上記一般式(B)中、ニッケル(Ni)の含有量を示すxの値は、好ましくは0.3以上0.95以下、より好ましくは0.3以上0.9以下である。ニッケルは、二次電池の高電位化および高容量化に寄与する元素である。xの値が0.3未満である場合、この正極活物質を用いた二次電池の容量特性を向上させることができない。一方、xの値が0.95を超える場合、他の元素の含有量が減少し、他の元素の効果を得ることができない。 In the general formula (B), the value of x indicating the content of nickel (Ni) is preferably from 0.3 to 0.95, more preferably from 0.3 to 0.9. Nickel is an element that contributes to higher potential and higher capacity of the secondary battery. If the value of x is less than 0.3, the capacity characteristics of a secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, when the value of x exceeds 0.95, the content of the other element decreases, and the effect of the other element cannot be obtained.
上記一般式(B)中、マンガン(Mn)の含有量を示すyの値は、好ましくは0.05以上0.55以下、より好ましくは0.10以上0.40以下である。マンガンは、熱安定性の向上に寄与する元素である。yの値が0.05未満である場合、この正極活物質を用いた二次電池の熱安定性を向上させることができない。一方、yの値が0.55を超える場合、高温作動時に正極活物質からMnが溶出し、充放電サイクル特性が劣化することがある。 In the general formula (B), the value of y indicating the content of manganese (Mn) is preferably 0.05 or more and 0.55 or less, and more preferably 0.10 or more and 0.40 or less. Manganese is an element that contributes to improvement in thermal stability. When the value of y is less than 0.05, the thermal stability of a secondary battery using this positive electrode active material cannot be improved. On the other hand, when the value of y exceeds 0.55, Mn is eluted from the positive electrode active material during high-temperature operation, and the charge / discharge cycle characteristics may be degraded.
上記一般式(B)中、コバルト(Co)の含有量を示すzの値は、好ましくは0以上0.4以下、より好ましくは0.10以上0.35以下である。コバルトは、充放電サイクル特性の向上に寄与する元素である。zの値が0.4を超える場合、この正極活物質を用いた二次電池の初期放電容量が大幅に低下することがある。 In the general formula (B), the value of z indicating the content of cobalt (Co) is preferably from 0 to 0.4, more preferably from 0.10 to 0.35. Cobalt is an element that contributes to improvement of charge / discharge cycle characteristics. When the value of z exceeds 0.4, the initial discharge capacity of a secondary battery using this positive electrode active material may be significantly reduced.
上記一般式(B)中、タングステン(W)の含有量を示すaの値は、Ni、Co及びMnのモル数の合計を1とした場合、0を超え0.1以下であり、好ましくは0.001以上0.01以下、より好ましくは、0.0045以上0.006以下である。aの値が上記範囲である場合、正極活物質は、結晶性を高く維持したまま、より出力特性、サイクル特性に優れる。また、Wは、上述したように、正極活物質中、主に二次粒子22の表面付近の一次粒子21の表層、又は一次粒子21間の粒界に含まれる。 In the general formula (B), the value of a indicating the content of tungsten (W) is more than 0 and 0.1 or less when the total number of moles of Ni, Co, and Mn is 1, and is preferably 0.1 or less. It is 0.001 or more and 0.01 or less, more preferably 0.0045 or more and 0.006 or less. When the value of a is within the above range, the positive electrode active material has more excellent output characteristics and cycle characteristics while maintaining high crystallinity. In addition, as described above, W is mainly contained in the surface layer of the primary particles 21 near the surface of the secondary particles 22 or in the grain boundary between the primary particles 21 in the positive electrode active material.
本実施形態の正極活物質では、二次電池の耐久性や出力特性をさらに改善するため、上述した金属元素に加えて、元素Mを含有してもよい。このような元素Mとしては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、及び、タンタル(Ta)から選択される1種以上を用いることができる。 In order to further improve the durability and output characteristics of the secondary battery, the positive electrode active material of the present embodiment may contain the element M in addition to the above-described metal elements. Examples of the element M include magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr), niobium (Nb), and molybdenum ( Mo), hafnium (Hf), and tantalum (Ta) can be used.
上記一般式(B)中、元素Mの含有量を示すbの値は、Ni、Co及びMnのモル数の合計を1とした場合、好ましくは0以上0.1以下、より好ましくは0.001以上0.05以下である。bの値が0.1を超える場合、Redox反応に貢献する金属元素が減少するため、電池容量が低下することがある。 In the general formula (B), the value of b indicating the content of the element M is preferably 0 or more and 0.1 or less, more preferably 0.1 or less, when the total number of moles of Ni, Co and Mn is 1. It is 001 or more and 0.05 or less. When the value of b exceeds 0.1, the metal element contributing to the Redox reaction decreases, so that the battery capacity may decrease.
上記一般式(B)で表される正極活物質において、二次電池の容量特性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(B1):Li1+uNixMnyCozWaMbO2(−0.05≦u≦0.20、x+y+z=1、0.7<x≦0.95、0.05≦y≦0.1、0≦z≦0.2、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、及び、Mo、Hf、及び、Taら選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。中でも、熱安定性と電池容量との両立を図るという観点から、上記一般式(B1)におけるxの値を、0.7<x≦0.9とすることがより好ましく、0.7<x≦0.85とすることがさらに好ましい。 In the positive electrode active material represented by the general formula (B), from the viewpoint of achieving further improvements in capacity characteristics of the secondary battery, its composition formula (B1): Li 1 + u Ni x Mn y Co z W a M b O 2 (-0.05 ≦ u ≦ 0.20, x + y + z = 1,0.7 <x ≦ 0.95,0.05 ≦ y ≦ 0.1,0 ≦ z ≦ 0.2,0 < a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is one or more selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, and Mo, Hf, and Ta. Element). Above all, from the viewpoint of achieving both thermal stability and battery capacity, the value of x in the above general formula (B1) is more preferably set to 0.7 <x ≦ 0.9, and 0.7 <x ≦ 0.9. It is more preferred that ≦ 0.85.
また、熱安定性のさらなる改善を図るという観点から、その組成を、一般式(B2):Li1+uNixMnyCozWaMbO2(−0.05≦u≦0.50、x+y+z=1、0.3≦x≦0.7、0.1≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<a≦0.1、0≦b≦0.1、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、及び、Taから選択される1種以上の元素)とすることが好ましい。 From the viewpoint of achieving further improvement of the thermal stability, the composition, the general formula (B2): Li 1 + u Ni x Mn y Co z W a M b O 2 (-0.05 ≦ u ≦ 0.50, x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is , Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta).
4.リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
図6は、本実施形態に係る正極活物質の製造方法の一例を示す図である。本実施形態の製造方法は、上述したリチウム金属複合酸化物20を含む正極活物質を工業的規模で、容易に製造することができる。なお、リチウム金属複合酸化物20を含む正極活物質は、上記の特定の構造、平均粒径および粒度分布を備える限り、特に限定されず、公知の製造方法を用いて得ることができる。
4. Method for Producing Positive Electrode Active Material for Lithium-Ion Secondary Battery FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a method for producing a positive electrode active material according to the present embodiment. According to the manufacturing method of the present embodiment, the positive electrode active material containing the above-described lithium metal composite oxide 20 can be easily manufactured on an industrial scale. The positive electrode active material containing the lithium metal composite oxide 20 is not particularly limited as long as it has the specific structure, average particle size, and particle size distribution described above, and can be obtained by a known manufacturing method.
図6に示すように、本実施形態に係る正極活物質の製造方法は、上述の製造方法により得られた金属複合水酸化物10と、リチウム化合物とを混合してリチウム混合物を得る工程(ステップS30)と、リチウム混合物を焼成して、リチウム金属複合酸化物を得る工程(ステップS40)と、を備える。なお、必要に応じて、上述した工程以外に、熱処理工程や仮焼工程などの工程を追加してもよい。 As shown in FIG. 6, in the method for manufacturing a positive electrode active material according to the present embodiment, a step of mixing a metal composite hydroxide 10 obtained by the above-described manufacturing method and a lithium compound to obtain a lithium mixture (step) S30), and a step of firing the lithium mixture to obtain a lithium metal composite oxide (Step S40). If necessary, a step such as a heat treatment step or a calcining step may be added in addition to the steps described above.
