JP7271848B2 - Method for producing positive electrode active material for lithium ion secondary battery - Google Patents

Method for producing positive electrode active material for lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries.

近年、携帯電話やノート型パソコン等の携帯機器の普及にともない、高いエネルギー密度を有する小型かつ軽量な二次電池の開発が強く望まれている。
また、xEVと呼ばれる環境対応自動車においても、ハイブリッド車(HEV)から高容量の二次電池を必要とするプラグインハイブリッド車(PHEV)や電気自動車(BEV)への移行が進んでいる。このBEVは、1回の充電での走行距離がガソリン車に比べ短く、これを改善するため二次電池の高容量化が求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of mobile devices such as mobile phones and laptop computers, there is a strong demand for the development of small and lightweight secondary batteries with high energy density.
Also, eco-friendly vehicles called xEV are shifting from hybrid vehicles (HEV) to plug-in hybrid vehicles (PHEV) and electric vehicles (BEV) that require high-capacity secondary batteries. BEVs travel a shorter distance on a single charge than gasoline-powered vehicles, and in order to improve this, there is a demand for high-capacity secondary batteries.

このような要求を満たす二次電池として、リチウムイオン二次電池がある。
このリチウムイオン二次電池は、負極および正極と電解液等で構成され、負極および正極の活物質は、リチウムを脱離および挿入することの可能な材料が用いられている。
さらにリチウムイオン二次電池は、現在、研究開発が盛んに行われているところであるが、中でも、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材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。
As a secondary battery that satisfies such requirements, there is a lithium ion secondary battery.
This lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, and the like, and the active material of the negative electrode and the positive electrode is a material capable of desorbing and intercalating lithium.
Furthermore, lithium ion secondary batteries are currently being actively researched and developed. Since a high voltage can be obtained, it is being put to practical use as a battery having a high energy density.

これまで主に提案されている材料としては、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)や、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)などを挙げることができる。 Materials mainly proposed so far include lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, lithium-nickel composite oxide (LiNiO 2 ), 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 ), and the like.

これらの中でも、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)は、高容量で、かつ、高出力であり、今後の環境対応自動車の二次電池の正極活物質として求められる特性を満足するものとして注目されており、急速に需要が拡大しつつある。
さらに、近年のXEVの需要拡大に伴い、その低価格化が求められている。そのため環境対応自動車の高コスト要因の一つである二次電池の低コスト化の要求が高まってきており、リチウム二次電池を構成する材料の一つである正極活物質も低コスト化を求められている。
Among these, lithium-nickel composite oxide (LiNiO 2 ) has a high capacity and a high output, and is attracting attention as a material that satisfies the characteristics required as a positive electrode active material for secondary batteries of future eco-friendly automobiles. and demand is growing rapidly.
Furthermore, with the recent increase in demand for XEVs, there is a demand for lower prices. As a result, there is an increasing demand for lower cost secondary batteries, which is one of the reasons for the high cost of eco-friendly vehicles. It is

このリチウムニッケル複合酸化物は、ニッケル複合水酸化物、ニッケル複合酸化物などのニッケルを含む化合物とリチウム化合物とを混合してリチウム混合物(原料混合物)を調製した後、リチウム混合物を焼成することで得ることができる。
リチウム混合物の焼成は、例えば、650℃以上、1100℃以下程度の温度で3時間以上行われる。この焼成工程の間に、リチウム化合物がニッケルを含む化合物と反応(焼結)して、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物が得られる。
This lithium-nickel composite oxide is produced by mixing a nickel-containing compound such as nickel composite hydroxide or nickel composite oxide with a lithium compound to prepare a lithium mixture (raw material mixture), and then firing the lithium mixture. Obtainable.
The firing of the lithium mixture is performed, for example, at a temperature of about 650° C. or higher and 1100° C. or lower for 3 hours or longer. During this firing step, the lithium compound reacts (sinters) with the nickel-containing compound to obtain a lithium-nickel composite oxide with high crystallinity.

リチウム混合物の焼成は、一般的に、リチウム混合物の粉末を、匣鉢等の容器に入れて、焼成炉で焼成される。しかしながら、容器に粉末を入れて焼成した場合、熱伝導が悪く、発生ガスと反応ガスとの置換性も悪いため、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物を製造するためには、長時間の昇温と反応の時間が必要になり、これらを含めたトータルの焼成時間が非常に長時間になってしまう。
そこで、リチウム混合物の粉末の焼成を効率よく行うための焼成条件について、これまでいくつかの提案がなされている。
Firing of the lithium mixture is generally carried out by placing the powder of the lithium mixture in a container such as a sagger and firing it in a firing furnace. However, when the powder is placed in a container and fired, the heat conduction is poor and the replacement of the generated gas with the reaction gas is also poor. Time for temperature rise and reaction is required, and the total baking time including these becomes very long.
Therefore, several proposals have been made so far regarding the firing conditions for efficiently firing the powder of the lithium mixture.

例えば、特許文献1には、ニッケル複合化合物とリチウム化合物とを混合して得られる混合物(粉)を焼成容器に充填して焼成する工程において、酸素を混合物内に十分に拡散させるため、混合物の盛り量(混合物を焼成容器に入れたときの厚さ)に対する特定の温度領域に保持される最小保持時間及び、酸素濃度の範囲をそれぞれ特定し、可能な限り効率よく、混合物を焼成する方法が示されている。 For example, in Patent Document 1, in the step of filling a mixture (powder) obtained by mixing a nickel composite compound and a lithium compound into a sintering vessel and sintering, oxygen is sufficiently diffused into the mixture. A method of sintering the mixture as efficiently as possible by specifying the minimum holding time and the range of oxygen concentration to be held in a specific temperature range for the amount of filling (thickness when the mixture is placed in the sintering container). It is shown.

また、特許文献2には、原料の焼成に、通常のヒーター加熱に加え、マイクロ波加熱を用いることにより、焼成工程における原料中の熱伝導を促進し、それにより焼成時間の短縮、及び、原料充填量の増加を実現して低製造コストで高品質のリチウムイオン電池用正極活物質が得られる方法が示されている。 Further, in Patent Document 2, in addition to normal heater heating, microwave heating is used to bake the raw material to promote heat conduction in the raw material in the baking process, thereby shortening the baking time and reducing the raw material. A method is presented to achieve increased loading to obtain high quality positive electrode active materials for lithium ion batteries at low manufacturing costs.

特開2011-146309号公報JP 2011-146309 A 特開2011-210463号公報JP 2011-210463 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、混合物の盛り量が増えるにつれて酸素の拡散時間が増加するため、混合物の盛り量を増やして生産性を向上させようとしても、大きな生産性向上は望めない。
また、特許文献2に記載の技術では、マイクロ波による原料内の水分の突沸やマイクロ波の集中による原料の発火が生じる可能性が有る。また、大量生産の場合には、かなり大型のマイクロ波発信装置が必要となり、装置導入コストが高く、大量のマイクロ波による装置の損傷も懸念される。また、電波の漏えい対策等、電波法への対応も必要である。
However, in the technique described in Patent Document 1, the diffusion time of oxygen increases as the amount of the mixture piled up increases, so even if an attempt is made to improve productivity by increasing the amount of the mixture piled up, a significant improvement in productivity cannot be expected. .
Further, in the technique described in Patent Document 2, there is a possibility that the raw material may ignite due to bumping of moisture in the raw material due to microwaves or concentration of microwaves. In addition, in the case of mass production, a fairly large microwave transmission device is required, the cost of introducing the device is high, and there is concern that the device may be damaged by a large amount of microwaves. It is also necessary to comply with the Radio Law, such as measures against radio wave leakage.

このような状況の中、本発明は、上述の問題に鑑みて、より生産性を向上せしめるリチウムイオン二次電池用正極活物質の簡便な製造方法を提供することを目的とする。 Under such circumstances, in view of the above problems, the present invention aims to provide a simple method for producing a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, which can further improve productivity.

本発明の第1の発明は、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、及び、それ以外の元素(M)を含み、かつ、各元素の原子数比がNi:Co:M=(1-x-y):x:y(ただし、0.01≦x≦0.35、0.03≦y≦0.35、Mは遷移金属、アルカリ土類金属、卑金属、半金属のうち、少なくとも一種)で表されるニッケル複合酸化物粒子と、リチウム化合物粉末を混合してリチウム混合物を得る混合工程と、前記リチウム混合物を酸化性雰囲気で焼成処理する焼成工程とを有し、前記焼成工程が、焼成処理中において、炉内温度を150℃上昇させる毎に、少なくとも1回以上の頻度でリチウム混合物の撹拌操作を伴う工程であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法である。 A first invention of the present invention includes nickel (Ni), cobalt (Co), and other elements (M), and the atomic ratio of each element is Ni:Co:M=(1-x -y): x: y (where 0.01 ≤ x ≤ 0.35, 0.03 ≤ y ≤ 0.35, M is at least one of transition metals, alkaline earth metals, base metals, and semimetals) and a mixing step of mixing nickel composite oxide particles represented by and a lithium compound powder to obtain a lithium mixture, and a firing step of firing the lithium mixture in an oxidizing atmosphere, wherein the firing step includes the A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, characterized in that the step involves stirring the lithium mixture at least once every time the furnace temperature is raised by 150°C during the firing process. is.

本発明の第の発明は、第1の発明のリチウム混合物の撹拌操作における1回の撹拌で、撹拌されるリチウム混合物の量が、前記焼成処理に供されたリチウム混合物全量の30%以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法である。 The second invention of the present invention is that the amount of the lithium mixture to be stirred in one stirring operation in the stirring operation of the lithium mixture of the first invention is 30% or more of the total amount of the lithium mixture subjected to the firing treatment. A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, characterized by comprising:

本発明の第の発明は、第1およびの発明における酸化性雰囲気が、酸素濃度80容量%以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法である。 A third invention of the present invention is a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein the oxidizing atmosphere in the first and second inventions has an oxygen concentration of 80% by volume or more.

本発明の第の発明は、第1から第の発明における焼成工程の焼成温度が、650℃以上、1100℃以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法である。 A fourth invention of the present invention is a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein the baking temperature in the baking step in the first to third inventions is 650° C. or more and 1100° C. or less. is.

