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JP7676851B2 - Transition metal composite hydroxide particles, method for producing transition metal composite hydroxide particles, positive electrode active material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Transition metal composite hydroxide particles, method for producing transition metal composite hydroxide particles, positive electrode active material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery Download PDF

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JP7676851B2 JP2021044007A JP2021044007A JP7676851B2 JP 7676851 B2 JP7676851 B2 JP 7676851B2 JP 2021044007 A JP2021044007 A JP 2021044007A JP 2021044007 A JP2021044007 A JP 2021044007A JP 7676851 B2 JP7676851 B2 JP 7676851B2
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Description

本発明は、遷移金属複合水酸化物粒子、遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質、及びリチウムイオン二次電池に関するものである。 The present invention relates to transition metal composite hydroxide particles, a method for producing transition metal composite hydroxide particles, a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, and a lithium ion secondary battery.

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二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電池式電気自動車などの電気自動車用の電源として高出力の二次電池の開発が強く望まれている。 In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and laptop computers, there is a strong demand for the development of small, lightweight secondary batteries with high energy density. There is also a strong demand for the development of high-output secondary batteries as power sources for electric 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、非水電解質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、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。 One type of secondary battery that meets these requirements is the lithium-ion secondary battery, which is a type of non-aqueous electrolyte secondary battery. Lithium-ion secondary batteries are composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolyte, and the like, and the active materials used for the negative and positive electrodes are materials that can extract and insert lithium.

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遷移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 lithium-ion secondary batteries, those that use layered or spinel-type lithium transition metal composite oxides as the positive electrode material can achieve a voltage of about 4 V, and are currently the subject of vigorous research and development as batteries with high energy density, with some of these already being put to practical use.

リチウムイオン二次電池の正極材料として、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(LiNi1/3Co1/3Mn1/32)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn24)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.52)などのリチウム遷移金属複合酸化物が提案されている。 As positive electrode materials for lithium-ion secondary batteries, lithium transition metal composite oxides have been proposed, such as lithium cobalt composite oxide ( LiCoO2 ), which is relatively easy to synthesize, lithium nickel composite oxide ( LiNiO2 ), which uses nickel, which is cheaper than cobalt, lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi1 / 3Co1/ 3Mn1/ 3O2 ) , lithium manganese composite oxide ( LiMn2O4 ), and lithium nickel manganese composite oxide ( LiNi0.5Mn0.5O2 ) , which use manganese.

ところで、出力特性に優れたリチウムイオン二次電池を得るためには、正極活物質の比表面積を大きくする方法が一般的である。これは、正極活物質として用いた場合に電解質との反応面積を十分に確保することができるためである。 By the way, in order to obtain a lithium-ion secondary battery with excellent output characteristics, it is common to increase the specific surface area of the positive electrode active material. This is because when it is used as a positive electrode active material, a sufficient reaction area with the electrolyte can be secured.

正極活物質の比表面積を大きくする方法として、例えば中空構造による高比表面積のリチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子が提案されている(特許文献1、特許文献2)。 As a method for increasing the specific surface area of the positive electrode active material, for example, lithium nickel manganese composite oxide particles with a high specific surface area due to their hollow structure have been proposed (Patent Document 1, Patent Document 2).

しかしながら、特に電気自動車等に求められる出力特性は以前にも増して高まっており、さらなる性能向上が求められていた。 However, the output characteristics required, especially for electric vehicles, are higher than ever before, and further performance improvements are required.

そこで、リチウムイオン二次電池に適用した場合の高出力化に必要な低抵抗化への実現の手段として、正極活物質への異種元素の添加が検討されており、特にMo,Nb,W,Taなどの高価数を取ることのできる遷移金属の添加が検討されている。 As a means of achieving the low resistance required for high output when applied to lithium-ion secondary batteries, the addition of different elements to the positive electrode active material is being considered, and in particular the addition of transition metals that can assume high valence, such as Mo, Nb, W, and Ta.

例えば特許文献3では、一次粒子の表面部分のLi及びMo,W、Nb、Ta、及びReから選ばれる1種以上の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倍以上であるリチウム遷移金属系化合物粉体が開示されている。 For example, Patent Document 3 discloses a lithium transition metal compound powder in which the atomic ratio of the total of the additive elements to the total of metal elements other than Li and one or more additive elements selected from Mo, W, Nb, Ta, and Re in the surface portion of the primary particles is 5 times or more the atomic ratio of the additive elements in the entire particle.

また、特許文献4ではリチウム金属複合酸化物粉末に所定の割合のタングステン化合物を溶解させたアルカリ溶液を添加、混合することにより、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Wを分散させる第1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100~800℃の範囲で熱処理することによりLiWO、LiWO、Li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、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第2工程を有する非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法が開示されている。 Patent Document 4 discloses a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which includes a first step of dispersing W on the surface of the lithium metal composite oxide powder or on the surfaces of the primary particles of the powder by adding and mixing an alkaline solution in which a predetermined ratio of a tungsten compound is dissolved into a lithium metal composite oxide powder, and a second step of forming fine particles containing lithium tungstate represented by any one of Li 2 WO 4 , Li 4 WO 5 , and Li 6 W 2 O 9 on the surface of the lithium metal composite oxide powder or on the surfaces of the primary particles of the powder by heat-treating the mixed alkaline aqueous solution in which the tungsten compound is dissolved and the lithium metal composite oxide powder at a temperature in the range of 100 to 800° C.

特許文献5では、一次粒子および前記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および内部に有すると共に、前記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所定の層厚の化合物層を有する非水系電解質二次電池用正極活物質が開示されている。 Patent Document 5 discloses a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is composed of primary particles and secondary particles formed by agglomeration of the primary particles, has voids near the surface and inside the secondary particles through which an electrolyte can penetrate, and has a compound layer of a predetermined thickness containing tungsten-enriched lithium on the surface or grain boundaries of the lithium metal composite oxide.

また、特許文献6では、所定の複合水酸化物粒子を、少なくともタングステン化合物を含む水溶液と混合してスラリー化し、スラリーのpH値を制御することにより、タングステンおよび添加元素の金属酸化物もしくは金属水酸化物を含む被覆物を該複合水酸化物粒子の表面に形成する被覆工程を備えることを特徴とする遷移金属複合水酸化物の製造方法が開示されている。 Patent Document 6 discloses a method for producing a transition metal composite hydroxide, which comprises a coating step in which a coating containing tungsten and a metal oxide or metal hydroxide of an additive element is formed on the surface of the composite hydroxide particles by mixing a predetermined composite hydroxide particle with an aqueous solution containing at least a tungsten compound to form a slurry and controlling the pH value of the slurry.

特開2012-246199号公報JP 2012-246199 A 特開2013-147416号公報JP 2013-147416 A 特開2008-305777号公報JP 2008-305777 A 特開2013-125732号公報JP 2013-125732 A 特開2014-197556号公報JP 2014-197556 A 特開2012-252844号公報JP 2012-252844 A

しかしながら、既述の様に近年ではさらなる出力特性の向上が求められている。そして、正極活物質としてリチウムイオン二次電池に適用した場合に、出力特性を高くすることができる遷移金属複合水酸化物粒子が求められていた。 However, as mentioned above, there has been a demand in recent years for further improvements in output characteristics. There has also been a demand for transition metal composite hydroxide particles that can improve output characteristics when used as a positive electrode active material in lithium ion secondary batteries.

そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一態様では、正極活物質としてリチウムイオン二次電池に適用した場合に、出力特性の高い遷移金属複合水酸化物粒子を提供することを目的とする。 In view of the problems inherent in the above-mentioned conventional techniques, one aspect of the present invention aims to provide transition metal composite hydroxide particles that exhibit high output characteristics when used as a positive electrode active material in a lithium ion secondary battery.

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、ニッケル(Ni)と、マンガン(Mn)と、コバルト(Co)と、元素A(A)とを、物質量の比で、Ni:Mn:Co:A=x:y:z:t(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<t≦0.1、前記元素Aはタングステンである)の割合で含有し、
一次粒子を含む中心部と、前記中心部の外側に配置され、かつ前記中心部よりも一次粒子が密に配置された外殻部とを有し、
前記中心部における前記元素Aの存在割合(t)が、前記外殻部における前記元素Aの存在割合(t)よりも小さく、
前記中心部のタングステン濃度が0.1質量%以上9.0質量%以下である遷移金属複合水酸化物粒子を提供する。

In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, nickel (Ni), manganese (Mn), cobalt (Co), and an element A (A) are contained in a ratio of amounts of substances of Ni:Mn:Co:A=x:y:z:t (x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<t≦0.1, the element A is tungsten ),
a core portion including primary particles and an outer shell portion disposed outside the core portion and in which the primary particles are more densely arranged than in the core portion;
the abundance ratio (t h ) of the element A in the central portion is smaller than the abundance ratio (t s ) of the element A in the outer shell portion;
The present invention provides transition metal composite hydroxide particles, in which the tungsten concentration in the center portion is 0.1% by mass or more and 9.0% by mass or less .

本発明の一態様によれば、正極活物質としてリチウムイオン二次電池に適用した場合に、出力特性の高い遷移金属複合水酸化物粒子を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, transition metal composite hydroxide particles that have high output characteristics when used as a positive electrode active material in a lithium ion secondary battery can be provided.

図1は、本開示の一態様に係る遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法のフロー図である。FIG. 1 is a flow diagram of a method for producing transition metal composite hydroxide particles according to one embodiment of the present disclosure. 図2は、本開示の一態様に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法のフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram of a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present disclosure. 図3は、本開示の一態様に係るリチウムイオン二次電池の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a lithium-ion secondary battery according to one embodiment of the present disclosure.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。 The following describes the embodiments of the present invention with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the following embodiments without departing from the scope of the present invention.

以下に、(1)遷移金属複合水酸化物粒子、(2)遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法、(3)リチウムイオン二次電池用正極活物質、(4)リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法、(5)リチウムイオン二次電池の順に説明する。 The following describes in the following order: (1) transition metal composite hydroxide particles, (2) manufacturing method for transition metal composite hydroxide particles, (3) positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, (4) manufacturing method for positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, and (5) lithium ion secondary batteries.

(1)遷移金属複合水酸化物粒子
(1-1)組成
本実施形態の遷移金属複合水酸化物粒子(以下、単に「複合水酸化物粒子」とも記載する)は、ニッケル(Ni)と、マンガン(Mn)と、コバルト(Co)と、元素A(A)とを、物質量の比で、Ni:Mn:Co:A=x:y:z:tの割合で含有できる。
(1) Transition metal composite hydroxide particles (1-1) Composition The transition metal composite hydroxide particles of the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as "composite hydroxide particles") can contain nickel (Ni), manganese (Mn), cobalt (Co), and element A (A) in a ratio, in terms of the amount of substances, of Ni:Mn:Co:A=x:y:z:t.

上記x、y、z、tは、x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<t≦0.1の関係を満たすことが好ましい。また、元素Aは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、La、Hf、Ta、Wから選択される1種類以上の元素とすることができる。 The above x, y, z, and t preferably satisfy the relationships: x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, and 0<t≦0.1. The element A can be one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, La, Hf, Ta, and W.

本実施形態の複合水酸化物粒子は、例えば一般式(A):NiMnCo(OH)2+aで表記することができる。上記一般式(A)中のx、y、z、t、及び元素Aについては既に説明したため、ここでは説明を省略する。上記一般式(A)中のaは、例えば0≦a≦0.5とすることができる。 The composite hydroxide particles of this embodiment can be expressed, for example, by the general formula (A): Ni x Mn y Co z At (OH) 2+a . Since x, y, z, t, and element A in the general formula (A) have already been explained, explanations are omitted here. In the general formula (A), a can be, for example, 0≦a≦0.5.

上記組成を有する複合水酸化物粒子を前駆体とすることで、後述する組成の正極活物質を容易に得ることができ、より高い電池性能を実現することができる。 By using composite hydroxide particles having the above composition as a precursor, it is possible to easily obtain a positive electrode active material having the composition described below, thereby achieving higher battery performance.

なお、上記複合水酸化物粒子が含有する、ニッケル、マンガン、コバルトおよび元素Aの好適な含有範囲は、後述するリチウムイオン二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」とも記載する)と同様となる。このため、これらの各元素の好適な含有範囲は、正極活物質の項でまとめて説明する。 The preferred content ranges of nickel, manganese, cobalt, and element A contained in the composite hydroxide particles are the same as those of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries (hereinafter, simply referred to as the "positive electrode active material") described below. Therefore, the preferred content ranges of each of these elements will be described together in the section on the positive electrode active material.

(1-2)粒子構造
本実施形態の遷移金属複合水酸化物粒子は、一次粒子を含む中心部と、中心部の外側に配置され、かつ中心部よりも一次粒子が密に配置された外殻部とを有することができる。
(1-2) Particle Structure The transition metal composite hydroxide particles of the present embodiment can have a core portion containing primary particles, and an outer shell portion that is arranged outside the core portion and in which the primary particles are arranged more densely than in the core portion.

外殻部は、上述のように中心部よりも一次粒子が密に、すなわち一次粒子を高密度に配置した密な構造を有することができる。中心部は、外殻部よりも一次粒子の密度が低い、疎な構造を有することができる。中心部と外殻部とは直接接するように配置できる。 As described above, the outer shell portion can have a dense structure in which the primary particles are denser than the center portion, i.e., the primary particles are arranged at a high density. The center portion can have a sparse structure in which the density of primary particles is lower than that of the outer shell portion. The center portion and the outer shell portion can be arranged so as to be in direct contact with each other.

なお、上述のように中心部と、外殻部とは、配置された一次粒子の密度が異なるため、例えば粒子の断面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)等で観察することで、容易に特定できる。 As mentioned above, the density of the primary particles arranged in the center and the outer shell is different, so this can be easily identified by observing the cross section of the particle with a scanning electron microscope (SEM), for example.

外殻部は、例えば複数の板状の一次粒子を含むことができる。中心部は、例えば外殻部の板状の一次粒子よりも小さな一次粒子が凝集して形成できる。複合水酸化物粒子は、上述のように一次粒子が凝集して形成された二次粒子とすることができる。 The outer shell can include, for example, a plurality of plate-shaped primary particles. The center can be formed, for example, by agglomeration of primary particles smaller than the plate-shaped primary particles of the outer shell. The composite hydroxide particles can be secondary particles formed by agglomeration of primary particles as described above.

また、複合水酸化物粒子は、中心部における元素Aの存在割合(t)が、外殻部における元素Aの存在割合(t)よりも小さいことが好ましい。すなわち、t>tであることが好ましい。ここでいう中心部における元素Aの存在割合(t)とは、複合水酸化物粒子が含有する元素Aのうち、中心部に含まれる元素Aの割合を意味する。また、外殻部における元素Aの存在割合(t)とは、複合水酸化物粒子が含有する元素Aのうち、外殻部に含まれる元素Aの割合を意味する。このため、tと、tを合計すると100%となる。なお、中心部、及び外殻部はいずれも元素Aを含有することが好ましい。このため、t>t>0を充足することが好ましい。 In addition, the composite hydroxide particles preferably have an abundance ratio (t h ) of element A in the center smaller than an abundance ratio (t s ) of element A in the outer shell. That is, it is preferable that t s >t h . The abundance ratio (t h ) of element A in the center means the proportion of element A contained in the composite hydroxide particles that is contained in the center. In addition, the abundance ratio (t s ) of element A in the outer shell means the proportion of element A contained in the composite hydroxide particles that is contained in the outer shell. Therefore, the sum of t h and t s is 100%. It is preferable that both the center and the outer shell contain element A. Therefore, it is preferable to satisfy t s >t h >0.

後述するように、正極活物質は、複合水酸化物とリチウム化合物との混合物を焼成することで得られる。 As described below, the positive electrode active material is obtained by firing a mixture of a composite hydroxide and a lithium compound.

本実施形態の複合水酸化物は上述のように元素Aを含むことができ、係る複合水酸化物と、リチウム化合物との混合物を焼成した正極活物質は、一部に例えば元素Aとリチウムとを含む化合物を含有する。係る元素Aとリチウムとを含む化合物は、リチウムイオン伝導度が高いため、該正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合に、反応抵抗(正極抵抗)を抑制し、出力特性の向上に大きく寄与する。 The composite hydroxide of this embodiment can contain element A as described above, and the positive electrode active material obtained by baking a mixture of such a composite hydroxide and a lithium compound contains, for example, a compound containing element A and lithium in part. Since such a compound containing element A and lithium has high lithium ion conductivity, when the positive electrode active material is used in a lithium ion secondary battery, it suppresses the reaction resistance (positive electrode resistance) and greatly contributes to improving the output characteristics.

本発明の発明者の検討によれば、元素Aを含む本実施形態の複合水酸化物粒子を用いて、正極活物質を調製した場合、上記元素Aとリチウムとを含む化合物は、正極活物質が含有するリチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子の表層や、粒界に形成される。リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子の表層や、粒界は、電解質と接触する部分であるため、係る部分に元素Aとリチウムとを含む化合物が配置されることで、リチウムイオンの伝導度を高めることができ、該正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池の出力特性を特に向上できる。 According to the study by the inventors of the present invention, when a positive electrode active material is prepared using the composite hydroxide particles of this embodiment containing element A, the compound containing element A and lithium is formed on the surface layer and grain boundaries of the lithium nickel manganese composite oxide particles contained in the positive electrode active material. Since the surface layer and grain boundaries of the lithium nickel manganese composite oxide particles are in contact with the electrolyte, the conductivity of lithium ions can be increased by disposing the compound containing element A and lithium in these areas, and the output characteristics of the lithium ion secondary battery using the positive electrode active material can be particularly improved.

特に、上述のようにt>tとなるように元素Aを配置することで、本実施形態の複合水酸化物粒子を用いて調製した正極活物質の中空部の表面等の電解質と接する部分に、上記元素Aとリチウムとを含む化合物を十分に配置できる。このため、該正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池の出力特性を特に向上できるため好ましい。 In particular, by arranging element A so that ts > th as described above, the compound containing element A and lithium can be sufficiently arranged in the portion in contact with the electrolyte, such as the surface of the hollow portion of the positive electrode active material prepared using the composite hydroxide particles of this embodiment, which is preferable because it can particularly improve the output characteristics of the lithium ion secondary battery using the positive electrode active material.

なお、本明細書において粒界とは、二つ以上の小さな結晶粒子の間に存在する界面粒子間境界を意味する。また、表層とは、粒子の表面、具体的には粒子の空洞内部の電解質と接触可能な内表面や、粒子の外表面を意味する。 In this specification, the grain boundary means an interparticle boundary that exists between two or more small crystal grains. The surface layer means the surface of the particle, specifically the inner surface that can come into contact with the electrolyte inside the cavity of the particle, and the outer surface of the particle.

本発明の発明者の検討によれば、リチウムとタングステンとを含む化合物は、リチウムイオン伝導度が特に優れている。このため、既述の元素Aはタングステンを含むことが好ましく、タングステンであることがより好ましい。 According to the study by the inventors of the present invention, compounds containing lithium and tungsten have particularly excellent lithium ion conductivity. For this reason, it is preferable that the aforementioned element A contains tungsten, and it is more preferable that it is tungsten.

これは、元素Aがタングステンを含むことで、該複合水酸化物を用いて作製した正極活物質をリチウムイオン二次電池に適用した場合に、該リチウムイオン二次電池の出力特性を特に向上させることができるからである。 This is because the element A contains tungsten, and when a positive electrode active material made using the composite hydroxide is applied to a lithium ion secondary battery, the output characteristics of the lithium ion secondary battery can be particularly improved.