金属複合水酸化物10の表層に形成されたタングステン濃縮層3中のタングステンは、リチウム化合物との混合工程(ステップS30)及び焼成工程(ステップS40)において、リチウム化合物と反応して、リチウム金属複合酸化物20中の一次粒子の表層、及び、一次粒子間の粒界にタングステンとリチウムとを含む化合物23を形成する。以下、図6を参照して、本実施形態に係る正極活物質の製造方法について説明する。 Tungsten in the tungsten concentrated layer 3 formed on the surface layer of the metal composite hydroxide 10 reacts with the lithium compound in the mixing step (step S30) with the lithium compound and the firing step (step S40) to form the lithium metal composite. A compound 23 containing tungsten and lithium is formed on the surface of the primary particles in the oxide 20 and on the grain boundaries between the primary particles. Hereinafter, a method for manufacturing the positive electrode active material according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
(混合工程)
まず、金属複合水酸化物、及び、金属複合水酸化物を熱処理して得られる金属複合酸化物の少なくとも一方(以下、これらをまとめて「前駆体」ともいう。)と、リチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を得る(ステップS30)。
(Mixing process)
First, a lithium compound is mixed with at least one of a metal composite hydroxide and a metal composite oxide obtained by heat-treating the metal composite hydroxide (hereinafter, these are also collectively referred to as a “precursor”). Thus, a lithium mixture is obtained (step S30).
ステップS30では、リチウム混合物中のリチウム以外の金属原子、具体的には、ニッケル、コバルト、マンガンおよび元素Mとの原子数の和(Me)と、リチウムの原子数(Li)との比(Li/Me)が、0.95以上1.5以下、好ましくは1.0以上1.5以下、より好ましくは1.0以上1.35以下、さらに好ましくは1.0以上1.2以下となるように、前駆体とリチウム化合物を混合する。すなわち、焼成工程の前後ではLi/Meは変化しないので、混合工程におけるLi/Meが、目的とする正極活物質のLi/Meとなるように、前駆体とリチウム化合物を混合する。なお、Li/Meは、タングステン及びリチウムを含む化合物23を十分に形成させるという観点から、1を超えてもよく、1.1を超えてもよい。 In step S30, the ratio (Li) of the sum (Me) of the number of atoms of metal atoms other than lithium in the lithium mixture, specifically, nickel, cobalt, manganese, and the element M, to the number of atoms of lithium (Li) / Me) is 0.95 or more and 1.5 or less, preferably 1.0 or more and 1.5 or less, more preferably 1.0 or more and 1.35 or less, and still more preferably 1.0 or more and 1.2 or less. Thus, the precursor and the lithium compound are mixed. That is, since Li / Me does not change before and after the firing step, the precursor and the lithium compound are mixed such that Li / Me in the mixing step becomes Li / Me of the target positive electrode active material. Note that Li / Me may exceed 1 or may exceed 1.1 from the viewpoint of sufficiently forming the compound 23 containing tungsten and lithium.
混合に用いるリチウム化合物は、特に限定されないが、入手の容易性の観点から、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、又は、これらの混合物を用いることが好ましい。特に、取り扱いの容易さや品質の安定性を考慮すると、水酸化リチウム、又は、炭酸リチウムを用いることが好ましい。 The lithium compound used for mixing is not particularly limited, but from the viewpoint of availability, it is preferable to use lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate, or a mixture thereof. Particularly, considering ease of handling and stability of quality, it is preferable to use lithium hydroxide or lithium carbonate.
前駆体とリチウム化合物とは、微粉が生じない程度に、十分に混合することが好ましい。混合が不十分であると、個々の粒子間でLi/Meにばらつきが生じ、十分な電池特性を得ることができない場合がある。なお、混合には、一般的な混合機を使用することができる。例えば、シェーカーミキサ、レーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Vブレンダなどを用いることができる。 It is preferable that the precursor and the lithium compound are sufficiently mixed so that fine powder is not generated. Insufficient mixing may cause variations in Li / Me between the individual particles, making it impossible to obtain sufficient battery characteristics. Note that a general mixer can be used for mixing. For example, a shaker mixer, a redige mixer, a julia mixer, a V blender, and the like can be used.
(熱処理工程)
また、混合工程(ステップS30)の前に、任意に、金属複合水酸化物を熱処理する工程(熱処理工程)を設けてもよい。熱処理により得られた前駆体と、リチウム化合物と混合してもよい(不図示)。ここで、熱処理後に得られる前駆体としては、熱処理工程において余剰水分の少なくも一部が除去された金属複合水酸化物、熱処理工程により金属複合水酸化物が酸化物に転換された前駆体(金属複合酸化物)、又は、これらの混合物が含まれてもよい。
(Heat treatment process)
Before the mixing step (step S30), a step of heat-treating the metal composite hydroxide (heat treatment step) may be arbitrarily provided. The precursor obtained by the heat treatment may be mixed with a lithium compound (not shown). Here, as the precursor obtained after the heat treatment, a metal composite hydroxide in which at least a part of excess water is removed in the heat treatment step, a precursor in which the metal composite hydroxide is converted to an oxide by the heat treatment step ( Metal composite oxide) or a mixture thereof.
熱処理工程は、金属複合水酸化物を、加熱して熱処理することにより、金属複合水酸化物に含有される水分の少なくとも一部を除去する工程である。これにより、焼成工程(ステップS40)後まで残留する水分を一定量まで減少させることができ、得られる正極活物質の組成がばらつくことを抑制できる。 The heat treatment step is a step of heating and heat-treating the metal composite hydroxide to remove at least a part of the water contained in the metal composite hydroxide. This makes it possible to reduce the amount of water remaining until after the firing step (step S40) to a certain amount, and to suppress a variation in the composition of the obtained positive electrode active material.
熱処理温度は、例えば、105℃以上750℃以下である。熱処理温度が105℃未満である場合、金属複合水酸化物中の余剰水分が十分に除去できず、ばらつきを十分に抑制することができないことがある。一方、熱処理温度が700℃を超える場合、それ以上の効果は期待できないばかりか、生産コストが増加してしまう。 The heat treatment temperature is, for example, 105 ° C. or more and 750 ° C. or less. When the heat treatment temperature is lower than 105 ° C., the excess water in the metal composite hydroxide cannot be sufficiently removed, and the variation may not be sufficiently suppressed. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 700 ° C., not only no further effect can be expected, but also the production cost increases.
なお、熱処理工程では、正極活物質中の各金属成分の原子数や、Liの原子数の割合にばらつきが生じない程度に水分が除去できればよいので、必ずしもすべての金属複合水酸化物を複合酸化物に転換する必要はない。しかしながら、各金属成分の原子数やLiの原子数の割合のばらつきをより少ないものとするという観点から、400℃以上で熱処理して、すべての金属複合水酸化物を、複合酸化物に転換することが好ましい。なお、熱処理条件による金属複合水酸化物に含有される金属成分の原子数を分析によって予め求めておき、リチウム化合物との混合比を決めておくことで、上述したばらつきをより抑制することができる。
なお、熱処理を行う雰囲気は、特に制限されず、非還元性雰囲気であればよいが、簡易的に行えるという観点から、空気気流中が好ましい。
In the heat treatment step, it is only necessary to remove water to such an extent that the number of atoms of each metal component in the positive electrode active material or the ratio of the number of Li atoms does not vary. There is no need to convert things. However, from the viewpoint of reducing the variation in the number of atoms of each metal component and the ratio of the number of atoms of Li, heat treatment is performed at 400 ° C. or more to convert all metal composite hydroxides to composite oxides. Is preferred. The above-described variation can be further suppressed by determining the number of atoms of the metal component contained in the metal composite hydroxide under the heat treatment conditions in advance by analysis and determining the mixing ratio with the lithium compound. .
The atmosphere in which the heat treatment is performed is not particularly limited, and may be a non-reducing atmosphere, but is preferably in an air stream from the viewpoint that it can be easily performed.
また、熱処理時間は、特に制限されないが、金属複合水酸化物中の水分を十分に除去するという観点から、好ましくは1時間以上であり、より好ましくは5時間以上15時間以下である。 The heat treatment time is not particularly limited, but is preferably 1 hour or more, and more preferably 5 hours or more and 15 hours or less, from the viewpoint of sufficiently removing moisture in the metal composite hydroxide.
(焼成工程)
次いで、リチウム混合物を、焼成して、リチウム金属複合酸化物20を得る(ステップS40)。本工程は、所定条件の下で焼成することにより、前駆体中にリチウムを拡散させて、リチウム金属複合酸化物20を得る工程である。得られたリチウム金属複合酸化物20は、そのまま正極活物質として用いてもよく、後述するように、解砕工程により、粒度分布を調整した後、正極活物質として用いてもよい。
(Firing process)
Next, the lithium mixture is fired to obtain the lithium metal composite oxide 20 (Step S40). This step is a step of obtaining lithium metal composite oxide 20 by sintering under a predetermined condition to diffuse lithium into the precursor. The obtained lithium metal composite oxide 20 may be used as it is as a positive electrode active material, or may be used as a positive electrode active material after a particle size distribution is adjusted by a crushing step, as described later.