本発明の第の発明は、第1から第の発明における焼成工程の焼成温度での保持時間である焼成時間が15分以上、180分以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法である。 A fifth aspect of the present invention is a lithium ion secondary battery characterized in that the firing time, which is the holding time at the firing temperature in the firing step in the first to fourth aspects, is 15 minutes or more and 180 minutes or less. It is a manufacturing method of the positive electrode active material for.

本発明の第の発明は、第1から第の発明における焼成工程で得られた焼成物を、解砕、水洗、乾燥するこ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である。 A sixth aspect of the present invention is a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising crushing, washing, and drying the fired product obtained in the firing step in the first to fifth aspects of the invention. be.

本発明によれば、より生産性が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質の簡便な製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the simple manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries with higher productivity can be provided.

リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries. ニッケル複合酸化物の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of nickel composite oxide. 焼成後のリチウムニッケル複合酸化物の処理工程の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a treatment process for a lithium-nickel composite oxide after firing; 実施例で用いた評価用二次電池を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a secondary battery for evaluation used in Examples.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。図面においては、適宜、模式的に表現することや、縮尺を変更して表現することがある。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below. In the drawings, they may be represented schematically or may be represented by changing the scale as appropriate.

1.リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
本実施形態は、リチウムニッケル複合酸化物を含むリチウムイオン二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」ともいう。)の製造方法である。
リチウムニッケル複合酸化物は、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、及び、それ以外の元素(M)の原子数比が、Li:Ni:Co:M=s:(1-x-y):x:y(ただし、0.93<s<1.03、0.01≦x≦0.35、0.03≦y≦0.35)で表される。また、上記リチウムニッケル複合酸化物(以下、単に「複合酸化物」ともいう。)は、層状構造の結晶構造を有し、一次粒子が凝集して形成された二次粒子を含んでもよい。
1. Method for Producing Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Batteries The present embodiment is a method for producing a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries containing a lithium-nickel composite oxide (hereinafter also simply referred to as "positive electrode active material"). be.
The lithium-nickel composite oxide has an atomic ratio of lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and other elements (M) of Li:Ni:Co:M=s:(1- xy):x:y (0.93<s<1.03, 0.01≤x≤0.35, 0.03≤y≤0.35). The lithium-nickel composite oxide (hereinafter also simply referred to as "composite oxide") may have a layered crystal structure and may contain secondary particles formed by agglomeration of primary particles.

図1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。
図1に示されるように、正極活物質の製造方法は、例えば、ニッケル複合酸化物と、リチウム化合物と、を含むリチウム混合物を得ること(混合工程:ステップS10)と、その混合物を焼成して焼成体を得ること(焼成工程:ステップS20)と、を備える。以下、各工程について説明する。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a method for producing a positive electrode active material according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the method for producing a positive electrode active material includes, for example, obtaining a lithium mixture containing a nickel composite oxide and a lithium compound (mixing step: step S10), and firing the mixture. obtaining a sintered body (sintering step: step S20). Each step will be described below.

[混合工程:ステップS10]
まず、ニッケル複合酸化物と、リチウム化合物とを混合してリチウム混合物を得る混合工程(ステップS10)について説明する。
本実施形態の製造方法は、原料としてニッケル複合酸化物を用いることにより、非常に短時間の焼成で結晶性の高いリチウムニッケル複合酸化物を生産性も高く得ることができる。以下、混合工程(ステップS10)に用いる各原料について説明する。
[Mixing step: step S10]
First, the mixing step (step S10) of mixing a nickel composite oxide and a lithium compound to obtain a lithium mixture will be described.
In the production method of the present embodiment, by using a nickel composite oxide as a raw material, it is possible to obtain a highly crystalline lithium-nickel composite oxide in a very short time with high productivity. Each raw material used in the mixing step (step S10) will be described below.

(ニッケル複合酸化物)
ニッケル複合酸化物は、ニッケル、コバルト、及び、それ以外の元素を含む酸化物(以下、「ニッケル複合酸化物」ともいう。)である。
ニッケル複合酸化物は、例えば、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、および、それ以外の元素Mを含み、各元素の原子数比(モル比)が、Ni:Co:M=(1-x-y):x:y(0.01≦x≦0.35、0.03≦y≦0.35)で表されてもよい。また、元素Mは、遷移金属、アルカリ土類金属、卑金属、半金属のうちの少なくとも一種であってもよい。なお、ニッケル複合酸化物に含まれる各元素の比率は、リチウムニッケル複合酸化物まで継承される。よって、ニッケル複合酸化物全体の組成は、得ようとするリチウムニッケル複合酸化物のリチウム以外の金属の組成と同様とすることができる。
(Nickel composite oxide)
A nickel composite oxide is an oxide containing nickel, cobalt, and other elements (hereinafter also referred to as “nickel composite oxide”).
The nickel composite oxide includes, for example, nickel (Ni), cobalt (Co), and other element M, and the atomic ratio (molar ratio) of each element is Ni:Co:M=(1−x −y): x:y (0.01≦x≦0.35, 0.03≦y≦0.35). Also, the element M may be at least one of transition metals, alkaline earth metals, base metals, and semimetals. In addition, the ratio of each element contained in the nickel composite oxide is inherited to the lithium-nickel composite oxide. Therefore, the composition of the entire nickel composite oxide can be the same as the composition of the metals other than lithium in the lithium-nickel composite oxide to be obtained.

また、ニッケル複合酸化物は、ニッケル(Ni)と、コバルト(Co)と、アルミニウム(Al)とを含み、各元素の原子数比(モル比)が、Ni:Co:Al=(1-x-y):x:y(0.01≦x≦0.10、0.03≦y≦0.10)で表されてもよい。 Further, the nickel composite oxide contains nickel (Ni), cobalt (Co), and aluminum (Al), and the atomic ratio (molar ratio) of each element is Ni:Co:Al=(1−x -y): x:y (0.01≤x≤0.10, 0.03≤y≤0.10).

また、ニッケル複合酸化物は、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、アルミニウム(Al)、および、それ以外の元素Mを含んでもよく、各元素の原子数比(モル比)が、Ni:Co:Al:M=(1-x-y):x:y:z(0.03≦x≦0.10、0.03≦y≦0.10、0≦z≦0.10)で表されてもよい。また、元素Mは、遷移金属、アルカリ土類金属、卑金属、または、半金属のうちの少なくとも一種であってもよい。 In addition, the nickel composite oxide may contain nickel (Ni), cobalt (Co), aluminum (Al), and other element M, and the atomic number ratio (molar ratio) of each element is Ni:Co : Al: M = (1-xy): x: y: z (0.03 ≤ x ≤ 0.10, 0.03 ≤ y ≤ 0.10, 0 ≤ z ≤ 0.10) may Also, the element M may be at least one of transition metals, alkaline earth metals, base metals, and semimetals.

ニッケル複合酸化物は、例えば、正極活物質の前駆体として用いられるニッケル複合水酸化物を酸化することで得ることができる。
ニッケル複合酸化物を用いた場合、リチウム混合物の焼成時に発生する水蒸気の量が減少し、格段に反応が進みやすくなり、焼成時間を大幅に短縮することができる。
A nickel composite oxide can be obtained, for example, by oxidizing a nickel composite hydroxide used as a precursor of a positive electrode active material.
When the nickel composite oxide is used, the amount of water vapor generated during firing of the lithium mixture is reduced, the reaction proceeds remarkably, and the firing time can be greatly shortened.

以下、ニッケル複合酸化物の製造方法の一例について説明する。なお、ニッケル複合酸化物は、他の製造方法により得てもよい。
図2は、ニッケル複合酸化物の製造方法の一例を示した図である。
例えば、ニッケル複合酸化物は、図2に示すように、晶析(ステップS1)により得られたニッケル複合水酸化物を酸化焙焼すること(ステップS2)を備える方法により得ることができる。晶析により得られるニッケル複合水酸化物は、粒子全体で組成が均一となり、最終的に得られる正極活物質の組成も均一になる。なお、ニッケル複合酸化物は、晶析以外の方法により得てもよい。以下、ニッケル複合酸化物を製造する各工程について説明する。
An example of a method for producing a nickel composite oxide will be described below. Note that the nickel composite oxide may be obtained by other production methods.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a method for producing a nickel composite oxide.
For example, a nickel composite oxide can be obtained by a method comprising oxidative roasting (step S2) of a nickel composite hydroxide obtained by crystallization (step S1), as shown in FIG. The nickel composite hydroxide obtained by crystallization has a uniform composition throughout the particles, and the finally obtained positive electrode active material also has a uniform composition. Incidentally, the nickel composite oxide may be obtained by a method other than crystallization. Each step of producing the nickel composite oxide will be described below.

[晶析工程;ステップS1]
ニッケル複合水酸化物は、例えば、ニッケルを含む塩(Ni塩)、コバルトを含む塩(Co塩)、及び、アルミニウムを含む塩(Al塩)を含有する水溶液に、中和剤などを供給して、晶析すること(ステップS1)で得られる。
[Crystallization step; Step S1]
Nickel composite hydroxide supplies a neutralizing agent or the like to an aqueous solution containing, for example, a salt containing nickel (Ni salt), a salt containing cobalt (Co salt), and a salt containing aluminum (Al salt). and crystallize (step S1).

具体例としては、ニッケル塩、コバルト塩及びアルミニウム塩を含有する水溶液を撹拌しながら、アンモニウムイオン供給体などの錯化剤の存在下、アルカリ水溶液を用いて中和して、晶析反応を行うことで製造することができる。晶析法により得られたニッケル複合水酸化物は、一次粒子が凝集した二次粒子で構成され、このニッケル複合水酸化物粒子を前駆体として用いて得られる正極活物質も一次粒子が凝集した二次粒子で構成されたものとなる。 As a specific example, an aqueous solution containing a nickel salt, a cobalt salt and an aluminum salt is neutralized with an alkaline aqueous solution in the presence of a complexing agent such as an ammonium ion donor while being stirred, and a crystallization reaction is carried out. can be manufactured by The nickel composite hydroxide obtained by the crystallization method is composed of secondary particles in which primary particles are agglomerated, and the positive electrode active material obtained by using the nickel composite hydroxide particles as a precursor also has agglomerated primary particles. It is composed of secondary particles.