後述する複合水酸化物粒子の製造方法の粒子成長工程のうち、第一晶析工程により中心部を、第二晶析工程により外殻部の内周側を、第三晶析工程により外殻部の外周側を形成できる。このため、例えば第一晶析工程の間に供給した元素Aの物質量と、第三晶析工程の間に供給した元素Aの物質量との比を上記中心部における元素Aの存在割合(t)と、外殻部における元素Aの存在割合(t)の比とすることができる。 In the particle growth steps of the method for producing composite hydroxide particles described below, the central portion can be formed by the first crystallization step, the inner peripheral side of the outer shell portion by the second crystallization step, and the outer peripheral side of the outer shell portion by the third crystallization step. Therefore, for example, the ratio of the amount of substance of element A supplied during the first crystallization step to the amount of substance of element A supplied during the third crystallization step can be set as the ratio of the abundance ratio of element A in the central portion (t h ) to the abundance ratio of element A in the outer shell portion (t s ).

また、例えば複合水酸化物粒子の断面において、中心部、外殻部の元素Aの濃度をEDX(Energy dispersive X-ray spectroscopy)により測定、算出し、各領域の面積(面積比)を掛けることで、上記中心部における元素Aの存在割合(t)と、外殻部における元素Aの存在割合(t)とを算出し、比較することもできる。 In addition, for example, in the cross section of a composite hydroxide particle, the concentrations of element A in the center and outer shell are measured and calculated by EDX (Energy Dispersive X-ray spectroscopy), and multiplied by the area (area ratio) of each region to calculate and compare the abundance ratio of element A in the center (t h ) and the abundance ratio of element A in the outer shell (t s ).

中心部内、外殻部内で元素Aの濃度が変化する場合には、複合水酸化物粒子の断面において、該粒子の径方向に沿って複数箇所でEDXにより元素Aの濃度を測定し、中心部、外殻部の平均濃度を算出できる。測定する箇所は特に限定されないが、例えば中心部内で中心部を粒子の径方向に等間隔に複数の領域に分割できる2点で、外殻部内で外殻部を粒子の径方向に等間隔に複数の領域に分割できる2点で、それぞれ元素Aの濃度を測定し、各領域の元素Aの平均濃度を算出できる。そして、各領域の平均濃度に、各領域の面積(面積比)を掛けることで、上記中心部における元素Aの存在割合と、外殻部における元素Aの存在割合とを算出し、比較することもできる。 When the concentration of element A varies between the center and the outer shell, the concentration of element A can be measured by EDX at multiple points along the radial direction of the composite hydroxide particle in its cross section, and the average concentration of element A in the center and outer shell can be calculated. There are no particular limitations on the points to be measured, but for example, the concentration of element A can be measured at two points within the center that can divide the center into multiple regions at equal intervals in the radial direction of the particle, and at two points within the outer shell that can divide the outer shell into multiple regions at equal intervals in the radial direction of the particle, and the average concentration of element A in each region can be calculated. The average concentration of each region can then be multiplied by the area (area ratio) of each region to calculate and compare the abundance ratio of element A in the center and the abundance ratio of element A in the outer shell.

外殻部の中でも、外殻部の外周部における元素Aの存在割合が高いことが好ましい。すなわち、外殻部の外周部における元素Aの存在割合(ts')が、外殻部における元素Aの存在割合(t)よりも大きいことが好ましく、ts'>tの関係にあることが好ましい。外殻部の外周部における元素Aの存在割合(ts')を、外殻部における元素Aの存在割合(t)よりも大きくすることで、該複合水酸化物粒子を用いて調製した正極活物質において、該正極活物質の粒子の外表面側に元素Aとリチウムとを含む化合物を特に高濃度に配置できる。正極活物質の外表面は電解質と特に接触する部分であるため、係る部分にリチウムイオン伝導度が高い元素Aとリチウムとを含む化合物を高濃度に配置することで、反応抵抗を特に下げ、出力特性を特に向上できるからである。 Among the outer shells, it is preferable that the abundance ratio of element A in the outer periphery of the outer shell is high. That is, it is preferable that the abundance ratio of element A in the outer periphery of the outer shell ( ts ' ) is greater than the abundance ratio of element A in the outer shell (ts), and it is preferable that the relationship is ts ' > ts . By making the abundance ratio of element A in the outer periphery of the outer shell (ts ' ) greater than the abundance ratio of element A in the outer shell ( ts ), in the positive electrode active material prepared using the composite hydroxide particles, a compound containing element A and lithium can be arranged at a particularly high concentration on the outer surface side of the particles of the positive electrode active material. Since the outer surface of the positive electrode active material is the part that is particularly in contact with the electrolyte, by arranging a compound containing element A and lithium having high lithium ion conductivity in this part at a high concentration, the reaction resistance can be particularly reduced and the output characteristics can be particularly improved.

既述の様に、元素Aはタングステンを含有することが好ましい。 As mentioned above, it is preferable that element A contains tungsten.

この場合、本実施形態の複合水酸化物粒子の中心部のタングステンの濃度は、0.1質量%以上9.0質量%以下であることが好ましい。これは中心部のタングステンの濃度を上記範囲とすることで、該複合水酸化物粒子を用いて調製した正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池の出力特性を特に向上させることができるからである。 In this case, the tungsten concentration in the center of the composite hydroxide particles of this embodiment is preferably 0.1% by mass or more and 9.0% by mass or less. This is because by setting the tungsten concentration in the center within the above range, the output characteristics of a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material prepared using the composite hydroxide particles can be particularly improved.

複合水酸化物の中心部のタングステンの濃度は、例えば製造過程で、後述する第1晶析工程終了後の粒子を回収し、ICP(Inductively Coupled Plasma)等により評価できる。また、例えばEDXにより評価を行うこともできる。 The concentration of tungsten in the center of the composite hydroxide can be evaluated, for example, by collecting particles after the first crystallization step (described later) during the manufacturing process and using ICP (Inductively Coupled Plasma) or the like. It can also be evaluated, for example, using EDX.

また、元素Aがタングステンを含有する場合、本実施形態の複合水酸化物粒子は、外殻部の外表面に10nm以上100nm以下のタングステン濃縮層を有することが好ましい。ここでいうタングステン濃縮層とは、他の部分よりもタングステン濃度が局所的に高い層を意味する。複合水酸化物粒子の外殻部の外表面、すなわち粒子の外表面にタングステン濃縮層が配置されていることで、該複合水酸化物を前駆体として製造した正極活物質において、該正極活物質の粒子の外表面にリチウム-タングステン化合物を特に高濃度に配置できる。そして、既述の様にリチウム-タングステン化合物は特にリチウムイオン伝導度に優れるため、係る正極活物質の出力特性を特に高めることができるからである。
上記タングステン濃縮層は、粒子の空洞内部の電解質と接触可能な内表面にも設けられていることがより好ましい。すなわち、上記タングステン濃縮層は、複合水酸化物粒子の外殻部の表層に配置されていることがより好ましい。
In addition, when element A contains tungsten, the composite hydroxide particle of this embodiment preferably has a tungsten-enriched layer of 10 nm to 100 nm on the outer surface of the outer shell. The tungsten-enriched layer here means a layer in which the tungsten concentration is locally higher than in other parts. By disposing a tungsten-enriched layer on the outer surface of the outer shell of the composite hydroxide particle, i.e., on the outer surface of the particle, in a positive electrode active material produced using the composite hydroxide as a precursor, a lithium-tungsten compound can be disposed at a particularly high concentration on the outer surface of the particle of the positive electrode active material. And, as described above, the lithium-tungsten compound has particularly excellent lithium ion conductivity, so that the output characteristics of the positive electrode active material can be particularly improved.
It is more preferable that the tungsten concentrated layer is also provided on the inner surface of the cavity of the particle that can come into contact with the electrolyte, that is, the tungsten concentrated layer is more preferably disposed on the surface layer of the outer shell of the composite hydroxide particle.

タングステン濃縮層の厚さは、例えばSEM-EDXにより評価できる。 The thickness of the tungsten-enriched layer can be evaluated, for example, by SEM-EDX.

(1-3)平均粒径
本実施形態の複合水酸化物粒子の平均粒径は特に限定されないが、平均粒径は例えば4.0μm以上9.0μm以下であることが好ましい。
(1-3) Average Particle Size The average particle size of the composite hydroxide particles of this embodiment is not particularly limited, but the average particle size is preferably, for example, from 4.0 μm to 9.0 μm.

本実施形態の複合水酸化物粒子の平均粒径を上記範囲とすることで、該複合水酸化物粒子を前駆体として製造した正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池において、単位容積あたりの電池容量を増加させることができる。また、熱安定性や出力特性を特に向上することができる。 By setting the average particle size of the composite hydroxide particles of this embodiment within the above range, the battery capacity per unit volume can be increased in a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material produced using the composite hydroxide particles as a precursor. In addition, the thermal stability and output characteristics can be particularly improved.

具体的には、平均粒径を4.0μm以上とすることで、該複合水酸化物粒子を前駆体として製造した正極活物質を用いて正極を作製する際の充填性が向上し、単位容積あたりの電池容量を増加させることができる。 Specifically, by making the average particle size 4.0 μm or more, the filling property is improved when preparing a positive electrode using a positive electrode active material produced using the composite hydroxide particles as a precursor, and the battery capacity per unit volume can be increased.

一方、平均粒径を9.0μm以下とすることで、該複合水酸化物粒子を前駆体として製造した正極活物質について、電解質との反応面積を向上させることができ、リチウムイオン二次電池とした場合に出力特性を特に高めることができる。 On the other hand, by setting the average particle size to 9.0 μm or less, the reaction area with the electrolyte can be increased for the positive electrode active material produced using the composite hydroxide particles as a precursor, and the output characteristics can be particularly improved when used in a lithium ion secondary battery.

なお、平均粒径とは、累積中位径(メジアン径)を意味し、例えばレーザー光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。 The average particle size means the cumulative median diameter, and can be calculated, for example, from the volume integrated value measured using a laser light diffraction scattering particle size analyzer.

(1-4)粒度分布
本実施形態の複合水酸化物粒子の、粒度分布の広がりを示す分布指数は特に限定されないが、0.60以下であることが好ましい。
(1-4) Particle Size Distribution The distribution index, which indicates the spread of the particle size distribution of the composite hydroxide particles of this embodiment, is not particularly limited, but is preferably 0.60 or less.

分布指数は、以下の式(1)により算出できる。 The distribution index can be calculated using the following formula (1):

(分布指数)=〔(d90-d10)/平均粒径〕・・・(1)
正極活物質の粉体特性は、前駆体である複合水酸化物粒子の粉体特性の影響を強く受ける。このため、分布指数が上記範囲にある複合水酸化物粒子を前駆体として製造した正極活物質は、その粒度分布の幅を狭くすることができる。すなわち、微細粒子や粗大粒子の割合が少ない正極活物質とすることができる。
(Distribution index) = [(d 90 - d 10 )/average particle size]...(1)
The powder characteristics of the positive electrode active material are strongly influenced by the powder characteristics of the composite hydroxide particles, which are the precursors. Therefore, the positive electrode active material produced using the composite hydroxide particles, which have a distribution index in the above range, as the precursor can have a narrow particle size distribution. In other words, the positive electrode active material can have a small proportion of fine particles and coarse particles.

例えば微細粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を作製した場合、微細粒子の局所的な反応に起因して、発熱する場合がある。このため、熱安定性が低下したり、微細粒子が選択的に劣化したりしてリチウムイオン二次電池の容量が低下、すなわちサイクル特性が低下する場合がある。また、粗大粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を作製した場合、電解質と正極活物質の反応面積を十分に確保することができず、出力特性が劣ったものとなる。 For example, if a positive electrode is made using a positive electrode active material containing many fine particles, heat may be generated due to local reactions of the fine particles. This may result in reduced thermal stability or selective degradation of the fine particles, resulting in reduced capacity of the lithium-ion secondary battery, i.e., reduced cycle characteristics. Also, if a positive electrode is made using a positive electrode active material containing many coarse particles, the reaction area between the electrolyte and the positive electrode active material cannot be sufficiently secured, resulting in poor output characteristics.

これに対して、上述のように、粒度分布が狭く、微細粒子や粗大粒子の割合が少ない正極活物質とすることで、サイクル特性や、出力特性、熱安定性を特に向上させることができる。 In contrast, as described above, by using a positive electrode active material with a narrow particle size distribution and a low proportion of fine particles and coarse particles, it is possible to particularly improve cycle characteristics, output characteristics, and thermal stability.

ただし、分布指数が過度に小さいものを用いることは、生産性の観点で現実的ではない。したがって、複合水酸化物粒子の分布指数は、例えば0.25以上であることが好ましい。 However, using a particle with an excessively small distribution index is not realistic from the standpoint of productivity. Therefore, it is preferable that the distribution index of the composite hydroxide particles is, for example, 0.25 or more.

なお、式(1)中におけるd10は、各粒径における粒子数を粒径が小さいほうから累積したときに、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ている。また、d90は、各粒径における粒子数を粒径が小さいほうから累積したときに、その累積体積が全粒子の合計体積の90%となる粒径を意味している。平均粒径や、d90、d10を求める方法は特に限定されないが、たとえば、レーザー光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。平均粒径としては既述の様にメジアン径、すなわちd50を用いることができる。d50としては、d90の場合と同様に累積体積が全粒子体積の50%となる粒径を用いればよい。
(2)遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法
本実施形態の遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法は以下の工程を有することができる。
In addition, d10 in formula (1) means a particle size where the cumulative volume is 10% of the total volume of all particles when the number of particles at each particle size is accumulated from the smallest particle size. Also, d90 means a particle size where the cumulative volume is 90% of the total volume of all particles when the number of particles at each particle size is accumulated from the smallest particle size. There is no particular limitation on the method of determining the average particle size, d90 , and d10 , but they can be determined, for example, from the integrated volume measured by a laser light diffraction scattering type particle size analyzer. As the average particle size, the median diameter, i.e., d50 , can be used as described above. As d50 , a particle size where the cumulative volume is 50% of the total particle volume can be used as in the case of d90 .
(2) Method for Producing Transition Metal Composite Hydroxide Particles The method for producing the transition metal composite hydroxide particles of the present embodiment can include the following steps.

酸化性雰囲気であり、かつ粒子成長のための核を含む反応水溶液が収容された反応槽の、反応水溶液に対して、少なくともニッケル及びマンガンを含む原料水溶液と、元素Aを含む添加水溶液と、錯化剤と、塩基性水溶液とを供給する第一晶析工程。 The first crystallization process is a process in which a raw material aqueous solution containing at least nickel and manganese, an additive aqueous solution containing element A, a complexing agent, and a basic aqueous solution are supplied to a reaction aqueous solution in a reaction tank that has an oxidizing atmosphere and contains a reaction aqueous solution that contains nuclei for particle growth.

反応槽内の雰囲気を非酸化性雰囲気に切り替える第二晶析工程。 The second crystallization process switches the atmosphere in the reaction tank to a non-oxidizing atmosphere.

反応槽内に、少なくともニッケル及びマンガンを含む原料水溶液と、元素Aを含む添加水溶液と、錯化剤と、塩基性水溶液とを供給する第三晶析工程。 The third crystallization process supplies a raw material aqueous solution containing at least nickel and manganese, an additive aqueous solution containing element A, a complexing agent, and a basic aqueous solution into a reaction tank.

本実施形態の遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法によれば、ニッケル(Ni)と、マンガン(Mn)と、コバルト(Co)と、元素A(A)とを、物質量の比で、Ni:Mn:Co:A=x:y:z:tの割合で含有する遷移金属複合水酸化物粒子を製造できる。なお、上記x、y、z、tは、x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<t≦0.1を満たしていることが好ましい。また、元素Aは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、La、Hf、Ta、Wから選択される1種類以上の元素とすることができる。 According to the manufacturing method of the transition metal composite hydroxide particles of this embodiment, it is possible to manufacture transition metal composite hydroxide particles containing nickel (Ni), manganese (Mn), cobalt (Co), and element A (A) in a ratio of Ni:Mn:Co:A=x:y:z:t in terms of the ratio of the amounts of substances. It is preferable that the above x, y, z, and t satisfy x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, and 0<t≦0.1. In addition, element A can be one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, La, Hf, Ta, and W.

以下、本実施形態の複合水酸化物粒子の製造方法の各工程について説明する。本実施形態の複合水酸化物粒子の製造方法は、既述の複合水酸化物粒子を製造できる限り制限されることはないが、既述の組成を有する複合水酸化物粒子に対して、好適に適用することができる。なお、本実施形態の複合水酸化物の製造方法により、既述の複合水酸化物を製造できる。このため、既に説明した事項の一部は説明を省略する。 Each step of the method for producing composite hydroxide particles of this embodiment will be described below. The method for producing composite hydroxide particles of this embodiment is not limited as long as it can produce the composite hydroxide particles described above, but it can be suitably applied to composite hydroxide particles having the composition described above. The composite hydroxide can be produced by the method for producing composite hydroxide of this embodiment. For this reason, some of the matters already described will not be described.

本実施形態の複合水酸化物粒子の製造方法は、晶析反応によって、正極活物質の前駆体となる複合水酸化物粒子を製造する方法である。図1に本実施形態の複合水酸化物粒子の製造方法のフロー10を示す。図1中、(A)が核生成工程、(B)が粒子成長工程である。 The method for producing composite hydroxide particles of this embodiment is a method for producing composite hydroxide particles that serve as a precursor of a positive electrode active material by a crystallization reaction. Figure 1 shows a flow 10 of the method for producing composite hydroxide particles of this embodiment. In Figure 1, (A) is the nucleation process, and (B) is the particle growth process.

本実施形態の複合水酸化物粒子の製造方法では、晶析反応を、主として核生成を行う核生成工程と、主として粒子成長を行う粒子成長工程の2段階に明確に分離するとともに、各工程における晶析条件を調整することにより行うことができる。これにより所定の構造を有する複合水酸化物粒子を得ることを可能とする。また、粒子成長工程において、所定のタイミングで元素Aを含む添加水溶液を供給、停止することによって、粒子内での元素Aの動径方向の分布を制御することができる。 In the method for producing composite hydroxide particles of this embodiment, the crystallization reaction is clearly separated into two stages, a nucleation process in which nucleation is mainly performed, and a particle growth process in which particle growth is mainly performed, and the crystallization conditions in each process are adjusted, and the method can be carried out by this. This makes it possible to obtain composite hydroxide particles having a predetermined structure. Furthermore, in the particle growth process, the radial distribution of element A within the particles can be controlled by starting and stopping the supply of an additive aqueous solution containing element A at a predetermined timing.

なお、粒子成長工程に供する核を含む反応水溶液を予め用意できている場合には、核生成工程を実施せずに、粒子成長工程から開始できる。 If the reaction aqueous solution containing the nuclei to be used in the particle growth process is prepared in advance, the particle growth process can be started without carrying out the nucleation process.

(2-1)各工程について
以下に各工程の操作について説明する。各工程で供給する原料水溶液等の水溶液や、pH値、アンモニウムイオン濃度、温度等の好適な条件は後述する。
(2-1) Each step The operation of each step is described below. The aqueous solutions such as the raw aqueous solution supplied in each step, and the suitable conditions such as pH value, ammonium ion concentration, temperature, etc. will be described later.