[焼成温度]
焼成温度は、好ましくは650℃以上980℃以下である。焼成温度が650℃未満である場合、前駆体中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウム(未反応のリチウム化合物を含む)や未反応の金属複合水酸化物または金属複合酸化物が残存したり、得られるリチウム金属複合酸化物の結晶性が不十分になったりすることがある。一方、焼成温度が980℃を超える場合、リチウム複合酸化物粒子間が激しく焼結し、異常粒成長が引き起こされ、不定形な粗大粒子の割合が増加することがある。
[Firing temperature]
The firing temperature is preferably from 650 ° C to 980 ° C. When the firing temperature is lower than 650 ° C., lithium does not sufficiently diffuse into the precursor, and surplus lithium (including unreacted lithium compound) and unreacted metal composite hydroxide or metal composite oxide remain. Or the crystallinity of the obtained lithium metal composite oxide may be insufficient. On the other hand, when the firing temperature exceeds 980 ° C., sintering between lithium composite oxide particles is severe, abnormal grain growth may be caused, and the ratio of irregularly shaped coarse particles may increase.
また、上述した一般式(B1)で表される正極活物質を製造する場合、焼成温度は、好ましくは650℃以上900℃以下である。また、一般式(B2)で表される正極活物質を製造する場合、焼成温度は、好ましくは800℃以上980℃以下である。 In the case of producing the positive electrode active material represented by the general formula (B1), the firing temperature is preferably 650 ° C or more and 900 ° C or less. In the case of manufacturing the positive electrode active material represented by the general formula (B2), the firing temperature is preferably 800 ° C or higher and 980 ° C or lower.
[昇温速度]
焼成温度までの昇温速度は、2℃/分以上10℃/分以下とすることが好ましく、5℃/分以上9℃/分以下であってもよい。さらに、焼成工程(ステップS40)において、用いたリチウム化合物の融点付近の温度で、好ましくは1時間以上5時間以下、より好ましくは2時間以上5時間以下保持してもよい。これにより、前駆体とリチウム化合物とをより均一に反応させることができる。
[Heating rate]
The heating rate up to the firing temperature is preferably 2 ° C./min to 10 ° C./min, and may be 5 ° C./min to 9 ° C./min. Further, in the firing step (step S40), the temperature may be maintained at a temperature near the melting point of the lithium compound used, preferably for 1 hour to 5 hours, more preferably 2 hours to 5 hours. This allows the precursor and the lithium compound to react more uniformly.
[焼成時間]
上記焼成温度での保持時間(焼成時間)は、少なくとも2時間以上とすることが好ましく、4時間以上24時間以下とすることがより好ましい。また、焼成温度の保持時間(焼成時間)は、2時間以上15時間以下であってもよく、2時間以上10時間以下であってもよい。焼成温度における保持時間が2時間未満である場合、前駆体中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウムや未反応の金属複合水酸化物または金属複合酸化物が残存したり、得られるリチウム金属複合酸化物の結晶性が十分でなかったりすることがある。
[Firing time]
The holding time (firing time) at the above firing temperature is preferably at least 2 hours, more preferably 4 hours to 24 hours. The holding time (sintering time) of the sintering temperature may be 2 hours or more and 15 hours or less, or may be 2 hours or more and 10 hours or less. When the holding time at the firing temperature is less than 2 hours, lithium does not sufficiently diffuse into the precursor, and excess lithium, unreacted metal composite hydroxide or metal composite oxide remains, or the obtained lithium The crystallinity of the metal composite oxide may not be sufficient.
[冷却速度]
焼成時間(保持時間)終了後、焼成温度から少なくとも200℃までの冷却速度は、2℃/分以上10℃/分以下とすることが好ましく、3℃/分以上7℃/分以下とすることがより好ましい。冷却速度を上記範囲に制御することにより、生産性を確保しつつ、匣鉢などの設備が、急冷により破損することを防止することを防止することができる。
[Cooling rate]
After the calcination time (holding time), the cooling rate from the calcination temperature to at least 200 ° C is preferably 2 ° C / min to 10 ° C / min, and more preferably 3 ° C / min to 7 ° C / min. Is more preferred. By controlling the cooling rate within the above range, it is possible to prevent the equipment such as the sagger from being damaged by rapid cooling while securing the productivity.
[焼成雰囲気]
焼成時の雰囲気は、好ましくは酸化性雰囲気であり、より好ましくは酸素濃度が18容量%以上100容量%以下の雰囲気であり、特に好ましくは上記範囲の酸素濃度の酸素と、不活性ガスとの混合雰囲気である。すなわち、焼成は、大気、又は、酸素気流中で行うことが好ましい。雰囲気中の酸素濃度が18容量%未満である場合、リチウム金属複合酸化物の結晶性が十分にならないことがある。
[Firing atmosphere]
The atmosphere during the firing is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume or more and 100% by volume or less, particularly preferably an oxygen gas having an oxygen concentration in the above range and an inert gas. It is a mixed atmosphere. That is, firing is preferably performed in the air or in an oxygen stream. If the oxygen concentration in the atmosphere is less than 18% by volume, the crystallinity of the lithium metal composite oxide may not be sufficient.
[焼成炉]
焼成工程(ステップS40)に用いられる炉は、特に限定されず、大気、又は、酸素気流中でリチウム混合物を加熱できるものであればよい。また、炉内の雰囲気を均一に保つという観点から、ガス発生がない電気炉が好ましく、バッチ式、又は、連続式の電気炉であってもよい。また、熱処理工程および仮焼工程に用いる炉についても、炉内の雰囲気を均一に保つという観点から、同様の炉を選択することができる。
[Firing furnace]
The furnace used in the firing step (Step S40) is not particularly limited, and may be any furnace that can heat the lithium mixture in the air or in an oxygen stream. Further, from the viewpoint of keeping the atmosphere in the furnace uniform, an electric furnace that does not generate gas is preferable, and a batch-type or continuous-type electric furnace may be used. In addition, the same furnace can be selected for the furnace used in the heat treatment step and the calcining step from the viewpoint of keeping the atmosphere in the furnace uniform.
(仮焼工程)
なお、リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用する場合には、混合工程(ステップS30)後、焼成工程(ステップS40)の前に、仮焼を行ってもよい。仮焼は、リチウム混合物を、後述する焼成温度よりも低温、かつ、350℃以上800℃以下、好ましくは450℃以上780℃以下で仮焼する工程である。これにより、前駆体中に、リチウムを十分に拡散させることができ、より均一なリチウム複合酸化物粒子を得ることができる。
(Calcination process)
When lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, calcination may be performed after the mixing step (Step S30) and before the firing step (Step S40). The calcination is a step of calcining the lithium mixture at a temperature lower than the calcination temperature described below and at a temperature of 350 ° C to 800 ° C, preferably 450 ° C to 780 ° C. Thereby, lithium can be sufficiently diffused in the precursor, and more uniform lithium composite oxide particles can be obtained.
なお、上記温度での保持時間は、1時間以上10時間以下とすることが好ましく、3時間以上6時間以下とすることが好ましい。また、仮焼工程における雰囲気は、前述した焼成工程(ステップS40)と同様に、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容量%以上100容量%以下の雰囲気とすることがより好ましい。 The holding time at the above temperature is preferably from 1 hour to 10 hours, and more preferably from 3 hours to 6 hours. Also, the atmosphere in the calcining step is preferably an oxidizing atmosphere, as in the above-mentioned baking step (Step S40), and more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume or more and 100% by volume or less.
(解砕工程)
焼成工程(ステップS40)によって得られたリチウム金属複合酸化物20は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合、リチウム金属複合酸化物20の二次粒子22の凝集体または焼結体を解砕することが好ましい。これによって、得られる正極活物質の体積平均粒径(MV)や粒度分布を好適な範囲に調整することができる。なお、解砕とは、焼成時に二次粒子22間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子22からなる凝集体に、機械的エネルギーを投入して、二次粒子22自体をほとんど破壊することなく分離させて、凝集体をほぐす操作を意味する。
(Crushing process)
The lithium metal composite oxide 20 obtained in the firing step (step S40) may have agglomeration or slight sintering. In such a case, it is preferable to crush the aggregates or sintered bodies of the secondary particles 22 of the lithium metal composite oxide 20. Thereby, the volume average particle size (MV) and the particle size distribution of the obtained positive electrode active material can be adjusted to a suitable range. In addition, crushing means that mechanical energy is applied to an aggregate composed of a plurality of secondary particles 22 generated by sintering necking between the secondary particles 22 during firing, and the secondary particles 22 themselves are almost destroyed. Means to separate the aggregates without dissolving the aggregates.
解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、例えば、ピンミルやハンマーミルなどを使用することができる。なお、この際、二次粒子を破壊しないように解砕力を適切な範囲に調整することが好ましい。 Known methods can be used for the crushing method. For example, a pin mill, a hammer mill, or the like can be used. At this time, it is preferable to adjust the crushing force to an appropriate range so as not to destroy the secondary particles.