上記金属塩を含有する水溶液を調整する際に用いる金属塩としては、例えば、Ni、Co及びAlそれぞれの硫酸塩、硝酸塩、塩化物を用いることができる。また、上記金属塩を水溶液は、ニッケル、コバルト、アルミニウム以外の金属Mを含む塩を含んでもよい。 As the metal salt used when preparing the aqueous solution containing the metal salt, for example, sulfates, nitrates and chlorides of Ni, Co and Al can be used. Moreover, the aqueous solution of the metal salt may contain a salt containing a metal M other than nickel, cobalt, and aluminum.

ニッケル複合水酸化物は、ニッケル(Ni)と、コバルト(Co)と、任意に他の金属(M)とを含むことができ、各元素のモル比が、Ni:Co:M=(1-x-y):x:y(0.01≦x≦0.35、0.03≦y≦0.35)で表されることが好ましい。
ニッケル複合水酸化物に含まれる各元素の比率は、ニッケル複合酸化物、及び、リチウムニッケル複合酸化物まで継承される。よって、ニッケル複合水酸化物全体の組成は、得ようとするリチウムニッケル複合酸化物のリチウム以外の金属の組成と同様とすることができる。
The nickel composite hydroxide can contain nickel (Ni), cobalt (Co), and optionally other metals (M), where the molar ratio of each element is Ni:Co:M=(1- xy): x:y (0.01≤x≤0.35, 0.03≤y≤0.35).
The ratio of each element contained in the nickel composite hydroxide is inherited to the nickel composite oxide and the lithium-nickel composite oxide. Therefore, the composition of the nickel composite hydroxide as a whole can be the same as the composition of the metals other than lithium in the lithium-nickel composite oxide to be obtained.

なお、晶析方法としては、特に限定されず、例えば、連続晶析法、バッチ法などを用いることができる。連続晶析法は、例えば、反応容器からオーバーフローしたニッケル複合水酸化物を連続的に回収する方法であり、組成が等しいニッケル複合水酸化物を大量に、かつ簡便に作製できる。また、連続晶析法で得られたニッケル複合酸化物は、広い粒度分布を有し、その粒度分布は正極活物質にまで影響するため、正極活物質として用いた場合、充填密度が高くなり、電池の体積エネルギー密度が高くなる。なお、ニッケル複合水酸化物の粒径は、例えば、1μm以上、50μm以下である。 The crystallization method is not particularly limited, and for example, a continuous crystallization method, a batch method, or the like can be used. The continuous crystallization method is, for example, a method of continuously recovering nickel composite hydroxide that overflows from a reaction vessel, and can easily produce a large amount of nickel composite hydroxide having the same composition. In addition, the nickel composite oxide obtained by the continuous crystallization method has a wide particle size distribution, and the particle size distribution affects even the positive electrode active material. The volumetric energy density of the battery is increased. In addition, the particle size of nickel compound hydroxide is 1 micrometer or more and 50 micrometers or less, for example.

バッチ法は、より均一な粒径を有し、粒度分布の狭いニッケル複合水酸物を得ることができる。バッチ法で得られたニッケル複合水酸化物を用いて得られる成形体は、焼成の際、より均一にリチウム化合物と反応することができる。また、バッチ法で得られたニッケル複合水酸化物は、二次電池に用いられた際にサイクル特性や出力特性を低下させる原因の一つとなる微粉の混入を減少させることができる。 The batch method can obtain a nickel composite hydroxide having a more uniform particle size and a narrow particle size distribution. A molded body obtained using a nickel composite hydroxide obtained by a batch method can more uniformly react with a lithium compound during firing. In addition, the nickel composite hydroxide obtained by the batch method can reduce contamination of fine powder, which is one of the causes of deterioration of cycle characteristics and output characteristics when used in secondary batteries.

[酸化焙焼工程:ステップS2]
次いで、ニッケル複合水酸化物を、酸化焙焼(熱処理)をすることにより、ニッケル複合酸化物を得る(ステップS2)。
酸化焙焼の条件は、ニッケル複合水酸化物の大部分がニッケル複合酸化物に変換される条件であれば、特に限定されないが、例えば、酸化焙焼の温度は600℃以上、800℃以下であることが好ましい。酸化焙焼の温度が600℃未満である場合、ニッケル複合水酸化物(前駆体)に水分が残留して酸化が十分に進まないことがある。一方、酸化焙焼の温度が800℃を超える場合、複合酸化物同士が結着して粗大粒子が形成されることがある。また、酸化焙焼の温度が高すぎる場合、多くのエネルギーを使用するため、コストの観点から、生産性が低下し、工業的に適当ではない。
[Oxidizing Roasting Step: Step S2]
Next, nickel composite oxide is obtained by subjecting the nickel composite hydroxide to oxidizing roasting (heat treatment) (step S2).
The conditions for the oxidizing roasting are not particularly limited as long as most of the nickel composite hydroxide is converted to the nickel composite oxide. Preferably. If the temperature of oxidizing roasting is less than 600° C., moisture may remain in the nickel composite hydroxide (precursor) and oxidation may not proceed sufficiently. On the other hand, if the oxidizing roasting temperature exceeds 800° C., the composite oxides may bond together to form coarse particles. On the other hand, if the oxidizing roasting temperature is too high, it consumes a lot of energy, which lowers the productivity from the viewpoint of cost, making it industrially unsuitable.

酸化焙焼の時間は、例えば、0.5時間以上、3.0時間以下であることが好ましい。酸化焙焼の時間が0.5時間未満である場合、ニッケル複合水酸化物の酸化が十分に進まないことがある。一方、酸化焙焼の時間が3.0時間を超える場合、エネルギーコストが大きくなり、生産性が低下し、工業的に適当ではない。 The oxidative roasting time is preferably, for example, 0.5 hours or more and 3.0 hours or less. If the oxidative roasting time is less than 0.5 hours, the nickel composite hydroxide may not be sufficiently oxidized. On the other hand, if the oxidizing roasting time exceeds 3.0 hours, the energy cost increases and the productivity decreases, which is industrially unsuitable.

(リチウム化合物)
リチウム化合物としては、特に限定されず、公知のリチウム化合物を用いることができ、例えば、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、又は、これらの混合物が用いることができる。これらの中でも、好ましくは水酸化リチウム、炭酸リチウムが用いられる。
(lithium compound)
The lithium compound is not particularly limited, and a known lithium compound can be used. For example, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate, lithium acetate, or a mixture thereof can be used. Among these, lithium hydroxide and lithium carbonate are preferably used.

水酸化リチウムとしては、水酸化リチウム-水和物(LiOH・HO)などの水和物、無水水酸化リチウム(LiOH)などの無水物を用いることができ、中でも、無水水酸化リチウムが好ましく、水分率が1.5%以下、かつ、トータルカーボン(全炭素含有量)が1.0%以下の水酸化リチウムがより好ましい。 As lithium hydroxide, hydrates such as lithium hydroxide-hydrate (LiOH.H 2 O) and anhydrides such as anhydrous lithium hydroxide (LiOH) can be used. Lithium hydroxide having a moisture content of 1.5% or less and a total carbon content of 1.0% or less is more preferable.

水分率が1.5%以下、かつ、トータルカーボンが1.0%以下の水酸化リチウムは、例えば、水酸化リチウム-水和物(LiOH・HO)を熱処理して得ることができる。このような水酸化リチウムを用いた場合、焼成工程(ステップS20)における水分の発生が抑制されることにより、リチウムニッケル複合酸化物の合成反応が促進され、焼成時間を短縮することができる。 Lithium hydroxide having a moisture content of 1.5% or less and a total carbon of 1.0% or less can be obtained, for example, by heat-treating lithium hydroxide-hydrate (LiOH.H 2 O). When such lithium hydroxide is used, generation of moisture is suppressed in the firing step (step S20), thereby promoting the synthesis reaction of the lithium-nickel composite oxide and shortening the firing time.

なお、水分率は、測定対象となる水酸化リチウムを200℃、8時間で真空乾燥後、得られた水酸化リチウムの水分含有率を0質量%として、真空乾燥前後の重量を測定することにより算出される。なお、水分率は、水和水を含む量であり、例えば、水酸化リチウム-水和物は、43質量%程度の水分率となる。また、トータルカーボン(全炭素含有量)は、高周波燃焼-赤外吸収法により測定できる値である。 The moisture content is obtained by vacuum-drying the lithium hydroxide to be measured at 200° C. for 8 hours, and measuring the weight before and after vacuum drying, with the moisture content of the obtained lithium hydroxide being 0% by mass. Calculated. Note that the moisture content is an amount including water of hydration, and for example, lithium hydroxide-hydrate has a moisture content of about 43% by mass. Further, total carbon (total carbon content) is a value that can be measured by a high-frequency combustion-infrared absorption method.

(リチウム混合物)
リチウム混合物は、ニッケル複合酸化物とリチウム化合物とを混合することで得られる。
ニッケル複合酸化物とリチウム化合物との混合割合は、ニッケル複合酸化物中のニッケル、コバルト及びその他の金属元素の合計の原子数(Me)とリチウムの原子数(Li)との比(Li/Me比)が、0.93を超え1.03未満の範囲となるように混合される。
(lithium mixture)
A lithium mixture is obtained by mixing a nickel composite oxide and a lithium compound.
The mixing ratio of the nickel composite oxide and the lithium compound is determined by the ratio (Li/Me ratio) is in the range of more than 0.93 and less than 1.03.

このLi/Me比が0.93以下である場合、焼成工程(ステップS20)において、一部のニッケル複合酸化物が反応せずに残存して十分な電池性能が得られないことがある。一方、Li/Me比が1.03以上である場合、焼成工程(ステップS20)において、焼結が促進され、焼成物が硬くなり解砕が困難になることや、得られるリチウムニッケル複合酸化物の粒径や結晶子径が大きくなりすぎ、十分な電池性能が得られないことがある。 If the Li/Me ratio is 0.93 or less, a part of the nickel composite oxide remains unreacted in the firing step (step S20), and sufficient battery performance may not be obtained. On the other hand, when the Li/Me ratio is 1.03 or more, sintering is promoted in the firing step (step S20), and the fired product becomes hard and difficult to crush, and the resulting lithium-nickel composite oxide The particle size and crystallite size of the particles become too large, and sufficient battery performance may not be obtained.