(2-1-1)核生成工程(S11)
核生成工程では、第一晶析工程に供給する粒子成長のための核を含む反応水溶液を調製できる。
(2-1-1) Nucleation step (S11)
In the nucleation step, a reaction aqueous solution containing nuclei for particle growth to be supplied to the first crystallization step can be prepared.

核生成工程を開始する前に、反応槽内には、反応前水溶液を調製しておくことが好ましい。このため、まず反応前水溶液を調製する反応前水溶液調製工程について説明する。
(反応前水溶液調製工程)
反応前水溶液は、例えば塩基性水溶液と、錯化剤とを供給および混合することで調製できる。なお、反応前水溶液には必要に応じて水を添加しておくこともできる。
It is preferable to prepare a pre-reaction aqueous solution in the reaction vessel before the nucleation step is started. Therefore, first, the pre-reaction aqueous solution preparation step for preparing the pre-reaction aqueous solution will be described.
(Pre-reaction aqueous solution preparation step)
The pre-reaction aqueous solution can be prepared, for example, by supplying and mixing a basic aqueous solution and a complexing agent. Water can also be added to the pre-reaction aqueous solution as necessary.

反応前水溶液は、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以下となるように調製することが好ましい。 It is preferable to prepare the pre-reaction aqueous solution so that the pH value measured at a liquid temperature of 25°C is 12.0 to 14.0, and the ammonium ion concentration is 3 g/L to 25 g/L.

核生成工程は、酸化性雰囲気とすることが好ましい。このため、反応前水溶液調製工程についても、反応槽内の反応雰囲気を酸化性雰囲気に制御することが好ましい。 The nucleation process is preferably carried out in an oxidizing atmosphere. For this reason, it is also preferable to control the reaction atmosphere in the reaction tank to an oxidizing atmosphere in the pre-reaction aqueous solution preparation process.

ここで、酸化性雰囲気とは反応雰囲気中における酸素濃度が十分に高い雰囲気を意味し、具体的には例えば酸素濃度が5容量%より高いことが好ましい。酸化性雰囲気の場合、酸素のみの雰囲気とすることもできるため、酸素濃度の上限値は100容量%以下とすることができる。 Here, an oxidizing atmosphere means an atmosphere in which the oxygen concentration in the reaction atmosphere is sufficiently high; specifically, for example, the oxygen concentration is preferably higher than 5% by volume. In the case of an oxidizing atmosphere, it is also possible to use an atmosphere containing only oxygen, so the upper limit of the oxygen concentration can be set to 100% by volume or less.

酸化性雰囲気においては、酸素以外の成分としては希ガスや、窒素ガス等の不活性ガスであることが好ましい。この場合、酸化性雰囲気中の酸素濃度は不活性ガスとの混合雰囲気を制御することによって調整できる。 In the oxidizing atmosphere, the components other than oxygen are preferably rare gases or inert gases such as nitrogen gas. In this case, the oxygen concentration in the oxidizing atmosphere can be adjusted by controlling the mixture atmosphere with the inert gas.

反応前水溶液や、後述する反応水溶液の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できる。
(核生成工程)
核生成工程では、反応槽に、原料水溶液や、必要に応じて塩基性水溶液、錯化剤を供給、混合できる。
The pH value of the aqueous solution before the reaction and the aqueous reaction solution described below can be measured with a pH meter, and the ammonium ion concentration can be measured with an ion meter.
(Nucleation process)
In the nucleation step, the raw material aqueous solution, and if necessary, a basic aqueous solution and a complexing agent can be supplied to and mixed with the reaction vessel.

核生成工程では、反応前水溶液調製工程で調製した、反応前水溶液を撹拌しながら、該反応前水溶液に原料水溶液を供給できる。これにより、反応槽内には、核生成工程における反応水溶液である核生成用水溶液が形成される。 In the nucleation step, the raw material aqueous solution can be supplied to the pre-reaction aqueous solution prepared in the pre-reaction aqueous solution preparation step while stirring the pre-reaction aqueous solution. This forms an aqueous solution for nucleation, which is the aqueous reaction solution in the nucleation step, in the reaction tank.

核生成用水溶液のpH値は12.0以上14.0以下であることが好ましい。pH値を係る範囲とすることで、核生成工程では、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。 The pH value of the nucleation aqueous solution is preferably 12.0 or more and 14.0 or less. By setting the pH value in this range, nuclei hardly grow during the nucleation process, and nucleation occurs preferentially.

核生成工程では核生成に伴い、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。このため、塩基性水溶液および錯化剤を適時供給できる。これにより、反応槽内の核生成用水溶液のpH値を液温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を3g/L以上25g/L以下の範囲に維持するように制御することが好ましい。 In the nucleation process, the pH value of the nucleation aqueous solution and the concentration of ammonium ions change as nucleation occurs. This allows the basic aqueous solution and complexing agent to be supplied at the appropriate time. It is therefore preferable to control the pH value of the nucleation aqueous solution in the reaction tank to be in the range of pH 12.0 to 14.0, based on a liquid temperature of 25°C, and to maintain the ammonium ion concentration in the range of 3 g/L to 25 g/L.

核生成工程では、核生成用水溶液に、原料水溶液、塩基性水溶液、および錯化剤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。核生成工程は、核生成用水溶液中に、所定量の核が生成した時点で終了する。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できる。 In the nucleation process, new nuclei are continuously generated by supplying the raw material aqueous solution, the basic aqueous solution, and the complexing agent to the nucleation aqueous solution. The nucleation process ends when a predetermined amount of nuclei is generated in the nucleation aqueous solution. The amount of nuclei generated can be determined from the amount of metal compounds contained in the raw material aqueous solution supplied to the nucleation aqueous solution.

(2-1-2)粒子成長工程
粒子成長工程は以下の第一晶析工程から第三晶析工程を有することができる。
(第一晶析工程(S12))
第一晶析工程では、酸化性雰囲気であり、かつ粒子成長のための核を含む反応水溶液が収容された反応槽の、反応水溶液に対して、少なくともニッケル及びマンガンを含む原料水溶液と、元素Aを含む添加水溶液と、錯化剤と、塩基性水溶液とを供給できる。
(2-1-2) Particle Growth Step The particle growth step can have the following first to third crystallization steps.
(First crystallization step (S12))
In the first crystallization step, a raw material aqueous solution containing at least nickel and manganese, an additive aqueous solution containing element A, a complexing agent, and a basic aqueous solution can be supplied to a reaction aqueous solution in a reaction tank which has an oxidizing atmosphere and which contains an aqueous reaction solution containing nuclei for particle growth.

粒子成長工程の間、粒子成長用水溶液のpH値は液温25℃基準で10.5以上12.0以下に調整されていることが好ましい。このため、第一晶析工程を開始する際、粒子成長のための核を含む反応水溶液のpH値が上記範囲に調整されていることが好ましい。 During the particle growth process, the pH value of the aqueous solution for particle growth is preferably adjusted to 10.5 or more and 12.0 or less at a liquid temperature of 25°C. Therefore, when starting the first crystallization process, it is preferable that the pH value of the reaction aqueous solution containing nuclei for particle growth is adjusted to the above range.

そこで、例えば既述の核生成工程で得られた核生成用水溶液のpH値を調整して、反応水溶液である粒子成長用水溶液としてから第一晶析工程を開始できる。核生成用水溶液のpH値の調整は、核生成用水溶液への酸の添加や、核生成工程で添加していた塩基性水溶液の供給を停止することで実施できる。核生成用水溶液に酸を添加して、反応水溶液のpH値を調整する場合、不純物の混入を抑制する観点から、酸として原料水溶液を調製する際に用いた、金属化合物を構成する酸と同種の無機酸を用いることが好ましい。例えば原料水溶液を調製する際に硫酸塩を用いた場合、反応水溶液のpH値を調整する酸として硫酸を用いることが好ましい。 Therefore, for example, the pH value of the nucleation aqueous solution obtained in the nucleation step described above can be adjusted to prepare a particle growth aqueous solution, which is a reaction aqueous solution, before starting the first crystallization step. The pH value of the nucleation aqueous solution can be adjusted by adding an acid to the nucleation aqueous solution or by stopping the supply of the basic aqueous solution added in the nucleation step. When adjusting the pH value of the reaction aqueous solution by adding an acid to the nucleation aqueous solution, it is preferable to use an inorganic acid of the same type as the acid used to form the metal compound when preparing the raw aqueous solution, from the viewpoint of suppressing the inclusion of impurities. For example, when a sulfate salt is used when preparing the raw aqueous solution, it is preferable to use sulfuric acid as the acid for adjusting the pH value of the reaction aqueous solution.

核生成用水溶液のpH値を調整する場合、核生成工程で核生成用水溶液に添加していた全ての水溶液の供給を停止して、pH値を調整して粒子成長用水溶液としてから粒子成長工程を開始することが好ましい。pHを調整する際に全ての水溶液の供給を一旦停止することで、得られる複合水酸化物粒子の粒径の均一性を高めることができるために好ましい。 When adjusting the pH value of the aqueous solution for nucleation, it is preferable to stop the supply of all aqueous solutions added to the aqueous solution for nucleation in the nucleation step, adjust the pH value to prepare an aqueous solution for particle growth, and then start the particle growth step. By temporarily stopping the supply of all aqueous solutions when adjusting the pH, it is possible to increase the uniformity of the particle size of the resulting composite hydroxide particles, which is preferable.

なお、既述の様に、粒子成長工程に供する核を含む反応水溶液を予め用意できている場合には、核生成工程を実施しなくても良く、係る核を含む反応水溶液のpH値を所定の範囲に調整し、第一晶析工程に供することができる。 As mentioned above, if the aqueous reaction solution containing the nuclei to be subjected to the particle growth process is prepared in advance, it is not necessary to carry out the nucleation process, and the pH value of the aqueous reaction solution containing the nuclei can be adjusted to a predetermined range and subjected to the first crystallization process.

本実施形態の複合水酸化物の製造方法により得られる複合水酸化物は、中心部における元素Aの存在割合が、外殻部における元素Aの存在割合よりも低いことが好ましい。 In the composite hydroxide obtained by the method for producing a composite hydroxide of this embodiment, it is preferable that the abundance ratio of element A in the center portion is lower than the abundance ratio of element A in the outer shell portion.

ただし、中心部においても一定割合の元素Aが含まれていることが好ましく、通常、中心部のサイズは、外殻部のサイズよりも小さくなることから、中心部において元素Aは高濃度に含まれていることが好ましい。中心部に元素Aを高濃度に含有させるためには、粒子成長工程の第一晶析工程において元素Aを含有する溶液を添加する必要がある。添加する溶液の量を増すことによって、疎な中心部の添加元素の量を増すことができる。
(第二晶析工程(S13))
第二晶析工程では、反応槽内の雰囲気を非酸化性雰囲気に切り替えることができる。
However, it is preferable that the center portion also contains a certain percentage of element A, and since the size of the center portion is usually smaller than the size of the outer shell portion, it is preferable that element A is contained in a high concentration in the center portion. In order to contain element A in a high concentration in the center portion, it is necessary to add a solution containing element A in the first crystallization step of the particle growth step. By increasing the amount of solution added, the amount of added element in the sparse center portion can be increased.
(Second crystallization step (S13))
In the second crystallization step, the atmosphere in the reaction tank can be switched to a non-oxidizing atmosphere.

複合水酸化物粒子が有する、一次粒子の密度が疎な中心部と密な外殻部とは、粒子成長工程における反応槽内のpH、アンモニア濃度および雰囲気制御などにより形成される。簡易には、次のような工程により疎な中心部と密な外殻部が形成される。例えば、酸化性雰囲気の粒子成長工程の第一晶析工程では微細な一次粒子により形成された空隙が多い低密度の粒子の領域が形成される。一方、弱酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気にした第二晶析工程以降の粒子成長工程では、一次粒子が大きく緻密で高密度の粒子の領域が形成される。すなわち、核生成工程と粒子成長工程の初期の一部を酸化性雰囲気とすることで、微細一次粒子を含む中心部が形成される。その後に粒子成長工程を酸化性雰囲気から切り替えて弱酸化性から非酸化性の範囲の雰囲気とすることで、中心部の外側に微細一次粒子よりも大きな板状一次粒子を含む外殻部を有する粒子構造を形成できる。なお、中心部は上記微細一次粒子から構成されていても良く、外殻部は上記板状一次粒子から構成されていても良い。 The sparse central portion and dense outer shell portion of the composite hydroxide particles are formed by controlling the pH, ammonia concentration, and atmosphere in the reaction tank during the particle growth process. In simple terms, the sparse central portion and dense outer shell portion are formed by the following process. For example, in the first crystallization process of the particle growth process in an oxidizing atmosphere, a region of low-density particles with many voids formed by fine primary particles is formed. On the other hand, in the particle growth process after the second crystallization process in which the weakly oxidizing atmosphere is changed to a non-oxidizing atmosphere, a region of large, dense, high-density particles is formed by the primary particles. That is, by making the nucleation process and the initial part of the particle growth process an oxidizing atmosphere, a central portion containing fine primary particles is formed. By subsequently switching the particle growth process from an oxidizing atmosphere to an atmosphere in the range of weakly oxidizing to non-oxidizing, a particle structure can be formed having an outer shell portion containing plate-like primary particles larger than the fine primary particles outside the central portion. The central portion may be composed of the fine primary particles, and the outer shell portion may be composed of the plate-like primary particles.

ここで、非酸化性雰囲気とは、反応雰囲気中における酸素濃度が十分に低い雰囲気と意味し、具体的には例えば酸素濃度が5容量%以下であることが好ましく、2容量%以下であることがさらに好ましく、1容量%以下であることがさらに好ましい。 Here, a non-oxidizing atmosphere means an atmosphere in which the oxygen concentration in the reaction atmosphere is sufficiently low; specifically, for example, the oxygen concentration is preferably 5% by volume or less, more preferably 2% by volume or less, and even more preferably 1% by volume or less.

非酸化性雰囲気においては、酸素以外の成分としては希ガスや、窒素ガス等の不活性ガスであることが好ましい。この場合、非酸化性雰囲気中の酸素濃度は不活性ガスの混合雰囲気を制御することによって調整できる。第二晶析工程、及び後述する第三晶析工程における反応槽内の雰囲気を非酸化性雰囲気とすることで、晶析物の不要な酸化を抑制しつつ、核生成工程で生成した核を一定の範囲まで成長させることができるため、外殻部を粒度分布が狭い板状一次粒子が凝集した構造とすることができる。 In the non-oxidizing atmosphere, the components other than oxygen are preferably inert gases such as rare gases and nitrogen gas. In this case, the oxygen concentration in the non-oxidizing atmosphere can be adjusted by controlling the mixed atmosphere of the inert gas. By making the atmosphere in the reaction tank in the second crystallization step and the third crystallization step described below a non-oxidizing atmosphere, unnecessary oxidation of the crystallized product can be suppressed while the nuclei generated in the nucleation step can be grown to a certain extent, and the outer shell can have a structure in which plate-like primary particles with a narrow particle size distribution are aggregated.

なお、第二晶析工程において、反応槽内の雰囲気を非酸化性雰囲気に切り替えた後、反応槽内の反応水溶液に少なくともニッケル及びマンガンを含む原料水溶液を供給することもできる。粒子成長用水溶液に原料水溶液を添加する場合、粒子成長用水溶液のpH値や、アンモニア濃度も変化することから、粒子成長用水溶液に、あわせて錯化剤と、塩基性水溶液とを添加することもできる。 In the second crystallization step, after the atmosphere in the reaction tank is switched to a non-oxidizing atmosphere, a raw material aqueous solution containing at least nickel and manganese can be supplied to the reaction aqueous solution in the reaction tank. When the raw material aqueous solution is added to the aqueous solution for particle growth, the pH value and ammonia concentration of the aqueous solution for particle growth also change, so a complexing agent and a basic aqueous solution can also be added to the aqueous solution for particle growth.

ただし、第二晶析工程においては、元素Aを含む水溶液を添加しないことが好ましい。このように第二晶析工程で原料水溶液を供給し、元素Aを含む水溶液を添加しないことで、外殻部の内周側の元素Aの存在割合を抑制し、外周部における元素Aの存在割合を、外殻部における元素Aの存在割合よりも大きくできる。 However, in the second crystallization step, it is preferable not to add an aqueous solution containing element A. By supplying the raw material aqueous solution in the second crystallization step in this way and not adding an aqueous solution containing element A, the abundance ratio of element A on the inner periphery of the outer shell can be suppressed, and the abundance ratio of element A in the outer periphery can be made greater than the abundance ratio of element A in the outer shell.

元素Aを含む水溶液は、主に複合水酸化物粒子の中心部を形成する既述の第一晶析工程や、複合水酸化物粒子の外殻部の外側を形成する第三晶析工程において添加することが好ましい。このため、粒子成長工程全体で添加する原料水溶液のうちの多くを、第二晶析工程で添加すると、複合水酸化物粒子内に十分に元素Aを取り込むことができなくなる恐れがある。このため、第一晶析工程で供給する原料水溶液中の金属の物質量の合計をM1、第二晶析工程で供給する原料水溶液中の金属の物質量の合計をM2、第三晶析工程で供給する原料水溶液の金属の物質量の合計をM3とした場合、以下の式(2)の関係を満たすことが好ましい。 The aqueous solution containing element A is preferably added mainly in the first crystallization step described above, which forms the central portion of the composite hydroxide particles, or in the third crystallization step, which forms the outside of the outer shell of the composite hydroxide particles. For this reason, if most of the raw aqueous solution added throughout the particle growth step is added in the second crystallization step, there is a risk that element A will not be sufficiently incorporated into the composite hydroxide particles. For this reason, when the total amount of metal substance in the raw aqueous solution supplied in the first crystallization step is M1, the total amount of metal substance in the raw aqueous solution supplied in the second crystallization step is M2, and the total amount of metal substance in the raw aqueous solution supplied in the third crystallization step is M3, it is preferable to satisfy the relationship of the following formula (2).

0≦M2/(M1+M2+M3)≦0.90 ・・・(2)
すなわち、粒子成長工程の間に供給する原料水溶液中の金属、例えばニッケル、マンガン、場合によってはさらにコバルトの物質量の合計のうち、第二晶析工程で供給する原料水溶液中の金属の物質量の合計の占める割合は90%以下であることが好ましい。粒子成長工程の間に供給する原料水溶液中の金属の物質量の合計のうち、第二晶析工程で供給する原料水溶液中の金属の物質量の合計の占める割合を90%以下とすることで、複合水酸化物粒子内に、添加した元素Aのほぼ全てを取り込むことができる。
0≦M2/(M1+M2+M3)≦0.90...(2)
That is, the ratio of the total amount of metals in the raw aqueous solution supplied in the second crystallization step to the total amount of metals in the raw aqueous solution supplied during the particle growth step, such as nickel, manganese, and in some cases cobalt, is preferably 90% or less. By making the ratio of the total amount of metals in the raw aqueous solution supplied in the second crystallization step to the total amount of metals in the raw aqueous solution supplied during the particle growth step 90% or less, it is possible to incorporate almost all of the added element A into the composite hydroxide particles.