5.リチウムイオン二次電池
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池(以下、「二次電池」ともいう。)は、正極活物質を含む正極と、負極と、電解質とを含む。リチウムイオン二次電池は、従来公知のリチウムイオン二次電池と同様の構成要素により構成されることができ、例えば、正極、負極、及び非水系電解液を備える。また、二次電池は、例えば、正極、負極、及び固体電解質を備えた全固体二次電池であってもよい。以下、正極以外の各構成要素について、説明する。
5. Lithium ion secondary battery The lithium ion secondary battery (hereinafter, also referred to as “secondary battery”) according to this embodiment includes a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolyte. The lithium ion secondary battery can be configured by the same components as the conventionally known lithium ion secondary battery, and includes, for example, a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The secondary battery may be, for example, an all-solid secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte. Hereinafter, each component other than the positive electrode will be described.
なお、以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明のリチウムイオン二次電池は、本明細書に記載されている実施形態を基づいて、種々の変更、改良を施した形態に適用することも可能である。 It should be noted that the embodiments described below are merely examples, and the lithium ion secondary battery of the present invention is applied to embodiments with various changes and improvements based on the embodiments described in this specification. It is also possible.
(正極)
上記の正極活物質を用いて、二次電池の正極を作製する。以下に正極の製造方法の一例を説明する。まず、上記の正極活物質(粉体状)、導電剤および結着剤(バインダー)を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整などの目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合剤ペーストを作製する。
(Positive electrode)
A positive electrode of a secondary battery is manufactured using the above positive electrode active material. Hereinafter, an example of a method for manufacturing a positive electrode will be described. First, the above-described positive electrode active material (powder), a conductive agent and a binder (binder) are mixed, and if necessary, activated carbon and a target solvent such as viscosity adjustment are added, and the mixture is kneaded. A positive electrode mixture paste is prepared.
正極合剤中のそれぞれの材料の混合比は、リチウム二次電池の性能を決定する要素となるため、用途に応じて、調整することができる。材料の混合比は、公知のリチウム二次電池の正極と同様とすることができ、例えば、溶剤を除いた正極合剤の固形分を100質量部とした場合、正極活物質の含有量を60質量部以上95質量部以下、導電剤の含有量を1質量部以上20質量部以下とし、結着剤の含有量を1質量部以上20質量部以下としてもよい。 Since the mixing ratio of each material in the positive electrode mixture is a factor that determines the performance of the lithium secondary battery, it can be adjusted according to the application. The mixing ratio of the materials can be the same as that of the positive electrode of a known lithium secondary battery. For example, when the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material is 60 parts by mass. The content of the conductive agent may be set to 1 part by mass to 20 parts by mass, and the content of the binder may be set to 1 part by mass to 20 parts by mass.
得られた正極合剤ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して溶剤を飛散させ、シート状の正極が作製される。必要に応じ、電極密度を高めるべくロールプレス等により加圧することもある。このようにして得られたシート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等し、電池の作製に供することができる。ただし、正極の作製方法は、前記例示の方法に限られることなく、他の方法によってもよい。 The obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of, for example, an aluminum foil, and dried to disperse the solvent, thereby producing a sheet-shaped positive electrode. If necessary, pressure may be applied by a roll press or the like in order to increase the electrode density. The sheet-shaped positive electrode thus obtained can be cut into an appropriate size according to the intended battery, and used for battery production. However, the method for manufacturing the positive electrode is not limited to the above-described method, but may be another method.
導電剤は、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛および膨張黒鉛など)や、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料などを用いることができる。 As the conductive agent, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, or the like), or a carbon black-based material such as acetylene black or Ketjen black can be used.
結着剤(バインダー)は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、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(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂およびポリアクリル酸などを用いることができる。 The binder plays a role of binding the active material particles. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluoro rubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose resin And polyacrylic acid.
必要に応じ、正極活物質、導電剤および活性炭を分散させて、結着剤を溶解する溶剤を正極合剤に添加する。溶剤としては、具体的には、N−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。また、正極合剤には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することができる。 If necessary, a positive electrode active material, a conductive agent and activated carbon are dispersed, and a solvent for dissolving the binder is added to the positive electrode mixture. Specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent. Activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.
(負極)
負極は、金属リチウム、リチウム合金等を用いることができる。また、負極は、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合剤を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを用いてもよい。
(Negative electrode)
For the negative electrode, metallic lithium, a lithium alloy, or the like can be used. The negative electrode is prepared by mixing a binder with a negative electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions and adding an appropriate solvent to form a paste into a negative electrode mixture on the surface of a metal foil current collector such as copper. A material formed by coating, drying, and, if necessary, compressing to increase the electrode density may be used.
負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛およびフェノール樹脂などの有機化合物焼成体、およびコークスなどの炭素物質の粉状体を用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、これらの活物質および結着剤を分散させる溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, an organic compound fired body such as natural graphite, artificial graphite and a phenol resin, and a powdered carbon material such as coke can be used. In this case, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the negative electrode binder similarly to the positive electrode, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent for dispersing the active material and the binder. Solvents can be used.
(セパレータ)
正極と負極との間には、セパレータを挟み込んで配置する。セパレータは、正極と負極とを分離し、電解質を保持するものであり、公知のものを用いることができ、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。
(Separator)
A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. The separator separates the positive electrode and the negative electrode, and holds the electrolyte.A known separator can be used.For example, a thin film such as polyethylene or polypropylene may be used, and a film having many fine pores may be used. it can.
(非水系電解質)
非水系電解質としては、非水系電解液を用いることができる。非水系電解液は、例えば、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものを用いてもよい。また、非水系電解液として、イオン液体にリチウム塩が溶解したものを用いてもよい。なお、イオン液体とは、リチウムイオン以外のカチオンおよびアニオンから構成され、常温でも液体状を示す塩をいう。
(Non-aqueous electrolyte)
As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte can be used. As the non-aqueous electrolyte, for example, a solution in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent may be used. Further, as the non-aqueous electrolyte, an ionic liquid in which a lithium salt is dissolved may be used. In addition, the ionic liquid refers to a salt composed of cations and anions other than lithium ions, and which is liquid even at normal temperature.
有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートおよびトリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートおよびジプロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート、さらに、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランおよびジメトキシエタンなどのエーテル化合物、エチルメチルスルホンやブタンスルトンなどの硫黄化合物、リン酸トリエチルやリン酸トリオクチルなどのリン化合物などから選ばれる1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いることができる。 Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and trifluoropropylene carbonate, and chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and dipropyl carbonate, and further, tetrahydrofuran and 2-hydrogen carbonate. One kind selected from ether compounds such as methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butanesultone, and phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate may be used alone, or two or more kinds may be mixed. Can be used.
支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2、およびそれらの複合塩などを用いることができる。さらに、非水系電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤および難燃剤などを含んでいてもよい。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and a composite salt thereof can be used. Further, the non-aqueous electrolyte may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.
また、リチウムイオン二次電池が全固体二次電池の場合、非水系電解質としては、固体電解質を用いてもよい。固体電解質は、高電圧に耐えうる性質を有する。固体電解質としては、無機固体電解質、有機固体電解質が挙げられる。 When the lithium ion secondary battery is an all-solid secondary battery, a solid electrolyte may be used as the non-aqueous electrolyte. The solid electrolyte has a property that can withstand a high voltage. Examples of the solid electrolyte include an inorganic solid electrolyte and an organic solid electrolyte.
無機固体電解質として、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質等が用いられる。 As the inorganic solid electrolyte, an oxide solid electrolyte, a sulfide solid electrolyte, or the like is used.
酸化物系固体電解質としては、特に限定されず、酸素(O)を含有し、かつ、リチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有するものであれば用いることができる。酸化物系固体電解質としては、例えば、リン酸リチウム(Li3PO4)、Li3PO4NX、LiBO2NX、LiNbO3、LiTaO3、Li2SiO3、Li4SiO4−Li3PO4、Li4SiO4−Li3VO4、Li2O−B2O3−P2O5、Li2O−SiO2、Li2O−B2O3−ZnO、Li1+XAlXTi2−X(PO4)3(0≦X≦1)、Li1+XAlXGe2−X(PO4)3(0≦X≦1)、LiTi2(PO4)3、Li3XLa2/3−XTiO3(0≦X≦2/3)、Li5La3Ta2O12、Li7La3Zr2O12、Li6BaLa2Ta2O12、Li3.6Si0.6P0.4O4等が挙げられる。 The oxide solid electrolyte is not particularly limited, and any oxide containing oxygen (O) and having lithium ion conductivity and electronic insulation can be used. The oxide-based solid electrolyte, for example, lithium phosphate (Li 3 PO 4), Li 3 PO 4 N X, LiBO 2 N X, LiNbO 3, LiTaO 3, Li 2 SiO 3, Li 4 SiO 4 -Li 3 PO 4 , Li 4 SiO 4 —Li 3 VO 4 , Li 2 O—B 2 O 3 —P 2 O 5 , Li 2 O—SiO 2 , Li 2 O—B 2 O 3 —ZnO, Li 1 + X Al X Ti 2-X (PO 4 ) 3 (0 ≦ X ≦ 1), Li 1 + X Al X Ge 2-X (PO 4 ) 3 (0 ≦ X ≦ 1), LiTi 2 (PO 4 ) 3 , Li 3X La 2 / 3-X TiO 3 (0 ≦ X ≦ 2/3), Li 5 La 3 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 etc. I can do it.