二次電池の構成の違い等により、要求されるLi/Me比の値は異なるため、Li/Me比の値は、上記範囲内において、その要求に応じて適宜、設定することができる。なお、Li/Me比の値は、例えば、0.95以上1.03未満であってもよく、1.0以上1.03未満であってもよく、1.0を超え1.03未満であってもよい。 Since the required Li/Me ratio varies depending on the configuration of the secondary battery, etc., the Li/Me ratio can be appropriately set within the above range according to the requirements. The value of the Li/Me ratio may be, for example, 0.95 or more and less than 1.03, may be 1.0 or more and less than 1.03, or may be more than 1.0 and less than 1.03. There may be.

また、Li/Me比は、焼成工程(ステップS20)の前後でほぼ変化しないので、リチウム混合物中のLi/Me比が、リチウムニッケル複合酸化物中でもほぼ維持される。よって、ニッケル複合酸化物とリチウム化合物との混合割合は、得ようとするリチウムニッケル複合酸化物中のLi/Me比と同じになるように、適宜調整することができる。 Moreover, since the Li/Me ratio does not substantially change before and after the firing step (step S20), the Li/Me ratio in the lithium mixture is substantially maintained in the lithium-nickel composite oxide. Therefore, the mixing ratio of the nickel composite oxide and the lithium compound can be appropriately adjusted so as to be the same as the Li/Me ratio in the lithium-nickel composite oxide to be obtained.

ニッケル複合酸化物とリチウム化合物との混合には、一般的な混合機を使用することができ、例えば、シェイカーミキサ、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。またこの混合は、ニッケル複合酸化物の形骸が破壊されない程度で、十分に混合されればよい。混合が十分でない場合、個々の粒子間でLi/Me比がばらつき、十分な電池特性が得られない等の問題が生じる可能性がある。 A general mixer can be used for mixing the nickel composite oxide and the lithium compound, for example, a shaker mixer, a Loedige mixer, a Julia mixer, a V blender, or the like can be used. Moreover, this mixing should be sufficiently mixed so that the skeleton of the nickel composite oxide is not destroyed. Insufficient mixing may cause problems such as variation in the Li/Me ratio among individual particles and failure to obtain sufficient battery characteristics.

[焼成工程:ステップS20]
次いで、得られたリチウム混合物を酸素雰囲気中、650℃以上、1100℃以下で焼成処理する(焼成工程、ステップS20)。
このリチウム混合物の焼成では、混合物中のニッケル複合酸化物とリチウム化合物とが反応し、リチウムニッケル複合酸化物を生成する。
特に、この焼成中にリチウム混合物を撹拌操作することにより、従来の焼成時間よりも非常に短い時間で、従来と同等以上の高い結晶性と電池特性を有するリチウムニッケル複合酸化物(正極活物質)を得ることができる。
[Baking process: step S20]
Next, the obtained lithium mixture is fired at 650° C. or higher and 1100° C. or lower in an oxygen atmosphere (baking step, step S20).
In the firing of this lithium mixture, the nickel composite oxide and the lithium compound in the mixture react to form a lithium-nickel composite oxide.
In particular, by stirring the lithium mixture during this firing, a lithium-nickel composite oxide (positive electrode active material) that has high crystallinity and battery characteristics equivalent to or better than conventional firing time in a much shorter time than conventional firing time. can be obtained.

ところで焼成条件は、ニッケル複合酸化物とリチウム化合物とが反応して、リチウムニッケル複合酸化物が形成される条件であれば良く、例えば、室温から徐々に昇温し、650℃以上、1100℃以下の温度範囲の中で予め定められた温度(焼成温度)に、3時間以下保持(焼成時間)することが好ましい。 By the way, the firing conditions may be any conditions as long as the nickel composite oxide reacts with the lithium compound to form the lithium-nickel composite oxide. It is preferable to hold (baking time) at a predetermined temperature (baking temperature) within the temperature range of 3 hours or less.

焼成温度が650℃未満である場合、リチウムの拡散が十分に行われなくなり、未反応のリチウム化合物の粒子が残ったり、リチウムニッケル複合酸化物の結晶構造が十分整わなくなったりして、得られた正極活物質を用いた二次電池が十分な電池特性を有さないことがある。
一方、焼成温度が1100℃を超える場合、リチウムニッケル複合酸化物粒子間で激しく焼結が生じるとともに異常粒成長を生じて、比表面積が低下することがある。また、正極活物質の比表面積が低下して、二次電池における正極の抵抗が上昇して電池容量が低下することがある。なお、焼成温度は、組成に応じて、適宜、調整することができる。
If the firing temperature is lower than 650° C., the diffusion of lithium is not sufficiently performed, and particles of unreacted lithium compound remain, or the crystal structure of the lithium-nickel composite oxide is not sufficiently arranged, resulting in the obtained A secondary battery using a positive electrode active material may not have sufficient battery characteristics.
On the other hand, if the firing temperature exceeds 1100° C., intense sintering occurs between the lithium-nickel composite oxide particles and abnormal grain growth may occur, resulting in a decrease in the specific surface area. In addition, the specific surface area of the positive electrode active material may be reduced, the resistance of the positive electrode in the secondary battery may be increased, and the battery capacity may be reduced. Incidentally, the firing temperature can be appropriately adjusted according to the composition.

例えば、その他の元素Mにアルミニウムを用いた場合は、700℃以上、800℃以下であってもよく、730℃以上、770℃以下であってもよい。
また、その他の元素Mにマンガンを用いた場合は、800℃以上、1100℃以下であってもよく、850℃以上、950℃以下であってもよい。
For example, when aluminum is used as the other element M, the temperature may be 700° C. or higher and 800° C. or lower, or 730° C. or higher and 770° C. or lower.
When manganese is used as another element M, the temperature may be 800° C. or higher and 1100° C. or lower, or 850° C. or higher and 950° C. or lower.

上記焼成温度にリチウム混合物が保持される時間(以下、「焼成時間」ともいう。)は、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物が形成されれば、特に限定されないが、例えば、その他の元素Mにアルミニウムを用いた場合は、120分間以下が好ましく、60分間以下がより好ましく、30分間以下がさらに好ましい。
また、その他の元素Mにマンガンを用いた場合は、420分間以下が好ましく、300分間以下がより好ましく、180分間以下が更に好ましい。
なお、本実施形態においては、提示した焼成温度、および組成によって、15分間から180分間の焼成時間で高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物が得られて好ましく、さらに焼成時間は、その範囲内において結晶性を維持しつつ、短いほど、生産性の向上が望め、好ましい。
The time during which the lithium mixture is held at the firing temperature (hereinafter also referred to as "firing time") is not particularly limited as long as a highly crystalline lithium-nickel composite oxide is formed. When aluminum is used for M, the time is preferably 120 minutes or less, more preferably 60 minutes or less, and even more preferably 30 minutes or less.
When manganese is used as another element M, the time is preferably 420 minutes or less, more preferably 300 minutes or less, and even more preferably 180 minutes or less.
In the present embodiment, it is preferable that a lithium-nickel composite oxide having high crystallinity is obtained with a firing time of 15 to 180 minutes depending on the firing temperature and composition presented, and the firing time is within that range. While maintaining the crystallinity in , the shorter the time, the more productivity can be expected, which is preferable.

焼成時の雰囲気は、大気雰囲気以上の酸素濃度を有する酸化性雰囲気であることが好ましく、酸素濃度が80容量%以上の雰囲気とすることがより好ましく、酸素濃度が100容量%であってもよい。すなわち、リチウム混合物は、酸素気流中で行なうことが好ましい。
焼成時の雰囲気の酸素濃度が80容量%未満である場合は、ニッケル複合酸化物とリチウム化合物の反応に必要な量の酸素を供給できず、リチウムニッケル複合酸化物の形成に多くの時間がかかり、大気より酸素濃度が低い場合は、リチウムニッケル複合酸化物が十分に形成されない場合がある。
The atmosphere during firing is preferably an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration higher than the atmospheric atmosphere, more preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 80% by volume or more, and may have an oxygen concentration of 100% by volume. . That is, the lithium mixture is preferably carried out in an oxygen stream.
If the oxygen concentration in the atmosphere during firing is less than 80% by volume, the amount of oxygen required for the reaction between the nickel composite oxide and the lithium compound cannot be supplied, and it takes a long time to form the lithium-nickel composite oxide. , when the oxygen concentration is lower than that in the atmosphere, the lithium-nickel composite oxide may not be sufficiently formed.

焼成炉としては、特に限定されず、酸素気流中で加熱できるものであればよく、縦型炉、回転炉床炉及びローラーハースキルンなどを用いることができる。 The firing furnace is not particularly limited as long as it can be heated in an oxygen stream, and a vertical furnace, a rotary hearth furnace, a roller hearth kiln, and the like can be used.

(撹拌操作)
焼成中の撹拌操作において、その撹拌方法は、リチウム混合物を撹拌できれば特に限定されない。好ましくは1回の撹拌でリチウム混合物の30%以上が撹拌される撹拌方法で有ればよく、50%以上撹拌される方法であればより好ましく、70%以上撹拌される方法であればさらに好ましい。
(Stirring operation)
In the stirring operation during firing, the stirring method is not particularly limited as long as the lithium mixture can be stirred. Preferably, the method is a stirring method in which 30% or more of the lithium mixture is stirred in one stirring, more preferably a method in which 50% or more is stirred, and further preferably a method in which 70% or more is stirred. .

また、撹拌操作の頻度は、焼成工程の昇温開始から降温終了までの全てにおいて、撹拌する必要はなく、必要に応じて適宜混合できればよいが、昇温過程のみ、若しくは、昇温後の焼成温度での焼成時間の中間付近までの間は、撹拌処理を行うと良い。好ましくは、昇温過程における炉内温度が一定温度上昇する毎に撹拌する方法を採ると良く、例えば、昇温150℃につき1回以上であれば良く、100℃につき1回以上であればより好ましく、50℃につき1回以上であればさらに好ましい。また、焼成温度に保持中では、一定経過時間毎の時間ベースで撹拌操作を行っても良い。 In addition, the frequency of the stirring operation does not need to be stirred at all from the start of temperature rise to the end of temperature drop in the baking process, and it is sufficient if it can be mixed as necessary. Stirring treatment is preferably performed until about the middle of the firing time at the temperature. Preferably, it is preferable to adopt a method of stirring each time the temperature inside the furnace rises to a certain temperature during the heating process. Preferably, it is more preferably once or more per 50°C. In addition, while the sintering temperature is being maintained, the stirring operation may be performed on a time base at fixed intervals.