第二晶析工程では原料水溶液を添加しなくても良いことから、上記M2/(M1+M2+M3)は0以上とすることができる。
(第三晶析工程(S14))
第三晶析工程では、反応槽内に、少なくともニッケル及びマンガンを含む原料水溶液と、元素Aを含む添加水溶液と、錯化剤と、塩基性水溶液とを供給することができる。
Since it is not necessary to add a raw material aqueous solution in the second crystallization step, the above M2/(M1+M2+M3) can be set to 0 or more.
(Third crystallization step (S14))
In the third crystallization step, a raw material aqueous solution containing at least nickel and manganese, an additive aqueous solution containing element A, a complexing agent, and a basic aqueous solution can be supplied into a reaction tank.

第三晶析工程は、第二晶析工程に引き続いて、反応槽内の雰囲気を非酸化性雰囲気として実施できる。第三晶析工程を実施することで、金属水酸化物粒子の外殻部を形成できる。 The third crystallization step can be carried out subsequent to the second crystallization step, with the atmosphere in the reaction tank being a non-oxidizing atmosphere. By carrying out the third crystallization step, the outer shell of the metal hydroxide particles can be formed.

第三晶析工程において予め決められた原料水溶液と元素Aを含む添加水溶液を供給した時点で、全ての水溶液の供給を停止し、粒子成長工程を終了できる。 When the predetermined amount of raw material aqueous solution and additive aqueous solution containing element A have been supplied in the third crystallization process, the supply of all aqueous solutions is stopped and the particle growth process can be terminated.

(2-2)供給する水溶液について
上述の核生成工程、粒子成長工程で供給できる各水溶液について説明する。なお、各水溶液について、工程ごとに以下に説明する範囲内で組成等が異なる水溶液を用いることもできるが、生産性や、不純物の混入を抑制する観点から同じ水溶液を用いることが好ましい。
(2-2) Aqueous solutions to be supplied Each aqueous solution that can be supplied in the above-mentioned nucleation step and particle growth step will be described. Although each aqueous solution may have a different composition within the range described below for each step, it is preferable to use the same aqueous solution from the viewpoints of productivity and suppressing the inclusion of impurities.

(原料水溶液)
原料水溶液中の金属元素の比率は、得られる複合水酸化物粒子の組成比とほぼ同じになる。このため、原料水溶液は、目的とする複合水酸化物粒子の組成に応じて、各金属元素の含有量を適宜調整することが好ましい。
(Raw material aqueous solution)
The ratio of the metal elements in the raw aqueous solution is approximately the same as the composition ratio of the resulting composite hydroxide particles. Therefore, it is preferable to appropriately adjust the content of each metal element in the raw aqueous solution according to the composition of the desired composite hydroxide particles.

例えば、既述の組成を有する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物質量の比が、Ni:Mn:Co=x:y:zとなるように調整することが好ましい。なお、上述の場合、x、y、zは、既述の様にx+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4を満たす。 For example, when trying to obtain composite hydroxide particles having the composition already described, it is preferable to adjust the ratio of the amounts of metal elements in the raw material aqueous solution to Ni:Mn:Co = x:y:z. In the above case, x, y, and z satisfy x + y + z = 1, 0.3 ≤ x ≤ 0.95, 0.05 ≤ y ≤ 0.55, and 0 ≤ z ≤ 0.4, as already described.

原料水溶液は、例えば水に金属化合物を添加することで調製できる。原料水溶液を調製するための、金属化合物の種類は特に制限されないが、取扱いの容易性から、水溶性の硝酸塩、硫酸塩、および塩酸塩等から選択された1種類以上を用いることが好ましい。コストやハロゲンの混入を防止する観点から、金属化合物としては硫酸塩を好適に用いることが特に好ましい。 The raw aqueous solution can be prepared, for example, by adding a metal compound to water. There are no particular limitations on the type of metal compound used to prepare the raw aqueous solution, but from the perspective of ease of handling, it is preferable to use one or more types selected from water-soluble nitrates, sulfates, hydrochlorides, etc. From the perspective of cost and preventing the inclusion of halogens, it is particularly preferable to use sulfates as the metal compound.

原料水溶液の濃度は、金属化合物の合計で、0.5mol/L以上2.0mol/L以下であることが好ましく、1.0mol/L以上1.5mol/L以下であることがより好ましい。 The concentration of the raw material aqueous solution, in terms of the total metal compounds, is preferably 0.5 mol/L or more and 2.0 mol/L or less, and more preferably 1.0 mol/L or more and 1.5 mol/L or less.

原料水溶液の濃度を0.5mol/L以上とすることで、反応槽当たりの晶析物量を十分に高め、生産性を向上させることができる。一方、原料水溶液の濃度を2.0mol/L以下とすることで、各金属化合物の結晶が再析出することを防止し、配管などが閉塞することをより確実に防止できる。 By setting the concentration of the raw material aqueous solution to 0.5 mol/L or more, the amount of crystallized material per reaction tank can be sufficiently increased, improving productivity. On the other hand, by setting the concentration of the raw material aqueous solution to 2.0 mol/L or less, it is possible to prevent the crystals of each metal compound from re-precipitating, and more reliably prevent the clogging of pipes, etc.

原料水溶液は、上述のように少なくともニッケルとマンガンを含有できるが、1つの原料水溶液とする必要はない。例えば、複数の金属化合物を混合することで、特定の金属化合物同士が反応して不要な化合物が生成される場合には、金属化合物の種類ごとに原料水溶液を調製することができる。そして、反応前水溶液や、反応水溶液に、調製した個々の原料水溶液を、所定の割合で同時に添加してもよい。この場合には、個別に添加した原料水溶液中の合計の金属化合物の濃度が、上述した原料水溶液の濃度の範囲内となるように、調整、添加することが好ましい。 The raw aqueous solution can contain at least nickel and manganese as described above, but it is not necessary to prepare a single raw aqueous solution. For example, when mixing multiple metal compounds, if certain metal compounds react with each other to produce unnecessary compounds, raw aqueous solutions can be prepared for each type of metal compound. Then, the prepared individual raw aqueous solutions may be added simultaneously to the pre-reaction aqueous solution or the reaction aqueous solution in a predetermined ratio. In this case, it is preferable to adjust and add the raw aqueous solutions so that the total concentration of the metal compounds in the individually added raw aqueous solutions is within the concentration range of the raw aqueous solutions described above.

粒子成長工程の間の原料水溶液の供給量は特に限定されないが、粒子成長工程の終了時点において、粒子成長用水溶液中の生成物の濃度が、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以下となるように供給できる。生成物の濃度を30g/L以上とすることで、一次粒子の凝集を十分に促進し、目的とする構造を備えた複合水酸化物粒子を歩留まり良く得られる。また生成物の濃度を200g/L以下とすることで、反応槽内に原料水溶液を十分に拡散し、特に均一に粒子成長を促進できる。
(元素Aを含む添加水溶液)
複合水酸化物粒子は、既述の様に元素Aを含むことができる。このため、粒子成長工程において、元素Aを含む添加水溶液を反応水溶液に添加できる。
The amount of the raw aqueous solution supplied during the particle growth step is not particularly limited, but it can be supplied so that the concentration of the product in the aqueous solution for particle growth at the end of the particle growth 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. By setting the product concentration to 30 g/L or more, the aggregation of primary particles is sufficiently promoted, and composite hydroxide particles having the desired structure can be obtained with a good yield. Furthermore, by setting the product concentration to 200 g/L or less, the raw aqueous solution can be sufficiently diffused in the reaction tank, and particularly uniform particle growth can be promoted.
(Additive aqueous solution containing element A)
As described above, the composite hydroxide particles can contain the element A. Therefore, in the particle growth step, an additive aqueous solution containing the element A can be added to the reaction aqueous solution.

既述の様に、元素Aとしては、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、La、Hf、Ta、Wから選択される1種類以上が挙げられる。このため、元素Aを含む水溶液を調製するための金属化合物としては、添加する元素Aを含む水溶性の化合物を好ましく用いることができる。 As described above, element A may be one or more selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, La, Hf, Ta, and W. For this reason, a water-soluble compound containing the element A to be added can be preferably used as a metal compound for preparing an aqueous solution containing element A.

元素Aを含む水溶性の化合物としては例えば、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。
元素Aを含む添加水溶液は、特にその濃度が高いことが好ましい。これは、元素Aの濃度を高くすることで、既述の第一晶析工程や、第三晶析工程で元素Aを含む水溶液を添加した場合に、反応水溶液内で元素Aが短時間で析出し、粒子の所望の領域に元素Aを配置し易くなるからである。このため、元素Aを含む水溶液は、元素Aの濃度が例えば該元素Aの溶解度近傍であることが好ましい。ただし、元素Aを含む水溶液内に析出しないように、元素Aの濃度は該元素Aの溶解度以下であることが好ましい。
元素Aがタングステンの場合、例えばタングステンの濃度は、室温(25℃)でのタングステンの溶解度である1.37mol/L以下であることが好ましく、例えば0.5mol/L以上1.0mol/L以下であることが好ましい。
Suitable examples of water-soluble compounds containing element A include magnesium sulfate, calcium sulfate, aluminum sulfate, titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, potassium titanium oxalate, vanadium sulfate, ammonium vanadate, chromium sulfate, potassium chromate, zirconium sulfate, niobium oxalate, ammonium molybdate, hafnium sulfate, sodium tantalate, sodium tungstate, and ammonium tungstate.
It is particularly preferable that the added aqueous solution containing element A has a high concentration. This is because by increasing the concentration of element A, when an aqueous solution containing element A is added in the first crystallization step or the third crystallization step described above, element A precipitates in a short time in the reaction aqueous solution, making it easier to arrange element A in a desired region of the particle. For this reason, it is preferable that the aqueous solution containing element A has a concentration of element A close to the solubility of element A, for example. However, it is preferable that the concentration of element A is equal to or lower than the solubility of element A so that element A does not precipitate in the aqueous solution containing element A.
When element A is tungsten, for example, the concentration of tungsten is preferably 1.37 mol/L or less, which is the solubility of tungsten at room temperature (25° C.), and is preferably, for example, 0.5 mol/L or more and 1.0 mol/L or less.

元素Aを含む添加水溶液は、既述の原料水溶液と混合しておくこともできるが、既述の様に例えば第二晶析工程では元素Aを含む水溶液を添加しないことが好ましい。このため、原料水溶液とは別の水溶液としておき、反応槽に供給することが好ましい。 The additive aqueous solution containing element A can be mixed with the raw material aqueous solution described above, but as described above, it is preferable not to add an aqueous solution containing element A in, for example, the second crystallization step. For this reason, it is preferable to prepare an aqueous solution separate from the raw material aqueous solution and supply it to the reaction tank.

なお、元素Aとしては、タングステンであることが好ましい。元素Aがタングステンの場合、元素Aを含む水溶性の化合物としては、上述のように例えばタングステン酸ナトリウムや、タングステン酸アンモニウムを用いることができるが、タングステン酸ナトリウムであることが好ましい。 The element A is preferably tungsten. When the element A is tungsten, the water-soluble compound containing the element A may be, for example, sodium tungstate or ammonium tungstate as described above, but sodium tungstate is preferred.

元素Aがタングステンの場合において、第一晶析工程において供給する添加水溶液に含まれるタングステンの合計の物質量をW1とし、第三晶析工程において供給する添加水溶液に含まれるタングステンの合計の物質量をW3とする。 When element A is tungsten, the total amount of tungsten contained in the additive aqueous solution supplied in the first crystallization step is W1, and the total amount of tungsten contained in the additive aqueous solution supplied in the third crystallization step is W3.

そして、第一晶析工程から第三晶析工程までの間に、反応水溶液に供給する添加水溶液に含まれるタングステンの合計の物質量をWとした場合に、以下の式(3)、及び式(4)の関係を満たすことが好ましい。 When the total amount of tungsten contained in the additive aqueous solution supplied to the reaction aqueous solution during the first crystallization step to the third crystallization step is W, it is preferable that the relationship between the following formula (3) and formula (4) is satisfied.

0.05≦W1/W<0.5・・・(3)、0.5≦W3/W<0.95・・・(4)
これは、式(3)、及び式(4)の関係を満たすことで、得られる複合水酸化物粒子について、外殻部の外周に配置されるタングステンの割合を高くでき、該複合水酸化物粒子を用いて得られる正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合に、その出力特性を特に高められるからである。
0.05≦W1/W<0.5...(3), 0.5≦W3/W<0.95...(4)
This is because, by satisfying the relationship between formula (3) and formula (4), the proportion of tungsten arranged on the outer periphery of the outer shell of the obtained composite hydroxide particles can be increased, and when a positive electrode active material obtained using the composite hydroxide particles is used in a lithium ion secondary battery, the output characteristics can be particularly improved.

(塩基性水溶液)
反応水溶液中のpH値を調整する塩基性水溶液は、特に制限されることはなく各種塩基性水溶液を用いることができるが、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の一般的なアルカリ金属水酸化物から選択された1種類以上を含む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。
(Basic aqueous solution)
The basic aqueous solution for adjusting the pH value in the reaction aqueous solution is not particularly limited and various basic aqueous solutions can be used, for example, an aqueous solution containing one or more selected from common alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc. The alkali metal hydroxide can be added directly to the reaction aqueous solution, but it is preferable to add it as an aqueous solution from the viewpoint of ease of pH control.

塩基性水溶液としてアルカリ金属水酸化物水溶液を用いる場合、アルカリ金属水酸化物水溶液の濃度を、20質量%以上50質量%以下とすることが好ましく、20質量%以上30質量%以下とすることがより好ましい。 When an alkali metal hydroxide aqueous solution is used as the basic aqueous solution, the concentration of the alkali metal hydroxide aqueous solution is preferably 20% by mass or more and 50% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 30% by mass or less.

アルカリ金属水溶液の濃度を上記範囲とすることにより、反応槽に供給する溶媒量(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。これにより粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を効率的に得ることができる。 By setting the concentration of the alkali metal aqueous solution within the above range, it is possible to prevent the pH value from becoming locally high at the addition position while suppressing the amount of solvent (amount of water) supplied to the reaction tank. This makes it possible to efficiently obtain composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution.

なお、塩基性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できる。 The method of supplying the basic aqueous solution is not particularly limited, so long as the pH value of the reaction aqueous solution does not become locally high and is maintained within a specified range. For example, the reaction aqueous solution can be supplied using a pump capable of flow control, such as a metering pump, while thoroughly stirring the reaction aqueous solution.

(錯化剤)
錯化剤も特に限定されないが、例えばアンモニウムイオン供給体を含む水溶液を好ましく用いることができる。
(Complexing Agent)
The complexing agent is not particularly limited, but for example, an aqueous solution containing an ammonium ion donor can be preferably used.

アンモニウムイオン供給体を含む水溶液としては、例えばアンモニア水、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、フッ化アンモニウム等から選択された1種類以上を含む水溶液を使用することができる。 As an aqueous solution containing an ammonium ion donor, for example, an aqueous solution containing one or more selected from ammonia water, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride, etc. can be used.

アンモニウムイオン供給体を含む水溶液として、アンモニア水を使用する場合、そのアンモニア濃度は特に限定されないが、20質量%以上30質量%以下であることが好ましく、22質量%以上28質量%以下であることがより好ましい。アンモニア水の濃度をこのような範囲とすることにより、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。 When ammonia water is used as the aqueous solution containing the ammonium ion donor, the ammonia concentration is not particularly limited, but is preferably 20% by mass or more and 30% by mass or less, and more preferably 22% by mass or more and 28% by mass or less. By setting the concentration of the ammonia water in this range, it is possible to minimize the loss of ammonia due to volatilization, etc.

なお、錯化剤の供給方法も特に限定されないが、例えば塩基性水溶液と同様に、流量制御が可能なポンプにより供給することができる。 The method of supplying the complexing agent is not particularly limited, but it can be supplied, for example, by a pump capable of controlling the flow rate, in the same manner as the basic aqueous solution.

(2-3)反応水溶液のpH値について
本実施形態の複合水酸化物粒子の製造方法の核生成工程、粒子成長工程における反応水溶液のpH値は特に限定されず、各工程の反応に応じて任意に選択できる。
(2-3) pH Value of Aqueous Reaction Solution The pH value of the aqueous reaction solution in the nucleation step and particle growth step of the method for producing composite hydroxide particles of this embodiment is not particularly limited, and can be arbitrarily selected depending on the reaction in each step.

液温25℃基準におけるpH値を、核生成工程においては例えば12.0以上14.0以下の範囲にすることが好ましい。粒子成長工程においては10.5以上12.0以下の範囲に制御することが好ましい。 The pH value at a standard liquid temperature of 25°C is preferably set in the range of 12.0 to 14.0 in the nucleation process. In the particle growth process, it is preferably controlled in the range of 10.5 to 12.0.

なお、いずれの工程においても、晶析反応中のpH値の変動幅は小さいことが好ましく、例えば±0.2以内とすることが好ましい。pH値の変動幅を上記範囲内とすることで、核生成量と粒子成長の割合の変動を抑制し、特に粒度分布の狭い複合水酸化物粒子を得ることができる。以下、各工程の好適なpH値について詳述する。 In each process, it is preferable that the pH value fluctuation range during the crystallization reaction is small, for example, within ±0.2. By keeping the pH value fluctuation range within the above range, it is possible to suppress fluctuations in the amount of nucleation and the rate of particle growth, and to obtain composite hydroxide particles with a particularly narrow particle size distribution. The suitable pH value for each process is described in detail below.

(核生成工程)
核生成工程においては、反応水溶液(核生成用水溶液)のpH値を、液温25℃基準で、12.0以上14.0以下とすることが好ましく、12.3以上13.5以下とすることがより好ましく、12.5以上13.3以下とすることがさらに好ましい。
(Nucleation process)
In the nucleation step, the pH value of the reaction aqueous solution (aqueous solution for nucleation) is preferably 12.0 or more and 14.0 or less, more preferably 12.3 or more and 13.5 or less, and even more preferably 12.5 or more and 13.3 or less, based on a liquid temperature of 25°C.

反応水溶液のpH値を上記範囲とすることで、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特に均質かつ粒度分布の狭いものとすることができる。 By setting the pH value of the reaction aqueous solution within the above range, it is possible to suppress the growth of nuclei and prioritize nucleation, and the nuclei generated in the nucleation process can be made particularly homogeneous and have a narrow particle size distribution.

具体的には、pH値を12.0以上とすることで、核(粒子)の成長の進行を特に抑制できる。このため、得られる複合水酸化物粒子の粒径を特に均一にでき、粒度分布を特に狭くできる。また、pH値を14.0以下とすることで、生成する核が過度に微細になったり、核生成用水溶液がゲル化することを特に防止できる。 Specifically, by setting the pH value to 12.0 or more, the progression of nucleus (particle) growth can be particularly suppressed. This allows the particle size of the resulting composite hydroxide particles to be particularly uniform, and the particle size distribution to be particularly narrow. Furthermore, by setting the pH value to 14.0 or less, it is particularly possible to prevent the nuclei generated from becoming excessively fine and the aqueous solution for nucleation from gelling.

(粒子成長工程)
粒子成長工程においては、反応水溶液(粒子成長用水溶液)のpH値を、液温25℃基準で、10.5以上12.0以下とすることが好ましく、11.0以上12.0以下とすることがより好ましく、11.5以上12.0以下とすることがさらに好ましい。
(Particle growth process)
In the particle growth step, the pH value of the reaction aqueous solution (aqueous solution for particle growth) is preferably 10.5 or more and 12.0 or less, more preferably 11.0 or more and 12.0 or less, and even more preferably 11.5 or more and 12.0 or less, based on a liquid temperature of 25° C.