硫化物系固体電解質としては、特に限定されず、硫黄(S)を含有し、かつ、リチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有するものであれば用いることができる。硫化物系固体電解質としては、例えば、Li2S−P2S5、Li2S−SiS2、LiI−Li2S−SiS2、LiI−Li2S−P2S5、LiI−Li2S−B2S3、Li3PO4−Li2S−Si2S、Li3PO4−Li2S−SiS2、LiPO4−Li2S−SiS、LiI−Li2S−P2O5、LiI−Li3PO4−P2S5等が挙げられる。 The sulfide-based solid electrolyte is not particularly limited, and any electrolyte containing sulfur (S) and having lithium ion conductivity and electronic insulation can be used. The sulfide-based solid electrolyte, for example, Li 2 S-P 2 S 5, Li 2 S-SiS 2, LiI-Li 2 S-SiS 2, LiI-Li 2 S-P 2 S 5, LiI-Li 2 S-B 2 S 3, Li 3 PO 4 -Li 2 S-Si 2 S, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, LiPO 4 -Li 2 S-SiS, LiI-Li 2 S-P 2 O 5, LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , and the like.
なお、無機固体電解質としては、上記以外のものを用いてよく、例えば、Li3N、LiI、Li3N−LiI−LiOH等を用いてもよい。 In addition, as the inorganic solid electrolyte, one other than the above may be used. For example, Li 3 N, LiI, Li 3 N—LiI—LiOH, or the like may be used.
有機固体電解質としては、イオン伝導性を示す高分子化合物であれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの共重合体などを用いることができる。また、有機固体電解質は、支持塩(リチウム塩)を含んでいてもよい。なお、固体電解質を用いる場合は、電解質と正極活物質の接触を確保するため、正極材中にも固体電解質を混合させてもよい。 The organic solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a polymer compound having ion conductivity, and for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, a copolymer thereof, or the like can be used. Further, the organic solid electrolyte may contain a supporting salt (lithium salt). When a solid electrolyte is used, the solid electrolyte may be mixed in the positive electrode material in order to ensure contact between the electrolyte and the positive electrode active material.
(二次電池の形状、構成)
以上のように説明してきた正極、負極、セパレータ、及び非水系電解液や、正極、負極、及び固体電解質で構成される本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。
(Shape and configuration of secondary battery)
The positive electrode, the negative electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte described above, the positive electrode, the negative electrode, and the lithium ion secondary battery according to the present embodiment including the solid electrolyte include a cylindrical shape and a stacked shape. Various shapes are possible.
非水系電解質として非水系電解液を用いる場合、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、得られた電極体に、非水系電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉して、リチウムイオン二次電池を完成させる。 When a non-aqueous electrolyte is used as the non-aqueous electrolyte, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body.The obtained electrode body is impregnated with the non-aqueous electrolyte, and the positive electrode current collector and the outside are impregnated. Connect between the positive electrode terminal and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal which communicates with the outside using a current collecting lead or the like, and seal the battery case to complete the lithium ion secondary battery. .
[リチウムイオン二次電池の特性]
本発明に係るリチウムイオン二次電池は、上述したように、上述の金属複合水酸化物10を前駆体として得られる正極活物質を用いるため、容量特性、出力特性およびサイクル特性に優れる。しかも、従来のリチウムニッケル系酸化物粒子からなる正極活物質を用いた二次電池と比較した場合、熱安定性にも優れる。
[Characteristics of lithium ion secondary battery]
As described above, the lithium ion secondary battery according to the present invention uses the positive electrode active material obtained by using the above-described metal composite hydroxide 10 as a precursor, and thus has excellent capacity characteristics, output characteristics, and cycle characteristics. Moreover, as compared with a conventional secondary battery using a positive electrode active material made of lithium nickel-based oxide particles, the thermal stability is excellent.
本発明に係るリリチウムイオン二次電池は、上述のように、容量特性、出力特性およびサイクル特性に優れており、これらの特性が高いレベルで要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや県電話端末など)の電源に好適に利用することができる。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、熱安定性にも優れており、小型化および高出力化が可能であるばかりでなく、高価な保護回路を簡略することができるため、搭載スペースに制約を受ける輸送用機器の電源としても好適に利用することができる。 As described above, the lithium ion secondary battery according to the present invention has excellent capacity characteristics, output characteristics, and cycle characteristics, and small portable electronic devices (notebook personal computers and local Phone terminal). Further, the lithium ion secondary battery of the present invention is excellent in thermal stability, not only can be miniaturized and high output, but also can simplify an expensive protection circuit, so that the mounting space can be reduced. It can also be suitably used as a power source for transportation equipment subject to restrictions.
以下、実施例および比較例を用いて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例および比較例では、特に断りがない限り、金属複合水酸化物および正極活物質の作製には、和光純薬工業株式会社製試薬特級の各試料を使用した。また、核生成工程および粒子成長工程を通じて、反応水溶液のpH値は、pHコントローラ(日伸理化製、NPH−690D)により測定し、この測定値に基づき、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調整することで、各工程における反応水溶液のpH値の変動幅を±0.2の範囲に制御した。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. In addition, in the following Examples and Comparative Examples, unless otherwise specified, each sample of a special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used for producing the metal composite hydroxide and the positive electrode active material. Further, through the nucleation step and the particle growth step, the pH value of the reaction aqueous solution is measured with a pH controller (Nippon Chemical Co., Ltd., NPH-690D), and the supply amount of the sodium hydroxide aqueous solution is adjusted based on the measured values. Thus, the fluctuation range of the pH value of the reaction aqueous solution in each step was controlled within a range of ± 0.2.
(実施例1)
(a)金属複合水酸化物の製造
[核生成工程]
はじめに、反応槽内に、水を1.2L入れて790rpmで撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。この際、反応槽内に、窒素ガスを導入し、反応雰囲気を、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気とした。続いて、反応槽内に、25質量%水酸化ナトリウム水溶液と25質量%アンモニア水を適量供給し、pH値が、液温25℃基準で12.5、アンモニウムイオン濃度が10g/Lとなるように調整することで反応前水溶液を形成した。
(Example 1)
(A) Production of metal composite hydroxide [nucleation step]
First, 1.2 L of water was put into the reaction tank, and the temperature in the tank was set to 40 ° C. while stirring at 790 rpm. At this time, nitrogen gas was introduced into the reaction tank, and the reaction atmosphere was a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less. Subsequently, an appropriate amount of a 25% by mass aqueous sodium hydroxide solution and 25% by mass aqueous ammonia are supplied into the reaction tank so that the pH value becomes 12.5 based on a liquid temperature of 25 ° C. and the ammonium ion concentration becomes 10 g / L. By adjusting to, an aqueous solution before the reaction was formed.
同時に、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン、硫酸ジルコニウムを、各金属元素のモル比がNi:Mn:Co:Zr=38:30:32:0.2となるように水に溶解し、2mol/Lの第1の原料水溶液を調製した。 At the same time, nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, and zirconium sulfate are dissolved in water so that the molar ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: Zr = 38: 30: 32: 0.2, and 2 mol / mol A first raw material aqueous solution of L was prepared.
次に、第1の原料水応液を、反応前水溶液に13ml/分で供給することで、核生成工程用水溶液を形成し、2.5分間の核生成を行った。この際、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液と25質量%のアンモニア水を適時供給し、核生成用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度を上述した範囲に維持した。 Next, an aqueous solution for the nucleation step was formed by supplying the first raw material aqueous solution to the aqueous solution before the reaction at 13 ml / min, and nucleation was performed for 2.5 minutes. At this time, a 25% by mass aqueous solution of sodium hydroxide and 25% by mass of aqueous ammonia were appropriately supplied to maintain the pH value and ammonium ion concentration of the aqueous solution for nucleation in the above ranges.