図3は、焼成後に得られたリチウムニッケル複合酸化物を処理する工程の一例を示す図である。
図3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、焼成工程(ステップS20)後に得られたリチウムニッケル複合酸化物(焼成物)を解砕して解砕物(リチウムニッケル複合酸化物の粉末)を得ること(解砕工程:ステップS30)と、解砕物を水洗および、ろ過すること(水洗工程:ステップS40)と、水洗されたリチウムニッケル複合酸化物を乾燥すること(乾燥工程:ステップS50)と、を備えてもよい。なお、本実施形態に係る正極活物質の製造方法は、上記の解砕(ステップS30)、水洗(ステップS40)、及び、乾燥工程(ステップS50)を備えなくてもよいし、これらの3つの工程のうち、少なくとも1つの工程を備えてもよい。以下、各工程について説明する。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the process of treating the lithium-nickel composite oxide obtained after sintering.
As shown in FIG. 3, in the method for producing a positive electrode active material according to the present embodiment, the lithium-nickel composite oxide (fired product) obtained after the firing step (step S20) is pulverized to crush the pulverized product (lithium-nickel composite oxide powder) (crushing step: step S30), washing and filtering the crushed material (washing step: step S40), and drying the washed lithium-nickel composite oxide (drying Step: step S50). Note that the method for producing a positive electrode active material according to the present embodiment may not include the above crushing (step S30), water washing (step S40), and drying step (step S50). At least one step may be provided among the steps. Each step will be described below.

[解砕工程:ステップS30]
焼成(ステップS20)後に得られたリチウムニッケル複合酸化物(焼成物)は、さらに解砕してもよい(ステップS30)。
この解砕により、凝集又は軽度の焼結が生じているリチウムニッケル複合酸化物の二次粒子同士を分離し、得られる正極活物質の平均粒径や粒度分布を好適な範囲に調整することができる。なお、解砕とは、焼成時に二次粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギーを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく分離させて、凝集体をほぐす操作をいう。
[Crushing step: step S30]
The lithium-nickel composite oxide (fired product) obtained after firing (step S20) may be further pulverized (step S30).
By this pulverization, the secondary particles of the lithium-nickel composite oxide that have aggregated or lightly sintered are separated from each other, and the average particle size and particle size distribution of the obtained positive electrode active material can be adjusted to a suitable range. can. In addition, crushing refers to applying mechanical energy to aggregates composed of multiple secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing, and almost without destroying the secondary particles themselves. It refers to the operation of separating and loosening aggregates.

その解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、たとえば、ピンミルやハンマーミル、分級機能付きの解砕機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。 As the crushing method, known means can be used, for example, a pin mill, a hammer mill, a crusher with a classifying function, 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.

[水洗工程:ステップS40]
次いで、得られた解砕物を水洗してもよい(ステップS40)。
リチウムニッケル複合酸化物(解砕物)を水洗することで、リチウムニッケル複合酸化物粒子表面の余剰のリチウムや不純物が除去され、より高容量で熱安定性が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質を得ることができる。ここで、水洗方法としては、特に限定されず、公知の技術が用いられる。
[Water washing step: step S40]
The crushed material obtained may then be washed with water (step S40).
By washing the lithium-nickel composite oxide (crushed material) with water, excess lithium and impurities on the surface of the lithium-nickel composite oxide particles are removed, resulting in a positive electrode active material for lithium-ion secondary batteries with higher capacity and higher thermal stability. can be obtained. Here, the washing method is not particularly limited, and a known technique is used.

水洗方法としては、例えば、水にリチウムニッケル複合酸化物(解砕物)を投入してスラリーとし、リチウムニッケル複合酸化物の粒子表面の余剰のリチウムが十分に除去されるように、スラリーを撹拌することが好ましい。撹拌後、固液分離し、後述するように乾燥(ステップS50)して、リチウムニッケル複合酸化物を得ることができる。 As a water washing method, for example, the lithium-nickel composite oxide (crushed material) is put into water to form a slurry, and the slurry is stirred so that excess lithium on the surface of the lithium-nickel composite oxide particles is sufficiently removed. is preferred. After stirring, solid-liquid separation is performed, and drying (step S50) is performed as described later to obtain a lithium-nickel composite oxide.

スラリー濃度としては、水1質量部に対して、好ましくはリチウムニッケル複合酸化物(解砕物)を0.5~2質量部投入することが好ましい。
スラリー濃度として、水1質量部に対する解砕物の投入量が2質量部を超える場合、粘度が非常に高くなり撹拌が困難となることや、液中のアルカリ度(pH)が高いので平衡の関係から付着物の溶解速度が遅くなったり、剥離が起きても粉末からの分離が難しくなったりすることがある。一方、スラリー濃度として、水1質量部に対する解砕物の投入量が0.5質量部未満である場合、スラリーが希薄過ぎるためリチウムの溶出量が多く、リチウムニッケル複合酸化物(解砕物)の結晶格子中からのリチウムの脱離も起きるようになり、結晶が崩れやすくなることや、高pHの水溶液(スラリー)が大気中の炭酸ガスを吸収して、リチウムニッケル複合酸化物の表面に炭酸リチウムが再析出することがある。
As for the slurry concentration, it is preferable to add 0.5 to 2 parts by mass of lithium-nickel composite oxide (crushed material) to 1 part by mass of water.
As for the slurry concentration, if the amount of pulverized material added to 1 part by mass of water exceeds 2 parts by mass, the viscosity becomes very high and stirring becomes difficult, and the alkalinity (pH) in the liquid is high. The rate of dissolution of deposits from the powder may be slow, and even if peeling occurs, it may become difficult to separate from the powder. On the other hand, when the slurry concentration is less than 0.5 parts by mass with respect to 1 part by mass of water, the amount of lithium eluted is large because the slurry is too dilute, and the crystals of the lithium nickel composite oxide (crushed material) Detachment of lithium from the lattice also occurs, making crystals more likely to collapse, and the high-pH aqueous solution (slurry) absorbs carbon dioxide gas in the atmosphere, causing lithium carbonate to form on the surface of the lithium-nickel composite oxide. may re-deposit.

水洗工程(ステップS40)に使用する洗浄液は、特に限定されず、例えば、水を用いてもよい。水を用いる場合、例えば、電気伝導率測定で10μS/cm未満の水が好ましく、1μS/cm以下の水がより好ましい。電気伝導率測定が10μS/cm未満の水を使用する場合、正極活物質への不純物の付着による電池性能の低下をより抑制することができる。 The washing liquid used in the water washing step (step S40) is not particularly limited, and for example, water may be used. When water is used, for example, water with an electrical conductivity of less than 10 μS/cm is preferable, and water with an electrical conductivity of 1 μS/cm or less is more preferable. When water having an electrical conductivity measurement of less than 10 μS/cm is used, deterioration of battery performance due to adhesion of impurities to the positive electrode active material can be further suppressed.

上記スラリーを固液分離する際は、リチウムニッケル複合酸化物の粒子表面に残存する付着水が少ないことが好ましい。付着水が多い場合、液中(スラリー中)に溶解したリチウムが再析出し、乾燥(ステップS50)後のリチウムニッケル複合酸化物の表面に存在するリチウム量が増加することがある。固液分離には、通常に用いられる遠心機、フィルタープレスなどが用いられる。 When the slurry is subjected to solid-liquid separation, it is preferable that the amount of adhering water remaining on the particle surfaces of the lithium-nickel composite oxide is small. When a large amount of adhering water is present, lithium dissolved in the liquid (in the slurry) may be reprecipitated, increasing the amount of lithium present on the surface of the lithium-nickel composite oxide after drying (step S50). For the solid-liquid separation, a centrifugal machine, a filter press, etc., which are commonly used are used.

[乾燥工程:ステップS50]
水洗(ステップS40)後、乾燥してリチウムニッケル複合酸化物(正極活物質)を得てもよい(ステップS50)。乾燥条件は、リチウムニッケル複合酸化物中の水分の少なくとも一部が除去されれば、特に限定されない。乾燥工程(ステップS50)は、例えば、濾過(固液分離)後のリチウムニッケル複合酸化物(粉末)を、炭素および硫黄を含む化合物成分を含有しないガス雰囲気下、または真空雰囲気下に制御できる乾燥機を用いて、所定の温度で行なうことが好ましい。
[Drying process: step S50]
After washing with water (step S40), it may be dried to obtain a lithium-nickel composite oxide (positive electrode active material) (step S50). Drying conditions are not particularly limited as long as at least part of the moisture in the lithium-nickel composite oxide is removed. In the drying step (step S50), for example, the lithium-nickel composite oxide (powder) after filtration (solid-liquid separation) is dried in a gas atmosphere that does not contain compound components containing carbon and sulfur, or in a vacuum atmosphere. It is preferable to carry out the reaction at a predetermined temperature using a machine.

乾燥の温度は、80℃以上、550℃以下が好ましく、120℃以上、350℃以下がより好ましい。乾燥温度が80℃以上である場合、水洗(ステップS40)後の正極活物質を素早く乾燥し、粒子表面と粒子内部とでリチウム濃度の勾配が起こることを抑制することができる。一方、乾燥温度が550℃を超える場合、化学量論比に極めて近いか、もしくは若干リチウムが脱離して充電状態に近い状態になっていることが予想されるリチウムニッケル複合酸化物の表面付近の結晶構造が崩れる契機になり、二次電池における電池特性の低下を招くおそれがある。
また、乾燥温度は、生産性および熱エネルギーコストの観点から、120℃以上、350℃以下がより好ましい。
The drying temperature is preferably 80° C. or higher and 550° C. or lower, more preferably 120° C. or higher and 350° C. or lower. When the drying temperature is 80° C. or higher, the positive electrode active material after washing with water (step S40) is quickly dried, and it is possible to suppress the occurrence of a lithium concentration gradient between the particle surface and the inside of the particle. On the other hand, when the drying temperature exceeds 550°C, the surface of the lithium-nickel composite oxide is expected to be in a state close to the stoichiometric ratio or in a state close to the charged state due to the desorption of lithium. There is a possibility that the crystal structure will collapse and the battery characteristics of the secondary battery will deteriorate.
Moreover, the drying temperature is more preferably 120° C. or higher and 350° C. or lower from the viewpoint of productivity and heat energy cost.