反応水溶液のpH値を上記範囲とすることで、新たな核の生成が抑制し、粒子成長を優先させることができ、得られる複合水酸化物粒子を特に均質かつ粒度分布が狭いものとすることができる。 By setting the pH value of the reaction aqueous solution within the above range, the formation of new nuclei is suppressed and particle growth is prioritized, making it possible to obtain composite hydroxide particles that are particularly homogeneous and have a narrow particle size distribution.

具体的には、pH値を10.5以上とすることで、アンモニウムイオン濃度を抑制し、金属イオンの溶解度を抑制できるため、晶析反応の速度を十分に促進できる。さらに、反応水溶液中に残存する金属イオン量を抑制し、生産性を高められる。また、pH値を12.0以下とすることで、粒子成長工程中の核生成量を抑制し、得られる複合水酸化物粒子の粒径を均一にできるため、粒度分布を特に狭くできる。 Specifically, by setting the pH value to 10.5 or more, the ammonium ion concentration can be suppressed, and the solubility of metal ions can be suppressed, so that the rate of the crystallization reaction can be sufficiently promoted. Furthermore, the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution can be suppressed, and productivity can be increased. In addition, by setting the pH value to 12.0 or less, the amount of nucleation during the particle growth process can be suppressed, and the particle size of the resulting composite hydroxide particles can be made uniform, so that the particle size distribution can be particularly narrow.

なお、pH値が12.0の場合は、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とすると、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、粒度分布が狭い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とすると、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複合水酸化物粒子を得ることができる。いずれの場合においても、粒子成長工程のpH値を核生成工程のpH値より低い値で制御すればよく、核生成と粒子成長を明確に分離するためには、粒子成長工程のpH値を核生成工程のpH値より0.5以上低くすることが好ましく、1.0以上低くすることがより好ましい。 In addition, since the pH value of 12.0 is the boundary condition between nucleation and nucleus growth, it can be set as the condition of either the nucleation process or the particle growth process depending on the presence or absence of nuclei in the reaction aqueous solution. That is, if the pH value of the nucleation process is made higher than 12.0 to generate a large amount of nuclei, and then the pH value of the particle growth process is set to 12.0, a large amount of nuclei are present in the reaction aqueous solution, so particle growth occurs preferentially, and composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution can be obtained. On the other hand, if the pH value of the nucleation process is set to 12.0, nuclei that grow do not exist in the reaction aqueous solution, so nucleation occurs preferentially, and by making the pH value of the particle growth process smaller than 12.0, the generated nuclei grow, and good composite hydroxide particles can be obtained. In either case, it is sufficient to control the pH value of the particle growth process to a value lower than the pH value of the nucleation process, and in order to clearly separate nucleation and particle growth, it is preferable to make the pH value of the particle growth process 0.5 or more lower than the pH value of the nucleation process, and more preferably to make it 1.0 or more lower.

(2-4)アンモニウムイオン濃度
反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、特に限定されないが、核生成工程、粒子成長工程、いずれの工程においても、3g/L以上25g/L以下であることが好ましく、5g/L以上20g/L以下であることが好ましい。アンモニウムイオン濃度は上記範囲内で変動を抑制していることが好ましく、一定値に保持することがより好ましい。
(2-4) Ammonium ion concentration The ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution is not particularly limited, but is preferably 3 g/L or more and 25 g/L or less, and more preferably 5 g/L or more and 20 g/L or less, in both the nucleation step and the particle growth step. It is preferable to suppress the fluctuation of the ammonium ion concentration within the above range, and more preferably to maintain it at a constant value.

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を3g/L以上とすることで、金属イオンの溶解度を一定に保持することができる。また、反応水溶液がゲル化することを抑制し、形状や粒径の整った複合水酸化物粒子を得ることができる。 Since ammonium ions function as a complexing agent in the reaction aqueous solution, the solubility of metal ions can be kept constant by setting the ammonium ion concentration to 3 g/L or more. In addition, gelation of the reaction aqueous solution can be suppressed, and composite hydroxide particles with uniform shape and particle size can be obtained.

一方、アンモニウムイオン濃度を25g/L以下とすることで、金属イオンの溶解度が過度に高くなることを抑制し、反応水溶液中に残存する金属イオン量を抑制できるため、より確実に目的組成の複合水酸化物粒子を得ることができる。 On the other hand, by setting the ammonium ion concentration to 25 g/L or less, the solubility of metal ions is prevented from becoming excessively high, and the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution is reduced, making it possible to more reliably obtain composite hydroxide particles of the desired composition.

なお、上述のように晶析反応中のアンモニウムイオン濃度は変動が抑制され、一定値に保持されていることが好ましい。アンモニウムイオン濃度の変動を抑制することで、金属イオンの溶解度の変動を抑制でき、組成等が特に均一な複合水酸化物粒子を形成できる。このため、核生成工程と粒子成長工程を通じて、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以内の変動幅に制御することが好ましい。 As described above, it is preferable that the ammonium ion concentration during the crystallization reaction is suppressed from fluctuating and maintained at a constant value. By suppressing fluctuations in the ammonium ion concentration, fluctuations in the solubility of metal ions can be suppressed, and composite hydroxide particles with particularly uniform composition can be formed. For this reason, it is preferable to control the fluctuation range of the ammonium ion concentration to a certain range throughout the nucleation process and the particle growth process, and specifically, it is preferable to control the fluctuation range to within ±5 g/L.

(2-5)反応水溶液の温度
反応水溶液の温度(反応温度)は、核生成工程と粒子成長工程を通じて、20℃以上に制御されていることが好ましく、20℃以上60℃以下の範囲に制御されていることがより好ましい。
(2-5) Temperature of Aqueous Reaction Solution The temperature of the aqueous reaction solution (reaction temperature) is preferably controlled to 20° C. or higher throughout the nucleation step and the particle growth step, and more preferably controlled in the range of 20° C. or higher and 60° C. or lower.

反応温度を20℃以上とすることで、反応水溶液の溶解度を高め、核生成が過度に生じることを抑制できる。このため、得られる複合水酸化物粒子について、容易に平均粒径や粒度分布を制御できる。 By setting the reaction temperature at 20°C or higher, the solubility of the reaction aqueous solution can be increased and excessive nucleation can be suppressed. This makes it easy to control the average particle size and particle size distribution of the resulting composite hydroxide particles.

なお、反応温度の上限は特に制限されることはないが、60℃以下とすることでアンモニアの揮発を抑制し、反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度を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を抑制できるため好ましい。 The upper limit of the reaction temperature is not particularly limited, but it is preferable to set the reaction temperature at 60°C or less, since this suppresses the volatilization of ammonia and reduces the amount of aqueous solution containing an ammonium ion donor that is supplied to control the ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution.

(2-6)製造装置
複合水酸化物粒子の製造方法では、反応が完了するまで生成物を回収しない方式の装置、たとえば、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、粒度分布が狭い複合水酸化物粒子を容易に得ることができる。
(2-6) Manufacturing Apparatus In the manufacturing method of composite hydroxide particles, it is preferable to use an apparatus that does not recover the product until the reaction is completed, for example, a batch reaction tank. With such an apparatus, unlike a continuous crystallizer that recovers the product by an overflow method, the growing particles are not recovered simultaneously with the overflow liquid, and composite hydroxide particles with a narrow particle size distribution can be easily obtained.

また、晶析反応中の反応雰囲気を制御することが必要であるため、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、粒度分布が狭い複合水酸化物粒子を容易に得ることができる。 In addition, since it is necessary to control the reaction atmosphere during the crystallization reaction, it is preferable to use an apparatus capable of controlling the atmosphere, such as a sealed apparatus. With such an apparatus, the reaction atmosphere in the nucleation process and particle growth process can be appropriately controlled, so that composite hydroxide particles having the above-mentioned particle structure and a narrow particle size distribution can be easily obtained.

(3)リチウムイオン二次電池用正極活物質
本実施形態の正極活物質は、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)と、マンガン(Mn)と、コバルト(Co)と、元素A(A)とを、物質量の比で、Li:Ni:Mn:Co:A=1+u:x:y:z:tの割合で含有することができる。
(3) Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Battery The positive electrode active material of the present embodiment can contain lithium (Li), nickel (Ni), manganese (Mn), cobalt (Co), and element A (A) in a ratio of Li:Ni:Mn:Co:A=1+u:x:y:z:t in terms of the amount of substances.

本実施形態の正極活物質は、六方晶系のリチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子を含むことができる。 The positive electrode active material of this embodiment can contain hexagonal lithium nickel manganese composite oxide particles.

本実施形態の正極活物質は、上記リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子から構成することもできる。 The positive electrode active material of this embodiment can also be composed of the above-mentioned lithium nickel manganese composite oxide particles.

なお、u、x、y、z、tは、-0.05≦u≦0.50、x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<t≦0.1の関係を満たすことが好ましい。また、元素Aは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、La、Hf、Ta、Wから選択される1種類以上の元素とすることができる。 It is preferable that u, x, y, z, and t satisfy the relationships -0.05≦u≦0.50, x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, and 0<t≦0.1. The element A can be one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, La, Hf, Ta, and W.

なお、本実施形態の正極活物質は、遷移金属複合水酸化物粒子とリチウム化合物との混合焼成物とすることができる。 In addition, the positive electrode active material of this embodiment can be a mixture of transition metal composite hydroxide particles and a lithium compound that has been fired.

(3-1)粒子構造
本実施形態の正極活物質が含有するリチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子(以下、単に「複合酸化物粒子」ともいう)は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を含むことができる。二次粒子は、電気的に導通する一次粒子の凝集部と、一次粒子が存在しない中空部が、分散して存在できる。係る複合酸化物粒子において、中空部は、部分的に形成される必要はなく、中心部と外殻部との間の全体に形成されていてもよい。また、凝集部は、例えば板状一次粒子が凝集して二次粒子が複数連結した状態であってもよい。なお、本実施形態において、「電気的に導通する」とは、複合酸化物粒子の高密度部同士が、直接的に、構造的に接続され、電気的に導通可能な状態であることを意味する。
(3-1) Particle Structure The lithium nickel manganese composite oxide particles (hereinafter, simply referred to as "composite oxide particles") contained in the positive electrode active material of this embodiment may contain secondary particles formed by agglomeration of a plurality of primary particles. The secondary particles may have agglomerated portions of electrically conductive primary particles and hollow portions where no primary particles are present, which are dispersed. In such composite oxide particles, the hollow portions do not need to be formed partially, and may be formed over the entire area between the center and the outer shell. In addition, the aggregated portions may be in a state in which, for example, plate-like primary particles are aggregated to form a plurality of secondary particles connected together. In this embodiment, "electrically conductive" means that the high-density portions of the composite oxide particles are directly structurally connected to each other and can be electrically conductive.

このような粒子構造を有する複合酸化物粒子では、一次粒子間の粒界または中空部を介して、二次粒子の内部に電解質が侵入する。このため、二次粒子の外表面ばかりでなく、二次粒子の内部においても、リチウムの脱離および挿入が可能となる。加えて、この複合酸化物粒子では、二次粒子の内部に電気的に導通可能な経路を多数有するため、粒子内部の抵抗を十分に小さなものとすることができる。したがって、係る複合酸化物粒子を含む本実施形態の正極活物質を用いて二次電池を構成した場合、容量特性やサイクル特性を損なうことなく、出力特性を大幅に向上させることが可能となる。 In composite oxide particles having such a particle structure, the electrolyte penetrates into the interior of the secondary particles through the grain boundaries or hollow spaces between the primary particles. This allows lithium to be desorbed and inserted not only on the outer surface of the secondary particles, but also inside the secondary particles. In addition, since the composite oxide particles have many electrically conductive paths inside the secondary particles, the resistance inside the particles can be made sufficiently small. Therefore, when a secondary battery is constructed using the positive electrode active material of this embodiment containing such composite oxide particles, it is possible to significantly improve the output characteristics without impairing the capacity characteristics or cycle characteristics.

また、複合酸化物粒子は、粒子の表層及び粒界から選択された部分に、元素A及びリチウムを含む化合物が配置されていることが好ましい。 In addition, it is preferable that the compound containing element A and lithium is disposed in a portion selected from the surface layer and grain boundary of the composite oxide particle.

一般的に、正極活物質の表層が異種化合物により完全に被覆されてしまうと、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。結果的に複合酸化物の持つ高容量という長所が消されてしまうことが一般的である。これに対して本実施形態においては、複合金属酸化物粒子の表層及び粒界から選択された1箇所以上にリチウム伝導性を有する元素A及びリチウムを含む化合物が配置されている。このため、電解質との界面で、リチウムの伝導パスを形成できる。このため、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。特に、中空構造の内側に元素A及びリチウム含んだ化合物が形成される場合、より出力特性を向上させることが可能になる。 Generally, when the surface layer of the positive electrode active material is completely covered with a different compound, the movement (intercalation) of lithium ions is greatly restricted. As a result, the advantage of the high capacity of the composite oxide is generally eliminated. In contrast, in this embodiment, a compound containing element A and lithium having lithium conductivity is arranged at one or more locations selected from the surface layer and grain boundary of the composite metal oxide particle. Therefore, a lithium conduction path can be formed at the interface with the electrolyte. Therefore, the reaction resistance of the active material can be reduced and the output characteristics can be improved. In particular, when a compound containing element A and lithium is formed inside the hollow structure, it is possible to further improve the output characteristics.

既述の様に元素Aは、タングステンを含むことが好ましく、タングステンであることがより好ましい。すなわち、複合酸化物粒子は、粒子の表層及び粒界から選択された部分に、タングステン及びリチウムを含む化合物が配置されていることが好ましい。 As described above, element A preferably contains tungsten, and more preferably is tungsten. In other words, it is preferable that the composite oxide particles have a compound containing tungsten and lithium disposed in a portion selected from the surface layer and grain boundary of the particle.

タングステン及びリチウム含んだ化合物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も有している。このため、活物質の反応抵抗を特に低減して、出力特性を向上することができるからである。タングステン及びリチウム含んだ化合物は特に限定されないが、例えばLiWO、LiWO、Liなどが挙げられいずれの化合物でもよい。 Compounds containing tungsten and lithium have high lithium ion conductivity and therefore have the effect of promoting the movement of lithium ions. Therefore, the reaction resistance of the active material can be particularly reduced, and the output characteristics can be improved. Compounds containing tungsten and lithium are not particularly limited, and include, for example, Li 2 WO 4 , Li 4 WO 5 , Li 2 W 2 O 7, and any compound may be used.

(3-2)組成
本実施形態の正極活物質は、既述の様にリチウム(Li)と、ニッケル(Ni)と、マンガン(Mn)と、コバルト(Co)と、元素A(A)とを、物質量の比で、Li:Ni:Mn:Co:A=1+u:x:y:z:tの割合で含有することができる。
(3-2) Composition As described above, the positive electrode active material of the present embodiment can contain lithium (Li), nickel (Ni), manganese (Mn), cobalt (Co), and element A (A) in a ratio of substance amounts of Li:Ni:Mn:Co:A=1+u:x:y:z:t.

本実施形態の正極活物質は例えば、一般式(B):Li1+uNiMnCo2+Bと表記できる。u、x、y、z、t、及び元素Aは既に説明したため、ここでは説明を省略する。Bは、例えば-0.05≦B≦0.25とすることができる。 The positive electrode active material of this embodiment can be expressed, for example, by the general formula (B): Li1+uNixMnyCozAtO2 + B . The elements u , x, y, z, t, and element A have already been described, and therefore will not be described here. B can be, for example, -0.05≦B≦0.25.

リチウム(Li)の過剰量を示す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の値を上記範囲に調整することにより、この正極活物質を正極材料として用いた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。uの値を-0.05以上とすることで、二次電池の正極抵抗を抑制し、出力特性を向上させることができる。一方、uの値を0.50以下とすることで、初期放電容量を高め、正極抵抗を抑制できる。 The value of u, which indicates the excess amount of lithium (Li), is preferably -0.05 or more and 0.50 or less, more preferably 0 or more and 0.50 or less, and even more preferably 0 or more and 0.35 or less. By adjusting the value of u within the above range, it is possible to improve the output characteristics and capacity characteristics of a secondary battery using this positive electrode active material as a positive electrode material. By setting the value of u to -0.05 or more, it is possible to suppress the positive electrode resistance of the secondary battery and improve the output characteristics. On the other hand, by setting the value of u to 0.50 or less, it is possible to increase the initial discharge capacity and suppress the positive electrode resistance.

ニッケル(Ni)は、二次電池の高電位化及び高容量化に寄与する元素であり、その含有量を示すxの値は、好ましくは0.30以上0.95以下、より好ましくは0.30以上0.90以下である。xの値を0.30以上とすることで、該正極活物質を用いた二次電の容量特性を向上させることができる。一方、xの値を0.95以下とすることで、他の元素の含有量を十分に確保し、他の元素を添加することによる効果も得ることができる。 Nickel (Ni) is an element that contributes to increasing the potential and capacity of a secondary battery, and the value of x, which indicates its content, is preferably 0.30 to 0.95, more preferably 0.30 to 0.90. By making the value of x 0.30 or more, it is possible to improve the capacity characteristics of a secondary battery using the positive electrode active material. On the other hand, by making the value of x 0.95 or less, it is possible to sufficiently secure the content of other elements and obtain the effects of adding other elements.

マンガン(Mn)は、熱安定性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すyの値は、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。yの値を0.05以上とすることで、該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る。一方、yの値が0.55以下とすることで、高温作動時においても正極活物質からMnが溶出することを抑制し、充放電サイクル特性を高めることができる。 Manganese (Mn) is an element that contributes to improving thermal stability, and the value of y, which indicates its content, is preferably 0.05 to 0.55, more preferably 0.10 to 0.40. By setting the value of y to 0.05 or more, the thermal stability of a secondary battery using the positive electrode active material can be improved. On the other hand, by setting the value of y to 0.55 or less, it is possible to suppress the elution of Mn from the positive electrode active material even during high-temperature operation, and to improve the charge-discharge cycle characteristics.

コバルト(Co)は、充放電サイクル特性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すzの値は、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。zの値を0.4以下とすることで、該正極活物質を用いた二次電池の初期放電容量を向上させることができる。 Cobalt (Co) is an element that contributes to improving the charge-discharge cycle characteristics, and the value of z, which indicates the content of Co, is preferably 0 to 0.4, more preferably 0.10 to 0.35. By setting the value of z to 0.4 or less, the initial discharge capacity of a secondary battery using the positive electrode active material can be improved.

本実施形態における正極活物質では、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Aを含有してもよい。このような元素A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)、ランタン(La)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)から選択される1種類以上を用いることができる。 In the positive electrode active material of this embodiment, in order to further improve the durability and output characteristics of the secondary battery, in addition to the above-mentioned metal elements, element A may be contained. As such element A, one or more elements selected from magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), lanthanum (La), hafnium (Hf), tantalum (Ta), and tungsten (W) can be used.

元素Aの含有量を示すtの値は、好ましくは0より大きく0.1以下、より好ましくは0.001以上0.05以下である。tの値を0.1以下とすることで、酸化還元反応(Redox反応)に貢献する金属元素を十分に確保し、電池容量を高めることができる。
なお、上記に示した正極活物質の組成は一例であって、上述した構造を有している場合に、正極活物質の組成を制限するものではない。
The value of t indicating the content of element A is preferably greater than 0 and equal to or less than 0.1, more preferably equal to or greater than 0.001 and equal to or less than 0.05. By setting the value of t to 0.1 or less, it is possible to sufficiently secure the metal element that contributes to the oxidation-reduction reaction (Redox reaction), thereby increasing the battery capacity.
The composition of the positive electrode active material shown above is merely an example, and does not limit the composition of the positive electrode active material when it has the above-mentioned structure.