[粒子成長工程]
核生成終了後、一旦、すべての水溶液の供給を一旦停止するとともに、硫酸を反応槽へ加えて、pH値が、液温25℃基準で11.6となるように調整することで、粒子成長用水溶液を形成した。pH値が所定の値になったことを確認した後、第1の原料水溶液を反応槽へ供給し、核生成工程で生成した核(粒子)を成長させた。また、反応雰囲気は、窒素ガスを導入し、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気を継続・保持した。
[Grain growth step]
After the nucleation is completed, supply of all the aqueous solutions is temporarily stopped, sulfuric acid is added to the reaction tank, and the pH value is adjusted to 11.6 based on a liquid temperature of 25 ° C., whereby the particle growth is completed. An aqueous solution was formed. After confirming that the pH value reached a predetermined value, the first raw material aqueous solution was supplied to the reaction tank, and nuclei (particles) generated in the nucleation step were grown. As a reaction atmosphere, a nitrogen gas was introduced, and a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less was continuously maintained.
[第2の晶析工程]
第2の原料水溶液として、第1の原料水溶液とタングステンを含む水溶液とを用いた。タングステンを含む水溶液として、タングステン酸ナトリウム二水和物を、得られる水酸化物の各金属元素のモル比がNi:Co:Mn:Zr:W=38:30:32:0.2:0.6となるように水に溶解し、タングステン酸ナトリウム水溶液を調製した。
[Second crystallization step]
As the second raw material aqueous solution, the first raw material aqueous solution and an aqueous solution containing tungsten were used. As an aqueous solution containing tungsten, sodium tungstate dihydrate was prepared by mixing the obtained hydroxides with a molar ratio of each metal element of Ni: Co: Mn: Zr: W = 38: 30: 32: 0.2: 0. The resulting solution was dissolved in water to give an aqueous solution of sodium tungstate.
粒子成長を行う時間全体に対して、19/20時間(95%)経過した時点から、第1の水溶液を供給するとともに、前記タングステン酸ナトリウム水溶液の反応槽への供給を開始した(添加範囲:5%)。すべての水溶液の供給を停止することで、粒子成長工程を終了した。その後、得られた生成物を、水洗、ろ過および乾燥させることにより、粉末状の金属複合水酸化物を得た。 At the time point when 19/20 hours (95%) had elapsed with respect to the entire time for performing the particle growth, the first aqueous solution was supplied, and the supply of the aqueous sodium tungstate solution to the reaction tank was started (addition range: 5%). By stopping the supply of all the aqueous solutions, the particle growth step was completed. Thereafter, the obtained product was washed with water, filtered and dried to obtain a powdery metal composite hydroxide.
なお、第1の晶析工程における粒子成長工程、及び、第2の晶析工程において、これらの工程を通じて、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液と25質量%のアンモニア水を適時供給し、粒子成長用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度を上述した範囲に維持した。また、反応雰囲気は、窒素ガスを導入し、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気に調整し、非酸化性雰囲気と酸化性雰囲気の切り替えを4回行った。なお、第1の原料水溶液の供給速度は、晶析工程の全体において、一定(13ml/分)とした。 In addition, in the particle growth step in the first crystallization step and the second crystallization step, a 25% by mass aqueous sodium hydroxide solution and a 25% by mass aqueous ammonia solution are supplied in a timely manner through these steps to form the particle growth step. The pH value of the working aqueous solution and the ammonium ion concentration were maintained in the above ranges. The reaction atmosphere was adjusted to a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less by introducing nitrogen gas, and switching between the non-oxidizing atmosphere and the oxidizing atmosphere was performed four times. The supply rate of the first raw material aqueous solution was constant (13 ml / min) throughout the crystallization step.
(b)金属複合水酸化物の評価
ICP発光分光分析装置(株式会社島津製作所島津製作所製、ICPE−9000ICPE−9000)を用いた分析により、この金属複合水酸化物は、一般式:Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.002W0.005(OH)2で表されることが確認された。
(B) Evaluation of Metal Complex Hydroxide According to analysis using an ICP emission spectrometer (ICPE-9000, manufactured by Shimadzu Corporation, ICPE-9000), this metal complex hydroxide has a general formula: Ni 0. 38 Mn 0.30 Co 0.32 Zr 0.002 W 0.005 (OH) 2
また、レーザ光回折散乱式粒度分析計(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)を用いて、金属複合水酸化物の平均粒径を測定するとともに、d10およびd90を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/MV]を算出した。その結果、金属複合水酸化物の平均粒径は5.4μmであり、[(d90−d10)/MV]は0.43であることを確認した。 The average particle size of the metal composite hydroxide was measured using a laser light diffraction / scattering type particle size analyzer (Microtrac HRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), and d10 and d90 were measured. [(D90-d10) / MV], which is an index shown, was calculated. As a result, it was confirmed that the average particle size of the metal composite hydroxide was 5.4 μm and [(d90−d10) / MV] was 0.43.
また、金属複合水酸化物中のタングステン濃縮層の存在の有無、及び、その厚さを確認するため、走査型透過電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ社製、HD−2300A)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、金属複合水酸化物断面の面分析を行った。その結果、金属複合水酸化物の表層においてタングステンが濃縮して存在する部位(タングステン濃縮層)の形成を確認し、その厚さは3〜8mであることを確認した。 In addition, in order to confirm the presence or absence of the tungsten enriched layer in the metal composite hydroxide and its thickness, the energy loaded on a scanning transmission electron microscope (HD-2300A, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) was used. Using a dispersive X-ray analyzer (EDX), a surface analysis of the cross section of the metal composite hydroxide was performed. As a result, it was confirmed that a portion (tungsten concentrated layer) where tungsten was concentrated and present was formed on the surface layer of the metal composite hydroxide, and that the thickness was 3 to 8 m.
また、タップ密度は、振とう比重測定器(株式会社蔵持科学器械製作所製、KRS−409)を用いて、得られた金属複合水酸化物を20mlメスシリンダーに充填後、該メスシリンダーについて、高さ2cmからの自由落下を500回繰り返す方法で密に充填させてから測定を行った。評価結果を表1に示す。 The tap density was measured using a shaking specific gravity measuring device (KRS-409, manufactured by Kuramochi Kagaku Seisakusho Co., Ltd.) after filling the obtained metal composite hydroxide into a 20 ml graduated cylinder. The measurement was performed after densely filling by a method in which free fall from a height of 2 cm was repeated 500 times. Table 1 shows the evaluation results.
(c)正極活物質の作製
上述のようにして得られた金属複合水酸化物をLi/Meが1.14となるように、シェーカーミキサ装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて炭酸リチウムと十分に混合し、リチウム混合物を得た。
(C) Preparation of Positive Electrode Active Material The metal composite hydroxide obtained as described above was shaken with a shaker mixer (TURBULA Type T2C manufactured by Willy & Bakkofen (WAB) Co., Ltd.) so that Li / Me became 1.14. ) Was thoroughly mixed with lithium carbonate to obtain a lithium mixture.
このリチウム混合物を、空気(酸素濃度:21容量%)気流中、昇温速度を2.52.5℃/分として900℃まで昇温し、この温度で4時間保持することにより焼成し、冷却速度を約4℃/分として室温まで冷却した。このようにして得られた正極活物質は、凝集または軽度の焼結が生じていた。このため、この正極活物質を解砕し、平均粒径および粒度分布を調整した。 The lithium mixture is heated to 900 ° C. in a stream of air (oxygen concentration: 21% by volume) at a rate of 2.52.5 ° C./min and held at this temperature for 4 hours for firing and cooling. Cooled to room temperature at a rate of about 4 ° C / min. The positive electrode active material thus obtained had agglomeration or slight sintering. For this reason, this positive electrode active material was crushed, and the average particle size and the particle size distribution were adjusted.
(d)正極活物質の評価
ICP発光分光分析装置を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:Li1.14Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.002W0.005O2で表されるものであることが確認された。また、レーザ光回折散乱式粒度分析計を用いて、リチウム金属複合酸化物の平均粒径を測定するとともに、d10およびd90を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である[(d90−d10)/MV]を算出した。その結果、リチウム金属複合酸化物の平均粒径は5.3μmであり、[(d90−d10)/MV]は0.43であり、d50比は1.04であることを確認した。
(D) Evaluation of Positive Electrode Active Material According to an analysis using an ICP emission spectrometer, this positive electrode active material was represented by the general formula: Li 1.14 Ni 0.38 Mn 0.30 Co 0.32 Zr 0.002 W 0 It was confirmed that the compound was represented by 0.005 O 2 . In addition, the average particle size of the lithium metal composite oxide is measured using a laser light diffraction / scattering particle size analyzer, and d10 and d90 are measured, which is an index indicating the spread of the particle size distribution [(d90-d10). / MV] was calculated. As a result, it was confirmed that the lithium metal composite oxide had an average particle size of 5.3 μm, [(d90−d10) / MV] was 0.43, and the d50 ratio was 1.04.