[正極活物質の特性]
上記した本実施形態に係る正極活物質の製造方法により、非常に短時間の焼成で、結晶性に優れるリチウムニッケル複合酸化物(正極活物質)を生産性も高く得ることができる。以下、本実施形態に係る製造方法により得られるリチウムニッケル複合酸化物(正極活物質)の特性について説明する。
[Characteristics of positive electrode active material]
According to the method for producing a positive electrode active material according to the present embodiment described above, a lithium-nickel composite oxide (positive electrode active material) with excellent crystallinity can be obtained with high productivity by firing in a very short time. The characteristics of the lithium-nickel composite oxide (positive electrode active material) obtained by the manufacturing method according to this embodiment will be described below.

(組成)
リチウムニッケル複合酸化物は、リチウム(Li)とニッケル(Ni)とコバルト(Co)とそれ以外の元素(M)とを含み、各金属元素のモル比が、Li:Ni:Co:M=s:(1-x-y):x:y(ただし、0.93<s<1.03、0.01≦x≦0.35、0.03≦y≦0.35、Mは遷移金属、アルカリ土類金属、卑金属、または、半金属のうち、少なくとも一種)で表される。
(composition)
The lithium-nickel composite oxide contains lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and other elements (M), and the molar ratio of each metal element is Li:Ni:Co:M=s : (1-xy): x: y (where 0.93 < s < 1.03, 0.01 ≤ x ≤ 0.35, 0.03 ≤ y ≤ 0.35, M is a transition metal, at least one of alkaline earth metals, base metals, and semimetals).

(リチウム席占有率)
リチウムニッケル複合酸化物は、例えば、X線回折パターンのリートベルト解析から得られるリチウム主体層である3aサイトのリチウム席占有率が95%以上であり、好ましくは96%以上であり、より好ましくは97%以上である。リチウム席占有率が上記範囲である場合、焼成工程(ステップS20)において、前駆体とリチウム化合物との焼結反応が十分に行われており、リチウムニッケル複合酸化物が高い結晶性を有することを示す。結晶性の高いリチウムニッケル複合酸化物を二次電池の正極活物質として用いた場合、優れた電池特性(高い電池容量等)を示す。
(Lithium seat occupancy rate)
The lithium nickel composite oxide has, for example, a lithium site occupancy of 95% or more, preferably 96% or more, more preferably 96% or more, which is a lithium-based layer obtained from Rietveld analysis of an X-ray diffraction pattern. 97% or more. When the lithium seat occupancy is within the above range, the sintering reaction between the precursor and the lithium compound is sufficiently performed in the firing step (step S20), and the lithium-nickel composite oxide has high crystallinity. show. When a highly crystalline lithium-nickel composite oxide is used as a positive electrode active material for a secondary battery, it exhibits excellent battery characteristics (high battery capacity, etc.).

(初期充放電効率)
リチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いて作製された評価用の2032型コイン型電池(図4参照)における、初期充放電効率(初期放電容量/初期充電容量)は、例えば、85%以上であり、好ましくは89%以上、より好ましくは89.5%以上である。初期充放電効率が上記範囲である場合、焼成工程(ステップS30)において、前駆体とリチウム化合物との焼結反応が十分に行われており、リチウムニッケル複合酸化物が高い結晶性を有することを示す。なお、初期放電容効率は、実施例で使用したコイン型電池を製作してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cmとしてカットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を測定した値である。
(Initial charge/discharge efficiency)
The initial charge/discharge efficiency (initial discharge capacity/initial charge capacity) of a 2032-type coin-type battery for evaluation (see FIG. 4) produced using a lithium-nickel composite oxide as a positive electrode active material is, for example, 85% or more. , preferably 89% or more, more preferably 89.5% or more. When the initial charge-discharge efficiency is within the above range, the sintering reaction between the precursor and the lithium compound is sufficiently performed in the firing step (step S30), and the lithium-nickel composite oxide has high crystallinity. show. For the initial discharge capacity efficiency, the coin-type battery used in the example was left for about 24 hours after it was manufactured, and after the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) was stabilized, the current density for the positive electrode was set to 0.1 mA/ It is a value obtained by measuring the capacity when charged to a cut-off voltage of 4.3 V as cm 2 , discharged to a cut-off voltage of 3.0 V after resting for 1 hour.

2.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の製造方法(以下、「二次電池の製造方法」ともいう)は、正極、負極、および、非水系電解質を用いてリチウムイオン二次電池を得ること、を備え、正極は、上述の製造方法で得られた正極活物質を用いて得られる。なお、本実施形態に係る製造方法により得られる二次電池は、例えば、正極、負極、セパレータおよび非水系電解液を備えてもよく、正極、負極、および固体電解質を備えてもよい。また、二次電池は、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てもよい。
2. Lithium Ion Secondary Battery A method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to the present embodiment (hereinafter also referred to as a “method for manufacturing a secondary battery”) uses a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte to produce a lithium ion secondary battery. obtaining a battery, wherein the positive electrode is obtained using the positive electrode active material obtained by the manufacturing method described above. A secondary battery obtained by the manufacturing method according to the present embodiment may include, for example, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolytic solution, or may include a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte. Also, the secondary battery may be composed of components similar to those of a known lithium-ion secondary battery.

以下、本実施形態に係る二次電池の製造方法の一例として、非水系電解液を用いた二次電池の各構成材料と、その製造方法について説明する。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、二次電池の製造方法は、本明細書に記載されている実施形態を基に、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、本実施形態に係る製造方法により得られる二次電池は、その用途を特に限定するものではない。 Hereinafter, as an example of a method of manufacturing a secondary battery according to the present embodiment, constituent materials of a secondary battery using a non-aqueous electrolytic solution and a method of manufacturing the same will be described. It should be noted that the embodiments described below are merely examples, and the manufacturing method of the secondary battery is based on the embodiments described herein, and various changes and improvements are made based on the knowledge of those skilled in the art. It can be implemented in the form of Moreover, the secondary battery obtained by the manufacturing method according to the present embodiment is not particularly limited in its application.

(正極)
正極は、上記の正極活物質を含む。正極は、例えば、以下のようにして、製造することができる。なお、正極の作製方法は、以下の例に限られることなく、他の方法によってもよい。
(positive electrode)
The positive electrode contains the positive electrode active material described above. A positive electrode can be manufactured, for example, as follows. Note that the method for producing the positive electrode is not limited to the following examples, and other methods may be used.

先ず、上記の正極活物質、導電材、及びバインダー(結着剤)を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整等の用途の溶剤を添加し、これを混錬して正極合材ペーストを作製する。なお、正極合材ペーストの構成材料は、特に限定されず、公知の正極合材ペーストと同等なものを用いてもよい。 First, the above positive electrode active material, conductive material, and binder (binder) are mixed, and if necessary, activated carbon and a solvent for viscosity adjustment, etc. are added, and this is kneaded to obtain a positive electrode mixture. Make a paste. The constituent material of the positive electrode mixture paste is not particularly limited, and materials equivalent to known positive electrode mixture pastes may be used.

正極合材ペースト中のそれぞれの材料の混合比は、特に限定されず、要求される二次電池の性能に応じて、適宜、調整される。材料の混合比は、公知の二次電池の正極合材ペーストと同様の範囲とすることができ、例えば、溶剤を除いた正極合材の固形分の全質量を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質量部以下とし、導電材の含有量を1質量部以上20質量部以下とし、バインダーの含有量を1質量部以上20質量部以下としてもよい。 The mixing ratio of each material in the positive electrode mixture paste is not particularly limited, and is appropriately adjusted according to the required performance of the secondary battery. The mixture ratio of the materials can be in the same range as the positive electrode mixture paste for known secondary batteries. The content of the active material may be 60 to 95 parts by mass, the content of the conductive material may be 1 to 20 parts by mass, and the content of the binder may be 1 to 20 parts by mass.

導電材としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など)や、アセチレンブラック、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。 Examples of conductive materials that can be used include graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.) and carbon black-based materials such as acetylene black and ketjen black.

バインダー(結着剤)は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、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、ポリアクリル酸などを用いることができる。 Binders (binders) play a role in binding active material particles, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, and cellulose resin. , polyacrylic acid, etc. can be used.

なお、必要に応じ、正極活物質、導電材、活性炭を分散させ、バインダー(結着剤)を溶解する溶剤を正極合材ペーストに添加してもよい。溶剤としては、具体的には、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)等の有機溶剤を用いてもよい。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加してもよい。 If necessary, a solvent for dispersing the positive electrode active material, the conductive material, and the activated carbon and dissolving the binder (binder) may be added to the positive electrode mixture paste. As the solvent, specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) may be used. In addition, activated carbon may be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

次いで、得られた正極合材ペーストを、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、溶剤を飛散させて、シート状の正極を作製する。必要に応じ、電極密度を高めるため、ロールプレス等により加圧してもよい。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をして、電池の作製に供することができる。 Next, the obtained positive electrode mixture paste is applied, for example, to the surface of a current collector made of aluminum foil, dried, and the solvent is dispersed to prepare a sheet-like positive electrode. If necessary, pressure may be applied by a roll press or the like in order to increase the electrode density. The sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size according to the intended battery, and used for manufacturing the battery.

(負極)
負極には、金属リチウムやリチウム合金等を用いてもよい。また、負極には、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に、結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを用いてもよい。
(negative electrode)
Metallic lithium, a lithium alloy, or the like may be used for the negative electrode. For the negative electrode, a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions is mixed with a binder, and an appropriate solvent is added to form a paste. It may be applied to a surface, dried, and optionally compressed to increase electrode density.

負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等の炭素物質の粉状体を用いることができる。負極結着剤としては、正極同様、PVDF等の含フッ素樹脂等を用いることができる。また、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-ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, natural graphite, artificial graphite, sintered organic compounds such as phenol resin, and powdery carbon substances such as coke can be used. Similar to the positive electrode, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the negative electrode binder. Further, organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as solvents for dispersing these active materials and binders.