(3-3)格子定数
本実施形態の正極活物質はX線回折により得られた、リチウムニッケルマンガン複合酸化物の格子定数aが2.585981Å以上2.860002Å以下であることが好ましい。
(3-3) Lattice Constant In the positive electrode active material of this embodiment, the lattice constant a of the lithium nickel manganese composite oxide obtained by X-ray diffraction is preferably 2.585981 Å or more and 2.860002 Å or less.

係る格子定数aは、正極活物質について測定した粉末X線回折パターンから、リートベルト法等により算出できる。 The lattice constant a can be calculated by the Rietveld method or the like from the powder X-ray diffraction pattern measured for the positive electrode active material.

(4)リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
本実施形態における正極活物質の製造方法は、以下の2工程を含むことができる。
(4) Method for Producing Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Battery The method for producing the positive electrode active material in this embodiment can include the following two steps.

遷移金属複合化合物とリチウム化合物とを混合してリチウム混合物を形成する混合工程。 A mixing process in which a transition metal complex compound and a lithium compound are mixed to form a lithium mixture.

混合工程で形成されたリチウム混合物を焼成する焼成工程。 A firing process in which the lithium mixture formed in the mixing process is fired.

なお、混合工程に供する遷移金属複合化合物としては、既述の遷移金属複合水酸化物粒子を用いることもできるが、係る遷移金属複合水酸化物粒子を熱処理工程で熱処理してから用いることもできる。係る熱処理工程を行う場合、本実施形態の正極活物質の製造方法は、熱処理工程を含めて3工程を含むことができる。図2に、正極活物質の製造方法が、3工程を含む場合のフロー20を示す。 The transition metal composite hydroxide particles described above can be used as the transition metal composite compound to be subjected to the mixing step, but the transition metal composite hydroxide particles can also be heat-treated in a heat treatment step before use. When such a heat treatment step is performed, the manufacturing method for the positive electrode active material of this embodiment can include three steps including the heat treatment step. Figure 2 shows a flow 20 of the manufacturing method for the positive electrode active material when it includes three steps.

本実施形態の正極活物質の製造方法によれば、上述した正極活物質、特に、一般式(B)で表される正極活物質を容易に得ることができる。 The method for producing the positive electrode active material of this embodiment makes it easy to obtain the above-mentioned positive electrode active material, in particular the positive electrode active material represented by general formula (B).

以下に各工程について説明する。 Each process is explained below.

(熱処理工程(S21))
本実施形態の正極活物質の製造方法においては、任意的に、混合工程の前に熱処理工程を設けて、複合水酸化物粒子を「熱処理粒子」としてからリチウム化合物と混合してもよい。ここで、熱処理粒子には、熱処理工程において余剰水分を除去された複合水酸化物粒子のみならず、熱処理工程により、酸化物に転換された遷移金属複合酸化物粒子、またはこれらの混合物も含まれる。
(Heat treatment step (S21))
In the method for producing a positive electrode active material of this embodiment, a heat treatment step may be optionally performed before the mixing step to convert the composite hydroxide particles into "heat-treated particles" and then mixed with a lithium compound. Here, the heat-treated particles include not only composite hydroxide particles from which excess moisture has been removed in the heat treatment step, but also transition metal composite oxide particles converted into oxides by the heat treatment step, or a mixture thereof.

熱処理工程は、複合水酸化物粒子を105℃以上750℃以下に加熱して熱処理することにより、複合水酸化物粒子に含有される余剰水分を除去する工程である。このように混合工程の前に熱処理を行っておくことで、得られる正極活物質の組成のばらつきを抑制することができる。 The heat treatment process is a process in which the composite hydroxide particles are heated to 105°C or higher and 750°C or lower to remove excess moisture contained in the composite hydroxide particles. By carrying out the heat treatment before the mixing process in this way, it is possible to suppress variation in the composition of the resulting positive electrode active material.

熱処理工程における熱処理温度は特に限定されないが、例えば105℃以上750℃以下とすることができる。熱処理温度を105℃以上とすることで、複合水酸化物粒子中の余剰水分を十分に除去し、正極活物質の組成のばらつきを十分に抑制できる。一方、加熱温度が750℃を超えても、余剰水分の除去が促進することはない。このため、生産性の観点から750℃以下であることが好ましい。 The heat treatment temperature in the heat treatment step is not particularly limited, but can be, for example, 105°C or higher and 750°C or lower. By setting the heat treatment temperature at 105°C or higher, the excess moisture in the composite hydroxide particles can be sufficiently removed, and the variation in the composition of the positive electrode active material can be sufficiently suppressed. On the other hand, even if the heating temperature exceeds 750°C, the removal of the excess moisture is not promoted. For this reason, from the viewpoint of productivity, it is preferable that the temperature be 750°C or lower.

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。従って、必ずしも全ての複合水酸化物粒子に含まれる水酸化物を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ためには、400℃以上に加熱して、複合水酸化物粒子に含まれる全ての水酸化物を、酸化物に転換することが好ましい。 In the heat treatment process, it is sufficient to remove moisture to the extent that there is no variation in the atomic number of each metal component in the positive electrode active material or in the ratio of the number of Li atoms. Therefore, it is not necessary to convert all of the hydroxides contained in the composite hydroxide particles to oxides. However, in order to reduce the variation in the atomic number of each metal component and the ratio of the number of Li atoms, it is preferable to heat to 400°C or higher and convert all of the hydroxides contained in the composite hydroxide particles to oxides.

熱処理工程における雰囲気は特に制限されるものではない。非還元性雰囲気であればよいが、簡易的に空気気流中で行うことでもよい。 There are no particular limitations on the atmosphere in the heat treatment process. It is sufficient if it is a non-reducing atmosphere, but it may also be performed in an air stream for simplicity.

また、熱処理時間は、特に制限されないが、複合水酸化物粒子中の余剰水分を十分に除去する観点から、少なくとも1時間以上とすることが好ましく、5時間以上15時間以下とすることがより好ましい。 The heat treatment time is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently removing excess moisture in the composite hydroxide particles, it is preferable to set it to at least 1 hour, and more preferably to 5 hours or more and 15 hours or less.

(混合工程(S22))
混合工程は、複合水酸化物粒子または熱処理粒子である遷移金属複合化合物と、リチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を得る工程である。
(Mixing step (S22))
The mixing step is a step of mixing a transition metal composite compound, which is a composite hydroxide particle or a heat-treated particle, with a lithium compound to obtain a lithium mixture.

混合工程では、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、および添加元素Aとの物質量の和(Me)と、リチウムの物質量(Li)との比(Li/Me)が、0.95以上1.5以下であることが好ましく、1.0以上1.5以下であることがより好ましく、1.0以上1.35以下であることがさらに好ましく、1.0以上1.2以下であることが特に好ましい。係るLi/Meとなるように、遷移金属複合化合物とリチウム化合物とを混合することが好ましい。 In the mixing step, the ratio (Li/Me) of the sum of the amounts of substances of metal atoms other than lithium in the lithium mixture, specifically nickel, cobalt, manganese, and the additive element A (Me) to the amount of substance of lithium (Li) is preferably 0.95 or more and 1.5 or less, more preferably 1.0 or more and 1.5 or less, even more preferably 1.0 or more and 1.35 or less, and particularly preferably 1.0 or more and 1.2 or less. It is preferable to mix the transition metal complex compound and the lithium compound so as to obtain such a Li/Me ratio.

これは、焼成工程の前後ではLi/Meはほとんど変化しないので、混合工程におけるLi/Meが、目的とする正極活物質のLi/Meとなるように、複合水酸化物粒子または熱処理粒子とリチウム化合物を混合することが好ましいからである。 This is because the Li/Me ratio remains almost unchanged before and after the calcination process, so it is preferable to mix the composite hydroxide particles or heat-treated particles with the lithium compound so that the Li/Me ratio in the mixing process becomes the Li/Me of the desired positive electrode active material.

混合工程で使用するリチウム化合物は、特に制限されることはないが、入手の容易性から、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、またはこれらの混合物を用いることが好ましい。特に、取り扱いの容易さや品質の安定性を考慮すると、水酸化リチウムまたは炭酸リチウムを用いることが好ましい。 The lithium compound used in the mixing step is not particularly limited, but it is preferable to use lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate, or a mixture of these because of their ease of availability. In particular, it is preferable to use lithium hydroxide or lithium carbonate because of their ease of handling and quality stability.

遷移金属複合化合物とリチウム化合物は、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。たとえば、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 to mix the transition metal complex compound and the lithium compound thoroughly enough to avoid the formation of fine powder. If the mixing is insufficient, the Li/Me ratio will vary between individual particles, and sufficient battery characteristics may not be obtained. A general mixer can be used for mixing. For example, a shaker mixer, a Lödige mixer, a Julia mixer, or a V blender can be used.

(焼成工程(S23))
焼成工程は、混合工程で得られたリチウム混合物を所定条件の下で焼成し、遷移金属複合化合物中にリチウムを拡散させて、リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子を得る工程である。
(Firing step (S23))
The calcination step is a step in which the lithium mixture obtained in the mixing step is calcined under predetermined conditions to diffuse lithium into the transition metal composite compound, thereby obtaining lithium nickel manganese composite oxide particles.

遷移金属複合化合物の、空隙が多い低密度な部分に主に含まれる微細一次粒子は、高密度な部分に主に含まれる板状一次粒子よりも低温から焼結を開始する。板状一次粒子を含む高密度な部分と比べて、微細一次粒子を含む低密度な部分の収縮量は大きなものとなる。このため、低密度部を構成する微細一次粒子は、焼結の進行が遅い外殻部の高密度な部分側に収縮し、適度な大きさの中空部が形成されることになる。 The fine primary particles, which are mainly contained in the low-density part with many voids in the transition metal complex compound, start sintering at a lower temperature than the plate-shaped primary particles, which are mainly contained in the high-density part. Compared to the high-density part containing the plate-shaped primary particles, the low-density part containing the fine primary particles shrinks to a greater extent. For this reason, the fine primary particles that make up the low-density part shrink toward the high-density part of the outer shell, where sintering proceeds more slowly, and a hollow part of appropriate size is formed.

ただし、複合水酸化物粒子の組成や焼成条件などによって中心部の構造は変化することがある。そのため、予備試験を行った上で、中心部が所望の構造となるように、各条件を適宜制御することが好ましい。 However, the structure of the core may change depending on the composition of the composite hydroxide particles and the firing conditions. Therefore, it is preferable to conduct preliminary tests and then control the various conditions appropriately so that the core has the desired structure.

なお、焼成工程に用いられる炉は、特に制限されることはなく、大気ないしは酸素気流中でリチウム混合物を加熱できるものであればよい。ただし、炉内の雰囲気を均一に保つ観点から、ガス発生がない電気炉が好ましく、バッチ式あるいは連続式の電気炉のいずれも好適に用いることができる。なお、この点については、熱処理工程および後述する仮焼工程に用いる炉についても同様である。 The furnace used in the firing step is not particularly limited, and may be any furnace capable of heating the lithium mixture in air or oxygen flow. However, from the viewpoint of maintaining a uniform atmosphere in the furnace, an electric furnace that does not generate gas is preferable, and either a batch or continuous electric furnace can be suitably used. This also applies to the furnaces used in the heat treatment step and the calcination step described below.

焼成工程におけるリチウム混合物の焼成温度は特に限定されないが、例えば650℃以上980℃以下とすることが好ましい。焼成温度を650℃以上とすることで、遷移金属複合化合物中にリチウムを十分に拡散させ、余剰のリチウムや未反応の遷移金属複合化合物が残存することを抑制できる。また、得られるリチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子の結晶性を高められる。 The calcination temperature of the lithium mixture in the calcination step is not particularly limited, but is preferably, for example, 650°C or higher and 980°C or lower. By setting the calcination temperature at 650°C or higher, lithium can be sufficiently diffused in the transition metal complex compound, and excess lithium and unreacted transition metal complex compound can be prevented from remaining. In addition, the crystallinity of the resulting lithium nickel manganese complex oxide particles can be improved.

一方、焼成温度を980℃以下とすることで、得られるリチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子間の焼結を抑制し、異常粒子成長の発生や、それに伴う不定形な粗大粒子の発生を抑制できる。 On the other hand, by setting the firing temperature to 980°C or less, sintering between the resulting lithium nickel manganese composite oxide particles can be suppressed, and abnormal particle growth and the associated generation of irregular coarse particles can be suppressed.

なお、既述の組成の正極活物質を得ようとする場合には、焼成温度を650℃以上950℃以下とすることが好ましい。 When attempting to obtain a positive electrode active material with the composition already described, it is preferable to set the firing temperature to 650°C or higher and 950°C or lower.

また、焼成工程における昇温速度は特に限定されないが、例えば2℃/分以上10℃/分以下とすることが好ましく、2.5℃/分以上10℃/分以下とすることがより好ましい。焼成工程中、リチウム化合物の融点付近の温度で保持することが好ましく、例えば1時間以上5時間以下保持することが好ましく、2時間以上5時間以下保持することがより好ましい。リチウム化合物の融点付近の温度で保持することにより、遷移金属複合化合物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。 The rate of temperature rise in the firing process is not particularly limited, but is preferably, for example, 2°C/min to 10°C/min, and more preferably, 2.5°C/min to 10°C/min. During the firing process, it is preferable to maintain the temperature near the melting point of the lithium compound, for example, for 1 hour to 5 hours, and more preferably, for 2 hours to 5 hours. By maintaining the temperature near the melting point of the lithium compound, the transition metal complex compound and the lithium compound can be reacted more uniformly.

焼成工程において、上述した焼成温度での保持時間は特に限定されないが、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。上記焼成温度における保持時間を2時間以上とすることで、遷移金属複合化合物中にリチウムを十分に拡散させ、余剰のリチウムや未反応の遷移金属複合化合物が残存することを抑制できる。また、得られるリチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子の結晶性を特に高めることができる。 In the firing process, the holding time at the above firing temperature is not particularly limited, but is preferably 2 hours or more, and more preferably 4 hours or more and 24 hours or less. By holding the above firing temperature for 2 hours or more, lithium can be sufficiently diffused in the transition metal complex compound, and excess lithium and unreacted transition metal complex compound can be prevented from remaining. In addition, the crystallinity of the resulting lithium nickel manganese complex oxide particles can be particularly improved.

なお、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。冷却速度をこのような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ができる。 After the holding time is over, the cooling rate from the firing 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. By controlling the cooling rate within this range, it is possible to ensure productivity while preventing equipment such as saggers from being damaged by rapid cooling.

焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容量%以上100容量%以下の雰囲気とすることがより好ましい。焼成時の雰囲気は、上記酸素濃度の酸素と不活性ガスの混合雰囲気とすることが好ましい。 The firing atmosphere is preferably an oxidizing atmosphere, and more preferably an atmosphere with an oxygen concentration of 18% by volume or more and 100% by volume or less. The firing atmosphere is preferably a mixed atmosphere of oxygen with the above oxygen concentration and an inert gas.

焼成は、例えば大気ないしは酸素気流中で行うことが好ましい。酸素濃度を18容量%以上とすることで、リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子の結晶性を特に高めることができる。 The calcination is preferably carried out in air or an oxygen stream. By setting the oxygen concentration to 18% by volume or more, the crystallinity of the lithium nickel manganese composite oxide particles can be particularly improved.

本実施形態の正極活物質の製造方法は、さらに任意の工程を有することもできる。 The method for producing the positive electrode active material of this embodiment may further include an optional step.

(仮焼工程)
リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用する場合には、混合工程後、焼成工程の前に、リチウム混合物を、後述する焼成温度よりも低温、かつ350℃以上800℃以下で仮焼する仮焼工程をさらに有することもできる。仮焼工程の仮焼温度は、450℃以上780℃以下であることがより好ましい。
(Pre-firing process)
When lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, a calcination step may be further carried out after the mixing step and before the calcination step, in which the lithium mixture is calcined at a temperature lower than the calcination temperature described below and at 350° C. or higher and 800° C. or lower. The calcination temperature in the calcination step is more preferably 450° C. or higher and 780° C. or lower.

仮焼工程を実施することで、遷移金属複合化合物中に、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ニッケルマンガン複合酸化物粒子を得ることができる。 By carrying out the calcination process, lithium can be sufficiently diffused in the transition metal composite compound, and more uniform lithium nickel manganese composite oxide particles can be obtained.

なお、上記仮焼温度での保持時間は特に限定されないが、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。 The time for which the material is held at the calcination temperature is not particularly limited, but is preferably 1 hour or more and 10 hours or less, and more preferably 3 hours or more and 6 hours or less.

仮焼工程における雰囲気は、既述の焼成工程と同様に、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容量%以上100容量%以下の雰囲気とすることがより好ましい。 As in the firing process described above, the atmosphere in the calcination process is preferably an oxidizing atmosphere, and more preferably an atmosphere with an oxygen concentration of 18% by volume or more and 100% by volume or less.

(解砕工程)
焼成工程によって得られたリチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合、リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子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意味する。
(Crushing process)
The lithium nickel manganese composite oxide particles obtained by the firing process may be aggregated or lightly sintered. In such a case, it is preferable to crush the aggregates or sintered bodies of the lithium nickel manganese composite oxide particles. This allows the average particle size and particle size distribution of the obtained positive electrode active material to be adjusted to a suitable range. Note that crushing refers to an operation of applying mechanical energy to an aggregate consisting of a plurality of secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing, separating the secondary particles themselves almost without destroying them, and loosening 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、たとえば、ピンミルやハンマーミルなどを使用することができる。なお、この際、二次粒子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。
(5)リチウムイオン二次電池
本実施形態のリチウムイオン二次電池(以下、「二次電池」ともいう。)は、既述の正極活物質を含む正極を有することができる。
As a crushing method, known means can be used, for example, a pin mill, a hammer mill, etc. In this case, it is preferable to adjust the crushing force within an appropriate range so as not to destroy the secondary particles.
(5) Lithium-Ion Secondary Battery The lithium-ion secondary battery (hereinafter also referred to as "secondary battery") of this embodiment can have a positive electrode containing the above-described positive electrode active material.

以下、本実施形態の二次電池の一構成例について、構成要素ごとにそれぞれ説明する。本実施形態の二次電池は、例えば正極、負極及び非水系電解質を含み、一般のリチウムイオン二次電池と同様の構成要素から構成される。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、下記実施形態をはじめとして、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、二次電池は、その用途を特に限定するものではない。
(正極)
本実施形態の二次電池が有する正極は、既述の正極活物質を含むことができる。
Hereinafter, an example of the configuration of the secondary battery of this embodiment will be described for each component. The secondary battery of this embodiment includes, for example, a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and is composed of the same components as a general lithium-ion secondary battery. Note that the embodiment described below is merely an example, and the lithium-ion secondary battery of this embodiment can be embodied in various forms that have been modified and improved based on the knowledge of those skilled in the art, including the following embodiment. In addition, the secondary battery is not particularly limited in its use.
(positive electrode)
The positive electrode of the secondary battery of this embodiment can contain the positive electrode active material described above.