また、X線回折装置(スペクトリス株式会社製、X‘Pert PRO)を用いて、(003)面の結晶子径を測定行ったところ1,433Å(143.3nm)であった。 The crystallite diameter of the (003) plane was measured using an X-ray diffractometer (X @ Pert PRO, manufactured by Spectris Co., Ltd.) and found to be 1,433 (143.3 nm).
また、走査型透過電子顕微鏡を用いてリチウム金属複合酸化物におけるタングステンの分布を確認するため、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、リチウム金属複合酸化物断面の面分析を行った。その結果、リチウム金属複合酸化物においてタングステンが、二次粒子の表面付近の一次粒子の表層及び一次粒子間の粒界に多く含有していることを確認した。 In addition, in order to confirm the distribution of tungsten in the lithium metal composite oxide using a scanning transmission electron microscope, a surface analysis of the cross section of the lithium metal composite oxide was performed using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX). . As a result, it was confirmed that in the lithium metal composite oxide, tungsten was largely contained in the surface layer of the primary particles near the surface of the secondary particles and in the grain boundary between the primary particles.
また、タップ密度は、金属複合水酸化物と同様の条件で評価し、BET比表面積は、流動方式−窒素ガス吸着法を採用した比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、マックソーブ1200シリーズ)によって評価した。評価結果は、表2に示す。 The tap density was evaluated under the same conditions as for the metal composite hydroxide, and the BET specific surface area was evaluated using a specific surface area measuring device (Mount Co., Ltd., Maxsorb 1200 series) employing a flow method-nitrogen gas adsorption method. did. The evaluation results are shown in Table 2.
(e)二次電池の作製
図7は、電池特性の評価に用いた2032型コイン電池CBAを示す図である。以下、図7を参照して、二次電池の作製方法について説明する。
(E) Production of Secondary Battery FIG. 7 is a diagram showing a 2032 type coin battery CBA used for evaluation of battery characteristics. Hereinafter, a method for manufacturing a secondary battery will be described with reference to FIGS.
得られた正極活物質:52.5mgと、アセチレンブラック:15mgと、PTEE:7.5mgを混合し、100MPaの圧力で、直径11mm、厚さ100μmにプレス成形した後、真空乾燥機中、120℃で12時間乾燥することにより、正極PEを作製した。 The obtained positive electrode active material: 52.5 mg, acetylene black: 15 mg, and PTEE: 7.5 mg were mixed and press-molded at a pressure of 100 MPa to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm. By drying at 12 ° C. for 12 hours, a positive electrode PE was produced.
次に、この正極PEを用いて2032型コイン電池CBAを、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。この2032型コイン電池の負極NEには、直径17mm、厚さ1mmのリチウム金属を用い、電解液には、1MのLiClO4を支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。また、セパレータSEには、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。なお、2032型コイン電池CBAは、ガスケットGAを有し、正極缶PCと負極缶NCとでコイン状の電池に組み立てられたものである。 Next, using this positive electrode PE, a 2032 type coin battery CBA was produced in a glove box in an Ar atmosphere where the dew point was controlled at -80 ° C. For the negative electrode NE of this 2032 type coin battery, lithium metal having a diameter of 17 mm and a thickness of 1 mm is used, and an electrolyte such as ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1 M LiClO 4 as a supporting electrolyte is used. A mixed solution (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used. A 25 μm-thick polyethylene porous film was used as the separator SE. Note that the 2032 type coin battery CBA has a gasket GA and is assembled into a coin-shaped battery with the positive electrode can PC and the negative electrode can NC.
(f)電池評価
[抵抗]
上記で組み立てたコイン電池CBAを用いてSOC20%における交流インピーダンス法による抵抗値を測定し、比較例1を基準とした相対値を、Ref.に対する抵抗値として算出した。この結果を表2に示す。
(F) Battery evaluation [resistance]
Using the coin battery CBA assembled above, the resistance value was measured by the AC impedance method at an SOC of 20%, and the relative value based on Comparative Example 1 was calculated as Ref. Was calculated as the resistance value. Table 2 shows the results.
(実施例2〜8)
表1に示すように、粒子成長中におけるタングステンを含む水溶液の添加のタイミング(添加時間)を変更した以外は実施例1と同様の条件で、金属複合水酸化物を得た。得られた金属複合水酸化物の評価結果を表1に示す。
(Examples 2 to 8)
As shown in Table 1, a metal composite hydroxide was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the timing (addition time) of the aqueous solution containing tungsten during grain growth was changed. Table 1 shows the evaluation results of the obtained metal composite hydroxides.
また、走査型透過電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、HD−2300A)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、実施例2〜8で得られた金属複合水酸化物の断面の面分析を行い、得られたWの分布を解析した。その結果、実施例2〜8で得られた金属複合水酸化物は、二次粒子の表層にタングステンが濃縮して存在する部位(タングステン濃縮層)が検出され、その厚さは、20nm以上160nm以下であることが確認された。 Further, the metal composite hydroxide obtained in Examples 2 to 8 using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) mounted on a scanning transmission electron microscope (HD-2300A, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). Was analyzed, and the obtained distribution of W was analyzed. As a result, in the metal composite hydroxides obtained in Examples 2 to 8, a portion (tungsten-enriched layer) where tungsten is concentrated and present on the surface layer of the secondary particles is detected, and the thickness is 20 nm or more and 160 nm. It was confirmed that:
次に、得られた金属複合水酸化物を前駆体としたこと以外は、実施例1と同様の条件で、正極活物質および二次電池を得た。得られた金属複合水酸化物、及び、正極活物質の評価結果を表2に示す。また、走査型透過電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、HD−2300A)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて、実施例2〜8で得られたリチウム金属複合酸化物の断面の面分析を行い、得られたWの分布を解析した。その結果、実施例2〜8で得られたリチウム金属複合酸化物は、二次粒子の表面付近の一次粒子の表層、及び、一次粒子間の粒界にタングステンが多く存在していることが確認された。 Next, a positive electrode active material and a secondary battery were obtained under the same conditions as in Example 1 except that the obtained metal composite hydroxide was used as a precursor. Table 2 shows the evaluation results of the obtained metal composite hydroxide and the positive electrode active material. Further, the lithium metal composite oxide obtained in Examples 2 to 8 was obtained by using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) mounted on a scanning transmission electron microscope (HD-2300A, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). Was analyzed, and the obtained distribution of W was analyzed. As a result, it was confirmed that the lithium metal composite oxides obtained in Examples 2 to 8 had a large amount of tungsten in the surface layer of the primary particles near the surface of the secondary particles and in the grain boundaries between the primary particles. Was done.
(比較例1)
粒子成長工程開始時点からタングステン化合物を添加した(添加範囲は100%となる)以外は実施例1と同様の条件で、金属複合水酸化物を得た。得られた金属複合水酸化物の評価結果を表1に示す。次に、得られた金属複合水酸化物を前駆体としたこと以外は、実施例1と同様の条件で、正極活物質および二次電池を作製した。得られた正極活物質及び二次電池の評価結果を表1、2に示す。
(Comparative Example 1)
A metal composite hydroxide was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the tungsten compound was added from the start of the particle growth step (the addition range was 100%). Table 1 shows the evaluation results of the obtained metal composite hydroxides. Next, a cathode active material and a secondary battery were manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the obtained metal composite hydroxide was used as a precursor. Tables 1 and 2 show the evaluation results of the obtained positive electrode active material and the secondary battery.
(比較例2)
タングステンを含有しない金属複合水酸化物(Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.002(OH)2)を用いたこと、及び、金属複合水酸化物と炭酸リチウムと混合する際に、酸化タングステンをあわせて添加して、混合して、リチウム混合物を得たこと(外添)以下は、実施例1と同様の条件で、正極活物質(Li1.14Ni0.38Mn0.30Co0.32Zr0.002W0.005O2)、及び、二次電池を作製した。得られた正極活物質及び二次電池の評価結果を表1、2に示す。
(Comparative Example 2)
The use of a metal composite hydroxide containing no tungsten (Ni 0.38 Mn 0.30 Co 0.32 Zr 0.002 (OH) 2 ) and the mixing of the metal composite hydroxide with lithium carbonate And lithium oxide was added and mixed to obtain a lithium mixture (external addition). The following procedure was performed under the same conditions as in Example 1 under the same conditions as in the positive electrode active material (Li 1.14 Ni 0.38 Mn). 0.30 Co 0.32 Zr 0.002 W 0.005 O 2 ) and a secondary battery. Tables 1 and 2 show the evaluation results of the obtained positive electrode active material and the secondary battery.