(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、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い膜で、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 from the negative electrode and holds the electrolyte, and may be a thin film of polyethylene, polypropylene, or the like, having a large number of minute pores.

(非水系電解質)
非水系電解質としては、例えば非水系電解液を用いることができる。
非水系電解液としては、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ることができる。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、常温でも液体状の塩をいう。
(Non-aqueous electrolyte)
As the non-aqueous electrolyte, for example, a non-aqueous electrolytic solution can be used.
As the non-aqueous electrolytic solution, for example, a solution obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent can be used. Further, as the non-aqueous electrolytic solution, an ionic liquid in which a lithium salt is dissolved may be used. The ionic liquid is a salt that is composed of cations and anions other than lithium ions and that is liquid even at room 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や、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、ブタンスルトンなどの硫黄化合物、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのリン化合物等から選ばれる1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いることもできる。 Examples of organic solvents include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and trifluoropropylene carbonate; chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and dipropyl carbonate; and ether compounds such as dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and butane sultone, and phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate. can also be used.

支持塩としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiN(CFSO、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 , composite salts thereof, and the like can be used. Furthermore, the non-aqueous electrolytic solution may contain radical scavengers, surfactants, flame retardants, and the like.

また、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。 A solid electrolyte may be used as the non-aqueous electrolyte. Solid electrolytes have the property of withstanding high voltages. Solid electrolytes include inorganic solid electrolytes and organic solid electrolytes.

無機固体電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質等が挙げられる。
酸化物系固体電解質としては、特に限定されず、例えば酸素(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を好適に用いることができる。例えば、リン酸リチウム(LiPO)、LiPO、LiBO、LiNbO、LiTaO、LiSiO、LiSiO-LiPO、LiSiO-LiVO、LiO-B-P、LiO-SiO、LiO-B-ZnO、Li1+XAlTi2-X(PO(0≦X≦1)、Li1+XAlGe2-X(PO(0≦X≦1)、LiTi(PO、Li3XLa2/3-XTiO(0≦X≦2/3)、LiLaTa12、LiLaZr12、LiBaLaTa12、Li3.6Si0.60.4等が挙げられる。
Examples of inorganic solid electrolytes include oxide-based solid electrolytes and sulfide-based solid electrolytes.
The oxide-based solid electrolyte is not particularly limited, and for example, one containing oxygen (O) and having lithium ion conductivity and electronic insulation can be preferably used. 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 ) , Li5La3Ta2O12 , Li7La3Zr2O12 , Li6BaLa2Ta2O12 , Li3.6Si0.6P0.4O4 , etc. mentioned.

硫化物系固体電解質としては、特に限定されず、例えば硫黄(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を好適に用いることができる。
そのような硫化物系固体電解質としては、例えば、LiS-P、LiS-SiS、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiS-B、LiPO-LiS-SiS、LiPO-LiS-SiS、LiPO-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P等が挙げられる。
The sulfide-based solid electrolyte is not particularly limited, and for example, one containing sulfur (S) and having lithium ion conductivity and electronic insulation can be preferably used.
Examples of such sulfide-based solid electrolytes include Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 SP 2 S 5 , LiI -Li2S - B2S3 , Li3PO4 -Li2S - Si2S, Li3PO4 - Li2S - SiS2 , LiPO4 - Li2S - SiS , LiI- Li2S- 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、LiN、LiI、LiN-LiI-LiOH等を用いてもよい。 Inorganic solid electrolytes other than those described above may be used, such as Li 3 N, LiI, Li 3 N--LiI--LiOH, and the like.

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。 The organic solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a polymer compound exhibiting ion conductivity. For example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, copolymers thereof, and the like can be used. Moreover, the organic solid electrolyte may contain a supporting salt (lithium salt).

(電池の形状、構成)
以上のように説明してきた正極、負極、及び、非水系電解質で構成される本実施形態のリチウムイオン二次電池の形状は、円筒型、積層型等、種々のものとすることができる。
いずれの形状を採る場合であっても、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、集電用リード等を用いて接続し、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。
なお、固体電解質を採用する場合、固体電解質がセパレータを兼ねていてもよい。
(Battery shape and configuration)
The shape of the lithium-ion secondary battery of the present embodiment, which is composed of the positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte described above, can be various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape.
Regardless of which shape is adopted, the positive electrode and the negative electrode are laminated with a separator interposed to form an electrode body, the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolytic solution, and communicated with the positive electrode current collector and the outside. A current collecting lead or the like is used to connect between the positive electrode terminal and between the negative electrode current collector and the negative electrode terminal leading to the outside, and the battery case is sealed to complete the lithium ion secondary battery.
Note that when a solid electrolyte is employed, the solid electrolyte may also serve as a separator.

以下、本発明の実施例を用いて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。
本実施形態により得られた正極活物質およびこの正極活物質を用いた正極合材ペースト、リチウムイオン二次電池について、その性能を測定した。なお、本実施例では、複合水酸化物製造、正極活物質および二次電池の作製には、和光純薬工業株式会社製試薬特級の各試料を使用した。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below using Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
The performance of the positive electrode active material obtained by this embodiment, the positive electrode mixture paste using this positive electrode active material, and the lithium ion secondary battery were measured. In this example, each sample of special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used for the production of the composite hydroxide and the production of the positive electrode active material and the secondary battery.

[評価用二次電池の製造および評価]
以下の方法により2032型のコイン型電池(図4参照)を作製し、正極活物質の電池特性の評価を行った。
[Production and Evaluation of Secondary Battery for Evaluation]
A 2032-type coin-type battery (see FIG. 4) was produced by the following method, and battery characteristics of the positive electrode active material were evaluated.

(コイン型電池の作製)
正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、およびポリテトラフッ化エチレン樹脂(PTFE)7.5mgを混合し、100MPaの圧力で直径11mm、厚さ100μmにプレス成形して正極PE(評価用電極)を作製した。その作製した正極PEを真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。
(Production of coin-type battery)
52.5 mg of the positive electrode active material, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) were mixed and press-molded to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm at a pressure of 100 MPa to prepare a positive electrode PE (evaluation electrode). bottom. The produced positive electrode PE was dried in a vacuum dryer at 120° C. for 12 hours.

作製に用いた負極NEには、直径14mmの円盤状に打ち抜かれた平均粒径20μm程度の黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極シートを用いた。
電解液には、1MのLiPF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。
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。
For the negative electrode NE used in the fabrication, a negative electrode sheet in which a copper foil was coated with graphite powder having an average particle size of about 20 μm and polyvinylidene fluoride was punched into a disc shape with a diameter of 14 mm.
As the electrolytic solution, an equal mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) with 1M LiPF 6 as the supporting electrolyte (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used.
A polyethylene porous film having a film thickness of 25 μm was used as the separator SE.

これらの乾燥した正極PE、負極NE、セパレータSE、および、電解液を用いて、コイン型電池1を、露点が-80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で組み立て、作製した。
その構造は図4に示すようにコイン型電池1は、ケース2と、このケース2内に収容された電極3とから構成されている。
ケース2は、中空かつ一端が開口された正極缶PCと、この正極缶PCの開口部に配置される負極缶NCとを有しており、負極缶NCを正極缶PCの開口部に配置すると、負極缶PCと正極缶PCとの間に電極3を収容する空間が形成されるように構成される。電極3は、正極PE、セパレータSEおよび負極NEとからなり、この順で並ぶように積層されており、正極PEが正極缶PCの内面に接触し、負極NEが負極缶NCの内面に接触するようにケース2に収容される。また、ガスケットGAが正極缶PCと負極缶NCの間に設けられ、その気密性を担保している。
Using these dried positive electrode PE, negative electrode NE, separator SE, and electrolytic solution, a coin-type battery 1 was assembled in an Ar atmosphere glove box with a controlled dew point of -80°C.
As for its structure, as shown in FIG.
The case 2 has a hollow cathode can PC with one end open, and an anode can NC arranged in the opening of the cathode can PC. , a space for accommodating the electrode 3 is formed between the negative electrode can PC and the positive electrode can PC. The electrode 3 is composed of a positive electrode PE, a separator SE, and a negative electrode NE, which are stacked in this order, with the positive electrode PE in contact with the inner surface of the positive electrode can PC and the negative electrode NE with the inner surface of the negative electrode can NC. It is housed in case 2 as shown. A gasket GA is provided between the positive electrode can PC and the negative electrode can NC to ensure their airtightness.

作製したコイン型電池1を用いて、以下の電池特性を測定した。
(初期放電容量)
初期放電容量は、コイン型電池1を製作してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cmとしてカットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。
Using the produced coin-type battery 1, the following battery characteristics were measured.
(initial discharge capacity)
For the initial discharge capacity, the coin-type battery 1 was left for about 24 hours after production, and after the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) was stabilized, the current density for the positive electrode was 0.1 mA / cm 2 and the cutoff voltage was 4. The battery was charged to 3 V, rested for 1 hour, and then discharged to a cut-off voltage of 3.0 V. The capacity was taken as the initial discharge capacity.

組成比がNi:Co:Al=88:9:3のニッケル複合水酸化物をロータリーキルンで酸化焙焼して得られたニッケル複合酸化物と水分率が1.5%以下でトータルカーボンが1.0%以下の水酸化リチウムを、Li/Me比が1.03になるように混合し、リチウム混合物を作製した。 A nickel composite oxide obtained by oxidizing and roasting a nickel composite hydroxide having a composition ratio of Ni:Co:Al=88:9:3 in a rotary kiln and having a moisture content of 1.5% or less and a total carbon of 1.5%. 0% or less lithium hydroxide was mixed so that the Li/Me ratio was 1.03 to prepare a lithium mixture.