以下に正極の製造方法の一例を説明する。まず、既述の正極活物質(粉末状)、導電材および結着剤(バインダー)を混合して正極合材とし、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材ペーストを作製することができる。 An example of a method for manufacturing a positive electrode is described below. First, the positive electrode active material (powder form), conductive material, and binder are mixed to form a positive electrode mixture, and activated carbon or a solvent for viscosity adjustment or other purposes is added as necessary. The mixture is then kneaded to form a positive electrode mixture paste.

正極合材中のそれぞれの材料の混合比は、リチウムイオン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、公知のリチウムイオン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材の固形分の全質量を100質量%とした場合、正極活物質を60質量%以上95質量%以下、導電材を1質量%以上20質量%以下、結着剤を1質量%以上20質量%以下の割合で含有することができる。 The mixing ratio of each material in the positive electrode mixture is a factor that determines the performance of the lithium ion secondary battery, and can be adjusted depending on the application. The mixing ratio of the materials can be the same as that of the positive electrode of a known lithium ion secondary battery. For example, if the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is taken as 100 mass%, the positive electrode active material can be contained in a ratio of 60 mass% to 95 mass%, the conductive material can be contained in a ratio of 1 mass% to 20 mass%, and the binder can be contained in a ratio of 1 mass% to 20 mass%.

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、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できる。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。 The obtained positive electrode composite paste is applied to the surface of a current collector made of, for example, aluminum foil, and dried to evaporate the solvent, producing a sheet-like positive electrode. If necessary, pressure can be applied using a roll press or the like to increase the electrode density. The sheet-like positive electrode thus obtained can be cut to an appropriate size depending on the desired battery, and used to produce the battery.

導電材としては、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(登録商標)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 (registered trademark).

結着剤(バインダー)としては、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等から選択された1種類以上を用いることができる。 The binder serves to bind the active material particles together, and may be, for example, one or more selected from polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose-based resin, polyacrylic acid, etc.

必要に応じ、正極活物質、導電材等を分散させて、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加することもできる。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、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することもできる。 If necessary, a solvent that disperses the positive electrode active material, conductive material, etc. and dissolves the binder can be 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 also be added to the positive electrode mixture to increase the electric double layer capacity.

正極の作製方法は、上述した例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。例えば正極合材をプレス成形した後、真空雰囲気下で乾燥することで製造することもできる。
(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材を、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。
The method for producing the positive electrode is not limited to the above-mentioned example, and other methods may be used. For example, the positive electrode may be produced by pressing a positive electrode mixture and then drying it in a vacuum atmosphere.
(Negative electrode)
The negative electrode may be made of metallic lithium, a lithium alloy, etc. The negative electrode may be made by mixing a binder with a negative electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions, adding an appropriate solvent to make a paste-like negative electrode mixture, applying the mixture to the surface of a metal foil current collector such as copper, drying it, and compressing it to increase the electrode density as necessary.

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。
(セパレータ)
正極と負極との間には、必要に応じてセパレータを挟み込んで配置することができる。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、微小な孔を多数有する膜を用いることができる。
(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。
As the negative electrode active material, for example, natural graphite, artificial graphite, sintered organic compounds such as phenol resin, and powder of carbon material such as coke can be used. In this case, as with the positive electrode, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the negative electrode binder, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent for dispersing these active materials and binders.
(Separator)
A separator may be sandwiched between the positive electrode and the negative electrode as necessary. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and holds the electrolyte, and any known separator may be used, such as a thin membrane made of polyethylene or polypropylene having many minute pores.
(Non-aqueous electrolyte)
As the non-aqueous electrolyte, for example, a non-aqueous electrolytic solution can be used.

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。 As a non-aqueous electrolyte, for example, a solution in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent can be used. Alternatively, as a non-aqueous electrolyte, a solution in which a lithium salt is dissolved in an ionic liquid can be used. Note that an ionic liquid refers to a salt that is composed of cations and anions other than lithium ions and 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。 The organic solvent may be one selected from cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate, ether compounds such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and butane sultone, and phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, or two or more of these may be used in combination.

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。 The supporting salt may be LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , or a composite salt thereof. Furthermore, the non-aqueous electrolyte may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, 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 also be used as the non-aqueous electrolyte. A solid electrolyte has the property of being able to withstand high voltages. Examples of 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。 Examples of inorganic solid electrolytes include oxide-based solid electrolytes and sulfide-based solid electrolytes.

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。酸化物系固体電解質としては、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等から選択された1種類以上を用いることができる。 The oxide-based solid electrolyte is not particularly limited, and for example, one that contains oxygen (O) and has lithium ion conductivity and electronic insulation properties can be suitably used. Examples of oxide-based solid electrolytes include 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), LiTi2 ( PO4 ) 3 , Li3XLa2 / 3- XTiO3 ( 0 X≦ 2 / 3 ) , Li5La3Ta2O12 , Li7La3Zr2O12 , Li6BaLa2Ta2O12 , Li3.6Si0.6P0.4O4 , and the like can be used.

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。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等から選択された1種類以上を用いることができる。 The sulfide-based solid electrolyte is not particularly limited, and for example, one that contains sulfur (S) and has lithium ion conductivity and electronic insulation properties can be suitably used. As the sulfide-based solid electrolyte, for example, one or more types selected from 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 can be used.

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。 As the inorganic solid electrolyte, materials other than those mentioned above may be used, for example, Li 3 N, LiI, Li 3 N-LiI-LiOH, etc. 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。
(二次電池の形状、構成)
以上のように説明してきた本実施形態の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。いずれの形状を採る場合であっても、本実施形態の二次電池が非水系電解質として非水系電解液を用いる場合であれば、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た構造とすることができる。
The organic solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a polymer compound exhibiting ion conductivity, and examples of the organic solid electrolyte that can be used include polyethylene oxide, polypropylene oxide, copolymers thereof, etc. The organic solid electrolyte may also contain a supporting salt (lithium salt).
(Shape and structure of secondary battery)
The lithium ion secondary battery of the present embodiment described above can be made into various shapes such as a cylindrical shape, a laminated shape, etc. Regardless of the shape, if the secondary battery of the present embodiment uses a non-aqueous electrolyte solution 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 a non-aqueous electrolyte solution, and the positive electrode current collector and the positive electrode terminal connected to the outside, and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal connected to the outside are connected using a current collecting lead or the like, and the battery case is sealed to form a structure.

なお、既述の様に本実施形態の二次電池は非水系電解質として非水系電解液を用いた形態に限定されるものではなく、例えば固体の非水系電解質を用いた二次電池、すなわち全固体電池とすることもできる。全固体電池とする場合、正極活物質以外の構成は必要に応じて変更することができる。 As described above, the secondary battery of this embodiment is not limited to a form using a nonaqueous electrolyte solution as the nonaqueous electrolyte, but can also be, for example, a secondary battery using a solid nonaqueous electrolyte, i.e., an all-solid-state battery. When making an all-solid-state battery, the configuration other than the positive electrode active material can be changed as necessary.

以下、本発明の実施例について、比較例との対比により、より具体的に説明をおこなうが、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。 The following examples of the present invention will be described in more detail in comparison with comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

なお、特に断りがない限り、複合水酸化物粒子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計(東亜DKK製、HM-30P)により測定した。この測定値に基づき、pHコントローラ(日伸理化製、NPM-690D)を用いて塩基性水溶液である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。反応水溶液のアンモニウムイオン濃度は、イオンメータ(サーモフィッシャーサイエンティフィック製、Orion Star A324)を用いて測定した。この測定値に基づき、錯化剤であるアンモニア水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アンモニウムイオン濃度の変動幅を±5g/L以内に制御した。 Unless otherwise specified, each sample of special grade reagents manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used to prepare the composite hydroxide particles and the positive electrode active material. The pH value of the reaction solution was measured using a pH meter (HM-30P, manufactured by Toa DKK) throughout the nucleation process and the particle growth process. Based on this measurement, the supply amount of sodium hydroxide solution, which is a basic aqueous solution, was adjusted using a pH controller (NPM-690D, manufactured by Nisshin Rika) to control the fluctuation range of the pH value of the reaction solution in each process to within ±0.2. The ammonium ion concentration of the reaction solution was measured using an ion meter (Orion Star A324, manufactured by Thermo Fisher Scientific). Based on this measurement, the supply amount of ammonia water, which is a complexing agent, was adjusted to control the fluctuation range of the ammonium ion concentration of the reaction solution in each process to within ±5 g/L.

(実施例1)
(a)複合水酸化物粒子の製造
[反応前水溶液調製工程]
はじめに、反応槽内に、水を14L入れた反応槽内を300rpm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、酸素ガスを導入し、30分間流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が5容量%より高い酸化性雰囲気とした。なお、第一晶析工程が終わるまで、反応槽内は酸化性雰囲気とした。続いて、反応槽内に塩基性水溶液である25質量%水酸化ナトリウム水溶液と、錯化剤である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 composite hydroxide particles [Pre-reaction aqueous solution preparation step]
First, the temperature in the reaction tank was set to 40° C. while stirring the reaction tank containing 14 L of water at 300 rpm. At this time, oxygen gas was introduced into the reaction tank and circulated for 30 minutes, and the reaction atmosphere was made an oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of more than 5% by volume. The reaction tank was kept in an oxidizing atmosphere until the first crystallization step was completed. Next, an appropriate amount of a 25% by mass aqueous solution of sodium hydroxide, which is a basic aqueous solution, and a 25% by mass aqueous ammonia, which is a complexing agent, were supplied into the reaction tank, and the pH value was adjusted to 12.5 based on a liquid temperature of 25° C., and the ammonium ion concentration was adjusted to 10 g/L to form a pre-reaction aqueous solution.

また、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルトを、各金属元素の物質量の比がNi:Mn:Co=40:30:30となるように水に溶解し、2mol/Lの原料水溶液を調製した。 Nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate were dissolved in water so that the mass ratio of each metal element was Ni:Mn:Co = 40:30:30, to prepare a 2 mol/L raw material aqueous solution.

[核生成工程]
次に、上記原料水溶液を、反応前水溶液に10mL/分の速度で供給することで、核生成用水溶液を形成し、1分間の核生成を行った。この際、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液と25質量%のアンモニア水を適時供給し、核生成用水溶液のpH値およびアンモニウムイオン濃度を上述した値に維持した。
[Nucleation process]
Next, the raw material aqueous solution was fed to the pre-reaction aqueous solution at a rate of 10 mL/min to form an aqueous solution for nucleation, and nucleation was carried out for 1 minute. At this time, a 25% by mass aqueous solution of sodium hydroxide and a 25% by mass aqueous ammonia were fed in a timely manner to maintain the pH value and ammonium ion concentration of the aqueous solution for nucleation at the above-mentioned values.

[粒子成長工程]
(第一晶析工程)
核生成終了後、全ての水溶液の供給を一旦停止するとともに、反応水溶液に硫酸を加えて、pH値が、液温25℃基準で11.2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、原料水溶液に加えて元素Aを含む添加水溶液であるタングステン化合物水溶液を供給し、核生成工程で生成した核(粒子)を成長させた。なお、タングステン化合物としてはタングステン酸ナトリウムを用いた。
[Particle growth process]
(First crystallization step)
After the nucleation was completed, the supply of all the aqueous solutions was stopped temporarily, and sulfuric acid was added to the reaction aqueous solution to adjust the pH value to 11.2 at a liquid temperature of 25° C., thereby forming an aqueous solution for particle growth. After it was confirmed that the pH value had reached a predetermined value, an aqueous tungsten compound solution, which was an additive aqueous solution containing element A, was supplied in addition to the raw material aqueous solution, and the nuclei (particles) generated in the nucleation step were allowed to grow. Note that sodium tungstate was used as the tungsten compound.

(第二晶析工程)
第一晶析工程終了後、反応槽内を非酸化性雰囲気とするために、一度原料水溶液および添加水溶液の供給を停止した。そして、酸素ガスから窒素ガスに切り替えて導入し、反応雰囲気を、酸素濃度が2容量%以下の非酸化性雰囲気とした。なお、第三晶析工程を終えるまで、反応槽内を非酸化性雰囲気とした。
(Second crystallization step)
After the first crystallization step was completed, the supply of the raw material aqueous solution and the additive aqueous solution was stopped once in order to make the reaction tank into a non-oxidizing atmosphere. Then, oxygen gas was replaced by nitrogen gas, and the reaction atmosphere was made into a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 2% by volume or less. The reaction tank was kept in a non-oxidizing atmosphere until the third crystallization step was completed.

(第三晶析工程)
第二晶析工程終了後、原料水溶液、及び添加水溶液の供給を再開した。第三晶析工程において所定量の原料水溶液と添加水溶液を供給した時点で、全ての水溶液の供給を停止し、粒子成長工程を終了した。
(Third crystallization step)
After the second crystallization step was completed, the supply of the raw material aqueous solution and the additive aqueous solution was resumed. When the predetermined amounts of the raw material aqueous solution and the additive aqueous solution had been supplied in the third crystallization step, the supply of all the aqueous solutions was stopped, and the particle growth step was completed.

ここで、第一晶析工程で供給する原料水溶液中の金属の物質量の合計をM1、第二晶析工程で供給する原料水溶液中の金属の物質量の合計をM2、第三晶析工程で供給する原料水溶液の金属の物質量の合計をM3とする。この場合、実施例1では、各晶析工程での原料水溶液の供給割合が以下の式を充足するように、各工程で原料水溶液を供給した。
M1/(M1+M2+M3)=0.04
M2/(M1+M2+M3)=0
M3/(M1+M2+M3)=0.96
また、第一晶析工程で供給する添加水溶液中の元素Aであるタングステンの物質量の合計をW1、第二晶析工程で供給する添加水溶液中のタングステンの物質量の合計をW2、第三晶析工程で供給する添加水溶液のタングステンの物質量の合計をW3とする。この場合、実施例1では、各晶析工程での添加水溶液の供給割合が以下の式を充足するように、各工程で添加水溶液を供給した。
Here, the total amount of substance of metals in the raw aqueous solution supplied in the first crystallization step is M1, the total amount of substance of metals in the raw aqueous solution supplied in the second crystallization step is M2, and the total amount of substance of metals in the raw aqueous solution supplied in the third crystallization step is M3. In this case, in Example 1, the raw aqueous solution was supplied in each step so that the supply ratio of the raw aqueous solution in each crystallization step satisfied the following formula:
M1/(M1+M2+M3)=0.04
M2/(M1+M2+M3)=0
M3/(M1+M2+M3)=0.96
Also, the total amount of substance of tungsten, which is element A, in the additive aqueous solution supplied in the first crystallization step is W1, the total amount of substance of tungsten in the additive aqueous solution supplied in the second crystallization step is W2, and the total amount of substance of tungsten in the additive aqueous solution supplied in the third crystallization step is W3. In this case, in Example 1, the additive aqueous solution was supplied in each step so that the supply ratio of the additive aqueous solution in each crystallization step satisfied the following formula.

なお、第一晶析工程から第三晶析工程までの間に、反応水溶液に供給する添加水溶液に含まれるタングステンの合計の物質量をWとする場合、W=W1+W2+W3となる。
W1/(W1+W2+W3)=0.09
W2/(W1+W2+W3)=0
W3/(W1+W2+W3)=0.91
第三晶析工程終了後、得られた生成物を、水洗、ろ過および乾燥させることにより、粉末状の複合水酸化物粒子を得た。なお、第一晶析工程により複合水酸化物粒子の中心部が形成され、第二晶析工程により複合水酸化物粒子の外殻部の内側が、第三晶析工程により外殻部の外側が形成される。このため、上記割合で添加水溶液を供給することで、中心部におけるタングステンの存在割合(t)が第一晶析工程で添加した割合に対応した9%、外殻部におけるタングステンの存在割合(t)が第二晶析工程、第三晶析工程で添加した割合に対応した91%となる。
When the total amount of tungsten contained in the additive aqueous solution supplied to the reaction aqueous solution from the first crystallization step to the third crystallization step is W, W=W1+W2+W3.
W1/(W1+W2+W3)=0.09
W2/(W1+W2+W3)=0
W3/(W1+W2+W3)=0.91
After the third crystallization step, the obtained product was washed with water, filtered and dried to obtain powdered composite hydroxide particles. The first crystallization step formed the center of the composite hydroxide particles, the second crystallization step formed the inside of the outer shell of the composite hydroxide particles, and the third crystallization step formed the outside of the outer shell. Therefore, by supplying the additive aqueous solution at the above ratio, the abundance ratio of tungsten in the center (t h ) was 9%, which corresponds to the proportion added in the first crystallization step, and the abundance ratio of tungsten in the outer shell (t s ) was 91%, which corresponds to the proportion added in the second and third crystallization steps.

なお、以下の他の実施例、比較例についても同様のことがいえる。 The same can be said for the other examples and comparative examples below.

例えば実施例2で得られた複合水酸化物では、中心部におけるタングステンの存在割合(t)が第一晶析工程で添加した割合に対応した27%、外殻部におけるタングステンの存在割合(t)が第二晶析工程、第三晶析工程で添加した割合に対応した73%となる。 For example, in the composite hydroxide obtained in Example 2, the abundance ratio of tungsten in the center (t h ) was 27%, which corresponds to the proportion added in the first crystallization step, and the abundance ratio of tungsten in the outer shell (t s ) was 73%, which corresponds to the proportion added in the second crystallization step and the third crystallization step.

実施例3で得られた複合水酸化物では、中心部におけるタングステンの存在割合(t)が第一晶析工程で添加した割合に対応した45%、外殻部におけるタングステンの存在割合(t)が第二晶析工程、第三晶析工程で添加した割合に対応した55%となる。 In the composite hydroxide obtained in Example 3, the proportion of tungsten in the center (t h ) was 45%, which corresponds to the proportion added in the first crystallization step, and the proportion of tungsten in the outer shell (t s ) was 55%, which corresponds to the proportion added in the second crystallization step and the third crystallization step.

実施例4~実施例6は、実施例1の場合と同様の結果になる。 Examples 4 to 6 have the same results as Example 1.

上記式で算出される各晶析工程での原料水溶液の供給割合、各晶析工程での添加水溶液の供給割合の値を、表1に示す。 The feed ratio of the raw material aqueous solution in each crystallization process and the feed ratio of the added aqueous solution in each crystallization process calculated using the above formula are shown in Table 1.

なお、粒子成長工程の間、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値に維持した。 During the particle growth process, 25% by mass of sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass of ammonia water were supplied at appropriate times to maintain the pH value and ammonium ion concentration of the aqueous solution for particle growth at the values mentioned above.

(b)複合水酸化物粒子の評価
(b-1)断面構造
得られた複合水酸化物粒子を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工により該粒子の断面観察が可能な状態としてから、SEMにより観察を行った。
(b) Evaluation of Composite Hydroxide Particles (b-1) Cross-Sectional Structure The composite hydroxide particles obtained were embedded in a resin and processed with a cross-section polisher to enable cross-section observation of the particles, which was then observed with an SEM.

その結果、複合水酸化物粒子の中心部は微細な一次粒子から構成され、該中心部の外側に配置された外殻部は、中心部よりも大きな板状の一次粒子から構成され、該一次粒子が密に配置されていることを確認できた。なお、以下の実施例2~実施例6で得られた複合水酸化物粒子についても同様の構造を有することを確認できた。 As a result, it was confirmed that the core of the composite hydroxide particle was composed of fine primary particles, the outer shell arranged outside the core was composed of plate-like primary particles larger than the core, and the primary particles were densely arranged. It was also confirmed that the composite hydroxide particles obtained in the following Examples 2 to 6 had a similar structure.