(比較例3)
晶析工程の際、第2の晶析工程において、タングステン酸ナトリウム水溶液を供給しない以外は、実施例1と同様の条件で、金属複合水酸化物、正極活物質及び二次電池を作製した。得られた金属複合水酸化物、正極活物質及び二次電池の評価結果を表1、2に示す。
(Comparative Example 3)
In the crystallization step, a metal composite hydroxide, a positive electrode active material, and a secondary battery were produced under the same conditions as in Example 1 except that the aqueous solution of sodium tungstate was not supplied in the second crystallization step. Tables 1 and 2 show the evaluation results of the obtained metal composite hydroxide, positive electrode active material, and secondary battery.
(評価結果)
実施例で得られた金属複合水酸化物は、その表面にタングステン濃縮層を形成することが確認された。また、実施例で得られた正極活物質は、晶析工程全体でタングステンを添加した比較例1と比較して、より大きな結晶子径を有し、かつ、二次電池の正極として用いた際、低い正極抵抗(抵抗値)を示した。
(Evaluation results)
It was confirmed that the metal composite hydroxide obtained in the example formed a tungsten concentrated layer on the surface. Further, the positive electrode active material obtained in the example has a larger crystallite diameter as compared with Comparative Example 1 in which tungsten was added in the entire crystallization step, and when used as a positive electrode of a secondary battery. , Low positive electrode resistance (resistance value).
また、実施例1〜6で得られた金属複合水酸化物は、厚さが100nm以下のタングステン濃縮層が形成され、これらの金属複合水酸化物を前駆体として得られた正極活物質は、タングステン化合物を外添した比較例2と比較しても、より大きな結晶子径を有し、かつ、二次電池の正極として用いた際、より低い抵抗値を示した。 In addition, the metal composite hydroxides obtained in Examples 1 to 6 were formed with a tungsten-enriched layer having a thickness of 100 nm or less, and the positive electrode active materials obtained using these metal composite hydroxides as precursors were: Compared to Comparative Example 2 in which a tungsten compound was externally added, the compound had a larger crystallite diameter and exhibited a lower resistance value when used as a positive electrode of a secondary battery.
一方、タングステンを添加しない比較例3で得られた正極活物質は、タングステンを添加した他の実施例及び比較例と比較して、結晶子径は比較的大きいものの、二次電池の正極として用いた際、抵抗値が大きく、出力特性に劣ることが示された。 On the other hand, the positive electrode active material obtained in Comparative Example 3 without addition of tungsten has a relatively large crystallite diameter as compared with the other Examples and Comparative Examples in which tungsten is added, but is used as a positive electrode of a secondary battery. The results showed that the resistance was large and the output characteristics were inferior.
10…金属複合水酸化物
1…一次粒子
2…二次粒子
3…タングステン濃縮層
20…リチウム金属複合酸化物
21…一次粒子
22…二次粒子
23…タングステン及びリチウムを含む化合物
24…空隙
25…中空部
26…空間部
CBA……コイン電池
CA……ケース
PC……正極缶
NC……負極缶
GA……ガスケット
PE……正極
NE……負極
SE……セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Metal composite hydroxide 1 ... Primary particle 2 ... Secondary particle 3 ... Tungsten concentrated layer 20 ... Lithium metal composite oxide 21 ... Primary particle 22 ... Secondary particle 23 ... Compound containing tungsten and lithium 24 ... Void 25 ... Hollow portion 26 Space portion CBA Coin battery CA Case PC Positive electrode can NC Negative electrode can GA Gasket PE Positive electrode NE Negative electrode SE Separator
Claims (15)
反応槽に前記金属元素を含む第1の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、前記反応槽内の反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、第1の金属複合水酸化物粒子を得る、第1の晶析工程と、
前記第1の金属複合水酸化物粒子を含む反応水溶液に、前記金属元素を含み、かつ、前記第1の原料水溶液よりもタングステンを多く含む第2の原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体とを供給し、前記反応水溶液のpHを調整して、晶析反応を行うことにより、前記第1の金属複合水酸化物粒子の表面にタングステン濃縮層を形成して、第2の金属複合水酸化物粒子を得る、第2の晶析工程と、を備え、
前記第2の晶析工程後に得られる金属複合水酸化物は、タップ密度が1.7g/cm3以上2.3g/cm3以下であり、かつ、複数の一次粒子が凝集してなる中実構造を有する二次粒子を含む、
金属複合水酸化物の製造方法。 It contains nickel, manganese, and tungsten, optionally cobalt, and the element M, and the atomic ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: W: M = x: y: z: a: b (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0. 1, M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta). So,
A first raw material aqueous solution containing the metal element and an ammonium ion supplier are supplied to the reaction tank, the pH of the reaction aqueous solution in the reaction tank is adjusted, and the crystallization reaction is performed, whereby the first metal A first crystallization step of obtaining composite hydroxide particles;
A reaction solution containing the first metal composite hydroxide particles is supplied with a second raw material aqueous solution containing the metal element and containing more tungsten than the first raw material aqueous solution, and an ammonium ion donor. Then, by adjusting the pH of the reaction aqueous solution and performing a crystallization reaction, a tungsten-concentrated layer is formed on the surface of the first metal composite hydroxide particle, and the second metal composite hydroxide particle is formed. And a second crystallization step,
The metal composite hydroxide obtained after the second crystallization step has a tap density of 1.7 g / cm 3 or more and 2.3 g / cm 3 or less and is a solid formed by aggregating a plurality of primary particles. Including secondary particles having a structure,
A method for producing a metal composite hydroxide.
前記第1の晶析工程、及び、前記第2の晶析工程は、酸素濃度が1容量%以下の非酸化性雰囲気で行い、
前記第1の晶析工程、及び、前記第2の晶析工程における粒子成長は、前記反応水溶液のpHを、前記核生成工程における前記反応水溶液のpH値より低くなるように調整する、請求項1に記載の金属複合水酸化物の製造方法。 The first crystallization step includes a nucleation step of performing nucleation and a particle growth step of performing particle growth, and the second crystallization step performs particle growth following the particle growth step. Including
The first crystallization step and the second crystallization step are performed in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less,
The particle growth in the first crystallization step and the second crystallization step adjusts the pH of the reaction aqueous solution to be lower than the pH value of the reaction aqueous solution in the nucleation step. 2. The method for producing a metal composite hydroxide according to 1.
表層にタングステン濃縮層を有し、かつ、
タップ密度が1.7g/cm3以下2.3g/cm3以上であり、かつ、複数の一次粒子が凝集してなる中実構造を有する二次粒子を含む、
金属複合水酸化物。 Nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and the element M, and the atomic ratio of each metal element is Ni: Mn: Co: W: M = x: y: z: a : B (x + y + z = 1, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.05 ≦ y ≦ 0.55, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1 , M is one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta),
Having a tungsten concentration layer on the surface, and
Including a secondary particle having a tap density of 1.7 g / cm 3 or less and 2.3 g / cm 3 or more, and having a solid structure in which a plurality of primary particles are aggregated;
Metal composite hydroxide.
前記リチウム混合物を焼成して、リチウム金属複合酸化物を得る工程と、を備える、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 A metal composite hydroxide obtained by the production method according to any one of claims 1 to 7, and at least one of a metal composite oxide obtained by heat-treating the metal composite hydroxide, and a lithium compound. Mixing to obtain a lithium mixture;
Baking the lithium mixture to obtain a lithium metal composite oxide, comprising: a step of producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.
前記リチウム金属複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集してなる中実構造を有する二次粒子を含み、
前記二次粒子の表面又は内部に存在する前記一次粒子の表層、及び、前記一次粒子間の粒界に、タングステン及びリチウムを含む化合物が濃縮されて存在し、
タップ密度が1.8g/cm3以下2.4g/cm3以上であり、かつ、
BET比表面積が0.6m2/g以上1.2m2/g以下である、
リチウムイオン二次電池用正極活物質。 It contains lithium, nickel, manganese, and tungsten, and optionally cobalt and the element M, and the atomic ratio of each metal element is Li: Ni: Co: Mn: W: M = 1 + u: x: y: z: a: b (x + y + z = 1, -0.05≤u≤0.50, 0.3≤x≤0.95, 0.05≤y≤0.55, 0≤z≤0.4 , 0 <a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is at least one selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and Ta Element) contains a lithium metal composite oxide represented by
The lithium metal composite oxide includes secondary particles having a solid structure in which a plurality of primary particles are aggregated,
The surface layer of the primary particles present on the surface or inside of the secondary particles, and, on the grain boundaries between the primary particles, a compound containing tungsten and lithium is concentrated and present,
The tap density is 1.8 g / cm 3 or less, 2.4 g / cm 3 or more, and
A BET specific surface area of 0.6 m 2 / g or more and 1.2 m 2 / g or less;
A positive electrode active material for lithium ion secondary batteries.
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