その作製したリチウム混合物粉末8kgを、幅330mm×奥行き330mm×高さ110mmの匣鉢に入れた。この匣鉢を常温の炉に入れ、炉内へ酸素を導入し、酸素濃度80容量%以上の雰囲気とした。その後、酸素濃度80容量%以上を保持したまま、炉内に設置した撹拌治具で150℃昇温する毎に1回ずつリチウム混合物を撹拌しながら10℃/分の昇温速度で焼成温度である760℃まで昇温した。1回の撹拌でのリチウム混合物の撹拌量は、全リチウム混合物の30~50%とした。760℃の焼成温度に到達後、この焼成温度を60分保持した。 8 kg of the produced lithium mixture powder was placed in a sagger having a width of 330 mm, a depth of 330 mm, and a height of 110 mm. This sagger was placed in a furnace at room temperature, and oxygen was introduced into the furnace to create an atmosphere with an oxygen concentration of 80% by volume or more. After that, while maintaining the oxygen concentration of 80% by volume or more, the lithium mixture is stirred once every time the temperature is raised by 150 ° C. with a stirring jig installed in the furnace, and the temperature is raised at a rate of 10 ° C./min. The temperature was raised to a certain 760°C. The stirring amount of the lithium mixture in one stirring was 30 to 50% of the total lithium mixture. After reaching a firing temperature of 760° C., this firing temperature was held for 60 minutes.

その後、匣鉢を酸素雰囲気中で常温まで冷却した。冷却後、解砕、水洗、乾燥して、リチウムニッケル複合酸化物を得た。
得られたリチウムニッケル複合酸化物の結晶子径およびLi席占有率をX線回折装置で測定した。また、得られたリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いてコイン型電池を作製し、初期放電容量を測定した。
これらの測定結果は表1に示す。
The sagger was then cooled to room temperature in an oxygen atmosphere. After cooling, it was pulverized, washed with water, and dried to obtain a lithium-nickel composite oxide.
The crystallite size and Li site occupancy of the resulting lithium-nickel composite oxide were measured with an X-ray diffractometer. A coin-type battery was produced using the obtained lithium-nickel composite oxide as a positive electrode active material, and the initial discharge capacity was measured.
These measurement results are shown in Table 1.

昇温速度を30℃/分、焼成時間を30分とし、撹拌頻度を100℃昇温する毎に1回とし、1回の撹拌でのリチウム混合物の撹拌量を全リチウム混合物の70~90%としたこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得た。
得られたリチウムニッケル複合酸化物の結晶子径、Li席占有率、初期放電容量は表1に示す。
The heating rate is 30° C./min, the firing time is 30 minutes, the stirring frequency is once for each 100° C. temperature rise, and the amount of lithium mixture stirred in one stirring is 70 to 90% of the total lithium mixture. A lithium-nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, except that
Table 1 shows the crystallite size, Li site occupancy, and initial discharge capacity of the obtained lithium-nickel composite oxide.

ニッケル複合水酸化物の組成比をNi:Co:Al=91:4:5、焼成温度を740℃とし、Li/Me比を1.02とした以外は実施例1と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得た。
得られたリチウムニッケル複合酸化物の結晶子径、Li席占有率、初期放電容量は表1に示す。
A lithium-nickel composite was produced in the same manner as in Example 1, except that the composition ratio of the nickel composite hydroxide was Ni:Co:Al=91:4:5, the firing temperature was 740° C., and the Li/Me ratio was 1.02. An oxide was obtained.
Table 1 shows the crystallite size, Li site occupancy, and initial discharge capacity of the obtained lithium-nickel composite oxide.

昇温速度を30℃/分、焼成時間を30分とし、撹拌頻度を100℃昇温する毎に1回とし、1回の撹拌でのリチウム混合物の撹拌量を全リチウム混合物の70~90%としたこと以外は、実施例3と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得た。
得られたリチウムニッケル複合酸化物の結晶子径、Li席占有率、初期放電容量は表1に示す。
The heating rate is 30° C./min, the firing time is 30 minutes, the stirring frequency is once for each 100° C. temperature rise, and the amount of lithium mixture stirred in one stirring is 70 to 90% of the total lithium mixture. A lithium-nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 3, except that
Table 1 shows the crystallite size, Li site occupancy, and initial discharge capacity of the obtained lithium-nickel composite oxide.

ニッケル複合水酸化物の組成比をNi:Co:Mn=55:20:25、水酸化リチウムの替わりに炭酸リチウムを使用し、焼成温度を950℃、焼成時間を3時間とし、撹拌頻度を100℃昇温する毎に1回とし、1回の撹拌でのリチウム混合物の撹拌量を全リチウム混合物の70~90%とした以外は実施例1と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得た。
得られたリチウムニッケル複合酸化物の結晶子径、Li席占有率、初期放電容量は表1に示す。
The composition ratio of the nickel composite hydroxide is Ni:Co:Mn=55:20:25, lithium carbonate is used instead of lithium hydroxide, the firing temperature is 950° C., the firing time is 3 hours, and the stirring frequency is 100. A lithium-nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, except that the stirring was performed once every time the temperature was raised to 0 C, and the amount of the lithium mixture stirred in one stirring was set to 70 to 90% of the total lithium mixture.
Table 1 shows the crystallite size, Li site occupancy, and initial discharge capacity of the obtained lithium-nickel composite oxide.

(比較例1)
焼成中に撹拌をしなかったこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得た。
得られたリチウムニッケル複合酸化物の結晶子径、Li席占有率、初期放電容量は表1に示す。
(Comparative example 1)
A lithium-nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, except that stirring was not performed during firing.
Table 1 shows the crystallite size, Li site occupancy, and initial discharge capacity of the obtained lithium-nickel composite oxide.

(比較例2)
焼成中に撹拌をしなかったこと以外は、実施例3と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得た。
得られたリチウムニッケル複合酸化物の結晶子径、Li席占有率、初期放電容量は表1に示す。
(Comparative example 2)
A lithium-nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 3, except that stirring was not performed during firing.
Table 1 shows the crystallite size, Li site occupancy, and initial discharge capacity of the obtained lithium-nickel composite oxide.

(比較例3)
焼成中に撹拌をしなかったこと以外は、実施例5と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得た。
得られたリチウムニッケル複合酸化物の結晶子径、Li席占有率、初期放電容量は表1に示す。
(Comparative Example 3)
A lithium-nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 5, except that stirring was not performed during firing.
Table 1 shows the crystallite size, Li site occupancy, and initial discharge capacity of the obtained lithium-nickel composite oxide.

Figure 0007271848000001
Figure 0007271848000001

(評価結果)
実施例で得られたリチウムニッケル複合酸化物は、昇温速度が速く、かつ、焼成時間が短かったにも関わらず、その結晶子径は十分に大きく、リチウム席占有率が高いことが示されている。
また、実施例1~5で得られたリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池は、非常に高い初期充放電容量を有することが示された。
以上から、本実施形態の製造方法によれば、リチウム混合物を撹拌しながら焼成することにより、リチウム混合物を極めて短時間で焼成することが可能であり、大幅に生産性を向上させることができ、大きなコスト削減が可能であることが明らかである。
(Evaluation results)
The lithium-nickel composite oxides obtained in Examples have a sufficiently large crystallite diameter and a high lithium site occupancy rate, despite the fact that the heating rate is high and the firing time is short. ing.
Moreover, it was shown that the secondary batteries using the lithium-nickel composite oxides obtained in Examples 1 to 5 as positive electrode active materials had very high initial charge/discharge capacities.
As described above, according to the production method of the present embodiment, by firing the lithium mixture while stirring, it is possible to fire the lithium mixture in an extremely short time, and the productivity can be greatly improved. It is clear that significant cost savings are possible.

S10 混合工程
S20 焼成工程
S1 晶析工程
S2 酸化焙焼工程
S30 解砕工程
S40 水洗工程
S50 …乾燥工程
1 コイン型電池
2 ケース
PC 正極缶
NC 負極缶
GA ガスケット
3 電極
PE 正極
NE 負極
SE セパレータ
S10 Mixing step S20 Firing step S1 Crystallization step S2 Oxidizing roasting step S30 Crushing step S40 Water washing step S50 Drying step 1 Coin type battery 2 Case PC Positive electrode can NC Negative electrode can GA Gasket 3 Electrode PE Positive electrode NE Negative electrode SE Separator

Claims (6)

ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、及び、それ以外の元素(M)を含み、かつ、各元素の原子数比がNi:Co:M=(1-x-y):x:y(ただし、0.01≦x≦0.35、0.03≦y≦0.35、Mは遷移金属、アルカリ土類金属、卑金属、半金属のうち、少なくとも一種)で表されるニッケル複合酸化物粒子と、リチウム化合物粉末を混合してリチウム混合物を得る混合工程と、
前記リチウム混合物を酸化性雰囲気で焼成処理する焼成工程とを有し、
前記焼成工程が、焼成処理中において、炉内温度を150℃上昇させる毎に、少なくとも1回以上の頻度でリチウム混合物の撹拌操作を伴う工程であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
Nickel (Ni), cobalt (Co), and other elements (M) are included, and the atomic ratio of each element is Ni: Co: M = (1-xy): x: y (however, , 0.01≦x≦0.35, 0.03≦y≦0.35, and M is at least one selected from transition metals, alkaline earth metals, base metals, and semimetals. and a mixing step of mixing the lithium compound powder to obtain a lithium mixture;
and a firing step of firing the lithium mixture in an oxidizing atmosphere,
For a lithium ion secondary battery, wherein the firing step is a step that involves stirring the lithium mixture at least once every time the temperature in the furnace is increased by 150 ° C. during the firing process. A method for producing a positive electrode active material.
前記リチウム混合物の撹拌操作における1回の撹拌で、撹拌されるリチウム混合物の量が、前記焼成処理に供されたリチウム混合物全量の30%以上であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 2. The lithium according to claim 1 , wherein the amount of the lithium mixture to be stirred in one stirring operation in the stirring operation of the lithium mixture is 30% or more of the total amount of the lithium mixture subjected to the firing treatment. A method for producing a positive electrode active material for an ion secondary battery. 前記酸化性雰囲気が、酸素濃度80容量%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 3. The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein said oxidizing atmosphere has an oxygen concentration of 80% by volume or more. 前記焼成工程の焼成温度が、650℃以上、1100℃以下であることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3 , characterized in that the baking temperature in the baking step is 650°C or higher and 1100°C or lower. 前記焼成工程における焼成温度での保持時間である焼成時間が15分以上、180分以下であることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The positive electrode active for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4 , wherein the baking time, which is the holding time at the baking temperature in the baking step, is 15 minutes or more and 180 minutes or less. A method of making a substance. 前記焼成工程で得られた焼成物を、解砕、水洗、乾燥することを備える、請求項1~のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5 , comprising crushing, washing and drying the fired product obtained in the firing step.
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