(b-2)組成分析
ICP発光分光分析装置(株式会社島津製作所製、ICPE-9000ICPE-9000)を用いた分析により、この複合水酸化物粒子は、一般式:Ni0.40Mn0.30Co0.300.006(OH)で表されるものであることが確認された。結果を表2に示す。
(b-2) Composition Analysis By analysis using an ICP emission spectrometer (Shimadzu Corporation, ICPE- 9000ICPE -9000), it was confirmed that the composite hydroxide particles were represented by the general formula: Ni0.40Mn0.30Co0.30W0.006 (OH) 2 . The results are shown in Table 2.

(b-3)分布指数
レーザー光回折散乱式粒度分析計を用いて、得られた粒度分布から、複合水酸化物粒子の平均粒径、d10、d90を算出し、粒度分布の広がりを示す指標である分布指数を既述の式(1)を用いて算出した。結果を表2の「(D90-D10)/平均粒径」の欄に示す。
(b-3) Distribution Index The average particle size, d10 , and d90 of the composite hydroxide particles were calculated from the particle size distribution obtained using a laser light diffraction scattering particle size analyzer, and the distribution index, which is an index showing the spread of the particle size distribution, was calculated using the above-mentioned formula (1). The results are shown in the "( D90 - D10 )/average particle size" column in Table 2.

(b-4)タングステン濃度
EDXを装着した走査型透過電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ製HD-2300A)を用いた分析した。疎な中心部に含まれるタングステンの濃度は1.2質量%、密な外殻部に含まれるタングステンの濃度は1.23質量%であることが確認できた。評価結果を表3に示す。
(b-4) Tungsten concentration Analysis was performed using a scanning transmission electron microscope (HD-2300A manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) equipped with EDX. It was confirmed that the tungsten concentration in the sparse central portion was 1.2 mass%, and the tungsten concentration in the dense outer shell portion was 1.23 mass%. The evaluation results are shown in Table 3.

(c)正極活物質の作製
(混合工程)
上述のようにして得られた複合水酸化物粒子をLi/Meが1.10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 (Mixing Step)
The composite hydroxide particles obtained as described above were thoroughly mixed with lithium carbonate using a shaker mixer (TURBULA Type T2C manufactured by WAB) so that the Li/Me ratio was 1.10, thereby obtaining a lithium mixture.

(焼成工程)
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2.5℃/分として950℃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。
(Firing process)
This lithium mixture was heated to 950° C. at a heating rate of 2.5° C./min in an air flow (oxygen concentration: 21% by volume), sintered by holding at this temperature for 4 hours, and then cooled to room temperature at a cooling rate of about 4° C./min.

(解砕工程)
焼成工程後に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。
(Crushing process)
The positive electrode active material obtained after the firing step had agglomerated or slightly sintered, so the positive electrode active material was crushed to adjust the average particle size and particle size distribution.

(d)正極活物質の評価
(組成分析)
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:Li1.1Ni0.40Mn0.30Co0.300.006で表されるものであることが確認された。
(d) Evaluation of Positive Electrode Active Material (Composition Analysis)
Analysis using an ICP optical emission spectrometer confirmed that this positive electrode active material was represented by the general formula Li1.1Ni0.40Mn0.30Co0.30W0.006O2 .

(格子定数)
得られた正極活物質について、粉末X線回折測定を行った。測定は放射線としてCuKα線(波長1.54059Å)を使用したX線回折装置(スペクトリス製X' Pert PRO)を用いて行った。X線の単色化にはグラファイトの単結晶モノクロメーターを用い、印加電圧を40kV、電流40mAに設定して測定を行った。また、測定は5°/minの走査速度で行い10°から100°(2θ)の角度範囲で記録した。
(Lattice constant)
Powder X-ray diffraction measurement was performed on the obtained positive electrode active material. The measurement was performed using an X-ray diffractometer (Spectris X' Pert PRO) using CuKα radiation (wavelength 1.54059 Å) as radiation. A graphite single crystal monochromator was used to monochromatize the X-rays, and the measurement was performed with the applied voltage set to 40 kV and the current set to 40 mA. The measurement was performed at a scanning speed of 5°/min and recorded in the angle range of 10° to 100° (2θ).

得られたX線回折パターンから、正極活物質が含有するリチウムニッケルマンガン複合酸化物は、立方晶であることが確認できた。リチウムニッケルマンガン複合酸化物のa軸長の格子定数を算出したところ、2.86002Åであった。結果を表4に示す。 From the obtained X-ray diffraction pattern, it was confirmed that the lithium nickel manganese composite oxide contained in the positive electrode active material is a cubic crystal. The lattice constant of the a-axis length of the lithium nickel manganese composite oxide was calculated to be 2.86002 Å. The results are shown in Table 4.

(e)リチウムイオン二次電池の作製
得られた正極活物質を用いて、図3に示したCR2032(IEC/JIS規格)、すなわち2032型コイン電池であるリチウムイオン二次電池30を作製した。
(e) Fabrication of Lithium Ion Secondary Battery Using the obtained positive electrode active material, a lithium ion secondary battery 30 as shown in FIG. 3, which is CR2032 (IEC/JIS standard), that is, a 2032 type coin battery, was fabricated.

リチウムイオン二次電池30は、ケース31と、このケース31内に収容された電極32とから構成されている。 The lithium ion secondary battery 30 is composed of a case 31 and an electrode 32 housed within this case 31.

ケース31は、中空かつ一端が開口された正極缶311と、この正極缶311の開口部に配置される負極缶312とを有しており、負極缶312を正極缶311の開口部に配置すると、負極缶312と正極缶311との間に電極32を収容する空間が形成されるように構成されている。 The case 31 has a hollow positive electrode can 311 with one end open, and a negative electrode can 312 that is placed in the opening of the positive electrode can 311. When the negative electrode can 312 is placed in the opening of the positive electrode can 311, a space is formed between the negative electrode can 312 and the positive electrode can 311 to accommodate the electrode 32.

電極32は、正極321、セパレータ322および負極323からなり、この順で並ぶように積層されており、正極321が正極缶311の内面に接触し、負極323が負極缶312の内面に接触するようにケース31に収容されている。 The electrode 32 is composed of a positive electrode 321, a separator 322, and a negative electrode 323, which are stacked in this order and housed in the case 31 so that the positive electrode 321 contacts the inner surface of the positive electrode can 311 and the negative electrode 323 contacts the inner surface of the negative electrode can 312.

なお、ケース31は、ガスケット313を備えており、このガスケット313によって、正極缶311と負極缶312との間が非接触の状態、すなわち電気的に絶縁状態を維持するように相対的な移動を規制し、固定されている。また、ガスケット313は、正極缶311と負極缶312との隙間を密封して、ケース31内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。 The case 31 is provided with a gasket 313, which restricts relative movement between the positive electrode can 311 and the negative electrode can 312 and fixes them in place so that they are not in contact with each other, i.e., are kept electrically insulated. The gasket 313 also seals the gap between the positive electrode can 311 and the negative electrode can 312, providing an airtight and liquid-tight barrier between the inside of the case 31 and the outside.

このリチウムイオン二次電池30を、以下のようにして作製した。まず、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とを混合し、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321を作製した。 This lithium ion secondary battery 30 was produced as follows. First, 52.5 mg of the obtained positive electrode active material, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of PTFE were mixed, and the mixture was press-molded at a pressure of 100 MPa to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm. The mixture was then dried in a vacuum dryer at 120° C. for 12 hours to produce the positive electrode 321.

この正極321、負極323、セパレータ322および電解液を用いて、リチウムイオン二次電池30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。 Using this positive electrode 321, negative electrode 323, separator 322, and electrolyte, a lithium ion secondary battery 30 was fabricated in a glove box with an Ar atmosphere whose dew point was controlled at -80°C.

負極323には、直径17mm、厚さ1mmのリチウム金属を用いた。電解液には、1MのLiClO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。 A lithium metal having a diameter of 17 mm and a thickness of 1 mm was used for the negative electrode 323. An equal mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) with 1M LiClO4 as a supporting electrolyte (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used for the electrolyte.

セパレータ322には、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。 A polyethylene porous film with a thickness of 25 μm was used for the separator 322.

(f)電池評価
[反応抵抗]
組み立てたコイン電池を用いてSOC80%における交流インピーダンス法による抵抗値を測定した。SOCとは電池の充電率(State of Charge)を指し、SOC80%はフル充電容量を100%とした時に、80%分を充電した状態を示す。
(f) Battery Evaluation [Reaction Resistance]
The resistance value of the assembled coin battery was measured by an AC impedance method at SOC 80%. SOC refers to the state of charge of the battery, and SOC 80% indicates a state where the battery is charged to 80% of the full charge capacity, which is 100%.

そして、後述する比較例1で作製したリチウムイオン二次電池のSOC20%の抵抗値を参照基準(Ref.)、すなわち1として、実施例1で評価した及びSOC80%の指標値を算出した。 Then, the resistance value of the lithium ion secondary battery produced in Comparative Example 1 described below at SOC 20% was set as the reference standard (Ref.), i.e., 1, and the index value of SOC 80% evaluated in Example 1 was calculated.

SOC80%における反応抵抗の指標値は0.85であった。結果を表5に示す。
(実施例2~実施例6)
粒子成長工程の各晶析工程での原料水溶液の供給割合、各晶析工程での添加水溶液の供給割合の値を表1に示した値とした点以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子、正極活物質、リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表2~表5に示す。
The index value of reaction resistance at SOC 80% was 0.85. The results are shown in Table 5.
(Examples 2 to 6)
Composite hydroxide particles, positive electrode active materials, and lithium ion secondary batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the supply ratio of the raw material aqueous solution in each crystallization step in the particle growth process and the supply ratio of the additive aqueous solution in each crystallization step were set to the values shown in Table 1. The results are shown in Tables 2 to 5.

具体的には、実施例2~実施例3では、実施例1の場合と比較して、第一晶析工程及び第三晶析工程における添加水溶液の供給割合を変更した。 Specifically, in Examples 2 to 3, the supply ratio of the additive aqueous solution in the first crystallization step and the third crystallization step was changed compared to Example 1.

また、実施例4~実施例6では、実施例1の場合と比較して第二晶析工程及び第三晶析工程における原料水溶液の供給割合を変更した。 In addition, in Examples 4 to 6, the supply ratio of the raw material aqueous solution in the second crystallization step and the third crystallization step was changed compared to Example 1.

なお、実施例4~実施例6では、外殻部の内側を形成する第二晶析工程で原料水溶液を供給している。このため、外殻部のうち内側にはタングステンをほとんど含んでいない領域を含むことになる。従って、外殻部のうち、第三晶析工程で形成される外殻部の外周部におけるタングステンの存在割合が、外殻部全体におけるタングステンの割合よりも大きくなっている。
(比較例1、比較例2)
粒子成長工程の各晶析工程での原料水溶液の供給割合、各晶析工程での添加水溶液の供給割合の値を表1に示した値とした点以外は、実施例1と同様にして、複合水酸化物粒子、正極活物質、リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表2~表5に示す。
In Examples 4 to 6, the raw material aqueous solution is supplied in the second crystallization step in which the inside of the outer shell is formed. Therefore, the inside of the outer shell includes a region that contains almost no tungsten. Therefore, the proportion of tungsten in the outer periphery of the outer shell formed in the third crystallization step is greater than the proportion of tungsten in the entire outer shell.
(Comparative Example 1 and Comparative Example 2)
Composite hydroxide particles, positive electrode active materials, and lithium ion secondary batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the supply ratio of the raw material aqueous solution in each crystallization step in the particle growth process and the supply ratio of the additive aqueous solution in each crystallization step were set to the values shown in Table 1. The results are shown in Tables 2 to 5.

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表5の結果から、所定の粒子構造を有し、中心部における元素Aの存在割合(t)が、外殻部における元素Aの存在割合(t)よりも小さい複合水酸化物粒子を前駆体として製造した正極活物質を適用したリチウムイオン二次電池において、反応抵抗を抑制できることを確認できた。すなわち出力特性を向上できることを確認できた。
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From the results in Table 5, it was confirmed that in a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material produced using a composite hydroxide particle precursor having a predetermined particle structure and in which the abundance ratio (t h ) of element A in the center is smaller than the abundance ratio (t s ) of element A in the outer shell, reaction resistance can be suppressed, i.e., output characteristics can be improved.

Claims (9)

ニッケル(Ni)と、マンガン(Mn)と、コバルト(Co)と、元素A(A)とを、物質量の比で、Ni:Mn:Co:A=x:y:z:t(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<t≦0.1、前記元素Aはタングステンである)の割合で含有し、
一次粒子を含む中心部と、前記中心部の外側に配置され、かつ前記中心部よりも一次粒子が密に配置された外殻部とを有し、
前記中心部における前記元素Aの存在割合(t)が、前記外殻部における前記元素Aの存在割合(t)よりも小さく、
前記中心部のタングステン濃度が0.1質量%以上9.0質量%以下である遷移金属複合水酸化物粒子。
The alloy contains nickel (Ni), manganese (Mn), cobalt (Co), and an element A (A) in a ratio of amounts of substances of Ni:Mn:Co:A=x:y:z:t (x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<t≦0.1, and the element A is tungsten ),
a core portion including primary particles and an outer shell portion disposed outside the core portion and in which the primary particles are more densely arranged than in the core portion;
the abundance ratio (t h ) of the element A in the central portion is smaller than the abundance ratio (t s ) of the element A in the outer shell portion;
The transition metal composite hydroxide particle has a tungsten concentration in the center portion of 0.1% by mass or more and 9.0% by mass or less.
前記外殻部のうち、外周部における前記元素Aの存在割合(ts')が、前記外殻部における前記元素Aの存在割合(t)よりも大きい請求項1に記載の遷移金属複合水酸化物粒子。 2. The transition metal composite hydroxide particle according to claim 1, wherein the abundance ratio (t s' ) of the element A in the outer periphery of the outer shell is greater than the abundance ratio (t s ) of the element A in the outer shell. 以下の式(1)により求められる粒度分布の広がりを示す、分布指数が0.60以下である請求項1または請求項2に記載の遷移金属複合水酸化物粒子。
(分布指数)=〔(d90-d10)/平均粒径〕・・・(1)
3. The transition metal composite hydroxide particles according to claim 1, having a distribution index, which indicates the spread of particle size distribution calculated by the following formula (1), of 0.60 or less.
(Distribution index) = [(d 90 - d 10 )/average particle size]...(1)
前記外殻部の外表面に10nm以上100nm以下のタングステン濃縮層が形成されている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の遷移金属複合水酸化物粒子。 The transition metal composite hydroxide particle according to claim 1 , wherein a tungsten-concentrated layer having a thickness of 10 nm or more and 100 nm or less is formed on an outer surface of the outer shell portion. 遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法であって、
前記遷移金属複合水酸化物粒子は、ニッケル(Ni)と、マンガン(Mn)と、コバルト(Co)と、元素A(A)とを、物質量の比で、Ni:Mn:Co:A=x:y:z:t(x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<t≦0.1、元素Aはタングステンである)の割合で含有しており、
酸化性雰囲気であり、かつ粒子成長のための核を含む反応水溶液が収容された反応槽の、前記反応水溶液に対して、少なくともニッケル及びマンガンを含む原料水溶液と、前記元素Aを含む添加水溶液と、錯化剤と、塩基性水溶液とを供給する第一晶析工程と、
前記反応槽内の雰囲気を非酸化性雰囲気に切り替える第二晶析工程と、
前記反応槽内に、少なくともニッケル及びマンガンを含む原料水溶液と、前記元素Aを含む添加水溶液と、錯化剤と、塩基性水溶液とを供給する第三晶析工程と、を有し、
前記第一晶析工程において供給する前記添加水溶液に含まれるタングステンの物質量の合計をW1とし、
前記第三晶析工程において供給する前記添加水溶液に含まれるタングステンの物質量の合計をW3とし、
前記第一晶析工程から前記第三晶析工程までの間に、前記反応水溶液に供給する前記添加水溶液に含まれるタングステンの合計の物質量をWとした場合に、
0.05≦W1/W<0.5、及び0.5≦W3/W<0.95である遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法。
A method for producing transition metal composite hydroxide particles, comprising the steps of:
The transition metal composite hydroxide particles contain nickel (Ni), manganese (Mn), cobalt (Co), and an element A (A) in a substance amount ratio of Ni:Mn:Co:A=x:y:z:t (x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<t≦0.1, and the element A is tungsten ),
a first crystallization step of supplying a raw material aqueous solution containing at least nickel and manganese, an additive aqueous solution containing the element A, a complexing agent, and a basic aqueous solution to a reaction aqueous solution in a reaction tank that is in an oxidizing atmosphere and contains nuclei for particle growth;
A second crystallization step of switching the atmosphere in the reaction tank to a non-oxidizing atmosphere;
a third crystallization step of supplying into the reaction tank a raw material aqueous solution containing at least nickel and manganese, an additive aqueous solution containing the element A, a complexing agent, and a basic aqueous solution ;
The total amount of tungsten contained in the additive aqueous solution supplied in the first crystallization step is designated as W1,
The total amount of tungsten contained in the additive aqueous solution supplied in the third crystallization step is designated as W3,
When the total amount of tungsten contained in the additive aqueous solution supplied to the reaction aqueous solution during the first crystallization step to the third crystallization step is W,
A method for producing transition metal composite hydroxide particles , wherein 0.05≦W1/W<0.5 and 0.5≦W3/W<0.95 are satisfied .
請求項1から請求項のいずれか1項に記載の遷移金属複合水酸化物粒子とリチウム化合物との混合焼成物であり、
リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)と、マンガン(Mn)と、コバルト(Co)と、元素A(A)とを、物質量の比で、Li:Ni:Mn:Co:A=1+u:x:y:z:t(-0.05≦u≦0.50、x+y+z=1、0.3≦x≦0.95、0.05≦y≦0.55、0≦z≦0.4、0<t≦0.1、前記元素Aは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、La、Hf、Ta、Wから選択される1種類以上の元素)の割合で含有し、
六方晶系のリチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子を含むリチウムイオン二次電池用正極活物質。
A calcined mixture of the transition metal composite hydroxide particles according to any one of claims 1 to 4 and a lithium compound,
The lithium (Li), nickel (Ni), manganese (Mn), cobalt (Co), and an element A (A) are contained in a ratio of amounts of substance of Li:Ni:Mn:Co:A=1+u:x:y:z:t (-0.05≦u≦0.50, x+y+z=1, 0.3≦x≦0.95, 0.05≦y≦0.55, 0≦z≦0.4, 0<t≦0.1, the element A being one or more elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, La, Hf, Ta, and W),
A positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, comprising hexagonal lithium nickel manganese composite oxide particles.
X線回折により得られた、前記リチウムニッケルマンガン複合酸化物の格子定数aが2.585981Å以上2.860002Å以下である請求項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 7. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 6 , wherein the lattice constant a of the lithium nickel manganese composite oxide obtained by X-ray diffraction is 2.585981 Å or more and 2.860002 Å or less. 粒子の表層及び粒界から選択された部分に、タングステン及びリチウムを含む化合物が配置されている請求項6または請求項7に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries according to claim 6 or 7, in which a compound containing tungsten and lithium is disposed in a portion selected from the surface layer and grain boundary of the particles. 請求項から請求項のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含有する正極を備えたリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode containing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries according to any one of claims 6 to 8 .
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